特許 6579202 直噴式内燃機関の制御方法及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6579202

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】直噴式内燃機関の制御方法及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 61/16 20060101AFI20190919BHJP

   F02M 53/00 20060101ALI20190919BHJP

   F02M 55/02 20060101ALI20190919BHJP

   F01P 3/16 20060101ALI20190919BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   F02M61/16 V

   F02M53/00 C

   F02M55/02 350G

   F01P3/16

   F02D45/00 360A

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-566488(P2017-566488)

(86)(22)【出願日】2016年2月12日

(86)【国際出願番号】JP2016054128

(87)【国際公開番号】WO2017138144

(87)【国際公開日】20170817

【審査請求日】2018年8月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今岡 佳宏

(72)【発明者】

【氏名】井上 尊雄

(72)【発明者】

【氏名】露木 毅

【審査官】 種子島 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０９８０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９７７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０２２５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３８８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１４１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９６４６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ６１／１６

Ｆ０１Ｐ ３／１６

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｍ ５３／００

Ｆ０２Ｍ ５５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダ内に燃料を直接噴射する直噴式内燃機関の制御方法において、
前記直噴式内燃機関は、
それぞれ独立したシリンダヘッド冷却通路とシリンダブロック冷却通路とを含む機関冷却通路を備え、
前記制御方法は、噴射した燃料が減圧沸騰すると燃料噴霧の噴霧角が増大して噴孔の周囲に燃料が付着する特性を有する燃料噴射弁の噴孔を通過する際の燃料温度が、減圧沸騰が生じる温度に達する前に、前記シリンダヘッド冷却通路の冷却液流量を増量して燃料を冷却する燃料温度コントロールモードを実行するものであり、
シリンダブロック及びシリンダヘッドを同じ温度に制御する第１モードとシリンダヘッドをシリンダブロックより低温に制御する第２モードとを含むラジエータ流路制御モードの実行中に燃料温度が上昇した場合に前記燃料温度コントロールモードへ移行する直噴式内燃機関の制御方法。

【請求項2】

シリンダ内に燃料を直接噴射する直噴式内燃機関の制御装置において、
前記直噴式内燃機関は、
それぞれ独立したシリンダヘッド冷却通路とシリンダブロック冷却通路とを含む機関冷却通路と、
噴射した燃料が減圧沸騰すると燃料噴霧の噴霧角が増大して噴孔の周囲に燃料が付着する特性を有する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射される際の燃料温度を取得する温度取得部と、
前記燃料噴射弁の噴孔を通過する際の燃料温度を冷却する燃料冷却部と、
前記燃料冷却部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料噴射弁の噴孔を通過する際の燃料温度が、減圧沸騰が生じる温度に達する前に、前記シリンダヘッド冷却通路の冷却液流量を増量して前記燃料冷却部により燃料を冷却する燃料温度コントロールモードを実行するものであって、シリンダブロック及びシリンダヘッドを同じ温度に制御する第１モードとシリンダヘッドをシリンダブロックより低温に制御する第２モードとを含むラジエータ流路制御モードの実行中に燃料温度が上昇した場合に前記燃料温度コントロールモードへ移行する直噴式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、燃料をシリンダ内に直接噴射する直噴式内燃機関の制御に関する。

【背景技術】

【0002】

直噴式内燃機関の制御として、ＪＰＨ９−２５６９２６Ａには、エンジン冷却液よりも低温の冷却液を用いて燃料噴射弁を冷却する技術が開示されている。当該技術は、燃料を積極的に冷却することにより、燃料噴射弁の作動不良や噴射量の変動といった燃料噴射弁の温度上昇によって生じる現象を防止して、燃料噴射を安定させることを目的とするものである。

【発明の概要】

【0003】

ところで、近年は環境問題の観点から排ガス規制がより厳しくなっており、排ガス中に含まれる微粒子（Particulate matter：以下、ＰＭという）の数、いわゆるＰＮ（Particulate Number）も規制の対象となっている。このため、ＰＮを低減すべく様々な研究開発が行われている。そして、燃料噴射弁の噴孔を通過する際の燃料温度が上昇すると、噴孔の周りに付着する液状燃料の量が増加し、この液状燃料が燃焼することでＰＮが増大することが発明者らの研究により明らかになった。

【0004】

上記文献では、もっぱら燃料噴射の安定を目的としており、ＰＮの増大を抑制することに関しては何ら言及されていない。そして、上述した噴孔の周りに付着する液状燃料の量が増加する燃料温度は、燃料噴射弁の作動不良等が生じる温度よりも低温であることがわかっている。

【0005】

すなわち、上記文献に開示されている技術では、ＰＮの増大を抑制できないおそれがある。

【0006】

そこで本発明では、直噴式内燃機関のＰＮの増大を抑制することを目的とする。

【0007】

本発明のある態様によれば、シリンダ内に燃料を直接噴射する直噴式内燃機関の制御方法が提供される。この制御方法では、燃料噴射弁の噴孔を通過する際の燃料温度が、燃料噴射弁先端への燃料付着量が増大する温度に達する前に、燃料を冷却する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る冷却液通路の概略構成図である。

【図2】図２は、図１の冷却液通路の回路図である。

【図3】図３は、内燃機関の一つの気筒の断面図である。

【図4】図４は、インジェクタ先端部の拡大図である。

【図5】図５は、ＰＮ増大のメカニズムを説明するための図である。

【図6】図６は、内燃機関の運転状態遷移図である。

【図7】図７は、ＰＮ増大抑制のための制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図8】図８は、インジェクタ先端温度マップである。

【図9】図９は、コモンレール温度に基づく補正係数テーブルである。

【図10】図１０は、冷却水温に基づく補正係数テーブルである。

【図11】図１１は、第１実施形態の制御を実行した場合のタイミングチャートである。

【図12】図１２は、ＰＮの推移を示すタイミングチャートである。

【図13】図１３は、オイル希釈率とシリンダブロック内の冷却液温との関係を示す図である。

【図14】図１４は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドの温度とＨＣ排出量との関係を示す図である。

【図15】図１５は、内燃機関に要求される性能とシリンダブロック内の冷却液温杜の関係を示す図である。

【図16】図１６は、シリンダブロック内の冷却液温をシリンダブロック壁温に換算するためのテーブルである。

【図17】図１７は、オイルジェットの作動とＰＮとの関係を説明するための図である。

【図18】図１８は、燃料噴射弁の突き出し量を説明するための図である。

【図19】図１９は、突き出し量とＰＮとの関係を示す図である。

【図20】図２０は、第２実施形態に係る冷却液通路の概略構成図である。

【図21】図２１は、第２実施形態に係るコモンレールの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る冷却液通路の概略構成図である。図２は図１の冷却液通路を回路図で示したものである。図３は、一つの気筒の断面図である。なお、図２、３においては、後述する燃料噴射装置を省略している。

【0011】

内燃機関１は、コモンレール４に高圧状態で蓄えられた燃料をインジェクタ５から噴射する、いわゆるコモンレール式の燃料噴射装置を備える。燃料噴射タイミングや燃料噴射量といったインジェクタ５の制御はコントローラ１００により行われる。コントローラ１００は、上記の他に、点火プラグ９の点火タイミングの制御も行う。

【0012】

また、インジェクタ５は燃料としてのガソリンを筒内に直接的に噴射し、点化プラグ２１による火花点火によって混合気を燃焼させる、筒内直噴式内燃機関である。

【0013】

内燃機関１の冷却液通路は、シリンダブロック２に気筒列に沿うように設けられたブロック側通路ＷＢと、シリンダヘッド３に気筒列に沿うように設けられたヘッド側通路３と、を含んで構成される。ブロック側通路ＷＢとヘッド側通路ＷＨは互いに独立している。

【0014】

ブロック側通路ＷＢは、図３に示すように吸気側通路ＷＢｉｎと排気側通路ＷＢｅｘとで構成されている。吸気側通路ＷＢｉｎと排気側通路ＷＢｅｘは、冷却液流れ方向の下流側で合流してブロック出口通路Ｗ２になる。ブロック出口通路Ｗ２は第２流路コントロールバルブ（ＭＣＶ：Ｍｕｌｔｉｆｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）８に接続される。

【0015】

ヘッド側通路ＷＨは、図３に示すように、吸気ポート２２とシリンダヘッド側壁との間に設けられた吸気側通路ＷＨｉｎと、排気ポート２３とシリンダヘッド側壁との間に設けられた排気側通路ＷＨｅｘと、吸気ポート２２と排気ポート２３との間に設けられた中央通路ＷＨｃと、で構成される。吸気側通路ＷＨｉｎと排気側通路ＷＨｅｘと中央通路ＷＨｃとは、冷却液流れ方向の下流側で合流してヘッド出口通路Ｗ３になる。ヘッド出口通路Ｗ３は再び分岐して、一方は第１流路コントロールバルブ（ＭＣＶ）７に接続され、他方は後述するスロットルバルブ１１に接続される。

【0016】

第１ＭＣＶ７には、第２ＭＣＶ８への通路と、ラジエータ１６への通路と、ヒータコア１０への通路と、が接続されている。第１ＭＣＶ７は、これらの通路のいずれに冷却液を流すのかを切り替える機能を有する。また、冷却液の流れを遮断することもできる。

【0017】

第２ＭＣＶ８には、第１ＭＣＶ７への通路と、オイルクーラ１４及びオイルウォーマ１５への通路と、が接続されている。第２ＭＣＶ８も第１ＭＣＶ７と同様の機能を有する。

【0018】

第１ＭＣＶ７からヒータコア１０へ向かう冷却液通路は、図２に示すように、ヒータコア１０からＥＧＲクーラ（ＥＧＲ／Ｃ）１３を経由して、ウォータポンプ６に接続される。第１ＭＣＶ７からラジエータ１６へ向かう冷却液通路は、図２に示すように、ラジエータ１６を経由してウォータポンプ６に接続される。

【0019】

第２ＭＣＶ８からオイルクーラ１４及びオイルウォーマ１５へ向かう冷却液通路は、内燃機関１に設けられたオイルクーラ１４に向かう通路と、変速機（図中のＣＶＴ）に向かう通路とに分岐する。そして、オイルクーラ１４とオイルウォーマ１５とを通過後に合流して、ウォータポンプ６に接続される。

【0020】

また、ヘッド出口側通路Ｗ３から分岐してスロットルバルブ１１に向かう冷却液通路は、スロットルバルブ１１及びＥＧＲバルブ（ＥＧＲ／Ｖ）１２を経由して、ヒータコア１０とＥＧＲクーラ１３とを接続する通路に合流する。

【0021】

上述した冷却回路は、内燃機関１の内部にブロック側通路ＷＢとヘッド側通路ＷＨという独立した冷却液通路を備えるので、シリンダブロック２の温度とシリンダヘッド３の温度を独立して制御することが可能となる。

【0022】

次に、本実施形態において解決しようとする課題である、インジェクタ５の先端に付着した燃料に起因するＰＮの増大について説明する。

【0023】

図４はインジェクタ５の先端付近の拡大図である。ここでは、簡単のため、噴孔５Ａが一つの場合を示している。

【0024】

燃料は高圧のコモンレール４から筒内に噴射されるので、燃料温度が高温の場合には減圧沸騰（Ｆｌａｓｈ ｂｏｉｌｉｎｇ）が生じ易い。減圧沸騰が生じると、噴孔５Ａから噴射される燃料噴霧の噴霧角は増大する。例えば、噴孔５Ａを通過する際の燃料温度が常温（２５℃程度）の場合の噴霧角をθ１とし、燃料温度が高温（９０℃程度）の場合の噴霧角をθ２とすると、θ１＜θ２となる。そして、噴霧角が大きくなるほど、噴孔５Ａの周辺に燃料が付着し易くなる。すなわち、燃料温度が高いほど噴孔５Ａの周辺（つまりインジェクタ５の先端）に燃料が付着し易くなる。

【0025】

なお、燃料が常温の場合でも噴孔５Ａの周辺に燃料が付着することはあるが、ごく微量であり、ＰＮに影響を与えることはない。そこで本実施形態では、ＰＮの増大を招く程度にインジェクタ５の先端に燃料が付着することを「先端濡れ」（チップウェット）と称する。また、付着する燃料量が増加することを、「濡れ量が増大する」と称する。

【0026】

図５は、濡れ量が増大することによるＰＮ増大のメカニズムについて説明するための図である。図５は、噴孔５Ａが２つの場合について示している。

【0027】

燃料が高温になり減圧沸騰が生じると、先端濡れが生じる。特に、噴孔５Ａが複数ある場合には、燃料温度の上昇により噴霧角が増大することで、隣り合う噴孔５Ａから噴射される燃料噴霧が一体化し、濡れ量がより増大することになる。

【0028】

インジェクタ５の先端に付着した液状の燃料が燃焼ガスと反応することで、いわゆるデポジットが生成される。そして、先端濡れが生じる状況が繰り返されると、デポジットに燃料が吸収される。このようにデポジットに吸収された燃料が、インジェクタ先端温度の上昇や燃焼火炎の伝播等により着火すると、輝炎を発生して燃焼し、ＰＮの増大を招くこととなる。

【0029】

そこで本実施形態では、先端濡れの発生を抑制するために、以下に説明する制御を実行する。

【0030】

図６は、本実施形態の制御の前提となる、エンジン運転モードの遷移を説明するための図である。

【0031】

運転を開始する際には、まずＩＧＮ ｏｆｆ ｃｏｎｔｒｏｌモードからＳｔａｎｄｂｙモードへと移行し、そこから冷却液温や外気温等に応じて、ゼロフローモード（図中のＺｅｒｏ−Ｆｌｏｗ ｍｏｄｅ）またはラジエータ流路制御（図中のＲＡＤ流路制御）モードへと移行する。

【0032】

ゼロフローモードとは、冷機始動時に内燃機関１の油水温の上昇を促進するためのモードである。具体的には、第１ＭＣＶ７および第２ＭＣＶ８を閉じることによって冷却液の流通を遮断し、内燃機関１の内部に冷却液を停滞させて冷却液の昇温を促進する。また、冷却液の流通を遮断することで、オイルクーラ１４においても冷却液が停滞するので、エンジンオイルの昇温も促進される。なお、第１ＭＣＶ７および第２ＭＣＶ８は冷却液が沸騰する前に開かれる。

【0033】

ゼロフローモードは、ヒータスイッチがＯＮになった場合や暖機状態になった場合または、これらの条件を満たしていない場合でも、ゼロフローモード開始から所定時間（例えば数分）が経過した場合に終了する。ゼロフローモードが終了したら、ラジエータ流路制御モードに移行する。

【0034】

ラジエータ流路制御モードは、一般的に行われている流路制御と同様に、冷却液温が所定温度以下であればラジエータ１６を迂回する経路で冷却液を循環させ、所定温度を超えたらラジエータ１６を通過する経路で冷却液を循環させるものである。ただし、本実施形態の内燃機関１は、上述したようにシリンダブロック２の温度とシリンダヘッド３の温度をそれぞれ独立して制御可能である。そして、ラジエータ流路制御モードは、さらに２つのモードに分割される。その一方（第１モード）は、シリンダブロック及びシリンダヘッドを同じ温度に制御するモードであり、他方（第２モード）はシリンダヘッドをシリンダブロックより低温に制御するモードである。負荷が所定負荷より高くなった場合、またはエンジン回転速度が所定回転速度より高くなった場合に、第２モードを実行し、その他の場合に第１モードを実行する。なお、制御が煩雑になることを抑制するため、第１モードから第２モードへ移行するか否かを判定するための所定負荷及び所定回転速度と、第２モードから第１モードへ移行するか否かを判定するための所定負荷及び所定回転速度とにヒステリシスを設けてもよい。第１モード及び第２モードにおける、ヘッド側通路ＷＨ内の冷却液温及びブロック側通路ＷＢ内の冷却液温については後述する。

【0035】

ラジエータ流路制御モードの実行中に燃料温度が上昇した場合には、先端濡れの発生を抑制するために、後述する燃料温度コントロールモードに移行する。

【0036】

図７は、燃料温度コントロールモードを実行するか否かを判定する制御ルーチンのフローチャートである。

【0037】

ステップＳ１００で、コントローラ１００はインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐ及び冷却液温Ｔｗを取得する。インジェクタ５の先端温度を検出する温度センサが取り付けられている場合には、コントローラ１００はこの温度センサの検出値を読み込む。インジェクタ５に温度センサが取り付けられていない場合には、コントローラ１００は後述する演算によりインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐを推定する。また、コントローラ１００は、冷却液温として一般的な内燃機関にも取り付けられている水温センサの検出値を読み込む。

【0038】

ここで、インジェクタ先端温度Ｔｔｉｐの推定方法について説明する。

【0039】

図８はエンジン負荷及びエンジン回転速度とインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐとの関係を示すマップである。コントローラ１００は、アクセルペダル開度センサ（図示せず）の検出値に基づいてエンジン負荷を算出し、クランク角センサの検出値に基づいてエンジン回転速度を算出する。そして、コントローラ１００は図８のマップを参照することによって、インジェクタ先端温度Ｔｔｉｐを算出する。より高精度にインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐを算出するために、図８のマップから算出したインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐを、コモンレール温度に基づく補正係数及び冷却液温に基づく補正係数を用いて補正してもよい。コモンレール温度に基づく補正係数は、例えば図９に示すような、コモンレール温度のインジェクタ先端温度との関係に基づいて予め設定しておく。冷却液温に基づく補正係数も同様に、例えば図１０に示すような、冷却液温のインジェクタ先端温度との関係に基づいて予め設定しておく。

【0040】

コントローラ１００は、上記のようにインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐ及び冷却液温Ｔｗを取得したら、ステップＳ１０２で冷却液温Ｔｗは所定温度Ｔ１より高いか否かを判定する。コントローラ１００は、判定結果が肯定的であればステップＳ１０４の処理を実行し、否定的であれば今回のルーチンを終了する。

【0041】

所定温度Ｔ１は、内燃機関１が暖機状態か否かを判定するための閾値である。すなわち、本ステップの判定結果が否定的な場合は、内燃機関１は冷機状態であり、コントローラ１００は本ルーチンとは別の、ゼロフローモード用の制御を実行することになる。

【0042】

ステップＳ１０４で、コントローラ１００はインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐが所定温度Ｔ２より高いか否かを判定する。コントローラ１００は、判定結果が肯定的であればステップＳ１０６の処理を実行し、否定的であれば今回のルーチンを終了する。

【0043】

本ステップは、燃料温度の上昇を抑制する必要があるか否かを決定するためのものである。このため、所定温度Ｔ２として、燃料の減圧沸騰が生じる温度よりも数℃低い温度を予め設定しておく。この「数℃低い温度」は、後述する先端温度コントロールモードを開始すれば減圧沸騰が生じる温度まで燃料温度が上昇することを防止できる温度であればよい。具体的には、適合により設定する。

【0044】

ステップＳ１０６で、コントローラ１００は燃料温度コントロールモードを実行する。本実施形態では後述するようにインジェクタ５を冷却することによって燃料温度を制御するので、以下の説明では燃料温度コントロールモードのことを「先端温度コントロール」と称する。

【0045】

先端温度コントロールとは、減圧沸騰が生じないように燃料温度の上昇を抑制する制御である。先端濡れが生じるのは、上述したように燃料温度が上昇して減圧沸騰が生じるためであるが、燃料温度が上昇する要因として、燃焼火炎や燃焼ガスに晒されることで温度上昇したインジェクタ５を燃料が通過することが挙げられる。したがって、インジェクタ５の、特に噴孔５Ａのある先端部分の温度を低下させれば、燃料温度を低下させることができる。そこで本実施形態では、インジェクタ５の温度を制御することによって、減圧沸騰が生じないように燃料温度を制御する。具体的には、シリンダヘッド３の冷却液流量を、燃料温度の上昇を抑制する場合には多くし、燃料温度の低下を抑制する場合には少なくするように、第２ＭＣＶ８を用いて制御する。インジェクタ５はシリンダヘッド３に取り付けられているので、シリンダヘッド３の温度を低下させればインジェクタ５の温度も低下するからである。冷却液流量は、次の条件を満足するように制御する。

【0046】

第１に、噴孔５Ａを通過する際の燃料温度が減圧沸騰の生じる温度以下であること。第２に、冷却液温が、ＰＮの増大や燃料によるオイル希釈の増加が生じない下限温度以上であること。第３に、冷却液温が、冷却液が沸騰しない上限温度以下であること。

【0047】

上記の条件を満たす温度範囲の下限値をＴ３とし、上限値をＴ４とすると、Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ４という関係が成立する。

【0048】

図１１は、排ガス試験用モードでの運転中に図７の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。なお、図中に破線で示したインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐ２は比較例である。この比較例は、シリンダブロック及びシリンダヘッドの冷却回路が独立しておらず、かつ図７の制御ルーチンを実行しない場合のインジェクタ先端温度の推移を示している。

【0049】

運転開始に伴い冷却液温ＴＷが徐々に上昇し、タイミングＴＭ１で所定温度Ｔ１を超える。そして、タイミングＴＭ２でインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐ１が所定温度Ｔ２を超えると、コントローラ１００は先端温度コントロールを開始する。これにより、インジェクタ先端温度Ｔｔｉｐ１は、噴孔５Ａを通過する燃料が減圧沸騰する温度を超えることがない。これに対して比較例では、インジェクタ先端温度Ｔｔｉｐ２が運転時間の経過及び車速の増大に伴って上昇し、噴孔５Ａを通過する燃料が減圧沸騰する温度を超えている。

【0050】

このように、本実施形態によれば、先端温度コントロールによって噴射された燃料の減圧沸騰を抑制することができる。

【0051】

図１２は、排ガス試験用モードでの運転中におけるＰＮの推移を示している。図中の実線が本実施形態のＰＮ排出量であり、破線は図７と同様の比較例である。また、時間軸（横軸）は図１１と共通である。

【0052】

比較例では、運転時間の経過に伴いＰＮが増大している。これは、図１１におけるインジェクタ先端温度Ｔｔｉｐ２の挙動と対応している。これに対して本実施形態を実行した場合のＰＮは、運転開始直後に増大した後はほぼ一定に保たれている。つまり、先端濡れに起因するＰＮの増大が抑制されている。

【0053】

ここで、ラジエータ流路制御モード中の第１モード及び第２モードにおける、ブロック側通路ＷＢ内の冷却液温（以下、「ブロック液温」ともいう）と、ヘッド側通路ＷＨ内の冷却液温（以下、「ヘッド液温」ともいう）とについて説明する。

【0054】

図１３は、暖機状態となった後のブロック液温とオイル希釈率との関係を示す図である。

【0055】

内燃機関１の運転中に、シリンダ壁等に付着した燃料がエンジンオイル（以下、単に「オイル」ともいう）に混入するオイル希釈が生じることがある。オイル希釈率が高くなるほどオイルの性能が劣化するので、希釈限界を設けて、これを超えないようにする必要がある。

【0056】

図１３に示すように、オイル希釈率はブロック液温が低いほど高くなる。これは、フロック液温が低いほどシリンダブロックの壁温が低くなり、燃料が付着し易くなるためである。そこで、ブロック液温を、オイル希釈率が希釈限界を超えないような温度に制御する必要がある。なお、図中のブロック液温ＴＷＢ１は、後述する図１４におけるブロック液温の基準値である。

【0057】

図１４は、ＨＣ排出量のブロック液温及びヘッド液温に対する感度について説明するための図である。

【0058】

横軸はエンジン始動から１５秒間のＨＣ排出量であり、縦軸はエンジン始動から１５秒後の排気温度である。後述する曲線Ａ−Ｃの下側がＨＣ排出量規制値をクリアできる領域（ＯＫ領域）であり、上側がＨＣ排出量規制値をクリアできない領域（ＮＧ領域）である。

【0059】

曲線Ａはブロック液温及びヘッド液温がそれぞれ所定の基準値（ＴＷＢ１、ＴＷＨ１）である場合のＨＣ排出量と排気温度との関係を示している。なお、ブロック液温の基準値ＴＷＢ１とヘッド液温の基準値ＴＷＨ１は同じ温度である。

【0060】

曲線Ｂは、曲線Ａに対してヘッド液温だけを低下させてＴＷＨ２にした場合のＨＣ排出量と排気温度との関係を示している。図示すように、曲線Ｂは曲線Ａとほとんど変わらない。つまり、ヘッド液温だけを低下させてもＯＫ領域はほぼ変化しない。

【0061】

曲線Ｃは、曲線Ｂに対してブロック液温を低下させてＴＷＢ２にした場合のＨＣ排出量と排気温度との関係を示している。曲線Ｃのブロック液温はヘッド液温と同じである。換言すると、曲線Ｃは曲線Ａからブロック液温及びヘッド液温を低下させた場合といえる。なお、曲線Ｃにおけるブロック液温ＴＷＢ２とヘッド液温ＴＷＨ２は同じ温度である。

【0062】

図示するように、曲線Ｃの場合には曲線Ａ、Ｂに比べて、ＯＫ領域が狭くなっている。

【0063】

このことから、ＨＣ排出量はブロック液温に対する感度が高く、ヘッド液温に対する感度は低いことがわかる。そして、ＨＣ排出量を増加させないためには、ブロック液温を基準値に保つことが望ましい。

【0064】

内燃機関１の運転に際して要求される性能としては、上述したＰＮ要求、ＨＣ排出量要求、及びオイル希釈要求の他に、燃焼安定度要求、燃費性能要求、及び出力性能要求がある。そして、これらの性能も冷却液温と関係がある。

【0065】

図１５は、上述した各要求を満たすブロック液温についてまとめたものである。

【0066】

図示するように、ＨＣ排出量要求及びオイル希釈要求を満足するブロック液温に比べて、燃焼安定度、燃費性能、及び出力性能を満足するブロック液温は低い。そして、ＰＮ要求を満足するブロック液温は、燃焼安定度等を満足するブロック液温よりもさらに低い。

【0067】

そこで、第１モードでは、ブロック液温がＨＣ排出量要求及びオイル希釈要求を満足する温度、例えば上述したＴＷＢ１を維持するように、冷却流路及び冷却流量を制御する。また、燃焼安定度要求、燃費性能要求及び出力性能要求に関しては、ヘッド液温はブロック液温と同じ温度でよく、ＰＮ要求、ＨＣ排出量要求及びオイル希釈要求に関してはヘッド液温に対する感度は小さい。このため、第１モードでは、ヘッド液温がブロック液温と同じ温度になるように制御する。

【0068】

一方、高負荷または高回転速度の場合に実行する第２モードでは、ノッキングの発生を回避する必要がある。そこで、ブロック液温は第１モードと同温に維持したまま、ヘッド液温を例えば上述したＴＷＨ２まで低下させる。ブロック液温だけを低下させるのは、ブロック液温を変化させなければＰＮ要求、ＨＣ排出量要求及びオイル希釈要求を満足できるからである。

【0069】

なお、ブロック液温及びヘッド液温の制御にあたり、ブロック液温及びヘッド液温を直接的に検知するのではなく、ブロック壁温及びヘッド壁温に基づいて制御することもできる。この場合、図１６に示すテーブルを用いてブロック液温をブロック壁温に換算すればよい。例えば、ブロック液温がＴＷＢ１の場合にはブロック壁温はＴＢ１となるので、ブロック壁温をモニタしながら、ブロック壁温をＴＢ１するように冷却流路及び冷却流量を制御すればよい。ヘッド液温についても同様である。

【0070】

なお、図３に示したように、本実施形態の内燃機関１は、ピストン冷却用のオイルジェット２４を備える。図１７は、オイルジェット２４を作動させた場合と作動させない場合とについてＰＮ排出量を測定した結果である。横軸の「平均壁温」は、ブロック壁温とヘッド壁温とに所定の重み付けをして算出した平均温度である。また、図中の斜線を付した領域は、本実施形態に係る制御を実行した場合の温度領域である。図中の曲線は、測定結果に基づいて作成した平均壁温とＰＮとの関係を示す特性線である。また、図中の「ｔａｒｇｅｔ」は、ＰＮの許容値である。図示するように、狙い壁温においては、オイルジェット２４の作動・非作動はＰＮに対して影響が少ない。

【0071】

図１８は、インジェクタ５の突き出し量について説明するための図である。インジェクタ５の先端が燃焼室壁面に一致する場合を突き出し量ゼロとし、インジェクタ５の先端が燃焼室側に突出する状態（図中の破線の状態）を突き出し量が正、その逆を突き出し量が負、とする。

【0072】

図１９は、インジェクタ先端温度と、先端濡れによるＰＮとの関係を示す図である。

【0073】

突き出し量が大きくなるほど、燃焼火炎や燃焼ガスからの受熱量が大きくなるため、インジェクタ５の温度は上昇する。その結果、噴孔５Ａから噴射される際の燃料温度が高くなってＰＮが増大する。一方、突き出し量を小さくすれば、燃料温度の上昇が抑制され、その結果ＰＮの増大を抑制することができる。

【0074】

すなわち、図１９に示すように、運転状態が同じであっても、突き出し量をゼロにすることで突き出し量が正の場合に比べてＰＮを抑制できる。そして、突き出し量をゼロにした状態で本実施形態の制御を実行すると、ＰＮ抑制効果がさらに大きくなる。

【0075】

以上説明したように、本実施形態では、燃料噴射弁（インジェクタ５）の噴孔５Ａを通過する際の燃料温度が、燃料噴射弁先端への燃料付着量が増大する温度に達する前に、燃料を冷却する。これにより、先端濡れの増大を抑制することができ、結果としてＰＮの増大を抑制することができる。

【0076】

また、本実施形態では、内燃機関１はそれぞれ独立したシリンダヘッド冷却通路（ヘッド側通路ＷＨ）とシリンダブロック冷却通路（ブロック側通路ＷＢ）とを含む機関冷却通路を備え、シリンダヘッド冷却通路の冷却液流量を制御することによって燃料を冷却する。これにより、シリンダブロックへの燃料付着によるＰＮの増大や、ＨＣ排出量の増加や、オイル希釈率の増大等を招くことなく、先端濡れに起因するＰＮの増大を抑制することができる。

【0077】

また、本実施形態においては、インジェクタ５の先端への燃料付着量が増大する温度を、燃料が減圧沸騰する温度とする。先端濡れの増大は燃料が減圧沸騰することが主な要因であるので、本実施形態によればインジェクタ５の先端濡れの増大を確実に抑制することができる。

【0078】

（第２実施形態）
図２０は、第２実施形態に係る冷却液通路の概略構成図である。図１の構成と異なるのは、コモンレール４を冷却するための冷却回路（コモンレール冷却回路）を有する点である。コモンレール冷却回路は、第１実施形態で説明した冷却回路とは別系統であり、当該回路専用のウォータポンプ（ＷＰ）、ラジエータ（ＲＡＤ）、インタークーラ（Ｉ／Ｃ）、及び後述するコモンレール冷却液通路を備える。

【0079】

図２１は、第２実施形態で使用するコモンレール４の構成図である。コモンレール４は、インジェクタホルダ３０とボルト締結用のフランジ３１とを備える。また、コモンレール４は、内部に燃料通路３３とコモンレール冷却液通路３２とを備える。コモンレール冷却液通路３２は、燃料通路３３に沿うように設けられている。なお、図中の矢印は、それぞれ燃料と冷却液との流れ方向を示している。

【0080】

燃料ポンプ（図示せず）によりコモンレール４の燃料通路３３に送られた燃料は、インジェクタホルダ３０に取り付けられたインジェクタ５から噴射される。コモンレール冷却通路３２の内部には、コモンレール冷却回路専用のウォータポンプにより送られた冷却液が流れる。

【0081】

上記の構成によれば、燃料通路３３内の燃料がコモンレール冷却液通路３２を流れる冷却液によって冷却される。つまり、第１実施形態においてはインジェクタ５を冷却することによって燃料温度を制御したが、第２実施形態では燃料を冷却することによって燃料温度を制御する。このような構成でも、第１実施形態と同様に先端濡れによるＰＮの増大を抑制することができる。

【0082】

また、第２実施形態によれば、燃料温度をブロック液温およびヘッド液温とは独立して制御することができる。

【0083】

以上のように第２実施形態では、加圧燃料を蓄えるコモンレール４と、機関冷却通路とは別の循環回路を有するコモンレール冷却通路と、を備え、コモンレール冷却通路の冷却液流量を制御することによって燃料を冷却する。これにより、ブロック液温やヘッド液温に影響を与えることなく先端濡れによるＰＮの増大を抑制することができる。

【0084】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】