(57)【要約】【課題】除去すべきデポジットが気筒内に堆積していることを正確に判定することができるデポジット堆積判定装置を提供する。【解決手段】筒内噴射式火花点火内燃機関のデポジット堆積判定装置であって、理論空燃比の均質燃焼時の排気ガス中のＣＯ濃度が設定濃度以上である時（ステップ１０２）には、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定する（ステップ１０３）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内噴射式火花点火内燃機関のデポジット堆積判定装置であって、理論空燃比の均質燃焼時の排気ガス中のＣＯ濃度が設定濃度以上である時には、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定することを特徴とするデポジット堆積判定装置。
【請求項２】
筒内噴射式火花点火内燃機関のデポジット堆積判定装置であって、リーン空燃比の均質燃焼時の排気ガス中のＣＯ濃度が設定濃度以上である時には、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定することを特徴とするデポジット堆積判定装置。
【請求項３】
除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定された時には、デポジット除去運転を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載のデポジット堆積判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内へのデポジット堆積を判定するデポジット堆積判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内へ直接的に燃料が噴射される場合には、噴射燃料の一部がピストン頂面に付着してデポジットが生成される。このようなデポジットが堆積して、ある大きさに成長すると、堆積デポジットには無視できないほど噴射燃料が吸収され、点火時期直前となって気筒内が高温となれば、吸収された燃料は堆積デポジットから気化して、堆積デポジット近傍にリッチ混合気が形成される。こうして、気筒内の一部に不必要にリッチ混合気が形成されると、その他の混合気は、意図された理論空燃比ではなく、燃料不足によって必然的にリーンとなってしまう。
【０００３】
こうして、気筒内にデポジットが堆積すると、均質混合気の均質程度を低下させて良好な均質燃焼を実現することができず、また、デポジットの堆積によりピストン頂面の鏡面加工の輻射熱反射効果を低減させ、熱効率を低下させる。
【０００４】
それにより、気筒内の堆積デポジットは除去することが望まれ、そのために強制的にノッキングを発生させたりすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１８４８２
【特許文献２】特開２００１−２８９０９７
【特許文献３】特開平８−１０５３５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
気筒内の堆積デポジットを除去するための運転は、一般的に、燃焼、ドライバビリティ、又は燃料消費等を悪化させる。それにより、堆積デポジットを除去するための運転が必要以上に実施されることは好ましくなく、そのためには、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していることを正確に判定することが必要となる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していることを正確に判定することができるデポジット堆積判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による請求項１に記載のデポジット堆積判定装置は、筒内噴射式火花点火内燃機関のデポジット堆積判定装置であって、理論空燃比の均質燃焼時の排気ガス中のＣＯ濃度が設定濃度以上である時には、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定することを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項２に記載のデポジット堆積判定装置は、筒内噴射式火花点火内燃機関のデポジット堆積判定装置であって、リーン空燃比の均質燃焼時の排気ガス中のＣＯ濃度が設定濃度以上である時には、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明による請求項３に記載の燃料噴射弁は、請求項１又は２に記載のデポジット堆積判定装置において、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定された時には、デポジット除去運転を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による請求項１に記載のデポジット堆積判定装置によれば、筒内噴射式火花点火内燃機関において、理論空燃比の均質燃焼が実施される際に、気筒内に無視できないほどの燃料を吸収するデポジットが堆積していると、堆積デポジットに吸収された燃料が点火時期直前に気化して堆積デポジット近傍にリッチ混合気を形成し、このリッチ混合気が燃焼に際してＣＯを生成するために、排気ガス中のＣＯ濃度を設定濃度以上とする。もし、デポジットが堆積していなければ、気筒内全体には理論空燃比の均質混合気が形成され、ＣＯ濃度はかなり低くなる。こうして、排気ガス中のＣＯ濃度が設定濃度以上である時には、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定することができる。
【００１２】
本発明による請求項２に記載のデポジット堆積判定装置によれば、筒内噴射式火花点火内燃機関において、リーン空燃比の均質燃焼が実施される際に、気筒内に無視できないほどの燃料を吸収するデポジットが堆積していると、堆積デポジットに吸収された燃料が点火時期直前に気化して堆積デポジット近傍にリッチ混合気を形成し、このリッチ混合気が燃焼に際してＣＯを生成するために、排気ガス中のＣＯ濃度を設定濃度以上とする。もし、デポジットが堆積していなければ、気筒内全体にはリーン空燃比の均質混合気が形成され、ＣＯ濃度はかなり低くなる。こうして、排気ガス中のＣＯ濃度が設定濃度以上である時には、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定することができる。
【００１３】
また、本発明による請求項３に記載のデポジット堆積判定装置によれば、請求項１又は２に記載のデポジット堆積判定装置において、除去すべきデポジットが気筒内に堆積していると判定された時には、デポジット除去運転を実施することにより、燃焼、ドライバビリティ、又は、燃料消費等を悪化させるデポジット除去運転の実施を必要最小限とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明によるデポジット堆積判定装置が取り付けられる筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図であり、図２はピストンの平面図であり、いずれも均質燃焼のための吸気行程における燃料噴射時期を示している。これらの図において、１は気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、２は燃料噴射弁１の吸気ポート側近傍に配置された点火プラグである。３はピストン、４は一対の吸気ポート、５は一対の排気ポートを、それぞれ示している。
【００１５】
本筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒内に理論空燃比又は理論空燃比よりリーンな均質混合気を形成し、この均質混合気を点火プラグ２により着火燃焼させる均質燃焼を実施するものである。理論空燃比よりリーンな均質燃焼が実施される場合のリーン空燃比は、ＮＯX生成量が比較的少なくなるように設定される（例えば、約２０）。機関回転数及び機関負荷等により定まる機関運転状態毎に必要燃料量が設定されている。この必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、リッチ空燃比（例えば、約１２．５）での均質燃焼を実施するようにしても良い。
【００１６】
気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁１から吸気下死点近傍において、ピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて燃料Ｆを噴射するようにすれば、各噴射燃料は、気筒内の排気ポート側を下降して吸気ポート側を上昇するように気筒内を縦方向に旋回するタンブル流Ｔ中へ噴射され、タンブル流によって気筒内全体に分散されるために、均質混合気の均質程度を高めるのに有利である。
【００１７】
また、こうして吸気下死点近傍においてタンブル流Ｔ中へ燃料を噴射することにより、噴射燃料の貫徹力によってタンブル流Ｔを強めることができる。それにより、そのままでは圧縮行程前半で消滅するタンブル流Ｔを圧縮行程後半まで持続させることができ、タンブル流Ｔをピストン３により押し潰すことにより、圧縮行程末期の点火時期において気筒内に乱れを存在させ、この乱れによって均質混合気の燃焼速度を高めて良好な均質燃焼を実現することができる。
【００１８】
本実施形態において、図１及び２に示すように、燃料噴射弁１は、略半円弧状スリット噴孔を有して中空半円錐形状に燃料を噴射するものである。また、燃料噴射弁１は、図２に一点鎖線で示すように、複数の丸噴孔を有して、吸気下死点近傍において、各噴孔からピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて複数の燃料を噴射するようにしても良い。
【００１９】
このように気筒上部に配置された燃料噴射弁からピストン頂面へ向けて燃料が噴射される場合において、均質燃焼に際して必要燃料量が比較的多い時（例えば、リッチ空燃比又は理論空燃比の均質燃焼時）には、噴射燃料の一部がピストン頂面へ付着してデポジットを生成することがある。こうして生成されたデポジットが徐々に堆積して、比較的大きくなると、設定量より多く無視できないほどの燃料を吸収し、こうして吸収された燃料は点火時期直前に気化して堆積デポジット近傍にリッチ混合気を形成する。このリッチ混合気は、点火までの短時間ではリッチ混合気回りの混合気と混合されることはなく、均質混合気の均質性を悪化させるだけでなく、独自に燃焼してＨＣ及びＣＯを生成する。
【００２０】
意図された均質燃焼がリッチ空燃比である時には、堆積デポジット近傍のリッチ混合気がＣＯを生成しても、リッチ空燃比の均質燃焼でもＣＯが生成されるために、堆積デポジットの有無によって排気ガス中のＣＯ濃度には顕著な差は発生しない。しかしながら、意図された均質燃焼が理論空燃比又はリーン空燃比である時には、堆積デポジットから気化した燃料によりリッチ混合気が形成され、これが独自に燃焼してＣＯを生成すると、理論空燃比又はリーン空燃比の均質燃焼では、殆どＣＯが生成されないために、堆積デポジットの有無によって排気ガス中のＣＯ濃度には顕著な差が発生する。
【００２１】
図３は本発明によるデポジット堆積判定装置により実施されるフローチャートを示している。先ず、ステップ１０１において、理論空燃比の均質燃焼が実施されるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０２において、検出された排気ガス中のＣＯ濃度Ｃが、設定濃度Ｃ１以上であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了する。
【００２２】
しかしながら、ステップ１０２の判断が肯定される時には、理論空燃比の均質燃焼では生成しないほどのＣＯ量が生成されており、例えばピストン頂面には、設定量より多い燃料を吸収するほどの堆積デポジットが存在していると判定することができる。
【００２３】
また、ステップ１０１において、リーン空燃比の均質燃焼が実施されるか否かを判断するようにして、ステップ１０２において、この時の排気ガス中のＣＯ濃度Ｃが設定濃度Ｃ１以上であるか否かを判断するようにしても良い。こうして、リーン空燃比の均質燃焼時においても、同様に、設定量より多い燃料を吸収するほどの堆積デポジットが気筒内に存在していると判定することができる。前述の設定濃度Ｃ１は、いずれも０より僅かに大きな値としても良いが、燃焼空燃比が小さくなるほど（理論空燃比が最小である）、大きくなるように（燃焼時のＣＯ濃度が高くなる傾向があるために）、燃焼空燃比毎に変化させるようにしても良い。
【００２４】
ステップ１０３において気筒内に堆積デポジットが存在していると判定されれば、ステップ１０４において、堆積デポジットを除去する運転が実施される。この運転は、燃焼温度を高めて堆積デポジットを焼失又は剥離させるものであり、例えば、点火時期を進角（ノッキングを発生させても良い）すれば良い。また、単に燃料を増量して燃焼温度を高めても良い。ハイブリッド車両の内燃機関の場合には、燃料増量に伴う機関出力の上昇によるドライバビリティの悪化を防止するために、機関出力の上昇分を発電機により電気エネルギとして回収するようにしても良い。
【００２５】
本筒内噴射式火花点火内燃機関において、点火プラグ２は燃料噴射弁１より吸気ポート側に配置されているために、噴射燃料により濡らされてアークの発生が阻害されることはない。また、タンブル流Ｔを確実に強めるために、噴射燃料Ｆの貫徹力は、例えば、噴射開始から１ｍｓ後の燃料先端が６０ｍｍ以上に達するように強くすることが好ましい。
【００２６】
本筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁１は、部分円弧状、直線状、又は折れ線状のスリット噴孔を有して部分円弧断面、直線断面、又は折れ線断面の燃料を噴射するものでも、また、直線状又は折れ線状に配列された複数の丸噴孔を有して複数の柱状に燃料を噴射するものでも良く、このような場合において、噴射燃料は、ピストン頂面の排気ポート側周囲部（略半円弧の帯状部分）に向かうようにされれば良い。もちろん、燃料噴射弁１は、吸気下死点近傍において、ピストン頂面の排気ポート側周囲部（略半円弧の帯状部分）に向かうように中空又は中実円錐形状の燃料を噴射するものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるデポジット堆積判定装置が取り付けられる筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン平面図である。
【図３】本発明によるデポジット堆積判定装置により実施されるフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１    燃料噴射弁
２    点火プラグ
３    ピストン
４    吸気ポート
５    排気ポート
Ｆ    噴射燃料
Ｔ    タンブル流
【図１】
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【図２】
2008303832.tif 000004
【図３】
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