(57)【要約】      （修正有）【課題】潤滑油種ごとに異なる筒内デポジット堆積量を高精度に推定する。【解決手段】内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置は、潤滑油の種類に応じたパラメータを用いて筒内デポジット堆積量を推定する。筒内デポジット堆積量推定装置において、空燃比を検出するための空燃比検出部と、該空燃比検出部の上流側で供給される燃料に潤滑油を添加する第１潤滑油添加部と、を具備し、前記第１潤滑油添加部によって燃料に潤滑油が添加されたときに前記空燃比検出部によって検出される空燃比に基づいて、潤滑油の種類が判別される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油の種類に応じたパラメータを用いて筒内デポジット堆積量を推定する内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置において、空燃比を検出するための空燃比検出部と、該空燃比検出部の上流側で供給される燃料に潤滑油を添加する潤滑油添加部と、を具備し、前記潤滑油添加部によって燃料に潤滑油が添加されたときに前記空燃比検出部によって検出される空燃比に基づいて、潤滑油の種類が判別される内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置。
【請求項２】
排気通路に排気浄化装置を具備し、前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路内に燃料を供給する排気添加弁を具備する請求項１に記載の内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置において、前記潤滑油添加部が前記排気添加弁に供給される燃料に潤滑油を添加する内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置。
【請求項３】
前記潤滑油として、鉱物油または化学合成油が用いられる請求項１に記載の内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置において、前記空燃比が所定空燃比よりも小さい場合、前記潤滑油が鉱物油であると判別され、前記空燃比が前記所定空燃比以上である場合、前記潤滑油が化学合成油であると判別される内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置。
【請求項４】
前記潤滑油として鉱物油または化学合成油または部分化学合成油が用いられる請求項１に記載の内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置において、前記空燃比が第１の所定空燃比よりも小さい場合、前記潤滑油が鉱物油であると判別され、前記空燃比が前記第１の所定空燃比よりも大きい第２の所定空燃比以上である場合、前記潤滑油が化学合成油であると判別され、前記空燃比が前記第１の所定空燃比よりも大きく且つ前記第２の所定空燃比よりも小さい場合、前記潤滑油が部分化学合成油であると判別される内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置に関する。
【０００２】
特許文献１に内燃機関の燃料噴射制御装置が記載されている。この装置では、筒内での微粒子生成量に基づいて、筒内デポジット堆積量が推定される。そして、この推定された筒内デポジット堆積量に基づいて、筒内インジェクタからの噴射量が補正される。すなわち、筒内に堆積したデポジットに起因して、燃料の一部が燃焼に寄与しなくなり、空燃比が所期空燃比からずれてしまう。こうした空燃比のずれを解消するために、特許文献１の装置では、筒内デポジット堆積量に基づいて、噴射量が補正されるようになっている。このように、筒内に堆積するデポジットに起因する空燃比のずれの補正など、高い機関性能を確保するためには、筒内デポジット堆積量を精度良く推定することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３３６４号公報
【発明の概要】
【０００４】
ところで、本願の発明者の研究により、筒内デポジット堆積量が潤滑油の種類（以下「油種」）によって異なることが判明した。したがって、油種を考慮しない場合、筒内デポジット堆積量が精度良く推定されないことになる。
【０００５】
こうした事情に鑑み、本発明の目的は、油種に係わらず、筒内デポジット堆積量を精度良く推定することにある。
【０００６】
本発明は、潤滑油の種類に応じたパラメータを用いて筒内デポジット堆積量を推定する内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置に関する。そして、この装置は、空燃比を検出するための空燃比検出部と、該空燃比検出部の上流側で供給される燃料に潤滑油を添加する潤滑油添加部と、を具備する。そして、この装置では、前記潤滑油添加部によって燃料に潤滑油が添加されたときに前記空燃比検出部によって検出される空燃比に基づいて、潤滑油の種類が判別される。
【０００７】
燃料に潤滑油が添加されると、潤滑油の種類に応じて空燃比検出部で検出される空燃比が変化する。したがって、このときの空燃比に基づいて、潤滑油の油種を判別することができる。そして、斯くして判別された油種に応じたパラメータを用いて筒内デポジット堆積量を推定することによって、筒内デポジット堆積量を高精度に推定することができる。
【０００８】
また、内燃機関が、排気通路に排気浄化装置を具備し、前記排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路内に燃料を供給する排気添加弁を具備する場合、前記潤滑油添加部は、前記排気添加弁に供給される燃料に潤滑油を添加する。これによれば、潤滑油は、少なくとも内燃機関本体部よりも下流で添加される。したがって、燃料噴射弁に供給される燃料に潤滑油が添加される場合に比べて、筒内での燃焼への潤滑油の影響なく、油種を判別することができる。
【０００９】
また、前記潤滑油として、鉱物油または化学合成油が用いられる場合、本発明では、前記空燃比が所定空燃比よりも小さい場合、前記潤滑油が鉱物油であると判別され、前記空燃比が前記所定空燃比以上である場合、前記潤滑油が化学合成油であると判別される。これによれば、潤滑油が鉱物油であるのか、化学合成油であるのかを判別することができる。
【００１０】
また、前記潤滑油として、鉱物油または化学合成油または部分化学合成油が用いられる場合、本発明では、前記空燃比が第１の所定空燃比よりも小さい場合、前記潤滑油が鉱物油であると判別され、前記空燃比が前記第１の所定空燃比よりも大きい第２の所定空燃比以上である場合、前記潤滑油が化学合成油であると判別され、前記空燃比が前記第１の所定空燃比よりも大きく且つ前記第２の所定空燃比よりも小さい場合、前記潤滑油が部分化学合成油であると判別される。これによれば、潤滑油が鉱物油であるのか、化学合成油であるのか、鉱物油と化学合成油の中間の特性を有する部分化学合成油であるのかを判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１および第２実施形態に係る内燃機関の機関本体部の概略図である。
【図３】図３は、添加された潤滑油種の違いによって、潤滑油添加燃料の空燃比が変化する理由を説明するための図である。
【図４】図４は、機関回転数と負荷トルクとに対する空燃比の等空燃比線の例を示した図である。
【図５】図５は、機関回転数と負荷トルクとに対する筒内ＰＭ（カーボンを主成分とする微粒子：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）生成量の等筒内ＰＭ生成量線の例を示した図である。
【図６】図６は、機関回転数と負荷トルクとに対する筒内ＰＭ生成量のテーブルの例を示した図である。
【図７】図７は、筒内ＰＭ総生成量に対する筒内デポジット堆積量のマップの例を示した図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態に係る潤滑油種判別のフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態に係る筒内デポジット堆積量推定のフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の全体構成図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施形態に係る潤滑油種判別のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置の実施形態について説明する。なお、以下、本発明の筒内デポジット堆積量推定装置をピストン往復動型・直列・多気筒（４気筒）・圧縮自着火式内燃機関（いわゆるディーゼルエンジン）に適用した場合を例に本発明の実施形態を説明する。しかしながら、本発明は、他の形式の機関（たとえば、火花点火式内燃機関（いわゆるガソリンエンジン）にも適用可能である。
【００１３】
＜第1実施形態＞
（構成）
図１に第１実施形態の筒内デポジット堆積量推定装置を備えた内燃機関が示されている。図１において、１０は内燃機関、２０は内燃機関本体、２２はオイルパン、３１は吸気管、３２は吸気マニホールド、３３はエアフィルタ、３４はスロットルバルブ（吸気絞り弁）、３５はインタークーラ、４１は排気マニホールド、４２は排気管、４３はマニバータ（排気浄化装置）、４３ａは酸化触媒コンバータ（ＣＣＯ）、４３ｂはＰＭ捕集フィルタ（ＤＰＦ）、４４はＥＧＲ通路、４５はＥＧＲクーラ、４６はＥＧＲバルブ、５０はターボチャージャ、５１はコンプレッサ、５２はタービン、６１は燃料タンク、６２はサプライポンプ、６３は機関燃料通路、６４はコモンレール、６５はインジェクタ（燃料噴射弁）、６６は添加燃料通路、６７は排気添加弁、７１は第１潤滑油添加弁、８１はエアフローメータ、８２はスロットル開度センサ、８３は吸気温センサ、８４は吸気圧センサ、８５はレール圧センサ、８６は空燃比センサ、８７は排気温センサ、８８はクランク角度センサ、８９はアクセルペダル踏込量センサ、９０はアクセルペダル、１００は電子制御装置（ＥＣＵ）、ＣＣは燃焼室をそれぞれ示している。
【００１４】
吸気管３１と吸気マニホールド３２とは、吸気系（または、吸気通路）を構成している。排気マニホールド４１と排気管４２とは、排気系（または、排気通路）を構成している。
【００１５】
ＥＣＵ１００の出力側には、スロットルバルブ３４、ＥＧＲバルブ４６、サプライポンプ６２、排気添加弁６７、第１潤滑油添加弁７１、が電気的に接続されている。ＥＣＵ１００の入力側には、エアフローメータ８１、スロットル開度センサ８２、吸気温センサ８３、吸気圧センサ８４、レール圧センサ８５、空燃比センサ８６、排気温センサ８７、クランク角度センサ８８、アクセルペダル踏込量センサ８９が接続されている。
【００１６】
ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ３４、ＥＧＲバルブ４６、サプライポンプ６２、排気添加弁６７および第１潤滑油添加弁７１を動作させるための信号をこれらに送信する。また、ＥＣＵ１００は、エアフローメータ８１、スロットル開度センサ８２、吸気温センサ８３、吸気圧センサ８４、レール圧センサ８５、空燃比センサ８６、排気温センサ８７、クランク角度センサ８８、および、アクセルペダル踏込量センサ８９から信号を受信する。空燃比センサ８６からは、空燃比（すなわち、排気管４２内を通過する排気の空燃比）に対応する信号が出力される。ＥＣＵ１００は、この信号に基づいて空燃比を算出する。また、ＥＣＵ１００は、クランク角度センサ８８から受信した信号に基づいて、機関回転数（ＮＥ）を算出する。また、アクセルペダル踏込量センサ８９からは、アクセルペダル９０の踏込量に対応する信号が出力される。ＥＣＵ１００は、この信号に基づいて、内燃機関１０に要求される負荷トルク（ＫＬ）を算出する。
【００１７】
また、サプライポンプ６２は、燃料タンク６１から汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路６６を介して排気添加弁６７に供給する。排気添加弁６７は、マニバータ４３よりも上流側の排気通路に配置される。排気添加弁６７は、排気通路内の排気に燃料を添加することができる。排気添加弁６７から供給される燃料は、たとえば、マニバータ４３中の触媒を暖機するために用いられる。あるいは、ＮＯｘ吸蔵還元機能を有する触媒に対して、ＮＯｘを還元するために用いられる。なお、この場合、燃料は排気中のＮＯｘを還元する還元剤として用いられることになる。
【００１８】
潤滑油系は、第１潤滑油添加弁７１を含んでいる。第１潤滑油添加弁７１は、燃料タンク６１とサプライポンプ６２との間の燃料供給経路中に配設され、オイルパン２２から汲み上げた所定量の潤滑油を燃料に加えられるようになっている。
【００１９】
空燃比センサ８６は、排気管４２の途中であってマニバータ４３の上流部分の好適な位置に配設され、排気の空燃比を測定し、ＥＣＵ１００に信号を送出する。また、空燃比センサ８６は、検出される排気空燃比がリッチであるほど小さい電流値を出力し、検出される排気空燃比がリーンであるほど大きい電流値を出力するような、いわゆる限界電流式の酸素濃度センサである。
【００２０】
図２に第１実施形態の内燃機関本体２０の詳細が示されている。図２において、２１はクランクケース、２１ａはクランクシャフト、２２はオイルパン、２３はシリンダブロック、２３ａはシリンダボア、２３ｂはシリンダライナ、２３ｃはピストン、２３ｄはコネクティングロッド、２４はシリンダヘッド、２４ａはシリンダヘッドカバー、２５は吸気ポート、２６は排気ポート、２７は吸気弁、２８は排気弁、６５は燃料噴射弁、ＣＣは燃焼室、ＯＬは潤滑油、ＯＲはオイルリングをそれぞれ示している。
【００２１】
ピストン２３ｃの上面（頂面）は、シリンダライナ２３ｂの内壁面およびシリンダヘッド部２４の下面と共に燃焼室ＣＣを形成している。シリンダヘッド部２４内には、燃料噴射弁６５が備えられている。本内燃機関２０のシステムは、燃料噴射弁６５が筒内（すなわち、燃焼室内）に直接燃料を噴射するいわゆる「筒内噴射型システム」である。
【００２２】
オイルリングＯＲは、ピストン２３ｃの外周に配置され、シリンダ２３ａの内壁（すなわち、シリンダライナ２３ｂの内壁）を摺動しながら、同内壁の潤滑油（油膜）をクランクケース２１側に掻き落とすようになっている。
【００２３】
（筒内デポジット発生メカニズム）
前記のような筒内噴射型内燃機関において、デポジットが発生するメカニズムについて説明する。燃料噴射弁６５は、高圧燃料を筒内に直接噴射する。よって、ポート噴射型システムとは異なり、筒内壁面（特に、ピストン頂面やシリンダ壁面）に液状の燃料が付着する。始動時等の冷間運転時では、筒内壁面の温度が低いので、筒内壁面に付着した液状燃料の揮発性が低い。また、通常運転時であっても、特に高負荷運転時では、燃料が多く噴射されるので、揮発せずに液状のまま付着する燃料量が多くなる。さらに、筒内噴射型システムでは、ポート噴射型システムに比べて、燃料噴射時期から着火時期までの時間が短いので、液状燃料が完全に揮発する前に着火してしまう。
【００２４】
筒内壁面に付着した液状燃料は、空気と接する表面部分から徐々に燃焼していく。しかしながら、この液状燃料が、その中心部分まで燃焼できない場合には、液状燃料が高圧・高温条件下に曝され続ける。その結果、液状燃料が焼き固められてしまい、筒内において、ＰＭに変化していく。
【００２５】
一方、シリンダ壁面の潤滑油は、吸気行程において、ピストンの下降に伴いオイルリングＯＲによって掻き落とされる。残った潤滑油は、さらに、ピストンリングによって掻き落とされる。このとき、掻き落とされずに残った少量の潤滑油は、シリンダ壁面に油膜を形成して、次の圧縮行程時の潤滑に使われる。
【００２６】
ところが、吸気行程においては、ピストン上部（すなわち、筒内）の圧力は、クランクケース内の圧力よりも低くなっている。つまり、吸気行程なので、筒内は負圧になっている。そのため、潤滑油がピストンリング下とピストン２３ｃとの間からピストンリングの内側（ピストン２３ｃとリングの間）に入り込むようになる。そのため、ピストンリング、オイルリングＯＲまたはシリンダ２３ａの内壁において磨耗あるいは損傷があると、潤滑油が筒内まで入り込む、いわゆる「オイル上がり」が発生し、筒内壁面に付着する潤滑油が増加するようになる。
【００２７】
このようにして筒内壁面に付着した潤滑油は、高圧・高温条件下に曝されることによって、その油分が蒸発していく。油分が蒸発した潤滑油は、粘性を増しバインダとしての役割を果たすようになる。すなわち、粘性を増した潤滑油は、筒内の微粒子ＰＭを取り込んで、デポジット化し筒内に堆積する。
【００２８】
（筒内堆積デポジットの問題点と課題）
前述したように、このデポジットは、カーボンを主成分とする多孔質物質であるので、燃料噴射弁６５から噴射された燃料は、その一部がデポジットに吸収されてしまう。その結果、燃焼に寄与する燃料量が不足する事態が生じるので、空燃比が目標値よりもリーン側にシフトしてしまう。目標値からずれたまま運転を続けた場合、エミッション特性が低下する可能性がある。一方、空燃比が目標値に合うように燃料量を増量補正して内燃機関を運転させた場合には、燃費が低下してしまう。
【００２９】
また、これまでの内燃機関では、筒内に堆積するデポジットは、その一部が焼失することによって除去されていたが、今後、ディーゼルエンジンの低燃費化技術の進展によって、前記焼失によるデポジットの除去能力が低下する可能性がある。たとえば、前記低燃費化技術として、進角適合による冷却損失低減技術あるいは燃費向上による投入燃料量低減技術が挙げられるが、これら技術によって、ピストン温度が低下することになる。
【００３０】
ピストン温度の低下は、機関の効率や製品の耐久性の観点からは好ましいことであるが、一方で、筒内に堆積したデポジットは焼失しにくくなる。すなわち、前記技術によって、これまで以上に筒内デポジット堆積量が増加する可能性がある。このように、ピストンに堆積したデポジットを除去する必要性が、今後ますます増えてくると予想される。したがって、筒内に堆積するデポジットの除去処理を適切なタイミングで実施するために、筒内デポジット堆積量を精度良く推定する手段が望まれる。
【００３１】
（潤滑油の種類）
（１）潤滑油の成分と種類
本発明の実施形態に係る作用についての説明に先立ち、内燃機関の潤滑油の成分とその種類について説明する。内燃機関の潤滑油は、潤滑油を構成する成分（いわゆるベースオイル）の違いにより、鉱物油、化学合成油および部分化学合成油の３種類に分類することができる。
【００３２】
鉱物油は、原油を分留させてできた重質油を減圧蒸留して、不要成分や有害成分を取り除いて作られ、その成分によりパラフィン系およびナフテン系に分類することができる。現在、潤滑油に中心的に使用されているのはパラフィン系ベースオイルであり、自動車の内燃機関に用いられるのもパラフィン系である。
【００３３】
化学合成油は、１００％化学的に合成されたＰＡＯ（ポリαオレフィン）、エステル等により精製された潤滑油である。高温安定性（酸化安定性）および低温流動性（低温始動性）に優れている。化学合成油は、石油原料を分解し（エチレン、イソブテン、プロピレン、ベンゼンおよびメタノール等）、必要な成分を使用目的に応じて合成して製造される。現在の化学合成油は、ＰＡＯが主流になっている。
【００３４】
部分化学合成油は、上述の化学合成油と鉱物油とを混合することによって、上述した化学合成油の優れた性能と鉱物油の低コスト性のバランスを実現したベースオイルと言われている。鉱物油の弱点である高い揮発性を化学合成油で補っている。
【００３５】
（２）ディーゼルエンジン用潤滑油とガソリンエンジン用潤滑油の違い
ディーゼルエンジンの燃料である軽油中の「硫黄分」は、ガソリン中の硫黄分よりも多い。この「硫黄分」は、燃焼時に「硫黄酸化物」を生成して、エンジン内部を腐食させる「強い酸」（硫酸）となる。そのため、ディーゼル用の潤滑油には、この酸を化学的に中和させる「アルカリ分」が添加剤として多く加えられているのが特徴である。他の点において、ディーゼル用途とガソリン用途とで潤滑油に大きな違いはない。したがって、本発明による潤滑油の油種判別は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンを問わず適用可能である。
【００３６】
（潤滑油の油種判別の仕組み）
次に、潤滑油の燃焼特性について説明する。内燃機関の潤滑油は、軽油およびガソリン等の燃料に比べて燃えにくい特性を有する。これは、燃料に比べて潤滑油の蒸発温度が高いからである。したがって、燃料に潤滑油を添加すると、潤滑油を添加しない場合に比べて燃料は燃焼しにくくなるので、酸素消費量が減少し、よりリーンな状態になると考えられる。
【００３７】
上述したように、化学合成油は、鉱物油に比べて高温安定性に優れる。すなわち、化学合成油は、鉱物油に比べて蒸発温度が高く燃焼しにくい性質を有する。したがって、燃料に化学合成油を添加した場合は、燃料に鉱物油を添加した場合よりもさらにリーンな状態になると考えられる。これら潤滑油の燃焼のしやすさを例示すると、燃料に添加した鉱物油のうち、およそ８０％が燃焼に寄与し、２０％は燃焼せずに残る。対して、化学合成油については、およそ４０％が燃焼に寄与し、６０％は燃焼せずに残る。
【００３８】
図３に、燃料に添加された潤滑油の燃焼分および未燃焼分の内訳を表した模式図を示す。図中の棒グラフの左側は、通常の燃料を表し、右側は添加した潤滑油を表しており、鉱物油（図中上段）と化学合成油（図中下段）の添加量は等量である。鉱物油の場合、未燃焼分の２０％は、一部は排気管等に付着し（Ｍ１）、残りは空燃比センサまで到達し、炭化水素（ＨＣ）として検出される（Ｍ２）。一方、化学合成油の場合も、未燃焼分の４０％は、一部は排気管等に付着し（Ｓ１）、残りは空燃比センサまで到達し、炭化水素（ＨＣ）として検出される（Ｓ２）。添加された化学合成油の未燃焼分（Ｓ１＋Ｓ２）は、添加された鉱物油の未燃焼分（Ｍ１＋Ｍ２）に比べて多いので、単位量あたりの酸素の消費量がより少ないと考えられる。すなわち、排気中の酸素量が比較的多い状態となり得る。したがって、化学合成油を添加した場合は、鉱物油を添加した場合に比べてよりリーンな状態になると考えられる。
【００３９】
なお、化学合成油と鉱物油を混合した部分化学合成油の燃焼性は、化学合成油と鉱物油の中間の値を示す。すなわち、部分化学合成油が添加された燃料の空燃比（Ａ／Ｆ）は、鉱物油が添加された燃料と化学合成油が添加された燃料の中間の値を示すと考えられる。
【００４０】
（燃料および潤滑油の燃焼による発熱量）
ところで、前記潤滑油の単位量あたりの発熱量が油種ごとに大きく異なるとすると、同量の潤滑油を燃料に添加した場合、油種ごとに発熱量が異なるために燃焼状態が変化し、上述した「潤滑油を燃料に添加すると空燃比がリーンとなり、鉱物油添加よりも化学合成油添加の方がさらにリーンとなる」関係が成立しないことも考えられる。
【００４１】
そこで、燃料および潤滑油の燃焼による発熱量を考える。表１に、燃料または潤滑油の化学式、水素／炭素量比（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ−Ｃａｒｂｏｎ  Ｒａｔｉｏ（Ｈ／Ｃ））および燃焼時の発熱量を示す。
【表１】
2014231773.tif 000003
【００４２】
表１に示した各燃料および各潤滑油の水素／炭素量比は、化学合成油（ポリαオレフィン）で１．７５と最も小さく、鉱物油（パラフィン）で２．１０と最も大きい。しかしながら、表１に示すように、単位量あたりの発熱量は実際には大きな差異はなく、おおよそ４４ＭＪ／ｋｇである。石油系燃料の単位質量あたりの発熱量が、その種類によらずほぼ一定であるのは、分子構造が（ＣＨ２）ｎで表されるように、ＣとＨの元素比がほぼ同じであるからである。すなわち、発熱量は前記ｎの値には依存しないということである。
【００４３】
以上より、燃焼による単位量あたりの潤滑油の発熱量は、潤滑油の種類によらず同等であることがわかったので、燃料に潤滑油を添加する量は、油種ごとの発熱量を考慮して変更される必要がない。したがって、潤滑油の種類に関係なく燃料に同量の潤滑油を添加すれば、そのときの排気の空燃比の変化により、添加した油種を判別することができる。
【００４４】
（油種判別実施条件）
図４に、第１実施形態に係る内燃機関１０の機関回転数ＮＥと負荷トルクＫＬとに対する排気の空燃比の等空燃比線マップを示す。本図において、低回転低負荷領域（すなわち、機関回転数ＮＥが低く且つ負荷トルクＫＬが低い領域）を破線で囲んでいる。低回転低負荷領域が、本発明の潤滑油種判別を実施するのに好適な領域である。以下にその理由を説明する。
【００４５】
図４において、空燃比の等空燃比線は、低回転低負荷領域の負荷上限（図中ＫＬ１）よりも低い部分はその傾きが小さい。すなわち、この領域では、空燃比の機関回転数ＮＥに対する依存性が小さいと言える。したがって、機関回転数ＮＥが変化しても、空燃比の変化は小さいことを表している。一方で、この領域では、空燃比の負荷トルクＫＬに対する依存性が大きいことを表している。
【００４６】
潤滑油の油種判別を行うために空燃比の変化を検出する本発明の方法にあっては、空燃比の検出精度の観点からは、燃料に添加する潤滑油による空燃比の変化を除き、他の要因で空燃比が変化しにくい状態であることが好ましい。前記負荷上限ＫＬ１よりも低い領域では、空燃比は機関回転数ＮＥに大きく依存しないので、前述したように、機関回転数ＮＥに対しては好適な条件と言える。一方、空燃比は、負荷トルクＫＬの変化に対して影響を受けやすいが、負荷トルクＫＬの変動が比較的小さい状態を選んで実施すればよい。すなわち、潤滑油の油種判別を実施する条件としては、負荷トルク変動が小さい状態である定常運転時等が好ましく、アイドリング状態が好適である。
【００４７】
また、一般的な空燃比センサ（限界電流式の酸素濃度センサ）の特性として、リッチ検出時とリーン検出時とでは、その応答性が相違し、リッチ検出時の方がリーン検出時よりも応答性がよい。すなわち、空燃比が小さいほど、空燃比の検出精度は高い。図４からわかるように、負荷トルクＫＬがＫＬ１よりも低い部分では、機関回転数ＮＥが低いほど空燃比の等空燃比線の値が小さい。したがって、空燃比の検出精度の観点からは、機関回転数ＮＥの低い状態で空燃比を検出するのが好ましく、より機関回転数ＮＥの低いアイドリング状態が好適である。
【００４８】
以上の検討より、潤滑油の油種判別は、低回転低負荷領域（すなわち、図４の破線で囲まれた領域）内で実施されるのが好ましい。
【００４９】
さらに、燃料に添加される潤滑油は一種の不純物であるから、この不純物が触媒に与える影響は最小限にされるべきである。また、筒内壁面に付着する潤滑油も最小限にされるべきである。これらの点からも、燃料への潤滑油の添加は、燃料噴射量の少ない低負荷トルクの領域で実施されるのが好ましく、アイドリング状態が好適である。
【００５０】
（筒内デポジット堆積量の推定）
次に、筒内ＰＭ生成量（すなわち、筒内で生成されるＰＭの量）の推定方法ならびに筒内デポジット堆積量の推定方法を説明する。以下の説明において、低負荷低回転とは「負荷トルクと機関回転数とが共に低い」ことを意味し、低負荷高回転とは「負荷トルクが低く且つ機関回転数が高い」ことを意味する。
【００５１】
図５は、機関回転数ＮＥと負荷トルクＫＬとに対する筒内ＰＭ生成量の等筒内ＰＭ生成量線を示す図である。たとえば、低負荷低回転の場合、または、低負荷高回転の場合には、筒内ＰＭ生成量が多くなる。係る図５に示された関係をＥＣＵ１００に取り込むため、二次元のテーブルが予め作成される。
【００５２】
図６は、筒内ＰＭ生成量を推定するためにＥＣＵ１００が記憶しているテーブルの一例を示す図である。図６に示すテーブルでは、機関回転数ＮＥと負荷トルクＫＬとにより定められる運転領域ごとに、単位時間当たりの筒内ＰＭ生成量がそれぞれ定められている。このとき、各運転領域の運転時間を求め、求めた運転時間を前記テーブルに定められた単位時間当たりの筒内ＰＭ生成量と乗算することによって、各運転領域の筒内ＰＭ生成量を求めることができる。さらに、各運転領域の筒内ＰＭ生成量を加算することによって、筒内ＰＭ総生成量（すなわち、内燃機関１０の連続運転中における筒内ＰＭ生成量の合計）を推定することができる。
【００５３】
そして、上記のように推定された筒内ＰＭ総生成量に基づいて、筒内デポジット堆積量を推定する。図７は、筒内ＰＭ総生成量に基づいて筒内デポジット堆積量を推定するためのマップの一例を示す図である。図７に示す関係は、実車を用いて予め行われた数多くの試験から車種および油種ごとに求めることができる。図７に示すマップによれば、筒内ＰＭ総生成量が多いほど、多量の筒内デポジット堆積量が推定される。図７には、潤滑油に鉱物油を使用した場合（Ｃｍ）と、化学合成油を使用した場合（Ｃｓ）と、部分化学合成油を使用した場合（Ｃｐ）とについての関係が示されており、上述した油種判別の結果に基づいて、いずれかのマップを選択する。
【００５４】
（潤滑油種による筒内デポジット堆積量の違い）
次に、内燃機関の筒内デポジット堆積量について考える。内燃機関のピストン上部（ピストン頂面）に堆積するデポジットの主成分はオイル成分であり、全体の約６割を占めている。したがって、潤滑油種の違いが、デポジット堆積量に大きく影響を与えることになる。発明者の知見によれば、前述した３種類の潤滑油（すなわち、鉱物油、部分化学合成油および化学合成油）のうち、鉱物油が最も低温下でデポジットに変化しやすい。次いで、デポジットに変化しやすいのが、部分化学合成油であり、最もデポジットに変化しにくいのが化学合成油である。
【００５５】
（潤滑油種判別フロー）
第１実施形態の潤滑油種判別フローの一例について説明する。このフローの一例が図８に示されている。ＣＰＵは、図８の油種判別ルーチンを、ＣＰＵの割り込み要求の時間間隔に同期して定期的に繰り返し実行する。
【００５６】
ＣＰＵは、所定タイミングにおいて、ステップ１０から処理を開始し、ステップ１１において、機関回転数ＮＥおよび負荷トルクＫＬを取得する。次に、ステップ１２において、油種判別実施可能フラグＦｊがセットされている（Ｆｊ＝１）か否かを判定する。このフラグＦｊは、上記ステップ１１で取得された機関回転数ＮＥおよび負荷トルクＫＬが油種判別実施可能領域内（すなわち、ＮＥ≦ＮＥ１且つＫＬ≦ＫＬ１）であるときにセットされ、そうではないときにリセットされるフラグである。
【００５７】
ステップ１２において、Ｆｊ＝１であるときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１３に進む。すなわち、上述したように、本潤滑油種判別は、空燃比検出精度向上のために、少なくとも、アイドリング状態あるいは定常運転時等の内燃機関１０の低回転低負荷領域で実施する。一方、ステップ１２において、Ｆｊ＝０であるときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ１８に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
【００５８】
ステップ１３では、触媒再生フラグＦｃがリセットされている（Ｆｃ＝０）か否かを判定する。このフラグＦｃは、触媒再生が実施されているときにセットされ、そうではないときにリセットされるフラグである。
【００５９】
ステップ１３において、Ｆｃ＝１であるときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ１８に進んで、本ルーチンを一旦終了する。一方、Ｆｃ＝０であるときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１４に進み、潤滑油を所定量（Ｌａ  ｍｌ）添加して、ステップ１５に進む。
【００６０】
ステップ１５では、空燃比センサ８６で計測した空燃比Ａ／Ｆが所定空燃比Ｒｔｈ０以下である（Ａ／Ｆ≦Ｒｔｈ０）か否かを判定する。Ａ／Ｆ≦Ｒｔｈ０であるときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１６の処理を行い、ステップ１８に進んで、本ルーチンを一旦終了する。すなわち、ＣＰＵは、ステップ１６において、潤滑油種を「鉱物油」と判別し、筒内デポジット堆積量推定マップのパラメータＣｉをＣｍに設定する（Ｃｉ←Ｃｍ）。
【００６１】
一方、ステップ１５において、Ａ／Ｆ≦Ｒｔｈ０ではないときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ１７の処理を行い、ステップ１８に進んで、本ルーチンを一旦終了する。すなわち、ＣＰＵは、ステップ１７において、潤滑油種を「化学合成油」と判別し、筒内デポジット堆積量推定マップのパラメータＣｉをＣｓに設定する（Ｃｉ←Ｃｓ）。
【００６２】
（筒内デポジット堆積量推定フロー）
次に、第１実施形態の筒内デポジット堆積量推定フローについて説明する。このフローを図９に示す。ＣＰＵは、図９の始動開始ルーチンを、ＣＰＵの割り込み要求の時間間隔に同期して定期的に繰り返し実行する。
【００６３】
ＣＰＵは、所定タイミングにおいて、ステップ２０から処理を開始し、ステップ２１において、先ず、機関回転数ＮＥと負荷トルクＫＬとを取得する。次に、ステップ２２において、上記ステップ２１で取得された機関回転数ＮＥと負荷トルクＫＬとに対応する運転領域の運転時間の積算値ΣＴｄを算出する。これらのステップ２１およびステップ２２の処理が連続運転中に所定回数、あるいは所定時間実行される。前記ステップ処理の繰り返しによって、各運転領域での運転時間の積算値ΣＴｄが算出される。
【００６４】
次に、ステップ２３において、各運転領域での筒内ＰＭ生成量Ｐｄを算出する。このステップ２３では、ＥＣＵ１００によって、図６に示すテーブルから、運転領域ごとに単位時間当たりの筒内ＰＭ生成量が読み出される。上記ステップ２２で算出された各運転領域での運転時間の積算値ΣＴｄと、図６に示すテーブルから読み出された単位時間当たりの筒内ＰＭ生成量とを乗算することによって、各運転領域での筒内ＰＭ生成量Ｐｄがそれぞれ算出される。
【００６５】
次に、ステップ２４において、上記ステップ２３で算出された各運転領域での筒内ＰＭ生成量Ｐｄを全て加算することで、筒内ＰＭ総生成量Ｐｔを推定する。そして、ステップ２５において、図７に示す「油種ごとの」マップを参照して、上記ステップ２４で推定された筒内ＰＭ総生成量Ｐｔに基づいて、「油種ごとの」筒内デポジット堆積量Ｄｔを推定する。
【００６６】
以上説明したように、図９に示すルーチンによれば、運転状態（ＮＥ，ＫＬ）に基づいて筒内ＰＭ総生成量が推定され、この筒内ＰＭ総生成量と潤滑油種とに基づいて筒内デポジット堆積量が推定される。したがって、筒内デポジット堆積量を精度良く推定することができる。
【００６７】
（第１実施形態の総括）
以上説明した第１実施形態の筒内デポジット堆積量推定装置は、広くは、空燃比を検出するための空燃比検出部８６と、該空燃比検出部８６の上流側で供給される燃料に潤滑油を添加する第１潤滑油添加部７１と、を具備し、前記第１潤滑油添加部７１によって燃料に潤滑油が添加されたときに前記空燃比検出部８６によって検出される空燃比に基づいて、潤滑油の種類を判別するものであると言える。
【００６８】
さらに、第１実施形態の筒内デポジット堆積量推定装置は、空燃比が所定空燃比Ｒｔｈ０よりも小さい場合、潤滑油が鉱物油を判別し、空燃比が前記所定空燃比Ｒｔｈ０以上である場合、前記潤滑油が化学合成油であると判別するものであると言える。
【００６９】
（効果）
以上、説明したように、第１実施形態の筒内デポジット堆積量推定装置は、潤滑油の種類に応じたパラメータを用いて筒内デポジット堆積量を推定することができる。すなわち、内燃機関１０に使用されている潤滑油を、所定量だけ燃料に添加することによって、排気の空燃比が変化する。よって、この変化量を空燃比検出部で検知し、その変化量に応じて潤滑油の種類を判別することができる。その結果、潤滑油種ごとに異なる筒内デポジット堆積量を高精度に推定することができる。
【００７０】
＜第２実施形態＞
（構成）
図１０に第２実施形態の筒内デポジット堆積量推定装置を備えた内燃機関が示されている。なお、以下において、既に説明した構成要素と同一の構成要素には、そのような構成要素に付された符号と同一の符合が付されている。以下、第１実施形態と同様の説明は省略し、相違点について説明する。
【００７１】
潤滑油系は、第２潤滑油添加弁７２を含んでいる。第２潤滑油添加弁７２は、サプライポンプ６２から排気添加弁６７に燃料を供給する添加燃料通路６６の経路中に配設され、燃料に所定量の潤滑油を加えられるようになっている。
【００７２】
潤滑油の油種判別動作時において、潤滑油が所定量添加された燃料は、排気マニホールド４１の好適な位置に備えられた排気添加弁６７より、所定量が排気マニホールド４１中に供給される。この潤滑油が添加された燃料のうち、一部は燃焼し、一部は燃焼せずに排気管４２等に付着するか、あるいは空燃比センサ８６まで到達し、炭化水素（ＨＣ）として検出される。
【００７３】
前述したように、潤滑油の油種によって、燃焼に寄与する割合が異なる（酸素消費量が異なる）ので、潤滑油をその種類によらず等量添加すれば、結果として油種ごとに排気の空燃比が異なることになる。したがって、空燃比センサ８６で空燃比の変化を検出することによって、油種判別を行うことができる。
【００７４】
（効果）
以上、説明したように、内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置は、排気添加弁６７を具備する。内燃機関の筒内デポジット堆積量推定装置では、前記第２潤滑油添加部７２が前記排気添加弁６７に供給される燃料に潤滑油を添加する。
【００７５】
したがって、潤滑油が添加された燃料は、少なくとも、内燃機関本体部よりも下流において添加される。よって、内燃機関のサプライポンプ６２あるいは燃料の燃焼にとって不純物である潤滑油を混入させることなく油種の判別をすることができる。その結果、潤滑油種ごとに異なる筒内デポジット堆積量を高精度に推定することができる。
【００７６】
なお、第２実施形態は、排気添加弁６７から排気に添加される燃料中に潤滑油を添加し、そのときの空燃比の変化によって油種を判別するものである。したがって、油種を確実に判別するためには、排気添加弁６７から排気に添加された潤滑油が燃焼する（すなわち、排気中の酸素を消費する）必要がある。この観点から、排気添加弁６７は、比較的排気温度が高い排気マニホールド４１に配置されていることが好ましい。
【００７７】
＜その他の実施形態＞
（潤滑油種の３種類の判別手順）
第１実施形態の潤滑油種判別フロー（図８参照。）では、油種を「鉱物油」または「化学合成油」のどちらかに判別する。この第１実施形態においては、鉱物油と化学合成油の中間の特性を示す「部分化学合成油」については、その成分により、鉱物油または化学合成油のどちらかに判別されることになる。デポジット堆積量の推定をさらに精度良く行うために、鉱物油および化学合成油に加えて、部分化学合成油が判別されるようにしてもよい。
【００７８】
以下に、油種を「鉱物油」または「部分化学合成油」または「化学合成油」のいずれかに判別するフローの例を説明する。なお、以下において既に説明したステップと同一のステップには、そのようなステップに付された符号と同一の符合が付されている。このフローの一例を図１１に示す。ＣＰＵは、図１１の油種判別ルーチンを、ＣＰＵの割り込み要求の時間間隔に同期して定期的に繰り返し実行する。
【００７９】
ＣＰＵは、所定タイミングにおいて、ステップ３０から処理を開始し、ステップ３１において、機関回転数ＮＥおよび負荷トルクＫＬを取得する。次に、ステップ３２において、油種判別実施可能フラグＦｊがセットされている（Ｆｊ＝１）か否かを判定する。このフラグＦｊは、上記ステップ３１で取得された機関回転数ＮＥおよび負荷トルクＫＬが油種判別実施可能領域内（すなわち、ＮＥ≦ＮＥ１且つＫＬ≦ＫＬ１）であるときにセットされ、そうではないときにリセットされるフラグである。
【００８０】
ステップ３２において、Ｆｊ＝１であるときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３３に進む。すなわち、上述したように、本潤滑油種判別は、空燃比検出精度向上のために、少なくとも、アイドリング状態あるいは定常運転時等の内燃機関１０の低回転低負荷領域で実施する。一方、ステップ３２において、Ｆｊ＝０であるときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ４０に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
【００８１】
ステップ３３では、触媒再生フラグＦｃがリセットされている（Ｆｃ＝０）か否かを判定する。このフラグＦｃは、触媒再生が実施されているときにセットされ、そうではないときにリセットされるフラグである。
【００８２】
ステップ３３において、Ｆｃ＝１であるときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ４０に進んで、本ルーチンを一旦終了する。一方、Ｆｃ＝０であるときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３４に進み、潤滑油を所定量（Ｌａ  ｍｌ）添加して、ステップ３５に進む。
【００８３】
ステップ３５では、空燃比センサ８６で計測した空燃比Ａ／Ｆが第１の所定空燃比Ｒｔｈ１以下である（Ａ／Ｆ≦Ｒｔｈ１）か否かを判定する。Ａ／Ｆ≦Ｒｔｈ１であるときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３６の処理を行い、ステップ４０に進んで、本ルーチンを一旦終了する。すなわち、ＣＰＵは、ステップ３６において、潤滑油種を「鉱物油」と判別し、筒内デポジット堆積量推定マップのパラメータＣｉをＣｍに設定する（Ｃｉ←Ｃｍ）。
【００８４】
一方、ステップ３５において、Ａ／Ｆ≦Ｒｔｈ１ではないときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ３７に進む。
【００８５】
ステップ３７では、空燃比センサ８６で計測した空燃比Ａ／Ｆが第１の所定空燃比Ｒｔｈ１よりも大きい第２の所定空燃比Ｒｔｈ２以上である（Ａ／Ｆ≧Ｒｔｈ２）か否かを判定する。Ａ／Ｆ≧Ｒｔｈ２であるときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３８の処理を行い、ステップ４０に進んで、本ルーチンを一旦終了する。すなわち、ＣＰＵは、ステップ３８において、潤滑油種を「化学合成油」と判別し、筒内デポジット堆積量推定マップのパラメータＣｉをＣｓに設定する（Ｃｉ←Ｃｓ）。
【００８６】
一方、ステップ３７において、Ａ／Ｆ≧Ｒｔｈ２ではないときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ３９の処理を行い、ステップ４０に進んで、本ルーチンを一旦終了する。すなわち、ＣＰＵは、ステップ３９において、潤滑油種を「部分化学合成油」と判別し、筒内デポジット堆積量推定マップのパラメータＣｉをＣｐに設定する（Ｃｉ←Ｃｐ）。
【００８７】
（その他の実施形態の総括）
この実施形態では、潤滑油として、鉱物油または化学合成油または部分化学合成油が用いられる。したがって、この実施形態の筒内デポジット堆積量推定装置は、広くは、前記空燃比が第１の所定空燃比Ｒｔｈ１よりも小さい場合、前記潤滑油が鉱物油であると判別され、前記空燃比が前記第１の所定空燃比Ｒｔｈ１よりも大きい第２の所定空燃比Ｒｔｈ２以上である場合、前記潤滑油が化学合成油であると判別し、前記空燃比が前記第１の所定空燃比Ｒｔｈ１よりも大きく且つ前記第２の所定空燃比Ｒｔｈ２よりも小さい場合、前記潤滑油が部分化学合成油であると判別するものであると言える。
【００８８】
（効果）
したがって、本実施形態に係る筒内デポジット堆積量推定装置においては、潤滑油種の判別に、鉱物油と化学合成油の中間の燃焼性を示す部分化学合成油を加えることによって、潤滑油種ごとに異なる筒内デポジット堆積量を一層高精度に推定することができる。
【００８９】
（ガソリンエンジンへの適用）
また、本発明の実施形態の説明においては、ディーゼルエンジンを例に説明したが、本発明の適用は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジンに適用されてもよい。
【００９０】
（機関温度を考慮した油種判別）
さらに、潤滑油の蒸発割合は、運転条件（機関温度等）により変化する。すなわち、機関温度により空燃比が変化することになる。前述したように、潤滑油種判別は、低回転低負荷領域で、且つ負荷変動の小さい条件で行うので、機関の始動直後あるいは水温異常上昇時を除けば、油種判別に対する機関温度の変動の影響は少ない。しかしながら、内燃機関の水温Ｔｗを検出し、水温Ｔｗが定められた範囲のときに空燃比を検出するようにすれば、一層空燃比検出の精度を向上することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０…内燃機関、２０…機関本体部、５０…ターボチャージャ、７１…第１潤滑油添加部、８６…空燃比センサ、１００…ＥＣＵ、ＣＣ…燃焼室、ＰＭ…パティキュレートマター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014231773.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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