JP6382740B2

JP6382740B2 - 内燃機関のデポジット堆積量推定装置

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Publication number: JP6382740B2
Application number: JP2015030169A
Authority: JP
Inventors: 勇人山下; 崇士鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: JP2016151247A

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に堆積するデポジットの量を推定する、内燃機関のデポジット堆積量推定装置に関する。

一般に、ディーゼル機関等の内燃機関（以下、単に「機関」とも称呼する。）において、気筒内に露出している部分にデポジットが堆積することが多い。このため、例えば、筒内噴射弁の噴孔へのデポジットの堆積量（以下、「デポジット堆積量」と称呼する。）が過大になると、実際の燃料噴射量が指示した燃料噴射量と大きく相違する場合及び燃料の噴射方向が意図した方向と相違する場合等が発生する。

そこで、従来の制御装置（以下、「従来装置」と称呼する。）は、噴孔近傍の温度がデポジット生成温度範囲内となっている場合には噴孔近傍の温度を上昇させる制御（例えば、点火時期の進角制御）を行うようになっている。これにより、噴孔にデポジットが堆積する機会を減らすことができるので、デポジットの堆積速度を小さくすることができる（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００７−２３９６８６号公報特開２０１１−１０６３３４号公報特開２００７−２４８１１９号公報特開２００７−１２６９９７号公報

ところで、デポジットは、ピストンのトップランド及びシリンダライナ等の気筒を構成する壁面（以下、「気筒壁面」とも称呼する。）にも堆積する。気筒壁面におけるデポジット堆積量が過大になると、次に述べる問題が生じる場合がある。
・圧縮比が上昇してエミッションが悪化する。
・気筒壁面から離脱したデポジットが吸気バルブ及び／又は排気バルブに噛み込まれ、燃焼室のシール性能が低下する。
・気筒壁面の潤滑油による潤滑を阻害する。

従って、気筒壁面におけるデポジット堆積量が過大にならないように何等かの対策を講じることが重要である。そして、そのためには、気筒壁面におけるデポジット堆積量を精度良く推定する必要がある。

しかしながら、気筒壁面におけるデポジット堆積量の増加速度は気筒壁面の温度のみならず、気筒壁面に供給される潤滑油の量によっても大きく変化する。更に、上記従来装置は、デポジットが燃焼することによりデポジット堆積量が減少することも考慮していない。従って、上記従来装置によっては、気筒壁面におけるデポジット堆積量を精度良く推定することができない。そこで、本発明の目的は、気筒壁面におけるデポジット堆積量を精度良く推定することが可能な、内燃機関のデポジット堆積量推定装置を提供することにある。

本発明は、「筒内噴射式内燃機関の気筒を構成する壁面である気筒壁面」に堆積したデポジットの量をデポジット堆積量として推定する、内燃機関のデポジット堆積量推定装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）に関する。

本発明装置は、
前記気筒壁面の温度を壁面温度として推定する壁面温度推定部と、
前記気筒壁面に存在する潤滑油の量を壁面潤滑油量として推定する潤滑油量推定部と、
前記壁面温度及び前記壁面潤滑油量に基づいて単位時間あたりに生成されるデポジットの量を生成デポジット量として推定するとともに前記壁面温度に基づいて単位時間あたりに消失するデポジットの量を消失デポジット量として推定し、前記生成デポジット量と前記消失デポジット量の双方に基づいて前記デポジット堆積量を推定する堆積量推定部と、
を備える。

本発明装置によれば、単位時間あたりに生成されるデポジットの量の推定にその量を決定する因子である壁面温度及び壁面潤滑油量を用いている。更に、デポジット堆積量の推定に単位時間あたりに生成されるデポジットの量のみならず、単位時間あたりに消失するデポジットの量をも用いている。このため、デポジット堆積量を精度良く推定することができる。
本発明装置において、前記堆積量推定部は、前記壁面温度が低い場合よりも前記壁面温度が高い場合のほうが大きい量を前記消失デポジット量として推定し、前記生成デポジット量から前記消失デポジット量を差し引いて取得される値を前記デポジット堆積量として推定するように構成され得る。
更に、本発明装置は、前記デポジット推定量が所定の許容値よりも大きくなった場合、前記気筒壁面に堆積したデポジットを前記気筒壁面から除去するためのデポジット除去制御を実行するデポジット除去制御実行部を更に備えるように構成され得る。
更に、本発明装置において、前記デポジット除去制御実行部は、前記筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁から燃料を噴射するタイミングを遅角する制御を前記デポジット除去制御として実行するように構成され得る。
更に、本発明装置において、前記デポジット除去制御実行部は、前記筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を増大させる制御を前記デポジット除去制御として実行するように構成され得る。
更に、本発明装置において、前記デポジット除去制御実行部は、前記筒内噴射式内燃機関の回転速度を減少させる制御を前記デポジット除去制御として実行するように構成され得る。

本発明の実施形態に係る「デポジット堆積量推定装置」が適用される内燃機関の概略図である。図１に示した内燃機関の気筒の内部を示した断面図である。図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る機関制御装置（以下、「本実施装置」とも称呼する。）について説明する。

（構成）
本実施装置は、図１に示した内燃機関（機関）１０に適用される。機関１０は、多気筒（本例では直列４気筒）・４サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル（筒内燃料噴射式）機関である。機関１０は、機関本体部２０、燃料供給システム３０、吸気システム４０、排気システム５０及びＥＧＲシステム６０を含んでいる。

図１及び図２に示したように、機関本体部２０は、シリンダブロック２１ｂ、シリンダヘッド２１ｈ及びクランクケース等を含む本体（機関本体）２１を含む。本体２１には、４つの気筒（燃焼室）２２が形成されている。

各気筒２２の上部には、燃料噴射弁（インジェクタ）２３が配設されている。燃料噴射弁２３は、複数（本例においては、８つ）の図示しない噴孔を有する。これら噴孔は、燃料噴射弁２３の中心軸線周りに等角度間隔をあけて燃料噴射弁２３の先端部に設けられている。燃料噴射弁２３は、これら噴孔が燃焼室２２に露出し且つ燃料噴射弁２３の中心軸線が燃焼室２２の中心軸線と一致（又は略一致）するようにしてシリンダヘッド２１ｈに配設されている。燃料噴射弁２３は、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０の指示に応答して開弁し、気筒内に燃料を直接噴射するようになっている。

図２に示したように、各気筒（燃焼室）２２において、シリンダヘッド２１ｈのシリンダボア２４には、ピストン２５が往復動可能に配設されている。各燃焼室２２は、ピストン２５の冠面２５ｋ、シリンダボア２４の壁面（シリンダライナー）２４ｃ、及び、シリンダヘッド２１ｈの下壁面２１ｋによって画成されている。

図１に示したように、燃料供給システム３０は、燃料加圧ポンプ３１と、燃料送出管３２と、コモンレール（蓄圧室）３３と、を含む。燃料加圧ポンプ３１の吐出口は燃料送出管３２に接続されている。燃料送出管３２はコモンレール３３に接続されている。コモンレール３３は燃料噴射弁２３に接続されている。

燃料加圧ポンプ３１は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、その加圧された高圧燃料を燃料送出管３２を通してコモンレール３３へ供給するようになっている。燃料加圧ポンプ３１は、機関１０のクランクシャフトに連動する駆動軸により作動する。燃料加圧ポンプ３１は、ＥＣＵ７０の指示に応答し、コモンレール３３内の燃料の圧力（即ち、燃料噴射圧、コモンレール圧）を調整できるようになっている。

吸気システム４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２、エアクリーナ４３、過給機４４のコンプレッサ４４ａ、インタークーラ４５、スロットル弁４６、スロットル弁アクチュエータ４７を含んでいる。

インテークマニホールド４１は各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。吸気管４２はインテークマニホールド４１の集合部に接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。吸気管４２には、吸入空気の流れの上流から下流に向け、エアクリーナ４３、コンプレッサ４４ａ、インタークーラ４５及びスロットル弁４６が順に配設されている。スロットル弁アクチュエータ４７は、ＥＣＵ７０の指示に応じてスロットル弁４６の開度を変更するようになっている。

排気システム５０は、エキゾーストマニホールド５１、排気管５２、過給機４４のタービン４４ｂ、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）５３、及び、ディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）５４を含んでいる。

エキゾーストマニホールド５１は各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。排気管５２はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド５１及び排気管５２は排気通路を構成している。排気管５２には、排ガスの流れの上流から下流に向け、タービン４４ｂ、ＤＯＣ５３及びＤＰＦ５４が配設されている。

ＥＧＲシステム６０は、排気還流管６１、ＥＧＲ制御弁６２及びＥＧＲクーラ６３を含んでいる。

ＥＣＵ７０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース等を含む。ＥＣＵ７０は、以下に述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信（入力）するようになっている。更に、ＥＣＵ７０は、各種アクチュエータに指示（駆動）信号を送出するようになっている。

ＥＣＵ７０は、エアフローメータ７１、スロットル弁開度センサ７２、吸気管圧力センサ７３、燃料圧力センサ７４、潤滑油温センサ７５、クランク角度センサ７６、ＥＧＲ制御弁開度センサ７７及び水温センサ７８と接続されている。

エアフローメータ７１は吸気通路内を通過する吸入空気（ＥＧＲガスを含まない新気）の質量流量（吸入空気量）を測定し、その吸入空気量Ｇａを表す信号を出力する。更に、エアフローメータ７１は吸入空気の温度（吸気温）を検出し、その吸気温ＴＨＡを表す信号を出力する。
スロットル弁開度センサ７２はスロットル弁開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力する。
吸気管圧力センサ７３は、吸気通路内であってスロットル弁４６よりも下流の吸気管内のガスの圧力（吸気管圧力）Ｐｉｍを表す信号を出力する。吸気管圧力Ｐｉｍは過給圧であると言うこともできる。

燃料圧力センサ７４は、コモンレール（蓄圧室）３３内の燃料の圧力（燃料圧力、燃料噴射圧、コモンレール圧）を検出し、燃料噴射圧Ｆｐを表す信号を出力する。
潤滑油温センサ７５は、図示しないオイルパンに貯留されている潤滑油の温度を検出し、その温度Ｔoilを表す信号を出力する。

クランク角度センサ７６は、機関１０の図示しないクランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角度）に応じた信号を出力する。ＥＣＵ７０は、このクランク角度センサ７６及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関１０のクランク角度（絶対クランク角度）を取得する。更に、ＥＣＵ７０は、クランク角度センサ７６からの信号に基づいて、機関回転速度ＮＥを取得する。

ＥＧＲ制御弁開度センサ７７は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を検出し、その開度Ｖegrを表す信号を出力する。
水温センサ７８は、機関１０の冷却水の温度（冷却水温度）を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力する。

更に、ＥＣＵ７０は、アクセル開度センサ８１及び車速センサ８２と接続されている。
アクセル開度センサ８１は、図示しないアクセルペダルの開度（アクセルペダル操作量）を検出し、アクセルペダル開度Ａｃｃｐを表す信号を出力する。
車速センサ８２は、機関１０が搭載された車両の走行速度を検出し、その走行速度（車速）Ｓｐｄを表す信号を出力する。

（作動）
次に、本実施装置の作動について説明する。本実施装置は、気筒壁面の一つとしての「ピストン２５のトップランド２５ｔ」に堆積したデポジットの量（デポジット堆積量）を推定する。更に、本実施装置は、そのデポジット堆積量が許容量より多くなったとき、デポジット除去制御を実行してトップランド２５ｔに堆積したデポジットの量を減少させる。

より具体的に述べると、ＥＣＵ７０のＣＰＵは、所定時間Δｔ（演算周期）が経過する毎に図３にフローチャートにより示した「デポジット除去制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図３のステップ３００から処理を開始し、以下に述べるステップ３１０乃至ステップ３５０の処理を順に行い、ステップ３６０に進む。

ステップ３１０：ＣＰＵは、後述する図４に示した「トップランド温度推定ルーチン」を実行することによりトップランド温度Ｔtpldwallを取得（推定）する。

ステップ３２０：ＣＰＵは、トップランド２５ｔに存在する潤滑油の量Ｍoilを推定する。より具体的に述べると、ＣＰＵはルックアップテーブルMapMoil(NE,Accp)に実際の機関回転速度ＮＥ及び実際の機関負荷の代用値としてのアクセルペダル操作量Ａｃｃｐを適用することにより、単位時間あたりにトップランド２５ｔに存在する潤滑油の量Ｍoilを算出する。テーブルMapMoil(NE,Accp)は、予め実験により取得されたデータに基づいて作成され、ＥＣＵ７０のＲＯＭに格納されている。

このテーブルMapMoil(NE,Accp)によれば、機関回転速度ＮＥが高いほど潤滑油の量Ｍoilは大きい値として取得される。これは、機関回転速度ＮＥが高いほど、単位時間あたりに「オイルパンから潤滑油が掻き上げられる回数」が増加するためである。更に、このテーブルMapMoil(NE,Accp)がテーブルの引数としてアクセルペダル操作量Ａｃｃｐを採用しているのは、負荷Ａｃｃｐが大きいほど潤滑油の温度が上昇して潤滑油の粘度が低下し、その結果、より多くの潤滑油が掻き上げられる一方で所謂「オイル消費量（＝オイル上がり量）」が増大するからである。

ステップ３３０：ＣＰＵは、図３のブロックＢ１内に示したルックアップテーブルMapVd(Ttpldwall,Moil)に、ステップ３１０及びステップ３２０にてそれぞれ推定されたトップランド温度Ｔtpldwall及び潤滑油の量Ｍoilを適用することにより、デポジット生成速度Ｖｄを取得する。テーブルMapVd(Ttpldwall,Moil)は、予め実験により取得されたデータに基づいて作成され、ＥＣＵ７０のＲＯＭに格納されている。このテーブルMapVd(Ttpldwall,Moil)によれば、デポジット生成速度Ｖｄはトップランド温度Ｔtpldwallが所定の温度範囲にある場合において潤滑油の量Ｍoilが大きくなるほど大きくなる値として取得される。

ステップ３４０：ＣＰＵは、図３のブロックＢ２内に示したルックアップテーブルMapVe(Ttpldwall)に、ステップ３１０にて推定されたトップランド温度Ｔtpldwallを適用することにより、デポジット消失速度Ｖｅを取得する。テーブルMapVe(Ttpldwall)は、予め実験により取得されたデータに基づいて作成され、ＥＣＵ７０のＲＯＭに格納されている。このテーブルMapVe(Ttpldwall)によれば、デポジット消失速度Ｖｅはトップランド温度Ｔtpldwallが高くなるほど大きくなる値として取得される。

ステップ３５０：ＣＰＵは、デポジット堆積量の前回値Ｄtpldold（即ち、本ルーチンが前回実行されたときに推定されたデポジット堆積量Ｄtpld）に、値Δｔ・（Ｖｄ−Ｖｅ）を加えた値を新たなデポジット堆積量Ｄtpldとして推定（取得）する。ここで、Δｔは本ルーチンの演算周期である。従って、値Δｔ・（Ｖｄ−Ｖｅ）は、時間Δｔの間にトップランド２５ｔに堆積したデポジットの量（換言すると、Δｔにおけるデポジット堆積量Ｄtpldの変化量）を表す。

次に、ＣＰＵはステップ３６０に進み、ステップ３５０にて推定されたデポジット堆積量Ｄtpldが許容値（閾値）Ｄtpldth以下であるか否かを判定する。デポジット堆積量Ｄtpldが許容値Ｄtpldth以下である場合、ＣＰＵはステップ３６０にて「Ｙｅｓ」と判定して以下に述べるステップ３７０の処理を実行する。

ステップ３７０：ＣＰＵは、ステップ３５０にて推定された今回のデポジット堆積量Ｄtpldを、次回の本ルーチンの実行に備えて、デポジット堆積量の前回値ＤtpldoldとしてＥＣＵ７０のバックアップＲＡＭに格納する。

次に、ＣＰＵはステップ３８０に進み、ステップ３５０にて推定された今回のデポジット堆積量ＤtpldをＥＣＵ７０のバックアップＲＡＭに格納し、その後、ステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ＣＰＵがステップ３６０の処理を実行する時点においてデポジット堆積量Ｄtpldが許容値Ｄtpldthよりも大きい場合、ＣＰＵはそのステップ３６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３８２に進み、以下に述べるデポジット除去制御の何れか一つ以上を所定時間だけ行う。

・燃料噴射時期の遅角制御。
（理由）燃料噴射時期を遅角することによりトップランド温度Ｔtpldwallを上昇させ、デポジット生成速度Ｖｄを実質的に「０」にする（図３のブロックＢ１を参照。）とともに、デポジット消失速度Ｖｅを増大させる。これによりデポジット堆積量が減少する。

・燃料噴射量の増大制御。
（理由）燃料噴射時期の遅角制御と同様の理由による。

・機関回転速度ＮＥを減少させる制御（但し、機関１０が搭載されている車両が自動変速機又は無段変速機を備える場合に限る。）。より具体的に述べると、変速比を小さい状態に維持し（高速用ギア比を維持し）、それにより負荷を増大させ、トップランド温度Ｔtpldwallを上昇させる。
（理由）燃料噴射時期の遅角制御と同様の理由による。

本例においては、デポジット除去制御を実行する所定時間は、トップランド２５ｔに堆積したデポジットを総て除去することができる時間に設定されている。

次に、ＣＰＵは、以下に述べるステップ３８５及びステップ３８７の処理を順に実行する。

ステップ３８５：上記ステップ３８２のデポジット除去制御によりトップランド２５ｔに堆積したデポジットが総て除去されていると見なし、ＣＰＵは、デポジット堆積量Ｄtpldを「０」に設定する。

ステップ３８７：ＣＰＵは、ステップ３８５にて設定されたデポジット堆積量Ｄtpld（即ち、「０」）を、次回の本ルーチンの実行に備えて、デポジット堆積量の前回値Ｄtpldoldとして格納する。

次に、ＣＰＵはステップ３８０に進み、ステップ３８５にて設定されたデポジット堆積量Ｄtpld（即ち、「０」）をＥＣＵ７０のバックアップＲＡＭに格納し、その後、ステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

次に、上述した図３のステップ３１０において実行される「トップランド温度推定ルーチン」について説明する。ＣＰＵはステップ３１０に進むと、図４のステップ４００から処理を開始し、以下に述べるステップ４０５乃至ステップ４２０の処理を順に行い、その後、ステップ４２５に進む。

ステップ４０５：ＣＰＵは、「燃料着火直前の筒内温度（燃焼室２２内の温度）ＴＣcz」及び「燃料着火直前の筒内圧（燃焼室２２内の圧力）ＰＣczに対する現時点の筒内圧ＰＣnowの比ＲＰＣ（＝ＰＣnow／ＰＣcz）」をルックアップテーブルMapTa(TCcz,RPC)に適用することにより、非燃焼場温度Ｔａを取得（推定）する。このように「燃料着火直前の筒内温度ＴＣcz」及び「燃料着火直前の筒内圧ＰＣczに対する現時点の筒内圧ＰＣnowの比ＲＰＣ」をパラメータとして非燃焼場温度Ｔａを求める方法についての詳細は、例えば、日本機械学会論文集（Ｂ偏）６０巻５３７号の第１８４５頁乃至第１８５１頁を参照されたい。

上記テーブルMapTa(TCcz,RPC)によれば、非燃焼場温度Ｔａは、燃料着火直前の筒内温度ＴＣczが高いほど高い温度として取得され、燃料着火直前の筒内圧ＰＣczに対する現時点の筒内圧ＰＣnowの比ＲＰＣが大きいほど高い温度として取得される。

なお、非燃焼場温度Ｔａは、燃焼室（気筒）２２において火炎が到達していない空間の温度と言うこともできる。

ステップ４１０：ＣＰＵは、ステップ４０５にて取得した非燃焼場温度Ｔａ、熱発生率ｄＱ／ｄθ、筒内平均温度ＴＣave、筒内空気過剰率λ及び筒内空気量ＧａをルックアップテーブルMap(Ta,dQ/dθ,TCave,λ,Ga)に適用することにより、燃焼場温度Ｔfireを取得（推定）する。

テーブルMap(Ta,dQ/dθ,TCave,λ,Ga)によれば、燃焼場温度Ｔfireは、非燃焼場温度Ｔａが高いほど低い温度として取得され、熱発生率ｄＱ／ｄθが大きいほど高い温度として取得され、筒内平均温度ＴＣaveが高いほど高い温度として取得され、筒内空気過剰率λが大きいほど低い温度として取得され、筒内空気量Ｇａが多いほど低い温度として取得される。

なお、非燃焼場温度Ｔａ、熱発生率ｄＱ／ｄθ、筒内平均温度ＴＣave、筒内空気過剰率λ及び筒内空気量Ｇａをパラメータとして燃焼場温度Ｔfireを求める方法についての詳細も、例えば、日本機械学会論文集（Ｂ偏）６０巻５３７号の第１８４５頁乃至第１８５１頁を参照されたい。

更に、燃焼場温度Ｔfireは、火炎温度と言うこともできる。

熱発生率ｄＱ／ｄθは、単位クランク角あたりに燃料の燃焼により発生する熱量であり、熱発生速度とも称呼される。燃料の燃焼により発生する熱量Ｑは、周知のＷｉｅｂｅ関数を用いて別途求めることができる（例えば、特許文献２、特許文献３及び特許文献４を参照。）。

ステップ４１５：ＣＰＵは、時刻ｔ１を取得する。時刻ｔ１は、燃料の噴射後においてその噴射された燃料による火炎がトップランド２５ｔに到達する時刻（火炎到達時刻）である。火炎到達時刻ｔ１は次のようにして取得される。
（１）燃料の噴射時刻ｔinjはＣＰＵが燃料噴射開始時期として設定した時刻であるので、ＣＰＵが把握している。
（２）燃料噴射弁２３の噴孔から噴射された燃料がトップランド２５ｔに到達するまでに辿る経路の距離は予め判るので、燃料の噴射後から火炎がトップランド２５ｔに到達するまでに要する時間Ｔｒは、例えば、周知の「広安の式（「ディーゼル噴霧の到達距離と噴霧角」、自動車技術会論文集、Ｎｏ．２１，１９８０参照。）」を利用することにより推定することができる。なお、ここでは、火炎到達距離と噴霧到達距離とは等しいと見做している。
（３）以上から、火炎到達時刻ｔ１は、噴射時刻ｔinjに時間Ｔｒを加えた時刻として算出される。

ステップ４２０：ＣＰＵは、時刻ｔ２を取得する。時刻ｔ２は、燃料噴射後において図示しない排気弁が開弁し始める時刻（排気弁開弁時刻）である。排気弁開弁時期（クランク角）は既知であるから、ＣＰＵは、機関回転速度ＮＥを考慮することにより排気弁開弁時刻ｔ２を取得することができる。

次に、ＣＰＵはステップ４２５に進み、現在の時刻ｔが火炎到達時刻ｔ１と、その時刻ｔ１の直後の排気弁開弁時刻ｔ２との間であるか否かを判定する。この判断が設けられている理由は、火炎がトップランド２５ｔに到達している場合と到達していない場合とにおいてトップランド２５ｔの「受熱量及び放熱量」が大きく相違するからであり、トップランド２５ｔに火炎が到達しているか否かに応じてトップランド温度Ｔtpldwallの推定方法が相違するからである。

現在の時刻ｔが火炎到達時刻ｔ１と排気弁開弁時刻ｔ２との間である場合、ＣＰＵはステップ４２５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ４３０乃至ステップ４４５の処理を順に行い、その後、ステップ４９５を経由して図３のステップ３２０に戻る。

ステップ４３０：ＣＰＵは、燃焼場温度Ｔfireとトップランド表面温度Ｔtpldsfとの差に熱伝達係数ｈを乗じた値ｈ・（Ｔfire−Ｔtpldsf）と、トップランド２５ｔの表面の面積Ａtpldsfと、の積を、トップランド２５ｔが受熱する熱量ΔＱupとして算出する。本例においては、本ステップ４３０において用いられるトップランド表面温度Ｔtpldsfとして、前回実行された図４のルーチンのステップ４４５において算出されたトップランド温度Ｔtpldwallが用いられる。

ステップ４３５：ＣＰＵは、トップランド表面温度Ｔtpldsfとトップランド深部２４ｓの温度Ｔtpldcbとの差に熱伝達係数ｈを乗じた値ｈ・（Ｔtpldsf−Ｔtpldcb）と、トップランド２５ｔの表面の面積Ａtpldsfと、の積を、トップランド２５ｔから放熱される熱量ΔＱdnとして算出する。なお、トップランド深部２５ｓの温度Ｔtpldcbは、潤滑油温センサ７５により検出される潤滑油温と同じ温度に設定される。

ステップ４４０：ＣＰＵは、受熱熱量ΔＱupから放熱熱量ΔＱdnを減じた値を、トップランド２５ｔの熱容量Ｃtpldにより除することにより、トップランド２５ｔの温度変化量ΔＴを算出する。
ステップ４４５：ＣＰＵは、現時点におけるトップランド温度Ｔtpldwallに温度変化量ΔＴを加えることにより、トップランド温度Ｔtpldwallを更新する。

これに対し、ＣＰＵがステップ４２５の処理を実行する時点において、現在の時刻ｔが火炎到達時刻ｔ１と排気弁開弁時刻ｔ２との間でない場合、ＣＰＵはステップ４２５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ４５０及びステップ４５５の処理を順に行い、その後、ステップ４４０、ステップ４４５及びステップ４９５を経由して図３のステップ３２０に戻る。

ステップ４５０：ＣＰＵは、非燃焼場温度Ｔａとトップランド表面温度Ｔtpldsfとの差に熱伝達係数ｈを乗じた値ｈ・（Ｔａ−Ｔtpldsf）と、トップランド２５ｔの表面の面積Ａtpldsfと、の積を、トップランド２５ｔが受熱する熱量ΔＱupとして算出する。本例においては、本ステップ４５０において用いられるトップランド表面温度Ｔtpldsfとしても、前回実行された図４のルーチンのステップ４４５において算出されたトップランド温度Ｔtpldwallが用いられる。

ステップ４５５：ＣＰＵは、トップランド表面温度Ｔtpldsfとトップランド深部２５ｓの温度Ｔtpldcbとの差に熱伝達係数ｈを乗じた値ｈ・（Ｔtpldsf−Ｔtpldcb）と、トップランド２５ｔの表面の面積Ａtpldsfと、の積を、トップランド２５ｔから放熱される熱量ΔＱdnとして算出する。

以上のように、トップランド２５ｔの受熱量及び放熱量からトップランド２５ｔの温度変化量ΔＴが求められ、それが積算されることによって、トップランド温度Ｔtpldwallが推定される。

以上、説明したように、本実施形態によれば、トップランド２５ｔの温度、トップランド２５ｔに存在する潤滑油の量、及び、燃焼により消失するデポジットの量を考慮してトップランド２５ｔに堆積したデポジットの量を推定する。このため、トップランド２５ｔに堆積したデポジットの量を精度良く推定することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、トップランド２５ｔに堆積したデポジットの量を推定する代わりに、機関１０のシリンダライナー２４ｃに堆積したデポジットの量を推定する場合にも本発明を適用することができる。

この場合、上記実施形態に係る図３のルーチンにおいて、
（１）トップランド温度Ｔtpldwall、及び、
（２）トップランド２５ｔに存在する潤滑油の量Ｍoil、
をそれぞれ、
（１’）シリンダライナー温度Ｔclydwall、及び、
（２’）シリンダライナー２４ｃに存在する潤滑油の量Ｍoil、
に置き換えることにより、シリンダライナー２４ｃに堆積したデポジットの量を精度良く推定することができる。

更に、この場合、上記実施形態に係る図４のルーチンにおいて、
（３）火炎到達時刻ｔ１
（４）時間Ｔｒ
（５）トップランド表面温度Ｔtpldsf
（６）トップランド２５ｔの表面の面積Ａtpldsf
（７）トップランド深部２５ｓの温度Ｔtpldcb、及び、
（８）トップランド２５ｔの熱容量Ｃtpld、
をそれぞれ
（３’）燃料の噴射後においてその噴射された燃料による火炎がシリンダライナー２４ｃに到達する時刻ｔ１’
（４’）燃料の噴射後から火炎がシリンダライナー２４ｃに到達するまでに要する時間Ｔｒ’
（５’）シリンダライナー２４ｃの表面温度Ｔclydsf
（６’）シリンダライナー２４ｃの表面の面積Ａclydsf
（７’）シリンダライナー２４ｃの深部２４ｓの温度（水温センサ７８により検出される冷却水温ＴＨＷを代用）Ｔclydcb、及び、
（８）シリンダライナー２４ｃの熱容量Ｃclyd、
に置き換えることにより、シリンダライナー温度Ｔclydwallを推定することができる。

本例においては、上記シリンダライナー２４ｃの表面の面積Ａclydsfは、ピストン２５が圧縮上死点に位置するときに燃焼室２２に露出しているシリンダライナー２４ｃの表面の面積である。即ち、この面積Ａclydsfは、ピストン２５が圧縮上死点に位置するときに「燃焼室２２側のトップリング２６の壁面２６ｗとシリンダヘッド２１ｈの下壁面２１ｋとの間」に挟まれた領域におけるシリンダライナー２４ｃの表面の面積である。従って、この面積Ａclydsfは、下記の（１）式により算出することができる。

Ａclydsf＝π・Ｄbore・ｈclyd …（１）

上記の式（１）において、「π」は円周率であり、「Ｄbore」はシリンダボア２４の直径であり、「ｈclyd」はピストン２５が圧縮上死点に位置するときの「燃焼室２２側のトップリング２６の壁面２６ｗとシリンダヘッド２１ｈの下壁面２１ｋとの間」の距離（図２を参照。）である。

尚、この場合、図４のステップ４３０及びステップ４５０においては「トップランド２５ｔが受熱する熱量ΔＱup」の代わりに「シリンダライナー２４ｃが受熱する熱量ΔＱup」が求まり、ステップ４３５及びステップ４５５においては「トップランド２５ｔから放熱される熱量ΔＱdn」の代わりに「シリンダライナー２４ｃから放熱される熱量ΔＱdn」が求まり、ステップ４４０においては「トップランド２５ｔの温度変化量ΔＴ」の代わりに「シリンダライナー２４ｃの温度変化量ΔＴ」が求まり、ステップ４４５においては「トップランド温度Ｔtpldwall」の代わりに「シリンダライナー温度Ｔclydwall」が求まる。

更に、こうして推定された「シリンダライナー２４ｃに堆積したデポジットの量Ｄclyd」が許容値Ｄclydthよりも大きい場合に所定時間だけ行われるデポジット除去制御は、上記実施形態に係るデポジット除去制御と同じである。

１０…内燃機関、２２…燃焼室（気筒）、２３…燃料噴射弁、２４…シリンダ、２４ｃ…シリンダライナー、２５…ピストン、２５ｔ…トップランド、７５…潤滑油温度センサ、７８…水温センサ

Claims

筒内噴射式内燃機関の気筒を構成する壁面である気筒壁面に堆積したデポジットの量をデポジット堆積量として推定する、内燃機関のデポジット堆積量推定装置であって、
前記気筒壁面の温度を壁面温度として推定する壁面温度推定部と、
前記気筒壁面に存在する潤滑油の量を壁面潤滑油量として推定する潤滑油量推定部と、
前記壁面温度及び前記壁面潤滑油量に基づいて単位時間あたりに生成されるデポジットの量を生成デポジット量として推定するとともに前記壁面温度に基づいて単位時間あたりに消失するデポジットの量を消失デポジット量として推定し、前記生成デポジット量と前記消失デポジット量の双方に基づいて前記デポジット堆積量を推定する堆積量推定部と、
を備える、
デポジット堆積量推定装置。
請求項１に記載のデポジット堆積量推定装置において、
前記堆積量推定部は、
前記壁面温度が低い場合よりも前記壁面温度が高い場合のほうが大きい量を前記消失デポジット量として推定し、
前記生成デポジット量から前記消失デポジット量を差し引いて取得される値を前記デポジット堆積量として推定する、
デポジット堆積量推定装置。
請求項１又は請求項２に記載のデポジット堆積量推定装置において、
前記デポジット推定量が所定の許容値よりも大きくなった場合、前記気筒壁面に堆積したデポジットを前記気筒壁面から除去するためのデポジット除去制御を実行するデポジット除去制御実行部を更に備える、
デポジット堆積量推定装置。
請求項３に記載のデポジット堆積量推定装置において、
前記デポジット除去制御実行部は、前記筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁から燃料を噴射するタイミングを遅角する制御を前記デポジット除去制御として実行する、
デポジット堆積量推定装置。
請求項３又は請求項４に記載のデポジット堆積量推定装置において、
前記デポジット除去制御実行部は、前記筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁から噴射される燃料の量を増大させる制御を前記デポジット除去制御として実行する、
デポジット堆積量推定装置。
請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載のデポジット堆積量推定装置において、
前記デポジット除去制御実行部は、前記筒内噴射式内燃機関の回転速度を減少させる制御を前記デポジット除去制御として実行する、
デポジット堆積量推定装置。