(57)【要約】    【課題】  筒内直接噴射式火花点火機関において、高負荷連続運転直後に、燃料噴射弁の先端にデポジットが堆積することを抑制する。    【解決手段】  高負荷連続運転直後の低負荷運転状態において、所定期間だけ、目標アイドル回転速度の増大，１行程２回噴射，均質燃焼モードへの切り換え，減速燃料カットの禁止を行うことで、燃料による冷却によって燃料噴射弁の先端温度を速やかに低下させ、以って、噴射弁先端へのデポジットの堆積を抑制する。【選択図】  図３
2005120983.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弁を備えたエンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記エンジンの高負荷連続運転後に低負荷運転になったときに、所定期間だけ前記燃料噴射弁による燃料噴射条件を通常の低負荷運転時とは異なる条件に設定することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記高負荷連続運転後の低負荷運転がアイドル運転であるときに、前記所定期間だけアイドル運転時の目標回転速度を通常よりも高く設定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記高負荷連続運転後の低負荷運転において、通常の低負荷運転時に１回で噴射される１サイクル当たりの要求燃料噴射量を、前記所定期間だけ複数回に分けて噴射させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記高負荷連続運転後の低負荷運転が成層燃焼運転条件であるときに、前記所定期間だけ強制的に均質燃焼運転を行わせることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記高負荷連続運転から低負荷運転に切り換わる減速運転において、前記所定期間だけ減速燃料カットを禁止することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記高負荷連続運転後の低負荷運転において、前記所定期間だけ前記燃料噴射弁の燃料噴射圧を通常よりも高く設定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記燃料噴射弁が、複数の噴孔を持つホールノズル式燃料噴射弁であって、ピストン上に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け止めるキャビティを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記燃料噴射弁の噴霧中心軸線と該噴霧が衝突する前記キャビティ底壁とが鈍角をなし、かつ、噴霧衝突後に噴霧進行方向となるキャビティ周壁が該燃料噴射弁側に向けて湾曲していると共に、前記複数の噴孔から噴射される噴霧のうちの隣り合う噴霧同士がなす角度が、単一の噴霧角と同等以下に設定されることを特徴とする請求項７記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、燃料噴射弁の先端へのデポジットの堆積を抑制するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたエンジンにおいて、燃料が噴孔部に付着すると、燃料中の揮発成分が燃料噴射弁の熱で蒸発し、燃料中の揮発性の低い炭化成分がデポジットとして噴孔部に堆積することが知られている。
上記のデポジット堆積を抑制する技術として、従来、特許文献１〜３に開示されるようなものがあった。
【０００３】
特許文献１のものでは、燃料噴射弁の先端温度を、燃料噴射量，機関回転数，冷却水温，機関燃焼形態に基づき演算し、該演算された先端温度が噴射間隔に基づき設定される許容温度よりも高い場合は、冷却水温度を低下させることで燃料噴射弁の温度を低下させるようにしている。
また、特許文献２のものでは、噴射間隔が長くなるほど、燃焼が緩慢になるように点火時期を遅角させ、噴射間隔が短いために噴孔部への炭化成分の粘着が進行せずに次の噴射で洗い流されるときには、急速燃焼を行わせるようにしている。
【０００４】
また、特許文献３のものでは、低負荷高回転領域において、燃料圧力を低下させて必要燃料を噴射させることで燃料噴射時間を延長し、これによって、燃料噴射弁の先端温度の上昇を抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−０９８０２２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３００２２号公報
【特許文献３】特開平０９−１９５８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のものでは、冷却水温度の変化に対する噴射弁温度の追従遅れにより噴射弁先端温度が高い状態が出現し、噴射弁先端に徐々にデポジットが堆積してしまうことがあった。
また、特許文献２のものでは、噴射間隔が長くなる低負荷運転（アイドル運転を含む）では、燃料噴射時間を延長することで燃焼が安定しなくなり、燃費の良い燃焼が実現できなくなる可能性があった。
【０００６】
更に、特許文献３のものでは、燃料圧力を低下させることにより、噴霧形状が変化してしまい、安定した燃費の良い燃焼を実現できなくなる可能性があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃焼性を悪化させることなく、デポジットの堆積を抑制できるエンジンの燃料噴射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】
【０００７】
そのため本発明では、エンジンの高負荷連続運転後に低負荷運転になったときに、所定期間だけ燃料噴射弁による燃料噴射条件を通常の低負荷運転時とは異なる条件に設定する構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
かかる構成によると、エンジンが高負荷運転を続けていると、燃料噴射弁の先端温度は高くなるが、高負荷運転を脱しても、燃料噴射弁の先端温度が遅れて低下するため、先端温度が継続的に高い状態が発生するが、このときに、燃料噴射条件を通常とは異なる条件、即ち、燃料噴射弁先端を積極的に冷却し、或いは、燃料によってデポジットを除去することができる噴射条件とすることで、燃料噴射弁先端のデポジット堆積を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、実施形態におけるエンジンである筒内直接噴射式火花点火機関を示す。
この図１において、内燃機関１は、シリンダヘッド２，シリンダブロック３及びピストン４により構成される燃焼室５を有する。
前記燃焼室５には、吸気バルブ６を介して吸気ポート７から新気が導入され、排気は、排気バルブ８を介して排気ポート９から排出される。
【００１０】
前記吸気バルブ６は吸気側カム軸１０によって、前記排気バルブ８は排気側カム軸１１によって開閉駆動される。
前記燃焼室５上面の略中央には燃料噴射弁１２が設置される。
前記燃料噴射弁１２は、複数の噴孔を持つホールノズル式燃料噴射弁である。
前記ピストン４冠面の燃料噴射弁１４に対向する部分には、前記燃料噴射弁１４の中心軸と略同一中心軸に円形のキャビティ４ａが形成されており、成層運転条件において、燃料噴射弁１４から噴射された燃料は、前記キャビティ４ａに受け止められ、主に前記キャビティ４ａ内及びその上空部分に成層化された混合気塊を形成する。
【００１１】
ここで、前記燃料噴射弁１２の噴霧中心軸線と該噴霧が衝突する前記キャビティ４ａの底壁とが鈍角をなし、かつ、噴霧衝突後に噴霧進行方向となるキャビティ４ａの周壁が燃料噴射弁１２側に向けて湾曲していると共に、前記燃料噴射弁１２の複数の噴孔から噴射される噴霧のうちの隣り合う噴霧同士がなす角度が、単一の噴霧角と同等以下に設定されている。
【００１２】
燃焼室５上面の前記燃料噴射弁１２に隣接する排気バルブ８側には、点火プラグ１３が配置されており、該点火プラグ１３により混合気が点火・燃焼せしめられる。
前記筒内直接噴射式火花点火機関１は、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４にて統合的に制御される。
前記ＥＣＵ１４には、クランク角センサ２１，冷却水温センサ２２，アクセル開度センサ２３からの検出信号が入力され、これらの信号を基に各制御を行う。
【００１３】
また、前記機関１の燃焼形態として、圧縮行程中（特に圧縮行程後半）に燃料噴射を行うことで、リーン運転を実現して燃費を向上させる成層燃焼モードと、吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行い、ストイキ運転（理論空燃比運転）を実現する均質燃焼モードとが設けられており、運転状態に応じて前記成層燃焼モードと均質燃焼モードとのいずれかが選択されるようになっている。
【００１４】
前記ＥＣＵ１４は、機関負荷，機関回転速度，冷却水温度の条件などから、前記均質燃焼モードと成層燃焼モードとのいずれかを選択し、要求の空燃比に見合う量の燃料を前記燃料噴射弁１２から噴射させる。
また、前記ＥＣＵ１４は、前記燃料噴射弁１２の先端に付着した燃料中の揮発成分が燃料噴射弁１２の熱で蒸発し、燃料中の揮発性の低い炭化成分がデポジットとして噴孔部に堆積することを抑止するための制御を行う。
【００１５】
図２は、内燃機関１が高負荷運転を続けた後に減速してアイドル運転に入った場合の燃料噴射弁先端部の温度変化を示す。
内燃機関１が高負荷運転を続けた場合、噴射弁先端の温度は高い状態を示すが、運転状態が高負荷運転を脱しても、燃料噴射弁先端部の温度は時間遅れを持ち、一時的に高い状態を示す。
【００１６】
このため、連続高負荷運転直後の低負荷運転時に、噴射弁の先端に残った燃料の固形化が起こり、デポジットとして付着してしまう。
そこで、前記ＥＣＵ１４は、連続高負荷運転直後の低負荷運転時に、燃料噴射弁１２の燃料噴射条件を通常の低負荷運転時とは異なる条件に制御することで、前記デポジットの付着・堆積を抑止する。
【００１７】
図３のフローチャートは、前記デポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第１実施形態を示す。
図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、機関１が高負荷運転状態であるか否かを、例えばスロットル開度が所定開度以上であるか否かに基づいて判別する。
そして、高負荷運転状態であると判別されると、ステップＳ２へ進み、高負荷での連続運転時間を計測するためのタイマＴＭ１をカウントアップさせる。
【００１８】
次のステップＳ３では、前記タイマＴＭ１の値が所定値ｔ１以上になっているか否かを判別し、前記タイマＴＭ１の値が所定値ｔ１未満であれば、そのまま本ルーチンを終了させ、前記タイマＴＭ１の値が所定値ｔ１以上になると、ステップＳ４へ進む。
ステップＳ４では、制御フラグに１をセットする。
一方、ステップＳ１において機関１が高負荷運転状態ではないと判別されると、ステップＳ５へ進み、前記タイマＴＭ１を０にリセットする。
【００１９】
次のステップＳ６では、前記制御フラグに１がセットされているか否かを判別する。
そして、制御フラグ＝１であれば、ステップＳ７へ進む。
ステップＳ７では、連続高負荷運転から低負荷運転になった後の経過時間を計測するためのタイマＴＭ２をカウントアップさせる。
ステップＳ８では、前記タイマＴＭ２の値と所定値ｔ２とを比較することで、連続高負荷運転直後であって燃料噴射弁１２の先端温度が依然として高い状態であるか否かを推定する。
【００２０】
ステップＳ８で、前記タイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であるときには、燃料噴射弁１２の先端温度が依然として高い状態であると推定し、ステップＳ１１へ進む。
ステップＳ１１では、低負荷運転状態がアイドル運転であるか否かを判別する。
そして、アイドル運転時であるときには、ステップＳ１２へ進んで、アイドル運転時の目標アイドル回転速度を通常よりも高い値に設定する（図４参照）。
【００２１】
尚、アイドル時には、前記目標アイドル回転速度に実際の回転速度が一致するように、吸入空気量がフィードバック制御されるようになっている。
アイドル時の回転速度を高くすれば、燃料の噴射間隔が短くなって燃料噴射弁１２の先端温度を低下させることができるため、燃料噴射弁１２先端での燃料の固形化を防止することができる。
【００２２】
前記ステップＳ８で、前記タイマＴＭ２の値が所定値ｔ２を超えたと判断された時には、連続高負荷運転の影響がなくなり、燃料噴射弁１２の先端温度が低負荷運転に見合った比較的低い温度にまで低下していると推定し、ステップＳ９へ進んで、前記制御フラグを０にリセットする。
前記制御フラグが０にリセットされると、次回も低負荷運転状態であれば、ステップＳ６からステップＳ１０へ進み、前記タイマＴＭ２を０にリセットした後、本ルーチンを終了させる。
【００２３】
図５のフローチャートは、前記デポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第２実施形態を示す。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ２１〜ステップＳ３０の処理は、前記図３のフローチャートのステップＳ１〜１０と同様であり、タイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であると判定されたときの処理のみが異なるので、ステップＳ２１〜ステップＳ３０の説明を省略する。
【００２４】
図５のフローチャートにおいてステップＳ２８でタイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であると判断されると、ステップＳ３１へ進む。
ステップＳ３１では、通常１行程において１回行われる燃料噴射を、１行程で２回に分けて行わせる（図６参照）。
上記のように、連続高負荷運転直後の燃料噴射弁１２の温度が依存として高い条件のときに、要求燃料量を２回に分けて噴射させれば、燃料噴射弁１２の先端において短期間の内に２回燃料が蒸発することになって冷却が促進されることになる。
【００２５】
従って、燃料噴射弁１２先端での燃料の固形化を防止することができる。
図７のフローチャートは、前記デポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第３実施形態を示す。
図７のフローチャートにおいて、ステップＳ４１〜ステップＳ５０の処理は、前記図３のフローチャートのステップＳ１〜１０と同様であり、タイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であると判定されたときの処理のみが異なるので、ステップＳ４１〜ステップＳ５０の説明を省略する。
【００２６】
図７のフローチャートにおいてステップＳ４８でタイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であると判断されると、ステップＳ５１へ進む。
ステップＳ５１では、そのときの運転条件（負荷・回転）から通常に設定される燃焼モードが成層燃焼モードであるか否かを判別する。
そして、成層燃焼モード条件であるときには、ステップＳ５２に進み、通常の成層燃焼モードを強制的に均質燃焼モードに切り換える（図８参照）。
【００２７】
均質燃焼モード時は、目標空燃比が成層燃焼モード時に比べてリッチで、燃料噴射量が成層燃焼モード時に比べて多いため、燃料噴射弁１２の燃料による冷却が促進され、これにより、燃料噴射弁１２の先端温度が速やかに低下し、先端部における燃料の固形化を防止できる。
図９のフローチャートは、前記デポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第４実施形態を示す。
【００２８】
図９のフローチャートにおいて、ステップＳ６１〜ステップＳ７０の処理は、前記図３のフローチャートのステップＳ１〜１０と同様であり、タイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であると判定されたときの処理のみが異なるので、ステップＳ６１〜ステップＳ７０の説明を省略する。
図９のフローチャートにおいてステップＳ６８でタイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であると判断されると、ステップＳ７１へ進む。
【００２９】
ステップＳ７１では、減速燃料カットを禁止する（図１０参照）。
前記減速燃料カットとは、ストッロル全閉でかつ機関回転速度が開始回転速度よりも高いときに燃料カットを開始し、スロットルが開かれるか、ストッロル全閉のままで機関回転速度がリカバリー回転速度（＜開始回転速度）を下回ったときに、燃料噴射を再開させることで、減速時のＨＣ排出量の低下及び燃費向上を図る制御である。
【００３０】
燃料噴射弁１２の先端温度が高い状態で、前記減速燃料カットが実行されると、噴射弁先端の燃料は固形化して残存し、デポジットの原因となる。
そこで、燃料カットを禁止して燃料噴射を行わせることで、燃料噴射弁１２が燃料で冷却され、かつ、燃料による噴孔部の洗い流しが行われるようにして、燃料の固形化を防止する。
【００３１】
尚、燃料カットが過剰に禁止されることがないように、燃料カットの禁止時間が所定時間を超えた時点で、減速燃料カットを開始させるようにしても良い。
図１１のフローチャートは、前記デポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第５実施形態を示す。
図１１のフローチャートにおいて、ステップＳ８１〜ステップＳ９０の処理は、前記図３のフローチャートのステップＳ１〜１０と同様であり、タイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であると判定されたときの処理のみが異なるので、ステップＳ８１〜ステップＳ９０の説明を省略する。
【００３２】
図１１のフローチャートにおいてステップＳ８８でタイマＴＭ２の値が所定値ｔ２以下であると判断されると、ステップＳ９１へ進む。
ステップＳ９１では、燃料噴射弁１２の先端温度を低下させる処理を実行する。
前記ステップＳ９１の処理は、具体的には、前記第１〜第４の実施形態に示した目標アイドル回転速度の増大，１行程２回噴射，均質燃焼モードへの切り換え，減速燃料カットの禁止である。
【００３３】
次のステップＳ９２では、前記燃料噴射弁１２の燃料噴射圧力を通常よりも高く設定する（図１２参照）。
前記燃料噴射圧力の高圧化は、燃料噴射弁１２に供給される燃料の圧力を調整するプレッシャレギュレータによる目標調整圧の切り換えによって行われる。
ステップＳ９１における燃料噴射弁１２の冷却を促進させる処理によって、燃料噴射弁１２の先端での燃料の固形化を防止するが、先端での燃料の固形化が発生してしまった場合には、高圧化した燃料の噴射によって除去されることになる。
【００３４】
従って、燃料噴射弁１２の冷却を促進させる処理によって、燃料の固形化を完全に防止できない場合であっても、デポジットの堆積を防止できる。
尚、本実施形態のように、複数の噴孔を有する燃料噴射弁１２を用い、かつ、燃料噴霧を受け止めるキャビティ４ａを有する構成であれば、特に成層燃焼時の混合気形成が、噴孔部におけるデポジットの堆積に影響を受け難く、上記のようにしてデポジットの堆積を抑制する制御を行うことで、効果的に燃焼安定性を保つことができる。
【００３５】
即ち、燃料噴射弁１２の隣り合う噴孔から噴霧同士がなす角度が、単一の噴霧角と同等以下に設定されるから、ある噴孔からの噴霧形状がデポジットの堆積によって変化しても、隣の噴孔の噴霧形状に大きく影響することがなく、また、燃料噴霧が衝突する前記キャビティ４ａの底壁とが鈍角をなし、かつ、噴霧衝突後に噴霧進行方向となるキャビティ４ａ周壁が該燃料噴射弁１２側に向けて湾曲しているから、多少の噴霧形状の変化があっても、燃料噴霧を燃焼室５の中央付近に集めることができる。
【００３６】
従って、ホールノズル式の燃料噴射弁１２を備え、ピストン４冠面に形成されるキャビティ４ａが燃料噴霧を受け止める機関１において、前記デポジットの付着・堆積を抑止するための制御を実施すれば、デポジットの堆積による燃焼性の悪化を効果的に防止できる。
また、上記実施形態では、燃料噴射弁１２の先端温度を低下させる処理として、目標アイドル回転速度の増大，１行程２回噴射，均質燃焼モードへの切り換え，減速燃料カットの禁止を示したが、これらのうちの複数を組み合わせて実行すれば、より効果的に燃料噴射弁の先端温度を低下させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態における燃料噴射制御装置のシステム構成図。
【図２】連続高負荷運転直後の燃料噴射弁の先端温度の変化を示すタイムチャート。
【図３】噴射弁先端へのデポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第１実施形態を示すフローチャート。
【図４】前記第１実施形態における制御特性を示すタイムチャート。
【図５】噴射弁先端へのデポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第２実施形態を示すフローチャート。
【図６】前記第２実施形態における制御特性を示すタイムチャート。
【図７】噴射弁先端へのデポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第３実施形態を示すフローチャート。
【図８】前記第３実施形態における制御特性を示すタイムチャート。
【図９】噴射弁先端へのデポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第４実施形態を示すフローチャート。
【図１０】前記第４実施形態における制御特性を示すタイムチャート。
【図１１】噴射弁先端へのデポジットの付着・堆積を抑止するための制御の第５実施形態を示すフローチャート。
【図１２】前記第５実施形態における制御特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００３８】
１…内燃機関，２…シリンダヘッド，３…シリンダブロック，４…ピストン，４ａ…キャビティ，５…燃焼室，６…吸気バルブ，７…吸気ポート，８…排気バルブ，９…排気ポート，１０…吸気側カム軸，１１…排気側カム軸１１，１２…燃料噴射弁，１３…点火プラグ，１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ），２１…クランク角センサ，２２…冷却水温センサ，２３…アクセル開度センサ
【図１】
2005120983.tif 000003
【図２】
2005120983.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005120983.tif 000009
【図８】
2005120983.tif 000010
【図９】
2005120983.tif 000011
【図１０】
2005120983.tif 000012
【図１１】
2005120983.tif 000013
【図１２】
2005120983.tif 000014