JPH10103091A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 始動時の吸入空気の最適制御（空気量と吸入
時期）と過渡時の気筒ごとの吸入空気の最適制御（空気
量と吸入時期）をすると共に、該空気量に見合う燃料量
を演算して気筒内に最適混合気を生成するエンジン制御
装置を提供する。 【解決手段】 エンジンが燃料を気筒内に直接噴射する
燃料噴射弁、駆動装置により開閉される吸気弁、気筒内
の燃焼圧力を検出する燃焼圧力センサ、クランク角セン
サ、及び、点火プラグを備え、前記吸気弁の開閉時期
が、前記燃焼圧力センサの検出信号とクランク角センサ
の検出信号とに基づき制御され、前記吸気弁が吸気管の
圧力と気筒内の吸気行程の圧力とを比較して気筒内の圧
力が低くなった時に開弁されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン制御装置
に係り、特に、吸入空気を気筒内に最適な時期に最適な
量供給し、該吸入空気量に見合う最適な燃料量を気筒内
に直接噴射するエンジン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の排気規制は、地球全体の
大気もしくは環境の保全を確保するべく設定されてお
り、年々その規制値は高くなり、自動車を製造する側に
とっては厳しい規制となっている。このため自動車用エ
ンジンの開発は、排気対策重視の開発になりがちで、運
転性を阻害するばかりか、エンジンの性能をも後退させ
るデバイス等の付加が余儀なくされており、加速時等の
出力必要時のエンジンの制御までを考慮した技術がいま
だ熟成されていないのが現状である。

【０００３】特に、運転性と低燃費の両立を図ったエン
ジン制御技術の開発は、化石燃料の枯渇化と大気汚染の
低減の両面で重要な課題であり、課題を達成するために
前記技術の開発が進められている。現在、従来のガソリ
ンエンジンの吸気ポートから燃料を噴射する方式から、
気筒内に直接燃料を供給する直噴方式に、その技術開発
の方向が移ってきている。

【０００４】前記直噴方式の従来例の一つには、吸気管
に吸引される空気を計量する方式から気筒内の圧力を測
定して、該圧力信号から空気量を推定する方式のものが
あり、この方式のものは圧縮行程の初期の信号から充填
空気量を算出し、この結果に基づいて燃料量を演算して
供給することで、実際の気筒内の空気量に見合った正確
な燃料を計量できる点で、高精度の燃料制御が可能にな
ったとしている。

【０００５】また、燃焼自体を観測、改善するための開
発もなされており、燃焼室内の活性化ラジカルによるイ
オン電流検知を行う内燃機関燃焼検出方法の技術が特公
平08-019893号公報に開示されている。該技術は、図１
２に示すような回路を備えており、点火プラグにコイル
の２次電圧を印加する回路を形成する点火プラグの両電
極間に、比較的低い電圧をチャージしておき、燃焼に基
づいて発生したフレーム中のラジカル成分がチャージし
た両電極間を通過する瞬間に短絡的に流れる電流を検出
するものである。前記電流の値は、種々の情報を持って
おり、混合気の濃度、火炎の温度等が定性的に算出する
ことができるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】更に、図１３は、従来
のエンジンの部分負荷時の吸気弁と排気弁との駆動時期
（クランク角）に対する気筒内と吸気管内との圧力変化
の状態を示したものである。排気弁が開いて燃焼ガスを
気筒から吐出し、その吐出の終わり付近で吸気弁が開い
ている。即ち、二つの弁の間に開時期でオーバーラップ
する状態が存在し、気筒内で新気と燃焼ガスとが混合す
る時期がある。

【０００７】気筒内の圧力は、排気弁が閉じるまでに大
気圧に近いところまで低下してきて、吸気弁が開くと吸
気管内の負の圧力によって急激に降下する。次の吸気行
程では気筒内の圧力は大気よりも下がる状況にあり、吸
気管内の圧力バランスによって、吸気管内の空気が気筒
内に流入するが、吸気の初期は吸気管内の圧が低く、気
筒内のほうが高いため、逆流して気筒内から吸気管内に
ガスが流出する場合があり、この間は新気は気筒内に入
れない状態となる。即ち、吸気管の圧が図１３の通り一
瞬高まる状態が生じる。これらは内燃機関の実際の出力
向上に際しては、悪影響を及ぼしており、理想的には燃
焼ガスが逆流することなく新気を気筒内に吸引されるこ
とが望ましいものである。

【０００８】ところで、前記従来例の一つの方式の技術
は、気筒内における燃焼前の混合気の状態は皆目分から
ず、該混合気の状態は燃焼後の排気中の残存酸素濃度か
ら推定するのみであり、燃焼ガスが逆流することなく新
気を気筒内に吸引することを考慮したものではなかっ
た。また、前記特公平08-019893号公報記載の技術は、
気筒内の状態を検出できるものであるが、該気筒内の状
態に基づいて混合気、即ち、気筒への吸入空気量と燃料
噴射量、及び、気筒への吸入空気と燃料との吸入時期と
噴射時期とを制御するものではない。

【０００９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、始動時の吸
入空気の最適制御（空気量と吸入時期）と過渡時の気筒
ごとの吸入空気の最適制御（空気量と吸入時期）をする
と共に、該空気量に見合う燃料量を演算して気筒内に最
適混合気を生成するエンジン制御装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明の係るエンジン制御装置は、燃料を気筒内に直接
噴射する燃料噴射弁、駆動装置により開閉される吸気
弁、気筒内の燃焼圧力を検出する燃焼圧力センサ、クラ
ンク角センサ、及び、点火プラグを備え、前記吸気弁の
開閉時期が、前記燃焼圧力センサの検出信号とクランク
角センサの検出信号とに基づき制御され、前記吸気弁が
吸気管の圧力と気筒内の吸気行程の圧力とを比較して気
筒内の圧力が低くなった時に開弁されることを特徴とし
ている。

【００１１】また、本発明の具体的態様としては、前記
吸気弁の駆動装置は、エンジンのクランク軸とは独立し
て操作される電気式もしくは油圧式アクチュエータであ
り、前記燃料噴射弁は、気筒の吸気行程と、圧縮行程の
二回に分割して燃料を噴射し、前記点火プラグは、該点
火プラグの電極間に所定の定電圧を常時印可加してお
り、燃焼火炎が該電極間を通過する時に発するイオン電
流を検出すると共に、前記燃料噴射弁が前記検出信号に
基づき燃料噴射量を補正して噴射して、前記点火プラグ
周辺の混合気濃度を理論空燃比に維持し、前記燃焼圧力
センサの検出信号に基づき気筒内の圧縮空気温度を演算
推定し、該温度が燃料が蒸発する温度（例えば、１８０
℃）以上になったら前記燃料噴射弁から順次燃料を時系
列的に噴射することを特徴としている。

【００１２】前述の如く構成された本発明に係るエンジ
ン制御装置は、吸入空気量を開閉時期が可変な吸気弁に
よってクランク軸とは非同期に作動させることができる
と共に、吸入空気量を計量、供給できるものであり、吸
気弁の開閉時期を最適化するための気筒内の燃焼圧力変
化を監視するセンサを具備したことで、最適な吸入空気
量を供給できると共に、前記吸入空気量に見合った最適
燃料量を気筒内に直接供給することよって、最適混合気
を気筒内に形成することができる。

【００１３】また、気筒毎に装着した前記燃焼圧力を測
定する圧力センサの信号を制御装置に導き、演算解析し
て、最適な点火時期を指令することができる。更に、ク
ランク軸とは独立して開閉する吸気弁を駆動する開閉ア
クチュエータを備えたことで、必要なタイミングで必要
な開弁量を制御できる。更にまた、燃料を各気筒の運転
状態に応じて２回に分割して直接噴射すると共に、吸気
管内の圧力と気筒内の圧力のバランスを考慮して吸気弁
の開弁時期を最適に制御することによって、気筒内の混
合気濃度を稀薄域から出力が必要な理論空燃比までのワ
イドな範囲で意のままに制御できので、排出される有毒
ガス量の低減と運転性の向上が期待できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明のエンジ
ン制御装置の一実施形態について説明する。図１は、本
実施形態のエンジン及びエンジン制御装置の全体構成を
示したものである。多気筒エンジン１の各気筒４には、
それぞれピストン２、シリンダ３で構成される燃焼室４
ａがあり、該燃焼室４ａの上部には、吸気管９と排気管
１３とが接続され、該吸気管９と前記燃焼室４ａとの接
続部分には、それぞれ吸気弁５、及び、排気弁６が装着
されている。該吸気弁５を介して燃焼室４ａ内に導かれ
た混合気は、点火プラグ７によって点火され、燃焼され
た後、前記排気弁６を介して排気管１３に排出される。
前記点火プラグ７は、常時ある一定の電圧を加えておき
イオン電流が検出できる構成となっている。

【００１５】また、前記エンジン１には、複数の気筒
４、４・・・を配置し、該各気筒４・・・には、燃料を計量
し、かつ、噴射する電磁ソレノイド駆動の燃料噴射弁１
０が吸気弁５の近傍に装着され、燃料を供給するに当た
っては、燃料タンク28の燃料を燃料ポンプ２６にて一定
の燃料圧力に加圧して燃料噴射弁１０に供給し（該燃料
噴射弁１０は筒内に直接噴射する方式である）、コント
ローラ１５よりの指令に基づく最適なタイミングで各気
筒４・・・内に前記燃料噴射弁１０を介して供給される。

【００１６】自動車等のアクセルペダル（図示省略）の
動きに応じて回動するスロットル弁１１（該弁１１がな
くても、運転者の意思を伝達するアクセル踏み込み量の
信号でも可）と該スロットル弁１１の開度を検出するス
ロットル弁角度センサ２３とが前記吸気管９に装着され
ると共に、前記弁角度センサ２３で検出した信号は、制
御用コントローラ１５に入力され、かつ、演算されるこ
とによって、エンジン１の負荷が推定される。前記エン
ジン１の回転は、クランク角度センサ１２によって検出
される信号に基づきコントローラ１５によって計算され
る。

【００１７】また、前記吸気管９には、空気流量センサ
８（H/W sensor）が装着される一方、前記排気管１３に
は、該排気管１３内の酸素濃度から空燃比を計測する酸
素濃度センサ１４が装着されている。前記空気流量セン
サ８の検出信号、及び、前記酸素濃度センサ１４の検出
信号は、前記コントローラ１５に取り込まれ、該コント
ローラ１５内の空燃比の演算回路１６にて演算処理さ
れ、総合演算部１７にて演算された後に、それぞれ燃料
噴射装置指令回路１８、点火装置指令回路１９、及び、
ＥＧＲ装置指令回路２０に指令が出されて、各装置は、
各々の燃料の精密計量、燃料のMBT(Minimum timing of
Best Torque)、NOx排出量が最小になるように最適に制
御されることになる。

【００１８】また、前記酸素濃度センサ１４の下流には
触媒装置２１が配置され、該触媒装置２１の下流側に
は、排気温度センサ４２が装着されている。前記エンジ
ン１から吐出された排出ガスは、前記排気管１３の途上
に装着した触媒装置２１を介して排気テールパイプ２２
より外気へ排出される。エンジン始動時には、前記触媒
装置２１は、十分に暖機できずに活性化しておらないた
め、ＨＣ, ＣＯ等の有害排気成分は浄化されにくいこと
となる。

【００１９】前記各気筒４の点火プラグ７の近傍の燃焼
室４ａの壁部には、燃焼圧力センサ３０が配置され、該
燃焼圧力センサ３０の検出信号が総合演算部１７に出力
される。更に、エンジン暖機中もしくは暖機後は、前記
酸素濃度センサ１４の信号に基づき、コントローラ１５
によって燃料噴射弁１０の開弁時間幅を制御すること
で、燃料量が計量されて触媒の転換効率を維持し、点火
時期も制御される。更に、燃焼温度が高まるにつれて窒
素酸化物（ＮＯx）が多く排出されるので、Ｈ/Ｗ Senso
r８の信号、吸気管圧力センサ２５等の信号に基づき、
ＥＧＲ弁２４の開口面積をコントローラ１５により制
御、計量し、排気の一部を吸気管９内に還流して、既燃
ガス混合効果に基づいて、燃焼温度を下げてＮＯxの排
出量を低減する。

【００２０】前記吸気管９には、該吸気管９内の圧力を
測定する吸気管圧力センサ２５が付加されている。この
圧力センサ２５はＥＧＲ率を推定する他、エンジン１の
始動時の吸気管９内の空気充填率を推定して、適正なる
燃料量を各気筒４に供給するのに必要なセンサである。
ここで、各気筒４の吸気弁５の動作状態について述べ
る。前記吸気弁５の上端には電気ソレノイド又は油圧等
で駆動されるプランジャタイプの可動部材アクチュエー
タ２９が配備されており、前記コントローラ１５の信号
に基づいて吸気弁５を押し下げて、燃焼室４ａ内に空気
と燃料を吸引するものである。前記吸気弁５は、従来固
定された開弁時間幅で開閉していたが、本実施形態で
は、機関の回転には同期するが、クランク軸とは独立し
て開閉できるように前記の如く電気式または油圧式のア
クチュエータ２９を配置している。該アクチュエータ２
９は、前述の通り各気筒４ごとの吸気弁５の上端部に設
置されており、前記コントローラ１５の指令に基づき、
各気筒４毎に独立して作動するように構成されている。

【００２１】本実施形態においては、エンジンの始動状
態における各機器、センサ類の信号をコントローラ１５
に導いた後の演算と処理、及び、エンジン補機類の制御
によってピストンの動きを監視しつつ、気筒内空気量に
適応した燃料量を供給する方策に関する具体的方式を提
示している。即ち、前記コントローラ１５内に組み込ま
れている総合演算部１７（詳細後述）には、始動時に必
要な燃料噴射弁１０の開弁時間幅を適正制御する各常数
が記憶されているとともに、エンジン１のクランキング
時に気筒内の充填空気量を圧力上昇率から推測するもの
であり、単位時間毎の圧力上昇の差分から空気充填量を
推測するものである。

【００２２】一般に、コンピュータは、学習して経時変
化の状況下でも最適なエンジンを制御が実行できる。即
ち、物理値の経時変化の学習値が記憶される。図２は、
本実施形態の制御ブロック図を示したものである。ＣＰ
Ｕは、スタータースイッチがオンの状態で、エンジン１
が置かれている状況（吸気温度測定用のセンサ、エンジ
ンの回転状況を知るクランク角度、吸引空気量を知る空
気流量計）を知るためのセンサ類の信号を入力ポートか
ら読み込み、これらの値と前記蓄積データから選択され
た値とに基づいて燃料ポンプ２６を駆動し、かつ、燃料
供給圧力を推定しつつ燃料噴射用の駆動回路に順次信号
を送って適正なる燃料を各気筒の燃料噴射弁１０に供給
するものである。ＲＯＭには、各運転状態に呼応した各
サイクル毎に液膜付着量を加味した総合要求燃料流量
（開弁時間幅）が記憶されており、始動後の各サイクル
に従って各気筒４が要求する燃料量を噴射弁１０より供
給する。各気筒４の燃焼圧力信号は、燃焼圧力センサ３
０で検出して、アンプを介して総合演算部１７に入力
し、所定の演算処理がされて、点火時期、燃料量がエン
ジン１の置かれた環境に適応した状態に合わせて制御さ
れる。

【００２３】吸気弁５の駆動時期では、燃焼圧力センサ
３０の信号がアンプ類を介してデジタル信号に変換さ
れ、当該信号は入力ポートよりバスを介してＣＰＵに取
り込まれ、各気筒４内の真の吸入空気量が演算されて、
この空気量に見合った燃料量が燃焼噴射弁１０からダイ
レクトに該当する気筒に噴射供給される。該燃料量の供
給に当たって、過渡を含むすべての運転域で、吸気温
度、空気流量計、排気温度計および吸気管圧力等のセン
サ類の信号によって燃料量が補正されることはいうまで
もない。

【００２４】次に、吸気弁５の開弁時期を制御した場合
の内燃機関１の稼働中の吸気管９内の稼働中の圧力変化
状態について述べる。図３は、前記圧力変化状態の説明
図である。図３の（ａ）は、図１３に記載したものと同
じ従来の吸気弁と排気弁とのクランク角度に対する動き
と、吸気管９内の圧力変化を示している。即ち、吸気管
９内の圧力は、通常、部分負荷では真空側になってお
り、吸気弁５が開いても気筒４内の圧力は、前行程の燃
焼による膨張ガスにより内部の圧力が吸気管９内の圧力
より高く、直ちに新規の空気は、流入できず、ピストン
２が下降し始めて気筒４内の圧力が吸気管９内の圧より
真空側になったときに流入を始まる。この結果、内燃機
関の部分負荷時の出力は、吸気行程初期の吸気管９と気
筒４内の圧力バランスで決定していたが、希薄燃焼を目
的とした機関制御では、従来の吸気管９の圧が真空側に
あると実空気の流入が遅れて要求するトルク上昇がドラ
イバーの意図にそぐわない場合が生じる。

【００２５】図３の（ｂ）は、本実施形態における吸気
弁５の開度を制御した場合における吸気弁と排気弁との
クランク角度に対する動きと、吸気管９内の圧力変化を
示している。電子スロットル制御装置（図示省略）を吸
気管９の上流に設置して、該電子スロットル制御装置の
開度と吸気弁５との開度をマイクロコンピュータ１５に
より連動して制御することによって、気筒４内に新鮮な
空気を遅れることなく供給し、希薄燃焼時の欠点を解消
することができる。

【００２６】燃焼の善し悪しは、結局、気筒４内に供給
された空気、特に、酸素と燃料が程良い速度で化学反応
し、熱エネルギーに変換されてピストン頭部を下向きに
押す力が効率よく得られることである。通常、エンジン
１は、オットーサイクルの原理から、理論空燃比で燃料
を燃すことが良いとされているが、燃料消費量を低減す
るにはポンピングロスの少ない空気サイクルで運転する
方が良いことが知られている。実際には、デイーゼル機
関のように圧縮した高温空気に燃料を吹き込み、自己発
火で燃焼させる方式では、混合気濃度を極端に稀薄にし
ても運転できる。

【００２７】しかし、ガソリン機関の場合は、自己着火
ができないので、点火プラグ７等で補助的に点火源を与
えて燃焼を行っている。この場合、点火プラグ７の放電
エネルギーが着火性能に大きく影響を及ぼすが、混合気
濃度と気筒４内の気体の流動速度も重要な因子となる。
火炎の伝搬速度がもっとも早いのは、理論空燃比付近で
ある。一方、燃料経済性からは、空気サイクルに近いほ
ど良いので、図４に示されているように、気筒４内の燃
料の濃度を、点火プラグ７周辺を、理論空燃比に、他の
部分を稀薄な混合気に設定するのが理想的である。

【００２８】そこで、図４の上部に示されているよう
に、吸気行程の初期にある量の燃料を噴射し、吸入空気
と均一に混合せしめて、気筒内全域を稀薄な混合気に
し、ついで、圧縮行程の末期にもう一度燃料を噴射して
点火プラグ７周辺に理論空燃比の混合気を形成するよう
にする。この理論空燃比設定については、点火プラグ７
の電極間に常時、予め5 kV程度の一定電圧を印加してお
き、燃焼が起こるとイオン化されたガスによって微細な
電流が電極間を流れる。この微少な電流値を検出するこ
とで、燃焼状態（混合気濃度）を推定てきる。

【００２９】図５に示したように、混合気濃度（空燃
比）と前記電流値とには相関関係がある。図６は、点火
プラグ７とその電流値検出回路であり、図７は、該点火
プラグ７の電極部７ａに発生した放電に伴うイオン化し
た燃料によって両電極間に微細電流が流れる状態を模式
的に示したものである。即ち、本実施形態は、従来の理
論混合気付近での利用を希薄混合気域でも使用できるよ
うに、シリンダ内の総合混合気濃度は希薄でも、点火プ
ラグ７付近は、理論混合気になるように点火プラグ付近
のイオン電流を検出して、エンジン制御に使用すること
を主眼とするものである。

【００３０】したがって、前記図５の相関関係を図１と
図２に示したコントロールユニット１５のＲＯＭに記憶
しておくことで、点火プラグ７周辺の混合気濃度が推測
でき、１サイクル中に、燃料噴射弁１０から噴射される
２度目の噴射量を補正して常に点火プラグ７周辺の混合
気濃度を、理論空燃比に保つことができる。該混合気濃
度の希薄部と理論空燃比部との段差付けは、機関の部分
負荷時に多く設定する必要がある。即ち、スロットル弁
１１が全開の場合は、出力を必要とする運転域であるの
で、気筒４に供給する燃料量は、２度噴射することな
く、吸気行程から連続して噴射する。

【００３１】図８は、多気筒エンジン１の各気筒４・・・
を連続して配置した状態を示すものであり、単一の吸気
管９と四つの吸気弁５・・・及び、四つの可変バルブ用ア
クチュエータ２９・・・の概略を示したものである。従
来、吸気弁５は、クランク軸（図示していない）に同期
して開弁、閉弁していたが、本実施形態では、吸気管９
内の圧力に呼応してクランク軸とは無関係に開、閉弁す
るように構成されている。即ち、吸気管９内の圧力が低
い時は、吸気弁を早く開いても吸気管９内の負圧によっ
て逆流することになり、気筒４内の圧力上昇はその分遅
れることになる。排気行程の最終では、気筒内の圧力
は、大気より高い。しかも高温であるので膨張してい
る。タイミングが合うと吸気管９内の圧力が気筒４内の
圧力より高くなる場合が必ずあり、そのタイミングに吸
気弁５を一気に開くと、空気の充填効率は高まる。この
場合、吸気管９内の圧力を監視する吸気管圧力センサ２
５からの信号に基づいて、エンジン１のコントローラに
よって吸気弁５を開閉する時期が決定される。この充填
効率を高める方法として、図８の絞り弁１１をなくし
て、吸気弁５を直接空気量制用に使用することが考えら
れる。この場合は、吸気弁５の他に同気筒４に存在する
排気弁６の開閉も吸気弁５と同様に可変アクチュエータ
（図示していない）で時系列に制御することが望まし
い。

【００３２】ついで、吸気弁５、噴射弁１０等の制御の
方式について、制御フローチャートに基づいて具体的に
説明する。図９は、本実施形態のエンジン制御装置の始
動時の制御用フローチヤートを示したものである。エン
ジンの始動は、イグニッションキーをスタートさせるこ
とで始まる。該キー信号がエンジンコントロールユニッ
ト１５に入力されると、ステップ４１でエンジン１の周
辺にあるセンサ類の信号を読み込むとともに、気筒判別
の作業に直ちに入り、クランク角度を読込開始する。エ
ンジン始動時における機器類の状態監視は個々の前記セ
ンサ類等で行う。

【００３３】次いで、ステップ４２でエンジンが完爆以
前のサイクルか否かを燃焼圧力センサ３０、クランク角
度センサ１２の信号によって判定する。完爆していれば
始動時の制御を終了し、完爆していない状態であれば、
ステップ４３に進み、各気筒内の圧縮時の圧力変化を検
出し（この場合吸排気弁５、６は閉じている区間を選
択）、圧力変化dp/dθがある所定の値Ａ（マイクロコン
ピュータ１５に予め記憶しておく）以上になったらステ
ップ４４に進み、気筒４内の温度は圧縮熱により上昇す
るものであるので、温度Ｔを圧力変化から演算によって
求めてステップ４５に進む。ステップ４５では前記温度
Ｔが燃料を十分蒸発する温度、例えば１８０℃以上か否
かを判別し、前記温度Ｔが１８０℃以上であれば、ステ
ップ４６に進み、燃料量を多く計量して噴射弁１０より
噴射供給し、１８０℃以下であれば、ステップ４３に戻
る。

【００３４】一方、ステップ４３で、圧力変化dp/dθが
所定の値Ａより小さいと判定した場合には、ステップ４
７に進む。圧力変化dp/dθが所定の値Ａより小さいとき
は、当該気筒４内の空気量は多くないことを意味してい
るので、温度上昇は小さいので、燃料量を少なく計量し
て噴射弁１０から噴射する。さもないとオーバーリッチ
になって燃焼が悪くなり、排気も未燃炭化水素が多量に
排出されることとなる。

【００３５】次に、吸気弁５の開度の制御について説明
する。図１０は、そのフローチャートを示したものであ
る。イグニッションキーを操作してスタートさせると、
バッテリー電圧に依存する項目が作動される。即ち、ク
ランキング時バッテリ電圧が低下する傾向があるので、
ステップ５１で、先ず、センサ類信号の読み込みを行
い、ステップ５２でバッテリーの電圧を読み込み、ステ
ップ５３でスターターを稼働し、電圧降下を見込んで補
記類の応答性、感度等に合った制御指令を準備してステ
ップ５４に進む。

【００３６】ステップ５４では、気筒４ごとの吸入推定
空気量をクランク角度信号と吸気管９の圧力センサ２５
の圧力信号に基づいて演算して、ステップ５５に進む。
ステップ５５では前記推定空気量に基づき吸気弁５のリ
フト量を決定すると共に、ステップ５６ではクランク角
度信号及び前記吸気管９内の圧力と気筒４内の圧力とに
基づき開弁時期の演算、即ち、吸気管の圧力と気筒内の
圧力とを比較して気筒内の圧力が低くなった時に開弁す
るべく演算してステップ５７に進む。ステップ５７で
は、前記演算に基づき吸気アクチュエータ２９を駆動し
て吸気弁５を開弁作動させる。ステップ５８では、前記
燃焼圧力センサ３０で検出した気筒４内の圧力信号に基
づき気筒４内の実空気量を演算してステップ５９に進
む。ステップ５９では、前記演算した実空気量と推定空
気量とを比較して両空気量が一致したかどうかを判定す
る。実空気量と推定空気量とが一致しない場合、即ち、
実空気量が少ない場合には再度ステップ５７に戻って吸
気アクチュエータを駆動するとと共に、ステップ５８で
実空気量を演算する。実空気量と推定空気量とが一致し
た場合には、ステップ６０に進み、吸気弁５を閉じ、気
筒４への空気の吸気を終了する。

【００３７】ステップ６１では、燃料ポンプ２６の稼働
状態を確認すると共に、燃料供給圧力を推定してステッ
プ６２に進み、前記演算した実空気量と燃料圧力等によ
って開弁時間幅を補正し、ステップ６３に進んで燃料噴
射弁１０から燃料を噴射してフローを終了する。前記燃
料の噴射において該燃料が吸入空気全体と均一に混合さ
せるためには気筒内に強い渦を発生するべく吸入空気を
気筒内に流入するのが良い。

【００３８】また、エンジンが部分負荷運転状態等で、
層状に燃料を噴射して点火プラグ付近を燃焼しやすい理
論空燃比とする場合には、二回に分けて燃料を気筒内に
噴射する二段噴射方式を行うと良い。この方式を採用す
る場合は、エンジン１が吸気行程にある間に、気筒４の
燃焼室４ａに、希薄濃度の燃料の混合気が形成されるよ
うに、燃料噴射弁１０から一段目の燃料が噴射され、そ
の後、吸気弁５が閉鎖され、ピストンが圧縮行程に入っ
て上昇し、気筒４内の空気流動が低下しはじめたら噴射
弁１０から二段目の噴射が行われるが、該噴射に当たっ
ては、点火プラグ７の電極部７ａに発生する電流値の信
号に基づき、前記点火プラグ７の周辺部が理論空燃比の
混合気となるように燃料の補正を行って噴射が行われ
る。

【００３９】図１１は、エンジン１の暖機後の吸気弁５
の開度時期、燃料噴射弁１０の作動時期のフローチャー
トを示したものである。ステップ７０で運転状況の信号
を入力判定してステップ７１に進む。ステップ７１から
ステップ７７までは、図１０のフローチャートのステッ
プ５４からステップ６０までと同じ演算と処理を行うも
のであり、ステップ７８では、前記演算した実空気量と
燃料圧力等によって開弁時間幅を補正し、ステップ７９
に進んで燃料噴射弁１０から燃料を噴射してフローを終
了する。

【００４０】また、前記図１０のフローチャートと同様
に、エンジンが部分負荷運転の状態等で、燃料を２段に
噴射する場合は、吸気行程で、空気と混合しやすい状態
で均質な希薄混合気を生成すべく１回目の噴射し、次
に、吸気弁５が閉じてピストン２が圧縮行程に入って上
昇し、気筒内の空気流動が低下し始めたら２回目の燃料
を噴射すると良い。

【００４１】以上、本発明の一実施形態について詳述し
たが、本発明は前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱す
ることなく設計において種々の変更ができるものであ
る。前記実施形態においては、例えば、図１０に示すよ
うに、ステップ５８で実空気量を演算した後、ステップ
５９で実空気量と推定空気量とを比較演算して該空気量
が一致したらステップ６０で吸気弁を閉じているが、他
の実施形態においては、ステップ５７で吸気弁を開いて
気筒に空気を流入した後、前記推定空気量に基づき前記
吸入弁を閉じ、その後、吸入弁の閉鎖後の気筒内の圧力
検出に基づき実空気量を演算し、該実空気量によって、
燃料噴射弁の実際の開弁時間幅を補正して燃料を噴射す
る方式とすることもできる。該方式は、吸入弁の閉鎖後
の気筒内の圧力検出に基づき実空気量を演算し、該実空
気量に基づき燃料量を演算しているので、気筒内での希
望するより正確な空燃比が達成できる。

【００４２】また、前記実施形態においては、噴射弁の
駆動部材として電磁ソレノイドを使用するものとして記
載したが、噴射弁を高速応答するためには、圧電素子、
磁歪素子を使用することもできる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明のエンジン制御装置は、吸気弁をクランク軸とは非同
期に可変に作動できるようにすると共に、該吸気弁の開
閉時期を最適化するために気筒内の燃焼圧力変化を監視
するセンサを具備したことで、最適な吸入空気量を供給
できると共に、前記吸入空気量に見合った燃料量を気筒
内に直接供給することよって、最適混合気を気筒内に形
成することができる。

【００４４】また、燃料を各気筒の運転状態に応じて２
回に分割して直接噴射すると共に、吸気管内の圧力と気
筒内の圧力のバランスを考慮して吸気弁の開弁時期を最
適に制御することによって、気筒内の混合気濃度を稀薄
域から出力が必要な理論空燃比までの広い範囲に制御で
きるので、排出される有毒ガス量の低減と運転性の向上
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で一実施形態のエンジン及びエンジン制
御装置の全体構成図。

【図２】図１のエンジン制御装置の制御ブロック図。

【図３】エンジンのクランク角度に対する弁リフト量と
吸気管の圧力変化との関係図で、（ａ）は従来のエンジ
ンで、（ｂ）は本実施形態のエンジン。

【図４】図１のエンジンの気筒内の混合気の形成状態を
示す図。

【図５】エンジン内の混合気濃度とイオン電流との相関
図。

【図６】図１のエンジンの点火プラグ部のイオン電流検
出回路。

【図７】図１のエンジンの点火プラグ部のイオン化され
た燃料の状況図。

【図８】図１のエンジンの吸気系の全体概念図。

【図９】図１のエンジン制御装置の始動時の燃料制御用
フローチヤート。

【図１０】図１のエンジン制御装置の始動時の機器監
視、吸気弁制御と燃料噴射制御のフローチャート。

【図１１】図１のエンジン制御装置の暖機後の吸気弁制
御と燃料噴射制御のフローチャート。

【図１２】従来の典型的なイオン電流検出回路を示す
図。

【図１３】従来のエンジンのクランク角度に対する弁リ
フト量と気筒・吸気管の圧力変化との関係図。

【符号の説明】

1...エンジン 2...ピストン 3...シリンダ 4...気筒 5...吸気弁 6...排気弁 7...点火プラグ 8...H/W Sensor 9...吸気管 10...燃料噴射弁 11...絞り弁 12...クランク角センサ 13...排気管 14...酸素濃度センサ 15...コントローラ 25...吸気管圧力センサ 29...吸気弁駆動アクチュエータ 30...燃焼圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｇ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｊ ３０１Ｚ ３０１Ａ ３０１Ｈ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ｇ ３６８ ３６８Ｓ Ｆ０２Ｍ 45/02 Ｆ０２Ｍ 45/02 Ｆ０２Ｐ 17/12 Ｆ０２Ｐ 17/00 Ｅ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射
   弁、駆動装置により開閉される吸気弁、気筒内の燃焼圧
   力を検出する燃焼圧力センサ、クランク角センサ、及
   び、点火プラグを備えた多気筒エンジンの制御装置にお
   いて、 前記吸気弁の開閉時期が、前記燃焼圧力センサの検出信
   号とクランク角センサの検出信号とに基づき制御される
   ことを特徴とするエンジン制御装置。
2. 【請求項２】 前記吸気弁は、吸気管の圧力と気筒内の
   吸気行程の圧力とを比較して気筒内の圧力が低くなった
   時に開弁されることを特徴とする請求１項に記載のエン
   ジン制御装置
3. 【請求項３】 前記吸気弁の駆動装置は、エンジンのク
   ランク軸とは独立して操作される電気式もしくは油圧式
   アクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２
   に記載のエンジン制御装置。
4. 【請求項４】 前記燃料噴射弁は、気筒の吸気行程と、
   圧縮行程の二回に分割して燃料を噴射することを特徴と
   する請求項１乃至３のいづれか一項に記載のエンジン制
   御装置。
5. 【請求項５】 前記点火プラグは、該点火プラグの電極
   間に所定の定電圧を常時印可加しており、燃焼火炎が該
   電極間を通過する時に発するイオン電流を検出すると共
   に、前記燃料噴射弁が前記検出信号に基づき燃料噴射量
   を補正して噴射して、前記点火プラグ周辺の混合気濃度
   を理論空燃比に維持することを特徴とする請求項１乃至
   ４のいづれか一項に記載のエンジン制御装置
6. 【請求項６】 前記燃焼圧力センサの検出信号に基づき
   気筒内の圧縮空気温度を演算推定し、該温度は燃料が蒸
   発する温度（例えば、１８０℃）以上になったら前記燃
   料噴射弁から順次燃料を時系列的に噴射することを特徴
   とする請求項１乃至５のいづれか一項に記載のエンジン
   制御装置