(57)【要約】【課題】硫黄分を多く含む燃料によるデポジットの噴孔部への堆積を効果的に防止するエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】エンジンの気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁13と、燃料中の硫黄の含有量を検出する硫黄検出センサ45と、燃料噴射弁の噴孔部の温度を算定する温度算定部6aと、噴孔部の温度を昇降させるように動作する点火プラグ15、吸気側の可変バルブタイミング機構31および高圧燃料ポンプ133とを備える。更に、硫黄検出センサの値に基づいて算定された燃料中の硫黄の含有量が所定値を超え、かつ温度算定部により算定された噴孔部の温度が所定値未満のときに、点火プラグの点火時期を進角側に制御し、かつ吸気側の可変バルブタイミング機構による吸気バルブ16のバルブタイミングを進角側に制御するとともに、高圧燃料ポンプによる供給燃料の圧力を高圧側に制御して、噴孔部の温度を上昇させるＥＣＵ6を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
燃料中における硫黄の含有量を検出する硫黄検出手段と、
上記燃料噴射弁の噴孔部の温度を検出する温度検出手段と、
上記燃料噴射弁の噴孔部の温度を昇降させるように動作する実行手段と、
上記硫黄検出手段により検出された硫黄の含有量が所定値を超え、かつ上記温度検出手段により検出された上記燃料噴射弁の噴孔部の温度が所定値よりも低いときに、上記実行手段により上記燃料噴射弁の噴孔部の温度を上昇させるように制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
上記硫黄検出手段としては、上記気筒から排出された排気ガス中における硫黄の含有量に基づいて燃料中の硫黄の含有量を検出する排気ガス中硫黄検出手段が適用されてい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、燃料噴射弁から気筒内に燃料を直接噴射供給する筒内噴射式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、筒内噴射式の内燃機関では、その気筒内に燃料噴射弁から燃料を直接噴射供給することによって、理論空燃比よりも極めてリーンな空燃比での燃焼、いわゆる成層燃焼を実現するようにしている。
【０００３】
しかし、このような筒内噴射式の内燃機関では、燃料噴射弁の噴孔部の温度が低いと、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部が燃焼することなく噴孔部に付着したままの状態になることがある。このように燃料が噴孔部に付着すると、その付着した燃料の揮発成分が燃料噴射弁の熱によって蒸発し、同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になる。このため、燃料噴射弁の噴孔部の温度を高く設定して、噴孔部の温度低下を抑制し、デポジットの堆積を抑制するようにしている。この場合、噴孔部は、燃料の最終噴射経路の下流端に開口する噴孔と、その最終噴射経路の上流端に対し着座または離座して噴孔を開閉させるニードルとを含んで構成されるものであり、デポジットは、噴孔のみならずニードル付近にも堆積する（以下、噴孔部については、同様である）。
【０００４】
一方、燃料噴射弁の噴孔部の温度があまりにも高く設定されていると、燃料中における酸化物の生成が促進され、温度上昇とともにデポジットの堆積量も多くなるおそれがある。
【０００５】
そこで、従来より、燃料噴射弁の噴孔部に堆積するデポジットを低減させる上で、燃料噴射弁の噴孔部に冷却水通路を設けて積極的に噴孔部を冷却して、燃料噴射弁の噴孔部の温度を１７０°Ｃ以下に設定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２６４２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、海外輸出される自動車などに搭載される内燃機関にあっては、その輸出先での燃料事情によって弊害が生ずることがある。たとえば、中近東、アフリカ諸国や中国などにおいて使用される内燃機関の燃料には、その燃料に含まれる硫黄分が国内の基準値を大きく超えることがある。
【０００７】
その場合、燃料中に硫黄分が多く含まれていると、燃料噴射弁の噴孔部が冷却されて温度が１２０°Ｃを下回ると、硫黄分由来の燃焼生成物である硫酸アンモニアを生成し、これが噴孔部にデポジットとなって堆積することになる。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、硫黄分を多く含む燃料から生成された硫酸アンモニアよりなるデポジットの噴孔部への堆積を効果的に防止することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の制御装置として、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、燃料中における硫黄の含有量を検出する硫黄検出手段と、上記燃料噴射弁の噴孔部の温度を検出する温度検出手段と、上記燃料噴射弁の噴孔部の温度を昇降させるように動作する実行手段とを備える。そして、上記硫黄検出手段により検出された硫黄の含有量が所定値を超え、かつ上記温度検出手段により検出された上記燃料噴射弁の噴孔部の温度が所定値よりも低いときに、上記実行手段により上記燃料噴射弁の噴孔部の温度を上昇させるように制御する制御手段を備えている。
【００１０】
この特定事項により、硫黄検出手段により検出された硫黄の含有量が所定値（例えば数百ｐｐｍ）を超え、かつ温度検出手段により検出された燃料噴射弁の噴孔部の温度が所定値（例えば１２０°Ｃ）よりも低いときに、制御手段により実行手段を動作させて燃料噴射弁の噴孔部の温度を上昇させるようにしている。これにより、燃料中に硫黄分が所定値以上含有していても、各燃料噴射弁の噴孔部の温度が所定値を下回ることがなく、硫黄分由来の燃焼生成物である硫酸アンモニアの生成が抑制され、噴孔部にデポジットとなって堆積することが効果的に防止されることになる。
【００１１】
しかも、燃料噴射弁の噴孔部の温度が所定値（例えば１２０°Ｃ）を下回った際の排気性能の悪化や、アイドル時の失火も抑制することが可能となる。
【００１２】
また、上記硫黄検出手段として、上記気筒から排出された排気ガス中における硫黄の含有量に基づいて燃料中における硫黄の含有量を検出する排気ガス中硫黄検出手段を適用している場合には、硫黄検出手段が比較的簡易にかつコンパクトに構成され、実施する上で非常に有利なものとなる。
【発明の効果】
【００１３】
以上、要するに、硫黄の含有量が所定値を超え、かつ燃料噴射弁の噴孔部の温度が所定値よりも低いときに、実行手段を動作させて燃料噴射弁の噴孔部の温度を上昇させるようにすることで、燃料中に硫黄分が所定値以上含有していても、硫酸アンモニアの生成を抑制し、デポジットとなって噴孔部に堆積することを効果的に防いで、噴孔部への堆積による悪影響を防止することができる。しかも、燃料噴射弁の噴孔部の温度が所定値を下回った際の排気性能の悪化や、アイドル時の失火も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】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１および図２はエンジン制御システム全体の概略構成を示している。図１において、内燃機関としてのガソリンエンジン１（以下、エンジンと称する）は４つの気筒１ａ，１ａ，…を備えている。これらの気筒１ａ，１ａ，…は、それぞれ対応する吸気枝管１０，１０，…を介してサージタンク２０に接続されている。このサージタンク２０は、図２に示すように、吸気ダクト１１を介してエアフローメータ２１に接続され、エアフローメータ２１はエアクリーナ２２に接続されている。吸気ダクト１１内には、ＤＣモータ等のモータ２３によって駆動されるスロットルバルブ２４が設けられ、このスロットルバルブ２４の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ２５によって検出されている。
【００１６】
そして、図１に示すように、エンジン１の各気筒１ａの上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１３が取り付けられている。この燃料噴射弁１３は共通の燃料分配管１３１に接続され、この燃料分配管１３１は、その燃料分配管１３１に向けて流通可能な逆止弁１３２を介して高圧燃料ポンプ１３３に接続されている。この高圧燃料ポンプ１３３の吐出側は、スピル電磁弁１３４を介して高圧燃料ポンプ１３３の吸入側に接続されている。このスピル電磁弁１３４は、後述するＥＣＵ６からの制御信号によって制御され、スピル電磁弁１３４の開度が小さくなるに従って高圧燃料ポンプ１３３から燃料分配管１３１内に供給される燃料量が増大される一方、スピル電磁弁１３４が全開すると高圧燃料ポンプ１３３から燃料分配管１３１内への燃料供給が停止される。また、高圧燃料ポンプ１３３は燃料圧レギュレータ１３５を介して低圧燃料ポンプ１３６に接続され、低圧燃料ポンプ１３６は燃料フィルタ１３７を介して燃料タンク１３８に接続されている。燃料圧レギュレータ１３５は低圧燃料ポンプ１３６から吐出された燃料の燃料圧が予め設定された設定燃料圧よりも高くなると低圧燃料ポンプ１３６から吐出された燃料の一部を燃料タンク１３８に戻し、これによって高圧燃料ポンプ１３３に供給される燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを防止している。
【００１７】
また、図２に示すように、エンジン１のシリンダヘッド１４には、各気筒１ａ毎に点火プラグ１５が取り付けられ、各点火プラグ１５の火花放電によって各気筒１ａ内の混合気に着火される。また、エンジン１の吸気バルブ１６と排気バルブ１７には、それぞれ開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構３１，３２が設けられている。
【００１８】
エンジン１のシリンダブロック１８には、冷却水温を検出する冷却水温センサ４２が取り付けられている。また、クランク軸（図示せず）の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ４３が取り付けられている。
【００１９】
一方、エンジン１の各気筒１ａは、共通の排気マニホールド１２を介して排気管１９に連結されている。この排気管１９には、排出ガスを浄化する上流側触媒５１と下流側触媒５２が設けられ、上流側触媒５１の上流側に、排出ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ４４が設けられているとともに、排気ガス中における硫黄の含有量を検出する排気ガス中硫黄検出手段としての硫黄検出センサ４５（硫黄検出手段）が設けられている。上記硫黄検出センサ４５としては赤外線吸収方式のものが用いられている。そして、本実施形態では、上流側触媒５１としては理論空燃比付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が用いられ、下流側触媒５２としてはＮＯｘ吸蔵還元型触媒が用いられている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５２は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。
【００２０】
また、排気管１９のうちの上流側触媒５１の下流側と、吸気ダクト１１のうちのスロットルバルブ２４の下流側のサージタンク２０との間には、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管１１１が接続され、このＥＧＲ配管１１１の途中には排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁１１２が設けられている。このＥＧＲ弁１１２は、図３に示すように、制御手段としてのエンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）６によって制御されている。
【００２１】
ＥＣＵ６は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス６１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）６２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６４、入力ポート６５および出力ポート６６を具備している。エアフローメータ２１は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ２１の出力電圧はＡＤ変換器６７を介して入力ポート６５に入力されている。また、燃料分配管１３１には燃料分配管１３１内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４０が取付けられ、この燃料圧センサ４０の出力電圧はＡＤ変換器６８を介して入力ポート６５に入力される。更に、硫黄検出センサ４５は、排気ガス中の硫黄の含有量に比例した出力電圧を発生し、この硫黄検出センサ４５の出力電圧はＡＤ変換器６９を介して入力ポート６５に入力され、ＥＣＵ６によって燃料中の硫黄の含有量が算定される。
【００２２】
また、酸素濃度センサ４４は排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生し、この酸素濃度センサ４４の出力電圧はＡＤ変換器７０を介して入力ポート６５に入力されている。冷却水温センサ４２は冷却水温に比例した出力電圧を発生し、この冷却水温センサ４２の出力電圧はＡＤ変換器７１を介して入力ポート６５に入力されている。更に、クランク角センサ４３は入力ポート６５に接続され、このクランク角センサ４３からの出力信号（パルス信号）に基づいてクランク角やエンジン回転速度が算定される。一方、出力ポート６６は、対応する駆動回路４７を介してモータ２３、各燃料噴射弁１３、高圧燃料ポンプ１３３、スピル電磁弁１３４、点火プラグ１５、ＥＧＲ弁１１２、吸気側および排気側の可変バルブタイミング機構３１，３２に接続されている。そして、ＥＣＵ６は、ＲＯＭ６２に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて各燃料噴射弁１３の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ１５の点火時期等を制御すると共に、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構３１，３２を制御して、吸気バルブ１６と排気バルブ１７の実バルブタイミングを目標バルブタイミングに一致させるように制御する。また、ＥＣＵ６は、エンジン運転状態（要求トルクやエンジン回転速度等）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で各気筒１ａ内に直接噴射して点火プラグ１５の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させている。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で各気筒１ａ内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高めている。
【００２３】
更に、ＥＣＵ６は、均質燃焼モードの運転中に吸気バルブ１６と排気バルブ１７の両方が開いているバルブオーバーラップの有無を判定し、バルブオーバーラップがあるときには燃料噴射時期をバルブオーバーラップ期間内に設定する一方、バルブオーバーラップがないときには燃料噴射時期を吸気バルブ１６の開弁タイミング又はその付近に設定するようにしている。
【００２４】
また、ＥＣＵ６は、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を検出する温度検出手段としての温度算定部６ａを備えている。この温度算定部６ａは、エアフローメータ２１により検出された吸入空気量、点火プラグ１５の点火時期、および吸気側の可変バルブタイミング機構３１の制御値を用いて燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を算定している。この場合、点火プラグ１５は、ＥＣＵ６によって点火時期を遅角側または進角側に制御することで、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を昇降させるように動作する実行手段としての機能を有している。また、吸気側の可変バルブタイミング機構３１は、ＥＣＵ６によって吸気バルブ１６のバルブタイミングを進角側または遅角側に制御することで、バルブオーバラップを増減させて燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を昇降させるように動作する実行手段としての機能を有している。更に、高圧燃料ポンプ１３３は、ＥＣＵ６によって燃料分配管１３１へ供給される燃料の燃料圧力を高圧側または低圧側に制御することで、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａを通過する燃料による摩擦熱および冷却効果により同噴孔部１３ａの温度を昇降させるように動作する実行手段としての機能を有している。
【００２５】
そして、ＥＣＵ６は、硫黄検出センサ４５により検出された排気ガス中における硫黄の含有量が所定値（例えば４００ｐｐｍ）を超え、かつ温度算定部６ａにより算定された燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値（例えば１２０°Ｃ）未満であるときに、点火プラグ１５の点火時期を進角側に制御し、かつ吸気側の可変バルブタイミング機構３１による吸気バルブ１６のバルブタイミングを進角側に制御してバルブオーバラップを減少させるとともに、高圧燃料ポンプ１３３による燃料分配管１３１への供給燃料の圧力を高圧側に制御することで、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を上昇させるようにしている。
【００２６】
ここで、ＥＣＵ６による燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を上昇させる制御の流れを図４に基づいて説明する。
【００２７】
まず、図４のステップＳＴ１において、硫黄検出センサ４５により検出された排気ガス中における硫黄の含有量が所定値（例えば４００ｐｐｍ）を超えているか否かを判定する。このステップＳＴ１の判定が、排気ガス中における硫黄の含有量が所定値を超えているＹＥＳの場合には、ステップＳＴ２において、温度算定部６ａにより、エアフローメータ２１により検出された吸入空気量、点火プラグ１５の点火時期、および吸気側の可変バルブタイミング機構３１の制御値を用いて燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を算定する。
【００２８】
次いで、ステップＳＴ３において、温度算定部６ａにより算定された燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値（例えば１２０°Ｃ）未満であるか否かを判定する。このステップＳＴ３の判定が、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値（例えば１２０°Ｃ）未満であるＹＥＳの場合には、ステップＳＴ４において、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を上昇させる制御を実行する。つまり、点火プラグ１５の点火時期を進角側に制御し、かつ吸気側の可変バルブタイミング機構３１による吸気バルブ１６のバルブタイミングを進角側に制御してバルブオーバラップを減少させるとともに、高圧燃料ポンプ１３３による燃料分配管１３１への供給燃料の圧力を高圧側に制御する。
【００２９】
一方、上記ステップＳＴ１の判定が、排気ガス中における硫黄の含有量が所定値未満であるＮＯの場合、および上記ステップＳＴ３の判定が、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値（例えば１２０°Ｃ）以上であるＮＯの場合には、共にステップＳＴ５に進み、このステップＳＴ５において、通常の運転制御を実行する。
【００３０】
その後、ステップＳＴ６において、温度算定部６ａにより算定された燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値未満であるか否かを判定し、このステップＳＴ６の判定が、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値未満であるＹＥＳの場合には、上記ステップＳＴ４に戻って、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を上昇させる制御を繰り返す。一方、上記ステップＳＴ６の判定が、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値以上であるＮＯの場合には、上記ステップＳＴ５に進む。
【００３１】
したがって、上記実施形態では、硫黄検出センサ４５により検出された排気ガス中における硫黄の含有量が所定値（例えば４００ｐｐｍ）を超え、かつ温度算定部６ａにより算定された燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値（例えば１２０°Ｃ）未満であるときに、ＥＣＵ６により燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を上昇させる制御を実行、つまり、点火プラグ１５の点火時期を進角側に制御し、かつ吸気側の可変バルブタイミング機構３１による吸気バルブ１６のバルブタイミングを進角側に制御してバルブオーバラップを減少させるとともに、高圧燃料ポンプ１３３による燃料分配管１３１への供給燃料の圧力を高圧側に制御することで、各燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を上昇させるようにしている。これにより、燃料中に硫黄分が所定値以上含有していても、各燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値（１２０°Ｃ）を下回ることがなく、硫黄分由来の燃焼生成物である硫酸アンモニアの生成が抑制され、デポジットとなって噴孔部１３ａに堆積することを効果的に防いで、噴孔部１３ａへの堆積による悪影響を防止することができる。しかも、燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度が所定値を下回った際の排気性能の悪化や、アイドル時の失火も抑制することができる。
【００３２】
また、排気ガス中における硫黄の含有量が赤外線吸収方式の硫黄検出センサ４５により検出されるので、硫黄検出手段が比較的簡易にかつコンパクトに構成され、実施する上で非常に有利なものとなる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、ＥＣＵ６により各燃料噴射弁１３の噴孔部１３ａの温度を上昇させる制御を、点火プラグ１５の点火時期の進角側への制御、吸気側の可変バルブタイミング機構３１による吸気バルブ１６のバルブタイミングの進角側への制御、および高圧燃料ポンプ１３３による供給燃料の圧力の高圧側への制御により行ったが、これらのうちの少なくとも１つの制御により各燃料噴射弁の噴孔部の温度を上昇させるようにしてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、排気ガス中における硫黄の含有量を赤外線吸収方式の硫黄検出センサ４５により検出したが、これに限定されるものではなく、排気ガス中における硫黄の含有量を溶液導電率方式、紫外線吸収方式、炎光光度方式、または定電位電解方式などの排気ガス中硫黄検出手段が用いられていてもよい。また、これに代えて、燃料中における硫黄の含有量を燃料中から直接検出する硫黄検出手段であってもよく、微量電量滴定式酸化法、放射線励起法、または放射線式透過法などが適用される。
【００３５】
更に、上記実施形態では、４つの気筒１ａ，１ａ，…を備えたガソリンエンジン１に適用した場合について述べたが、ディーゼルエンジンにも適用できるのはいうまでもない。また、単気筒もしくは４気筒を除く複数気筒のエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置を適用したエンジンおよび燃料供給系統の概略構成を示す概略構成図である。
【図２】エンジン制御システム全体の概略構成を示す概略構成図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】ＥＣＵによる燃料噴射弁の噴孔部の温度を上昇させる制御の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３７】
１        エンジン（内燃機関）
１ａ      気筒
１３      燃料噴射弁
１３ａ    噴孔部
１３３    高圧燃料ポンプ（実行手段）
１５      点火プラグ（実行手段）
３１      吸気側の可変バルブタイミング機構（実行手段）
４５      硫黄検出センサ（排気ガス中硫黄検出手段、硫黄検出手段）
６        ＥＣＵ（制御手段）
６ａ      温度算定部（温度検出手段）
【図１】
2009250160.tif 000003
【図２】
2009250160.tif 000004
【図３】
2009250160.tif 000005
【図４】
2009250160.tif 000006