JP6406073B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁の噴孔から内燃機関の燃焼室へ噴射される燃料の噴射状態を制御する、燃料噴射制御装置に関する。

特許文献１には、燃料噴射弁のボデーに形成された噴孔に、燃焼生成物である異物（デポジット）が付着して堆積し、所望量の燃料を噴射できなくなる課題が記載されている。この課題に対し従来では、燃料噴射弁への燃料の供給圧力を定期的に高くして、燃料の高圧噴流でデポジットを定期的に除去している。

特開２０１２−２２９６２８号公報

さて、上述した高圧噴流が除去対象としているのは、噴孔内部に付着するデポジット（内部デポ）であるが、このような内部デポの他にも、ボデーの外表面に付着するデポジット（外部デポ）も存在する。外部デポは噴孔を閉塞するものではないため、噴射量に大きな影響を及ぼすものではなく、それ故、従来では外部デポの存在について特に問題視されていなかった。

しかしながら、「外部デポが燃料の噴霧形状に影響を及ぼしている」との知見を本発明者は得た。例えば、ボデー外表面のうち噴孔周囲に外部デポが付着している場合、コアンダ効果の現象により、噴孔から噴射された燃料の噴霧が外部デポに引き寄せられて広がった噴霧形状になる場合がある。特に近年では、噴射量を高精度で制御することに加え、噴霧形状を高精度で制御することの要求も高まってきており、外部デポを除去することは、噴霧形状を高精度で制御するのに有用である。そして、燃料の供給圧力を高くする従来の手法では、外部デポを除去することはできない。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、噴孔の外部に付着した異物の除去を可能にした燃料噴射制御装置を提供することにある。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明のひとつは、燃料噴射弁（２０）の作動を制御することで、燃料噴射弁のボデー（２１）に形成された噴孔（２１ａ）から内燃機関（１０）の燃焼室（１０ａ）へ噴射される燃料の噴射状態を制御する噴射制御手段（９１）と、ボデー（２１）の外表面のうち噴孔の周辺部分に付着した異物が所定量以上堆積して、異物の除去が要求されている異物除去要求状態であるか否かを判定する判定手段（９３ｂ）と、を備え、噴射制御手段は、異物除去要求状態と判定された場合に、異物除去要求状態と判定されていない場合に比べて燃料の燃焼位置を前記噴孔に近づける近傍燃焼制御を実行することを特徴とする。

この発明によれば、異物除去要求状態と判定された場合に、燃料の燃焼位置を噴孔に近づける近傍燃焼制御を実行するので、その近傍燃焼による熱で、噴孔の外部に付着した異物（外部デポ）が高温になる。この種の外部デポは燃焼生成物であり、高温環境下で燃焼するので、上記発明によれば、外部デポを燃焼させて除去することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射制御装置を示す模式図。 図１に示す燃料噴射弁において、デポジットと噴孔の位置関係を示す断面図。 第１実施形態に係るＥＣＵの機能ブロック図。 噴射指令信号および噴射率波形の一態様を示す図。 図４の噴射率波形に起因して生じる熱発生率波形の一態様を示す図。 図５の熱発生率波形から抽出された、アフター噴射に係る熱発生率波形を示す図。 初期噴射率と噴射圧との関係を示すマップ。 アフター噴射に係る最先端距離の時間変化を示す図。 時刻毎の噴霧の体積分布を示す図。 時刻毎の空間熱発生量分布を積算した波形である空間熱発生量積算分布、および空間熱発生量分布を示す図。 燃焼室における空間熱発生量分布の位置を模式的に示す図。 第１実施形態において、近傍燃焼制御の手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係るＥＣＵの機能ブロック図。 本発明の第３施形態に係るＥＣＵの機能ブロック図。 本発明の第４施形態に係るＥＣＵの機能ブロック図。

以下、本発明にかかる燃料噴射制御装置の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
本実施形態に係る燃料噴射制御装置は、図１に示す電子制御装置（ＥＣＵ９０）により提供される。ＥＣＵ９０は、内燃機関１０が備える燃料噴射弁２０、燃料ポンプ３１およびＥＧＲバルブ（図示せず）等の作動を制御することで、内燃機関１０の燃焼状態を制御する。これらの内燃機関１０およびＥＣＵ９０は車両に搭載されたものであり、当該車両は、内燃機関１０の出力を駆動源として走行する。

内燃機関１０は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２およびピストン１５を備える。ピストン１５は、コンロッド１６を介してクランク軸１７と連結されている。燃焼室１０ａは、シリンダブロック１１により形成されるシリンダの内壁面、ピストン１５の頂面１５ａ、およびシリンダヘッド１２の内壁面により形成される。シリンダヘッド１２には、吸気ポート１２ａを開閉する吸気弁１３、排気ポート１２ｂを開閉する排気弁１４、および燃料噴射弁２０が取り付けられている。燃焼室１０ａに噴射された燃料は、空気と混合して混合気を形成し、燃焼室１０ａで圧縮されて自着火する。

燃料ポンプ３１により圧縮された高圧の燃料はコモンレール３０へ供給される。コモンレール３０は、供給された高圧燃料を所定の圧力に維持するとともに、各気筒に設けられた燃料噴射弁２０の各々へ高圧燃料を分配する。燃料噴射弁２０は、ボデー２１、電磁アクチュエータ２２および弁体２３を有する。電磁アクチュエータ２２および弁体２３は、金属製のボデー２１内部に収容されている。

図２に示すように、ボデー２１の先端部分には、燃料を噴射する複数の噴孔２１ａが形成されており、ボデー２１の内壁面には、弁体２３の先端部２３ａが離着座するシート面２１ｓが形成されている。シート面２１ｓから弁体２３が離座すると、ボデー２１の内壁面と弁体２３の外面との間に燃料通路２１ｂが形成される。ボデー２１内部のうち燃料通路２１ｂの下流側部分にはサック室２１ｃが形成され、サック室２１ｃは噴孔２１ａと連通している。

したがって、電磁アクチュエータ２２に電圧が印加されると、弁体２３がシート面２１ｓから離座するように開弁作動して、燃料通路２１ｂが開弁された状態となる。その結果、コモンレール３０から分配された高圧燃料が、燃料通路２１ｂ、サック室２１ｃおよび噴孔２１ａを順に流れて、噴孔２１ａから燃焼室１０ａへ噴射される。一方、電磁アクチュエータ２２への通電を停止させると、弁体２３がシート面２１ｓに着座するように閉弁作動して、燃料通路２１ｂが閉弁された状態となり、噴孔２１ａからの燃料噴射が停止される。

したがって、ＥＣＵ９０が電圧印加の開始時期を制御することで、燃料の噴射時期が制御される。ＥＣＵ９０が電圧印加の通電時間を制御することで、１回の開弁による噴射期間が制御され、ひいては１回の開弁による燃料の噴射量が制御される。また、ＥＣＵ９０が燃料ポンプ３１の吐出量を制御することで、コモンレール３０で蓄圧される燃料の圧力が制御され、ひいては燃料の噴射圧が制御される。

なお、燃料噴射弁２０の中心軸線Ｃがピストン１５の中心軸線と一致するよう、燃料噴射弁２０は配置されている。ボデー２１の先端部分は燃焼室１０ａに露出しており、噴孔２１ａは燃焼室１０ａに位置する。複数の噴孔２１ａは、中心軸線Ｃの周りに等間隔で配置されており、中心軸線Ｃから遠ざかる向きに放射状に燃料が噴射される。図２中の網点は、噴射された燃料である噴霧Ｆの形状を示す。図２の例では、噴孔２１ａが円形に形成されているため、噴霧Ｆは円錐形状である。

ボデー２１の先端部分は燃焼室１０ａに露出しているため、その先端部分の外表面には、燃焼生成物である異物（デポジットＤ）が付着して堆積する。ボデー２１外表面のうち噴孔２１ａ周囲にデポジットＤが堆積すると、噴霧Ｆにコアンダ効果が作用する。つまり、図２中の矢印に示すように、噴霧ＦがデポジットＤに引き寄せられて噴霧角度２θが広がり、噴霧Ｆが所望の形状とは異なる形状になる。

ＥＣＵ９０は、マイクロコンピュータ（マイコン９０ａ）および駆動回路９０ｂ等を備える。マイコン９０ａは、燃料の噴射時期、噴射量および噴射圧等を、クランク軸１７の回転速度（エンジン回転数ＮＥ）、エンジン負荷、および燃焼室１０ａ内の圧力（筒内圧）に基づき制御する。エンジン回転数ＮＥは、クランク角センサ８１の検出値に基づきマイコン９０ａにより算出される。エンジン負荷は、アクセルペダルセンサ８２の検出値に基づきマイコン９０ａにより算出される。筒内圧は、筒内圧センサ８３の検出値に基づきマイコン９０ａにより算出される。

マイコン９０ａは、算出したエンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷に基づき、燃料噴射弁２０から噴射される燃料の噴射状態を表した各種の目標値を算出する。例えば、噴射時期、噴射量（通電時間）、以下に詳述する多段噴射を実施する場合における噴射回数等を算出する。

多段噴射とは、同一の気筒内において、１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射することである。複数回の噴射には、燃焼トルクを発揮させるためのメイン噴射や、メイン噴射よりも少量の燃料をメイン噴射の前に噴射するパイロット噴射、メイン噴射よりも少量の燃料をメイン噴射の後に噴射するアフター噴射等が含まれる。なお、パイロット噴射に係るパイロット燃焼により、ＮＯｘ低減を図ることができる。アフター噴射に係るアフター燃焼により、黒煙排出量の低減を図ることができる。

マイコン９０ａは、メモリに記憶されたプログラムにしたがってＣＰＵが演算処理を実行することにより、図３を用いて以下に説明する各種の手段として機能する。これらの手段により、燃料噴射弁２０および燃料ポンプ３１の作動が制御され、噴射状態が制御される。

図３に示すように、マイコン９０ａは、噴射制御手段９１、デポ堆積量推定手段９３ａ、再生判定手段９３ｂ、熱発生率変化算出手段９４ａ、分布変化算出手段９４ｂ、熱分布算出手段９４ｃ、燃焼位置特定手段９４ｄとして機能する。

噴射制御手段９１は、先述したエンジン回転数およびエンジン負荷に基づき、燃料の噴射状態制御量に関する各種目標値を算出する。噴射状態制御量には、噴射時期、噴射量、多段噴射の回数およびインターバル、噴射圧が挙げられる。これらの目標値は、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき算出される。

例えば噴射時期の目標値について説明すると、エンジン回転数およびエンジン負荷と、噴射時期の最適値との関係を予め試験して取得しておく。取得した最適値を、エンジン回転数およびエンジン負荷と関連付けてマップ化し、そのマップ（噴射時期マップ）を、マイコン９０ａが有するメモリ９２に予め記憶させておく。上記最適値は、エンジン負荷およびエンジン回転数に応じた出力トルクと、排気エミッションと、燃焼騒音とのバランスを鑑みて設定される。噴射制御手段９１は、現時点でのエンジン回転数およびエンジン負荷に対応する最適値を噴射時期マップから取得して、その最適値を、目標噴射時期として設定する。

さらに噴射制御手段９１は、噴射時期、噴射量、多段噴射の回数およびインターバルの目標値に基づいて、駆動回路９０ｂへ出力される噴射指令信号を生成する。噴射指令信号は、図４の上段に例示するパルス信号であり、パルスオンにより燃料噴射弁２０への通電オンが指令されて開弁作動を開始し、パルスオフにより通電オフが指令されて閉弁作動を開始する。

図４の上段は、パイロット噴射、メイン噴射およびアフター噴射の３段で多段噴射を指令する噴射指令信号の一例を示し、図４の下段は、上段の噴射指令信号による噴射率の時間変化を示す。噴射率とは、単位時間あたりに噴孔２１ａから噴射される燃料の量である。厳密には、図４に示すようにパルスオンの立ち上がりタイミングから遅れて噴射率が上昇を開始し、パルスオフの立ち下がりタイミングから遅れて噴射率が下降を開始する。なお、下段に示す噴射率波形の面積が噴射量に相当する。

弁体２３が開弁作動（リフトアップ）を開始した直後では、燃料通路２１ｂの開口面積が小さいので噴射率が小さいが、リフトアップが進むにしたがって開口面積が大きくなるので噴射率が上昇する。但し、噴孔２１ａの開口面積よりも燃料通路２１ｂの開口面積が大きくなった時点で、燃料が燃料通路２１ｂで絞られる度合いよりも噴孔２１ａで絞られる度合いの方が大きくなるので、上記時点で噴射率は最大になる。

したがって、パイロット噴射、メイン噴射およびアフター噴射の各噴射において、噴射率の上昇傾きＲｕｐおよび下降傾きＲｄｗは同一である。パイロット噴射およびアフター噴射では、噴射時間が短いため、最大噴射率Ｒｍａｘに達する前の上昇途中で噴射率が下降に転じている。これに対しメイン噴射では、噴射時間が十分に長いため、最大噴射率Ｒｍａｘに達するまで噴射率が上昇し、その後で下降に転じている。

図３の説明に戻り、さらに噴射制御手段９１は、噴射圧の目標値についてもエンジン回転数およびエンジン負荷に基づき算出する。噴射圧目標値に基づき燃料ポンプ３１による燃料の吐出圧を制御することで、コモンレール３０内の燃圧（レール圧）を制御し、ひいては噴孔２１ａからの噴射圧を制御する。

デポ堆積量推定手段９３ａは、先述したデポジットＤの堆積量を、内燃機関１０の運転履歴に基づき推定する。例えば、エンジン回転数や燃料噴射量、燃焼室温度等の履歴に基づき、堆積量を推定する。なお、燃焼室温度が所定以上であれば、デポジットＤが酸化して除去される可能性があり、また、後述する近傍燃焼制御を実施すればデポジットＤが除去されるので、これらの除去分を減算して堆積量を推定する。

判定手段９３ｂは、デポジットＤの除去が要求されている異物除去要求状態であるか否かを判定する。具体的には、デポ堆積量推定手段９３ａにより推定された堆積量が所定量以上である場合に、異物除去要求状態であると判定する。このような異物除去要求状態であると判定された場合には、噴射制御手段９１は、異物除去要求状態と判定されていない場合に比べて燃料の燃焼位置を噴孔２１ａに近づける近傍燃焼制御を実行する。近傍燃焼制御とは、燃焼位置特定手段９４ｄで特定された燃焼の代表位置を、異物除去要求状態と判定されていない場合に比べて噴孔２１ａに近づける制御のことである。

燃焼位置特定手段９４ｄは、熱分布算出手段９４ｃにより算出された空間熱発生量に基づき燃焼の代表位置を特定する。空間熱発生量とは、噴孔２１ａからの燃料の噴射距離Ｘに対する熱発生量の分布（図１０下段参照）のことである。熱分布算出手段９４ｃは、熱発生率変化算出手段９４ａにより算出された熱発生率波形（図６参照）、および分布変化算出手段９４ｂにより算出された燃料分布推移（図９参照）に基づき、空間熱発生量を算出する。以下、これらの手段により燃焼の代表位置を特定する手法について詳細に説明する。

熱発生率変化算出手段９４ａは、筒内圧センサ８３の検出値であって、筒内圧の時間変化を表した筒内圧波形を取得する。検出される筒内圧には、ピストン１５の圧縮に起因した圧力変化（圧縮成分）と、燃焼膨張に起因した圧力変化（燃焼成分）とが含まれている。圧縮成分は、ピストン１５の直径やストローク量、燃焼室１０ａの体積等により特定される既知のものである。そこで、圧縮成分を筒内圧波形から差し引くことで燃焼成分を算出できる。また、燃焼成分は熱発生率との相関が高いので、燃焼成分に基づき熱発生率波形（図５参照）を算出できる。

図５は、図４の如く燃料を噴射した場合における熱発生率波形を示す。本実施形態では、アフター噴射を対象に近傍燃焼を実施してデポジットＤの燃焼除去を図るので、熱発生率変化算出手段９４ａは、多段噴射にかかる熱発生率波形から、アフター噴射に起因して生じた熱発生率波形を抽出する。図６は、抽出された熱発生率波形を示す。熱発生率とは単位時間または単位クランク角あたりに発生した熱量のことであり、熱発生率波形とは、熱発生率の時間推移を表した波形のことである。

抽出の具体例について、図５を用いて以下に説明する。図５の熱発生率波形のうち所定のクランク角範囲において、熱発生率が上昇するクランク角（時期）を燃焼開始時期ｔａとして算出する。上昇した熱発生率が下降に転じた後、燃焼開始時期ｔａの熱発生率まで下降した時期を燃焼終了時期ｔｂとして算出する。或いは、燃焼開始時期ｔａから所定の傾きで熱発生率が下降したと想定する想定直線と、熱発生率波形とが交わる点の時期を燃焼終了時期ｔｃとして算出する。

分布変化算出手段９４ｂは、先ず、数１に示す式にしたがって噴霧Ｆのペネトレーション量を演算する。ペネトレーション量は、噴孔２１ａから噴霧Ｆの最先端位置までの距離ｘに相当する。

数１中のｔは噴射開始からの経過時間、θは噴霧角度２θの半分の値、ｄｎは噴孔２１ａの直径、ｗｏ（ｔ）は燃料の噴孔出口速度、ρｆｕｅｌは燃料密度、ρａｉｒ（ｔ）は時間ｔを変数とした筒内空気密度を示す。

噴孔出口速度ｗｏ（ｔ）の初期値、つまり、噴射開始時点における初期噴射率は、図７に示すように噴射圧により特定される。したがって、図７に示すマップを参照して噴射圧に基づき初期噴射率を取得し、取得した初期噴射率を噴孔２１ａの開口面積で除算することで、噴孔出口速度ｗｏ（ｔ）の初期値（初期速度）を算出する。筒内空気密度ρａｉｒ（ｔ）
図８中の点線Ｒは、図４に示すアフター噴射に係る噴射率波形を示す。図８中の実線Ｌは、噴霧の最先端距離が時間経過に伴い伸びていく様子を示す。図８中の他の実線の各々は、数１の式により算出されるペネトレーション量の時間変化を示す。例えば、符号Ｌ１に示す実線は、噴射率波形の上昇開始時点から０．０５ｍｓ後のｔ１時点で噴射された燃料の噴霧（初期噴霧）が、時間経過とともに拡大しながら移動する際の最先端距離の変化を示す。符号Ｌ２に示す実線は、０．１ｍｓ後のｔ２時点で噴射された燃料の噴霧（中期噴霧）の最先端距離の変化を示す。符号Ｌ３に示す実線は、０．１５ｍｓ後のｔ３時点で噴射された燃料の噴霧（終期噴霧）の最先端距離の変化を示す。

図示されるように、初期噴霧Ｌ１の最先端距離は、中期噴霧Ｌ２の最先端距離よりも所定時間以降は長くなる。終期噴霧Ｌ３の最先端距離は、中期噴霧Ｌ２の最先端距離よりも常時短い。そして、刻々と噴射される噴霧の各々について、最先端距離が最も長い値の集合が、符号Ｌに示す噴霧の最先端距離に相当する。

図９は、距離軸α、体積軸βおよび時間軸γの３軸上における、噴霧の空間位置を示す図である。距離軸αは図８のペネトレーション（図８の縦軸）に相当し、体積軸βは噴霧量を示し、時間軸γは図８の経過時間（図８の横軸）に相当する。例えば、図中の実線Ｖ（ｔ１）は、ｔ１時点に噴射された噴霧Ｆ（ｔ１）の、噴孔２１ａからの距離に対する体積の分布を示す。図中の実線Ｖ（ｔ２）は、ｔ２時点に噴射された噴霧Ｆ（ｔ２）の、噴孔２１ａからの距離に対する体積の分布を示す。

要するに、分布変化算出手段９４ｂは、数１の式に基づき算出される最先端距離の時間変化（図８中の符号Ｌ参照）を用いて、図９に示すような単位時間毎の噴霧の体積分布を算出する。

熱分布算出手段９４ｃは、図６に示す熱発生率波形に基づき、図９に示す時刻毎の噴霧分布に対応する、時刻毎の熱発生量を算出する。例えば、噴霧Ｆ（ｔ１）のｔ１時点を含む所定時間における熱発生率を積算して、図６に示す熱発生量Ｑ（ｔ１）を算出する。同様にして、時刻毎の噴霧に対応する熱発生量を各々算出する。時刻毎の熱発生量は、噴霧が分布する範囲で均一の密度で生じるものとみなす。つまり、単位時間毎の噴霧の体積分布に応じて熱発生量が分布するとみなす。これにより、噴孔２１ａからの距離に対応する熱発生量の分布であって、時刻毎の空間熱発生量分布を算出できる。

熱分布算出手段９４ｃは、時刻毎の空間熱発生量分布を積算した波形である空間熱発生量積算分布（図１０の上段参照）を算出する。さらに、空間熱発生量積算分布に基づき、噴孔２１ａからの距離に対応する熱発生量の分布である空間熱発生量分布（図１０の下段参照）を算出する。

燃焼位置特定手段９４ｄは、上述した空間熱発生量積算分布または空間熱発生量分布に基づき、アフター噴射の燃焼の代表位置を特定する。例えば、図１０上段に示す空間熱発生量積算分布において、熱発生量が全体の５０％に達する位置Ｘａを燃焼の代表位置とみなす。或いは、図１０下段に示す空間熱発生量分布において、熱発生量がピークとなる位置Ｘｂを燃焼の代表位置とみなす。図１１は、燃焼室１０ａにおける空間熱発生量分布の位置を示す模式図であり、主な燃焼範囲Ｆａｆｔｅｒの重心位置が、位置Ｘａまたは位置Ｘｂと一致するとみなす。

図１２は、マイコン９０ａにより繰返し実行される処理の手順であり、先ずステップＳ１０において、ボデー２１外表面のうち噴孔２１ａ周囲におけるデポジットＤの堆積量Ｖｄを推定する。つまり、デポ堆積量推定手段９３ａによる推定を実行する。続くステップＳ１１では、堆積量Ｖｄが所定量Ｖｔｈ以上であるか否かを判定する。つまり、再生判定手段９３ｂによる判定を実行する。Ｖｄ≧Ｖｔｈと判定された場合には、異物除去要求状態であるとみなし、ステップＳ１２以降の処理を実行し、Ｖｄ＜Ｖｔｈと判定された場合には、一連の処理を終了してステップＳ１０の処理に戻る。

ステップＳ１２〜Ｓ１４では、熱発生率変化算出手段９４ａによる算出を実行する。つまり、ステップＳ１２にて筒内圧を取得し、取得した筒内圧に基づきステップＳ１３にて熱発生率波形を算出する。続くステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出した熱発生率波形から、アフター噴射に係る熱発生率波形を抽出する。

ステップＳ１５〜Ｓ２０では、分布変化算出手段９４ｂによる算出を実行する。つまり、先ずステップＳ１５にて筒内温度を算出する。続くステップＳ１６では、燃料密度センサ（図示せず）の検出値に基づく燃料密度ρｆｕｅｌを取得する。但し、燃料密度センサを廃止して、予め設定しておいた値を燃料密度ρｆｕｅｌとして用いてもよい。続くステップＳ１７では、ステップＳ１５で算出した筒内温度およびステップＳ１２で取得した筒内圧に基づき、筒内空気密度ρａｉｒ（ｔ）を算出する。続くステップＳ１８では、レール圧センサ８４の検出値に基づく噴射圧を取得する。続くステップＳ１９では、アフター噴射に係る噴射率波形Ｒ（図４の下段参照）を、噴射指令信号に基づき推定する。続くステップＳ２０では、上述した数１の式に各種の変数を代入して、アフター噴射ペネトレーション量（図８の最先端距離Ｌ）を算出し、単位時間毎の噴霧の体積分布を算出する（図９参照）。

続くステップＳ２１では、熱分布算出手段９４ｃによる算出を実行する。つまり、ステップＳ１４で算出したアフター熱発生率、およびステップＳ２０で算出した噴霧体積分布に基づき、図１０に示す空間熱発生量積算分布または空間熱発生量分布を算出する。続くステップＳ２２では、ステップＳ２１で算出した空間分布に基づき、アフター燃焼の代表位置Ｘｂを算出する。続くステップＳ２３では、ステップＳ２２で算出した代表位置Ｘｂが所定位置Ｘｔｈよりも噴孔側である（Ｘｂ≦Ｘｔｈ）か否かを判定する。

Ｘｂ≦Ｘｔｈであると判定されれば、近傍燃焼に相当する燃焼状態であるとみなし、一連の処理を終了してステップＳ１０の処理に戻る。一方、ステップＳ２３にてＸｂ≦Ｘｔｈでないと判定されれば、アフター噴射について近傍燃焼制御を実施する。つまり、現状に比べて燃焼位置を噴孔２１ａに近づけるように、燃料の噴射状態を変更する。具体的には、アフター噴射の噴射時期、アフター噴射の噴射量、および噴射分割数の少なくとも１つを制御することで近傍燃焼制御を実行する。噴射分割数とは、アフター噴射の目標噴射量を、複数回に分割して噴射する分割噴射を実施する際の分割数のことである。

例えば、アフター噴射の噴射時期を進角することで、メイン噴射とのインターバルを短縮させる。これによれば、筒内温度がより高温の時にアフター噴射されることとなるので、アフター噴射に係る燃料の着火性が良くなるので、噴孔２１ａから噴射された燃料が直ぐに着火することとなる。つまり着火遅れが短くなる。よって、燃焼位置が噴孔２１ａに近づくこととなる。

また、アフター噴射の分割数を多くすれば１回の噴射量が少なくなり、以下に説明するように噴射率が小さくなるのでペネトレーションが小さくなり、その結果、燃焼位置が噴孔２１ａに近づくこととなる。すなわち、図４に示すようにアフター噴射は噴射量が少ないので、弁体２３のリフトアップ量が最大位置に達する前、つまりサック室２１ｃの燃圧が十分に上昇して最大噴射率Ｒｍａｘに達する前に、弁体２３が閉弁作動を開始することとなる。よって、噴射量が少ないほど開弁時間が短くなり噴射率の最大値が小さくなるので、ペネトレーションが小さくなる。

また、アフター噴射の噴射量を少なくすれば、上述したように噴射率が小さくなるのでペネトレーションが小さくなり、その結果、燃焼位置が噴孔２１ａに近づくこととなる。特に、上記分割噴射を実施しない場合でも、アフター噴射の噴射量を少なくしてペネトレーションを小さくできる。

このように、アフター噴射の噴射時期、分割数および噴射量を変更することで近傍燃焼制御を実行するにあたり、噴射時期、分割数、噴射量の優先順で制御する。つまり、ステップＳ２４において、先ずは噴射時期を変更し、分割数および噴射量については変更しない。その結果、次回のステップＳ２３にてＸｂ≦Ｘｔｈと判定されれば、近傍燃焼が生じているとみなし、ステップＳ１０での堆積量Ｖｄの推定値を減少させていく。つまり、ステップＳ１１にてＶｄ＜Ｖｔｈと判定されるまで、現状の近傍燃焼制御が継続される。

一方、ステップＳ２４において噴射時期を変更したにも拘らずステップＳ２３にてＸｂ≦Ｘｔｈと判定されなければ、近傍燃焼が生じていないとみなし、ステップＳ１０では堆積量Ｖｄの推定値を減少させない。そして、ステップＳ２４にて、噴射時期をさらに進角させていく。その後、制御可能範囲の限界まで噴射時期を進角させても近傍燃焼が生じない場合には、ステップＳ２４にて、分割数を増大させる。この場合にも、ステップＳ２３にて近傍燃焼が生じていると判定されるまで分割数をさらに増大させていく。その後、制御可能範囲の限界まで分割数を増大させても近傍燃焼が生じない場合には、ステップＳ２４にて、噴射量を低減させる。この場合にも、ステップＳ２３にて近傍燃焼が生じていると判定されるまで噴射量をさらに低減させていく。その後、制御可能範囲の限界まで噴射量を低減させても近傍燃焼が生じない場合には、現状の近傍燃焼制御が継続される。

また、近傍燃焼制御により噴射時期、分割数および噴射量の少なくとも１つを変更させるにあたり、１燃焼サイクル中における燃焼に起因して生じるトルクが変化しないように、上記変更を実行する。例えば、アフター噴射の噴射量を減少させた場合、その減少分に相当するトルク低下量を補填するようにメイン噴射の噴射量を増大させる。また、十分に補填できない場合には、トルク変化をユーザが感じることを抑制させるべく、近傍燃焼制御による上記変更を徐々に実行する。

また、噴射制御手段９１は、燃焼位置（代表位置Ｘｂ）と噴孔２１ａとの距離を所定距離以上確保するように近傍燃焼制御を実行する。つまり、上記距離が下限未満になった場合には、燃焼位置を噴孔２１ａから遠ざけるように噴射状態を制御する。

ステップＳ１０におけるデポ堆積量推定手段９３ａによる推定では、近傍燃焼制御を実行した場合、その制御によりデポジットＤが除去される分（再生量）を減算して堆積量Ｖｄを推定する。具体的には、近傍燃焼制御に係るアフター燃焼温度が高いほど、近傍燃焼制御時の代表位置が噴孔２１ａに近いほど、ボデー２１の温度が高温であるほど、再生量を多く減算して堆積量Ｖｄを推定する。

以上により、本実施形態によれば、デポジットＤが所定量以上堆積した異物除去要求状態であるか否かを判定する判定手段９３ｂを備える。そして、異物除去要求状態と判定された場合に、異物除去要求状態と判定されていない場合に比べて燃料の燃焼位置を噴孔２１ａに近づける近傍燃焼制御を実行する。そのため、ボデー２１の外表面のうち噴孔２１ａの周辺部分に付着した異物（外部デポ）を、近傍燃焼による熱により酸素と酸化反応（燃焼）させて燃焼除去できる。よって、噴孔２１ａから噴射された燃料の噴霧が外部デポに引き寄せられて広がった噴霧形状になることを抑制でき、所望の噴霧形状にすることを高精度で実現できる。

さらに、本実施形態に係る噴射制御手段９１は、アフター噴射で近傍燃焼制御を実行する。アフター噴射では、メイン燃焼により燃焼室１０ａが高温になっている状況で燃料を噴射するので、自着火しやすい状況で噴射されると言える。そのため、アフター噴射に係る燃料は、着火遅れが短くなるので、燃焼位置を噴孔２１ａに近づけるといった近傍燃焼を容易に実現できる。

さて、本実施形態に反し、コモンレール３０内の燃圧を低下させて噴射圧を低下させることにより、ペネトレーションを低下させて近傍燃焼を実行させることもできる。しかしこの場合には、噴霧微粒化の妨げとなり、しかもメイン噴射やパイロット噴射等、他の噴射についても噴霧微粒化の妨げとなるので、排気エミッションの悪化を招きやすい。これに対し本実施形態に係る噴射制御手段９１は、燃料の噴射時期、噴射量および噴射分割数の少なくとも１つを制御することで近傍燃焼制御を実行する。そのため、上述した排気エミッション悪化を抑制しつつ近傍燃焼を実現できる。

さらに、本実施形態に係る噴射制御手段９１は、噴射時期、噴射分割数、噴射量の優先順で制御することで近傍燃焼制御を実行する。この順番は、着火遅れ短縮に効果の高い順番である。すなわち、噴射時期を早めることが着火遅れ短縮に最も効果が高い。したがって、本実施形態によれば、分割数および噴射量を変更させずに噴射時期を変更して近傍燃焼を実現できる可能性が高くなるので、近傍燃焼を容易に実現できる。それでいて、噴射時期を限界まで進角させても近傍燃焼できない場合には、分割数や噴射量を変更させて近傍燃焼の実現を図るので、近傍燃焼できなくなるおそれを抑制できる。

さらに、本実施形態に係る噴射制御手段９１は、燃焼位置と噴孔２１ａとの距離を所定距離以上確保するように近傍燃焼制御を実行する。そのため、ボデー２１が過剰に高温になって熱変形するおそれを低減できる。特にシート面２１ｓは、弁体２３が繰返し当接する部位であるため、高温時に熱変形するおそれが懸念されるが、上述の如く近傍燃焼制御を制限する本実施形態によれば、上記懸念を低減できる。

さらに、本実施形態では、噴孔２１ａからの燃料の噴射距離に対する熱発生量の分布を算出する熱分布算出手段９４ｃと、熱発生量の分布に基づき燃焼位置を特定する燃焼位置特定手段９４ｄと、を備える。そのため、例えば本実施形態に反して筒内温度の分布を検出し、その温度分布で燃焼位置を特定する場合に比べて、燃焼位置を高精度で特定できる。

さらに、本実施形態では、筒内圧センサ８３の検出値に基づき熱発生率の時間変化を算出する熱発生率変化算出手段９４ａと、噴孔２１ａからの噴射距離に対する燃料の体積分布の時間変化を算出する分布変化算出手段９４ｂと、を備える。熱分布算出手段９４ｃは、熱発生率変化算出手段９４ａおよび分布変化算出手段９４ｂの算出結果に基づき、熱発生量の分布を算出する。そのため、例えば本実施形態に反してエンジン回転数ＮＥや、エンジン負荷、噴射指令信号に基づき熱発生量の分布を推定する場合に比べて、燃焼位置を高精度で特定できる。

（第２実施形態）
本実施形態では、図１３に示すように、燃焼室１０ａのうち噴孔２１ａ近傍部分における混合気の流速を推定する流速推定手段９５を備える。特に、ピストン１５の頂面１５ａの形状に応じてタンブル流やスワール流が生じ、これらの流速は、吸気弁１３の開弁タイミングやエンジン回転数ＮＥに応じて変化する。この点を鑑み、流速推定手段９５は、吸気弁１３の開弁タイミングおよびエンジン回転数ＮＥに基づき流速を推定する。

噴射制御手段９１は、近傍燃焼制御を実行するにあたり、流速推定手段９５により推定された流速が速いほど燃焼位置を噴孔２１ａに近づける。つまり、ステップＳ２３の判定に用いる所定位置Ｘｔｈを、高流速であるほど小さい値に可変設定する。

以上により、本実施形態によれば、高流速であるほど燃焼位置を噴孔２１ａに近づけるので、高流速であることに起因して近傍燃焼によるデポジットＤの温度上昇が不十分になる懸念を低減できる。また、低流速である場合に、必要以上に燃焼位置を噴孔２１ａに近づけることを回避できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、図１４に示すように、燃料噴射弁２０の温度を推定する噴射弁温度推定手段９６を備える。具体的には、燃焼室１０ａの温度をセンサで検出された値に基づき、ボデー２１の噴孔２１ａ部分における温度を推定する。或いは、空間熱発生量の履歴に基づき、ボデー２１の噴孔２１ａ部分における温度を推定する。

噴射制御手段９１は、近傍燃焼制御を実行するにあたり、噴射弁温度推定手段９６により推定された温度が低いほど、燃焼位置を噴孔２１ａに近づける。つまり、ステップＳ２３の判定に用いる所定位置Ｘｔｈを、燃料噴射弁２０が高温であるほど小さい値に可変設定する。

以上により、本実施形態によれば、燃料噴射弁２０が低温であるほど燃焼位置を噴孔２１ａに近づけるので、ボデー２１が低温であることに起因して近傍燃焼によるデポジットＤの温度上昇が不十分になる懸念を低減できる。また、ボデー２１が高温になっている場合に、必要以上に燃焼位置を噴孔２１ａに近づけることを回避できる。

（第４実施形態）
本実施形態では、上記第３実施形態と同様の噴射弁温度推定手段９６を備える。そして、本実施形態に係る噴射制御手段９１は、噴射弁温度推定手段９６により推定された温度が所定温度以上であることを条件として、近傍燃焼制御を実行する。例えば、内燃機関１０の冷間始動時において、ボデー２１の噴孔２１ａ部分における推定温度が所定温度未満の低温状態であれば、近傍燃焼を実施してもデポジットＤを燃焼できないとみなし、近傍燃焼制御を禁止する。

以上により、本実施形態によれば、噴射弁温度推定手段９６により推定された温度が所定温度以上であることを条件として、近傍燃焼制御を実行する。そのため、近傍燃焼を実施してもデポジットＤを燃焼できないおそれがある場合には、無駄な近傍燃焼が回避されるので、無駄に排気エミッションを悪化させるおそれを低減できる。

（第５実施形態）
上記第１実施形態では、熱分布算出手段９４ｃを備え、燃焼位置特定手段９４ｄは、熱分布算出手段９４ｃにより算出された空間熱発生量（熱分布）に基づき燃焼位置を特定している。これに対し本実施形態では、図１５に示すように、熱分布算出手段９４ｃを廃止して、筒内温度の分布を推定する温度分布推定手段９４ｅを備える。例えば、空間熱発生量の履歴に基づき、筒内温度の分布を推定する。そして、図１５に示す燃焼位置特定手段９４ｄは、推定された温度分布に基づき燃焼位置（代表位置）を特定する。本実施形態によっても、燃焼位置を特定できるので近傍燃焼制御を実行できる。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

上記第１実施形態では、燃焼位置と噴孔２１ａとの距離を所定距離以上確保するように近傍燃焼制御することで、ボデー２１が熱変形することの抑制を図っている。これに対し、ボデー２１が所定の上限温度以上である場合に、上記距離を長くするように噴射状態を制御する、或いは近傍燃焼制御を禁止することで、ボデー２１が熱変形することの抑制を図るようにしてもよい。

上記各実施形態では、アフター噴射された燃料を近傍燃焼させてデポジットＤの除去を図っている。これに対し、アフター噴射以外の燃料を近傍燃焼させてデポジットＤの除去を図ってもよい。例えば、メイン噴射の直前に噴射されるパイロット噴射で近傍燃焼させてもよいし、メイン噴射で近傍燃焼させてもよい。また、１燃焼サイクル中に燃料を１回だけ噴射させる場合においても、その噴射で近傍燃焼させてもよい。

上記各実施形態に係る近傍燃焼制御では、噴射時期、噴射分割数および噴射量の少なくとも１つを変更させている。これに対し、コモンレール３０内の燃圧を低下させるように制御を変更することで、噴孔２１ａからの噴射圧を低下させて、燃焼位置を噴孔２１ａに近づけるように近傍燃焼制御させてもよい。

ＥＣＵ９０（制御装置）が提供する手段および／または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

１０…内燃機関、１０ａ…燃焼室、２０…燃料噴射弁、９１…噴射制御手段、…、９３ｂ…判定手段。

Claims (10)

1. 燃料噴射弁（２０）の作動を制御することで、前記燃料噴射弁のボデー（２１）に形成された噴孔（２１ａ）から内燃機関（１０）の燃焼室（１０ａ）へ噴射される燃料の噴射状態を制御する噴射制御手段（９１）と、
   前記ボデー（２１）の外表面のうち前記噴孔の周辺部分に付着した異物が所定量以上堆積して、前記異物の除去が要求されている異物除去要求状態であるか否かを判定する判定手段（９３ｂ）と、
   を備え、
   前記噴射制御手段は、前記異物除去要求状態と判定された場合に、前記異物除去要求状態と判定されていない場合に比べて燃料の燃焼位置を前記噴孔に近づける近傍燃焼制御を実行することを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記噴射制御手段は、１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射するように噴射状態を制御する場合に、最も噴射量の多いメイン噴射の直後のアフター噴射で、前記近傍燃焼制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記噴射制御手段は、燃料の噴射時期、噴射量および噴射分割数の少なくとも１つを制御することで前記近傍燃焼制御を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記噴射制御手段は、前記噴射時期、前記噴射分割数、前記噴射量の優先順で制御することで前記近傍燃焼制御を実行することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記噴射制御手段は、前記燃焼位置と前記噴孔との距離を所定距離以上確保するように近傍燃焼制御を実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記噴孔からの燃料の噴射距離に対する熱発生量の分布を算出する熱分布算出手段（９４ｃ）と、
   前記熱分布算出手段により算出された前記熱発生量の分布に基づき、前記燃焼位置を特定する燃焼位置特定手段（９４ｄ）と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサ（８３）の検出値に基づき、熱発生率の時間変化を算出する熱発生率変化算出手段（９４ａ）と、
   前記噴孔からの噴射距離に対する燃料の体積分布の、時間変化を算出する分布変化算出手段（９４ｂ）と、
   を備え、
   前記熱分布算出手段は、前記熱発生率変化算出手段および前記分布変化算出手段の算出結果に基づき、前記熱発生量の分布を算出することを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射制御装置。
8. 前記燃焼室の混合気の流速を推定する流速推定手段（９５）を備え、
   前記噴射制御手段は、前記近傍燃焼制御を実行するにあたり、前記流速推定手段により推定された前記流速が速いほど前記燃焼位置を前記噴孔に近づけることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
9. 前記燃料噴射弁の温度を推定する噴射弁温度推定手段（９６）を備え、
   前記噴射制御手段は、前記近傍燃焼制御を実行するにあたり、前記噴射弁温度推定手段により推定された前記温度が低いほど前記燃焼位置を前記噴孔に近づけることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
10. 前記燃料噴射弁の温度を推定する噴射弁温度推定手段（９６）を備え、
    前記噴射制御手段は、前記噴射弁温度推定手段により推定された前記温度が所定温度以上であることを条件として、前記近傍燃焼制御を実行することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。

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