(57)【要約】【課題】内燃機関のシリンダにおけるデポジットの厚さを好適に計測する。【解決手段】内燃機関が有するシリンダにおいて、該シリンダのシリンダライナ表面の温度を検出する表面温度検出部と、シリンダライナの所定深部の温度を検出する深部温度検出部と、シリンダ内での１燃焼サイクルにおいて表面温度検出部によって検出された表面温度と深部温度検出部によって検出された所定深部温度との差に基づいて、シリンダライナに堆積しているデポジットの堆積量を算出するデポジット算出部と、を備える内燃機関の制御装置であって、表面温度検出部及び深部温度検出部は、シリンダの上面視において、該シリンダの中心を挟んで、該シリンダボアへの潤滑油供給のために設けられた潤滑油供給噴射孔とは反対側の、シリンダライナの所定部位における表面温度と所定深部温度を検出する。【選択図】図１
2016223382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が有するシリンダにおいて、該シリンダのシリンダライナ表面の温度を検出する表面温度検出部と、
前記シリンダライナの所定深部の温度を検出する深部温度検出部と、
前記シリンダ内での１燃焼サイクルにおいて前記表面温度検出部によって検出された前記表面温度と前記深部温度検出部によって検出された前記所定深部温度との差に基づいて、前記シリンダライナに堆積しているデポジットの堆積量を算出するデポジット算出部と、
を備え、
前記表面温度検出部及び前記深部温度検出部は、前記シリンダの上面視において、該シリンダの中心を挟んで、該シリンダボアへの潤滑油供給のために設けられた潤滑油供給噴射孔とは反対側の、前記シリンダライナの所定部位における前記表面温度と前記所定深部温度を検出する、
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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被試験材の厚さを検出するための技術として、例えば、特許文献１に開示の技術が例示できる。当該技術では、周期的に超音波パルスを被試験材に入射して、当該被試験材の底面からの反射エコーの遅れ時間を利用することで、被試験材の厚さが測定される。このとき、被試験材の厚さに相当する厚さパルスを測定するクロックパルスの位相を２π／Ｎ（Ｎは２以上の整数）ずつずらしてＮ個のパルスを計数し、その計数量に被試験材中の音速に対応する補正を施すことで、厚さ測定が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−９２８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関が有するシリンダの内壁面においては、燃料の燃焼により生成されるデポジットが堆積する。デポジットが堆積し過ぎると、潤滑油の消費量が増大する等の支障が生じるため、デポジットを適宜除去するためにもその堆積量を適時正確に把握できることが好ましい。ここで、従来技術による超音波パルスを利用してデポジットの厚さ測定を行おうとすると、一般に内燃機関のシリンダは鋳物で形成されるため反射エコーが好適に形成されず正確なデポジット厚さの計測は困難となる。
【０００５】
また、内燃機関のシリンダにおいては、必ずしも一様にデポジットが堆積するわけではなく、燃焼室を形成するシリンダ内壁面でのデポジット形成の特性を十分に考慮した上で、そのデポジットの厚さを計測しなければならないが、従来技術においてはその点に関する考察は一切なされていない。
【０００６】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関のシリンダにおけるデポジットの厚さを好適に計測可能な制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明において、上記課題を解決するために、シリンダに堆積するデポジットの厚さを、堆積箇所のシリンダライナの表面温度とその深部温度との温度差に基づいて算出する構成を採用した。デポジットが堆積することで、それがいわば断熱材として機能することになるため、シリンダライナの表面と深部との間の温度差と、デポジットの厚さとの間に、所定の相関が形成されることになる。そこで、当該温度差を利用することで、鋳物で形成されるシリンダにおいても、正確にデポジットの厚さを計測することができる。また、シリンダにおいてはピストンとの間の摩耗対策としてシリンダに対して供給噴射孔から潤滑油が供給されているが、この潤滑油が比較的多く供給されるシリンダライナの部位ではデポジットが形成されにくい特性を、本出願人は見出した。そこで、本願発明では、このような特性を十分に考慮した上で、上記の温度差を利用してデポジット厚さを算出することとした。
【０００８】
具体的には、本願発明は内燃機関の制御装置であって、内燃機関が有するシリンダにおいて、該シリンダのシリンダライナ表面の温度を検出する表面温度検出部と、前記シリン
ダライナの所定深部の温度を検出する深部温度検出部と、前記シリンダ内での１燃焼サイクルにおいて前記表面温度検出部によって検出された前記表面温度と前記深部温度検出部によって検出された前記所定深部温度との差に基づいて、前記シリンダライナに堆積しているデポジットの堆積量を算出するデポジット算出部と、を備える。そして、前記表面温度検出部及び前記深部温度検出部は、前記シリンダの上面視において、該シリンダの中心を挟んで、該シリンダボアへの潤滑油供給のために設けられた潤滑油供給噴射孔とは反対側の、前記シリンダライナの所定部位における前記表面温度と前記所定深部温度を検出するように構成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関のシリンダにおけるデポジットの厚さを好適に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関のシリンダライナ表面におけるデポジットの堆積状態を示す図である。
【図３】シリンダライナ表面温度とシリンダライナ深部温度を検出する温度センサの、シリンダの軸方向における取り付け位置を説明するための、第１の図である。
【図４】内燃機関のシリンダライナ表面の温度推移と、該シリンダライナ深部の温度推移とを示す図である。
【図５】シリンダライナ表面温度とシリンダライナ深部温度との温度差と、該シリンダライナに堆積したデポジットの厚さとの相関を示す図である。
【図６】シリンダライナ表面温度とシリンダライナ深部温度を検出する温度センサの、シリンダの周方向における取り付け位置を説明するための図である。
【図７】本発明に係る制御装置において実行される、内燃機関のシリンダライナ表面に堆積したデポジットを除去するためのデポジット除去制御のフローチャートである。
【図８】シリンダライナ表面温度とシリンダライナ深部温度を検出する温度センサの、シリンダの軸方向における取り付け位置を説明するための、第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１２】
図１は、本発明の実施例に係る制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す燃料噴射弁１は、ディーゼルエンジン用の噴射弁である。ここで、当該内燃機関は、図６に示すように直列４気筒の内燃機関である。そして、各気筒２ａは、シリンダブロックにシリンダライナ２が嵌め込まれて形成されており、その内部にピストン３が配置される。当該シリンダライナ２とシリンダヘッド４、及びピストン３の頂面によって、気筒２ａ内に燃焼室２０が形成されることになる。
【００１３】
ここで、シリンダライナ２の上部、すなわちシリンダヘッド４に近いシリンダライナ２の部位において、シリンダライナ２の表面温度を検出する温度センサ５と、シリンダライナ２の深部、すなわち、気筒２ａの径方向に表面から所定距離内側の部位の温度を検出する温度センサ６が配置されている。温度センサ５によって検出される温度をライナ表面温度と称し、温度センサ６によって検出される温度をライナ深部温度と称する。なお、温度センサ５、６の配置に関する詳細については後述する。
【００１４】
また、図１に示す内燃機関には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０が併設されており、該
ＥＣＵ３０は内燃機関の運転状態等を制御するユニットである。このＥＣＵ３０には、上述した燃料噴射弁１や、クランクポジションセンサ３１、温度センサ５、６等の各種センサが電気的に接続され、燃料噴射弁１は、ＥＣＵ３０からの指示に従い燃焼室２０内への燃料噴射制御を行い、また、各センサによる検出値がＥＣＵ３０に渡されている。例えば、クランクポジションセンサ３１は内燃機関１のクランク角を検出し、ＥＣＵ３０へと送る。その結果、ＥＣＵ３０は、クランクポジションセンサ１１の検出値に基づいて燃焼室２０内における燃焼サイクル等を把握できる。
【００１５】
ここで、図２に基づいて、燃焼室２０内でのデポジットの生成について説明する。図２に示すピストン３は、気筒２ａ内において上死点位置にある状態となっている。デポジットは、燃料噴射弁１からの噴射燃料が燃焼に供された結果生成されるものであり、燃焼室２０内に露出している部位に付着、堆積し得る。特に、シリンダライナ２の表面の面積は比較的広いため、そこに付着するデポジット量も多くなりやすい。ここで、シリンダライナ２と互いに摺動関係にあるピストン３には、トップリング９、セカンドリング１０、オイルリング１１を含むピストンリングが設置されている。そのため、シリンダライナ２の表面に付着したデポジットは、これらのピストンリングによって掻き上げられたり掻き下げられたりする。その結果、このようなピストンリングの作用を受けにくい、シリンダライナ２上の位置、すなわち、図２に示すようなシリンダライナ２の上部にデポジットが堆積していくことになる。より具体的には、ピストン３が上死点位置にある状態において、ピストン３のピストントップランド８と対向するシリンダライナ２の表面上に、デポジットが堆積する傾向がある。図２においては、堆積しているデポジットを、参照番号１２で表している。
【００１６】
そこで、本実施例に係る制御装置においては、堆積デポジット１２の厚さを算出するために、図３に示すように、上記の温度センサ５及び温度センサ６が配置されている。図３に示すピストン３の位置は、図２と同じように上死点位置である。堆積デポジット１２は、後述するようにシリンダライナ２の表面温度（ライナ表面温度）とその深部温度（ライナ深部温度）との温度差に基づいて算出される。そのため、堆積デポジット１２が堆積しているシリンダライナ２の該当する表面の温度が適切に計測できるように、温度センサ５が配置される。具体的には、ピストン３のピストントップランド８が対向するシリンダライナ２の表面（図３にＲ１で示される範囲の表面）の温度が計測できるように、温度センサ５が配置される。
【００１７】
また、その温度センサ５によって温度計測されるシリンダライナ２の該当表面に対応する、シリンダライナ２の内部の位置に温度センサ６が配置される。後述するように、堆積デポジット１２は、シリンダライナ２の表面と深部との間に有意の温度差を形成する。そこで、温度センサ６は、当該有意の温度差が検出可能となる、気筒２ａの径方向にライナ表面から所定距離の内部に位置する深部に配置されることになる。
【００１８】
ここで、上記の有意の温度差に基づいて、堆積デポジット１２の厚さの算出について、図４及び図５に基づいて説明する。図４は、内燃機関１において燃料の燃焼が行われている際の、温度センサ５によって検出されるライナ表面温度の推移（線Ｌ１、Ｌ２）及び温度センサ６によって検出されるライナ深部温度の推移（線Ｌ３、Ｌ４）を表している。詳細には、線Ｌ１及び線Ｌ３は、温度センサ５の熱容量が比較的小さい場合の、ライナ表面温度及びライナ深部温度の推移である。また、線Ｌ２及び線Ｌ４は、温度センサ５の熱容量が比較的大きい場合の、ライナ表面温度及びライナ深部温度の推移である。なお、温度センサ５、６が例えば熱電対である場合には、その線径が細くなるほど熱容量は小さくなる。
【００１９】
図４に示すように、ライナ表面温度については、温度センサの熱容量によって、検出さ
れる温度推移が大きく異なる。これは、シリンダライナ２の表面ではその温度変化が大きく、燃料の燃焼で生じる熱エネルギーによって温度センサが昇温される速さが、温度センサの熱容量の影響を受けやすいことが一因と考えられる。一方で、ライナ深部温度については、温度センサの熱容量にかかわらず検出される温度推移に大きな変化は見られない。これは、深部における温度変化が小さいことが一因と考えられる。本実施例においては、温度センサの熱容量は特定のものに限定されるものではない。
【００２０】
ここで、シリンダライナ２の表面にデポジットが堆積してくると、その堆積量に応じた厚さを有するデポジットが、燃料の燃焼によって生じた燃焼エネルギーがシリンダライナ側へ伝播するのを阻止する断熱部材（断熱層）として作用する。そのため、堆積デポジットの厚さが厚くなるほど、シリンダライナ２の表面が昇温しにくくなる。一方で、シリンダライナ２の深部については、表面から所定距離だけ内部に位置しているため、堆積デポジットによる断熱作用にかかわらず概ね一定の温度、もしくは断熱作用の影響が大きく軽減された結果の温度となる。そのため、シリンダライナ２の表面にデポジットが堆積してくると、図５に示すように、その厚さが厚くなるほど、ライナ表面温度とライナ深部温度との温度差ΔＴが小さくなっていく。そこで、本実施例では、図５に示す当該温度差ΔＴとデポジット厚さとの相関に基づいて、温度センサ５、６の検出温度を用いた堆積デポジットの厚さ算出が行われる。
【００２１】
なお、堆積デポジットの厚さを算出するためのライナ表面温度とライナ深部温度との温度差ΔＴは、燃焼室２０内での燃料の燃焼によって生じる熱エネルギーを利用して形成される温度差であり、特に、堆積デポジットによる断熱作用は、その熱エネルギーが最大となったときに顕著に現れるものと考えられる。そこで、当該温度差については、特に、ライナ表面温度が１燃焼サイクルにおいてピーク値を迎えたタイミングでの、当該ライナ表面温度と、時間的に対応するライナ深部温度との温度差が、堆積デポジットの厚さを効果的に反映しているものと考える。
【００２２】
ここで、図４に示したように、温度センサ５の熱容量に応じて、ライナ表面温度の推移は異なり、１燃焼サイクルにおけるライナ表面温度のピーク値が発生するタイミングも異なってくる。例えば、線Ｌ１で示すように、温度センサ５の熱容量が比較的小さい場合には、ライナ表面温度のピーク値は、概ね、ピストン３が上死点位置にあるタイミングに発生する。そこで、その場合には、当該上死点位置に対応するタイミングでの、ライナ表面温度とライナ深部温度との温度差を利用して、堆積デポジットの厚さが算出される。また、別法として、線Ｌ２で示すように、温度センサ５の熱容量が比較的大きい場合には、ライナ表面温度のピーク値は、ピストン３が上死点位置を迎えてからある程度経過したタイミングに発生する。そこで、その場合には、当該経過タイミングでの、ライナ表面温度とライナ深部温度との温度差を利用して、堆積デポジットの厚さが算出される。このように、本実施例においては、温度センサの熱容量に応じて適切に温度差を算出することで、堆積デポジットの厚さも好適に算出することが可能である。
【００２３】
また、温度センサ５及び温度センサ６の配置については、堆積デポジットの厚さをより正確に算出するためには、上記の堆積デポジットによる断熱作用を好適に発現させる必要がある。ここで、図６に示すように、内燃機関の気筒２ａには、一般には、潤滑油をピストン３に向かって噴射するオイルジェット噴射孔２１が設置されている。そして、本願の発明者の鋭意努力により、気筒２のシリンダライナ２の周方向において、このオイルジェット噴射孔２１の近傍の領域Ｒ１、Ｒ２には、デポジットは形成されにくく、それ以外の領域Ｒ３の方が比較的多くのデポジットが形成されることが分かった。この領域Ｒ１、Ｒ２については、例えば、シリンダライナ２の周方向において、オイルジェット噴射孔２１の設置位置を挟んで両側に４５度の領域が例示できる。そこで、好適には、領域Ｒ３であって、シリンダライナ２の周方向において、オイルジェット噴射孔２１の設置位置の反対
側の位置Ｐ１が、デポジットが堆積しやすい位置と考えられる。
【００２４】
以上を踏まえると、シリンダライナ２の軸方向においては、図３に示すように、上死点位置におけるピストントップランド８に対向する位置であって、シリンダライナ２の周方向においては、図６に示すように、オイルジェット噴射孔２１の設置位置の反対側の位置Ｐ１となるシリンダライナ２の所定部位が、気筒２ａにおいて最もデポジットが堆積しやすい部位と考えられる。そこで、当該所定部位に、温度センサ５及び温度センサ６を配置することで、堆積デポジットによる断熱作用を利用して好適に堆積デポジットの厚さを算出することが可能となる。
【００２５】
ここで、気筒２ａのシリンダライナ２の表面での堆積デポジットが多くなると、内燃機関１での潤滑油の消費量が多くなり好ましくない。そのため、シリンダライナ２の表面での堆積デポジットがある程度増加してくると、そのデポジットを除去するのが好ましい。そこで、本実施例では、ＥＣＵ３０によって所定のプログラムが実行されることで、図７に示すデポジット除去制御が行われる。なお、当該所定のプログラムは、ＥＣＵ３０内のメモリに格納されている。このデポジット除去制御は、上述の堆積デポジットの厚さを算出するための処理を利用して、気筒２ａ内でデポジットが堆積した状態となったときに、そのデポジットを除去するための制御である。
【００２６】
先ず、Ｓ１０１では、図４に基づいて説明したように、気筒２ａでの１燃焼サイクルにおけるライナ表面温度とライナ深部温度との温度差ΔＴが算出される。この温度差ΔＴの算出に当たっては、上記の通り温度センサ５の熱容量に応じて、温度差を算出するためのタイミングが適切に決定される。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。そして、Ｓ１０２では、図５に示す温度差と堆積デポジットの厚さとの相関を踏まえて、Ｓ１０１で算出された温度差ΔＴに基づいて、シリンダライナ２の表面に堆積しているデポジットの厚さＸが算出される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００２７】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で算出された堆積デポジットの厚さＸが、基準厚さＸ０未満であるか否かが判定される。基準厚さＸ０は、シリンダライナ２ａの表面上にデポジットが堆積すると、いたずらに潤滑油が消費されることになる。そこで、内燃機関における潤滑油の消費速度の観点から、許容し得るデポジットの堆積量が設定され、当該許容堆積量に対応する堆積デポジットの厚さが、基準厚さＸ０とされる。Ｓ１０３で肯定判定されると、堆積デポジットによる潤滑油消費への影響は小さいと考えられるため、堆積デポジットの除去処理を行わずに本制御を終了する。一方で、Ｓ１０３で否定判定されると、堆積デポジットによる潤滑油消費への影響を無視できないと考えられるため、Ｓ１０４において堆積デポジットの除去処理である筒内昇温処理が実行される。
【００２８】
Ｓ１０４で実行される筒内昇温処理は、燃料の燃焼条件を調整して気筒２ａ内を高温雰囲気に晒すことで、シリンダライナ２の表面上に堆積しているデポジットの酸化除去を図る処理である。具体的には、燃料噴射弁１からの燃料噴射時期の遅角化、燃料噴射量の増量、内燃機関の機関回転速度の減速等の処理の何れかが、又は複数の処理が組み合わされて実行される。なお、堆積デポジットの酸化除去のためには、堆積デポジットを高温雰囲気に一定の時間以上晒す必要がある。そのため、Ｓ１０４の筒内昇温処理は、当該酸化除去に必要な一定の時間、すなわち複数の燃焼サイクルに渡って継続的に実行される。
【００２９】
上記のデポジット除去制御によれば、デポジットが堆積しやすい、シリンダライナ２の所定部位に設けられた温度センサ５、６に基づいて計測されたライナ表面温度とライナ深部温度との温度差を利用して、堆積デポジットの厚さが正確に算出される。そして、その算出された堆積デポジットの厚さに基づいて、筒内昇温処理が適時実行されることになる。そのため、筒内昇温処理の実行頻度を、潤滑油消費の観点から適正に設定することが可
能となり、以て、潤滑油の適正な消費、及び、筒内昇温処理に要するエネルギーの抑制を両立することが可能となる。
【００３０】
＜変形例＞
堆積デポジットの厚さを算出するためのライナ深部温度については、上記の通り、ライナ表面温度と有意の温度差が生じる程度に、シリンダライナ２の深部（内部）に位置する部位の温度とされる。このようなシリンダライナ２の深部は、シリンダブロック内に設けられた冷却水路による冷却作用を受けやすい。そこで、図８に示すように、シリンダライナ２のライナ深部温度を検出する温度センサ６を冷却水路８の近傍に配置することで、温度センサ６が、ライナ深部温度だけではなく冷却水温度も検出可能となるように構成することができる。これにより、内燃機関において、ライナ深部温度と冷却水温度を共通の温度センサで検出可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・燃料噴射弁
２・・・シリンダライナ
２ａ・・・気筒
３・・・ピストン
５、６・・・温度センサ
８・・・冷却水路
１２・・・堆積デポジット
２０・・・燃焼室
３０・・・ＥＣＵ
【図１】
2016223382.tif 000003
【図２】
2016223382.tif 000004
【図３】
2016223382.tif 000005
【図４】
2016223382.tif 000006
【図５】
2016223382.tif 000007
【図６】
2016223382.tif 000008
【図７】
2016223382.tif 000009
【図８】
2016223382.tif 000010