JPS584185B2 - 電子制御燃料噴射機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は吸気弁のバルブタイミングを可変として吸入空
気量を制御するようにした内燃機関において、吸気弁の
開弁期間に応じて燃料噴射量を決定するようにした電子
制御燃料噴射機関に関する。

一般に内燃機関の吸気弁の開閉時期は、機関運転状態の
いかんにかかわらず固定的に設定されているのが普通で
あって、例えば吸入上死点前、クランク角度で１０°〜
２０°で開き始め、下死点後５０°〜６０°で閉じ終る
ようになっている。

そして、このバルブタイミングは、吸気絞弁の全開する
高負荷運転域での最大出力の確保を重点において設定さ
れる。

ところで、火花点火式内燃機関においては、吸入空気量
（換言すると機関出力）をコントロールするために吸気
絞弁を設けているが、この絞弁開度に応じて絞弁下流に
発生する吸入負圧が吸入行程時のピストンに対する負の
仕事、即ちポンピングロスとなって発生熱エネルギの相
当部分が熱損失として消費される。

このポンピングロスは吸入負圧が強くなるほど増太し、
したがって自動車用内燃機関のように低負荷状態での使
用頻度が高いものでは、燃費効率の改善にとって大きな
障害となっていた。

ところで、吸入空気量を制御する方法として、吸入行程
で開く吸気弁の開弁期間を運転状態（アクセル開度）に
応じて可変として、シリンダの有効容積を実質的に増減
することが考えられるが、この方法によれば吸気絞弁が
省け、吸気弁の開弁時におけるポンピング冶スを低減す
ることが可能となる。

これを第１図によって詳述すると、吸気弁の開弁時期は
原則的に、上死点前１０ 〜２０ に改定するが、閉弁
時期をアクセル開度に対応して変化、即ち、低負荷にな
るほど早く閉じ、同時にバルブリフトも小さく（衝撃を
小さくするために小くせざるを得ない。

）設定し、負荷の増加に応じて閉時期を遅らせるととも
にリフトを増し、高負荷域では通常のバルブタイミング
固定型と同程度に設定する。

吸入行程でピストンの降下に伴い吸気弁を通って混合気
がシリンダ内に吸入されるが、吸気弁を下死点到達前に
閉じれば吸入作用はその時点で終了し、その結果、シリ
ンダの実質的な有効容積は吸気弁が閉じたときのピスト
ン位置によって決まり、したがって吸気弁を早く閉じる
ほど吸入空気量は減少する。

このようにして吸気弁の開弁期間を可変として吸入空気
量を制御すれば、吸気絞弁を設けるのと異り吸入負圧が
殆んど発生しないため、ボンピングロスを大幅に低減す
ることが可能となるのである。

なお、吸気弁の閉時期は圧縮行程において可変としても
、いったんシリンダに吸入した混合気の一部を吸気系に
押し戻すことにより、同様な制御が可能となる。

ところで、火花点火式内燃機関であって、燃料の供給を
吸気通路に設けた燃料噴射弁により、機関回転数に同期
して噴射供給する電子制御燃料噴射システムが開発され
ているが、この場合に例えば燃料噴射量を機関吸入負圧
と絞弁開度にもとづいて決定している方式がある。

しかしながら、上記のように吸気弁のバルブタイミング
可変型では、吸入負圧と吸入空気量の相関性が希薄化す
るので、吸入空気量の正確な検出が困難となる。

このため、吸気通路にエアフローメークを取付けて吸入
空気量を測定するのでは、吸入負圧センサに比べてコス
トアップが避けられず、とくに傾斜板方式のエアフロー
メータでは若干ではあるが吸気抵抗の増加による吸入負
圧の増加のため、ボンピンク狛ス低減効果が減少してし
まう。

本発明はこのようなバルブタイミング可変型機関におい
て、吸気非の開弁期間を直接、間接的に検出することに
より吸入空気量を測定（理論的には、吸入空気量は開弁
期間とリフト量によるけれども、リフト量は、その開弁
期間の吸入空気量では流量に大きな影響を与えない程度
に大きいので、実際上は開弁期間が略吸入空気量に比例
するとみることができる。

）し、これにもとづいて燃料噴射量を決定するようにし
た電子制御燃料噴射機関を提供することを目的とする。

以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

まず、第２図にもとづいて吸気弁動弁機構を説明すると
、シリンダヘッド１の上部には軸受２間で回転かつ摺動
自由にカム軸３が支持され、吸気弁４に対応した位置に
は、カム軸３の軸方向の変位に伴ってプロフィルが変化
し、吸気弁の開弁期間及びリフト（ここで、前述した様
に、リフト量は空気量を制御するためでなく、主として
、衝撃防止のためである。

）を前述した第１図のように可変とする三次元カム（立
体カム）５が形成される。

つまり、図の状態ではカム軸３が左方に移動するほど吸
気弁４の開弁期間とリフトが増加し、吸入空気量が増大
するようになっている。

カム軸３の一端にはスプライン部６を介してスプロケッ
トホイール７が結合し、機関回転に同期しカム軸３を回
転させる。

カム軸３の他端には、油圧シリンダ８に摺動自由に収め
られたピストン９が相対回転可能に連結し、油圧室１０
に供給される油圧制御装置１１を介しての制御油圧によ
り、リターンスプリング１２に抗してカム軸３を軸方向
に変位させる。

油圧制御装置１１はアクセルペダル（図示せず）と連動
するスロットルレバー１４を介して作動するもので、バ
ルブハウジング１５には２つのピストン１６．１７が直
列的に収められ、内側のピストン１６にロッド１８を介
して連結した弁体１９が、油圧ポンプ２０からの圧油が
供給されるポンプ通路２１と、上記した油圧シリンダ８
の油圧室１０に連通ずる供給通路２２及びタンク２３に
連通ずる還流通路２４が接続する調圧室２５との通口２
６を開閉する。

２７，２８はそれそれピストン１６と１７のリターンス
プリングであり、またピストン１６で画成される圧力補
正室２９には通路３０を介して調圧室２５の油圧が伝達
される。

したがって、ピストン１６の左方への変位量が増すほど
通口２６の開度が大きくなり、調圧室２５の油圧が上昇
する。

なお、調圧室２５にはオリフイス付の還流通路２４が連
通しているので、余剰流量はタンク側へと戻されるが、
還流通路２４は十分に絞ってあるので、調圧室２５の油
圧はポンプ通路２１の開度、つまり通口２６の開口面積
に略比例するのである。

また、圧力補正室２９にも調圧室２５の油圧が伝達され
ているので、弁開度と無関係に油圧が変化したときには
、油圧に応じてピストン１６を変位させこれを自動的に
補正する。

これらの結果、アクセルペダルの踏み込み量に応じて油
圧制御装置１１の制御油圧が上昇し、これに伴ってカム
軸３を軸方向に駆動する油圧シリンダ８の作動量が増し
、カム５の吸気弁４に対するプロフィルを変化させて吸
入空気量を増大させる。

つまり、アクセル開度が増すほど高負荷側のカム位置と
なり、吸気弁４の開弁期間が増加し、これに略比例して
吸入空気量を増大させるのである。

したがって、油圧制御装置１１から供給される制御油圧
は、吸入空気量の関数として密接なる相関性をもってい
る。

そこで本発明では第３図に示すような電子制御燃料噴射
システムに、吸入空気量を代表する信号値として、供給
通路２２の制御油圧を検出する油圧センサ３５を介して
、燃料噴射制御回路３６への入力信号としている。

第３図において、３７は機関本体、３８は吸気通路であ
って、燃料噴射弁３９が各気筒に対応しての吸気通路（
ポート）にそれぞれ配備され、燃料噴射弁３９に対して
は、燃料ポンプ４０によってタンク４１から吸引した燃
料が、フィルタ４２、プレツシャレギュレータ４３を介
して導かれ、燃料噴射制御回路３６からのパルス信号で
噴射弁３９が開くと、吸気中に吸入空気量に対応して噴
射供給される。

制仰回路３６は機関運転状態に応じて最適な空燃比が得
られるように、各種の運転状態を代表する信号が入力さ
れるのである。

例えは、４５は吸気温度を検出するセンサ、４６は機関
回転数を検出するセンサであり、同じように前記した油
圧センサ３５の出力も入力され、制御回路３６ではこれ
らにもとづいて最適な噴射量を決定し、燃料噴射弁３９
の開弁時間を制御するパルス信号を出力する。

図中、４７はスタークリレースイツチ、４８はエンジン
キースイッチ、４９は低温始動時に燃料を供給するコー
ルドスタートバルブ、５０はコールドスタートバルブ４
９の作動を制御するサーモタイムスイッチ、５１はバツ
テリ、５２は燃料ポンプ駆動リレーである。

以上のような構成において、アクセル開度に応じて油圧
制御装置１１の制御油圧が設定され、これに比例してカ
ム軸３が軸方向に変位して吸気弁４の開弁期間が制御さ
れる。

リフトは、衝撃を吸収できるように、開弁期間の減少に
応じて、減少させるが、開弁期間を減少させるのは、機
関回転数が減少するので、吸気の慣性に及ぼすリフト量
の影響は小さく、従って、リフト量は吸入空気量には大
きな影響を与えない。

吸入空気量は吸気弁４のバルブタイミングに対応して制
御され、燃料噴射弁３９から供給する燃料流量をこの吸
入空気量にもとづいて増減させるために、油圧センサ３
５から吸入空気量を代表する信号が燃料噴射制御回路３
６に入力しており、これにより適正な空燃比が得られる
ように噴射弁３９の作動をコントロールするパルス信号
が設定されるのである。

したがって、吸入負圧センサがなくても吸入空気量の測
定を精度よく行えるのであり、油圧センサ３５そのもの
はエアーフローメータなどに比べれば構造が簡単で吸気
抵抗の増加を招くこともない。

以上のように本発明によれば、吸気弁の開弁期間の関数
となる制御油圧にもとづいて吸入空気量を測定でき、燃
料の噴射量を吸入空気量に対応して適正に制御すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸気弁の開閉時期を示す説明図、第２図は本発
明の動弁機構の断面図、第３図は全体的な概略平面図で
ある。 ３・・・・・・カム軸、４・・・・・・吸気弁、５・・
・・・・カム、８・・・・・・油圧シリンダ、９・・・
・・・ピストン、１１・・・・・・油圧制御装置、１６
，１７・・・・・・ピストン、１９・・・・・・弁体、
２１・・・・・・ポンプ通路、２２・・・・・・供給通
路、２４・・・・・・還流通路、２５・・・・・・調圧
室、３５・・・・・・油圧センサ、３６・・・・・・燃
料噴射制御回路、３９・・・・・・燃料噴射弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸気弁の閉弁期間に応じて吸入空気量を制御するよ
   うに吸気弁の閉時期を運転状態に応じて可変とする動弁
   機構と、吸気弁の閉弁期間を検出する手段と、開弁期間
   に応じて燃料噴射量を制御する燃料供給手段とを備えた
   ことを特徴とする電子制御燃料噴射機関。 ２ 開弁期間の検出手段が、動弁機構を駆動する油圧ア
   クチュエータの油圧センサである特許請求の範囲第１項
   記載の電子制御燃料噴射機関。 ３ 燃料供給手段が、機関吸気通路に設けた燃料噴射弁
   と、該噴射弁に対して吸気弁開弁期間に応じての噴射パ
   ルス信号を供給する燃料噴射制御回路である特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の電子制御燃料噴射機関。 ４ 動弁機構が、油圧シリンダに連動して軸方向に変位
   するカム軸と、このカム軸方向変位に伴ってプロフィル
   の変わる三次元カムとから構成される特許請求の範囲第
   １項〜第３項のいずれか一つに記載の電子制御燃料噴射
   機関。