JP6770642B2 - Internal combustion engine control method and control device - Google Patents

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Description

本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグとを備える内燃機関の制御方法及び制御装置に関する。 The present invention relates to a control method and a control device for an internal combustion engine including a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder and an ignition plug that directly sparks and ignites the fuel injected from the fuel injection valve.

筒内に直接燃料を噴射する、いわゆる筒内直噴の内燃機関においては、燃料噴射弁の先端が燃焼室内に露出しており、筒内の燃焼の影響を受け易いため、燃料噴射弁の先端部にデポジットが堆積し易い。そして、堆積したデポジットが燃料噴霧の進路の一部を塞ぐと、実際の噴霧パターンが設計時のパターン(以下、基準パターンともいう)からずれてしまう。 In a so-called in-cylinder direct-injection internal combustion engine that injects fuel directly into the cylinder, the tip of the fuel injection valve is exposed in the combustion chamber and is easily affected by combustion in the cylinder. Deposits are likely to accumulate on the part. Then, if the accumulated deposit blocks a part of the fuel spray path, the actual spray pattern deviates from the design-time pattern (hereinafter, also referred to as a reference pattern).

ところで、内燃機関の冷間始動後に、点火プラグ周りに成層混合気を形成し、かつ点火時期を圧縮上死点以降まで遅角させる、ファストアイドル制御が知られている。従来は、ピストンに設けたキャビティに燃料噴霧を反射させて点火プラグ周りに成層混合気を形成するウォールガイド式が主流であったが、ウォールガイド式では衝突した燃料の一部がピストンの冠面に残留し易く、残留した燃料が燃焼して煤が生成されるおそれがある。このため、排気性能に対する要求がますます高まっている近年では、点火プラグ周りに向けて燃料を噴射して成層混合気を形成するスプレーガイド式が注目されている。 By the way, fast idle control is known in which a stratified air-fuel mixture is formed around a spark plug after a cold start of an internal combustion engine and the ignition timing is retarded to after the compression top dead center. Conventionally, the wall guide type that reflects fuel spray to the cavity provided in the piston to form a stratified air-fuel mixture around the spark plug has been the mainstream, but in the wall guide type, a part of the collided fuel is the crown surface of the piston. It is easy to remain in the fuel, and the remaining fuel may burn to generate soot. For this reason, in recent years, when the demand for exhaust performance is increasing, a spray guide type that injects fuel toward the spark plug to form a stratified air-fuel mixture has attracted attention.

しかし、ウォールガイド式においては、噴霧パターンに多少のずれが生じてもキャビティに衝突すれば燃料噴霧は点火プラグ周りに進むのに対し、スプレーガイド式においては、ウォールガイド式のような噴霧パターンのずれを修正する機能がない。このため、スプレーガイド式では、噴霧パターンが基準パターンからずれると、燃焼安定性を確保することが困難になる。 However, in the wall guide type, even if there is a slight deviation in the spray pattern, if it collides with the cavity, the fuel spray will proceed around the spark plug, whereas in the spray guide type, the spray pattern of the wall guide type will be used. There is no function to correct the deviation. Therefore, in the spray guide type, if the spray pattern deviates from the reference pattern, it becomes difficult to ensure combustion stability.

この問題を解決するための制御として、JP 2012−87668 A1には、燃料噴射回数が所定値を超えた場合に燃料噴射弁にデポジットが付着したと判定し、デポジットを除去するための制御を実行するものが開示されている。 As a control for solving this problem, the JP 2012-87668 A1 determines that a deposit has adhered to the fuel injection valve when the number of fuel injections exceeds a predetermined value, and executes a control for removing the deposit. What to do is disclosed.

しかしながら、上記文献のように燃料噴射回数を用いる判定方法では、デポジットが付着しているか否かを正確に判定することはできない。 However, it is not possible to accurately determine whether or not a deposit is attached by the determination method using the number of fuel injections as in the above document.

そこで本発明では、燃料噴射弁の先端にデポジットが付着しているか否かを正確に判定することが可能な制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a control method and a control device capable of accurately determining whether or not a deposit is attached to the tip of a fuel injection valve.

本発明のある態様によれば、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグと、を備える内燃機関の制御方法が提供される。当該制御方法では、機関始動後に、燃料噴射弁から前記点火プラグの放電領域に向けて燃料を噴射することによって形成した混合気を燃焼させる成層燃焼を実行し、成層燃焼を実行する期間中に、機関始動時における内燃機関の燃焼開始からの機関回転速度の実際の変化の挙動である実挙動を、予め設定した内燃機関の燃焼開始からの機関回転速度の基準挙動と比較し、実挙動が基準挙動と異なる場合に、燃料噴射弁の先端に付着物があることにより噴霧パターンが変化したと判断して、付着物を除去するための付着物除去制御を実行するAccording to an aspect of the present invention, there is provided a control method for an internal combustion engine including a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder and an ignition plug that directly sparks and ignites the fuel injected from the fuel injection valve. .. In the control method, after the engine is started, stratified combustion is executed in which the air-fuel mixture formed by injecting fuel from the fuel injection valve toward the discharge region of the ignition plug is executed, and during the period in which the stratified combustion is executed, The actual behavior, which is the behavior of the actual change in the engine rotation speed from the start of combustion of the internal combustion engine at the time of starting the engine, is compared with the preset reference behavior of the engine rotation speed from the start of combustion of the internal combustion engine, and the actual behavior is the reference. When the behavior is different, it is determined that the spray pattern has changed due to the presence of deposits at the tip of the fuel injection valve, and the deposit removal control for removing the deposits is executed .

図1は、内燃機関システムの全体構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an overall configuration of an internal combustion engine system. 図2は、プラグ近傍における流動付与の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of flow addition in the vicinity of the plug. 図3は、燃料噴射弁の噴射形態を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an injection form of the fuel injection valve. 図4は、噴霧ビームについて説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a spray beam. 図5は、点火プラグと燃料噴射弁の配置を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the spark plug and the fuel injection valve. 図6は、放電領域と噴霧ビームとの関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the discharge region and the spray beam. 図7は、縮流について説明する為の図である。FIG. 7 is a diagram for explaining contraction. 図8は、筒内に生ずるタンブル流動の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of the tumble flow generated in the cylinder. 図9は、圧縮行程中におけるタンブル流動の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the tumble flow during the compression stroke. 図10は、点火プラグ周辺の乱流強度の変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing changes in turbulent flow intensity around the spark plug. 図11は、点火プラグ近傍におけるプラグ放電チャンネルの説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a plug discharge channel in the vicinity of the spark plug. 図12Aは、燃料噴射タイミングと点火時期との関係を示す図である。FIG. 12A is a diagram showing the relationship between the fuel injection timing and the ignition timing. 図12Bは、燃料噴射タイミングと点火時期との関係を示す図である。FIG. 12B is a diagram showing the relationship between the fuel injection timing and the ignition timing. 図13は、点火プラグの位置と燃焼安定度を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the position of the spark plug and the combustion stability. 図14は、点火プラグの位置と燃焼安定度との関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the position of the spark plug and the combustion stability. 図15は、コントローラが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 15 is a flowchart showing a control routine executed by the controller. 図16は、付着物除去制御を実行しなかった場合のタイミングチャートである。FIG. 16 is a timing chart when the deposit removal control is not executed. 図17は、付着物除去制御を実行した場合のタイミングチャートである。FIG. 17 is a timing chart when the deposit removal control is executed.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、内燃機関システムの全体構成の説明図である。内燃機関システム1において内燃機関10は、吸気通路51に接続されている。また、内燃機関10は、排気通路52に接続されている。 FIG. 1 is an explanatory diagram of an overall configuration of an internal combustion engine system. In the internal combustion engine system 1, the internal combustion engine 10 is connected to the intake passage 51. Further, the internal combustion engine 10 is connected to the exhaust passage 52.

吸気通路51にはタンブルコントロールバルブ16が設けられる。タンブルコントロールバルブ16は、吸気通路51の流路断面の一部を閉塞することにより筒内にタンブル流動を生成する。 A tumble control valve 16 is provided in the intake passage 51. The tumble control valve 16 generates a tumble flow in the cylinder by closing a part of the cross section of the flow path of the intake passage 51.

吸気通路51にはコレクタタンク46が設けられている。コレクタタンク46にはEGR通路53bも接続されている。 A collector tank 46 is provided in the intake passage 51. The EGR passage 53b is also connected to the collector tank 46.

吸気通路51にはエアフローメータ33が設けられる。エアフローメータ33に接続されるコントローラ50は、エアフローメータ33から吸気通路51における吸気量を取得する。また、吸気通路51には吸気温センサ34が設けられる。吸気温センサ34に接続されるコントローラ50は、吸気温センサ34から吸気通路51を通過する空気の温度を取得する。 An air flow meter 33 is provided in the intake passage 51. The controller 50 connected to the air flow meter 33 acquires the intake amount in the intake passage 51 from the air flow meter 33. Further, an intake air temperature sensor 34 is provided in the intake passage 51. The controller 50 connected to the intake air temperature sensor 34 acquires the temperature of the air passing through the intake passage 51 from the intake air temperature sensor 34.

また、吸気通路51には電子制御スロットル41が設けられ、コントローラ50によりスロットル開度が制御される。 Further, an electronically controlled throttle 41 is provided in the intake passage 51, and the throttle opening degree is controlled by the controller 50.

排気通路52には排気浄化用の排気触媒44、45が設けられる。排気触媒44、45には三元触媒等が用いられる。また、排気通路52はその途中でコレクタタンク46と接続するEGR通路53に分岐する。 Exhaust catalysts 44 and 45 for purifying exhaust gas are provided in the exhaust passage 52. A three-way catalyst or the like is used for the exhaust catalysts 44 and 45. Further, the exhaust passage 52 branches into an EGR passage 53 connected to the collector tank 46 on the way.

EGR通路53にはEGRクーラー43が設けられる。また、EGR通路53には、EGRバルブ42が設けられる。EGRバルブ42は、コントローラ50に接続される。そして、内燃機関10の運転条件に応じて、コントローラ50によりEGRバルブ42の開度が制御される。 An EGR cooler 43 is provided in the EGR passage 53. Further, an EGR valve 42 is provided in the EGR passage 53. The EGR valve 42 is connected to the controller 50. Then, the opening degree of the EGR valve 42 is controlled by the controller 50 according to the operating conditions of the internal combustion engine 10.

内燃機関10は、点火プラグ11と燃料噴射弁12と吸気側可変動弁機構13と排気側可変動弁機構14と燃料噴射ポンプ15を備える。燃料噴射弁12は直上噴射弁であり、点火プラグ11の近傍に設けられる。 The internal combustion engine 10 includes a spark plug 11, a fuel injection valve 12, an intake side variable valve mechanism 13, an exhaust side variable valve mechanism 14, and a fuel injection pump 15. The fuel injection valve 12 is a direct injection valve and is provided in the vicinity of the spark plug 11.

点火プラグ11は、内燃機関10の燃焼室内で火花点火を行う。点火プラグ11は、コントローラ50に接続され、制御部としてのコントローラ50が火花点火時期を制御する。点火プラグ11は、後述するように流速センサ23としても動作する。流速検出の方法については後述する。 The spark plug 11 ignites sparks in the combustion chamber of the internal combustion engine 10. The spark plug 11 is connected to the controller 50, and the controller 50 as a control unit controls the spark ignition timing. The spark plug 11 also operates as a flow velocity sensor 23 as described later. The method of detecting the flow velocity will be described later.

燃料噴射弁12は、内燃機関10の燃焼室内に燃料を直接噴射する。燃料噴射弁12は、コントローラ50に接続され、制御部としてのコントローラ50が燃料噴射タイミングを制御する。本実施形態では、吸気行程を含めて複数回燃料噴射を行う、いわゆる多段噴射が行われる。燃料噴射ポンプ15は、この燃料噴射弁12に接続する燃料供給配管に加圧した燃料を供給する。 The fuel injection valve 12 injects fuel directly into the combustion chamber of the internal combustion engine 10. The fuel injection valve 12 is connected to the controller 50, and the controller 50 as a control unit controls the fuel injection timing. In the present embodiment, so-called multi-stage injection, in which fuel injection is performed a plurality of times including an intake stroke, is performed. The fuel injection pump 15 supplies pressurized fuel to the fuel supply pipe connected to the fuel injection valve 12.

吸気側可変動弁機構13は、吸気弁の開閉時期を変化させる。排気側可変動弁機構14は、排気弁の開閉時期を変化させる。吸気側可変動弁機構13及び排気側可変動弁機構14は、コントローラ50に接続される。そして、コントローラ50によって、これらの開閉時期が制御される。なお、ここでは、吸気側可変動弁機構13及び排気側可変動弁機構14を示しているが、いずれか一方を有するものであってもよい。 The intake side variable valve mechanism 13 changes the opening / closing timing of the intake valve. The exhaust side variable valve mechanism 14 changes the opening / closing timing of the exhaust valve. The intake side variable valve mechanism 13 and the exhaust side variable valve mechanism 14 are connected to the controller 50. Then, the controller 50 controls these opening / closing timings. Although the intake side variable valve mechanism 13 and the exhaust side variable valve mechanism 14 are shown here, one of them may be provided.

内燃機関10には、クランク角センサ27と筒内圧センサ35が設けられる。クランク角センサ27は、内燃機関10におけるクランク角を検出する。クランク角センサ26はコントローラ50に接続され、内燃機関10のクランク角をコントローラ50に送る。 The internal combustion engine 10 is provided with a crank angle sensor 27 and an in-cylinder pressure sensor 35. The crank angle sensor 27 detects the crank angle in the internal combustion engine 10. The crank angle sensor 26 is connected to the controller 50 and sends the crank angle of the internal combustion engine 10 to the controller 50.

筒内圧センサ35は、内燃機関10における燃焼室の圧力を検出する。筒内圧センサ35はコントローラ50に接続される。そして、内燃機関10における燃焼室の圧力をコントローラ50に送る。 The in-cylinder pressure sensor 35 detects the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine 10. The in-cylinder pressure sensor 35 is connected to the controller 50. Then, the pressure of the combustion chamber in the internal combustion engine 10 is sent to the controller 50.

また、内燃機関10は、ノックセンサ21や燃圧センサ24を備えることとしてもよい。コントローラ50は、前述の各種センサ及び図示しないその他のセンサからの出力を読み込み、これらに基づいて点火時期、バルブタイミング、空燃比等の制御を行う。 Further, the internal combustion engine 10 may include a knock sensor 21 and a fuel pressure sensor 24. The controller 50 reads the outputs from the above-mentioned various sensors and other sensors (not shown), and controls the ignition timing, valve timing, air-fuel ratio, etc. based on these.

図2は、点火プラグ11と燃料噴射弁12との位置関係を説明するための図である。上述したように、燃料噴射弁12は直上噴射弁であり、点火プラグ11の近傍に設けられる。そのため、噴射された燃料の一部は放電ギャップ近傍を通過することになり、これにより点火プラグ近傍に流動を付与することができる。なお、流動の付与については後述する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the positional relationship between the spark plug 11 and the fuel injection valve 12. As described above, the fuel injection valve 12 is a direct injection valve and is provided in the vicinity of the spark plug 11. Therefore, a part of the injected fuel passes near the discharge gap, which makes it possible to impart flow to the vicinity of the spark plug. The provision of flow will be described later.

図3は燃料噴射弁12から噴射される燃料噴霧の形態を示している。図4は図3の円Aを含む平面を図3の矢印IV方向から見た図である。 FIG. 3 shows a form of fuel spray injected from the fuel injection valve 12. FIG. 4 is a view of the plane including the circle A in FIG. 3 as viewed from the direction of arrow IV in FIG.

本実施形態の燃料噴射弁12は6つの噴孔から燃料が噴射される。6つの噴孔から噴射される燃料噴霧(以下、噴霧ビームともいう)をB1−B6としたとき、各噴霧ビームは噴孔から遠ざかるほど噴霧断面が広くなる円錐形状である。また、噴霧ビームB1−B6を、円Aを含む平面で切断した場合の断面は、図4に示すように等間隔で円環状に並ぶ。 The fuel injection valve 12 of the present embodiment injects fuel from six injection holes. When the fuel sprays (hereinafter, also referred to as spray beams) injected from the six injection holes are B1-B6, each spray beam has a conical shape in which the spray cross section becomes wider as the distance from the injection holes increases. Further, the cross sections of the spray beams B1-B6 cut in a plane including the circle A are arranged in an annular shape at equal intervals as shown in FIG.

図5は、噴霧ビームB1−B6と点火プラグ11との位置関係を示す図である。燃料噴射弁12は、噴霧ビームB2の中心軸B2cと噴霧ビームB3の中心軸B3cとがなす角の二等分線である一点鎖線C上に配置される。 FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the spray beams B1-B6 and the spark plug 11. The fuel injection valve 12 is arranged on the one-point chain line C, which is a bisector of the angle formed by the central axis B2c of the spray beam B2 and the central axis B3c of the spray beam B3.

図6は、図5を矢印VIの向きから見た場合の、点火プラグ11と噴霧ビームB3との位置関係を示す図である。図6では、中心電極11aと外側電極11bとで挟まれる放電領域が、噴霧ビームB3の図中上側の外縁と図中下側の外縁とで挟まれる範囲内に配置される。なお、図示はしないが、図5を矢印VIと反対方向から見ると、点火プラグ11と噴霧ビームB2との位置関係は図6と対象になり、放電領域が噴霧ビームB2の上側の外縁と下側の外縁とで挟まれる範囲内に配置される。すなわち、噴霧ビームB2の上側外縁と噴霧ビームB3の上側外縁とを含む平面と、噴霧ビームB2の下側外縁と噴霧ビームB3の下側外縁とを含む平面とで挟まれる範囲内に放電領域が配置されるように点火プラグ11が配置されている。 FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship between the spark plug 11 and the spray beam B3 when FIG. 5 is viewed from the direction of the arrow VI. In FIG. 6, the discharge region sandwiched between the center electrode 11a and the outer electrode 11b is arranged within the range sandwiched between the upper outer edge of the spray beam B3 in the figure and the lower outer edge in the figure. Although not shown, when FIG. 5 is viewed from the direction opposite to the arrow VI, the positional relationship between the spark plug 11 and the spray beam B2 is the same as that of FIG. 6, and the discharge region is the upper outer edge and the lower side of the spray beam B2. It is arranged within the range sandwiched by the outer edge on the side. That is, the discharge region is within a range sandwiched between the plane including the upper outer edge of the spray beam B2 and the upper outer edge of the spray beam B3, and the plane including the lower outer edge of the spray beam B2 and the lower outer edge of the spray beam B3. The spark plug 11 is arranged so as to be arranged.

図7は、噴霧ビームB1−B6と点火プラグ11とが図5及び図6に示す位置関係にある場合の効果を説明する為の図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining the effect when the spray beam B1-B6 and the spark plug 11 are in the positional relationship shown in FIGS. 5 and 6.

燃料噴射弁12から噴射された燃料は、液滴へと分裂して噴霧になり、図中の太線矢印のように周囲の空気を取り込みながら前進する。これにより、噴霧の周りに気流の乱れが発生する。 The fuel injected from the fuel injection valve 12 splits into droplets and becomes a spray, and moves forward while taking in the surrounding air as shown by the thick arrow in the figure. This creates turbulence in the airflow around the spray.

また、流体は、周囲に物体(流体を含む)がある場合には、いわゆるコアンダ効果によってその物体に引き寄せられ、その物体に沿って流れる。すなわち、噴霧ビームB2と噴霧ビームB3とが図7の細線矢印のように引き合う、いわゆる縮流が生じる。これにより、噴霧ビームB2と噴霧ビームB3との間に非常に強い乱れが生じるので、点火プラグ11の周辺における乱流強度が増大する。 Further, when there is an object (including a fluid) in the surroundings, the fluid is attracted to the object by the so-called Coanda effect and flows along the object. That is, so-called contraction occurs in which the spray beam B2 and the spray beam B3 are attracted to each other as shown by the thin arrow in FIG. As a result, a very strong turbulence is generated between the spray beam B2 and the spray beam B3, so that the turbulence intensity around the spark plug 11 increases.

ここで、タンブル流動の強度の変化について説明する。 Here, the change in the strength of the tumble flow will be described.

図8は、筒内に生ずるタンブル流動の説明図である。図9は、タンブル流動崩壊の説明図である。これらの図には、吸気通路51と排気通路52と点火プラグ11と燃料噴射弁12とタンブルコントロールバルブ16が示されている。また、点火プラグ11の中心電極11aと外側電極11bが示されている。さらに、図8には、吸入行程における筒内のタンブル流動が矢印で示されている。図9には、圧縮行程における筒内のタンブル流動が矢印で示されている。 FIG. 8 is an explanatory diagram of the tumble flow generated in the cylinder. FIG. 9 is an explanatory diagram of the tumble flow collapse. In these figures, an intake passage 51, an exhaust passage 52, a spark plug 11, a fuel injection valve 12, and a tumble control valve 16 are shown. Further, the center electrode 11a and the outer electrode 11b of the spark plug 11 are shown. Further, in FIG. 8, the tumble flow in the cylinder in the suction stroke is indicated by an arrow. In FIG. 9, the tumble flow in the cylinder during the compression stroke is indicated by an arrow.

吸入行程において、タンブルコントロールバルブ16が閉じられていると、吸気は吸気通路51の図中上側に偏って流れ、筒内に流入する。その結果、図示するように筒内には縦方向に旋回するタンブル流動が形成される。その後、圧縮行程においてピストンが上昇することにより筒内の燃焼室が狭まる。燃焼室が狭くなると、タンブル流動は押しつぶされ、徐々にその流動を維持できなくなり(図9)、やがて崩壊する。 When the tumble control valve 16 is closed in the suction stroke, the intake air flows unevenly toward the upper side of the intake passage 51 in the figure and flows into the cylinder. As a result, as shown in the figure, a tumble flow that swirls in the vertical direction is formed in the cylinder. After that, the combustion chamber in the cylinder is narrowed as the piston rises in the compression stroke. When the combustion chamber becomes narrower, the tumble flow is crushed, gradually becoming unable to maintain that flow (Fig. 9), and eventually collapsing.

したがって、点火プラグ11周りに成層混合気を形成し、かつ点火時期を圧縮上死点以降まで遅角させるファストアイドル制御(以下、FIR制御ともいう)を実行する場合には、プラグ点火時において点火プラグ11周りの流動が弱まっている。このため、点火プラグ11の電極11a、11bの間に生ずるアーク(以下、プラグ放電チャンネルCNともいう)が十分に伸長せず、失火やパーシャルバーンを起こし易くなる。 Therefore, when a stratified air-fuel mixture is formed around the spark plug 11 and fast idle control (hereinafter, also referred to as FIR control) for retarding the ignition timing to after the compression top dead center is executed, ignition occurs at the time of spark plug ignition. The flow around the plug 11 is weakening. Therefore, the arc generated between the electrodes 11a and 11b of the spark plug 11 (hereinafter, also referred to as the plug discharge channel CN) is not sufficiently extended, and misfire or partial burn is likely to occur.

そこで本実施形態では、燃料噴射することで点火プラグ11周りの乱流強度が増大する特性を利用し、タンブル流動が崩壊した後にプラグ放電チャンネルCNが伸長する状況を作り出すこととする。 Therefore, in the present embodiment, the characteristic that the turbulent flow strength around the spark plug 11 is increased by injecting fuel is utilized to create a situation in which the plug discharge channel CN is extended after the tumble flow collapses.

図10は、圧縮上死点後に燃料噴射を行った場合の点火プラグ11周りの乱流強度の変化を示すタイミングチャートである。図10の横軸はクランク角度、縦軸は点火プラグ11周りの乱流強度を示している。上述した通りタンブル流動の強度は徐々に低下するので、これに伴い点火プラグ11周りの乱流強度も低下する。しかし、圧縮上死点後に燃料噴射を行うと、燃料噴射後の所定期間は乱流強度が高まる。この、燃料噴射により乱流強度が増大している期間中が、プラグ放電チャンネルCNが伸長しやすい状況である。特に、乱流強度がピークとなるタイミングが点火時期として適している。 FIG. 10 is a timing chart showing a change in turbulent flow intensity around the spark plug 11 when fuel injection is performed after the compression top dead center. The horizontal axis of FIG. 10 shows the crank angle, and the vertical axis shows the turbulent flow strength around the spark plug 11. As described above, the strength of the tumble flow gradually decreases, so that the turbulent flow strength around the spark plug 11 also decreases accordingly. However, if fuel injection is performed after the compression top dead center, the turbulent flow intensity increases for a predetermined period after the fuel injection. During this period when the turbulent flow intensity is increasing due to fuel injection, the plug discharge channel CN is likely to extend. In particular, the timing at which the turbulent flow intensity peaks is suitable as the ignition timing.

図11は、プラグ放電チャンネルCNの説明図である。図11には、点火プラグ11の中心電極11aと外側電極11b、及び伸長したプラグ放電チャンネルCNが示されている。また、ここでは、プラグ放電チャンネルCNの様子に着目するために、燃料噴射弁12は省略している。なお、プラグ放電チャンネルCNが十分伸長するように点火プラグ近傍に流動を与えられれば、燃料噴射弁12の先端は必ずしも点火プラグ11に向いていなくてもよく、違う方向に向いていても燃焼室内で反射し点火プラグ近傍に流動が与えられる実施形態でもよい。 FIG. 11 is an explanatory diagram of the plug discharge channel CN. FIG. 11 shows the center electrode 11a and the outer electrode 11b of the spark plug 11, and the extended plug discharge channel CN. Further, here, the fuel injection valve 12 is omitted in order to pay attention to the state of the plug discharge channel CN. If a flow is given in the vicinity of the spark plug so that the plug discharge channel CN is sufficiently extended, the tip of the fuel injection valve 12 does not necessarily have to face the spark plug 11, and even if it faces in a different direction, the combustion chamber It may be an embodiment in which the flow is applied in the vicinity of the spark plug by reflecting the fuel.

タンブル流動崩壊後における点火プラグ11近傍の流動は小さい。よって、火花点火が行われると、通常であれば、中心電極11aと外側電極11bとの間をほぼ直線的に跨ぐようにプラグ放電チャンネルCNが生成される。しかしながら、本実施形態では、タンブル流動の崩壊後からプラグ放電チャンネルCNが生成されるまでの間に、燃料噴射弁12による燃料噴射により点火プラグ11の近傍に流動が付与される。そして付与された流動により、図11に示されるように中心電極11aと外側電極11bとの間のプラグ放電チャンネルCNが伸長する。 The flow near the spark plug 11 after the tumble flow collapse is small. Therefore, when spark ignition is performed, the plug discharge channel CN is normally generated so as to straddle the center electrode 11a and the outer electrode 11b substantially linearly. However, in the present embodiment, the flow is imparted to the vicinity of the spark plug 11 by fuel injection by the fuel injection valve 12 between the time when the tumble flow collapses and the time when the plug discharge channel CN is generated. Then, due to the applied flow, the plug discharge channel CN between the center electrode 11a and the outer electrode 11b is extended as shown in FIG.

このようにすることで、タンブル流動崩壊後に燃焼室内に流動を付与し、プラグ放電チャンネルCNを伸長させることができるので、パーシャルバーン及び失火を抑制し燃焼安定性を改善することができる。特に、後述するようにEGRを用いた場合やリーンバーンを採用する場合のように通常よりも火炎伝播燃焼しにくい状況下においても安定して火花点火を行わせることができる。 By doing so, it is possible to impart flow to the combustion chamber after the tumble flow collapse and extend the plug discharge channel CN, so that partial burn and misfire can be suppressed and combustion stability can be improved. In particular, as will be described later, it is possible to stably ignite sparks even in a situation where flame propagation is more difficult than usual, such as when EGR is used or when lean burn is adopted.

図12A、図12Bは、プラグ放電チャンネルCNを伸長させるための燃料噴射パターンの例を示す図である。前述した多段噴射の吸気行程と膨張行程に加えて、タンブル流動崩壊後からプラグ放電チャンネル生成までの間に、さらに燃料噴射を行なってもよいし(図12A)、多段噴射の膨張行程噴射をタンブル流動崩壊後からプラグ放電チャンネル生成までの間に行ってもよい(図12B)。 12A and 12B are diagrams showing an example of a fuel injection pattern for extending the plug discharge channel CN. In addition to the intake stroke and expansion stroke of the multi-stage injection described above, further fuel injection may be performed between the time when the tumble flow collapses and the generation of the plug discharge channel (FIG. 12A), or the expansion stroke injection of the multi-stage injection is tumbled. This may be performed after the flow collapse and before the generation of the plug discharge channel (Fig. 12B).

ところで、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁12は、燃焼火炎や燃焼ガスに晒されるので、噴孔周辺にいわゆるデポジットが堆積し易い。そして、デポジットが燃料噴霧の進路を塞ぐと、例えば図13に示すように、噴霧ビームの形状や進行方向といった噴霧パターンが、燃料噴射により点火プラグ11周りの流動強度を高めることために設定した基準パターンからずれてしまう。その結果、燃料噴射をしても点火プラグ11周りの流動強度が高まらずに、内燃機関10の燃焼安定度が低下するおそれがある。 By the way, since the fuel injection valve 12 that injects fuel directly into the cylinder is exposed to combustion flame and combustion gas, so-called deposits are likely to be accumulated around the injection hole. Then, when the deposit blocks the course of fuel spraying, for example, as shown in FIG. 13, the spraying pattern such as the shape and traveling direction of the spray beam is a reference set to increase the flow intensity around the spark plug 11 by fuel injection. It deviates from the pattern. As a result, even if fuel is injected, the flow strength around the spark plug 11 does not increase, and the combustion stability of the internal combustion engine 10 may decrease.

また、燃焼安定度が低下することで、FIR制御中の排気温度が目標排気温度に達しないおそれもある。ここで、燃焼安定度と排気温度との関係について説明する。 In addition, the exhaust temperature during FIR control may not reach the target exhaust temperature due to the decrease in combustion stability. Here, the relationship between the combustion stability and the exhaust temperature will be described.

図14は、燃焼安定度と排気温度との関係を説明するための図である。図14の横軸は燃焼重心の位置[deg.CA]である。図中の「燃焼安定限界」は、騒音や振動が乗員の許容し得る上限値となる場合の燃焼安定度である。図中の目標排気温度は、FIR制御中の排気温度の目標値であり、排気触媒44、45の早期活性化等の観点から設定される値である。図中の実線Aは、上述した基準パターンの場合を示し、実線Bは基準パターンからずれた場合を示している。 FIG. 14 is a diagram for explaining the relationship between combustion stability and exhaust temperature. The horizontal axis of FIG. 14 is the position of the center of gravity of combustion [deg. CA]. The "combustion stability limit" in the figure is the combustion stability when noise or vibration becomes an upper limit value that can be tolerated by the occupant. The target exhaust temperature in the figure is a target value of the exhaust temperature during FIR control, and is a value set from the viewpoint of early activation of the exhaust catalysts 44 and 45. The solid line A in the figure shows the case of the above-mentioned reference pattern, and the solid line B shows the case of deviating from the reference pattern.

図14に示す通り、排気温度は燃焼重心が遅角側になるほど高くなることが知られている。一方、燃焼安定度は、燃焼重心が遅角側になるほど低下する。基準パターン(実線A)では、上述したプラグ放電チャンネルCNの伸長により、より遅角側まで燃焼安定度を確保できる。そして、燃焼安定限界となった場合に、排気温度は目標排気温度以上である。 As shown in FIG. 14, it is known that the exhaust temperature becomes higher as the center of gravity of combustion becomes closer to the retard side. On the other hand, the combustion stability decreases as the center of gravity of combustion becomes closer to the retard side. In the reference pattern (solid line A), the combustion stability can be ensured to the retard side by extending the plug discharge channel CN described above. Then, when the combustion stability limit is reached, the exhaust temperature is equal to or higher than the target exhaust temperature.

これに対し、基準パターンからずれると、燃焼安定限界が基準パターンに比べて進角側になる。このため、燃焼安定度が例えば実線Bのような特性になった場合には、燃焼安定限界における排気温度が目標排気温度より低くなってしまう。 On the other hand, if it deviates from the reference pattern, the combustion stability limit becomes the advance angle side with respect to the reference pattern. Therefore, when the combustion stability has characteristics such as the solid line B, the exhaust temperature at the combustion stability limit becomes lower than the target exhaust temperature.

したがって、内燃機関10の燃焼安定度を確保するためには、燃料噴射弁12にデポジットが堆積したら、それを除去する必要がある。そして、的確なタイミングでデポジットを除去するためには、デポジットが堆積しているのか否か、つまり燃料噴射弁12の先端に付着物があるか否か、を的確に判定することが重要である。 Therefore, in order to ensure the combustion stability of the internal combustion engine 10, if a deposit is accumulated on the fuel injection valve 12, it is necessary to remove it. Then, in order to remove the deposit at an accurate timing, it is important to accurately determine whether or not the deposit is accumulated, that is, whether or not there is deposit at the tip of the fuel injection valve 12. ..

そこで、コントローラ50は以下に説明する制御によって、デポジットが堆積しているか否かの判定、及びデポジットの除去を行う。 Therefore, the controller 50 determines whether or not a deposit is accumulated and removes the deposit by the control described below.

図15は、コントローラ50が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。コントローラ50はこの制御ルーチンを実行するようプログラムされている。本ルーチンは、内燃機関10の冷機始動時に、FIR制御への切り替えが決定してからFIR制御が終了するまでの間、実行される。以下、ステップにしたがって説明する。 FIG. 15 is a flowchart showing a control routine executed by the controller 50. The controller 50 is programmed to execute this control routine. This routine is executed at the time of starting the cold engine of the internal combustion engine 10 from the determination of switching to FIR control to the end of FIR control. Hereinafter, the steps will be described.

ステップS100で、コントローラ50は、クランク角センサ27の検出値を用いて内燃機関10が燃焼開始した後の機関回転速度の上昇の傾きであるdR/dtを算出する。 In step S100, the controller 50 uses the detection value of the crank angle sensor 27 to calculate dR / dt, which is the slope of the increase in the engine rotation speed after the internal combustion engine 10 starts combustion.

ステップS110で、コントローラ50はステップS100で取得したdR/dtが基準挙動としての閾値Xより大きいか否かを判定する。デポジットの堆積により噴霧パターンが変化すると、デポジットが堆積していない場合に比べて燃焼安定度が低下するため、初爆の遅れや出力低下が生じ、その結果、機関回転速度の上昇が緩慢になる。そこでステップS110では、dR/dtを用いて燃料噴射弁12の先端にデポジットが堆積しているか否かを判定する。閾値Xは、燃料噴射弁12にデポジットが堆積していない状態における、燃焼開始後の機関回転速度の上昇の傾きよりも所定量だけ小さい値である。所定量だけ小さい値を用いるのは、燃焼安定度が燃焼安定限界になったときの排気温度が目標排気温度以上であれば、燃焼安定度の低下は許容し得るからである。したがって、所定量は、デポジットの堆積による燃焼安定度の変化の特性に基づいて定まる。なお、デポジットが堆積しているか否かの判定に用いるパラメータは、dR/dtに限られるわけではない。dR/dt以外のパラメータについては後述する。 In step S110, the controller 50 determines whether or not the dR / dt acquired in step S100 is larger than the threshold value X as the reference behavior. When the spray pattern changes due to the accumulation of deposits, the combustion stability decreases compared to the case where no deposits are accumulated, resulting in a delay in the initial explosion and a decrease in output, resulting in a slow increase in the engine speed. .. Therefore, in step S110, it is determined whether or not a deposit is accumulated at the tip of the fuel injection valve 12 using dR / dt. The threshold value X is a value smaller than the slope of the increase in the engine rotation speed after the start of combustion in a state where no deposit is accumulated on the fuel injection valve 12. The reason why the value smaller by a predetermined amount is used is that if the exhaust temperature when the combustion stability reaches the combustion stability limit is equal to or higher than the target exhaust temperature, the decrease in the combustion stability can be tolerated. Therefore, the predetermined amount is determined based on the characteristics of the change in combustion stability due to the accumulation of deposits. The parameter used for determining whether or not the deposit is accumulated is not limited to dR / dt. Parameters other than dR / dt will be described later.

コントローラ50は、ステップS110においてdR/dtが閾値Xより大きいと判定したら、ステップS120の処理を実行し、dR/dtが閾値X以下と判定したら、ステップS130の処理を実行する。 If the controller 50 determines in step S110 that dR / dt is greater than the threshold value X, the controller 50 executes the process of step S120, and if it determines that dR / dt is equal to or less than the threshold value X, executes the process of step S130.

ステップS120で、コントローラ50は通常のFIR制御を実行する。ここでいう通常のFIR制御とは、後述する付着物除去制御を実行しないFIR制御のことである。 In step S120, the controller 50 performs normal FIR control. The normal FIR control referred to here is an FIR control that does not execute the deposit removal control described later.

コントローラ50は、ステップS130において付着物除去制御の開始を決定し、ステップS140において、燃料噴射圧力の目標値(以下、目標燃圧ともいう)を、付着物除去制御を実行しない場合に比べて増大させる。目標燃圧を増大させるのは、燃料噴射弁12の噴孔近傍の燃料流速を高め、これによりデポジットを吹き飛ばすためである。なお、増大後の目標燃圧は、例えば、燃料噴射ポンプ15で実現可能な最大燃圧でもよいし、実験等により求めたデポジットを吹き飛ばすことができる燃圧でもよい。 The controller 50 determines the start of the deposit removal control in step S130, and increases the target value of the fuel injection pressure (hereinafter, also referred to as the target fuel pressure) in step S140 as compared with the case where the deposit removal control is not executed. .. The reason for increasing the target fuel pressure is to increase the fuel flow velocity in the vicinity of the injection hole of the fuel injection valve 12, thereby blowing off the deposit. The target fuel pressure after the increase may be, for example, the maximum fuel pressure that can be realized by the fuel injection pump 15, or the fuel pressure that can blow off the deposit obtained by experiments or the like.

ステップS150で、コントローラ50は、燃焼重心が目標位置になったか否かを判定する。コントローラ50は、燃焼重心が目標位置になるまでステップS150の判定を繰り返したら、ステップS160で燃焼安定度が安定しているか否かを判定する。具体的には、振動や騒音の観点から許容し得る燃焼安定度を目標燃焼安定度として設定し、現在の燃焼安定度が目標燃焼安定度より高いか否かを判定する。 In step S150, the controller 50 determines whether or not the center of gravity of combustion has reached the target position. The controller 50 repeats the determination in step S150 until the center of gravity of combustion reaches the target position, and then determines in step S160 whether or not the combustion stability is stable. Specifically, the combustion stability that can be tolerated from the viewpoint of vibration and noise is set as the target combustion stability, and it is determined whether or not the current combustion stability is higher than the target combustion stability.

そして、燃焼が安定するまでステップS160の判定を繰り返したら、ステップS170で目標燃圧を通常のFIR制御における目標燃圧まで低下させる。ステップS160において、当初安定していなかった燃焼が安定するのは、デポジットが除去されたためと考えられる。 Then, when the determination in step S160 is repeated until the combustion becomes stable, the target fuel pressure is reduced to the target fuel pressure in the normal FIR control in step S170. In step S160, the combustion that was not initially stable is considered to be stable because the deposit has been removed.

上記の通り、コントローラ50は、目標燃圧を増大させた後、燃焼重心が目標位置に到達したら燃焼安定度が目標安定度より高いか否かを判定し、高ければ目標燃圧を通常のFIR制御用の目標燃圧に戻す。燃圧を高めると燃料噴射ポンプ15のフリクションが増大するので、高燃圧を維持し続けることによって燃費性能が悪化する。そこでコントローラ50は、ステップS160で付着物が除去されたと判断したら、ステップS170で燃圧を低下させる。 As described above, after increasing the target fuel pressure, the controller 50 determines whether or not the combustion stability is higher than the target stability when the combustion center of gravity reaches the target position, and if it is higher, the target fuel pressure is used for normal FIR control. Return to the target fuel pressure of. When the fuel pressure is increased, the friction of the fuel injection pump 15 increases, so that the fuel efficiency performance deteriorates by continuing to maintain the high fuel pressure. Therefore, if the controller 50 determines that the deposits have been removed in step S160, the controller 50 reduces the fuel pressure in step S170.

なお、ステップS140−S170が本実施形態における「付着物除去制御」である。ただし、S150−S170は必須ではない。ステップS150−S170の処理は、付着物除去制御の実行に伴う燃費性能の悪化を抑制するためのものであり、付着物を除去する作用を果たすわけではないからである。 In addition, step S140-S170 is "adhesion removal control" in this embodiment. However, S150-S170 is not essential. This is because the treatment in steps S150-S170 is for suppressing deterioration of fuel efficiency performance due to execution of the deposit removal control, and does not perform an action of removing the deposits.

次に、本実施形態による効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.

図16は、上述した付着物除去制御を実行しない場合のタイミングチャートである。このタイミングチャートは比較例であって、本実施形態に含まれるものではない。 FIG. 16 is a timing chart when the above-mentioned deposit removal control is not executed. This timing chart is a comparative example and is not included in the present embodiment.

機関回転速度R、燃焼安定度及び燃焼重心のチャートにおいて、実線はデポジットが付着していない状態(以下、正常状態ともいう)を示し、破線はデポジットが付着した状態(以下、劣化状態ともいう)を示している。 In the chart of engine speed R, combustion stability and combustion center of gravity, the solid line indicates the state without deposit (hereinafter, also referred to as normal state), and the broken line indicates the state with deposit (hereinafter, also referred to as deteriorated state). Is shown.

タイミングT0で機関始動が決定されてクランキングが開始されると、機関回転速度Rは所定回転速度まで上昇し、その回転速度を維持する。そして、タイミングT1において燃焼が始まり、機関回転速度Rは再び上昇し始める。また、機関回転速度の上昇に伴い、内燃機関10により駆動される燃料噴射ポンプ15の回転速度も上昇するので、燃圧が上昇する。 When the engine start is determined at the timing T0 and cranking is started, the engine rotation speed R rises to a predetermined rotation speed and maintains the rotation speed. Then, combustion starts at timing T1, and the engine speed R starts to rise again. Further, as the engine rotation speed increases, the rotation speed of the fuel injection pump 15 driven by the internal combustion engine 10 also increases, so that the fuel pressure increases.

機関回転速度Rは、正常状態でも劣化状態でも燃焼の開始に伴い上昇し、一端オーバーシュートしたあとアイドル回転速度に収束する。上述したdR/dtは、タイミングT1からオーバーシュートするまでの回転速度の上昇の傾きである。上述した通り劣化状態では正常状態に比べて上昇の傾きが小さい。 The engine speed R increases with the start of combustion in both the normal state and the deteriorated state, and once overshoots, it converges to the idle speed. The above-mentioned dR / dt is the slope of the increase in the rotation speed from the timing T1 to the overshoot. As described above, the slope of increase is smaller in the deteriorated state than in the normal state.

タイミングT2で機関回転速度Rがアイドル回転速度になり、燃圧は目標燃圧まで上昇すると、コントローラ50はFIR制御を許可するか否かの判定を行い、FIR許可フラグを立てる。当該判定は、公知の判定と同様に、機関回転速度、油水温、吸入空気温度、吸気圧、車両の傾き等に基づいて行う。本実施形態ではFIR制御が許可される場合について説明するが、例えば極低温での機関始動のように内燃機関10のフリクションが大きい場合にはFIR制御は許可されない。 When the engine rotation speed R becomes the idle rotation speed at the timing T2 and the fuel pressure rises to the target fuel pressure, the controller 50 determines whether or not FIR control is permitted and sets the FIR permission flag. The determination is made based on the engine speed, the oil / water temperature, the intake air temperature, the intake pressure, the inclination of the vehicle, and the like, as in the known determination. In the present embodiment, the case where FIR control is permitted will be described, but FIR control is not permitted when the friction of the internal combustion engine 10 is large, for example, when the engine is started at an extremely low temperature.

タイミングT2でFIR制御が開始すると、正常状態の場合も劣化状態の場合も、点火時期が遅角することによって燃焼重心が遅角し、これに伴い燃焼安定度が低下する。正常状態であれば、目標燃焼安定度よりも高い燃焼安定度を維持できる。これに対し、劣化状態では、プラグ放電チャンネルCNが十分に伸長しないので、燃焼安定度が目標燃焼安定度よりも低下してしまう。しかし、排気性能の規制値をクリアするためには、排気触媒44、45の早期活性化が必須なので、点火時期を進角側に戻すことはできない。そのため、燃焼安定度が低いままアイドル運転を続けざるを得ず、FIR制御中の車両振動や騒音が大きくなり、商品性が低下してしまう。 When the FIR control is started at the timing T2, the combustion center of gravity is retarded due to the retardation of the ignition timing in both the normal state and the deteriorated state, and the combustion stability is lowered accordingly. Under normal conditions, combustion stability higher than the target combustion stability can be maintained. On the other hand, in the deteriorated state, the plug discharge channel CN does not extend sufficiently, so that the combustion stability becomes lower than the target combustion stability. However, since early activation of the exhaust catalysts 44 and 45 is indispensable in order to clear the regulation value of the exhaust performance, the ignition timing cannot be returned to the advance side. Therefore, the idle operation must be continued with the combustion stability being low, the vehicle vibration and noise during FIR control become large, and the commercial value is lowered.

図17は、上述した付着物除去制御を実行した場合のタイミングチャートである。機関回転速度R及び燃焼重心のチャートにおいて、実線は正常状態を示し、破線は劣化状態を示している。燃圧のチャートにおいて、実線は付着物除去制御を実行した場合を示し、破線は付着物除去制御を実行しなかった場合を示している。燃焼安定度のチャートにおいて、実線は付着物除去制御を実行した場合を示し、破線Aは正常状態、破線Bは劣化状態かつ付着物除去制御を実行しなかった場合を示している。 FIG. 17 is a timing chart when the above-mentioned deposit removal control is executed. In the chart of the engine speed R and the center of gravity of combustion, the solid line indicates the normal state, and the broken line indicates the deteriorated state. In the fuel pressure chart, the solid line shows the case where the deposit removal control is executed, and the broken line shows the case where the deposit removal control is not executed. In the combustion stability chart, the solid line shows the case where the deposit removal control is executed, the broken line A shows the normal state, and the broken line B shows the deteriorated state and the case where the deposit removal control is not executed.

タイミングT0からタイミングT2までは図16と同様なので説明を省略する。タイミングT2でFIR制御を開始した後も、燃焼重心が遅角し、燃焼安定度が低下する点については図16と同様である。 Since the timing T0 to the timing T2 are the same as those in FIG. 16, the description thereof will be omitted. Even after the FIR control is started at the timing T2, the combustion center of gravity is retarded and the combustion stability is lowered, which is the same as in FIG.

ただし、コントローラ50が付着物除去制御を実行するので、燃圧は通常のFIR制御における目標燃圧よりも高くなる。高い燃圧で噴射された燃料によって付着物が吹き飛ばされることで、燃焼安定度は正常状態における燃焼安定度(破線A)に近づく。そして燃焼重心が目標位置に達したタイミングT3において、燃焼安定度は正常状態と同等になる。このため、タイミングT3においてコントローラ50は目標燃圧を通常のFIR制御における目標燃圧に切り替え、実際の燃圧が通常のFIR制御における目標燃圧まで低下する。 However, since the controller 50 executes the deposit removal control, the fuel pressure becomes higher than the target fuel pressure in the normal FIR control. Combustion stability approaches the combustion stability in the normal state (broken line A) because the deposits are blown off by the fuel injected at a high fuel pressure. Then, at the timing T3 when the center of gravity of combustion reaches the target position, the combustion stability becomes equivalent to the normal state. Therefore, at the timing T3, the controller 50 switches the target fuel pressure to the target fuel pressure in the normal FIR control, and the actual fuel pressure drops to the target fuel pressure in the normal FIR control.

なお、図17は燃焼重心が目標位置に達する前に付着物が吹き飛ばされる場合について示しているが、付着物が吹き飛ばされるタイミングがこれよりも遅くなる場合もある。この場合には、燃焼安定度はいったん目標燃焼安定度よりも低くなり、付着物が吹き飛ばされた後に正常状態と同等になる。 Note that FIG. 17 shows a case where the deposits are blown off before the center of gravity of combustion reaches the target position, but the timing at which the deposits are blown off may be later than this. In this case, the combustion stability becomes lower than the target combustion stability once, and becomes equivalent to the normal state after the deposits are blown off.

次に、本実施形態の変形例について説明する。 Next, a modified example of this embodiment will be described.

(変形例1)
燃料噴射弁12にデポジットが堆積したか否かを、初爆後の機関回転速度の変化の挙動であるdR/dtに代えて、クランキング開始から初爆までの機関回転速度の変化の挙動に基づいて判定してもよい。例えば、デポジットが堆積していない状態におけるクランキング開始から初爆までの時間を予め測定したものを基準値とし、基準値に対して所定時間の遅れがあればデポジットが堆積していると判定する。なお、初爆が起きたか否かは筒内圧の変動から判断できる。
(Modification example 1)
Whether or not a deposit has accumulated on the fuel injection valve 12 is determined by the behavior of the change in engine speed from the start of cranking to the first explosion, instead of dR / dt, which is the behavior of the change in engine speed after the first explosion. It may be judged based on. For example, the time from the start of cranking to the first explosion in a state where no deposit is accumulated is used as a reference value, and if there is a delay of a predetermined time from the reference value, it is determined that the deposit is accumulated. .. Whether or not the first explosion has occurred can be judged from the fluctuation of the in-cylinder pressure.

(変形例2)
付着物除去制御は、燃圧を上昇させる制御の代わりに、意図的に軽いノッキングを発生させるために点火時期を進角する制御であってもよい。ノッキング発生時の圧力振動等によりデポジットが吹き飛ばされることが実験的に確認されている。そこで、内燃機関10の劣化を招かない程度の軽いノッキングが生じる点火時期を実験等により予め求めておき、付着物除去制御の実行を決定したら当該点火時期まで点火時期を進角させる。
(Modification 2)
The deposit removal control may be a control for advancing the ignition timing in order to intentionally generate light knocking instead of the control for increasing the fuel pressure. It has been experimentally confirmed that the deposit is blown off by pressure vibration when knocking occurs. Therefore, the ignition timing at which light knocking that does not cause deterioration of the internal combustion engine 10 is obtained in advance by an experiment or the like, and when the execution of the deposit removal control is decided, the ignition timing is advanced to the ignition timing.

(変形例3)
付着物除去制御は、燃圧を上昇させる制御の代わりに、燃料噴射弁12の整備が必要であることを示す信号を出力する制御であってもよい。具体的には、警告灯を点灯する等して運転者に知らせる制御や、メンテナンス用の診断器を接続したときに当該信号が出力されるようにする制御である。これらの制御によれば、整備者は燃料噴射弁12の先端に付着したデポジットを除去する種々の整備を実施することができる。
(Modification 3)
The deposit removal control may be a control that outputs a signal indicating that the fuel injection valve 12 needs to be maintained, instead of the control that raises the fuel pressure. Specifically, it is a control that notifies the driver by turning on a warning light or the like, or a control that outputs the signal when a diagnostic device for maintenance is connected. According to these controls, the maintenance person can carry out various maintenances for removing the deposit adhering to the tip of the fuel injection valve 12.

なお、当該制御を、上述した燃圧を上昇させる制御や、軽いノッキングを発生させる制御を実行しても燃焼安定度が改善しない場合に実行してもよい。 The control may be performed when the combustion stability is not improved even if the above-mentioned control for increasing the fuel pressure or the control for generating light knocking is executed.

次に、本実施形態による効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.

本実施形態では、機関始動時における機関回転速度の実際の変化の挙動である実挙動を、予め設定した基準挙動と比較し、実挙動が基準挙動と異なる場合に、燃料噴射弁12の先端に付着物があると判断する。これにより、燃料噴射弁12の先端に付着物が付着していることを短時間で、かつ正確に判断することができる。また、機関始動直後のFIR制御中、つまり内燃機関10が通常の運転状態になる前に燃料噴射弁12の先端に付着物が付着していることを判断できる。 In the present embodiment, the actual behavior, which is the behavior of the actual change in the engine rotation speed at the time of starting the engine, is compared with the preset reference behavior, and when the actual behavior is different from the reference behavior, the tip of the fuel injection valve 12 is set. Judge that there is deposit. As a result, it is possible to accurately determine in a short time that deposits are attached to the tip of the fuel injection valve 12. Further, it can be determined that deposits are attached to the tip of the fuel injection valve 12 during FIR control immediately after the engine is started, that is, before the internal combustion engine 10 is in a normal operating state.

本実施形態では、燃料噴射弁12の先端に付着物があると判断した場合に付着物除去制御を実行する。これにより、燃焼安定度を改善することができる。 In the present embodiment, when it is determined that there is a deposit at the tip of the fuel injection valve 12, the deposit removal control is executed. Thereby, the combustion stability can be improved.

本実施形態では、付着物除去制御を実行するのは機関始動直後における成層燃焼を実行する期間中、つまりFIR制御中である。成層燃焼中は燃料噴霧の変化の影響を特に受け易いので、付着物除去制御により付着物が除去されたか否かを容易に判断できる。 In the present embodiment, the deposit removal control is executed during the period during which the stratified combustion is executed immediately after the engine is started, that is, during the FIR control. Since it is particularly susceptible to changes in fuel spray during stratified combustion, it can be easily determined whether or not the deposits have been removed by the deposit removal control.

本実施形態では、付着物除去制御として、燃料噴射圧力(燃圧)を燃料噴射弁12の先端に付着物がないと判断した場合に比べて高くする制御を実行する。高燃圧で燃料を噴射することによって付着物を吹き飛ばし、燃焼安定度を改善することができる。 In the present embodiment, as the deposit removal control, a control is executed in which the fuel injection pressure (fuel pressure) is increased as compared with the case where it is determined that there is no deposit at the tip of the fuel injection valve 12. By injecting fuel at a high fuel pressure, deposits can be blown off and combustion stability can be improved.

本実施形態では、付着物除去制御の開始後に燃焼安定度が燃焼安定限界よりも高くなったら、付着物除去制御を終了する。これにより、高燃圧を維持する時間が不必要に長くなることがなくなり、付着物除去制御の実行に伴う燃費性能の悪化を抑制できる。 In the present embodiment, when the combustion stability becomes higher than the combustion stability limit after the start of the deposit removal control, the deposit removal control is terminated. As a result, the time for maintaining the high fuel pressure does not become unnecessarily long, and the deterioration of the fuel efficiency performance due to the execution of the deposit removal control can be suppressed.

本実施形態では、機関始動時における機関回転速度の実際の変化の挙動として、内燃機関10が燃焼を開始した後の機関回転速度の上昇の傾きdR/dtを用いるので、付着物の有無を判定するために新たなセンサ等を設置する必要がない。 In the present embodiment, as the behavior of the actual change in the engine rotation speed at the time of starting the engine, the slope dR / dt of the increase in the engine rotation speed after the internal combustion engine 10 starts combustion is used, so that the presence or absence of deposits is determined. There is no need to install a new sensor or the like to do this.

本実施形態では、燃料噴射弁12から点火プラグ11の放電領域に向けて燃料を噴射し、燃料噴射弁12から噴射された燃料により放電領域周辺に気流の乱れが生じている間に点火プラグ11により火花点火を行う。本実施形態によれば、燃料噴射によって生じる気流の乱れによってプラグ放電チャンネルが伸長するので、タンブル流動が崩壊した後でも安定した成層燃焼が可能となる。 In the present embodiment, fuel is injected from the fuel injection valve 12 toward the discharge region of the spark plug 11, and the spark plug 11 is generated while the air flow is turbulent around the discharge region due to the fuel injected from the fuel injection valve 12. Spark ignition is performed by. According to the present embodiment, since the plug discharge channel is extended due to the turbulence of the air flow generated by the fuel injection, stable stratified combustion is possible even after the tumble flow collapses.

本実施形態では、付着物除去制御として、燃料噴射弁12を整備する必要があることを示す信号を外部に出力する制御を実行してもよい。当該制御を実行することで、燃焼安定度の低下によって振動や騒音が増大した場合に、その原因の特定が容易になる。 In the present embodiment, as the deposit removal control, a control for outputting a signal indicating that the fuel injection valve 12 needs to be maintained may be executed. By executing the control, when vibration or noise increases due to a decrease in combustion stability, it becomes easy to identify the cause.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are only a part of the application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configurations of the above embodiments. Absent.

Claims (7)

筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグと、
を備える内燃機関の制御方法において、
機関始動後に、前記燃料噴射弁から前記点火プラグの放電領域に向けて燃料を噴射することによって形成した混合気を燃焼させる成層燃焼を実行し、
前記成層燃焼を実行する期間中に、
機関始動時における前記内燃機関の燃焼開始からの機関回転速度の実際の変化の挙動である実挙動を、予め設定した前記内燃機関の燃焼開始からの機関回転速度の基準挙動と比較し、前記実挙動が前記基準挙動と異なる場合に、前記燃料噴射弁の先端に付着物があることにより噴霧パターンが変化したと判断して、前記付着物を除去するための付着物除去制御を実行する、
内燃機関の制御方法。
A fuel injection valve that injects fuel directly into the cylinder,
An ignition plug that directly sparks and ignites the fuel injected from the fuel injection valve,
In the control method of the internal combustion engine provided with
After starting the engine, stratified combustion is performed to burn the air-fuel mixture formed by injecting fuel from the fuel injection valve toward the discharge region of the spark plug.
During the period of performing the stratified combustion,
The actual behavior is the behavior of the actual change in engine speed from a combustion start of the internal combustion engine, compared with a reference behavior of the engine rotational speed from the start of combustion preset the internal combustion engine at the time of engine start, before Symbol When the actual behavior is different from the reference behavior, it is determined that the spray pattern has changed due to the presence of deposits at the tip of the fuel injection valve, and the deposit removal control for removing the deposits is executed.
Internal combustion engine control method.
請求項1に記載された内燃機関の制御方法において、
前記付着物除去制御は、燃料噴射圧力を、前記燃料噴射弁の先端に前記付着物がないと判断した場合に比べて高くする制御である、
内燃機関の制御方法。
In the method for controlling an internal combustion engine according to claim 1,
The deposit removal control is a control for increasing the fuel injection pressure as compared with the case where it is determined that there is no deposit at the tip of the fuel injection valve.
Internal combustion engine control method.
請求項1または2に記載された内燃機関の制御方法において、
前記付着物除去制御の開始後に燃焼安定度が燃焼安定限界よりも高くなったら、前記付着物除去制御を終了する、
内燃機関の制御方法。
In the method for controlling an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
When the combustion stability becomes higher than the combustion stability limit after the start of the deposit removal control, the deposit removal control is terminated.
Internal combustion engine control method.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載された内燃機関の制御方法において、
前記挙動は、内燃機関が燃焼を開始した後の前記機関回転速度の上昇の傾きである、
内燃機関の制御方法。
In the method for controlling an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
The behavior is the slope of the increase in the engine speed after the internal combustion engine starts combustion.
Internal combustion engine control method.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載された内燃機関の制御方法において、
前記成層燃焼の実行中は、前記燃料噴射弁から噴射された燃料により前記放電領域の周辺に気流の乱れが生じている間に前記点火プラグにより火花点火を行う、
内燃機関の制御方法。
In the method for controlling an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.
During the execution of the stratified combustion, spark ignition is performed by the spark plug while the airflow is turbulent around the discharge region due to the fuel injected from the fuel injection valve.
Internal combustion engine control method.
請求項1に記載された内燃機関の制御方法において、
前記付着物除去制御は、前記燃料噴射弁を整備する必要があることを示す信号を外部に出力する制御である、
内燃機関の制御方法。
In the method for controlling an internal combustion engine according to claim 1,
The deposit removal control is a control that outputs a signal to the outside indicating that the fuel injection valve needs to be maintained.
Internal combustion engine control method.
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグと、
機関回転速度を取得するセンサと、
前記燃料噴射弁及び前記点火プラグを制御する制御部と、
を備える内燃機関の制御装置において、
前記制御部は、
機関始動後に、前記燃料噴射弁から前記点火プラグの放電領域に向けて燃料を噴射することによって形成した混合気を燃焼させる成層燃焼を実行し、
前記成層燃焼を実行する期間中に、
機関始動時における前記内燃機関の燃焼開始からの機関回転速度の実際の変化の挙動である実挙動を、予め設定した前記内燃機関の燃焼開始からの機関回転速度の基準挙動と比較し、前記実挙動が前記基準挙動と異なる場合に、前記燃料噴射弁の先端に付着物があることにより噴霧パターンが変化したと判断して、前記付着物を除去するための付着物除去制御を実行する、内燃機関の制御装置。
A fuel injection valve that injects fuel directly into the cylinder,
An ignition plug that directly sparks and ignites the fuel injected from the fuel injection valve,
A sensor that acquires the engine speed and
A control unit that controls the fuel injection valve and the spark plug,
In the control device of an internal combustion engine equipped with
The control unit
After starting the engine, stratified combustion is performed to burn the air-fuel mixture formed by injecting fuel from the fuel injection valve toward the discharge region of the spark plug.
During the period of performing the stratified combustion,
The actual behavior, which is the behavior of the actual change in the engine rotation speed from the start of combustion of the internal combustion engine at the time of starting the engine, is compared with the preset reference behavior of the engine rotation speed from the start of combustion of the internal combustion engine. When the behavior is different from the reference behavior, it is determined that the spray pattern has changed due to the presence of deposits at the tip of the fuel injection valve, and the deposit removal control for removing the deposits is executed. Engine control device.
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