JP2009257100A - 内燃機関の噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁からの燃料噴射量を変化させることなく、噴孔へのデポジットの堆積を抑制することができる内燃機関の噴射制御装置を提供する。
【解決手段】筒内噴射型の燃料噴射弁３と、噴孔５６へのデポジットの堆積量を推定する堆積量推定手段２１と、燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段３０とを具備する。噴射制御手段は、堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合には、デポジットの堆積量が基準堆積量よりも少ない場合に比べて、燃料噴射期間中における燃料噴射弁の噴孔を通る燃料の平均流速が速くなるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の噴射制御装置に関する。

内燃機関の筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型の燃料噴射弁は、燃焼室内において高温・高圧の燃料ガスに晒されることから、その噴孔にはデポジット（カーボン等）が付着・堆積し易いことが知られている。このように燃料噴射弁の噴孔にデポジットが堆積すると、このデポジットが燃料噴射弁の噴孔からの燃料噴射の妨げとなり、燃料噴射量の減少を招いてしまう場合がある。

このような事態を回避するためには、筒内噴射型の燃料噴射弁の噴孔に堆積したデポジットを除去する必要がある。このため、例えば、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型の燃料噴射弁と筒内噴射型の燃料噴射弁とを具備すると共に機関運転状態に応じてこれら燃料噴射弁からの噴射量を制御する内燃機関では、筒内噴射型の燃料噴射弁の噴孔へのデポジットの堆積量が多いときには、ポート噴射型の燃料噴射弁から燃料を噴射すべき機関運転状態であっても筒内噴射型の燃料噴射弁から燃料噴射を行うこととしている（例えば、特許文献１、２参照）。このように筒内噴射型の燃料噴射弁から燃料噴射を行う機会を増やすことで、筒内噴射型の燃料噴射弁の噴孔に堆積したデポジットを吹き飛ばす頻度を増やすことができ、よって噴孔にデポジットが多量に堆積してしまうのを抑制することができる。

特開２００５−１２０８５２号公報 特開２００５−２０１０８３号公報 特開２００６−３７７４３号公報 特表２００５−５０４２１３号公報

ところで、燃料噴射弁の噴孔にデポジットが堆積していてこのデポジットを吹き飛ばそうとした場合、デポジットの吹き飛ばしは燃料噴射弁の噴孔を通る燃料の流量が多いほど効果的に行われると考えられる。上記特許文献１及び特許文献２に開示されたような二つの燃料噴射弁を有する噴射制御装置では、デポジットの堆積量が多いときには筒内噴射型の燃料噴射弁のみから燃料を噴射させることによって、筒内噴射型の燃料噴射弁からの燃料噴射量、すなわち噴孔を通る燃料の流量を増大させている。

ところが、例えば筒内噴射型の燃料噴射弁のみを有する内燃機関では、噴孔へのデポジットの堆積量が多くなったときに燃料噴射弁からの燃料噴射量を増大させてしまうと、燃焼室内の混合気の空燃比が変化してしまい、混合気の燃焼や排気エミッションを適切に制御するのが困難となる。

そこで、本発明の目的は、燃料噴射弁からの燃料噴射量を変化させることなく、噴孔へのデポジットの堆積を抑制することができる内燃機関の噴射制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、筒内噴射型の燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴孔へのデポジットの堆積量を推定する堆積量推定手段と、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段とを具備する内燃機関の噴射制御装置において、上記噴射制御手段は、上記堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合には、該デポジットの堆積量が基準堆積量よりも少ない場合に比べて、燃料噴射期間中における燃料噴射弁の噴孔を通る燃料の平均流速が速くなるようにする。
デポジットの吹き飛ばしは、噴孔を流れる燃料の流量が多い場合に加えて、噴孔を流れる燃料の流速が速い場合にも効果的に行われる。第１の発明によれば、デポジットの堆積量が多いときには噴孔を流れる燃料の平均流速が速められるため、噴孔に堆積しているデポジットを効果的に吹き飛ばすことができる。

上記課題を解決するために、第２の発明では、筒内噴射型の燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴孔へのデポジットの堆積量を推定する堆積量推定手段と、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段とを具備する内燃機関の噴射制御装置において、上記噴射制御手段は、上記堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合には、該デポジットの堆積量が基準堆積量よりも少ない場合に比べて、１サイクルにおいて燃料噴射弁の噴孔を通る燃料の流速が最大となっている期間が長くなるようにする。

上記課題を解決するために、第３の発明では、１サイクルにおいて燃料噴射を複数回行うマルチ噴射と１サイクルにおいて燃料噴射を１回行うシングル噴射とを実行可能な筒内噴射型の燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴孔へのデポジットの堆積量を推定する堆積量推定手段と、機関運転状態に応じてマルチ噴射とシングル噴射とを切り替えるように上記燃料噴射弁からの噴射を制御する噴射制御手段とを具備する内燃機関の噴射制御装置において、上記噴射制御手段は、上記堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合には、機関運転状態に関わらずにマルチ噴射を禁止する。

第４の発明では、第３の発明において、上記噴射制御手段は、上記噴射制御手段は、上記堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合であっても、内燃機関の暖機完了前には上記マルチ噴射の禁止を実行しない。

本発明によれば、デポジットの堆積量が多いときには、噴孔を流れる燃料の平均流速が速められたり、噴孔を流れる燃料の流速が最大となっている期間が長くされたりするため、噴孔に堆積しているデポジットを効果的に吹き飛ばすことができ、よって噴孔へのデポジットの堆積を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下の説明では、同様な構成要素については同一の符号を付す。

図１は、本発明の内燃機関の噴射制御装置を搭載した筒内噴射型火花点火式内燃機関を示している。なお、本発明の内燃機関の噴射制御装置は筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有していれば、圧縮自着火式内燃機関等、如何なる内燃機関に搭載することも可能である。

図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための筒内噴射型の燃料噴射弁、４は点火プラグ、５は吸気マニホルド、６は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気管７を介してエアクリーナ８に連結される。吸気管７内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置される。一方、排気マニホルド６は排気管１０を介して排気浄化触媒（例えば、三元触媒）１１を内蔵したケーシング１２に連結される。

各燃料噴射弁３は燃料リザーバ１３に連結される。この燃料リザーバ１３は燃料供給管１４を介して燃料タンク１５に接続される。燃料供給管１４には電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１６が配置され、この燃料ポンプ１６によって燃料タンク１５内の燃料が燃料リザーバ１３に供給される。

本実施形態では、燃料噴射弁３から噴射される燃料を制御する噴射制御装置として電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０が用いられる。ＥＣＵ３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。吸気管７には吸気管７内を通過する空気の流量を検出するエアフロメータ２０が取り付けられ、また排気管１０には排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２１が取付けられる。これらエアフロメータ２０及び空燃比センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続され、このクランク角センサ４２により機関回転数が検出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用のステップモータ、及び燃料ポンプ１６に接続される。

図２は、燃料噴射弁３の先端部の断面図である。図２に示したように、燃料噴射弁３は、内部に中空空間を有するほぼ円筒状のノズルボディ５１と、このノズルボディ５１の中空空間内で摺動（移動）するほぼ円柱形のニードル弁５２とを具備する。ノズルボディ５１とニードル弁５２とはこれらの軸線が同軸になるように配置される。ノズルボディ５１の内壁面とニードル弁５２との間には燃料が流れる環状流路５３が画成され、この環状流路５３は燃料リザーバ１３に接続され、燃料リザーバ１３から環状流路５３に燃料が供給される。ノズルボディ５１の先端部５４はほぼ円錐状であり、この先端部５４にはサック部５５が形成されると共にノズルボディ５１を貫通する複数の噴孔５６が設けられる。これら噴孔５６は環状流路５３と連通している。

ニードル弁５２はノズルボディ５１の中空空間内で摺動可能であり、これにより燃料噴射弁３からの燃料噴射が制御せしめられる。すなわち、ニードル弁５２の先端部５７がノズルボディ５１の内壁面と接触すると環状流路５３が遮断されて噴孔５６まで燃料が流れなくなり、よって噴孔５６から燃料が噴射されない。一方、ニードル弁５２がリフトしてニードル弁５２の先端部５７がノズルボディ５１の内壁面から離れていると、ニードル弁５２とノズルボディ５１の内壁面との間に環状隙間５８が形成され、この環状隙間５８を通って燃料が流れるようになり、よって噴孔５６から燃料が噴射される。したがって、ニードル弁５２のリフト量が零のときには燃料が噴射されず、ニードル弁５２がリフトされると燃料が噴射される。

本実施形態の内燃機関では、燃焼室２内において主に二つの燃焼形態、すなわち均質燃料燃焼と成層燃焼とにより混合気の燃焼が行われる。均質燃焼は、吸気行程中又は圧縮行程初期に燃料を噴射して燃焼室２全体に亘って混合気の空燃比をほぼ均一にしてから混合気に点火することにより行われる燃焼であり、燃焼室２全体の混合気の空燃比はほぼ理論空燃比となっている状態で燃焼が行われる。均質燃焼は、大きな出力トルクを得やすいため、機関高負荷運転時等に行われる。

一方、成層燃焼は、点火直前の圧縮行程中に燃料を噴射して、燃焼室２内において点火プラグ４近傍のみに燃料を偏在させた状態で混合気に点火することにより行われる燃焼であり、燃焼室２全体の混合気の空燃比はリーンとなっている状態で燃焼が行われる。成層燃焼では、燃料噴射量の少ない機関低負荷運転時においてもスロットルの絞りを小さくすることができ、よってポンピング損失を低減することができる。また、燃焼は主に点火プラグ４近傍のみで行われるため、冷却損失も低減でき、ひいては燃費性能を大幅に向上させることができる。

図３は、吸気下死点付近から圧縮上死点付近にかけての各燃焼室２への燃料噴射弁３からの噴射量の推移を示す図である。均質燃焼を行う場合には、燃焼室２内への燃料噴射を行ってから点火プラグ４による点火が行われるまでの間に燃焼室２内の空気と燃料が均一に混合するように、比較的早く燃料噴射を行う必要がある。図示した実施形態では、図３（Ａ）に示したように、吸気下死点付近において燃料噴射弁３から燃焼室２内への燃料噴射が行われる。

一方、成層燃料を行う場合には、燃料噴射弁３から噴射した燃料が燃焼室５内で拡散する前に点火プラグ４による点火が行われるように、比較的遅く燃料噴射を行う必要がある。図示した実施形態では、図３（Ｂ）に示したように、圧縮上死点付近において圧縮行程中に燃料噴射弁３から燃焼室２内への燃料噴射が行われる。

また、本実施形態の内燃機関では、燃焼室２内に供給された混合気の空燃比が機関運転状態に応じて定められる目標空燃比ＡＦＴに一致するように、排気管１０内に配置された空燃比センサ２１の出力に基づいて算出される出力空燃比ＡＦを用いてフィードバック制御されている。以下では、このフィードバック制御について簡単に説明する。

燃料噴射弁３からの燃料噴射量は下記式（１）に基づいて算出される最終燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づいて行われ、これにより最終燃料噴射量Ｑｆｉｎに対応した量の燃料が燃料噴射弁３からの燃料噴射によって燃焼室２内に供給される。なお、下記式（１）において、Ｑｂｓｅは基本燃料噴射量、ＦＡＦはフィードバック補正係数、ＫＧは空燃比学習値、Ａはその他の補正係数をそれぞれ示している。
Ｑｆｉｎ＝Ｑｂｓｅ・ＦＡＦ・ＫＧ・Ａ …（１）

上記式（１）の基本燃料噴射量Ｑｂｓｅは、機関回転数、機関負荷、これらに基づいて定められた目標空燃比ＡＦＴ等の機関運転状態に基づいて算出される。こうして算出される基本燃料噴射量Ｑｂｓｅは、負荷センサ４１によって検出される機関負荷が高くなるほど多くされる。上記式（１）のフィードバック補正係数ＦＡＦは、内燃機関の空燃比が機関運転状態に基づいて定められた目標空燃比ＡＦＴへと近づくようにフィードバック制御すべく燃焼噴射量を補正するための値である。空燃比センサ２１の出力空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＴよりもリッチ側の値であるかリーン側の値であるかに応じて、「１．０」を中心に増減せしめられる。すなわち、フィードバック補正係数ＦＡＦは、空燃比センサ２１の出力空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＴよりもリッチ側の値であるときには燃料噴射量を減量補正すべく所定量だけ小さくされ、リーン側の値であるときには燃料噴射量を増量補正すべく所定量だけ大きくされる。

上記式（１）の空燃比学習値ＫＧは、上記フィードバック制御中にフィードバック補正係数ＦＡＦ（正確には、その平均値ＦＡＦＡＶ）が、「１．０」を中心とする所定範囲内に収束するように燃料噴射量を補正すべく増減する値である。上記平均値ＦＡＦＡＶは、空燃比センサ２１の出力空燃比がリーン側からリッチ側へ又はその逆へ反転した時のフィードバック補正係数ＦＡＦと、その次に出力空燃比が反転した時のフィードバック補正係数ＦＡＦとを平均した値である。空燃比学習値ＫＧは、平均値ＦＡＦＡＶが上記所定範囲から増大側に外れているときには徐々に大きくされ、逆に平均値ＦＡＦＡＶが上記所定範囲から減少側に外れているときには徐々に小さくされる。このように平均値ＦＡＦＡＶに基づいて空燃比学習値ＫＧを増減させることで、平均値ＦＡＦＡＶが上記所定範囲内に収束するようになる。そして、平均値ＦＡＦＡＶが所定範囲内に収束したときの空燃比学習値ＫＧは、機関本体１の実際の空燃比の目標空燃比に対するずれ量に対応する値として学習される。

ところで、本実施形態の内燃機関では、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示したように１サイクルにおいて燃料噴射を１回行うシングル噴射に加えて、図３（Ｃ）に示したように１サイクルにおいて燃料噴射を複数回行うマルチ噴射を行うことができる。なお、図３（Ｃ）に示した例では、吸気下死点付近で１回目の噴射を行い、圧縮上死点付近で２回目の噴射を行っているが、マルチ噴射における各燃料噴射を行う時期は図３（Ｃ）に示したような時期には限られない。また、図３（Ｃ）に示した例では、燃料噴射を２回行うマルチ噴射を示しているが、複数回噴射していれば３回以上に分けて噴射してもよい。

次に、このようなマルチ噴射を行う時期について説明する。例えば、燃料噴射弁３から燃料噴射を連続的に行うと、燃料噴射弁３から噴射された燃料により燃焼室２内の空気に運動量が与えられ、空気が燃焼室２内を旋回し易くなる。内燃機関の冷間始動時、特に機関本体１が十分に暖機されていない時に、このような燃焼室２内での空気の旋回が生じると、燃料がボアに付着し易くなる。したがって、燃料によるオイル希釈が生じ易くなってしまう。ここで、燃料噴射弁３からの燃料噴射を断続的に行えば、すなわちシングル噴射ではなくマルチ噴射を行えば、燃料のボアへの付着を抑制することができ、よって燃料によるオイル希釈を抑制することができる。

また、内燃機関の冷間始動時、特に排気浄化触媒１１が十分に暖機されていない時には、排気浄化触媒１１を暖機させるために点火時期を大幅に遅角して、機関本体１から排出される排気ガスを昇温する必要がある。このように点火時期を大幅に遅角した場合には、均質燃焼を行おうとしても混合気に着火しにくいため、成層燃焼を行う必要がある。このとき噴射すべき燃料の全量を点火直前に噴射すると、燃料が十分に空気と混合しないことによりスモークが発生してしまうことがある。ここで、噴射すべき燃料の全量を点火直前に噴射しなければ、すなわちマルチ噴射を行って噴射すべき燃料の一部を先に噴射しておけばスモークの発生を抑制することができる。

そこで、本実施形態の内燃機関では、内燃機関の冷間始動時、すなわち機関本体１及び排気浄化触媒１１の暖機中においては、燃料によるオイル希釈及びスモークの発生を抑制すべく、マルチ噴射を行うこととしている。

また、筒内噴射型の内燃機関では、機関回転数が高い（中高回転）ときには燃焼室２内の空気に乱れが生じているため噴射された燃料と空気は混ざり易いが、機関回転数が低い（低回転）ときには、燃焼室２内に生じる空気の乱れが小さい。さらに、機関低負荷運転時には燃料噴射量が少ないため燃料と空気は混ざり易いが、機関中高負荷運転時には噴射量が多いため燃料と空気は混ざりにくい。したがって、低回転中高負荷運転時には燃料と空気が混ざりにくく、空気中の燃料の均質性が低くなり、よって燃焼の悪化を招いてしまう場合がある。そこで、本実施形態の内燃機関では、低回転中高負荷運転時には、マルチ噴射を行うことで、燃料と空気が混ざり易くなるようにしている。

ところで、内燃機関の燃焼室２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３では、燃料噴射弁３の噴孔５６が燃焼室２内の燃焼ガス等に直接晒されるため、噴孔５６にはデポジットが付着・堆積し易い。このように噴孔５６にデポジットが堆積すると、噴孔５６からの燃料噴射の妨げとなるため、燃料噴射弁３からの実際の燃料噴射量が目標噴射量よりも減少してしまう場合があり、これによって燃焼状態の悪化や、失火等を招いてしまうおそれがある。

ここで、このように燃料噴射弁３の噴孔５６にデポジットが堆積した場合に、堆積しているデポジットを除去する方法として、燃料噴射弁３からの噴射燃料により堆積しているデポジットを吹き飛ばすことが考えられる。このようなデポジットの吹き飛ばしは、噴孔５６を通る燃料の流量が多いほど、且つ噴孔５６を通る燃料の流速が速いほど効果的に行われる。

しかしながら、噴孔５６を通る燃料の流量、すなわち燃料噴射弁３からの燃料噴射量は、機関負荷等に応じて定まるものであり、燃料噴射弁３の噴孔５６へのデポジットの堆積量に応じて変更することはできない。そこで、本実施形態では、燃料噴射弁３の噴孔５６へのデポジットの堆積量が多くなった場合に、デポジットの堆積量が少ない場合に比べて燃料噴射弁３の噴孔５６内を通る燃料の流速を速めるようにしている。

より詳細には、本実施形態では、噴孔５６へのデポジットの堆積量が多くなった場合に、１サイクルにおいて燃料噴射弁３が開弁している期間中における燃料噴射弁３の噴孔５６内を通る燃料の平均流速を速めることとしている。或いは、本実施形態では、噴孔５６へのデポジットの堆積量が多くなった場合に、１サイクルにおいて燃料噴射弁３のニードル弁５２のリフト量が最大となっている期間、すなわち噴孔５６内を通る燃料の流速が最大となっている状態で燃料噴射を行っている期間が長くなるようにしている。

具体的には、本実施形態では、デポジットの堆積量を検出又は推定する堆積量推定手段によって推定された噴孔５６へのデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合には、マルチ噴射を禁止する。したがって、斯かる場合には、マルチ噴射を実行すべき機関運転状態であったとしてもシングル噴射が実行される。なお、基準堆積量は、例えば、それ以上噴孔５６へのデポジットの堆積量が多くなると機関運転状態の悪化を招くような堆積量とされ、予め実験等により設定される値である。

図４は噴孔５６内を通る燃料の流速の推移を示す図であり、図４（Ａ）はシングル噴射を行った場合、図４（Ｂ）はマルチ噴射を行った場合をそれぞれ示している。なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、燃料噴射量が同一となっている場合を示している。

図４から分かるように、シングル噴射を行った場合（図４（Ａ））には、マルチ噴射を行った場合（図４（Ｂ））に比べて、噴孔５６を通る燃料の流速が最大となっている期間（すなわち、ニードル弁５２のリフト量が一定のリフト量以上となっている期間）が長い。図示した例では、シングル噴射時（図４（Ａ））に燃料の流速が最大となっている期間Ｘは、マルチ噴射時（図４（Ｂ））の１回目の燃料噴射における燃料の流速が最大となっている期間Ｙと、２回目の燃料噴射における燃料の流速が最大となっている期間Ｚとの合計期間の倍程度の期間となっている（Ｘ＞Ｙ＋Ｚ）。

また、図４中の破線は、１サイクルにおいて燃料噴射弁３が開弁している期間中、すなわち１サイクルにおいて燃料噴射弁３から燃焼室２内へと燃料噴射が行われている期間中における燃料噴射弁３の噴孔５６内を通る燃料の平均流速を示している。図から分かるように、シングル噴射が行われている場合における平均流速αはマルチ噴射が行われている場合における平均流速βよりも速い。

このように、シングル噴射を行っている場合には、１サイクルにおいて噴孔５６を通る燃料の流速が最大となっている期間が長く且つ１サイクルにおいて燃料噴射弁３が開弁している期間中における燃料噴射弁３の噴孔５６を通る燃料の平均流速も速いため、マルチ噴射を行っている場合に比べて、噴孔５６に堆積しているデポジットを吹き飛ばし易い。したがって、デポジットの堆積量を検出又は推定する堆積量推定手段によって推定された噴孔５６へのデポジットの堆積量が所定量以上である場合にマルチ噴射を禁止することによって、噴孔５６に堆積しているデポジットを迅速に吹き飛ばすことができるようになり、その結果、噴孔５６にデポジットが堆積するのを抑制することができる。

次に、本実施形態におけるデポジットの堆積量を検出又は推定する堆積量推定手段によるデポジットの堆積量の推定方法について説明する。噴孔５６へのデポジットの堆積量が増加すると、噴孔５６を通過する燃料の流量が減少し、ニードル弁５２のリフト量に対する燃料噴射量が減少することになる。このように燃料噴射量が減少すると、排気ガスの空燃比は目標空燃比よりもリーンになり、これによってフィードバック補正係数ＦＡＦが大きくされると共に、それに伴って空燃比学習値ＫＧが大きくされる。すなわち、噴孔５６へのデポジットの堆積量が増加すると、空燃比学習値ＫＧが大きくされる。

したがって、本実施形態では、堆積量推定手段は、空燃比学習値ＫＧに基づいて噴孔５６へのデポジットの堆積量を推定する。すなわち、空燃比学習値ＫＧの値が大きくなるほど噴孔５６へのデポジットの堆積量が増大したものと推定する。

なお、上記実施形態では、堆積量推定手段として空燃比学習値ＫＧに基づいてデポジットの堆積量を推定するものが用いられているが、これに限らずデポジットの堆積量と相関を有する内燃機関１の機関運転状態を示すパラメータに基づいて堆積量を推定することができれば如何なる方法で堆積量を推定してもよい。

ところで、上述したように、機関冷間始動時においては、シングル噴射を行うと燃料によるオイル希釈やスモークの発生を招いてしまう。そこで、本実施形態では、機関冷間始動時、すなわち機関冷却水の温度が低いときには、噴孔５６へのデポジットの堆積量が多いときでもマルチ噴射を行うこととしている。これにより、燃料によるオイル希釈やスモークの発生を抑制することができる。

図５は、燃料の噴射形態（シングル噴射及びマルチ噴射）を制御する噴射形態制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは各サイクル毎に行われる。

図５に示したように、まずステップＳ１１では、空燃比センサ２１の出力に基づいて空燃比学習値ＫＧが算出される。次いで、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出された空燃比学習値ＫＧに基づいて噴孔５６へのデポジットの堆積量ＤＭが算出される。

次いで、ステップＳ１３及びステップＳ１４では、ステップＳ１２で算出されたデポジットの堆積量ＤＭが基準堆積量ＤＭＳよりも少ないか否か、及び機関冷却水温ＷＴが基準冷却水温ＴＷＳ以上であるか否か、すなわち機関本体１及び排気浄化触媒１１の暖機が完了したか否かが判定される。ステップＳ１３及びＳ１４において、デポジットの堆積量ＤＭが基準堆積量ＤＭＳよりも少ないと判定された場合、又は機関冷却水温ＷＴが基準冷却水温ＷＴＳよりも低いと判定された場合にはステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、予め実験等によって求められたマップにより機関運転状態に応じて噴射回数が決定され、ステップＳ１７へと進む。

一方、ステップＳ１３及びＳ１４において、デポジットの堆積量ＤＭが基準堆積量ＤＭＳ以上であり且つ機関冷却水温ＷＴが基準冷却水温ＷＴＳ以上であると判定された場合には、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６ではマルチ噴射が禁止される。したがって、マルチ噴射を実行すべき機関運転状態であってもマルチ噴射は実行されない。次いで、ステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、ステップＳ１５又はステップＳ１６で設定された形態で燃料噴射が実行される。

なお、ニードル弁５２のリフト速度（上昇速度）を変更可能な燃料噴射弁３を用いて機関運転状態に応じて燃料噴射弁３のニードル弁５２のリフト速度を変更している内燃機関では、噴孔５６へのデポジットの堆積量が基準堆積量以上となった場合に、機関運転状態と無関係にニードル弁５２のリフト速度が最大となるようにしてもよい。これにより、１サイクルにおいて燃料噴射弁３が開弁している期間中における燃料噴射弁３の噴孔５６を通る燃料の平均流速を速めることができると共に、噴孔５６を通る燃料の流速が最大となっている期間を長くすることができ、よって噴孔５６へのデポジットの堆積を抑制することができる。

次に、図６を参照して本発明の第二実施形態の噴射制御装置について説明する。第二実施形態の噴射制御装置の構成は基本的に第一実施形態の噴射制御装置の構成と同様であるが、第二実施形態の噴射制御装置の搭載される内燃機関は筒内噴射型の燃料噴射弁３に加えて、ポート噴射型の燃料噴射弁２５が設けられている。

図６に示したように、各ポート噴射型の燃料噴射弁２５は燃料リザーバ２６に連結される。この燃料リザーバ２６は燃料供給管２７を介して燃料タンク１５に接続される。燃料供給管２７には電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８が配置され、この燃料ポンプ２８によって燃料タンク１５内の燃料が燃料リザーバ２６に供給される。また、ポート噴射型の燃料噴射弁２５及び燃料ポンプ２８は対応する駆動回路３８を介して出力ポート３６に接続される。

本実施形態の内燃機関では、基本的に機関負荷に応じて筒内噴射型の燃料噴射弁３とポート噴射型の燃料噴射弁２５からの燃料噴射量を調整している。すなわち、機関高負荷運転時には均質燃焼を行う必要があるためポート噴射型の燃料噴射弁２５からの燃料噴射量が多くされ、機関低負荷運転時には成層燃焼を行う必要があるため筒内噴射型の燃料噴射弁３からの燃料噴射量が多くされる。

ところで、上述したように、噴孔５６にデポジットが堆積すると、筒内噴射型の燃料噴射弁３からの実際の燃料噴射量が減少してしまう。そこで、本実施形態では、噴孔５６へのデポジットの堆積量が多くなるほど両燃料噴射弁３、２５からの目標燃料噴射量が多くなるように目標燃料噴射量を増量補正することとしている。これにより、噴孔５６にデポジットが堆積することによる燃料噴射弁３からの燃料噴射量の減少分を補償することができる。

図７は、本実施形態における燃料噴射量の補正について説明するための図である。図中のケースＡは、目標燃料噴射量の増量補正を行うにあたって筒内噴射型の燃料噴射弁３からの燃料噴射量（以下「筒内噴射量」という）とポート噴射型の燃料噴射弁２５からの燃料噴射量（以下「ポート噴射量」という）とを均等に増量補正する場合を示している。図中のケースＢは、目標燃料噴射量の増量補正を行うにあたって、ポート噴射量を増量補正することなく、筒内噴射量のみを増量補正する場合を示している。この場合、筒内噴射量の増量補正分は、ケースＡの場合における筒内噴射量の増量補正分ａとポート噴射量の増量補正分ｂとを合計した量（ａ＋ｂ）に等しい。

図中のケースＣは、目標燃料噴射量の増量補正を行うにあたって、ポート噴射量を減量補正すると共に、筒内噴射量をポート噴射量の減量補正分を考慮して大幅に増量補正する場合を示している。この場合、筒内噴射量の増量補正分は、ケースＢの場合における筒内噴射量の増量補正分（ａ＋ｂ）と、ポート噴射量の減量補正分ｃとを合計した量（ａ＋ｂ＋ｃ）に等しい。

本実施形態では、ケースＣに示したように両燃料噴射弁３、２５からの燃料噴射量の補正が行われる。このように、筒内噴射量を多くすることにより、噴孔５６を通る燃料の流量が多くなり、よって噴孔５６に堆積したデポジットを効果的に吹き飛ばすことができるようになる。

ただし、噴孔５６へのデポジットの堆積量が上述した基準堆積量以上となった場合には、ポート噴射型の燃料噴射弁２５からの燃料噴射を禁止して、筒内噴射型の燃料噴射弁３のみから燃料噴射を行う。これにより、デポジットが多量に噴孔５６に堆積した場合には、迅速にデポジットを吹き飛ばすことができるようになる。

図８は、両燃料噴射弁３、２５からの噴射比率を制御する噴射比率制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは各サイクル毎に行われる。

ステップＳ２１及びＳ２２は、図５に示したステップＳ１１及びＳ１２と同様であるため説明を省略する。ステップＳ２３では、予め実験等によって求められたマップにより機関運転状態に基づいて筒内噴射量とポート噴射量との比率が算出される。次いで、ステップ２４では、機関冷却水温ＷＴが基準冷却水温ＴＷＳよりも低いか否かが判定される。機関冷却水温ＷＴが基準冷却水温ＴＷＳよりも低いと判定された場合にはステップＳ２８へと進む。

一方、ステップＳ２４において機関冷却水温ＷＴが基準冷却水温ＴＷＳ以上であると判定された場合にはステップＳ２５へと進む。ステップＳ２５では、デポジットの堆積量ＤＭが基準堆積量ＤＭＳよりも少ないか否かが判定される。デポジットの堆積量ＤＭが基準堆積量ＤＭＳよりも少ないと判定された場合にはステップＳ２６へと進む。ステップＳ２６では、図７のケースＣに示したように、燃料噴射量の補正量が算出されると共に、算出された補正量を用いてステップＳ２３で算出された噴射比率が補正され、ステップＳ２８へと進む。

一方、ステップＳ２５において、デポジットの堆積量ＤＭが基準堆積量ＤＭＳ以上であると判定された場合にはステップＳ２７へと進む。ステップＳ２７では、ステップＳ２３で算出された噴射比率に関わらずにポート噴射が禁止される。ステップＳ２８では、ステップＳ２３、Ｓ２６又はＳ２７において定められた両燃料噴射弁３、２５からの燃料噴射量に基づいて、所定の燃料噴射時期に両燃料噴射弁３、２５、或いは一方の燃料噴射弁のみから燃料噴射が行われる。

本発明の内燃機関の噴射制御装置を搭載した筒内噴射型火花点火式内燃機関を示す図である。 燃料噴射弁の先端部の断面図である。 吸気下死点付近から圧縮上死点付近にかけての各燃焼室への燃料噴射弁からの噴射量の推移を示す図である。 噴孔内を通る燃料の流速の推移を示す図である。 燃料の噴射形態（シングル噴射及びマルチ噴射）を制御する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の第二実施形態の内燃機関の噴射制御装置を搭載した火花点火式内燃機関を示す図である。 燃料噴射量の補正について説明するための図である。 両燃料噴射弁からの噴射比率を制御する制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
２ 燃焼室
３ 筒内噴射型の燃料噴射弁
４ 点火プラグ
５ 吸気マニホルド
６ 排気マニホルド
２０ エアフロメータ
２１ 空燃比センサ
２５ ポート噴射型の燃料噴射弁
３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. 筒内噴射型の燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴孔へのデポジットの堆積量を推定する堆積量推定手段と、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段とを具備する内燃機関の噴射制御装置において、
   上記噴射制御手段は、上記堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合には、該デポジットの堆積量が基準堆積量よりも少ない場合に比べて、燃料噴射期間中における燃料噴射弁の噴孔を通る燃料の平均流速が速くなるようにする、噴射制御装置。
2. 筒内噴射型の燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴孔へのデポジットの堆積量を推定する堆積量推定手段と、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段とを具備する内燃機関の噴射制御装置において、
   上記噴射制御手段は、上記堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合には、該デポジットの堆積量が基準堆積量よりも少ない場合に比べて、１サイクルにおいて燃料噴射弁の噴孔を通る燃料の流速が最大となっている期間が長くなるようにする、噴射制御装置。
3. １サイクルにおいて燃料噴射を複数回行うマルチ噴射と１サイクルにおいて燃料噴射を１回行うシングル噴射とを実行可能な筒内噴射型の燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴孔へのデポジットの堆積量を推定する堆積量推定手段と、機関運転状態に応じてマルチ噴射とシングル噴射とを切り替えるように上記燃料噴射弁からの噴射を制御する噴射制御手段とを具備する内燃機関の噴射制御装置において、
   上記噴射制御手段は、上記堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合には、機関運転状態に関わらずにマルチ噴射を禁止する、噴射制御装置。
4. 上記噴射制御手段は、上記堆積量推定手段によって推定されたデポジットの堆積量が基準堆積量以上である場合であっても、内燃機関の暖機完了前には上記マルチ噴射の禁止を実行しない、請求項３に記載の内燃機関の噴射制御装置。

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