JP2017186966A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、増圧装置を有する内燃機関の制御装置において、内燃機関の性能低下を抑制しつつ、結露による燃料噴射弁の噴孔の腐食を抑制することを目的とする。
【解決手段】本発明では、燃料を所定の燃料噴射圧力で噴射する燃料噴射弁と、基準圧力の燃料を蓄える高圧燃料貯留部から燃料噴射弁に供給される燃料を加圧する増圧装置であって、燃料の加圧に伴って該増圧装置が有する増圧制御室から基準圧力の燃料が燃料タンクに還流する増圧装置と、を有する内燃機関の制御装置は、機関負荷が所定負荷よりも小さい場合であっても燃料噴射弁の先端部の温度が所定温度よりも低い場合には、高圧燃料貯留部における燃料の圧力を所定の燃料噴射圧力よりも低くするとともに増圧装置を作動させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料噴射装置を備える内燃機関の制御装置に関する。

高圧化された燃料を蓄えるコモンレールと気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関において、コモンレールに蓄えられた燃料の圧力（以下、「レール圧」と称する）よりも高い圧力で燃料噴射弁から燃料を噴射するために、コモンレールから燃料噴射弁へ供給される燃料の圧力を所定の増圧比で増加させる増圧装置を備えた燃料噴射装置が知られている。このような燃料噴射装置を用いることにより、燃料噴射量が多い高負荷時に燃料を好適に燃焼させることが可能となる。

また、燃料の筒内直接噴射型の内燃機関では、燃料噴射弁の先端部の温度がシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度よりも先に露点以下になった場合には、燃料噴射弁の先端部に結露が優先的に生じることが開示されている（特許文献１参照）。そして、燃料噴射弁の先端部に結露が発生すると、燃料噴射弁の噴孔が腐食する虞があることが知られている。

また、複数の燃料噴射弁を有する燃料噴射装置において、燃料噴射弁の温度が所定の温度以下となった燃料噴射弁が存在する場合に、所定の温度以下となった該燃料噴射弁以外の燃料噴射弁のうち少なくとも一つの燃料噴射弁からの燃料の噴射を停止させる技術が開示されている（特許文献２参照）。当該技術では、上記のように燃料噴射弁からの燃料の噴射を停止させることによって、燃料噴射弁の先端部への結露を抑制し、以て、燃料噴射弁の噴孔の腐食を抑制する。

特開２０１５−０７５０５０号公報 特開２０１４−１２５９１０号公報

従来技術では、結露による燃料噴射弁の噴孔の腐食の虞がある場合には、内燃機関の機関停止を禁止する制御、または、気筒内へのＥＧＲガスの導入量を減少させる制御が実行される（特許文献１）。このとき、内燃機関が所定の状態になるまで機関停止を禁止する場合には燃費性能が悪化し、ＥＧＲガスの導入量を減少させる場合にはエミッションが悪化する。また、従来技術では、燃料噴射弁からの燃料の噴射を停止させる制御が実行される（特許文献２）。しかし、この場合には出力性能が悪化する。このように、従来技術では、結露による燃料噴射弁の噴孔の腐食の抑制のための制御によって、内燃機関の性能が大きく損なわれてしまう。

本発明は、増圧装置を有する内燃機関の制御装置において、内燃機関の性能低下を抑制しつつ、結露による燃料噴射弁の噴孔の腐食を抑制することを目的とする。

本発明に係る内燃機関は、高圧燃料貯留部から燃料噴射弁に供給される燃料を加圧する増圧装置を有し、該増圧装置は、燃料噴射弁にレール圧よりも高い圧力の燃料を供給する。また、前記増圧装置は、燃料を加圧する増圧ピストンと高圧燃料貯留部から供給される燃料の流入出によって該増圧ピストンを駆動させる増圧制御室とを有し、該増圧制御室か
ら流出するレール圧の燃料が燃料タンクに還流する。ここで、従来の内燃機関の制御装置は、機関負荷が所定負荷以上の場合に増圧装置を作動させる。一方、本発明の制御装置は、機関負荷が所定負荷よりも小さい場合であっても燃料噴射弁の先端部の温度が所定温度よりも低い場合には増圧装置を作動させ、増圧制御室から流出するレール圧の燃料を還流通路を通じて燃料タンクに還流する。このとき、増圧制御室から流出する燃料は流出に伴って圧力が低下し、この圧力の低下に起因して該燃料の燃料温度が上昇し、以て、燃料タンク内の燃料温度が上昇する。その結果、燃料を通して燃料噴射弁を昇温することができ、その先端部の温度も上昇することになる。そして、本発明の発明者は、増圧制御室から流出する燃料を利用して上記の如く燃料噴射弁の先端部を昇温することによって、内燃機関の性能低下を抑制しつつ、結露による燃料噴射弁の噴孔の腐食を抑制することができることを見出した。

より詳細には、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料を貯留している燃料タンクと、燃料を所定の燃料噴射圧力で噴射する燃料噴射弁と、前記燃料タンクから前記燃料噴射弁へ通じる燃料通路に配置され燃料を高圧化して圧送する高圧燃料ポンプと、前記燃料通路に配置され前記高圧燃料ポンプによって高圧化された燃料を蓄える高圧燃料貯留部と、前記高圧燃料貯留部における燃料の圧力である基準圧力を調整する圧力調整手段と、前記高圧燃料貯留部から前記燃料噴射弁に供給される燃料を加圧して前記所定の燃料噴射圧力の燃料を前記燃料噴射弁に供給する増圧装置であって、燃料を加圧する増圧ピストンと前記高圧燃料貯留部から供給される燃料の流入出によって該増圧ピストンを駆動させる増圧制御室とを有し、該増圧制御室から流出する前記基準圧力の燃料が前記燃料タンクに還流する増圧装置と、前記増圧制御室から前記燃料タンクに燃料を還流する還流通路と、を有する内燃機関の制御装置であって、機関負荷が所定負荷よりも小さい場合に前記圧力調整手段を用いて前記基準圧力を前記所定の燃料噴射圧力に制御する圧力制御手段と、機関負荷が前記所定負荷以上の場合に前記増圧装置を作動させる増圧装置制御手段と、を備え、機関負荷が前記所定負荷よりも小さい場合であっても前記燃料噴射弁の先端部の温度が所定温度よりも低い場合には、前記圧力制御手段が前記基準圧力を前記所定の燃料噴射圧力よりも低くするとともに、前記増圧装置制御手段が前記増圧装置を作動させる。

本発明によれば、増圧装置を有する内燃機関の制御装置において、内燃機関の性能低下を抑制しつつ、結露による燃料噴射弁の噴孔の腐食を抑制することができる。

本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系およびその燃料系の概略構成を示す図である。 従来技術における内燃機関の増圧装置の作動マップを示す図である。 機関負荷が所定負荷よりも小さくて且つ燃料噴射弁の先端部の温度が所定温度以上の場合、機関負荷が所定負荷以上の場合、および機関負荷が所定負荷よりも小さくて且つ燃料噴射弁の先端部の温度が所定温度よりも低くて噴孔腐食抑制制御が実行される場合における、レール圧および増圧装置による増加圧力を示す図である。 噴孔腐食抑制制御が実行されない場合の、燃料噴射弁の先端部の温度およびシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度の時間推移を示す図である。 噴孔腐食抑制制御が実行される場合の、燃料噴射弁の先端部の温度およびシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度の時間推移を示す図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が実行する制御フローを示すフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に
詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例＞
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系およびその燃料系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。気筒２には該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３が設けられている。内燃機関１が複数の気筒２を有する場合には、それぞれの気筒２に燃料噴射弁３が設けられる。

燃料噴射弁３は、所定の燃料噴射圧力で燃料を噴射する。本実施例に係る内燃機関１の制御装置は、前記所定の燃料噴射圧力が内燃機関１の機関負荷等によって変化する燃料噴射弁３からの燃料噴射圧力の要求圧力（以下、「燃料噴射要求圧力」と称する場合もある。）になるように制御する。以下では、所定の燃料噴射圧力を「燃料噴射圧」と称する。

内燃機関１が搭載されている車両には、燃料噴射装置３０、内燃機関１の駆動によって燃料を高圧化して圧送する高圧燃料ポンプ３３、および燃料タンク３４が設けられている。そして、燃料タンク３４から燃料噴射弁３へ通じる燃料通路には高圧燃料ポンプ３３および燃料噴射装置３０が配置され、燃料タンク３４に貯留されている燃料は高圧燃料ポンプ３３および燃料噴射装置３０を介して燃料噴射弁３に供給される。

本実施例に係る燃料噴射装置３０は、コモンレール３１、燃料路３２、後述する増圧装置３２０、および後述するリターン通路３３０を備えている。高圧燃料ポンプ３３によって高圧化された燃料はコモンレール３１に流入し、コモンレール３１は高圧化された燃料を蓄える。そして、コモンレール３１から燃料噴射弁３へ通じる燃料路３２によって、コモンレール３１から燃料噴射弁３へ燃料が供給される。ここで、燃料路３２は、第一燃料路３２Ａ、第二燃料路３２Ｂ、および第三燃料路３２Ｃにより構成されている。第一燃料路３２Ａは逆止弁３３１を介して燃料噴射弁３へ通じている。また、第二燃料路３２Ｂおよび第三燃料路３２Ｃは後述する増圧装置３２０、および第一燃料路３２Ａを介して燃料噴射弁３へ通じている。なお、本実施例においては、高圧化された燃料を蓄えるコモンレール３１が、本発明における高圧燃料貯留部に相当する。

また、高圧燃料ポンプ３３は、例えば吐出量調節機構を有するプランジャ形式のポンプであり、燃料タンク３４から供給される燃料を所定の圧力に昇圧してコモンレール３１に供給する。また、コモンレール３１には、該コモンレール３１内の燃料圧力（以下、「レール圧」と称する場合もある。）を調整するためのリリーフ弁３５が設けられている。そして、リリーフ弁３５を通ってコモンレール３１から流出する燃料は、後述するリターン通路３３０に導かれ燃料タンク３４に戻される。さらに、コモンレール３１には、レール圧を検出する圧力センサ３６が設けられている。なお、本実施例においては、レール圧を調整するリリーフ弁３５が、本発明における圧力調整手段に相当する。ここで、高圧燃料ポンプ３３が吐出量調節機構を有する場合には、該高圧燃料ポンプ３３の吐出量はレール圧が目標圧力になるように後述するＥＣＵ１０によりフィードバック制御される。したがって、吐出量調節機構を有する高圧燃料ポンプ３３がＥＣＵ１０の指示に従って該高圧燃料ポンプ３３の吐出量を調整することで、本発明に係る圧力調整手段としても機能する。また、コモンレール３１内の燃料圧力であるレール圧が、本発明における基準圧力に相当する。

また、内燃機関１には、吸気通路４および排気通路５が接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ
４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。また、排気通路５は、図示しない触媒や消音器を経由して大気中に開放されている。

そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記の圧力センサ３６、エアフローメータ４０に加え、アクセルポジションセンサ７、およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、アクセルポジションセンサ７の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。

また、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、高圧燃料ポンプ３３、リリーフ弁３５、スロットル弁４１、および後述する増圧制御弁３２４等の各種装置が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これら各種装置が制御される。例えば、ＥＣＵ１０は、圧力センサ３６の検出値に基づいて高圧燃料ポンプ３３またはリリーフ弁３５を制御することで、レール圧を所望の圧力に調整する。

次に、本実施例に係る燃料噴射装置３０が有する増圧装置３２０について説明する。増圧装置３２０は、増圧ピストン３２１と収容室３２２とを備え、増圧ピストン３２１は収容室３２２内を摺動可能に保持されている。そして、増圧ピストン３２１は大径ピストン部３２１Ａと小径ピストン部３２１Ｂとを有している。さらに、大径ピストン部３２１Ａおよび小径ピストン部３２１Ｂは一体となって収容室３２２内を摺動し、その摺動方向に沿って延在する概ね軸状に形成されている。ここで、大径ピストン部３２１Ａは、小径ピストン部３２１Ｂ側の端部（以下、「第一端部」と称する。）３２１Ａａと、該第一端部３２１Ａａと反対側の端部（以下、「第二端部」と称する。）３２１Ａｂと、を有する。また、小径ピストン部３２１Ｂは、一方の端部が第一端部３２１Ａａと当接して大径ピストン部３２１Ａと一体構造を成し、他方の端部（以下、「第三端部」と称する。）３２１Ｂａは第二端部３２１Ａｂと概ね平行に形成されている。このように形成される増圧ピストン３２１は、第二端部３２１Ａｂの面積（以下、「第二端部面積」と称する。）と、第三端部３２１Ｂａの面積（以下、「第三端部面積」と称する。）と、が下記式１に示す一定の比率を有することになる。
Ａｒ＝Ａ２／Ａ３ ・・・式１
Ａｒ：面積比
Ａ２：第二端部面積
Ａ３：第三端部面積
ここで、大径ピストン部３２１Ａの径は小径ピストン部３２１Ｂの径よりも大きくて、第二端部面積Ａ２は第三端部面積Ａ３よりも大きくなるので、上記式１が示す面積比Ａｒは１よりも大きな一定値となる。また、第二端部面積と、第一端部３２１Ａａの面積と第三端部面積との和と、は概ね等しくなっている。

また、収容室３２２に増圧ピストン３２１が配置されることによって、該収容室３２２には圧力室３２２Ａ、増圧制御室３２２Ｂ、および増圧室３２２Ｃが形成される。ここで、圧力室３２２Ａは収容室３２２と第二端部３２１Ａｂとによって形成され、増圧制御室３２２Ｂは収容室３２２と第一端部３２１Ａａと小径ピストン部３２１Ｂとによって形成
され、増圧室３２２Ｃは収容室３２２と第三端部３２１Ｂａとによって形成される。そして、圧力室３２２Ａは第二燃料路３２Ｂを介してコモンレール３１に連通している。また、増圧室３２２Ｃは増圧路３２３に連通している。そして、増圧路３２３は増圧室３２２Ｃを第一燃料路３２Ａの逆止弁３３１よりも燃料噴射弁３側の通路に接続している。

そして、増圧装置３２０には、増圧制御弁３２４が備わる。そして、増圧制御室３２２Ｂに、増圧制御弁３２４が接続されている。増圧制御弁３２４は、ソレノイド駆動の切換弁であり増圧制御室３２２Ｂを、第三燃料路３２Ｃまたはリターン通路３３０に選択的に接続する。ここで、増圧制御弁３２４はＥＣＵ１０により制御される。また、リターン通路３３０は、燃料タンク３４に接続され、増圧装置３２０の作動時に増圧制御室３２２Ｂから流出する燃料を燃料タンク３４に還流する。なお、本実施例においては、増圧制御室３２２Ｂから流出する燃料を燃料タンク３４に還流するリターン通路３３０が、本発明における還流通路に相当する。

ここで、増圧装置３２０の非作動時には、増圧制御弁３２４のソレノイドアクチュエータの通電は停止されており、増圧制御室３２２Ｂは増圧制御弁３２４を介して第三燃料路３２Ｃに接続されているため、増圧制御室３２２Ｂ内にはレール圧が作用している。また、増圧装置３２０の圧力室３２２Ａには、第二燃料路３２Ｂを介してレール圧が作用している。さらに、増圧装置３２０の増圧室３２２Ｃには、後述するようにレール圧が作用している。このため、第二端部に作用する燃料圧力による力と、第一端部および第三端部に作用する燃料圧力による力と、は概ね等しくなる。

この状態では、増圧ピストン３２１は大径ピストン部３２１Ａを圧力室３２２Ａ側に向けて付勢するスプリング３２５に押されて図１の上方に移動しており、増圧室３２２Ｃ内には、第一燃料路３２Ａ、逆止弁３３１、および増圧路３２３を通ってコモンレール３１から燃料が流入している。このため、増圧室３２２Ｃ、増圧路３２３、および第一燃料路３２Ａ内の燃料圧力はレール圧と等しくなっている。すなわち、増圧装置３２０の非作動時には、燃料噴射弁３から噴射される燃料の圧力はレール圧となる。

一方、増圧制御弁３２４のソレノイドが通電されると増圧制御室３２２Ｂは増圧制御弁３２４を介してリターン通路３３０に接続される。これにより、増圧制御室３２２Ｂ内の燃料が増圧制御弁３２４を介してリターン通路３３０に流出し、増圧制御室３２２Ｂの圧力は低下する。このため、増圧ピストン３２１は第二端部に作用する圧力室３２２Ａ内の燃料圧力（すなわち、レール圧）によって押され、増圧室３２２Ｃ内の燃料は小径ピストン部３２１Ｂにより加圧される。これにより、増圧室３２２Ｃ内の燃料圧力は、圧力室３２２Ａ内のレール圧に上記式１が示す面積比Ａｒを乗じた値に増圧する。

すなわち、増圧装置３２０作動時には、増圧室３２２Ｃ、増圧路３２３、および第一燃料路３２Ａの逆止弁３３１よりも燃料噴射弁３側の通路内の燃料圧力が、レール圧に上記式１が示す面積比Ａｒを乗じた値に増圧する。なお、上記式１が示す面積比Ａｒを以下では、「増圧比」と称する。この増圧比は増圧ピストン３２１の形状によって定まる所定値である。

以上に述べたとおり、本実施例に係る増圧装置３２０では、増圧制御弁３２４が増圧制御室３２２Ｂを第三燃料路３２Ｃまたはリターン通路３３０に選択的に接続する。そして、増圧制御室３２２Ｂが第三燃料路３２Ｃとリターン通路３３０に交互に接続されることによって、増圧ピストン３２１が所定の周期で駆動される。このとき、増圧ピストン３２１は、増圧制御室３２２Ｂにおけるコモンレール３１から供給される燃料の流入出によって駆動されることになる。そして、その結果、増圧装置３２０はレール圧に増圧比を乗じた圧力（以下、「増圧比乗算圧力」と称する場合もある。）の燃料を燃料噴射弁３に供給
することが可能となる。また、増圧制御室３２２Ｂがリターン通路３３０に接続されているときには、増圧制御室３２２Ｂからレール圧の燃料が流出し、該燃料が燃料タンク３４に還流する。

そして、本実施例では、増圧装置３２０の作動、非作動を切り換えることにより、レール圧と増圧比乗算圧力との何れか一方の圧力に燃料噴射圧を制御することができる。

ここで、従来技術における内燃機関１の増圧装置３２０の作動マップを図２に示す。図２は、増圧装置３２０の作動領域についての機関回転速度と機関負荷との相関を示し、図２において線Ｌ１と線Ｌ２とによって画定される領域Ｒ１が増圧装置３２０の作動領域を表している。ここで、線Ｌ１は機関負荷が全負荷であるときの機関回転速度と機関負荷との相関を表し、線Ｌ２は機関負荷が所定負荷であるときの機関回転速度と機関負荷との相関を表している。そして、線Ｌ２によって示される所定負荷は、燃料噴射圧がレール圧よりも高い増圧比乗算圧力に制御されることにより燃料を好適に燃焼させることが可能となり、以て燃料噴射圧がレール圧に制御される場合よりも内燃機関１全体の性能が良くなるときの機関負荷として予め定められる。なお、ＥＣＵ１０のＲＯＭには、図２に示すような増圧装置３２０の作動マップが予め記憶されている。

これに対して、本実施例に係る内燃機関１の制御装置は、機関負荷が所定負荷よりも小さい場合であっても燃料噴射弁３の先端部の温度が所定温度よりも低い場合には増圧装置３２０を作動させる。

上述したように、燃料噴射弁３の先端部の温度がシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度よりも先に露点以下になった場合に燃料噴射弁３の先端部に結露が優先的に生じることによって、結露による燃料噴射弁３の噴孔の腐食が発生し易くなることが知られている。そして、本実施例に係る内燃機関１の制御装置は、内燃機関１の運転中に、燃料噴射弁３の先端部の温度が所定温度よりも低くなっている場合には、増圧装置３２０を作動させることで燃料噴射弁３の先端部を昇温し、結露による燃料噴射弁３の噴孔の腐食を抑制する。

ここで、上記所定温度は、内燃機関１の機関停止後の燃料噴射弁３の先端部への結露を抑制することができる内燃機関１の運転中の燃料噴射弁３の先端部の温度として定義される。なお、上記所定温度は実験等に基づき予め定められ、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。また、上記所定温度はシリンダヘッドの熱量や内燃機関１を冷却する冷却水の温度等と相関を有する温度として周知の技術を用いて定められてもよく、この場合には該所定温度はマップまたは関数としてＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。

そして、本実施例に係る内燃機関１の制御装置では、機関負荷が所定負荷よりも小さい場合であっても燃料噴射弁３の先端部の温度が所定温度よりも低い場合に、ＥＣＵ１０が、増圧装置３２０を作動させるとともにレール圧を燃料噴射圧よりも低くする。増圧装置３２０の作動時には燃料噴射圧が増圧比乗算圧力に制御されるので、この場合ＥＣＵ１０は、燃料噴射圧を増圧比で除算した圧力（以下、「噴孔腐食抑制レール圧」と称する場合もある。）にレール圧を制御する。言い換えれば、ＥＣＵ１０がレール圧を噴孔腐食抑制レール圧に制御することによって、燃料噴射圧である増圧比乗算圧力が上述した燃料噴射要求圧力に制御されることになる。以下、機関負荷が所定負荷よりも小さい場合であっても燃料噴射弁３の先端部の温度が所定温度よりも低い場合にＥＣＵ１０が内燃機関１の運転中に行う上記制御を「噴孔腐食抑制制御」と称するものとする。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０が、高圧燃料ポンプ３３またはリリーフ弁３５（上述した圧力調整手段）を用いてレール圧を制御することで、本発明に係る圧力制御手段として機能する。また、ＥＣＵ１０が、増圧装置３２０を作動させることで、本発明に係る増圧装置制御手段として機能する。

ここで、レール圧と燃料噴射圧との関係について詳しく説明する。図３は、機関負荷が所定負荷よりも小さくて且つ燃料噴射弁３の先端部の温度が所定温度以上の場合、機関負荷が所定負荷以上の場合、および機関負荷が所定負荷よりも小さくて且つ燃料噴射弁３の先端部の温度が所定温度よりも低くて噴孔腐食抑制制御が実行される場合における、レール圧および増圧装置３２０による増加圧力を示すものである。ここで、増圧装置３２０の非作動時のレール圧を非増圧時基準圧力と定義し、増圧装置３２０の作動時であって噴孔腐食抑制制御が実行されないときのレール圧を増圧時基準圧力と定義する。そして、機関負荷が所定負荷よりも小さくて且つ燃料噴射弁３の先端部の温度が所定温度以上の場合、この場合は従来技術であり、図３に示すように、増圧装置３２０は作動せず燃料噴射圧が非増圧時基準圧力に制御される。また、機関負荷が所定負荷以上の場合、この場合も従来技術であり、図３に示すように、増圧装置３２０が作動し燃料噴射圧が増圧比乗算圧力に制御される。そして、燃料噴射圧を増圧比で除算した圧力が増圧時基準圧力になる。ここで、増圧時基準圧力はコモンレール３１の耐圧や高圧燃料ポンプ３３における燃料の吐出圧性能といった内燃機関１の構成によって制限を受ける。そして、増圧時基準圧力の上限圧力よりも高い圧力で燃料を噴射することにより燃料を好適に燃焼させることが可能となり、以て内燃機関１全体の性能が良くなる場合には、ＥＣＵ１０は増圧装置３２０を作動させる。また、本実施例に係る内燃機関１の制御装置によって噴孔腐食抑制制御が実行される場合には、図３に示すように、レール圧が噴孔腐食抑制レール圧に制御され、該噴孔腐食抑制レール圧に増圧比を乗算した増圧比乗算圧力が燃料噴射圧になる。そして、上述したように、ＥＣＵ１０がレール圧を噴孔腐食抑制レール圧に制御することによって、燃料噴射圧である増圧比乗算圧力が燃料噴射要求圧力に制御されることになる。

そして、本実施例に係る内燃機関１の制御装置は、噴孔腐食抑制制御を実行することによって燃料噴射弁３の先端部を昇温する。噴孔腐食抑制制御では、増圧制御室３２２Ｂ内の燃料が増圧制御弁３２４およびリターン通路３３０を介して燃料タンク３４に還流する。上述したように、増圧制御弁３２４は増圧制御室３２２Ｂを第三燃料路３２Ｃまたはリターン通路３３０に選択的に接続する。そして、増圧制御室３２２Ｂが第三燃料路３２Ｃに接続されているとき、増圧制御室３２２Ｂ内の燃料圧力は噴孔腐食抑制レール圧になっている。そして、増圧制御室３２２Ｂがリターン通路３３０に接続され、増圧制御室３２２Ｂから増圧制御弁３２４およびリターン通路３３０を介して燃料が燃料タンク３４に還流する際には、該燃料の圧力が大幅に低下することになる。そして、この圧力低下に起因して、増圧制御室３２２Ｂから流出する燃料が持つ圧力エネルギが温度エネルギに変換される。その結果、増圧制御室３２２Ｂから流出する燃料の温度が上昇し、さらに該燃料が還流する燃料タンク３４内の燃料の温度が上昇するので、燃料噴射弁３から噴射される燃料の温度も上昇することになる。以上の結果、燃料噴射弁３の先端部を昇温することが可能となる。つまり、噴孔腐食抑制制御が燃料噴射弁３の先端部を昇温する制御として機能することになる。

さらに、本実施例に係る噴孔腐食抑制制御では、噴孔腐食抑制レール圧の燃料を増圧制御室３２２Ｂから燃料タンク３４に還流するので、例えば非増圧時基準圧力の燃料をコモンレール３１から燃料タンク３４に還流する場合よりも、効果的に燃料噴射弁３の先端部を昇温することができる。ここで、噴孔腐食抑制レール圧の燃料が増圧制御室３２２Ｂから燃料タンク３４に還流する場合の、該燃料の温度と、圧力低下代および還流燃料量と、の相関を下記式２に示す。
Ｔｆ∝Ｐｆ・Ｑｆ ・・・式２
Ｔｆ：燃料温度
Ｐｆ：圧力低下代
Ｑｆ：還流燃料量
上記式２に示すように、増圧制御室３２２Ｂから燃料タンク３４に還流する燃料の温度
は、該燃料の圧力低下代と該燃料の還流量との積に比例する。

図３に示したとおり、燃料噴射圧が同一の場合には、非増圧時基準圧力は噴孔腐食抑制レール圧よりも高くなる。ここで、例えば、非増圧時基準圧力の燃料をコモンレール３１から燃料タンク３４に還流する場合には、噴孔腐食抑制レール圧よりも高い非増圧時基準圧力の燃料を燃料タンク３４に還流することができるものの、コモンレール３１内の燃料の圧力、すなわち非増圧時基準圧力を燃料噴射要求圧力に維持するためには還流燃料量が制限されてしまう。また、この場合、高圧燃料ポンプ３３が燃料を圧送する際に生じる燃料圧力の脈動に、燃料タンク３４への燃料の還流のためにコモンレール３１から燃料が流出する際に生じる燃料圧力の脈動が加わるため、燃料噴射圧が変動しやすくなり好ましくない。

一方、本実施例に係る噴孔腐食抑制制御では、非増圧時基準圧力の燃料をコモンレール３１から燃料タンク３４に還流する場合と比較して、上記式２に示す圧力低下代Ｐｆは小さくなるものの還流燃料量Ｑｆが大きくなり、結果として燃料温度Ｔｆをより高くすることができる。したがって、燃料噴射弁３の先端部をより効果的に昇温することが可能となる。また、噴孔腐食抑制制御では、燃料タンク３４への還流のための燃料は増圧制御室３２２Ｂから流出するので、該燃料の流出が燃料圧力の脈動として燃料噴射圧に影響を与えることはない。

以上に述べたとおり、噴孔腐食抑制制御は、燃料噴射圧が燃料噴射要求圧力になるようにレール圧を噴孔腐食抑制レール圧に制御するものであるので、燃料噴射弁３からの燃料の噴射を停止させる従来技術のように出力性能が悪化することはない。また、本実施例に係る内燃機関１の制御装置は、結露による燃料噴射弁３の噴孔の腐食を抑制するためにＥＧＲガスの導入量を変化させるものではないため、ＥＧＲガスの導入量を減少させる従来技術のようにエミッションが悪化することはない。

次に、燃料噴射弁３の先端部の温度およびシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度の時間推移について説明する。

ここで、燃料噴射弁３の先端部の温度は、下記式３を用いて推定される。
Ｔｎｚｌ＝Ｃ１・Ｎｅ＋Ｃ２・Ｑｖ＋Ｃ３・ＩＧＴ＋Ｃ４・Ｐｉ ・・・式３
Ｔｎｚｌ：ノズル先端推定温度
Ｎｅ：機関回転速度
Ｑｖ：燃料噴射量
ＩＧＴ：着火時期
Ｐｉ：燃料噴射圧
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４：定数
ＥＣＵ１０は、上記パラメータを用いてノズル先端推定温度Ｔｎｚｌを算出する。ただし、燃料噴射弁３の先端部の温度の推定方法はこれに限らず、周知の技術を用いることもできる。以下、このように推定された燃料噴射弁３の先端部の温度をノズル先端推定温度と称するものとする。

そして、噴孔腐食抑制制御が実行されない場合の、ノズル先端推定温度およびシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度の時間推移を図４Ａに示す。図４Ａは、時刻ｔ１において機関停止し、時刻ｔ１以降に燃料噴射弁３の先端部およびシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度が低下する過程を示すものである。内燃機関１の運転中に噴孔腐食抑制制御が実行されない場合には、図４Ａに示すように、内燃機関１の運転中のノズル先端推定温度は内燃機関１の運転中のシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度よりも低く、機関停止後の温度低下によってノズル先端推定温度がシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度よりも先に露点以下になっ
ている。

一方、噴孔腐食抑制制御が実行される場合の、ノズル先端推定温度およびシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度の時間推移を図４Ｂに示す。図４Ｂでは、噴孔腐食抑制制御が実行されない場合のノズル先端推定温度の時間推移が実細線で表され、噴孔腐食抑制制御が実行される場合のノズル先端推定温度の時間推移が実太線で表されている。内燃機関１の運転中に噴孔腐食抑制制御が実行される場合には、図４Ｂに示すように、噴孔腐食抑制制御によって内燃機関１の運転中に燃料噴射弁３の先端部は昇温している。その結果、機関停止後にはシリンダヘッドの燃焼室壁面の温度がノズル先端推定温度よりも先に露点以下になっている。つまり、噴孔腐食抑制制御によって内燃機関１の運転中に燃料噴射弁３の先端部は昇温し、その結果、結露による燃料噴射弁３の噴孔の腐食を抑制することができる。

このように、噴孔腐食抑制制御では、ノズル先端推定温度が所定温度よりも低い場合に、機関停止後の燃料噴射弁３の先端部への結露を抑制するために内燃機関１の運転中に燃料噴射弁３の先端部を昇温するものである。したがって、機関停止後の燃料噴射弁３の先端部への結露を抑制するために、内燃機関１が所定の状態になるまで機関停止を禁止する従来技術のように燃費性能が悪化することはない。

以上に述べたように、本実施例に係る内燃機関１の制御装置は、機関負荷が所定負荷よりも小さい場合であってもノズル先端推定温度が所定温度よりも低い場合には、噴孔腐食抑制制御を実行することによって、内燃機関１の性能低下を抑制しつつ、結露による燃料噴射弁３の噴孔の腐食を抑制することができる。

本実施例に係る内燃機関１の制御装置が実行する制御フローについて図５に基づいて説明する。図５は、本実施例に係る内燃機関１の制御装置における、制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。

本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、ＥＣＵ１０が、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度Ｎｅを取得し、アクセルポジションセンサ７の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷ＫＬを取得する。

次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で取得した機関負荷ＫＬに基づいて、燃料噴射量Ｑｖが算出される。そして、Ｓ１０３において、Ｓ１０１で取得した機関回転速度ＮｅおよびＳ１０２で算出した燃料噴射量Ｑｖに基づいて、燃料噴射要求圧力Ｐｉｎｊが算出される。ＥＣＵ１０のＲＯＭには、燃料噴射要求圧力Ｐｉｎｊと機関回転速度Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑｖとの相関が、マップまたは関数として予め記憶されている。Ｓ１０３では、このマップまたは関数を用いて燃料噴射要求圧力Ｐｉｎｊが算出される。なお、ＥＣＵ１０は、燃料噴射圧が燃料噴射要求圧力Ｐｉｎｊになるように以下の処理を実行して、燃料噴射圧を制御する。

次に、Ｓ１０４において、Ｓ１０１で取得した機関負荷ＫＬがＳ１０１で取得した機関回転速度Ｎｅに応じた判定閾値ＫＬｔｈよりも小さいか否かが判別される。この判定閾値ＫＬｔｈは上述した所定負荷であり、ＥＣＵ１０のＲＯＭには、上述した図２に示すような機関回転速度Ｎｅと判定閾値ＫＬｔｈとの相関が予め記憶されている。Ｓ１０４では、図２に示すようなマップまたは該マップに基づく関数を用いて機関負荷ＫＬが判定閾値ＫＬｔｈよりも小さいか否かが判別される。そして、Ｓ１０４において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０５の処理へ進み、Ｓ１０４において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１４の処理へ進む。

次に、Ｓ１０５において、ノズル先端推定温度Ｔｎｚｌが算出される。Ｓ１０５では、上記式３が表す関数または上記式３に基づくマップを用いて、ノズル先端推定温度Ｔｎｚｌが算出される。

次に、Ｓ１０６において、Ｓ１０５で算出したノズル先端推定温度Ｔｎｚｌが判定閾値Ｔｎｚｌｔｈよりも小さいか否かが判別される。この判定閾値Ｔｎｚｌｔｈは上述した所定温度であり、ＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されている。Ｓ１０６において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進み、Ｓ１０６において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１１の処理へ進む。

Ｓ１０６において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０７において、Ｓ１０３で算出した燃料噴射要求圧力Ｐｉｎｊおよび上記式１によって算出されＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている増圧比に基づいて、噴孔腐食抑制レール圧Ｐｃｒ１が算出される。Ｓ１０７では、燃料噴射要求圧力Ｐｉｎｊを増圧比で除算することにより噴孔腐食抑制レール圧Ｐｃｒ１が算出される。

次に、Ｓ１０８において、レール圧ＰｃｒがＳ１０７で算出した噴孔腐食抑制レール圧Ｐｃｒ１に制御される。

次に、Ｓ１０９において、増圧装置３２０が作動され、Ｓ１１０において、燃料噴射弁３からの燃料噴射が実行される。Ｓ１０９で増圧装置３２０が作動されることによって、燃料噴射圧が増圧比乗算圧力に制御され、この燃料噴射圧で燃料噴射弁３から燃料が噴射される。そして、Ｓ１１０の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ１０６において否定判定された場合、この場合は従来技術であり、次に、Ｓ１１１において、非増圧時基準圧力Ｐｃｒ２が算出される。Ｓ１１１では、非増圧時基準圧力Ｐｃｒ２としてＳ１０３で算出した燃料噴射要求圧力Ｐｉｎｊが用いられる。そして、Ｓ１１２において、レール圧ＰｃｒがＳ１１１で算出した非増圧時基準圧力Ｐｃｒ２に制御される。

次に、Ｓ１１３において、増圧装置３２０が非作動状態に制御され、Ｓ１１０において、燃料噴射弁３からの燃料噴射が実行される。Ｓ１１３で増圧装置３２０が非作動状態に制御されることによって、燃料噴射圧が非増圧時基準圧力Ｐｃｒ２に制御され、この燃料噴射圧で燃料噴射弁３から燃料が噴射される。そして、Ｓ１１０の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ１０４において否定判定された場合、この場合も従来技術であり、次に、Ｓ１１４において、増圧時基準圧力Ｐｃｒ３が算出される。Ｓ１１４では、Ｓ１０３で算出した燃料噴射要求圧力Ｐｉｎｊを増圧比で除算することにより増圧時基準圧力Ｐｃｒ３が算出される。そして、Ｓ１１５において、レール圧ＰｃｒがＳ１１４で算出した増圧時基準圧力Ｐｃｒ３に制御される。

次に、Ｓ１１６において、増圧装置３２０が作動され、Ｓ１１０において、燃料噴射弁３からの燃料噴射が実行される。Ｓ１１６で増圧装置３２０が作動されることによって、燃料噴射圧が増圧比乗算圧力に制御され、この燃料噴射圧で燃料噴射弁３から燃料が噴射される。そして、Ｓ１１０の処理の後、本フローの実行が終了される。

上述した制御フローにおいて噴孔腐食抑制制御が実行されると、レール圧Ｐｃｒが噴孔腐食抑制レール圧Ｐｃｒ１に制御され、該噴孔腐食抑制レール圧Ｐｃｒ１に増圧比を乗算
した増圧比乗算圧力が燃料噴射圧になる。さらに、噴孔腐食抑制レール圧Ｐｃｒ１の燃料が増圧制御室３２２Ｂから燃料タンク３４に還流し、以て、燃料噴射弁３の先端部は昇温する。このことにより、内燃機関１の性能低下を抑制しつつ、結露による燃料噴射弁３の噴孔の腐食を抑制することができる。

１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・吸気通路
５・・・・排気通路
１０・・・ＥＣＵ
３０・・・燃料噴射装置
３１・・・コモンレール
３２・・・燃料通路
３３・・・高圧燃料ポンプ
３４・・・燃料タンク
３５・・・リリーフ弁
３６・・・圧力センサ
３２０・・増圧装置
３２１・・増圧ピストン
３２２・・収容室
３２２Ｂ・増圧制御室
３２３・・増圧路
３２４・・増圧制御弁
３３０・・リターン通路

Claims (1)

1. 燃料を貯留している燃料タンクと、燃料を所定の燃料噴射圧力で噴射する燃料噴射弁と、前記燃料タンクから前記燃料噴射弁へ通じる燃料通路に配置され燃料を高圧化して圧送する高圧燃料ポンプと、前記燃料通路に配置され前記高圧燃料ポンプによって高圧化された燃料を蓄える高圧燃料貯留部と、前記高圧燃料貯留部における燃料の圧力である基準圧力を調整する圧力調整手段と、前記高圧燃料貯留部から前記燃料噴射弁に供給される燃料を加圧して前記所定の燃料噴射圧力の燃料を前記燃料噴射弁に供給する増圧装置であって、燃料を加圧する増圧ピストンと前記高圧燃料貯留部から供給される燃料の流入出によって該増圧ピストンを駆動させる増圧制御室とを有し、該増圧制御室から流出する前記基準圧力の燃料が前記燃料タンクに還流する増圧装置と、前記増圧制御室から前記燃料タンクに燃料を還流する還流通路と、を有する内燃機関の制御装置であって、
   機関負荷が所定負荷よりも小さい場合に前記圧力調整手段を用いて前記基準圧力を前記所定の燃料噴射圧力に制御する圧力制御手段と、
   機関負荷が前記所定負荷以上の場合に前記増圧装置を作動させる増圧装置制御手段と、を備え、
   機関負荷が前記所定負荷よりも小さい場合であっても前記燃料噴射弁の先端部の温度が所定温度よりも低い場合には、前記圧力制御手段が前記基準圧力を前記所定の燃料噴射圧力よりも低くするとともに、前記増圧装置制御手段が前記増圧装置を作動させる内燃機関の制御装置。

Images