WO2020021991A1 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

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WO2020021991A1
WO2020021991A1 PCT/JP2019/026242 JP2019026242W WO2020021991A1 WO 2020021991 A1 WO2020021991 A1 WO 2020021991A1 JP 2019026242 W JP2019026242 W JP 2019026242W WO 2020021991 A1 WO2020021991 A1 WO 2020021991A1
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fuel injection
soot
injection
internal combustion
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学宏 近藤
馬▲崎▼　政俊
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to a fuel injection control device that injects fuel into an internal combustion engine.
  • the fuel injection control device is used to improve the combustion efficiency of the internal combustion engine and to reduce harmful components such as particulate matter (PM) and NOx contained in exhaust gas from the internal combustion engine.
  • the injection state of the injected fuel is controlled.
  • deposits may be deposited around the injection hole of the fuel injection valve. This deposit causes the fuel spray to be diffused, lowering the combustion efficiency of the internal combustion engine and thus lowering the torque.
  • Patent Document 1 predicts the amount of deposits, and if the amount of deposits exceeds a predetermined amount, increases the fuel injection pressure to remove the deposits.
  • soot As a factor that lowers the performance of the internal combustion engine, the generation of soot in the combustion chamber of the internal combustion engine can be cited.
  • harmful components such as particulate matter (PM) contained in exhaust gas from the internal combustion engine may not be sufficiently reduced.
  • Deposits deposited on the fuel injection valve also cause soot generation.
  • a part of the fuel may remain in the sack of the fuel injection valve and adhere to the tip of the nozzle. This fuel is exposed to the atmosphere in the combustion chamber and causes soot generation.
  • the technique of increasing the fuel injection pressure described in Patent Document 1 is a technique for removing deposits, and does not consider suppressing generation of soot derived from fuel remaining in the fuel injection valve.
  • the time during which fuel remaining at the tip of the fuel injection valve evaporates is shorter than when fuel is injected during the intake stroke.
  • the generation of soot from the source increases.
  • the period from fuel injection to ignition is short, if the fuel pressure of the injected fuel is too high, the momentum of the injected fuel becomes high. For this reason, since the fuel passes through the spark plug and the coordination with the flow deteriorates, it becomes difficult to form an air-fuel mixture around the spark plug between fuel injection and ignition. There is a concern that good combustion of the fuel may be hindered.
  • an object of the present disclosure is to provide a fuel injection control device capable of suppressing soot generation in a fuel injection system that mainly performs fuel injection during a compression stroke of an internal combustion engine.
  • the present disclosure provides a fuel injection control device that controls a fuel injection system including a pressure accumulator that stores high-pressure fuel, and a direct injection fuel injection valve that directly injects high-pressure fuel in the pressure accumulator into a combustion chamber of an internal combustion engine. provide.
  • This fuel injection control device sets the injection mode of the fuel to be injected in the compression stroke of the internal combustion engine, based on a predetermined switching condition, such that the fuel remains on the tip end side of the seat of the valve body of the fuel injection valve.
  • a soot reduction mode that suppresses the soot to reduce soot and a selection unit that switches and selects between another injection mode different from the soot reduction mode, based on the injection mode selected by the selection unit,
  • the selection unit switches the fuel injection mode to be injected during the compression stroke of the internal combustion engine between the soot reduction mode and another injection mode based on a predetermined switching condition. Use to switch and select.
  • the injection control unit executes the fuel injection set in the compression stroke of the internal combustion engine based on the injection mode selected by the selection unit. Therefore, the fuel injection can be executed in the soot reduction mode as needed, and the generation of soot can be suppressed.
  • the soot reduction mode is an injection mode that is set so as to reduce the soot by suppressing the fuel remaining on the front end side of the seat portion of the valve body of the fuel injection valve. Adhesion of wet fuel, which is likely to occur during fuel injection during the stroke, can be effectively suppressed. As a result, it is possible to execute the injection in the compression stroke while suppressing the generation of PM or the like due to the generation of soot.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel injection system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a fuel injection valve included in the combustion injection system of FIG.
  • FIG. 3 is a system block diagram of an ECU that is a fuel injection control device according to the embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the time from the injection end timing to the ignition timing, the fuel pressure during the injection, and the soot generation amount
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of soot generation and the amount of PM in exhaust gas
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel injection system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a fuel injection valve included in the combustion injection system of FIG.
  • FIG. 3 is a system block diagram of an ECU that is a fuel injection control device according to the embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the time from the injection end timing to the ignition timing, the fuel pressure during the injection, and the soot generation amount
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of soot generation and the amount of HC in exhaust gas
  • FIG. 7 is a diagram showing a time change of the PM amount, the HC amount, and the soot generation amount in the exhaust gas before and after the switching of the injection mode
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the time from the end of injection to the ignition timing, the strength of the airflow in the combustion chamber at the time of injection, and the amount of increase or decrease in the deposit.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a normal mode, a soot reduction mode, and an injection pattern
  • FIG. 10 is a flowchart of the fuel injection control according to the embodiment.
  • the fuel injection system 1 is configured as a system that can inject high-pressure fuel stored in a pressure storage container 32 from a direct injection type fuel injection valve 30 into a combustion chamber 21 of the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 is an in-cylinder injection type multi-cylinder engine having an intake stroke, a compression stroke, a combustion stroke, and an exhaust stroke as one combustion cycle.
  • the accumulator 32 is a delivery pipe and stores the high-pressure fuel pumped from the high-pressure pump 33.
  • the low pressure pump 34 supplies combustion from a fuel tank (not shown) to the high pressure pump 33.
  • a fuel pressure sensor 37 for detecting the pressure (fuel pressure) of the fuel in the accumulator 32 is provided.
  • An intake flow sensor 13 for detecting the flow rate of intake air and an intake temperature sensor 14 are provided upstream of the intake pipe 12 of the internal combustion engine 10.
  • a throttle valve 16 whose opening is adjusted by a motor 15 and a throttle opening sensor 17 for detecting the opening of this throttle valve 16 (throttle opening) are provided.
  • a surge tank 18 is provided downstream of the throttle valve 16, and an intake pipe pressure sensor 19 for detecting the pressure in the intake pipe is provided in the surge tank 18.
  • An intake port 20 for introducing air into a combustion chamber 21 of each cylinder of the internal combustion engine 10 is connected to the surge tank 18.
  • Each cylinder of the internal combustion engine 10 is provided with an electromagnetic fuel injection valve 30 for directly injecting fuel into a combustion chamber 21 in the cylinder.
  • An ignition plug 22 (which is an example of an ignition mechanism) is attached to the cylinder head 11B of each cylinder, and the mixture in the combustion chamber 21 is ignited by spark discharge of the ignition plug 22 of each cylinder.
  • the exhaust pipe 23 of the internal combustion engine 10 is provided with an A / F sensor 24 for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas.
  • a catalyst layer 25 and a particle removal layer 35 are provided downstream of the A / F sensor 24.
  • the catalyst layer 25 is a layer including an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst (3 way catalyst).
  • the particle removal layer 35 is a layer for mainly removing particulate matter in exhaust gas, such as a gasoline particulate filter (GPF) and a 4-way-GPF in which a catalyst is supported on the GPF.
  • a PM sensor 36 for detecting the concentration of particulate matter (PM) in the exhaust gas is provided.
  • the A / F sensor 24 and the PM sensor 36 are an example of an exhaust sensor that detects the amount of a predetermined component in the exhaust gas, and may alternatively or additionally include a hydrocarbon (HC) sensor, a NOx sensor, an O2 sensor, and the like. May be used.
  • HC hydrocarbon
  • NOx NOx
  • O2 O2 sensor
  • a water temperature sensor 26 for detecting a cooling water temperature and a knock sensor 27 for detecting knocking are attached to the cylinder block 11A of the internal combustion engine 10.
  • a crank angle sensor 29 that outputs a pulse signal every time the crank shaft 28 rotates a predetermined crank angle is attached to the outer peripheral side of the crank shaft 28. Based on the crank angle signal of the crank angle sensor 29, the crank angle and the internal combustion engine Ten rotation speeds are detected.
  • a combustion pressure sensor (CPS) 38 for detecting the pressure in the combustion chamber 21 is attached to the combustion chamber 21 of the internal combustion engine 10. Further, a combustion chamber temperature sensor for detecting the temperature in the combustion chamber 21 may be provided.
  • the ECU 40 is an electronic control unit mainly composed of a microcomputer, and performs various controls of the internal combustion engine 10 using detection signals of various sensors.
  • the ECU 40 calculates the fuel injection amount according to the operation state of the internal combustion engine 10 to control the fuel injection of the fuel injection valve 30 and also controls the ignition timing of the spark plug 22.
  • the fuel injection valve 30 is a solenoid type fuel injection device, and includes a needle-shaped valve element 51 and a body 52 in which the valve element 51 is housed.
  • the valve element 51 can be slid in the vertical direction in FIG.
  • the tip 53 of the body 52 is substantially hemispherical, and the tip 53 has a plurality of injection holes 60 for injecting fuel.
  • An annular fuel passage 54 extending in the axial direction of the body 52 is formed between the inner surface of the body 52 and the outer surface of the valve body 51.
  • a seating portion 56 on which the distal end portion 55 of the valve body 51 sits is formed on the inner surface of the distal end portion 53 of the body 52.
  • a sac chamber 57 is formed in the body 52 on the tip side of the seating portion 56 to collect fuel annularly distributed in the fuel passage 54 and communicate with the injection hole 60.
  • the tip 53 of the body 52 may be referred to as the nozzle tip of the fuel injection valve 30.
  • the distal end portion 55 of the valve body 51 When the solenoid coil is not energized, the distal end portion 55 of the valve body 51 is seated on the seating portion 56 to cut off the space between the fuel passage 54 and the injection hole 60, and the fuel injection is stopped. On the other hand, when the solenoid coil is energized, the distal end portion 55 of the valve body 51 is separated from the seating portion 56 to allow communication between the fuel passage 54 and the injection hole 60. As a result, the fuel in the fuel passage 54 is directly injected and supplied from the injection hole 60 to the combustion chamber of the internal combustion engine 10 through the sac chamber 57.
  • the ECU 40 includes a load calculation unit 41, a soot generation amount calculation unit 42, a selection unit 43, an injection control unit 44, and an ignition control unit 48.
  • the injection control unit 44 includes a pattern control unit 45, an injection valve control unit 46, and a pump control unit 47.
  • the load calculation unit 41 calculates the operating load and the rotation speed of the internal combustion engine 10 based on the detection values of the intake air flow sensor 13, the intake air temperature sensor 14, and the crank angle sensor 29.
  • the detected values of the various sensors acquired by the load calculator 41 and the calculated operating load and rotation speed are output to the soot generation amount calculator 42.
  • the soot generation amount calculation unit 42 acquires the detection values of the A / F sensor 24, the PM sensor 36, and the water temperature sensor 26, and outputs the soot generation amount in the combustion chamber 21, the soot generation amount in the combustion chamber 21, and the fuel injection valve 30. The amount of deposit to be deposited is calculated. The detection values of the various sensors acquired by the soot generation amount calculation unit 42 and the calculated soot generation amount are output to the selection unit 43 together with the data input from the load calculation unit 41.
  • the soot generation amount calculation unit 42 is configured to calculate the soot generation amount and the deposit accumulation amount based on the detection values of the various sensors, the operating conditions and the operation history of the internal combustion engine 10.
  • the operating conditions include the operating load and rotational speed of the internal combustion engine 10, the number of injections and the injection timing of the fuel, the ignition timing, the fuel pressure and the fuel temperature of the fuel injected from the fuel injection valve 30, and the air-fuel ratio of the exhaust.
  • One or more parameters selected from (A / F), cooling water temperature, intake air temperature, exhaust temperature, temperature in the combustion chamber 21 and the like can be used, and the operation history can be used as a time change of these parameters. it can.
  • the soot generation amount calculation unit 42 can calculate the soot generation amount with reference to a map or the like stored in the ECU 40.
  • the ECU 40 has a map in which the operating conditions of the internal combustion engine 10 and the detection values of the sensors 50 or various parameters calculated from the detection values are associated with the temperature and pressure in the internal combustion engine 10 and the soot generation amount during the compression stroke. Alternatively, a mathematical expression or the like is stored.
  • the soot generation amount can be calculated based on the relationship between the time J1 from the injection end timing (EOI) to the ignition timing, the fuel pressure at the time of injection, and the soot generation amount.
  • the vertical axis in FIG. 4 indicates the fuel pressure during injection
  • the horizontal axis indicates time J1
  • the curved broken line indicates the soot generation amount.
  • the amount of soot generation decreases in the direction of the arrow in FIG. That is, as the time J1 is longer and the fuel pressure at the time of injection is higher, the soot generation amount decreases.
  • the soot generation amount calculation unit 42 acquires the time J1 and the fuel pressure, and can calculate the soot generation amount based on FIG.
  • the soot generation amount calculation unit 42 calculates the soot generation amount S based on the component amount of the reduction target component in the exhaust gas detected by the exhaust sensors exemplified by the A / F sensor 24 and the PM sensor 36. It may be calculated. As shown in FIGS. 5 and 6, when the amount of soot generation is increasing, the amount of the particulate matter (PM) and hydrocarbon (HC), which are the components to be reduced in the exhaust gas, also increases. Therefore, the soot generation amount can be calculated based on the detection values of the A / F sensor 24 and the PM sensor 36.
  • FIG. 7 shows changes in the detection value of the exhaust sensor and the calculated value of the soot generation amount due to the switching of the injection mode.
  • the horizontal axis in FIG. 7 indicates time, and the vertical axis indicates PM amount, HC amount, and soot generation amount (calculated value) in order from the top.
  • fuel injection is performed in the normal mode injection pattern, and the PM amount, the HC amount, and the soot generation amount increase with time.
  • the soot generation amount exceeds the soot reduction threshold X1
  • switching from the normal mode to the soot reduction mode is performed, and after time t1, fuel injection is performed in the soot reduction mode injection pattern.
  • the PM amount, the HC amount, and the soot generation amount significantly decrease, and thereafter, the PM amount, the HC amount, and the soot generation amount are stabilized at low values.
  • the deposit accumulation amount is based on the relationship between the time J1 from the injection end timing (EOI) to the ignition timing, the strength of the air flow in the combustion chamber 21 at the time of injection, and the increase / decrease amount of the deposit. Can be calculated.
  • the vertical axis in FIG. 8 indicates the strength of the airflow
  • the horizontal axis indicates the time J1
  • the curved solid line or broken line indicates the amount of increase or decrease in the deposit.
  • the arrow pointing to the upper right when the airflow is stronger than the zero change line 2 and the time J1 is long, the deposit amount decreases.
  • the soot generation amount calculation unit 42 acquires the time J1 and the strength of the airflow in the combustion chamber 21, and can calculate the amount of increase or decrease of the deposit based on FIG. Then, the amount of deposit can be calculated by integrating the amount of increase / decrease of the deposit. Note that the strength of the airflow in the combustion chamber 21 can be calculated based on, for example, the rotation speed and the load of the internal combustion engine 10.
  • the operating load and the rotation speed of the internal combustion engine 10 calculated by the load calculation unit 41 and the soot generation amount calculated by the soot generation amount calculation unit 42 are stored in the storage unit of the ECU 40. More specifically, for each load and rotation speed of the internal combustion engine 10, the relationship between the timing at which fuel was actually injected (execution injection timing) and the amount of the component to be reduced in the exhaust at that time is represented by a map or a mathematical expression. To be stored.
  • the selection unit 43 switches and selects the fuel injection mode to be injected during the compression stroke of the internal combustion engine 10 between the soot reduction mode and another injection mode based on a predetermined switching condition.
  • the soot reduction mode is an injection mode set to suppress the fuel from remaining on the tip side of the seat portion 56 of the valve body 51 in the fuel injection valve 30 and reduce the generation of the remaining fuel-derived soot. It is.
  • Examples of the injection mode other than the soot reduction mode include an injection mode (normal mode) that is normally executed when fuel is injected into the internal combustion engine 10 and a deposit removal mode for removing deposits deposited on the fuel injection valve 30. it can.
  • the normal mode is set so as to prioritize the fuel efficiency of the internal combustion engine 10 and the suppression of components to be reduced in exhaust gas.
  • the deposit removal mode is set to execute high-fuel-pressure fuel injection in order to remove deposits deposited on the tip 53 of the fuel injection valve 30.
  • the soot reduction mode is set so that the soot generation amount can be reduced as compared with other injection modes. More specifically, when the fuel injection valve 30 is closed, it is set to be able to suppress the fuel from remaining on the distal end side from the position where the distal end portion 55 of the valve body 51 contacts the seating portion 56, Thereby, soot can be reduced.
  • the tip side of the fuel injection valve 30 from the position where the tip end portion 55 of the valve body 51 is in contact with the seating portion 56 is, specifically, a sack chamber 57 or a tip end portion 53 in which an injection hole 60 is formed.
  • Reference numeral 51 denotes a portion exposed to the combustion chamber 21 even when the fuel injection valve 30 is in a closed state with the seat portion 56 in contact.
  • the soot reduction mode in the closed state in which the valve body 51 after the fuel injection is seated on the seating portion 56, it is possible to suppress the fuel from remaining in the sack chamber 57 and the distal end portion 53 where the injection hole 60 is formed. be able to. As a result, when the fuel injection valve 30 is in the closed state, the amount of fuel exposed to the atmosphere of the combustion chamber 21 can be reduced, so that the amount of soot generation can be reduced. According to the soot reduction mode, it is possible to effectively suppress the adhesion of wet fuel, which is likely to occur during the fuel injection in the compression stroke of the internal combustion engine 10. As a result, it is possible to execute the injection in the compression stroke while suppressing the generation of PM due to the generation of soot.
  • the soot reduction mode may be set so that the number of times of injection of fuel to be injected during the compression stroke of the internal combustion engine 10 is smaller than the number of times of injection in other injection modes such as the normal mode.
  • the number of opening and closing of the fuel injection valve 30 can be reduced.
  • a part of the fuel can be prevented from remaining in the suck chamber 57 of the fuel injection valve 30 in a wet state or from adhering to the tip 53 or the like, and the amount of soot generation can be reduced. .
  • FIG. 9 shows an injection pattern in the fuel efficiency priority mode, which is an example of the normal mode, and an injection pattern in the soot reduction mode.
  • the fuel efficiency priority mode the fuel injection is divided into two and executed in the compression stroke.
  • the soot reduction mode the fuel injection in the compression stroke is performed only once. Since soot is generated from the fuel remaining in the sack chamber 57 of the fuel injection valve 30 and the tip 53 after the end of each injection, the soot reduction opportunity is halved in the soot reduction mode as compared with the fuel efficiency priority mode. be able to.
  • the opening and closing speed of the fuel injection valve 30 during execution of fuel injection in the compression stroke of the internal combustion engine 10 is set to be higher than the opening and closing speed of the fuel injection valve 30 in other injection modes. May be set to.
  • the soot reduction mode is set so that the temperature in the combustion chamber 21 during execution of fuel injection in the compression stroke of the internal combustion engine 10 is higher than the temperature in the combustion chamber 21 in other injection modes. It may be. Since the atomization of fuel is promoted in the combustion chamber 21 by raising the temperature in the combustion chamber 21, part of the fuel remains in the suck chamber 57 of the fuel injection valve 30 after the fuel is injected. And the adhesion to the tip 53 and the like can be suppressed, and the soot generation amount can be reduced. Further, it is possible to suppress the fuel from adhering to the inside of the combustion chamber 21 in a wet state, and in this respect, the soot generation amount can be reduced.
  • the soot reduction mode may be set so that the fuel temperature during execution of fuel injection in the compression stroke of the internal combustion engine 10 is higher than the fuel temperature in other injection modes. Since the atomization of the fuel injected into the combustion chamber 21 is promoted by raising the fuel temperature, a part of the fuel may remain in the suck chamber 57 of the fuel injection valve 30 after the fuel is injected. It can be prevented from adhering to the tip 53 and the like, and the amount of soot generation can be reduced. Further, it is possible to suppress the fuel from adhering to the inside of the combustion chamber 21 in a wet state, and in this respect, the soot generation amount can be reduced.
  • the specific modes of the soot reduction mode described above may be used alone or in combination.
  • the specific mode of the soot reduction mode can be appropriately selected according to the detection values of various sensors, the operation state and operation history of the internal combustion engine 10, and the like.
  • the soot reduction mode is set to be able to suppress the fuel from remaining on the tip side of the seat portion 56 of the valve body 51 in the fuel injection valve 30 as compared with the other injection modes. What is necessary is just to be set so that reduction is possible. That is, the soot reduction mode uses a method other than the above-described method of reducing the number of injections, increasing the opening / closing speed of the fuel injection valve 30, and increasing the temperature or the fuel temperature in the combustion chamber 21 during injection. It may be set so as to suppress the fuel from remaining on the distal end side of the seat portion 56 of the valve body 51 in 30.
  • the selection unit 43 sets a condition that the soot generation amount S calculated by the soot generation amount calculation unit 42 exceeds a predetermined soot reduction threshold X1 based on the operation conditions and the operation history of the internal combustion engine 10 (S> X1). , Soot reduction mode may be selected. For example, the selection unit 43 may select the soot reduction mode when S> X1, and may select the normal mode when S ⁇ X1. Since the soot generation amount is calculated from the operating conditions and the operation history of the internal combustion engine 10, the soot reduction mode can be selected before the soot generation amount actually increases, and the increase in the soot generation amount can be suppressed. .
  • the selection unit 43 may select the injection mode based on the amount of the component to be reduced in the exhaust gas detected by the exhaust sensor exemplified by the A / F sensor 24 and the PM sensor 36. As shown in FIGS. 5 and 6, when the amount of soot generation is increasing, the amount of the particulate matter (PM) and hydrocarbon (HC), which are the components to be reduced in the exhaust gas, also increases. For this reason, the selection unit 43 sets the exhaust component threshold value Y1 for a predetermined parameter P indicating the component amount of the component to be reduced in the exhaust, selects the soot reduction mode when P> Y1, and sets P ⁇ In the case of Y1, the normal mode may be selected. The situation of the internal combustion engine 10 that changes over time based on the detection value of the exhaust sensor can be grasped, and an appropriate soot reduction mode can be selected according to the situation, so that an increase in the soot generation amount can be effectively suppressed.
  • the soot reduction threshold X1 and the exhaust component threshold Y1 may be stored in the ECU 40 in advance, or may be set or updated based on a detection value or the like acquired in a combustion cycle prior to a combustion cycle to be executed. You may.
  • the selection unit 43 may be configured to be able to set a prohibition flag that prohibits the selection of the soot reduction mode based on the operation state or operation history of the internal combustion engine 10. For example, when an abnormality occurs in each system mounted on the vehicle including the fuel injection system 1 or when combustion in the internal combustion engine 10 is unstable, the selection of the soot reduction mode may be prohibited. . More specifically, for example, when an abnormality is detected in the fuel system and the fail-safe control is executed, a flag for prohibiting the selection of the soot reduction mode may be set. Further, the selection unit 43 may be configured to release the prohibition flag when the setting condition of the prohibition flag is not satisfied. Alternatively, a prohibition flag release condition may be provided separately from the prohibition flag setting condition.
  • the selection unit 43 may be configured to select the soot reduction mode when there is a concern that the soot generation amount will increase. For example, when the operation time of the internal combustion engine 10 exceeds a predetermined operation time, the selection unit 43 periodically selects the soot reduction mode and compares the soot generation amount with the soot generation amount in the normal mode. The soot reduction mode may be selected according to the result. Further, the above-described processing may be performed, and learning may be appropriately performed to select the soot reduction mode.
  • the injection control unit 44 sets the injection pattern of the fuel to be injected during the compression stroke of the internal combustion engine 10 according to the injection mode selected by the selection unit 43, controls the fuel injection valve 30 and the high-pressure pump 33, and sets the injection pattern. To execute fuel injection.
  • the injection control unit 44 includes a pattern control unit 45 that sets an injection pattern of fuel to be injected in a compression stroke of the internal combustion engine 10 according to the injection mode selected by the selection unit 43, an injection valve control unit 46 that controls the fuel injection valve 30, And a pump controller 47 for controlling the high-pressure pump 33.
  • the pattern control unit 45 sets the timing of the fuel injection, and sets the injection pattern according to the set injection timing.
  • the pattern control unit 45 sets the injection pattern according to the injection mode selected by the selection unit 43. Then, the pattern control unit 45 executes a control command to the injection valve control unit 46 and the pump control unit 47 according to the injection pattern.
  • the pattern control unit 45 determines the injection timing of the fuel injected from the fuel injection valve 30 at a predetermined calculation timing set for each combustion cycle of the internal combustion engine 10. More specifically, the pattern control unit 45 performs the injection in the compression stroke of the internal combustion engine 10 based on the operation conditions of the internal combustion engine 10 calculated by the load calculation unit 41, the operation history, and the detection values of the sensors 50. Decide whether to set the time.
  • the pattern control unit 45 determines whether the combustion chamber 21 of the internal combustion engine 10 is in the combustion chamber 21 based on the load and the rotation speed of the internal combustion engine 10, the detection values of the sensors 50, and the like. It is determined whether or not satisfies a predetermined high temperature condition. When it is determined that the inside of the combustion chamber 21 satisfies the predetermined high-temperature condition, the pattern control unit 45 can set the injection timing in the compression stroke of the internal combustion engine 10.
  • the predetermined high-temperature condition is a condition for the inside of the combustion chamber 21 to be in a high-temperature state in the compression stroke and the amount of the component to be reduced becomes less than a predetermined value.
  • the predetermined high-temperature condition can be set based on the operation history of the internal combustion engine 10 and the operation history acquired by another internal combustion engine 10 having the same structure as the internal combustion engine 10.
  • the pattern control unit 45 refers to a map or the like stored in the ECU 40 and determines whether a predetermined high temperature condition is satisfied.
  • the ECU 40 associates the operating conditions of the internal combustion engine 10 and the detected values of the sensors 50 or various parameters calculated from the detected values with the temperature and pressure in the internal combustion engine 10 during the compression stroke and the amount of the component to be reduced.
  • a map or a mathematical expression is stored.
  • a predetermined numerical range that satisfies the high-temperature condition is set for each of the operating conditions of the internal combustion engine 10 and the detected values of the sensors 50 or various parameters calculated from the detected values based on a map, a mathematical expression, or the like stored in the ECU 40. May be.
  • the pattern control unit 45 set the injection timing to be the optimal one that can further reduce the amount of the component to be reduced in the exhaust gas and further reduce the fuel consumption.
  • the fuel injection timing and the fuel injection pattern may be reset based on detection values obtained from various sensors at the time of fuel injection. For example, after setting the injection timing in the compression stroke at a predetermined calculation timing set for each combustion cycle of the internal combustion engine 10, recalculation of the soot generation amount based on each detection value obtained at predetermined time intervals. The reselection of the injection mode and the resetting of the injection pattern may be performed.
  • the injection valve control unit 46 calculates the fuel injection amount based on the rotational speed of the internal combustion engine 10, the load, the target air-fuel ratio, the A / F and FB (air-fuel ratio feedback) amounts detected by the exhaust sensor, and the like. Further, a fuel injection period is calculated based on the injection amount and the fuel pressure.
  • the injection valve control unit 46 controls the opening and closing of the needle valve of the fuel injection valve 30 based on the injection start timing and the injection period set by the pattern control unit 45, and injects fuel into the combustion chamber 21. Note that the calculated injection amount, injection period, and the like may be stored in the storage unit of the ECU 40 by mapping it or formulating it in association with the component to be reduced in the exhaust gas.
  • the pump control unit 47 controls the outputs of the high-pressure pump 33 and the low-pressure pump 34 based on the detection value of the fuel pressure sensor 37.
  • the pump control unit 47 may be configured to set the target fuel pressure and permit the execution of the fuel injection in the compression stroke on condition that the detection value of the fuel pressure sensor 37 becomes a value near the target fuel pressure. Good.
  • the fuel pressure at the time of fuel injection is high, the shear force applied to the injected fuel increases, so that the injected fuel droplets become small, and the collision of air molecules with the fuel droplets per unit time The number increases. As a result, the fuel diffuses well, and a mixture of fuel and air can be formed satisfactorily.
  • the momentum of the fuel is large.
  • the ignition control unit 48 adjusts the timing and time for energizing the ignition plug 22 based on the injection pattern set by the pattern control unit 45, and executes the ignition control of the ignition plug 22.
  • the ignition control unit 48 controls the injection mode selected and the injection pattern set in accordance with the selected injection mode in order to ensure knock resistance during fuel combustion and to form a rich mixture around the ignition plug 22.
  • the ignition timing is adjusted accordingly.
  • the ignition control unit 48 is provided near the tip of the ignition plug 22 at the fuel ignition timing set for each operating condition.
  • the fuel injection timing is adjusted so that a mixture having a predetermined air-fuel ratio is formed.
  • the ignition control unit 48 may have a function of a knock control system (KCS) that controls knocking according to the ignition timing.
  • KCS knock control system
  • the KCS detects knock from a signal from knock sensor 27. Then, when knock is detected, the ignition timing is retarded. When knock is no longer detected, the ignition timing is advanced little by little. While repeating such an operation, the KCS learns the knock ignition timing that is the limit ignition timing at which knock occurs.
  • KCS knock control system
  • the knock resistance in the soot reduction mode is different from the knock resistance in the normal mode.
  • the ignition control unit 48 retards the ignition timing in the soot reduction mode more than the ignition timing in the normal mode.
  • the injection control unit 44 and the ignition control unit 48 adjust the time from fuel injection to ignition longer by delaying the ignition timing. By retarding the ignition timing, ignition can be performed in a state in which a rich air-fuel mixture is formed around the ignition plug 22, and combustion is performed by forming a rich air-fuel mixture around the ignition plug 22. Can be executed stably.
  • the ECU 40 controls the injection mode, the injection timing and the injection pattern, the control of the fuel pressure and the fuel temperature of the combustion, and the control of the pressure and the temperature in the combustion chamber 21 based on the detection values obtained from the various sensors at the time of the fuel injection.
  • the control, ignition control, and the like may be configured to be able to execute correction, switching, or learning. Further, the switching of the injection pattern or the like may be performed by setting / releasing the prohibition flag.
  • the ECU 40 may previously store the injection pattern in each injection mode for the internal combustion engine 10 to be controlled. Then, during execution of fuel injection in the selected injection mode, based on the detection values of various sensors and the estimated values such as the soot generation amount estimated from the detected values, another stored injection The correction may be made so as to approach the pattern.
  • the injection pattern is made closer to the soot reduction mode injection pattern. May be corrected as follows. More specifically, the injection pattern may be corrected to an injection pattern close to the soot reduction mode by increasing the opening and closing speed of the fuel injection valve 30, reducing the number of injections, and increasing the fuel temperature and the temperature in the combustion chamber 21. Good.
  • the correction amount may be set to increase as the soot generation amount increases. For example, when the fuel temperature during injection in the normal mode is T1 and the fuel temperature during injection in the soot reduction mode is T2, a coefficient A (0 ⁇ A ⁇ 1) that increases as the soot generation amount increases.
  • the ECU 40 stores the detected values of the various sensors and stores the soot generation amount and the like estimated from the detected values as necessary. It may be switched to another injection pattern. Specifically, when the fuel injection is performed in the normal mode injection pattern, if it is estimated that the soot generation amount increases from the detection value of the exhaust sensor or the like, switching to the soot reduction mode injection pattern is performed. You may.
  • the command value is not changed rapidly but is changed gradually. Is preferred.
  • the ECU 40 detects the detected values of the sensors 50 and various estimated values calculated from the detected values for each of the operating conditions and the operating history of the internal combustion engine 10 and the injection pattern selected at that time and appropriately corrected. May be stored in the form of a matching map or the like. Based on the matching map and the like, the ECU 40 can select an injection pattern according to the operating conditions and operating history of the internal combustion engine 10. The adaptation map or the like may be modified for each operation of the internal combustion engine 10.
  • step S101 it is determined whether or not it is the set time such as the injection time.
  • the set timing is a predetermined calculation timing set for each combustion cycle of the internal combustion engine 10. If it is the set time, the process proceeds to step S102. If it is not the set time, the process proceeds to step S113.
  • step S102 the ECU 40 acquires the operating conditions of the internal combustion engine 10 and the sensor detection values from various sensors. Specifically, the load of the internal combustion engine 10, the detected values of the unburned fuel amount and the number of particles in the exhaust detected by the A / F sensor 24 and the PM sensor 36, the cooling water temperature of the internal combustion engine 10 from the water temperature sensor 26, the intake air As necessary, detection values such as the intake flow rate from the flow rate sensor 13, the intake temperature from the intake temperature sensor 14, the crank angle signal from the crank angle sensor 29, and the pressure in the combustion chamber 21 from the combustion pressure sensor 38 are obtained. . Thereafter, the process proceeds to step S103.
  • step S103 the soot generation amount S and the deposit accumulation amount D are calculated. Specifically, using the relationship shown in FIGS. 5 and 6 (stored in the ECU 40), the soot generation amount S is determined based on the PM component amount and the HC component amount in the exhaust gas detected by the exhaust gas sensor. Is estimated. Further, using the relationship (stored in the ECU 40) shown in FIG. 8, the relationship between the time J1 from the EOI to the ignition timing, the strength of the air flow in the combustion chamber 21 at the time of injection, and the amount of increase / decrease of the deposit is shown. Based on this, the deposit amount D is estimated. Thereafter, the process proceeds to step S104.
  • step S104 it is determined whether or not the soot generation amount S exceeds the soot reduction threshold X1. If S> X1, the process proceeds to step S105. If S ⁇ X1, the process proceeds to step S110, and the normal mode is selected. Note that, instead of step S104, a determination regarding the injection mode selection may be performed based on the detection value of the exhaust sensor acquired in step S102. Specifically, an exhaust component threshold value Y1 is set for a predetermined parameter P indicating the component amount of the component to be reduced in the exhaust. When P> Y1, the process proceeds to step S105, and when P ⁇ Y1, the process proceeds to step S105. The process may proceed to step S110.
  • step S105 it is determined whether a prohibition flag is set. For example, when the internal combustion engine 10 is running and the operating state is unstable, the prohibition flag is set. If the prohibition flag has not been set, the process proceeds to step S107. If the prohibition flag has been set, the process proceeds to step S106.
  • step S106 it is determined whether or not the prohibition flag can be released. For example, when the start of the internal combustion engine 10 is completed, the operating state is stabilized, and the condition for setting the prohibition flag is not satisfied, the prohibition flag can be released. If the prohibition flag can be released, the process proceeds to step S107. If the prohibition flag cannot be released, the process proceeds to step S110, and the normal mode is selected.
  • step S107 it is determined whether or not the estimated deposit amount D exceeds the deposit threshold X2. If D> X2, the process proceeds to step S108, and the deposit removal mode is selected. If D ⁇ X2, the process proceeds to step S109, and the soot reduction mode is selected.
  • step S111 the fuel injection timing and the injection pattern are set.
  • the injection timing is set in the compression stroke of the internal combustion engine 10
  • the injection pattern is set according to the injection mode selected in steps S108 to S110.
  • step S112 the ignition timing for the fuel is set according to the injection pattern set in step S109. For example, when the soot reduction mode is selected, the ignition timing is set lower than in the normal mode for the purpose of ensuring knock resistance and for stabilizing combustion by forming a rich air-fuel mixture around the ignition plug 22. Is retarded. After step S112, the process proceeds to step S113.
  • step S114 fuel injection is performed according to the set injection pattern.
  • the injection pattern that can suppress the fuel from remaining on the tip side of the seat portion 56 of the valve body 51 in the fuel injection valve 30 during the fuel injection in the compression stroke. Injects fuel. More specifically, the number of injections in the compression stroke is reduced as compared with other injection modes. Alternatively, the opening and closing speed of the fuel injection valve 30 is increased. Alternatively, the temperature in the combustion chamber 21 at the time of fuel injection and the fuel temperature are increased.
  • step S115 the process proceeds to step S115. If it is not the injection timing, the process proceeds to step S115.
  • step S115 If it is determined in step S115 that the ignition timing has been reached for the set ignition timing, the process proceeds to step S116, in which fuel ignition is performed, and then the process ends. If it is not the ignition timing, the process ends without executing step S116.
  • the selection of the injection mode is performed at the set timing, and the setting of the injection timing, the injection pattern, and the ignition timing is performed according to the selected injection mode. Then, when the set injection timing has been reached, fuel injection is performed according to the set injection pattern. Further, the ignition of the fuel is performed at an ignition timing set so as to ensure knock resistance or the like according to the set injection pattern.
  • the ECU 40 may be able to execute the processing of steps S102 to S112 at times other than the set time.
  • the injection mode is selected by executing the processing of steps S102 to S110 at predetermined intervals, and when the selected injection mode is different from the injection mode selected at the set time, the injection mode is selected. May be switched. Then, the processing of steps S111 and S112 may be performed for the switched injection mode. Further, after the injection mode is selected in steps S108 to S110, a step of correcting the selected injection mode based on the detection values of various sensors acquired until the injection is performed in step S113. May be included.
  • the selection unit 43 sets the injection mode of the fuel injected in the compression stroke of the internal combustion engine 10 to a soot reduction mode in which the soot generated from the fuel injection valve 30 is reduced based on a predetermined switching condition.
  • the selection is made by switching between the reduction mode and another injection mode different from the injection mode.
  • the injection valve control unit 46 controls the fuel injection valve 30 so as to execute the fuel injection whose injection timing is set in the compression stroke. Therefore, fuel injection can be performed in the soot reduction mode as needed based on the predetermined switching condition, and generation of soot can be suppressed.
  • the soot reduction mode is an injection mode that is set so as to reduce the soot by suppressing the fuel remaining on the tip side of the seat portion 56 of the valve body 51 of the fuel injection valve 30 to reduce the soot. Adhesion of wet fuel, which tends to occur during fuel injection in the compression stroke of the engine 10, can be effectively suppressed. As a result, it is possible to execute the injection in the compression stroke while suppressing the generation of PM due to the generation of soot.
  • the selection unit 43 is configured to select the soot reduction mode on condition that the soot generation amount S calculated based on the operation conditions and the operation history of the internal combustion engine 10 exceeds a predetermined soot reduction threshold X1. You may. Since the soot generation amount is calculated from the operating conditions and the operation history of the internal combustion engine 10, the soot reduction mode can be selected before the soot generation amount actually increases, and the increase in the soot generation amount can be suppressed. .
  • the selection unit 43 may be configured to select the soot reduction mode on condition that the component amount of the reduction target component in the exhaust gas detected by the exhaust gas sensor exceeds a predetermined exhaust gas component threshold value Y1. Since the soot reduction mode can be appropriately selected according to the current state of the internal combustion engine 10 based on the detection value of the exhaust sensor, an increase in the soot generation amount can be effectively suppressed.
  • the soot reduction mode may be set so as to reduce the amount of soot generation by reducing the number of times of fuel injection during the compression stroke of the internal combustion engine 10 compared to other injection modes.
  • the number of times of fuel injection By reducing the number of times of fuel injection, the number of times of opening and closing the fuel injection valve 30 can be reduced.
  • Soot generation can be reduced.
  • the soot reduction mode reduces the amount of soot generation by increasing the opening / closing speed of the fuel injection valve 30 during execution of fuel injection in the compression stroke of the internal combustion engine 10 as compared with other injection modes. May be set to.
  • the opening / closing speed of the fuel injection valve 30 By increasing the opening / closing speed of the fuel injection valve 30, the cut of the fuel is improved, so that a part of the fuel remains in the suck chamber 57 of the fuel injection valve 30 or adheres to the tip 53 after the fuel is injected. Can be suppressed, and the soot generation amount can be reduced.
  • the soot reduction mode is set so as to reduce the amount of soot generated by raising the temperature of the combustion chamber of the internal combustion engine during execution of fuel injection in the compression stroke of the internal combustion engine 10 compared to other injection modes. You may. Since the atomization of fuel is promoted in the combustion chamber 21 by increasing the temperature in the combustion chamber 21, a part of the fuel remains in the sack chamber 57 of the fuel injection valve 30 after the fuel is injected. Adhesion to the tip 53 can be suppressed, and the amount of soot generation can be reduced.
  • the soot reduction mode reduces the amount of soot generated by raising the temperature of the fuel injected from the fuel injection valve 30 at the time of performing the fuel injection in the compression stroke of the internal combustion engine 10 as compared with the other injection modes. May be set as follows. By increasing the temperature of the injected fuel, the atomization of the fuel in the combustion chamber 21 is promoted. Therefore, after the fuel is injected, a part of the fuel remains in the sack chamber 57 of the fuel injection valve 30, Adhesion to the tip 53 can be suppressed, and the amount of soot generation can be reduced.
  • the ignition control unit 48 may be configured to change the ignition timing for igniting the fuel in the combustion chamber 21 according to the soot reduction mode, provided that the selection unit 43 selects the soot reduction mode. . According to the selected injection mode and the injection pattern set in accordance with the selected injection mode, in order to secure knock resistance during fuel combustion and form a rich mixture around the ignition plug 22 to achieve combustion. Thus, the ignition timing can be adjusted.
  • the selection unit 43 may be configured to prohibit the selection of the soot reduction mode based on the operating conditions or the operating history of the internal combustion engine 10. If an abnormality has occurred in each system mounted on the vehicle including the fuel injection system 1 or the combustion state of the internal combustion engine 10 is unstable, the selection of the soot reduction mode may be prohibited. When the combustion state of the internal combustion engine 10 is unstable, the internal combustion engine 10 can be safely operated with priority given to avoiding problems such as misfire.
  • the fuel injection control device is applicable to a diesel engine in addition to a gasoline engine. That is, application to a fuel injection control device that controls a fuel injection valve of a direct injection diesel engine is possible.

Landscapes

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Abstract

燃料噴射制御装置（４０）は、蓄圧容器（３２）内の高圧燃料を内燃機関（１０）の燃焼室（２１）内に直接噴射する直噴式の燃料噴射弁（３０）を備える燃料噴射システム（１）を制御し、前記内燃機関の圧縮行程に噴射する燃料の噴射モードを、所定の切換条件に基づいて、前記燃料噴射弁の弁体（５１）の着座部（５６）よりも先端側に前記燃料が残存することを抑制して煤を低減する煤低減モードと、前記煤低減モードと相違する他の噴射モードとの間で切り換えて選択する選択部（４３）と、前記選択部により選択された噴射モードに基づいて、前記内燃機関の圧縮行程に設定された燃料噴射を実行する噴射制御部（４４）と、を備える。

Description

燃料噴射制御装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年７月２７日に出願された日本出願番号２０１８－１４１７１４号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射制御装置に関する。
　燃料噴射制御装置は、内燃機関の燃焼効率を良好にするとともに、内燃機関からの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）やＮＯｘ等の有害成分を低減するために、燃料噴射弁から内燃機関へ噴射される燃料の噴射状態を制御する。
　例えば、燃料噴射弁の噴孔周辺にデポジットが堆積することがある。このデポジットは、燃料の噴霧を拡散させる原因となり、内燃機関の燃焼効率が低下させ、ひいてはトルクを低下させる。燃料噴霧の拡散を抑制するために、特許文献１では、デポジットの堆積量を予測し、その堆積量が所定量を超えた場合に、燃料の噴射圧を高くしてデポジットを除去する。
特開２０１７－１２９０４６号公報
　内燃機関の性能を低下させる要因として、内燃機関の燃焼室内における煤（スート：Ｓｏｏｔ）の発生が挙げられる。煤が発生すると、内燃機関からの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）等の有害成分が十分に低減できなくなることがある。燃料噴射弁に堆積したデポジットも煤発生の原因となる。また、燃料の噴射後、閉弁状態の燃料噴射弁において、燃料の一部が燃料噴射弁のサック内に残留し、ノズル先端に付着することがある。この燃料は、燃焼室内の雰囲気に晒され、煤発生の原因となる。
　特許文献１に記載の燃料の噴射圧を上昇させる手法は、デポジットを除去するための手法であり、燃料噴射弁に残留する燃料由来の煤の発生を抑制することは考慮されていない。特に、内燃機関の圧縮行程に燃料噴射を行う場合には、吸気行程に燃料噴射を行う場合と比較して、燃料噴射弁の先端に残留した燃料が蒸発する時間が短くなるため、残留する燃料由来の煤の発生が多くなる。また、特に燃料の噴射から点火までの期間が短い場合に、噴射する燃料の燃圧を高くし過ぎると、噴射した燃料の運動量が高くなる。このため、燃料が点火プラグを通過することや、流動との協調が悪化することにより、燃料の噴射から点火までの間に、点火プラグの周囲に混合気を形成することが困難になり、燃料の良好な燃焼を阻害することが懸念される。
　上記に鑑み、本開示は、主に内燃機関の圧縮行程に燃料噴射を行う燃料噴射システムにおいて、煤の発生を抑制可能な燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
　本開示は、高圧の燃料を蓄える蓄圧容器と、前記蓄圧容器内の高圧燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射する直噴式の燃料噴射弁とを備える燃料噴射システムを制御する燃料噴射制御装置を提供する。この燃料噴射制御装置は、前記内燃機関の圧縮行程に噴射する燃料の噴射モードを、所定の切換条件に基づいて、前記燃料噴射弁の弁体の着座部よりも先端側に前記燃料が残存することを抑制して煤を低減する煤低減モードと、前記煤低減モードと相違する他の噴射モードとの間で切り換えて選択する選択部と、前記選択部により選択された噴射モードに基づいて、前記内燃機関の圧縮行程に設定された燃料噴射を実行する噴射制御部と、を備える。
　本開示に係る燃料噴射制御装置によれば、選択部は、内燃機関の圧縮行程に噴射する燃料の噴射モードを、所定の切換条件に基づいて、煤低減モードと、他の噴射モードとの間で切り換えて選択する。そして、噴射制御部は、選択部により選択された噴射モードに基づいて、内燃機関の圧縮行程に設定された燃料噴射を実行する。このため、必要に応じて、煤低減モードで燃料噴射を実行でき、煤の発生を抑制することができる。また、この煤低減モードは、燃料噴射弁の弁体の着座部よりも先端側に燃料が残存することを抑制して煤を低減するように設定された噴射モードであるため、内燃機関の圧縮行程での燃料噴射時に起こり易いウェット燃料の付着を効果的に抑制できる。その結果、煤発生に起因するＰＭ等の発生を抑制して圧縮行程での噴射を実行することが可能となる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、実施形態に係る燃料噴射システムの概略図であり、 図２は、図１の燃焼噴射システムが備える燃料噴射弁の断面図であり、 図３は、実施形態に係る燃料噴射制御装置であるＥＣＵのシステムブロック図であり、 図４は、噴射終了時期から点火時期までの時間と、噴射時の燃圧と、煤発生量との関係を示す図であり、 図５は、煤発生量と排気中のＰＭ量との関係を示す図であり、 図６は、煤発生量と排気中のＨＣ量との関係を示す図であり、 図７は、噴射モードの切換前後における排気中のＰＭ量、ＨＣ量、および煤発生量の時間変化を示す図であり、 図８は、噴射終了時期から点火時期までの時間と、噴射時の燃焼室内の気流の強さと、デポジットの増減量との関係を示す図であり、 図９は、通常モードと煤低減モードと噴射パターンの一例を示す図であり、 図１０は、実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャートである。
　図１に示すように、燃料噴射システム１は、蓄圧容器３２に蓄えられた高圧燃料を、直噴式の燃料噴射弁３０から内燃機関１０の燃焼室２１内に噴射可能なシステムとして構成されている。内燃機関１０は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１燃焼サイクルとする筒内噴射式の多気筒エンジンである。蓄圧容器３２は、デリバリパイプであり、高圧ポンプ３３から圧送された高圧燃料を貯留する。低圧ポンプ３４は、燃料タンク（図示していない）から高圧ポンプ３３に燃焼を供給する。蓄圧容器３２内の燃料の圧力（燃圧）を検知する燃圧センサ３７が設けられている。
　内燃機関１０の吸気管１２の上流部には、吸入空気の流量を検知する吸気流量センサ１３と、吸気温度センサ１４とが設けられている。その下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検知するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
　スロットルバルブ１６の下流側にはサージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管内の圧力を検知する吸気管圧力センサ１９が設けられている。サージタンク１８には、内燃機関１０の各気筒において、その燃焼室２１内に空気を導入する吸気ポート２０が接続されている。内燃機関１０の各気筒には、それぞれ筒内の燃焼室２１に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁３０が取り付けられている。各気筒のシリンダヘッド１１Ｂには、点火プラグ２２（点火機構の一例である）が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって燃焼室２１内の混合気に着火される。
　内燃機関１０の排気管２３には、排気の空燃比を検知するＡ／Ｆセンサ２４が設けられている。Ａ／Ｆセンサ２４の下流側に、触媒層２５と、粒子除去層３５とが設けられている。触媒層２５は、三元触媒（３ｗａｙ触媒）等の排気浄化触媒を備える層である。粒子除去層３５は、ガソリン・パティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）、ＧＰＦに触媒を担持した４ｗａｙ－ＧＰＦ等の主に排気中の粒子状物質を除去するための層である。粒子除去層３５の下流側には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）の濃度を検知するＰＭセンサ３６が設けられている。Ａ／Ｆセンサ２４とＰＭセンサ３６とは、排気中の所定成分の成分量を検知する排気センサの一例であり、代替的または付加的に、炭化水素（ＨＣ）センサ、ＮＯｘセンサ、Ｏ２センサ等を用いてもよい。
　内燃機関１０のシリンダブロック１１Ａには、冷却水温を検知する水温センサ２６や、ノッキングを検知するノックセンサ２７が取り付けられている。クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転するごとにパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９のクランク角信号に基づいてクランク角や内燃機関１０の回転速度が検知される。内燃機関１０の燃焼室２１には、燃焼室２１内の圧力を検知する燃焼圧センサ（ＣＰＳ）３８が取り付けられている。さらに、燃焼室２１内の温度を検知する燃焼室内温センサが設けられていてもよい。
　これら各種センサの出力はＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットであり、各種センサの検知信号を用いて内燃機関１０の各種制御を実施する。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転状態に応じた燃料噴射量を算出して燃料噴射弁３０の燃料噴射を制御するとともに、点火プラグ２２の点火時期を制御する。
　図２に示すように、燃料噴射弁３０は、ソレノイド式の燃料噴射装置であり、ニードル状の弁体５１と、内部に弁体５１が収容されるボディ５２とを備えている。ソレノイドコイルへの通電制御により、ボディ５２内で弁体５１を図２の上下方向に摺動させることができる。
　ボディ５２の先端部５３は略半球状であり、先端部５３には、燃料を噴射する噴孔６０が複数形成されている。ボディ５２の内面と弁体５１の外面との間には、ボディ５２の軸方向に延びる環状の燃料通路５４が形成されている。ボディ５２の先端部５３の内面には、弁体５１の先端部５５が着座する着座部５６が形成されている。ボディ５２のうち着座部５６よりも先端側には、燃料通路５４において環状に分布する燃料を集合させて噴孔６０と連通させるサック室５７が形成されている。なお、ボディ５２の先端部５３は、燃料噴射弁３０のノズル先端と称されることもある。
　ソレノイドコイルの非通電時には、弁体５１の先端部５５は着座部５６に着座して燃料通路５４と噴孔６０との間が遮断され、燃料噴射が停止される。一方、ソレノイドコイルの通電時には、弁体５１の先端部５５は着座部５６から離座して燃料通路５４と噴孔６０との間が連通される。その結果、燃料通路５４の燃料は、サック室５７を介して噴孔６０から内燃機関１０の燃焼室内へと直接噴射供給される。
　図３に示すように、ＥＣＵ４０は、負荷計算部４１と、煤発生量算出部４２と、選択部４３と、噴射制御部４４と、点火制御部４８とを備えている。噴射制御部４４は、パターン制御部４５と、噴射弁制御部４６と、ポンプ制御部４７とを備えている。
　負荷計算部４１は、吸気流量センサ１３と、吸気温度センサ１４と、クランク角センサ２９との検知値に基づいて、内燃機関１０の運転負荷と回転速度とを算出する。負荷計算部４１が取得した各種センサの検知値と、算出した運転負荷および回転速度は、煤発生量算出部４２に出力される。
　煤発生量算出部４２は、Ａ／Ｆセンサ２４と、ＰＭセンサ３６と、水温センサ２６の検知値を取得し、燃焼室２１内における煤発生量と、燃焼室２１内および燃料噴射弁３０に堆積するデポジット堆積量とを算出する。煤発生量算出部４２が取得した各種センサの検知値と、算出した煤発生量は、負荷計算部４１から入力されたデータとともに選択部４３に出力される。
　煤発生量算出部４２は、各種センサの検知値と、内燃機関１０の運転条件および運転履歴とに基づいて、煤発生量とデポジット堆積量とを算出するように構成されていることが好ましい。具体的には、運転条件としては、内燃機関１０の運転負荷および回転速度、燃料の噴射回数および噴射時期、点火時期、燃料噴射弁３０から噴射される燃料の燃圧および燃温、排気の空燃比（Ａ／Ｆ）、冷却水温、吸気温度、排気温度、燃焼室２１内の温度等のから選ばれる１以上のパラメータを用いることができ、運転履歴は、これらパラメータの時間変化として利用することができる。
　煤発生量算出部４２は、ＥＣＵ４０に記憶されたマップ等を参照して、煤発生量を算出することができる。ＥＣＵ４０には、内燃機関１０の運転条件およびセンサ類５０の検知値または検知値から算出される各種パラメータと、圧縮行程における内燃機関１０内の温度や圧力、および煤発生量とを対応付けたマップまたは数式等が記憶されている。
　例えば、図４に示すように、噴射終了時期（ＥＯＩ）から点火時期までの時間Ｊ１と、噴射時の燃圧と、煤発生量の関係に基づいて、煤発生量を算出できる。なお、図４の縦軸は噴射時の燃圧を示しており、横軸は時間Ｊ１を示しており、曲線状の破線は、煤発生量を示している。図４における矢印の方向に向かって煤発生量は減少する。すなわち、時間Ｊ１が長く、噴射時の燃圧が高いほど、煤発生量は減少する。煤発生量算出部４２は、時間Ｊ１と、燃圧とを取得し、図４に基づいて煤発生量を算出できる。
　また、例えば、煤発生量算出部４２は、Ａ／Ｆセンサ２４、ＰＭセンサ３６に例示される排気センサにより検知された排気中の低減対象成分の成分量に基づいて、煤の発生量Ｓを算出してもよい。図５，６に示すように、煤発生量が増加している状況では、排気中の低減対象成分である粒子状物質（ＰＭ）や炭化水素（ＨＣ）の成分量も増加する。このため、Ａ／Ｆセンサ２４やＰＭセンサ３６の検知値に基づいて、煤発生量を算出することができる。
　図７に、噴射モードの切り換えによる排気センサの検知値と煤発生量の算出値の変化を示す。なお、図７の横軸は時間を示しており、縦軸は、上から順に、ＰＭ量、ＨＣ量、煤発生量（算出値）を示している。時間ｔ０～時間ｔ１では、通常モードの噴射パターンで燃料噴射が実行され、経時的にＰＭ量、ＨＣ量および煤発生量が増加している。時間ｔ１において、煤発生量が煤低減閾値Ｘ１を超えたため、時間ｔ１において、通常モードから煤低減モードへの切換が実行され、時間ｔ１以降は、煤低減モードの噴射パターンで燃料噴射が実行される。その結果、切り換えを行った時間ｔ１の直後からＰＭ量、ＨＣ量および煤発生量が著しく減少し、その後、ＰＭ量、ＨＣ量および煤発生量は、低い値で安定化する。
　デポジット堆積量については、図８に示すように、噴射終了時期（ＥＯＩ）から点火時期までの時間Ｊ１と、噴射時の燃焼室２１内の気流の強さと、デポジットの増減量との関係に基づいて、算出できる。なお、図８の縦軸は気流の強さを示しており、横軸は時間Ｊ１を示しており、曲線状の実線又は破線はデポジットの増減量を示している。図８における実線の曲線は、デポジットの増減がない（増減量＝０）の零変化線２を示している。右上に向かう矢印に示すように、零変化線２よりも気流が強く、時間Ｊ１が長い場合には、デポジット堆積量は減少する。左下に向かう矢印に示すように、零変化線２よりも気流が弱く、時間Ｊ１が短い場合には、デポジット堆積量は増加する。煤発生量算出部４２は、時間Ｊ１と、燃焼室２１内での気流の強さとを取得し、図８に基づいてデポジットの増減量を算出できる。そして、デポジットの増減量を積分することにより、デポジット堆積量を算出できる。なお、燃焼室２１内での気流の強さは、例えば、内燃機関１０の回転速度と負荷とに基づいて算出できる。
　負荷計算部４１が算出した内燃機関１０の運転負荷および回転速度と、煤発生量算出部４２が算出した煤発生量とは、ＥＣＵ４０の記憶手段に記憶される。より具体的には、内燃機関１０の負荷および回転速度ごとに、実際に燃料を噴射した時期（実行噴射時期）と、その際の排気中の低減対象成分の成分量との関係をマップや数式として記憶する。
　選択部４３は、内燃機関１０の圧縮行程に噴射する燃料の噴射モードを、所定の切換条件に基づいて、煤低減モードと、他の噴射モードとの間で切り換えて選択する。煤低減モードは、燃料噴射弁３０における弁体５１の着座部５６よりも先端側に燃料が残存することを抑制して、残存する燃料由来の煤の発生を低減するように設定された噴射モードである。煤低減モード以外の噴射モードとしては、内燃機関１０への燃料噴射に際して通常実行される噴射モード（通常モード）や、燃料噴射弁３０に堆積にしたデポジットを除去するためのデポジット除去モード等を例示できる。通常モードは、内燃機関１０の燃費や、排気中の低減対象成分の抑制を優先させるように設定されている。デポジット除去モードは、燃料噴射弁３０の先端部５３に堆積したデポジットを除去するために、高燃圧の燃料噴射を実行するように設定されている。
　煤低減モードは、他の噴射モードと比較して、煤発生量を低減可能に設定されている。より具体的には、燃料噴射弁３０の閉弁時において、その弁体５１の先端部５５が着座部５６と接する位置よりも先端側に燃料が残存することを抑制可能に設定されており、これによって、煤を低減することができる。燃料噴射弁３０における弁体５１の先端部５５が着座部５６と接する位置よりも先端側は、具体的には、サック室５７や、噴孔６０が形成された先端部５３であり、弁体５１が着座部５６に接して燃料噴射弁３０が閉弁状態である場合においても燃焼室２１側に暴露されている部分である。煤低減モードによれば、燃料噴射後の弁体５１が着座部５６に着座した閉弁状態において、サック室５７や、噴孔６０が形成された先端部５３に燃料が残存することを抑制することができる。その結果、燃料噴射弁３０が閉弁状態のときに、燃焼室２１の雰囲気に晒される燃料を低減できるため、煤発生量を低減することができる。煤低減モードによれば、内燃機関１０の圧縮行程での燃料噴射時に起こり易いウェット燃料の付着を効果的に抑制できる。その結果、煤発生に起因するＰＭの発生を抑制して圧縮行程での噴射を実行することが可能となる。
　例えば、煤低減モードは、内燃機関１０の圧縮行程に噴射する燃料の噴射回数を、通常モード等の他の噴射モードにおける噴射回数よりも低減するように設定されていてもよい。噴射回数を低減することにより、燃料噴射弁３０の開閉回数を低減させることができる。その結果、燃料の噴射後に、燃料の一部がウェット状態で燃料噴射弁３０のサック室５７内に残存したり、先端部５３等に付着したりすることを抑制でき、煤発生量を低減できる。
　図９に、通常モードの一例である燃費優先モードの噴射パターンと、煤低減モードの噴射パターンとを示す。燃費優先モードでは、圧縮行程において燃料噴射を２回に分割して実行している。これに対して、煤低減モードでは、圧縮行程における燃料噴射を１回のみとしている。各噴射の終了後に燃料噴射弁３０のサック室５７内や先端部５３等に残存する燃料から煤が発生するため、煤低減モードでは、燃費優先モードと比較して、煤発生の機会を半減させることができる。
　また、例えば、煤低減モードは、内燃機関１０の圧縮行程での燃料噴射の実行時における燃料噴射弁３０の開閉速度を、他の噴射モードにおける燃料噴射弁３０の開閉速度よりも高速化するように設定されていてもよい。燃料噴射弁３０の開閉速度を高速化することにより、燃料の切れが良くなるため、燃料の噴射後に燃料の一部が燃料噴射弁３０のサック室５７内に残存したり、先端部５３等に付着したりすることを抑制でき、煤発生量を低減できる。
　また、例えば、煤低減モードは、内燃機関１０の圧縮行程での燃料噴射の実行時における燃焼室２１内の温度を、他の噴射モードにおける燃焼室２１内の温度よりも高温化するように設定されていてもよい。燃焼室２１内の温度を高温化することにより、燃焼室２１内で燃料の霧化が促進されるため、燃料の噴射後に、燃料の一部が燃料噴射弁３０のサック室５７内に残存したり、先端部５３等に付着したりすることを抑制でき、煤発生量を低減できる。また、燃料が燃焼室２１内にウェット状態で付着することも抑制でき、この点においても煤発生量を低減できる。
　また、例えば、煤低減モードは、内燃機関１０の圧縮行程での燃料噴射の実行時における燃料温度を、他の噴射モードにおける燃料温度よりも高温化するように設定されていてもよい。燃料温度を高温化することにより、燃焼室２１内に噴射された燃料の霧化が促進されるため、燃料の噴射後に、燃料の一部が燃料噴射弁３０のサック室５７内に残存したり、先端部５３等に付着したりすることを抑制でき、煤発生量を低減できる。また、燃料が燃焼室２１内にウェット状態で付着することも抑制でき、この点においても煤発生量を低減できる。
　上述の煤低減モードの具体的な態様は、単独で用いられてもよいし、組み合わせて用いられてもよい。煤低減モードの具体的な態様は、各種センサの検知値や、内燃機関１０の運転状態や運転履歴等に応じて、適宜選択することができる。なお、煤低減モードは、他の噴射モードと比較して、燃料噴射弁３０における弁体５１の着座部５６よりも先端側に燃料が残存することを抑制可能に設定され、これによって、煤を低減することができるように設定されていればよい。すなわち、煤低減モードは、上記に説明した噴射回数の低減、燃料噴射弁３０の開閉速度の高速化、噴射時の燃焼室２１内の温度または燃温の高温化以外の手法により、燃料噴射弁３０における弁体５１の着座部５６よりも先端側に燃料が残存することを抑制するように設定されていてもよい。
　選択部４３は、内燃機関１０の運転条件および運転履歴に基づいて、煤発生量算出部４２が算出した煤発生量Ｓが所定の煤低減閾値Ｘ１を超えたことを条件として（Ｓ＞Ｘ１）、煤低減モードを選択するように構成されていてもよい。例えば、選択部４３は、Ｓ＞Ｘ１の場合には煤低減モードを選択し、Ｓ≦Ｘ１の場合には通常モードを選択してもよい。内燃機関１０の運転条件および運転履歴から煤発生量を算出するため、実際に煤発生量が増加する前に、煤低減モードを選択することができ、煤発生量の増加を抑制することができる。
　選択部４３は、Ａ／Ｆセンサ２４、ＰＭセンサ３６に例示される排気センサにより検知された排気中の低減対象成分の成分量に基づいて、噴射モードを選択してもよい。図５，６に示すように、煤発生量が増加している状況では、排気中の低減対象成分である粒子状物質（ＰＭ）や炭化水素（ＨＣ）の成分量も増加する。このため、選択部４３は、排気中の低減対象成分の成分量を示す所定のパラメータＰに対して排気成分閾値Ｙ１を設定し、Ｐ＞Ｙ１の場合には煤低減モードを選択し、Ｐ≦Ｙ１の場合には通常モードを選択してもよい。排気センサの検知値により経時的に変化する内燃機関１０の状況を把握し、その時々に応じて適切な煤低減モードを選択できるため、煤発生量の増加を効果的に抑制できる。
　煤低減閾値Ｘ１および排気成分閾値Ｙ１は、ＥＣＵ４０に予め記憶されていてもよいし、実行する燃焼サイクルよりも前の燃焼サイクルにおいて取得された検知値等に基づいて設定または更新されたものであってもよい。
　選択部４３は、内燃機関１０の運転状態や運転履歴に基づいて、煤低減モードを選択することを禁止する禁止フラグを設定可能に構成されていてもよい。例えば、燃料噴射システム１を含む車両に搭載された各システムに異常が発生している場合や、内燃機関１０における燃焼が不安定である場合には、煤低減モードの選択を禁止してもよい。より具体的には、例えば、燃料系統で異常が検知され、フェイルセーフ制御を実行している場合等には、煤低減モードの選択を禁止するフラグを設定してもよい。また、選択部４３は、上記の禁止フラグの設定条件が満たされなくなった場合に、禁止フラグを解除するように構成されていてもよい。または、禁止フラグの設定条件とは別に禁止フラグの解除条件を設けてもよい。
　その他、選択部４３は、煤発生量が増加することが懸念される場合に、煤低減モードを選択するように構成されていてもよい。例えば、選択部４３は、内燃機関１０の運転時間が所定の運転時間を超えた場合等に、定期的に煤低減モードを選択して、その煤発生量を通常モードにおける煤発生量と比較し、その結果によって煤低減モードを選択してもよい。さらには、上述の処理を実行し、適宜、煤低減モードを選択するように学習してもよい。
　噴射制御部４４は、選択部４３が選択した噴射モードに従って、内燃機関１０の圧縮行程に噴射する燃料の噴射パターンを設定し、燃料噴射弁３０および高圧ポンプ３３を制御して、設定した噴射パターンで燃料噴射を実行する。噴射制御部４４は、選択部４３が選択した噴射モードに従って内燃機関１０の圧縮行程に噴射する燃料の噴射パターンを設定するパターン制御部４５と、燃料噴射弁３０を制御する噴射弁制御部４６と、高圧ポンプ３３を制御するポンプ制御部４７とを備えている。
　パターン制御部４５は、燃料噴射の時期を設定し、設定された噴射時期に応じて噴射パターンを設定する。パターン制御部４５は、設定した燃料噴射の時期が内燃機関１０の圧縮行程である場合には、選択部４３が選択した噴射モードに従って、その噴射パターンを設定する。そして、パターン制御部４５は、噴射パターンに応じて噴射弁制御部４６およびポンプ制御部４７に制御指令を実行する。
　パターン制御部４５は、内燃機関１０の１燃焼サイクルごとに設定された所定の算出タイミングで、燃料噴射弁３０から噴射する燃料の噴射時期を決定する。より具体的には、パターン制御部４５は、負荷計算部４１が算出した内燃機関１０の運転条件と、運転履歴と、センサ類５０の検知値とに基づいて、内燃機関１０の圧縮行程に噴射時期を設定するか否かを決定する。
　選択部４３により煤低減モードが選択された場合には、パターン制御部４５は、内燃機関１０の負荷および回転速度と、センサ類５０の検知値等に基づいて、内燃機関１０の燃焼室２１内が所定の高温条件を満たしているか否かを判定する。燃焼室２１内が所定の高温条件を満たしていると判定された場合に、パターン制御部４５は、内燃機関１０の圧縮行程に噴射時期を設定することができる。なお、所定の高温条件とは、圧縮行程において燃焼室２１内が高温状態となって低減対象成分量が所定値未満となるための条件である。所定の高温条件は、内燃機関１０の運転履歴や、内燃機関１０と同様の構造を有する他の内燃機関１０によって取得された運転履歴に基づいて設定することができる。
　パターン制御部４５は、ＥＣＵ４０に記憶されたマップ等を参照して、所定の高温条件を満たしているか否かを判断する。ＥＣＵ４０には、内燃機関１０の運転条件およびセンサ類５０の検知値または検知値から算出される各種パラメータと、圧縮行程における内燃機関１０内の温度や圧力、および低減対象成分量とを対応付けたマップまたは数式等が記憶されている。ＥＣＵ４０に記憶されたマップまたは数式等に基づいて、内燃機関１０の運転条件およびセンサ類５０の検知値または検知値から算出される各種パラメータごとに、高温条件を満たす所定の数値範囲がそれぞれ設定されていてもよい。
　圧縮行程に噴射時期を設定する場合には、パターン制御部４５は、排気中の低減対象成分量をより低減するとともに燃費をより低減することができる最適な噴射時期に設定することが好ましい。
　燃料の噴射時期に際して各種センサから取得した検知値に基づいて、噴射時期および噴射パターンの再設定を行ってもよい。例えば、内燃機関１０の１燃焼サイクルごとに設定された所定の算出タイミングで圧縮行程に噴射時期を設定した後で、所定の時間間隔で取得した各検知値に基づいて、煤発生量の再算出、噴射モードの再選択、および、噴射パターンの再設定が行われてもよい。
　噴射弁制御部４６は、内燃機関１０の回転速度、負荷、目標空燃比、排気センサが検知するＡ／Ｆ、ＦＢ（空燃比フィードバック）量等に基づき、燃料の噴射量を算出する。さらに、噴射量と燃圧に基づき、燃料の噴射期間を算出する。噴射弁制御部４６は、パターン制御部４５が設定した噴射開始時期と噴射期間とに基づいて燃料噴射弁３０のニードル弁を開閉制御し、燃料を燃焼室２１内に噴射する。なお、算出した噴射量、噴射期間等は、排気中の低減対象成分と対応付けしてマップ化または数式化する等によってＥＣＵ４０の記憶手段に記憶されるようにしてもよい。
　ポンプ制御部４７は、燃圧センサ３７の検知値に基づいて、高圧ポンプ３３と低圧ポンプ３４の出力等を制御する。ポンプ制御部４７は、目標燃圧を設定して、燃圧センサ３７の検知値が目標燃圧付近の値となったことを条件として、圧縮行程の燃料噴射の実行を許可するように構成されていてもよい。一般に、燃料噴射時の燃圧が高いと、噴射された燃料が受けるせん断力が大きくなるため、噴射された燃料の液滴が小さくなって、空気分子と燃料の液滴との単位時間当たりの衝突回数が多くなる。その結果、燃料が良好に拡散し、燃料と空気との混合気を良好に形成することができる。ただし、燃圧が高いと燃料の運動量が大きいため、点火直前に噴射して点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気を配置しようとする場合に、点火プラグ２２を燃料が通過することにより、適切な混合気の形成ができないという懸念がある。また、運動量が大きくなることにより、燃焼室２１内での混合気の流動が悪化するという懸念がある。これらの懸念される要因により、燃料の噴射から点火までの間に、点火プラグの周囲に混合気を形成することが困難になる可能性がある。
　点火制御部４８は、パターン制御部４５で設定された噴射パターンに基づいて、点火プラグ２２に通電するタイミングと時間を調整し、点火プラグ２２の点火制御を実行する。点火制御部４８は、燃料の燃焼時において耐ノック性を確保し、点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気を形成するために、選択された噴射モードと、これに応じて設定した噴射パターンに応じて、点火時期を調整する。
　点火制御部４８は、例えば、点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気を形成して燃焼を行う場合には、運転条件ごとに設定される燃料の点火時期において点火プラグ２２の先端部の近傍に所定の空燃比の混合気が形成されるように、燃料の噴射時期を調整する。
　また、例えば、点火制御部４８は、点火時期に応じてノッキングを制御するノックコントロールシステム（ＫＣＳ）の機能を有していてもよい。ＫＣＳは、ノックセンサ２７の信号からノックを検知する。そして、ノックが検知されたときには点火時期を遅角し、ノックが検知されなくなったら点火時期を少しずつ進角させる。このような動作をくり返しながら、ＫＣＳは、ノックが発生する限界点火時期であるノック点火時期を学習する。
　煤低減モードでは、通常モードに対して、噴射パターン、噴射する燃料の燃圧または燃温、燃焼室２１内の圧力および温度等の条件が変更される場合がある。このため、煤低減モードにおける耐ノック性は、通常モードにおける耐ノック性と相違する。煤低減モードを選択したことにより、耐ノック性が低減することを回避するために、点火制御部４８は、通常モードにおける点火時期よりも、煤低減モードにおける点火時期を遅角させる。
　また、圧縮行程での燃料噴射時に、噴射する燃料の燃圧が高すぎると、燃焼室２１内に噴射された燃料の噴霧の運動量が上昇し過ぎて、点火プラグ２２の先端部を通過し、点火時期に点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気を形成することが困難となる場合がある。このため、噴射制御部４４と点火制御部４８は、点火時期を遅角させることにより、燃料の噴射から点火までの時間を長めに調整する。点火時期を遅角させることにより、点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気が形成されている状態で点火を実行することができ、点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気を形成することにより燃焼を安定して実行することが可能となる。
　ＥＣＵ４０は、燃料の噴射時期に際して各種センサから取得した検知値に基づいて、上記に説明した噴射モード、噴射時期および噴射パターン、燃焼の燃圧および燃温の制御、燃焼室２１内の圧力および温度の制御、点火制御等について、補正、切換、または学習を実行可能に構成されていてもよい。また、禁止フラグの設定／解除によって、噴射パターン等の切換を実行可能に構成されていてもよい。
　例えば、ＥＣＵ４０は、制御対象となる内燃機関１０に対して、それぞれの噴射モードにおける噴射パターンを予め記憶していてもよい。そして、選択した噴射モードで燃料噴射を実行中に、各種センサの検知値、およびこの検知値から推定される煤発生量等の推定値に基づいて、必要に応じて、記憶された別の噴射パターンに近づけるように補正してもよい。
　具体的には、通常モードの噴射パターンで燃料噴射を実行中に、排気センサの検知値等から、煤発生量が増加すると推定された場合には、噴射パターンを煤低減モードの噴射パターンに近づけるように補正してもよい。より具体的には、燃料噴射弁３０の開閉速度の高速化、噴射回数の低減、燃温や燃焼室２１内の温度の高温化を行って、煤低減モードに近い噴射パターンに補正してもよい。補正量は、煤発生量が高くなるほど大きくなるように設定してもよい。例えば、通常モードにおける噴射時の燃温がＴ１であり、煤低減モードにおける噴射時の燃温がＴ２であった場合に、煤発生量が高くなるほど大きくなる係数Ａ（０≦Ａ≦１）を設定し、Ａ×（Ｔ２－Ｔ１）を燃温の補正量としてもよい。なお、係数Ａ＝０の場合には、補正量は零となり、係数Ａ＝１の場合には、補正量は（Ｔ２－Ｔ１）となって補正後の燃温はＴ２となる。
　また、例えば、ＥＣＵ４０は、選択した噴射モードで燃料噴射を実行中に、各種センサの検知値、およびこの検知値から推定される煤発生量等の推定値に基づいて、必要に応じて、記憶された別の噴射パターンに切換えてもよい。具体的には、通常モードの噴射パターンで燃料噴射を実行中に、排気センサの検知値等から、煤発生量が増加すると推定された場合には、煤低減モードの噴射パターンへの切換を行ってもよい。
　なお、噴射パターンの補正または切換を行う場合に、燃温、燃焼室２１の温度等の制御パラメータを変化させる際には、指令値を急激に変化させるのではなく、徐々に変化させるようにすることが好ましい。また、噴射パターンの補正または切換に応じて、ノッキング抑制や、点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気を形成する燃焼の成立等が可能となるように点火時期を調整することが好ましい。
　また、例えば、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転条件および運転履歴ごとに、センサ類５０の検知値およびこれら検知値から算出される各種推定値と、その際に選択され、適宜補正された噴射パターンとの関係を適合マップ等の形式により記憶していてもよい。この適合マップ等に基づいて、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転条件および運転履歴に応じた噴射パターンを選定できる。また、この適合マップ等は、内燃機関１０の運転ごとに修正されてもよい。
　図１０に示すフローチャートを用いて、ＥＣＵ４０が実行する噴射制御処理の一例を説明する。このフローチャートは、所定の間隔で繰り返し実行される。
　まず、ステップＳ１０１において、噴射時期等の設定時期か否かを判定する。この設定時期は、内燃機関１０の１燃焼サイクルごとに設定された所定の算出タイミングである。設定時期である場合には、ステップＳ１０２に進む。設定時期でない場合には、ステップＳ１１３に進む。
　設定時期である場合には、ステップＳ１０２に進み、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転条件、各種センサからのセンサ検知値を取得する。具体的には、内燃機関１０の負荷、Ａ／Ｆセンサ２４およびＰＭセンサ３６の検知する排気中の未燃焼燃料量および粒子数の検知値、水温センサ２６からの内燃機関１０の冷却水温、吸気流量センサ１３からの吸気流量、吸気温度センサ１４からの吸気温、クランク角センサ２９からのクランク角信号、燃焼圧センサ３８からの燃焼室２１内の圧力等の検知値を必要に応じて取得する。その後、ステップＳ１０３に進む。
　ステップＳ１０３では、煤発生量Ｓと、デポジット堆積量Ｄとを算出する。具体的には、図５，６に示す関係（ＥＣＵ４０に記憶されている）を用いて、排気センサにより検知された排気中のＰＭの成分量およびＨＣの成分量に基づいて、煤発生量Ｓを推定する。また、図８に示す関係（ＥＣＵ４０に記憶されている）を用いて、ＥＯＩから点火時期までの時間Ｊ１と、噴射時の燃焼室２１内の気流の強さと、デポジットの増減量との関係に基づいて、デポジット堆積量Ｄを推定する。その後、ステップＳ１０４に進む。
　ステップＳ１０４では、煤発生量Ｓが煤低減閾値Ｘ１を超えるか否かについて判定する。Ｓ＞Ｘ１である場合にはステップＳ１０５に進む。Ｓ≦Ｘ１である場合には、ステップＳ１１０に進み、通常モードを選択する。なお、ステップＳ１０４に替えて、ステップＳ１０２で取得した排気センサの検知値に基づいて、噴射モード選択に関する判定を行ってもよい。具体的には、排気中の低減対象成分の成分量を示す所定のパラメータＰに対して排気成分閾値Ｙ１を設定し、Ｐ＞Ｙ１の場合にはステップＳ１０５に進み、Ｐ≦Ｙ１の場合にはステップＳ１１０に進むようにしてもよい。
　ステップＳ１０５では、禁止フラグが設定されているか否かを判定する。例えば、内燃機関１０が起動中であり、運転状態が不安定である場合には、禁止フラグが設定された状態となっている。禁止フラグが設定されていない場合には、ステップＳ１０７に進む。禁止フラグが設定されている場合には、ステップＳ１０６に進む。
　ステップＳ１０６では、禁止フラグの解除が可能か否かを判定する。例えば、内燃機関１０が起動を完了し、運転状態が安定化して禁止フラグの設定条件に該当しなくなった場合には、禁止フラグを解除することができる。禁止フラグを解除できる場合には、ステップＳ１０７に進む。禁止フラグを解除できない場合には、ステップＳ１１０に進み、通常モードを選択する。
　ステップＳ１０７では、推定したデポジット堆積量Ｄがデポジット閾値Ｘ２を超えるか否かについて判定する。Ｄ＞Ｘ２である場合にはステップＳ１０８に進み、デポジット除去モードを選択する。Ｄ≦Ｘ２である場合には、ステップＳ１０９に進み、煤低減モードを選択する。
　ステップＳ１０８～Ｓ１１０で噴射モードを選択した後、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、燃料の噴射時期と噴射パターンとを設定する。内燃機関１０の圧縮行程に噴射時期が設定された場合には、ステップＳ１０８～Ｓ１１０で選択された噴射モードに従って、噴射パターンを設定する。ステップＳ１１１の後、ステップＳ１１２に進む。
　ステップＳ１１２では、ステップＳ１０９で設定された噴射パターンに応じて、燃料への点火時期を設定する。例えば、煤低減モードを選択した場合には、耐ノック性を確保する目的や、点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気を形成して燃焼を安定化させる目的で、通常モード時よりも点火時期が遅角化される。ステップＳ１１２の後、ステップＳ１１３に進む。
　ステップＳ１１３において、設定された各噴射時期について、その噴射時期に至ったと判断された場合には、ステップＳ１１４に進み、設定された噴射パターンに従って燃料の噴射が実行される。例えば、ステップＳ１１０で煤低減モードを選択した場合には、圧縮行程における燃料噴射時に、燃料噴射弁３０における弁体５１の着座部５６よりも先端側に燃料が残存することを抑制可能な噴射パターンで燃料が噴射される。より具体的には、他の噴射モードと比較して、圧縮行程での噴射回数が低減される。または、燃料噴射弁３０の開閉速度が高速化される。または、燃料噴射時の燃焼室２１内の温度や、燃温が高温化される。ステップＳ１１４の後、ステップＳ１１５に進む。噴射時期ではない場合には、ステップＳ１１５に進む。
　ステップＳ１１５において、設定された点火時期について、その点火時期に至ったと判断された場合には、ステップＳ１１６に進み、燃料の点火が実行され、その後、処理を終了する。点火時期ではない場合には、ステップＳ１１６を実行することなく、処理を終了する。
　上記のとおり、図１０に示すフローチャートによれば、設定時期において噴射モードの選択が実行され、選択された噴射モードに応じて、噴射時期と、噴射パターンと、点火時期の設定が実行される。そして、設定された噴射時期に至った場合には、設定された噴射パターンで燃料噴射が実行される。また、設定された噴射パターンに応じて耐ノック性等を確保するように設定された点火時期に、燃料への点火が実行される。
　なお、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０２～ステップＳ１１２の処理を設定時期以外にも実行可能であってもよい。例えば、所定の間隔でステップＳ１０２～ステップＳ１１０の処理を実行して噴射モードの選択を実行し、その際に選択された噴射モードが設定時期に選択された噴射モードと相違する場合に、噴射モードの切り換えを行ってもよい。そして、切り換えた噴射モードについてステップＳ１１１およびＳ１１２の処理を行ってもよい。さらには、ステップＳ１０８～ステップＳ１１０において噴射モードを選択した後、ステップＳ１１３において噴射を実行するまでの間に取得された各種センサの検知値等に基づいて、選択された噴射モードを補正するステップを含んでいてもよい。
　上述の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
　ＥＣＵ４０によれば、選択部４３により、内燃機関１０の圧縮行程に噴射する燃料の噴射モードを、所定の切換条件に基づいて、燃料噴射弁３０から発生する煤を低減する煤低減モードと、煤低減モードと相違する他の噴射モードとの間で切り換えて選択する。そして、選択部４３により選択された噴射モードに基づいて、噴射弁制御部４６は、噴射時期が圧縮行程に設定された燃料噴射を実行するように、燃料噴射弁３０を制御する。このため、所定の切換条件に基づいて、必要に応じて煤低減モードで燃料噴射を実行でき、煤の発生を抑制することができる。
　また、この煤低減モードは、燃料噴射弁３０の弁体５１の着座部５６よりも先端側に燃料が残存することを抑制して煤を低減するように設定された噴射モードであるため、内燃機関１０の圧縮行程での燃料噴射時に起こり易いウェット燃料の付着を効果的に抑制できる。その結果、煤発生に起因するＰＭの発生を抑制して圧縮行程での噴射を実行することが可能となる。
　選択部４３は、内燃機関１０の運転条件および運転履歴に基づいて算出された煤発生量Ｓが所定の煤低減閾値Ｘ１を超えたことを条件として、煤低減モードを選択するように構成されていてもよい。内燃機関１０の運転条件および運転履歴から煤発生量を算出するため、実際に煤発生量が増加する前に、煤低減モードを選択することができ、煤発生量の増加を抑制することができる。
　選択部４３は、排気センサにより検知された排気中の低減対象成分の成分量が所定の排気成分閾値Ｙ１を超えたことを条件として、煤低減モードを選択するように構成されていてもよい。排気センサの検知値により内燃機関１０の現在の状況に応じて適切に煤低減モードを選択できるため、煤発生量の増加を効果的に抑制できる。
　煤低減モードは、内燃機関１０の圧縮行程に噴射する燃料の噴射回数を、他の噴射モードよりも低減することにより、煤の発生量を低減するように設定されていてもよい。燃料の噴射回数を低減することにより、燃料噴射弁３０の開閉の回数を低減することができる。その結果、燃料噴射を終了する燃料噴射弁３０の閉弁後に、燃料の一部がウェット状態で燃料噴射弁３０のサック室５７に残存したり、先端部５３に付着したりする機会を低減でき、煤発生量を低減できる。
　煤低減モードは、他の噴射モードと比較して、内燃機関１０の圧縮行程での燃料噴射の実行時における燃料噴射弁３０の開閉速度を高速化することにより、煤の発生量を低減するように設定されていてもよい。燃料噴射弁３０の開閉速度を高速化することにより、燃料の切れが良くなるため、燃料の噴射後に燃料の一部が燃料噴射弁３０のサック室５７に残存したり、先端部５３に付着したりすることを抑制でき、煤発生量を低減できる。
　煤低減モードは、内燃機関１０の圧縮行程での燃料噴射の実行時に内燃機関の燃焼室内温度を、他の噴射モードよりも高温化することにより、煤の発生量を低減するように設定されていてもよい。燃焼室２１内の温度を高温化することにより、燃焼室２１内で燃料の霧化が促進されるため、燃料の噴射後に、燃料の一部が燃料噴射弁３０サック室５７に残存したり、先端部５３に付着したりすることを抑制でき、煤発生量を低減できる。
　煤低減モードは、内燃機関１０の圧縮行程での燃料噴射の実行時に燃料噴射弁３０から噴射される燃料の温度を、他の噴射モードよりも高温化することにより、煤の発生量を低減するように設定されていてもよい。噴射される燃料の温度を高温化することにより、燃焼室２１内で燃料の霧化が促進されるため、燃料の噴射後に、燃料の一部が燃料噴射弁３０サック室５７に残存したり、先端部５３に付着したりすることを抑制でき、煤発生量を低減できる。
　点火制御部４８は、選択部４３が煤低減モードを選択したことを条件として、煤低減モードに応じて、燃焼室２１内の燃料に点火する点火時期を変更するように構成されていてもよい。燃料の燃焼時において耐ノック性を確保し、点火プラグ２２の周囲にリッチな混合気を形成して燃焼を成立させるために、選択された噴射モードと、これに応じて設定した噴射パターンに応じて、点火時期を調整することができる。
　選択部４３は、内燃機関１０の運転条件または運転履歴に基づいて、煤低減モードを選択することを禁止するように構成されていてもよい。燃料噴射システム１を含む車両に搭載された各システムに異常が発生している場合や、内燃機関１０の燃焼状態が不安定である場合には、煤低減モードの選択を禁止してもよい。内燃機関１０の燃焼状態が不安定である場合には、失火等の不具合を回避することを優先して、安全に内燃機関１０を運転することができる。
　・なお、本開示の燃料噴射制御装置は、ガソリンエンジン以外にディーゼルエンジンにおいても適用可能である。すなわち、直噴式ディーゼルエンジンの燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置への適用が可能となっている。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (9)

  1. 　蓄圧容器（３２）内の高圧燃料を内燃機関（１０）の燃焼室（２１）内に直接噴射する直噴式の燃料噴射弁（３０）を備える燃料噴射システム（１）を制御する燃料噴射制御装置（４０）であって、
    　前記内燃機関の圧縮行程に噴射する燃料の噴射モードを、所定の切換条件に基づいて、前記燃料噴射弁の弁体（５１）の着座部（５６）よりも先端側に前記燃料が残存することを抑制して煤を低減する煤低減モードと、前記煤低減モードと相違する他の噴射モードとの間で切り換えて選択する選択部（４３）と、
    　前記選択部により選択された噴射モードに基づいて、前記内燃機関の圧縮行程に設定された燃料噴射を実行する噴射制御部（４４）と、を備える燃料噴射制御装置。
  2. 　前記選択部は、前記内燃機関の運転条件および運転履歴に基づいて算出された前記煤の発生量である煤発生量が所定の煤低減閾値を超えたことを条件として、前記煤低減モードを選択する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
  3. 　前記燃料噴射システムは、前記内燃機関からの排気中の成分を検知する排気センサを備え、
    　前記選択部は、前記排気センサにより検知された前記排気中の低減対象成分の成分量が所定の排気成分閾値を超えたことを条件として、前記煤低減モードを選択する請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
  4. 　前記煤低減モードは、前記内燃機関の圧縮行程に噴射する燃料の噴射回数を前記他の噴射モードよりも低減することにより、前記煤の発生量を低減するように設定されている請求項１～３のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
  5. 　前記煤低減モードは、前記内燃機関の圧縮行程での燃料噴射の実行時に前記燃料噴射弁の開閉速度を前記他の噴射モードよりも高速化することにより、前記煤の発生量を低減するように設定されている請求項１～４のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
  6. 　前記煤低減モードは、前記内燃機関の圧縮行程での燃料噴射の実行時に前記内燃機関の燃焼室内温度を前記他の噴射モードよりも高温化することにより、前記煤の発生量を低減するように設定されている請求項１～５のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
  7. 　前記煤低減モードは、前記内燃機関の圧縮行程での燃料噴射の実行時に前記燃料噴射弁から噴射される燃料の温度を前記他の噴射モードよりも高温化することにより、前記煤の発生量を低減するように調整されている請求項１～６のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
  8. 　前記選択部が前記煤低減モードを選択したことを条件として、前記煤低減モードに応じて前記燃焼室内の燃料に点火する点火時期を変更する点火制御部を備える請求項１～７のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
  9. 　前記選択部は、前記内燃機関の運転条件または運転履歴に基づいて前記煤低減モードを選択することを禁止する請求項１～８のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
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