JP5692134B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関に関する。

内燃機関に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１、２で開示されている。特許文献１ではＳＯ_３の量を調整することにより、排気に含まれるＳＯ_３の凝縮およびこれに伴う腐食を低減する内燃機関が開示されている。この内燃機関は具体的にはＥＧＲ（排気再循環）部によって循環される排気の流量を調節することにより、凝縮したＳＯ_３が噴射ノズルに付着するのを低減可能にしている。特許文献２ではノズルの噴孔内のキャビテーション率を計測する燃料噴出装置が開示されている。

特開２０１０−２５５４６２号公報 特開２０１０−１５９６５５号公報

内燃機関では燃焼で発生するＳＯｘやＮＯｘが筒内で水分に溶け込むことで強酸を形成する結果、出口部において燃料噴射弁の噴孔を腐食する事態が発生することがある。噴孔出口部が腐食によって拡大すると、例えば所望の燃料噴霧を形成できなくなる結果、燃焼が悪化する虞がある。そしてこれにより、排気や燃費が悪化する虞がある。

図１０は噴孔出口径とスモーク発生量との関係の一例を示す図である。図１０に示すように噴孔出口径はスモーク発生量との間には、噴射する燃料の圧力の違いによって程度の差はあるものの、噴孔の出口径が大きくなるほど、スモークの発生量が多くなるという相関関係があることがわかる。

これに対し、例えば特許文献１が開示する内燃機関のように腐食を低減すれば、その分噴孔出口部が腐食により拡大することを抑制できる。そしてこれにより、排気や燃費の悪化を抑制できる。ところが、腐食による噴孔出口部の拡大が認められる状況においては、仮に噴孔出口部の腐食による拡大を抑制した場合であっても、噴射する燃料中に生成されるキャビテーションの崩壊によって噴孔出口部が損壊されることで、噴孔出口部の拡大が助長される虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、腐食による噴孔出口部の拡大が認められる場合に、噴孔出口部の拡大が助長されることを好適に抑制可能な内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は噴射する燃料の圧力が変更可能であり、且つ筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の噴孔出口部の開口サイズを推定する推定部と、前記推定部が推定する噴孔出口部の開口サイズが所定値よりも大きい場合に、前記燃料噴射弁が噴射する燃料中に生成されるキャビテーションの崩壊位置が前記燃料噴射弁の噴孔出口部にならないように前記燃料噴射弁が噴射する燃料の圧力を設定する燃圧設定部と、を備える内燃機関である。

本発明によれば、腐食による噴孔出口部の拡大が認められる場合に、噴孔出口部の拡大が助長されることを好適に抑制できる。

内燃機関を示す図である 燃料噴射弁の概略構成図である。 燃料噴射弁の動作説明図である。 ニードルのリフト量の変化を示す図である。 噴射指令長に応じた実噴射量の変化を示す図である。 キャビテーションの崩壊位置の説明図である。 第１、第２のマップデータを模式的に示す図である。 噴孔出口径に応じた燃料流速とキャビテーション崩壊位置との関係を示す図である。 ＥＣＵの制御動作をフローチャートで示す図である。 噴孔出口径とスモーク発生量との関係の一例を示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１は内燃機関５０を示す図である。内燃機関５０は図示しない車両に搭載されている。内燃機関５０は多気筒（ここでは４気筒）の筒内燃料直接噴射式の内燃機関であり、具体的には圧縮着火式の内燃機関（例えばディーゼルエンジン）となっている。内燃機関５０はＥＧＲが行われる内燃機関となっている。また、各気筒において１燃焼サイクルの間に複数回の燃料噴射を行う多段噴射を行う内燃機関となっている。ＥＧＲや多段噴射は例えば機関運転状態に応じて適宜行われるようになっている。内燃機関５０は燃料噴射装置１とＥＣＵ１０とをさらに備える構成となっている。ＥＣＵ１０については後述する。

燃料噴射装置１は上流部２とサプライポンプ３とコモンレール４とレール圧センサ５と接続配管６と燃料噴射弁７とオリフィス８と燃圧センサ９とを備えている。この点、内燃機関５０は燃料噴射弁７など一部の構成を共有するかたちで燃料噴射装置１をさらに備える構成となっている。

上流部２は燃料タンク２ａとフィルタ２ｂとフィードポンプ２ｃと調圧弁２ｄとを備えている。燃料タンク２ａは燃料を貯留する。フィルタ２ｂは燃料に含まれる異物を除去する。フィードポンプ２ｃは低圧ポンプであり、フィルタ２ｂを介して燃料タンク２ａからサプライポンプ３に燃料を供給する。フィードポンプ２ｃは電動ポンプとなっている。調圧弁２ｄはフィードポンプ２ｃが供給する燃料の圧力が所定の圧力を超えた場合に開弁する。そしてこれにより、燃料の一部を燃料タンク２ａに戻すことで、フィードポンプ２ｃが供給する燃料の圧力を調整する。

サプライポンプ３は高圧ポンプであり、コモンレール４に燃料を圧送する。サプライポンプ３は内燃機関５０の動力で駆動する一方、内蔵する電磁弁で吐出量を制御できるようになっている。そしてこれにより、コモンレール４内の燃料の圧力を変更できるようになっている。サプライポンプ３は燃料を圧送する燃料圧送部であり、燃料圧送部はさらにフィードポンプ２ｃを含む構成として把握することもできる。

コモンレール４は蓄圧部であり、サプライポンプ３から圧送された燃料の圧力を蓄圧する。コモンレール４にはレール圧センサ５が設けられている。レール圧センサ５はコモンレール４内の燃料の圧力であるレール圧を検知する。接続配管６は高圧配管であり、コモンレール４と燃料噴射弁７とを接続する。この点、接続配管６は内燃機関５０が気筒毎に備える複数の燃料噴射弁７それぞれを気筒毎にコモンレール４に接続しており、コモンレール４からは各燃料噴射弁７に燃料が供給される。各燃料噴射弁７は対応する気筒において内燃機関５０の筒内に燃料を噴射する。各燃料噴射弁７はサプライポンプ３からコモンレール４を介して燃料が供給されるように設けられることで、噴射する燃料の圧力である噴射圧Ｐｃｒが変更可能となっている。

接続配管６にはオリフィス８と燃圧センサ９とが設けられている。オリフィス８と燃圧センサ９とはともに接続配管６毎に設けられている。各オリフィス８は対応する接続配管６において接続配管６側からコモンレール４に燃料の脈動が伝播することを抑制する。各燃圧センサ９は対応する接続配管６において接続配管６を介してコモンレール４から燃料噴射弁７に供給される燃料の圧力を検知する。各燃圧センサ９は具体的には対応する接続配管６においてオリフィス８よりも下流側の部分に設けられている。レール圧センサ５と各燃圧センサ９とはともに燃料噴射弁７の燃料噴射に応じて低下する燃料の圧力を検知することができる。

図２は燃料噴射弁７の概略構成図である。燃料噴射弁７はボディ７１とニードル７２とスプリング７３と制御弁７４とを備えている。ボディ７１には収容部７１ａとシート部７１ｂとサック部７１ｃと噴孔７１ｄと燃料供給通路７１ｅと連通路７１ｆと燃料リターン通路７１ｇと絞り部７１ｈとが設けられている。ボディ７１は複数の部材によって構成されていてよい。収容部７１ａは円柱状の内部空間を形成している。収容部７１ａにはニードル７２が軸方向に沿って摺動自在に収容されている。ニードル７２の背後には制御室Ｒが形成されている。シート部７１ｂは先端側から収容部７１ａに隣接して設けられている。シート部７１ｂは円錐内面状の壁面を形成する壁部で構成されており、シート部７１ｂにはニードル７２が着座する。

サック部７１ｃは先端側からシート部７１ｂに隣接して設けられている。サック部７１ｃはニードル７２がシート部７１ｂから離間した状態で、燃料供給通路７１ｅや連通路７１ｆと連通する内部空間を形成している。噴孔７１ｄはサック部７１ｃに設けられており、サック部７１ｃの内外を連通している。噴孔７１ｄはサック部７１ｃに１ないし複数設けることができ、ここでは複数（例えば８個から１０個）設けられている。

燃料供給通路７１ｅはコモンレール４から供給される燃料を流通させる。連通路７１ｆは制御弁７４非通電時に制御室Ｒと連通する。燃料供給通路７１ｅと連通路７１ｆとは収容部７１ａとニードル７２との間に形成される燃料通路を介して互いに連通しており、当該燃料通路とともに開弁時に噴孔７１ｄに通じる燃料通路となっている。燃料リターン通路７１ｇは制御弁７４通電時に制御室Ｒと連通する。この点、制御室Ｒは制御弁７４によって連通路７１ｆまたは燃料リターン通路７１ｇと連通するようになっている。絞り部７１ｈは燃料リタ−ン通路７１ｇに設けられ、燃料リターン通路７１ｇを流通する燃料の流量を制限する。燃料リターン通路７１ｇは燃料タンク２ａに接続される。

ニードル７２はシート部７１ｂを対象とする離間、着座に応じて、噴孔７１ｄを開閉する。具体的にはニードル７２はシート部７１ｂに着座した状態で噴孔７１ｄを閉じるとともに、シート部７１ｂから離間した状態で噴孔７１ｄを開く。スプリング７３は制御室Ｒに設けられており、ニードル７２を閉弁方向に付勢する。制御弁７４は電磁弁であり、非通電時に連通路７１ｆと制御室Ｒとを連通するとともに、燃料リターン通路７１ｇと制御室Ｒとの連通を遮断する。また、通電時に連通路７１ｆと制御室Ｒとの連通を遮断するとともに、燃料リターン通路７１ｇと制御室Ｒとを連通する。

図３は燃料噴射弁７の動作説明図である。図３（ａ）は燃料噴射弁７の第１の状態、図３（ｂ）は燃料噴射弁７の第２の状態、図３（ｃ）は燃料噴射弁７の第３の状態を示す。第１の状態は燃料噴射弁７閉弁時、且つ制御弁７４非通電時の状態となっている。第２の状態は第１の状態に続く状態であり、燃料噴射弁７開弁時、且つ制御弁７４通電時の状態となっている。第３の状態は第２の状態に続く状態であり、燃料噴射弁７開弁時、且つ制御弁７４非通電時の状態となっている。

図３（ａ）に示すように、第１の状態において制御弁７４は連通路７１ｆと制御室Ｒとを連通するとともに、燃料リターン通路７１ｇと制御室Ｒとの連通を遮断している。このため、第１の状態において燃料は燃料供給通路７１ｅと連通路７１ｆと制御室Ｒとに供給され、これらの間で燃料の圧力は同じとなる。結果、閉弁方向および開弁方向に作用する燃料の圧力のバランスと閉弁方向に作用するスプリング７３の付勢力との関係上、開弁方向よりも開弁方向に作用する力が上回ることで、ニードル７２はシート部７１ｂに着座する。結果、噴孔７１ｄが閉じられることで、燃料噴射弁７が閉弁する。

図３（ｂ）に示すように、第２の状態において制御弁７４は連通路７１ｆと制御室Ｒとの連通を遮断するとともに、燃料リターン通路７１ｇと制御室Ｒとを連通する。このため、制御室Ｒでは燃料が燃料リターン通路７１ｇに流出することで、燃料の圧力が低下する。結果、閉弁方向および開弁方向に作用する燃料の圧力のバランスと閉弁方向に作用するスプリング７３の付勢力との関係上、閉弁方向よりも開弁方向に作用する力が上回ることで、ニードル７２はシート部７１ｂから離間（上昇）する。結果、噴孔７１ｄが開かれることで、燃料噴射弁７が開弁し燃料供給通路７１ｅと連通路７１ｆとが噴孔７１ｄと連通する。そしてこれにより燃料が噴射される。

図３（ｃ）に示すように、第３の状態において制御弁７４は連通路７１ｆと制御室Ｒとを連通するとともに、燃料リターン通路７１ｇと制御室Ｒとの連通を遮断する。このため、制御室Ｒには燃料が連通路７１ｆから燃料が流入することで、燃料の圧力が上昇する。結果、閉弁方向および開弁方向に作用する燃料の圧力のバランスと閉弁方向に作用するスプリング７３の付勢力との関係上、開弁方向よりも閉弁方向に作用する力が上回ることで、ニードル７２はシート部７１ｂに接近（下降）する。そしてその後、ニードル７２がシート部７１ｂに着座することで第１の状態に戻り、燃料噴射弁７が閉弁する。

図１に戻り、ＥＣＵ１０は電子制御装置であり、ＥＣＵ１０にはレール圧センサ５や各燃圧センサ９や内燃機関５０の運転状態を検出可能なセンサ群５５がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。また、フィードポンプ２ｃやサプライポンプ３や各燃料噴射弁７が制御対象として電気的に接続されている。

各燃料噴射弁７は具体的には制御弁７４がＥＣＵ１０に通電可能に接続されることで制御対象として接続されている。センサ群５５は内燃機関５０の回転数ＮＥを検出可能なクランクセンサや、内燃機関５０の吸入空気量を計測可能なエアフロメータや、内燃機関５０に対して加速要求を行うアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサや、内燃機関５０の始動を行うイグニッションスイッチを含む。センサ群５５の出力やセンサ群５５の出力に基づく各種の情報は例えば他のＥＣＵを介して取得されてもよい。

ＥＣＵ１０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、各種の機能部が実現される。この点、ＥＣＵ１０では例えば以下に示す推定部や燃圧設定部が機能的に実現される。

推定部は燃料噴射弁７の噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを推定する。推定部は各燃料噴射弁７のうちいずれかを対象として、噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを推定する。複数の噴孔７１ｄを備える燃料噴射弁７に対し、噴孔７１ｄ出口部の開口サイズは例えば複数の噴孔７１ｄ出口部の開口サイズそれぞれの総和とすることができる。或いは、当該総和の平均値とすることができる。

推定部は具体的には噴孔７１ｄの出口径ｄ_ｏｕｔによって噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを推定する。この点、出口径ｄ_ｏｕｔは噴孔７１ｄ出口部の開口面積に応じて特定可能な仮想的な径であり、噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを複数の噴孔７１ｄ出口部の開口サイズそれぞれの総和とした場合にも用いることができる。

推定部は具体的には次に示すようにして噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを推定する。すなわち、まず燃料噴射に応じた内燃機関５０の回転変動に基づき実噴射量Ｑｖを推定する。燃料噴射は具体的にはフューエルカット実行中に行われる微量の燃料噴射であり、実噴射量Ｑｖは具体的にはこのときの燃料噴射で噴射される燃料の実噴射量となっている。

図４はニードル７２のリフト量の変化を示す図である。図５は噴射指令の長さに応じた実噴射量Ｑの変化を示す図である。図４、図５においてケースＥ１は出口径ｄ_ｏｕｔが正常な初期の状態にある場合、ケースＥ２は出口径ｄ_ｏｕｔがデポジットの堆積で縮小した場合、ケースＥ３は出口径ｄ_ｏｕｔが腐食で拡大した場合を示す。図４ではニードル７２のリフト量とともに、パルス信号の噴射指令のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す。図５に示す噴射指令Ｆは実噴射量Ｑｖの燃料噴射に対応するパルス信号の噴射指令を示す。

図４に示すように、ニードル７２は噴射指令に応じて一定の遅れを有してリフトする。そして、燃料の微小噴射領域では出口径ｄ_ｏｕｔが縮小した場合に噴射される燃料の流速が高まる。また、出口径ｄ_ｏｕｔが拡大した場合に噴射される燃料の流速が低下する。結果、ケースＥ２では傾きで示される開弁初期速度が高まることで、ケースＥ１よりもリフト量が大きくなるとともに、開弁期間が長くなる。また、ケースＥ３では開弁初期速度が低下することで、ケースＥ１よりもリフト量が小さくなるとともに、開弁期間が短くなる。このため、図５に示すようにケースＥ２では噴射指令Ｆに応じた実噴射量Ｑ（すなわち、実噴射量Ｑｖ）はケースＥ１よりも多くなる。また、ケースＥ３では噴射指令Ｆに応じた実噴射量ＱはケースＥ１よりも少なくなる。

このため、推定部はさらに推定した実噴射量Ｑｖと補正値Ｑ_ＱＲとの差分ΔＱを算出する。また、算出した差分ΔＱに基づき出口径ｄ_ｏｕｔの変化量Δｄ_ｏｕｔを推定する。そしてこれにより、出口径ｄ_ｏｕｔが所定値αよりも大きくなったか否かを判定できるようにすることで、噴孔７１ｄ出口部が腐食により拡大しているか否かを判定できるようにする。補正値Ｑ_ＱＲは実噴射量Ｑの要求特性（図５に示すケースＥ１によって示される特性）のうち、噴射指令Ｆに対応する値であり、噴孔７１ｄ出口部が正常な初期の状態にある場合の実噴射量Ｑｖに相当する。変化量Δｄ_ｏｕｔは噴孔７１ｄ出口部の開口サイズの変化量に相当する。

なお、差分ΔＱを算出するとともに、算出した差分ΔＱに基づき変化量Δｄ_ｏｕｔを推定することも、本発明における噴孔出口部の開口サイズを推定することに含まれる。これは、このように変化量Δｄ_ｏｕｔを推定することは、実噴射量Ｑｖに基づき出口径ｄ_ｏｕｔを推定するとともに、補正値Ｑ_ＱＲに基づき対応する出口径を算出し、さらにこれらの差分によって変化量Δｄ_ｏｕｔを推定することと同じであることによる。このため、このような場合についても噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを出口径ｄ_ｏｕｔによって推定することを実質的に含むものとして、本発明における噴孔出口部の開口サイズを推定することに含まれる。

推定部は実噴射量Ｑｖに応じて噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを推定する代わりに、例えば燃料噴射率に応じて噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを推定してもよい。燃料噴射率は例えば燃料噴射弁７の燃料噴射に応じて変化する燃料噴射率ｄＱとすることができる。この点、燃料噴射率ｄＱは燃料噴射弁７の燃料噴射に応じて低下する燃料の圧力に応じて変化する。このため、この場合には燃料噴射弁７の燃料噴射の際に燃圧センサ９（或いはレール圧センサ５）が検知する圧力、または当該圧力に基づき算出される燃料噴射率ｄＱに基づき噴孔７１ｄ出口部の開口サイズを推定できる。燃料噴射率は例えば通電期間が互いに異なる各燃料噴射間における実噴射量Ｑをもとに通電期間の変化に対する実噴射量Ｑの変化量の大きさを算出することで算出可能な（すなわち、巨視的な手法で算出可能な）燃料噴射率であってもよい。

燃圧設定部は推定部が推定する出口径ｄ_ｏｕｔが所定値αよりも大きい場合（具体的にはここでは所定値α以上である場合）に、燃料噴射弁７が噴射する燃料中に生成されるキャビテーションＣの崩壊位置が燃料噴射弁７の噴孔７１ｄ出口部にならないように噴射圧Ｐｃｒを設定する。

図６は噴射圧Ｐｃｒに応じたキャビテーションＣの崩壊位置の説明図である。図６（ａ）から図６（ｃ）のうち、図６（ａ）は噴射圧Ｐｃｒが相対的に最も低圧である場合、図６（ｂ）は噴射圧Ｐｃｒが図６（ａ）に示す場合よりも高圧で、且つ図６（ｃ）に示す場合よりも低圧である場合（中圧である場合）、図６（ｃ）は噴射圧Ｐｃｒが相対的に最も高圧である場合をそれぞれ示す。

図６（ａ）に示すように噴射圧Ｐｃｒが低圧である場合には燃料の流速が低い結果、噴孔７１ｄ出口部手前でキャビテーションＣが崩壊する。また、図６（ｂ）に示すように噴射圧Ｐｃｒが中圧である場合には噴孔７１ｄ出口部でキャビテーションＣが崩壊する。そして、図６（ｃ）に示すように噴射圧Ｐｃｒが高圧である場合には燃料の流速が高い結果、噴孔７１ｄ外でキャビテーションＣが崩壊する。

この点、キャビテーションＣが噴孔７１ｄの入口で生成されてから崩壊するまでの時間はほぼ一定であると考えられ、キャビテーションＣの崩壊位置はこのように噴射する燃料の流速の影響を大きく受けることになる。一方、噴射する燃料の流速は噴射圧Ｐｃｒに応じて変化するところ、噴射圧Ｐｃｒは具体的にはレール圧としてレール圧を規定するパラメータ（ここでは内燃機関５０の回転数ＮＥおよび負荷）に応じて設定しておくことができる。このため、燃圧設定部が噴射圧Ｐｃｒを設定するにあたって、ＥＣＵ１０は具体的には当該パラメータに応じて噴射圧Ｐｃｒを設定した第１のマップデータＭ１および第２のマップデータＭ２とを備えている。

図７はマップデータＭ１、Ｍ２を模式的に示す図である。図７（ａ）は第１のマップデータＭ１を、図７（ｂ）は第２のマップデータＭ２を示す。図７（ａ）に示すように、第１のマップデータＭ１では回転数ＮＥが高い場合ほど、また負荷が大きい場合ほど噴射圧Ｐｃｒが高くなるように設定されている。この点、噴射圧Ｐｃｒは複数の領域毎に段階的に高くなるように設定することができる。そして、第１のマップデータＭ１では複数の領域（ここでは領域Ｄ１からＤ４）毎に領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の順に噴射圧Ｐｃｒが段階的に高くなるように設定されている。

一方、図７（ｂ）に示すように第２のマップデータＭ２では複数の領域Ｄ１、Ｄ２およびＤ４´が設定されている。領域Ｄ４´は領域Ｄ４を領域Ｄ３まで拡大した領域となっており、噴射圧Ｐｃｒとしては領域Ｄ４と同じ噴射圧Ｐｃｒが適用されている。このため、第２のマップデータＭ２では領域Ｄ３に対応する噴射圧Ｐｃｒが設定されていない。この点、領域Ｄ３には次に示すような特定の噴射圧が噴射圧Ｐｃｒとして設定されている。

図８は出口径ｄ_ｏｕｔに応じた燃料流速とキャビテーションＣ崩壊位置との関係を示す図である。ケースＰ１、Ｐ２のうち、ケースＰ１は噴射圧Ｐｃｒが相対的に高い場合（例えば２００ＭＰａの場合）を、ケースＰ２は噴射圧Ｐｃｒが相対的に低い場合（例えば１００ＭＰａの場合）をそれぞれ示す。燃料流速は出口径ｄ_ｏｕｔに応じて変化する噴孔７１ｄ内の燃料流速を示し、燃料流速が遅い場合ほど出口径ｄ_ｏｕｔが大きいことを示す。この点、ケースＧ１は出口径ｄ_ｏｕｔが正常な初期の状態にある結果、燃料流速がケースＧ１からＧ３の間で中程度の場合、ケースＧ２は出口径ｄ_ｏｕｔが縮小している結果、燃料流速がこれらの間で相対的に最も速い場合、ケースＧ３は出口径ｄ_ｏｕｔが拡大している結果、燃料流速がこれらの間で相対的に最も遅い場合を示す。破線Ｌは噴孔７１ｄ出口部の位置を示す。

図８に示すように、ケースＰ１の場合は噴射圧Ｐｃｒが相対的に高い結果、ケースＧ１、Ｇ２、Ｇ３のいずれの場合においてもケースＰ２の場合よりも噴孔７１ｄ入口からのキャビテーションＣの崩壊位置が遠くなっている。また、ケースＰ１の場合にはケースＧ１、Ｇ２、Ｇ３のいずれの場合においてもキャビテーションＣの崩壊位置が噴孔７１ｄ外になっている。

一方、ケースＰ２の場合には、ケースＧ１の場合にキャビテーションＣの崩壊位置が噴孔７１ｄ出口部となり、ケースＧ３の場合にキャビテーションＣの崩壊位置が噴孔７１ｄ外となる。そして、ケースＰ２の場合よりもさらに噴射圧Ｐｃｒが低下することで、ケースＧ３の場合にキャビテーションＣの崩壊位置が噴孔７１ｄ出口部となる。このため、領域Ｄ３に設定されている噴射圧Ｐｃｒである特定の噴射圧は出口径ｄ_ｏｕｔが正常な初期の状態にある場合にキャビテーションＣの崩壊位置を噴孔７１ｄ出口部とすることが可能な圧力を上限とする所定の圧力範囲内に含まれる圧力となっている。

これらを踏まえ、燃圧設定部は具体的には推定部が推定する出口径ｄ_ｏｕｔが所定値αよりも小さい場合に、噴射圧Ｐｃｒを決定するにあたって使用するマップデータとして第１のマップデータＭ１を指定する。また、推定部が推定する出口径ｄ_ｏｕｔが所定値αよりも大きい場合（ここでは所定値α以上である場合）に、噴射圧Ｐｃｒを決定するにあたって使用するマップデータとして第２のマップデータＭ２を指定する。そしてこれにより、前述したように噴射圧Ｐｃｒを設定する。燃圧設定部は複数の噴孔７１ｄを備える燃料噴射弁７に対し、噴孔７１ｄ出口部を複数の噴孔７１ｄの出口部それぞれとして噴射圧Ｐｃｒを設定することができる。所定値αは排気の悪化度合いが許容可能な所定の度合いとなる値に設定できる。

次にＥＣＵ１０の制御動作を図９に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートは例えばフューエルカット実行中に噴射指令Ｆを行った場合に開始することができる。ＥＣＵ１０は実噴射量Ｑｖを推定するとともに（ステップＳ１）、推定した実噴射量Ｑｖと補正値Ｑ_ＱＲとの差分ΔＱｖを算出する（ステップＳ２）。続いてＥＣＵ１０は差分ΔＱｖに基づき出口径ｄ_ｏｕｔの変化量Δｄ_ｏｕｔを推定する（ステップＳ３）。変化量Δｄ_ｏｕｔは具体的には所定のモデル式である差分ΔＱｖの関数ｆ（ΔＱｖ）を用いることで推定できる。

続いてＥＣＵ１０は排気の悪化度合いが許容可能な所定の度合い以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。この点、ステップＳ４でＥＣＵ１０は具体的には推定した変化量Δｄ_ｏｕｔが所定値Δｄ_ｒｅｆ以上であるか否かを判定する。所定値Δｄ_ｒｅｆは変化量Δｄ_ｏｕｔに基づく判定を行う場合の所定値αに対応する値であり、ステップＳ４では変化量Δｄ_ｏｕｔが所定値Δｄ_ｒｅｆ以上であるか否かを判定することで、出口径ｄ_ｏｕｔが所定値α以上であるか否かが判定される。

ステップＳ４で肯定判定であれば、ＥＣＵ１０は噴射圧Ｐｃｒを決定するにあたって使用するマップデータとして第２のマップデータＭ２を指定する（ステップＳ５）。一方、ステップＳ４で否定判定であれば、ＥＣＵ１０は噴射圧Ｐｃｒを決定するにあたって使用するマップデータとして第１のマップデータＭ１を指定する（ステップＳ６）。ステップＳ５、Ｓ６の後にはステップＳ１に戻る。なお、第２のマップデータＭ２を使用するにあたっては、同時に例えば内燃機関５０のトルクに段差が発生することによるドライバビリティの低下を抑制するための適合などが適宜行われていてよい。

次に内燃機関５０の作用効果について説明する。内燃機関５０は燃料噴射弁７とＥＣＵ１０とを備える構成で、上述したように出口径ｄ_ｏｕｔを推定するとともに噴射圧Ｐｃｒを設定する。このため、内燃機関５０は腐食による噴孔７１ｄ出口部の拡大が認められる場合に噴孔７１ｄ出口部の拡大が助長されることを抑制できる。そしてこれにより、具体的には噴孔７１ｄ出口部の更なる拡大に伴う排気や燃費の悪化を抑制できる。

この点、腐食発生時の噴孔７１ｄ出口部の拡大は例えば噴射圧Ｐｃｒが高い場合ほど噴射される燃料のエネルギーが高くなる分、助長され易くなるとも考えられる。ところが、噴射圧Ｐｃｒが高い結果、キャビテーションＣの崩壊位置が噴孔７１ｄ外になると、噴孔７１ｄ出口部の損壊はキャビテーションＣの崩壊による損壊が生じない分、進行し難くなる。

これに対し、内燃機関５０は腐食による噴孔７１ｄ出口部の拡大が認められる場合には、噴射圧ＰｃｒとしてキャビテーションＣの崩壊位置を燃料噴射弁７の噴孔７１ｄ出口部にする特定の噴射圧を用いることを回避することで、噴孔７１ｄ出口部の拡大が助長されることを好適に抑制することができる。この点、内燃機関５０は具体的には例えば噴射圧Ｐｃｒとして特定の噴射圧の代わりに出口径ｄ_ｏｕｔが正常な初期の状態にある場合にキャビテーションＣの崩壊位置を噴孔７１ｄ出口部とすることが可能な圧力よりも高い圧力を用いることで、噴孔７１ｄ出口部の拡大が助長されることを抑制することができる。

同時に内燃機関５０は燃料噴射弁７が筒内に燃料を噴射する構成であることで、噴孔７１ｄの拡大による噴射異常が燃料噴射量のみならず、噴霧形状に影響を及ぼす結果、排気や燃費がさらに悪化することを抑制できる点でも好適である。

内燃機関５０ではＥＧＲ実行時に炭化水素の燃焼で発生する水分が排気とともに内燃機関５０の筒内に還流され、同時に筒内温度も低下することから、噴孔７１ｄ出口部への水分の付着が発生し易くなる。そして、内燃機関５０では噴孔７１ｄ出口部への水分の付着が発生し易い分、噴孔７１ｄ出口部に付着した水分にＳＯｘやＮＯｘが溶け込むことで強酸を形成し、噴孔７１ｄ出口部を腐食する事態が発生し易くなる。

このため、噴孔７１ｄ出口部の腐食による拡大が発生し易い分、噴孔７１ｄ出口部の更なる拡大に伴う排気や燃費の悪化を抑制する必要性も高くなることに鑑み、内燃機関５０は例えばＥＧＲが行われる内燃機関である場合に好適である。また、噴孔７１ｄ出口部が上述したように腐食によって拡大することに照らし、燃料性状および燃焼方式の観点から内燃機関５０は具体的には例えばディーゼルエンジン等の圧縮着火式の内燃機関とすることができる。なお、ＥＧＲは筒内を介することなく排気系から吸気系に排気を還流する外部ＥＧＲに限られず、例えば筒内を介して排気系から吸気系に排気を還流する内部ＥＧＲであってもよい。

内燃機関５０では多段噴射を行うところ、噴孔７１ｄ出口部の拡大は多段噴射において単発の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する場合の噴射精度に大きな影響を及ぼすことになる。このため、内燃機関５０は例えば多段噴射を行う内燃機関である場合に噴孔７１ｄ出口部の更なる拡大に伴う排気や燃費の悪化を好適に抑制できる。

内燃機関５０は例えば噴孔７１ｄのデポジット剥離制御を行うことで、仮にデポジットの堆積による噴孔７１ｄ出口部の縮小と腐食による噴孔７１ｄ出口部の拡大とが同時発生している結果、出口径ｄ_ｏｕｔが所定値αよりも小さいと判定してしまう状態も解消できる。そしてこれにより、さらに噴射圧Ｐｃｒを適切に設定できるようにすることもできる。

デポジット剥離制御は例えばサプライポンプ３を制御することで、出口径ｄ_ｏｕｔが正常な初期の状態にある場合にキャビテーションＣの崩壊位置を噴孔７１ｄ出口部とすることが可能な圧力に噴射圧Ｐｃｒを設定する剥離制御実行部をＥＣＵ１０で実現することで行うことができる。この場合、剥離制御実行部は例えばデポジット剥離制御が所定期間を超えて行われていない場合にデポジット剥離制御を行うようにすることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

燃料噴射装置 １
サプライポンプ ３
コモンレール ４
燃料噴射弁 ７
噴孔 ７１ｄ
ＥＣＵ １０
内燃機関 ５０

Claims (1)

1. 噴射する燃料の圧力が変更可能であり、且つ筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁の噴孔出口部の開口サイズを推定する推定部と、
   前記推定部が推定する噴孔出口部の開口サイズが所定値よりも大きい場合に、前記燃料噴射弁が噴射する燃料中に生成されるキャビテーションの崩壊位置が前記燃料噴射弁の噴孔出口部にならないように前記燃料噴射弁が噴射する燃料の圧力を設定する燃圧設定部と、を備える内燃機関。
   

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