(57)【要約】【課題】圧縮着火式の内燃機関において、ビゴム噴射やポスト噴射等の副噴射の実施によって燃焼室内にカーボンが付着または堆積することを抑制できる技術を提供する。【解決手段】フィルタ再生制御などにおいてポスト噴射等の副噴射を実施した後に、例えば、ディーゼルエンジンの主噴射の燃料噴射時期を進角させることにより（Ｓ６０１）ディーゼル・ノックを発生させる。そして、その時に発生した圧力波で温度境界層を消失させて燃焼室の壁面の温度を上昇させる。そのことにより燃焼室の壁面に付着または堆積するカーボンを酸化除去する。【選択図】  図４
2004245210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段が吸気行程、膨張行程、排気行程の少なくとも一つの行程において燃料噴射を行った後に、前記燃焼室の壁面の温度を上昇させる壁面温度上昇手段と、を備えることを特徴とする圧縮着火式内燃機関。
【請求項２】
前記燃焼室の壁面のカーボンの付着量を検出するカーボン付着量検出手段を更に備え、前記壁面温度上昇手段は、前記カーボン付着量検出手段により検出されたカーボン付着量に基づいて、前記燃焼室の壁面の温度を上昇させるべき期間を決定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項３】
前記壁面温度上昇手段は、前記燃焼室内の燃焼時圧力上昇率を高めることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項４】
前記壁面温度上昇手段は、前記燃焼室内にノッキングを発生させることを特徴とする請求項３に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項５】
前記壁面温度上昇手段は、前記燃焼室内の空気流動を強化することにより前記燃焼室の壁面の温度を上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項６】
前記燃焼室内にスワールを生成するとともに、そのスワールの強度を制御可能なスワール制御装置をさらに備え、
前記壁面温度上昇手段は、前記スワール制御装置によって前記スワールを生成しまたは強めることにより、前記燃焼室内の空気流動を強化することを特徴とする請求項５に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項７】
前記壁面温度上昇手段は、内燃機関が高負荷運転状態にある時には前記燃焼室の壁面の温度を上昇させないことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項８】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置と、燃料噴射装置の燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御するコントロールユニットと、を備え、前記コントロールユニットは、前記燃料噴射装置から吸気行程、膨張行程、排気行程の少なくとも一つの行程において燃料噴射を行った後に、前記燃焼室の壁面の温度を上昇させるべく前記燃料噴射装置を制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮着火式内燃機関で、特に排気浄化装置における再生処理に伴う制御等のために、吸気行程、膨張行程、排気行程の少なくとも一つの行程において燃料噴射を行う圧縮着火式内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載される圧縮着火式内燃機関に対し、煤などに代表される微粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の大気中への放出を抑制することが望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、従来では、圧縮着火式内燃機関の排気系に、酸化触媒、パティキュレートフィルタ、ＮＯｘ吸蔵剤などを配置する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−５３４４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２１３２２９号公報
【特許文献３】
特開２０００−１８０２０号公報
【特許文献４】
特開平１１−１６６４３５号公報
【特許文献５】
特開２００１−９０５３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力やＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力を再生させる場合等には、圧縮行程上死点の近傍で行われる燃料噴射（主噴射）に加えてポスト噴射やビゴム噴射などの副噴射が行われることが想定される。
【０００６】
しかしながら、上述のビゴム噴射やポスト噴射によって噴射された燃料は部分酸化してカーボンとなり易いため、燃焼室の壁面にカーボンが堆積する可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、圧縮着火式の内燃機関においてビゴム噴射やポスト噴射等の副噴射に起因した燃焼室内のカーボンの堆積を防止することができる技術を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明にかかる圧縮着火式内燃機関は、燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、この燃料噴射手段が吸気行程、膨張行程、又は排気行程において燃料噴射を行った後に前記燃焼室の壁面の温度を上昇させる壁面温度上昇手段と、を備えるようにした。
【０００９】
この発明の要旨は、燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた圧縮着火式の内燃機関において、燃料噴射手段が吸気行程、膨張行程、又は排気行程において燃料を噴射した後に燃焼室の壁面の温度を上昇させることにより、燃焼室の壁面に付着したカーボンおよびまたは燃焼室の壁面に付着しようとするカーボンを燃焼させる点にある。
【００１０】
吸気行程、膨張行程、又は排気行程において燃焼室内へ燃料が噴射された場合、換言すれば圧縮行程で行われる通常の燃料噴射（以下、主噴射と称する）とは異なる時期に副次的な燃料噴射（以下、副噴射と称する）が行われた場合には、燃焼室の壁面にカーボンが付着し易い。
【００１１】
これに対し、上記したような副噴射が行われた後に、壁面温度上昇手段が燃焼室の壁面の温度を上昇させると、燃焼室の壁面に付着したカーボン又は燃焼室の壁面へ付着しようとするカーボンが燃焼されるようになる。
【００１２】
この結果、燃焼室壁面へのカーボンの付着が防止され、更には燃焼室壁面に付着したカーボンが除去され、以て副噴射に起因した燃焼室壁面へのカーボンの堆積が防止される。
【００１３】
従って、燃焼室の壁面へのカーボンの付着による不具合、具体的には、燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積し燃料噴霧特性が変化する、発進時などに、堆積した多量のカーボンが一気に脱離して排出される、等の不具合が生じるのを防止することができる。また、壁面温度上昇手段が燃焼室の壁面の温度を上昇させることによって、気筒内壁面に付着した燃料の蒸発が促進される。従って、上記の効果の他に、燃料によって気筒内壁面のオイルが希釈され、機関の摺動性が悪化することを抑制できるという副次的な効果もある。
【００１４】
尚、壁面温度上昇手段が燃焼室の壁面の温度を上昇させ続けると、燃焼室内温度の過剰な上昇や内燃機関自体の過熱を招くことが想定されるため、壁面温度上昇手段は、燃料噴射手段が副噴射を行った時点から所定期間のみ燃焼室の壁面の温度を上昇させるようにしてもよい。
【００１５】
前記した所定期間は、予め求められた一定期間であってもよく、或いは、燃焼室の壁面に付着したカーボンの量に応じて変更される期間であってもよい。燃焼室の壁面に付着したカーボンの量は、燃料噴射手段から燃焼室内へ副噴射される燃料量と相関があるため、例えば、副噴射の燃料量が多くなるほど前記所定期間を長く設定し、副噴射の燃料量が少なくなるほど前記所定期間を短く設定するようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明において、燃焼室の壁面の温度を上昇させる方法としては、燃焼室内の燃焼時圧力上昇率を上昇させる方法を例示することができる。ここで燃焼時圧力上昇率とは、燃焼室内において燃焼が起こったときの燃焼室内における圧力の、燃焼が起きる前の燃焼室内における圧力に対する比または、燃焼室内において燃焼が起こったときの圧力の変化の傾きのことをいう。
【００１７】
この方法は、通常運転時は燃焼室の壁面の温度が燃焼室内のガス温度に比して低くなり易いため燃焼室の壁面の近傍に温度境界層が形成されることになるが、燃焼室内の燃焼時圧力上昇率が高められると、燃料の燃焼時に発生する圧力波により温度境界層が消失し、以て燃焼室の壁面の温度が上昇するという知見に基づくものである。
【００１８】
燃焼室内の燃焼時圧力上昇率を高める方法としては、ノッキングを発生させる方法を例示することができる。
【００１９】
即ち、圧縮着火式内燃機関においてノッキング（ディーゼルノック）が発生した場合には、通常の燃焼時に比して急激に燃焼圧力が上昇するため、その際に発生する圧力波によって上記したような温度境界層を消失させることが可能となる。
【００２０】
圧縮着火式内燃機関において、上記のノッキングを発生させる具体的な方法としては、主噴射の燃料噴射時期を進角させる方法、主噴射の燃料噴射時期を遅角させる方法、主噴射の前若しくは後の所定時期に燃料噴射手段から燃焼室内へ燃料を副噴射させる方法、等を例示することができる。
【００２１】
主噴射の燃料噴射時期を進角させる場合には、例えば、進角後の燃料噴射時期が圧縮上死点前４０°から圧縮上死点前１０゜の範囲内となることが好ましい。これは、主噴射の燃料噴射時期が過剰に進角すると、気筒の壁面に燃料が付着し、ボアフラッシングが発生する可能性があるからである。
【００２２】
主噴射の燃料噴射時期を遅角させる場合には、例えば、遅角後の燃料噴射時期が圧縮上死点後２０゜より遅角しないようにすることが好ましい。これは、主噴射の燃料噴射時期が過剰に遅角すると、主噴射された燃料の失火を誘発する可能性があるからである。
【００２３】
主噴射の前に副噴射を行う場合には、副噴射の噴射時期が圧縮上死点前３０゜以前になることが好ましい。これは、圧縮上死点前３０°より遅い時期に副噴射が実行されると、副噴射から主噴射までの期間が短くなり、ディーゼルノックが発生し難くなるからである。ここで、副噴射の噴射時期を圧縮上死点前約３６０゜とし、いわゆるビゴム噴射を実施することとしてもよい。
【００２４】
尚、副噴射における燃料噴射量は吸入空気量に対し、当量比０．５以下とすることが好ましい。これは、副噴射における燃料噴射量が過剰に多くなると、燃焼時圧力上昇率が過剰に高くなることが想定されるからである。
【００２５】
また、本発明において、燃焼室の壁面の温度を上昇させる別の方法としては、燃焼室内の空気流動を強化する方法を例示することができる。
【００２６】
この方法は、燃焼室内の空気流動が強化されると、その空気流によって、燃焼室壁面の近傍に形成された温度境界層が薄くなるか若しくは消失するので、燃焼室内のガスと燃焼室壁面との間の熱伝達率が増加し、結果として燃焼室の壁面の温度が上昇するという知見に基づくものである。
【００２７】
燃焼室内の空気流動を強化する具体的な方法としては、燃焼室内にスワールを生成する方法及び、燃焼室内に生成されたスワールを強める方法を例示することができる。
【００２８】
これによれば、燃焼室内で生成されたスワール、または強められたスワールによって、燃焼室の壁面付近の空気が攪拌され、燃焼室壁面の近傍に形成された温度境界層が薄くなるか若しくは消失する。このことにより、燃焼室壁面の温度を上昇させることができる。
【００２９】
また、本発明において、壁面温度上昇手段は、内燃機関が高負荷運転状態にあるとき、例えば、ディーゼルエンジン１１の負荷が全負荷の８０％以上であるときは、燃焼室の壁面の温度を上昇させないようにしてもよい。これは、ディーゼルエンジン１１が高負荷運転されているときは、燃焼室の壁面の温度が高くなり易く、燃焼室の壁面にカーボンが付着し難いためである。また、こうすれば、燃焼室の壁面が過昇温して焼き付きを起こすことをより確実に防止できる。また、燃焼室の壁面の温度が高くなることにより燃焼室の外部へ逃げる熱が増加して熱損失が増加し、結果として燃費を悪化させてしまうことを抑制することができる。
【００３０】
なお、上記した、課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３２】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の第１の実施の形態について図１〜図４に基いて説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る圧縮着火式内燃機関全体の概略構成を示す断面図である。
図１に示す圧縮着火式内燃機関（以下、ディーゼルエンジンという）１１は、４つの気筒を有する４ストローク・サイクルの水冷式ディーゼルエンジンの例であり、シリンダヘッド１２と、４つの気筒（シリンダ）１３を有するシリンダブロック１４とを備えている。各シリンダ１３内にはピストン１５が往復動可能に収容されている。
【００３４】
各ピストン１５はコネクティングロッド２０を介し、ディーゼルエンジン１１の出力軸である図示しないクランク軸に連結されている。各ピストン１５の往復運動は、コネクティングロッド２０によって回転運動に変換され、クランク軸に伝達される。
【００３５】
シリンダ１３毎の燃焼室５４には吸気通路１６が接続されており、ディーゼルエンジン１１の外部の空気が吸気通路１６を通って燃焼室５４に取込まれる。また、燃焼室５４には排気通路１７が接続されている。シリンダヘッド１２には、シリンダ１３毎に吸気弁１８及び排気弁１９が設けられている。
【００３６】
これらの吸・排気弁１８，１９は、前記クランク軸の回転に連動して往復動することにより、吸・排気通路１６，１７と燃焼室５４との接続部分を開閉する。尚、燃焼室５４には、低温時におけるエンジンの始動性を改善するためのグロープラグ５５が設けられている。
【００３７】
シリンダヘッド１２には、シリンダ１３毎の燃焼室５４に直接燃料を噴射する燃料噴射手段であるインジェクタ２１が取付けられている。各インジェクタ２１から各燃焼室５４への燃料噴射は電磁弁２２により制御される。インジェクタ２１は、各シリンダ１３に共通の蓄圧配管であるコモンレール２３に接続されており、電磁弁２２が開いている間、コモンレール２３内の燃料がインジェクタ２１から対応する燃焼室５４に噴射される。
【００３８】
コモンレール２３には、燃料噴射圧に相当する比較的高い圧力が蓄積されている。この蓄圧を実現するために、コモンレール２３は、供給配管２４を介してサプライポンプ２５の吐出ポート２６に接続されている。また、供給配管２４の途中には、サプライポンプ２５からコモンレール２３への燃料の供給を許容し、かつコモンレール２３からサプライポンプ２５への燃料の逆流を規制するための逆止弁２７が設けられている。
【００３９】
サプライポンプ２５の吸入ポート２８は、フィルタ２９を介して燃料タンク３１に接続されており、サプライポンプ２５は、燃料タンク３１からフィルタ２９を介して燃料を吸入する。また、これとともに、サプライポンプ２５は、ディーゼルエンジン１１の回転に同期する図示しないカムによってプランジャを往復動させ、燃料を所定圧に高めてコモンレール２３に供給する。
【００４０】
サプライポンプ２５の吐出ポート２６の近傍には、その吐出ポート２６からコモンレール２３へ向けて吐出される燃料圧力、ひいては吐出量を制御するための圧力制御弁３２が設けられている。この圧力制御弁３２が開かれることにより、吐出ポート２６から吐出されない余剰燃料が、サプライポンプ２５のリターンポート３３からリターン配管３４を経て燃料タンク３１に戻されるようになっている。
【００４１】
そして、吸気通路１６を通ってシリンダ１３内に導入され、かつピストン１５により圧縮された高温かつ高圧の吸入空気に、前記インジェクタ２１から燃料が噴射される。この噴射燃料は自己着火して燃焼する。このときに生じた燃焼ガスによりピストン１５が往復動され、クランク軸が回転されて、ディーゼルエンジン１１の駆動力（出力トルク）が得られる。燃焼ガスは、排気通路１７を通ってディーゼルエンジン１１の外部へ排出される。
【００４２】
本実施の形態における４気筒エンジンの場合は４つのシリンダ１３に４本の上記排気通路１７が各々接続されている。そして４本の排気通路１７がディーゼルエンジン１１の直下流において１本の集合管に合流するよう形成された排気枝管４７に接続されている。
【００４３】
前記排気枝管４７の最下流には、排気浄化触媒４８が設けられている。この排気浄化触媒４８としては、例えば、該排気浄化触媒４８に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒、該排気浄化触媒４８に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するとともに該排気浄化触媒４８に流入する排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出しつつ還元・浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、該排気浄化触媒４８に流入する排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元・浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒、もしくは上記した各種の触媒を適宜組み合わせてなる触媒などが使用される。
【００４４】
排気浄化触媒４８の下流側は、排気管４９に接続されている。排気管４９の途中には、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）等の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）と呼ばれる排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ５０が設置されている。また、排気管４９は、パティキュレートフィルタ５０の下流において図示しないマフラーに接続されている。
【００４５】
図１に示すように、本発明に係るディーゼルエンジン１１には、その運転状態を検出するために各種センサが用いられている。吸気通路１６には、吸入空気の温度である吸気温を検出する吸気温センサ４１が取付けられている。また、吸気通路１６には、吸入空気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧センサ４２が、フィルタ３５及びバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）３６を介して取付けられている。
【００４６】
シリンダブロック１４には、冷却水の温度である冷却水温を検出する水温センサ４３が取付けられている。クランク軸の近傍には、その回転速度であるエンジン回転速度を検出する回転速度センサ４４が配置されている。さらに、アクセル操作部材であるアクセルペダル３７の近傍には、運転者による同ペダル３７の踏込み量（踏込み開度）であるアクセル開度を検出するアクセルセンサ４５が配置されている。
【００４７】
また、排気浄化触媒４８より上流側であり、４本の枝管が１本の集合管に合流した部分には、排気枝管４７内を流れる排気、換言すると、排気浄化触媒４８に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ５１が取り付けられている。
【００４８】
前記各種センサ４１〜４５、５１の検出値、すなわち機関運転状態に基づきディーゼルエンジン１１の各部を制御する手段として、車両にはエンジンのコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）４６が設けられている。
【００４９】
図２は、ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【００５０】
前記ＥＣＵ４６には、前述した、吸気温センサ４１、吸気圧センサ４２、水温センサ４３、回転速度センサ４４、アクセルセンサ４５、空燃比センサ５１を始めとする各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ４６に入力されるようになっている。
【００５１】
前記ＥＣＵ４６には、電磁弁駆動回路５２及びスロットルアクチュエータ駆動回路５３その他の各駆動回路が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ４６は、上記した各種センサの出力信号値をパラメータとして、電磁弁駆動回路５２、スロットルアクチュエータ駆動回路５３その他の各駆動回路を制御することが可能になっている。
【００５２】
本発明における燃料噴射装置とは、前述した燃料噴射手段であるインジェクタ２１の他、電磁弁２２、コモンレール２３、サプライポンプ２５の他、後述する電磁弁駆動回路５２を含んで構成されるものである。
【００５３】
ここで、ＥＣＵ４６は、図２に示すように、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰＵ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６とを備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（以下、Ａ／Ｄという）４０７を備えている。
【００５４】
前記Ａ／Ｄ４０７には、吸気温センサ４１、吸気圧センサ４２、水温センサ４３、アクセルセンサ４５、空燃比センサ５１等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されている。このＡ／Ｄ４０７は、上記した各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に前記入力ポート４０５へ送信する。
【００５５】
前記入力ポート４０５は、前述したアナログ信号形式の信号を出力するセンサと前記Ａ／Ｄ４０７を介して接続されるとともに、回転速度センサ４４を始めとするデジタル信号形式の信号を出力するセンサとは直接接続されている。
【００５６】
前記入力ポート４０５は、各種センサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４００を介してＣＰＵ４０１やＲＡＭ４０３へ送信する。
【００５７】
前記出力ポート４０６は、前記した各駆動回路と電気配線を介して接続されている。そして、ＣＰＵ４０１から出力された制御信号を双方向性バス４００を介して入力し、その制御信号を各駆動回路へ送信する。
【００５８】
前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、図示しないスロットル弁の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン、パティキュレートフィルタの捕集能力を再生するためのパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンを始めとするアプリケーションプログラムに加え、本発明に係るプログラムである、燃焼室５４の壁面に付着したカーボンを除去するためのカーボン除去ルーチンを記憶している。
【００５９】
前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケーションプログラムの他、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、ディーゼルエンジン１１の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、ディーゼルエンジン１１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、ディーゼルエンジン１１の運転状態と図示しないスロットル弁の開度との関係を示すスロットル開度制御マップの他、パティキュレートフィルタ再生制御ルーチンで用いるマップ等である。
【００６０】
本発明においては、前記ＲＯＭ４０２は、上記カーボン除去ルーチンにおいて、上記燃料噴射時期制御マップ及び燃料噴射量制御マップから切り換えるための、噴射時期進角制御マップ、噴射時期遅角制御マップ、副噴射時期制御マップ及び、副噴射量制御マップ、主噴射量制御マップなどをも記憶している。
【００６１】
前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、回転速度センサ４４の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ４０３に記憶される各種のデータは、回転速度センサ４４が信号を出力する度に最新のデータに更新される。
【００６２】
前記バックアップＲＡＭ４０４は、ディーゼルエンジン１１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を特定する情報等を記憶する。
【００６３】
前記ＣＰＵ４０１は、前記ＲＯＭ４０２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御、スロットル制御、パティキュレートフィルタ再生制御を始めとする周知の制御の他、本発明の要旨であるカーボン除去制御などを実行する。
【００６４】
以下、パティキュレートフィルタ再生制御について説明する。
【００６５】
パティキュレートフィルタ５０は、排気中に含まれる煤やＳＯＦ等の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するが、その捕集能力には限りがあるため、捕集能力以上のＰＭがパティキュレートフィルタ５０に堆積すると、パティキュレートフィルタ５０内の排気流路が目詰まりを起こし、ディーゼルエンジン１１に作用する背圧が過剰に上昇する等の不具合が発生する虞がある。
【００６６】
ここで、煤やＳＯＦ等のＰＭは、およそ５００℃〜７００℃の高温下で燃焼（酸化）されるため、ディーゼルエンジン１１の排気温度が高くなる高負荷運転領域ではＰＭが高温の排気中で酸化されてパティキュレートフィルタ５０に堆積し難くなるが、ディーゼルエンジン１１の排気温度が低くなる低負荷運転領域ではＰＭが酸化されずにパティキュレートフィルタ５０に堆積され易くなる。
【００６７】
このため、ディーゼルエンジン１１が連続して低負荷運転されると、パティキュレートフィルタ５０のＰＭ捕集能力が飽和し、前述したような不具合を発生する虞がある。従って、ディーゼルエンジン１１が連続して低中負荷運転される場合は、適当な時期にパティキュレートフィルタ５０の温度を５００℃〜７００℃の高温域まで昇温させるとともに、パティキュレートフィルタ５０内を酸化雰囲気にする必要がある。
【００６８】
ところで、ディーゼルエンジン１１においては、大部分の運転領域においてリーン空燃比で運転され、それに伴ってディーゼルエンジン１１から排出される排気の空燃比も大部分の運転領域においてリーン空燃比となるため、パティキュレートフィルタ５０のＰＭ捕集能力を再生させるに当たり、排気の空燃比をリーン空燃比とするための特別な制御は必要ないと言える。
【００６９】
但し、理論空燃比運転（又はリッチ空燃比運転）される内燃機関については、パティキュレートフィルタ５０のＰＭ捕集能力を再生する場合に、パティキュレートフィルタ５０より上流の排気中に二次空気を添加する等の手段を用いることにより、パティキュレートフィルタ５０に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とする必要がある。
【００７０】
ディーゼルエンジン１１が低中負荷運転状態にあるときに、パティキュレートフィルタ５０の温度を５００℃〜７００℃の温度域まで昇温させる方法としては、パティキュレートフィルタ５０に電気式のヒータを取り付け、ＰＭ捕集能力を再生させるときに前記ヒータによってパティキュレートフィルタ５０を加熱すること等が考えられるが、この方法では、パティキュレートフィルタ５０の昇温のために、ヒータ等のハードの追加が必要となり、また、パティキュレートフィルタ５０にヒータを取り付けるスペースが必要になるといった不具合があった。
【００７１】
そこで、実際にＰＭ捕集能力を再生する時には、排気温度を上昇させるため、燃料の主噴射の後の膨張行程もしくは排気工程で追加の燃料噴射を行う制御（ポスト噴射）または、主噴射の前の吸気工程上死点付近で、少量の燃料を副噴射し、次いで圧縮上死点付近で主噴射を行う（ビゴム噴射）制御が行われる。上記のうちポスト噴射を行う場合について詳細に説明する。
【００７２】
図３は、ＥＣＵ４６によって実行されるパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンのフローチャートを示している。このパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４０１によって所定時間毎（例えば、回転速度センサ４４がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００７３】
パティキュレートフィルタ再生制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ５０１において、パティキュレートフィルタ５０のＰＭ捕集能力再生条件が成立しているか否かを判別する。
【００７４】
ここで、ＰＭ捕集能力再生条件が成立する場合としては、（１）ディーゼルエンジン１１が低負荷運転状態にある、（２）ディーゼルエンジン１１が所定時間以上連続して低負荷運転されている、（３）低負荷運転時間の積算値から高負荷運転時間の積算値を減算して得られた値が所定値以上である、（４）パティキュレートフィルタ５０の流入排気に含まれるＰＭ量の積算値が所定量以上である、あるいは、（５）パティキュレートフィルタ５０より上流の排気通路（排気管４９）における排気圧力が所定圧以上である、等の条件を例示することができる。
【００７５】
前記Ｓ５０１において上記したようなＰＭ捕集能力再生条件が不成立であると判定された場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０４へ進み、通常の燃料噴射時期制御を実行する。
【００７６】
一方、前記Ｓ５０１においてＰＭ捕集能力再生条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０２へ進み、ディーゼルエンジン１１の運転状態が高負荷運転状態にあるか否かを判別する。
【００７７】
前記Ｓ５０２においてディーゼルエンジン１１の運転状態が高負荷運転状態にあると判定された場合は、ＣＰＵ４０１は、ＰＭ捕集能力再生制御を実行する必要がないとみなし、Ｓ５０４へ進む。Ｓ５０４では、ＣＰＵ４０１は、通常の燃料噴射時期制御を実行する。
【００７８】
これは、ディーゼルエンジン１１が高負荷運転状態にあるときは、前述したように、ディーゼルエンジン１１から比較的高温の排気が排出されるため、そのような高温の排気がパティキュレートフィルタ５０に流入すればパティキュレートフィルタ５０に捕集されていたＰＭが酸化されることになるからである。
【００７９】
一方、前記Ｓ５０２においてディーゼルエンジン１１の運転状態が高負荷運転状態にないと判定された場合は、ＣＰＵ４０１は、ディーゼルエンジン１１から比較的低温の排気が排出されるため、パティキュレートフィルタ５０のＰＭ捕集能力を再生すべく排気温度を昇温させる必要があるとみなしてＳ５０３へ進む。
【００８０】
Ｓ５０３では、排気温度を上昇させるため、燃料の主噴射の後の、膨張行程もしくは排気行程での追加の燃料噴射であるポスト噴射を実施する。ポスト噴射を行う場合には、パティキュレートフィルタを再生可能な目標排気温まで昇温するための目標ポスト噴射量及び目標ポスト噴射時期を定めたＰＭ再生用副噴射時期制御マップ、ＰＭ再生用副噴射量制御マップ及び、ＰＭ再生用主噴射量制御マップから、ポスト噴射の時期および噴射量を求めて、インジェクタ２１から噴射させる。
【００８１】
ここで、ポスト噴射によって、気筒内に噴射された燃料は、その一部は気筒内で燃焼するものの機関の出力には影響を及ぼさない。また、燃焼しなかった大部分の燃料は気筒内で気化して排気とともに排気通路に排出され、排気浄化触媒４８の触媒作用によって燃焼し、その際に発生する熱によって排気温度は上昇する。この結果、パティキュレートフィルタ５０の温度が上昇し、パティキュレートフィルタ５０に捕集されていたＰＭが酸化することになる。
【００８２】
そして、所定の期間、ポスト噴射を継続した後、燃料噴射を通常の状態に戻したうえで、ＣＰＵ４０１は本ルーチンを終了する。
【００８３】
ここにおいて、ポスト噴射を継続する期間は、上述のように予め定められた一定の期間であってもよいが、Ｓ５０１で成立したＰＭ捕集能力再生条件の程度に応じて変更される期間にしてもよい。
【００８４】
また、例えば、図示しない圧力センサにより、パティキュレートフィルタ５０より上流の排気通路（排気管４９）における排気圧力を検出し、検出した排気圧力が所定値以下になるまでポスト噴射を継続するようなフローにしてもよい。
【００８５】
以上、ポスト噴射について詳細に説明したが、ビゴム噴射によるパティキュレートフィルタ再生制御についても、副噴射の時期が異なるのみであり、Ｓ５０３で読み込むＰＭ再生用副噴射時期制御マップ、ＰＭ再生用副噴射量制御マップ及び、ＰＭ再生用主噴射量制御マップの内容が異なるのみと考えられる。
【００８６】
上記のポスト噴射、またはビゴム噴射をする場合とは、換言すると、前記した燃料噴射手段が、吸気行程、膨張行程、排気行程の少なくとも一つの行程において燃料噴射するということである。
【００８７】
次に、上記のポスト噴射またはビゴム噴射などを実施することにより生じる不具合について説明する。
【００８８】
前述のように、ビゴム噴射やポスト噴射のような副噴射がなされると、吸入空気量と燃料噴射量との比である空燃比が理論空燃比より燃料噴射量の割合が多いリッチ状態またはそれに近い状態になるので、燃焼室５４の壁面への付着燃料量が増加する。
【００８９】
このことにより、上記燃焼室５４の壁面に付着、残留するカーボンの量も増加する。
【００９０】
このカーボンは燃焼室５４内の壁面に付着することで燃焼室５４の壁面の断熱効率を高めて燃焼効率を向上する効果を有する一方、車両の発進時や加速時に、堆積したカーボンが一気に脱離してテールパイプからスモークとして排出されるなど、車両の商品価値を著しく低下させる虞がある。
【００９１】
また、燃料噴射弁の先端部にカーボンが付着することで、燃料噴射弁の先端部に設けられた燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積して、燃料噴霧特性や燃料噴射方向が変化してエンジンの燃焼安定性に悪影響を与えるばかりでなく、燃料噴射弁の噴口をカーボンが塞いで燃料噴射量が減じるか、あるいは燃料噴射が不能となりエンジンの運転が妨げられるといった問題を生じる虞もある。
【００９２】
本発明の目的とするところは、前述のように、圧縮着火式の内燃機関において、ビゴム噴射やポスト噴射等をすることによって燃焼室５４内にカーボンが付着または堆積し、それが原因で様々な問題が生じることを防止することである。
【００９３】
本発明の目的を達成するために、本実施の形態においては、ポスト噴射やビゴム噴射のような副噴射がされた後に、燃焼室５４の壁面に付着したカーボンを除去すべく、燃料噴射時期を進角させる制御を行っている。
【００９４】
以下、図４を用いて、本実施の形態におけるカーボン除去制御のフローについて説明する。
【００９５】
図４に示すのは、燃焼室５４に付着したカーボンを除去するためのカーボン除去ルーチンである。このカーボン除去ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４０１によって、上述したパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンを抜けた後、即座にもしくは所定時間経過後に実行される。
【００９６】
カーボン除去ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ６０１で、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、燃料噴射時期制御マップから、噴射時期進角制御マップに切り替える。
【００９７】
そして、ＣＰＵ４０１は、噴射時期進角制御マップ内のデータに基づいた制御信号を電磁弁駆動回路５２に送信する。従って、この時点から、インジェクタ２１は通常より所定時間進角されたタイミングで、燃料を噴射するようになる。
【００９８】
その後、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０２において、タイマスタートし、予め定められた時間ｔ０が経過するまでこの動作を続ける。従って、インジェクタ２１は、時間ｔ０が経過するまで、進角されたタイミングでの燃料噴射を継続する。
【００９９】
そして、ｔ０が経過後、ＣＰＵ４０１はＳ６０４で、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、噴射時期進角制御マップから、燃料噴射時期制御マップに戻したうえで、本ルーチンを終了する。
【０１００】
このルーチンの実行中は、前述したように、インジェクタ２１は、通常より所定時間早いタイミングで、燃料を噴射する。その結果、燃料噴射があってから、着火までの時間が相対的に長くなり、その間に噴射された燃料は蒸発、混合し、可燃混合気を形成する。これらが着火点に達した時、一時に爆発燃焼を生じるため、燃焼時の圧力上昇率は高くなる。換言すると、燃焼に伴う燃焼圧力波は、通常運転の場合よりも大きくなることになる。
【０１０１】
このように、圧縮着火式内燃機関において、圧縮行程で燃焼室５４内の燃料が着火点に達した時、一時に爆発燃焼を生じることによって燃焼時圧力上昇率が高くなり、結果として圧力波が増大する現象をノッキング（ディーゼル・ノック）という。
【０１０２】
一方、圧縮着火式内燃機関１１を含む内燃機関において、シリンダ１３の内面の温度は、通常、燃焼室５４中央部の温度より低くなっている。それは、燃焼室５４内の燃焼ガスに比較して、シリンダ１３の熱容量が大きく、さらに、シリンダブロック１４が冷却されているからである。
【０１０３】
そして、高温の燃焼室５４中央部と、低温のシリンダ１３の内面との間には、温度境界層と呼ばれる燃焼室５４内のガスの層ができている。この温度境界層の内側は燃焼室５４中央部と同等の高温になっており、外側はシリンダの内面と同等の低温になっており、温度境界層の厚み方向に温度勾配が発生しているのである。
【０１０４】
本実施の形態においては、前述したようにノッキング（ディーゼル・ノック）を発生させ、その時に生じた大きな圧力波によって、燃焼室５４の壁面付近に形成された上記の温度境界層を消失させることができる。
【０１０５】
燃焼室５４の壁面に接触している温度境界層が消失すると、燃焼室中央部の高温ガスが燃焼室５４の壁面に接触する。その結果、燃焼室５４の壁面の温度は上昇し、燃焼室５４の壁面に付着したカーボン層を燃焼させ、除去することができるのである。また同様の理由により、カーボンの付着を防止することもできる。
【０１０６】
ここにおいて、本発明における壁面温度上昇手段は、上記の噴射時期進角制御マップ、カーボン除去ルーチンプログラムをＲＯＭ４０２に記憶したＥＣＵ４６を含んで構成される。
【０１０７】
本実施の形態によれば、ヒータなどの加熱部材を付加することもなく、燃料の噴射時期を進角させるだけで、燃焼室５４の壁面の温度を上昇することができる。すなわち、簡易な構造で、機関全体のコスト及びスペースを増大させることなく、燃焼室５４の壁面に付着または堆積したカーボンを除去することができる。また、カーボンが燃焼室５４の壁面に付着するのを防止することができる。
【０１０８】
結果として、燃焼室の壁面へのカーボンの付着による不具合、具体的には、燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積し燃料噴霧特性が変化する、発進時などに、堆積した多量のカーボンが一気に脱離して排出される、等の不具合が生じるのを防止することができる。
【０１０９】
上記において、噴射時期の進角を継続する時間であるｔ０は、予め求められた一定期間であってもよいが、燃焼室５４の壁面に付着したカーボンの量は、ポスト噴射などの副噴射時に、インジェクタ２１から燃焼室５４内へ副噴射される燃料量と相関があるため、例えば、パティキュレートフィルタ再生制御ルーチンにおいて実施したポスト噴射の燃料量が多くなるほど長く設定し、ポスト噴射の燃料量が少なくなるほどを短く設定するようにした期間でもよい。
【０１１０】
しかし、ノッキング（ディーゼル・ノック）の発生時間が長期化することは機関の耐久性に影響を及ぼす可能性があるので、ｔ０は３０分以下であることが望ましい。
【０１１１】
尚、上記燃料噴射時期の進角量は、機関の特性によって個々に定められるべきであるが、圧縮上死点前１０゜以上４０゜以下の範囲であることが望ましい。
【０１１２】
圧縮上死点１０゜以下であると、噴射時期進角の効果が顕著でなくなり、また、圧縮上死点４０゜以上であると、燃焼前燃料の燃焼室５４内の滞留時間が長過ぎて、シリンダブロック１４に装着されたシリンダライナ（図示せず）や気筒の壁面に燃料が付着し、ボアフラッシングが発生するなどの不具合が生じる虞があるからである。
【０１１３】
（第２の実施の形態）
図５、図６及び図７を用いて、本発明における第２の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【０１１４】
前述した第１の実施の形態では、カーボン除去ルーチンにおいて、燃料噴射時期を進角させる例について説明したが、本実施の形態では、カーボン除去ルーチンにおいて、燃料噴射時期を遅角させる例であって、更に、実際に燃焼室５４の壁面へのカーボンの付着量を検出し、その検出した量によって、燃焼室５４の壁面の温度を上昇させる期間を決定する例について説明する。
【０１１５】
図５は、第２の実施例に係るディーゼルエンジン１１の排気弁１９の近傍を示した断面図である。
【０１１６】
ここにおいて、排気弁１９を駆動させるための機構については、公知であるので説明を省略する。
【０１１７】
図１の同部分との相違点は、シリンダヘッド１２に、カーボン付着量検出手段である水晶振動子７０が備えられている点である。
【０１１８】
水晶振動子７０には、入出力ケーブル７１が接続されており、入出力ケーブル７１の他端は、振動周波数検出回路５６及び水晶振動子駆動回路５７に接続されている。
【０１１９】
図６は、第２の実施の形態におけるＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【０１２０】
図６において、振動周波数検出回路５６は、ＥＣＵのＡ／Ｄ４０７に接続されている。水晶振動子７０からは、その固有振動数で発振する電気信号が発生し、振動周波数検出回路５６に送信される。
【０１２１】
その後、振動周波数検出回路５６では、上記電気信号を、その振動周波数に対応する検出信号に変換し、Ａ／Ｄ４０７に入力している。そして、振動周波数に対応する検出信号は、デジタル信号に変換され、ＲＯＭ４０２に格納される。
【０１２２】
一方、水晶振動子駆動回路５７は、ＥＣＵ４６の出力ポート４０６に接続されており、ＣＰＵ４０１の命令をうけて、水晶振動子７０に、その固有振動数の信号を送信することによって、水晶振動子７０を発振駆動させる。
【０１２３】
水晶振動子７０は、その表面にカーボンが付着することにより、固有振動数が変化する。また、一般には、カーボンの付着量が多ければ振動周波数は低周波側に変化する。
【０１２４】
従って、パティキュレートフィルタ再生ルーチンにおいてポスト噴射又はビゴム噴射を実施したときに、前述の水晶振動子７０にカーボンが付着した場合には、振動周波数検出回路５６からＥＣＵ４６に入力される検出信号が変化する。
【０１２５】
その変化の量からカーボン付着量を検知することができるのである。
【０１２６】
図７には第２の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示している。第１の実施の形態と同様、本ルーチンは、パティキュレートフィルタ再生制御ルーチン終了後、即座にもしくは所定時間経過後に実行される。
【０１２７】
図７において、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ８０１で、カーボン付着量検出手段である水晶振動子７０が検出したカーボン付着量を示す信号を取り込み、カーボン除去が必要か否かを判断する閾値として予め定められたカーボン付着量ｍ１と比較する。
【０１２８】
カーボン付着量がｍ１より少ない場合には、カーボン除去を行わずそのまま本ルーチンを抜ける。カーボン付着量がｍ１以上である場合にはＳ８０２に進み、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、燃料噴射時期制御マップから、噴射時期遅角制御マップに切り換える。
【０１２９】
そして、ＣＰＵ４０１は、噴射時期遅角制御マップ内のデータに基づいた制御信号を電磁弁駆動回路５２に送信する。従って、この時点から、インジェクタ２１は通常より所定時間遅角されたタイミングで、燃料を噴射するようになる。
【０１３０】
その後、ＣＰＵ４０１は、Ｓ８０３で、タイマスタートし、予め定められた時間ｔ１が経過するまでこの動作を続ける。従って、インジェクタ２１は、時間ｔ１が経過するまで、遅角されたタイミングでの燃料噴射を継続する。
【０１３１】
そして、ｔ１が経過後、ＣＰＵ４０１はＳ８０５で、再度カーボン付着量検出手段である水晶振動子７０がその時点で検出したカーボン付着量を示す信号を取り込み、上記ｍ１と比較する。
【０１３２】
カーボン付着量がｍ１より少ない場合には、Ｓ８０６で燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、噴射時期遅角制御マップから、燃料噴射時期制御マップに戻したうえで、本ルーチンを終了する。
【０１３３】
カーボン付着量がｍ１以上である場合にはＳ８０３に戻り、再度タイマスタートし、時間ｔ１が経過するまで、遅角されたタイミングでの燃料噴射を繰り返す。
【０１３４】
そして、Ｓ８０５で、水晶振動子７０が検出したカーボン付着量がｍ１より少ない値を示すまで、遅角タイミングでの燃料噴射を継続することになる。
【０１３５】
その後、Ｓ８０５で、水晶振動子７０が検出したカーボン付着量がｍ１より少ない値を示したときには、８０６で燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、噴射時期遅角制御マップから、燃料噴射時期制御マップに戻し、本ルーチンを終了する。
【０１３６】
このルーチンの実行中は、前述したように、インジェクタ２１は、通常より所定時間遅いタイミングで燃料を噴射する。
【０１３７】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、壁面温度上昇手段は、上記の噴射時期遅角制御マップ、カーボン除去ルーチンプログラムをＲＯＭ４０２に記憶したＥＣＵ４６を含んで構成される。
【０１３８】
本実施の形態によれば、燃料噴射時期が通常の噴射時期に対して遅れているため、燃焼室５４内の燃料は通常の状態よりも着火しづらい状態となる。結果として着火時期が遅れることにより、その間に噴射された燃料は蒸発、混合し、可燃混合気を形成する。これらが着火点に達した時一時に爆発燃焼を生じるため、燃焼時圧力上昇率が高くなり、結果としてノッキング（ディーゼル・ノック）が発生する。
【０１３９】
そして燃焼時圧力上昇率が高まった結果、増大した圧力波によって燃焼室５４の壁面付近に形成された温度境界層を消失させることができる。
【０１４０】
この結果、第１の実施の形態と同様、燃焼室５４の壁面温度は上昇し、燃焼室５４の壁面に付着したカーボン層を燃焼させ、除去することができる。またカーボンの付着を防止することもできる。
【０１４１】
そして、燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積し燃料噴霧特性が変化する、発進時などに、堆積した多量のカーボンが一気に脱離して排出される、等の不具合が生じるのを防止することができる。
【０１４２】
また、本実施の形態によれば、燃焼室５４の壁面へのカーボン付着量をカーボン付着量検出手段である水晶振動子７０で検出し、検出したカーボン付着量が所定量ｍ１より小さくなるまで遅角されたタイミングでの燃料噴射を継続するので、確実に燃焼室５４に付着したカーボンを除去することができる。
【０１４３】
また、本実施の形態によれば、燃焼室５４の壁面へのカーボン付着量がｍ１より少なくなった時点で、遅角されたタイミングでの燃料噴射を終了する。従って、噴射角遅角タイミング運転時間を必要最低限に抑えることができるので、燃焼室５４内の圧力波が大きい状態を不必要に長引かせることもなく、エネルギーの無駄を防止することができると同時に、ディーゼルエンジン１１の耐久性に与える影響を最小限に留めることができる。
【０１４４】
上記ルーチンでは、Ｓ８０５で、水晶振動子７０によって再度カーボン付着量を検出しているが、Ｓ８０５の工程を省略し、Ｓ８０１で検出したカーボン付着量の値に応じて、遅角タイミングでの燃料噴射継続時間であるｔ１の値を、予めＲＯＭ４０３のマップの中に格納しておき、カーボン付着量の検出値に応じた期間のみ、遅角タイミングでの燃料噴射を継続させるような構成にしてもよい。
【０１４５】
このような構成をとることによっても、確実に燃焼室５４に付着したカーボンを除去することができる。
【０１４６】
また、上記ルーチンでは、Ｓ８０５で、水晶振動子７０によって検出されたカーボン付着量が所定量ｍ１以上である場合に、再度ｔ１の期間、遅角タイミングでの燃料噴射を継続することとしているが、ｔ１より短い時間であるｔ２だけ時間延長し、再度カーボン付着量を検出する構成にしてもよい。
【０１４７】
このような構成をとることで、付着したカーボンを除去するのに真に必要な時間だけ、遅角タイミングでの燃料噴射を継続することができる。
【０１４８】
尚、上記燃料噴射時期の遅角量は、機関の特性によって個々に定められるべきであるが、圧縮上死点後２０゜以下の範囲であることが望ましい。圧縮上死点後２０゜以上であると、燃焼室５４内圧力が低下し、着火条件に達することができなくなることにより失火してしまう虞があるからである。
【０１４９】
尚、本実施の形態では、カーボン付着量検出手段として、図５に示す水晶発信子７０の振動周波数変化を利用したものを用いたが、その他、カーボンが電極表面に付着したときにその電極間の静電容量あるいは電気抵抗などの電気的特性が変化することを利用したものや、ピストン１５に対向する金属面に発生する渦電流が、ピストン１５上に堆積したカーボンの量によって変化することを利用したもの、低温時におけるエンジンの始動性を改善するためのグロープラグ５５の電極とボディとの間に一定の電圧を印加することによって燃焼時に発生するイオン電流の強さが、グロープラグ５５上に堆積されたカーボンの厚さによって変化することを利用したもの、金属表面に付着したカーボンの量による反射率の変化を測定するものなどでもよい。
【０１５０】
また、カーボン除去が必要か否かを判断する閾値として定められたカーボン付着量ｍ１については、前述したような、インジェクタ２１の噴口にカーボンが堆積し燃料噴霧特性が変化する、発進時などに、堆積した多量のカーボンが一気に脱離して排出される、等の不具合が発生するカーボン付着量を実験的に求めておき、これに安全率をかけた一定値としてもよいし、ディーゼルエンジン１１の総運転時間などの条件によって変化させてもよい。
【０１５１】
また、本実施の形態では、Ｓ８０１とＳ８０５で使用する、検出されたカーボン付着量と比較する所定量は同一の値ｍ１を用いたが、これを例えば、Ｓ８０５におけるｍ１を、ｍ１より小さなｍ２にすることにより、より確実なカーボン除去を実現することができる。
【０１５２】
（第３の実施の形態）
図８を用いて、第３の実施の形態について説明する。
【０１５３】
ここでも、第１及び第２の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【０１５４】
本実施の形態では、カーボン除去ルーチンにおいて、燃焼室５４の壁面の温度を上昇させるために、圧縮上死点の前に少量の燃料が副次的に噴射され、次いで圧縮上死点付近で主噴射が行われる。
【０１５５】
また、本実施の形態では、カーボン除去ルーチンに進んだ際に、ディーゼルエンジン１１が高負荷運転中かどうかの判定をし、機関が高負荷運転中であれば、カーボン除去動作に入らず、そのまま本ルーチンを終了することとしている。
【０１５６】
これは、高負荷運転時は、筒内温度が高いため、カーボンの付着は生じにくくなっており、カーボン除去の必要がないこと、また、高温状態で更に燃焼圧力波を高めることを行うと（いわゆるノッキングを生じさせると）機関に悪影響を及ぼす虞があることによる。
【０１５７】
図８は、本実施の形態に係るカーボン除去ルーチンである。
【０１５８】
ＣＰＵ４０１は、パティキュレートフィルタ再生制御ルーチンの終了後、即座にまたは所定時間経過後、本ルーチンに入る。
【０１５９】
先ず、ＣＰＵ４０１は、Ｓ９０１で現在の機関運転が、高負荷運転か否かを判断する。ここで、高負荷運転かどうかについては、アクセルセンサ４５によって検出されるアクセル開度等から判断する。
【０１６０】
Ｓ９０１において高負荷運転と判断された場合には、そのまま本ルーチンを抜ける。一方、高負荷運転でないと判断された場合にはＳ９０２に進み、燃料噴射量制御ルーチンにおいて燃料噴射量データを読み込むマップを、燃料噴射量制御マップから、副噴射量制御マップ及び主噴射量制御マップに切り換える。
【０１６１】
また、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、燃料噴射時期制御マップから、副噴射時期制御マップ及び主噴射時期制御マップに切り換える。
【０１６２】
そして、ＣＰＵ４０１は、副噴射量制御マップ、副噴射時期制御マップ、主噴射量制御マップ、主噴射時期制御マップ内のデータに基づいた制御信号を電磁弁駆動回路５２に送信する。従って、この時点から、インジェクタ２１は圧縮上死点前において少量の燃料の副噴射を、次いで圧縮上死点において主噴射を行うようになる。
【０１６３】
その後、ＣＰＵ４０１は、Ｓ９０３で、タイマスタートし、予め定められた時間ｔ３が経過するまでこの動作を続ける。従って、インジェクタ２１は、時間ｔ３が経過するまで、上記の副噴射と主噴射を継続する。
【０１６４】
そして、Ｓ９０３においてタイマスタートしてからｔ３が経過後、ＣＰＵ４０１はＳ９０５で、燃料噴射量制御ルーチンにおいて燃料噴射量データを読み込むマップを、燃料噴射量制御マップに戻し、燃料噴射時期制御ルーチンにおいて燃料噴射時期データを読み込むマップを、燃料噴射時期制御マップに戻したうえで、本ルーチンを終了する。
【０１６５】
本実施の形態によれば、副噴射による燃料は蒸発、混合し、可燃混合気を形成すること及び、主噴射による燃料と合わさり、相対的な燃料量が増大することにより、これらが着火点に達したとき、一時に爆発燃焼を生じ、燃焼時圧力上昇率が高くなる。その結果ノッキング（ディーゼル・ノック）が発生する。
【０１６６】
また、副噴射量によっては、主噴射が開始される前に着火、燃焼することもあるが、この場合も副噴射された燃料が燃焼時圧力上昇率を高めるのに十分な可燃混合気を形成しているため同様の効果が得られる。
【０１６７】
そして、ノッキング（ディーゼル・ノック）によって生じた大きな燃焼圧力波が燃焼室５４の壁面近傍の温度境界層を消失させ、燃焼室５４の壁面温度を上昇させることにより、付着したカーボンを除去することができ、さらにカーボンの付着を防止することができる。
【０１６８】
この場合、一回の噴射における合計の燃料量は、通常の燃料噴射に比較して多くなるが、主噴射の燃料量を増加させた場合に比較し、機関の出力に及ぼす影響が少ない。
【０１６９】
また、本実施の形態によれば、上記したように、高負荷運転時にはすでに燃焼室５４の温度が高温になっていることから、高負荷運転時には副噴射をせず、通常の燃料噴射を行うこととしている。
【０１７０】
従って、不要な副噴射を行うことにより燃費を悪化させることや、燃焼室５４内が過度に高温になり、機関に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【０１７１】
本実施の形態においては、壁面温度上昇手段は、上記の主噴射量制御マップ、副噴射量制御マップ、主噴射時期制御マップ、副噴射時期制御マップ、カーボン除去ルーチンプログラムをＲＯＭ４０２に記憶したＥＣＵ４６を含んで構成される。
【０１７２】
尚、本実施の形態において、高負荷運転か否かを判断する閾値は、機関の物理的性質や運転状態によって個々に決定してもよいが、全負荷トルクの８０％以上での運転時を高負荷運転と判断してもよい。
【０１７３】
全負荷トルクの８０％以上のトルクで運転している場合は、燃焼室内温度は十分高温であり、特に副噴射などを行わなくても燃焼室５４の壁面に付着したカーボンを燃焼させることが可能であると考えられるからである。
【０１７４】
また、本実施の形態における副噴射時の噴射量については、機関の物理的性質や運転状態によって個々に決定してもよいが、当量比０．５以下とすることが望ましい。これは、燃料噴射量が過大になると、上記した燃焼時の圧力波が大きくなりすぎて機関に悪影響を及ぼす可能性があるからである。
【０１７５】
また、副噴射の時期の下限についても個々に決定されるべきであるが、圧縮上死点前３０゜以上とすることが望ましい。副噴射時期が圧縮上死点前３０゜以下になると、副噴射を行ったことによる効果が顕著でなくなるからである。
【０１７６】
尚、副噴射の時期の上限については、圧縮上死点前３６０゜付近までの範囲から、機関の物理的性質等により個々に決定すればよく、圧縮上死点前３６０゜の吸気上死点付近で行われるビゴム噴射を実施してもよい。
【０１７７】
（第４の実施の形態）
次に、図９及び図１０を用いて、本発明における第４の実施の形態について説明する。ここでは、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分についての説明は省略する。
【０１７８】
本実施の形態においては、燃焼室５４内にスワールを生成し、さらにそのスワールの強さを変化させるスワール制御装置６５を有しており、カーボン除去ルーチンを実施する際には、スワール制御装置６５によって燃焼室５４内のスワールを強めることによって燃焼室５４の壁面の温度を上昇させる例について説明する。なお、本実施の形態におけるシリンダヘッド１２には、第２の実施の形態と同様、図５に示したカーボン付着量検出手段である水晶振動子７０が備えられているものとする。
【０１７９】
図９は、本実施の形態におけるシリンダヘッド１２の底面図である。本実施の形態において、ディーゼルエンジン１１は吸排気二弁式であるので、二つの吸気弁１８を介して二つの吸気通路１６ａ，１６ｂが燃焼室５４内へ接続され、また、二つの排気弁１９を介して二つの排気通路１７が燃焼室５４内へ接続されている。
【０１８０】
ここで、二つの吸気通路１６の一方１６ａは、シリンダ１３内への吸入空気の導入に際してシリンダ１３内を横方向に旋回する気流、すなわち、スワールが生成されるように、吸入空気に横方向旋回速度成分を付与するヘリカルポートになっている。また、二つの吸気通路１６の他方１６ｂは、吸入空気に特に旋回速度成分を付与しないストレートポートである。また、ストレートポート１６ｂには、ストレートポート１６ｂを開放及び閉鎖可能とするスワール制御弁６０が設けられている。
【０１８１】
この、スワール制御弁６０は、ステップモータ等の駆動装置によって駆動され、スワール制御弁６０によってストレートポート１６ｂが閉鎖されることにより、吸入空気はヘリカルポート１６ａのみによってシリンダ１３内へ導入され、シリンダ１３内において横方向に旋回するので、シリンダ１３内には強いスワールが生成される。
【０１８２】
一方、スワール制御弁６０によってストレートポート１６ｂが開放されると、吸入空気はヘリカルポート１６ａ及びストレートポート１６ｂの両方からシリンダ１３内へ導入される。この場合、ヘリカルポート１６ａから導入される吸入空気は、前述の旋回速度成分が付与されるが、シリンダ１３内で旋回するためには、ストレートポート１６ｂから導入される吸入空気を共に旋回させなければならず、これが抵抗となって強いスワールを生成することができない。
【０１８３】
従って、上記のようにスワール制御弁６０の開度を変化させることによってシリンダ１３内に形成されるスワールの強さを制御することができる。換言すると、スワール制御弁６０の開度によって燃焼室５４内に生成されるスワールの強さを推定することができる。なお、スワールの強さは、スワール比で表すこともできる。このスワール比とは、燃焼室内に生成されたスワールの回転数をその時の機関回転数で除した値である。また、本実施の形態においては、スワール制御装置６５は、上記のヘリカルポート１６ａ及びスワール制御弁６０を含んで構成されている。
【０１８４】
図１０には、本実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す。第１の実施の形態と同様、本ルーチンは、フィルタ再生制御ルーチン終了後、即座にもしくは所定時間経過後に実行される。
【０１８５】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１００１において、カーボン付着量検出手段である水晶振動子７０が検出したカーボン付着量が所定量ｍ１より少ないかどうかが判断され、カーボン付着量が所定量ｍ１より少ないと判断される場合は、そのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、カーボン付着量が所定量ｍ１以上であると判断された場合は、Ｓ１００２に進む。Ｓ１００１の処理の内容は、図７に示すＳ８０１の処理と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１８６】
次に、Ｓ１００２においては、その時点で、ディーゼルエンジン１１が高負荷運転中かどうかが判断される。ここで高負荷運転中と判断された場合は、本ルーチンを一旦終了する。一方、高負荷運転中でないと判断された場合は、Ｓ１００３に進む。Ｓ１００２の処理の内容についても、図８に示すＳ９０１の処理の内容と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１８７】
次にＳ１００３に進み、本ルーチンにおいて目標となるスワール制御弁６０の開度θ１と、燃焼室５４のスワールの強化を継続する時間であるスワール強化継続時間ｔ４の値を決定する。ここで、スワール強化継続時間ｔ４の値は、スワール制御弁６０を開度θ１まで絞り、燃焼室５４内のスワールを強めることにより、Ｓ１００１で検出された付着量のカーボンを、ｍ１以下になるまで除去するのに必要充分な時間として決定される。
【０１８８】
すなわち、Ｓ１００１で検出されるべきカーボン付着量と、スワール制御弁６０の開度と、スワール強化によって付着カーボンが少なくともｍ１以下の付着量になるまで除去されるのに必要充分な時間との関係を予め実験的に求めてマップ化しておき、Ｓ１００３においては、スワール制御弁の開度θ１及び、スワール強化継続時間ｔ４を、そのマップから読み出すことによって決定する。
【０１８９】
そして、Ｓ１００４においては、実際に燃焼室５４内のスワールを強める処理が行われる。具体的には、スワール制御弁６０の開度をＳ１００３で決定された開度θ１まで絞る。このことにより、ストレートポート１６ｂから燃焼室５４内に流入する吸入空気の量が減少し、吸入空気全体に占めるヘリカルポート１６ａから燃焼室５４内に流入する吸入空気の割合が増加し、結果として、燃焼室５４におけるスワールが強められる。
【０１９０】
この処理によって、燃焼室５４における空気流動が強化され、燃焼室５４の壁面近傍に形成された温度境界層が薄くなり若しくは消失する。これにより、燃焼室５４の壁面温度を上昇させ、燃焼室５４の中央のガス温度に近づけることができる。結果として、燃焼室５４の壁面に付着したカーボンを除去することができる。
【０１９１】
次に、Ｓ１００５に進む。ここにおいてはタイマがスタートされる。そしてＳ１００６に進み、タイマスタートしてからの時間がｔ４より小さいかどうかが判断される。ここで所定時間ｔ４の値は、Ｓ１００３で決定されたスワール強化継続時間である。
【０１９２】
Ｓ１００６において、タイマスタートしてからの時間がｔ４より小さければ、まだスワール強化継続時間が経過していないのでＳ１００６の処理の前に戻り、再度Ｓ１００６で、タイマスタートしてからの時間がｔ４より小さいかどうかが判断される。そして、Ｓ１００６で、タイマスタートしてからの時間がｔ４より以上であると判断されるまで、この処理が繰り返される。
【０１９３】
このように、本実施の形態におけるカーボン除去ルーチンでは、Ｓ１００３において、Ｓ１００１で検出されたカーボン付着量に対して最適のスワール制御弁６０の開度θ１及び、スワール強化継続時間ｔ４が決定され、Ｓ１００４においてスワール制御弁６０の開度はθ１に制御され、さらにＳ１００６では、スワール強化継続時間ｔ４の間、燃焼室５４内のスワール強化状態が継続される。このことより、Ｓ１００６の処理が終わった後は、カーボン付着量はｍ１以下まで除去されていると推定されるので、本ルーチンにおいては、図７に示すＳ８０５の処理のように、再度カーボン付着量を検出する処理は行わない。
【０１９４】
従って、Ｓ１００６においてタイマスタートからの経過時間がｔ４以上と判断された場合には、Ｓ１００７に進み、スワール制御弁６０の開度を元に戻して、燃焼室５４内のスワールを弱めたうえで本ルーチンを終了する。
【０１９５】
以上、説明したように、本実施の形態においては、スワール制御弁６０の弁開度を制御し、燃焼室５４内のスワールを強めて高スワール状態としている。そして、そのことにより燃焼室５４内の温度境界層を薄くするか若しくは消失させ、そのことによって燃焼室５４の壁面温度を上昇させて、燃焼室５４に付着したカーボンを除去している。
【０１９６】
従って、燃焼室５４内のスワールを強めるという単純な制御によって燃焼室５４内の温度境界層を薄くするか若しくは消失させることができ、ディーゼルエンジン１１の燃費や振動、騒音に影響を与えることもなく、燃焼室５４に付着したカーボンを除去することができる。
【０１９７】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば排気浄化装置の再生処理に伴う制御等において、ビゴム噴射、ポスト噴射などの副噴射が行われた後に、壁面温度上昇手段により燃焼室の壁面の温度を上昇させるので、上記副噴射の実施によって、燃焼室の壁面にカーボンが付着するのを防止し、または付着したカーボンを除去することができる。
【０１９８】
すなわち、燃焼室の壁面にカーボンが付着、堆積することにより、車両の発進時や加速時に、堆積したカーボンが一気に脱離してテールパイプからスモークとして排出され、車両の商品価値を低下させる問題や、燃料噴射弁の先端部にカーボンが付着することで、燃料噴射弁の先端部に設けられた燃料噴射用の噴口にカーボンが堆積して、燃料噴霧特性や燃料噴射方向が変化してエンジンの燃焼安定性に悪影響を与えるばかりでなく、燃料噴射弁の噴口をカーボンが塞いで燃料噴射量が減じるか、あるいは燃料噴射が不能となりエンジンの運転が妨げられるといった問題が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２はＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図３】図３はパティキュレートフィルタ再生制御ルーチンを示す図である。
【図４】図４は第１の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す図である。
【図５】図５は第２の実施の形態におけるカーボン付着量検出手段である水晶振動子付近の概略構成を示す断面図である。
【図６】図６は第２の実施の形態におけるＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図７】図７は第２の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す図である。
【図８】図８は第３の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す図である。
【図９】図９は本発明の第４の実施の形態におけるシリンダヘッド１２の底面図である。
【図１０】図１０は本発明の第４の実施の形態におけるカーボン除去ルーチンを示す図である。
【符号の説明】
１１・・・・圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）
１６・・・・吸気通路
１６ａ・・・ヘリカルポート
１６ｂ・・・ストレートポート
１７・・・・排気通路
１８・・・・吸気弁
１９・・・・排気弁
２１・・・・インジェクタ
２２・・・・電磁弁
４６・・・・ＥＣＵ
５０・・・・パティキュレートフィルタ
５２・・・・電磁弁駆動回路
６０・・・・スワール制御弁
６５・・・・スワール制御装置
７０・・・・水晶振動子
４０１・・・ＣＰＵ
４０２・・・ＲＯＭ
【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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【図６】
2004245210.tif 000008
【図７】
2004245210.tif 000009
【図８】
2004245210.tif 000010
【図９】
2004245210.tif 000011
【図１０】
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