(57)【要約】【課題】デポジットにより燃料噴射量が変化しない場合においても、燃料噴霧形状の変化による燃焼悪化を判断し、燃焼悪化を防止する。【解決手段】燃焼状態を判定する運転条件下において点火時期を設定量だけ進角させ（Ｓ３）、ノック余裕度が減少したか否かを調べ（Ｓ４）、ノック余裕度が減少した場合、デポジット除去処理を実行し（Ｓ５）、再度、点火時期を進角させる（Ｓ６）。そして、ノック余裕度が改善されたか否かを調べ（Ｓ７）、ノック余裕度が改善された場合、燃焼悪化の原因がデポジットによる噴射燃料の噴霧形状の変化であると判断し（Ｓ８）、ノック余裕度が改善されなかった場合、燃焼悪化の原因はデポジット付着によるものではなく、インジェクタに異常により噴射燃料の微粒化特性が許容外に悪化したことが原因である判断する（Ｓ９）。【選択図】図３
2009209860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内にインジェクタから燃料を噴射し、火花点火により筒内の混合気を燃焼させる筒内燃料噴射エンジンの制御装置において、
運転状態に対応して設定される設定点火時期を所定の運転条件下で進角側に制御し、ノッキングが発生したときの点火時期と上記設定点火時期との差をノック余裕度として算出するノック余裕度算出部と、
上記ノック余裕度が減少したとき、上記インジェクタの燃料噴射孔近辺のデポジットを除去する処理を実行するデポジット除去処理部と
を有することを特徴とする筒内燃料噴射エンジンの制御装置。
【請求項２】
上記デポジットの除去処理後に上記ノック余裕度が増加しないとき、上記インジェクタが異常であると診断する異常診断部を更に有することを特徴とする請求項１記載の筒内燃料噴射エンジンの制御装置。
【請求項３】
気筒内にインジェクタから燃料を噴射し、火花点火により筒内の混合気を燃焼させる筒内燃料噴射エンジンの制御装置において、
ノッキングの検出結果に基づく点火時期のノック学習値を時系列的にモニタするノック学習値モニタ部と、
上記ノック学習値のモニタ結果が遅角側に変化しているとき、上記インジェクタの噴射孔近辺のデポジットを除去する処理を実行するデポジット除去処理部と
を有することを特徴とする筒内燃料噴射エンジンの制御装置。
【請求項４】
上記デポジットの除去処理後に上記ノック学習値が進角側に変化しないとき、上記インジェクタが異常であると診断する異常診断部を更に有することを特徴とする請求項３記載の筒内燃料噴射エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内にインジェクタから燃料を噴射し、火花点火により筒内の混合気を燃焼させる筒内燃料噴射エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射エンジンでは、筒内に燃料を噴射するインジェクタの先端部が燃焼ガスに曝されることから、インジェクタの先端部温度が上昇して燃料噴射孔近傍に、ガソリン等の燃料中の炭化成分がデポジットとして生成され易いという問題がある。
【０００３】
このデポジットが堆積すると、燃料噴射孔を狭めて噴射量を低下させるばかりでなく、噴霧特性が悪化して筒内の混合気分布が悪化し、燃焼悪化の原因となる。このため、従来から、デポジットの影響による燃焼悪化を防止する技術が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、空燃比フィードバック中の噴射パルス幅が初期設定値に対して予め定めた値を超えた場合に、燃料噴射圧力を上昇させることにより、燃料噴射弁（インジェクタ）の噴口部の燃料の貫通力を大きくし、デポジットを除去する技術が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、所定の燃焼条件より燃焼安定性の悪い燃焼条件における内燃機関の出力変動と所定の燃焼条件における内燃機関の出力変動との差に基づいて、燃料噴射弁及び／又は筒の内部へのデポジットの付着の有無を検出する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−３３９１９６号公報
【特許文献２】特開２００４−２２５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、燃料噴射パルス幅の変化に基づいてデポジットの堆積を検出しているため、デポジットが燃料噴射口を狭めるまで堆積して初めて有効であり、デポジットが燃料噴射口を狭めるに至らずとも噴霧形状が変化し、この噴霧形状の変化によって燃焼が悪化した場合に対応することは困難である。また、特許文献２では、デポジットによる噴霧形状の変化が出力変動に大きく影響するリーンバーンエンジンにのみ有効であり、適用範囲が限定されてしまう。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、デポジットにより燃料噴射量が変化しない場合においても、燃料噴霧形状の変化による燃焼悪化を判断し、燃焼悪化を防止することのできる筒内燃料噴射エンジンの制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明による筒内燃料噴射エンジンの制御装置は、気筒内にインジェクタから燃料を噴射し、火花点火により筒内の混合気を燃焼させる筒内燃料噴射エンジンの制御装置において、運転状態に対応して設定される設定点火時期を所定の運転条件下で進角側に制御し、ノッキングが発生したときの点火時期と上記設定点火時期との差をノック余裕度として算出するノック余裕度算出部と、上記ノック余裕度が減少したとき、上記インジェクタの燃料噴射孔近辺のデポジットを除去する処理を実行するデポジット除去処理部とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による筒内燃料噴射エンジンの制御装置は、気筒内にインジェクタから燃料を噴射し、火花点火により筒内の混合気を燃焼させる筒内燃料噴射エンジンの制御装置において、ノッキングの検出結果に基づく点火時期のノック学習値を時系列的にモニタするノック学習値モニタ部と、上記ノック学習値のモニタ結果が遅角側に変化しているとき、上記インジェクタの噴射孔近辺のデポジットを除去する処理を実行するデポジット除去処理部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、デポジットにより燃料噴射量が変化しない場合においても、燃料噴霧形状の変化による燃焼悪化を判断することができ、燃焼悪化を防止することができる。
【００１１】
ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の第１形態に係り、図１は筒内燃料噴射エンジンの全体構成を示す概略図、図２はデポジット判定処理に係る機能ブロック図、図３はデポジット判定ルーチンのフローチャートである。
【００１３】
図１において、符号１は、気筒内に燃料を直接噴射して火花点火により混合気を燃焼させる筒内燃料噴射エンジン（以下、単に「エンジン」と記載）である。このエンジン１のシリンダ１ａ内に、コンロッド２を介してクランクシャフト３に連結されるピストン４が往復自在に配設されている。ピストン４の上部には燃焼室５が形成され、この燃焼室５の傾斜ルーフ面に、吸気バルブ（図示せず）によって開閉される吸気ポート６と、排気バルブ（図示せず）によって開閉される排気ポート７とが形成されている。
【００１４】
燃焼室５の吸気ポート６と排気ポート７との間の略中央のルーフ面には、点火プラグ８が取り付けられ、この点火プラグ８の放電電極が燃焼室５内に臨まされている。また、燃焼室５の吸気側の傾斜ルーフ面には、高圧の燃料を燃焼室５内に直接噴霧するインジェクタ９が配設されている。このインジェクタ９は、高圧燃料ポンプ１０から高圧の燃料が供給される燃料デリバリパイプ１１に連通されている。
【００１５】
また、エンジン１の燃焼室５内に空気を吸入する吸気系の構成として、吸気ポート６がインテークマニホールド１２に連通され、このインテークマニホールド１２に、図示しないエアクリーナを介して吸入される空気の空気量を調整するスロットルバルブ１３が介装されている。スロットルバルブ１３の下流側には、エアチャンバ１４が接続されている。スロットルバルブ１３は、電動モータ等のアクチュエータ（図示せず）によって駆動される電子制御スロットル方式のスロットルバルブであり、その開度（スロットル開度）が電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって制御される。
【００１６】
一方、エンジン１の燃焼室５内に残留する排気ガスを排出する排気系の構成として、排気ポート７がエキゾーストマニホールド１５に連通され、このエキゾーストマニホールド１５に、排気ガスを浄化する触媒コンバータ１６が接続されている。エキゾーストマニホールド１５は、ＥＧＲバルブ（排気再循環バルブ）１７を介してインテークマニホールド１２のエアチャンバ１４に連通されている。ＥＧＲバルブ１７は、例えばステップモータ等によって駆動され、その開度（ＥＧＲ開度）が、スロットルバルブ１３と同様に、ＥＣＵ５０によって制御される。
【００１７】
また、エンジン１には、運転状態を検出する各種センサ類が備えられている。代表的には、クランクシャフト３と一体的に回転するクランクロータ３ａの外周近傍に配設され、クランクロータ３ａの回転からクランク角を検出するクランク角センサ２０、吸気バルブを開閉駆動するカム機構１８の近傍に配設され、カムの回転変位からカム角度を検出するカム角センサ２１、スロットルバルブ１３の上流側に接続されるエアクリーナ（図示せず）の直下流に配設され、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ２２、スロットルバルブ１３の近傍に配設され、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ２３、燃焼室５の周囲に形成されるウォータージャケット等に配設され、冷却水の温度を検出する水温センサ２４がある。
【００１８】
更に、センサ類として、アクセルペダルの近傍に配設され、アクセルペダルの踏み込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２５、燃料デリバリパイプ１１に配設され、燃料デリバリパイプ１１内の燃料圧力（すなわちインジェクタ９からの噴射圧）を検出する噴射圧センサ２６、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ２７が備えられ、これらの各種センサ類からの信号がＥＣＵ５０に送られて処理され、運転状態が検出される。
【００１９】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェイス等からなるマイクロコンピュータを中心として構成され、その他、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。ＥＣＵ５０には、上述の各種センサ類からの検出信号が入力され、また、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信プロトコルに基づく車内ネットワーク（図示せず）に接続される他の複数のＥＣＵ、例えば、変速機を制御するトランスミッションＥＣＵやブレーキを制御するブレーキＥＣＵ等の他の複数のＥＣＵとのデータ通信により各種制御情報が入力される。
【００２０】
ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態を検出する各種センサ類からの信号、車内ネットワークを介して入力される各種制御情報に基づいて、燃料噴射制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御等のエンジン制御を実行する。このエンジン制御においては、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ２０からの信号に基づくエンジン回転数とアクセル開度センサ２５からの信号に基づく要求負荷とを基本として、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等の制御量をマップ参照等により算出し、要求負荷を実現するに最適な吸入空気量，燃料噴射量，点火時期等の制御量を設定する。そして、これらの制御量に対応する駆動信号を出力し、インジェクタ９から筒内に直接燃料を噴射すると共にアクチュエータを介してスロットルバルブ１３の開度を制御し、最適なタイミングで点火プラグ８の放電電極に火花放電を発生させて筒内の混合気に着火することで、排気ガスエミッションの低減を図りつつトルクを確保すると共に、ノッキングの発生を回避するようにしている。
【００２１】
このとき、ＥＣＵ５０は、インジェクタ９の燃料噴射孔周辺に付着するデポジットの影響による燃焼悪化を防止するため、所定の運転状態下において、デポジットの付着を判断する処理を実行する。このデポジットの付着による燃焼悪化は、デポジットによって噴射燃料量が減少する場合、インジェクタ９の駆動パルス幅の変化、空燃比偏差、出力変動（エンジン回転変動やトルク変動）等のパラメータを監視することで判断することができるが、燃料量の変化を伴わない噴霧形状の変化による燃焼悪化は、これらのパラメータから判断することは困難である。
【００２２】
このため、ＥＣＵ５０は、筒内燃料噴射エンジンの筒内冷却効果の悪化によるノッキング発生を監視することで、デポジットに起因する噴霧形状の変化による燃焼悪化をも防止するようにしている。すなわち、噴射燃料を吸入空気と混合させて燃焼させる内燃エンジンでは、噴射燃料が吸入空気中で蒸発する際に噴射燃料の蒸発潜熱によって吸入空気が冷却され、吸入空気の密度が増加する現象が生じる。特に、筒内燃料噴射エンジンでは、筒内に充填された空気が筒内に噴射された燃料の蒸発潜熱で冷却される筒内冷却効果が大きく、点火時期もこの冷却効果を考慮した値に設定されている。
【００２３】
しかしながら、インジェクタの噴射孔周辺にデポジットが堆積して噴霧形状が変化し、燃料が効率的に筒内に分散しなくなると、空気との混合が不均一となって筒内冷却効果が相対的に小さくなり、デポジットの付着が無い場合の筒内冷却効果を考慮した点火時期では、ノッキングが発生し易くなる。そこで、ＥＣＵ５０は、ノックセンサ２７の出力に基づいてデポジットの堆積を推定し、燃焼悪化を確実に防止する処理を実行する。
【００２４】
このため、ＥＣＵ５０には、デポジット判定に係る各手段の機能として、図２に示すように、ノック余裕度算出部５１，デポジット除去処理部５２，異常診断部５３を有している。
【００２５】
ノック余裕度算出部５１は、エンジン回転数と燃料噴射量や吸入空気量等の負荷とに基づいて運転状態に対応して設定される設定点火時期を、所定の運転条件下で進角させ、ノッキングの検出結果に基づいてノック余裕度を算出する。ノック余裕度は、ノッキングが発生したときの点火時期と運転状態に対応した設定点火時期との差であり、現在の燃焼状態がノッキングが発生する燃焼状態までにどの程度余裕があるかを示す指標となる。
【００２６】
デポジット除去処理部５２は、ノック余裕度算出部５１で算出されたノック余裕度を読み込み、所定の運転条件下での点火時期進角によってノック余裕度が減少したとき、インジェクタ９からの噴射燃料の噴霧形状が悪化して燃焼が悪化しているとの判断の基にインジェクタ９の燃料噴射孔近辺のデポジットを除去する処理を実行する。このデポジット除去処理は、例えば、インジェクタ９の燃料噴射圧を上昇させる、燃料噴射量を増量する、燃料噴射時期を変更する等の条件を単独或いは組み合わせて実行する。
【００２７】
異常診断部５３は、デポジットの除去処理前後のノック余裕度の変化を調べ、点火時期進角によって減少したノック余裕度がデポジット除去処理を実行しても増加しないとき、インジェクタ９にバルブ油密不良等の異常が発生していると判断する。
【００２８】
以上のデポジット判定に係る処理は、具体的には、図３のフローチャートに示すデポジット判定ルーチンによって実行される。以下、図３のデポジット判定ルーチンについて説明する。
【００２９】
先ず、最初のステップＳ１において、現在の運転状態が燃焼状態を判定する運転条件下にあるか否かを調べる。この燃焼状態判定の運転条件は、運転状態に対応した通常の点火時期を漸次的に進角させてゆき、ノッキングが発生したときの点火時期と通常の点火時期との差であるノック余裕度を調べる運転条件であり、ドライブフィールを悪化させることのない運転時、例えば中負荷域の定常運転時等に設定される条件である。そして、既に燃焼状態判定の運転条件下にある場合には、ステップＳ１からステップＳ３へジャンプし、燃焼状態判定の運転条件下でない場合、ステップＳ２で、点火時期進角量等の運転条件を設定してステップＳ３へ進む。
【００３０】
ステップＳ３では、現在の点火時期を設定量だけ進角させ、ステップＳ４でノックセンサ２７からの信号に基づいてノック余裕度が減少したか否かを調べる。その結果、ノック余裕度が減少していない場合には、ルーチンを抜け、ノック余裕度が減少した場合、ノッキングが発生し易い燃焼状態へ悪化していると判断し、ステップＳ５でデポジット除去処理を実行する。
【００３１】
このデポジット除去処理は、燃焼悪化の原因としてインジェクタ９の噴射孔周辺にデポジットが付着している場合に備えて実行される処理であり、例えば、燃料デリバリパイプ１１内の燃料圧力や噴射時期を変更してインジェクタ９からの噴射圧を上昇させたり、燃料噴射量の増量や噴射時期を変更して筒内燃焼温度を上昇させる等の処理を行う。このデポジット除去処理により、インジェクタ９にデポジットが付着している場合、デポジットを高圧で吹き飛ばしたり噴射孔近辺の混合気の燃焼温度を上昇させてデポジットを焼却する等して、デポジットを効果的に除去することができる。
【００３２】
ステップＳ５でのデポジット除去処理を実行した後は、ステップＳ６へ進み、再度、点火時期を進角させる。次に、ステップＳ７でデポジット除去処理によってノック余裕度が改善されたか否か（減少したノック余裕度が増加したか否か）を調べる。そして、デポジット除去処理により、ノック余裕度が改善された場合には、ステップＳ８で燃焼悪化の原因がデポジットによる噴射燃料の噴霧形状の変化であると判断してルーチンを抜ける。
【００３３】
一方、デポジット除去処理を実行してもノック余裕度が改善されなかった場合には、ステッププＳ７からステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、燃焼悪化の原因は、インジェクタ９へのデポジット付着によるものではなく、インジェクタ９自体のバルブ油密不良により、インジェクタ９から粗大粒径の燃料が筒内に噴射されて液滴となり、噴射燃料の微粒化特性が許容外に悪化したことが原因であると判断し、ルーチンを抜ける。
【００３４】
尚、このインジェクタのバルブ油密状態が設定回数不良であると判断された場合には、バルブ油密不良がゴミ等の付着による一時的なものではなく回復しない故障であると判断し、チェックエンジンランプを点灯する等の異常処理を行う。
【００３５】
このように、本実施の形態においては、デポジットの堆積量がインジェクタの燃料噴射孔を狭める程でない場合においても、燃料噴霧形状の変化による燃焼悪化を判断してデポジットを除去することができ、エンジンの燃焼状態を常に良好に維持して排気エミッションの向上に寄与することができる。
【００３６】
次に、本発明の実施の第２形態について説明する。図４及び図５は本発明の実施の第２形態に係り、図４はデポジット判定処理に係る機能ブロック図、図５はデポジット判定ルーチンのフローチャートである。
【００３７】
第２形態は、ノッキングの検出結果に基づく点火時期のノック学習値を時系列的にモニタし、燃焼状態の変化を調べるものである。このため、第２形態では、第１形態に対して、図４に示すように、ノッキングの検出結果に基づく点火時期のノック学習値を時系列的にモニタするノック学習値モニタ部５５を追加し、機能を若干変更したデポジット除去処理部５２Ａと異常診断部５３Ａとを有している。
【００３８】
周知のように、エンジンの点火時期制御においては、ノッキングが発生した場合、点火時期を遅角させてエンジンの出力を抑制することでノッキングを回避するようにしており、ノッキングの発生の有無に応じて点火時期の進角や遅角量を学習する学習制御を取入れることが一般的である。従って、このノッキングに基づく点火時期の学習値（ノック学習値）の時系列的な変化をモニタすることにより、現在の燃焼状態を把握することができ、ノック学習値が時系列的に遅角側に変化しているときには、ノッキングが発生し易い燃焼状態にあると判断することができる。
【００３９】
従って、デポジット除去処理部５２Ａは、ノック学習値のモニタ結果に基づいて、ノック学習値が時系列的に遅角側に変化しているとき、燃焼状態が悪化していると判断し、第１形態と同様のデポジット除去処理を実行する。
【００４０】
異常診断部５３Ａは、遅角側に変化したノック学習値がデポジット除去処理によって進角側に変化して改善されるか否かを調べ、ノック学習値が改善されるときには、燃焼悪化の原因は、デポジットによるものであると判断し、ノック学習値が改善されないとき、インジェクタ９にバルブ油密不良等の異常が発生していると破断する。
【００４１】
具体的には、図５のデポジット判定ルーチンの最初のステップＳ１１において、ノック学習値をモニタし、ステップＳ１２でノック学習値のモニタ結果が時系列的に遅角側に変化しているか否かを調べる。ノック学習値の遅角側への変化がない場合には、ステップＳ１２からルーチンを抜け、ノック学習値が遅角側に変化しているとき、燃焼状態が悪化してノッキングが発生し易くなっていると判断し、ステップＳ１３へ進む。
【００４２】
ステップＳ１３では、第１形態と同様、燃焼悪化の原因がインジェクタ９へのデポジット付着による噴霧形状の悪化であるとして、デポジットを除去する処理を実行する。そして、ステップＳ１４で、再度、ノック学習値をモニタし、ステップＳ１５でデポジット除去処理によってノック学習値が改善されたか否か（遅角側に変化していたノック学習値がデポジット除去処理によって進角側に変化したか否か）を調べる。
【００４３】
その結果、デポジット除去処理により、ノック学習値が改善された場合には、ステップＳ１６で燃焼悪化の原因がデポジットによる噴射燃料の噴霧形状の変化であると判断してルーチンを抜ける。一方、デポジット除去処理を実行してもノック学習値が改善されなかった場合には、ステッププＳ１５からステップＳ１７へ進み、燃焼悪化の原因は、インジェクタ９へのデポジット付着によるものではなく、インジェクタ９自体のバルブ油密不良により、インジェクタ９から粗大粒径の燃料が筒内に噴射されて液滴となり、噴射燃料の微粒化特性が許容外に悪化したことが原因である判断し、ルーチンを抜ける。
【００４４】
第２形態では、第１形態と同様の効果を得られるばかりでなく、点火時期を進角させて燃焼状態を調べる第１形態の能動的な判定制御に比較し、ノック学習値の時系列変化をモニタするという受動的な判定を行うため、判定処理を簡素化できると共に、運転状態に依存することなく判定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の第１形態に係り、筒内燃料噴射エンジンの全体構成を示す概略
【図２】同上、デポジット判定処理に係る機能ブロック図
【図３】同上、デポジット判定ルーチンのフローチャート
【図４】本発明の実施の第２形態に係り、デポジット判定処理に係る機能ブロック図
【図５】同上、デポジット判定ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
【００４６】
１  エンジン
９  インジェクタ
２７  ノックセンサ
５０  電子制御ユニット
５１  ノック余裕度算出部
５２，５２Ａ  デポジット除去処理部
５３，５３Ａ  異常診断部
５５  ノック学習値モニタ部
【図１】
2009209860.tif 000003
【図２】
2009209860.tif 000004
【図３】
2009209860.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009209860.tif 000007