JP4200963B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より特定的には、筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）と吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）を備えた内燃機関における、燃焼室内の堆積物を除去する技術に関する。

内燃機関の使用に伴って、燃料および潤滑油の不完全燃焼物と考えられる堆積物（デポジット）が燃焼室内およびピストン上面に付着堆積されることが知られている。このデポジットは、内燃機関の機能低下や、排気ガス中の有害成分の割合の増大等に繋がることが知られている。このため、従来より、一旦燃焼室内に堆積したデポジットを除去するための技術が種々開示されている。

たとえば、デポジットの付着を検知した場合に、内燃機関の運転条件を変更して強制的にノッキングを発生させることにより、ノッキングに伴う高熱および大きな衝撃波（振動）によってデポジットを燃焼室の壁から剥離させて除去する技術が用いられている。特に、内燃機関における点火時期を通常よりも進角させて、強制的にノッキングを発生させる技術が知られている（たとえば特許文献１および２）。

あるいは、所定時間の間にノッキングが発生しない場合には、点火時期を所定のクランク角度だけ進角させる制御を行なう技術も開示されている（たとえば、特許文献３）。この技術では、所定時間ごとに点火時期を進角させることにより、ノッキングが発生した場合にはノッキングによってデポジットを除去でき、ノッキングが発生しない場合にも燃焼温度の上昇によってデポジットを除去することができる。（特許文献３）。

また、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と各気筒の吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁とを有する構成の内燃機関が、特開２００２−３６４４０９号公報（特許文献４）等に開示されている。特許文献４に開示される内燃機関の燃料制御装置では、成層燃焼運転時に成層燃焼を行なうべく筒内噴射弁による燃料噴射を行なう一方で、均質燃焼運転時には、吸気ポート噴射弁および筒内噴射弁の両方によって燃料噴射を行なうことにより、筒内噴射弁が高温に維持されることを抑制してデポジット堆積を防止する技術が開示されている。
特開昭５４−７０２８号公報 特開昭５４−７０２７号公報 特開平９−８８７８４号公報 特開２００２−３６４４０９号公報

しかしながら、特許文献１〜３のように、燃焼室内の堆積物（デポジット）除去のために、点火時期の変更によりノッキングを強制的に発生させる構成では、エンジントルクの変動が大きくなってしまうので、運転者へ不快感や違和感を与える可能性がある。

また、特許文献４では、筒内噴射弁および吸気ポート噴射弁の両方を備えた構成の内燃機関における、均質燃焼運転時での筒内噴射弁へのデポジット堆積防止について開示されているものの、一旦燃焼室内に付着した堆積物除去については特に言及されていない。

この発明は、このような問題点を解決するためになされるものであって、この発明の目的は、筒内に燃料を直接噴射するための第１の燃料噴射手段および吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段を含んで各気筒が構成される内燃機関について、エンジントルクの大きな変動を伴うことなく、燃焼室内のデポジットを除去可能な制御装置を提供することである。

本発明による内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）および吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）を含んで構成される気筒を備える内燃機関の制御装置であって、噴射割合制御手段と、堆積物検知手段と、ノッキング発生手段とを備える。噴射割合制御手段は、要求される全燃料噴射量に対する第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段の間での燃料噴射量の分担割合を、内燃機関に要求される条件に基いて制御する。堆積物検知手段は、気筒の燃焼室での堆積物付着を検知する。ノッキング発生手段は、堆積物検知手段が堆積物付着を検知したときに、ノッキングが発生する領域まで第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量を減少させるように分担割合を決定する。

上記内燃機関の制御装置では、燃焼室での堆積物付着を検知した場合に、全燃料噴射量に対する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）からの燃料噴射割合を減少させることにより、燃料蒸発による気化潜熱の減少に伴う筒内温度上昇によって、ノッキングを発生させる。したがって、内燃機関の出力トルク変動を伴う点火時期調整（進角化）を行なうことなく、すなわち、運転者への不快感や違和感を抑制して、堆積物除去のために強制的なノッキング（強制ノッキング）を発生することができる。

好ましくは、本発明による内燃機関の制御装置では、内燃機関は、複数個の気筒を備える。さらに、内燃機関の制御装置は、気筒選択手段および発生音低減手段をさらに備える。気筒選択手段は、堆積物検知手段が複数個の気筒の少なくとも１つについて堆積物付着を検知したときに、複数の気筒のうちの一部ずつを強制的なノッキング対象として順次選択する。ノッキング発生手段は、気筒選択手段により選択されている気筒において、ノッキングを強制的に起こすように、第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）からの燃料噴射量の分担割合を噴射割合制御手段によって定められる分担割合よりも減少させる。発生音低減手段は、制御期間中において、気筒選択手段により非選択とされている気筒について、該気筒の発生音を低減するために内燃機関の運転条件を変更する。

上記内燃機関の制御装置では、強制的なノッキング対象以外の非選択の気筒では発生音を低減させるように内燃機関の運転条件を変更する。したがって、堆積物除去のために強制ノッキングを行なう際に、内燃機関全体での発生音の増大を抑制することが可能となる。この結果、堆積物除去のための強制ノッキング時における運転者への不快感や違和感をさらに抑制できる。

さらに好ましくは、本発明による内燃機関の制御装置では、発生音低減手段は、制御期間中、非選択とされている気筒において、第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）からの燃料噴射量の分担割合を、噴射割合制御手段によって定められる分担割合よりも増加させる。

上記内燃機関の制御装置では、非選択の気筒において、全燃料噴射量に対する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）からの燃料噴射割合を増加させることによる気化潜熱の増大によって筒内温度が低下することにより、燃焼時の発生音を低減できる。したがって、点火時期調整（遅角化）や空燃比設定（リッチ化）によって非選択の気筒の発生音を低減する構成のように燃費を悪化させることなく、強制ノッキングを行なう際の内燃機関全体での発生音を抑制することができる。

また、さらに好ましくは、本発明による内燃機関の制御装置では、気筒選択手段は、同一点火サイクル中では、一部の気筒のみを強制的なノッキング対象として選択する。

上記内燃機関の制御装置では、同一点火サイクル中では一部の気筒のみでノッキングが発生するように気筒選択を行なった上で、強制ノッキングを順次各気筒に発生させることができる。したがって、デポジット除去の際に同一点火サイクル内で全気筒に強制ノッキングを発生させる構成と比較して、強制ノッキングによる発生音の増大を抑制できる。この結果、堆積物除去のための強制ノッキング時における運転者への不快感や違和感をさらに抑制できる。

あるいは、さらに好ましくは、本発明による内燃機関の制御装置では、気筒選択手段は、複数の気筒の点火順序を考慮して、連続して点火される気筒の各々が強制的なノッキング対象として選択されないように、複数の気筒を選択する。

上記内燃機関の制御装置では、連続して点火される気筒の各々でノッキングが発生しないように気筒選択を行なった上で、強制ノッキングを順次各気筒に発生させることができる。したがって、強制ノッキングを行なう際に、連続した点火タイミングでの強制ノッキング発生を抑制しない構成と比較して、強制ノッキングによる発生音の増大を抑制できる。この結果、堆積物除去のための強制ノッキング時における運転者への不快感や違和感をさらに抑制できる。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、エンジントルクの変動によって運転者へ不快感や違和感を与えることなく、強制的なノッキングの発生によって燃焼室内の堆積物を適宜除去して運転性能を確保することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。なお、図１には、内燃機関としての直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明の適用はこのようなエンジンに限定されるものではない。

図１に示すように、内燃機関１０は、第１気筒１１１、第２気筒１１２、第３気筒１１３および第４気筒１１４（以下、各々を単に「気筒」とも称する）を備える。各気筒１１１〜１１４はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続される。吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１１〜１１４は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１１〜１１４に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１５と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２５とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１５、１２５はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。さらに、第１気筒１１１〜１１４には、点火プラグ１２１〜１２４がそれぞれ設けられている。点火プラグ１２１〜１２４の点火時期は、エンジンＥＣＵ３００からの点火制御信号ＰＣ１〜ＰＣ４によって制御される。

なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。

各筒内噴射用インジェクタ１１５は共通の燃料分配管１３０に接続されている。この燃料分配管１３０は、燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２５は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されている。したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２５に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。内燃機関１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。

本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、内燃機関１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、内燃機関１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

さらに、内燃機関１０のシリンダブロックにはノックセンサ５００が取付けられる。ノックセンサ５００は、シリンダブロックからの振動を電気信号に検出する圧電セラミック素子を含んで構成される。ノックセンサ５００の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４６０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジンＥＣＵ３００は、ノックセンサ５００の出力信号に基づき、内燃機関１０において特定周波数での振動が一定レベル以上発生したときに、気筒１１１〜１１４のうちの少なくとも１つにおけるノッキングの発生を検知する。
内燃機関１０には、クランク角センサ５１０がさらに設けられる。クランク角センサ５１０は、各気筒のクランク角度を検出するために、特定気筒の上死点および下死点を検出する。クランク角センサ５１０からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４６５を介して入力ポート３５０に入力される。

エンジンＥＣＵ３００は、各センサからの信号をもとに、現在の運転状況に応じた最適な点火時期が得られるように、点火制御信号ＰＣ１〜ＰＣ４を生成する。具体的には、現在の運転状況に応じて予め作成されたマップより選択される基本点火角に対して、そのときの内燃機関１０の状態に応じて適切な進角および遅角補正を行なうことで、点火時期が制御される。特に、ノックセンサ５００からの出力信号に基づいて、ノックコントロールシステム（ＫＣＳ）と呼ばれる点火時期調整を行なうことにより、内燃機関１０は、ノッキング限界領域で動作するようにその点火時期が制御される。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。

本発明の実施の形態に係る内燃機関１０では、各気筒１１１〜１１４に筒内噴射用インジェクタ１１５および吸気通路噴射用インジェクタ１２５の両方が設けられているため、上記のように算出された必要な全燃料噴射量に対する、筒内噴射用インジェクタ１１５および吸気通路噴射用インジェクタ１２５の間での燃料噴射量の分担割合を制御する必要がある。

図２および図３は、図１に示したエンジンシステムにおける、筒内噴射用インジェクタ１１５と、吸気通路噴射用インジェクタ１２５との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率：ｒとも記載する）の設定マップの第１の例を説明する図である。

図２および図３を参照して、内燃機関１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴
射用インジェクタ１１５と吸気通路噴射用インジェクタ１２５との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、
エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図２は、内燃機関１０の温間用マップであって、図３は、内燃機関１０の冷間用マップである。

図２および図３に示すように、これらのマップは、内燃機関（エンジン）１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１５の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。

図２および図３に示すように、内燃機関１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１５からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２５からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１５と吸気通路噴射用インジェクタ１２５とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。

なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１５は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２５は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、内燃機関１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、内燃機関１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。

さらに、これらの図２および図３に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１５と吸気通路噴射用インジェクタ１２５のＤＩ分担率ｒを規定した。内燃機関１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１５および吸気通路噴射用インジェクタ１２５の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、内燃機関１０の温度を検知して、内燃機関１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図２の温間時のマップを選択して、そうではないと図３に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、内燃機関１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１５および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２５を制御する。

図２および図３に設定される内燃機関１０の回転数と負荷率について説明する。図２のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図３のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図２のＮＥ（２）や、図３のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。

図２および図３を比較すると、図２に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図３に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、内燃機関１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２５の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、内燃機関１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１５から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１５の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２５を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。

図２および図３を比較すると、内燃機関１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「
ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１５のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１５のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１５のみで燃料を噴射しても、内燃機関１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１５のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１５から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

図２に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１５のみが用いられる。これは、内燃機関１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１５のみが使用されるということを示す。温間時においては内燃機関１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１５の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１５を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１５を閉塞させないことも考えられる。このため、この領域では、筒内噴射用インジェクタ１１５を用いた燃料噴射を行なっている。

図２および図３を比較すると、図３の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、内燃機関１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２５のみが使用されるということを示す。これは内燃機関１０が冷えていて内燃機関１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１５による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１５を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１５を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２５のみを用いる。

また、通常運転時以外の場合、内燃機関１０がアイドル時の触媒暖気時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１５が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。

図４および図５には、図１に示したエンジンシステムにおけるＤＩ比率ｒの設定マップの第２の例が示される。

図４（温間時）および図５（冷間時）に示された設定マップは、図２および図３に示された設定マップと比較して、低回転数領域の高負荷領域におけるＤＩ比率設定が異なる。

内燃機関１０では、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１５から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１５の噴射比率を減少させるようにしている。これらのＤＩ比率ｒの変化を図４および図５に十字の矢印で示す。

このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１５の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１５の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域（図４および図５で十字の矢印が記載された領域）以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ１１５のみで燃料を噴射している領域（高回転側、低負荷側）においては、筒内噴射用インジェクタ１１５のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１５から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

なお、図４および図５に示した設定マップにおける、その他の領域のＤＩ比率設定については、図２（温間時）および図３（冷間時）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置では、エンジンＥＣＵ３００は、図２〜図５に示したように内燃機関１０に要求される条件に基づいて設定された基本的なＤＩ比率ｒをベースとして、以下に詳細に説明する燃焼室デポジット除去制御のためにＤＩ比率制御を行なう。

図６は、この発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による燃焼室デポジット除去制御の第１の例を示す図である。図６に示したフローチャートを実行するためのプログラムがエンジンＥＣＵ３００内には予めプログラムされており、当該プログラムの起動により以下に説明する燃焼室デポジット除去制御が実行される。

図６に示す燃焼室デポジット除去制御においては、まず、エンジンＥＣＵ３００によって、デポジットの堆積があるかどうかが判断される（ステップＳ１００）。

一般的に、燃焼室内でのデポジット堆積が多くなるほどノッキングが起こりやすくなる傾向にある。したがって、図７に示すように内燃機関（エンジン）の回転数−負荷率の二次元マップ上において、デポジット堆積がない場合にはノッキングが発生しないと予想される安全領域５７０を予め定義しておき、内燃機関１０が当該安全領域５７０内で運転されているにもかかわらず、ノックセンサ５００からの出力によってノッキングの発生が検知されたときに、デポジット堆積を検出する構成とすることができる。

あるいは、ノックコントロールシステムの作動時には、各気筒の点火時期はノッキング限界領域付近に設定されていることから、ノックコントロールシステムによって設定された点火時期が所定のしきい値よりも遅角側に設定されている場合に、デポジット堆積を検出する構成とすることもできる。なお、デポジット堆積の検出しきい値となる遅角量についても、内燃機関回転数−負荷率の二次元上で選択的に設定する構成とすることにより、より高精密な検出を行なうことができる。

このように、図６のステップＳ１００は、本発明における「堆積物検知手段」に対応する。なお、各センサからの信号等に基づいてデポジット堆積を検出する手法については、当業者に周知の手法を適宜用いることが可能である。

ステップＳ１００においてデポジット堆積が検出されない場合（Ｎ判定）には、燃焼室デポジット除去制御は一旦終了される。一方、デポジット堆積が検出された場合（Ｙ判定）には、点火時期の進角化によって強制的にノッキングを発生することが可能な条件が成立しているかどうかが判定される（ステップＳ１１０）。

なぜなら、内燃機関１０の負荷がある程度高い領域でないと、ＤＩ比率を制御しても強制的なノッキング（以下、単に「強制ノッキング」とも称する）を発生させることができないからである。たとえば、図７に示すような内燃機関の回転数−負荷率マップ上において、内燃機関１０に一定以上の負荷がかかっている強制ノッキング可能領域５７５を予め定義しておき、ステップＳ１１０では、内燃機関１０の運転状況が強制ノッキング可能領域５７５に入っているかどうかを判定する。

ステップＳ１００でデポジット堆積が検出された場合であっても、内燃機関１０の回転数および負荷率が強制ノッキング可能領域５７５（図７）に入っていない場合には（ステップＳ１１０におけるＮ判定）、ＤＩ比率制御による強制ノッキングの発生が不能であるので、燃焼室デポジット除去制御は一旦終了される。

一方、内燃機関１０の回転数および負荷率が強制ノッキング可能領域５７５（図７）に入っている場合には（ステップＳ１１０におけるＹ判定）、強制ノッキングの発生によるデポジットの除去が開始される（ステップＳ１２０）。

強制ノッキングによるデポジット除去が開始されると、少なくとも一部の気筒でＤＩ比率を下げることにより、強制ノッキングを発生する制御が実行される。具体的には、図２〜図５に示したマップに従い内燃機関１０の運転条件に応じて設定された基本的なＤＩ比率ｒについて、強制ノッキングを発生するために必要な補正量Δｒ（Δｒ＜０）が設定され、ＤＩ比率はｒ＋Δｒに制御される（ステップＳ１３０）。

すなわち、エンジンＥＣＵ３００のうちの、図２〜図５に示したマップに従って内燃機関１０の運転条件に応じた基本的なＤＩ比率ｒを設定するための機能部分が、本発明における「燃料噴射制御手段」に相当し、ステップＳ１３０が本発明における「ノッキング発生手段」に対応する。

ＤＩ比率が高いほど、すなわち筒内噴射用インジェクタ１１５からの燃料噴射量が多いほど、筒内における燃料蒸発による気化潜熱が増大するので、燃焼室内温度が低下するので、ノッキングが起りにくくなる。反対に、ＤＩ比率を下げて筒内噴射用インジェクタ１１５からの噴射量を相対的に低減させることにより、気化潜熱が減少して筒内温度が上昇するので、ノッキングが発生しやすくなる。

この現象を利用して、本発明の実施の形態による内燃機関１０では、点火時期の調整によってではなく、全燃料噴射量に対するＤＩ比率を下げることにより、デポジット除去のための強制ノッキングを発生させることが可能である。

図８に示すように、強制ノッキング発生のためのＤＩ比率補正量Δｒは、内燃機関の回転数−負荷率マップ上で選択的に設定すればよい。高回転数−高負荷領域は、ノッキングが発生しやすい領域であるため、ＤＩ比率を少し上げるだけで、すなわち｜Δｒ｜が小さくても強制ノッキングを起こすことができる。一方で、低回転数−低負荷領域では、ＤＩ比率を大きく下げなければ、すなわち｜Δｒ｜を大きくしなければ強制的なノッキングを起こすことは困難である。したがって、図８に示すようなマップを用いて、内燃機関１０の回転数および負荷率に応じて、ステップＳ１３０でのＤＩ比率補正量Δｒを適正化することにより、強制ノッキングを確実に発生させ、かつ、過度の衝撃を伴わない適切なノッキングを発生させることができる。

図９に示すように、強制ノッキング発生のためのＤＩ比率制御は、所定の制御期間ΔＴ実行される。ＤＩ比率は、制御期間ΔＴの開始および終了時において、図９（ａ）に示すようにステップ状に変化させるよりも、図９（ｂ）に示すように徐々に変化させる構成とする方が、内燃機関１０の出力変動を抑制する観点から好ましい。

また、制御期間ΔＴについては、ステップＳ１００におけるデポジット堆積検出時に、その堆積度合を併せて判定した上で、当該堆積度合に応じて設定する制御が好ましい。デポジットの堆積度合の判定手法としては、たとえば、図７に示した安全領域５７０を細分化して、よりノッキングが発生し難い領域でノッキング発生が検知された場合に、より堆積度合が大きいと判定することができる。あるいは、ノックコントロールシステムによって設定された点火時期について、デポジット堆積の検出しきい値を超えた領域で、遅角量が大きいほど堆積度合が大きいと判定することもできる。

なお、強制ノッキング発生のためのＤＩ比率制御については、上記のようにステップＳ１３０でＤＩ比率補正演算（ｒ＋Δｒ）を実行する構成の他に、補正量Δｒを加算した強制ノッキング用マップを別途作成しておいた上で、ステップＳ１３０では、図２〜図５の基本的なＤＩ比率設定マップ（基本マップ）の代わりに、上記強制ノッキング用マップを参照してＤＩ比率を決定する構成としてもよい。この強制ノッキング用マップは、図２〜図５の基本マップでのＤＩ比率ｒに、図８に示した分布の補正量Δｒを加算したマップとなる。

再び図６を参照して、ステップＳ１３０による強制ノッキングの発生は、ノックセンサ５００は各気筒に対して共通に設けられているため、各気筒に対して実行する必要がある。このため、制御期間ΔＴが経過すると、全気筒について強制ノッキングが完了したかどうかが判定される（ステップＳ１５０）。強制ノッキングが未完の気筒が残っている場合には（ステップＳ１５０におけるＮ判定）、気筒選択の切替えを指示（ステップＳ１６０）するとともに、ステップＳ１３０が再び実行される。全気筒について強制ノッキングが完了すると（ステップＳ１５０におけるＹ判定）、燃焼室デポジット除去制御は終了される。

上記のように、本発明の実施の形態では、筒内噴射用インジェクタ１１５および吸気通路噴射用インジェクタ１２５を備えた内燃機関１０において、点火時期の調整によってではなくＤＩ比率の設定により、デポジット除去のための強制ノッキングを発生させる。

燃焼室内のデポジットは、ノッキングによって発生した圧力波による振動で除去されるため、点火時期変更（進角化）およびＤＩ比率低減のいずれの手法によってノッキングを発生させても、そのデポジット除去効果は大きく変わらない。しかしながら、点火時期を変化させると内燃機関の発生トルクが変動する一方で、点火時期を変化させずにＤＩ比率を低減させる場合のトルク変動は比較的小さい。このため、本発明の実施の形態による内燃機関の制御装置では、トルク変動を抑制した上で、強制ノッキングを発生させて燃焼室内のデポジットを除去できる。

一方で、強制ノッキングによる発生音については、点火時期変更（進角化）およびＤＩ比率修正（低減）のいずれの手法によっても同様に発生する。このため、運転者へ不快感や違和感を与えないようにするためには、発生音の低減に関して改善の余地がある。

図１０は、この点に配慮した、この発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による燃焼室デポジット除去制御の第２の例を示す図である。図１０に示した燃焼室デポジット除去制御についても、エンジンＥＣＵ３００内に予め格納されたプログラムの起動によって実行される。

図１０に示した燃焼室デポジット除去制御においても、デポジット堆積の検出（ステップＳ１００）、強制ノッキング可能な条件であるかのチェック（ステップＳ１１０）が実行され、さらに、ステップＳ１００およびＳ１１０の両方でＹ判定となった場合に、強制ノッキングによるデポジット除去制御を開始する（ステップＳ１２０）点については図６と同様であるので詳細な説明は繰返さない。

強制ノッキングによるデポジット除去が開始されると、まず、複数の気筒１１１〜１１４のうちの一部の気筒が、所定パターンに基づき選択される（ステップＳ１２５）。

この選択された一部の気筒すなわち強制ノッキング対象である気筒において、図３のステップＳ１３０と同様のＤＩ比率制御により、強制ノッキングが発生される（ステップＳ１３０♯）。

さらに、強制ノッキング対象となっていない残りの気筒、すなわち非選択の気筒では、燃焼時の発生音を低減するように内燃機関の運転条件が変更される（ステップＳ１３５）。具体的には、非選択の気筒では、ＤＩ比率を高めて全燃料噴射量に対する筒内噴射用インジェクタ１１５の噴射比率を増加させる。たとえば、発生音を低減するための補正量Δｒ♯（Δｒ♯＞０）が設定され、ＤＩ比率は、ｒ＋Δｒ♯に制御される。これにより、気筒内の気化潜熱が相対的に増加して筒内温度が下がることにより、燃焼時の発生音が低減する。

発生音低減のための運転条件の変更としては、点火時期の遅角側補正や、空燃比（Ａ／Ｆ）設定のリッチ側（Ａ／Ｆ低め側）への修正も可能であるが、これらの手法では、一時的な燃費の悪化を招いてしまう。したがって、上記のように、一部の気筒のみを強制ノッキング対象として選択するとともに、非選択の気筒ではＤＩ比率を上げて発生音を低減することにより、燃費の悪化を招くことなく、強制ノッキング発生時での内燃機関１０全体での発生音増大を抑制することができる。

なお、補正量Δｒ♯（Δｒ♯＞０）についても、図８と同様のマップを作成して、内燃機関１０の回転数および負荷率に応じて、内燃機関１０の運転に悪影響を与えないような適正量に設定することが好ましい。

ステップＳ１３５によるＤＩ比率制御は、ステップＳ１３０♯によるＤＩ比率修正と並行して所定の制御期間ΔＴの間実行される。補正量Δｒ♯についても、図９（ｂ）に示したΔｒの補正と同様に、制御期間ΔＴの開始および終了時において徐々に変化させる構成とする方が好ましい。

また、非選択気筒でのＤＩ比率制御についても、上記のようにステップＳ１３５でＤＩ比率補正演算（ｒ＋Δｒ♯）を実行する構成の他に、上記図２〜図５に従う基本的なＤＩ比率ｒに補正量Δｒ♯を加算した非選択気筒用マップを別途作成しておいた上で、ステップＳ１３５では、図２〜図５の基本的なＤＩ比率設定マップ（基本マップ）の代わりに、上記非選択気筒用マップを参照してＤＩ比率を決定する構成としてもよい。この非選択気筒用マップは、図２〜図５の基本マップでのＤＩ比率に、補正量Δｒ♯を予め加算したマップ値を有する。

ステップＳ１３５以降のステップＳ１５０およびＳ１６０は図６に示したフローチャートと同様に実行される。すなわち、全気筒について強制ノッキングが完了するまで、ステップＳ１６０により強制ノッキング対象気筒を切替えながら、ステップＳ１２５，Ｓ１３０♯，Ｓ１３５は繰り返し実行される。全気筒について強制ノッキングが完了するまで、燃焼室デポジット除去制御は実行される。

図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ１２５が本発明における「気筒選択手段」に対応し、ステップＳ１３０♯が本発明における「ノッキング発生手段」に対応し、ステップＳ１３５が本発明における「発生音低減手段」に対応する。

さらに、気筒の点火順序を考慮して、強制ノッキングに伴う発生音がさらに低減されるように、強制ノッキング対象の選択を行なうことが可能である。

図１１（ａ）〜（ｃ）を参照して、第１気筒１１１〜第４気筒１１４は、所定の点火順序に従って順次点火される。各気筒１１１〜１４が１１回ずつ点火される４つの点火タイミングによって１つの点火サイクルＴが構成される。ここでは、各点火サイクルにおける点火順序を第１気筒１１１、第３気筒１１３、第４気筒１１４、第２気筒１１２の順とする。

さらに、図中では、白丸は、強制ノッキング対象外の気筒の点火を示す。既に説明したように、ステップＳ１４０によるＤＩ比率を高めることで、点火の際の発生音が低減される。一方、網掛け付きの丸は、ＤＩ比率を下げた強制ノッキング対象の気筒の点火（ステップＳ１３０♯）を示す。すなわち、網掛け付きの丸における点火では、強制ノッキング対象気筒にノッキングが発生している。

図１１（ａ）〜（ｃ）に共通に示されるように、ステップＳ１２５において、１つの点火サイクル内で一部の気筒のみを強制ノッキング対象として選択することにより、デポジット除去の際の発生音は、１つの点火サイクル内で全気筒に強制ノッキングを発生させる構成と比較して低減される。

特に、図１１（ａ）に示すように、ステップＳ１２５において、第１気筒１１１および第４気筒１１４を強制ノッキング対象として選択することにより、点火サイクル（Ｉ）および点火サイクル（ＩＩ）の各々で、連続する点火タイミングについて強制ノッキングの発生は非連続となる。また、制御期間ΔＴは、点火サイクル２つ分（２Ｔ）に相当する。

このような選択とすることにより、連続的に点火される気筒の各々が強制ノッキング対象に選択されて強制ノッキングが連続発生することがない。これにより、デポジット除去のために強制ノッキングを行なう際に、連続した点火タイミングでの強制ノッキング発生を抑制しない構成と比較して、発生音を低減することが可能となる。

所定時間ΔＴ＝２Ｔが経過した点火サイクル（ＩＩ）の終了時点では、第３気筒１１３および第２気筒１１２については未だ強制ノッキングが実行されておらずデポジットが除去されていない。したがって、点火サイクル（ＩＩＩ）および点火サイクル（ＩＶ）では、第３気筒１１３および第２気筒１１２が強制ノッキング対象気筒に選択されて、デポジット除去が行なわれる。

点火サイクル（ＩＩＩ）および（ＩＶ）ならびに、点火サイクル（ＩＩ）から（ＩＩＩ）への移行時においても、各点火において連続的に強制ノッキングが発生しないように、気筒の選択が行なわれる。これにより、デポジット除去のために強制ノッキングを行なう際の発生音を低減することができる。

あるいは、図１１（ｂ）に示すように、ノッキングの堆積度合が小さい場合には、点火サイクル（Ｉ）〜（ＩＶ）の各々において１つずつの気筒を選択して、各気筒に対して１回ずつ強制ノッキングを発生させることで、燃焼室デポジット除去制御を終了させてもよい。

この場合にも、各点火において連続的に強制ノッキングが発生しないように、気筒選択が行なわれるので、強制ノッキングの際の発生音を低減することができる。

なお、図１１（ａ）および（ｂ）では、強制ノッキング対象気筒を固定したままで、制御期間ΔＴの間強制ノッキング発生を繰返し実行する構成とした。これに対して、図１１（ｃ）に示すように、連続的に点火される気筒の各々が強制ノッキング対象に選択されて強制ノッキングが連続発生することがない範囲であれば、予め定めた所定パターンに従って強制ノッキングを順次発生する構成としてもよい。

この場合には、当該所定パターンの実行によって全気筒について強制ノッキングが完了するように定めておけば、図１０のステップＳ１５０においては、当該所定パターンによる強制ノッキング発生が完了したかどうかを判定すればよい。さらに、その堆積度合を併せて判定するときには、当該堆積度合に応じて所定パターンを複数回繰返す制御方式とすればよい。

なお、図６に示した燃焼室デポジット除去制御においても、ステップＳ１３０の実行に先立って、図１０と同様のステップＳ１２５を実行すれば、１つの点火サイクル内で一部の気筒のみを強制ノッキング対象として選択することにより、さらには、点火順序を考慮して連続する点火タイミングでノッキングが連続的に発生しないように、強制ノッキング対象を選択することによって、デポジット除去のための強制ノッキング時における発生音の増大を抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置により制御されるエンジンシステムの概略構成図である。 図１に示したエンジンシステムにおける、ＤＩ比率設定マップ（機関温間時）の第１の例を説明する図である。 図１に示したエンジンシステムにおける、ＤＩ比率設定マップ（機関冷間時）の第１の例を説明する図である。 図１に示したエンジンシステムにおける、ＤＩ比率設定マップ（機関温間時）の第２の例を説明する図である。 図１に示したエンジンシステムにおける、ＤＩ比率設定マップ（機関冷間時）の第２の例を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による燃焼室デポジット除去制御の第１の例を示すフローチャートである。 内燃機関の回転数−負荷率平面とノッキング発生との関係を説明する概念図である。 強制ノッキングのためのＤＩ比率補正量の設定マップの構成を説明する概念図である。 強制ノッキングのためのＤＩ比率制御期間におけるＤＩ比率の設定を説明する波形図である。 本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による燃焼室デポジット除去制御の第２の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る燃焼室デポジット除去制御における強制ノッキング対象となる気筒の選択例を説明する概念図である。

符号の説明

１０ 内燃機関、２０ インテークマニホールド、３０ サージタンク、４０ 吸気ダクト、４２ エアフローメータ、５０ エアクリーナ、６０ 電動モータ、７０ スロットルバルブ、８０ エキゾーストマニホールド、９０ 三元触媒コンバータ、１００ アクセルペダル、１１１〜１１４ 気筒、１１５ 筒内噴射用インジェクタ、１２１〜１２４ 点火プラグ、１２５ 吸気通路噴射用インジェクタ、１３０ 燃料分配管、１４０ 逆止弁、１５０ 高圧燃料ポンプ、１５２ 電磁スピル弁、１６０ 燃料分配管、１７０ 燃料圧レギュレータ、１８０ 低圧燃料ポンプ、１９０ 燃料フィルタ、２００ 燃料タンク、３００ エンジンＥＣＵ、３５０ 入力ポート、３６０ 出力ポート、３８０ 水温センサ、４００ 燃料圧センサ、４２０ 空燃比センサ、４４０ アクセル開度センサ、４６０ 回転数センサ、５００ ノックセンサ、５１０ クランク角センサ、ＰＣ１〜ＰＣ４ 点火制御信号、ｒ ＤＩ比率（基本値）、Ｔ 点火サイクル、Δｒ ＤＩ比率補正量（選択気筒）、Δｒ♯ ＤＩ比率補正量（非選択気筒）、ΔＴ 制御期間。

Claims (5)

1. 筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段および吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段を含んで構成される気筒を備える内燃機関の制御装置であって、
   要求される全燃料噴射量に対する前記第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段の間での燃料噴射量の分担割合を、前記内燃機関に要求される条件に基いて制御する噴射割合制御手段と、
   前記気筒の燃焼室での堆積物付着を検知する堆積物検知手段と、
   前記堆積物検知手段が前記堆積物付着を検知したときに、ノッキングが発生する領域まで前記第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量を減少させるように前記分担割合を決定するノッキング発生手段とを備える、内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、複数個の前記気筒を備え、
   前記内燃機関の制御装置は、
   前記堆積物検知手段が前記複数個の気筒の少なくとも１つについて前記堆積物付着を検知したときに、前記複数の気筒のうちの一部ずつを強制的なノッキング対象として順次選択する気筒選択手段をさらに備え、
   前記ノッキング発生手段は、前記気筒選択手段により選択されている気筒において、ノッキングを強制的に起こすように、前記第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量の分担割合を、前記噴射割合制御手段によって定められる分担割合よりも減少させ、
   前記内燃機関の制御装置は、
   前記制御期間中において、前記気筒選択手段により非選択とされている気筒について、該気筒の発生音を低減するために前記内燃機関の運転条件を変更する発生音低減手段をさらに備える、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記発生音低減手段は、前記制御期間中、前記非選択とされている気筒において、前記第２の燃料噴射手段からの燃料噴射量の分担割合を、前記噴射割合制御手段によって定められる分担割合よりも増加させる、請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記気筒選択手段は、同一点火サイクル中では、一部の気筒のみを前記強制的なノッキング対象として選択する、請求項１からの３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記気筒選択手段は、前記複数の気筒の点火順序を考慮して、連続して点火される気筒の各々が前記強制的なノッキング対象として選択されないように、前記複数の気筒を選択する、請求項１からの３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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