(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関に関し、構造の複雑化、並びに燃焼室壁面の強度不足および壁厚増大を招くことなく、噴射燃料の燃焼室壁面への付着を抑制することを目的とする。【解決手段】内燃機関１０に燃料を供給する燃料噴射弁２０と、内燃機関１０の燃焼室１８を構成する金属製の燃焼室構成部材としてのシリンダブロック１２、シリンダヘッド１４およびピストン１６を備える。燃焼室１８の壁面に形成され、電気絶縁性を有するコーティング層２２を備える。コーティング層２２の表面と燃料噴射弁２０により噴射された噴射燃料とが同極で帯電するように、シリンダブロック１２と燃料噴射弁２０との間に電圧を印加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の燃焼室を構成する金属製の燃焼室構成部材と、
前記燃焼室の壁面の少なくとも一部に形成され、電気絶縁性を有するコーティング層と、
前記コーティング層の表面と前記燃料噴射弁により噴射された噴射燃料とが同極で帯電するように、前記燃焼室構成部材と前記燃料噴射弁との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、前記コーティング層の表面と前記噴射燃料との間に生ずるクーロン力の目標クーロン力が得られるように電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記目標クーロン力は、前記燃料噴射弁により噴射される燃料の噴霧速度に基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記電圧印加手段による電圧の印加によって帯電した前記コーティング層の表面と前記噴射燃料との間に生ずるクーロン力を推定するクーロン力推定手段を更に備え、
前記電圧印加手段は、推定したクーロン力が前記目標クーロン力よりも弱い場合に電圧を高めることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内に直接燃料を噴射するものであって、
前記目標クーロン力を満たすクーロン力を実現するために前記電圧印加手段により印加可能な電圧の上限値よりも高い電圧が必要となる場合に、前記燃料噴射弁により噴射される燃料の噴霧速度を減少させる噴霧速度調整手段を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記電圧印加手段は、エンジン回転数が所定値以上である場合に、前記目標クーロン力が得られるように電圧を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記電圧印加手段は、エンジン冷却水温度が所定値以下であってエンジン負荷が所定値以下となる場合に、前記目標クーロン力が得られるように電圧を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項８】
前記コーティング層は、前記燃焼室構成部材の熱伝導率と同等以上の熱伝導率を有する材質によって構成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に係り、特に、金属製の燃焼室構成部材を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関が開示されている。この従来の内燃機関は、シリンダブロックの外側にエンジンブロックを備えている。そして、シリンダブロックとエンジンブロックとの間、および、シリンダヘッドとエンジンブロックとの間には、絶縁体が備えられている。エンジンブロックにおけるシリンダブロックの下端近傍の位置には、誘電分極が取り付けられている。また、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁には、噴射燃料に電圧を印加する荷電電極が取り付けられている。上記内燃機関では、噴射燃料の燃焼室壁面への付着を抑制するために、これらの誘電分極および荷電電極に印加する電圧を制御して、燃焼室（シリンダブロックの上方とシリンダヘッド）の壁面と噴射燃料とを同極で帯電させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６１４０４号公報
【特許文献２】特開２００９−０３６０７９号公報
【特許文献３】特開２００３−１４８２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の内燃機関の構成では、燃焼室の壁面を導電体（金属製のシリンダブロックおよびシリンダヘッド）としており、燃焼室の壁面の外側において電気的に絶縁させるためにシリンダブロックとエンジンブロックとの間に絶縁体を挟む構成が採用されている。しかしながら、このような２重構造の燃焼室構成部材を備えるようにすると、構造が複雑となり、また、燃焼室壁面の強度不足もしくは壁厚の増大を招くこととなる。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、構造の複雑化、並びに燃焼室壁面の強度不足および壁厚増大を招くことなく、噴射燃料の燃焼室壁面への付着を抑制することのできる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関であって、
内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の燃焼室を構成する金属製の燃焼室構成部材と、
前記燃焼室の壁面の少なくとも一部に形成され、電気絶縁性を有するコーティング層と、
前記コーティング層の表面と前記燃料噴射弁により噴射された噴射燃料とが同極で帯電するように、前記燃焼室構成部材と前記燃料噴射弁との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記電圧印加手段は、前記コーティング層の表面と前記噴射燃料との間に生ずるクーロン力の目標クーロン力が得られるように電圧を制御することを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記目標クーロン力は、前記燃料噴射弁により噴射される燃料の噴霧速度に基づいて算出されることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第２の発明において、
前記電圧印加手段による電圧の印加によって帯電した前記コーティング層の表面と前記噴射燃料との間に生ずるクーロン力を推定するクーロン力推定手段を更に備え、
前記電圧印加手段は、推定したクーロン力が前記目標クーロン力よりも弱い場合に電圧を高めることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内に直接燃料を噴射するものであって、
前記目標クーロン力を満たすクーロン力を実現するために前記電圧印加手段により印加可能な電圧の上限値よりも高い電圧が必要となる場合に、前記燃料噴射弁により噴射される燃料の噴霧速度を減少させる噴霧速度調整手段を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つにおいて、
前記電圧印加手段は、エンジン回転数が所定値以上である場合に、前記目標クーロン力が得られるように電圧を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つにおいて、
前記電圧印加手段は、エンジン冷却水温度が所定値以下であってエンジン負荷が所定値以下となる場合に、前記目標クーロン力が得られるように電圧を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第１〜第７の発明の何れか１つにおいて、
前記コーティング層は、前記燃焼室構成部材の熱伝導率と同等以上の熱伝導率を有する材質によって構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１および第２の発明によれば、構造の複雑化、並びに燃焼室壁面の強度不足および壁厚増大を招くことなく、噴射燃料の燃焼室壁面への付着を抑制できるようになる。
【００１５】
第３の発明によれば、噴射燃料（噴霧粒）の燃焼室の壁面への付着のし易さに影響を与える燃料の噴霧速度に基づいて、目標クーロン力を適切に算出することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、クーロン力発生の時間遅れによってクーロン力が不足する状況下において、クーロン力の不足を補えるようになる。
【００１７】
第５の発明によれば、電圧の増大だけではクーロン力が不足する状況下において、噴霧速度を減少させることによって燃焼室の壁面への燃料付着を抑制することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、噴射燃料に作用する遠心力が高いことで燃料の壁面付着によるオイルへの燃料混入が課題となる高エンジン回転時において、噴射燃料の壁面付着を抑制することができる。
【００１９】
第７の発明によれば、燃料の壁面付着が生じ易い低温かつ低負荷運転時において、噴射燃料の壁面付着に起因する排気エミッション性能の悪化を抑制することができる。
【００２０】
第８の発明によれば、本発明のコーティング層を備えていないアルミニウム合金もしくは鋳鉄などの材質の燃焼室構成部材（シリンダブロックなど）を有する既存の内燃機関に比較して、熱関係での信頼性を同等に保証できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】高電圧電源による電圧印加時に燃料噴射弁からの噴射燃料に作用する力を説明するための図である。
【図３】燃焼室の壁面（コーティング層）に蓄えられる壁面電荷量の荷電開始からの時間遅れを表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１の特徴的な制御の動作を表したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。ここでは、一例として、過給機付きディーゼルエンジン（圧縮着火式内燃機関）として構成された内燃機関１０を例に挙げて説明を行う。
【００２３】
図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック１２を備えている。シリンダブロック１２の上部には、シリンダヘッド１４が組み付けられている。シリンダブロック１２およびシリンダヘッド１４は、金属（例えば、アルミニウム合金や鋳鉄）製である。シリンダヘッド１４は、金属製のボルト（図示省略）によって結合されていることによって電気的にもシリンダブロック１２に接続されている。
【００２４】
シリンダブロック１２の内部には、シリンダボアに沿って往復移動するピストン１６が配置されている。ピストン１６は、コンロッド（図示省略）を介して、シリンダブロック１２に回転自在に固定されたクランクシャフト（図示省略）と連結されている。ピストン１６は金属製（例えば、アルミニウム合金）であり、コンロッドおよびクランクシャフトも金属製である。したがって、ピストン１６についても、シリンダブロック１２と電気的に接続されている。
【００２５】
内燃機関１０の内部には、シリンダブロック１２の内面、シリンダヘッド１４の下面およびピストン１６の頂面によって囲まれた空間として、燃焼室１８が形成されている。すなわち、内燃機関１０においては、これらのシリンダブロック１２、シリンダヘッド１４およびピストン１６が燃焼室構成部材に相当する。また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１８（筒内）に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２６】
燃焼室１８の壁面には、図１に示すような態様で、コーティング層２２が形成されている。より具体的には、コーティング層２２は、シリンダブロック１２の壁面を覆うコーティング層２２ａと、シリンダヘッド１４の壁面を覆うコーティング層２２ｂと、ピストン１６の頂面を覆うコーティング層２２ｃとからなる。内燃機関１０では、コーティング層２２を設ける範囲は、図１に示すように、ピストン１６が下死点にあるときに燃焼室１８の壁面を構成する部位の全体に及ぶものとされている。
【００２７】
コーティング層２２は、電気絶縁性、かつ、高熱伝導性を有する材質によって構成されている。このような性質を有するコーティング材としては、例えば、微細ダイヤモンド、ＤＬＣ（Diamond-Like Carbon）またはＳｉＣ（炭化珪素）を用いることによって実現することができる。尚、ここでいう高熱伝導性とは、金属（アルミニウム合金もしくは鋳鉄など）製である燃焼室構成部材（シリンダブロック１２など）の熱伝導率と同等以上の熱伝導率を有するということである。尚、常温での金属の熱伝導率は、アルミニウムの熱伝導率であれば２３０Ｗ／ｍＫ程度となり、鉄の熱伝導率であれば８０Ｗ／ｍＫ程度となる。これに対し、樹脂の熱伝導率は、高熱伝導と言われているものであっても３Ｗ／ｍＫ程度である。このように、燃焼室構成部材に用いられる金属の熱伝導率は、代表的な絶縁材料である樹脂の熱伝導率よりも明らかに大きいといえ、上述したように、コーティング層２２の熱伝導率は、そのような燃焼室構成部材と同等以上の値とされている。
【００２８】
また、内燃機関１０は、シリンダブロック１２と燃料噴射弁２０との間に高電圧を印加するための高電圧電源２４を備えている。高電圧電源２４の正極と燃料噴射弁２０とは導線２４ａによって接続されており、高電圧電源２４の負極とシリンダブロック１２とは導線２４ｂによって接続されている。また、高電圧電源２４の負極は接地されている。高電圧電源２４は、車載バッテリー等の直流電源（図示省略）から供給される電圧を、高電圧の２次電圧に昇圧したうえで燃料噴射弁２０に供給するものである。尚、燃料噴射弁２０は、シリンダヘッド１４に対して電気的に絶縁されているものとする。高電圧電源２４の印加電圧は、後述のＥＣＵ３０により制御される。
【００２９】
以上のような構成によれば、高電圧電源２４による電圧印加によって、燃料噴射弁２０から噴射された燃料に対してプラスの電荷を帯びさせることで、コーティング層２２の表面も同極のプラスに帯電させることができる。尚、ここでは、燃料噴射弁２０に対してプラスの電圧を印加するようにしているが、高電圧電源２４の正負は上記と逆であってもよく、すなわち、燃料噴射弁２０に対してマイナスの電圧を印加するようにしてもよい。この場合には、噴射燃料およびコーティング層２２の表面は同極でマイナスに帯電することになる。
【００３０】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力部には、燃料噴射弁２０により噴射される燃料の噴射圧（図示省略するコモンレール内の燃料圧力）を検出するための噴射圧センサ３２、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ３４、吸気圧（吸気マニホールド圧）を検出するための吸気圧センサ３６、および、エンジン冷却水温度を検出するための水温センサ３８等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサ（図示省略）が接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力部には、上述した燃料噴射弁２０等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータ（図示省略）が接続されている。ＥＣＵ３０は、上述した各種センサの出力と所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。
【００３１】
図２は、高電圧電源２４による電圧印加時に燃料噴射弁２０からの噴射燃料に作用する力を説明するための図である。
図２は、特に高エンジン回転時を想定したものであり、高エンジン回転時においては、噴射された後に気流によって旋回されながら筒内を漂っている噴射燃料（噴霧粒）が燃焼室１８の壁面に付着するかどうかは、噴霧粒に作用する遠心力の影響が支配的となる。上述した高電圧電源２４による電圧印加を行うことにより、図２に示すように、燃焼室１８の壁面として機能するコーティング層２２および噴射燃料（噴霧粒）のそれぞれに同極（図１の構成では、プラス）の電荷を与えることができる。その結果、燃焼室１８の壁面と噴射燃料との間に生ずるクーロン力（反発力）を上記遠心力に対抗する力として利用することができ、燃料が燃焼室１８の壁面に付着するのを防止することができる。これにより、燃焼室１８の壁面に付着するオイルへの燃料の混入を防止することができる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、燃焼室１８の壁面（シリンダブロック１２、シリンダヘッド１４およびピストン１６の壁面）への燃料付着の防止要求のある運転条件においては、高電圧電源２４による電圧印加を行うことによって、燃焼室１８の壁面と噴射燃料との間にクーロン力を生じさせるようにした。具体的には、燃料付着を防止するために必要とされるクーロン力の目標値である目標クーロン力は、上記要求のある個々の運転条件に応じた値として後述する手法によって算出されるようになっている。そして、上記要求のある運転条件が到来した際に、目標クーロン力が得られるように高電圧電源２４による印加電圧を制御するようにした。
【００３３】
上記要求のある運転条件としては、上記の高エンジン回転時が該当する。また、当該運転条件としては、低温かつ低負荷運転時も該当する。低温かつ低負荷運転時には、噴霧が燃焼室１８の壁面に付着し易いため、噴霧の壁面付着に起因する排気エミッション性能の悪化が問題となる。ただし、この低温かつ低負荷運転時には、上記高エンジン回転時とは異なり、噴霧運動量を支配するのは噴霧速度となる。
【００３４】
図３は、燃焼室１８の壁面（コーティング層２２）に蓄えられる壁面電荷量の荷電開始からの時間遅れを表した図である。
図３に示すように、高電圧電源２４を用いた電圧印加の開始から燃焼室１８の壁面（コーティング層２２）に対して印加電圧値に応じた量の電荷が蓄えられるようになるまでには、ミリ秒オーダーの時間遅れ（遅れ時間ｔ０）が存在する。その結果、燃焼室１８の壁面と噴射燃料との間でのクーロン力の発生には、時間遅れが生ずる。このような時間遅れが発生している期間中に燃料噴射が行われると、十分なクーロン力が生じていないために噴射燃料が燃焼室１８の壁面に付着してしまうことが懸念される。
【００３５】
そこで、本実施形態では、上記クーロン力発生の時間遅れの発生期間中に不足するクーロン力を把握できるようにするために、燃焼室１８の壁面の電荷量である壁面電荷量ｑ１、噴射燃料（噴射粒）の電荷量である噴霧電荷量ｑ２、噴霧速度ｖ、噴霧粒に作用する遠心力Ｆ１、および、燃焼室１８の壁面と噴射燃料との間に生ずるクーロン力Ｆ２を、以下に説明するようにモデル化した。そして、そのようなモデルを用いて推定したクーロン力Ｆ２が目標クーロン力よりも弱い場合（上記時間遅れに起因）には、目標クーロン力に対するクーロン力の不足を補うべく、高電圧電源２４による印加電圧を高めるようにした。そのうえで、印加電圧を高めることだけではクーロン力の不足を補えない場合には、燃料噴射量を減少させるようにした。
【００３６】
先ず、壁面電荷量ｑ１の算出手法について説明する。図３を参照して既述したように、荷電（電圧印加）を開始してから印加電圧に応じた壁面電荷量ｑ１が得られるようになるまでには、時間遅れがある。そこで、本実施形態では、その遅れ時間ｔ０を実験等によって予め求めておいたうえで、電圧印加開始からの時間ｔが遅れ時間ｔ０より短い間は、時間遅れを１次遅れとして考慮して次の（１）式に従って壁面電荷量ｑ１を算出するようにした。一方、時間ｔが遅れ時間ｔ０と同じか長い場合（すなわち、時間遅れが解消した後）には、次の（２）式に従って壁面電荷量ｑ１が算出される。
ｑ１＝ａ×Ｅ＋ｂ×（ｔ−ｔ０）  ・・・（１）  （ｔ＜ｔ０）
ｑ１＝ａ×Ｅ                    ・・・（２）  （ｔ≧ｔ０）
ただし、上記（１）および（２）式において、Ｅは印加電圧であり、ａ、ｂは、内燃機関の仕様による差を吸収するための適合定数である。尚、遅れ時間ｔ０は、印加電圧Ｅに応じて変化する値として用いられる。
【００３７】
噴霧電荷量ｑ２は、燃料噴射弁２０への印加電圧Ｅに比例する。そこで、本実施形態では、次の（３）式に従って噴霧電荷量ｑ２が算出される。
ｑ２＝ｃ×Ｅ  ・・・（３）
ただし、上記（３）式において、ｃは、内燃機関の仕様による差を吸収するための適合定数である。
【００３８】
噴霧速度（噴霧流速）ｖは、次の（４）式のように表される実験式（周知の広安の式を簡易化したもの）に従って算出される。
ｖ＝０．３９×√（２×ｐ／ρ）  ・・・（４）
ただし、上記（４）式において、ｐは、噴射圧であり、上述した噴射圧センサ３２を用いて取得することができる。また、ρは、燃料密度であり、使用燃料の性状に応じてＥＣＵ３０に予め記憶された値が用いられる。
【００３９】
噴霧粒に作用する遠心力Ｆ１は、本実施形態では、スワール流速と吸気マニホールド圧Ｐｂとの積の２条に比例する値として算出される。スワール流速はエンジン回転数Ｎｅに比例する。また、過給機付きの内燃機関１０では、吸気マニホールド圧（過給圧）が高くなると、筒内のガス流速が高くなる。そこで、ここでは、次の（５）式に従って遠心力Ｆ１が算出される。
Ｆ１＝ｄ×（Ｎｅ×Ｐｂ）＾２  ・・・（５）
ただし、上記（５）式において、ｄは、内燃機関の仕様による差を吸収するための適合定数である。
【００４０】
クーロン力Ｆ２は、上記のように算出される壁面電荷量ｑ１と噴霧電荷量ｑ２とを用いて次の（６）式のように算出される。
Ｆ２＝ｅ×ｑ１×ｑ２  ・・・（６）
ただし、上記（６）式において、ｄは、内燃機関の仕様による差を吸収するための適合定数である。また、この定数ｅは、噴霧粒と燃焼室１８の壁面との距離がクーロン力Ｆ２に与える影響を考慮して決定されている。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御を実現するためにＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００４２】
図４に示すルーチンでは、ＥＣＵ３０は、先ず、燃焼室１８の壁面への噴射燃料の付着を抑制する要求のある所定の運転条件（高エンジン回転数条件、または低温かつ低負荷条件）が成立したか否かをクランク角センサ３４等の各種センサの出力を用いて判定する（ステップ１００）。
【００４３】
ステップ１００において上記所定の運転条件が成立したと判定した場合には、ＥＣＵ３０は、次いで、高電圧電源２４を用いた電圧印加中であるか否かを判定する（ステップ１０２）。その結果、上記運転条件の成立当初であり、未だ電圧印加を開始していない場合には、ＥＣＵ３０は、現在の運転条件に応じた目標クーロン力Ｆ０を算出する（ステップ１０４）。
【００４４】
目標クーロン力Ｆ０は、既述したように、燃料付着を防止するために必要とされるクーロン力の目標値（期待値）であり、次の（７）式に従って算出される。
Ｆ０＝ｍａｘ（ｆ×Ｆ１、ｇ×ｖ＾２）  ・・・（７）
ただし、上記（７）式において、ｆ、ｇは、内燃機関の仕様による差を吸収するための適合定数である。（７）式の右辺のｇ×ｖ＾２は噴霧速度ｖの影響を力に簡易的に換算して表したものである。
【００４５】
既述したように、噴射燃料（噴霧粒）の燃焼室１８の壁面への付着のし易さに関しては、高エンジン回転時であれば遠心力Ｆ１の影響が支配的となり、低温かつ低負荷運転時であれば噴霧速度ｖの影響が支配的となる。上記（７）式によれば、同一運転条件における遠心力Ｆ１および噴霧速度ｖのそれぞれの影響を考慮して、双方の影響に対抗し得る（すなわち、高エンジン回転時、および、低温かつ低負荷運転時に対応できる）クーロン力として目標クーロン力Ｆ０を算出することができる。
【００４６】
次に、ＥＣＵ３０は、算出した目標クーロン力Ｆ０を実現するために必要な高電圧電源２４による印加電圧Ｅを算出し、算出した印加電圧Ｅをシリンダブロック１２と燃料噴射弁２０との間に印加する（ステップ１０６）。より具体的には、ＥＣＵ３０には、事前に行われた実験等の結果を利用して、目標クーロン力Ｆ０を実現するために必要な印加電圧Ｅと目標クーロン力Ｆ０との関係がマップとして記憶されている。このマップに記憶されている必要印加電圧Ｅは、定常状態（既述したクーロン力発生の時間遅れが解消した後の状態）において目標クーロン力Ｆ０を実現するために必要な電圧値である。本ステップ１０６では、そのようなマップを参照して、現在の運転条件での目標クーロン力Ｆ０に応じた必要印加電圧Ｅが算出される。
【００４７】
次に、ＥＣＵ３０は、上記ステップ１０６の処理による印加電圧Ｅの下で現時点において発生するクーロン力Ｆ２を上記（６）式に従って算出（推定）する（ステップ１０８）。そのうえで、ＥＣＵ３０は、算出した現時点のクーロン力Ｆ２が、現在の運転条件に応じた目標クーロン力Ｆ０以上であるか否かを判定する（ステップ１１０）。
【００４８】
上記ステップ１１０における判定が不成立となる場合、つまり、現時点のクーロン力Ｆ２が目標クーロン力Ｆ０よりも弱いと判定した場合には、ＥＣＵ３０は、次いで、高電圧電源２４の印加電圧Ｅが所定の上限値に達したか否かを判定する（ステップ１１２）。
【００４９】
その結果、印加電圧Ｅが未だ上限値に達していないと判定した場合には、ＥＣＵ３０は、高電圧電源２４の印加電圧Ｅを所定量だけ高める処理を実行する（ステップ１１４）。一方、印加電圧Ｅが上限値に達していると判定した場合、すなわち、印加電圧Ｅを高めることだけではクーロン力の不足を補えない場合には、ＥＣＵ３０は、燃料噴射量を所定量だけ減少させる処理を実行する（ステップ１１６）。
【００５０】
図５は、本発明の実施の形態１の特徴的な制御の動作を表したタイムチャートである。より具体的には、図５は、上限値までの印加電圧Ｅの増大に加えて燃料噴射量の減少を必要とするケースを例に挙げたものである。
【００５１】
図５（Ｄ）、（Ｅ）中において実線で表した波形は、図５（Ｃ）中に実線で示すように、荷電開始後の印加電圧（電源電圧）Ｅが一定とされた時のものである。上記図４に示すルーチンによれば、燃料付着抑制のために電圧印加要求が出された際に現時点のクーロン力Ｆ２が目標クーロン力Ｆ０よりも弱い場合（図５（Ｄ）中に示す「乖離」が生じている場合）には、図５（Ｃ）中に破線で示すように、電源電圧Ｅが高められる。これにより、図５（Ｅ）に示すように、電源電圧Ｅの増大を行わない場合と比べ、壁面電荷量ｑ１を速やかに増大させることができる。その結果、図５（Ｄ）に示すように、電源電圧Ｅの増大を行わない場合と比べ、クーロン力Ｆ２を目標クーロン力Ｆ０に速やかに近づけることが可能となる。
【００５２】
また、図５に示すケースでは、図５（Ｂ）中に破線で示すように、荷電開始初期においてクーロン力Ｆ２が不足する状況下では、燃料噴射量が減らされる。これにより、図５（Ａ）中に破線で示すように、燃焼室１８の壁面（図５（Ａ）ではピストン壁面を例示）の近傍における噴霧速度ｖが下げることができるので、クーロン力Ｆ２が不足する状況下において燃料の壁面付着を抑制することができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の内燃機関１０では、燃焼室１８の壁面に電気絶縁性を有するコーティング層２２が形成されており、かつ、コーティング層２２の表面と噴射燃料とが同極で帯電するようにシリンダブロック１２と噴射燃料との間に電圧を印加する構成が備えられている。このような構成によれば、構造の複雑化、並びに燃焼室１８の壁面の強度不足および壁厚増大を招くことなく、噴射燃料の燃焼室１８の壁面への付着を抑制できるようになる。
【００５４】
更に、本実施形態のコーティング層２２は、燃焼室構成部材（シリンダブロック１２など）の熱伝導率と同等以上の熱伝導率を有する材質によって構成されている。これにより、当該コーティング層２２を備えていないアルミニウム合金もしくは鋳鉄などの材質の燃焼室構成部材（シリンダブロックなど）を有する既存の内燃機関と比較して、熱関係での信頼性を同等に保証できるようになる。
【００５５】
また、本実施形態のシステムでは、図４に示すルーチンを用いて既述したように、燃焼室１８の壁面への燃料付着のための電圧印加要求のある運転条件が成立した場合には、目標クーロン力Ｆ０が得られるように高電圧電源２４による印加電圧Ｅが制御される。これにより、燃焼室１８の壁面と噴射燃料との間に生ずるクーロン力（反発力）を利用して燃料付着を好適に抑制することができる。より具体的には、上記運転条件としての高エンジン回転時においては、燃料付着の支配的な因子となる遠心力Ｆ１に抗するクーロン力Ｆ２を生じさせることによって、燃焼室１８の壁面に付着しているオイルへの燃料混入を抑制することができる。このような制御は、高エンジン回転時において出力性能および排気エミッション性能の向上のために早期に（排気上死点付近で）燃料噴射を行っていることでオイルへの燃料混入防止が大きな課題となるような状況において特に好適である。また、上記運転条件としての低温かつ低負荷運転時においては、燃料付着の支配的な因子となる噴霧速度ｖの影響に対抗できるクーロン力Ｆ２を生じさせることによって、当該運転条件において課題となる燃焼室１８の壁面への燃料付着による排気エミッション性能の悪化を抑制することができる。
【００５６】
更に、本実施形態のシステムによれば、上記電圧印加時には、現時点のクーロン力Ｆ２が目標クーロン力Ｆ０以上であるか否かが判断され、クーロン力Ｆ２が目標クーロン力Ｆ０よりも弱い場合には、印加電圧（電源電圧）Ｅが高められる。これにより、クーロン力Ｆ２発生の時間遅れを短縮することができる。また、クーロン力Ｆ２が目標クーロン力Ｆ０よりも弱い場合において電源電圧Ｅが上限に達したときには、燃料噴射量が減らされる。これにより、噴霧速度ｖが抑制されるので、クーロン力Ｆ２が不足する状況下において燃焼室１８の壁面への燃料付着を抑制することができる。また、本実施形態の制御では、壁面電荷量ｑ１およびクーロン力Ｆ２などをモデル化していることにより、制御精度の向上および適合工数の削減を図ることができる。
【００５７】
ところで、上述した実施の形態１においては、コーティング層２２を設ける範囲は、ピストン１６が下死点にあるときに燃焼室１８の壁面を構成する部位の全体に及ぶものとされている。しかしながら、本発明においてコーティング層を設ける範囲は、必ずしも、上述したようにピストン１６が下死点にあるときの燃焼室１８の全体に及ぶようにまで形成されているものに限られない。すなわち、コーティング範囲は、例えば、燃料噴霧が特に付着しやすい部位（例えば、シリンダブロック１２の上方部位（燃料噴射弁２０に近い部位）、および、ピストン１６のキャビティ１６ａ（図１参照）の一部の壁面）であってもよい。
【００５８】
また、上述した実施の形態１においては、クーロン力Ｆ２が目標クーロン力Ｆ０よりも弱い場合において電源電圧Ｅが上限に達したときには、燃料噴射量を減少させる（噴射期間を短くする）ことで噴霧速度ｖを下げるようにしている。しかしながら、本発明における噴霧速度調整手段は、燃料噴射量を減少させるものに限られない。すなわち、燃料の噴射圧ｐを調整可能な構成を備えている場合には、噴射圧ｐを下げることで噴霧速度ｖを抑制するものであってもよい。
【００５９】
また、上述した実施の形態１においては、ディーゼルエンジンである内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関は、上記のものに限らず、例えば、ガソリンエンジンなどの火花点火式内燃機関であってもよい。また、本発明において用いる燃料噴射弁は、内燃機関に燃料を供給するものであれば、上述した燃料噴射弁２０のように燃焼室１８内に燃料を直接噴射するためのものに限られず、例えば、吸気ポートに燃料を噴射するためのものであってもよい。また、ポート噴射の場合であれば、燃料が付着する可能性のある吸気ポートの壁面や吸気弁に対しても、燃焼室壁面と同様に上述したようなコーティングを必要に応じて施すようにしてもよい。
【００６０】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が上記ステップ１０６および１１４の処理を実行することにより前記第１および第３の発明における「電圧印加手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第３の発明における「クーロン力推定手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が上記ステップ１１２の判定が成立する場合に上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第４の発明における「噴霧速度調整手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００６１】
１０  内燃機関
１２  シリンダブロック
１４  シリンダヘッド
１６  ピストン
１６ａ  ピストンキャビティ
１８  燃焼室
２０  燃料噴射弁
２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）  コーティング層
２４  高電圧電源
２４ａ、２４ｂ  導線
３０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２  噴射圧センサ
３４  クランク角センサ
３６  吸気圧センサ
３８  水温センサ
【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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