(57)【要約】【課題】ポート噴射式内燃機関において、ピストンの頂面に付着するデポジットを効果的に除去できる燃料噴射制御機構を提供する。【解決手段】吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記吸気ポートと燃焼室との間を開閉する吸気バルブとを備えるポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構である。前記内燃機関の冷却水が低水温で、低負荷運転であることを検知する運転状態検知部と、前記内燃機関でノックが発生したことを検出したノックセンサからの出力に基づいてノック学習値を更新し、前記ノック学習値に応じて点火時期を調整するノック制御部と、前記運転状態検知部により低水温で低負荷運転であると検知され、かつ前記ノック学習値から前記内燃機関のピストンの頂面にデポジットが付着していると判断されるとき、吸気行程で前記吸気バルブが開いているタイミングにて前記燃料噴射手段から燃料を噴射する吸気同期噴射制御部とを備える。【選択図】図１
2018119502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記吸気ポートと燃焼室との間を開閉する吸気バルブとを備えるポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構であって、
前記内燃機関の冷却水が低水温で、低負荷運転であることを検知する運転状態検知部と、
前記内燃機関でノックが発生したことを検出したノックセンサからの出力に基づいてノック学習値を更新し、前記ノック学習値に応じて点火時期を調整するノック制御部と、
前記運転状態検知部により低水温で低負荷運転であると検知され、かつ前記ノック学習値から前記内燃機関のピストンの頂面にデポジットが付着していると判断されるとき、吸気行程で前記吸気バルブが開いているタイミングにて前記燃料噴射手段から燃料を噴射させる吸気同期噴射制御部とを備えるポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構に関する。特に、ピストン頂面のデポジット（燃料炭化物）を効果的に除去できるポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、筒内噴射式内燃機関において、吸気ポートや吸気バルブに付着したデポジットを除去する技術を開示している。この技術は、上死点近傍にて燃焼室に燃料を噴射し、噴射された燃料を吸気ポートに吹き戻させて、吸気ポートや吸気バルブに付着したデポジットの洗浄を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５１１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、ポート噴射式内燃機関においては、通常、吸気行程に同期することなく燃料を噴射する非同期噴射を行っている。そのため、吸気ポートや吸気バルブは、非同期噴射された燃料により常時洗浄され、これら部材へのデポジットの付着は筒内噴射式内燃機関に比べて問題になり難い。しかし、通常の燃料の噴射は吸気バルブが閉じた状態で吸気ポート内にて行われるため、ピストン頂面に付着するデポジットが問題になり易い。これは、燃料を噴射するインジェクタからピストンの頂面までの距離が筒内噴射式内燃機関のそれに比べて長いことに加え、吸気ポート内で噴射された燃料は、吸気ポート内で霧化し、さらに燃焼室内に導入に伴って気化するため、気化した燃料ではピストンの頂面に付着したデポジットを軟化・除去する作用が十分に期待できないからである。
【０００５】
ピストンの頂面へのデポジットの付着が進むと、部分的に剥離したデポジットの欠片が開閉する吸気バルブや排気バルブに噛み込み、吸気の圧縮不良や失火につながる虞がある。さらに、このデポジットの付着は、圧縮比を実質的に上昇させ、ノックやプレイグニッションの要因にもなり得る。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、ポート噴射式内燃機関において、ピストンの頂面に付着するデポジットを効果的に除去できる燃料噴射制御機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明に係るポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構は、
吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記吸気ポートと燃焼室との間を開閉する吸気バルブとを備えるポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構であって、
前記内燃機関の冷却水が低水温で、低負荷運転であることを検知する運転状態検知部と、
前記内燃機関でノックが発生したことを検出したノックセンサからの出力に基づいてノック学習値を更新し、前記ノック学習値に応じて点火時期を調整するノック制御部と、
前記運転状態検知部により低水温で低負荷運転であると検知され、かつ前記ノック学習値から前記内燃機関のピストンの頂面にデポジットが付着していると判断されるとき、吸気行程で前記吸気バルブが開いているタイミングにて前記燃料噴射手段から燃料を噴射させる吸気同期噴射制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成によれば、ピストンの頂面へのデポジットの付着が生じやすい低水温・低負荷の運転時で、かつノック学習値からピストンの頂面にデポジットが付着していると判断されるときに吸気同期噴射を行う。それにより、噴射された燃料をピストンの頂面に十分に付着させることができ、デポジットを軟化させ易い。さらに、吸気行程での同期燃料噴射により軟化されたデポジットを、その後の膨脹（燃焼）行程で剥離・消失させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構において、吸気行程における燃焼室周辺の状況を示す概略説明図である。
【図２】実施形態に係るポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構において、膨脹（燃焼）行程における燃焼室周辺の状況を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることが意図される。
【００１１】
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
実施形態１の燃料噴射制御機構は、ポート噴射式内燃機関１００に適用される。ポート噴射式内燃機関は、ボア１０ｈを備えるシリンダブロック１０、ボア１０ｈ内で往復運動されるピストン２０、及びボア１０ｈの上部を覆うシリンダヘッド１２を備え、ピストン２０、ボア１０ｈ、及びシリンダヘッド１２で囲まれる空間により燃焼室１４が形成される。シリンダヘッド１２には、吸気ポート１２ｉ及び排気ポート１２ｅが設けられ、各ポート１２ｉ，１２ｅは燃焼室１４に対して、各々吸気バルブ３０ｉ及び排気バルブ３０ｅにより開閉される。吸気ポート１２ｉ内には燃料噴射手段であるインジェクタ４０が設けられて、インジェクタ４０から燃焼を噴射することで、空気と燃料の混合気を燃焼室１４に導入する。燃焼室１４には、点火プラグ５０の電極が露出され、電極での放電により、混合気を燃焼させる。この内燃機関１００は、冷却水を循環させて冷却する水冷式である。
【００１２】
本実施形態に係る燃料噴射制御機構の特徴の一つは、ポート噴射式内燃機関１００において、燃料が気化し難く、デポジットＤが発生し易い特定の運転状況下で、ピストン２０の頂面にデポジットＤが付着していると考えられるときに、吸気同期噴射（単に同期噴射ということがある。）を行ってデポジットＤに燃料を噴射するように構成されることにある。この燃料噴射制御機構は、運転状態検知部６０、ノック制御部７０及び吸気同期噴射制御部８０を備え、それらの制御は、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）により行われる。ＥＣＵの入力ポートには、内燃機関１００の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。各種センサとしては、冷却水の温度を検知する水温センサ９０、ノックの発生状況を検知するノックセンサ９２、クランクシャフト（図示略）のクランク角及び回転数を検出するクランク角センサ９４、スロットルバルブ（図示略）の開度を検出するスロットルセンサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ９６等が含まれる。主要な各部の構成を以下に説明する。
【００１３】
≪運転状態検知部≫
運転状態検知部６０は、吸気同期噴射を行うのに適した運転状態にあるかどうかを検知する。具体的には、吸気ポート１２ｉ内の温度が低く、燃料が気化し難い低水温の状況で、デポジットＤがピストン２０の頂面に付着し易い低負荷運転を一定時間継続する場合か否かを判定する。吸気ポート１２ｉ内の温度が低く、燃料が気化しにくい低水温の状況であることは、例えば水温判定部６２により、冷却水の水温センサの計測結果が、所定の温度以下であることにより判定する。低負荷運転が一定期間継続することは、例えば負荷判定部６４により、内燃機関１００の負荷が所定値以下である状態が所定時間継続することにより判定する。内燃機関１００の負荷は、エアフローメータ９６で検出した吸入空気量、クランク角センサ９４で検出した回転数等に基いて負荷判定部６４が算出する。
【００１４】
≪ノック制御部≫
ノック制御部７０は、ノック判定部７２、ノック調整指令部７４、及びノック量学習部７６を備える。ノック判定部７２は、ノックセンサ９２によりノックの発生頻度を検出し、その発生頻度が所定値以上の場合にノックの発生と判断する。ノックセンサ９２は、内燃機関１００のノックの周波数に応じた共振周波数を検出する共振式や、広い周波数範囲に亘って内燃機関１００の振動を検知する非共振式といった公知のものが利用できる。ノック調整指令部７４は、ノック判定部７２でノックの発生が判断された場合、ノックの発生頻度が高ければ、ノックセンサ９２の出力に基づくフィードバック制御によりノックが生じない方向（遅角側）に点火時期を変更し、ノックの発生頻度が低ければ、ノックセンサ９２の出力に基づくフィードバック制御によりノックが生じる方向（進角側）に点火時期を変更するよう指令する。この点火時期の変更は、所定のノック制御量に基づいて行われる。ノック制御量は、ノック量学習部７６で規定される値で、基準値と、基準値に対する偏差であるノック学習値とで設定される。ノック学習値は、ノックが発生しない範囲で内燃機関１００の運転状態に応じて出力を効率よく発生できるように、ノック量学習部７６により、例えば内燃機関１００の回転数及び負荷に対する点火時期の補正量として学習し、更新される。このノック制御部７０は公知の構成が利用できる。
【００１５】
≪吸気同期噴射制御部≫
吸気同期噴射制御部８０は、吸気行程に同期して燃料を噴射する同期噴射の要否を決定する。具体的には、運転状態検知部の検知結果と、ノック制御部７０で用いるノック学習値に基づいて同期噴射の要否を判断し、同期噴射が必要な場合、インジェクタ４０に同期噴射を指令する。同期噴射を行う条件の一つは、上述のように、運転状態検知部６０で、冷却水が低温であり、低負荷の状態が所定時間継続していると判断されたこととする。例えば、冷間始動時などが冷却水が低温であり、低負荷の状態が所定時間継続される運転状態の一例として挙げられる。このような運転状態では、吸気ポート１２ｉ内の温度が低く、燃料が気化し難い状況であり、同期噴射を行った場合により効率的にピストン２０の頂面に燃料を付着させることができる。同期噴射を行うもう一つの条件は、ノック学習値が所定値以上となって点火時期を遅角側に変更する必要が生じることである。ピストン２０の頂面にデポジットＤが付着すると実質的に圧縮比が高くなる一方、ノックは圧縮比が高い状況になると発生し易くなる。そのため、ノック学習値が所定値以上となって点火時期を遅角側に変更する必要が生じた場合、ピストン２０の頂面にデポジットＤが付着しているとみなすことができる。以上の２つの条件が満たされる場合に、吸気同期噴射制御部８０は同期噴射を行う必要があると判断し、少なくとも一方の条件が満たされない場合、同期噴射は不要であると判断する。同期噴射が必要と判断されたら、吸気同期噴射制御部８０はクランク角センサ９４の検知結果から吸気バルブ３０ｉが開くタイミングに合わせてインジェクタ４０に対して同期噴射を指令する。
【００１６】
≪動作手順≫
上記の内燃機関１００は、定常的な運転時には、吸気行程に同期することなく燃料を噴射する吸気非同期噴射（単に非同期噴射ということがある。）が行われる。
【００１７】
一方、冷間始動時など、低水温・低負荷の運転状態で、かつノック学習値が所定値以上となった場合、吸気同期噴射を行う。すなわち、吸気行程で吸気バルブ３０ｉが開いているタイミングにてインジェクタ４０から燃料を噴射させる。
【００１８】
≪作用効果≫
上記の構成によれば、吸気同期噴射を特定条件下で実施することで、ピストン２０の頂面に付着したデポジットＤを効果的に除去できる。ピストン２０の頂面へのデポジットＤの付着が生じやすい低水温・低負荷の運転時に吸気バルブ３０ｉが開いた状態のタイミングで同期噴射を行うことで、気化し難い条件下で燃料を噴射させることができ、ピストン２０の頂面に燃料を十分に付着させて、デポジットＤを軟化させ易い。かつノック学習値からピストン２０の頂面にデポジットＤが付着していると判断されるときに同期噴射を行うことで、実際に頂面にデポジットＤが相当量付着している場合にデポジットＤの除去を行うことができる。それにより、吸気行程での同期噴射により軟化されたデポジットＤを、その後の膨脹（燃焼）行程で効率的に剥離・消失させることができる。デポジットＤの除去を効果的に行うことで、吸気の圧縮不良や失火、或いはノックやプレイグニッションの発生を低減できる。
【００１９】
同期噴射は特定条件下において行うことで、特定条件下以外の場合には非同期噴射で内燃機関を動作でき、デポジットＤの除去過程が通常の内燃機関１００の動作に及ぼす影響を十分に抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のポート噴射式内燃機関の燃料噴射制御機構は、主にポート噴射式ガソリンエンジンの燃料噴射制御機構として効果的に利用できる。特に、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）の導入に伴う燃焼温度の低下で、デポジットの発生が生じやすいガソリンエンジンにおいて効果的に利用できる。
【符号の説明】
【００２１】
１００  内燃機関
１０  シリンダブロック
１０ｈ  ボア
１２  シリンダヘッド
１２ｉ  吸気ポート  １２ｅ  排気ポート
１４  燃焼室
２０  ピストン
３０ｉ  吸気バルブ  ３０ｅ  排気バルブ
４０  インジェクタ
５０  点火プラグ
６０  運転状態検知部
６２  水温判定部
６４  負荷判定部
７０  ノック制御部
７２  ノック判定部
７４  ノック調整指令部
７６  ノック量学習部
８０  吸気同期噴射制御部
９０  水温センサ
９２  ノックセンサ
９４  クランク角センサ
９６  エアフローメータ
Ｄ  デポジット
【図１】
2018119502.tif 000003
【図２】
2018119502.tif 000004