JP2014034972A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デュアル噴射のエンジン１において、デポシットを除去する制御の実行機会を十分に確保しながら、その制御の実行に伴う燃焼やエミッションの悪化を防止する。
【解決手段】気筒１１内に燃料を噴射する筒内噴射弁１０ｂと、吸気通路１４に燃料を噴射する吸気通路噴射弁１０ａとを備え、デポジットの堆積が所定以上に多くなったと判定すれば、筒内噴射弁１０ｂにより強制的に燃料を噴射させる（デポジット除去制御）。その際に、筒内噴射弁１０ｂへ供給される燃料の圧力が所定値以上で、機関負荷が比較的高ければ（ＳＴ１０５でＹＥＳ）デポジット除去制御を実行する（ＳＴ１０６）一方、機関負荷が低ければ（ＳＴ１０５でＮＯ）デポジット除去制御は実行しない（ＳＴ１０７）。
【選択図】図５

Description

本発明は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路噴射弁との２通り（デュアル）の噴射系統を備えた内燃機関における燃料の噴射制御に関し、特に、筒内噴射弁に堆積したデポジットを除去するための制御に係る。

従来より、例えば車両に搭載されるガソリン内燃機関（以下、エンジンともいう）において、筒内噴射弁と吸気通路噴射弁との２通りの噴射系統を備えた、いわゆるデュアル噴射のものが知られている。このものでは、気筒内の燃焼室に臨んで高温の燃焼ガスに曝される筒内噴射弁の噴孔において、デポジットが形成され堆積するという問題がある。

これに対し特許文献１に記載の燃料噴射装置では、例えばアイドルのような低負荷運転が所定時間以上、継続してポート噴射用インジェクタ（吸気通路噴射弁）のみが使用される状況では、筒内噴射用インジェクタ（筒内噴射弁）におけるデポジットの堆積が所定以上に多くなったと判定し、本来、ポート噴射用インジェクタを使用する運転状態であっても強制的に筒内噴射用インジェクタにより燃料を噴射させて、噴孔に堆積したデポジットを除去するようにしている（デポジット除去制御）。

特開２００５−１２０８５２号公報

ところが、前記のようにエンジンの低負荷運転が継続すると、筒内噴射用インジェクタに接続されたデリバリパイプ内の燃料が、シリンダヘッドなどからの受熱によってさらに高圧化することがあった。こうなると、前記のデポジット除去制御の際に筒内噴射用インジェクタをその最小開弁時間（最小噴射期間）で動作させたとしても、噴射される燃料の量が目標噴射量を上回ってしまい、空燃比のリッチ化によって燃焼の悪化やエミッションの悪化を招くおそれがある。

これに対し、前記デリバリパイプ内の燃料の圧力が所定値以上に高くて、前記のような空燃比のリッチ化が予想されるときには、デポシット除去制御を禁止することも考えられる。しかし、こうすると、前記した燃焼状態やエミッションの悪化は回避できる一方で、デポシット除去制御を実行する機会が少なくなってしまい、その効果を十分に得られなくなる懸念がある。

かかる諸点を考慮して本発明の目的は、デポシット除去制御の実行機会をできるだけ多くしながら、その実行に伴う内燃機関の燃焼状態やエミッションの悪化を防止することにある。

前記目的を達成するために本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路噴射弁と、前記筒内噴射弁のデポジットの堆積が所定以上である場合に、デポジットを除去するために当該筒内噴射弁により燃料を噴射させる、デポジット除去制御を行う制御装置と、を備えた内燃機関の燃料噴射装置を対象とする。

そして、前記制御装置を、前記筒内噴射弁へ供給される燃料の圧力が所定値以上の場合に、機関負荷の高い領域では前記デポジット除去制御の実行を許可する一方、機関負荷の低い領域では許可しない構成とした。

すなわち、筒内噴射弁へ供給される燃料の圧力（燃圧）が所定値以上に高く、筒内噴射弁をその最小開弁時間で動作させたとしても、噴射される燃料量が筒内噴射弁の規格上の最小噴射量を上回るような状況においても、内燃機関の負荷が或る程度高くて、目標噴射量が前記噴射される燃料量以上であれば、デポシット除去制御の実行に伴い空燃比がリッチ化することはない。

そこで、燃圧だけではなく機関負荷にも着目して、機関負荷の高い領域ではデポジット除去制御の実行を許可する一方、機関負荷の低い領域では許可しないようにすれば、デポシット除去制御の実行機会はできるだけ多くしながら、筒内噴射弁による燃料噴射によって空燃比がリッチ化することは防止して、燃焼状態やエミッションの悪化を防止することが可能になる。

好ましくは前記制御装置は、機関負荷率が予め設定した閾値以上であれば前記デポジット除去制御の実行を許可する一方、当該閾値未満であれば許可しない構成としてもよい。そして、その閾値は、前記燃料の圧力が高いほど高い値になるように設定すればよい。

こうすれば、燃圧があまり高くなっていなくて、筒内噴射弁の最小噴射量が比較的少ない（規格上の最小噴射量に近い）ときには、機関負荷率の閾値が低くなってデポジット除去制御の実行機会が多くなる一方、燃圧の上昇に応じて最小噴射量が増大する（規格上の最小噴射量からの乖離が大きくなる）のに連れて、機関負荷率の閾値が高くなるので、燃圧が高くても空燃比のリッチ化を抑制することができる。

つまり、デポジット除去制御の実行機会をできるだけ多くすることと、この制御に起因する燃焼およびエミッションの悪化を防止すること、という相反する目的をより高い次元で両立できる。

また、燃圧がかなり低いときには、例えばアイドルのように負荷の低い状態でも燃料噴射量が目標噴射量を上回るおそれはなく、前記デポジット除去制御の実行によって空燃比がリッチ化する心配はない。このことを考慮して前記制御装置は、燃圧が所定値未満であれば、機関負荷の高低にかかわらず前記デポジット除去制御の実行を許可する構成としてもよい。

ここで、デポジット除去制御の実行の可否を、機関負荷率だけでなく例えば機関回転数も考慮して決定するようにしてもよい。例えば内燃機関が車両に搭載されている場合、空燃比のリッチ化によって燃焼が悪化すると、機関トルクが変動して乗員に違和感を与える可能性があるが、このような機関トルクの変動は、一般的に機関回転数が高いほど人間には気付かれ難いからである。

そこで、前記制御装置は、例えば機関負荷率に機関回転数を乗算した機関出力を予め設定した閾値と比較して、この閾値以上であれば前記デポジット除去制御の実行を許可する一方、当該閾値未満であれば前記デポジット除去制御の実行を許可しない構成としてもよい。この場合にも前記閾値は、燃圧が高いほど高い値になるように設定するのが好ましい。

また、そうして車両に搭載されている内燃機関の場合、例えばハイブリッド車両のように内燃機関によって駆動される強力な発電機を備えているのであれば、この発電機が発電動作するときに前記デポジット除去制御を実行するようにしてもよい。こうすれば、デポジット除去制御の実行に起因して僅かに機関トルクが変動しても、これは発電機の動作に伴うトルクの変化に紛れることになるので、乗員が違和感を覚えることは少ない。

さらにまた、そうして発電機を備えているのであれば、前記制御装置は、前記デポジット除去制御を実行するために、前記発電機を強制的に発電動作させて、機関負荷を高めるようにしてもよい。こうすれば、デポジット除去制御による燃焼およびエミッションの悪化を防止しながら、制御の実行機会をさらに多くすることができる。

なお、筒内噴射弁におけるデポジットの堆積が所定以上に多くなったことについては、従来までと同様に吸気通路噴射弁による燃料噴射が長時間、継続したことによって判定することができる。例えば前記制御装置は、現在までの所定時間内において前記吸気通路噴射弁による燃料噴射の累積時間が第１の所定値以上であって、かつ前記筒内噴射弁による燃料噴射の累積時間が前記第１の所定値よりも少ない第２の所定値以下のときに、該筒内噴射弁におけるデポジットの堆積が所定以上に多くなったと判定する構成としてもよい。

その場合に好ましいのは、時間だけではなく機関運転状態も考慮することであり、例えば燃焼室の温度が高いほど、デポジットが生成し易いことを考慮すれば、前記所定時間内における内燃機関の運転履歴も加味して、デポジットの堆積が所定以上に多くなったことを判定するようにしてもよい。

以上、説明したように本発明に係る燃料噴射装置は、筒内噴射弁と吸気通路噴射弁とを備えたデュアル噴射の内燃機関において、筒内噴射弁へ供給される燃料の圧力が所定値以上であっても、機関負荷が或る程度高ければデポジット除去制御の実行を許可するようにしたので、その実行機会を十分に確保することができる。一方、機関負荷が低ければデポジット除去制御は禁止することで、内燃機関の燃焼状態やエミッションの悪化を防止することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンを搭載した車両のハイブリッドシステムの概要を示す構成図である。 同エンジンの概略構成を示す図である。 ハイブリッドシステムの制御系のブロック図である。 デュアル噴射のモード切替の制御マップの一例を示す説明図である。 デポジット除去制御の手順を示すフローチャート図である。 燃圧に応じてデポジット除去制御を許可する負荷率を設定したテーブルの一例を示す説明図である。 エンジン出力に基づいてデポジット除去制御を許可するか否か判定する変形例１に係る図５相当図である。 デポジット除去制御の実行のためにモータジェネレータを強制的に発電動作させるようにした変形例２に係る図５相当図である。 ハイブリッド車両以外に適用した他の実施形態に係る図２相当図である。 同図３相当図である。 同図５相当図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施形態では一例として、本発明をハイブリッド車両のエンジンに適用した場合について説明する。なお、本実施形態のハイブリッド車両は、車体の前部に搭載したエンジン１（内燃機関）によって駆動輪である前輪２を駆動する、フロントエンジン・フロントドライブ（ＦＦ）形式のものであるが、これに限定されないことは言うまでもない。

−ハイブリッドシステムの概要−
まず、実施形態の車両におけるハイブリッドシステムの概要について簡単に説明すると、図１に示すように車両には、エンジン１、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２、リダクション機構４、動力分割機構５、インバータ６、ＨＶバッテリ７などが搭載されている。これらの構成は公知のものであり、車両は、エンジン１と主にモータジェネレータＭＧ２との出力によって前輪２を駆動するようになっている。

エンジン１について詳しくは後述するが、その運転制御はエンジンコントロールユニット１００（以下、ＥＧ−ＥＣＵ１００という）によって行われる。ＥＧ−ＥＣＵ１００は、エンジン１への駆動力の要求（例えば目標エンジン出力）やエンジン回転数などに基づいて、吸入空気量（以下、吸気量ともいう）、燃料噴射量、点火時期などを制御することにより、エンジン１の運転制御を行う。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、例えば交流同期電動機からなり、電動機または発電機として機能する。すなわち、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２はそれぞれインバータ６を介してＨＶバッテリ７に接続されており、モータジェネレータコントロールユニット８（以下、ＭＧ−ＥＣＵ８という）によるインバータ６の制御によって、電動機動作と発電機動作とに切替えられる。

例えば、動力分割機構５に接続されているモータジェネレータＭＧ１は、エンジン１の出力により駆動されて、発電機として動作することができる。こうして発電された電力はインバータ６を介してＨＶバッテリ７の充電に供され、必要に応じてモータジェネレータＭＧ２にも供給される。また、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１の始動時にクランキングを行うスタータモータとしても機能する。

一方、リダクション機構４に接続されているモータジェネレータＭＧ２は、ＨＶバッテリ７からの電力供給を受けて電動機として動作することができる。また、モータジェネレータＭＧ２は車両の制動時には発電機として動作し、運動エネルギーを回生する。回生電力はインバータ６を介してＨＶバッテリ７の充電に供される。

リダクション機構４は、例えば公知の遊星歯車機構で構成されており、エンジン１やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発生した動力をデファレンシャル９および車軸を介して前輪２に伝達する。また、リダクション機構４は、前輪２の回転力をエンジン１やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に伝達することもできる。

動力分割機構５は、例えば公知の遊星歯車機構で構成されており、エンジン１からの動力をモータジェネレータＭＧ２とモータジェネレータＭＧ１とに分配する。一例として、動力分割機構５の各回転要素のうち、リングギヤがモータジェネレータＭＧ２の回転軸に連結され、サンギヤがモータジェネレータＭＧ１の回転軸に連結され、キャリアがエンジン１の出力軸に連結されている。この動力分割機構５は、モータジェネレータＭＧ２の回転数を制御することにより、無段変速機としても機能する。

インバータ６は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチング素子を備え、ＨＶバッテリ７の直流電流を３相交流電流に変換してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に供給するとともに、その供給電力および周波数を制御する。また、インバータ６は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する３相交流電流を直流電流に変換してＨＶバッテリ７を充電することもできる。さらに、インバータ６は、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電流を、必要に応じて駆動用電力としてモータジェネレータＭＧ２に供給することもある。

前記のようなシステムの全体的な制御は、パワーマネジメントコントローラ２００（以下、ＰＭＣ２００という）によって行われる。例えば図示していないアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度等に基づいて、ＰＭＣ２００が車両の駆動に必要なトルク、目標エンジン出力、目標モータトルクなどを計算し、ＥＧ−ＥＣＵ１００およびＭＧ−ＥＣＵ８に制御指令として出力する。

これを受けたＥＧ−ＥＣＵ１００がエンジン１の運転制御を行い、ＭＧ−ＥＣＵ８がインバータ６によりモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作制御を行うことにより、エンジン１およびモータジェネレータＭＧ２のいずれか一方もしくは双方を動力源として、前輪２の駆動力および回転数などが制御される。

例えば、車両の発進時や低速走行時のようにエンジン効率が低くなる領域では、エンジン１を停止させてモータジェネレータＭＧ２のみの動力で前輪２を駆動することがある。また、通常走行時には、エンジン１を作動させてその動力で前輪２を駆動することが多く、さらに全開加速等の高負荷時には、エンジン１の動力に加えてモータジェネレータＭＧ２も動作させ、この動力を補助動力として追加する。

一方、車両の運転状態やＨＶバッテリ７の残容量（ＳＯＣ）などに応じて、車両の走行中であってもエンジン１を停止させることがあり、その後も車両の運転状態やＨＶバッテリ７の残容量（ＳＯＣ）などをモニターして、必要に応じてエンジン１を再始動させる。このため、ハイブリッド車両ではイグニッションスイッチがＯＮになっていても、エンジン１は停止および再始動を繰り返す、いわゆる間欠運転になることがある。

−エンジンの構成−
次に図２を参照して、エンジン１の概略構成について説明する。本実施形態ではエンジン１は火花点火式レシプロエンジンであって、例えば直列４気筒エンジンであるが、図２には１つの気筒１１のみを示している。図に示すようにエンジン１の気筒１１内には、往復動するようにピストン１３が嵌挿されており、その上方の気筒１１内に、ピストン１３の往復動によって容積の変化する燃焼室１２が区画されている。

その燃焼室１２の天井部には吸気通路１４および排気通路１９が開口しており、吸気通路１４の一部である吸気ポート１４ａに噴孔を臨ませて、ポート噴射式のインジェクタ（ポート噴射インジェクタ；吸気通路噴射弁）１０ａが配設されている。また、燃焼室１２に噴孔を臨ませて筒内直噴式のインジェクタ（直噴インジェクタ；筒内噴射弁）１０ｂも配設されている。

それらのインジェクタ１０ａ，１０ｂにはそれぞれ、４つの気筒１１に共通のデリバリパイプ１０ｃ，１０ｄが接続されて、このデリバリパイプ１０ｃ，１０ｄに蓄圧されている燃料が供給されるようになっている。ポート噴射インジェクタ１０ａに接続されたデリバリパイプ１０ｃは、図示は省略するが、燃料タンクから電動ポンプによって吸い上げた燃料を供給する低圧燃料供給系に接続されており、比較的低圧の燃料をポート噴射インジェクタ１０ａに供給する。

一方、直噴インジェクタ１０ｂに接続されたデリバリパイプ１０ｄには、例えば吸気カムシャフト１６ａなどによって機械的に駆動される高圧燃料ポンプ１０ｅが接続されており、図示は省略するが、前記低圧燃料供給系から分岐路を介して取り出された燃料が高圧燃料ポンプ１０ｅによって昇圧されて、デリバリパイプ１０ｄに供給されるようになっている。このデリバリパイプ１０ｄは直噴インジェクタ１０ｂに比較的高圧の燃料を供給する。

そして、少なくともいずれかのインジェクタ１０ａ，１０ｂから噴射された燃料が、吸気通路１４を流通して燃焼室１２へ導入される吸気Ａと混合されて、燃焼室１２内に可燃性の混合気を形成する。すなわち、各気筒１１毎に吸気行程では、図示のようにピストン１３が下降するとともに吸気バルブ１６が開かれ、吸気ポート１４ａから燃焼室１２へ吸気Ａが導入される。

その後、圧縮行程の終盤にはピストン１３の上昇によって圧縮される混合気に点火プラグ１５によって点火され、この混合気の燃焼ガスがピストン１３を押し下げて、コネクティングロッド１３ａを介してクランクシャフト１８を回転させる。こうして各気筒１１のピストン１３が互いに所定の位相差をもって往復動するとともに、クランクシャフト１８の回転力がエンジン１の出力として取り出される。

また、クランクシャフト１８の回転は、図示しないタイミングチェーン等を介して吸気カムシャフト１６ａに伝えられ、そのカムによって駆動される吸気バルブ１６が、前記のように気筒１１の吸気行程で開かれる。こうして吸気バルブ１６を開閉動作させる動弁系は、一例としてＤＯＨＣタイプのもので、排気バルブ１７を開閉動作させる排気カムシャフト１７ａも備えている。

排気カムシャフト１７ａによって駆動される排気バルブ１７は、各気筒１１毎に排気行程においてピストン１３の上昇とともに開かれ、燃焼室１２内の既燃ガスを排気通路１９の一部である排気ポート１９ａへと排出する。こうして排出された既燃ガス、即ち排気ガスＥｘは、排気通路１９ａの下流側に位置する触媒コンバータ１９ｂにより浄化された後に、大気中へ放出される。

このように動作するエンジン１の出力を制御するために、吸気通路１４におけるエアクリーナ１４ｂの下流側にはスロットルボディ８０が設けられている。このスロットルボディ８０は、吸気の流れを絞ってその流量（吸入空気量）を調整するスロットルバルブ８１と、このスロットルバルブ８１を開閉駆動するスロットルモータ８２と、スロットルバルブ８１の開度を検出するスロットル開度センサ１０３とを備えている。

また、エンジン１には、その運転を制御するための情報を取得するためのセンサ類が取り付けられている。このセンサ類としては、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ１０１、エンジン回転数の検知に利用されるクランクポジションセンサ１０２、ウォータジャケット内の冷却水温度を検出する水温センサ１０７、吸入空気量を検出するエアフローメータ１０８、吸気温度を検出する吸気温センサ１０９、排気ガスＥｘ中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ１１０、高圧側のデリバリパイプ１０ｄにおける燃料の圧力（燃圧）を検出する燃圧センサ１１１などがある。

−ＥＧ−ＥＣＵ−
以上の如く構成されたエンジン１の運転状態は、ＰＭＣ２００との協調の下、ＥＧ−ＥＣＵ１００によって制御される。本実施形態ではＥＧ−ＥＣＵ１００、ＰＭＣ２００およびＭＧ−ＥＣＵ８はそれぞれ、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（プログラムメモリ）、ＲＡＭ（データメモリ）、ならびにバックアップＲＡＭ（不揮発性メモリ）などを備える公知の構成である。

ＲＯＭは、各種制御プログラムやその実行の際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、エンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。ＲＯＭ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭはバスを介して互いに接続されている。

ＥＧ−ＥＣＵ１００とＰＭＣ２００とは、エンジン制御およびモータジェネレータ制御に必要な情報を互いに送受可能に接続されている。また、ＰＭＣ２００にはＭＧ−ＥＣＵ８もモータジェネレータ制御に必要な情報を互いに送受可能に接続されているとともに、ＨＶバッテリ７を管理するために必要な情報を互いに送受可能に、当該ＨＶバッテリ７の監視ユニット（図示せず）も接続されている。

一例として図３に示すように、ＥＧ−ＥＣＵ１００の入力インターフェースには、クランクポジションセンサ１０２、スロットル開度センサ１０３、水温センサ１０７、エアフローメータ１０８、吸気温センサ１０９、Ｏ₂センサ１１０、燃圧センサ１１１などが少なくとも接続されている。一方、ＥＧ−ＥＣＵ１００の出力インターフェースには、スロットルモータ８２、ポート噴射インジェクタ１０ａ、直噴インジェクタ１０ｂ、点火プラグ１５のイグナイタ１５ａ、などが接続されている。

また、ＰＭＣ２００の入力インターフェースには、図１にも示すようにアクセル開度センサ１０１、車輪速センサ１０５、ブレーキペダルセンサ１０６などが少なくとも接続されている。そして、ＰＭＣ２００は、アクセル開度センサ１０１の出力に基づいてアクセル開度を検出し、ブレーキペダルセンサ１０６の出力に基づいて、図示しないブレーキペダルの踏み操作を検出し、車輪速センサ１０５の出力に基づいて、前輪２および後輪の各回転数および車速を算出する。

また、ＰＭＣ２００は、ＨＶバッテリ７の監視ユニットから充放電電流の積算値やバッテリ温度などの情報を得て、ＨＶバッテリ７の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）などを算出する。さらに、ＰＭＣ２００は、車両に要求される駆動力をエンジン１およびモータジェネレータＭＧ２に配分して、目標エンジン出力および目標モータトルクを計算し、それぞれ制御指令として出力する。

ＥＧ−ＥＣＵ１００は、上述した各種センサやスイッチなどから入力される信号と、ＰＭＣ２００からの制御指令（目標エンジン出力）とに基づいて、ポート噴射インジェクタ１０ａおよび直噴インジェクタ１０ｂの駆動制御（燃料噴射制御）、点火プラグ１５による点火時期の制御、スロットルモータ８２の駆動制御（スロットル開度の制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。

一例としてＥＧ−ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ１０２の出力信号から算出したエンジン回転数と、ＰＭＣ２００からの目標エンジン出力の情報とに基づいて、目標スロットル開度を計算し、スロットルモータ８２に制御信号を出力する。これにより、気筒１１内に所要量の混合気が充填されるように（即ち所要の負荷率となるように）、スロットル開度が制御される。

また、ＥＧ−ＥＣＵ１００は、ポート噴射インジェクタ１０ａおよび直噴インジェクタ１０ｂの動作時期および動作期間を制御する。本実施形態では、２種類のインジェクタ１０ａ，１０ｂを備えていることにより、例えばポート噴射モード、筒内噴射モードおよび共用噴射モードのいずれかの噴射モードでの燃料噴射形態が実現可能になっている。

すなわち、図４に各モードの運転領域を例示するように、エンジン１に要求される駆動力が比較的小さな低負荷側の運転領域（ＰＦＩ）はポート噴射モードとされ、ポート噴射インジェクタ１０ａから燃料を噴射して主に吸気ポート１４ａ内で吸気と混合させる。こうすることで、高圧燃料ポンプ１０ｅの動作に伴う駆動力の損失を減らすことができるとともに、直噴インジェクタ１０ｂの発するノイズや振動の問題が生じない。

一方、エンジン１に要求される駆動力が比較的大きな高負荷側の運転領域（ＤＩ）は筒内噴射モードとされ、前記のように空気を燃焼室１２に吸入するとともに主に吸気行程において直噴インジェクタ１０ｂから燃料を噴射し、主に燃焼室１２内で空気と混合させる。こうして燃焼室１２内に噴射する燃料の潜熱によって吸気を効果的に冷却し、充填効率を高めることができるので、高出力化に有利になる。

さらに、それらの中間の運転領域（ＰＦＩ＋ＤＩ）は共用噴射モードとされ、前記のようにポート噴射インジェクタ１０ａから噴射した燃料を吸気ポート１４ａ内で吸気と混合するとともに、気筒１１の吸気行程や圧縮行程でさらに直噴インジェクタ１０ｂから燃料を噴射させる。これらの噴射モードは、エンジン１の運転状態やハイブリッドシステムにおいてエンジン１に要求される駆動力、即ち目標エンジン出力などに基づいて切替えられる。

−デポジット除去制御−
上述したように本実施形態のエンジン１においては、低負荷の運転領域（ＰＦＩ）においてポート噴射モードとし、ポート噴射インジェクタ１０ａのみに燃料を噴射させるようにしている。このような運転状態が暫く継続すると、気筒１１内の燃焼室１２に臨んで高温の燃焼ガスに曝される直噴インジェクタ１０ｂの噴孔においてデポジットが形成され、その堆積が進むことになる。

これに対し本実施形態では、直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積が所定以上に多い場合に、本来、ポート噴射インジェクタ１０ａのみを使用する運転状態（前記の低負荷側の運転領域（ＰＦＩ））にあっても強制的に直噴インジェクタ１０ｂにより燃料を噴射させて、その噴孔からデポジットを除去する、デポジット除去制御を行うようにしている。

但し、前記のようにポート噴射インジェクタ１０ａのみによる燃料の噴射が継続すると、直噴インジェクタ１０ｂに接続された高圧側のデリバリパイプ１０ｄ内の燃料がエンジン１からの受熱によってさらに高圧化する。このため、直噴インジェクタ１０ｂをその最小動作時間で開閉させても、噴射される燃料の量が目標噴射量を上回ってしまい、一時的に空燃比がリッチ化して燃焼の悪化やエミッションの悪化を招くおそれがある。

この点を考慮して本実施形態では、デリバリパイプ１０ｄの燃圧とエンジン１の現在の負荷率ＫＬとに基づいて、デポジット除去制御の実行の可否を判定するようにしている。すなわち、直噴インジェクタ１０ｂへの燃圧が高いほど最小噴射量は多くなってしまうものの、エンジン１の負荷率ＫＬが高ければ要求噴射量も多くなり、これが前記の最小噴射量以上であれば、前記のような空燃比のリッチ化は生じないからである。

以下、図５に示すフローチャートに沿って、エンジン１の運転中にＥＧ−ＥＣＵ１００により実行されるデポジット除去制御の処理の流れを説明する。このデポジット除去制御のルーチンは、一例としてエンジン１がポート噴射モードで運転されているときに一定の時間間隔で繰り返し実行される。

まず、スタート後のステップＳＴ１０１でＥＧ−ＥＣＵ１００のＣＰＵがＲＡＭから、現在のエンジン回転数や負荷率ＫＬ、デリバリパイプ１０ｄの燃圧Ｐｒなどを読み込む。なお、エンジン回転数はクランクポジションセンサ１０２からの信号に基づいて計算され、負荷率ＫＬは、エアフローメータ１０８からの信号に基づいて計算された吸気量とエンジン回転数とから計算されて、ＲＡＭに一時的に記憶されている。

続いてステップＳＴ１０２では、デポジット除去制御の許可判定の閾値である切替許可負荷率ＫＬ₀を、ＲＡＭに格納してあるテーブルから読み込む。切替許可負荷率ＫＬ₀は、以下に述べるように直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積量が所定量以上に多くなったと判定されたときに、デポジット除去制御のために直噴インジェクタ１０ｂの動作への切替えを許可するか否か判定する負荷率ＫＬの閾値である。

一例として図６(a)に示すテーブルにおいては、デリバリパイプ１０ｄの燃圧Ｐｒが高いほど、切替許可負荷率ＫＬ₀も高い値になるように、両者の関係が右上がりの直線として設定されている。これは、燃圧Ｐｒが高いほど、直噴インジェクタ１０ｂの最小開弁時間に対応する最小噴射量が多くなることを考慮して、この最小噴射量が要求噴射量になるような負荷率ＫＬを実験・計算等によって適合したものである。

よって、その切替許可負荷率ＫＬ₀の直線を含む図の上側の領域（相対的に負荷の高い領域）では、エンジン１の負荷率ＫＬに応じて噴射する燃料の量が直噴インジェクタ１０ｂの最小噴射量以上になり、空燃比が意図せずリッチ化することを防止できる。換言すれば、その領域において、デポジット除去制御のための直噴インジェクタ１０ｂの動作への切替えが許容される。

なお、図６(a)に示すテーブルは一例にすぎず、同図(b)のように燃圧Ｐｒが所定値未満では切替許可負荷率ＫＬ₀を零として、負荷率ＫＬの高低にかかわらずデポジット除去制御の実行を許可するようにしてもよい。また、燃圧Ｐｒの上昇に応じて切替許可負荷率ＫＬ₀が徐々に高くなるのではなく、例えば同図(c)のように段階的に切替許可負荷率ＫＬ₀が高くなるようにしてもよい。図示しないが、切替許可負荷率ＫＬ₀をほぼ一定値としてもよい。

次にステップＳＴ１０３では、直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積量を推定し、この推定値が所定の基準以上に多くなったか否か判定する。デポジットは、ポート噴射モードが継続して高温の燃焼ガスに直噴インジェクタ１０ｂの噴孔が曝されるときに堆積し、筒内噴射モードで直噴インジェクタ１０ｂから燃料が噴射されるときには、この噴射によって吹き飛ばされて、除去される。そこで、一例としてポート噴射モードの時間の累積に応じてデポジットの堆積量を加算し、筒内噴射モードの時間の累積に応じて堆積量を減算する、という方法でデポジットの堆積量を推定する。

そして、現在までの所定時間内におけるポート噴射モードの累積時間（ポート噴射インジェクタ１０ａによる燃料噴射の累積時間）が第１の所定値（例えば数時間）以上であって、かつ、筒内噴射モードの累積時間（直噴インジェクタ１０ｂによる燃料噴射の累積時間）が前記第１の所定値よりも少ない第２の所定値（例えば数分）以下のときに、直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積量が基準以上になったと判定することができる。

なお、直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積量は、燃焼室１２内が高温であるほど多くなり、低温であるほど少なくなるし、直噴インジェクタ１０ｂの動作によるデポジットの除去量は噴射量の多いほど、また噴射圧の高いほど、多くなるので、前記所定時間内におけるエンジン１の運転履歴も加味して、デポジットの堆積量を推定するようにしてもよい。また、直噴インジェクタ１０ｂによる燃料噴射制御の学習値のズレなどに基づいて、噴孔の閉塞状況からデポジットの堆積量を推定することも可能である。

前記の判定が否定判定（ＮＯ）であれば後述のステップＳＴ１０７に進む一方、肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳＴ１０４に進んで、今度はＨＶバッテリ７の充電要求の有無について判定する。これは、ＰＭＣ２００から受信する情報に基づいて判定することができ、例えばＨＶバッテリ７のＳＯＣの低下に対応してモータジェネレータＭＧ１を発電機動作させるか否か（モータジェネレータＭＧ２に駆動用電力として供給するために、モータジェネレータＭＧ１を発電機動作させる場合でもよい）という判定である。

そのような充電要求について否定判定（ＮＯ）であれば後述のステップＳＴ１０７に進む一方、肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳＴ１０５に進んで、エンジン１の現在の負荷率ＫＬが前記ステップＳＴ１０２で算出した切替許可負荷率ＫＬ₀以上であるか否か判定する（ＫＬ≧ＫＬ₀？）。これが肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳＴ１０６に進んで、デポジット除去制御の実行フラグをオンにする（フラグＯＮ）。

つまり、直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積量が基準以上であると判定したときに、エンジン１の負荷率ＫＬが切替許可負荷率ＫＬ₀以上であればデポジット除去制御の実行が許可され、充電要求に応じたモータジェネレータＭＧ２の発電動作に合わせて、デポジット除去制御が実行される。即ち、ポート噴射モードであっても直噴インジェクタ１０ｂから燃料が噴射され、デポジットの除去が図られる。

この際、負荷率ＫＬが切替許可負荷率ＫＬ₀以上になっていて、目標噴射量が或る程度多いので、燃圧Ｐｒが高くなっていても直噴インジェクタ１０ｂからの実際の燃料噴射量が目標噴射量を上回ることはなく、空燃比のリッチ化による燃焼の悪化やエミッションの悪化を防止できる。また、仮に実際の燃料噴射量がばらついて目標噴射量を少し上回ってしまい、僅かなトルク変動が生じたとしても、これはモータジェネレータＭＧ２の発電動作に伴うトルクの変化に紛れることになり、車両の乗員に違和感を与えることは少ない。

一方、前記ステップＳＴ１０５において現在の負荷率ＫＬが切替許可負荷率ＫＬ₀未満である（ＫＬ＜ＫＬ₀）、即ち否定判定（ＮＯ）されればステップＳＴ１０７に進んで、デポジット除去制御の実行フラグをオフにする（フラグＯＦＦ）。すなわち、負荷率ＫＬが切替許可負荷率ＫＬ₀未満のときは、燃圧Ｐｒが高くなっていると直噴インジェクタ１０ｂからの実際の燃料噴射量が目標噴射量を上回ってしまい、空燃比がリッチ化して燃焼の悪化やエミッションの悪化を招くおそれがあるので、このときにはデポジット除去制御を禁止するのである。

また、本実施形態では充電要求がないとき（前記ステップＳＴ１０４で否定判定（ＮＯ）も、デポジット除去制御の実行フラグをオフにし（ステップＳＴ１０７）、リターンする。勿論、前記ステップＳＴ１０３において直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの推定量が基準に達していないと否定判定（ＮＯ）されれば、デポジット除去制御の実行フラグをオフにし（ステップＳＴ１０７）、リターンする。

したがって、本実施形態のエンジン１では、直噴インジェクタ１０ｂの噴孔におけるデポジットの堆積が所定以上の場合に、エンジン１の負荷率ＫＬが切替許可負荷率ＫＬ₀以上であればデポジット除去制御の実行を許可する一方で、切替許可負荷率ＫＬ₀未満であれば禁止するようにしたので、デポジット除去制御を実行する機会をできるだけ多くしながら、この制御によって燃焼やエミッションが悪化することを防止できる。

すなわち、前記の切替許可負荷率ＫＬ₀を直噴インジェクタ１０ｂへ供給される燃料の圧力に応じて設定し、燃圧が高いほど切替許可負荷率ＫＬ₀も高くなるようにしているので、燃圧があまり高くなくて、直噴インジェクタ１０ｂの最小噴射量が比較的少ない（規格上の最小噴射量に近い）ときには、より負荷の低い状態までデポジット除去制御の実行が許可され、その実行機会が増えることになる。

一方、燃圧が高くなるに連れて直噴インジェクタ１０ｂの最小噴射量が増大する（規格上の最小噴射量からの乖離が大きくなってゆく）と、これに連れて切替許可負荷率ＫＬ₀も高くなるので、より高い負荷率ＫＬにならないとデポジット除去制御の実行が許可されないことになる。すなわち、負荷の上昇に応じて増大する目標噴射量が最小噴射量以上にならなければ、デポジット除去制御は許可されないので、空燃比のリッチ化をより確実に抑制することができる。

つまり、本実施形態によれば、デポジット除去制御の実行機会をできるだけ多くすることと、この制御に起因する燃焼およびエミッションの悪化を防ぐこと、という相反する目的をより高い次元で両立することができる。

しかも、本実施形態では、充電要求に応じてモータジェネレータＭＧ２が発電動作するときに、デポジット除去制御を実行するようにしているので、直噴インジェクタ１０ｂからの燃料噴射量のばらつきによって、僅かなトルク変動が生じたとしても、車両の乗員には違和感を与え難い。

なお、詳しい説明は省略するが、本実施形態のようなハイブリッド車両では、上述したように走行中でイグニッションスイッチがＯＮになっていても、エンジン１が停止および再始動を繰り返す間欠運転になることがあるので、この間欠的な再始動の際にデポジット除去制御を実行するようにしてもよい。

−変形例１−
図７は、前記した実施形態の変形例に係るデポジット除去制御のルーチンを示す。この変形例１では、デポジット除去制御の実行を許可するか否かの判定を、エンジン１の負荷率ＫＬではなく、その出力（馬力）、即ちエンジン１の負荷および回転数の両方を考慮して行うようにしている。

すなわち、図７のフローのステップＳＴ２０１〜２０７では、全体として図５のフローのステップＳＴ１０１〜１０７と同様の制御手順を実行するが、そのステップＳＴ２０２では切替許可負荷率ＫＬ₀ではなく、切替許可出力ＰＳ₀を算出する。具体的には前記の実施形態と同様に、ＲＡＭに格納してあるテーブルから燃圧Ｐｒに応じて切替許可出力ＰＳ₀を読み込めばよく、このテーブルにおいて切替許可出力ＰＳ₀は、燃圧Ｐｒが高いほども高い値になるように設定されている。

そして、ステップＳＴ２０３、２０４では、図５のフローのステップＳＴ１０３、１０４と同じ手順でデポジットの堆積量が多くなったか否か判定し、充電要求の有無を判定する。その上でステップＳＴ２０５では、ＰＭＣ２００からの制御指令である目標エンジン出力ＰＳと前記ステップＳＴ２０２で読み込んだ切替許可出力ＰＳ₀とを比較して、デポジット除去制御の実行を許可するか否か判定する。

この結果、目標エンジン出力ＰＳが切替許可出力ＰＳ₀以上で（ＰＳ≧ＰＳ₀）肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳＴ２０６に進んで、デポジット除去制御の実行フラグをオンにする（フラグＯＮ）。一方、目標エンジン出力ＰＳが切替許可出力ＰＳ₀未満で（ＰＳ＜ＰＳ₀）否定判定（ＮＯ）であればステップＳＴ２０７に進んで、デポジット除去制御の実行フラグをオフにする（フラグＯＦＦ）。

このようにして変形例１では、エンジン１の出力（馬力）に基づいてデポジット除去制御の実行の可否を判定するようにしているので、エンジン１の負荷の高低だけでなくエンジン回転数の影響も含めて、より好ましい判定が行える。すなわち、前記実施形態と同じく基本的にはエンジン負荷の高いときほどデポジット除去制御が許可され易くなるのであるが、さらにエンジン回転数が高いほどデポジット除去制御が許可され易くなる。

よって、前記の実施形態に比べてもデポジット除去制御の実行機会を増やすことが可能になる。エンジン回転数が高くなるほどデポジット除去制御が許可され易くなる結果として、その際に空燃比がリッチ化する可能性も高くなるが、エンジン回転数が高いほど車両の乗員はトルク変動に気づき難くなるので、空燃比が少しだけリッチ化し、僅かなトルク変動が生じたとしても違和感を覚えることは少ない。

−変形例２−
次に図８には、変形例２に係るデポジット除去制御のルーチンを示す。この変形例２は、直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積量がかなり多くなっていて、それを除去することの優先度が高い状況であれば、ハイブリッド車両のモータジェネレータＭＧ１を強制的に作動させることによって、デポジット除去制御の実行機会を作り出すようにしたものである。

具体的に図８のフローのステップＳＴ３０１〜３０６までは、図５のフローのステップＳＴ１０１〜１０６と同じ制御を行うが、そのステップＳＴ３０４で充電要求がない（ＮＯ）と判定されるか、若しくはステップＳＴ３０５で負荷率ＫＬ＜ＫＬ₀と判定されて、ステップＳＴ３０７に進んだときには、直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積量の推定値が許容以上に多くなったか否か判定する。

この許容以上か否かの判定に用いる値は、ステップＳＴ２０３においてデポジットの堆積量が多くなったことを判定する際の基準よりも多い値に設定すればよい。ステップＳＴ３０７で否定判定（ＮＯ）であればステップＳＴ３０９に進んで、前記図５のフローのステップＳＴ１０７と同じく、デポジット除去制御の実行フラグをオフにする。一方、デポジットの堆積量が許容以上で肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳＴ３０８に進み、モータジェネレータＭＧ１を強制的に発電動作させる。

このモータジェネレータＭＧ１の発電動作によってエンジン１の負荷が高くなり、これに応じて燃料の目標噴射量も増大するので、直噴インジェクタ１０ｂによる燃料噴射に切替えたときにデリバリパイプ１０ｄの燃圧が高くなっていても、空燃比はリッチ化し難い。また、仮に空燃比が少しだけリッチ化して僅かなトルク変動を引き起こしたとしても、これはモータジェネレータＭＧ２の発電動作に伴うトルクの変化に紛れることになり、車両の乗員が違和感を覚えることは少ない。

そこで、ステップＳＴ３０６に進んでデポジット除去制御の実行フラグをオンにする。すなわち、デポジットの堆積量が許容範囲を超えようとしており、速やかに除去する必要があると判定した場合は、ハイブリッド車両のモータジェネレータＭＧ１を利用してエンジン負荷を高めることにより、デポジット除去制御の実行機会を増やすことができる。

−他の実施形態−
本発明は前記した実施形態やその変形例に限定されることなく、その他の種々の形態を包含している。例えば前記実施形態や変形例では、本発明に係る燃料噴射装置をシリーズ・パラレル形式のハイブリッド車両のエンジン１に適用した場合について説明したが、これに限定されることなく、本発明は他の形式のハイブリッドシステムのエンジン１にも適用可能であるし、ハイブリッドではない車両のエンジンの燃料噴射装置としても適用可能である。

ハイブリッドでない場合の一例を図９および図１０に示すように、エンジン１の構成は、図２、３に示す前記実施形態のものと同じであってもよい。この場合、ＰＭＣ２００やＭＧ−ＥＣＵ８は存在しないので、アクセル開度センサ１０１、車輪速センサ１０５、ブレーキペダルセンサ１０６などはＥＧ−ＥＣＵ１００に接続されている。

そして、デポジット除去制御においては、図１１のフローチャートに示すように、ステップＳＴ４０１〜２０６で図５のフローのステップＳＴ１０１〜１０３，１０５〜１０７と同じ制御手順を実行する。すなわち、図５のフローのステップＳＴ１０４に示す充電要求の有無の判定は行わず、直噴インジェクタ１０ｂのデポジットの堆積量が基準以上と判定したときに、エンジン１の負荷率ＫＬが切替許可負荷率ＫＬ₀以上であれば、デポジット除去制御を実行する。

こうすることで、ハイブリッドではない車両のエンジン１においても、前記実施形態１と同様の作用効果が得られる。なお、ハイブリッド車両に搭載したエンジン１においても前記図１１のフローのように充電要求の有無の判定を省略するようにしてもよい。

本発明は、デュアル噴射の内燃機関において、筒内噴射弁の噴孔に堆積したデポジットを除去する制御の実行機会をできるだけ多くしながら、この制御の実行に伴い燃焼やエミッションが悪化することを防止できるので、車両に搭載される内燃機関に適用して有益である。

１ エンジン（内燃機関）
１０ａ ポート噴射インジェクタ（吸気通路噴射弁）
１０ｂ 直噴インジェクタ（筒内噴射弁）
１１ 気筒
１４ 吸気通路
１４ａ 吸気ポート
１００ ＥＧ−ＥＣＵ（エンジンコントロールコンピュータ；制御装置）
２００ ＰＭＣ（パワーマネジメントコントロールコンピュータ；制御装置）
ＭＧ１ モータジェネレータ（発電機）

Claims (8)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路噴射弁と、前記筒内噴射弁のデポジットの堆積が所定以上である場合に、デポジットを除去するために当該筒内噴射弁により燃料を噴射させる、デポジット除去制御を行う制御装置と、を備えた内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、前記筒内噴射弁へ供給される燃料の圧力が所定値以上の場合に、機関負荷の高い領域では前記デポジット除去制御の実行を許可する一方、機関負荷の低い領域では許可しない、ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、機関負荷率が予め設定した閾値以上であれば前記デポジット除去制御の実行を許可する一方、当該閾値未満であれば許可しない構成であり、
   前記機関負荷率の閾値が、前記燃料の圧力が高いほど高い値に設定されている、内燃機関の燃料噴射装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、前記燃料の圧力が所定値未満であれば、機関負荷の高低にかかわらず前記デポジット除去制御の実行を許可する、内燃機関の燃料噴射装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、機関出力が予め設定した閾値以上であれば前記デポジット除去制御の実行を許可する一方、当該閾値未満であれば前記デポジット除去制御の実行を許可しない構成であり、
   前記機関出力の閾値が、前記燃料の圧力が高いほど高い値になるように設定されている、内燃機関の燃料噴射装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   内燃機関が車両に搭載されており、
   前記車両には内燃機関によって駆動される発電機が備えられ、
   前記制御装置は、前記発電機が発電動作するときに前記デポジット除去制御を実行する、内燃機関の燃料噴射装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、前記デポジット除去制御を実行するために、前記発電機を強制的に発電動作させる、内燃機関の燃料噴射装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、現在までの所定時間内において前記吸気通路噴射弁による燃料噴射の累積時間が第１の所定値以上であって、かつ前記筒内噴射弁による燃料噴射の累積時間が前記第１の所定値よりも少ない第２の所定値以下のときに、該筒内噴射弁におけるデポジットの堆積が所定以上に多くなったと判定する、内燃機関の燃料噴射装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、前記所定時間内における内燃機関の運転履歴も加味して、デポジットの堆積が所定以上に多くなったことを判定する、内燃機関の燃料噴射装置。

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