(57)【要約】【課題】直噴インジェクタの先端に堆積したデポジットを剥離させるための強制剥離制御の実施頻度を低減できるようにする。【解決手段】直噴インジェクタの先端に堆積するデポジットの量を表すデポカウンタの値を噴射条件に基づき１噴射毎に更新する。デポカウンタの値が第１閾値以上になった場合、直噴インジェクタに供給する燃料の燃圧をデポカウンタの値が第１閾値未満である場合に比べて高く設定する。また、それと共に、ポートインジェクタと直噴インジェクタとで燃料を噴き分ける運転領域における直噴インジェクタ噴射比率をデポカウンタの値が第１閾値未満である場合に比べて高く設定する。デポカウンタの値が第１閾値より大きい第２閾値以上になった場合、ポートインジェクタのみで燃料を噴射する運転領域でポートインジェクタによる燃料の噴射を禁止し、直噴インジェクタに高圧燃料を噴射させる強制剥離制御を実施する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポートインジェクタと直噴インジェクタとを備える内燃機関の制御装置において、
前記直噴インジェクタの先端に堆積するデポジットの量を表すデポカウンタの値を噴射条件に基づき１噴射毎に更新し、
前記デポカウンタの値が第１閾値以上になった場合、前記直噴インジェクタに供給する燃料の燃圧を、前記デポカウンタの値が前記第１閾値未満である場合に比べて高く設定するとともに、前記ポートインジェクタと前記直噴インジェクタとで燃料を噴き分ける運転領域における直噴インジェクタ噴射比率を、前記デポカウンタの値が前記第１閾値未満である場合に比べて高く設定し、
前記デポカウンタの値が前記第１閾値より大きい第２閾値以上になった場合、前記ポートインジェクタのみで燃料を噴射する運転領域において前記ポートインジェクタによる燃料の噴射を禁止し、前記直噴インジェクタに高圧燃料を噴射させる強制剥離制御を実施する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポートインジェクタと直噴インジェクタとを備える内燃機関の制御装置に関し、特に、直噴インジェクタの先端に堆積したデポジットを剥離させるための強制剥離制御を実施する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ポートインジェクタと直噴インジェクタとを備える内燃機関において、低速走行時、直噴インジェクタの温度が低ければポートインジェクタによる燃料噴射の比率を１００％とするが、同温度が高ければ直噴インジェクタによる燃料噴射も行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９７８０７号公報
【特許文献２】特開２００９−２１５９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された上記技術によれば、低速走行での高圧燃料ポンプの駆動による騒音・振動を抑えつつ、噴射燃料の気化潜熱によって直噴インジェクタの温度上昇を抑制し、直噴インジェクタにデポジットが堆積することを抑えることができる。ただし、この技術は、デポジットの堆積を抑えることを目的とした技術であって、既に堆積したデポジットを除去できるようにはなっていない。
【０００５】
直噴インジェクタの先端に堆積したデポジットを除去する方法としては、例えば、ポートインジェクタによる燃料噴射を停止し、直噴インジェクタから高圧燃料を噴射することによって堆積したデポジットを強制的に剥離させる強制剥離制御が考えられる。エミッションへの影響やドライバビリティへの影響を考慮すると、強制剥離制御はアイドル時に行うことが望ましい。
【０００６】
ところが、通常、アイドル時には、ポートインジェクタによる燃料噴射の比率を１００％として内燃機関の運転が行われている。その理由の１つは、高圧燃料ポンプの作動に伴う騒音・振動によって乗員が不快感を覚えることをなくすためである。ゆえに、直噴インジェクタの先端に堆積したデポジットを除去するために強制剥離制御を行うにしても、可能な限りその実施頻度は少なくしたい。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ポートインジェクタと直噴インジェクタとを備える内燃機関において、直噴インジェクタの先端に堆積したデポジットを剥離させるための強制剥離制御の実施頻度を低減させることができる内燃機関の制御装置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】
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、直噴インジェクタの先端に堆積するデポジットの量を表すデポカウンタの値を噴射条件に基づき１噴射毎に更新する。そして、デポカウンタの値が第１閾値以上になった場合、第１段階の制御を行う。第１段階の制御では、直噴インジェクタに供給する燃料の燃圧を、デポカウンタの値が第１閾値未満である場合に比べて高く設定する。また、それとともに、ポートインジェクタと直噴インジェクタとで燃料を噴き分ける運転領域における直噴インジェクタ噴射比率を、デポカウンタの値が第１閾値未満である場合に比べて高く設定する。さらに、デポカウンタの値が第１閾値より大きい第２閾値以上になった場合、第２段階の制御を行う。第２段階の制御では、ポートインジェクタのみで燃料を噴射する運転領域においてポートインジェクタによる燃料の噴射を禁止し、直噴インジェクタに高圧燃料を噴射させる強制剥離制御を実施する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、デポカウンタの値から直噴インジェクタのデポジットの堆積状況を推定することができる。そして、デポカウンタの値からデポジットが堆積していることが推定されたら、先ずは第１段階の制御を行うことによって、デポジットが剥離しやすい条件を作り出すことができる。ポートインジェクタと直噴インジェクタとで燃料を噴き分ける運転領域では、もともと直噴インジェクタを作動させていたので、直噴インジェクタの燃圧を高めるとともに直噴インジェクタ噴射比率を高めても、直噴インジェクタの作動に伴う騒音・振動に対して乗員が覚える違和感は小さい。その後もデポジットの堆積が続くようであれば、第２段階の制御である強制剥離制御を実施することになるが、第１段階の制御が行われることによって、強制剥離制御が実施される頻度は低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】通常時の燃圧・噴き分けマップの一例を示す図である。
【図２】デポジット剥離用の燃圧・噴き分けマップの一例を示す図である。
【図３】デポカウント数の数え方について説明する図である。
【図４】本実施の形態に係る剥離制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図５】剥離制御の作動例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
本実施の形態に係る制御装置は、燃料を吸気ポートに噴射するポートインジェクタと、燃料を燃焼室内に直接噴射する直噴インジェクタとを備えた内燃機関のための制御装置である。直噴インジェクタには、高圧燃料ポンプを含み燃圧を調整可能な燃料供給システムが接続されている。本実施の形態に係る制御装置は、従来の内燃機関のみならず、内燃機関とモータとを組み合わせたハイブリッドシステム用の内燃機関にも適用することができる。ポートインジェクタと直噴インジェクタとを備える以外に内燃機関の構成には特に限定はない。
【００１３】
本実施の形態に係る制御装置は、直噴インジェクタの先端に堆積したデポジットを除去するための剥離制御を実行する。剥離制御は、第１段階の制御と第２段階の制御とからなる。後述するように、デポジットの堆積が推定されたら先ずは第１段階の制御が実施される。そして、その後もデポジットの堆積が続く場合、第２段階の制御が実施される。
【００１４】
第１段階の制御では、燃圧・噴き分けマップを通常時のマップからデポジット剥離用のマップに切り替えることが行われる。燃圧・噴き分けマップは、直噴インジェクタに供給する燃料の燃圧と、ポートインジェクタ及び直噴インジェクタのそれぞれの燃料噴射量とを、エンジン回転数及び負荷から決定するためのマップである。通常時の燃圧・噴き分けマップの一例を図１に示し、デポジット剥離用の燃圧・噴き分けマップの一例を図２に示す。各図において横軸はエンジン回転数であり、縦軸は負荷としての充填効率（ＫＬ）である。
【００１５】
図１に示す通常時の燃圧・噴き分けマップにおいて、“ＰＦＩ１００％”と付された運転領域は、ポートインジェクタのみで燃料を噴射する運転領域である。アイドル時には、ＰＦＩ１００％領域で運転される。ＰＦＩ１００％領域よりも高負荷側に設定された“ＤＩ＋ＰＦＩ”と付された運転領域は、ポートインジェクタと直噴インジェクタとで燃料を噴き分ける運転領域である。ＤＩ＋ＰＦＩ領域よりも高負荷側及び高回転側に設定された“ＤＩ”と付された運転領域は、直噴インジェクタで燃料を噴射する運転領域である。このマップでは、負荷が高くなるほど、直噴インジェクタに供給する燃料の燃圧は高く設定される。
【００１６】
図２に示すデポジット剥離用の燃圧・噴き分けマップでは、通常時の燃圧・噴き分けマップと比較して、同一負荷における燃圧を高く設定されている。具体的には、ＰＦＩ１００％領域において燃圧が上限圧力（ここでは20Mpa）に達するように設定されている。また、デポジット剥離用の燃圧・噴き分けマップにおいて点線で囲まれた運転領域は、通常時の燃圧・噴き分けマップにおけるＤＩ＋ＰＦＩ領域に相当するが、この運転領域は直噴インジェクタで燃料を噴射するＤＩ領域とされている。ただし、通常時の燃圧・噴き分けマップに比較して、ポートインジェクタの噴射比率を下げられて直噴インジェクタの噴射比率を高く設定されるのであれば、点線で囲まれた運転領域はＤＩ＋ＰＦＩ領域のままでもよい。
【００１７】
高圧燃料によってデポジットを剥離させる上では、デポジット剥離用のマップにおいて設定する燃圧はできるだけ高くしたい。ただし、直噴インジェクタの燃料噴射量には、ニードル弁のバウンスの影響を受けずに噴射精度を確保可能な最小噴射量が存在する。そして、直噴インジェクタの最小噴射量は燃圧が高いほど大きくなる。そこで、デポジット剥離用の燃圧・噴き分けマップでは、直噴インジェクタの噴射比率を高めて直噴インジェクタの燃料噴射量を通常時よりも増大させることによって、通常時よりも燃圧を高めることを可能にしている。なお、燃費やエミッション等の様々な要求により実際に直噴インジェクタから噴射される燃料量には変動があることから、マップで設定されている燃圧は、マップで設定されている燃料噴射量から計算される最大燃圧より低めに設定されている。
【００１８】
燃圧・噴き分けマップを図１に示すマップから図２に示すマップに切り替えることにより、通常時はポートインジェクタと直噴インジェクタとで燃料を噴き分けている運転領域（ＤＩ＋ＰＦＩ領域）において、直噴インジェクタのみによる燃料噴射が行われるか、或いは、直噴インジェクタ噴射比率が高められる。それと同時に、直噴インジェクタの燃圧が通常時の燃圧よりも高められる。これにより、デポジットが剥離しやすい条件を作り出すことができる。ＤＩ＋ＰＦＩ領域では、もともと直噴インジェクタを作動させていたので、直噴インジェクタの燃圧を高めるとともに直噴インジェクタ噴射比率を高めても、直噴インジェクタの作動に伴う騒音・振動に対して乗員が覚える違和感は小さい。
【００１９】
第２段階の制御は、強制剥離制御である。強制剥離制御では、アイドル時、つまり、通常であればポートインジェクタのみで燃料を噴射する運転領域（ＰＦＩ１００％領域）での運転時、ポートインジェクタによる燃料噴射を停止し、直噴インジェクタから高圧燃料を噴射することによって、直噴インジェクタの先端に堆積したデポジットを強制的に剥離させることが行われる。
【００２０】
通常であればポートインジェクタにより燃料を噴射しているアイドル時、直噴インジェクタによる燃料噴射を行えば、高圧燃料ポンプの作動に伴う騒音・振動によって乗員が不快感を覚えやすい。本実施の形態に係る制御装置は、デポジットの堆積が推定されたら先ずは前述の第１段階の制御を優先に行うことによって、アイドル時に強制剥離制御が実施される頻度を抑え、騒音・振動に対して乗員が不快感を覚えるおそれを低減している。
【００２１】
本実施の形態に係る制御装置は、直噴インジェクタの先端に堆積するデポジットの量をデポカウンタによって推定する。デポカウンタは、直噴インジェクタの噴射条件に基づき１噴射毎に決定されるデポカウント数の積算値である。デポカウント数は、噴射条件がデポジットの堆積も剥離も起きない条件の場合、基準値であるゼロとされる。噴射条件がデポジットの堆積が進みやすい条件であるほど、デポカウント数は正の側に大きな値とされ、噴射条件がデポジットの剥離が進みやすい条件であるほど、デポカウント数は負の側に大きな値とされる。
【００２２】
デポカウント数は、図３に示すデポカウンタマップを用いて決定される。デポカウンタマップには、直噴インジェクタの先端温度（以下、インジェクタ先端温度）及び燃圧にデポカウント数が関連付けられている。インジェクタ先端温度はデポジットの堆積のし易さに影響する噴射条件である。インジェクタ先端温度が高いほど、デポジットの堆積量は増大し、燃料流量の低下率が増大するとともに噴霧形状の変化率も増大する。燃圧はデポジットの剥離のし易さに影響する噴射条件である。燃圧が高いほど、デポジットの堆積量は減少し、燃料流量の低下率が減少するとともに噴霧形状の変化率も減少する。
【００２３】
本実施の形態に係る制御装置は、１噴射毎にインジェクタ先端温度と燃圧とを取得し、取得したインジェクタ先端温度及び燃圧に対応するデポカウント数をデポカウンタマップから取得する。そして、１噴射毎にデポカウント数を積算することによってデポカウンタの値を更新する。ただし、積算値が負の値になった場合、デポカウンタの値はゼロに維持される。
【００２４】
なお、直噴インジェクタの燃圧は、高圧燃料ポンプと直噴インジェクタとを接続する燃料ラインに設けられた圧力センサによって取得される。インジェクタ先端温度は、エンジン回転数、負荷、点火時期、直噴噴射量、燃料温度、及び冷却水温度を変数とする推定式或いはマップを用いて推定される。エンジン回転数、負荷、点火時期（ＢＴＤＣ、進角を正）、燃料温度、及び冷却水温度とインジェクタ先端温度との間には正の相関がある。一方、直噴噴射量とインジェクタ先端温度との間には負の相関がある。
【００２５】
本実施の形態に係る制御装置は、図４に示す制御フローに沿って剥離制御を実行する。まず、ステップＳ１では、デポカウンタの値がカウンタＭａｘ１以上かどうかの判定が行われる。カウンタＭａｘ１は、燃圧・噴き分けマップを通常時のマップからデポジット剥離用のマップに切り替えるかどうか判断するための閾値（第１閾値）である。デポカウンタの値がカウンタＭａｘ１未満の場合、マップの切り替えは行われず制御フローは終了に至る。
【００２６】
デポカウンタの値がカウンタＭａｘ１以上になった場合、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、第１段階の制御として燃圧・噴き分けマップの切り替えが行われる。燃圧・噴き分けマップが通常時のマップからデポジット剥離用のマップに切り替えられることによって、デポジットが剥離しやすい条件が作り出される。なお、デポジットの剥離が進む条件下ではデポカウンタの値はカウンタＭａｘ１よりも減少するが、デポジット剥離用のマップによる制御は継続される。デポジット剥離用のマップから通常時のマップへの再切り替えは、デポカウンタの値が閾値以下になったときに行われる。
【００２７】
次に、ステップＳ３では、デポカウンタの値がカウンタＭａｘ２以上かどうかの判定が行われる。カウンタＭａｘ２は、強制剥離制御を実行するかどうか判断するための閾値（第２閾値）である。デポカウンタの値がカウンタＭａｘ２未満の場合、強制剥離制御は実行されず制御フローは終了に至る。
【００２８】
デポカウンタの値がカウンタＭａｘ２以上になった場合、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、第２段階の制御として強制剥離制御が実行される。強制剥離制御が実行されることで、直噴インジェクタの先端からのデポジットの剥離が進む。なお、デポジットの剥離が進む条件下ではデポカウンタの値はカウンタＭａｘ２よりも減少するが、強制剥離制御はデポカウンタの値が閾値以下になるまで継続される。
【００２９】
最後に、本実施の形態に係る制御装置による剥離制御の作動例について図５を用いて説明する。図５には、デポジットの生成し易さが異なる２つの運転パターンについて、それぞれデポカウンタ値の時間による変化が描かれている。
【００３０】
運動パターン１は、比較的デポジットが堆積し易い条件で長時間運転された場合をイメージした運転パターンである。この運転パターンでは、デポカウンタ値は次第に増大していく。そして、デポカウンタ値がカウンタＭａｘ１に達し、燃圧・噴き分けマップがデポジット剥離用のマップに切り替えられると、デポジットが剥離し易い条件となって、デポカウンタ値は次第に減少していく。やがて、デポカウンタ値が閾値以下（図５の例ではゼロ）になると、燃圧・噴き分けマップは再び通常時のマップに切り替えられる。その後、再びデポジットが堆積し易い条件となることで、デポカウンタ値は再び増大していく。運転パターン１では、このような動作が繰り返される。
【００３１】
運動パターン２は、非常にデポジットが堆積し易い特殊な条件で長時間運転された場合をイメージした運転パターンである。この運転パターンでは、デポカウンタ値は急激に増大していく。そして、デポカウンタ値がカウンタＭａｘ１に達し、燃圧・噴き分けマップがデポジット剥離用のマップに切り替えられても、依然としてデポジットが堆積し易い条件が続き、デポカウンタ値は増大し続ける。やがて、デポカウンタ値がカウンタＭａｘ２に達し、強制剥離制御が実行されることで、デポジットは強制的に剥離されていきデポカウンタ値は減少していく。そして、デポカウンタ値が閾値以下（図５の例ではゼロ）になると、強制剥離制御が終了されるとともに燃圧・噴き分けマップは再び通常時のマップに切り替えられる。その後、再びデポジットが生成し易い条件となることで、デポカウンタ値は再び増大していく。運転パターン２では、このような動作が繰り返される。
【００３２】
以上の剥離制御の作動例から分かるように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置によれば、直噴インジェクタの先端に堆積するデポジットの量を表すデポカウンタ値が増大したら、先ずは第１段階の制御として燃圧・噴き分けマップのデポジット剥離用のマップへの切り替えを行うことによって、デポジットが剥離しやすい条件を作り出すことができる。その後もデポジットの堆積が続くようであれば、第２段階の制御である強制剥離制御を実施することになるが、予めデポジット剥離用のマップを用いた制御が行われることによって、強制剥離制御が実施される頻度は低減される。
【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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