JP5392026B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、噴射孔可変型の燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００２−３６４４９８号公報）に開示されているように、燃料噴射ノズルの噴射孔の周囲に高膨張率物質をコーティングし、噴射孔の周囲に環状のコーティング部を設ける構成とした内燃機関が知られている。従来技術では、コーティング部を構成する高膨張率物質として、カーボン等からなるデポジットよりも熱膨張率が大きな材料を用いている。

上記構成によれば、噴射孔周囲の温度が変化すると、コーティング部が温度変化によって厚さ方向に伸縮し、噴射孔の孔径が変化する。この結果、噴射孔に付着したデポジットとコーティング部との間にせん断力が作用するので、デポジットにクラックを生じさせ、デポジットを噴射孔から剥離させることができる。このように、従来技術では、コーティング部の熱変形を利用してデポジットの堆積を抑制するようにしている。

特開２００２−３６４４９８号公報

ところで、従来技術では、内燃機関の運転停止に伴って燃料噴射が停止されると、燃焼室内の煤や噴射ノズルのサック部に残っていた燃料が噴射孔の周囲に付着し易い。内燃機関が高温状態で停止された場合には、噴射ノズルが機関停止後も暫く高温状態に保持されるため、噴射孔の付着物から燃料成分が気化することになり、残った付着物により乾燥状態のデポジット（乾燥デポジット）が生成される。この乾燥デポジットは、上述したコーティング部の熱変形により比較的容易に剥離させることができる。

しかしながら、内燃機関が低温状態で停止された場合には、前記付着物から燃料成分が十分に気化しないため、湿潤状態のデポジット（湿潤デポジット）が生成され易い。この湿潤デポジットは、せん断力を受けてもクラックが生じ難いので、コーティング部の熱変形では容易に剥離しない。即ち、従来技術では、内燃機関を暖機完了前の低温状態で停止させるような運転が繰返された場合に、噴射孔の周囲にデポジットが堆積し易いという問題がある。また、従来技術では、コーティング部の熱変形を利用してデポジットを剥離させるので、デポジットの剥離動作は温度変化に依存した受動的なものとなる。このため、例えば機関停止後に噴射ノズルの温度が緩やかに低下するような場合には、デポジットを十分に剥離させることができない虞れがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、噴射孔に付着した湿潤デポジットを円滑に剥離させることができ、温度環境等に関係なくデポジットの堆積を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

第１の発明は、燃料を噴射する噴射孔を有し、前記噴射孔を取囲む筒状の周壁部が磁界により変形する磁歪性物質を用いて形成された燃料噴射弁と、
前記噴射孔の長さ方向に延在する前記周壁部のうち長さ方向の一部だけに磁界を作用させることが可能な磁界発生手段と、
前記噴射孔内の燃料中にキャビテーションを生成するために、前記磁界発生手段により前記周壁部の一部だけに磁界を作用させて前記噴射孔の孔径を部分的に変化させるキャビテーション生成制御を実施するキャビテーション制御手段と、を備え、
前記キャビテーション制御手段は、内燃機関の始動直後に前記キャビテーション生成制御を実施する構成としたことを特徴とする。

第２の発明によると、前記キャビテーション制御手段は、前記キャビテーション生成制御の実施中に前記周壁部のうち磁界が作用する部位を時間的に変化させる構成としている。

第３の発明によると、前記キャビテーション制御手段は、内燃機関が始動してから機関温度が所定温度に達するまでの期間中に前記キャビテーション生成制御を続行し、この期間の経過後は前記キャビテーション生成制御を停止する構成とし、かつ前記噴射孔に付着したデポジットが内燃機関の停止後に乾燥デポジットとなる温度を前記所定温度として設定する構成としている。

第４の発明は、機関温度が前記所定温度以上となった状態で内燃機関が停止されたときに、前記磁界発生手段により前記周壁部に磁界を断続的に作用させ、前記噴射孔に付着したデポジットにクラックを生じさせるクラック生成制御手段を備える構成としている。

第５の発明は、前記噴射孔の温度を取得する噴射孔温度取得手段と、
内燃機関が停止された時点における前記噴射孔の温度が高いほど、前記クラック生成制御手段により前記周壁部に磁界を断続的に作用させる動作の継続時間を長くする制御時間可変手段と、
を備える構成としている。

第６の発明によると、前記磁界発生手段は、
前記噴射孔の長さ方向に沿って列設され、前記周壁部の長さ方向のそれぞれ異なる部位に近接して配置された複数の磁界発生部と、
前記複数の磁界発生部のうち通電することにより磁界を発生させる磁界発生部を切換えることが可能な通電切換部と、を備え、
前記キャビテーション制御手段は、前記通電切換部により通電対象となる磁界発生部を選択する構成としている。

第１の発明によれば、キャビテーション制御手段は、磁界発生手段により噴射孔の周壁部の一部だけに磁界を作用させ、噴射孔の孔径を部分的に変化させることができる。これにより、噴射孔内を流れる燃料中には、孔径が変化する部位でキャビテーションを生成することができる。従って、キャビテーションの作用により乾燥デポジットだけでなく、湿潤デポジットの剥離も促進することができ、デポジットが噴射孔に堆積するのを確実に抑制することができる。しかも、磁界発生手段によれば、所望のタイミングでキャビテーションを生成することができるので、噴射孔の温度環境等に依存することなく、デポジットの除去を計画的に行うことができる。

第２の発明によれば、キャビテーション制御手段は、噴射孔のうち磁界が作用する部位を時間的に変化させることができる。これにより、噴射孔の孔径が変化する部位を徐々に移動させ、噴射孔内の各部位でキャビテーションをそれぞれ発生させることができる。従って、噴射孔内の広い範囲でデポジットを満遍なく剥離させることができる。

第３の発明によれば、キャビテーション制御手段は、乾燥デポジットが生じ得る所定温度よりも低い温度状態（即ち、湿潤デポジットしか生じない低い温度状態）で内燃機関が停止された場合でも、機関運転中のキャビテーションにより湿潤デポジットを剥離させておくことができる。従って、内燃機関を暖機完了前の低温状態で停止させるような運転が繰返された場合でも、デポジットの堆積を抑制することができる。また、機関温度が前記所定温度以上となった場合には、比較的剥離し易い乾燥デポジットが生成されるので、キャビテーションの生成を停止して消費電力を節約することができる。

第４の発明によれば、クラック生成制御手段は、乾燥デポジットが生じ得る高い温度状態で内燃機関が停止されたときに、磁界発生手段により噴射孔の周壁部を伸縮させることができる。これにより、乾燥デポジットにクラックを生じさせることができ、特に乾燥デポジットを効率よく剥離させることができる。また、クラックが生じ難い湿潤デポジットしか生成されないような低温状態では、磁界発生手段を停止して無駄な消費電力を節約することができる。

第５の発明によれば、機関停止時における噴射孔の温度が高いほど、デポジットの生成量が増大する傾向がある。従って、制御時間可変手段は、噴射孔の温度が高いほど、噴射孔の周壁部を長い時間にわたって伸縮させ、デポジットに十分な量のクラックを発生させることができる。また、噴射孔の温度が低い場合には、前述した伸縮動作を必要最低限の短い時間だけ実施し、消費電力を節約することができる。

第６の発明によれば、磁界発生手段は、噴射孔の長さ方向に沿って列設された複数の磁界発生部と、何れかの磁界発生部に通電する通電切換部とを備えているので、キャビテーション制御手段は、必要に応じて任意の磁界発生部に通電し、当該磁界発生部に対応した位置で噴射孔の孔径を変化させることができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 燃料噴射弁の先端部を拡大して示す要部拡大図である。 燃料噴射弁と噴射孔可変装置の構造を説明するための説明図である。 噴射孔の近傍を拡大して示す要部拡大図である。 コーティング層を分割した変形例を示す要部拡大図である。 噴射孔可変装置の通電切換部を拡大して示す要部拡大図である。 キャビテーション生成制御を実施していない通常時の噴射孔近傍を示す説明図である。 キャビテーション生成制御を開始した状態を示す説明図である。 キャビテーション生成制御の開始後の状態を示す説明図である。 キャビテーション生成制御の実施中に通電対象となる磁界発生部を時間的に変化させる状態を示す説明図である。 クラック生成制御を説明するための説明図である。 噴射孔の推定温度とクラック生成制御の継続時間との関係を示す特性線図である。 キャビテーション生成制御とクラック生成制御の実施条件を説明するための動作説明図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図１４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、例えばディーゼルエンジンからなる内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒１２には、ピストン１４の往復動作により拡大，縮小する燃焼室１６が設けられている。ピストン１４は、内燃機関１０の出力軸であるクランク軸１８に連結されている。また、内燃機関１０は、各気筒１２に吸入空気を吸込む吸気通路２０と、各気筒１２から排気ガスを排出する排気通路２２とを備えている。

吸気通路２０には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２４と、電子制御式のスロットルバルブ２６とが設けられている。スロットルバルブ２６は、アクセル開度等に基いてスロットルモータ２８により駆動され、吸入空気量を増減させる。また、各気筒１２には、燃焼室１６内に燃料を噴射する噴射孔可変型の燃料噴射弁５０が設けられており、この燃料噴射弁５０には噴射孔可変装置６０が付設されている。これらの構造及び機能については後述する。さらに、各気筒１２は、吸気通路２０を燃焼室１６に対して開，閉する吸気バルブ３０と、排気通路２２を燃焼室１６に対して開，閉する排気バルブ３２とを備えている。

また、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３４、水温センサ３６、排気温度センサ３８等を含むセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。クランク角センサ３４は、クランク軸１８の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ４０は、この出力に基いて機関回転数を検出したり、クランク角を検出することができる。また、水温センサ３６は、内燃機関の冷却水の水温Ｔwを機関温度として検出するものであり、排気温度センサ３８は、内燃機関の排気温度を検出するものである。

センサ系統には、前記エアフローメータ２４とセンサ３４，３６，３８に加えて、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサ（例えば内燃機関のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ４０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力側には、スロットルモータ２８、燃料噴射弁５０、噴射孔可変装置６０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ４０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動する。具体的には、センサ系統の出力に基いて、燃料の噴射量及び噴射時期等を設定し、これらの設定内容に応じて各アクチュエータを駆動する。このＥＣＵ４０による制御には、後述のキャビテーション生成制御、クラック生成制御が含まれている。

（燃料噴射弁及び噴射孔可変装置の構成）
次に、図２乃至図６を参照しつつ、燃料噴射弁５０と、噴射孔可変装置６０の構造について説明する。まず、図２は、燃料噴射弁の先端部を拡大して示す要部拡大図であり、図３は、燃料噴射弁と噴射孔可変装置の構造を説明するための説明図である。これらの図に示すように、燃料噴射弁５０は、一般的に知られた電磁駆動式のニードル弁により構成されている。詳しく説明すると、燃料噴射弁５０は、噴射弁の内部に移動可能に配置されたニードル５２と、ニードル５２の先端側に配置されたノズルチップ５４とを備えており、ノズルチップ５４には、ニードル５２により開，閉される複数の噴射孔５６が設けられている。なお、本実施の形態では、複数の噴射孔５６を有する構成を例示したが、本発明はこれに限らず、噴射孔５６は単一であってもよい。

また、燃料噴射弁５０は、図３中でニードル５２の上方に配置されたソレノイドと、ニードル５２を閉弁方向（下向き）に付勢する戻しばねとを備えているが、これらについては図示を省略している。上記構成において、ソレノイドに通電した場合には、ソレノイドで磁力が発生し、この磁力によりニードル５２が戻しばねの付勢力に抗して開弁方向（上方）に移動する。これにより、噴射孔５６が開口し、燃料が噴射孔５４から外部に噴射される構成となっている。

また、噴射孔５６の内周面には、磁歪性物質（磁性体）を塗布することによりコーティング層５８が形成されている。このコーティング層５８は、噴射孔５６を径方向外側から取囲む筒状の周壁部を構成しており、噴射孔５６の長さ方向に延在している。ここで、磁歪性物質とは、磁界が作用することにより変形（体積が変化）する特性をもった物質であり、一例を挙げれば、シリコンなどである。コーティング層５８に磁界を作用させた場合には、磁界が存在しない場合と比較してコーティング層５８が噴射孔５６の長さ方向に伸長し、かつ径方向に膨張した状態となり、噴射孔５６の孔径が縮小する。

一方、噴射孔可変装置６０は、本実施の形態の磁界発生手段を構成するもので、電源装置６２、複数の磁界発生部６４及び通電切換部６６を備えている。複数の磁界発生部６４は、図３に示すように、例えばノズルチップ５４内に設けられた金属材料等からなり、電源装置６２から通電されることにより磁界を発生するように構成されている。図４は、噴射孔の近傍を拡大して示す要部拡大図である。この図に示すように、各磁界発生部６４は、噴射孔５６の長さ方向に沿って列設され、コーティング層５８の長さ方向のそれぞれ異なる部位に近接して配置されている。このため、何れかの磁界発生部６４に通電した場合には、コーティング層５８のうち当該磁界発生部６４に近接した長さ方向の一部だけに磁界が作用し、この部位だけでコーティング層５８が変形するように構成されている。

なお、本実施の形態では、例えば３個の磁界発生部６４を設ける場合を例示したが、本発明はこれに限らず、磁界発生部は２個でもよく、また４個以上あってもよい。また、以下の説明において、個々の磁界発生部６４を識別する必要がある場合には、後述のように磁界発生部６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃと表記するものとする。一方、図５は、コーティング層を分割した変形例を示す要部拡大図である。本発明では、図５に示すように、コーティング層５８′を複数個に分割する構成としてもよい。

図６は、噴射孔可変装置の通電切換部を拡大して示す要部拡大図である。通電切換部６６は、電源装置６２と各磁界発生部６４との間に接続されたスイッチ回路であり、各磁界発生部６４のうち通電対象となる磁界発生部を切換えるものである。通電切換部６６は、ＥＣＵ４０により電源装置６２と共に制御され、ＥＣＵ４０からの制御信号に応じて何れかの磁界発生部６４を電源装置６２と接続する。従って、ＥＣＵ４０は、通電切換部６６を制御することにより、任意の１個または複数個の磁界発生部６４に通電したり、全ての磁界発生部６４に通電することができる。これにより、以下に述べるキャビテーション生成制御では、必要に応じて任意の部位で噴射孔５６の孔径を変化させることができる。

（キャビテーション生成制御）
次に、図７乃至図１０を参照しつつ、ＥＣＵにより実施されるキャビテーション生成制御について説明する。この制御は、噴射孔５６内を流れる燃料中にキャビテーション（気泡）を生成し、噴射孔５６（コーティング層５８）の内周面に付着したデポジットをキャビテーションにより剥離させるものである。なお、キャビテーション生成制御の実施条件については、後述の図１３を用いて説明する。まず、図７は、キャビテーション生成制御を実施していない通常時の噴射孔近傍を示す説明図である。この図に示すように、キャビテーション生成制御を実施していない状態では、全ての磁界発生部６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃに対する通電が停止されている。このため、噴射孔５６の孔径は、全長にわたって一定に保持されている。

次に、図８は、キャビテーション生成制御を開始した状態を示す説明図である。この図に示すように、ＥＣＵ４０は、まず、噴射孔５６から燃料が噴射されている状態において、磁界発生部６４Ａ〜６４Ｃのうち燃料の流れ方向の最も上流側に位置する磁界発生部６４Ａだけに通電を行う。これにより、コーティング層５８の上流部に磁界が作用し、この部位だけでコーティング層５８が内径側に向けて膨張する。この結果、噴射孔５６の孔径は、磁界発生部６４Ａの位置で部分的に縮小し、磁界発生部６４Ａ，６４Ｂの境界部で急激に拡径した状態となる。これにより、噴射孔５６の拡径部では燃料中にキャビテーションが生成されるようになり、このキャビテーションは、コーティング層５８の内周面に沿って下流側に流動する。

従って、噴射孔５６の拡径部や拡径部の下流側近傍にデポジットが付着していたとしても、このデポジットを、低圧な気泡であるキャビテーションの作用によりコーティング層５８から効率よく剥離させることができる。また、キャビテーションは、乾燥デポジットに対しても効果があるが、特に湿潤デポジットの剥離を促進することができるので、キャビテーション生成制御により湿潤デポジットの堆積を確実に抑制することができる。

次に、図９は、キャビテーション生成制御の開始後の状態を示す説明図である。この図に示すように、ＥＣＵ４０は、次の段階において、例えば上流側に位置する２個の磁界発生部６４Ａ，６４Ｂを通電対象として選択する。これにより、コーティング層５８には、上流部及び中間部だけに磁界が作用するので、噴射孔５６の孔径は、磁界発生部６４Ａ，６４Ｂの位置で部分的に縮小し、磁界発生部６４Ｂ，６４Ｃの境界部で急激に拡径した状態となる。即ち、噴射孔５６の拡径部（キャビテーションの発生箇所）が下流側に移動するので、新たに移動した位置でデポジットを効率よく剥離させることができる。

また、図１０は、キャビテーション生成制御の実施中に通電対象となる磁界発生部を時間的に変化させる状態を示す説明図である。この図において、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれ磁界発生部６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃに通電することを意味している。即ち、図１０に示す一例では、通電対象となる磁界発生部を、磁界発生部６４Ａ、磁界発生部６４Ａ，６４Ｂ、磁界発生部６４Ｂ、磁界発生部６４Ｂ，６４Ｃ、磁界発生部６４Ｃ、磁界発生部６４Ａ，６４Ｃという順番で一定時間毎に切換える。このように、キャビテーション生成制御では、通電対象となる磁界発生部６４（即ち、コーティング層５８のうち磁界が作用する部位）を通電切換部６６により時間的に変化させる構成としている。これにより、噴射孔５６の拡径部を徐々に移動させ、各部位でキャビテーションをそれぞれ発生させることができる。従って、噴射孔５６内の広い範囲でデポジットを満遍なく剥離させることができる。

（クラック生成制御）
次に、図１１及び図１２を参照しつつ、ＥＣＵにより実施されるクラック生成制御について説明する。クラック生成制御は、内燃機関が停止された状態において、噴射孔可変装置６０によりコーティング層５８に磁界を断続的に作用させ、コーティング層５８を伸縮させるものである。これにより、噴射孔５６（コーティング層５８）に付着したデポジットにクラックを生じさせ、デポジットの剥離を促進することができる。なお、クラック生成制御の実施条件については、後述の図１３を用いて説明する。

図１１は、クラック生成制御を説明するための説明図である。まず、図１１（ａ）は、クラック生成制御を実施していない通常運転時の状態を示している。この図に示すように、通常運転時には、燃焼室１６内に存在する煤がコーティング層５８に付着するが、この煤は燃料噴射時の噴射圧力により除去される。このため、通常運転時には、燃焼室１６内の煤がデポジットとなって堆積する量は少ない。これに対し、機関停止直後には、図１１（ｂ）に示すように、燃料噴射が停止されるので、これに伴ってノズルチップ５４の内側のサック部に残存する燃料がコーティング層５８の表面に付着し易い。また、噴射圧力がなくなるので、コーティング層５８に付着した煤も除去されることがない。しかも、機関停止直後には、噴射孔５６の近傍が高温となっているため、上述した煤、燃料等の付着物はある程度固まった状態となり、デポジット（湿潤デポジット）が生成される。

次に、図１１（ｃ）は、クラック生成制御を実施した状態を示している。この図に示すように、コーティング層５８に生成された湿潤デポジットは、機関停止後の高温状態で時間が経過すると、燃料成分が気化することにより乾燥し、乾燥デポジットとなる。乾燥デポジットは、燃料成分の気化が不十分である湿潤デポジットと比較して弾力性が低下するので、クラックが生じ易い。そこで、ＥＣＵ４０は、磁界発生部６４に対して通電と通電停止を繰返すことにより、コーティング層５８に磁界を断続的に作用させる。この結果、コーティング層５８は長さ方向等に伸縮し、デポジットにせん断力を付加することになるので、このせん断力によりデポジットにクラックを生じさせることができる。なお、クラック生成制御では、全ての磁界発生部６４Ａ〜６４Ｃに通電することにより、コーティング層５８の全体を伸縮させる構成としてもよいし、一部の磁界発生部６４だけに通電することにより、コーティング層５８を部分的に伸縮させる構成としてもよい。

次に、図１１（ｄ）は、機関停止後に時間が経過し、噴射孔５６の近傍が常温となった状態を示している。燃焼室１６内の温度が低下すると、気化した燃料成分が凝縮するので、乾燥デポジットは凝縮した燃料成分を吸収し、再び湿潤デポジットとなる。この状態では、コーティング層５８を伸縮させても、デポジットには新たなクラックが生じ難い。このため、クラック生成制御を開始してから、機関温度が後述のクラック生成可能温度Ｔcよりも低くなった場合には、磁界発生部６４に対する断続的な通電が停止され、クラック生成制御が終了される。なお、機関温度が低下しても、デポジットに一旦生じたクラックは保持される。このため、図１１（ｅ）に示すように、内燃機関が再始動されると、デポジットは、燃料の噴射圧力を受けることにより、クラックの位置等で破断しつつ、コーティング層５８から剥離する。このように、クラック生成制御によれば、コーティング層５８の伸縮動作によりデポジットにクラックを生じさせ、特に乾燥デポジットをコーティング層５８から効率よく剥離させることができる。

ところで、噴射孔近傍の温度は、内燃機関が停止されてからある程度の時間が経過した後に、デポジットの生成を促進しない温度まで低下する。この温度低下に必要な時間は、機関停止時の温度が高いほど長くなる。即ち、機関停止時における噴射孔の温度が高いほど、デポジットが生成され続ける時間が長くなるので、デポジットの生成量は増大すると考えられる。そこで、本実施の形態では、内燃機関の運転状態（例えば、排気温度）に基いて噴射孔５６の温度Ｔfを推定し、機関停止時における噴射孔５６の温度Ｔfが高いほど、クラック生成制御の継続時間（コーティング層５８に磁界を断続的に作用させる動作の継続時間）ｔ0を長くする構成としている。

図１２は、噴射孔の推定温度Ｔfとクラック生成制御の継続時間ｔ0との関係を示す特性線図である。図１２に示すデータ内容はＥＣＵ４０に予め記憶されている。ＥＣＵ４０は、このデータ内容と噴射孔５６の温度Ｔfとに基いて、クラック生成制御の継続時間ｔ0を適切に設定することができる。即ち、例えば噴射孔５６の温度Ｔfが高く、デポジットの生成量が多いと判断される場合には、クラック生成制御を長い時間にわたって継続し、デポジットに十分な量のクラックを発生させることができる。また、噴射孔５６の温度Ｔfが低く、デポジットの生成量が少ないと判断される場合には、クラック生成制御を必要最低限の短い時間だけ実施し、噴射孔可変装置６０の消費電力を節約することができる。

また、噴射孔５６の温度Ｔfは、機関停止直前の排気温度（即ち、排気温度センサ３８の出力）に基いて推定される。一般に、燃焼室１６内の温度が高いほど、噴射孔５６の温度も高くなり、これに伴って排気温度も高くなる。このため、噴射孔５６の温度と排気温度との間には一定の関係があり、この関係はマップデータ等としてＥＣＵ４０に予め記憶されている。従って、ＥＣＵ４０は、排気温度センサ３８の出力に基いて、機関停止時における噴射孔５６の温度Ｔfを推定することができる。なお、本実施の形態では、機関停止直前の排気温度に基いて温度Ｔfを推定する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えばノズルチップ５４に温度センサ等を設けることにより、噴射孔５６の温度Ｔfを直接検出する構成としてもよい。

（制御の実施条件）
次に、図１３を参照しつつ、キャビテーション生成制御とクラック生成制御の実施条件について説明する。図１３は、これらの実施条件を説明するための動作説明図である。図１３中の運転パターンＡは、内燃機関が暖機完了まで運転された場合を示し、運転パターンＢは、暖機が済んでいない低温状態で運転が停止された場合を示している。

まず、キャビテーション生成制御の実施条件について説明すると、本実施の形態では、内燃機関の始動直後に、キャビテーション生成制御を常に実施する構成としている。始動直後は低温状態であるため、前述したように湿潤デポジットが生成され易いが、キャビテーション生成制御により湿潤デポジットをコーティング層５８から確実に剥離させ、デポジットの堆積を抑制することができる。また、図１３中に示す運転パターンＡのように、キャビテーション生成制御の開始後に機関の運転が継続され、機関温度（例えば、水温Ｔw）が所定のクラック生成可能温度Ｔcに達した場合には、キャビテーション生成制御を停止する。即ち、キャビテーション生成制御は、内燃機関が始動してから機関温度がクラック生成可能温度Ｔcに達するまでの期間中に続行され、この期間の経過後に停止される。

ここで、クラック生成可能温度Ｔcとは、デポジットにクラックを生じさせることが可能な温度の下限値に対応するもので、換言すれば、噴射孔５６に付着したデポジットが機関停止後に乾燥デポジットとなる温度の下限値に対応している。この温度は実験等により予め求められ、ＥＣＵ４０に記憶されている。機関温度がクラック生成可能温度Ｔc以上となった場合には、噴射孔近傍の温度が十分に高くなっているので、その時点で運転が停止されたとしても、デポジットは乾燥状態となる。従って、この場合には、キャビテーション生成制御を続行しなくても、機関停止後のクラック生成制御によりデポジットにクラックを生じさせることができるので、キャビテーション生成制御を停止する。これにより、キャビテーション生成制御を必要な場合に限って実施することができ、噴射孔可変装置６０の消費電力を節約することができる。

一方、図１３中に示す運転パターンＢのように、機関温度がクラック生成可能温度Ｔcに達する前に内燃機関が停止された場合には、その時点でキャビテーション生成制御も終了される。また、内燃機関が再始動されたときには、上述したように始動直後からキャビテーション生成制御が開始される。

次に、クラック生成制御の実施条件について説明する。クラック生成制御は、前述の運転パターンＡに示すように、機関温度がクラック生成可能温度Ｔc以上となった状態で内燃機関が停止されたときに実施される。そして、機関温度がクラック生成可能温度Ｔcよりも低くなった時点で終了される。この実施条件は、機関停止前の運転状態等に関係なく、機関停止以降の温度状態にのみ依存している。従って、デポジットにクラックを生じさせることが可能な温度状態の場合に限って、クラック生成制御を実施することができる。

なお、上述したクラック生成可能温度Ｔcは、請求項３，４に記載された「所定温度」に対応するものである。また、上記構成では、クラック生成可能温度Ｔcと比較する機関温度として水温Ｔwを用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、機関温度として、前述した噴射孔の温度Ｔfを用いる構成としてもよい。この温度Ｔfを機関温度として用いた場合には、デポジットにクラックを生じさせることが可能な温度状態であるか否かを、より高い精度で判定することができる。また、本発明では、機関温度として、内燃機関の温度状態が反映される他の温度を用いてもよい。即ち、例えばシリンダブロックや潤滑油等の温度を機関温度として検出し、これらの機関温度とクラック生成可能温度Ｔcとの大小関係に基いて前記各制御を実施する構成としてもよい。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図１４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。図１４に示すルーチンでは、まず、内燃機関が始動された直後からキャビテーション生成制御を実施する（ステップ１００）。そして、キャビテーション生成制御を継続しつつ、水温Ｔwがクラック生成可能温度Ｔc以上に上昇したか否かを判定する（ステップ１０２）。この判定が不成立の場合には、内燃機関が停止されたか否かを判定し（ステップ１０４）、停止されるまでステップ１００〜１０４の処理を繰返し実行する。このループ処理により、キャビテーション生成制御は、水温Ｔwがクラック生成可能温度Ｔc以上となるか、または内燃機関が停止されるまで継続される。

また、上記ループ処理中に内燃機関の温度が上昇し、ステップ１０２の判定が成立した場合には、キャビテーション生成制御を終了し、通常の運転制御（キャビテーション生成制御及びクラック生成制御を停止した状態の制御）を実施する（ステップ１０６）。そして、内燃機関が停止されたか否かを判定し、停止されるまで通常の運転制御を継続する（ステップ１０８）。

次に、通常の運転制御中に内燃機関が停止され、ステップ１０８の判定が成立した場合には、イグニッションスイッチ（ＩＧＮ−ＳＷ）等の電源をＯＦＦする前に、まず、噴射孔５６の温度Ｔfを推定する（ステップ１１０）。そして、この温度Ｔfに基いてクラック生成制御の継続時間ｔ0を算出し（ステップ１１２）、算出した継続時間ｔ0にわたってクラック生成制御を実施する（ステップ１１４）。また、クラック生成制御を開始してから継続時間ｔ0が経過した場合には、制御系統の電源をＯＦＦし、制御を終了する（ステップ１１６）。なお、ステップ１０２の判定が成立してからステップ１１６に至るまでの制御は、前述した運転パターンＡ（図１３参照）に対応している。

一方、前記ループ処理中にステップ１０２の判定が成立することなく、ステップ１０４の判定が成立した場合には、運転パターンＢに該当する。従って、この場合には、クラック生成制御を実施することなく、ステップ１１６で制御系統の電源をＯＦＦする。このように、運転状態に応じてキャビテーション生成制御及びクラック生成制御を適切なタイミングで実施することができる。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、キャビテーション生成制御により乾燥デポジットだけでなく、湿潤デポジットの剥離も促進することができ、デポジットが噴射孔に堆積するのを確実に抑制することができる。しかも、本実施の形態では、磁歪性物質からなるコーティング層５８を備えた燃料噴射弁５０と、噴射孔可変装置６０とを用いることにより、キャビテーション生成制御を所望のタイミングで実施することができる。従って、デポジットを除去するための処理を、噴射孔５６の温度環境等に依存した受動的な動作ではなく、能動的な制御により計画的に行うことができる。

また、キャビテーション生成制御は、乾燥デポジットが生じ得るクラック生成可能温度Ｔcよりも低い温度状態（即ち、湿潤デポジットしか生じない低い温度状態）で内燃機関が停止された場合でも、機関運転中のキャビテーションにより湿潤デポジットを剥離させておくことができる。従って、内燃機関を暖機完了前の低温状態で停止させるような運転が繰返された場合でも、デポジットの堆積を抑制することができる。また、機関温度がクラック生成可能温度Ｔc以上となった場合には、クラック生成制御により離し易い乾燥デポジットが生成されるので、噴射孔可変装置６０を停止して消費電力を節約することができる。

さらに、本実施の形態では、乾燥デポジットが生じ得る高い温度状態で内燃機関が停止されたときに、クラック生成制御を実施することができる。これにより、乾燥デポジットにクラックを生じさせることができ、特に乾燥デポジットを効率よく剥離させることができる。また、クラックが生じ難い湿潤デポジットしか生成されないような低温状態では、噴射孔可変装置６０を停止して無駄な消費電力を節約することができる。このように、本実施の形態では、キャビテーション生成制御により主として湿潤デポジットを除去しつつ、クラック生成制御により乾燥デポジットを除去することができる。従って、これら２つの制御の相乗効果により、各種の運転状態においてデポジットの堆積を確実に阻止することができる。

なお、実施の形態１では、図１４中のステップ１００がキャビテーション制御手段の具体例を示し、ステップ１１４がクラック生成制御手段の具体例を示している。また、ステップ１１０は噴射孔温度取得手段の具体例を示し、ステップ１１２は制御時間可変手段の具体例を示している。

また、実施の形態では、ディーゼルエンジンからなる内燃機関１０において、燃料噴射弁５０により燃焼室１６内に直接燃料を噴射する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばガソリンエンジンに適用してもよく、さらには重油、アルコール燃料等を用いる各種の内燃機関に適用してもよい。また、本発明は、筒内噴射式の燃料噴射弁５０に限定されるものではなく、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁にも適用することができる。

１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ ピストン
１６ 燃焼室
１８ クランク軸
２０ 吸気通路
２２ 排気通路
２４ エアフローメータ
２６ スロットルバルブ
２８ スロットルモータ
３０ 吸気バルブ
３２ 排気バルブ
３４ クランク角センサ
３６ 水温センサ
３８ 排気温度センサ
４０ ＥＣＵ
５０ 燃料噴射弁
５２ ニードル
５４ ノズルチップ
５６ 噴射孔
５８，５８′ コーティング層（周壁部）
６０ 噴射孔可変装置（磁界発生手段）
６２ 電源装置
６４ 磁界発生部
６６ 通電切換部

Claims (6)

1. 燃料を噴射する噴射孔を有し、前記噴射孔を取囲む筒状の周壁部が磁界により変形する磁歪性物質を用いて形成された燃料噴射弁と、
   前記噴射孔の長さ方向に延在する前記周壁部のうち長さ方向の一部だけに磁界を作用させることが可能な磁界発生手段と、
   前記噴射孔内の燃料中にキャビテーションを生成するために、前記磁界発生手段により前記周壁部の一部だけに磁界を作用させて前記噴射孔の孔径を部分的に変化させるキャビテーション生成制御を実施するキャビテーション制御手段と、を備え、
   前記キャビテーション制御手段は、内燃機関の始動直後に前記キャビテーション生成制御を実施する構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記キャビテーション制御手段は、前記キャビテーション生成制御の実施中に前記周壁部のうち磁界が作用する部位を時間的に変化させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記キャビテーション制御手段は、内燃機関が始動してから機関温度が所定温度に達するまでの期間中に前記キャビテーション生成制御を続行し、この期間の経過後は前記キャビテーション生成制御を停止する構成とし、かつ前記噴射孔に付着したデポジットが内燃機関の停止後に乾燥デポジットとなる温度を前記所定温度として設定する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 機関温度が前記所定温度以上となった状態で内燃機関が停止されたときに、前記磁界発生手段により前記周壁部に磁界を断続的に作用させ、前記噴射孔に付着したデポジットにクラックを生じさせるクラック生成制御手段を備えてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記噴射孔の温度を取得する噴射孔温度取得手段と、
   内燃機関が停止された時点における前記噴射孔の温度が高いほど、前記クラック生成制御手段により前記周壁部に磁界を断続的に作用させる動作の継続時間を長くする制御時間可変手段と、
   を備えてなる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記磁界発生手段は、
   前記噴射孔の長さ方向に沿って列設され、前記周壁部の長さ方向のそれぞれ異なる部位に近接して配置された複数の磁界発生部と、
   前記複数の磁界発生部のうち通電することにより磁界を発生させる磁界発生部を切換えることが可能な通電切換部と、を備え、
   前記キャビテーション制御手段は、前記通電切換部により通電対象となる磁界発生部を選択する構成としてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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