JP2016023619A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】点火プラグの燻りの進行を抑制する。【解決手段】本発明の一態様に係る制御装置は、筒内噴射式内燃機関10に適用される。噴射弁20は、その噴孔21aから噴射された燃料の一部を含む燃料噴霧が点火プラグ30の火花発生部30aに直接到達するように配置されている。制御装置は、点火時期の直前に実行される燃料噴射である直前噴射における「噴射弁20のニードル弁のリフト量の最大値」の下限値を、火花発生部へ付着する燃料の量が多い場合(例えば、火花発生部の温度が低い場合)には同量が少ない場合(例えば、火花発生部の温度が高い場合)に比較して、大きい値に設定する。その結果、燃料噴霧の広がりの程度が過大にならず、火花発生部へ付着する燃料の量が過大にならないので、点火プラグの燻りが進行することを防止することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、筒内(即ち、燃焼室内)に燃料を直接噴射する噴射弁(即ち、筒内燃料噴射弁)を備える筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。
従来から知られる筒内噴射式内燃機関の一つは、燃焼室に噴孔が露呈するように配設された燃料噴射弁(以下、単に「噴射弁」とも称呼する。)と、燃焼室に火花発生部(電極部)が露呈するように配設された点火プラグと、を備える。このような機関の一つにおいては、噴射弁及び点火プラグが、その噴射弁から噴射された燃料(実際には、燃料噴霧)が点火プラグの火花発生部に直接到達するように配置される(例えば、特許文献1を参照。)。これにより、火花発生部周りに着火性が良好な混合気が形成され且つその混合気を着火することができる。その結果、噴射される燃料の量を低減することができるので、燃費を改善することができる。このような機関は、燃料噴射によって燃料噴霧を火花発生部に直接導く(ガイドする)ので、スプレーガイド方式の内燃機関とも称呼されている。
特開2008−31930号公報
しかしながら、スプレーガイド方式の内燃機関においては、点火プラグの火花発生部に燃料噴霧が直接到達するため、火花発生部に燃料が付着した状態で火花が発生させられることが多く、その結果、点火プラグの燻りが発生する。
本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、スプレーガイド方式の内燃機関に適用され、点火プラグの燻りの程度が速く進行し難い「内燃機関の制御装置(以下、「本発明装置」と称呼する。)」を提供することにある。
本発明装置が適用される内燃機関(筒内噴射式内燃機関)は、火花発生部(電極部)を有する点火プラグと、移動可能な弁体を有する噴射弁(筒内燃料噴射弁)と、を備える。
前記噴射弁は、前記弁体を移動することにより噴孔から前記内燃機関の筒内(燃焼室内)へ燃料を直接噴射する。更に、前記噴射弁は、その噴射弁から噴射された燃料の少なくとも一部を含む燃料噴霧が点火プラグの火花発生部に直接到達するように配置・構成されている。
更に、本発明装置は制御部を備える。この制御部は、
(1)前記噴射弁により前記燃料噴射を実行させ、且つ、
(2)所定の点火時期にて前記火花発生部から点火用火花を発生させる。
更に、前記制御部は、前記燃料噴霧の広がりの程度の最大度が、前記点火時期における前記火花発生部への燃料の付着量が第1の量となる場合には同燃料の付着量が「同第1の量よりも少ない第2の量」となる場合に比較して、小さくなるように、「前記燃料噴霧の広がりの程度を変更(調整)する拡散パラメータ」を制御するように構成されている。なお、前記第1の量及び前記第2の量は、予め定められた固定の量ではなく、相対的な量を意味する。
ここで、燃料噴霧の広がりの程度は、燃料噴霧の拡散の度合い、燃料噴霧角(燃料噴霧の広がり角度)、及び、噴孔から火花発生部に向かう燃料噴霧の量等と同義である。換言すれば、燃料噴霧の広がりの程度が大きいほど、燃料噴霧の拡散の度合い、及び、燃料噴霧角の何れもが大きくなる。更に、燃料噴霧の広がりの程度が大きいほど、噴孔から火花発生部に向かう燃料噴霧の量が多くなるように、噴射弁(及び噴孔)と火花発生部とか相対配置されていると言うこともできる。即ち、例えば、点火プラグ及び噴射弁は、火花発生部が「隣り合う二つの噴孔のそれぞれから噴射された燃料により形成される燃料噴霧」に挟まれる位置となるように、配置・構成される。
これによれば、点火時期(点火時期直前)における火花発生部への燃料の付着量が多くなる場合(即ち、例えば、火花発生部の温度が低い場合等であって、そのまま点火すると点火プラグの燻りが発生し易い場合)には、その付着量が少なくなる場合に比較して、拡散パラメータが「燃料噴霧の広がりの程度の最大度をより小さくする」値に制御される。従って、燃料噴霧の広がりの程度が過大にならないから、火花発生部へ付着する燃料の量が過大にならない。その結果、点火プラグの燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
本発明装置の一態様において、前記制御部は、前記拡散パラメータとして、前記燃料噴射における前記弁体のリフト量(即ち、前記弁体の移動量)の最大値を使用する。更に、前記制御部は、「前記点火時期の直前に実行される燃料噴射である直前噴射」における「前記リフト量の最大値」の下限値を、前記燃料の付着量が前記第1の量となる場合には前記燃料の付着量が前記第2の量となる場合に比較して、大きい値に変更することによって、前記燃料噴霧の広がりの程度の最大度を小さくする。
燃料噴射中における噴射弁の弁体のリフト量の最大値が小さいほど、噴射される燃料の貫徹力が小さくなるとともに燃料噴霧の広がりの程度が大きくなる。従って、上記態様のように、火花発生部への燃料の付着量が多くなる場合には同付着量が少なくなる場合に比較して、リフト量の最大値の下限値を大きくすれば、燃料噴霧の広がりの程度が過大になることがない。よって、火花発生部への燃料の付着量が多くなり得る状況において火花発生部へ過大な量の燃料が付着することを回避することができる。その結果、点火プラグの燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
この場合、前記制御部は、
前記火花発生部の温度が第1温度であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、前記火花発生部の温度が前記第1温度よりも高い第2温度であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って前記下限値を前記火花発生部の温度に応じて変更するように構成され得る。
これによれば、火花発生部の温度が低いほど(即ち、火花発生部に付着する燃料の量が多くなるほど)、前記リフト量の最大値の下限値が大きくなる。その結果、「燃料噴霧の広がりの程度が過大となることに起因して火花発生部へ過大な量の燃料が付着すること」を回避することができるので、点火プラグの燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
更に、この場合、前記制御部は、前記火花発生部の温度を前記機関の冷却水の温度(冷却水温)に基づいて取得するように構成され得る。冷却水温は、機関の温度に強い相関を有し、従って、点火プラグの火花発生部の温度にも強い相関を有する。特に、機関が始動される時点においては、火花発生部の温度は冷却水温と極めて相関が強い。従って、上記構成のように、冷却水温に基づいて前記リフト量の最大値の下限値を変更することにより、火花発生部へ過大な量の燃料が付着することを簡単な構成によって回避することができる。その結果、点火プラグの燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
なお、前記制御部は、例えば、特に機関始動時及び始動直後等において、冷却水温そのものを火花発生部の温度として採用してもよい。更に、前記制御部は、始動時の冷却水温と、始動後の点火回数の積算値又は始動後の1回の燃焼によりもたらされる火花発生部の温度上昇分の推定値の積算値と、等に基づいて火花発生部の温度を推定してもよい。
更に、前記制御部は、
前記直前噴射を行うときの燃料圧力が第1圧力であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、前記直前噴射を行うときの燃料圧力が前記第1圧力よりも低い第2圧力であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って前記下限値を前記直前噴射を行うときの燃料圧力に応じて変更するように構成され得る。
直前噴射を行うときの燃料圧力が高いほど、噴射弁の燃料通路から噴孔に流入する燃料の流れに「より強い乱れ」が生じるので、燃料噴霧の広がりの程度が大きくなる。そこで、上記構成のように、燃料圧力に応じて前記下限値を変更する(即ち、燃料圧力が高いほど前記下限値を大きくする)ことにより、「燃料噴霧の広がりの程度が過大となることに起因して火花発生部へ過大な量の燃料が付着すること」を回避することができる。その結果、点火プラグの燻りの程度が速く進行することを防止することができる。なお、制御部は、例えば、火花発生部の温度に応じて変更された下限値を、直前噴射を行うときの燃料圧力が高いほど同下限値が大きくなるように、同燃料圧力に基づいて補正してもよい。
更に、直前噴射の燃料噴射量が多いほど、火花発生部に到達し且つ付着する燃料の量が当然に多くなる。そこで、前記制御部は、前記直前噴射の燃料噴射量が第1噴射量であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、前記直前噴射の燃料噴射量が前記第1噴射量よりも少ない第2噴射量であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って前記下限値を前記直前噴射の燃料噴射量に応じて変更するように構成され得る。これによれば、火花発生部へ過大な量の燃料が付着することを回避することができる。その結果、点火プラグの燻りの程度が速く進行することを防止することができる。なお、制御部は、例えば、火花発生部の温度に応じて変更された下限値、又は、更に燃料圧力により補正された下限値を、直前噴射の燃料噴射量が多いほど同下限値が大きくなるように、同燃料噴射量に基づいて補正してもよい。
加えて、前記制御部は、
前記火花発生部の燻りの程度を示す第1パラメータを取得し、
前記取得した第1パラメータによって示される燻りの程度が強いほど前記下限値が大きくなるように前記下限値を変更するように構成され得る。
上記第1パラメータは、点火時における絶縁破壊電圧及び火花点火部の絶縁抵抗等を測定することに容易に取得することができる。上記構成によれば、第1パラメータによって示される燻りの程度が強いほど前記下限値が大きくなるように前記下限値が変更される。従って、点火プラグの燻りの程度が進行しているほど、燃料噴霧の広がりの程度の最大度を小さくできるから、火花発生部に付着する燃料の量を減らすことができ、その燻りの程度が速く進行しないようにすることができる。なお、制御部は、例えば、火花発生部の温度に応じて変更された下限値、又は、更に燃料圧力及び/又は燃料噴射量により補正された下限値を、前記第1パラメータによって示される燻りの程度が強いほど同下限値が大きくなるように、同第1パラメータに基づいて補正してもよい。
ところで、前記噴射弁は、少なくとも前記弁体が移動された状態において前記噴孔が連通するサック室を当該噴射弁の先端部に備え得る。更に、前記制御部は、前記直前噴射に加え、その直前噴射の前の時点にて前記噴射弁により前記燃料噴射を先行噴射として実行させる場合がある。
先行噴射が行われると、サック室内に燃料の流動が発生し、その燃料の流動は直前噴射の時点まで残留する(減衰しない)場合がある。この「先行噴射により生成され且つ直前噴射の噴射開始時期においてサック室内に残留している燃料流動」は、便宜上、「サック室燃料流動」とも称呼される。そして、このサック室燃料流動が生じているときに直前噴射が行われると、噴射される燃料はサック室燃料流動の影響を受けるので、燃料噴霧の広がりの程度が大きくなる。その結果、火花発生部に付着する燃料が増えるので、点火プラグの燻りの程度が速く進行する虞がある。
そこで、前記制御部は、
(1)サック室燃料流動の強さに相関を有する第2パラメータを取得するとともに、
(2)前記取得した第2パラメータにより示される前記サック室燃料流動の強さが強いほど前記下限値が大きくなるように前記下限値を変更する、
ように構成される。
これによれば、第2パラメータによって示されるサック室燃料流動の強さが強いほど前記下限値が大きくなる。従って、サック室燃料流動の強さが強い場合であっても、燃料噴霧の広がりの程度が過大とならないので、火花発生部へ過大な量の燃料が付着することを回避することができる。その結果、点火プラグの燻りの程度が速く進行しないようにすることができる。
前記制御部は、前記先行噴射の噴射終了時期から前記直前噴射の噴射開始時期までの時間(以下、便宜上、「先行噴射とのインターバル」と称呼される場合がある。)に基いて前記第2パラメータを取得するように構成され得る。先行噴射とのインターバールが短いほど、サック室燃料流動の強さが強くなるからである。この場合、制御部は、先行噴射とのインターバルそのものを第2パラメータとして採用してもよく、先行噴射とのインターバルと、他のパラメータ(例えば、後述する「先行噴射の燃料噴射量」)と、に基づいて第2パラメータを取得してもよい。
或いは、前記制御部は、前記先行噴射の燃料噴射量に基いて前記第2パラメータを取得するように構成され得る。先行噴射の燃料噴射量が多いほど、サック室燃料流動の強さが強くなるからである。この場合、制御部は、先行噴射の燃料噴射量そのものを第2パラメータとして採用してもよく、先行噴射の燃料噴射量と、他のパラメータ(例えば、先行噴射のリフト量の最大値及び先行噴射時の燃料圧力等)と、に基づいて第2パラメータを取得してもよい。
或いは、前記制御部は、
前記先行噴射の噴射終了時期から前記直前噴射の噴射開始時期までの期間における前記サック室内の燃料の圧力、及び、前記先行噴射の噴射終了時期から前記直前噴射の噴射開始時期までの期間における前記噴射弁内の燃料の圧力であって前記弁体と前記噴孔の縁部との当接部である弁座部よりも上流の圧力、の少なくとも一方を取得し、
前記取得した圧力の変動に基づいて前記第2パラメータを取得するように構成されてもよい。
即ち、制御部は、サック室燃料流動の強さを、噴射弁内の燃料の圧力の変動に基づいて直接的に推定(取得)してもよい。
本発明装置の他の態様において、前記制御部は、前記拡散パラメータとして、前記先行噴射の噴射終了時期から前記直前噴射の噴射開始時期までの時間(先行噴射とのインターバル)を使用する。そして、前記制御部は、前記時間(先行噴射とのインターバル)の最小値を、前記燃料の付着量が前記第1の量となる場合には前記燃料の付着量が前記第2の量となる場合に比較して、大きい値(長い値)に変更することによって、前記燃料噴霧の広がりの程度の最大度を小さくする。即ち、火花発生部へ付着する燃料が多い状況であると、先行噴射の噴射終了時期から直前噴射の噴射開始時期までの時間(先行噴射とのインターバル)の最短時間が長くなる。
先行噴射とのインターバルが小さい(短い)ほど、サック室燃料流動の強さが強くなるから、直前噴射によって噴射される燃料はサック室燃料流動の影響をより強く受ける。その結果、燃料噴霧の広がりの程度が大きくなる。従って、上記態様のように、火花発生部の付着量が多くなる場合には同付着量が少なくなる場合に比較して、先行噴射とのインターバルの最小値を大きくすれば、火花発生部の付着量が多くなる状況において燃料噴霧の広がりの程度が過大にならず、火花発生部へ過大な量の燃料が付着することを回避することができる。その結果、上記態様によれば、点火プラグの燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
この場合、前記制御部は、
前記火花発生部の温度が前記第1温度であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、前記火花発生部の温度が前記第2温度であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って前記時間の最小値を前記火花発生部の温度に応じて変更するように構成され得る。
これによれば、火花発生部の温度が低いほど(即ち、火花発生部に付着する燃料の量が多くなるほど)、前記先行噴射とのインターバルの最小値が大きくなる。その結果、サック室燃料流動の強さが強い状態で直前噴射が実行されることを回避できるので、火花発生部へ過大な量の燃料が付着することを回避することができる。従って、点火プラグの燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
更に、この場合、前記制御部は、前記火花発生部の温度を前記機関の冷却水の温度(冷却水温)に基づいて取得するように構成され得る。前述したように、冷却水温は、機関の温度に強い相関を有し、従って、点火プラグの火花発生部の温度にも強い相関を有するからである。
更に、前記制御部は、
前記火花発生部の燻りの程度を示す前述した第1パラメータを取得し、
前記取得した第1パラメータによって示される燻りの程度が強いほど前記時間の最小値が大きくなるように同時間の最小値を変更するように構成され得る。
これによれば、第1パラメータによって示される点火プラグの燻りの程度が強いほど前記時間の最小値が大きくなるように変更される。従って、点火プラグの燻りの程度が進行しているほど、燃料噴霧の広がりの程度の最大度を小さくできるから、火花発生部に付着する燃料の量を減らすことができ、その燻りの程度が速く進行しないようにすることができる。
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
図1は、本発明の第1実施形態に係る制御装置(第1装置)が適用される内燃機関の任意の一つの気筒の部分概略縦断面図である。 図2の(A)及び(B)は、図1に示した気筒(燃焼室)における噴射燃料の噴霧形状を示した同気筒の平面図である。 図3は、図1に示した噴射弁の概略縦断面図である。 図4は、図1に示した噴射弁の先端部の正面図である。 図5の(A)乃至(C)は、図1に示した噴射弁の先端部を当該噴射弁の中心軸に沿う平面にて切断した部分断面図である。 図6は、図1に示した噴射弁の弁体(ニードル弁)のリフト量及び噴射弁駆動信号を示したタイムチャートである。 図7は、第1装置の電子制御ユニットのブロック図である。 図8の(A)は各噴射のタイミングを示した図であり、図8の(B)は直前噴射及び先行噴射におけるニードルリフト量の変化を示したタイムチャートである。 図9は、図7に示した電子制御ユニットのCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図10は、第1装置の第1変形例のCPUが参照するルックアップテーブルである。 図11は、本発明の第2実施形態に係る制御装置(第2装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図12は、第2装置の第1変形例のCPUが参照するルックアップテーブルである。 図13は、本発明の第3実施形態に係る制御装置(第3装置)のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。
以下、本発明の各実施形態に係る「内燃機関の制御装置(以下、「本制御装置」と称呼する場合がある。)」について図面を参照しながら説明する。
<第1実施形態>
(構成)
本発明の第1実施形態に係る制御装置(以下、単に「第1装置」と称呼する。)は、図1に示した内燃機関(以下、「機関」と称呼する。)10に適用される。機関10は、ピストン往復動型・筒内噴射(直噴)・火花点火式・多気筒(本例では4気筒)・ガソリン機関である。機関10は、燃焼室(気筒)CCを備えている。
燃焼室CCは、シリンダボア壁面(気筒の側壁面)11と、シリンダヘッド下壁面(燃焼室上壁面)12と、ピストンの冠面13と、後述する「吸気弁16及び排気弁17」と、により画定される略円筒状の空間である。
シリンダヘッド部には、燃焼室CCに連通した吸気ポート14と、燃焼室CCに連通した排気ポート15と、が形成されている。シリンダヘッド部には、吸気弁16と、排気弁17と、が配設されている。吸気弁16は図示しない吸気カムシャフトのカムにより「吸気ポート14と燃焼室CCとの接続部」を開閉するようになっている。排気弁17は、図示しない排気カムシャフトのカムにより「排気ポート15と燃焼室CCとの接続部」を開閉するようになっている。従って、燃焼室CCは、吸気弁16及び排気弁17により開閉されるようになっている。
なお、実際には、一つの燃焼室CCに対して一対の吸気ポート14が形成されている。それぞれの吸気ポート14と燃焼室CCとの接続部は、一対の吸気弁16のそれぞれによって開閉させられる。同様に、一つの燃焼室CCに対して一対の排気ポート15が形成されている。それぞれの排気ポート15と燃焼室CCとの接続部は、一対の排気弁17のそれぞれによって開閉させられる。
更に、機関10は、噴射弁(燃料噴射弁、フューエルインジェクタ)20及び点火プラグ30を備えている。
噴射弁20はシリンダヘッドに配設されている。噴射弁20の燃料の噴孔21aは、シリンダヘッドの下壁面12であって燃焼室CCの略中央部(シリンダボアの中心軸CLが通過する領域近傍位置)において燃焼室CCに露出している。
点火プラグ30は、噴射弁20に隣接するようにシリンダヘッドに配設されている。図1、図2の(A)及び図2の(B)に示したように、点火プラグ30の火花発生部(中心電極及び接地電極を含む電極部)30aは、シリンダヘッドの下壁面12であって噴孔21aに近接した位置(燃焼室CCの略中央部)において燃焼室CCに露出している。
噴射弁20は、図3に示したように、ノズル本体部21と、弁体としてのニードル弁22と、スプリング23と、ソレノイド24と、を備えている。
ノズル本体部21には、円筒状空間A1と、円筒状空間A2と、円筒状空間A3と、が形成されている。これらの空間は、何れも中心軸CNに関して同軸的に形成され、互いに連通している。ノズル本体部21の先端部には、図4に示したように、複数(本例において8個)の噴孔21aが形成されている。
複数の噴孔21aのそれぞれは円筒状空間A1と外部とを連通する連通孔である。更に図5の(A)乃至(C)に示したように、ノズル本体部21の先端部であって複数の噴孔21aに囲まれた領域内には、燃料が貯留される略半球状のサック室Skが形成されている。
複数の噴孔21aは、図4に示したように、ノズル本体部21の先端部に、中心軸CNを中心とした円周上に周方向において互いに等間隔となるように形成されている。それ故、燃料が噴孔21aを介して噴射されたとき、燃料噴霧Fmの形状は図1及び図2に示したような形状となる。燃料噴霧Fmのそれぞれは略コーン形状を有する。
前述した点火プラグ30の火花発生部30aは、「噴孔21aから噴射された燃料の少なくとも一部を含む燃料噴霧」が直接到達する位置に設定されている。より具体的には、図2の(B)に示したように、火花発生部30aは、互いに隣接する一対の噴孔21aから火花発生部30a側に噴射されて形成される「噴霧Fma及び噴霧Fmb」との間に位置し、これらの噴霧の一部が到達する位置に配置されている。換言すると、点火プラグ30及び噴射弁20は、火花発生部30aが「隣り合う二つの噴孔21aのそれぞれから噴射された燃料により形成される燃料噴霧」に挟まれる位置となるように、配置・構成されている。このように火花発生部30aへの燃料の案内が、噴射弁20による噴射(スプレー)によって行われるので、機関10はスプレーガイド式内燃機関とも称呼される。
再び図3を参照すると、ノズル本体部21の基端部には、円筒状空間A3と燃料配管(図示省略)とを連通する燃料取込孔21bが形成されている。
ニードル弁22は、小径の円柱形状を有する円柱部22aと、大径の円柱形状を有する鍔部22bと、を有している。円柱部22aの先端は略半球形状を有する。円柱部22aの先端側は円筒状空間A1内に収容されている。その結果、ノズル本体部21の先端側部の周りに燃料流路FPが形成されている。鍔部22bは円筒状空間A2内に収容されている。ニードル弁22は、中心軸(ニードル弁軸線)CNに沿って移動するようになっている。
更に、ニードル弁22の内部には「ニードル弁22の基端部と円柱部22aの先端側部の外周壁面とを連通する燃料通路」が形成されている。その結果、燃料取込孔21bから円筒状空間A3に流入する燃料は、このニードル弁22内の燃料通路を通過して燃料流路FPに供給される。
スプリング23は、円筒状空間A3内に配置されている。スプリング23は、ニードル弁22を噴孔21a側(先端部側)に付勢するようになっている。
ソレノイド24は、ノズル本体部21の基端部の近傍であって、円筒状空間A2の周囲に配設されている。ソレノイド24は、後述するECU40からの噴射弁駆動信号により通電状態となり、その場合、ニードル弁22をスプリング23の付勢力に抗して燃料取込孔21b側(基端部側)に移動させる磁力を発生する。
ソレノイド24が非通電状態であるとき、ニードル弁22の先端部(円柱部22aの先端)はスプリング23によってノズル本体部21の先端部内周壁面(シート部)Shに押し付けられる。この状態のニードル弁22の中心軸CN方向の移動量が「0」であると定義される。以下において、ニードル弁(弁体)22の中心軸CN方向の移動量は「ニードルリフト量」又は「リフト量」と称呼される場合がある。
図5の(A)に示したように、ニードルリフト量が「0」であるとき、噴孔21aはニードル弁22の先端部によって閉じられる。その結果、燃料流路FPから噴孔21aの内部に燃料が供給されないから、燃料は噴射されない。従って、シート部Shの噴孔21aの周囲(噴孔21aの縁部)はニードル弁22の「弁座部」を構成していると言うことができる。
ソレノイド24が通電状態となってニードル弁22が基端部側へと移動してニードルリフト量が「0」よりも大きくなると、図5の(B)及び(C)に示したように、ニードル弁22の先端部はシート部Shから離れる。その結果、噴孔21aが開かれるので、燃料が燃料流路FPから噴孔21aへと流入し、噴孔21aを介して噴射される。
ニードルリフト量が所定の大きさになると、図3に示した鍔部22bがノズル本体部21の円筒状空間A2を形成している壁部と当接する。その結果、ニードル弁22の動きが規制される。このときのニードルリフト量は「最大リフト量(又は、フルリフト量)」と称呼される。即ち、ニードルリフト量は、「0」から「最大リフト量」までの範囲で変化する。
図5の(C)に示した「燃料噴射中のニードルリフト量の最大値が最大リフト量に到達する態様での燃料噴射」はフルリフト噴射とも称呼される。これに対し、図4の(B)に示した「燃料噴射中のニードルリフト量の最大値が最大リフト量よりも小さいリフト量である態様における燃料噴射」はパーシャルリフト噴射とも称呼される。以下において、「0」と「最大リフト量」との間のリフト量は「パーシャルリフト量」と称呼される場合がある。
ニードルリフト量は、ソレノイド24への通電時間を変更することによって制御される。換言すると、燃料噴射の開始、停止及び燃料噴射中におけるニードルリフト量の最大値は、ソレノイド24への通電タイミング等に基づいて制御される。
例えば、燃料噴射中におけるニードルリフト量の最大値を図6の第1リフト量に設定したパーシャルリフト噴射は次に述べるように実行される。即ち、噴射弁駆動信号が時刻t1において「0」から所定電圧VInjへと変更されると弁体22の移動が開始する。その後、時刻t2にて弁体22のリフト量は「最大リフト量よりも小さい第1リフト量」に到達する。この時刻t2にて噴射弁駆動信号が所定電圧VInjから「0」へと変更される。第1装置は、時刻t1から時刻t2までの時間と、リフト量と、の関係をROMに記憶している(以下において同じ)。即ち、第1装置は、噴射弁駆動信号を時間で管理する。その結果、ニードルリフト量は、一点鎖線PLInj1により示したように、第1リフト量から減少して時刻t2の直後にて「0」に到達する。燃料は時刻t1から時刻t2の直後の時刻(実質的には時刻t2)までの間に噴射される。この場合、噴射される燃料の量は、図6に示したニードルリフト量の波形で囲まれた部分(三角形)の面積に相関を有する値となる。なお、実際には、噴射弁駆動信号が「0」から所定電圧VInjへと変更された時点から無効噴射時間τdが経過した時点にて弁体22の移動が始まる。但し、無効噴射時間τdは極めて短いので、以下の説明において省略される。
同様に、噴射弁駆動信号が、時刻t1にて所定電圧VInjへと変更され、時刻t2よりも後の時刻t3にて「0」へと変更されると、ニードルリフト量の最大値を第2リフト量に設定したパーシャルリフト噴射が行われる(二点鎖線PLInj2を参照。)。この場合、燃料は時刻t1から時刻t3の直後の時刻(実質的には時刻t3)までの間に噴射される。
なお、第1装置は、破線PLInj2’に示したように、ニードルリフト量の最大値を所定の期間に渡って一定値(一定のパーシャルリフト量)に維持する燃料噴射を行うこともできる。この場合、第1装置は、ニードルリフト量が狙いとする最大値に到達した時点(時刻t3)又はその時点の直前から、噴射弁駆動信号が「極めて短い周期及び所定のデューティ比」をもって所定電圧VInjと「0」とを繰り返す信号となるように、噴射弁駆動信号を制御する。即ち、第1装置は、ソレノイド24による磁力とスプリング23の付勢力とを釣り合わせる。そして、所定の期間が経過したとき(時刻t4’)、噴射弁駆動信号は「0」へと変更される。この場合、燃料は時刻t1から時刻t4’の直後の時刻(実質的には時刻t4’)までの間に噴射される。
フルリフト噴射は次に述べるように実行される。即ち、図6に示したように、噴射弁駆動信号が時刻t1において「0」から所定電圧VInjへと変更されると弁体22の移動が開始する。その後、時刻t4にて弁体22のリフト量は最大リフト量に到達するので、弁体22の移動が規制される。従って、時刻t4以降においてニードルリフト量は最大リフト量に維持される。時刻t5にて噴射弁駆動信号が所定電圧VInjから「0」へと変更されると、ニードルリフト量は最大リフト量から急減して時刻t6にて「0」に到達する。燃料は時刻t1から時刻t6(実質的には時刻t5)の間に噴射される。
ところで、燃料噴射中におけるニードルリフト量の最大値が小さくなるほど、図5の(B)に示したように、ニードル弁22の先端部とシート部Shとの間の流路面積が小さくなる。そのため、燃料流路FPから噴孔21aに到達する燃料の圧力が低下する。更に、噴孔21a及びサック室Skに流入する燃料に乱れが生じる。この結果、パーシャルリフト噴射により生成される燃料噴霧の燃焼室CC内における広がりの程度(燃料噴霧の拡散の度合い、燃料噴霧角θ)は大きくなる。更に、パーシャルリフト噴射であっても、燃料噴射中におけるニードルリフト量の最大値が小さくなるほど、燃料噴霧の広がりの程度は大きくなる。よって、燃料噴射中におけるニードルリフト量の最大値が小さくなるほど、、より多くの燃料(燃料滴)が点火プラグ30の火花発生部30aに到達するから、火花発生部30aに付着する燃料の量(付着燃料量)は多くなる。このように、燃料噴射中におけるニードルリフト量の最大値は、燃料噴霧の広がりの程度を変更する拡散パラメータであると言うことができる。
第1装置は、図7に示した電子制御ユニット(制御部)40を含んでいる。電子制御ユニット40は、以下、ECU40と表記される。ECU40は、周知の「CPU、インストラクション(プログラム)及びルックアップテーブル等を格納するROM、RAM、バックアップRAM及びインターフェース等を有するマイクロコンピュータ」を含む電子回路装置である。ECU40は、次に述べる複数のセンサからの検出信号を受信するようになっている。
・機関10の吸入空気量(空気の質量流量)Ga及び吸気温度THAを検出するエアフローメータ41(吸気温センサ内蔵のエアフローメータ)。
・図示しないクランクシャフトが所定角度回転する毎にパルスを発生するクランク角センサ42。
・図示しないカムシャフトが所定角度回転する毎にパルスを発生するカムポジションセンサ43。
・図示しないアクセルペダルの操作量APを検出するアクセルペダル操作量センサ44。
・図示しないスロットル弁の開度TAを検出するスロットル弁開度センサ45。
・噴射弁20に燃料を供給する配管(燃料配管)に設けられ、その配管内の燃料圧力Pfを検出する燃料圧力センサ46。
・機関10の冷却水温THWを検出する冷却水温センサ47。
・各気筒の点火装置31が、対応する点火プラグ30に印加する電圧(印加電圧)Vを測定する、複数の印加電圧センサ48。
なお、ECU40は、クランク角センサ42及びカムポジションセンサ43からの信号に基づいて、各気筒の絶対クランク角CAを取得するようになっている。更に、ECU40は、クランク角センサ42からの信号に基づいて機関回転速度NEを取得するようになっている。更に、ECU40は、噴射弁20のサック室Sk内又は燃料流路FPの圧力を検出する弁内圧力センサからの信号PVを受信するように構成されていても良い。加えて、ECU40は、各点火プラグ30(火花発生部30a)の絶縁抵抗を測定する抵抗検出装置からの信号を受信するように構成されていても良い。
ECU40は、次に述べる複数のアクチュエータに駆動信号を送信するようになっている。以下において、Nは1〜4の整数である。「#N」は第N気筒を意味する。
・第N気筒(#N)の噴射弁20(#N)。
・第N気筒(#N)の点火装置31(#N)。
・フューエルポンプ装置35。
なお、点火装置31(#N)は図示しない「イグナイタ及びコイル」を含む。点火装置31(#N)はECU40が点火時期SAにて発生する点火信号(駆動信号)に基づいて高電圧を発生させ、その発生させた高電圧を第N気筒(#N)の点火プラグ30(#N)に印加するようになっている。この高電圧の印加により、第N気筒(#N)の点火プラグ30(#N)の火花発生部30a(#N)から点火用火花が発生する。
フューエルポンプ装置35は図示しない「フューエルポンプ及び燃圧調整弁」を含む。フューエルポンプが吐出する燃料は、図示しない燃料配管を介して噴射弁20(#N)に供給される。ECU40は、燃圧調整弁に駆動信号(指示信号)を送出し、噴射弁20(#N)に供給される燃料の圧力を変更する。
前述したように、ECU40は、噴射弁20(#N)の電磁機構に噴射弁駆動信号を送出する。この噴射弁駆動信号が「0」であるときソレノイド24は非通電状態となり、噴射弁駆動信号が所定電圧VInjであるときソレノイド24は通電状態となる。
(制御の概要)
次に、第1装置の制御の概要について説明する。第1装置は、図8の(A)に示したように、一つの燃焼行程(即ち、一つの気筒についての1サイクル)に対して以下に述べる3回の燃料噴射を行う。
A.吸気行程において実行される吸気行程噴射InjA
B.圧縮行程後期に行われる先行噴射InjB
C.先行噴射InjBよりも後であり点火時期SAの直前に行われる直前噴射InjC
但し、機関10の運転状態により、吸気行程噴射InjA及び/又は先行噴射InjBは実行されない場合がある。更に、機関10の運転状態により、吸気行程噴射InjAが2回以上に分割されて行われる場合もある。
吸気行程噴射InjAはフルリフト噴射である。
先行噴射InjBはフルリフト噴射(又はパーシャルリフト噴射)である。
直前噴射InjCはパーシャルリフト噴射である。
第1装置は、機関10の運転状態等を表すパラメータ(例えば、要求トルクTqreq、機関回転速度NE及び吸気温度THA)に基づき、直前噴射InjCによって噴射される燃料の量(直前燃料噴射量)Qcを決定する。同時に、第1装置は、図8の(B)に示した直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lcを機関回転速度NEに基づいて決定する。
次に、第1装置は、機関始動時の冷却水温THW0と始動後の点火回数Ncとに基づいて火花発生部30aの温度Tplugを推定する。例えば、温度Tplugは、次式により推定(取得)される。但し、温度Tplugは最大温度Tmax以上にならないように制限される。この式は、機関始動時の火花発生部30aの温度Tplugは冷却水温THW0に略等しいと見做せること、及び、機関始動後の火花発生部30aの温度Tplugは点火回数Ncが増大するにつれて増大することに基づく。なお、下式の冷却水温THW0は、その時点時点の冷却水温THWであってもよい。

火花発生部温度Tplug=THW0+a・Nc (aは0又は0より大きい定数)
第1装置は、推定(取得)された火花発生部温度Tplugに基づいて、直前噴射におけるニードルリフト量の最大値Lcの下限値Llolmtを決定する。より具体的には、火花発生部温度Tplugが高いほど、火花発生部30aに燃料(燃料噴霧)が付着し難い。換言すると、火花発生部温度Tplugが低いほど、点火時期SAにおける火花発生部30aへの燃料の付着量が多くなる。そこで、第1装置は、推定された火花発生部温度Tplugが低いほど、燃料噴霧の広がりの程度(燃料噴霧の拡散の度合い)が小さくなるように下限値Llolmtを決定する。即ち、第1装置は、推定された火花発生部温度Tplugが低いほど下限値Llolmtが大きくなるように、下限値Llolmtを決定する。
ところで、直前噴射を行うときの燃料圧力Pfcが高いほど、噴射弁20における燃料流路FPと噴孔21aとの境界部(噴孔21aの縁部)において燃料の流れの乱れが強くなる。その結果、燃料圧力Pfcが高いほど、燃料噴霧の広がりの程度が大きくなり、他の条件が同一であっても火花発生部30aに燃料が付着し易くなる。換言すると、燃料圧力Pfcが高いほど、点火時期SAにおける火花発生部30aへの燃料の付着量が多くなる。そこで、第1装置は、燃料圧力Pfcが高いほど、火花発生部温度Tplugに基づいて決定された下限値Llolmtが大きくなるように、その下限値Llolmtを変更(補正)する。
更に、他の条件が同一であっても、直前噴射InjCの燃料噴射量Qcが多いほど、点火時期SAにおける火花発生部30aへの燃料の付着量が多くなる。そこで、第1装置は、燃料噴射量Qcが多いほど、火花発生部温度Tplugに基づいて決定された下限値Llolmtが大きくなるように、その下限値Llolmtを変更(補正)する。
加えて、第1装置は、火花発生部の燻りの程度を示す第1パラメータP1を取得する。より具体的に述べると、第1装置は、火花発生部30aへの印加電圧Vを監視することにより、火花放電が発生して印加電圧が急変する直前の印加電圧(即ち、絶縁破壊電圧)Vkを第1パラメータP1として取得する。この場合、第1パラメータP1(絶縁破壊電圧Vk)は、火花発生部30aの燻りの程度が強くなる(進行する、大きくなる)ほど小さくなる。
そこで、第1装置は、取得した第1パラメータP1によって示される「火花発生部30a燻りの程度」が強いほど下限値Llolmtが大きくなるように下限値Llolmtを変更(補正)する。
そして、第1装置は、ニードルリフト量の最大値Lcが上述のようにして決定された下限値Llolmt以上となるように制限し、直前噴射InjCを行う。この結果、火花発生部30aに付着する燃料の量が過大となった状態で点火が行われないから、点火プラグ30の燻りの程度が速く進行することを回避することができる。なお、第1装置は、直前噴射InjCの噴射終了時期EOIcを機関回転速度NEに基づいて決定する。そして、第1装置は、下限値Llolmtによる制限を受けた最大値Lcの下で、燃料噴射量Qcの燃料が直前噴射InjCにより噴射されるように、直前噴射InjCの燃料噴射時間Tc及び直前噴射InjCの噴射開始時期SOIcを決定し、それに応じた噴射弁駆動信号を噴射弁20に送出する。以上が、第1装置の作動の概要である。
(第1装置の実際の作動)
電子制御ユニット40のCPUは、図9にフローチャートにより示した点火・噴射制御ルーチンの処理を任意の気筒のクランク角がその任意の気筒の吸気上死点に一致する毎にその任意の気筒に対して実行するようになっている。
従って、ある気筒(特定気筒(#N))のクランク角がその特定気筒の吸気上死点に一致すると、CPUは図9のステップ900から処理を開始し、以下に述べるステップ905乃至ステップ955の処理を順に行い、ステップ960に進む。
ステップ905:CPUは、アクセルペダル操作量AP及び機関回転速度NEをルックアップテーブルMapTqreq(AP,NE)に適用することにより、要求トルク(機関10に要求されているトルク)Tqreqを決定する。テーブルMapTqreq(AP,NE)によれば、要求トルクTqreqは、機関回転速度NEが所定の一定値である場合、アクセルペダル操作量APが大きいほど大きくなるように決定される。
ステップ910:CPUは、要求トルクTqreq及び機関回転速度NEをルックアップテーブルMapSA(Tqreq,NE)に適用することにより、点火時期SAを決定する。テーブルMapSA(Tqreq,NE)によれば、点火時期SAは、ノッキングが生じない範囲においてMBT(Minimum Spark Advance For Best Torque)に設定される。なお、点火時期SAを含む各種の時期は、圧縮上死点前のクランク角として定められる。従って、点火時期SAが大きいほど点火時期は進角側の値となる(図8の(A)及び(B)を参照。)。
ステップ915:CPUは、特定気筒が迎える燃焼行程に対して供給(噴射)すべき燃料噴射量の合計量(以下、「総噴射量」と称呼する。)Qtotalを算出する。より具体的に述べると、CPUは、要求トルクTqreq及び機関回転速度NEをルックアップテーブルMapQtotal(Tqreq,NE)に適用することにより総噴射量Qtotalを決定する。テーブルMapQtotal(Tqreq,NE)によれば、機関回転速度NEが所定の一定値である場合、総噴射量Qtotalは要求トルクTqreqが大きいほど大きくなるように決定される。
ステップ920:CPUは、直前噴射InjCにより噴射される燃料の量(直前噴射量)Qcを決定する(図8の(B)を参照。)。より具体的に述べると、CPUは、要求トルクTqreq、機関回転速度NE及び吸気温度THAをルックアップテーブMapQc(Tqreq,NE,THA)に適用することにより、直前噴射量Qcを決定する。
テーブMapQc(Tqreq,NE,THA)によれば、直前噴射量Qcは、要求トルクTqreq(即ち、吸気行程において吸入される筒内空気量に応じた値)が大きいほど大きくなるように決定される。更に、テーブMapQc(Tqreq,NE,THA)によれば、直前噴射量Qcは、機関回転速度NEが低いほど大きくなるように決定され、吸気温度THAが低いほど大きくなるように決定される。また、直前噴射量Qcは、総噴射量Qtotalの20%程度の量になるように設定されている。なお、直前噴射量Qcは、他の機関運転状態を表すパラメータ(例えば、EGR率及び冷却水温THW等)に基づいて決定されてもよい。
ステップ925:CPUは、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の基準値Lcsを機関回転速度NEに基づいて決定する。より具体的に述べると、CPUは、機関回転速度NEをルックアップテーブルMapLcs(NE)に適用することにより基準値Lcsを決定する。テーブルMapLcs(NE)によれば、基準値Lcsは機関回転速度NEが低いほど小さくなるように決定される。
ステップ930:CPUは、以下に述べる「燃料噴射に関するその他の値」を、以下に述べるように決定する。なお、本例において、吸気行程噴射InjA及び先行噴射InjBは、何れもフルリフト噴射である。
CPUは、吸気行程噴射InjAの「噴射開始時期SOIa及び噴射終了時期EOIa」を決定する。より具体的に述べると、CPUは、総噴射量Qtotalの60〜70%を吸気行程噴射InjAの噴射量(吸気行程噴射量)Qaとして求める。CPUは、吸気行程噴射InjAの噴射開始時期SOIaを「吸気上死点後60°前後の所定の時期」に定める。CPUは、吸気行程噴射量Qa及び燃料圧力Pfに基づき燃料噴射時間Taを算出し、燃料噴射時間Taを機関回転速度NEによりクランク角度に変換し、そのクランク角度を噴射開始時期SOIaから減じたクランク角度を噴射終了時期EOIaとして決定する。
CPUは、先行噴射InjBの「噴射開始時期SOIb及び噴射終了時期EOIb」を決定する。より具体的に述べると、CPUは、総噴射量Qtotalから、吸気行程噴射量Qa及び直前噴射量Qcを減じた値を先行噴射InjBの噴射量(先行噴射量)Qbとして求める。CPUは、ピストン冠面13へ付着する燃料量が過大となることを回避するべく、先行噴射InjBの噴射開始時期SOIbを冷却水温THWが低いほど進角するように決定する。CPUは、先行噴射量Qb及び燃料圧力Pfに基づき燃料噴射時間Tbを算出し、燃料噴射時間Tbを機関回転速度NEによりクランク角度に変換し、そのクランク角度を噴射開始時期SOIbから減じたクランク角度を噴射終了時期EOIbとして決定する(図8の(B)を参照。)。
ステップ935:CPUは、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の下限基準値(下限値の基準値)Llmtstを、上述したように別途推定されている火花発生部温度Tplugに基づいて決定する。より具体的に述べると、CPUは、火花発生部温度Tplugを図9のブロックB1内に示したルックアップテーブルMapLlmtst(Tplug)に適用することにより下限基準値Llmtstを決定する。
このテーブルMapLlmtst(Tplug)によれば、下限基準値Llmtstは火花発生部温度Tplugが高いほど(即ち、点火時期SAにおける火花発生部30aへの燃料の付着量が小さくなるほど)、低くなるように決定される。下限基準値Llmtstは後述するステップ955にて算出される「直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の下限値Llolmtの基準となる値」である。従って、下限基準値Llmtstがこのように求められることは、火花発生部温度Tplugが高いほど「より大きな燃料噴霧の広がりの程度」が許容されること、を意味する。
ステップ940:CPUは、直前噴射InjCの実行開始時点(噴射開始時期SOIc)の燃料圧力Pfcを、現在の「燃料圧力Pf、吸気行程噴射量Qa及び先行噴射量Qb」に基づいて推定(取得)する。より具体的に述べると、CPUは、現在の「燃料圧力Pf、吸気行程噴射量Qa及び先行噴射量Qb」をルックアップテーブルMapPfc(Pf,Qa,Qb)に適用することにより、燃料圧力Pfcを推定する。このテーブルMapPfc(Pf,Qa,Qb)によれば、燃料圧力Pfcは、現在の燃料圧力Pfが高いほど高くなり、吸気行程噴射量Qaが大きいほど小さくなり、先行噴射量Qbが大きいほど小さくなるように決定される。
次いで、CPUは、推定(取得)した燃料圧力Pfcを図9のブロックB2内に示したルックアップテーブルMapΔLpfc(Pfc)に適用することにより、下限基準値Llmtstの補正値(燃料圧力補正値)ΔLpfcを算出する。このテーブルMapΔLpfc(Pfc)によれば、補正値ΔLpfcは、推定(取得)した燃料圧力Pfcが高くなるほど大きくなる値となるように算出される。なお、推定(取得)した燃料圧力Pfcが基準圧力Pfcstと等しいとき、補正値ΔLpfcは「0」となる。
補正値ΔLpfcは、後述するステップ955においてニードルリフト量の最大値の下限値Llolmtを求めるために、下限基準値Llmtstに加えられる。従って、補正値ΔLpfcがこのように求められることは、燃料圧力Pfcが高いほど、下限値Llolmtが大きくなることを意味する。
ステップ945:CPUは、直前噴射量Qcを図9のブロックB3内に示したルックアップテーブルMapΔLQc(Qc)に適用することにより、下限基準値Llmtstの補正値(直前噴射量補正値)ΔLQcを算出する。このテーブルMapΔLQc(Qc)によれば、補正値ΔLQcは、直前噴射量Qcが多くなるほど大きくなる値となるように算出される。なお、直前噴射量Qcが基準直前噴射量Qcstと等しいとき、補正値ΔLQcは「0」となる。
補正値ΔLQcは、後述するステップ955においてニードルリフト量の最大値の下限値Llolmtを求めるために、下限基準値Llmtstに加えられる。従って、補正値ΔLQcがこのように求められることは、直前噴射量Qcが多いほど、下限値Llolmtが大きくなることを意味する。
ステップ950:CPUは、特定気筒(#N)の点火プラグ30(#N)の絶縁破壊電圧Vkを読み出す。この絶縁破壊電圧Vkは、図示しないルーチンにより、点火装置31(#N)が点火プラグ30(#N)に印加している電圧Vを監視することにより、その電圧Vが急激に極めて大きく振動を開始する時点(即ち、火花発生部30a(#N)から火花が発生した時点)の直前の電圧Vとして測定(取得)される。点火プラグ30の燻りの程度が大きくなると、絶縁破壊電圧Vkが低下する。従って、絶縁破壊電圧Vkは点火プラグの燻りの程度を表すパラメータ(便宜上、「第1パラメータ」とも称呼される。)である。
次に、CPUは、読みだした絶縁破壊電圧Vkを図9のブロックB4内に示したルックアップテーブルMapΔLvk(Vk)に適用することにより、下限基準値Llmtstの補正値(プラグ燻り度合い補正値)ΔLvkを算出する。このテーブルMapΔLvk(Vk)によれば、補正値ΔLvkは、絶縁破壊電圧Vkが小さくなる(即ち、第1パラメータにより示される点火プラグ30の燻りの程度が強くなっている(進行している、大きくなっている))ほど大きくなる値となるように算出される。なお、絶縁破壊電圧Vkが基準絶縁破壊電圧Vkth以上である場合、補正値ΔLvkは「0」となる。補正値ΔLvkは、後述するステップ955においてニードルリフト量の最大値の下限値Llolmtを求めるために、下限基準値Llmtstに加えられる。従って、補正値ΔLvkがこのように求められることは、絶縁破壊電圧Vkが小さいほど、下限値Llolmtが大きくなることを意味する。
ステップ955:CPUは、下限基準値Llmtstと、燃料圧力補正値ΔLpfcと、直前噴射量補正値ΔLQcと、プラグ燻り度合い補正値ΔLvkと、の和を、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の下限値Llolmtとして求める。即ち、下限基準値Llmtstは、補正値ΔLpfcと、補正値ΔLQcと、補正値ΔLvkと、により補正される。この結果、下限値Llolmtは、火花発生部温度Tplugが低いほど大きくなり、直前噴射InjCが実行される際の燃料圧力Pfcが高いほど大きくなり、直前噴射量Qcが多いほど大きくなり、絶縁破壊電圧Vkが低いほど(即ち、点火プラグ30の燻りの程度が強くなっているほど)大きくなる。
次に、CPUはステップ960に進み、先のステップ925にて求めた「直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の基準値Lcs」がニードルリフト量の最大値の下限値Llolmtよりも小さいか否かを判定する。
基準値Lcsが下限値Llolmt未満である場合、CPUはステップ960にて「Yes」と判定してステップ965に進み、「直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lc」に下限値Llolmtを設定する。即ち、最大値Lcは下限値Llolmtとなる。その後、CPUはステップ975に進む。
これに対し、基準値Lcsが下限値Llolmt以上である場合、CPUはステップ960にて「No」と判定してステップ970に進み、「直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lc」に基準値Lcsを設定する。即ち、最大値Lcは基準値Lcsとなる。
その後、CPUはステップ975に進み、点火時期SAにて点火を実行するための処理、及び、吸気行程噴射InjA、先行噴射InjB並びに直前噴射InjCのそれぞれを実行するための処理を行う。
なお、CPUは、機関回転速度NE、燃料圧力Pfc及び冷却水温THWをルックアップテーブルMapEOIc(NE,Pfc,THW)に適用することにより、直前噴射InjCの噴射終了時期EOIcを決定する。次いで、CPUは、ニードルリフト量の最大値を値Lcに設定したときに直前噴射量Qcの燃料が噴射されるために必要な時間(即ち、直前噴射時間)Tcを最大値Lc、直前噴射量Qc及び燃料圧力Pfcに基づいて算出する。そして、CPUは、直前噴射時間Tcを機関回転速度NEによりクランク角度に変換し、そのクランク角度を噴射終了時期EOIcに加えたクランク角度を噴射開始時期SOIaとして決定する。その後、CPUはステップ995に進み、本ルーチンを一旦終了する。
以上、説明したように、第1装置の制御部(ECU40)は、直前噴射InjCによって噴射される燃料を含む燃料噴霧の広がりの程度(燃料噴霧の拡散の度合い)を変更する拡散パラメータとして、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lcを用いる(図5、図8の(B)及び図9を参照。)。
更に、前記制御部は、
直前噴射InjCによる燃料噴霧の広がりの程度の最大度が、点火時期SAにおける火花発生部30aへの燃料の付着量が第1の量となる場合には同燃料の付着量が同第1の量よりも少ない第2の量となる場合に比較して、小さくなるように、前記燃料噴霧の広がりの程度を変更する拡散パラメータ(即ち、ニードルリフト量の最大値Lcの下限値Llolmt)を制御する(図9のステップ925、ステップ935乃至ステップ970を参照。)。
更に、前記制御部は、火花発生部の温度Tplugが第1温度(図9のブロックB1内のTplug1を参照。)であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、火花発生部の温度Tplugが「前記第1温度よりも高い第2温度(図9のブロックB1内のTplug2を参照。)」であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って下限値Llolmtを火花発生部の温度Tplugに応じて変更する(図9のブロックB1内の値Llmt1及び値Llmt2、並びに、ステップ935及びステップ955を参照。)。
更に、前記制御部は、直前噴射InjCを行うときの燃料圧力Pfcが第1圧力であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、直前噴射InjCを行うときの燃料圧力Pfcが「前記第1圧力よりも低い第2圧力」であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って下限値Llolmtを直前噴射InjCを行うときの燃料圧力Pfcに応じて変更する(図9のブロックB2、ステップ940及びステップ955を参照。)。
更に、前記制御部は、直前噴射InjCの燃料噴射量Qcが第1噴射量であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、直前噴射InjCの燃料噴射量Qcが「前記第1噴射量よりも少ない第2噴射量」であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って下限値Llolmtを直前噴射InjCの燃料噴射量Qcに応じて変更する(図9のブロックB3、ステップ945及びステップ955を参照。)。
更に、前記制御部は、火花発生部30aの燻りの程度を示す第1パラメータ(絶縁破壊電圧Vk)を取得し、取得した第1パラメータによって示される燻りの程度が強いほど下限値Llolmtが大きくなるように下限値Llolmtを変更する(図9のブロックB4、ステップ950及びステップ955を参照。)。
従って、第1装置によれば、火花発生部30aに燃料が付着し易い場合、或いは、点火プラグ30の燻りの程度が強い場合、燃料噴霧の広がりの程度が過大にならないから、火花発生部30aに付着する燃料の量が過大にならない。その結果、点火プラグ30の燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
なお、第1装置は、図9のステップ935において求められる下限基準値Llmtstを補正しなくてもよい。即ち、下限基準値Llmtstそのものを最終的な下限値Llolmtとして用いてもよい。
更に、第1装置は、燃料圧力補正値ΔLpfc、直前噴射量補正値ΔLQc及びプラグ燻り度合い補正値ΔLvkのうちの任意の一以上の補正値を用いてステップ935にて求められる下限基準値Llmtstを補正することにより、最終的な下限値Llolmtを求めてもよい。
更に、第1装置は、下限値Llolmtを、燃料圧力Pfcが大きくなるほど大きくなるように燃料圧力Pfcから直接求めてもよい。同様に、第1装置は、下限値Llolmtを、直前噴射量Qcが多くなるほど大きくなるように直前噴射量Qcから直接求めてもよい。更に、第1装置は、下限値Llolmtを、第1パラメータ(絶縁破壊電圧Vk)によって示される点火プラグ30の燻りの程度が強いほど大きくなるように第1パラメータから直接求めても良い。
<第1装置の第1変形例>
CPUは、図9のステップ935において、冷却水温THWを火花発生部30aの温度Tplugとして用いてもよい。この場合においても、直前噴射におけるニードルリフト量の最大値Lcの下限基準値Llmtstは、冷却水温THWが低いほど下限基準値Llmtstが大きくなるように、(即ち、燃料噴霧の広がりの程度が小さくなるように)下限値Llolmtを決定する。
より具体的に述べると、CPUは、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の下限基準値Llmtstを冷却水温THWに基づいて決定する。即ち、CPUは、冷却水温THWを図10に示したルックアップテーブルMapLlmtst(THW)に適用することにより下限基準値Llmtstを決定する。
このテーブルMapLlmtst(THW)によれば、下限基準値Llmtstは冷却水温THWが高いほど(即ち、点火時期SAにおける火花発生部30aへの燃料の付着量が小さくなるほど)、低くなるように決定される。
但し、冷却水温THWを温度Tplugの代わりに用いる場合、上記下限値Llolmtを用いたニードルリフト量の最大値Lcの制御は、機関10の始動時及び/又は機関10の始動後の数点火の期間において行うことが望ましい。
<第1装置の第2変形例>
この変形例のCPUは、燃料圧力Pfが機関10が1回転する間には殆ど変らない程度に穏やかに変化するとの前提の下、吸気上死点近傍で取得された燃圧Pfを図9のステップ940等にて用いる「直前噴射を行うときの燃料圧力Pfc」として採用する。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第2装置」とも称呼する。)は、先行噴射InjBによって生成される「噴射弁20のサック室Sk内の燃料の流動」が直前噴射InjCへ及ぼす影響を更に考慮して、下限値Llolmtを変更する点において第1装置と相違している。なお、直前噴射InjCの実行開始時(噴射開始時期SOIc)において「噴射弁20のサック室Sk内に残留している燃料の流動」を、単に「サック室燃料流動」とも称呼する。
より具体的に述べると、先行噴射InjBにより、噴射弁20のサック室Sk内に燃料の流動(流れの乱れ)が生じる。この燃料流動が残存している場合に直前噴射InjCが実行されると、噴射された燃料の噴霧が分散し易くなり(燃料噴霧の広がりの程度が大きくなり)且つ貫徹力も弱くなる。従って、サック室燃料流動が強いほど火花発生部30aへ到達する燃料(噴霧)の量が増大し、その結果、火花発生部30aへの燃料の付着量が増大する。
サック室燃料流動の強さは、先行噴射InjBの噴射終了時期EOIbから直前噴射InjCの噴射開始時期SOIcまでの時間(以下、「先行噴射とのインターバルTint」とも称呼する。)が短いほど、強くなる。従って、直前噴射InjCによって噴射される燃料噴霧の広がりの程度は、先行噴射とのインターバルTintが短いほど大きくなる。
更に、サック室燃料流動の強さは、先行噴射InjBの燃料噴射量Qbが多いほど、強くなる。従って、直前噴射InjCによって噴射される燃料噴霧の広がりの程度は、燃料噴射量Qbが多いほど大きくなる。
そこで、第2装置は、サック室燃料流動の強さSffを、先行噴射InjBの燃料噴射量Qb及び先行噴射とのインターバルTintに基づいて推定し、サック室燃料流動の強さSffが強いほど(大きいほど)下限値Llolmtを増大させる。その結果、第2装置は、実質的に、先行噴射とのインターバルTintが短いほど下限値Llolmtを増大させ、且つ、燃料噴射量Qbが多いほど下限値Llolmtを増大させる。これにより、火花発生部30aへの燃料の付着量が多い状態にて点火が行われることを回避できるので、点火プラグ30の燻りの程度が速く進行することを回避することができる。
(第2装置の実際の作動)
第2装置のCPUは、図11にフローチャートにより示した点火・噴射制御ルーチンの処理を任意の気筒のクランク角がその任意の気筒の吸気上死点に一致する毎にその任意の気筒に対して実行するようになっている。
従って、ある気筒(特定気筒(#N))のクランク角がその特定気筒の吸気上死点に一致すると、CPUは図11のステップ1100から処理を開始し、前述したステップ905乃至ステップ925の処理を行う。これにより、要求トルクTqreq、点火時期SA、総噴射量Qtotal、直前噴射量Qc及び直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の基準値Lcs等が決定される。
次に、CPUは、前述したステップ930の処理を行い、燃料噴射に関する他の値を決定する。ここで決定される値には、以下の値が含まれる。
・先行噴射InjBの噴射開始時期SOIb及び噴射終了時期EOIb、
・先行噴射InjBの燃料噴射量Qb、
・吸気行程噴射InjAの噴射開始時期SOIa及び噴射終了時期EOIa、並びに、
・吸気行程噴射InjAの燃料噴射量Qa。
更に、CPUは、前述したステップ935乃至ステップ950の処理を行う。これにより、次の値が取得される。
・直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の下限基準値(下限値の基準値)Llmtst、
・直前噴射InjCの実行開始時点の燃料圧力Pfc、
・下限基準値Llmtstの補正値(燃料圧力補正値)ΔLpfc、
・下限基準値Llmtstの補正値(直前噴射量補正値)ΔLQc、及び、
・下限基準値Llmtstの補正値(プラグ燻り度合い補正値)ΔLvk。
次に、CPUは、以下に述べるステップ1110乃至ステップ1150の処理を順に行い、ステップ960に進む。
ステップ1110:CPUは、直前噴射InjCの噴射開始時期SOIcを機関回転速度NEに基づいて決定する。即ち、CPUは、機関回転速度NEが大きいほど噴射開始時期SOIcが進角するように、噴射開始時期SOIcを決定する。
ステップ1120:CPUは、先行噴射InjBの噴射終了時期EOIbから直前噴射InjCの噴射開始時期SOIcを減じることにより、それらのクランク角差を求め、そのクランク角差と機関回転速度NEとから先行噴射とのインターバルTintを決定する(図8の(B)を参照。)。
ステップ1130:CPUは、サック室燃料流動の強さSffを、先行噴射InjBの燃料噴射量Qb及び先行噴射とのインターバルTintに基づいて推定(取得・決定)する。より具体的に述べると、CPUは、燃料噴射量Qb及びインターバルTintをルックアップテーブルMapSff(Qb,Tint)に適用することによって、サック室燃料流動の強さSffを取得する。このテーブルMapSff(Qb,Tint)によれば、サック室燃料流動の強さSffは、燃料噴射量Qbが多くなるほどより強くなり、インターバルTintが短いほどより強くなるように求められる。
ステップ1140:CPUは、推定(取得)したサック室燃料流動の強さSffを、図10のブロックB5内に示したルックアップテーブルMapΔLsff(Sff)に適用することにより、下限基準値Llmtstの補正値(燃料流動補正値)ΔLsffを算出する。このテーブルMapΔLsff(Sff)によれば、補正値ΔLsffは、推定(取得)したサック室燃料流動の強さSffが強く(高く)なるほど大きくなる値となるように算出される。
ステップ1150:CPUは、下限基準値Llmtstと、燃料圧力補正値ΔLpfcと、直前噴射量補正値ΔLQcと、プラグ燻り度合い補正値ΔLvkと、燃料流動補正値ΔLsffと、の和を、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の下限値Llolmtとして求める。即ち、下限基準値Llmtstは、補正値ΔLpfcと、補正値ΔLQcと、補正値ΔLvkと、補正値ΔLsffと、により補正される。この結果、下限値Llolmtは、火花発生部30aの温度Tplugが低いほど大きくなり、直前噴射InjCが実行される際の燃料圧力Pfcが高いほど大きくなり、直前噴射量Qcが多いほど大きくなり、絶縁破壊電圧Vkが低いほど(即ち、点火プラグ30の燻りの程度が大きいほど)大きくなり、且つ、サック室燃料流動の強さSffが強くなるほど大きくなる。
次に、CPUはステップ960に進み、先のステップ925にて求めた「直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値の基準値Lcs」がニードルリフト量の最大値の下限値Llolmt未満であるか否かを判定する。
基準値Lcsが下限値Llolmt未満である場合、CPUはステップ960にて「Yes」と判定してステップ965に進み、「直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lc」に下限値Llolmtを設定する。即ち、最大値Lcは下限値Llolmtとなる。
これに対し、基準値Lcsが下限値Llolmt以上である場合、CPUはステップ960にて「No」と判定してステップ970に進み、「直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lc」に基準値Lcsを設定する。即ち、最大値Lcは基準値Lcsとなる。
その後、CPUは先に説明したステップ975に進み、点火及び各燃料噴射を実行するための処理を実行する。なお、CPUは、ステップ975において、ニードルリフト量の最大値を値Lcに設定したときに直前噴射量Qcの燃料が噴射されるために必要な時間(即ち、直前噴射時間)Tcを最大値Lc、直前噴射量Qc及び燃料圧力Pfcに基づいて算出する。そして、CPUは、直前噴射時間Tcを機関回転速度NEによりクランク角度に変換し、そのクランク角度を噴射開始時期SOIaから減じることにより噴射終了時期EOIcを求める。その後、CPUはステップ995に進み、本ルーチンを一旦終了する。
以上、説明したように、第2装置の制御部(ECU40)は、第1装置と同様、拡散パラメータとして、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lcを用いる(図11を参照。)。
更に、この制御部は、
直前噴射InjCによる燃料噴霧の広がりの程度の最大度が、点火時期SAにおける火花発生部30aへの燃料の付着量が第1の量となる場合には同燃料の付着量が同第1の量よりも少ない第2の量となる場合に比較して、小さくなるように、前記燃料噴霧の広がりの程度を変更する拡散パラメータ(即ち、ニードルリフト量の最大値Lcの下限値Llolmt)を制御する(図11のステップ925、ステップ935乃至ステップ950、ステップ1110乃至ステップ1150、ステップ960乃至ステップ970を参照。)。
加えて、この制御部は、サック室燃料流動の強さに相関を有する第2パラメータ(Sff)を取得するとともに、前記取得した第2パラメータにより示される前記サック室燃料流動の強さが強いほど下限値Llolmtが大きくなるように下限値Llolmtを変更する(図11のブロックB5、ステップ1130、ステップ1140及びステップ1150)。
更に、この制御部は、前記先行噴射の噴射終了時期EOIbから前記直前噴射の噴射開始時期SOIcまでの時間(先行噴射とのインターバルTint)に基いて第2パラメータ(Sff)を取得する(ステップ1130)。更に、前記制御部は、前記先行噴射の燃料噴射量Qbに基いて第2パラメータ(Sff)を取得する(ステップ1130)。
従って、サック室燃料流動の強さが強い場合であっても直前噴射InjCによる燃料噴霧の広がりの程度が過大にならないから、火花発生部30aに付着する燃料の量が過大にならない。その結果、点火プラグ30の燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
<第2装置の第1変形例>
この変形例のCPUは、先行噴射とのインターバルTintを、図12に示したルックアップテーブルMapΔLsff(Tint)に適用することにより、下限基準値Llmtstの補正値(燃料流動補正値)ΔLsffを算出する。このテーブルMapΔLsff(Tint)によれば、補正値ΔLsffは、先行噴射とのインターバルTintが短くなるほど大きくなる値となるように算出される。
<第2装置の第2変形例>
この変形例のCPUは、先行噴射InjBの燃料噴射量Qbを、図示しないルックアップテーブルMapΔLsff(Qb)に適用することにより、下限基準値Llmtstの補正値(燃料流動補正値)ΔLsffを算出する。このテーブルMapΔLsff(Qb)によれば、補正値ΔLsffは、燃料噴射量Qbが多くなるほど大きくなる値となるように算出される。
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第3装置」とも称呼する。)は、サック室燃料流動が直前噴射InjCへ及ぼす影響を考慮して、先行噴射とのインターバルTintの最小値Tminを変更する。即ち、第3装置は、直前噴射InjCによる燃料噴霧の広がりの程度を変更する拡散パラメータとして、先行噴射とのインターバルTintを採用する。
先行噴射とのインターバルTintが最小値Tminにより制限される場合、最小値Tminが大きくなるほど、サック室燃料流動の強さは弱くなる。従って、この場合、直前噴射InjCにより噴射された燃料噴霧の広がりの程度が低下し、火花発生部30aへ付着する燃料の量も少なくなる。その結果、点火プラグ30の燻りの程度が速く進行することを回避することができる。
(第3装置の実際の作動)
第3装置のCPUは、図13にフローチャートにより示した点火・噴射制御ルーチンの処理を任意の気筒のクランク角がその任意の気筒の吸気上死点に一致する毎にその任意の気筒に対して実行するようになっている。
従って、ある気筒(特定気筒(#N))のクランク角がその特定気筒の吸気上死点に一致すると、CPUは図13のステップ1300から処理を開始し、前述したステップ905乃至ステップ920の処理を行う。これにより、要求トルクTqreq、点火時期SA、総噴射量Qtotal及び直前噴射量Qcが決定される。
次に、CPUはステップ1310に進み、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lcを決定する。より具体的に述べると、CPUは、機関回転速度NE及び冷却水温THWをルックアップテーブルMapLc(NE,THW)に適用することによって、ニードルリフト量の最大値Lcを決定する。このテーブルMapLc(NE,THW)によれば、最大値Lcは、機関回転速度NEが低いほど小さくなり、冷却水温THWが低いほど小さくなるように、決定される。
次に、CPUは前述したステップ930の処理を行い、燃料噴射に関するその他の値を決定する。決定されるその他の値には、先行噴射InjBの噴射開始時期SOIb、噴射終了時期EOIb及び燃料噴射量Qb等が含まれている。次いで、CPUは前述したステップ1110の処理を行い、直前噴射InjCの噴射開始時期SOIcを決定する。その後、CPUは、以下に述べるステップ1320乃至ステップ1350の処理を順に行い、ステップ1360に進む。
ステップ1320:CPUは、先行噴射InjBの噴射終了時期EOIbから直前噴射InjCの噴射開始時期SOIcを減じることにより、それらのクランク角差を求め、そのクランク角差と機関回転速度NEとから先行噴射とのインターバルの基準値(インターバル基準値)Tintstを決定する。
ステップ1330:CPUは、上述したように別途求められている火花発生部温度Tplugに基づいて先行噴射とのインターバルの最小値の基準値(インターバル最小基準値)Tminstを決定する。より具体的に述べると、CPUは、火花発生部温度Tplugを図13のブロックB6内に示したルックアップテーブルMapTminst(Tplug)に適用することによりインターバル最小基準値Tminstを決定する。
このテーブルMapTminst(Tplug)によれば、インターバル最小基準値Tminstは火花発生部温度Tplugが高いほど(即ち、点火時期SAにおける火花発生部30aへの燃料の付着量が小さくなるほど)、短く(小さく)なるように決定される。インターバル最小基準値Tminstは後述するステップ1350にて算出される「先行噴射InjBの噴射終了時期EOIbから直前噴射InjCの噴射開始時期SOIcまでの時間(先行噴射InjBとのインターバル)Tintの最小値Tminの基準となる値」である。従って、インターバル最小基準値Tminstがこのように求められることは、火花発生部温度Tplugが高いほど「より短い時間の先行噴射InjBとのインターバルTint」が許容され、従って、「より大きな燃料噴霧の広がりの程度」が許容されること、を意味する。
ステップ1340:CPUは、上述したステップ950と同様、図示しないルーチンにより別途求められている「特定気筒(#N)の点火プラグ30(#N)の絶縁破壊電圧Vk」を読み出す。更に、CPUは、読みだした絶縁破壊電圧Vkを図13のブロックB7内に示したルックアップテーブルMapΔTvk(Vk)に適用することにより、インターバル最小基準値Tminstの補正値(プラグ燻り度合い補正値)ΔTvkを算出する。このテーブルMapΔTvk(Vk)によれば、補正値ΔTvkは、絶縁破壊電圧Vkが小さくなるほど大きくなる値となるように算出される。なお、絶縁破壊電圧Vkが基準絶縁破壊電圧Vkth以上である場合、補正値ΔTvkは「0」となる。
ステップ1350:CPUは、インターバル最小基準値Tminstにプラグ燻り度合い補正値ΔTvkを加えた値を「先行噴射InjBとのインターバルTintの最小値Tmin」として求める。即ち、インターバル最小基準値Tminstはプラグ燻り度合い補正値ΔTvkにより補正される。この結果、最小値Tminは、火花発生部温度Tplugが低いほど大きくなり、絶縁破壊電圧Vkが低いほど(即ち、点火プラグ30の燻りの程度が強いほど)大きくなる。
次に、CPUはステップ1360に進み、先のステップ1320にて求めたインターバル基準値Tintstが、先のステップ1350にて求めた最小値Tmin未満であるか否かを判定する。
基準値Tintstが最小値Tmin未満である場合、CPUはステップ1360にて「Yes」と判定してステップ1370に進み、「直前噴射InjCとのインターバルTint」に最小値Tminを設定する。即ち、先行噴射InjBとのインターバルTintは最小値Tminとなる。
次に、CPUはステップ1380に進み、先行噴射InjBの噴射終了時期EOIb及び噴射開始時期SOIbを、ステップ1370にて決定したインターバルTintに基づいて修正する。即ち、CPUは、ステップ1370にて決定された「先行噴射InjBとのインターバルTint」を機関回転速度NEに基づいてクランク角度Cintに変換し、ステップ1110にて求めた噴射開始時期SOIcにクランク角度Cintを加えた値を新たな(最終的な)噴射終了時期EOIbとして求める。更に、CPUは、燃料噴射時間Tbを機関回転速度NEによりクランク角度に変換し、そのクランク角度を噴射終了時期EOIbに加えたクランク角度を噴射開始時期SOIbとして決定する。その後、CPUはステップ975に進む。
これに対し、基準値Tintstが最小値Tmin以上である場合、CPUはステップ1360にて「No」と判定してステップ1390に進み、「直前噴射InjCとのインターバルTint」に基準値Tintstを設定する。即ち、直前噴射InjCとのインターバルTintは基準値Tintstとなる。その後、CPUはステップ975に進む。
CPUはステップ975において、点火時期SAにて点火を実行するための処理、及び、吸気行程噴射InjA、先行噴射InjB並びに直前噴射InjCのそれぞれを実行するための処理を行う。
以上、説明したように、第3装置の制御部(ECU40)は、拡散パラメータとして、先行噴射InjBの噴射終了時期EOIbから直前噴射InjCまでの時間(先行噴射とのインターバルTint)を用いる(図13を参照。)。
更に、前記制御部は、火花発生部の温度Tplugが第1温度(図13のブロックB6内のTplug1を参照。)であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、火花発生部の温度Tplugが前記第1温度よりも高い第2温度(ブロックB6内のTplug2を参照。)であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従ってインターバルTintの最小値Tminを火花発生部の温度Tplugに応じて変更する(ブロックB6内の値Tmin1及び値Tmin2、並びに、図13のステップ1330及びステップ1350を参照。)。
更に、前記制御部は、火花発生部30aの燻りの程度を示す第1パラメータ(絶縁破壊電圧Vk)を取得し、取得した第1パラメータによって示される燻りの程度が強いほど最小値Tminが大きくなるように最小値Tminを変更する(図13のブロックB7、ステップ1340及びステップ1350を参照。)。
従って、火花発生部30aに対する燃料の付着のし易さ及び/又はプラグ燻りの程度に対してサック室燃料流動の強さが過度に強い場合にはサック室燃料流動が弱められる。よって、直前噴射InjCによる燃料噴霧の広がりの程度が過大にならないから、火花発生部30aに付着する燃料の量が過大にならない。その結果、点火プラグ30の燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
なお、第3装置は、ステップ1330にて求められるインターバル最小基準値Tminstを補正することなく、最小値Tminとして用いてもよい。
以上、説明したように、本発明の各実施形態及び変形例に係る装置によれば、火花発生部30aに付着する燃料の量が過大にならないように直前噴射InjCを実行することができる。その結果、点火プラグ30の燻りの程度が速く進行することを防止することができる。
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本制御装置は、火花発生部の温度Tplugを以下に述べるように求めても良い。
・本制御装置は、始動時の冷却水温THWを始動時冷却水温THWsとして取得する。
・本制御装置は、要求トルクTqreqに従って、機関10が1サイクルあたりに発生する熱量を推定し、その熱量に基づいて火花発生部(又は燃焼室温度)の1サイクルあたりの温度上昇分を推定する。
・本制御装置は、始動時冷却水温THWsに上記温度上昇分の積算値を加えた値を火花発生部の温度Tplugとして求める。
本制御装置は、サック室燃料流動の強さSffを以下に述べるように求めても良い。
・本制御装置は、サック室Sk内に設けられた「圧電素子を含む圧力センサ」の出力値に基づいて、先行噴射InjBの噴射終了時期EOIbから直前噴射InjCの噴射開始時期SOIcまでの期間(インターバル期間)におけるサック室Sk内の燃料圧力を所定時間毎に取得する。
・本制御装置は、その取得したデータに基づいてインターバル期間におけるサック室Sk内の燃料圧力の変動を表す値(例えば、インターバル期間における燃料圧力の振幅の平均値)を求め、その変動を表す値に基づいてサック室燃料流動の強さSffを求める。この場合、変動(振幅)が大きいほど、サック室燃料流動の強さSffはより強いことを示す値として求められる。
なお、本制御装置は、前記インターバル期間における、燃料噴射弁内の燃料の圧力であって弁体(ニードル弁22)と噴孔21aの縁部との当接部(即ち、弁座部)よりも上流の圧力を検出し、その圧力の前記インターバル期間における変動を表す値に基づいてサック室燃料流動の強さSffを求めてもよい。
本制御装置は、火花発生部30aの絶縁抵抗を測定する測定器を備え、その測定器により測定される絶縁抵抗を「火花発生部の燻りの程度を示す第1パラメータ」として用いてもよい。この場合、絶縁抵抗が小さいほど火花発生部の燻りの程度が進んでいることを示すように第1パラメータが決定される。
第1装置及び第2装置は、下限基準値Llmtstに、補正値ΔLpfcと、補正値ΔLQcと、補正値ΔLvkと、等の和を加えることにより、下限値Llolmtを求めていた。これに対し、本制御装置は、補正値ΔLpfc、ΔLQc、ΔLvk及びΔLsffのそれぞれに代わる補正係数kLpfc、kLQc、kLvk及びkLsffを求め、それらの補正係数を下限基準値Llmtstに乗じることにより下限値Llolmtを求めてもよい。
更に、噴射弁20は、その噴孔21aがニードル弁22の先端部にて直接閉じられる形式の噴射弁であったが、噴孔21aが比較的大きなサック室と常に連通するように形成され、ニードル弁22がそのサック室と燃料流路FPとの接続部を開閉するように移動する形式(内弁式)の噴射弁であってもよい。
更に、本制御装置は、拡散パラメータとして、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lc及び先行噴射とのインターバルTintの両方を用い、それぞれを下限値Llolmt及び最小値Tminにより制限することにより、直前噴射InjCによる燃料噴霧の広がりの程度を変更してもよい。
更に、本制御装置が適用される機関10は、噴孔が「シリンダボアとシリンダヘッドとの境界部」に備えられ、燃焼室CCの中央部(即ち、火花発生部30a)に向けて燃料を噴射するスプレーガイド方式の機関であってもよい。
更に、本制御装置において、直前噴射InjCにおけるニードルリフト量の最大値Lcと下限値Llolmtとが常に一致していてもよい。即ち、本制御装置は、例えば、火花発生部温度Tplugが低いほど大きくなる最大値Lcを求めて、その最大値Lcを用いて直前噴射InjCを実行してもよい。
10…筒内噴射式内燃機関、20…噴射弁、21a…噴孔、22…ニードル弁(弁体)、30…点火プラグ、30a…火花発生部、40…電子制御ユニット。

Claims (15)

  1. 火花発生部を備える点火プラグと、
    移動可能な弁体を有し当該弁体の移動により噴孔を通しての筒内への燃料噴射を実行する噴射弁であって同噴射された燃料の少なくとも一部を含む燃料噴霧が前記火花発生部に直接到達するように配設された噴射弁と、
    を有する筒内噴射式内燃機関に適用され、
    前記噴射弁により前記燃料噴射を実行させ且つ所定の点火時期にて前記火花発生部から点火用火花を発生させる制御部、を備えた内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記燃料噴霧の広がりの程度の最大度が、前記点火時期における前記火花発生部への燃料の付着量が第1の量となる場合には同燃料の付着量が同第1の量よりも少ない第2の量となる場合に比較して、小さくなるように、前記燃料噴霧の広がりの程度を変更する拡散パラメータを制御するように構成された制御装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記拡散パラメータとして前記燃料噴射における前記弁体のリフト量の最大値を使用するとともに、前記点火時期の直前に実行される燃料噴射である直前噴射における前記リフト量の最大値の下限値を、前記燃料の付着量が前記第1の量となる場合には前記燃料の付着量が前記第2の量となる場合に比較して、大きい値に変更することによって、前記燃料噴霧の広がりの程度の最大度を小さくするように構成された制御装置。
  3. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記火花発生部の温度が第1温度であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、前記火花発生部の温度が前記第1温度よりも高い第2温度であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って前記下限値を前記火花発生部の温度に応じて変更するように構成された制御装置。
  4. 請求項3に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記火花発生部の温度を前記機関の冷却水の温度に基づいて取得するように構成された制御装置。
  5. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記直前噴射を行うときの燃料圧力が第1圧力であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、前記直前噴射を行うときの燃料圧力が前記第1圧力よりも低い第2圧力であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って前記下限値を前記直前噴射を行うときの燃料圧力に応じて変更するように構成された制御装置。
  6. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記直前噴射の燃料噴射量が第1噴射量であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、前記直前噴射の燃料噴射量が前記第1噴射量よりも少ない第2噴射量であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って前記下限値を前記直前噴射の燃料噴射量に応じて変更するように構成された制御装置。
  7. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記火花発生部の燻りの程度を示す第1パラメータを取得し、
    前記取得した第1パラメータによって示される燻りの程度が強いほど前記下限値が大きくなるように前記下限値を変更するように構成された制御装置。
  8. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記噴射弁は、
    少なくとも前記弁体が移動された状態において前記噴孔が連通するサック室を当該噴射弁の先端部に備え、
    前記制御部は、
    前記直前噴射に加え同直前噴射の前の時点にて前記噴射弁により前記燃料噴射を先行噴射として実行させ、更に、
    前記先行噴射により生成され且つ前記直前噴射の噴射開始時期において前記サック室内に残留している燃料流動であるサック室燃料流動の強さに相関を有する第2パラメータを取得するとともに、前記取得した第2パラメータにより示される前記サック室燃料流動の強さが強いほど前記下限値が大きくなるように前記下限値を変更するように構成された制御装置。
  9. 請求項8に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記先行噴射の噴射終了時期から前記直前噴射の噴射開始時期までの時間に基いて前記第2パラメータを取得するように構成された制御装置。
  10. 請求項8に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記先行噴射の燃料噴射量に基いて前記第2パラメータを取得するように構成された制御装置。
  11. 請求項8に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記先行噴射の噴射終了時期から前記直前噴射の噴射開始時期までの期間における前記サック室内の燃料の圧力、及び、前記先行噴射の噴射終了時期から前記直前噴射の噴射開始時期までの期間における前記噴射弁内の燃料の圧力であって前記弁体と前記噴孔の縁部との当接部である弁座部よりも上流の圧力、の少なくとも一方を取得し、
    前記取得した圧力の変動に基づいて前記第2パラメータを取得するように構成された制御装置。
  12. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記噴射弁は、
    少なくとも前記弁体が移動された状態において前記噴孔が連通するサック室を当該噴射弁の先端部に備え、
    前記制御部は、
    前記直前噴射に加え同直前噴射の前の時点にて前記噴射弁により前記燃料噴射を先行噴射として実行させ、更に、
    前記拡散パラメータとして前記先行噴射の噴射終了時期から前記直前噴射の噴射開始時期までの時間を使用するとともに、前記時間の最小値を、前記燃料の付着量が前記第1の量となる場合には前記燃料の付着量が前記第2の量となる場合に比較して、大きい値に変更することによって、前記燃料噴霧の広がりの程度の最大度を小さくするように構成された制御装置。
  13. 請求項12に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記火花発生部の温度が前記第1温度であるとき前記燃料の付着量が前記第1の量となり、前記火花発生部の温度が前記第2温度であるとき前記燃料の付着量が前記第2の量となる、との事象に従って前記時間の最小値を前記火花発生部の温度に応じて変更するように構成された制御装置。
  14. 請求項13に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記火花発生部の温度を前記機関の冷却水の温度に基づいて取得するように構成された制御装置。
  15. 請求項13に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記火花発生部の燻りの程度を示す第1パラメータを取得し、
    前記取得した第1パラメータによって示される燻りの程度が強いほど前記時間の最小値が大きくなるように同時間の最小値を変更する制御装置。
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