(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼にセンサを直接接触させることなく、デポジット堆積量を推定する技術を提供する。【解決手段】内燃機関１０２の燃焼室内に露出しない状態で燃焼室の壁面に埋め込まれた温度センサ３０と、温度センサ３０によって計測された温度の履歴からデポジット堆積量を推定する燃焼制御装置１００と、を備える構成とする。【選択図】図１
2019183782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に露出しない状態で前記燃焼室の壁面に埋め込まれた温度センサと、
前記温度センサによって計測された温度の履歴からデポジット堆積量を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置であって、
前記デポジット堆積量が基準値以上となったときにデポジット除去処理を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置であって、
前記推定手段は、前記内燃機関のクランク角に対する前記温度の履歴の位相変化に基づいて前記デポジット堆積量を推定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の燃焼制御装置であって、
前記推定手段は、前記内燃機関のクランク角に対する前記温度のピークの位相変化に基づいて前記デポジット堆積量を推定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の内燃機関の燃焼制御装置であって、
前記推定手段は、前記位相が遅れるほど前記デポジット堆積量が多いと推定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置であって、
前記推定手段は、前記内燃機関の燃焼サイクル間における前記温度の変化に基づいて前記デポジット堆積量を推定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の燃焼制御装置であって、
前記推定手段は、前記内燃機関の燃焼サイクル間における前記温度のピーク値の変化に基づいて前記デポジット堆積量を推定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の内燃機関の燃焼制御装置であって、
前記推定手段は、前記温度が低下するほど前記デポジット堆積量が多いと推定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関での燃焼に影響を及ぼすデポジットの堆積を推定する技術が開示されている。例えば、筒内圧センサで検出された燃焼室内の圧縮前圧力と着火前圧力から実圧縮比を算出し、設計圧縮比との差から筒内のデポジット堆積量を推定する技術が開示されている（特許文献１）。また、ピストンのトップランド壁面に堆積するデポジット量を推定する技術として、エンジンの運転条件により推定されるトップランド温度に応じてデポジットの増減を積算してデポジットの堆積量を推定する技術が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９３６３６７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の技術では、筒内圧センサによる圧力の変化からデポジット量を推定しているが、燃焼室に設けられたセンサが燃焼に曝されるので検出部にデポジット等が付着した場合に検出特性が変化し、測定値の信頼性が低下するおそれがある。また、特許文献２に記載の技術では、運転状態から筒内温度を推定し、その推定値に基づいてデポジットの増減量を推定して積算していくので、直接的な測定に基づく方法に比べて精度が劣る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様は、内燃機関の燃焼室内に露出しない状態で前記燃焼室の壁面に埋め込まれた温度センサと、前記温度センサによって計測された温度の履歴からデポジット堆積量を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置である。
【０００６】
ここで、前記デポジット堆積量が基準値以上となったときにデポジット除去処理を行うことが好適である。
【０００７】
また、前記推定手段は、前記内燃機関のクランク角に対する前記温度の履歴の位相変化に基づいて前記デポジット堆積量を推定することが好適である。また、前記推定手段は、前記内燃機関のクランク角に対する前記温度のピークの位相変化に基づいて前記デポジット堆積量を推定することが好適である。このとき、前記推定手段は、前記位相が遅れるほど前記デポジット堆積量が多いと推定することが好適である。
【０００８】
また、前記推定手段は、前記内燃機関の燃焼サイクル間における前記温度の変化に基づいて前記デポジット堆積量を推定することが好適である。また、前記推定手段は、前記内燃機関の燃焼サイクル間における前記温度のピーク値の変化に基づいて前記デポジット堆積量を推定することが好適である。このとき、前記推定手段は、前記温度が低下するほど前記デポジット堆積量が多いと推定することが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の燃焼にセンサを直接接触させることなく、デポジット量を推定する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における内燃機関及び燃焼制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における内燃機関の燃焼制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における温度履歴の例を示す図である。
【図４】内燃機関の燃焼室の壁面へのデポジットの堆積の様子を示す図である。
【図５】温度履歴における温度の変化の位相遅れを説明する図である。
【図６】デポジットの厚さに対する温度の履歴の位相遅れ量の関係の例を示す図である。
【図７】温度履歴における温度の変化を説明する図である。
【図８】デポジットの厚さに対する温度の変化量の関係の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態における内燃機関の燃焼制御装置１００は、図１に示すように、内燃機関１０２に付設されて使用される。
【００１２】
内燃機関１０２は、燃焼室を構成するシリンダ１０及びピストン２０を含んで構成される。シリンダ１０には、吸気ポート１２及び排気ポート１６が連通して設けられる。吸気ポート１２は、内燃機関１０２の燃焼室に空気及び燃料を供給するための通路である。吸気ポート１２と燃焼室との間には吸気バルブ１４が設けられる。吸気バルブ１４は、燃焼室へ空気及び燃料を供給するタイミングで閉状態から開状態とされる。排気ポート１６は、内燃機関１０２の燃焼室から排気ガスを排出するための通路である。排気ポート１６と燃焼室との間には排気バルブ１８が設けられる。排気バルブ１８は、燃焼室から排気ガスを排出するタイミングで閉状態から開状態とされる。ピストン２０は、燃焼室内での燃料の燃焼によって上下運動させられることで動力を得るための部材である。燃料噴射弁２２は、噴孔から燃料を噴射させるための弁を備え、所望のタイミングで吸気ポート１２内に燃料を噴射させる。
【００１３】
燃焼制御装置１００は、温度センサ３０に接続される。温度センサ３０は、温度を計測して出力するセンサである。温度センサ３０は、図１に示すように、内燃機関１０２の燃焼室内に露出しない状態で燃焼室の壁面を構成するシリンダ１０に埋め込まれる。このとき、内燃機関１０２の燃焼室内においてデポジットが堆積し易い壁面の近傍に温度センサ３０を埋め込むことが好適である。燃焼制御装置１００は、温度センサ３０で計測された温度に基づいて、内燃機関１０２の燃焼室の壁面に堆積したデポジット（燃焼によって生じる煤等）の量を推定し、その量に応じてデポジットを除去する処理を実行する。
【００１４】
以下、図２のフローチャートを参照して、本実施の形態における内燃機関１０２の燃焼制御方法について説明する。燃焼制御は、内燃機関１０２を運転させた状態において燃焼室内に堆積するデポジットの量を推定し、デポジットを除去する処理を含むものとする。
【００１５】
ステップＳ１０では、温度センサ３０による温度の計測が行われる。燃焼制御装置１００は、温度センサ３０で計測された温度を受信して、内蔵するメモリに温度履歴として記憶させる。
【００１６】
ここで、図３に示すように、内燃機関１０２を運転させている状態において、ピストンの運動を示すクランク角の変化に伴って温度センサ３０で計測される温度は変化する。すなわち、上死点（ＴＤＣ）付近において燃料の燃焼が開始されて燃焼室内の温度が上昇すると共に燃焼室の壁面温度も上昇し、これに伴って温度センサ３０で計測される温度も上昇する。その後、上死点（ＴＤＣ）付近において温度のピークとなる。燃焼室内での燃焼が終了すると、クランク角が進行すると共に燃焼室の壁面温度も低下し、これに伴って温度センサ３０で計測される温度も低下する。内燃機関１０２の１サイクル毎に、温度センサ３０で計測される温度はこのような変化を示す。なお、図３では、初期状態の温度変化の例を実線で示し、デポジット堆積量が増加するにつれて温度変化の例を破線、点線の順で示している。
【００１７】
なお、温度センサ３０による温度の計測は、内燃機関１０２が所定の条件で運転されているときに行うようにすればよい。たとえば、内燃機関１０２の起動時、アイドリング運転時等に温度センサ３０による温度の計測を行うようにすればよい。所定の運転条件は、１つの運転条件であってもよいし、複数の運転条件としてもよい。
【００１８】
ステップＳ１２では、デポジットの堆積量を推定する処理が行われる。本ステップにおける処理によって、燃焼制御装置１００は推定手段として機能する。
【００１９】
内燃機関１０２における燃料の燃焼が繰り返されると、図４に示すように、内燃機関１０２の運転時間の経過に伴って燃焼室の壁面にデポジットが堆積する。デポジットには遮熱効果があるので、デポジット堆積量が増加するにつれて、図５に示すように、内燃機関１０２のクランク角に対する温度の変化の位相が遅れる。温度の変化の位相は、例えば、内燃機関１０２のクランク角に対する温度のピークの位相の変化量として読み取ることができる。
【００２０】
燃焼制御装置１００は、内燃機関１０２のクランク角に対する温度の履歴の位相遅れ量Δθに基づいてデポジット堆積量を推定することができる。図６は、デポジットの厚さｄに対する温度の履歴の位相遅れ量Δθの関係の例を示す。図６に示すように、デポジットの厚さｄが増加すると、温度の履歴の位相遅れ量Δθも増加する関係を示す。ただし、図６に示すように直線関係には限定されず、内燃機関１０２の構成や構造に応じて関係は変化する。そこで、内燃機関１０２毎に予め実験等によりデポジットの厚さｄに対する温度の履歴の位相遅れ量Δθの関係を求めておき、それを燃焼制御装置１００からアクセス可能なメモリに記憶させておくことによって、実際に測定された温度の履歴の位相遅れ量Δθに応じたデポジットの厚さｄを推定することができる。
【００２１】
また、デポジット堆積量が増加するにつれて、図７に示すように、内燃機関１０２の燃焼サイクル間における温度が変化する。すなわち、内燃機関１０２の燃焼サイクルにおける特定のクランク角における温度がサイクル毎に変化する。例えば、燃焼サイクル間における温度のピーク値の変化量ΔＴとして読み取ることができる。
【００２２】
また、燃焼制御装置１００は、内燃機関１０２の燃焼サイクル間における温度の変化量ΔＴに基づいてデポジット堆積量を推定することができる。図８は、デポジットの厚さｄに対する温度の変化量ΔＴの関係の例を示す。図８に示すように、デポジットの厚さｄが増加すると、温度の変化量ΔＴは低下する関係を示す。ただし、図８に示すように直線関係には限定されず、内燃機関１０２の構成や構造に応じて関係は変化する。そこで、内燃機関１０２毎に予め実験等によりデポジットの厚さｄに対する温度の変化量ΔＴの関係を求めておき、それを燃焼制御装置１００からアクセス可能なメモリに記憶させておくことによって、実際に測定された温度の変化量ΔＴに応じたデポジットの厚さｄを推定することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、デポジット堆積量としてデポジットの厚さｄを用いたが、これに限定されるものではなく、デポジットの体積や重量等としても温度の履歴の位相遅れ量Δθや温度の変化量ΔＴと同様の関係を示す。
【００２４】
ステップＳ１４では、推定されたデポジット堆積量が開始基準値以上になった否かが判定される。本実施の形態では、燃焼制御装置１００は、ステップＳ１２において推定されたデポジットの厚さｄが開始基準厚さＤｓ以上であればステップＳ１６に処理を移行させ、そうでなければステップＳ２０に処理を移行させる。
【００２５】
ここで、判定に用いるデポジット堆積量は、温度の履歴の位相遅れ量Δθから推定された量を用いてもよいし、温度の変化量ΔＴから推定された量を用いてもよい。また、これらの両方を用いてもよい。例えば、温度の履歴の位相遅れ量Δθから推定されたデポジット堆積量と温度の変化量ΔＴから推定されたデポジット堆積量との平均値を判定に用いるデポジット堆積量としてもよい。また、例えば、温度の履歴の位相遅れ量Δθから推定されたデポジット堆積量と温度の変化量ΔＴから推定されたデポジット堆積量のうちより大きい値を判定に用いるデポジット堆積量としてもよい。
【００２６】
ステップＳ１６では、デポジットの除去処理が行われる。燃焼制御装置１００は、内燃機関１０２の運転条件を変更し、燃焼室の壁面に堆積しているデポジットを除去する。具体的には、燃焼制御装置１００は、燃料の噴射タイミング、燃料の点火タイミング、燃料の噴射圧力、過給圧力、供給される空気量、ＥＧＲ率等を制御パラメータとして燃焼室の壁面に堆積しているデポジットが除去される運転条件とする。これらの制御パラメータは、複数組み合わせてもよい。
【００２７】
なお、本実施の形態では、デポジット堆積量に応じてデポジット除去処理を行う態様としたが、これに限定されるものでない。例えば、デポジット堆積量が基準値以上となった場合に警告を発するようにしてもよい。
【００２８】
ステップＳ１８では、デポジットの除去処理の終了判定が行われる。ここでは、デポジット堆積量が終了基準値以下になった否かが判定される。終了基準値は、開始基準値よりも小さな値とする。本実施の形態では、燃焼制御装置１００は、デポジット除去処理によってデポジットの厚さｄが終了基準厚さＤｅ以下であればステップＳ２０に処理を移行させ、そうでなければステップＳ１６におけるデポジットの除去処理を継続させる。このとき、デポジット堆積量は、ステップＳ１０及びＳ１２と同様の処理にて推定することができる。
【００２９】
ステップＳ２０では、内燃機関１０２が通常運転とされる。燃焼制御装置１００は、内燃機関１０２を通常の運転条件となるように制御する。
【００３０】
以上のように、本実施の形態における燃焼制御装置１００によれば、内燃機関１０２の燃焼に温度センサ３０を直接接触させることなく、デポジット堆積量を推定することができる。そして、デポジット堆積量に基づいて、デポジットを除去する処理を適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  シリンダ、１２  吸気ポート、１４  吸気バルブ、１６  排気ポート、１８  排気バルブ、２０  ピストン、２２  燃料噴射弁、３０  温度センサ、１００  燃焼制御装置、１０２  内燃機関。
【図１】
2019183782.tif 000003
【図２】
2019183782.tif 000004
【図３】
2019183782.tif 000005
【図４】
2019183782.tif 000006
【図５】
2019183782.tif 000007
【図６】
2019183782.tif 000008
【図７】
2019183782.tif 000009
【図８】
2019183782.tif 000010