JP4957401B2 - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射システムに関し、特に燃料噴射弁に付着・堆積したデポジットを除去する技術に関する。

従来、内燃機関の使用燃料にアルコール等の異種燃料が混合された場合に、使用燃料中の異種燃料濃度に基づいて燃料噴射弁の噴孔部に対するデポジットの付着を推定するとともに、燃料噴射圧力を高めて前記噴孔部のデポジットを除去する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−２３２９９７号公報

ところで、本願発明者の鋭意の実験及び検証によれば、燃料噴射弁の噴孔部にデポジットが付着・堆積する条件は、使用燃料中に含まれる異種燃料の濃度よりも寧ろ使用燃料の粘度によって大きく異なることがわかった。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射弁の噴孔部に付着・堆積したデポジットをより好適に除去可能な技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、燃料噴射弁の噴孔部近傍に付着・堆積したデポジットの量が許容量を超えた時に、前記噴孔部近傍からデポジットを除去するための処理を行う内燃機関の燃料噴射システムにおいて、内燃機関が使用する燃料の粘度に基づいて前記噴孔部近傍に付着・堆積したデポジット量を判定するようにした。

詳細には、本発明は、燃料噴射弁の噴孔部近傍に付着・堆積したデポジットの量が許容量を超えた時に、前記噴孔部近傍からデポジットを除去するためのデポジット除去処理を行う内燃機関の燃料噴射システムにおいて、内燃機関が使用する燃料の粘度を取得する取得手段と、前記取得手段が取得した粘度に基づいて前記噴孔部近傍に付着・堆積したデポジットの量を判定する判定手段と、を備えるようにした。

本願発明者の鋭意の実験及び検証によれば、燃料噴射弁の噴孔部近傍に付着・堆積するデポジットの量（以下、「デポジット堆積量」と称する）は、使用燃料の粘度の影響を受けることがわかった。すなわち、デポジット堆積量は、使用燃料の粘度が低くなるほど多くなり易い。

使用燃料の粘度は、使用燃料に含まれる異種燃料の濃度より寧ろ異種燃料の種類によって異なる。このため、使用燃料中に含まれる異種燃料の濃度が同等であっても、使用燃料に含まれる異種燃料の種類が異なると、デポジット堆積量も異なる。

よって、使用燃料に含まれる異種燃料の濃度に応じてデポジット堆積量が判定されると、判定結果が実際のデポジット堆積量から懸け離れる可能性がある。

これに対し、本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムは、使用燃料の粘度に基づいてデポジット堆積量を判定するため、判定結果が実際のデポジット堆積量から大きく懸け離れることがない。その結果、デポジット除去処理が適正なタイミングで行われるようにな
る。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムにおいて、判定手段は、取得手段により取得された使用燃料の粘度と内燃機関の負荷と燃料噴射弁の燃料噴射圧力とをパラメータにしてデポジット堆積量を判定するようにしてもよい。

デポジット堆積量は、使用燃料の粘度に加え、内燃機関の運転状態によっても変化する。例えば、内燃機関の負荷が低く且つ燃料噴射弁の燃料噴射圧力が低くなる運転状態では、単位時間当たりのデポジット堆積量が多くなる。一方、内燃機関の負荷が高く且つ燃料噴射弁の燃料噴射圧力が高くなる運転状態では、単位時間当たりのデポジット堆積量が少なくなる。よって、使用燃料の粘度と内燃機関の運転状態とに基づいてデポジット堆積量が判定されると、判定結果と実際のデポジット堆積量との誤差が小さくなる。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムにおいて、デポジット除去処理の実行方法としては、燃料噴射弁の燃料噴射圧力を所定圧力まで高める方法を例示することができる。その際の所定圧力は、使用燃料の粘度に応じて変更されることが好ましい。

デポジット堆積量を除去するために必要となる燃料噴射圧力は、使用燃料の粘度が高くなるほど高くなるとともに、使用燃料の粘度が低くなるほど低くなる。

従って、所定圧力が使用燃料の粘度に応じて変更されると、必要最小限の燃料噴射圧力によりデポジットを除去することができる。その結果、燃料噴射圧力の過剰な上昇によるエネルギ消費量の増加、或いは燃料噴射圧力の不足によるデポジットの残留を抑制することができる。

尚、使用燃料の粘度が比較的高い場合は、全てのデポジットが除去される前にデポジット除去処理が終了される可能性がある。一方、使用燃料の粘度が比較的低い場合は、全てのデポジットが除去された後もデポジット除去処理が継続される可能性がある。

これに対し、使用燃料の粘度に応じてデポジット除去処理の実行時間が変更されるようにしてもよい。その際、デポジット除去処理の実行時間は、使用燃料の粘度が高くなるほど長くされることが好ましい。このような方法によりデポジット除去処理の実行時間が変更されると、デポジット除去処理実行時間の過不足が防止される。

本発明によれば、燃料噴射弁の噴孔部に付着・堆積したデポジットをより好適に除去可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を有する圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１の各気筒２には、該気筒２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が取り付けられている。

燃料噴射弁３は、コモンレール３０と連通している。コモンレール３０は、燃料供給管３１を介して燃料タンク３２と連通している。燃料供給管３１の途中には燃料ポンプ３３が配置されている。

このように構成された燃料噴射系では、燃料タンク３２に貯留された燃料が燃料ポンプ３３によってコモンレール３０へ圧送される。コモンレール３０へ圧送された燃料は、該コモンレール３０内で所望の圧力まで蓄圧される。コモンレール３０において蓄圧された燃料は、燃料噴射弁３へ供給される。

次に、内燃機関１の各気筒２には、吸気通路４が連通している。吸気通路４の途中には、遠心過給機（ターボチャージャ）５のコンプレッサハウジング５０とインタークーラ６が配置されている。インタークーラ６より下流の吸気通路４には、吸気絞り弁７が設けられている。また、内燃機関１の各気筒２には、排気通路８も連通している。排気通路８の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５１と排気浄化装置９が配置されている。

排気浄化装置９は、酸化能とＮＯｘ吸蔵能を具備した吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、酸化能とＰＭ捕集能を具備したパティキュレートフィルタ、或いは酸化能とＮＯｘ吸蔵能とＰＭ捕集能を具備したパティキュレートフィルタ（ＤＰＮＲ）等を備えている。

このように構成された吸排気系では、吸気通路４へ吸入された空気（吸気）がコンプレッサハウジング５０により圧縮される。コンプレッサハウジング５０により圧縮された吸気は、インタークーラ６で冷却された後に各気筒２内へ導入される。各気筒２内へ導入された吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気筒２内で着火及び燃焼される。気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気通路８へ排出される。排気通路８へ排出された排気は、タービンハウジング５１と排気浄化装置９を経由して大気中へ排出される。

また、内燃機関１はＥＧＲ機構を備えている。ＥＧＲ機構は、タービンハウジング５１より上流の排気通路８からインタークーラ６より下流の吸気通路４へ排気の一部を導くＥＧＲ通路１０、ＥＧＲ通路１０の流路断面積を変更するＥＧＲ弁１１、及びＥＧＲ通路１０を流れる排気（高圧ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ１２を具備している。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１３が併設されている。ＥＣＵ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。このＥＣＵ１３には、エアフローメータ１４、クランクポジションセンサ１５、レール圧センサ１６、粘度センサ１７等の各種センサが電気的に接続されている。

エアフローメータ１４は、コンプレッサハウジング５０より上流の吸気通路４に配置され、大気中から吸気通路４へ流入する空気量を測定する。クランクポジションセンサ１５は、内燃機関１のクランクシャフトの回転位置を検出する。レール圧センサ１６は、コモンレール３０内の燃料圧力を測定する。粘度センサ１７は、本発明に係る取得手段の一実施態様であり、燃料タンク３２に貯留された燃料の粘度を測定する。

ＥＣＵ１７は、上記した各種センサの測定値に基づいて既知の燃料噴射制御やＥＧＲ制御を行うとともに、本発明の要旨となるデポジット除去制御を行う。以下、本実施例におけるデポジット除去制御の実行方法について述べる。

デポジット除去制御では、ＥＣＵ１３は、先ず燃料噴射弁３の噴孔部近傍に付着・堆積したデポジットの量（デポジット堆積量）を判定する。

ＥＣＵ１３は、デポジット堆積量を判定する場合に、先ず内燃機関１の運転状態がデポジット堆積領域にあるか否かを判別する。デポジット堆積領域は、燃料噴射弁３の燃料噴射量が少なく且つ燃料噴射圧力が低くなる運転領域である。このような運転領域としては
、図２に示すように、内燃機関１の負荷及び機関回転数が低くなる運転領域を例示することができる。

ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転状態がデポジット堆積領域に属すると判定した場合は、図３に示すようなマップに基づいてデポジットの基本堆積量Ａｄｐｂａｓｅを求める。基本堆積量Ａｄｐｂａｓｅは、内燃機関１が標準粘度の燃料によって運転された時の単位時間当たりのデポジット堆積量に相当する。

図３において、基本堆積量Ａｄｐｂａｓｅは、内燃機関１の負荷が低く且つ燃料噴射圧力が低くなるほど多くなる。このようなマップは、機関回転数別にＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ１３は、内燃機関１の負荷と燃料噴射圧力（レール圧センサ１６の測定値）と図３のマップに基づいて基本堆積量Ａｄｐｂａｓｅを求め、その基本堆積量Ａｄｐｂａｓｅに同運転状態の継続時間ｔを乗算する。このような演算は内燃機関１の運転状態がデポジット堆積領域に属する限り繰り返され、それにより得られた演算結果（＝Ａｄｐｂａｓｅ・ｔ）は逐次積算（＝Σ（Ａｄｐｂａｓｅ・ｔ））される。

ＥＣＵ１３は、上記した積算値Σ（Ａｄｐｂａｓｅ・ｔ）を使用燃料の粘度に応じた補正係数（以下、「粘度補正係数」と称する）Ｃｖによって補正する。

粘度補正係数Ｃｖは、図４に示すように、燃料粘度が標準粘度Ｖ０以下である時は“１.０”に固定され、燃料粘度が標準粘度Ｖ０より高くなる時は燃料粘度が高くなるほど大
きな値になるように設定される。

ＥＣＵ１３は、粘度センサ１７と図４のマップとから粘度補正係数Ｃｖを求めると、該粘度補正係数Ｃｖを前記した積算値Σ（Ａｄｐｂａｓｅ・ｔ）に乗算してデポジット堆積量ΣＡｄｐ（＝Σ（Ａｄｐｂａｓｅ・ｔ）・Ｃｖ）を算出する。

このように内燃機関１が使用する燃料の粘度に基づいてデポジット堆積量ΣＡｄｐが判定されると、判定結果と実際のデポジット堆積量との誤差を可及的に小さくすることができる。

次に、ＥＣＵ１３は、上記した手順で求められたデポジット堆積量ΣＡｄｐが所定の許容量以下であるか否かを判別する。許容量は、例えば、デポジット堆積量ΣＡｄｐが該許容量を超えると、燃料噴射弁３の燃料噴射量が減少したり、或いは燃料噴射弁３から噴射される燃料が微粒化されなくなったりする量である。

ＥＣＵ１３は、デポジット堆積量ΣＡｄｐが許容量を超えていると判定した場合は、デポジット除去処理を実行する。デポジット除去処理では、ＥＣＵ１３は、燃料噴射圧力を規定の圧力より高くする。具体的には、ＥＣＵ１３は、レール圧センサ１６の測定値が規定圧力より高い所定圧力Ｐｔｒｇまで上昇するように燃料ポンプ３３を制御する。

前記した所定圧力Ｐｔｒｇは、燃料ポンプ３３が達成しうる最大圧に固定されてもよい。しかしながら、使用燃料の粘度が比較的低い場合に前記所定圧力Ｐｔｒｇが最大圧に設定されると、燃料噴射弁３の噴孔部近傍に付着・堆積したデポジットを確実に除去することはできるものの、燃料ポンプ３３の駆動エネルギが過剰に多くなってしまう。

そこで、本実施例のデポジット除去処理では、ＥＣＵ１３は、内燃機関１が使用する燃料の粘度に応じて前記所定圧力Ｐｔｒｇを変更するようにした。所定圧力Ｐｔｒｇは、図
５に示すように、燃料粘度が標準粘度Ｖ０以下である時は規定圧力と同等の圧力に固定され、燃料粘度が標準粘度Ｖ０より高くなる時は燃料粘度が高くなるほど高くなるように設定される。

このようにデポジット除去処理実行時の燃料噴射圧力が燃料の粘度に応じて変更されると、燃料ポンプ３３の駆動エネルギを必要最小限に抑えつつ、燃料噴射弁３の噴孔部近傍に付着・堆積したデポジットを除去することが可能となる。

次に、本実施例のデポジット除去制御の実行手順を図６のフローチャートに沿って説明する。図６は、デポジット除去制御ルーチンを示すフローチャートである。デポジット除去制御ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ１３によって周期的に実行される。

デポジット除去制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１３は先ずＳ１０１において粘度センサ１７の測定値（燃料粘度）を取得する。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の負荷及び機関回転数から特定される運転状態が前述した図２のデポジット堆積領域に属しているか否かを判別する。Ｓ１０２において否定判定された場合はＥＣＵ１３は再度Ｓ１０２を実行する。一方、Ｓ１０２において肯定判定された場合はＥＣＵ１３はＳ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、先ず、内燃機関１の負荷、レール圧センサ１６の測定値（燃料噴射圧力）と前述した図３のマップとに基づいて基本堆積量Ａｄｐｂａｓｅの積算値Σ（Ａｄｐｂａｓｅ・ｔ）を演算する。続いて、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０１で取得された燃料粘度と前述した図４のマップとに基づいて粘度補正係数Ｃｖを求める。更に、ＥＣＵ１３は、前記積算値Σ（Ａｄｐｂａｓｅ・ｔ）と前記粘度補正係数Ｃｖを乗算してデポジット堆積量ΣＡｄｐを演算する。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０３で算出されたデポジット堆積量ΣＡｄｐが許容量を超えているか否かを判別する。Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０２へ戻る。一方、Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０１で取得された燃料粘度と前述した図５のマップとに基づいて、デポジット除去処理実行時の燃料噴射圧力（所定圧力）Ｐｔｒｇを求める。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１３は、デポジット除去処理を所定時間実行する。具体的には、ＥＣＵ１３は、レール圧センサ１６の測定値（燃料噴射圧力）が前記Ｓ１０５で求められた所定圧力Ｐｔｒｇまで上昇するように燃料ポンプ３３を制御するとともに、燃料噴射弁３から所定時間燃料噴射を行わせる。

前記した所定時間は予め実験的に求められた一定時間としてもよい。その場合の所定時間は、燃料粘度が非常に高い状況においてもデポジットが確実に除去される時間に設定される。但し、このように所定時間が設定されると、燃料粘度が低い場合にデポジット除去処理の実行時間が不要に長くなり、燃料ポンプ３３の駆動エネルギや燃料が不要に消費されることになる。

そこで、前記した所定時間は、内燃機関１が使用する燃料の粘度に応じて変更されることが好ましい。具体的には、前記所定時間は、図７に示すように、燃料粘度が標準粘度Ｖ
０より若干高い所定粘度Ｖ１以下である時は一定時間に固定され、燃料粘度が前記所定粘度Ｖ１より高くなる時は燃料粘度が高くなるほど長くされてもよい。このように所定時間が定められると、デポジット除去処理実行時間の過不足が防止される。

ここで図６のデポジット除去制御ルーチンに戻り、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０６の処理を実行し終えると、Ｓ１０７へ進む。Ｓ１０７では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０３で算出されたデポジット堆積量ΣＡｄｐを“０”にリセットする。

以上述べたようにＥＣＵ１３がデポジット除去制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る判定手段と除去手段が実現される。従って、燃料噴射弁３の噴孔部近傍に付着・堆積したデポジットの量を正確に判定することができるとともに、燃料噴射弁３の噴孔部近傍に付着・堆積したデポジットを過不足なく除去することが可能になる。

尚、内燃機関１の運転条件によってはデポジット除去処理の実行を回避することが好ましい場合がある。

例えば、内燃機関１が予混合燃焼運転されている時は燃料噴射時期が圧縮上死点より前に設定されるため、燃料噴射圧力の上昇によってボアフラッシング（シリンダ壁面に付着した燃料が潤滑油を希釈させる現象）が誘発される。

また、内燃機関１が冷間状態にある時は、内燃機関１から排出される未燃燃料が多くなり易い。このような場合に、燃料噴射圧力が上昇されると、気化・霧化せずにピストン等に付着する燃料が増加するため、未燃燃料の排出量が一層増加する可能性がある。

更に、内燃機関１が極低負荷運転（アイドル運転）されている時に、燃料噴射圧力が上昇されると、騒音が増加する可能性がある。

そこで、ＥＣＵ１９は、図８に示すようなデポジット除去制御ルーチンように、Ｓ１０５の処理を実行した後にＳ２０１において内燃機関１の運転条件が高圧燃料噴射可能な条件を満たしているか否かを判別するようにしてもよい。高圧燃料噴射可能な条件としては、（１）内燃機関１が予混合燃焼運転されていない、（２）内燃機関１の暖機が完了している、（３）内燃機関１が非アイドル運転状態になる等の条件を例示することができる。

図８に示すようなデポジット除去制御ルーチンによれば、Ｓ２０１において肯定判定された場合に限りデポジット除去処理が実行されるため、デポジット除去処理の実行による不具合の発生を回避することができる。

内燃機関の燃料噴射システムの概略構成を示す図である。 デポジット堆積領域を示す図である。 基本堆積量と燃料噴射圧力と内燃機関の負荷との関係を規定したマップを示す図である。 粘度補正係数と燃料粘度との関係を規定したマップを示す図である。 デポジット除去処理実行時の燃料噴射圧力（所定圧力）と燃料粘度との関係を規定したマップを示す図である。 デポジット除去制御ルーチンを示すフローチャートである。 デポジット除去処理の実行時間（所定時間）と燃料粘度との関係を規定したマップを示す図である。 デポジット除去制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・燃料噴射弁
４・・・・・吸気通路
５・・・・・ターボチャージャ
６・・・・・インタークーラ
７・・・・・吸気絞り弁
８・・・・・排気通路
９・・・・・排気浄化装置
１０・・・・ＥＧＲ通路
１１・・・・ＥＧＲ弁
１２・・・・ＥＧＲクーラ
１３・・・・ＥＣＵ
１４・・・・エアフローメータ
１５・・・・クランクポジションセンサ
１６・・・・レール圧センサ
１７・・・・粘度センサ
３０・・・・コモンレール
３１・・・・燃料供給管
３２・・・・燃料タンク
３３・・・・燃料ポンプ

Claims (4)

1. 内燃機関の燃料タンクに貯留されている燃料の粘度を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された粘度と前記内燃機関の負荷と前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力とをパラメータにして、燃料噴射弁の噴孔部近傍に付着・堆積するデポジットの量を判定する判定手段と、
   前記判定手段により判定されたデポジットの量が許容量を超えた時に、前記噴孔部近傍からデポジットを除去するためのデポジット除去処理を行う除去手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
2. 請求項１において、前記デポジット除去処理は前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力を所定圧力まで高める処理であり、
   前記除去手段は、前記取得手段により取得された粘度に応じて前記所定圧力を変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
3. 請求項２において、前記除去手段は、前記取得手段により取得された粘度が高くなるほど前記所定圧力を高くすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
4. 請求項２又は３において、前記除去手段は、前記取得手段により取得された粘度に応じてデポジット除去処理の実行時間を変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。

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