JP6299236B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ニードル弁の移動により燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関に使用される燃料噴射弁の内部であって、特に、ニードル先端部の近傍（サック壁面、ノズルシート壁面、及びニードルシート壁面等）にはデポジットが堆積する。特許文献１に開示された燃料噴射制御装置は、このデポジットを除去するために、ニードル弁のノズルシートからのリフト量（即ち、ニードルリフト量）を最大リフト量よりも低減した状態にて燃料を噴射する。この低リフト噴射中、ニードルシートとノズルシートとの間の流路面積が噴孔の流路面積よりも小さくなる。その結果、ニードル弁先端部近傍における燃料流速が大きくなるから、前述したデポジットが効果的に除去される。

特開２０１３−１８５５１４号公報

ところで、低リフト噴射においてはニードルシートとノズルシートとの間の流路面積が小さくなるから、燃料噴射弁先端部の内部に付着・堆積したデポジットによる流量低下割合（従って、噴射燃料量の低下割合）が大きくなる。その結果、デポジットを除去するための低リフト噴射実行時においては、混合気の空燃比が目標空燃比（例えば、理論空燃比）に対して大きくリーン側へ乖離し、よって、トルク変動及びエミッションの悪化等を招く虞がある。

本発明の目的は、燃料噴射弁先端部の内部に付着・堆積したデポジットを除去するために低リフト噴射を実行し、且つ、その低リフト噴射時における「空燃比の目標空燃比からのリーン側への乖離の程度」を低減することができる燃料噴射制御装置を提供することにある。

本発明の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁と制御部とを具備する。燃料噴射弁は、ニードル弁を備える。燃料噴射弁は、ニードル弁を移動させることによって「内燃機関の燃焼室にて燃焼される混合気に含まれる燃料」を噴射する。制御部は、高リフト噴射と低リフト噴射とを選択的に実行可能である。高リフト噴射は、前記ニードル弁のリフト量を第１リフト量までの範囲で変更することによって燃料を噴射する噴射方式である。低リフト噴射は、前記ニードル弁のリフト量を「前記第１リフト量よりも小さい第２リフト量」までの範囲で変更することによって燃料を噴射する噴射方式である。

更に、前記制御部は、燃料噴射弁内に付着したデポジットを除去すべきことを示す特定条件が成立していないとき前記高リフト噴射を行う。前記制御部は、その高リフト噴射を実行する際、混合気の空燃比が機関運転状態により定まる目標空燃比となるようにニードル弁を移動させる。加えて、前記制御部は、前記特定条件が成立したとき前記低リフト噴射を連続的に複数回行う。前記制御部は、その低リフト噴射を連続的に複数回行う際、混合気の空燃比が「前記目標空燃比よりも小さい空燃比」となるようにニードル弁を移動させ、前記付着したデポジットに起因する燃料噴射量の低下量を小さくする。そのために、前記制御部は、前記特定条件が成立したとき、前記特定条件が成立していない場合に前記目標空燃比を実現するために前記低リフト噴射を第１の回数だけ行えばよい状況において、前記低リフト噴射を前記第１の回数よりも多い第２の回数だけ実行する。

本発明によれば、燃料噴射弁内に付着したデポジットを除去すべきことを示す特定条件が成立したとき（例えば、燃焼室内の混合気の空燃比を目標空燃比とするための補正量が所定の閾値を超えた場合）、高リフト噴射に代えて、低リフト噴射が連続的に複数回行われる。従って、デポジットが効果的に除去される。しかも、その場合、「混合気の空燃比が目標空燃比よりも小さい空燃比（即ち、目標空燃比よりもリッチ）」となるようにニードル弁が移動させられる。換言すると、燃料噴射弁内に付着したデポジットに起因する燃料噴射量の低下量を小さくするように、ニードル弁が移動させられる。このニードル弁の移動は、低リフト噴射の実行回数を増やすことである。この結果、実際の燃料噴射量が本来噴射されるべき目標燃料噴射量（即ち、目標空燃比を実現するために必要な燃料噴射量）に対して過小とならないので、空燃比が過度にリーンとならず、よって、トルク変動量及びエミッションの悪化程度等を小さくすることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射制御装置が適用される内燃機関を示した図である。 図２は、図１に示した燃料噴射弁の断面図である。 図３は、図２に示した燃料噴射弁が噴射を停止しているときの同燃料噴射弁の先端部の断面図である。 図４は、図２に示した燃料噴射弁が高リフト噴射を実行しているときの同燃料噴射弁の先端部の断面図である。 図５は、図２に示した燃料噴射弁が低リフト噴射を実行しているときの同燃料噴射弁の先端部の断面図である。 図６（Ａ）は、最大リフト噴射におけるニードルリフト量及び噴射弁駆動信号の時間変化を示した図であり、図６（Ｂ）は、低リフト噴射におけるニードルリフト量及び噴射弁駆動信号の時間変化を示した図である。 図７は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る燃料噴射制御装置（以下、単に「第１装置」と称呼する。）は、図１に示した内燃機関１０に適用される。機関１０は、周知のガソリン燃料火花点火式直噴エンジンである。機関１０は、シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２、クランクケース１３、点火プラグを含む点火装置１４、吸気弁１５、排気弁１６、ピストン１７、コネクティングロッド１８及びクランクシャフト１９等を備える。シリンダヘッド１１の下方壁面と、シリンダブロック１２に形成されたシリンダボアの壁面と、ピストン１７の冠面と、によって燃焼室２０が形成される。

点火装置１４は、点火プラグの火花発生部１４ａが燃焼室２０に露呈するようにシリンダヘッド１１に配設されている。吸気弁１５は、インテークカム２１により駆動されることによって「燃焼室２０と、シリンダヘッド１１に形成された吸気ポート２２と、の連通部」を開閉するようにシリンダヘッド１１に配設されている。排気弁１６は、エキゾーストカム２３により駆動されることによって「燃焼室２０と、シリンダヘッド１１に形成された排気ポート２４と、の連通部」を開閉するようにシリンダヘッド１１に配設されている。

更に、機関１０は、燃料噴射弁（筒内噴射弁、第１の燃料噴射弁）３０と、高圧燃料ポンプ４０と、を備えている。燃料噴射弁３０は、燃料を燃焼室２０内に噴射するように、シリンダヘッド１１の「吸気ポート２２とシリンダブロック１２との間の領域」に配設されている。高圧燃料ポンプ４０は、図示しない燃料タンクから供給される燃料の圧力を「駆動（指示）信号に応じて変化する所定の燃料圧力ＰＦ」にまで増大し、その加圧した燃料を燃料配管４１を通して燃料噴射弁３０に供給するようになっている。なお、第１装置は、燃料噴射弁（第２の燃料噴射弁）４５を更に備えていてもよい。燃料噴射弁４５は、燃料を吸気ポート２２内に噴射するように、シリンダヘッド１１に配設されるポート噴射弁である。

第１装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭ等を有する周知のマイクロコンピュータを含むＥＣＵ（電子制御装置）５０を備える。ＥＣＵ５０は、点火装置１４、燃料噴射弁３０及び高圧燃料ポンプ４０等と電気的に接続され、これらに駆動信号を送出するようになっている。加えて、ＥＣＵ５０は、クランクポジションセンサ５１、エアフローメータ５２、アクセルペダル踏込量センサ５３及び空燃比センサ５４等と電気的に接続され、これらからの信号を受信するようになっている。

クランクポジションセンサ５１は、クランクシャフト１９の回転位置に応じてパルス信号を発生する。ＥＣＵ５０は、クランクポジションセンサ５１からの信号に基づいて機関回転速度ＮＥを算出する。エアフローメータ５２は機関１０の吸入空気の流量を表す信号を発生する。アクセルペダル踏込量センサ５３はアクセルペダルＡｐの踏込量を表す信号を発生する。空燃比センサ５４は、排ガスの空燃比を表す信号を発生する。なお、ＥＣＵ５０は、クランクポジションセンサ５１からの信号及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、機関１０の絶対クランク角（ある気筒の吸気上死点を基準としたクランク角度）を取得するようになっている。

（燃料噴射弁の詳細）
次に、燃料噴射弁３０について詳述する。なお、燃料噴射弁４５も燃料噴射弁３０と実質的に同様の構造を有する。燃料噴射弁３０は、いわゆる内開弁型の噴射弁である。燃料噴射弁３０は、図２に示されているように、ノズル本体部３１と、ニードル弁３２と、スプリング３３と、ソレノイド３４と、を有する。

ノズル本体部３１には、その先端部から基端部に向かう順に、円筒状空間Ａ１と、円筒状空間Ａ２と、円筒状空間Ａ３と、が形成されている。これらの空間は、何れも同軸的に形成され、互いに連通している。ノズル本体部３１の先端部には、円筒状空間Ａ１と外部とを連通する噴孔３１ａが形成されている。ノズル本体部３１の基端部には、円筒状空間Ａ３と燃料配管（図示省略）とを連通する燃料取込孔３１ｂが形成されている。

ニードル弁３２は、小径の円柱形状を有する円柱部３２ａと、大径の円柱形状を有する鍔部３２ｂと、を有している。円柱部３２ａの先端は略円錐形状を有する。円柱部３２ａの先端側は円筒状空間Ａ１内に収容されている。その結果、ノズル本体部３１の先端側部における内周壁面と円柱部３２ａの先端側部の外周壁面との間に燃料通路ＦＰが形成されている。鍔部３２ｂは円筒状空間Ａ２内に収容されている。ニードル弁３２は、ニードル弁軸線ＣＬに沿って移動するようになっている。更に、ニードル弁３２内部には「ニードル弁３２の基端部と円柱部３２ａの先端側部の外周壁面とを連通する燃料通路」が形成されている。その結果、燃料取込孔３１ｂから円筒状空間Ａ３に流入する燃料は、このニードル弁３２内の燃料通路を通過して燃料通路ＦＰに供給される。

スプリング３３は、円筒状空間Ａ３内に配置されている。スプリング３３は、ニードル弁３２を噴孔３１ａ側に付勢するようになっている。
ソレノイド３４は、ノズル本体部３１の基端側部であって、円筒状空間Ａ２の周囲に配設されている。ソレノイド３４は、ＥＣＵ５０からの駆動信号（噴射弁駆動信号）により通電状態となり、その場合、ニードル弁３２をスプリング３３の付勢力に抗して燃料取込孔３１ｂ側に移動させる磁力を発生するようになっている。

ソレノイド３４が非通電状態であるとき、ニードル弁３２の移動量（「ニードルリフト量」又は単に「リフト量」と称呼する。）は「０」であり、後に詳述するように、燃料噴射は行われない。ソレノイド３４が通電状態となってニードルリフト量が「０」よりも大きくなると、燃料噴射が行われる。ニードルリフト量が所定の大きさになると、鍔部３２ｂがノズル本体部３１の円筒状空間Ａ２を形成している壁部と当接する。その結果、ニードル弁３２の動きが規制される。このときのニードルリフト量は「最大リフト量」又は「フルリフト量」と称呼される。即ち、ニードルリフト量は、「０」から「最大リフト量」までの範囲で変化し得る。

ここで、燃料噴射弁３０の作動について、「燃料噴射弁３０の先端部近傍の断面図である、図３乃至図５」を参照しながら詳述する。

前述したように、ソレノイド３４が非通電状態にあるとき、ニードル弁３２はスプリング３３によって噴孔３１ａ側に付勢される。その結果、図３に示したように、ニードル弁３２のニードルシート壁面３２ｃが、ノズル本体部３１の先端部の内側壁面であるノズルシート壁面３１ｃに当接（着座）する。これにより、噴孔３１ａと連通しているサックＳと、前述した燃料通路ＦＰとの流通が遮断されるので、燃料は噴孔３１ａから噴射されない。この状態におけるニードルリフト量は「０」である。なお、このときのニードル弁３２の先端位置（ニードル弁軸線ＣＬ方向の位置）をニードル弁３２先端の基準位置ＫＪとする。

前述したように、ソレノイド３４が通電状態となると、ニードル弁３２は燃料取込孔３１ｂ側に移動させられる。即ち、ソレノイド３４が通電状態となると、例えば、図４に示したようにニードルリフト量Ｌ（基準位置ＫＪからの距離）が「０」よりも大きい値Ｌ１（図４に示した例においてはＬ１＝最大リフト量Ｌmax）となる。或いは、ソレノイド３４が通電状態となると、図５に示したようにニードルリフト量Ｌが「０」よりも大きい値Ｌ２（但し、値Ｌ２は値Ｌ１よりも小さい）となる。この結果、噴孔３１ａと連通しているサックＳと、前述した燃料通路ＦＰと、が連通するので、燃料が燃料通路ＦＰからサックＳ内に流入し、次いで、噴孔３１ａを通して外部へと噴射される。

なお、ニードル弁３２を最大リフト量までリフト（移動）させて実行する燃料噴射は「フルリフト噴射」と称呼される（図４を参照。）。図６（Ａ）に、１回のフルリフト噴射におけるニードルリフト量の時間変化を示す。これに対し、ニードル弁３２を「最大リフト量よりも小さい部分リフト量（パーシャルリフト量）」までの範囲でリフト（移動）させて実行する燃料噴射は「パーシャルリフト噴射」と称呼される（図５を参照。）。図６（Ｂ）に、連続的に３回実行されるパーシャルリフト噴射におけるニードルリフト量の時間変化を示す。

加えて、後述するように、第１装置は、高リフト噴射と低リフト噴射とを選択的に実行する。高リフト噴射は、ニードルリフト量を「第１リフト量」までの範囲で変更する燃料噴射である。本例において、第１リフト量は最大リフト量であるが、最大リフト量よりも小さいリフト量であってもよい。即ち、高リフト噴射は、フルリフト噴射又はパーシャルリフト噴射である。一方、低リフト噴射は、ニードルリフト量を「第１リフト量よりも小さい第２リフト量」までの範囲で変更するパーシャルリフト噴射である。

（第１装置の作動の概要）
図１に示したように、燃料噴射弁３０の先端部は燃焼室２０内に露出しているから、高温に晒される。そのため、図４及び図５に示したように、燃料噴射弁３０先端部の内部（特に、ニードル弁３２の先端）には、デポジットＤＰが生成・付着し易い。より具体的に述べると、燃料中には金属成分（亜鉛、カルシウム等）が混入している場合があり、燃料に熱が加えられることによって前記金属成分がイオン化する。このイオン化した金属成分と、燃焼ガスとが反応することによってデポジットＤＰが生成される。生成されたデポジットＤＰは、サックＳの壁面、ノズルシート壁面３１ｃ及びニードルシート壁面３２ｃ（以下、「ニードル先端空間壁面」と称呼する。）に、あるいは噴孔３１ａの内壁、噴孔３１ａの流入口ＩＮの内縁部及び噴孔３１ａの流出口ＯＵＴの内縁部（以下、「噴孔壁面」と称呼する。）に付着し、徐々に堆積をしていく。

デポジットＤＰが燃料噴射弁３０内の「ニードル先端空間壁面及び噴孔壁面」等に多量に堆積すると、燃料噴射弁３０の噴射特性が新品の燃料噴射弁３０の噴射特性から大きく乖離する。即ち、デポジットＤＰが堆積した燃料噴射弁３０は、新品の燃料噴射弁３０と同じ駆動信号を与えても（ソレノイド３４に同じ電圧信号を付与しても）、新品の燃料噴射弁３０よりも少ない量の燃料を噴射する。その結果、燃焼室２０にて燃焼される混合気の空燃比（機関の空燃比）が目標空燃比（例えば、理論空燃比：約１４．６）に対して大きくリーン側へ乖離するから、トルク変動及びエミッションの悪化等を招く虞がある。

そこで、第１装置は、以下に述べる燃料噴射制御を行う。
第１装置は、燃料噴射弁３０内に付着・堆積したデポジットＤＰを除去すべきことを示す特定条件（燃料噴射弁３０内に付着・堆積したデポジットＤＰの量が所定値以上である可能性が高いことを示す特定条件）が成立しているか否か監視する。
第１装置は、その特定条件が成立していないときには燃料噴射弁３０を用いた高リフト噴射を実行することによって燃焼室２０内に燃料を供給する。即ち、第１装置は、通常噴射制御モードにて燃料を噴射する。

第１装置は、その特定条件が成立したときには予備除去制御（第１デポジット除去制御）モードにて燃料を噴射する。即ち、第１装置は、燃料圧力ＰＦを「通常噴射制御モードにおける燃料圧力よりも高い値（例えば、最高値）」へと高めるとともに高リフト噴射を実行することによって燃焼室２０内に燃料を供給する。燃料圧力を高めることにより、噴孔３１ａを流れる燃料の流速が増大する。その結果、予備除去制御モードにて燃料噴射を行うと、デポジットＤＰが「噴孔壁面」から剥離され、噴孔３１ａを通して燃料噴射弁３０から排出される。

更に、予備除去制御モードにて燃料噴射を行っても、前記特定条件が依然として成立する場合、第１装置はデポジット除去制御（第２デポジット除去制御）モードにて燃料を噴射する。即ち、第１装置は、燃料圧力ＰＦを「通常噴射制御モードにおける燃料圧力よりも高い値（例えば、最高値）」へと高めるとともに低リフト噴射を複数回連続的に実行することによって燃焼室２０内に燃料を供給する。これにより、デポジットＤＰが「ニードル先端空間壁面」から剥離され、噴孔３１ａを通して燃料噴射弁３０から排出される。

ここで、低リフト噴射を行う場合、高リフト噴射を行う場合に比較して、ニードル先端空間壁面のデポジットＤＰが効果的に除去される理由について説明する。図５に示した低リフト噴射における「ニードルシート壁面３２ｃとノズルシート壁面３１ｃとの間に形成される流路（以下、「絞り部」と称呼する。）」の面積Ｓａｐは、図４に示した高リフト噴射における絞り部の面積Ｓａｆよりも小さい。一方、噴孔３１ａの流路面積Ｓｂは、面積Ｓａｐよりも大きく、面積Ｓａｆよりも小さい。従って、低リフト噴射を行う場合と高リフト噴射を行う場合とにおいて、燃料通路ＦＰ内の燃料の圧力及び燃焼室２０内の圧力がそれぞれ一定であれば、低リフト噴射時に絞り部を流れる燃料の流速Ｖａｐは、高リフト噴射時に絞り部を流れる燃料の流速Ｖａｆよりも大きくなる。その結果、低リフト噴射を行うと、高い流速を有する燃料（の流れ）によってデポジットＤＰが「ニードル先端空間壁面」から剥離され、噴孔３１ａを通して燃料噴射弁３０から排出される。

ところで、デポジットＤＰがニードル先端空間壁面に堆積している状態において低リフト噴射を行うと、デポジットＤＰが絞り部の流路面積を小さくする割合が非常に大きくなる。その結果、デポジットＤＰによる噴射燃料の流量低下割合（従って、噴射燃料量の低下割合）が大きくなる。このため、デポジットＤＰを除去するために低リフト噴射を行うと、機関の空燃比が目標空燃比に対して大きくリーン側へ乖離し、その結果、トルク変動及びエミッションの悪化等を招く。

そこで、第１装置は、低リフト噴射を複数回連続的に行うデポジット除去制御モードにて燃料噴射を実行する場合、機関の空燃比が「機関運転状態により定まる目標空燃比よりも小さい空燃比」となるようにニードル弁３２を移動させる（ソレノイド３４の通電状態、即ち、噴射弁駆動信号を制御する。）。より具体的に述べると、例えば、低リフト噴射におけるリフト量の最大値を一定値Ｌlowに維持した場合であって、デポジットＤＰが付着していないときに目標空燃比を実現するためには低リフト噴射を第１の回数だけ行えばよい状況において、デポジット除去制御モードにて燃料噴射を実行する場合には低リフト噴射を「第１の回数よりも多い第２の回数」だけ実行するようにニードル弁３２を移動させる。これにより、第１装置は、トルク変動及びエミッションの悪化等が生じる可能性を低減させながら、燃料噴射弁３０内のニードル先端空間壁面に付着したデポジットＤＰを効果的に除去することができる。

＜第１装置の実際の作動＞
次に、ＥＣＵ５０の実際の作動について説明する。ＥＣＵ５０のＣＰＵは、所定の時間が経過する毎に図７のフローチャートにより示されたルーチンの処理をステップ７００から開始しステップ７０５に進む。

ＣＰＵは、ステップ７０５にて、現時点の燃料噴射モードが通常噴射制御モードであるか否かを判定する。通常噴射制御モードとは、目標空燃比ＡＦｔｇｔが「第１空燃比である通常空燃比（本例においては、理論空燃比）Ｒｓｔ」に設定され、燃料圧力ＰＦが通常圧力ＰＦ０に維持され、且つ、１サイクルにおいて高リフト噴射を１回だけ行う、モードのことである。なお、ＣＰＵは、機関１０の運転開始時に燃料噴射モードを通常噴射制御モードに設定する。また、ＣＰＵは、機関運転状態（機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量等）に基づいて目標空燃比ＡＦｔｇｔ（即ち、通常空燃比Ｒｓｔ）を変更してもよい。

従って、機関１０の運転開始後においては、燃料噴射モードは通常噴射制御モードであるから、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進む。ＣＰＵはそのステップ７１０にて、空燃比学習値ＫＧの初期値ＫＧ０からの偏差Ｄ（空燃比学習値偏差Ｄ＝ＫＧ−ＫＧ０）が閾値Ｄｔｈ以上であるか否かを判定することにより、燃料噴射弁３０の内部にデポジットＤＰが付着している可能性が高いか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、ステップ７１０において、前述した「デポジットＤＰを除去すべきことを示す特定条件」が成立しているか否かを判定する。

空燃比学習値ＫＧは、「空燃比センサ５４により検出される排ガスの空燃比abyfsが目標空燃比ＡＦｔｇｔに一致するように燃料噴射量Ｆｉを補正する空燃比補正量Ｋｆａｆ」の学習値である。より具体的に述べると、空燃比補正量Ｋｆａｆは、排ガスの空燃比abyfsが目標空燃比ＡＦｔｇｔよりもリーンであるとき増大させられ、排ガスの空燃比abyfsが目標空燃比ＡＦｔｇｔよりもリッチであるとき減少させられる。空燃比学習値ＫＧは、空燃比補正量Ｋｆａｆの所定期間における平均値が第１所定値よりも大きいとき一定量増大させられ、空燃比補正量Ｋｆａｆの所定期間における平均値が第２所定値よりも小さいとき一定量減少させられる。よって、空燃比学習値ＫＧは、排ガスの空燃比abyfsが目標空燃比ＡＦｔｇｔよりもリーン側に定常的に偏移しているとき、その偏移量が大きいほど燃料噴射量Ｆｉをより多くするように、大きくなる値である。従って、燃料噴射弁３０の内部に付着・堆積したデポジットＤＰが多くなるほど空燃比学習値ＫＧは大きくなり、その結果、偏差Ｄは大きくなる。

ステップ７１０の判定を行う時点において、偏差Ｄが閾値Ｄｔｈ未満であると、ＣＰＵはそのステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７１５に進み、燃料噴射モードを通常噴射制御モードに設定する。即ち、前述したように、ＣＰＵは、目標空燃比ＡＦｔｇｔを通常空燃比（本例においては、理論空燃比）Ｒｓｔに設定し、燃料圧力ＰＦを通常圧力ＰＦ０に設定し、且つ、１サイクルにおいて高リフト噴射を１回だけ行うように、燃料噴射弁３０及び高圧燃料ポンプ４０を制御する。なお、現時点の燃料噴射モードは通常噴射制御モードであるから、ステップ７１５の処理は確認のために実行される。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

次に、かかる状態において偏差Ｄが閾値Ｄｔｈ以上へと変化したと仮定する。なお、前述したように、燃料噴射弁３０の内部にデポジットＤＰが多量に付着・堆積すると偏差Ｄは閾値Ｄｔｈ以上へと変化するが、その他の要因（即ち、機関の空燃比をリーン側に偏移させるデポジット以外の要因）によっても閾値Ｄｔｈ以上へと変化する場合がある。その他の要因には、例えば、エアフローメータ５２の検出誤差の発生及び吸気弁１５へのデポジットの付着等が含まれる。

偏差Ｄが閾値Ｄｔｈ以上となった場合、ＣＰＵはステップ７０５及びステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、燃料噴射モードを予備除去制御モードに設定する。予備除去制御モードは、前述したように、燃料噴射弁３０の噴孔壁面に付着しているデポジットＤＰを除去することを狙いとした燃料噴射を行うモードである。

より具体的に述べると、ＣＰＵはステップ７２０において、目標空燃比ＡＦｔｇｔを「通常空燃比（理論空燃比）Ｒｓｔ」に設定し、燃料圧力ＰＦを「通常圧力ＰＦ０よりも高い圧力ＰＦhigh１」に設定し、且つ、１サイクルにおいて高リフト噴射を１回だけ行うように、燃料噴射弁３０及び高圧燃料ポンプ４０を制御する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

この予備除去制御モードにおいては、高リフト噴射が行われるものの、燃料圧力ＰＦが通常圧力ＰＦ０よりも高い圧力ＰＦhigh１に設定される。そのため、噴孔３１ａ内の燃料流速Ｖｂが通常噴射制御モードである場合よりも増大する。従って、燃料噴射弁３０の噴孔壁面にデポジットＤＰが付着している場合、そのデポジットＤＰが効果的に除去される。

その後、ＣＰＵがステップ７００から処理を再開すると、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７２５に進み、現時点の燃料噴射モードが予備除去制御モードであるかを判定する。

現時点の燃料噴射モードは予備除去制御モードであるから、ＣＰＵはステップ７２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３０に進み、予備除去制御モードが開始されてからの継続時間が所定時間以上となったか否かを判定する。この時点で、予備除去制御モードが所定時間継続していなければ、ＣＰＵはステップ７３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、予備除去制御モードが継続される。

その後、予備除去制御モードが所定時間継続すると、ＣＰＵはステップ７３０の処理を行う際、そのステップ７３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３５に進み、空燃比学習値偏差Ｄ（＝ＫＧ−ＫＧ０）が閾値Ｄｔｈ以上であるか否かを判定する。

ところで、この時点までにおいて予備除去制御モードが所定時間継続されている。従って、その予備除去制御モードによって「燃料噴射弁３０の内部のうちの噴孔壁面に付着していたデポジットＤＰ」は除去されている筈である。加えて、「燃料噴射弁３０の内部のうちのニードル先端空間壁面」にデポジットＤＰが付着しておらず、且つ、「機関の空燃比をリーン側に偏移させるデポジット以外の要因」がない場合には、偏差Ｄは小さくなる筈である。

従って、ステップ７３５は、予備除去制御モードによる燃料噴射を実行したことの効果を確認するためのステップであると言える。更に、ステップ７３５は、「燃料噴射弁３０の内部のうちのニードル先端空間壁面」にデポジットＤＰが付着している可能性が高いか否かを判定するステップであると言える。即ち、「（予備除去制御モードが所定時間継続され、且つ）空燃比学習値偏差Ｄ（＝ＫＧ−ＫＧ０）が閾値Ｄｔｈ以上であること」は、デポジットＤＰを除去すべきこと（デポジットＤＰがニードル先端空間壁面に付着している可能性が高いこと）を示す特定条件であると言える。

ＣＰＵがステップ７３５の処理を実行する時点において、偏差Ｄが閾値Ｄｔｈ未満となっていれば、もはや燃料噴射弁３０にデポジットＤＰが多量に付着していないと判定できる。従って、この場合、ＣＰＵはステップ７３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７１５に進み、燃料噴射モードを通常噴射制御モードへと戻す。

これに対し、ＣＰＵがステップ７３５の処理を実行する時点において、偏差Ｄが閾値Ｄｔｈ以上となっていれば、燃料噴射弁３０の内部のうちのニードル先端空間壁面に多量のデポジットＤＰが付着している可能性が高いと判定できる。従って、この場合、ＣＰＵはステップ７３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４０に進み、燃料噴射モードをデポジット除去制御モード（第２デポジット除去制御モード）に設定する。前述したように、デポジット除去制御モードは、燃料噴射弁３０のニードル先端空間壁面に付着しているデポジットＤＰを除去することを狙いとした燃料噴射制御を行うモードである。

より具体的に述べると、ＣＰＵはステップ７４０において、目標空燃比ＡＦｔｇｔを「通常空燃比Ｒｓｔよりも小さい（即ち、リッチ側の）空燃比Ｒrich」に設定し、燃料圧力ＰＦを「通常圧力ＰＦ０よりも高い圧力ＰＦhigh２」に設定し、且つ、１サイクル（例えば、１回の吸気行程）において低リフト噴射を複数回連続的に行うように、燃料噴射弁３０及び高圧燃料ポンプ４０を制御する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。なお、リッチ空燃比Ｒrichは例えば１０と１４．６との間の空燃比であることが好ましい。更に、圧力ＰＦhigh２は圧力ＰＦhigh１と同じでもよく、相違していてもよい。

このデポジット除去制御モードにおいては、低リフト噴射が複数回連続的に行われる。連続的に噴射が行われるとは、一つの気筒に対して、例えば、クランク角が１８０度回転する期間（例えば、１回の吸気行程）内に燃料噴射が短い所定間隔（Ｔoff）をおいて繰り返し行われることを意味する（図６（Ｂ）を参照。）。この結果、図５を参照しながら説明したように、絞り部を流れる燃料の流速Ｖａｐが極めて大きくなる。加えて、燃料圧力ＰＦが通常圧力ＰＦ０よりも高い圧力ＰＦhigh２に設定されるから、絞り部を流れる燃料の流速Ｖａｐがより一層大きくなる。従って、燃料噴射弁３０の内部のうちのニードル先端空間壁面にデポジットＤＰが付着している場合には、そのデポジットＤＰが効果的に除去される。なお、ＣＰＵは、デポジット除去制御モードにおける燃料圧力ＰＦを通常圧力ＰＦ０に設定してもよい。

その後、ＣＰＵがステップ７００から処理を再開すると、ＣＰＵはステップ７０５及びステップ７２５の両ステップにて「Ｎｏ」と判定してステップ７４５に進み、デポジット除去制御モードが開始されてからの継続時間が所定時間以上となったか否かを判定する。この時点で、デポジット除去制御モードが所定時間継続していなければ、ＣＰＵはステップ７４５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、デポジット除去制御モードが継続される。

その後、デポジット除去制御モードが所定時間継続すると、ＣＰＵはステップ７４５の処理を行う際、そのステップ７４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７５０に進み、空燃比学習値偏差Ｄ（＝ＫＧ−ＫＧ０）が閾値Ｄｔｈ以上であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、デポジット除去制御モードによる燃料噴射を実行したことの効果を確認する。

ところで、この時点までにおいて、デポジット除去制御モードが所定時間実行されている。従って、そのデポジット除去制御モードによって「燃料噴射弁３０の内部のうちのニードル先端空間壁面に付着していたデポジットＤＰ」は除去されている筈である。加えて、既に、予備除去制御モードが所定時間実行されているから、その予備除去制御モードによって「燃料噴射弁３０の内部のうちの噴孔壁面に付着していたデポジットＤＰ」は除去されている筈である。即ち、現時点までにおいて、燃料噴射弁３０の内部に付着していたデポジットＤＰは除去されている筈である。よって、「機関の空燃比をリーン側に偏移させるデポジット以外の要因」がない場合には、偏差Ｄは小さくなる筈である。そのため、偏差Ｄが閾値Ｄｔｈ以上である場合、「機関の空燃比をリーン側に偏移させるデポジット以外の要因」が発生しているか、或いは、デポジット除去に失敗したと判断できる。換言すると、機関１０に何らかの異常が生じていると判断することができる。

そこで、ＣＰＵは、ステップ７５０の処理を実行する時点において、偏差Ｄが閾値Ｄｔｈ以上となっていれば、そのステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７５５に進み、異常を通知するための処理（例えば、警告灯の点灯又はブザーからの警報の発生等）を行う。更に、ＣＰＵは、異常が発生した旨をバックアップＲＡＭに記憶しておく。次いで、ＣＰＵはステップ７６０に進み、燃料噴射モードをフェール時制御モードに設定する。

フェール時制御モードは、機関１０を修理工場などまで運行させることを確実にすることを狙いとした燃料噴射制御を行うモードである。より具体的に述べると、ＣＰＵはステップ７６０において、目標空燃比を通常空燃比Ｒｓｔよりも小さいフェール時空燃比（第３空燃比）Ｒfailに設定し、燃料圧力ＰＦを通常圧力ＰＦ０よりも高い圧力ＰＦhigh３に設定し、且つ、１サイクルにおいて高リフト噴射を１回だけ行うように、燃料噴射弁３０及び高圧燃料ポンプ４０を制御する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。なお、ＣＰＵは、フェール時制御モードが開始されると、修理工場において所定の処理が行われるまで、フェール時制御モードを維持する。

これに対し、ＣＰＵがステップ７５０の処理を実行する時点において、偏差Ｄが閾値Ｄｔｈ未満となっていれば、もはや燃料噴射弁３０にデポジットＤＰが多量に付着していないと判定できる。従って、この場合、ＣＰＵはステップ７５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７１５に進み、燃料噴射モードを通常噴射制御モードへと戻す。

＜燃料噴射（ニードル弁の移動量及びソレノイドの通電時間）についての補足説明＞
ＣＰＵは、下記（１）式に従って「１つの気筒の１回のサイクルに対する燃料噴射量Ｆｉ」を算出する。（１）式において、Ｍｃは「１つの気筒が１回の吸気行程にて吸入する空気量（即ち、筒内吸入空気量）」である。Ｍｃ／ＡＦｔｇｔは、基本燃料噴射量ＴＰとも称呼され、機関の空燃比を目標空燃比ＡＦｔｇｔに一致させるためのフィードフォワード燃料噴射量である。

Ｆｉ＝ＫＧ・Ｋｆａｆ・（Ｍｃ／ＡＦｔｇｔ） ・・・（１）

１．高リフト噴射
ＣＰＵは、１回の高リフト噴射により燃料噴射量Ｆｉの燃料を噴射する場合、下記（２）式に従って燃料噴射弁３０への通電時間（ソレノイド３４に高電圧Ｈｉを付与するための信号、即ち、噴射弁駆動信号、を発生している時間であり、以下、単に「噴射時間」とも称呼する。）ＴＡＵＨを決定する。本例において、高リフト噴射におけるリフト量の最大値は、一定値Ｌhigh（即ち、Ｌmax）に設定されている（図６の（Ａ）を参照。）。なお、１回の高リフト噴射により燃料噴射量Ｆｉを噴射する場合は、上述した「通常噴射制御モード、予備除去制御モード及びフェール時制御モード」の各モードにおいて燃料噴射を行う場合である。

ＴＡＵＨ＝ＫＨｉ・ＫＨｉＰＦ・Ｆｉ ・・・（２）

（２）式において、ＫＨｉは、高リフト噴射時において燃料噴射量を噴射時間に変換するための予め定められた係数である。ＫＨｉＰＦは、高リフト噴射時における燃料圧力ＰＦと燃料噴射時における筒内圧とに応じて変化する補正係数である。補正係数ＫＨｉＰＦは、燃料圧力ＰＦが高いほど小さくなり、燃料噴射時における筒内圧が高いほど大きくなる。筒内圧は、アクセルペダルＡｐ操作量、吸入空気量及び機関回転速度等から推定されるか、又は、図示しない筒内圧センサにより取得される。なお、本明細書において、無効噴射時間は無視している。

２．低リフト噴射
ＣＰＵは、連続する複数回（ｎ回）の低リフト噴射により燃料噴射量Ｆｉの燃料を噴射する場合、下記（３）式に従って値ｎ（噴射回数ｎ）を決定する。連続する複数回（ｎ回）の低リフト噴射により燃料噴射量Ｆｉの燃料を噴射する場合は、上述したデポジット除去制御モードにおいて燃料噴射を行う場合である（図６の（Ｂ）を参照。）。（３）式においてＦｂＬоは、一回の低リフト噴射に対して予め定められた燃料噴射量である。本例において、低リフト噴射におけるリフト量の最大値は一定値Ｌlowに設定されている（図６の（Ｂ）を参照。）。なお、当然であるが、一定値Ｌlowは最大リフト量Ｌmaxより小さい。

ｎ＝Ｆｉ／ＦｂＬо ・・・（３）

値ｎは自然数であるので、（３）式の計算の結果に余りが生じた場合、ｎは商の値に「１」が加えられた値となるように計算される。そして、ＣＰＵは、下記（４）式に従って燃料噴射弁３０への通電時間（噴射時間）ＴＡＵＬを決定する。更に、デポジット除去制御モードにおいては、ＣＰＵは１回の燃料噴射についての通電終了時と次の燃料噴射についての通電開始時との間に一定の噴射間隔（非通電時間）Ｔoffを設ける（図６の（Ｂ）を参照。）。

ＴＡＵＬ＝ＫＬо・ＫＬоＰＦ・ＦｂＬо ・・・（４）

（４）式において、ＫＬоは、低リフト噴射時において燃料噴射量を噴射時間に変換するための予め定められた係数である。ＫＬоＰＦは、低リフト噴射時における燃料圧力ＰＦと燃料噴射時における筒内圧とに応じて変化する補正係数である。補正係数ＫＬоＰＦは、燃料圧力ＰＦが高いほど小さくなり、燃料噴射時における筒内圧が高いほど大きくなる。

以上の説明から理解されるように、デポジット除去制御モードにおいて、目標空燃比ＡＦｔｇｔが「通常空燃比（本例においては、理論空燃比）Ｒｓｔよりも小さいリッチ空燃比Ｒrich」に設定されると、（１）式に従って燃料噴射量Ｆｉが増大される。その結果、（３）式から理解されるように噴射回数ｎが増加する。

以上、説明したように、第１装置は、高リフト噴射と低リフト噴射とを選択的に実行可能である制御部（ＥＣＵ５０）を備える。
更に、その制御部は、燃料噴射弁３０内に付着したデポジットＤＰを除去すべきことを示す特定条件が成立していないとき高リフト噴射を行う（図７のステップ７１０及びステップ７１５）とともに、その際に機関の空燃比が「機関運転状態により定まる目標空燃比ＡＦｔｇｔ＝通常空燃比Ｒｓｔ」となるようにニードル弁３２を移動させる。
更に、その制御部５０は、前記特定条件が成立したとき、前記低リフト噴射を連続的に複数回行う（図７のステップ７３５及びステップ７４０）とともに、その際に機関の空燃比が「前記目標空燃比よりも小さい空燃比（Ｒrich）」となるようにニードル弁３２を移動させる。

この結果、第１装置は、トルク変動量及びエミッションの悪化の程度等を小さくしながら、燃料噴射弁３０の内部（特に、ニードル先端空間壁面）に付着したデポジットＤＰを効果的に除去することができる。

なお、第１装置は、通常噴射制御モードにおいて上述の特定条件が成立した場合、予備除去制御モードを経ることなく、デポジット除去制御モードへと移行するように、構成されてもよい。更に、第１装置は、デポジット除去制御モードにおいて、低リフト噴射におけるリフト量の最大値を適宜変更してもよい。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る燃料噴射制御装置（以下、単に「第２装置」と称呼する。）は、デポジット除去制御モードによる燃料噴射の実行中に失火状態が検出された場合、目標空燃比ＡＦｔｇｔを「リッチ空燃比Ｒrichよりも更に小さい（リッチ側の）失火防止空燃比Ｒrmf」に設定する点においてのみ第１装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。

第２装置は、デポジット除去制御モードを開始すると、失火状態が発生したか否かを判定（監視）する。より具体的に述べると、第２装置のＣＰＵは、各気筒が爆発行程にあるときにクランク角が１８０度経過する時間Ｔ１８０を取得し、その時間Ｔ１８０の全気筒の平均値に対して所定値以上長い時間Ｔ１８０を有する気筒が存在するか否かを判定する。そして、ＣＰＵは、そのような気筒が存在していると判定される場合、失火状態が発生していると判定する。或いは、ＣＰＵは、ある気筒の圧縮行程後期においてクランク角度が６０度経過する時間Ｔ６０ａを取得し、その気筒の爆発行程中期においてクランク角度が６０度経過する時間Ｔ６０ｂを取得する。そして、ＣＰＵは、時間Ｔ６０ａに対する時間Ｔ６０ｂの比が所定値以上であるとき失火状態が発生していると判定する。加えて、ＣＰＵは、失火状態が発生していると判定したとき、目標空燃比ＡＦｔｇｔを「リッチ空燃比Ｒrichよりも更に小さい（リッチ側の）失火防止空燃比Ｒrmf」に設定してデポジット除去制御を継続する。例えば、リッチ空燃比Ｒrichが１０と１４．６との間の空燃比とすれば、失火防止空燃比Ｒrmfは例えば９と１０との間の空燃比である。なお、ＣＰＵは、上述した方法以外の周知の手法に基づいて失火状態が発生したか否かを判定するように構成されてもよい。

この第２装置によれば、デポジット除去制御モード中に失火状態が検出された場合には目標空燃比ＡＦｔｇｔが更に小さい値に設定されるので、デポジット除去制御において供給される燃料の量（実際には、低リフト噴射の回数）が増大させられる。その結果、デポジット除去制御モードにおける失火状態（リーン失火）の発生頻度を低減することができる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る燃料噴射制御装置（以下、単に「第３装置」と称呼する。）は、デポジット除去制御モード中に失火状態が検出されたために目標空燃比ＡＦｔｇｔが失火防止空燃比Ｒrmfに設定された場合において、依然として失火状態が検出され続ける場合には、低リフト噴射におけるリフト量の最大値を「一定値Ｌlowよりも大きい一定値Ｌlow１」に設定する点のみにおいて第２装置と相違している。なお、一定値Ｌlow１は最大リフト量Ｌmaxより小さい。

この第３装置によれば、デポジット除去制御モード中に目標空燃比ＡＦｔｇｔが失火防止空燃比Ｒrmfに設定された場合において、依然として失火状態が検出され続けるとき、低リフト噴射におけるリフト量の最大値が大きくなる。よって、デポジット除去制御において、デポジットＤＰが燃料噴射量に与える影響が軽減され、結果として、供給される燃料の量が増大させられる。その結果、デポジット除去制御モードにおける失火状態（リーン失火）の発生頻度を低減することができる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る燃料噴射制御装置（以下、単に「第４装置」と称呼する。）は、図１に示した燃料噴射弁（ポート噴射弁）４５を燃料噴射弁（筒内噴射弁）３０とともに使用する内燃機関に適用される。

ところで、筒内噴射弁３０と比較し、比較的低温の環境内に噴孔が露出するポート噴射弁４５にはデポジットが堆積し難い。従って、ポート噴射弁４５は筒内噴射弁３０と比較して狙いに近い量の燃料を噴射することができる。

そこで、第４装置は、少なくともデポジット除去制御モードにて筒内噴射弁３０から燃料を噴射する場合、目標空燃比ＡＦｔｇｔを実現するために必要とされる燃料噴射量Ｆｉのうちの所定割合α分（即ち、α・Ｆｉの燃料）をポート噴射弁４５から噴射させ、残り分（即ち、（１−α）・Ｆｉ）を筒内噴射弁３０から噴射させる。割合αは５０から７５％の間であることが望ましい。なお、ＣＰＵは、ポート噴射弁４５の噴射態様を常にフルリフト噴射とする。

これによれば、α・Ｆｉの燃料はポート噴射弁４５から燃焼室２０に供給される。加えて、仮に、筒内噴射弁３０が低リフト噴射を行うとき「予定する量の所定割合β」しか燃料を噴射できないとしても、結果として不足する燃料量は（１−β）・（１−α）・Ｆｉとなる。仮に、α＝０、即ち、ポート噴射弁４５から燃料を噴射しなければ、上記の場合に不足する燃料量は（１−β）・Ｆｉである。よって、デポジット除去制御モードにて燃料の総てを筒内噴射弁３０から噴射する場合と比較して、燃料の不足分を小さくすることができる。

その結果、第４装置は、第１装置と同様、トルク変動及びエミッションの悪化等が生じる可能性を低減させながら、燃料噴射弁３０内のニードル先端空間壁面に付着したデポジットＤＰを効果的に除去することができる。なお、第４装置は、デポジット除去制御モードにおける目標空燃比ＡＦｔｇｔを、通常空燃比Ｒｓｔに維持しているが、「通常空燃比Ｒｓｔよりも小さいリッチ空燃比（第２空燃比）Ｒrich」に設定してもよい。

以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る燃料噴射制御装置は、トルク変動及びエミッション悪化の発生頻度を小さくしながら、燃料噴射弁３０の内部に付着・堆積したデポジットＤＰを効果的に除去することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

２０…燃焼室（筒内）、３０…燃料噴射弁、３１…ノズル本体部、３１ａ…噴孔、３１ｂ…ノズルシート壁面、３２…ニードル弁、３２ｃ…ニードルシート壁面、３３…スプリング、３４…ソレノイド、４０…高圧燃料ポンプ、５０…ＥＣＵ（電子制御装置）、５１…クランクポジションセンサ、５２…エアフローメータ、５３…アクセルペダル踏込量センサ、５４…空燃比センサ、ＦＰ…燃料通路、Ｓ…サック。

Claims (1)

1. ニードル弁を移動させることによって、内燃機関の燃焼室にて燃焼される混合気に含まれる燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記ニードル弁のリフト量を第１リフト量までの範囲で変更することによって燃料を噴射する高リフト噴射と、前記ニードル弁のリフト量を前記第１リフト量よりも小さい第２リフト量までの範囲で変更することによって燃料を噴射する低リフト噴射と、を選択的に実行可能である制御部と、
   を具備し、
   前記制御部は、
   前記燃料噴射弁内に付着したデポジットを除去すべきことを示す特定条件が成立していないとき、前記高リフト噴射を行うとともに、その際に前記混合気の空燃比が機関運転状態により定まる目標空燃比となるように前記ニードル弁を移動させ、
   前記特定条件が成立したとき、前記低リフト噴射を連続的に複数回行うとともに、その際に前記混合気の空燃比が前記目標空燃比よりも小さい空燃比となるように前記ニードル弁を移動させ、前記付着したデポジットに起因する燃料噴射量の低下量を小さくする、
   燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、前記特定条件が成立したとき、前記特定条件が成立していない場合に前記目標空燃比を実現するために前記低リフト噴射を第１の回数だけ行えばよい状況において、前記低リフト噴射を前記第１の回数よりも多い第２の回数だけ実行するように構成された、
   燃料噴射制御装置。

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