JP5541534B2 - 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関し、詳しくは、吸気バルブ上流側の吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、直噴エンジンにおいて、吸気バルブに堆積したデポジットを洗浄すべきときに、直噴の燃料噴射弁からポート噴射の燃料噴射弁に切換え、ポート噴射の燃料噴射弁が噴射した燃料を、吸気バルブに堆積したデポジットに浸透させ、デポジットの付着力を弱めることで、デポジットを洗浄除去するようにした、デポジット洗浄装置が開示されている。
また、特許文献２には、噴孔から噴射される燃料にスワールを付与して、燃料噴霧の微粒化を促進する燃料噴射弁が開示されている。

特開２００７−２４７４２５号公報 特開２００３−３３６５６２号公報

前述のように、吸気バルブに堆積したデポジット（ガム質成分）は、燃料を付着させることで洗浄除去が可能である。
一方、吸気バルブ上流側の吸気通路内に燃料を噴射させるポート噴射エンジンにおいては、高い燃焼性を実現するために、例えば特許文献２に開示されるような燃料噴射弁を用いて燃料噴霧の微粒化を促進することが求められる。

しかし、燃料噴霧の微粒化を促進させると、吸気バルブに対する燃料の付着量が減少し、デポジットの洗浄除去能力が低下する。
このため、ポート噴射エンジンでは、微粒化を促進させることで高い燃焼性を実現しようとすると、吸気バルブにデポジットが徐々に堆積するという問題があった。

そこで、本願発明は、吸気バルブ上流側の吸気通路内に燃料を噴射させる内燃機関において、微粒化の促進による高い燃焼性を得ながら、吸気バルブに対するデポジットの堆積を抑制できる制御装置を提供することを目的とする。

そのため、本願発明では、前記吸気通路内に吹き返すガスの量及び温度に基づいて吸気バルブのデポジット堆積量を推定し、デポジット堆積量の推定値の増大変化に対して、吸気バルブに付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高めるようにした。

本願発明によると、デポジットの洗浄除去が要求されないときには高い燃焼性を確保しつつ、吸気バルブに堆積したデポジットが増大して、デポジットの洗浄除去が要求されるようになると、吸気バルブに付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高めてデポジットを洗浄除去するので、吸気バルブに対するデポジットの堆積を抑制できる。

本願発明の実施形態における内燃機関のシステム図である。 本願発明の実施形態におけるデポジットの洗浄処理を示すフローチャートである。 本願発明の実施形態におけるデポジットの堆積量の推定処理を示すフローチャートである。 本願発明の実施形態におけるデポジットの洗浄除去のために燃料噴射弁を切り替える構成を示す図である。 本願発明の実施形態におけるデポジットの洗浄除去のために燃料を切り替える構成を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置のシステム構成図である。
図１において、車両用の内燃機関（エンジン）１は、吸気通路（吸気ポート）２に燃料噴射弁３を備え、この燃料噴射弁３は、吸気通路（吸気ポート）２内に燃料を噴射する。
燃料噴射弁３は、吸気バルブ４の傘部を指向して燃料を噴射する。

燃料噴射弁３が噴射した燃料は、吸気行程で吸気バルブ４が開くと、空気と共に燃焼室５内に吸引され、点火プラグ６による火花点火によって着火燃焼する。燃焼室５内の燃焼ガスは、排気行程で排気バルブ７が開くと、排気通路８に排出される。
吸気バルブ４の開特性は可変動弁機構２２によって可変とされる。
吸気通路２の燃料噴射弁３が配設される部分よりも上流側には、スロットルモータ９で開閉される電子制御スロットル１０を設けてあり、この電子制御スロットル１０の開度によって内燃機関１の吸入空気量が調整される。

また、燃料タンク１１内の燃料を燃料ポンプ１２によって燃料噴射弁３（内燃機関１）に圧送する燃料供給装置１３が設けられている。
燃料供給装置１３は、燃料タンク１１、燃料ポンプ１２、燃料ギャラリー配管１４、燃料供給配管１５を含んで構成される。

燃料ポンプ１２は、モータでポンプインペラを回転駆動する電動式ポンプであり、燃料タンク１１内に配置される。
燃料ポンプ１２の吐出口には燃料供給配管１５の一端が接続され、燃料供給配管１５の他端は燃料ギャラリー配管１４に接続され、更に、燃料ギャラリー配管１４に対し、気筒毎に設けた燃料噴射弁３の燃料供給口が接続される。

尚、燃料供給配管１５内の燃料圧力が既定の最低圧を超えるときに開弁して、燃料供給配管１５内の燃料を、オリフィスを介して燃料タンク１１内に戻すプレッシャレギュレータや、このプレッシャレギュレータから戻される燃料の流れを利用して燃料を移送させるジェットポンプなどを備えてもよい。

燃料噴射弁３による燃料噴射、点火プラグ６による点火動作、電子制御スロットル１０の開度、可変動弁機構２２による開特性の変更などを制御する制御ユニットとして、マイクロコンピュータを備えるＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）３１を設けてある。
また、前記燃料ポンプ１２を駆動制御する制御ユニットとして、マイクロコンピュータを備えるＦＰＣＭ（フューエル・ポンプ・コントロール・モジュール）３０を設けてある。

ＥＣＭ３１とＦＰＣＭ３０とは相互に通信可能に構成され、ＥＣＭ３１からＦＰＣＭ３０に向けては、燃料ポンプ１２の駆動デューティ（印加電圧）の指示信号などが送信される。
尚、本願における駆動デューティ（％）とは、１周期におけるオン時間割合であり、駆動デューティが大きいほど燃料ポンプ１２の印加電圧が高くなって、燃料ポンプ１２の回転速度が高くなるため、駆動デューティを変化させることで、燃料ポンプ１２の吐出量を変化させ、燃料噴射弁３に供給される燃料圧力（燃料配管内の燃料圧力）を制御するように構成されている。
また、ＥＣＭ３１としての機能とＦＰＣＭ３０としての機能とを兼ね備える１つの制御ユニットを備えることができる。

ＥＣＭ３１には、燃料ギャラリー配管１６内の実燃圧ＦＵＰＲを検出する燃料圧力センサ３３、図外のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ３４、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローセンサ３５、内燃機関１の回転速度ＮＥを検出する回転センサ３６、内燃機関１の冷却水温度ＴＷ（機関温度）を検出する水温センサ３７、排気中の酸素濃度に応じて内燃機関１の空燃比の理論空燃比（目標空燃比）に対するリッチ・リーンＲＬを検出する酸素センサ３８などからの検出信号が入力される。
尚、前記酸素センサ３８に代えて、空燃比に応じた出力を発生する空燃比センサを備えてもよい。

ＥＣＭ３１は、吸入空気流量ＱＡと機関回転速度ＮＥとに基づいて基本噴射パルス幅ＴＰを演算し、基本噴射パルス幅ＴＰをそのときの実燃圧ＦＵＰＲに応じて補正する一方、酸素センサ３８の出力に基づいて実際の空燃比を目標空燃比に近づけるための空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを演算し、実燃圧ＦＵＰＲに応じて補正した基本噴射パルス幅ＴＰを、更に空燃比フィードバック補正係数LAMBDAなどで補正して、最終的な噴射パルス幅ＴＩを演算する。
そして、各気筒の噴射タイミングになると、対応する燃料噴射弁３に対して噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を出力し、燃料噴射弁３による燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。

また、ＥＣＭ３１は、内燃機関１の負荷を示す基本噴射パルス幅ＴＰや機関回転速度ＮＥなどに基づいて点火時期（点火進角値）を演算し、該点火時期において点火プラグ６による火花放電を行わせるべく、図外の点火コイルへの通電を制御する。
また、ＥＣＭ３１は、アクセル開度ＡＣＣなどから電子制御スロットル１０の目標開度を演算し、実開度が目標開度に近づくようにスロットルモータ９を駆動制御する。

更に、ＥＣＭ３１は、機関運転条件（例えば、機関負荷、機関回転速度、機関温度など）に基づいて目標燃圧ＴＧＦＵＰＲを演算し、燃料圧力センサ３３が検出した実燃圧ＦＵＰＲが目標燃圧ＴＧＦＵＰＲに近づくように、例えば、実燃圧ＦＵＰＲと目標燃圧ＴＧＦＵＰＲとの偏差に基づく比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）によって、燃料ポンプ１２の駆動デューティ（操作量）を算出する。
そして、ＥＣＭ３１は、算出した駆動デューティを指示する信号を、ＦＰＣＭ３０に出力し、ＦＰＣＭ３０は、指示された駆動デューティで燃料ポンプ１２への通電のオン／オフを制御する。

ところで、上記内燃機関１においては、吸気バルブ４周辺に残留する燃料成分に含まれるデポジット（ガム質成分）が、吸気バルブ４の傘部などに付着すると、吸気ポートの温度低下によって凝固し、徐々に堆積してしまうことがある。
ここで、燃料噴射弁３から噴射された燃料の多くが吸気バルブ４に付着すると、付着燃料がデポジットに浸透してデポジットの付着力を弱め、デポジットを洗浄除去することが可能であるが、高い燃焼性や良好な排気性状を得るためには燃料噴霧の微粒化を促進させることが求められ、微粒化を促進させると、吸気バルブ４への燃料の付着量が減って、デポジットが堆積してしまう。

そこで、本実施形態では、微粒化の促進によって高い燃焼性や良好な排気性状が得られる燃料噴射弁３を用いつつ、吸気バルブ４に対するデポジットの堆積を抑制するために、ＥＣＭ３１は、吸気バルブ４に堆積したデポジットの堆積量を推定する機能と共に、推定した堆積量に基づいてデポジットを洗浄除去する制御機能とを備えている。

以下では、上記のＥＣＭ３１によるデポジット洗浄制御を、図２のフローチャートに従って説明する。尚、図２のフローチャートに示すルーチンは、ＥＣＭ３１によって一定時間毎に実行される。
まず、ステップＳ１００（堆積量推定手段）では、吸気バルブ４に対するデポジットの堆積量ＶＤＥＰＯを、機関運転状態（例えば、機関負荷、機関回転速度など）に基づいて推定する。
尚、ステップＳ１００で推定するデポジットの堆積量ＶＤＥＰＯは、堆積の程度や堆積の進行度合いを示すデータとすることができる。

次のステップＳ２００では、ステップＳ１００で推定したデポジット堆積量ＶＤＥＰＯと、第１閾値ＳＬ１とを比較する。
前記第１閾値ＳＬ１は、デポジットの堆積量ＶＤＥＰＯの許容最大量であり、堆積量ＶＤＥＰＯが第１閾値ＳＬ１以下であれば、堆積したデポジットをそのまま放置しても、内燃機関１における吸気動作などに影響を与えることがないと判断できるレベルに設定してある。

従って、ステップＳ２００でデポジット堆積量ＶＤＥＰＯが第１閾値ＳＬ１以下であると判断した場合には、吸気バルブ４に堆積したデポジットを洗浄除去する処理は不要であり、ステップＳ３００へ進んで、通常モードを選択する。
通常モードとは、後述するデポジットの洗浄除去を行う洗浄モードをキャンセルし、積極的な洗浄処理を行わない状態であり、デポジットの洗浄除去よりも、内燃機関１における燃焼性、燃費、排気性状、出力などを優先させて、燃料噴射弁３による燃料噴射などを行わせるモードである。

一方、ステップＳ２００でデポジット堆積量ＶＤＥＰＯが第１閾値ＳＬ１を超えていると判断した場合には、ステップＳ４００へ進み、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯが第２閾値ＳＬ２以上であるか否かを判断する。
前記第２閾値ＳＬ２は、第１閾値ＳＬ１よりも大きな値であって（ＳＬ２＞ＳＬ１）、洗浄除去が必要なデポジット堆積量ＶＤＥＰＯの最小値であり、この第２閾値ＳＬ１以上にまでデポジットが吸気バルブ４に堆積した場合には、堆積したデポジットによって開口面積が絞られるなどの影響が出る可能性があって、デポジットの洗浄除去処理が必要であると判断できるレベルに設定してある。

ここで、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯが第１閾値ＳＬ１を超えているものの、第２閾値ＳＬ２未満である場合には、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯとして洗浄除去が必要なレベルに迫っているものの、直ちに洗浄除去を行う必要はないと判断し、ステップＳ５００の洗浄モードを迂回することで、通常モードを継続させる。
一方、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯが第２閾値ＳＬ２以上になると、デポジットの洗浄除去を必要とするほどにデポジット堆積量ＶＤＥＰＯが増加していると判断し、ステップＳ５００（洗浄能力制御手段）へ進んで、吸気バルブ４に対する燃料の付着量を通常モード時よりも増大させるなどしてデポジットの洗浄除去を図る洗浄モードに切り替える。洗浄モードの詳細については、後で説明する。

尚、ステップＳ２００でデポジット堆積量ＶＤＥＰＯが第１閾値ＳＬ１を超えていると判断された時点で直ちに、通常モードから洗浄モードに切り替えることができる。
ステップＳ５００の洗浄モードは、予め設定されたデポジットの洗浄除去に要する洗浄期間（洗浄時間）が経過するまで継続され、前記洗浄期間（洗浄時間）が経過した時点で、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯを零（初期値）にリセットし、通常モードに戻すようになっている。

また、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯを、例えば洗浄モードの継続時間に応じて逐次減算させ、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯが第１閾値ＳＬ１以下にまで低下したときに、洗浄モードから通常モードに戻すことができる。
また、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯの推定においては、例えば、吸気バルブ４への燃料の付着量が多くなる運転条件で、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯを減算させたり、又は、デポジット堆積量ＶＤＥＰＯの増大更新を強制的に停止させたりすることができる。
また、ステップＳ５００へ進んで洗浄モードに移行させた場合には、例えば車両の運転席付近に設置した警告ランプ３９を点灯させるなどして、吸気バルブ４に堆積したデポジットの洗浄除去処理中であることを、運転者に警告することができる。

ここで、ステップＳ１００におけるデポジット堆積量ＶＤＥＰＯの推定処理を、図３のフローチャートに従って詳細に説明する。
ステップＳ１０１では、内燃機関１の負荷、機関回転速度ＮＥ、及び、吸気バルブ４のバルブタイミングに基づいて、吸気バルブ４を介して吸気通路２に吹き返すガス量ＧＡＳＶを算出（推定）する。
ここで、内燃機関１の負荷は、例えば、基本噴射パルス幅ＴＰで代表させることができる。

機関負荷ＴＰ及び機関回転速度ＮＥに対しては、図３中に示すように、中負荷中回転域にガス量ＧＡＳＶが最も多くなる領域が存在し、係る最大ガス量域から離れるほど吹き返しガス量ＧＡＳＶは減る傾向を示す。また、可変動弁機構２２が吸気バルブ４のバルブタイミングを進遅角変化させる場合、吸気バルブ４のバルブタイミングが進角するほど、吹き返しガス量ＧＡＳＶは増える傾向となる。
尚、吸気バルブ４のバルブタイミングが固定である場合には、機関負荷ＴＰ及び機関回転速度ＮＥに基づき、吹き返しガス量ＧＡＳＶを算出すればよい。

次のステップＳ１０２では、吹き返しガス温度ＧＡＳＴを、内燃機関１の負荷、機関回転速度ＮＥ、及び、吸気バルブ４のバルブタイミングに基づいて算出（推定）する。
機関負荷ＴＰ及び機関回転速度ＮＥに対しては、図３中に示すように、中負荷中回転域にガス温度ＧＡＳＴが最も高くなる領域が存在し、係る最大温度域から離れるほどガス温度ＧＡＳＴは低下する傾向を示す。また、可変動弁機構２２が吸気バルブ４のバルブタイミングを進遅角変化させる場合、吸気バルブ４のバルブタイミングが進角するほど、ガス温度ＧＡＳＴはより高くなる傾向となる。
尚、吸気バルブ４のバルブタイミングが固定である場合には、機関負荷ＴＰ及び機関回転速度ＮＥに基づき、吹き返しガス温度ＧＡＳＴを算出すればよい。

ステップＳ１０３では、吹き返しガス量ＧＡＳＶが閾値ＤＥＰＯＺ１以上で、かつ、吹き返しガス温度ＧＡＳＴが閾値ＤＥＰＯＺ２以上である、吸気バルブ４へのデポジットの付着条件が成立しているか否かを判断する。
即ち、吸気バルブ４へのデポジットの付着は、燃料を含むガスの吸気通路２への吹き返し量が多くなると発生するが、吹き返しガス量ＧＡＳＶが多くても、その温度が低いと発生しないので、吸気バルブ４へのデポジット付着が発生する吹き返しガス量ＧＡＳＶの最小量及び吹き返しガス温度ＧＡＳＴの最低温度を求めておき、これらに基づいて閾値ＤＥＰＯＺ１，ＤＥＰＯＺ２を設定しておき、ＧＡＳＶ≧ＤＥＰＯＺ１かつＧＡＳＴ≧ＤＥＰＯＺ２であれば、吸気バルブ４にデポジットが付着すると推定できるようにしてある。

ステップＳ１０３で、ＧＡＳＶ≧ＤＥＰＯＺ１かつＧＡＳＴ≧ＤＥＰＯＺ２であって、吸気バルブ４へのデポジットの付着条件が成立していると判断すると、ステップＳ１０４へ進み、デポジット付着条件の成立の有無を示すフラグＦＤＥＰＯに対し、デポジット付着条件の成立を示す１をセットする。
一方、ステップＳ１０３で、ＧＡＳＶ≧ＤＥＰＯＺ１かつＧＡＳＴ≧ＤＥＰＯＺ２ではないと判断した場合、即ち、ＧＡＳＶ＜ＤＥＰＯＺ１及び／又はＧＡＳＴ＜ＤＥＰＯＺ２である場合には、ステップＳ１０５へ進み、前記フラグＦＤＥＰＯに１がセットされているか否かを判断する。

フラグＦＤＥＰＯに零がセットされている場合には、吸気バルブ４に対するデポジットの堆積が進行する条件ではないので、そのまま本ルーチンを終了させる。
一方、フラグＦＤＥＰＯに１がセットされている場合には、デポジットが吸気バルブ４に付着した履歴があることを示し、その後温度低下して付着したデポジットが凝固すると、吸気バルブ４にデポジットが堆積することになる。

そこで、ステップＳ１０５で、前記フラグＦＤＥＰＯに１がセットされていると判断すると、ステップＳ１０６へ進み、吹き返しガス温度ＧＡＳＴが、閾値ＤＥＰＯＺ３以下になっているか否かを判断する。即ち、ＧＡＳＶ≧ＤＥＰＯＺ１かつＧＡＳＴ≧ＤＥＰＯＺ２を経験した後に、吹き返しガス温度ＧＡＳＴが閾値ＤＥＰＯＺ３以下にまで低下したか否かを判断する。
前記閾値ＤＥＰＯＺ３は、閾値ＤＥＰＯＺ２よりも低い温度であって、デポジットが凝固を開始する温度付近に設定してある。

吹き返しガス温度ＧＡＳＴが閾値ＤＥＰＯＺ３よりも高い場合には、たとえデポジットが吸気バルブ４に付着していても、凝固せず堆積することにならないので、そのまま本ルーチンを終了させる。
一方、吹き返しガス温度ＧＡＳＴが閾値ＤＥＰＯＺ３以下であれば、吸気バルブ４に付着したデポジットが凝固して堆積することになるので、ステップＳ１０７へ進み、デポジット堆積量ＤＥＰＯを１ステップだけ前回値から増大変更する。

即ち、吹き返しガス量が多くなってかつそのときの温度が高かった場合には、吸気バルブ４に対してデポジットが付着したものと推定し、その後、付着したデポジットの凝固を推定できる温度にまで低下すると、デポジットの堆積が１段階進んだものとして、デポジット堆積量ＤＥＰＯを増大更新させる。
尚、吸気バルブ４に対するデポジット堆積量の推定手段を、上記の手段に限定するものではない。
例えば、簡易には、内燃機関１の運転中に一定時間が経過する毎や、内燃機関１の吸入空気量の積算値が既定値に達する毎や、内燃機関１が特定運転領域での運転を経験する毎などに、デポジットの堆積が進んだものと推定してデポジット堆積量ＤＥＰＯを更新させることができ、内燃機関１の運転中に一定時間毎にデポジット堆積量ＤＥＰＯを更新させる場合は、結果的に、一定運転時間毎に洗浄モードに切り替えることになる。

次に、図２のフローチャートにおけるステップＳ５００の洗浄モードを詳述する。
洗浄モードは、通常モードのときよりも吸気バルブ４に対する燃料付着量を増大させるモードである。燃料噴射弁３から噴射された燃料が吸気バルブ４に付着し、吸気バルブ４に堆積しているデポジットに浸透すると、デポジットの付着力が弱まり、デポジットを洗浄除去することができるから、吸気バルブ４に対する燃料付着量を増大させることは、デポジットの洗浄能力を高めることになる。

通常モードにおいて、デポジットの洗浄除去を十分に行える程度に、燃料が吸気バルブ４に付着するように設定すると、燃焼性や排気性状を低下させることになってしまうので、通常モードでは、デポジットの洗浄除去よりも燃焼性や排気性状などを優先させて、吸気バルブ４への燃料の付着量を低く抑制するようにしてある。
一方、洗浄モードは、燃焼性や排気性状よりも、デポジットの洗浄除去を優先させるべく、通常モードよりも吸気バルブ４への燃料の付着量を多くして、吸気バルブ４に付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高めるようにする。

吸気バルブ４に付着する燃料量を多くする手段としては、例えば以下の手段を用いることができる。
（１）燃料噴射弁３による噴射タイミングの変更
（２）燃料噴射弁３に対する燃料供給圧の増大変更
（３）燃料噴射弁の切り替え

（１）の「燃料噴射弁３による噴射タイミングの変更」は、噴射タイミングを通常モードのときよりも遅角又は進角させることで、吸気バルブ４に対する燃料の付着量を増やす処理である。
ここで、燃料噴射弁３の噴霧粒子の大きさ、換言すれば、燃料噴霧の貫徹力に応じて、付着量を増やすための噴射タイミングの変更方向が異なる。
例えば、燃料噴射弁３の燃料噴霧が、粒子が大きく貫徹力が強い燃料噴霧の場合には、噴射タイミングを早め、吸気通路２内に吸気の流れが発生していない排気行程中（吸気バルブ４が閉じている期間）に多くの燃料を噴射させるようにする。このようにすれば、燃料噴射弁３の噴霧は吸気バルブ４の傘部を指向するように設定されているから、燃料噴霧はそのまま吸気バルブ４の傘部に向かい、吸気バルブ４の傘部に燃料が衝突して多くの燃料を吸気バルブ４に付着させることができる。

一方、例えば排気行程中に燃料を噴射しても、燃料噴射弁３の燃料噴霧の粒子が小さく貫徹力が弱いために、吸気バルブ４の上流側の吸気通路２内に噴霧が漂って、吸気バルブ４に燃料が付着しないような場合には、噴射タイミングを遅らせ、吸気行程中（吸気バルブ４が開いている期間）に多くの燃料を噴射させるようにする。このようにすれば、貫徹力の弱い燃料噴霧が吸気の流れに導かれることで、吸気バルブ４の傘部に多くの燃料を付着させることができる。
即ち、吸気行程において発生する吸気の流れは、吸気バルブ４の傘部に向けて流れ、係る流れに導かれて燃料噴霧が吸気バルブ４に向けて流れ、吸気は吸気バルブ４の傘部付近で径方向外側に方向を変えてシリンダ内に吸引されることになるが、噴霧粒子は急激には方向が変わらないため、吸気バルブ４の傘部に衝突して付着することになる。

貫徹力の弱い燃料噴霧での噴射を排気行程中に行わせると、吸気バルブ４の上流側に燃料噴霧が漂い、吸気バルブ４近傍に漂っている燃料噴霧は、吸気バルブ４が開くと、そのままシリンダ内に吸引されて吸気バルブ４に付着しないので、吸気の流れの中に燃料を噴射させることで、吸気バルブ４に向かう運動エネルギーを与えて、吸気バルブ４への付着を図るものである。
このように、排気行程中に燃料噴射を行わせた場合に、吸気バルブ４に燃料が衝突するような強い貫徹力を有する燃料噴射弁３を備える場合には、洗浄モードでは、通常モードのときよりも、噴射タイミングを早めて（進角して）排気行程でより多くの燃料を噴射させるようにすれば、通常モードよりも吸気バルブ４への燃料の付着量を多くして、吸気バルブ４に付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高めることができる。

一方、排気行程中に燃料噴射を行わせた場合に、吸気バルブ４に燃料が衝突しないような貫徹力の弱い燃料噴射弁３を備える場合には、洗浄モードでは、通常モードのときよりも、噴射タイミングを遅らせて（遅角させて）吸気行程でより多くの燃料を噴射させるようにすれば、通常モードよりも吸気バルブ４への燃料の付着量を多くして、吸気バルブ４に付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高めることができる。
従って、内燃機関１が備える燃料噴射弁３における燃料噴霧の貫徹力によって、洗浄モードに移行したときの噴射タイミングの変更方向が予め決まる。また、噴射タイミングを通常モードのときに比べて進角又は遅角させるときの進角量又は遅角量は、吸気バルブ４に対する燃料付着量の変化と燃焼性とを考慮し、燃焼安定性が限界を超えて低下しない範囲で最も付着量が多くなるタイミングを予め設定しておく。

また、（２）の「燃料噴射弁３に対する燃料供給圧の増大変更」は、燃料噴射弁３に対する燃料供給圧を、通常モードのときに比べてより高くすることで、燃料噴霧の貫徹力を高め、吸気バルブ４に対する燃料の付着量を増やすものである。
燃料供給圧の増大は、前述の目標燃圧ＴＧＦＵＰＲの増大補正や、洗浄モード用の目標燃圧ＴＧＦＵＰＲの設定などによって実現でき、通常モードに対する燃料供給圧の増圧代は、デポジットの洗浄能力を十分に高めることができる燃料付着量が得られる範囲内の低めの圧力として、予め実験等によって決定しておく。

即ち、燃料供給圧を過剰に高くすることは、燃料ポンプ１２の電力消費を増大させ、また、吸気バルブ４に対する燃料付着量が過剰に増えることで、燃焼性や排気性状を低下させることになってしまうので、デポジットの洗浄に十分な燃料付着量を得られ、かつ、燃焼性や排気性状の低下を抑制できるような燃料供給圧にまで昇圧させる。
ここで、噴射タイミングの変更と燃料供給圧の増大変更とを組み合わせ、燃料供給圧を通常モードに比べてより高くし、燃料噴霧の貫徹力を強めた上で、噴射タイミングを通常モードのときよりも早めて排気行程で燃料噴射を行わせることができる。

また、（３）の「燃料噴射弁の切り替え」は、燃料噴射弁３として、貫徹力の違いなどから吸気バルブ４に対する燃料付着量が異なる少なくとも２つの燃料噴射弁３ａ，３ｂを、図４に示すように、各気筒にそれぞれ備え、通常モードにおいては、２つの燃料噴射弁３ａ，３ｂのうち、吸気バルブ４に対する燃料付着量が相対的に少ない燃料噴射弁を用いて燃料噴射を行わせ、洗浄モードにおいては、２つの燃料噴射弁３ａ，３ｂのうち、吸気バルブ４に対する燃料付着量が相対的に多くなる燃料噴射弁を用いて燃料噴射を行わせる。

ここで、燃料噴射弁３の切り替えと、噴射タイミングの変更、燃料供給圧の増大変更の少なくとも一方とを組み合わせて実施させることができる。
また、燃料付着量が異なる２つの燃料噴射弁３ａ，３ｂは、噴孔径などが相互に異なることで、貫徹力（燃料付着量）が異なるようにした燃料噴射弁の組み合わせの他、燃料噴射弁としては同じものを用い、それぞれに供給する燃料圧力の違いによって、相互に貫徹力（燃料付着量）が異なるようにしたものであってもよい。

尚、図４に示した例では、燃料噴射弁３ａ，３ｂはそれぞれ２方向弁であって、吸気通路２の上下流方向に沿って２つの燃料噴射弁３ａ，３ｂを配置したが、係る配置に限定されるものでないことは明らかである。
また、吸気バルブ４への燃料の付着量を増やして、吸気バルブ４に付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高める方法を、上記の（１）〜（３）の手段に限定するものではない。例えば、燃料を微粒化させるアシストエアの供給機構を備えた燃料噴射弁３においては、通常モードではアシストエアを供給して燃料を微粒化する一方、洗浄モードではアシストエアの供給を停止させることで燃料噴霧の粒径を大きくし、以って、燃料噴霧の貫徹力を強め、吸気バルブ４に対する燃料の付着量を増やすことができる。

また、洗浄モードにおいて、吸気バルブ４への燃料の付着量を増やすと、内燃機関１からのＨＣの排出量が増える傾向となるので、内燃機関１からのＨＣ排出量を抑制するために、洗浄モードにおいて吸気バルブ４への燃料の付着量を増やす場合には、通常モードのときよりも点火時期を遅角させるとよい。
洗浄モードにおいて、吸気バルブ４に付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高める手段としては、上記のようにして吸気バルブ４に付着する燃料量を増やす手段の他、燃料噴射弁３から噴射させる燃料を、洗浄モードにおいては、通常モードのときよりもデポジットの洗浄能力がより高い燃料に切り換える手段を用いることができる。

具体的には、例えば、図５に示すように、燃料タンク１１を個別に２つを備えるようにし、一方の燃料タンク１１ａには、デポジットの洗浄効果を有する添加剤入りの燃料、即ち、デポジットの洗浄能力のより高い燃料を貯留させ、他方の燃料タンク１１ｂには、前記添加剤が入っていないか又は添加剤濃度が相対的に低い燃料を貯留し、燃料ポンプ１２が燃料を吸い上げる燃料タンクを、バルブ２１によって燃料タンク１１ａと燃料タンク１１ｂとのいずれか一方に切り替えるようにする。
そして、通常モードにおいては、燃料タンク１１ｂに貯留されている添加剤なしか又は添加剤濃度が低い燃料を燃料噴射弁３に圧送して噴射させ、洗浄モードにおいては、燃料タンク１１ａに貯留されている洗浄効果を有する添加剤入りの燃料（添加剤濃度が相対的に高い燃料）を燃料噴射弁３に圧送して噴射させるようにする。

前記添加剤としては、ポリエーテルアミン系（ＰＥＡ）やメタノール系などの一般的な添加剤を用いることができる。
洗浄モードにおいて、洗浄効果を有する添加剤入りの燃料を燃料噴射弁３から噴射させれば、吸気バルブ４に対する燃料付着量を増やさなくても、吸気バルブ４に付着した燃料に含まれる添加剤の洗浄力によって、吸気バルブ４に堆積したデポジットを洗浄除去することができる。
尚、燃料を貯留するタンクと、洗浄効果を有する添加剤を貯留するタンクとを備え、通常モードにおいては、燃料ポンプ１２が燃料を貯留するタンクから燃料を吸い上げ、洗浄モードにおいては、燃料ポンプ１２が燃料を貯留するタンクから燃料を吸い上げると共に、添加剤を貯留するタンクから添加剤を吸い上げ、燃料と添加剤とを混合して燃料噴射弁３に圧送するようにできる。

更に、燃料を貯留するタンクと、洗浄効果を有する添加剤を貯留するタンクとを備えると共に、かつ、燃料を燃料噴射弁３に向けて圧送するポンプと、添加剤を燃料噴射弁３に向けて圧送するポンプとの双方を備え、２つのポンプが圧送する燃料と添加剤とを混合させて燃料噴射弁３から噴射させることができる。
また、添加剤なしか又は添加剤濃度が相対的に低い燃料を噴射する燃料噴射弁３ａと共に、添加剤又は添加剤入りの燃料を噴射する燃料噴射弁３ｂを個別に備えるようにし、通常モードでは、燃料噴射弁３ａを用いて燃料を噴射させ、洗浄モードでは、燃料噴射弁３ｂ、又は、燃料噴射弁３ａと燃料噴射弁３ｂとの双方を用いて、添加剤を含む燃料を噴射させることができる。

また、洗浄モードにおいて、デポジットの洗浄効果を有する添加剤入りの燃料を燃料噴射弁３から噴射させると共に、添加剤入りの燃料の吸気バルブ４への付着量をバルブタイミングの変更や燃圧の増大などによって増やすようにすることができ、このようにすれば、より高い洗浄効果を発揮させることができる。

上記のように、デポジット堆積量の増大変化に対して通常モードから洗浄モードに切り替え、吸気バルブ４に付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を、付着量の増大及び／又は洗浄能力がより高い燃料への切り替えによって高める。
従って、デポジット堆積量が洗浄を必要とするほどに増えていない状態では、燃焼性、燃費性能、排気性状などに優れた燃料噴射を行わせることができる一方、デポジット堆積量が洗浄を必要とするほど増えた場合には、デポジットの洗浄除去を促進して、吸気バルブ４に対するデポジットの堆積を抑制することができる。

また、吸気バルブ４に対する燃料の付着量を増やすことで、吸気バルブ４に付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高める構成、特に、噴射タイミングの変更や燃料供給圧の変更によって吸気バルブ４に対する燃料の付着量を変更する構成であれば、内燃機関１を構成するデバイスを変更することなしに、デポジット堆積量に応じて吸気バルブ４への燃料付着量を制御できる。
また、燃料噴射弁３が噴射する燃料を、洗浄能力のより高い燃料（添加剤入りの燃料）に変更するようにすれば、デポジットの洗浄能力をより確実に増加させ、吸気バルブ４に堆積したデポジットの洗浄除去を促進させることができ、また、添加剤を洗浄が要求されるときに限って使用して、洗浄剤の無駄な消費を抑制できる。

ところで、洗浄モードに移行させる吸気バルブ４に対するデポジットの堆積が進んだ状態では、吸気バルブ４が開弁したときにシリンダヘッドとの間に発生する開口の面積がデポジットによって狭められ、シリンダ吸入空気量が減る場合がある。
そこで、吸気バルブ４の開弁特性を可変とする可変動弁機構２２を備える内燃機関１においては、図２のフローチャートのステップＳ４００で、堆積量ＶＤＥＰＯが第２閾値ＳＬ２以上であると判断し、ステップＳ５００へ進んだときに、洗浄モードへの切り替えと共に、或いは、洗浄モードへの切り替えに代えて、可変動弁機構２２によって吸気バルブ４の開特性を、シリンダ吸入空気量が増える方向に変更させることができる。

可変動弁機構２２が吸気バルブ４の最大バルブリフト量を連続的又は段階的に可変とする機構である場合、堆積量ＶＤＥＰＯが第２閾値ＳＬ２以上になると、通常モードであるときよりも、吸気バルブ４の最大バルブリフト量を増大させることで、デポジットの堆積によって吸気開口面積が狭められる分を補って、シリンダ吸入空気量を確保できるようにする。
また、可変動弁機構２２が、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を可変とすることで、吸気バルブ４の作動角の中心位相（バルブタイミング）を連続的又は段階的に可変とする機構である場合は、最大充填効率となる閉時期（例えば下死点付近）に実際の閉時期を近づける変更を行うことで、デポジットの堆積によって吸気開口面積が狭められる分を補って、シリンダ吸入空気量を確保できるようにする。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。

（イ）
前記内燃機関が、前記吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備え、
前記堆積量推定手段が、前記吸気通路内に吹き返すガスの量及び温度と前記可変動弁機構によって可変とされるバルブタイミングとに基づいてデポジット堆積量を推定する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、吸気通路内に吹き返すガスの量及び温度の他、可変動弁機構によって可変とされるバルブタイミングに基づいてデポジットの堆積量を推定するので、バルブタイミングによる吹き返しガス量や吹き返しガス温度の変化に対応して、デポジット堆積量を精度良く推定できる。

（ロ）
燃料噴射弁から噴射させる燃料を貯留する燃料タンクとして、デポジットの洗浄効果が相互に異なる２種類の燃料をそれぞれ貯留する２つの燃料タンクを備え、
前記洗浄能力制御手段は、前記２つの燃料タンクのいずれか一方をデポジット堆積量に応じて選択し、選択した燃料タンクに貯留されている燃料を前記燃料噴射弁に圧送して噴射させる、請求項１から３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、予めデポジット洗浄能力が異なる２種類の燃料を個別に貯留しておき、吸気バルブに堆積したデポジットの洗浄除去が必要であるか否かによって、これら２種類の燃料を使い分けるので、デポジット洗浄能力を有効に発揮させて、デポジットの堆積を抑制できる。

（ハ）
気筒毎に、燃料噴霧の貫徹力が相互に異なる２つの燃料噴射弁を備え、
前記洗浄能力制御手段は、前記２つの燃料噴射弁のいずれか一方をデポジット堆積量に応じて選択し、選択した燃料噴射弁によって燃料を噴射させる、請求項１から３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、貫徹力の違いによって吸気バルブに付着する燃料量が異なるようになるので、デポジット堆積量が増大し、デポジットの洗浄除去が必要になったときに、貫徹力がより高く、吸気バルブに対してより多くの燃料を付着させることになる燃料噴射弁を選択して燃料噴射を行わせる。
従って、洗浄除去が必要なほどにデポジット堆積が進行したときには、デポジットの洗浄除去を効果的に促進できる一方、洗浄除去が必要なほどにデポジット堆積が進行していない場合には、吸気バルブに対する燃料付着量が無用に多くなって燃焼性や排気性状が低下することを抑制できる。

（ニ）
前記洗浄能力制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴霧の貫徹力に応じて、デポジット堆積量の増大変化したときに前記燃料噴射弁の噴射タイミングを進角させるか遅角させるかを設定する、請求項１から３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、燃料噴射弁の燃料噴霧の貫徹力が異なると、吸気バルブへの燃料付着量を増大変化させることになる噴射タイミングの変化方向が異なる場合があるので、内燃機関に備えられた燃料噴射弁において、付着量を増大させることになる噴射タイミングの変化方向を予め特定しておき、デポジット堆積量の増大変化に対して、付着量が増加する方向に噴射タイミングを変更する。

（ホ）
前記燃料噴射弁に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記燃料噴射弁に圧送される燃料の圧力を検出するセンサと、前記センサの出力と目標燃圧とに基づいて前記燃料ポンプの操作量を算出する操作量算出手段と、を備え、
前記洗浄能力制御手段は、前記デポジット堆積量の推定値の増大変化したときに前記目標燃圧を増大変化させることで、前記燃料噴射弁に供給される燃料圧力を増加方向に変更する、請求項１から３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、実際の燃料圧力を目標に近づけるように燃料ポンプを制御する可変燃圧システムを備えた内燃機関においては、洗浄除去が必要なほどにデポジット堆積が進行したときに、目標燃圧を上げれば、これに追従して実際の燃料圧力が増大し、燃料圧力が増大することで、燃料噴霧の貫徹力が強くなって、吸気バルブへの燃料の付着量が増大する。

１…内燃機関、２…吸気通路、３…燃料噴射弁、４…吸気バルブ、１１…燃料タンク、１２…燃料ポンプ、１５…燃料ギャラリー配管、１６…燃料供給配管、２２…可変動弁機構、３０…ＦＣＭ（フューエル・コントロール・モジュール）、３１…ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）、３３…燃圧センサ

Claims (5)

1. 吸気バルブと、前記吸気バルブ上流側の吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気通路内に吹き返すガスの量及び温度に基づいて前記吸気バルブのデポジット堆積量を推定する堆積量推定手段と、
   前記デポジット堆積量の推定値の増大変化に対して、前記吸気バルブに付着する燃料によるデポジットの洗浄能力を高める洗浄能力制御手段と、
   を含む内燃機関の制御装置。
2. 前記堆積量推定手段が、前記吸気通路内に吹き返すガスの量及び温度を、前記内燃機関の負荷と機関回転速度と前記吸気バルブのバルブタイミングとに基づいて算出する、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記堆積量推定手段が、前記吹き返しガス量が第１閾値よりも多くかつ前記吹き返しガス温度が第２閾値よりも高い状態を経験した後、前記吹き返しガス温度が第３閾値（第３閾値＜第２閾値）を下回ったときにデポジット堆積量の進行を判断する、請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料噴射弁が、燃料を微粒化させるアシストエア供給機構を備え、
   前記洗浄能力制御手段が、前記アシストエア供給機構によるアシストエアの供給を停止させて前記吸気バルブの燃料付着量を増やすことでデポジットの洗浄能力を高める、請求項１から３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記洗浄能力制御手段が、前記吸気バルブの燃料付着量を増やすことでデポジットの洗浄能力を高め、デポジットの洗浄能力を高めるときに前記内燃機関の点火時期を遅角する、請求項１から４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。