JP6079570B2

JP6079570B2 - 内燃機関

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Publication number: JP6079570B2
Application number: JP2013230700A
Authority: JP
Inventors: 川上　淳; 淳川上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: JP2015090122A

Description

本発明は内燃機関に関する。

内燃機関では、インジェクタのノズルに腐食が発生する場合がある。特許文献１では、噴射ノズルの温度およびＳＯ_３の酸露点に基づいて、燃焼室に吸入される吸気に含まれるＳＯ_３をＳＯ_３の凝縮が回避される量まで低減する技術が開示されている。

特開２０１０−２５５４６２号公報

図１４（ａ）から図１４（ｈ）はノズル噴孔（以下、単に噴孔とも称す）の腐食進行のメカニズムを説明する図である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）は噴孔への酸付着のメカニズムを示す。図１４（ｃ）から図１４（ｅ）は噴孔の腐食のメカニズムを示す。図１４（ｆ）から図１４（ｈ）は噴孔の壊食（エロージョン）のメカニズムを示す。

図１４（ａ）に示すように、内燃機関１００Ｘの筒内ガスには酸成分（例えばＳＯ_３）が含まれている。図１４（ｂ）に示すように機関冷却水温が高水温の場合、筒内壁温Ｔｗａｌｌが、ノズル先端温度Ｔｎｚｌよりも先に、露点に到達する。以下、機関停止後、露点に到達するまでの時間を露点到達時間と称する。よって、酸成分は水分とともに酸となって筒内壁部に結露する。結果、噴孔の腐食は防止或いは抑制される。ところが、機関冷却水温が低水温の場合、露点到達時間は筒内壁部よりもノズル先端部のほうが短くなる。このためこの場合には、酸がノズル先端部に結露する。この場合、具体的には次のように酸が噴孔を腐食させる。

図１４（ｃ）に示すように、機関停止後には酸成分を含む筒内ガス（蒸気）が噴孔内に残留した燃料に侵入する。そして、ノズル先端温度が露点を下回ると、図１４（ｄ）に示すように燃料中の酸成分が酸となって噴孔に結露する。さらに、図１４（ｅ）に示すように酸の結露によって生じた凝縮水は錆を発生させ、噴孔の表面に荒れを生じさせる。露点は具体的には酸露点である。露点は水蒸気の露点を含んでもよい。酸の結露は、水蒸気の結露によって生じた凝縮水に酸成分が溶け込むことで酸を形成した結露であってもよい。

図１４（ｆ）に示すように腐食した部位は、その後内燃機関１００Ｘが始動し、燃料噴射が行われると、図１４（ｇ）に示すように噴射燃料で除去される。すると、図１４（ｈ）に示すように噴孔の表面には新生面が露出する。その後は同様にして新生面が腐食されることで、腐食が促進される。

図１４（ｂ）を用いて説明したように、ノズル先端温度は酸の結露がノズルに発生するか否かに大きく影響する。このため、図１４（ｂ）を用いて前述した原理原則に鑑み、噴孔の腐食を防止或いは抑制することが考えられる。ところが、腐食の発生や腐食の度合いはシリンダヘッドが保有する熱量にも依存する。具体的には、ノズル先端温度が同じでも、シリンダヘッドが保有する熱量によっては腐食の発生や腐食の度合いが異なってくる。そして、シリンダヘッドが保有する熱量を考慮し、如何に腐食を防止或いは抑制するかには改善の余地がある。

本発明は上記課題に鑑み、シリンダヘッドにおける熱量を高めることで、ノズル噴孔の腐食を防止或いは抑制可能な内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は燃料噴射方向が異なる第１および第２の噴孔が設けられ、前記第１および第２の噴孔のうち少なくとも前記第１の噴孔の燃料噴射率を変更可能な可変噴孔ノズルを備えるインジェクタと、少なくともシリンダヘッドにおける熱量に基づき、前記インジェクタの噴孔の腐食を判定する判定部と、前記第１および第２の噴孔のうち少なくとも前記第１の噴孔の燃料噴射率を制御する制御部と、を備え、前記第１の噴孔の燃料噴射方向が、前記第２の噴孔の燃料噴射方向よりも前記シリンダヘッド側を向くように設定されており、前記判定部が前記インジェクタの噴孔の腐食が発生すると判定した場合に、前記制御部が、前記熱量が所定量よりも大きくなるまで、前記判定部が前記インジェクタの噴孔の腐食が発生しないと判定する場合と比較して、前記第１の噴孔の使用度合いが高まるように前記第１の噴孔の燃料噴射率を制御する内燃機関である。

本発明によれば、シリンダヘッドにおける熱量を高めることで、ノズル噴孔の腐食を防止或いは抑制できる。

内燃機関の概略構成図である。可変噴孔ノズルを示す図である。ノズルが行う燃料噴射の基本態様を示す図である。ノズルで実現可能な燃料噴射態様を例示する図である。ノズル先端温度の低下速度の説明図である。判定方法の説明図である。内燃機関の制御の一例を示すフロー図である。ノズル腐食防止制御の一例を示すフロー図である。第１の噴孔の燃料噴射を例示する図である。要求噴射量とスモーク発生量の関係を示す図である。単発噴射量と貫徹力の関係を示す図である。ヒートバランスで効果を説明する図である。ヘッド熱量の変化で効果を説明する図である。噴孔の腐食進行のメカニズムを説明する図である。

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１００の概略構成図である。図２は可変噴孔ノズルであるノズル１３０を示す図である。図２では、右半分で第１および第２の噴孔１３１ａ、１３１ｂから燃料を噴射する状態を示し、左半分で第１の噴孔１３１ａから燃料を噴射する状態を示す。図１に示す内燃機関１００は、筒内噴射を行う内燃機関、より具体的にはディーゼル内燃機関である。内燃機関１００は４気筒である。内燃機関１００は、シリンダヘッド１０１ａとシリンダブロック１０１ｂを備えたエンジン本体１０１を備え、そのエンジン本体１０１に♯１気筒〜♯４気筒を備える。

燃料噴射装置１は、内燃機関１００に組み込まれている。燃料噴射装置１は、♯１気筒〜♯４気筒に対応して、♯１インジェクタ１０７−１〜♯４インジェクタ１０７−４を備える。具体的に、♯１気筒には、♯１インジェクタ１０７−１が装着され、♯２気筒には♯２インジェクタ１０７−２が装着されている。♯３気筒には♯３インジェクタ１０７−３が装着され、♯４気筒には♯４インジェクタ１０７−４が装着されている。♯１インジェクタ１０７−１〜♯４インジェクタ１０７−４はそれぞれコモンレール１２０に接続され、コモンレール１２０から高圧の燃料が供給される。各インジェクタ１０７は、シリンダヘッド１０１ａに装着されている。各インジェクタ１０７は、シート部を介してシリンダヘッド１０１ａとの間で熱の授受を行う。インジェクタ１０７は図２に示すノズル１３０を先端部に備えている。ノズル１３０については後述する。

内燃機関１００は、エンジン本体１０１に取り付けられたインテークマニホールド１０２、エキゾーストマニホールド１０３を備える。インテークマニホールド１０２には吸気管１０４が接続されている。エキゾーストマニホールド１０３には排気管１０５が接続されている。

内燃機関１００は外部ＥＧＲ装置１１０を備えている。外部ＥＧＲ装置１１０はＥＧＲ通路１１１、ＥＧＲバルブ１１２、ＥＧＲクーラ１１３、バイパス通路１１４およびバイパスバルブ１１５を備えている。ＥＧＲ通路１１１の一端は、エキゾーストマニホールド１０３に接続されている。ＥＧＲ通路１１１の他端は、吸気管１０４に接続されている。ＥＧＲ通路１１１には、排気ガス（ＥＧＲガス）の流通状態を制御するＥＧＲバルブ１１２が設けられている。ＥＧＲ通路１１１には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１１３が設けられている。ＥＧＲ通路１１１には、ＥＧＲクーラ１１３をバイパスするバイパス通路１１４が設けられている。ＥＧＲ通路１１１には、ＥＧＲ通路１１１およびバイパス通路１１４のうちいずれかにＥＧＲガスの流通経路を決定するバイパスバルブ１１５が設けられている。外部ＥＧＲ装置１１０は少なくともＥＧＲ通路１１１とＥＧＲバルブ１１２とを備える構成であってもよい。

図２に示すように、ノズル１３０はノズルボディ１３１と、第１のニードルであるアウタニードル１３２と、第２のニードルであるインナニードル１３３と、第１のスプリングであるアウタニードルセットスプリング１３４と、第２のスプリングであるインナニードルセットスプリング１３５とを備えている。

ノズルボディ１３１はノズル１３０の筐体部であり、先端部に第１の噴孔１３１ａおよび第２の噴孔１３１ｂを備えている。第１の噴孔１３１ａの燃料噴射方向は、第２の噴孔１３１ｂの燃料噴射方向よりもシリンダヘッド１０１ａ側を向くように設定されている。換言すれば、第２の噴孔１３１ｂの燃料噴射方向は、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射方向よりも下側（ピストン側）を向くように設定されている。

噴孔１３１ａ、１３１ｂの燃料噴射方向それぞれの間には、噴射間角度αが設定されている。噴射間角度αは第１の噴孔１３１ａがノズル１３０の中心軸となす鋭角から、第２の噴孔１３１ｂがノズル１３０の中心軸となす鋭角を引いて算出される角度であり、正の値となっている。噴孔１３１ａ、１３１ｂは周方向に沿ってそれぞれ複数設けられている。第１の噴孔１３１ａは第２の噴孔１３１ｂよりも、ノズル１３０の中心軸方向においてシリンダヘッド１０１ａ側に設けられている。ノズルボディ１３１には、噴孔１３１ａ、１３１ｂのほか燃料供給通路１３１ｃが設けられている。燃料供給通路１３１ｃは、噴孔１３１ａ、１３１ｂに燃料を供給する。

アウタニードル１３２は、ノズルボディ１３１に摺動自在に収容され、第１の噴孔１３１ａを開閉する。アウタニードル１３２は筒状の形状を有している。インナニードル１３３は、アウタニードル１３２に摺動自在に挿通され、第２の噴孔１３１ｂを開閉する。アウタニードルセットスプリング１３４は、第１の噴孔１３１ａを閉止する方向にアウタニードル１３２を付勢する。インナニードルセットスプリング１３５は、第２の噴孔１３１ｂを閉止する方向にインナニードル１３３を付勢する。

ノズル１３０は背圧室１３６を有している。背圧室１３６に連通する燃料流路は、背圧制御部である背圧制御弁１４０によって切り替えられる。背圧制御弁１４０はＥＣＵ１５０に電気的に接続されている。背圧制御弁１４０が背圧室１３６と供給側流路１４１とを連通すると、高圧燃料が背圧室１３６に導入され、ニードル１３２、１３３が背圧により閉孔方向に付勢される。背圧制御弁１４０が背圧室１３６と排出側流路１４２とを連通すると、背圧室１３６から高圧燃料が排出される。結果、ニードル１３２、１３３にかかる背圧が低下する。

背圧による付勢力と、アウタニードルセットスプリング１３４の付勢力との和が、燃料供給通路１３１ｃを介して供給される燃料の燃圧に基づく付勢力よりも小さくなると、まずアウタニードル１３２が第１の噴孔１３１ａを開放する方向に移動を始める。結果、第１の噴孔１３１ａからの燃料噴射が始まる。続いてアウタニードル１３２の係合部１３２ａがインナニードル１３３の係合部１３３ａに係合すると、インナニードル１３３が開孔方向に移動を始め、第２の噴孔１３１ｂからの燃料噴射が始まる。

図３はノズル１３０が行う燃料噴射の基本態様を示す図である。縦軸は燃料噴射率、横軸は時間を示す。燃料噴射率は、燃料噴射に応じて変化する瞬時の燃料噴射量である。ハッチング部は第１の噴孔１３１ａが噴射する燃料噴射量を示す。ノズル１３０は、上述したように噴孔１３１ａ、１３１ｂを段階的に開放する。このため、ノズル１３０は開弁時にまず第１の噴孔１３１ａによって燃料を噴射する。そしてその後、さらに第２の噴孔１３１ｂによって燃料を噴射する。ノズル１３０は閉弁時にはまず第２の噴孔１３１ｂによる燃料噴射を停止する。結果、噴孔１３１ａ、１３１ｂのうち第１の噴孔１３１ａが燃料を噴射する。そしてその後、さらに第１の噴孔１３１ａによる燃料噴射を停止することで、燃料噴射が終了する。

図４（ａ）から図４（ｃ）はノズル１３０で実現可能な燃料噴射態様を例示する図である。図４（ａ）は第１の燃料噴射態様例を、図４（ｂ）は第２の燃料噴射態様例を、図４（ｃ）は第３の燃料噴射態様例を示す。ここで、ノズル１３０は噴孔１３１ａおよび１３１ｂのうち第１の噴孔１３１ａからの燃料噴射を可能にする。かかる燃料噴射は、第１の噴孔１３１ａが開放された後、第２の噴孔１３１ｂが開放される前に、背圧室１３６に高圧燃料を導入することで行うことができる。ノズル１３０は背圧室１３６に導入される高圧燃料の燃圧を調整することで、燃料噴射期間を変更することもできる。燃圧調整は例えばコモンレール１２０で行うことができる。燃圧調整は例えば別途設けたレギュレータで行ってもよい。

このため、ノズル１３０は例えば図４（ａ）に示すように、第１の噴孔１３１ａからパイロット噴射として少量の燃料噴射を行った後、メイン噴射として基本態様で燃料噴射を行うことができる。また、例えば図４（ｂ）に示すように、第１の噴孔１３１ａから行うパイロット噴射を多段化し、メイン噴射の燃料噴射期間を短くすることもできる。また、例えば図４（ｃ）に示すように、第１の噴孔１３１ａからパイロット噴射を行った後、開弁時における第１の噴孔１３１ａの燃料噴射期間を長くしたメイン噴射を行うことができる。

ノズル１３０は、第１の噴孔１３１ａからのパイロット噴射の有無や、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射期間の長短によって、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率（具体的には、時間に応じた燃料噴射率の変化態様）を変更可能となっている。具体的には、ノズル１３０は第１の噴孔１３１ａからパイロット噴射を行うことで、パイロット噴射を行わない場合よりも、第１の噴孔１３１ａの使用度合いが高まるように、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率を変更することができる。また、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射期間を長くすることで、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射期間を長くしない場合よりも、第１の噴孔１３１ａの使用度合いが高まるように第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率を変更することができる。

図１に戻り、吸気管１０４にはエアフロメータ１０６が接続されている。エアフロメータ１０６は、ＥＣＵ１５０に電気的に接続されている。ＥＣＵ１５０には、インジェクタ１０７−ｉ（ｉは気筒番号を示す）、具体的には♯１インジェクタ１０７−１から♯４インジェクタ１０７−４や、コモンレール１２０が電気的に接続されている。

ＥＣＵ１５０には、内燃機関１００の回転数ＮＥを測定するＮＥセンサ１６１、冷却水の水温Ｔｗを測定する水温センサ１６２、燃料の温度を測定する燃温センサ１６３、およびクランク角センサ１６４が電気的に接続されている。ＥＣＵ１５０には、ＥＧＲ率マップ、結露判定マップ、噴射制御マップ、その他のマップ類が格納されている。噴射制御マップには、機関運転状態に応じた燃料噴射制御が設定されている。噴射制御マップには具体的には、後述するノズル腐食防止制御実行時以外のとき（以下、通常時と称す）に用いる第１の噴射制御マップと、ノズル腐食防止制御実行時に用いる第２の噴射制御マップとの２種類のマップがある。ＥＣＵ１５０は内燃機関の制御装置であり、内燃機関周辺の種々の制御を行う。ＥＣＵ１５０が行う制御については後述する。

ところで、前述したようにインジェクタ１０７は先端部にノズル１３０を備えている。ノズル１３０には、噴孔１３１ａ、１３１ｂ（以下、単に噴孔Ｈとも総称する）が設けられている。このようなノズル１３０の先端部に酸が結露し、付着すると腐食が発生する可能性がある。噴孔Ｈの周辺が腐食すると、噴孔Ｈの噴孔径が変化する可能性がある。噴孔径が変化すると、燃料噴射に影響を与えることになる。そこで、ＥＣＵ１５０は少なくとも次に説明するヘッド熱量Ｑに基づき、噴孔Ｈの腐食を判定する。

図５はノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度の説明図である。実線はシリンダヘッド１０１ａが保有する熱量が相対的に大きい場合を示し、破線はシリンダヘッド１０１ａが保有する熱量が相対的に小さい場合を示す。

ここで、機関停止時のノズル先端温度Ｔｎｚｌが同じであっても、シリンダヘッド１０１ａが保有する熱量によっては、機関停止後のノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度は異なってくる。具体的には、実線の場合には破線の場合と比較して、ノズル１３０（具体的にはノズルボディ１３１）からシリンダヘッド１０１ａへの放熱は小さくなる。このため、実線の場合のほうが破線の場合よりもシリンダヘッド１０１ａヘの放熱速度が遅い分、機関停止後のノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度は遅くなる。結果、実線の場合のほうが破線の場合よりも、露点到達時間ｔは長くなる。

実線と破線とでノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度が異なるのは、機関停止前のノズル受熱量が異なるためと考えられる。図５を参照すると、実線と破線とでは、ノズル先端温度Ｔｎｚｌの履歴が異なっている。結果、図５中、ハッチングを施して示した分だけ、実線の方が破線よりもノズル受熱量が多い。そして、このノズル受熱量の差が、機関停止後のノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度の差として現れていると考えられる。

かかる現象は、換言すれば、シリンダヘッド１０１ａの熱量であるヘッド熱量Ｑの差が、機関停止後のノズル先端温度Ｔｎｚｌの低下速度の差として現れているといえる。本発明において、「シリンダヘッドにおける熱量」は、ヘッド熱量Ｑである場合だけでなく、ノズル受熱量である場合や、ヘッド熱量Ｑおよびノズル受熱量である場合を含む。ノズル受熱量は具体的には、ノズル１３０（具体的にはここではノズルボディ１３１）の瞬時の熱量の積算値となっている。

ＥＣＵ１５０は、ノズル先端温度Ｔｎｚｌとヘッド熱量Ｑとのうち少なくともいずれかに基づき、インジェクタ１０７の噴孔Ｈの腐食を判定する。次にこの点について説明する。

図６（ａ）から図６（ｃ）は判定方法の説明図である。図６（ａ）は機関始動後の経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒよりも短い場合の判定方法を示す。図６（ｂ）は経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒ以上で、且つ水温Ｔｗが所定値Ｔｗ_ｒ以上の場合の判定方法を示す。図６（ｃ）は経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒ以上で、且つ水温Ｔｗが所定値Ｔｗ_ｒよりも低い場合の判定方法を示す。図６（ａ）から図６（ｃ）では、結露発生条件を示すマップを用いて判定方法を説明する。このマップでは、ノズル先端温度Ｔｎｚｌとヘッド熱量Ｑとに応じて、結露発生領域Ｒ１と結露回避領域Ｒ２とが設定されている。図６（ａ）、図６（ｂ）では、判定方法が領域Ｒ１、Ｒ２に基づく判定方法ではないことを示すために、結露発生領域Ｒ１を破線で示す。

ここで、ノズル先端温度Ｔｎｚｌは水温Ｔｗに比例する。このため、機関停止直後は、ヘッド熱量Ｑが噴孔Ｈの腐食に対して大きな影響を及ぼす。これに鑑み、機関始動後の経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒよりも短い場合には、図６（ａ）に示すように、ヘッド熱量Ｑが所定値Ｑ_ｒ以下である場合に、噴孔Ｈの腐食が発生する状態であると判定する。所定値Ｑ_ｒは噴孔Ｈの腐食を回避可能な熱量であり、予め設定しておくことができる。所定時間ｔ_ｒは機関始動時の水温Ｔｗ_０に応じて決定する。

マップが示すように、ノズル先端温度Ｔｎｚｌが十分高い場合には、ヘッド熱量Ｑは考慮不要となる。これに鑑み、経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒ以上で、且つ水温Ｔｗが所定値Ｔｗ_ｒ以上の場合には、図６（ｂ）に示すように、ノズル先端温度Ｔｎｚｌが所定値Ｔｎｚｌ_ｒよりも低い場合に、噴孔Ｈの腐食が発生する状態であると判定する。所定値Ｔｎｚｌ_ｒは噴孔Ｈの腐食を回避可能な温度であり、予め設定しておくことができる。かかる判定を行うにあたっては、ノズル先端温度Ｔｎｚｌの代わりに例えば水温Ｔｗを用いてもよい。

経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒ以上で、且つ水温Ｔｗが所定値Ｔｗ_ｒよりも低い場合には、判定精度上、ノズル先端温度Ｔｎｚｌおよびヘッド熱量Ｑいずれの影響も無視すべきではない。このためこの場合には、図６（ｃ）に示すように、ノズル先端温度Ｔｎｚｌおよびヘッド熱量Ｑに基づき、噴孔Ｈの腐食が発生する状態であるか否かを判定する。具体的には、ノズル先端温度Ｔｎｚｌおよびヘッド熱量Ｑが結露発生領域Ｒ１にある場合に、噴孔Ｈの腐食が発生する状態であると判定する。

以下、図７を参照しつつ、内燃機関１００の制御の一例について説明する。図７は内燃機関１００の制御の一例を示すフロー図である。内燃機関１００の制御はＥＣＵ１５０によって行われる。

ステップＳ１では、機関始動時の水温Ｔｗ_０を取得する。ステップＳ２では、所定値ｔ_ｒを決定する。所定値ｔ_ｒは、一例として以下の式１によって決定される。
Ｔ_ｒ＝ｆ（Ｔｗ_０）式１

ステップＳ３では、ノズル先端温度Ｔｎｚｌを算出する。ここで、ノズル先端温度Ｔｎｚｌは、その時点時点、すなわち、瞬時のノズル先端温度である。ノズル先端温度Ｔｎｚｌは、一例として、以下の式２によって算出、推定される。
Ｔｎｚｌ
＝ｆ（ＮＥ、ＩＴ、ＴＱ）−ｆ（Ｔｗ、Ｔｆ）式２
ＮＥ：回転数ＩＴ：噴射時期ＴＱ：噴射量
Ｔｗ：水温Ｔｆ：燃温

ステップＳ４では、ヘッド熱量ｄＱを算出する。ヘッド熱量ｄＱはシリンダヘッド１０１ａの瞬時の熱量である。ヘッド熱量ｄＱは、一例として、以下の式２によって算出、推定される。
ｄＱ
＝（ａ・ＮＥ＋ｂ・ＩＴ＋ｃ・ＴＱ）×α−ｄ・Ｔｗ＋ｅ式３
第１項は燃焼ガスからの受熱の影響を示し、第２項は放熱の影響を示す。ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは定数である。αは第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率の制御による蓄熱補正係数である。

ステップＳ５では、ヘッド熱量Ｑを算出する。ヘッド熱量Ｑはシリンダヘッド１０１ａの受熱量であり、具体的にはヘッド熱量ｄＱの積算値である。ヘッド熱量Ｑはヘッド熱量ｄＱを一定期間τ分、積算した値として求めることができる。一定期間τは任意に設定することができる。ヘッド熱量Ｑは、一例として、以下の式４によって算出、推定される。
Ｑ＝ΣｄＱ式４

ステップＳ６では、機関始動後の経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒ以上であるか否かが判定される。経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒであることは、経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒよりも短い場合に加えてもよい。このことは、他の判定についても同様である。否定判定であればステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ヘッド熱量Ｑが所定値Ｑ_ｒ以下であるか否かが判定される。そして、否定判定であればステップＳ１に戻り、肯定判定であればステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ノズル腐食防止制御が行われる。ノズル腐食防止制御は、サブルーチンとなっており、これについては後に詳述する。

ステップＳ６で肯定判定であればステップＳ７に進む。ステップＳ７では、水温Ｔｗが所定値Ｔｗ_ｒ以上であるか否かが判定される。肯定判定であればステップＳ９に進む。ステップＳ９では、ノズル先端温度Ｔｎｚｌが所定値Ｔｎｚｌ_ｒ以上であるか否かが判定される。そして、肯定判定であればステップＳ１に戻り、否定判定であればステップＳ１１に進む。

ステップＳ７で否定判定であればステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、結露が発生するか否かが判定される。具体的には、ステップＳ１０ではノズル先端温度Ｔｎｚｌとヘッド熱量Ｑとが結露発生領域Ｒ１にあるか否かが判定される。そして、肯定判定であればステップＳ１１に進み、否定判定であればステップＳ１に戻る。

図８はノズル腐食防止制御の一例を示すフロー図である。図８では、ステップＳ８で肯定判定された場合のノズル腐食防止制御の一例を示す。なお、ステップＳ９で否定判定された場合や、Ｓ１０で肯定判定された場合には、図８に示すノズル腐食防止制御と異なるノズル腐食防止制御が行われてよく、図８に示すノズル腐食防止制御が行われてもよい。

ステップＳ１１ａ１では、機関運転状態を取得する。機関運転状態は、噴射制御マップから噴射制御を決定するのに必要なパラメータであり、具体的には例えば回転数ＮＥ、噴射量ＴＱおよび水温Ｔｗ等である。ステップＳ１１ａ２では、ステップＳ１１ａ１で取得した機関運転状態に基づき第２の噴射制御マップを参照し、噴射制御を決定する。このとき、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射量や燃料噴射回数が決定される。ステップＳ１１ａ３では、ステップＳ１１ａ２で決定した噴射制御を行う。このとき、噴孔Ｈの腐食が発生しないと判定する場合（すなわち、第１の噴射制御マップに基づき噴射制御を行う場合）と比較して、第１の噴孔１３１ａの使用度合いが高まるように第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率が制御される。したがって、かかる燃料噴射率の制御は具体的には、第２の噴射制御マップに基づき行われる。

ステップＳ１１ａ２では具体的には例えば、噴孔Ｈの腐食が発生しないと判定する場合よりも多くのパイロット噴射を第１の噴孔１３１ａから行うことで、噴孔Ｈの腐食が発生しないと判定する場合と比較して、第１の噴孔１３１ａの使用度合いが高まるように、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率を制御できる。また例えば、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射期間を噴孔Ｈの腐食が発生しないと判定する場合よりも長くすることで、噴孔Ｈの腐食が発生しないと判定する場合と比較して、第１の噴孔１３１ａの使用度合いが高まるように第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率を制御できる。

ステップＳ１１ａ３の後には、図７に示すフローチャートのステップＳ１に戻る。そしてその後も、経過時間ｔ１が所定時間ｔ_ｒよりも短い間は、ステップＳ６で否定判定される。また、ヘッド熱量Ｑが所定値Ｑ_ｒよりも大きくなるまでの間は、ステップＳ８で否定されることで、図８に示すノズル腐食防止制御が行われることになる。すなわち、上述した燃料噴射率の制御が行われることになる。

ＥＣＵ１５０は、図７のフローチャートにおけるステップＳ８やステップＳ１０に示す処理を行うことで、少なくともヘッド熱量Ｑに基づき、噴孔Ｈの腐食を判定する判定部として機能する。また、図８のフローチャートにおけるステップＳ１１ａ１からＳ１１ａ３に示す処理を行うことで、噴孔１３１ａ、１３１ｂのうち少なくとも第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率を制御する制御部として機能する。

図９（ａ）から図９（ｃ）は、ノズル腐食防止制御における第１の噴孔１３１ａの燃料噴射を例示する図である。図１０は、要求噴射量とスモーク発生量の関係を示す図である。図１１は、単発噴射量とペネトレーション（貫徹力）の関係を示す図である。図９（ａ）は要求噴射量が小さい場合を、図９（ｂ）は要求噴射量が大きい場合を、図９（ｃ）は要求噴射量がさらに大きい場合を示す。

図９（ａ）に示すように、要求噴射量が小さい場合には、第１の噴孔１３１ａから３回に分けてパイロット噴射を行うことができる。図９（ｂ）に示すように、要求噴射量が大きい場合には、第１の噴孔１３１ａから２回に分けてパイロット噴射を行うことができる。図９（ｃ）に示すように、要求噴射量がさらに大きい場合には、燃料噴射の分割を回避し、噴孔１３１ａ、１３１ｂから基本態様で燃料噴射を行うことができる。

これは、図１０に示すように要求噴射量が大きい場合ほどスモーク発生量が増大する一方、図１１に示すように単発噴射量が大きい場合ほどペネトレーションが増大することを考慮したものである。図９（ｃ）に示すように燃料噴射を行うことで、燃料噴霧の適切な配置によるスモーク低減を図ることができる。結果、スモークを許容値以下に抑制しつつ、ノズル腐食防止制御を行うことができる。なお、この場合でも第１の噴孔１３１ａの燃料噴射期間を長くすることで、第１の噴孔１３１ａの燃料噴射率を前述したように制御できる。

図１２（ａ）、図１２（ｂ）はヒートバランスで効果を説明する図である。図１３は噴射制御に応じたヘッド熱量Ｑの変化で効果を説明する図である。図１２（ａ）は通常時のヒートバランスの内訳を示し、図１２（ｂ）はノズル腐食防止制御実行時のヒートバランスの内訳を示す。図１３では通常時の変化を破線の矢印で示し、ノズル腐食防止制御実行時の変化を実線の矢印で示す。

図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、ノズル腐食防止制御実行時には通常時よりも、シリンダヘッド１０１ａの冷却損失が増加し、その他の冷却損失が減少する。シリンダヘッド１０１ａの冷却損失の増加は、換言すればヘッド熱量Ｑの増加である。その他の冷却損失は例えばシリンダボアやピストンの冷却損失である。

図１３に示すように、通常時にはヘッド熱量Ｑが所定値Ｑ_ｒを上回らず、機関停止によって噴孔Ｈに腐食が発生する状態となる。ノズル腐食防止制御実行時には、ヘッド熱量Ｑが所定値Ｑ_ｒを上回る結果、機関停止によって噴孔Ｈに腐食が発生する事態を回避できる。したがって、内燃機関１００はヘッド熱量Ｑを高めることで、噴孔Ｈの腐食を防止或いは抑制できる。

上記実施形態は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、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。

内燃機関１００、１００Ｘ
シリンダヘッド１０１ａ
インジェクタ１０７
ノズル１３０
第１の噴孔１３１ａ
第２の噴孔１３１ｂ
ＥＣＵ１５０

Claims

燃料噴射方向が異なる第１および第２の噴孔が設けられ、前記第１および第２の噴孔のうち少なくとも前記第１の噴孔の燃料噴射率を変更可能な可変噴孔ノズルを備えるインジェクタと、
少なくともシリンダヘッドにおける熱量に基づき、前記インジェクタの噴孔の腐食を判定する判定部と、
前記第１および第２の噴孔のうち少なくとも前記第１の噴孔の燃料噴射率を制御する制御部と、を備え、
前記第１の噴孔の燃料噴射方向が、前記第２の噴孔の燃料噴射方向よりも前記シリンダヘッド側を向くように設定されており、
前記判定部が前記インジェクタの噴孔の腐食が発生すると判定した場合に、前記制御部が、前記熱量が所定量よりも大きくなるまで、前記判定部が前記インジェクタの噴孔の腐食が発生しないと判定する場合と比較して、前記第１の噴孔の使用度合いが高まるように前記第１の噴孔の燃料噴射率を制御する内燃機関。