(57)【要約】【課題】デポジットを効率的かつ十分に除去することができるデポジット除去装置を提供する。【解決手段】デポジット除去装置は、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ２３と、水温センサ２３の検出結果に基づいて、デポジット除去のために燃料を噴射する除去用噴射の回数を変更するコントロールユニット５０と、を備えており、冷却水の水温が低い場合に除去用噴射の回数を減少させる（ステップＳ３０）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内直接噴射式内燃機関の燃焼室内に付着したデポジットを燃料で除去するデポジット除去装置であって、
前記内燃機関の雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、デポジット除去のために前記燃料を噴射する除去用噴射の回数を変更する回数変更手段と、を備えたことを特徴とするデポジット除去装置。
【請求項２】
前記回数変更手段は、前記雰囲気温度が低いほど前記除去用噴射の回数を減少させることを特徴とする請求項１記載のデポジット除去装置。
【請求項３】
前記雰囲気温度は、前記内燃機関における冷却水の温度、前記内燃機関における潤滑油の温度、前記内燃機関に吸入される空気の温度、前記内燃機関から排出される排気の温度、又は、前記内燃機関の燃焼室内の温度の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のデポジット除去装置。
【請求項４】
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段をさらに備えており、
前記回数変更手段は、前記回転数検出手段による検出結果に基づいて、前記除去用噴射の回数を変更することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のデポジット除去装置。
【請求項５】
前記回数変更手段は、前記回転数検出手段により検出された回転数が高いほど前記除去用噴射の回数を増加させる請求項４記載のデポジット除去装置。
【請求項６】
前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御手段をさらに備えており、
前記回転数制御手段は、前記除去用噴射を開始する際に、前記内燃機関の回転数を低下させることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のデポジット除去装置。
【請求項７】
前記除去用噴射を吸気行程で行う場合に、前記雰囲気温度が低いほど、前記除去用噴射の時期を遅角させるタイミング変更手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のデポジット除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に付着したデポジットを燃料で除去するデポジット除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃焼室内に付着したデポジットを燃料で除去するデポジット除去装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２９１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来のデポジット除去装置では、除去用噴射を所定時間継続したら画一的に通常噴射に切り替える。そのため、除去用噴射した燃料の気化状況によっては、十分にデポジットを除去しきれなかったり、除去のために燃料を余分に使ってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、デポジットを効率的かつ十分に除去することができるデポジット除去装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関の雰囲気温度を検出し、その検出した雰囲気温度に基づいて、デポジット除去のための燃料の噴射（除去用噴射）の回数を変更することで、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の雰囲気温度を検出することで、除去用噴射した燃料の気化状況を間接的に把握し、それに応じて除去用噴射の回数を変更するので、デポジットを効率的かつ十分に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態におけるエンジン周りのシステム構成図である。
【０００９】
本実施形態におけるエンジン１０は、いわゆる直噴型ガソリンエンジンであり、図１に示すように、燃焼室１１内に臨むように設けられた燃料噴射弁２１及び点火栓２２を備えている。燃料噴射弁２１は、コントロールユニット５０からの指令信号に基づいて、燃焼室１１内に向かって燃料を直接噴射する。点火栓２２は、コントロールユニット５０からの点火信号に基づいて、燃焼室１１内に充填された混合気を点火する。なお、点火栓２２として、燃焼室１１内のイオン電流を検出する機能を備えたものを用いてもよい。本実施形態では、通常燃焼（例えば均質燃焼や成層燃焼）のための燃料噴射に加えて、燃焼室１１内に付着したデポジットを除去するための燃料噴射（以下、除去用噴射と称する。）も燃料噴射弁２１によって行う。
【００１０】
さらに、このエンジン１は、図１に示すように、水温センサ２３、油温センサ２４、及び、クランク角センサ２５を備えている。水温センサ２３（温度検出手段）は、シリンダ１２の周囲に設けられたウォータジャケット１３内の冷却水の温度を検出する。油温センサ２４は、エンジン１０内のエンジンオイルの温度を検出する。さらに、クランク角センサ２５は、クランクの回転角を検出する。水温センサ２３、油温センサ２４及びクランク角センサ２５はいずれもコントロールユニット５０に接続されている。コントロールユニット５０は、クランク角センサ２５（回転数検出手段）から提供されたクランク回転角に基づいて、エンジン１０の回転数を検出する。本実施形態では、水温センサ２３やクランク角センサ２５による検出結果は、通常の用途に加えて、除去用噴射の回数やタイミングの変更にも使用される。
【００１１】
エンジン１０の吸気ポート１３に連通した吸気通路３０には、吸気温度センサ３１とエアーフローメータ３２が設けられている。吸気温度センサ３１は、吸気通路３０に吸入された空気の温度を検出する。エアーフローメータ３２は、吸気通路３０に吸入された空気の流量を検出する。吸気温度センサ３１及びエアーフローメータ３２はいずれもコントロールユニット５０に接続されている。
【００１２】
また、吸気通路３０には、吸入空気の流量を制御するためのスロットル弁３３が設けられている。このスロットル弁３３の開度は、ＤＣモータ等のアクチュエータを有するスロットル弁制御装置３４によって調整可能となっている。このスロットル弁制御装置３４はコントロールユニット５０に接続されている。また、コントロールユニット５０には、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ５１も接続されている。運転者がアクセルペダルを操作すると、コントロールユニット５０はその操作量に応じた開度信号をスロットル弁制御装置３４に送信し、スロットル弁制御装置３４はこの開度信号に基づいてスロットル弁３３の開度を調整する。
【００１３】
エンジン１０の排気ポート１４に連通した排気通路４０には、排気の温度を検出する排気温度センサ４１と、排気を浄化する排気浄化触媒４２と、が設けられている。排気温度センサ４２は、コントロールユニット５０に接続されている。
【００１４】
コントロールユニット５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、及び、インタフェース等を含むマイクロコンピュータから構成されており、上述した各種センサ類が接続されている。このコントロールユニット５０は、これらセンサ類からの信号に基づいて、スロットル弁制御装置３４を介してスロットル弁３３の開度を制御し、燃料噴射弁２１を駆動して燃料噴射量を制御し、点火時期を設定して点火時期で点火栓２２を点火させる制御を行う。
【００１５】
また、本実施形態では、コントロールユニット５０（回数変更手段、タイミング変更手段）は、水温やエンジン回転数に基づいて除去用噴射の回数やタイミングを変更する機能を備えており、以下に説明するような制御をすることが可能となっている。
【００１６】
図２は本発明の実施形態におけるデポジット除去のための制御を示すフローチャート、図３は水温と除去用噴射回数とを対応付けたマップ、図４は水温と除去用噴射タイミングとを対応付けたマップ、図５はエンジン回転数と除去用噴射回数とを対応付けたマップを示す図である。
【００１７】
図２に示すように、本実施形態では、先ず、実際の運転履歴に基づいて、燃焼室１１内のデポジットを除去する必要があるか否かを判断する（図２のステップＳ１０）。一般的に、一回当たりの走行距離が短い運転、運転時の水温が低い運転、或いは、低回転が多い運転等は、燃焼室１１内にデポジットが付着しやすい運転である。本実施形態では、走行距離、運転時の水温推移、運転時の回転数推移等を運転履歴としてコントロールユニット５０に記憶しておく。そして、例えば、上述のようなデポジットが付着しやすい運転が所定回数行われた場合に、デポジットを除去する必要があると判断する。
【００１８】
ステップＳ１０において、デポジットの除去が必要と判断した場合（ステップＳ１０にてＹＥＳ）には、燃料噴射モードを、通常燃焼（例えば均質燃焼や成層燃焼）モードからデポジット除去モードに切り替える。一方、ステップＳ１０において、デポジット除去が不要と判断された場合（ステップＳ１０にてＮＯ）には、図２のフローチャートを終了して通常燃焼モードを継続する。なお、本実施形態におけるデポジット除去モードでは、吸気行程において、燃料が液滴状態でデポジットに付着するように遅れたタイミングで燃料を噴射するが、特にこれに限定されない。例えば、燃料の噴射圧を調整することで、燃料を液滴状態でデポジットに付着させてもよい。
【００１９】
ステップＳ１０にてデポジット除去が必要と判断した場合（ステップＳ１０にてＹＥＳ）には、水温センサ２３により検出された冷却水の水温に基づいて、エンジン１０が完暖状態であるか否かを判断する（図２のステップＳ２０）。例えば、このステップＳ２０では、冷却水の水温が８０℃〜９０℃である場合に、エンジン１０が完暖状態であると判断する。エンジン１０が完暖状態であると判断された場合（ステップＳ２０にてＹＥＳ）には、除去用噴射の回数をＭ０［回］に設定してステップＳ５０に進む。
【００２０】
一方、ステップＳ２０においてエンジン１０が完暖状態ではないと判断された場合（ステップＳ２０にてＮＯ）には、図３に示すような水温−除去用噴射回数マップを参照して、冷却水の水温に対応した除去用噴射の回数を求める（図２のステップＳ３０）。例えば、図３に示す例では、エンジン１０が完暖状態である場合には除去用噴射回数がＭ０［回］であるのに対し、冷却水の水温がＴｗ［℃］（＜８０℃）の場合には、除去用噴射回数がＭ０−ΔＭ１［回］と設定される。なお、図３乃至図５に示すマップは、コントロールユニット５０に予め記憶されている。
【００２１】
このように、本実施形態では、冷却水の水温（エンジン雰囲気温度）が低いほど除去用噴射の回数を減少させる。冷却水の水温が低い場合には、燃焼室１１内の温度も低く、噴射燃料は気化しにくい（液滴状態を維持しやすい）ので、少量の燃料でデポジットを十分に除去することができ、デポジットを効率的に除去することができる。
【００２２】
なお、ステップＳ２０においてエンジン１０が冷機状態であるか否かを判断し、ステップＳ３０において冷却水の水温が高い場合に除去用噴射の回数を増加させてもよい。冷却水の水温が高い場合には、燃焼室１１内の温度も高く、噴射燃料は気化しやすい（液滴状態を維持しにくい）ので、デポジットの除去能力が低下する。これに対し、冷却水の水温が高いほど除去用噴射の回数を増加させることで、十分なデポジットの除去能力を確保することができる。
【００２３】
また、油温、吸気温度、又は排気温度も、燃焼室１１内の温度と相関関係があるので、水温に代えて、油温度、吸気温度、又は排気温度（エンジン雰囲気温度）に基づいて除去用噴射回数を増減させてもよい。上述のように、油温、吸気温度、及び排気温度は、油温センサ２４、吸気温度センサ３１、及び排気温度センサ４１（温度検出手段）によってそれぞれ検出することができる。これらに代えて、コントロールユニット５０が、点火栓２２によって検出したイオン電流に基づいて燃焼状態を把握し、この燃焼状態から筒内温度を推定し、この筒内温度に基づいて除去用噴射回数を増減させてもよい。或いは、イオン電流に代えて筒内圧センサ２６により検出された筒内圧力を用いてもよいし、燃焼室１１内に臨むように設けた熱電対等の温度センサによって筒内温度を直接測定してもよい。さらに、これらを組み合わせて除去用噴射回数を増減させてもよい。
【００２４】
次いで、図２のステップＳ４０において、図４に示すような水温−除去用噴射タイミングマップを参照して、冷却水の水温に対応した除去用噴射のタイミングを求める。例えば、図４に示す例では、冷却水の水温がＴｗ［℃］の場合に、吸気行程において噴射タイミングをθ［ｄｅｇ］だけ遅角させる。
【００２５】
このように、本実施形態では、冷却水の水温が低いほど除去用噴射のタイミングを吸気行程において遅角させる。ピストン１５が燃料噴射弁２１から離れた位置で除去用噴射することで、スモークの発生を抑制することができる。なお、冷却水の水温が低い場合には、噴霧コーンの先端部分においても燃料が液滴状態であるため、ピストン１５が燃料噴射弁２１から離れていてもデポジットを十分に洗浄できる。
【００２６】
次いで、図２のステップＳ５０において、クランク角センサ２５を用いて検出されたエンジン回転数が、目標値（例えばアイドリング状態のエンジン回転数）より高いか否かを判断する。実際に検出されたエンジン回転数が目標値以下と判断された場合（ステップＳ５０にてＮＯ）には、特に除去用噴射回数に変更を加えずに、ステップＳ７０に進んでデポジット除去モードを実行する。
【００２７】
一方、ステップ５０においてエンジン回転数が目標値より高いと判断された場合（ステップＳ５０にてＹＥＳ）には、図５に示すようなエンジン回転数−除去用噴射回数マップを参照して、エンジン回転数に対応した除去用噴射の回数を求める（図２のステップＳ６０）。例えば、図５に示す例では、エンジン回転数が目標値以下である場合には除去用噴射回数がＭ０［回］であるのに対し、クランク角センサ２５を用いて検出されたエンジン回転数がＮｅ［ｒｐｍ］（＞目標値）の場合には除去用噴射回数はＭ０＋ΔＭ２［回］と設定される。なお、上述のステップＳ３０において既に除去用噴射回数がＭ０−ΔＭ１［回］に変更されている場合には、ステップＳ６０において、除去用噴射回数はＭ０−ΔＭ１［回］からＭ０−ΔＭ１＋ΔＭ２［回］に変更される。
【００２８】
一般的に、エンジン回転数が高い場合には、噴射燃料がデポジットに接触している時間が短いので、十分なデポジット除去能力を確保し得ない場合がある。これに対し、本実施形態では、エンジン回転数が高いほど除去用噴射の回数を増加させることで、十分なデポジットの除去能力を確保することができる。
【００２９】
なお、ステップＳ６０において、目標値を高回転側に設定しておき、エンジン回転数がその目標値よりも低い場合に、除去用噴射回数を減少させてもよい。エンジン回転数が低い場合には、デポジットとの噴射燃料の接触時間が長いので、少量の燃料でもデポジットを十分に除去することができ、デポジットを効率的に除去することができる。
【００３０】
次いで、図２のステップＳ７０において、デポジット除去モードを実行する。例えば、除去用噴射回数を、ステップ３０においてΔＭ１［回］減少させ、さらにステップＳ６０においてΔＭ２［回］増加させていた場合には、合計Ｍ０−ΔＭ１＋ΔＭ２［回］の吸気行程において除去用噴射を実行する。Ｍ０−ΔＭ１＋ΔＭ２［回］の除去用噴射が完了したら、燃料噴射モードを通常燃焼（例えば均質燃焼や成層燃焼）モードに戻す。
【００３１】
なお、ステップＳ７０でデポジット除去モードを実行するに際して、エンジン１０の回転数が低下するように、コントロールユニット６０（回転数制御手段）が、スロットル弁３３の開度や燃料噴射弁２１による燃料噴射量等を制御してもよい。これにより、除去用噴射の回数を積極的に低減することができ、デポジットを効率的に除去することができる。
【００３２】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の実施形態におけるエンジン周りのシステム構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態におけるデポジット除去のための制御を示すフローチャートである。
【図３】図３は、水温と除去用噴射回数とを対応付けたマップを示す図である。
【図４】図４は、水温と除去用噴射タイミングとを対応付けたマップを示す図である。
【図５】図５は、エンジン回転数と除去用噴射回数とを対応付けたマップを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…エンジン
１１…燃焼室
２１…燃料噴射弁
２２…点火栓
２３…水温センサ
２４…油温センサ
２５…クランク角センサ
３０…吸気通路
３１…吸気温度センサ
４０…排気通路
４１…排気温度センサ
５０…コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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