(57)【要約】【課題】燃費を悪化させることなく燃料噴射弁の噴射口に付着したデポジットの除去能力は向上させる。【解決手段】燃料噴射弁の噴射口にデポジットが付着堆積する可能性のあるデポジット領域での連続運転時間が所定時間Ｔ以上であれば、圧縮比を所定の低圧縮比ε１まで低下させる（Ｓ３）。これによって、燃費を悪化させることなく燃料噴射弁の噴射口に付着したデポジットの除去能力は向上させることができる。そして、圧縮比を低圧縮比ε１まで低下させても、燃料噴射弁の噴射口にデポジットが付着していると判定されると（Ｓ４）、燃圧を所定の高燃圧Ｐ１まで上昇させる（Ｓ６）。【選択図】図４
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【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と、
内燃機関の圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構と、を有し、
上記燃料噴射弁の噴射口にデポジットが付着する可能性のある運転領域での運転が所定時間連続した場合に、圧縮比を低下させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記燃料噴射弁に供給される燃圧を変更可能な燃圧可変部と、
上記噴射口におけるデポジット付着の有無を検出するデポジット付着判定部と、を有し、
圧縮比を低下させて所定時間経過しても、デポジットが付着している場合には、上記燃圧を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記燃料噴射弁に供給される燃圧を変更可能な燃圧可変部と、
上記噴射口におけるデポジット付着の有無を検出するデポジット付着判定部と、を有し、
圧縮比を低下させて所定時間経過しても、デポジットが付着している場合には、圧縮比をさらに低下させるとともに、上記燃圧を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記デポジット付着判定部により、デポジットが付着していないと判定されるまで、圧縮比を低下させ、かつ上記燃圧を上昇させた状態を維持することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記デポジット付着判定部は、排気空燃比の目標値に対するずれ量の学習値が所定量以上の場合に、上記噴射口にデポジットが付着していると判定する請求項２〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記デポジット付着判定部は、排気空燃比が目標値となるように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御時のフィードバック量が所定量以上の場合に、上記噴射口にデポジットが付着していると判定する請求項２〜４のいずれかに記載の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、圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を有する筒内直接噴射式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内直接噴射式の内燃機関においては、筒内の高温に晒される燃料噴射弁の噴射口付近で燃料の変質が起こり、デポジットが発生する可能性がある。そして、このデポジットが、燃料噴射弁の噴射口に付着すると、燃料噴射量にばらつきが生じ、エミションが悪化して排気通路に配置された排気浄化用触媒の劣化が促進されてしまう虞がある。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１、特許文献２には、燃料噴射弁の噴射口にデポジットが付着すると、燃料噴射弁の燃料噴射圧力を大きくすることで付着したデポジットを除去するようにした内燃機関が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１６６４５号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような特許文献１、特許文献２においては、燃料噴射弁の噴射口に付着したデポジットの除去能力は向上するものの、燃料噴射圧力を大きくすることに伴って燃費が悪化してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の制御装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射口にデポジットが付着する可能性のある運転領域での運転が所定時間連続した場合に、圧縮比を低下させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、圧縮比を低下させることによって、燃料噴射弁の燃料噴射圧と筒内の圧力差が大きくなるので、デポジットが噴射口から剥がれやすくなり、燃費を悪化させることなくデポジットの除去能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明が適用される筒内直接噴射式の内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図。
【図２】本発明が適用される内燃機関が備える可変圧縮比機構の概略構成を模式的に示した説明図。
【図３】デポジット領域で内燃機関を連続運転する際の一例を示すタイミングチャート。
【図４】デポジット領域で内燃機関を運転する際の制御の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用される筒内直接噴射式の内燃機関１の概略構成を示している。なお、内燃機関１は、例えばガソリンを燃料とするものである。
【００１０】
内燃機関１の燃焼室２には、吸気弁３を介して吸気通路４が接続されているとともに、排気弁５を介して排気通路６が接続されている。
【００１１】
吸気通路４には、電子制御式のスロットル弁７が配置されている。また、スロットル弁７の上流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ８が設けられている。エアフローメータ８の検出信号は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２０に入力されている。
【００１２】
吸気弁３は、バルブタイミングを可変可能な可変動弁機構９によって開閉駆動される。本実施例の可変動弁機構９は、吸気弁３の作動角及びリフト量を連続的に変更可能なリフト作動角可変機構と、吸気弁３の作動角の中心位相を連続的に変更可能な位相可変機構と、から構成されている。なお、可変動弁機構９は、上記リフト作動角可変機構と上記位相可変機構とから構成されるものに限定されるものではなく、例えば、上記位相可変機構のみから構成されるものであってもよい。また、吸気弁３は、バルブタイミングが常に一定となるいわゆる直動式の動弁機構によって開閉駆動されるものでもよい。
【００１３】
燃焼室２の頂部には、ピストン１０と対向するように点火プラグ１１が配置されている。この燃焼室２の吸気通路側の側部には、燃焼室２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１２が配置されている。
【００１４】
排気弁５を駆動する排気弁側の動弁機構は、直動式の駆動カム１３を用いたものであり、バルブタイミングが常に一定となっている。なお、排気弁５は、バルブタイミングを可変可能な可変動弁機構で開閉駆動するようにしてもよい。
【００１５】
ＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関１の種々の制御を行うものであって、各種のセンサからの信号を基に処理を行うようになっている。各種のセンサとしては、前述のエアフローメータ８のほかに、運転者により操作されるアクセルペダルの開度（踏込量）を検出するアクセル開度センサ２１、クランク角度と共に機関回転速度を検出可能なクランク角センサ２２、スロットル弁７の開度を検出するスロットルセンサ２３、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ２４、排気通路６に設けられた排気浄化用の図示せぬ触媒コンバータの上流側に配置された第１空燃比センサ２５、上記触媒コンバータの下流側に配置された第２空燃比センサ２６等がある。なお、空燃比センサ２５、２６は、空燃比のリッチ、リーンのみを検出する酸素センサであってもよく、あるいは空燃比の値に応じた出力が得られる広域型空燃比センサであってもよい。
【００１６】
そして、ＥＣＵ２０では、これらの検出信号に基づいて、燃料噴射弁１２の噴射量、噴射時期及び燃料噴射圧力や、点火プラグ１１による点火時期、可変動弁機構９によるバルブタイミング、スロットル弁７の開度などを制御する。
【００１７】
ここで、燃料噴射弁１２には、高圧燃料ポンプ（図示せず）により加圧された比較的高い圧力の燃料が燃圧可変部としての電磁弁１４を介して導入されている。電磁弁１４の開度はＥＣＵ２０からの制御指令に基づいて制御されており、運転条件に応じて電磁弁１４の開度を変更することで、燃料噴射弁１２に供給される燃圧を変化させることが可能となっている。なお、上記燃圧可変部は、電磁弁１４に限定されるものではなく、燃料噴射弁１２に供給される燃圧を変更可能であれば、電磁弁１４以外の構成であってもよい。
【００１８】
また、内燃機関１は、図２に示すように、シリンダブロック３１のシリンダ３２内を往復動するピストン１０の上死点位置を変更することで機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構３０を有している。
【００１９】
可変圧縮比機構３０は、ピストン１０とクランクシャフト３３のクランクピン３４とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストン−クランク機構を利用したものであって、クランクピン３４に回転可能に装着されたロアリンク３５と、このロアリンク３５とピストン１０とを連結するアッパリンク３６と、偏心軸部３８が設けられた制御軸３７と、偏心軸部３８とロアリンク３５とを連結するコントロールリンク３９と、を有している。
【００２０】
クランクシャフト３３は、クランク軸受ブラケット４０によってシリンダブロック３１に回転可能に支持されている。
【００２１】
アッパリンク３６は、一端がピストンピン４１に回転可能に取り付けられ、他端が第１連結ピン４２によりロアリンク３５と回転可能に連結されている。コントロールリンク３９は、一端が第２連結ピン４３によりロアリンク３５と回転可能に連結されており、他端が偏心軸部３８に回転可能に取り付けられている。
【００２２】
制御軸３７は、クランクシャフト３３と平行に配置され、かつシリンダブロック３１に回転可能に支持されている。詳述すると、制御軸３７は、クランク軸受ブラケット４０と制御軸受ブラケット４４との間に回転可能に支持されている。
【００２３】
そして、この制御軸３７は、歯車機構４５を介して電動モータからなるアクチュエータ４６によって回転駆動され、その回転位置が制御されている。アクチュエータ４６は、ＥＣＵ２０からの指令に基づき制御される。なお、制御軸３７を油圧アクチュエータによって回転駆動するようにしてもよい。
【００２４】
アクチュエータ４６により制御軸３７の回転位置を変更することで、コントロールリンク３９の揺動支点４７となる偏心軸部３８の位置が変化する。これにより、コントロールリンク３９によるロアリンク３５の姿勢が変化し、ピストン１０のピストンモーション（ストローク特性）、すなわちピストン１０の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、機関圧縮比が連続的に変更される。
【００２５】
内燃機関１は筒内直接噴射式であるため、機関回転数とトルクによって規定されるマップ上に、燃料噴射弁１２の噴射口１２ａにデポジットが付着堆積する可能性のあるデポジット領域が存在する。燃料噴射弁１２の噴射口１２ａにデポジットが付着すると、燃料噴射量にバラツキが生じ、エミッションが悪化し、上記触媒コンバータの劣化が促進される虞がある。
【００２６】
上記デポジット領域で内燃機関１を運転する場合、燃料噴射圧力を上昇させることや、点火プラグ１１による点火時期をリタードさせることは、デポジットは除去する上で有効である。
【００２７】
しかしながら、燃料噴射圧力を上昇させると、燃料噴射圧力と筒内圧（燃焼室２内の圧力）との圧力差が大きくなって、付着したデポジットが燃料噴射弁１２の噴射口１２ａから剥がれやすくなるものの、燃圧の上昇により燃料噴射量が相対的に増加して燃費が悪化してしまう。また、点火時期をリタードさせると、燃焼温度が低下するためデポジットの発生が抑制されるものの、燃費が悪化してしまう。
【００２８】
そこで、本実施例においては、上記デポジット領域での運転が所定時間Ｔ連続した時刻Ｈ１のタイミングで、図３に示すように、可変圧縮比機構３０により内燃機関１の圧縮比を所定の低圧縮比ε１まで低下させる。低圧縮比ε１は、上記デポジット領域で設定される可能性のある圧縮比よりも低い値であり、予め設定されているものである。
【００２９】
そして、圧縮比をε１に低下させてから所定時間ｔ１経過後の時刻Ｈ２のタイミングで、燃料噴射弁１２の噴射口１２ａにデポジットが付着しているか否かを判定するデポジット判定を実施する。
【００３０】
このデポジット判定は、排気空燃比の目標値に対するずれ量の学習値が予め設定された所定量α１以上となっている場合に、燃料噴射弁１２の噴射口１２ａのデポジットが除去されていないと判定するものであり、ＥＣＵ２０が実施するものである。つまり、ＥＣＵ２０がデポジット付着判定部に相当する。
【００３１】
このデポジット判定の結果、燃料噴射弁１２の噴射口１２ａのデポジットが除去されていると判定されると、図３中に実線で示すように、圧縮比の低下を終了する。燃料噴射弁１２の噴射口１２ａのデポジットが除去されていないと判定されると、図３中に破線で示すように、圧縮比をε１に維持しつつ、燃圧を所定の高燃圧Ｐ１に上昇させる。高燃圧Ｐ１は、上記デポジット領域で設定される可能性のある燃圧よりも高い値であり、予め設定されているものである。
【００３２】
そして、所定時間ｔ２経過後の時刻Ｈ３にタイミングで、上記デポジット判定を再度実施する。図３に破線で示す例では、時刻Ｈ３のタイミングで、デポジットが付着していないと判定されているため、時刻Ｈ３で圧縮比の低下を終了するとともに、燃圧の上昇を終了している。
【００３３】
このような本実施例においては、上記デポジット領域での運転が所定時間Ｔ連続すると、圧縮比を低下させ、燃料噴射弁１２の燃料噴射圧と燃焼室２（筒内）の圧力差を大きくしている。そのため、デポジットが燃料噴射弁１２の噴射口１２ａから剥がれやすくなり、燃費を悪化させることなくデポジットの除去能力を向上させることができる。また、圧縮比を低下させることにより燃焼温度が低下するので、燃料噴射弁１２の噴射口１２ａにおける燃料の変質が抑制され、デポジットの発生が抑制される。つまり、燃料噴射弁１２の噴射口１２ａに付着するデポジットを除去するにあたり、燃料噴射弁１２の燃料噴射圧力を上げることや、点火時期のリタードにより燃焼温度を下げることを行わずに、燃費の悪化やデポジットの発生を抑制しつつデポジットを除去できる。
【００３４】
そして、圧縮比を低下させてもデポジットが除去できない場合に限り、燃圧を上昇させて燃料噴射圧力を上昇させることで、燃費悪化を最小限に抑えつつ燃料噴射弁１２の噴射口１２ａに付着したデポジットの除去能力を向上させる。これによって、エミションの改善と燃費性能の改善との両立を図ることができる。
【００３５】
なお、上記デポジット判定として、排気空燃比が目標値（例えば理論空燃比）となるように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御時のフィードバック量が予め設定された所定量以上となっている場合に、デポジットが付着していると判定するようにしてもよい。上記デポジット判定における排気空燃比の目標値に対するずれ量の学習値や上記フィードバック量は、いずれも燃料噴射弁１２の噴射口１２ａに付着したデポジットが多くなるほど大きな値となるものである。
【００３６】
図４は、上述した実施例の制御の流れを示すフローチャートである。
【００３７】
Ｓ１では、上記デポジット領域での連続運転時間をモニタリングする。Ｓ２では、上記デポジット領域での連続運転時間が所定時間Ｔ以上であるか否かを判定する。上記デポジット領域での連続運転時間が所定時間Ｔ以上であればＳ３へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。
【００３８】
Ｓ３では、圧縮比を所定の低圧縮比ε１まで低下させ、この状態を所定時間ｔ１の間維持してＳ４へ進む。
【００３９】
Ｓ４では、上記デポジット判定を実施し、デポジットが燃料噴射弁１２の噴射口１２ａから除去されているか否かを判定する。デポジットが燃料噴射弁１２の噴射口１２ａから除去されていると判定された場合にはＳ５進み、デポジットが除去されていないと判定された場合にはＳ６へ進む。
【００４０】
Ｓ５では、低下させていた圧縮比を元に戻し、上記デポジット領域での連続運転時間のカウントをリセットする。
【００４１】
Ｓ６では、燃圧を所定の高燃圧Ｐ１まで上昇させ、この状態を所定時間ｔ２の間維持してＳ７へ進む。
【００４２】
Ｓ７では、上記デポジット判定を実施し、デポジットが燃料噴射弁１２の噴射口１２ａから除去されていると判定された場合にはＳ８進み、デポジットが除去されていないと判定された場合にはＳ６へ進む。つまり、燃料噴射弁１２の噴射口１２ａからデポジットが除去されるまで、圧縮比を低下させ、かつ燃圧を上昇させた状態が維持される。そのため、燃料噴射弁１２の噴射口１２ａに付着したデポジットは確実に除去されることになる。
【００４３】
Ｓ８では、低下させていた圧縮比と、上昇させていた燃圧をそれぞれ元に戻し、上記デポジット領域での連続運転時間のカウントをリセットする。
【００４４】
なお、圧縮比を所定の低圧縮比ε１まで低下させても、上記デポジット判定の結果、デポジットが燃料噴射弁１２の噴射口１２ａから除去されていないと判定された場合に、燃圧を所定の高燃圧Ｐ１まで上昇させるとともに、圧縮比を所定の低圧縮比ε１よりもさらに低い低圧縮比ε２まで低下させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…内燃機関
２…燃焼室
１０…ピストン
１１…点火プラグ
１２…燃料噴射弁
１２ａ…噴射口
１４…電磁弁
２０…ＥＣＵ
３０…可変圧縮比機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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