JPWO2018216150A1 - 内燃機関の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグと、を備える内燃機関の制御方法は、機関始動時における機関回転速度の実際の変化の挙動である実挙動を、予め設定した基準挙動と比較し、実挙動が基準挙動と異なる場合に、燃料噴射弁の先端に付着物があると判断する。

Description

本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグとを備える内燃機関の制御方法及び制御装置に関する。

筒内に直接燃料を噴射する、いわゆる筒内直噴の内燃機関においては、燃料噴射弁の先端が燃焼室内に露出しており、筒内の燃焼の影響を受け易いため、燃料噴射弁の先端部にデポジットが堆積し易い。そして、堆積したデポジットが燃料噴霧の進路の一部を塞ぐと、実際の噴霧パターンが設計時のパターン（以下、基準パターンともいう）からずれてしまう。

ところで、内燃機関の冷間始動後に、点火プラグ周りに成層混合気を形成し、かつ点火時期を圧縮上死点以降まで遅角させる、ファストアイドル制御が知られている。従来は、ピストンに設けたキャビティに燃料噴霧を反射させて点火プラグ周りに成層混合気を形成するウォールガイド式が主流であったが、ウォールガイド式では衝突した燃料の一部がピストンの冠面に残留し易く、残留した燃料が燃焼して煤が生成されるおそれがある。このため、排気性能に対する要求がますます高まっている近年では、点火プラグ周りに向けて燃料を噴射して成層混合気を形成するスプレーガイド式が注目されている。

しかし、ウォールガイド式においては、噴霧パターンに多少のずれが生じてもキャビティに衝突すれば燃料噴霧は点火プラグ周りに進むのに対し、スプレーガイド式においては、ウォールガイド式のような噴霧パターンのずれを修正する機能がない。このため、スプレーガイド式では、噴霧パターンが基準パターンからずれると、燃焼安定性を確保することが困難になる。

この問題を解決するための制御として、ＪＰ ２０１２−８７６６８ Ａ１には、燃料噴射回数が所定値を超えた場合に燃料噴射弁にデポジットが付着したと判定し、デポジットを除去するための制御を実行するものが開示されている。

しかしながら、上記文献のように燃料噴射回数を用いる判定方法では、デポジットが付着しているか否かを正確に判定することはできない。

そこで本発明では、燃料噴射弁の先端にデポジットが付着しているか否かを正確に判定することが可能な制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグと、を備える内燃機関の制御方法が提供される。当該制御方法では、機関始動時における機関回転速度の実際の変化の挙動である実挙動を、予め設定した基準挙動と比較し、実挙動が基準挙動と異なる場合に、燃料噴射弁の先端に付着物があると判断する。

図１は、内燃機関システムの全体構成の説明図である。 図２は、プラグ近傍における流動付与の説明図である。 図３は、燃料噴射弁の噴射形態を示す図である。 図４は、噴霧ビームについて説明するための図である。 図５は、点火プラグと燃料噴射弁の配置を示す図である。 図６は、放電領域と噴霧ビームとの関係を示す図である。 図７は、縮流について説明する為の図である。 図８は、筒内に生ずるタンブル流動の説明図である。 図９は、圧縮行程中におけるタンブル流動の説明図である。 図１０は、点火プラグ周辺の乱流強度の変化を示す図である。 図１１は、点火プラグ近傍におけるプラグ放電チャンネルの説明図である。 図１２Ａは、燃料噴射タイミングと点火時期との関係を示す図である。 図１２Ｂは、燃料噴射タイミングと点火時期との関係を示す図である。 図１３は、点火プラグの位置と燃焼安定度を説明するための図である。 図１４は、点火プラグの位置と燃焼安定度との関係を示す図である。 図１５は、コントローラが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１６は、付着物除去制御を実行しなかった場合のタイミングチャートである。 図１７は、付着物除去制御を実行した場合のタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、内燃機関システムの全体構成の説明図である。内燃機関システム１において内燃機関１０は、吸気通路５１に接続されている。また、内燃機関１０は、排気通路５２に接続されている。

吸気通路５１にはタンブルコントロールバルブ１６が設けられる。タンブルコントロールバルブ１６は、吸気通路５１の流路断面の一部を閉塞することにより筒内にタンブル流動を生成する。

吸気通路５１にはコレクタタンク４６が設けられている。コレクタタンク４６にはＥＧＲ通路５３ｂも接続されている。

吸気通路５１にはエアフローメータ３３が設けられる。エアフローメータ３３に接続されるコントローラ５０は、エアフローメータ３３から吸気通路５１における吸気量を取得する。また、吸気通路５１には吸気温センサ３４が設けられる。吸気温センサ３４に接続されるコントローラ５０は、吸気温センサ３４から吸気通路５１を通過する空気の温度を取得する。

また、吸気通路５１には電子制御スロットル４１が設けられ、コントローラ５０によりスロットル開度が制御される。

排気通路５２には排気浄化用の排気触媒４４、４５が設けられる。排気触媒４４、４５には三元触媒等が用いられる。また、排気通路５２はその途中でコレクタタンク４６と接続するＥＧＲ通路５３に分岐する。

ＥＧＲ通路５３にはＥＧＲクーラー４３が設けられる。また、ＥＧＲ通路５３には、ＥＧＲバルブ４２が設けられる。ＥＧＲバルブ４２は、コントローラ５０に接続される。そして、内燃機関１０の運転条件に応じて、コントローラ５０によりＥＧＲバルブ４２の開度が制御される。

内燃機関１０は、点火プラグ１１と燃料噴射弁１２と吸気側可変動弁機構１３と排気側可変動弁機構１４と燃料噴射ポンプ１５を備える。燃料噴射弁１２は直上噴射弁であり、点火プラグ１１の近傍に設けられる。

点火プラグ１１は、内燃機関１０の燃焼室内で火花点火を行う。点火プラグ１１は、コントローラ５０に接続され、制御部としてのコントローラ５０が火花点火時期を制御する。点火プラグ１１は、後述するように流速センサ２３としても動作する。流速検出の方法については後述する。

燃料噴射弁１２は、内燃機関１０の燃焼室内に燃料を直接噴射する。燃料噴射弁１２は、コントローラ５０に接続され、制御部としてのコントローラ５０が燃料噴射タイミングを制御する。本実施形態では、吸気行程を含めて複数回燃料噴射を行う、いわゆる多段噴射が行われる。燃料噴射ポンプ１５は、この燃料噴射弁１２に接続する燃料供給配管に加圧した燃料を供給する。

吸気側可変動弁機構１３は、吸気弁の開閉時期を変化させる。排気側可変動弁機構１４は、排気弁の開閉時期を変化させる。吸気側可変動弁機構１３及び排気側可変動弁機構１４は、コントローラ５０に接続される。そして、コントローラ５０によって、これらの開閉時期が制御される。なお、ここでは、吸気側可変動弁機構１３及び排気側可変動弁機構１４を示しているが、いずれか一方を有するものであってもよい。

内燃機関１０には、クランク角センサ２７と筒内圧センサ３５が設けられる。クランク角センサ２７は、内燃機関１０におけるクランク角を検出する。クランク角センサ２６はコントローラ５０に接続され、内燃機関１０のクランク角をコントローラ５０に送る。

筒内圧センサ３５は、内燃機関１０における燃焼室の圧力を検出する。筒内圧センサ３５はコントローラ５０に接続される。そして、内燃機関１０における燃焼室の圧力をコントローラ５０に送る。

また、内燃機関１０は、ノックセンサ２１や燃圧センサ２４を備えることとしてもよい。コントローラ５０は、前述の各種センサ及び図示しないその他のセンサからの出力を読み込み、これらに基づいて点火時期、バルブタイミング、空燃比等の制御を行う。

図２は、点火プラグ１１と燃料噴射弁１２との位置関係を説明するための図である。上述したように、燃料噴射弁１２は直上噴射弁であり、点火プラグ１１の近傍に設けられる。そのため、噴射された燃料の一部は放電ギャップ近傍を通過することになり、これにより点火プラグ近傍に流動を付与することができる。なお、流動の付与については後述する。

図３は燃料噴射弁１２から噴射される燃料噴霧の形態を示している。図４は図３の円Ａを含む平面を図３の矢印IV方向から見た図である。

本実施形態の燃料噴射弁１２は６つの噴孔から燃料が噴射される。６つの噴孔から噴射される燃料噴霧（以下、噴霧ビームともいう）をＢ１−Ｂ６としたとき、各噴霧ビームは噴孔から遠ざかるほど噴霧断面が広くなる円錐形状である。また、噴霧ビームＢ１−Ｂ６を、円Ａを含む平面で切断した場合の断面は、図４に示すように等間隔で円環状に並ぶ。

図５は、噴霧ビームＢ１−Ｂ６と点火プラグ１１との位置関係を示す図である。燃料噴射弁１２は、噴霧ビームＢ２の中心軸Ｂ２ｃと噴霧ビームＢ３の中心軸Ｂ３ｃとがなす角の二等分線である一点鎖線Ｃ上に配置される。

図６は、図５を矢印VIの向きから見た場合の、点火プラグ１１と噴霧ビームＢ３との位置関係を示す図である。図６では、中心電極１１ａと外側電極１１ｂとで挟まれる放電領域が、噴霧ビームＢ３の図中上側の外縁と図中下側の外縁とで挟まれる範囲内に配置される。なお、図示はしないが、図５を矢印VIと反対方向から見ると、点火プラグ１１と噴霧ビームＢ２との位置関係は図６と対象になり、放電領域が噴霧ビームＢ２の上側の外縁と下側の外縁とで挟まれる範囲内に配置される。すなわち、噴霧ビームＢ２の上側外縁と噴霧ビームＢ３の上側外縁とを含む平面と、噴霧ビームＢ２の下側外縁と噴霧ビームＢ３の下側外縁とを含む平面とで挟まれる範囲内に放電領域が配置されるように点火プラグ１１が配置されている。

図７は、噴霧ビームＢ１−Ｂ６と点火プラグ１１とが図５及び図６に示す位置関係にある場合の効果を説明する為の図である。

燃料噴射弁１２から噴射された燃料は、液滴へと***して噴霧になり、図中の太線矢印のように周囲の空気を取り込みながら前進する。これにより、噴霧の周りに気流の乱れが発生する。

また、流体は、周囲に物体（流体を含む）がある場合には、いわゆるコアンダ効果によってその物体に引き寄せられ、その物体に沿って流れる。すなわち、噴霧ビームＢ２と噴霧ビームＢ３とが図７の細線矢印のように引き合う、いわゆる縮流が生じる。これにより、噴霧ビームＢ２と噴霧ビームＢ３との間に非常に強い乱れが生じるので、点火プラグ１１の周辺における乱流強度が増大する。

ここで、タンブル流動の強度の変化について説明する。

図８は、筒内に生ずるタンブル流動の説明図である。図９は、タンブル流動崩壊の説明図である。これらの図には、吸気通路５１と排気通路５２と点火プラグ１１と燃料噴射弁１２とタンブルコントロールバルブ１６が示されている。また、点火プラグ１１の中心電極１１ａと外側電極１１ｂが示されている。さらに、図８には、吸入行程における筒内のタンブル流動が矢印で示されている。図９には、圧縮行程における筒内のタンブル流動が矢印で示されている。

吸入行程において、タンブルコントロールバルブ１６が閉じられていると、吸気は吸気通路５１の図中上側に偏って流れ、筒内に流入する。その結果、図示するように筒内には縦方向に旋回するタンブル流動が形成される。その後、圧縮行程においてピストンが上昇することにより筒内の燃焼室が狭まる。燃焼室が狭くなると、タンブル流動は押しつぶされ、徐々にその流動を維持できなくなり（図９）、やがて崩壊する。

したがって、点火プラグ１１周りに成層混合気を形成し、かつ点火時期を圧縮上死点以降まで遅角させるファストアイドル制御（以下、ＦＩＲ制御ともいう）を実行する場合には、プラグ点火時において点火プラグ１１周りの流動が弱まっている。このため、点火プラグ１１の電極１１ａ、１１ｂの間に生ずるアーク（以下、プラグ放電チャンネルＣＮともいう）が十分に伸長せず、失火やパーシャルバーンを起こし易くなる。

そこで本実施形態では、燃料噴射することで点火プラグ１１周りの乱流強度が増大する特性を利用し、タンブル流動が崩壊した後にプラグ放電チャンネルＣＮが伸長する状況を作り出すこととする。

図１０は、圧縮上死点後に燃料噴射を行った場合の点火プラグ１１周りの乱流強度の変化を示すタイミングチャートである。図１０の横軸はクランク角度、縦軸は点火プラグ１１周りの乱流強度を示している。上述した通りタンブル流動の強度は徐々に低下するので、これに伴い点火プラグ１１周りの乱流強度も低下する。しかし、圧縮上死点後に燃料噴射を行うと、燃料噴射後の所定期間は乱流強度が高まる。この、燃料噴射により乱流強度が増大している期間中が、プラグ放電チャンネルＣＮが伸長しやすい状況である。特に、乱流強度がピークとなるタイミングが点火時期として適している。

図１１は、プラグ放電チャンネルＣＮの説明図である。図１１には、点火プラグ１１の中心電極１１ａと外側電極１１ｂ、及び伸長したプラグ放電チャンネルＣＮが示されている。また、ここでは、プラグ放電チャンネルＣＮの様子に着目するために、燃料噴射弁１２は省略している。なお、プラグ放電チャンネルＣＮが十分伸長するように点火プラグ近傍に流動を与えられれば、燃料噴射弁１２の先端は必ずしも点火プラグ１１に向いていなくてもよく、違う方向に向いていても燃焼室内で反射し点火プラグ近傍に流動が与えられる実施形態でもよい。

タンブル流動崩壊後における点火プラグ１１近傍の流動は小さい。よって、火花点火が行われると、通常であれば、中心電極１１ａと外側電極１１ｂとの間をほぼ直線的に跨ぐようにプラグ放電チャンネルＣＮが生成される。しかしながら、本実施形態では、タンブル流動の崩壊後からプラグ放電チャンネルＣＮが生成されるまでの間に、燃料噴射弁１２による燃料噴射により点火プラグ１１の近傍に流動が付与される。そして付与された流動により、図１１に示されるように中心電極１１ａと外側電極１１ｂとの間のプラグ放電チャンネルＣＮが伸長する。

このようにすることで、タンブル流動崩壊後に燃焼室内に流動を付与し、プラグ放電チャンネルＣＮを伸長させることができるので、パーシャルバーン及び失火を抑制し燃焼安定性を改善することができる。特に、後述するようにＥＧＲを用いた場合やリーンバーンを採用する場合のように通常よりも火炎伝播燃焼しにくい状況下においても安定して火花点火を行わせることができる。

図１２Ａ、図１２Ｂは、プラグ放電チャンネルＣＮを伸長させるための燃料噴射パターンの例を示す図である。前述した多段噴射の吸気行程と膨張行程に加えて、タンブル流動崩壊後からプラグ放電チャンネル生成までの間に、さらに燃料噴射を行なってもよいし（図１２Ａ）、多段噴射の膨張行程噴射をタンブル流動崩壊後からプラグ放電チャンネル生成までの間に行ってもよい（図１２Ｂ）。

ところで、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２は、燃焼火炎や燃焼ガスに晒されるので、噴孔周辺にいわゆるデポジットが堆積し易い。そして、デポジットが燃料噴霧の進路を塞ぐと、例えば図１３に示すように、噴霧ビームの形状や進行方向といった噴霧パターンが、燃料噴射により点火プラグ１１周りの流動強度を高めることために設定した基準パターンからずれてしまう。その結果、燃料噴射をしても点火プラグ１１周りの流動強度が高まらずに、内燃機関１０の燃焼安定度が低下するおそれがある。

また、燃焼安定度が低下することで、ＦＩＲ制御中の排気温度が目標排気温度に達しないおそれもある。ここで、燃焼安定度と排気温度との関係について説明する。

図１４は、燃焼安定度と排気温度との関係を説明するための図である。図１４の横軸は燃焼重心の位置[ｄｅｇ．ＣＡ]である。図中の「燃焼安定限界」は、騒音や振動が乗員の許容し得る上限値となる場合の燃焼安定度である。図中の目標排気温度は、ＦＩＲ制御中の排気温度の目標値であり、排気触媒４４、４５の早期活性化等の観点から設定される値である。図中の実線Ａは、上述した基準パターンの場合を示し、実線Ｂは基準パターンからずれた場合を示している。

図１４に示す通り、排気温度は燃焼重心が遅角側になるほど高くなることが知られている。一方、燃焼安定度は、燃焼重心が遅角側になるほど低下する。基準パターン（実線Ａ）では、上述したプラグ放電チャンネルＣＮの伸長により、より遅角側まで燃焼安定度を確保できる。そして、燃焼安定限界となった場合に、排気温度は目標排気温度以上である。

これに対し、基準パターンからずれると、燃焼安定限界が基準パターンに比べて進角側になる。このため、燃焼安定度が例えば実線Ｂのような特性になった場合には、燃焼安定限界における排気温度が目標排気温度より低くなってしまう。

したがって、内燃機関１０の燃焼安定度を確保するためには、燃料噴射弁１２にデポジットが堆積したら、それを除去する必要がある。そして、的確なタイミングでデポジットを除去するためには、デポジットが堆積しているのか否か、つまり燃料噴射弁１２の先端に付着物があるか否か、を的確に判定することが重要である。

そこで、コントローラ５０は以下に説明する制御によって、デポジットが堆積しているか否かの判定、及びデポジットの除去を行う。

図１５は、コントローラ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。コントローラ５０はこの制御ルーチンを実行するようプログラムされている。本ルーチンは、内燃機関１０の冷機始動時に、ＦＩＲ制御への切り替えが決定してからＦＩＲ制御が終了するまでの間、実行される。以下、ステップにしたがって説明する。

ステップＳ１００で、コントローラ５０は、クランク角センサ２７の検出値を用いて内燃機関１０が燃焼開始した後の機関回転速度の上昇の傾きであるｄＲ／ｄｔを算出する。

ステップＳ１１０で、コントローラ５０はステップＳ１００で取得したｄＲ／ｄｔが基準挙動としての閾値Ｘより大きいか否かを判定する。デポジットの堆積により噴霧パターンが変化すると、デポジットが堆積していない場合に比べて燃焼安定度が低下するため、初爆の遅れや出力低下が生じ、その結果、機関回転速度の上昇が緩慢になる。そこでステップＳ１１０では、ｄＲ／ｄｔを用いて燃料噴射弁１２の先端にデポジットが堆積しているか否かを判定する。閾値Ｘは、燃料噴射弁１２にデポジットが堆積していない状態における、燃焼開始後の機関回転速度の上昇の傾きよりも所定量だけ小さい値である。所定量だけ小さい値を用いるのは、燃焼安定度が燃焼安定限界になったときの排気温度が目標排気温度以上であれば、燃焼安定度の低下は許容し得るからである。したがって、所定量は、デポジットの堆積による燃焼安定度の変化の特性に基づいて定まる。なお、デポジットが堆積しているか否かの判定に用いるパラメータは、ｄＲ／ｄｔに限られるわけではない。ｄＲ／ｄｔ以外のパラメータについては後述する。

コントローラ５０は、ステップＳ１１０においてｄＲ／ｄｔが閾値Ｘより大きいと判定したら、ステップＳ１２０の処理を実行し、ｄＲ／ｄｔが閾値Ｘ以下と判定したら、ステップＳ１３０の処理を実行する。

ステップＳ１２０で、コントローラ５０は通常のＦＩＲ制御を実行する。ここでいう通常のＦＩＲ制御とは、後述する付着物除去制御を実行しないＦＩＲ制御のことである。

コントローラ５０は、ステップＳ１３０において付着物除去制御の開始を決定し、ステップＳ１４０において、燃料噴射圧力の目標値（以下、目標燃圧ともいう）を、付着物除去制御を実行しない場合に比べて増大させる。目標燃圧を増大させるのは、燃料噴射弁１２の噴孔近傍の燃料流速を高め、これによりデポジットを吹き飛ばすためである。なお、増大後の目標燃圧は、例えば、燃料噴射ポンプ１５で実現可能な最大燃圧でもよいし、実験等により求めたデポジットを吹き飛ばすことができる燃圧でもよい。

ステップＳ１５０で、コントローラ５０は、燃焼重心が目標位置になったか否かを判定する。コントローラ５０は、燃焼重心が目標位置になるまでステップＳ１５０の判定を繰り返したら、ステップＳ１６０で燃焼安定度が安定しているか否かを判定する。具体的には、振動や騒音の観点から許容し得る燃焼安定度を目標燃焼安定度として設定し、現在の燃焼安定度が目標燃焼安定度より高いか否かを判定する。

そして、燃焼が安定するまでステップＳ１６０の判定を繰り返したら、ステップＳ１７０で目標燃圧を通常のＦＩＲ制御における目標燃圧まで低下させる。ステップＳ１６０において、当初安定していなかった燃焼が安定するのは、デポジットが除去されたためと考えられる。

上記の通り、コントローラ５０は、目標燃圧を増大させた後、燃焼重心が目標位置に到達したら燃焼安定度が目標安定度より高いか否かを判定し、高ければ目標燃圧を通常のＦＩＲ制御用の目標燃圧に戻す。燃圧を高めると燃料噴射ポンプ１５のフリクションが増大するので、高燃圧を維持し続けることによって燃費性能が悪化する。そこでコントローラ５０は、ステップＳ１６０で付着物が除去されたと判断したら、ステップＳ１７０で燃圧を低下させる。

なお、ステップＳ１４０−Ｓ１７０が本実施形態における「付着物除去制御」である。ただし、Ｓ１５０−Ｓ１７０は必須ではない。ステップＳ１５０−Ｓ１７０の処理は、付着物除去制御の実行に伴う燃費性能の悪化を抑制するためのものであり、付着物を除去する作用を果たすわけではないからである。

次に、本実施形態による効果について説明する。

図１６は、上述した付着物除去制御を実行しない場合のタイミングチャートである。このタイミングチャートは比較例であって、本実施形態に含まれるものではない。

機関回転速度Ｒ、燃焼安定度及び燃焼重心のチャートにおいて、実線はデポジットが付着していない状態（以下、正常状態ともいう）を示し、破線はデポジットが付着した状態（以下、劣化状態ともいう）を示している。

タイミングＴ０で機関始動が決定されてクランキングが開始されると、機関回転速度Ｒは所定回転速度まで上昇し、その回転速度を維持する。そして、タイミングＴ１において燃焼が始まり、機関回転速度Ｒは再び上昇し始める。また、機関回転速度の上昇に伴い、内燃機関１０により駆動される燃料噴射ポンプ１５の回転速度も上昇するので、燃圧が上昇する。

機関回転速度Ｒは、正常状態でも劣化状態でも燃焼の開始に伴い上昇し、一端オーバーシュートしたあとアイドル回転速度に収束する。上述したｄＲ／ｄｔは、タイミングＴ１からオーバーシュートするまでの回転速度の上昇の傾きである。上述した通り劣化状態では正常状態に比べて上昇の傾きが小さい。

タイミングＴ２で機関回転速度Ｒがアイドル回転速度になり、燃圧は目標燃圧まで上昇すると、コントローラ５０はＦＩＲ制御を許可するか否かの判定を行い、ＦＩＲ許可フラグを立てる。当該判定は、公知の判定と同様に、機関回転速度、油水温、吸入空気温度、吸気圧、車両の傾き等に基づいて行う。本実施形態ではＦＩＲ制御が許可される場合について説明するが、例えば極低温での機関始動のように内燃機関１０のフリクションが大きい場合にはＦＩＲ制御は許可されない。

タイミングＴ２でＦＩＲ制御が開始すると、正常状態の場合も劣化状態の場合も、点火時期が遅角することによって燃焼重心が遅角し、これに伴い燃焼安定度が低下する。正常状態であれば、目標燃焼安定度よりも高い燃焼安定度を維持できる。これに対し、劣化状態では、プラグ放電チャンネルＣＮが十分に伸長しないので、燃焼安定度が目標燃焼安定度よりも低下してしまう。しかし、排気性能の規制値をクリアするためには、排気触媒４４、４５の早期活性化が必須なので、点火時期を進角側に戻すことはできない。そのため、燃焼安定度が低いままアイドル運転を続けざるを得ず、ＦＩＲ制御中の車両振動や騒音が大きくなり、商品性が低下してしまう。

図１７は、上述した付着物除去制御を実行した場合のタイミングチャートである。機関回転速度Ｒ及び燃焼重心のチャートにおいて、実線は正常状態を示し、破線は劣化状態を示している。燃圧のチャートにおいて、実線は付着物除去制御を実行した場合を示し、破線は付着物除去制御を実行しなかった場合を示している。燃焼安定度のチャートにおいて、実線は付着物除去制御を実行した場合を示し、破線Ａは正常状態、破線Ｂは劣化状態かつ付着物除去制御を実行しなかった場合を示している。

タイミングＴ０からタイミングＴ２までは図１６と同様なので説明を省略する。タイミングＴ２でＦＩＲ制御を開始した後も、燃焼重心が遅角し、燃焼安定度が低下する点については図１６と同様である。

ただし、コントローラ５０が付着物除去制御を実行するので、燃圧は通常のＦＩＲ制御における目標燃圧よりも高くなる。高い燃圧で噴射された燃料によって付着物が吹き飛ばされることで、燃焼安定度は正常状態における燃焼安定度（破線Ａ）に近づく。そして燃焼重心が目標位置に達したタイミングＴ３において、燃焼安定度は正常状態と同等になる。このため、タイミングＴ３においてコントローラ５０は目標燃圧を通常のＦＩＲ制御における目標燃圧に切り替え、実際の燃圧が通常のＦＩＲ制御における目標燃圧まで低下する。

なお、図１７は燃焼重心が目標位置に達する前に付着物が吹き飛ばされる場合について示しているが、付着物が吹き飛ばされるタイミングがこれよりも遅くなる場合もある。この場合には、燃焼安定度はいったん目標燃焼安定度よりも低くなり、付着物が吹き飛ばされた後に正常状態と同等になる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

（変形例１）
燃料噴射弁１２にデポジットが堆積したか否かを、初爆後の機関回転速度の変化の挙動であるｄＲ／ｄｔに代えて、クランキング開始から初爆までの機関回転速度の変化の挙動に基づいて判定してもよい。例えば、デポジットが堆積していない状態におけるクランキング開始から初爆までの時間を予め測定したものを基準値とし、基準値に対して所定時間の遅れがあればデポジットが堆積していると判定する。なお、初爆が起きたか否かは筒内圧の変動から判断できる。

（変形例２）
付着物除去制御は、燃圧を上昇させる制御の代わりに、意図的に軽いノッキングを発生させるために点火時期を進角する制御であってもよい。ノッキング発生時の圧力振動等によりデポジットが吹き飛ばされることが実験的に確認されている。そこで、内燃機関１０の劣化を招かない程度の軽いノッキングが生じる点火時期を実験等により予め求めておき、付着物除去制御の実行を決定したら当該点火時期まで点火時期を進角させる。

（変形例３）
付着物除去制御は、燃圧を上昇させる制御の代わりに、燃料噴射弁１２の整備が必要であることを示す信号を出力する制御であってもよい。具体的には、警告灯を点灯する等して運転者に知らせる制御や、メンテナンス用の診断器を接続したときに当該信号が出力されるようにする制御である。これらの制御によれば、整備者は燃料噴射弁１２の先端に付着したデポジットを除去する種々の整備を実施することができる。

なお、当該制御を、上述した燃圧を上昇させる制御や、軽いノッキングを発生させる制御を実行しても燃焼安定度が改善しない場合に実行してもよい。

次に、本実施形態による効果について説明する。

本実施形態では、機関始動時における機関回転速度の実際の変化の挙動である実挙動を、予め設定した基準挙動と比較し、実挙動が基準挙動と異なる場合に、燃料噴射弁１２の先端に付着物があると判断する。これにより、燃料噴射弁１２の先端に付着物が付着していることを短時間で、かつ正確に判断することができる。また、機関始動直後のＦＩＲ制御中、つまり内燃機関１０が通常の運転状態になる前に燃料噴射弁１２の先端に付着物が付着していることを判断できる。

本実施形態では、燃料噴射弁１２の先端に付着物があると判断した場合に付着物除去制御を実行する。これにより、燃焼安定度を改善することができる。

本実施形態では、付着物除去制御を実行するのは機関始動直後における成層燃焼を実行する期間中、つまりＦＩＲ制御中である。成層燃焼中は燃料噴霧の変化の影響を特に受け易いので、付着物除去制御により付着物が除去されたか否かを容易に判断できる。

本実施形態では、付着物除去制御として、燃料噴射圧力（燃圧）を燃料噴射弁１２の先端に付着物がないと判断した場合に比べて高くする制御を実行する。高燃圧で燃料を噴射することによって付着物を吹き飛ばし、燃焼安定度を改善することができる。

本実施形態では、付着物除去制御の開始後に燃焼安定度が燃焼安定限界よりも高くなったら、付着物除去制御を終了する。これにより、高燃圧を維持する時間が不必要に長くなることがなくなり、付着物除去制御の実行に伴う燃費性能の悪化を抑制できる。

本実施形態では、機関始動時における機関回転速度の実際の変化の挙動として、内燃機関１０が燃焼を開始した後の機関回転速度の上昇の傾きｄＲ／ｄｔを用いるので、付着物の有無を判定するために新たなセンサ等を設置する必要がない。

本実施形態では、燃料噴射弁１２から点火プラグ１１の放電領域に向けて燃料を噴射し、燃料噴射弁１２から噴射された燃料により放電領域周辺に気流の乱れが生じている間に点火プラグ１１により火花点火を行う。本実施形態によれば、燃料噴射によって生じる気流の乱れによってプラグ放電チャンネルが伸長するので、タンブル流動が崩壊した後でも安定した成層燃焼が可能となる。

本実施形態では、付着物除去制御として、燃料噴射弁１２を整備する必要があることを示す信号を外部に出力する制御を実行してもよい。当該制御を実行することで、燃焼安定度の低下によって振動や騒音が増大した場合に、その原因の特定が容易になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (9)

1. 筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグと、
   を備える内燃機関の制御方法において、
   機関始動時における機関回転速度の実際の変化の挙動である実挙動を、予め設定した基準挙動と比較し、
   前記実挙動が前記基準挙動と異なる場合に、前記燃料噴射弁の先端に付着物があると判断する、
   内燃機関の制御方法。
2. 請求項１に記載された内燃機関の制御方法において、
   前記燃料噴射弁の先端に前記付着物があると判断した場合に、前記付着物を除去するための付着物除去制御を実行する、
   内燃機関の制御方法。
3. 請求項２に記載された内燃機関の制御方法において、
   前記付着物除去制御を実行するのは、機関始動直後における成層燃焼を実行する期間中である、
   内燃機関の制御方法。
4. 請求項２または請求項３に記載された内燃機関の制御方法において、
   前記付着物除去制御は、燃料噴射圧力を、前記燃料噴射弁の先端に前記付着物がないと判断した場合に比べて高くする制御である、
   内燃機関の制御方法。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載された内燃機関の制御方法において、
   前記付着物除去制御の開始後に燃焼安定度が燃焼安定限界よりも高くなったら、前記付着物除去制御を終了する、
   内燃機関の制御方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された内燃機関の制御方法において、
   前記挙動は、内燃機関が燃焼を開始した後の前記機関回転速度の上昇の傾きである、
   内燃機関の制御方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された内燃機関の制御方法において、
   前記燃料噴射弁から前記点火プラグの放電領域に向けて燃料を噴射し、
   前記燃料噴射弁から噴射された燃料により前記放電領域の周辺に気流の乱れが生じている間に前記点火プラグにより火花点火を行う、
   内燃機関の制御方法。
8. 請求項２に記載された内燃機関の制御方法において、
   前記付着物除去制御は、前記燃料噴射弁を整備する必要があることを示す信号を外部に出力する制御である、
   内燃機関の制御方法。
9. 筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁から噴射された燃料に直接火花点火する点火プラグと、
   機関回転速度を取得するセンサと、
   前記燃料噴射弁及び前記点火プラグを制御する制御部と、
   を備える内燃機関の制御装置において、
   前記制御部は、
   機関始動時における機関回転速度の実際の変化の挙動を予め設定した基準挙動と比較し、前記実際の変化の挙動と前記基準挙動とが異なる場合に、前記燃料噴射弁の先端に付着物があると判断する、
   内燃機関の制御装置。

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