JP2018119422A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、吸気流制御弁の下流側の吸気通路内の吸気ガス温度と壁面温度との大小関係を考慮することで、吸気流制御弁の開度制御によるノッキング抑制効果をより好適に引き出すことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】吸気通路１２内の吸気ガスの流れを制御することで気筒内にタンブル流を生成するＴＣＶ２６を備える内燃機関１０において、ノッキングが発生し易い運転領域では、ＴＣＶ２６の下流側の吸気通路１２内の吸気ガス温度ＴｉｇがＴＣＶ２６の下流側の吸気通路１２の壁面温度Ｔｗｌに相関のあるエンジン冷却水温度Ｔｗｔよりも高い場合には、吸気ガス温度Ｔｉｇがエンジン冷却水温度Ｔｗｔよりも低い場合と比べて、ＴＣＶ２６の開度が小さくされる。【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、吸気流制御弁を備える内燃機関を制御する制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、吸気流制御弁を備える内燃機関の制御装置が開示されている。吸気流制御弁は、吸気通路内の吸気ガスの流れを制御することで筒内に旋回流を生成する。この制御装置では、ノッキングを抑制するために、吸気流制御弁の開度が制御される。

特開２００９−１２７４８５号公報 特開２００７−０７１１２９号公報

特許文献１には、吸気流制御弁の一例であるタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）の開度が小さいほど、タンブル流（縦旋回流）が強くなり、筒内ガス温度が低下し、ノッキングが生じにくくなると記載されている。ここで、開度が小さくなると吸気通路内の吸気ガスの流速が高くなり、その結果として筒内の旋回流が強化されるように構成された吸気流制御弁（ＴＣＶまたはスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ））を想定する。ノッキングの改善には、圧縮端ガス温度を低減することが有効である。吸気流制御弁の開度が小さくされた場合には、圧縮端ガス温度が上昇するか低下するかは、吸気流制御弁の下流側の吸気通路内の吸気ガス温度と壁面温度との大小関係に応じて異なる。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、この点について着目しておらず、このため、吸気流制御弁の開度を制御してノッキングを抑制するうえで未だ改善の余地を残すものであった。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、吸気流制御弁の下流側の吸気通路内の吸気ガス温度と壁面温度との大小関係を考慮することで、吸気流制御弁の開度制御によるノッキング抑制効果をより好適に引き出すことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気通路内の吸気ガスの流れを制御することで気筒内に旋回流を生成する吸気流制御弁を備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、ノッキングが発生し易い運転領域では、前記吸気流制御弁の下流側の前記吸気通路内の吸気ガス温度が前記吸気流制御弁の下流側の前記吸気通路の壁面温度よりも高い場合には、前記吸気ガス温度が前記壁面温度よりも低い場合と比べて、前記吸気流制御弁の開度を小さくする。

本発明によれば、ノッキングが発生し易い運転領域の使用中には、吸気流制御弁の下流側の吸気通路内の吸気ガス温度と当該吸気通路の壁面温度との大小関係がどちらの場合であっても、圧縮端ガス温度の低減（つまり、ノッキング抑制）の観点において適切な吸気流制御弁の開度を選択できるようになる。これにより、吸気流制御弁の開度制御によるノッキング抑制効果をより好適に引き出すことができる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。 ノッキング領域と非ノッキング領域とを概略的に表した図である。 吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも高い場合における内燃機関の各部の壁面と吸気ガスとの間の熱の移動量をＴＣＶの開と閉とで比較した図（Ａ）と、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも低い場合における内燃機関の各部の壁面と吸気ガスとの間の熱の移動量をＴＣＶの開と閉とで比較した図（Ｂ）である。 吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも高い場合における圧縮端ガス温度とタンブル比との関係を表した図である。 吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも低い場合における圧縮端ガス温度とタンブル比との関係を表した図である。 本発明の実施の形態１に係るＴＣＶ制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 エンジン暖機過程におけるエンジン冷却水温度Ｔｗｔおよび壁面温度Ｔｗｌの変化を表したタイムチャートである。 エンジン冷却水温度Ｔｗｔの変化に対する応答遅れを考慮した推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅの今回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ）の算出手順を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るＴＣＶ制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 過給エンジンが使用される場合のシステム構成の一例を表した図である。

以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
まず、図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

１．実施の形態１のシステム構成
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、自然吸気エンジンであり、一例として直列４気筒型エンジンである。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。

吸気通路１２の入口付近には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６には、吸気通路１２を流れる吸気ガス（空気）の流量に応じた信号を出力するエアフローセンサ１８が設けられている。エアフローセンサ１８の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられている。

スロットルバルブ２０の下流側には、吸気マニホールド２２が設けられている。吸気マニホールド２２内の通路は吸気通路１２の一部として機能する。吸気マニホールド２２は、サージタンク（集合部）２２ａと、各気筒の（内燃機関１０の一例では４つ）の枝管部２２ｂとを有する。各枝管部２２ｂは、サージタンク２２ａと、シリンダヘッド内に形成された各気筒の吸気ポート２４とを接続する。このため、エアクリーナ１６を通過した吸気ガスは、吸気マニホールド２２において各枝管部２２ｂ内に流入することで、各気筒に向けて分岐する。各枝管部２２ｂ内に流入した吸気ガスは、吸気ポート２４を介して気筒内に吸入される。

枝管部２２ｂのそれぞれには、電子制御式のタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）２６が設けられている。ＴＣＶ２６は、吸気通路１２内（より詳細には、枝管部２２ｂ内）の吸気ガスの流れを制御することで、気筒内にタンブル流（縦旋回流）を生成する。ＴＣＶ２６は、その開度が小さくなると、吸気通路１２内の吸気ガスの流速が高くなり、その結果としてタンブル流が強化されるように構成されている。各ＴＣＶ２６の開度は、電動式のＴＣＶ駆動アクチュエータ２８によって制御される。

サージタンク２２ａには、吸気ガス温度センサ３０が取り付けられている。吸気ガス温度センサ３０は、吸気通路１２内の吸気ガス温度に応じた信号を出力する。

内燃機関１０の冷却系は、エンジン冷却水が流れる冷却水流路を備えている。図１には、エンジン本体（シリンダブロックおよびシリンダヘッド）３４の内部およびその周囲に位置する冷却水流路３２のみが表されている。冷却水流路３２には、エンジン冷却水温度Ｔｗｔに応じた信号を出力する水温センサ３６が取り付けられている。

排気通路１４には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒（一例として、三元触媒）３８が配置されている。さらに、本実施形態のシステムは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、各種センサと各種アクチュエータとが電気的に接続されている。

上記の各種センサは、上述したエアフローセンサ１８、吸気ガス温度センサ３０および水温センサ３６に加え、クランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ４２を含む。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ４２を用いてエンジン回転速度を取得できる。また、上記の各種アクチュエータは、上述したスロットルバルブ２０およびＴＣＶ駆動アクチュエータ２８に加え、燃料噴射弁４４と点火装置４６とを含む。燃料噴射弁４４は、各気筒に配置され、気筒内に直接燃料を噴射する。燃料噴射弁４４は、このような筒内噴射弁に代え、あるいはそれと併用され、吸気ポート２４に燃料を噴射するポート噴射弁であってもよい。点火装置４６は、各気筒に配置された点火プラグを用いて、気筒内の混合気に点火する。

ＥＣＵ４０は、プロセッサ、メモリおよび入出力インターフェースを備えている。入出力インターフェースは、上記の各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、上記の各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。メモリには、各種アクチュエータを制御するための各種の制御プログラムおよびマップが記憶されている。プロセッサは、制御プログラムをメモリから読み出して実行する。これにより、本実施形態に係る「内燃機関の制御装置」の機能が実現される。

２．実施の形態１に係るＴＣＶ開度制御
ＥＣＵ４０が行う制御には、ＴＣＶ２６の開度制御が含まれている。本実施形態のＴＣＶ２６の開度制御は、以下に説明するように、エンジン運転条件がノッキングの発生し易い条件であるか、あるいはノッキングが発生しにくい条件であるかに応じて変更される。

２−１．ノッキング領域と非ノッキング領域
図２は、ノッキング領域と非ノッキング領域とを概略的に表した図である。図２に示すようにエンジン運転領域をエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度Ｎｅとで表した場合、高負荷側のエンジン運転領域は、ノッキングが発生し易い「ノッキング領域Ｓ１」となる。より詳細には、ノッキング領域Ｓ１は、エンジン回転速度Ｎｅが低いほど、より低負荷側に広くなる。ノッキング領域Ｓ１よりも低負荷側の運転領域は、「非ノッキング領域Ｓ２」である。非ノッキング領域Ｓ２は、ノッキング領域Ｓ１と比べて、ノッキングが発生しにくい運転領域である。なお、図２中のＷＯＴ曲線は、全負荷トルクの曲線を示している。

２−２．ノッキング領域Ｓ１のＴＣＶ開度制御
本実施形態では、ノッキング領域Ｓ１においてノッキングを抑制するために、ＴＣＶ２６の開度（以下、単に「ＴＣＶ開度」とも称する）の制御が行われる。

２−２−１．ＴＣＶ開度の変更に伴う圧縮端ガス温度の変化に対する吸気ガス温度と吸気通路の壁面温度の影響
ノッキングの改善には、圧縮端ガス温度を低減することが有効である。本件発明者の鋭意研究により、圧縮端ガス温度を低減させられるＴＣＶ開度は、以下に説明する温度条件の違いに応じて異なることが分かった。

具体的には、ＴＣＶ開度制御によって圧縮端ガス温度の低減を図るためには、ＴＣＶ開度の変更に伴う圧縮端ガス温度の変化の現象を明確にする必要がある。この点に関し、ＴＣＶ開度が小さくなると、ＴＣＶ２６下流側の吸気通路１２内の吸気ガスの流速が増加する。その結果、ＴＣＶ２６下流側の吸気通路１２において吸気ガスと通路壁面との間の熱伝達率が高くなるため、吸気ガスと通路壁面との間での熱の移動量が増加する。ＴＣＶ開度の変更に伴う圧縮端ガス温度の変化に関しては、上記の熱の移動量の変化が主要因となる。

ただし、このような熱の移動に起因して圧縮端ガス温度が低下するか否かは、ＴＣＶ２６の下流における吸気ガス温度Ｔｉｇと、ＴＣＶ２６の下流側の吸気通路１２の壁面温度Ｔｗｌとの大小関係に応じて異なる。より詳細には、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも高い場合には、吸気ガスから通路壁面への熱の移動が促進される。その結果、気筒内に流入する吸気ガスの温度が低下するので圧縮端ガス温度も低下する。一方、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも低い場合には、通路壁面から吸気ガスへの熱の移動が促進される。その結果、圧縮端ガス温度が上昇する。

図３（Ａ）は、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも高い場合における内燃機関１０の各部の壁面と吸気ガスとの間の熱の移動量をＴＣＶ２６の開と閉とで比較した図である。図３（Ｂ）は、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも低い場合における内燃機関１０の各部の壁面と吸気ガスとの間の熱の移動量をＴＣＶ２６の開と閉とで比較した図である。

図３（Ａ）、（Ｂ）には、熱移動量の比較の対象となる壁面として、吸気ポート２４、吸気ポート２４側の吸気バルブ、シリンダヘッド（吸気バルブを除く）、燃焼室側の吸気バルブ、燃焼室側の排気バルブ、シリンダボアおよびピストンが例示されている。熱移動量の変化は、図３（Ａ）に示す関係では、壁面への吸気ガスからの放熱量が大きいほど、圧縮端ガス温度の低下に大きく寄与する。一方、図３（Ｂ）に示す関係では、熱移動量の変化は、壁面からの吸気ガスの受熱量が小さいほど、圧縮端ガス温度の上昇の抑制に寄与する。

ＴＣＶ２６の下流側の吸気通路１２では、ＴＣＶ開度を小さくすることで、通路面積に縮小に伴い、上述のように吸気ガスの流速が増加し、その結果、熱伝達率の増加によって熱移動量が変化する。このため、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す例では、熱移動量は、上述の吸気ガスの流速増加の影響を直接受ける部位（ＴＣＶ下流側の吸気通路１２）に含まれる吸気ポート２４において、他の例示部位と比べて大きく変化する。

そして、図３（Ａ）に示すように、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも高い温度条件では、ＴＣＶ２６を閉じた場合には、ＴＣＶ２６を開いた場合と比べて、吸気ガスから吸気ポート２４への放熱量が増加する。したがって、この温度条件では、圧縮端ガス温度の低減には、ＴＣＶ２６を閉じることが適していることが分かる。一方、図３（Ｂ）に示すように、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも低い温度条件では、ＴＣＶ２６を閉じた場合には、ＴＣＶ２６を開いた場合と比べて、吸気ポート２４からの吸気ガスの受熱量が増加する。したがって、この温度条件では、ＴＣＶ２６を閉じることは、圧縮端ガス温度の低減にとって適切ではないことが分かる。

２−２−２．高吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＞Ｔｗｌ）におけるＴＣＶ開度制御
図４は、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも高い場合における圧縮端ガス温度とタンブル比との関係を表した図である。なお、図４は、エンジン運転条件（主にエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度Ｎｅ）が同一の条件での関係を表しており、このことは、後述の図５も同様である。

高吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＞Ｔｗｌ）では、ＴＣＶ２６を閉じた場合（つまり、タンブル比が高い場合）の方が、上述のように吸気ガスから通路壁面への放熱量の増加に起因して、図４に示すように圧縮端ガス温度が低下する（つまり、ノッキングを改善できる）。このため、ノッキング領域Ｓ１においてノッキングの抑制を図る場合には、高吸気ガス温度条件では、ＴＣＶ２６を閉じるのが良いといえる。そこで、本実施形態では、ノッキング領域Ｓ１において上記高吸気ガス温度条件が成立する場合には、ＴＣＶ２６を閉じる制御が実行される。

２−２−３．低吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＜Ｔｗｌ）におけるＴＣＶ開度制御
図５は、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも低い場合における圧縮端ガス温度とタンブル比との関係を表した図である。

低吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＜Ｔｗｌ）では、ＴＣＶ２６を開いた場合（つまり、タンブル比が低い場合）の方が、上述のように通路壁面から吸気への受熱量を抑制できるため、図５に示すように圧縮端ガス温度が低下する（つまり、ノッキングを改善できる）。このため、ノッキング領域Ｓ１においてノッキングの抑制を図る場合には、この温度条件では、ＴＣＶ２６を開くのが良いといえる。そこで、本実施形態では、ノッキング領域Ｓ１において上記低吸気ガス温度条件が成立する場合には、ＴＣＶ２６を開く制御が実行される。

２−３．非ノッキング領域Ｓ２のＴＣＶ開度制御
ノッキングの懸念のない非ノッキング領域Ｓ２では、内燃機関１０の燃費の観点で最適となるＴＣＶ開度（燃費最適開度）が得られるようにＴＣＶ２６が制御される。

２−４．実施の形態１に係るＴＣＶ開度制御に関するＥＣＵの処理
図６は、本発明の実施の形態１に係るＴＣＶ制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、内燃機関１０の運転中に所定の制御周期で繰り返し実行される。

図６に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷ＫＬ、エンジン冷却水温度Ｔｗｔおよび吸気ガス温度Ｔｉｇを取得する（ステップＳ１００）。なお、エンジン負荷（より詳細には、負荷率（％））ＫＬは、エアフローセンサ１８に基づく吸入空気流量と、クランク角センサ４２に基づくエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて算出することができる。エンジン冷却水温度Ｔｗｔは水温センサ３６を用いて検出される。

また、ステップＳ１００では、ＴＣＶ２６の下流側の吸気通路１２内の吸気ガスの温度である吸気ガス温度Ｔｉｇは、一例として、サージタンク２２ａに配置された吸気ガス温度センサ３０の検出値を用いて取得（推定）される。しかしながら、自然吸気エンジンである内燃機関１０においては、吸気ガス温度Ｔｉｇの取得のための吸気ガス温度センサ３０の位置は、吸気通路１２上であれば特に限定されない。

次に、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１００にて取得されたエンジン負荷ＫＬおよびエンジン回転速度Ｎｅによって特定される現在のエンジン動作点がノッキング領域Ｓ１（図２参照）内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。より具体的には、ＥＣＵ４０には、図２に示すような関係（すなわち、エンジン負荷ＫＬおよびエンジン回転速度Ｎｅと、ノッキング領域Ｓ１および非ノッキング領域Ｓ２との関係）が事前に決定されてマップとして記憶されている。本ステップＳ１０２の判定は、そのようなマップを参照しながら行われる。

ＥＣＵ４０は、現在のエンジン動作点がノッキング領域Ｓ１内にないと判定した場合、つまり、エンジン動作点が非ノッキング領域Ｓ２内にあるためノッキングが発生しにくいエンジン運転条件が成立すると判断できる場合には、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、内燃機関１０の燃費の観点で最適となる燃費最適開度が得られるようにＴＣＶ２６が制御される。燃費最適開度は、事前に決定された固定値であってもよいし、エンジン運転条件（例えば、エンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度Ｎｅ）に応じて変化するように事前に決定された値であってもよい。

一方、ステップＳ１０２において現在のエンジン動作点がノッキング領域Ｓ１にあると判定した場合、つまり、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件が成立すると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇよりも高いか否かが判定される。

ＴＣＶ２６の下流における吸気通路１２の壁面温度である壁面温度Ｔｗｌはエンジン冷却水温度Ｔｗｔと相関がある。そこで、本ステップＳ１０６の判定では、エンジン冷却水温度Ｔｗｔを代用し、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが壁面温度Ｔｗｌと等価であるとして扱われる。なお、壁面温度Ｔｗｌの取得のためにＴＣＶ２６の下流側の吸気通路１２の壁面に専用のセンサを備えてもよいが、水温センサ３６の利用により、当該センサの設置を省略することができる。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６においてエンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇよりも高いと判定した場合、すなわち、上述の図５に示す低吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＜Ｔｗｌ）が成立する場合には、ＴＣＶ２６を開く（ステップＳ１０８）。より詳細には、ＴＣＶ２６は、一例として全開とされる。

一方、ステップＳ１０６においてエンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇ以下であると判定する場合には、上述の図４に示す高吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＞Ｔｗｌ）が成立するときも含まれる。この場合には、ＥＣＵ４０は、ＴＣＶ２６を閉じる（ステップＳ１１０）。より詳細には、ＴＣＶ２６は、一例として全閉とされる。

なお、図６に示すルーチンの例では、ステップＳ１０６の判定が不成立となる場合の中に、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇと等しいときも含まれている。この点に関し、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇと等しいときは、本実施形態におけるノッキング領域Ｓ１のためのＴＣＶ開度制御の対象ではない。このため、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが吸気ガス温度Ｔｉｇと等しいときには、上記の例とは異なり、ＴＣＶ開度を変更しない（現状のＴＣＶ開度を維持する）ようにしてもよい。

２−５．実施の形態１に係るＴＣＶ開度制御の効果
以上説明した図６に示すルーチンによれば、ノッキング領域Ｓ１において吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌ（代用のエンジン冷却水温度Ｔｗｔ）よりも高い場合には、ＴＣＶ２６が閉じられる。一方、ノッキング領域Ｓ１において吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌ（エンジン冷却水温度Ｔｗｔ）よりも低い場合には、ＴＣＶ２６が開かれる。このように、上記ルーチンによれば、ノッキング領域Ｓ１では、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも高い場合には、吸気ガス温度Ｔｉｇが壁面温度Ｔｗｌよりも低い場合と比べて、ＴＣＶ開度が小さくされる。このように、本実施形態によれば、ノッキング領域Ｓ１におけるＴＣＶ開度制御に対して、吸気ガス温度Ｔｉｇと壁面温度Ｔｗｌとの大小関係が考慮されている。このような制御によれば、ノッキング領域Ｓ１における現在の温度条件が高吸気ガス温度条件および低吸気ガス温度条件のどちらであっても、圧縮端ガス温度の低減（つまり、ノッキング抑制）の観点において適切なＴＣＶ開度を選択できるようになる。

ところで、上述した実施の形態１においては、ノッキング領域Ｓ１の使用中には、高吸気温度条件ではＴＣＶ２６が全閉とされ、低吸気温度条件ではＴＣＶ２６が全開とされる。しかしながら、これらの各温度条件におけるＴＣＶ開度は、高吸気温度条件でのＴＣＶ開度の方が低吸気ガス温度条件でのＴＣＶ開度よりも小さくなっていればよく、したがって、全開開度および全閉開度以外の任意の開度であってもよい。

実施の形態２．
次に、図７〜図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。

１．実施の形態２のシステム構成
以下の説明では、実施の形態２のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。

２．実施の形態２に係るＴＣＶ開度制御
２−１．壁面温度Ｔｗｌの推定手法
図７は、エンジン暖機過程におけるエンジン冷却水温度Ｔｗｔおよび壁面温度Ｔｗｌの変化を表したタイムチャートである。冷間始動後のエンジン暖機過程においては、エンジン冷却水温度Ｔｗｔは、図７に示すように、時間経過とともに上昇していく。ＴＣＶ２６の下流側の吸気通路１２の壁面に含まれる吸気ポート壁面の温度Ｔｐｗｌも、エンジン冷却水温度Ｔｗｔと同様に時間の経過とともに上昇していく。

より具体的には、吸気ポート２４が形成されたシリンダヘッドは熱容量が大きい。このため、吸気ポート２４の壁面温度Ｔｐｗｌは、図７に示すように、エンジン冷却水温度Ｔｗｔの上昇に対する応答遅れを伴いつつ上昇する。さらに付け加えると、この応答遅れは、エンジン暖機が完了した後には基本的には解消される。また、この応答遅れは、エンジン暖機完了後にエンジン負荷ＫＬが変化する場合にも生じ得るが、応答遅れのレベルはエンジン暖機過程と比べて十分に低い。なお、このような応答遅れは、吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌだけでなく、吸気ポート２４に連続しかつＴＣＶ２６よりも下流側の枝管部２２ｂの壁面温度にも同様に生じる。

壁面温度Ｔｗｌの取得のためにエンジン冷却水温度Ｔｗｔを代用する実施の形態１によれば、内燃機関１０に既存の水温センサ３６を利用して壁面温度Ｔｗｌを簡便に取得（推定）することができる。しかしながら、エンジン暖機過程においても、吸気ガス温度Ｔｉｇと壁面温度Ｔｗｌとの大小関係をより正確に評価しつつノッキング領域Ｓ１のためのＴＣＶ開度制御を行うためには、壁面温度Ｔｗｌに関する上述の応答遅れが考慮されることが望ましい。

そこで、本実施形態では、以下に図８を参照して説明する推定手法を用いることで、上記応答遅れを考慮しつつ、エンジン冷却水温度Ｔｗｔから壁面温度Ｔｗｌが推定される。より詳細には、本実施形態の一例では、ＴＣＶ２６の下流側の吸気通路１２のうちの吸気ポート２４を対象として、吸気ポート２４の壁面温度Ｔｐｗｌの推定値である推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅが上記応答遅れを考慮しつつ算出される。

図８は、エンジン冷却水温度Ｔｗｔの変化に対する応答遅れを考慮した推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅの今回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ）の算出手順を説明するためのブロック図である。なお、以下の説明において、添字ｉが付記されるそれぞれの変数値は、ｉ回目の取得タイミングにおいて得られるｉ番目の値であることを示している。

図８に示す算出手順によれば、ＥＣＵ４０は、推定エンジン冷却水流量の前回値Ｌｗｔｅ（ｉ−１）を算出する。ＥＣＵ４０には、エンジン冷却水温度Ｔｗｔおよびエンジン回転速度Ｎｅと推定エンジン冷却水流量Ｌｗｔｅとの関係を表す実験式（マップでもよい）が事前に決定されて記憶されている。ＥＣＵ４０は、そのような実験式に対してエンジン冷却水温度の前回値Ｔｗｔ（ｉ−１）およびエンジン回転速度の前回値Ｎｅ（ｉ−１）を代入することで、推定エンジン冷却水流量の前回値Ｌｗｔｅ（ｉ−１）を算出する。

図８中の係数ａは、エンジン冷却水と吸気ポート２４の壁面との間の熱伝達率であり、エンジン冷却水流量に依存する。そこで、ＥＣＵ４０には、推定エンジン冷却水流量Ｌｗｔｅと係数ａとの関係を表す実験式（マップでもよい）が事前に決定されて記憶されている。ＥＣＵ４０は、そのような実験式に対して推定エンジン冷却水流量の前回値Ｌｗｔｅ（ｉ−１）を代入することで、係数ａを算出する。

係数ａの算出と並行して、ＥＣＵ４０は、エンジン冷却水温度の前回値Ｔｗｔ（ｉ−１）と推定吸気ポート壁面温度の前回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ−１）との温度差を、当該温度差の前回値ΔＴ（ｉ−１）として算出する。推定吸気ポート壁面温度の初期値Ｔｐｗｌｅ（０）としては、冷間始動時点（ｔ＝０）のエンジン冷却水温度（初期値Ｔｔｗ（０））が用いられる。なお、ｔは冷間始動時点からの時間である。

さらに、ＥＣＵ４０は、算出された係数ａおよび温度差の前回値ΔＴ（ｉ−１）と、係数ｂとの積を、推定吸気ポート壁温上昇代の今回値Ｔｐｗｌｒ（ｉ）として算出する。係数ｂは、シリンダヘッドの熱容量に応じた値であり、対象とする内燃機関１０の仕様に依存する値（固定値）として事前に特定される。

係数ａと温度差の前回値ΔＴ（ｉ−１）との積は、前回の取得タイミング（ｉ−１）から今回の取得タイミング（ｉ）までの期間（取得周期Δｔ）におけるエンジン冷却水から吸気ポート２４への熱の移動量に相当する。そして、この積に対して係数ｂを乗じて得られる推定吸気ポート壁温上昇代の今回値Ｔｐｗｌｒ（ｉ）は、上記の熱の移動量に応じた吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌの上昇代に相当する。なお、上記期間Δｔは、一例として、以下の図９に示すルーチンの制御周期と同じである。

図８に示す算出手順によれば、ＥＣＵ４０は、最終的には、推定吸気ポート壁面温度の初期値Ｔｐｗｌｅ（０）と等しいエンジン冷却水温度の初期値Ｔｗｔ（０）に対して、吸気ポート推定壁温上昇代の今回値Ｔｐｗｌｒ（ｉ）のｉ回分の時間積算値を加算することで、推定吸気ポート壁面温度の今回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ）を算出する。

２−２．推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅを利用したＴＣＶ開度制御の概要
本実施形態では、エンジン暖機過程（以下、「冷間モード」とも称する）が終了した後には、実施の形態１と同様に、ノッキング領域Ｓ１においてエンジン冷却水温度Ｔｗｔを壁面温度Ｔｗｌの代わりに用いてＴＣＶ開度制御が実行される。一方、エンジン冷却水温度Ｔｗｔの上昇に対する吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌの応答遅れが生じるエンジン暖機過程（冷間モード）では、ノッキング領域Ｓ１において吸気ガス温度Ｔｉｇと推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅとの大小関係の比較結果に応じたＴＣＶ開度制御が実行される。

２−３．実施の形態２に係るＴＣＶ開度制御に関するＥＣＵによる処理
図９は、本発明の実施の形態２に係るＴＣＶ制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。図９に示すルーチン中のステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理については、実施の形態１において既述した通りである。

図９に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０２において現在のエンジン動作点がノッキング領域Ｓ１にあると判定した場合には、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、内燃機関１０の運転モードが冷間モード（エンジン暖機過程）にあるか否かが判定される。この判定は、例えば、エンジン冷却水温度Ｔｗｔが冷間判定閾値Ｔｃｏ未満であるか否かに基づいて行うことができる。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ２００の判定が不成立となる場合（Ｔｗｔ≧Ｔｃｏ）、すなわち、運転モードが冷間モード（エンジン暖機過程）ではないと判断できる場合には、ステップＳ１０６〜Ｓ１１０の処理を実行する。

一方、ステップＳ２００の判定が成立する場合（Ｔｗｔ＜Ｔｃｏ）、すなわち、運転モードが冷間モード（エンジン暖機過程）であると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、図８に示す手順で算出される推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅ（今回値Ｔｐｗｌｅ（ｉ））が吸気ガス温度Ｔｉｇよりも高いか否かが判定される。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０２において推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅが吸気ガス温度Ｔｉｇよりも高いと判定した場合、すなわち、上述の図５に示す低吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＜Ｔｗｌ）が成立する場合には、ステップＳ１０８の処理と同様に、ＴＣＶ２６を開く（ステップＳ２０４）。

一方、ステップＳ２０２において推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅが吸気ガス温度Ｔｉｇ以下であると判定する場合には、上述の図４に示す高吸気ガス温度条件（Ｔｉｇ＞Ｔｗｌ）が成立するときも含まれる。この場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１０の処理と同様に、ＴＣＶ２６を閉じる（ステップＳ２０６）。

２−４．実施の形態２に係るＴＣＶ開度制御の効果
以上説明した図９に示すルーチンによれば、冷間モードの実行中（エンジン暖機過程）においては、実施の形態１とは異なり、エンジン冷却水温度Ｔｗｔの上昇に対する壁面温度Ｔｗｌ（上記の例では、吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌ）の応答遅れを考慮しつつ、エンジン冷却水温度Ｔｗｔから推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅが算出される。これにより、エンジン暖機過程において、内燃機関１０に既存の水温センサ３６を用いながら壁面温度Ｔｗｌの推定値（一例として、推定吸気ポート壁面温度Ｔｐｗｌｅ）をより正確に取得できる。これにより、エンジン暖機過程においてノッキング領域Ｓ１が使用された場合に、圧縮端ガス温度の低減（つまり、ノッキング抑制）の観点において適切なＴＣＶ開度を、エンジン暖機過程の各時点においてより正確に選択できるようになる。

ところで、上述した実施の形態１および２においては、吸気流制御弁としてＴＣＶ２６を備える内燃機関１０を例に挙げた。しかしながら、本発明の対象となる吸気流制御弁は、吸気通路内の吸気ガスの流れを制御することで気筒内に旋回流を生成するものであればＴＣＶ２６に限られない。すなわち、吸気流制御弁は、例えば、気筒内にスワール流（横旋回流）を生成するスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）であってもよい。

また、上述した実施の形態１および２においては、本発明に係る吸気流制御弁の制御が適用される内燃機関として、自然吸気エンジンである内燃機関１０を例に挙げた。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関は、例えば、以下に図１０を参照して示される内燃機関５０のように、過給エンジンであってもよい。

図１０は、過給エンジンが使用される場合のシステム構成の一例を表した図である。なお、図１０において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１０に示す内燃機関５０は、過給機の一例として、ターボ過給機５２を備えている。ターボ過給機５２のコンプレッサ５２ａは、スロットルバルブ２０よりも上流側の吸気通路５４に配置されている。また、コンプレッサ５２ａとスロットルバルブ２０との間には、コンプレッサ５２ａにより圧縮された吸気ガスを冷却するためのインタークーラ５６が配置されている。

図１０に示す構成では、吸気ガス温度センサ３０は、インタークーラ５６の下流に位置している。吸気ガス温度センサ３０は、ＴＣＶ２６の下流における吸気ガス温度Ｔｉｇを把握し、当該吸気ガス温度Ｔｉｇと壁面温度Ｔｗｌとの大小関係を比較するために使用される。このため、吸気通路５４上の吸気ガス温度センサ３０の位置は、広く言えば、特に限定されない。しかしながら、インタークーラ５６による冷却に伴う吸気ガスの温度変化の影響を受けなくするために、図１０に示す例のようにインタークーラ５６の下流側の位置が望ましい。

１０、５０ 内燃機関
１２、５４ 吸気通路
１４ 排気通路
１８ エアフローセンサ
２０ スロットルバルブ
２２ 吸気マニホールド
２２ａ サージタンク
２２ｂ 枝管部
２４ 吸気ポート
２６ タンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）
２８ ＴＣＶ駆動アクチュエータ
３０ 吸気ガス温度センサ
３２ 冷却水流路
３４ エンジン本体
３６ 水温センサ
４０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２ クランク角センサ
４４ 燃料噴射弁
４６ 点火装置
５２ ターボ過給機
５６ インタークーラ

Claims (1)

1. 吸気通路内の吸気ガスの流れを制御することで気筒内に旋回流を生成する吸気流制御弁を備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、ノッキングが発生し易い運転領域では、前記吸気流制御弁の下流側の前記吸気通路内の吸気ガス温度が前記吸気流制御弁の下流側の前記吸気通路の壁面温度よりも高い場合には、前記吸気ガス温度が前記壁面温度よりも低い場合と比べて、前記吸気流制御弁の開度を小さくする
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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