JP4349233B2

JP4349233B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4349233B2
Application number: JP2004227976A
Authority: JP
Inventors: 和孝藤岡; 太一西村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-08-04
Also published as: JP2006046172A

Description

本発明は、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）とを備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気通路内に付着した付着物（デポジット）を第２の燃料噴射手段を用いて好適に除去する技術に関する。

機関吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、機関燃焼室内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを具備し、機関回転数と機関負荷とに基づいて吸気通路噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの燃料噴射比率を決定する内燃機関が公知である。

このような内燃機関において、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップにより燃焼室内のＰＭ（Particulate Matter）が吸気通路に逆流し、吸気通路噴射用インジェクタから噴射されたミスト状の燃料が接着剤として機能して、ＰＭがデポジットとして吸気通路や吸気バルブに付着する。このようにデポジットが吸気通路に付着すると、吸気の流れが所望の状態ではなくなり、燃焼室内へ入る吸気の流れが変わってしまい燃焼形態が良好でなくなる可能性もある。

特開２００３−１２９９２３号公報（特許文献１）は、このようなデポジットの堆積を抑制したり除去したりできる燃料噴射装置を開示する。この燃料噴射装置は、ガソリン筒内直噴内燃機関のための燃料噴射装置であって、燃料高圧ポンプと、制御装置と、内燃機関の各シリンダごとに１つの第１の噴射弁とを有している形式のものにおいて、少なくとも１つの第２の噴射弁が設けられており、かつこの第２の噴射弁によって燃料が吸気管内に噴射可能であることを特徴とする。

この燃料噴射装置によると、燃料を吸気管内に第２の噴射弁を用いて一時的に噴射することにより、堆積物の生成を抑制しうることが分かっている。その他に、場合によっては生成されてしまった堆積物を除去することが可能である。この効果は、第２の噴射弁を介して噴射された燃料が吸気管内においては微細な燃料噴霧の形であって、燃料中に含まれた添加剤が、吸気管の相当の表面と例えば吸気弁とを湿らすことによって、堆積物の生成を抑制することに基づいている。その他に、この微細な燃料噴霧が、場合によっては生成されてしまった堆積物を、吸気管および／または吸気弁から除去するので、場合によっては生成されてしまった堆積物を効果的に取り除くことが可能である。
特開２００３−１２９９２３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された燃料噴射装置では、内燃機関の運転中に、吸気管内に第２の噴射弁で燃料を噴射する。このようなときに第２の噴射弁で吸気管内に燃料を噴射しても、堆積したデポジットが除去できない場合がある。すなわち、吸気管の内壁に強固に堆積したデポジットは、単なる燃料噴射の噴霧力だけでは除去しきれないほどに付着していることがある。また、このように内燃機関の運転中に、吸気管内に第２の噴射弁で燃料を噴射すると、トルク変動が生じるおそれもある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、内燃機関の運転状態を変動させることなく、好適に吸気通路内に堆積したデポジットを除去することができる内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係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の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、吸気通路内の付着物の付着状態を検知するための検知手段と、付着物を除去するのに好適な状態であるか否かを判断するための判断手段と、付着物の付着が検知され、除去するのに好適な状態であると判断されると、少なくとも第２の燃料噴射手段により吸気通路内へ燃料を噴射するように、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とを制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、吸気通路内にデポジットが付着すると、吸気の流路断面積が減少することにより流速が上昇し筒内気流強度が上昇して混合気の均質度合い向上するので燃焼状態が改善して燃焼速度が上昇して燃焼時間が短縮され燃焼ガス温度が低下する。検知手段は、排気温センサなどによりこの燃焼ガス温度の低下を検知すると吸気通路内の付着物が付着している状態であることを検知する。判断手段は、たとえば、吸気通路内の付着物であるデポジットと被付着物である吸気通路内壁面との温度差が大きいときに、付着物を除去するのに好適な状態であると判断する。これは、被付着物とデポジットとの温度差が大きいほど、被付着物およびデポジットの熱膨張率（素材に固有の値であって、温度が上昇に伴って膨張する度合い）は異なるので、温度差が大きいほど熱膨張の差がより大きくなり、被付着物からデポジットが剥離しやすいためである。また、デポジットが高温であるときに低温の燃料があたるとデポジットが熱収縮して被付着物からデポジットが剥離しやすいことも考えられる。ここで、温度差が大きいときとは、たとえば、暖機運転時のように内燃機関の冷却水の温度上昇により吸気通路の温度がデポジットの温度よりも先に上昇して被付着物とデポジットとの温度差が大きくなるときや、ＷＯＴ（Wide Open Throttle）への過渡期やＷＯＴの定常運転時であってデポジットが吸気量の増大で冷やされる一方、吸気通路は冷却水の温度上昇により暖められて被付着物とデポジットとの温度差が大きくなるときである。これにより、被付着物とデポジットの熱膨張の差が大きいときや高温のデポジットを燃料で急激に冷却して収縮できるときに、吸気通路内に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段を用いて燃料を噴射すると被付着物からデポジットが剥離しやすいため、燃料の噴霧でデポジットを好適に除去することができる。また、このような制御が行なわれるのは、前述の暖気時やＷＯＴへの過渡期に限定されるので、トルク変動を最小限に抑えることができる。その結果、内燃機関の運転状態を変動させることなく、好適に吸気通路内に堆積したデポジットを除去することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、第２の燃料噴射手段から噴射された燃料が付着物に直接当たるようにされている。

第２の発明によると、第２の燃料噴射手段から噴射された燃料が付着物に直接当たり、噴射された燃料の噴霧力のより剥離しやすい状態のデポジットを除去したり、デポジットを熱収縮させることにより剥離しやすい状態としてデポジットを除去したりすることができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、判断手段は、付着物自体と、付着物が付着した被付着物との温度差が大きいと、吸気通路内の付着物を除去するのに好適な状態であると判断するための手段を含む。

第３の発明によると、付着物自体と、付着物が付着した被付着物との温度差が大きいと（たとえば暖機運転時）、被付着物とデポジットとの熱膨張の差が大きく、被付着物からデポジットが剥離しやすいので、吸気通路内の付着物を除去するのに好適な状態であると判断できる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、判断手段は、付着物自体と、付着物が付着した被付着物との温度差が大きくなる傾向を有すると、吸気通路内の付着物を除去するのに好適な状態であると判断するための手段を含む。

第４の発明によると、付着物自体と、付着物が付着した被付着物との温度差が大きくなる傾向があると（たとえばＷＯＴへの過渡期、ＷＯＴでの定常運転時）、被付着物とデポジットとの熱膨張の差が大きく、被付着物からデポジットが剥離しやすいので、吸気通路内の付着物を除去するのに好適な状態であると判断できる。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、第２の燃料噴射手段からの燃料噴射量を増加させたとき、第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量を調整して、内燃機関に要求される燃料噴射量を燃焼室に供給するように制御するための手段を含む。

第５の発明によると、吸気通路内のデポジットが剥離しやすいときに多くの燃料を第２の燃料噴射手段から吸気通路内に噴射するので、燃料室内がリッチになる。このため、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量を減少させて、合計で内燃機関に要求される燃料噴射量を燃焼室に供給するようにできる、これにより、内燃機関の運転状態が大きく変動することがなくなる。

第６の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、第２の燃料噴射手段により吸気通路内へ噴射される燃料噴射量を増加させても付着物が予め定められた状態まで除去されていないことが検知されると、判断手段による判断基準を変更するための手段をさらに含む。

第６の発明によると、第２の燃料噴射手段により吸気通路内へ噴射される燃料噴射量を増加させてもデポジット除去の効果が現れないときには、第２の燃料噴射手段によるデポジットの除去の開始時期を決定することになる判断手段における判断基準（内燃機関の温度（冷却水温や吸気温））を変更する。これにより、デポジットがより剥離しやすい状態で、第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を増加させることができるので、デポジットの除去をさらに確実に行なうことができる。

第７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第６の発明の構成に加えて、判断基準は、内燃機関の温度に関する基準である。

第７の発明によると、内燃機関の温度（冷却水温や吸気温）に関する基準を変更して、デポジット除去の開始を決定して、より剥離しやすい時期に、デポジットの除去を行なうようにできる。

第８の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、第２の燃料噴射手段により吸気通路内へ噴射される燃料噴射量を増加させても付着物が予め定められた状態まで除去されていないことが検知されると、制御手段による第２の燃料噴射手段からの燃料噴射量を増加させる度合いを高めるための手段をさらに含む。

第８の発明によると、第２の燃料噴射手段により吸気通路内へ噴射される燃料噴射量を増加させてもデポジット除去の効果が現れないときには、第２の燃料噴射手段による燃料噴射量をさらに増加させることができる。これにより、より強い燃料の噴霧力でデポジットを除去することができる。

第９の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１〜８のいずれかの発明の構成に加えて、第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである。

第９の発明によると、第１の燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと第２の燃料噴射手段である吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関において、内燃機関の運転状態を変動させることなく、好適に吸気通路内に堆積したデポジットを除去することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１に、本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を示す。なお、図１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明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、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２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、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１１２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１１２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１１０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１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０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。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、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。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。

図１に示すように、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１２０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おり、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０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。エンジン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、エンジン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、エンジン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。

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。

図２および図３を参照して、エンジン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１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０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、エンジン１０の温間用マップであって、図３は、エンジン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、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１１０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、エンジン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１１０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１２０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１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０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１１０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１２０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、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン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１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン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、エンジン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１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。

図２および図３に設定されるエンジン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、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０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、エンジン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１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０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１２０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、エンジン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１１０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１１０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１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン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１１０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１１０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１１０のみが用いられる。これは、エンジン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１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０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１１０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１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。

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、エンジン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１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン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１１０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１１０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１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。

また、通常運転時以外の場合、エンジン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１１０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に、図１の部分拡大図を示す。図４は、図１の各気筒１１２における筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の位置関係およびインテークマニホールド２０と吸気バルブ１２２の位置関係を説明する図である。

インテークマニホールド２０の燃焼室側には吸気バルブ１２２が設けられており、その吸気バルブ１２２の上流側に吸気通路噴射用インジェクタ１２０が配置されている。吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、吸気通路であるインテークマニホールド２０の内壁に付着したデポジットに向けて燃料を噴射する。このインテークマニホールド２０の内壁には、吸気バルブ１２２と、排気バルブ（図示しない）とのオーバーラップにより燃焼室内のＰＭがインテークマニホールド２０に逆流し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０により噴射された燃料が噴霧され微細化された燃料が接着剤として働き、インテークマニホールド２０の吸気バルブ１２２の近い側の内壁にデポジットとして堆積する。

吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、このデポジットに向けて燃料を噴射するように配置されている。また、図４に示すように配置された筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との燃料分担比率は、通常時においては前述の図２および図３に示したとおりである。

図５を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵにより実行されるプログラム制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、イグニッションがオンにされたか否かを判断する。イグニッションがオンにされると、エンジン１０が始動する。イグニッションがオンにされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００へ戻され、イグニッションがオンにされるまで待つ。

Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ３００は、デポジット付着を検知したか否かを判断する。この判断は、デポジットがインテークマニホールド２０に付着することにより、吸気の流路断面積が減少して流速が上昇し、筒内気流強度が上昇して混合気の均質度合いが向上する。このため、燃焼状態が改善して燃焼速度が上昇して燃焼時間が短縮された結果、燃焼ガス温度が低下する。これを、排気側に設けられた排気温センサにより検知して、排気温が下がるとインテークマニホールド２０にデポジットが付着していることを検知する。なお、別の方法によりデポジットの付着を検知するようにしてもよい。デポジットの付着が検知されると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。

Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、ポート温度（ここでは、デポジットが付着する被付着物である、インテークマニホールド２０の吸気バルブ１２２近傍における温度をポート温度という）Ｔが冷間時のポート温度Ｔ（１）よりも高いか否かを判断する。ポート温度Ｔが冷間時のポート温度Ｔ（１）よりも高くなっていると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。

Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ３００は、図２および図３に示すマップにより定められる適合値に比べて吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射比率を高めて、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０により燃料を噴き分ける。なお、このとき、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量を減らして、エンジン１０に要求される適正な燃料量を実現する。

Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ３００は、図２および図３に示すマップにより適合されたとおりの燃料噴射比率で、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０により燃料を噴き分ける。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００により制御されるエンジン１０の動作について説明する。

インテークマニホールド２０の吸気通路噴射用インジェクタ１２０側の内壁にデポジットが付着すると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ポート温度Ｔが冷間時のポート温度Ｔ（１）よりも高いか否かが判断される（Ｓ１２０）。ポート温度Ｔが冷間時のポート温度Ｔ（１）よりも上昇している場合には（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、マップにより適合される値に比べて吸気通路噴射用インジェクタによる燃料比率を高める（Ｓ１３０）。

このとき、ポート温度Ｔが冷間時のポート温度Ｔ（１）よりも高くなっており、一方インテークマニホールド２０の内壁に付着したデポジットは吸気にさらされ温度が低下している（たとえば、外気温が低いときの暖気運転中）。この結果、ポート温度Ｔとデポジットの温度との差が大きくなっているため、熱膨張率が異なるこれらについてのそれぞれの熱膨張がより異なっておりインテークマニホールド２０の内壁に付着したデポジットが剥離しやすい状態にある。このような場合には、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射比率を高めてより多くの燃料を噴射して、その燃料の噴霧力によりインテークマニホールド２０に付着したデポジットを除去することができる。

一方、ポート温度Ｔが冷間時のポート温度Ｔ（１）以下の場合には、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射比率を高めることなく、マップによる適合値どおりの燃料噴射比率で、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。このような場合には、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射比率を高めて、インテークマニホールド２０に付着したデポジットを除去しようとしても、温度差があまりなく（熱膨張率に差があるとしても）熱膨張に大きな差がなく、デポジットを除去できる可能性が低いため、マップで適合されるとおりの燃料噴射比率で、筒内噴射インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射量をそれぞれ定める。

以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵにより、デポジットが付着されていることが検知された場合であって、ポート温度が高く、ポート温度とデポジット温度との差が大きいと判断される場合には吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射比率を高めて、剥離しやすい状態となっているインテークマニホールドに付着したデポジットを、吸気通路噴射用インジェクタにより噴射された燃料により除去させることができる。

＜第２の実施の形態＞
図６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、第２の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００においては、前述の第１の実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムとは別のプログラムを実行する点のみが異なる。それ以外のハードウェア構成（図１、図４）やマップ（図２、図３）は同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図６に示すフローチャートにおいて前述の図５のフローチャートに示した処理と同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがってそれらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図６に示すように、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムは、前述の図５のＳ１２０がＳ２００に置き換わっている点のみが異なる。

Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ３００は、ＷＯＴ相当のエンジン負荷率ＫＬを検知したか否かを判断する。すなわち、エンジンの負荷率ＫＬが相当に大きくスロットル開度が大きいことが検知されたか否かが判断される。ＷＯＴ相当のエンジン負荷率ＫＬが検知されると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００で制御されるエンジン１０の動作について説明する。なお、以下の説明においては、前述の第１の実施の形態と同じ動作の説明はここでは繰返さない。

デポジットの付着が検知され（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ＷＯＴ相当のエンジン負荷率ＫＬが検知されると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、図２および図３に示すマップにより適合される比率に比べて吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射比率を高めて、より多くの燃料を吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射する。このとき、ＷＯＴ相当のエンジン負荷率ＫＬを検知しているためエンジン１０の温度が相当高く、一方スロットル開度が大きく開いているため吸気量が多くデポジットが吸気により冷やされている状態である。このため、デポジットの温度とポート温度との差が大きくなっている。このような場合には、インテークマニホールド２０に付着したデポジットが剥離しやすい状態であるため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射量を増加させてその燃料の噴霧力により剥離しやすくなったデポジットを確実に除去することができる。

図７に、ポート温度とデポジット温度の時間の変化を示す。図７に示すように、冷間からの過渡状態すなわち暖気状態においてはポート温度の方がデポジット温度よりも高く（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、このときに吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射比率を増加させてインテークマニホールド２０に付着したデポジットを燃料の噴霧力により除去することができる（第１の実施の形態）。また定常状態となるとポート温度とデポジット温度はほぼ同じになるが、ＷＯＴの過渡期においては、ポート温度の方がデポジットの温度よりも高くなる。これはエンジン１０に対する負荷率ＫＬが高くなりエンジンの温度が上昇する一方、吸気量が多くなり、その吸気によりデポジットが冷却されることにより温度差が生じる。このような場合においても、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量を増加させて、その燃料の噴霧力によりインテークマニホールド２０に付着したデポジットが剥離しやすい状態になったときに除去することができる（第２の実施の形態）。

＜第３の実施の形態＞
図８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、第３の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００においては、前述の第１の実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムとは別のプログラムを実行する点のみが異なる。それ以外のハードウェア構成（図１、図４）やマップ（図２、図３）は同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図８に示すフローチャートにおいて前述の図５のフローチャートに示した処理と同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵ３００は、大気圧学習値が小さいか否かを判断する。これは、たとえば、車両が高地を走行中ではないのに吸気量が減ってしまったときにＹＥＳと判断される。すなわち、平地走行中においては、大気圧の学習値は高い水準になるが、インテークマニホールド２０にデポジットが堆積するとそれが管路抵抗となるため吸気量が減少してしまう。これにより、学習値が小さい方へ移行し、デポジットが発生したことを検知することができる。大気圧学習値が小さいと判断されると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ３１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。

Ｓ３１０にて、エンジンＥＣＵは、エンジン水温が高いか否かを判断する。エンジン水温が高いと（Ｓ３１０にてＹＥＳ）、処理はＳ３２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ３１０にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。

Ｓ３２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気温が高いか否かを判断する。吸気温が高いと（Ｓ３２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ３２０にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。

大気圧学習値が下がって（Ｓ３００にてＹＥＳ）、インテークマニホールド２０の内壁にデポジットが付着していると判断される。このときに、エンジンの冷却水温が高く（Ｓ３１０にてＹＥＳ）、吸気温が高いと（Ｓ３２０にてＹＥＳ）、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射比率を高める。

このようにすると、エンジン冷却水温が高く吸気温も高いため、インテークマニホールド２０の内壁に付着したデポジットの温度も高くインテークマニホールドの内壁の温度も高い状態である。このようなときに、インテークマニホールド２０に付着したデポジットに向けて吸気通路噴射用インジェクタ１２０から低温の燃料を噴射すると、デポジットが急激に冷やされるが、インテークマニホールドの温度は高いままのためデポジット温度が下がり熱収縮し、インテークマニホールド２０からデポジットを剥離させることができる。

なお、このようにデポジットを燃料により冷却させその熱収縮によりインテークマニホールド２０内壁からデポジットを剥離させるときには、前述の第１の実施の形態および第２の実施の形態のようにポートの温度とデポジット温度との差のよる熱膨張の差により剥離しやすい状態で行なうようにして、これらの相乗効果により、デポジットを除去することも考えられる。

＜第４の実施の形態＞
図９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、第４の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００においては、前述の第１の実施の形態に係るエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムとは別のプログラムを実行する点のみが異なる。それ以外のハードウェア構成（図１、図４）やマップ（図２、図３）は同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図９に示すフローチャートにおいて前述の図１のフローチャートに示した処理と同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがってそれらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

Ｓ４００にて、エンジンＥＣＵ３００は、大気圧学習かつデポジット学習判定値以上であるか否かを判断する。大気圧学習とは、大気標準状態との乖離を判断できる学習機能であって、これが判定値以上であると吸気量が減っていることを示し、デポジットがインテークマニホールドに付着していることを表わす。また、デポジット学習とは、吸気通路におけるデポジット付着を推定する学習機能である。大気圧学習かつデポジット学習が判定値以上であると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ４１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ４４０へ移される。

Ｓ４１０にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン水温が高いかつ吸気温が高いか否かを判断する。エンジン水温が高く吸気温も高いと（Ｓ４１０にてＹＥＳ）、処理はＳ４２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ４１０にてＮＯ）、処理はＳ４４０へ移される。

Ｓ４２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、マップ（図２、図３）による適合値に比べて吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射比率を高める。

Ｓ４３０にて、エンジンＥＣＵは予め定められた時間が経過したか否かを判断する。予め定められた時間が経過すると（Ｓ４３０にてＹＥＳ）、処理はＳ４４０へ移される。もしそうでないと（Ｓ４３０にてＮＯ）、処理はＳ４００へ戻される。

Ｓ４４０にて、エンジンＥＣＵ３００は、図２および図３に示すマップによる適合どおりの筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との燃料噴射比率に徐々に変化させる。

大気圧学習かつデポジット学習が判定値以上であると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、インテークマニホールド２０の内壁にデポジットが付着していると判断される。エンジン水温が高くかつ吸気温も高いと（Ｓ４１０にてＹＥＳ）、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射比率が高められる。この状態が予め定められた時間が経過するまで継続して行なわれる。

予め定められた時間が経過するまでに（Ｓ４３０にてＮＯ）、大気圧学習かつデポジット学習が判定値未満になると（Ｓ４００にてＮＯ）、マップ適合どおりの燃料噴射比率に徐々に変化される（Ｓ４４０）。すなわち、インテークマニホールド２０に付着したデポジットが燃料により急激に冷やされて熱収縮し、インテークマニホールド２０の内壁からデポジットが除去されたことになる。このような場合には、図２および図３に示すマップの適合どおりの燃料噴射比率に徐々に変化させて、高圧で作動する筒内噴射用インジェクタ１１０の作動音を急激に発生させないようにすることができる。一方予め定められた時間が経過するまでに大気圧学習かつデポジット学習が判定値未満にならない場合には、予め定められた時間が経過すると（Ｓ４３０にてＹＥＳ）、吸気通路噴射用インジェクタ１２０によるインテークマニホールド２０の内壁に付着したデポジットの除去を中止し、マップ適合どおりの燃料噴射比率に徐々に変化させる（Ｓ４４０）。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵによると、インテークマニホールドの内壁にデポジットが付着していることが検知された場合であってエンジン水温も吸気温も高い場合には、予め定められた時間内において吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射比率を高める。吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料がデポジットに当たりデポジットの温度を下げて熱収縮させるとともに、デポジットの温度とインテークマニホールド２０の内壁の温度差が大きくなり確実にデポジットを剥離させることができる。

なお、図７に示したＷＯＴへの過渡状態において、ポート温度がデポジット温度よりも高いように開示しているが、この逆の場合もあり得る。すなわち、吸気によりデポジットが効果的に冷却されなかった場合である。

また、図９に示すフローチャートのように予め定められた時間が経過するまでにデポジットが剥離しなかった場合には、大気圧学習かつデポジット学習の判定値を変更して、より剥離がしやすい状態のもとで吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射比率を上昇させるようにして、確実にインテークマニホールド２０に付着したデポジットを除去するようにすることもできる。また、同じように、このときに、Ｓ４１０の水温と吸気温が高いか否かを判断するしきい値を変更することにより、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射比率を増加させインテークマニホールド２０に付着したデポジットを除去することを、より剥離が起りやすい状態で実行させるように変更することもできる。

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制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される温間時のＤＩ比率マップを表わす図である。本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される冷間時のＤＩ比率マップを表わす図である。図１の部分拡大図である。本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造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制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるエンジンのポート温度の変化およびデポジット温度の変化を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。本発明の第４の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１０エンジン、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、１１０筒内噴射用インジェクタ、１１２気筒、１２０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（低圧側）、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、３１０双方向性バス、３２０ＲＯＭ、３３０ＲＡＭ、３４０ＣＰＵ、３５０入力ポート、３６０出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０Ａ／Ｄ変換器、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。

Claims

筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記吸気通路内の付着物の付着状態を検知するための検知手段と、
前記付着物の付着が検知され、除去するのに好適な状態であるか否かを判断するための判断手段と、
前記好適な状態であると判断されると、少なくとも前記第２の燃料噴射手段により吸気通路内へ燃料を噴射するように、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とを制御するための制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。
前記第２の燃料噴射手段から噴射された燃料が前記付着物に直接当たる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記判断手段は、前記付着物自体と、前記付着物が付着した被付着物との温度差が大きいと、前記吸気通路内の付着物を除去するのに好適な状態であると判断するための手段を含む、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
前記判断手段は、前記付着物自体と、前記付着物が付着した被付着物との温度差が大きくなる傾向を有すると、前記吸気通路内の付着物を除去するのに好適な状態であると判断するための手段を含む、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記第２の燃料噴射手段からの燃料噴射量を増加させたとき、前記第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量を調整して、前記内燃機関に要求される燃料噴射量を燃焼室に供給するように制御するための手段を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記第２の燃料噴射手段により吸気通路内へ噴射される燃料噴射量を増加させても前記付着物が予め定められた状態まで除去されていないことが検知されると、前記判断手段による判断基準を変更するための手段をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
前記判断基準は、前記内燃機関の温度に関する基準である、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記第２の燃料噴射手段により吸気通路内へ噴射される燃料噴射量を増加させても前記付着物が予め定められた状態まで除去されていないことが検知されると、前記制御手段による第２の燃料噴射手段からの燃料噴射量を増加させる度合いを高めるための手段をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
前記第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
前記第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである、請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。