JP2021161965A - 内燃機関の温度取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部材の表面温度を考慮した燃焼室の温度を取得する。
【解決手段】装置５０は、内燃機関としてのエンジンの燃焼室の温度を取得する。装置５０は、エンジンの吸入空気量を取得する吸気量センサ３４と、吸気量センサ３４により取得された吸入空気量に基づいて、吸入空気量の積算量を算出する積算量算出部５０２と、積算量算出部５０２により算出された積算量に基づいて、エンジンの温度を取得する温度域判定部５０１とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室の温度を取得する内燃機関の温度取得装置に関する。

この種の装置として、従来、排気温度センサのセンサ値に基づいてエンジンのシリンダ内の温度である筒内温度を取得するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置では、排気通路に設けられた排気温度センサによりエンジンから排出されて排気通路を流れる排気の温度を検出し、センサ時定数に応じた補正係数等を乗じることで筒内温度を取得する。

特開２０１９−３５３３１号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、排気の温度に基づいてシリンダ内の温度が推定され、燃焼室を構成するシリンダやピストンなどの表面温度が考慮されないため、ピストン冠面温度などをパラメータとする制御に利用することは難しい。

本発明の一態様である内燃機関の温度取得装置は、内燃機関の燃焼室の温度を取得する。内燃機関の温度取得装置は、内燃機関の吸入空気量を取得する吸気量取得部と、吸気量取得部により取得された吸入空気量に基づいて、吸入空気量の積算量を算出する積算量算出部と、積算量算出部により算出された積算量に基づいて、内燃機関の温度を取得する温度取得部と、を備える。

本発明によれば、構成部材の表面温度を考慮した燃焼室の温度を取得することができる。

本発明の実施形態に係る温度取得装置が適用される内燃機関が搭載されたハイブリッド車両の走行駆動部の構成を概略的に示す図。 図１のエンジンの要部構成を概略的に示す図。 本発明の実施形態に係る温度取得装置が適用される内燃機関の制御装置の要部構成を示すブロック図。 図３の噴射モード切換部による噴射モードの遷移の一例を示す図。 図４の付着低減モードに対応した噴射マップの一例を示す図。 図３の状態判定部の機能的構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る内燃機関の温度取得装置の要部構成を示すブロック図。 図２のピストン冠面の昇温について説明するための図。 エンジンの冷機状態を変えたときの図８の試験結果の一例を示す図。 図７の温度域判定部による判定の概要を説明するための図。 図７の積算量算出部による積算量の補正について説明するための図。 図７の積算量算出部による積算量の補正係数について説明するための図。 図２のピストン冠面の冷却について説明するための図。 図７の積算量算出部による積算量のリセットについて説明するための図。 図７の閾値設定部による閾値の再設定について説明するための図。 図７の閾値設定部による閾値の補正について説明するための図。 図７の閾値設定部による閾値の補正値について説明するための図。 図７の閾値設定部による閾値の補正と再設定について説明するための図。 図７の閾値設定部による、筒内暖機完了履歴に応じた閾値の再設定について説明するための図。 初回筒内暖機完了後におけるＦ／Ｃモードからの通常モード復帰時に、図７の閾値設定部により再設定される閾値について説明するための図。 初回筒内暖機完了後における稼働停止モードからの通常モード復帰時に、図７の閾値設定部により再設定される閾値について説明するための図。 図７のコントローラで実行される筒内暖機判定処理の一例を示すフローチャート。 図７のコントローラで実行される閾値設定処理の一例を示すフローチャート。 図７のコントローラで実行される積算量算出処理の一例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る内燃機関の温度取得装置による動作の一例を示すタイムチャート。

以下、図１〜図２５を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る温度取得装置は、内燃機関としての直噴式のガソリンエンジンに適用される。このエンジンは、車両、すなわち、エンジンのみを駆動源として走行するエンジン車およびエンジンとモータとを駆動源として走行するハイブリッド車両に搭載される。以下では、特に、温度取得装置を有するエンジンがハイブリッド車両に搭載される例を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る温度取得装置を有するエンジンが搭載されるハイブリッド車両の走行駆動部の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、エンジン（ＥＮＧ）１の出力軸１ａには第１モータジェネレータ（ＭＧ１）２が接続され、駆動輪４の回転軸４ａには第２モータジェネレータ３（ＭＧ２）が接続される。第１モータジェネレータ２は、主に、エンジン１により駆動されて電力を発生する発電機として機能し、第１モータジェネレータ２から発生した電力は、図示しないインバータを介してバッテリ（ＢＡＴ）５に蓄電される。第２モータジェネレータ３は、主に、図示しないインバータを介してバッテリ５から供給される電力によって駆動する走行用モータとして機能する。

エンジン１の出力軸１ａと駆動輪４の回転軸４ａとの間にはクラッチ６が介装され、出力軸１ａと回転軸４ａとは、クラッチ６を介して連結または遮断される。出力軸１ａと回転軸４ａとが遮断されると、車両は第２モータジェネレータ３の動力のみによって走行する（ＥＶ走行）。出力軸１ａと回転軸４ａとがクラッチ６を介して連結されると、車両はエンジン１の動力のみによって走行（エンジン走行）またはエンジン１と第２モータジェネレータ３の動力によって走行する（ハイブリッド走行）。すなわち、車両は、ＥＶ走行を行うＥＶモード、エンジン走行を行うエンジンモード、およびハイブリッド走行を行うハイブリッドモードに、走行モードを変更することができる。

図２は、エンジン１の要部構成を概略的に示す図である。エンジン１は、車両の減速走行時等に複数の気筒への燃料供給を停止する燃料カット機能を有する火花点火式の内燃機関であり、動作周期の間に吸気、膨張、圧縮および排気の４つの行程を経る４ストロークエンジンである。吸気行程の開始から排気行程の終了までを、便宜上、燃焼行程の１サイクルまたは単に１サイクルと称する。エンジン１は４気筒、６気筒、８気筒等、複数の気筒を有するが、図２には、単一の気筒の構成を示す。なお、各気筒の構成は互いに同一である。

図２に示すように、エンジン１は、シリンダブロック１０１に形成されたシリンダ１０２と、シリンダ１０２の内部に摺動可能に配置されたピストン１０３と、ピストン１０３の冠面（ピストン冠面）１０３ａとシリンダヘッド１０４との間に形成された燃焼室１０５と、を有する。ピストン冠面１０３ａには、例えばシリンダ内のタンブル流に沿うように凹部１０３ｂが形成される。ピストン１０３は、コンロッド１０６を介してクランクシャフト１０７に連結され、シリンダ１０２の内壁に沿ってピストン１０３が往復動することにより、クランクシャフト１０７（図１の出力軸１ａ）が回転する。

シリンダヘッド１０４には、吸気ポート１１１と排気ポート１１２とが設けられる。燃焼室１０５には、吸気ポート１１１を介して吸気通路１１３が連通する一方、排気ポート１１２を介して排気通路１１４が連通する。吸気ポート１１１は吸気バルブ１１５により開閉され、排気ポート１１２は排気バルブ１１６により開閉される。吸気バルブ１１５の上流側の吸気通路１１３には、スロットルバルブ１１９が設けられる。スロットルバルブ１１９は、例えばバタフライ弁により構成され、スロットルバルブ１１９により燃焼室１０５への吸入空気量が調整される。吸気バルブ１１５と排気バルブ１１６とは動弁機構１２０により開閉駆動される。

シリンダヘッド１０４には、それぞれ燃焼室１０５に臨むように点火プラグ１１および直噴式のインジェクタ１２が装着される。点火プラグ１１は、吸気ポート１１１と排気ポート１１２との間に配置され、電気エネルギーにより火花を発生し、燃焼室１０５内の燃料と空気との混合気を点火する。

インジェクタ１２は、吸気バルブ１１５の近傍に配置され、電気エネルギーにより駆動されて燃料を噴射する。より詳しくは、インジェクタ１２には、燃料ポンプを介して燃料タンクから高圧の燃料が供給される。インジェクタ１２は、燃料を高微粒子化して、燃焼室１０５内に所定のタイミングで斜め下方に向けて燃料を噴射する。なお、インジェクタ１２の配置はこれに限らず、例えば点火プラグ１１の近傍に配置することもできる。

動弁機構１２０は、吸気カムシャフト１２１と排気カムシャフト１２２とを有する。吸気カムシャフト１２１は、各気筒（シリンダ１０２）にそれぞれ対応した吸気カム１２１ａを一体に有し、排気カムシャフト１２２は、各気筒にそれぞれ対応した排気カム１２２ａを一体に有する。吸気カムシャフト１２１と排気カムシャフト１２２とは、不図示のタイミングベルトを介してクランクシャフト１０７に連結され、クランクシャフト１０７が２回転する度にそれぞれ１回転する。

吸気バルブ１１５は、吸気カムシャフト１２１の回転により、不図示の吸気ロッカーアームを介して、吸気カム１２１ａのプロファイルに応じた所定のタイミングで開閉する。排気バルブ１１６は、排気カムシャフト１２２の回転により、不図示の排気ロッカーアームを介して、排気カム１２２ａのプロファイルに応じた所定のタイミングで開閉する。

排気通路１１４には、排気ガスを浄化するための触媒装置１３が介装される。触媒装置１３は、排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化・還元作用によって除去・浄化する機能を有する三元触媒である。なお、排ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化を行う酸化触媒等、他の触媒装置を用いることもできる。触媒装置１３に含まれる触媒の温度が高くなると触媒が活性化し、触媒装置１３による排ガスの浄化作用が高まる。

エンジン１は、燃費の向上を目的として、エンジン走行時に所定の燃料カット条件が成立するとインジェクタ１２からの燃料噴射を停止するフューエルカット機能を有する。すなわち、燃料カット条件が成立すると、燃料カットモード（Ｆ／Ｃモードと呼ぶ）に移行して燃料噴射が停止される。燃料カット条件は、例えばアクセルペダルの操作量（アクセル開度）が所定値以下で、かつ、クランクシャフト１０７の回転数（エンジン回転数）が所定値以上で、かつ、車速が所定値以上の状態が検出されると、成立する。例えば減速走行時に燃料カット条件が成立する。Ｆ／Ｃモードでは、燃焼室１０５内への吸気が継続される。

さらにエンジン１は、燃費の向上を目的として、所定のアイドリングストップ条件が成立するとインジェクタ１２からの燃料噴射を停止するアイドリングストップ機能を有する。すなわち、アイドリングストップ条件が成立するアイドリングストップモード（Ｉ／Ｓモードと呼ぶ）に移行して燃料噴射が停止される。アイドリングストップ条件は、例えば停車時等、車速が所定車速以下で、かつ、アクセルペダルが非操作で、かつ、ブレーキペダルの操作が検出されると成立する。Ｉ／Ｓモードではエンジン１の稼働が停止しており、ＥＶ走行のときと同様、燃焼室１０５内への吸気が停止する。

図示は省略するが、エンジン１は、排気ガスの一部を吸気系に還流する排気ガス再循環装置、ブローバイガスを吸気系に戻して再燃焼させるブローバイガス還元装置、および燃料タンク内で蒸発した燃料ガスの吸気系への供給を制御するパージ制御装置などを有する。排気ガス再循環装置には、動弁機構１２０の制御によって排気ガスを燃焼室１０５で再循環させる内部ＥＧＲと、排気通路１１４からの排気ガスの一部を、ＥＧＲ通路およびＥＧＲバルブを介して吸気系に導く外部ＥＧＲとが含まれる。パージ制御装置は、燃料タンク内で蒸発した燃料ガスを吸気系に導くパージ通路、パージ通路の途中に設けられ、パージ通路を通過するガスの流れを制御するパージバルブと、を有する。なお、エンジン１は、過給機を備えることもできる。

以上のように構成されたエンジン１は、内燃機関の制御装置により制御される。図３は、内燃機関の制御装置の要部構成を示すブロック図である。図３に示すように、内燃機関の制御装置は、エンジン制御用のコントローラ３０を中心として構成され、コントローラ３０に接続された各種のセンサやアクチュエータなどを有する。具体的には、コントローラ３０には、クランク角センサ３１と、アクセル開度センサ３２と、水温センサ３３と、吸気量センサ３４と、ＡＦセンサ３５と、点火プラグ１１と、インジェクタ１２とが接続される。

クランク角センサ３１は、クランクシャフト１０７に設けられ、クランクシャフト１０７の回転に伴いパルス信号を出力するように構成される。コントローラ３０は、クランク角センサ３１からのパルス信号に基づいて、ピストン１０３の吸気行程開始時の上死点ＴＤＣの位置を基準としたクランクシャフト１０７の回転角度（クランク角）を特定するとともに、エンジン回転数を算出する。

アクセル開度センサ３２は、車両の図示しないアクセルペダルに設けられ、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出する。アクセル開度センサ３２の検出値に応じてエンジン１の目標トルクが指令される。水温センサ３３は、エンジン１を冷却するためのエンジン冷却水が流れる経路に設けられ、エンジン冷却水の温度（冷却水温）を検出する。吸気量センサ３４は、吸入空気量を検出するセンサであり、例えば吸気通路１１３（より具体的にはスロットルバルブの上流）に配置されたエアフロメータにより構成される。ＡＦセンサ３５は、触媒装置１３の上流の排気通路１１４に設けられ、排気通路１１４における排気ガスの空燃比を検出する。

コントローラ３０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、ＣＰＵ等の演算部と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部と、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ３０は、機能的構成として、噴射モード切換部３０１と、温度情報取得部３０２と、状態判定部３０３と、点火制御部３０４と、インジェクタ制御部３０５とを有する。

噴射モード切換部３０１は、エンジン１の運転状態に応じて噴射モードを切り換える。図４は、例えばイグニッションスイッチのオンによりエンジン１の稼働が開始（スタート）されてから、イグニッションスイッチのオフによりエンジン１の稼働が停止（エンド）されるまでの間における、噴射モードの遷移の一例を示す図である。図４に示すように、噴射モードは、始動モードＭ１と、触媒暖機モードＭ２と、付着低減モードＭ３と、均質向上モードＭ４と、ノック抑制モードＭ５と、燃料停止モードＭ６とを含む。均質向上モードＭ４とノック抑制モードＭ５とは、ピストン温度（筒内温度）が高い高筒内温度状態であり、均質向上モードＭ４とノック抑制モードＭ５とをまとめて高筒内温度モードＭ７と呼ぶ。

図中の燃料停止モード以外の各モードＭ１〜Ｍ５には、吸気行程の開始（吸気上死点ＴＤＣ）から圧縮行程の終了（圧縮上死点ＴＤＣ）までの区間のクランク角を、吸気上死点ＴＤＣを起点とした時計周りの円の角度によって示すとともに、燃料噴射のタイミングを、円の中心から放射状に延びる扇形のハッチングによって示す。吸気行程は、クランク角が０°以上１８０°以下の範囲であり、圧縮行程は、クランク角が１８０°以上３６０以下の範囲である。なお、クランク角が０°以上９０°以下の範囲を吸気行程前半、９０°以上１８０°以下の範囲を吸気行程後半、１８０°以上２７０°以下の範囲を圧縮行程前半、２７０°以上３６０°以下の範囲を圧縮行程後半と呼ぶことがある。

始動モードＭ１は、エンジン１を始動するためのモードであり、イグニッションスイッチのオン直後またはＥＶモードやＩ／Ｓモードからの復帰時に実行される。始動モードＭ１では、エンジン１のクランキング後に、図示のように圧縮行程前半で２回に分けて、すなわち圧縮２段で燃料が噴射されて混合気が生成される。この場合の１回当たりの噴射量は互いに等しい。圧縮行程で燃料を噴射することで、エンジン１の始動性を向上することができる。また、圧縮行程前半で燃料を多段噴射することで、１回当たりの燃料噴射量が抑えられる。その結果、ピストン冠面１０３ａやシリンダ１０２の壁面への燃料の付着を抑えることができ、煤の発生を抑制することができる。

なお、始動性の向上と煤の抑制とを両立することができるのであれば、始動モードＭ１は、圧縮２段に限らず圧縮行程で１回の噴射（圧縮１段）、または吸気行程と圧縮行程とでそれぞれ噴射（吸圧多段）等、他の噴射モードであってもよい。始動モードＭ１が完了すると、触媒暖機モードＭ２、付着低減モードＭ３および高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）のいずれかの噴射モードに移行する。

触媒暖機モードＭ２は、触媒装置１３の暖機を促進して触媒の早期活性化を実現するモードである。触媒暖機モードＭ２では、図示のように吸気行程で２回に分けて、すなわち吸気２段で燃料が噴射されて、混合気が生成される。この場合の１回当たりの噴射量は互いに等しい。さらに、触媒暖機モードＭ２では、点火プラグ１１による点火時期が、最大トルクが得られる最適点火時期ＭＢＴよりもリタード（遅角）される。点火時期のリタードによって混合気を後燃えさせることで、目標トルクを発生するための燃焼室１０５への空気供給量が増加して燃料噴射量が増加し、これにより混合気の燃焼によって生じる熱量が増加して、触媒装置１３を早期に暖機することができる。触媒暖機モードＭ２では、予めメモリに記憶された、エンジン回転数や吸入空気量に応じて変化することのない所定のタイミングで燃料が噴射される。

触媒暖機モードＭ２において吸気２段で燃料を噴射することで、混合気を均質化することができ、燃焼効率が高まり、エミッションの悪化を抑制することができる。なお、エミッションの悪化を抑制することができるのであれば、触媒暖機モードＭ２は、吸気２段に限らず吸気行程で１回の噴射（吸気１段）、または吸圧多段等、他の噴射モードであってもよい。触媒暖機モードＭ２が完了すると、付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）に移行する。

付着低減モードＭ３は、ピストン温度が低温のときに煤の低減を目的として実行される。付着低減モードＭ３では、吸気行程開始時の吸気上死点ＴＤＣおよび圧縮行程終了時の圧縮上死点ＴＤＣの近傍の所定の噴射禁止領域以外の領域、すなわちピストン冠面１０３ａがインジェクタ１２から離れる領域（噴射可能領域）で、燃料が噴射される。噴射禁止領域は、例えば吸気行程前半の一部またはほぼ全域と、圧縮行程後半の一部あるいはほぼ全域とに設定される。

より詳しくは、噴射禁止領域はエンジン回転数に応じて設定される。エンジン回転数が高いほど、吸気行程でピストン冠面１０３ａがインジェクタ１２から退避する速度および圧縮行程でピストン冠面１０３ａがインジェクタ１２に接近する速度が速い。このため、エンジン回転数が高いほど、吸気行程における噴射禁止領域が狭くなり（噴射禁止領域の終了が進角側に移動）、圧縮行程における噴射禁止領域が広くなる（噴射禁止領域の開始が遅角側に移動）。

噴射可能領域における燃料の噴射回数と噴射タイミングとは、予めメモリに記憶されたマップ、例えば図５に示すマップにより決定される。すなわち、図５に示すように、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとに応じた最大出力トルクの特性ｆ１に対応付けて、予め定められたマップにより決定され、１回〜４回の範囲で噴射回数が定められる。噴射回数が複数回であるときの１回当たりの噴射量は互いに等しい。なお、目標噴射量Ｑは、実空燃比が目標空燃比となるような値として算出され、吸入空気量に応じて定まる。このため、図５のマップを、図４の均質向上モードＭ４のマップと同様、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇのマップに書き換えることもできる。

ピストン冠面１０３ａへの燃料の付着を抑えるためには、噴射回数を多くして１回当たりの噴射量を低減することが好ましい。しかし、インジェクタ１２の仕様によってインジェクタ１２の１回当たりの最小噴射量Ｑｍｉｎが規定され、インジェクタ１２は最小噴射量Ｑｍｉｎを下回る量の噴射を行うことはできない（ＭｉｎＱ制約）。したがって、目標噴射量が少ない領域では、噴射回数は１回となり、目標噴射量Ｑの増加に伴い、噴射回数が２回、３回および４回へと徐々に増加する。

一方、噴射回数を増加するためには、インジェクタ１２を高速で駆動する必要がある。そのため、例えばコントローラ３０のインジェクタ駆動用の電気回路におけるコンデンサの充放電を短時間で繰り返す必要がある。この場合、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、インジェクタ１２の駆動速度を速める必要があり、コントローラ３０の電気的な負荷が増大して、コントローラ３０の発熱量が増大する。その結果、コントローラ３０の熱的な制約（ＥＣＵ熱制約）により、噴射回数が制限される。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが小さい領域では、噴射回数が４回であるが、エンジン回転数Ｎｅの増加に伴い、噴射回数が３回、２回および１回と徐々に制限される。

以上より、例えばエンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎ１未満かつ目標噴射量Ｑが所定値Ｑ３以上の領域ＡＲ１で、噴射回数は４回（４段噴射）に設定される。エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎ２未満かつ目標噴射量Ｑが所定値Ｑ２以上で、領域ＡＲ１を除く領域ＡＲ２で噴射回数は３回（３段噴射）に設定される。エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎ３未満かつ目標噴射量Ｑが所定値Ｑ１以上で、領域ＡＲ１，ＡＲ２を除く領域ＡＲ３で噴射回数は２回（２段噴射）に設定される。エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎ３以上または目標噴射量Ｑが所定値Ｑ１未満の領域ＡＲ４で、噴射回数は１回（単発噴射）に設定される。

なお、所定値Ｎ１〜Ｎ３には、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３の関係があり、所定値Ｑ１〜Ｑ３には、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３の関係がある。所定値Ｎ１〜Ｎ３，Ｑ１〜Ｑ３は予め実験によって定められ、メモリに記憶される。付着低減モードＭ３での最大噴射回数は、インジェクタ１２やコントローラ３０等の仕様、およびインジェクタ１２の取付位置などにより定まり、４回より少ない、または４回より多い場合がある。付着低減モードが完了すると、高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）または燃料停止モードＭ６に移行する。

均質向上モードＭ４は、燃費が最適となる噴射モードである。均質向上モードでは、予めメモリに記憶されたエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇとに応じた制御マップに従い、吸気１段または吸気２段の燃料噴射が行われる。すなわち、図４に示すように、エンジン回転数Ｎｅが低く、かつ、吸入空気量Ｇが多い高負荷低回転の領域では、吸気２段で燃料が噴射され、エンジン回転数Ｎｅが高いまたは吸入空気量Ｇが低い領域では、吸気１段で燃料が噴射される。この場合の制御マップは、冷却水温に応じて変化する。なお、吸気２段の１回当たりの噴射量は互いに等しい。均質向上モードにおいて、吸気１段または吸気２段で燃料を噴射することで、燃焼室１０５内の混合気がタンブル流れによって均質化され、燃焼効率を高めることができる。

さらに均質向上モードＭ４では、主にエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇとに応じて点火プラグ１１の点火時期が制御される。具体的には、ノッキングが生じないまたは生じにくい領域では、圧縮上死点ＴＤＣよりも進角側の予めメモリに記憶された最適点火時期ＭＢＴに点火時期が制御される。一方、ノッキングが生じるまたは生じやすい領域、例えばエンジン回転数が低くかつ吸入空気量が多い高負荷低回転の領域では、ノッキングの発生を抑制するために、予めメモリに記憶された特性に従い点火時期が最適点火時期ＭＢＴよりもリタードされる。なお、ノッキングの発生を検出するノックセンサを設け、ノックセンサによりノッキングの発生が検出されると、点火時期をリタードするようにしてもよい。均質向上モードＭ４は、所定のノック抑制条件が成立すると、ノック抑制モードＭ５に切り換わる。

ノック抑制モードＭ５は、ノッキングの発生を抑制する噴射モードである。ノック抑制モードＭ５に移行すると、リタードされた点火時期がＭＢＴ側に戻される（進角される）とともに、吸気行程（例えば吸気行程前半）で１回かつ圧縮行程（例えば圧縮行程前半）で１回、燃料が噴射される（吸圧多段）。この場合、圧縮行程での噴射量は最小噴射量Ｑｍｉｎであり、目標噴射量Ｑから最小噴射量Ｑｍｉｎを減算した量が吸気行程で噴射される。圧縮行程で燃料を噴射することで、気化潜熱により燃焼室１０５のエンドガス温度が低減される。

これにより、点火時期のリタード量を抑えつつ、ノッキングの発生を抑制することができる。したがって、点火時期をリタードさせて吸気行程のみで燃料噴射を行う場合に比べて、燃焼効率を高めることができる。ノック抑制モードが完了すると、すなわちノック抑制条件が不成立となると、均質向上モードに切り換わる。つまり、高筒内温度状態（高筒内温度モードＭ７）であるときには、ノック抑制条件の成否に応じて噴射モードが均質向上モードＭ４とノック抑制モードＭ５との間で切り換わる。

燃料停止モードＭ６は、燃料噴射が停止して燃焼室１０５内で燃焼が停止したときのモードであり、ＥＶモード時、Ｆ／Ｃモード時およびＩ／Ｓモード時のいずれかにおいて、燃料停止モードＭ６に切り換わる。例えば付着低減モードＭ３で燃焼が停止すると、または高筒内温度モードＭ７で燃焼が停止すると、燃料停止モードＭ６に切り換わる。燃料停止モードＭ６が完了すると、噴射モードが始動モードＭ１、付着低減モードＭ３および高筒内温度モードＭ７のいずれかに切り換わる。

図３の温度情報取得部３０２は、シリンダ１０２内の温度情報を取得する。この温度情報は、シリンダ１０２内での燃料の付着に影響を及ぼす筒内温度の情報であり、ピストン冠面１０３ａの温度に対応する。したがって、ピストン冠面１０３ａの温度を精度よく検出可能なセンサを設けることができれば、温度情報取得部３０２は、そのセンサからの情報を取得すればよい。しかし、ピストン冠面１０３ａは高温の燃焼室１０５に面してシリンダ１０２内を往復動するため、ピストン冠面１０３ａの温度をセンサによって直接的に精度よく検出することは困難である。

一方、ピストン冠面１０３ａの温度は、燃焼室１０５での燃焼のために燃焼室１０５内に供給された吸入空気量Ｇと相関関係を有する。すなわち、吸入空気量Ｇの積算量が多いほど、燃焼室１０５内で発生する熱量が増加するため、筒内温度に対応するピストン冠面１０３ａの温度が上昇する。そこで、温度情報取得部３０２は、吸気量センサ３４からの信号を取得するとともに、取得した信号に基づいて吸入空気量Ｇの積算量を算出する。

状態判定部３０３は、噴射モードの切換に関わるエンジン１の運転状態を判定する。図６は、状態判定部３０３の機能的構成を示すブロック図である。図６に示すように、状態判定部３０３は、始動判定部３０３Ａと、触媒暖機判定部３０３Ｂと、筒内温度判定部３０３Ｃと、ノック判定部３０３Ｄと、燃料カット判定部３０３Ｅとを有する。

始動判定部３０３Ａは、図４の始動モードＭ１で、エンジン１が始動を完了したか否かを判定する。具体的には、クランク角センサ３１からの信号に基づいて算出されたクランキング後のエンジン回転数が、自力で回転を維持できる完爆回転数まで上昇した後、所定カウント値がカウントされたか否かにより、始動が完了したか否かを判定する。始動判定部３０３Ａによりエンジン１の始動が完了したと判定されると、噴射モード切換部３０１は、始動モードＭ１から触媒暖機モードＭ２、付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）に噴射モードを切り換える。

始動判定部３０３Ａは、エンジン１の始動完了だけでなく、エンジン１の始動の要否も判定する。すなわち、図４の燃料停止モードＭ６で、ＥＶモードからエンジンモードまたはハイブリッドモードへ走行モードを切り換える必要があるか否か、およびＩ／Ｓモードから復帰する必要があるか否かを判定する。始動判定部３０３Ａによりエンジンモードへ切り換える必要がある、またはＩ／Ｓモードから復帰する必要があると判定されると、噴射モード切換部３０１は、噴射モードを燃料停止モードＭ６から始動モードＭ１に切り換える。

触媒暖機判定部３０３Ｂは、図４の触媒暖機モードＭ２で、触媒装置１３の暖機（触媒暖機）が完了したか否かを判定する。この判定は、エンジン１の総仕事量が、触媒暖機に要する目標総仕事量に到達したか否かの判定である。目標総仕事量は、予め記憶された関係式や特性あるいはマップを用いて、エンジン１の始動時に水温センサ３３により検出される冷却水温に応じて設定される。例えば冷却水温が低いと、エンジン１が暖機されていないため、触媒暖機に時間を要する。この点を考慮し、冷却水温が低いほど目標総仕事量が大きい値に設定される。

触媒暖機判定部３０３Ｂは、まず、水温センサ３３からの信号に基づいて、冷却水温に対応したエンジン１の総仕事量を算出する。そして、総仕事量が目標総仕事量に達すると、触媒暖機が完了したと判定する。触媒暖機判定部３０３Ｂにより触媒暖機が完了したと判定されると、噴射モード切換部３０１は、触媒暖機モードＭ２から付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）に噴射モードを切り換える。

触媒暖機判定部３０３Ｂは、図４の始動モードＭ１において、触媒暖機の要否も判定する。例えばＥＶ走行からの復帰等で、冷却水温が高い場合には、目標総仕事量が０に設定され、触媒暖機が不要と判定する。この場合、噴射モード切換部３０１は、始動モードＭ１から付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）に噴射モードを切り換える。一方、始動モードＭ１で目標総仕事量が０より大きい値に設定され、触媒暖機が必要と判定されると、噴射モード切換部３０１は、噴射モードを始動モードＭ１から触媒暖機モードＭ２に切り換える。

筒内温度判定部３０３Ｃは、温度情報取得部３０２により取得された吸入空気量Ｇの積算量に基づいて、筒内温度が所定値（例えば１００℃）以上であるか否かを判定する。すなわち、筒内温度が所定値以上の高筒内温度であるか、それとも所定値未満の低筒内温度であるかを判定する。筒内温度判定部３０３Ｃは、図４の始動モードＭ１と、触媒暖機モードＭ２と、燃料停止モードＭ６とで、それぞれ筒内温度が高筒内温度であるか否かを判定する。

ノック判定部３０３Ｄは、図４の均質向上モードＭ４において、ノック抑制条件の成否を判定する。この判定は、ノッキングの発生を抑制するための点火時期のリタード量が所定値以上になったか否かの判定であり、ノッキングの発生を抑制する噴射モードへの切換の要否の判定である。ノッキングは、エンジン回転が高いときおよび冷却水温が低いときには生じにくい。この点を考慮し、ノック抑制条件は、最適点火時期ＭＢＴからの点火時期のリタード量が所定値以上、かつ、冷却水温が所定値以上、かつ、エンジン回転数が所定値以下のときに成立する。ノック判定部３０３Ｄによりノック抑制条件が成立したと判定されると、噴射モード切換部３０１は、噴射モードを均質向上モードＭ４からノック抑制モードＭ５に切り換える。

一方、ノック抑制モードＭ５において、ノック判定部３０３Ｄによりノック抑制条件が不成立と判定されると、噴射モード切換部３０１は、噴射モードをノック抑制モードＭ５から均質向上モードＭ４に切り換える。なお、均質向上モードＭ４を経ずに付着低減モードＭ３からノック抑制モードＭ５に噴射モードが切り換わることもある。すなわち、付着低減モードＭ３において、筒内温度判定部３０３Ｃにより高筒内温度と判定されると、ノック抑制モードＭ５に切り換わることもある。これにより、低筒内温度状態から所定の高筒内温度状態と推定されると、均質向上モードＭ４を経ずにノック抑制モードＭ５に速やかに移行することができ、燃焼効率を高めることができる。

燃料カット判定部３０３Ｅは、図４の触媒暖機モードＭ２、付着低減モードＭ３および高筒内温度モードＭ７において、燃料カットの要否を判定する。すなわち、ＥＶモード、Ｆ／ＣモードまたはＩ／Ｓモードへの切換が必要か否かを判定する。燃料カット判定部３０３Ｅにより燃料カットが必要と判定されると、噴射モード切換部３０１は、触媒暖機モードＭ２、付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７から燃料停止モードＭ６に噴射モードを切り換える。

図３の点火制御部３０４は、点火時期が、予めメモリに記憶された、運転状態に応じたマップや特性に従った目標点火時期となるように、点火プラグ１１に制御信号を出力する。例えば、触媒暖機モードＭ２では、点火時期が最適点火時期ＭＢＴよりもリタードするように点火プラグ１１に制御信号を出力する。均質向上モードＭ４では、点火時期が最適点火時期ＭＢＴとなるように、またはノッキングの発生を抑制するためにリタードするように、点火プラグ１１に制御信号を出力する。ノック抑制モードＭ５では、点火時期がリタードからＭＢＴ側に復帰（進角）するように点火プラグ１１に制御信号を出力する。

インジェクタ制御部３０５は、ＡＦセンサ３５により検出された実空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）となるようなフィードバック制御を行いながら、吸気量センサ３４により検出された吸入空気量に応じて１サイクル当たりの目標噴射量を算出する。そして、図４の噴射モードに応じて１回当たりの目標噴射量（単位目標噴射量）を算出し、この単位目標噴射量をインジェクタ１２が所定のタイミングで噴射するようにインジェクタ１２に制御信号を出力する。

以上のような構成を前提として、本発明の実施形態に係る内燃機関の温度取得装置の構成について説明する。本実施形態に係る内燃機関の温度取得装置は、図６の筒内温度判定部３０３Ｃの構成をより具体化したものである。

図７は、本発明の実施形態に係る内燃機関の温度取得装置（以下、装置）５０の要部構成を示すブロック図である。図７に示すように、装置５０は、コントローラ３０に接続されたクランク角センサ３１と、水温センサ３３と、吸気量センサ３４とを有する。また、コントローラ３０の機能的構成として、温度域判定部５０１と、積算量算出部５０２と、閾値設定部５０３と、情報取得部５０４と、運転状態判定部５０５とを有する。

情報取得部５０４は、エンジン１の点火時期ＩＧの情報を取得する。例えば、図３の点火制御部３０４から目標点火時期の情報を取得する。運転状態判定部５０５は、エンジン１の運転状態を判定する。具体的には、空気の吸入および燃料の噴射を行う通常モード、空気の吸入のみを行うＦ／Ｃモード、冷機状態から始動する冷機始動モード、空気の吸入および燃料の噴射を停止する稼働停止モード（ＥＶモードおよびＩ／Ｓモード）のいずれであるかを判定する。

温度域判定部５０１は、エンジン１の仕事量に基づいて、ピストン冠面１０３ａ（図２）の温度Ｔｐが所定温度Ｔｐ０（例えば１００℃）以上の高筒内温度状態であるか否かを判定する（筒内暖機判定）。ガソリンエンジンの場合、エンジン１の出力（仕事率）は、吸入空気量Ｇと相関関係を有し、エンジン１の仕事量（総仕事量）は、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧと相関関係を有する。燃焼室１０５を構成するシリンダ１０２およびピストン１０３は、それぞれの材質および質量に応じた熱容量を有するため、これらの構成部材を昇温するには、それぞれの熱容量に応じた一定の熱量、すなわち、一定の仕事量が必要となる。

図８は、ピストン冠面１０３ａの昇温について説明するための図であり、エンジン１を冷機状態から暖機するときに測定器を用いて測定される煤排出量の時間変化の一例を示す。図８に示すピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐは推定値であり、冷却水温Ｔｗは水温センサ３３の検出値である。また、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧは、吸気量センサ３４により検出された吸入空気量Ｇに基づいて積算量算出部５０２により算出された算出値である。

図８に示すように、エンジン１の冷機状態では、ピストン冠面１０３ａおよびエンジン冷却水を含むエンジン１全体の温度は均一であり、エンジン１の冷機状態は、エンジン１の始動時の冷却水温Ｔｗとして水温センサ３３により検出することができる。エンジン１の暖機中は、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧ（燃焼により発生した熱量、仕事量）が増加し、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが上昇する。ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが上昇すると、ピストン冠面１０３ａを含むエンジン１全体が燃焼室１０５側から徐々に暖機され、冷却水温Ｔｗが上昇する。エンジン１が暖機されると、エンジン冷却水が不図示のラジエータを通過することで冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗ０（例えば９０℃）以下に維持され、エンジン冷却水によりエンジン１が冷却される。

図８に示すように、煤排出量は、時刻ｔ１までは概ね一定であり、時刻ｔ１において急激に低下して目標排出量を下回る。この点について説明すると、図２に示すように、インジェクタ１２から噴射された燃料は、ピストン冠面１０３ａ（凹部１０３ｂ）に付着する。このとき、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが所定温度Ｔｐ０（例えば１００℃）に達していると、付着した燃料が即座に蒸発するため、煤は発生しにくい。一方、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが所定温度Ｔｐ０に達していないと、付着した燃料が不完全燃焼するため、煤が発生しやすくなる。

図８に示すような煤排出量の確認試験を行うことで、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐがエンジン１の始動時の冷却水温Ｔｗから所定温度Ｔｐ０に達するまでに必要となる吸入空気量Ｇの積算量（閾値）ΣＧ０を予め把握することができる。温度域判定部５０１は、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが閾値ΣＧ０以上であるか否かを判定し、閾値ΣＧ０以上であると判定されると、高筒内温度状態であると判定する。これにより、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐをセンサにより直接検出することなく、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが所定温度Ｔｐ０に達したか否かを判定することができる。

図８に示すような閾値ΣＧ０は、エンジン１の冷機状態によって、すなわち始動時の冷却水温Ｔｗによって異なる。図９は、エンジン１の冷機状態を変えて図８と同様の確認試験を行ったときの試験結果の一例であり、エンジン１の始動時の冷却水温Ｔｗに対する閾値ΣＧ０の特性を示す。

図９に示すように、高筒内温度状態に至るまでに必要となる吸入空気量Ｇの積算量ΣＧの閾値ΣＧ０は、エンジン１の始動時の冷却水温Ｔｗが低いほど大きく、冷却水温Ｔｗが高いほど小さくなる。図９に示すようなエンジン１の始動時の冷却水温Ｔｗに対する閾値ΣＧ０の特性は、予めメモリに記憶される。閾値設定部５０３は、予めメモリに記憶された特性に従い閾値ΣＧ０を設定する。

図１０は、温度域判定部５０１による判定の概要を説明するための図である。図１０に示すように、エンジン１が冷機状態から始動すると、閾値設定部５０３によりエンジン１の始動時の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０が設定される。これにより、エンジン１の冷機状態に応じて確実に筒内暖機可能な閾値ΣＧ０を設定することができる。

時刻ｔ２において、積算量算出部５０２により算出された吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが閾値ΣＧ０に達すると、温度域判定部５０１によりエンジン１が低筒内温度状態から高筒内温度状態に至ったと判定され、筒内暖機完了履歴フラグが“１”に設定される。温度域判定部５０１により筒内暖機完了と判定されると、閾値設定部５０３によりエンジン１の始動時の冷却水温Ｔｗに応じて設定された閾値ΣＧ０が“０”にリセットされる。

エンジン１が冷機状態から始動した後、時刻ｔ２で温度域判定部５０１により最初に高筒内温度状態であると判定されるまでの期間（筒内暖機完了履歴フラグが“０”の期間）を、以下では「初回筒内暖機時」と称することがある。また、時刻ｔ２で温度域判定部５０１により最初に高筒内温度状態であると判定された後の期間（筒内暖機完了履歴フラグが“１”の期間）を、「初回筒内暖機完了後」と称することがある。

時刻ｔ３において、運転状態判定部５０５によりエンジン１の運転状態が通常モードからＦ／Ｃモードまたは稼働停止モードに移行したと判定されると、積算量算出部５０２により算出された吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが“０”にリセットされる。すなわち、Ｆ／Ｃモードや稼働停止モードではエンジン１が仕事をせず、吸入空気量Ｇがピストン冠面１０３ａの昇温に寄与しないため、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧがリセットされる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４までＦ／Ｃモードまたは稼働停止モードが継続すると、温度域判定部５０１によりエンジン１が高筒内温度状態から低筒内温度状態に戻ったと判定される。すなわち、Ｆ／Ｃモードでは、吸気が吹き抜けることで筒内が冷却されるため、Ｆ／Ｃモード中に積算量算出部５０２により算出された吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが所定値ΣＧｃに達すると、温度域判定部５０１による筒内暖機完了判定が取り下げられる。また、稼働停止モードでは熱量が発生せず、経時的に筒内温度が低下するため、稼働停止モードに移行してからの経過時間Δｔが所定時間Δｔｃに達すると、温度域判定部５０１による筒内暖機完了判定が取り下げられる。

さらに、時刻ｔ４から時刻ｔ５までＦ／Ｃモードまたは稼働停止モードが継続すると、時刻ｔ５での通常モード復帰時に、閾値設定部５０３により筒内暖機状態からの冷却分を考慮した閾値ΣＧ０が再設定される。すなわち、Ｆ／Ｃモード中に積算量算出部５０２により算出された吸入空気量Ｇの積算量ΣＧに応じた閾値ΣＧ０が再設定される。また、稼働停止モードに移行してからの経過時間Δｔに応じた閾値ΣＧ０が再設定される。

図１１は、積算量算出部５０２による積算量ΣＧの補正について説明するための図であり、エンジン１を最適点火時期ＭＢＴで暖機するときのピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐを破線で示し、点火時期ＩＧをリタードして暖機するときの温度Ｔｐを実線で示す。

点火時期ＩＧを最適点火時期ＭＢＴよりもリタードして混合気を後燃えさせると、燃焼ガスが燃焼後、直ちに排気されることで、燃焼により生じた熱量の一部が、筒内暖機ではなく、触媒装置１３の昇温に寄与する（図４の触媒暖機モードＭ２）。このため、図１１に示すように、点火時期ＩＧがリタードされる時刻ｔ６までの期間では、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐの上昇が最適点火時期ＭＢＴで暖機するときよりも緩やかになる。

一方、図９に示すような閾値ΣＧ０の特性は、最適点火時期ＭＢＴで図８の確認試験を行うことで予め定められる。このため、図１１に示すように、時刻ｔ７において吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが閾値ΣＧ０に到達すると、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが所定温度Ｔｐ０に達する前に、筒内暖機完了と判定される。

積算量算出部５０２は、筒内暖機に寄与しない仕事量を考慮し、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが所定温度Ｔｐ０に達してから筒内暖機完了と判定されるよう、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧを補正する。具体的には、図１２に示すような、最適点火時期ＭＢＴに対する点火時期ＩＧのリタード量ΔＩＧに応じた補正係数ｋを吸入空気量Ｇに乗算することで、積算量ΣＧを補正する。

図１１に示すように、リタード量ΔＩＧを考慮して補正された積算量ΣＧは、補正なしの場合と比較して緩やかに増加し、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが所定温度Ｔｐ０に達する時刻ｔ８において閾値ΣＧ０に到達する。これにより、点火時期ＩＧのリタードにより緩やかになった筒内温度の昇温速度を考慮した適切な時期に筒内暖機完了と判定することができる。

図１３は、ピストン冠面１０３ａの冷却について説明するための図であり、通常モードと、Ｆ／Ｃモードまたは稼働停止モードとを繰り返してエンジン１を運転したときに測定されるピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐの一例を示す。図１３に示すように、Ｆ／Ｃモード中や稼働停止モード中は、吸気の吹き抜けや経時的な温度低下によりピストン冠面１０３ａが冷却され、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが低下する。すなわち、Ｆ／Ｃモードや稼働停止モードに移行すると、それまでに筒内暖機が完了しているか否かにかかわらず、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが所定温度Ｔｐ０を下回る可能性がある。

図１４は、積算量算出部５０２による積算量ΣＧのリセットについて説明するための図である。図１４に示すように、筒内暖機が完了していない時刻ｔ９，ｔ１０においてＦ／Ｃモードまたは稼働停止モードに移行すると、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧがリセットされる。また、図１０に示すように、筒内暖機が完了した後の時刻ｔ３においてＦ／Ｃモードまたは稼働停止モードに移行しても、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧがリセットされる。

図１５は、閾値設定部５０３による閾値ΣＧ０の再設定について説明するための図である。図１５に示すように、時刻ｔ１１においてエンジン１が冷機状態から始動すると、時刻ｔ１１の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０が設定される。時刻ｔ１２においてＦ／Ｃモードまたは稼働停止モードに移行すると、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧがリセットされるため、時刻ｔ１３において通常モードに復帰すると、時刻ｔ１３の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０が再設定される。すなわち、図９に示すような冷却水温Ｔｗに対する閾値ΣＧ０の特性に従い、通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０が再設定される。

図９に示すように、通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗは、完全冷機状態からの始動時の冷却水温Ｔｗよりも高く、通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０は、完全冷機状態からの始動時の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０よりも小さくなる。このような閾値ΣＧ０の差ΔΣＧ０は、図１５の時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間に燃焼により発生した熱量に相当し、すでにピストン冠面１０３ａの昇温に寄与した仕事量に相当する。このように、通常モード復帰時点のエンジン１の暖機状態に応じて閾値ΣＧ０を再設定することで、筒内暖機完了までに必要十分な仕事量を設定することができる。

図１６は、閾値設定部５０３による閾値ΣＧ０の補正について説明するための図であり、エンジン１の暖機中に通常モードからＦ／Ｃモードに移行したときのピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐの一例を示す。図１６に示すように、Ｆ／Ｃモード中は吸気の吹き抜けによりピストン冠面１０３ａが冷却されるため、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐが低下して冷却水温Ｔｗを下回ることがある。

このような場合、Ｆ／Ｃモードから通常モードに復帰したときに通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗのみに基づいて閾値ΣＧ０を再設定すると、筒内暖機完了まで必要な仕事量を過小に見積もることになる。そこで、閾値設定部５０３は、Ｆ／Ｃモード中の吸気の吹き抜けによるピストン冠面１０３ａの冷却を考慮して閾値ΣＧ０を補正する。具体的には、Ｆ／Ｃモード中に積算量算出部５０２により算出された吸入空気量Ｇの積算量ΣＧに応じた補正値ΣＧ０ｃを加算することで、通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０を補正する。

図１７は、閾値ΣＧ０の補正値ΣＧ０ｃについて説明するための図であり、所定の冷却水温Ｔｗまで暖機された状態で通常モードからＦ／Ｃモードに移行したときの、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧに対する、閾値ΣＧ０の補正値ΣＧ０ｃの特性を示す。図１７に示すように、通常モード復帰後に再設定される閾値ΣＧ０の補正値ΣＧ０ｃは、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが大きいほど大きくなる。

図１７に示すようなＦ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧに対する閾値ΣＧ０の補正値ΣＧ０ｃの特性は、通常モードからＦ／Ｃモードに移行したときの冷却水温Ｔｗごとに、図１６のような確認試験を行うことで予め定められ、予めメモリに記憶される。閾値設定部５０３は、図９の特性に基づいて算出される通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０に、図１７の特性に基づいて算出される補正値ΣＧ０ｃを加算して、通常モード復帰後の閾値ΣＧ０を再設定する。

図１８は、閾値設定部５０３による閾値ΣＧ０の補正と再設定について説明するための図である。図１８に示すように、時刻ｔ１４において通常モードからＦ／Ｃモードに移行すると、筒内暖機判定用の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧがリセットされ、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算が開始される。時刻ｔ１５においてＦ／Ｃモードから通常モードに復帰すると、Ｆ／Ｃモード移行時の冷却水温Ｔｗ、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧおよび通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗに基づいて、通常モード復帰後の閾値ΣＧ０が再設定される。

なお、図１６に示すように、Ｆ／Ｃモードから通常モードに復帰すると、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐは、短時間で回復して冷却水温Ｔｗを上回る。このため、Ｆ／Ｃモード中の吸気の吹き抜けによる閾値ΣＧ０の補正は、通常モード復帰時から次回のＦ／Ｃモード移行時までに制限され（図１８の例では時刻ｔ１５〜ｔ１６）、補正値ΣＧ０ｃは、次回のＦ／Ｃモード移行時（時刻ｔ１６）にリセットされる。

図１９は、閾値設定部５０３による閾値ΣＧ０の再設定について説明するための図であり、筒内暖機完了履歴の有無に応じた閾値ΣＧ０の再設定について説明する。図１９に示すように、時刻ｔ１７において吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが閾値ΣＧ０に達すると、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐは、所定温度Ｔｐ０（例えば１００℃）に達し、その後のエンジン１の運転状態に応じて高温で推移する。一方、冷却水温Ｔｗは、エンジン１が暖機されると冷却水がラジエータを通過することで、所定温度Ｔｗ０（例えば９０℃）以下に維持される。

このような初回筒内暖機完了後の状態でＦ／Ｃモードや稼働停止モード（ＥＶモードおよびＩ／Ｓモード）に移行したとしても、各モードの継続時間が短ければ、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐは、冷却水温Ｔｗよりも高温のまま推移する。

より具体的には、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までのＦ／Ｃモード中は、吸気が吹き抜けることで筒内が冷却されるが、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが所定値ΣＧｃに達するまでは高筒内温度状態が維持される。また、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの稼働停止モード中は、燃焼による熱量が発生せず経時的に筒内温度が低下するが、稼働停止モードに移行してからの経過時間Δｔが所定時間Δｔｃに達するまでは高筒内温度状態が維持される。

したがって、このような短時間のＦ／Ｃモードや稼働停止モードから通常モードへの復帰時に、通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗのみに基づいて閾値ΣＧ０を再設定すると、筒内暖機完了までに必要な仕事量を過大に見積もることになる。換言すると、通常モード復帰時の筒内温度を冷却水温Ｔｗ相当であるとして実際より低く見積もり、通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗから所定温度Ｔｐ０まで昇温するための仕事量に相当する過大な閾値ΣＧ０を再設定することになる。

このように過大な閾値ΣＧ０が再設定されると、通常モード復帰後の時刻ｔ１９〜ｔ２０および時刻ｔ２２〜ｔ２３において、実際の筒内温度に反して低筒内温度状態であると判定される。低筒内温度状態と判定されると、図４に示すように、燃費が最適となる均質向上モードＭ４ではなく煤の低減を目的とする付着低減モードＭ３に噴射モードが制御されるため、燃費の向上が阻害される。

そこで、閾値設定部５０３は、Ｆ／Ｃモードや稼働停止モードへの移行時の筒内暖機完了履歴の有無（筒内暖機完了履歴フラグ）に応じて、通常モード復帰時の閾値ΣＧ０の再設定手法を切り換える。すなわち、図１５の時刻ｔ１３のような、筒内暖機完了履歴フラグが“０”の初回筒内暖機時にＦ／Ｃモードや稼働停止モードに移行した後の通常モード復帰時（冷機始動モード）は、初回筒内暖機時の閾値ΣＧ０１を用いる。一方、図１０の時刻ｔ５のような、筒内暖機完了履歴フラグが“１”の初回筒内暖機完了後にＦ／Ｃモードや稼働停止モードに移行した後の通常モード復帰時は、初回筒内暖機完了後の閾値ΣＧ０２または閾値ΣＧ０３を用いる。

初回筒内暖機時における通常モード復帰時の閾値ΣＧ０１は、初回始動時と同様に、図９の特性に基づいて通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗに応じて再設定される。一方、初回筒内暖機完了後における通常モード復帰時の閾値ΣＧ０２および閾値ΣＧ０３は、筒内暖機状態からの冷却分を考慮して再設定される。

図２０は、初回筒内暖機完了後におけるＦ／Ｃモードからの通常モード復帰時に閾値設定部５０３により再設定される閾値ΣＧ０２について説明するための図である。また、図２１は、初回筒内暖機完了後における稼働停止モードからの通常モード復帰時に再設定される閾値ΣＧ０３について説明するための図である。

図２０に示すように、初回筒内暖機完了後においてＦ／Ｃモードから通常モード復帰後に再設定される閾値ΣＧ０２は、筒内暖機状態からの吸気の吹き抜けによる冷却分を考慮して、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが大きいほど大きくなる。より具体的には、筒内暖機完了判定が取り下げられた後のＦ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが大きいほど大きくなる。

また、図２１に示すように、初回筒内暖機完了後において稼働停止モードから通常モード復帰後に再設定される閾値ΣＧ０３は、稼働停止モード中の経時的な温度低下を考慮して、稼働停止モードに移行してからの経過時間Δｔが大きいほど大きくなる。より具体的には、筒内暖機完了判定が取り下げられた後の稼働停止モードの経過時間Δｔが大きいほど大きくなる。

図２０、図２１に示すような、初回筒内暖機完了後の通常モード復帰時に再設定される閾値ΣＧ０２，ΣＧ０３の特性は、エンジン１が暖機されて冷却水温Ｔｗが安定した状態で確認試験を行うことで予め定められ、予めメモリに記憶される。閾値設定部５０３は、初回筒内暖機時の通常モード復帰時（冷機始動モード）は、図９の特性に基づいて通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗに応じた初回筒内暖機時の閾値ΣＧ０１を再設定する。また、初回筒内暖機完了後の通常モード復帰時は、図２０または図２１の特性に基づいて、筒内暖機状態からの冷却分を考慮した初回筒内暖機完了後の閾値ΣＧ０２または閾値ΣＧ０３を再設定する。

図２２から図２４は、予めメモリに記憶されたプログラムに従いコントローラ３０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばイグニッションスイッチのオンによりエンジン１の稼働開始が指令されると開始され、所定周期で繰り返される。

図２２に示すように、まず、ステップＳ１で、クランク角センサ３１、水温センサ３３および吸気量センサ３４からの信号を読み込む。次いで、ステップＳ２で、前回の筒内暖機判定の結果が「高筒内温度状態」であるか否かを判定する。前回の筒内暖機判定の結果は、初期時点では「低筒内温度状態」である。ステップＳ２で肯定されるとステップＳ３に進み、否定されるとステップＳ３〜Ｓ５をパスしてステップＳ６に進む。

次いで、ステップＳ３で、エンジン１の運転状態がＦ／Ｃモードまたは稼働停止モードであるか否かを判定する。ステップＳ３で肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ４〜Ｓ５をパスしてステップＳ６に進む。次いで、ステップＳ４で、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが所定値ΣＧｃ以上であるか否か、または、稼働停止モードに移行してからの経過時間Δｔが所定時間Δｔｃ以上であるか否かを判定する。ステップＳ４で肯定されるとステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ５をパスしてステップＳ６に進む。ステップＳ５では、筒内暖機完了判定を取り下げて「低筒内温度状態」に切り換える。

次いで、ステップＳ６で、筒内暖機判定用の閾値ΣＧ０を設定し、ステップＳ７で、筒内暖機判定用の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧを算出し、ステップＳ８の筒内暖機判定に進む。ステップＳ８では、ステップＳ７で算出された吸入空気量Ｇの積算量ΣＧがステップＳ６で設定された閾値ΣＧ０以上であるか否かを判定する。ステップＳ８で否定されると、ステップＳ９に進み、「低筒内温度状態」と判定する。一方、ステップＳ８で肯定されると、ステップＳ１０に進み、「高筒内温度状態」と判定し、ステップＳ１１で筒内暖機完了履歴フラグを１に設定する。

図２３は、図２２のフローチャートのステップＳ６に対応する閾値設定処理の一例を示すフローチャートである。図２３に示すように、まず、ステップＳ２０で、エンジン１の運転状態が完全冷機状態からの始動、Ｆ／Ｃモードからの通常モード復帰、稼働停止モードからの通常モード復帰のいずれかであるか否かを判定する。ステップＳ２０で肯定されるとステップＳ２１に進み、否定されるとステップＳ２１〜Ｓ２５をパスして閾値設定処理を終了する。

ステップＳ２１では、筒内暖機完了履歴フラグが“１”であるか否かを判定する。ステップＳ２１で否定されると、ステップＳ２２〜Ｓ２４に進み、初回筒内暖機時の閾値ΣＧ０１を設定する。ステップＳ２１で肯定されると、ステップＳ２５〜Ｓ２７に進み、初回筒内暖機完了後の閾値ΣＧ０２または閾値ΣＧ０３を設定する。

ステップＳ２２では、図９の特性に基づいて冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０１を設定する。次いで、ステップＳ２３で、Ｆ／Ｃモードからの通常モード復帰であるか否かを判定する。ステップＳ２３で否定されると、ステップＳ２２で設定された閾値ΣＧ０１を閾値ΣＧ０として確定し、閾値設定処理を終了する。ステップＳ２３で肯定されると、ステップＳ２４に進み、ステップＳ２２で設定された閾値ΣＧ０１にＦ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧに応じた補正値ΣＧ０ｃを加算して閾値ΣＧ０として確定し、閾値設定処理を終了する。

ステップＳ２５では、Ｆ／Ｃモードからの通常モード復帰であるか否かを判定する。ステップＳ２５で肯定されると、ステップＳ２６に進み、図２０の特性に基づいてＦ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧに応じた閾値ΣＧ０２を閾値ΣＧ０として設定し、閾値設定処理を終了する。ステップＳ２５で否定されると、ステップＳ２７に進み、図２１の特性に基づいて稼働停止モードに移行してからの経過時間Δｔに応じた閾値ΣＧ０３を閾値ΣＧ０として設定し、閾値設定処理を終了する。

図２４は、図２２のフローチャートのステップＳ７に対応する積算量算出処理の一例を示すフローチャートである。図２４に示すように、まず、ステップＳ３０で、エンジン１の運転状態が通常モードであるか否かを判定する。ステップＳ３０で否定されると、ステップＳ３１に進み、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧを“０”にリセットして積算量算出処理を終了する。ステップＳ３０で肯定されると、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、吸気量センサ３４からの信号に基づいて吸入空気量Ｇを検出する。次いで、ステップＳ３３で、ステップＳ３２で検出された吸入空気量Ｇにリタード量ΔＩＧに応じた補正係数ｋを乗算する。次いで、ステップＳ３４で、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧの前回値にステップＳ３３で補正された今回の吸入空気量Ｇを加算し、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧの今回値を算出して積算量算出処理を終了する。

本実施形態に係る制御装置による主たる動作をより具体的に説明する。時刻ｔ３０においてエンジン１が完全冷機状態から始動されると、図９の特性に基づいて始動時の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０１が設定される（ステップＳ２０〜Ｓ２２）。ピストン１０３などの熱容量を考慮してピストン冠面１０３ａの暖機に必要なエンジン１の仕事量である吸入空気量Ｇの積算量ΣＧを予め確認するため（図８）、エンジン１の冷機状態に応じて確実に筒内暖機可能な閾値ΣＧ０を設定することができる。

時刻ｔ３１において通常モードからＦ／Ｃモードに移行すると、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧをリセットする（ステップＳ３０〜Ｓ３１）。Ｆ／Ｃモードや稼働停止モードではエンジン１が仕事をせず、吸入空気量Ｇがピストン冠面１０３ａの昇温に寄与しないため、積算量ΣＧをリセットする。

初回筒内暖機時の時刻ｔ３１でＦ／Ｃモードに移行した後、時刻ｔ３２で通常モードに復帰すると、通常モード復帰時の冷却水温Ｔｗに応じた閾値ΣＧ０１にＦ／Ｃモード中の積算量ΣＧに応じた補正値ΣＧ０ｃを加算する（ステップＳ２０〜Ｓ２４）。エンジン１の冷機状態に応じて閾値ΣＧ０を設定するとともに、Ｆ／Ｃモード中の吸気の吹き抜けによる冷却分を考慮することで、一層確実に筒内暖機することができる。

時刻ｔ３３において吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが閾値ΣＧ０に達すると、高筒内温度状態に至ったと判定され、初回筒内暖機が完了し、閾値ΣＧ０がリセットされる（ステップＳ８，Ｓ１０〜Ｓ１１）。筒内暖機が完了し、煤が発生しにくい必要十分な筒内温度に到達すると、噴射モードが煤の低減を目的とする付着低減モードＭ３から燃費が最適となる均質向上モードＭ４に切り換えられるため、煤の抑制と燃費の向上とを両立することができる（図４）。

初回暖機完了後の時刻ｔ３４〜ｔ３５において、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが所定値ΣＧｃに達するまでに通常モードに復帰すると、筒内暖機判定が取り下げられることなく維持される（ステップＳ２〜Ｓ４）。また、時刻ｔ３６〜ｔ３７において、稼働停止モードの経過時間Δｔが所定時間Δｔｃに達するまでに通常モードに復帰すると、筒内暖機判定が取り下げられることなく維持される（ステップＳ２〜Ｓ４）。初回筒内暖機後は、吸気の吹き抜けや経時的な温度低下によりピストン冠面１０３ａが一時的に冷却されたとしても、一定の熱容量を有するピストン１０３全体が直ちに冷却されることはない。このため、Ｆ／Ｃモードや稼働停止モードが短時間の場合は、筒内暖機判定を取り下げない。

一方、時刻ｔ３８〜ｔ３９において、Ｆ／Ｃモード中の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧが所定値ΣＧｃに達すると、筒内暖機判定が取り下げられる（ステップＳ２〜Ｓ５）。同様に、時刻ｔ４１〜ｔ４２において、稼働停止モードの経過時間Δｔが所定時間Δｔｃに達すると、筒内暖機判定が取り下げられる（ステップＳ２〜Ｓ５）。筒内暖機判定が取り下げられ、低筒内温度と判定されると、噴射モードが煤の低減を目的とする付着低減モードＭ３に切り換えられるため、時刻ｔ４０，ｔ４３で通常モードに復帰した後の煤の排出が抑制される（図４）。

初回筒内暖機完了後の時刻ｔ３８でＦ／Ｃモードに移行した後、時刻ｔ４０で通常モードに復帰すると、図２０の特性に基づいて時刻ｔ３９〜ｔ４０での筒内暖機状態からの冷却分に応じた閾値ΣＧ０２が設定される（ステップＳ２０〜Ｓ２１，Ｓ２５〜Ｓ２６）。同様に、初回筒内暖機完了後の時刻ｔ４１で稼働停止モードに移行した後、時刻ｔ４３で通常モードに復帰すると、図２１の特性に基づいて時刻ｔ４２〜ｔ４３での冷却分に応じた閾値ΣＧ０３が設定される（ステップＳ２０〜Ｓ２１，Ｓ２５，Ｓ２７）。Ｆ／Ｃモードや稼働停止モードへの移行時の筒内暖機完了履歴の有無に応じて通常モード復帰時の閾値ΣＧ０の設定手法を切り換えるため、筒内暖機完了までに必要な仕事量を過大に見積もることがなく、燃費の向上を阻害することがない。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）装置５０は、エンジン１の燃焼室１０５の温度を取得する（図２）。装置５０は、エンジン１の吸入空気量Ｇを取得する吸気量センサ３４と、吸気量センサ３４により取得された吸入空気量Ｇに基づいて、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧを算出する積算量算出部５０２と、積算量算出部５０２により算出された積算量ΣＧに基づいて、エンジン１の温度を取得する温度域判定部５０１とを備える（図７）。すなわち、材質および質量に応じた熱容量を有するピストン１０３などの構成部材を有するエンジン１の昇温に寄与するエンジン１の吸入空気量Ｇの積算量ΣＧ（仕事量）に基づいてエンジン１の温度（温度状態の情報）を取得する。このため、熱容量を有する構成部材の表面温度を考慮し、エンジン１の冷機状態から暖機状態に至るまでの燃焼室１０５の温度を正しく反映した温度を取得することができる。

（２）温度域判定部５０１は、積算量算出部５０２により算出された積算量ΣＧに基づいて、エンジン１が、燃焼室１０５を構成するピストン１０３のピストン冠面１０３ａが所定温度Ｔｐ０以上の高筒内温度状態であるか否かを判定することによりエンジン１の温度を取得する。これにより、ピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐをセンサにより直接検出することなく、燃焼室１０５の温度を簡易に取得することができる。

（３）装置５０は、積算量算出部５０２により算出された積算量ΣＧの閾値ΣＧ０を設定する閾値設定部５０３をさらに備える（図７）。温度域判定部５０１は、積算量算出部５０２により算出された積算量ΣＧが閾値設定部５０３により設定された閾値ΣＧ０以上であるか否かを判定し、閾値ΣＧ０以上であると判定されると、エンジン１が高筒内温度状態であると判定する。

例えば、エンジン１が暖機されて煤が殆ど排出されなくなるまでに必要となる吸入空気量Ｇの積算量ΣＧを閾値ΣＧ０として設定する。これにより、ピストン冠面１０３ａの温度をセンサにより直接検出することなく、ピストン冠面１０３ａの温度が付着した燃料を即座に蒸発させ得る所定温度Ｔｐ０（例えば１００℃）に達したか否かを判定することができる。

（４）装置５０は、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ３３をさらに備える（図７）。閾値設定部５０３は、水温センサ３３により検出された冷却水温Ｔｗに基づいて、冷却水温Ｔｗが高いほど閾値ΣＧ０を小さい値に設定する。冷却水温Ｔｗを考慮することで暖機までに必要な吸入空気量Ｇの積算量ΣＧの閾値ΣＧ０を過剰に設定することがなく、過剰な暖機運転による燃費の悪化を抑制することができる。

（５）装置５０は、エンジン１の点火時期ＩＧの情報を取得する情報取得部５０４をさらに備える（図７）。積算量算出部５０２は、情報取得部５０４により取得された点火時期ＩＧの情報に基づいて、点火時期ＩＧが最適点火時期ＭＢＴよりも遅角されるほど増加分が小さくなるように積算量ΣＧを算出する。

すなわち、触媒暖機モードＭ２では、点火時期を最適点火時期ＭＢＴよりもリタードして混合気を後燃えさせることで、燃焼により生じた熱量、すなわち、エンジン１の仕事量の一部を、ピストン冠面１０３ａではなく触媒装置１３の昇温に寄与させる。このようなピストン冠面１０３ａの昇温に寄与しない仕事量を考慮して筒内暖機状態を判定することで、燃焼室１０５の温度を正しく取得することができる。

（６）装置５０は、エンジン１の運転状態が、エンジン１が空気の吸入および燃料の噴射を行う通常モードと、エンジン１が空気の吸入のみを行うＦ／Ｃモードと、を含む複数の運転状態のうちのいずれであるかを判定する運転状態判定部５０５をさらに備える（図７）。積算量算出部５０２は、運転状態判定部５０５による判定結果に基づいて、エンジン１の運転状態が通常モードからＦ／Ｃモードや稼働停止モードに移行すると、積算量ΣＧをリセットする。すなわち、Ｆ／Ｃモードや稼働停止モードではエンジン１が仕事をせず、吸入空気量Ｇがピストン冠面１０３ａの昇温に寄与しないため、積算量ΣＧをリセットする。

（７）閾値設定部５０３は、運転状態判定部５０５による判定結果に基づいて、エンジン１の運転状態がＦ／Ｃモードから通常モードに移行すると、エンジン１の運転状態がＦ／Ｃモードであったときに積算量算出部５０２により算出された積算量ΣＧが大きいほど閾値ΣＧ０を大きい値に再設定する。

Ｆ／Ｃモードでは、シリンダ１０２内への吸気が継続され、吸気の吹き抜けによりピストン冠面１０３ａが冷却される。すなわち、吸入空気量Ｇがピストン冠面１０３ａの昇温ではなく冷却に寄与する。このようなピストン冠面１０３ａの冷却に寄与するＦ／Ｃモード中の積算量ΣＧを考慮して筒内暖機状態を判定することで、燃焼室１０５の温度を正しく取得することができる。

（８）複数の運転状態は、エンジン１が冷機状態から始動する冷機始動モードをさらに含む。閾値設定部５０３は、運転状態判定部５０５によりエンジン１の運転状態が冷機始動モードであると判定されると、閾値ΣＧ０を初回筒内暖機時の閾値ΣＧ０１に設定し、その後、温度域判定部５０１によりエンジン１が高筒内温度状態であると判定されると、閾値ΣＧ０を初回筒内暖機時の閾値ΣＧ０１より小さい初回筒内暖機完了後の閾値ΣＧ０２または閾値ΣＧ０３に設定する。

ピストン冠面１０３ａが冷却水温Ｔｗを超えて昇温され、高筒内温度状態に至った後は、Ｆ／Ｃモードなどでピストン冠面１０３ａが一時的に冷却されたとしても、材質および質量に応じた熱容量を有するピストン１０３全体が直ちに冷却されることはない。高筒内温度状態に至った後は、例えば、所定時間以上のＦ／Ｃモードなどがあった場合に吸気の吹き抜けによる冷却を考慮して筒内暖機状態を判定することで、燃焼室１０５の温度を正しく取得することができる。

（９）複数の運転状態は、エンジン１が空気の吸入および燃料の噴射を停止する稼働停止モードをさらに含む。温度域判定部５０１は、運転状態判定部５０５によりエンジン１の運転状態がＦ／Ｃモードであると判定されると、エンジン１の運転状態がＦ／Ｃモードに移行してから積算量算出部５０２により算出された積算量ΣＧが所定値ΣＧｃ以上であるか否かを判定し、所定値ΣＧｃ以上であると判定されると、エンジン１が低筒内温度状態であると判定する。

また、運転状態判定部５０５によりエンジン１の運転状態が稼働停止モードであると判定されると、エンジン１の運転状態が稼働停止モードに移行してからの経過時間Δｔが所定時間Δｔｃ以上であるか否かを判定し、所定時間Δｔｃ以上であると判定されると、エンジン１が低筒内温度状態であると判定する。

閾値設定部５０３は、エンジン１の運転状態がＦ／Ｃモードに移行してから積算量算出部５０２により算出された積算量ΣＧに基づいて、初回筒内暖機完了後の閾値ΣＧ０２を設定する。または、エンジン１の運転状態が稼働停止モードに移行してからの経過時間Δｔに基づいて、初回筒内暖機完了後の閾値ΣＧ０３を設定する。

高筒内温度状態に至った後、所定時間以上のＦ／Ｃモードで低筒内温度状態に戻ると、Ｆ／Ｃモードでの吸気の吹き抜けによる冷却を考慮して筒内暖機状態を判定する。また、所定時間以上の稼働停止モードで低筒内温度状態に戻ると、稼働停止モードでの経時的な温度低下を考慮して筒内暖機状態を判定する。これにより、燃焼室１０５の温度を正しく取得することができる。

（１０）エンジン１の燃焼室１０５の温度を推定する装置５０は、エンジン１のトルク（仕事率）に関するパラメータである吸入空気量Ｇに基づいて、エンジン１が、燃焼室１０５を構成するピストン１０３のピストン冠面１０３ａが所定温度Ｔｐ０以上の高筒内温度状態であるか否かを判定する温度域判定部５０１を備える（図７）。すなわち、材質および質量に応じた熱容量を有するピストン１０３の表面であるピストン冠面１０３ａの昇温に寄与するエンジン１の出力トルクと相関関係を有する物理量（パラメータ）に基づいて筒内暖機状態を判定する。このため、筒内冷機状態から筒内暖機状態に至るまでの燃焼室１０５の温度を正しく推定することができる。

なお、上記実施形態では、ハイブリッド車両に搭載された直噴式のガソリンエンジン１において、燃焼室１０５の温度を取得するようにしたが、温度取得装置が燃焼室の温度を取得する内燃機関は、このようなものに限らない。例えば、ディーゼルエンジンやロータリーエンジンの燃焼室の温度を取得してもよい。

上記実施形態では、ピストン１０３のピストン冠面１０３ａの温度Ｔｐを筒内温度として取得するようにしたが、内燃機関の燃焼室を構成する構成部材は、このようなものに限らない。例えば、レシプロエンジンのシリンダ壁面やロータリーエンジンのロータ表面の温度を取得してもよい。

上記実施形態では、吸入空気量Ｇの積算量ΣＧをエンジン１の仕事量として用いたが、内燃機関の仕事量は、このようなものに限らない。例えば、燃料噴射量を内燃機関の仕事量として用いてもよい。

上記実施形態では、煤の排出量に着目して単一の所定温度Ｔｐ０を設定し、所定温度Ｔｐ０未満の低筒内温度状態であるか所定温度Ｔｐ０以上の高筒内温度状態であるかを判定するようにしたが、温度域判定部による判定は、このようなものに限らない。すなわち、内燃機関を制御する上で着目する状態の数に応じて複数の温度閾値を設定し、３つ以上の温度域のいずれであるかを判定するように構成してもよい。

上記実施形態では、吸気量センサ３４からの信号に基づいて吸入空気量Ｇを検出し、積算量ΣＧを算出するとしたが、吸気量取得部や積算量算出部は、このようなものに限らない。例えば、スロットルバルブに対する制御指令値に基づいて吸入空気量を取得し、積算量を算出するように構成してもよい。

上記実施形態では、煤の排出量に着目して吸入空気量Ｇの積算量ΣＧの閾値ΣＧ０を設定するようにしたが（図８）、閾値設定部が設定する閾値は、このようなものに限らない。すなわち、内燃機関を制御する上で着目する状態に応じた境界値を設定するものであれば、どのようなものでもよい。

上記実施形態では、水温センサ３３により検出された冷却水温Ｔｗに応じて閾値ΣＧ０を設定するようにしたが、温度センサは、このようなものに限らない。閾値の設定に用いる温度は、内燃機関の温度を代表するものであれば、どのようなものでもよく、エンジンオイルの温度を検出する油温センサなどを温度センサとしても用いてもよい。

上記実施形態では、エンジン１の総仕事量が目標総仕事量に到達したか否かにより、触媒装置１３の暖機運転が完了したか否かを判定するようにした。しかしながら、例えば車両が走行駆動源としてのモータを有しない車両である場合には、エンジン始動時の冷却水温に応じて、触媒暖機モードＭ２で暖機運転を行うための目標時間を設定し、目標時間が経過すると、暖機運転が完了したと判定するようにしてもよい。

上記実施形態では、エンジン回転数Ｎｅと、吸気量センサ３４により検出された吸入空気量Ｇに応じて定まる目標噴射量Ｑとの関係を示すマップ（図５）に従い、付着低減モードＭ３での噴射パターンを決定するようにした。また、エンジン回転数Ｎｅと、吸気量センサ３４により検出された吸入空気量Ｇとの関係を示すマップ（図４）に従い、均質向上モードＭ４での噴射パターンを決定するようにした。すなわち、吸気量センサ３４からの信号に基づいてエンジン出力トルクを検出するようにしたが、エンジン出力トルクと相関関係を有する他の物理量を検出するように構成してもよい。

上記実施形態では、付着低減モードＭ３での最大噴射回数を４回、均質向上モードＭ４での最大噴射回数を２回としたが、付着低減モードＭ３での最大噴射回数が均質向上モードＭ４の最大噴射回数よりも多いのであれば、最大噴射回数は上述したものに限らない。例えば均質向上モードＭ４の最大噴射回数が３回でもよい。

上記実施形態では、ノック抑制モードＭ５において吸気行程前半と圧縮行程前半とでそれぞれ燃料を噴射するようにしたが、付着低減モードＭ３、均質向上モードＭ４と異なる態様でノッキングを抑制するような燃料噴射を行うのであれば、これに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ エンジン、１２ インジェクタ、３０ コントローラ、３１ クランク角センサ、３３ 水温センサ、３４ 吸気量センサ、５０ 温度取得装置（装置）、１０２ シリンダ、１０３ ピストン、１０３ａ ピストン冠面、１０５ 燃焼室、５０１ 温度域判定部、５０２ 積算量算出部、５０３ 閾値設定部、５０４ 情報取得部、５０５ 運転状態判定部

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室の温度を取得する内燃機関の温度取得装置であって、
   前記内燃機関の吸入空気量を取得する吸気量取得部と、
   前記吸気量取得部により取得された吸入空気量に基づいて、吸入空気量の積算量を算出する積算量算出部と、
   前記積算量算出部により算出された積算量に基づいて、前記内燃機関の温度を取得する温度取得部と、を備えることを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の温度取得装置において、
   前記温度取得部は、前記積算量算出部により算出された積算量に基づいて、前記内燃機関が、前記燃焼室を構成する構成部材の表面が所定温度以上の高筒内温度状態であるか否かを判定することにより前記内燃機関の温度を取得することを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の温度取得装置において、
   前記積算量算出部により算出された積算量の閾値を設定する閾値設定部をさらに備え、
   前記温度取得部は、前記積算量算出部により算出された積算量が前記閾値設定部により設定された閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上であると判定されると、前記内燃機関が高筒内温度状態であると判定することを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の温度取得装置において、
   前記内燃機関を冷却する冷却水の水温または前記内燃機関を潤滑する潤滑油の油温を検出する温度センサをさらに備え、
   前記閾値設定部は、前記温度センサにより検出された水温または油温に基づいて、水温または油温が高いほど前記閾値を小さい値に設定することを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の温度取得装置において、
   前記内燃機関の点火時期の情報を取得する情報取得部をさらに備え、
   前記積算量算出部は、前記情報取得部により取得された点火時期の情報に基づいて、点火時期が最適点火時期よりも遅角されるほど増加分が小さくなるように積算量を補正することを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の温度取得置において、
   前記内燃機関の運転状態が、前記内燃機関が空気の吸入および燃料の噴射を行う第１運転状態と、前記内燃機関が空気の吸入のみを行う第２運転状態と、を含む複数の運転状態のうちのいずれであるかを判定する運転状態判定部をさらに備え、
   前記積算量算出部は、前記運転状態判定部による判定結果に基づいて、前記内燃機関の運転状態が第１運転状態から第２運転状態に移行すると、積算量をリセットすることを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の温度取得置において、
   前記閾値設定部は、前記運転状態判定部による判定結果に基づいて、前記内燃機関の運転状態が第２運転状態から第１運転状態に移行すると、前記内燃機関の運転状態が第２運転状態であったときに前記積算量算出部により算出された積算量が大きいほど前記閾値を大きい値に再設定することを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
8. 請求項６または７に記載の内燃機関の温度取得装置において、
   前記複数の運転状態は、前記内燃機関が冷機状態から始動する第３運転状態をさらに含み、
   前記閾値設定部は、前記運転状態判定部により前記内燃機関の運転状態が第３運転状態であると判定されると、前記閾値を第１所定値に設定し、その後、前記温度取得部により前記内燃機関が高筒内温度状態であると判定されると、前記閾値を前記第１所定値より小さい第２所定値に設定することを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関の温度取得装置において、
   前記複数の運転状態は、前記内燃機関が空気の吸入および燃料の噴射を停止する第４運転状態をさらに含み、
   前記温度取得部は、
   前記運転状態判定部により前記内燃機関の運転状態が第２運転状態であると判定されると、前記内燃機関の運転状態が第２運転状態に移行してから前記積算量算出部により算出された積算量が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上であると判定されると、前記内燃機関が低筒内温度状態であると判定するとともに、
   前記運転状態判定部により前記内燃機関の運転状態が第４運転状態であると判定されると、前記内燃機関の運転状態が第４運転状態に移行してからの経過時間が所定時間以上であるか否かを判定し、所定時間以上であると判定されると、前記内燃機関が低筒内温度状態であると判定し、
   前記閾値設定部は、前記内燃機関の運転状態が第２運転状態に移行してから前記積算量算出部により算出された積算量、または、前記内燃機関の運転状態が第４運転状態に移行してからの経過時間に基づいて、前記第２所定値を設定することを特徴とする内燃機関の温度取得装置。
10. 内燃機関の燃焼室の温度を推定する内燃機関の温度推定装置であって、
    前記内燃機関のトルクに関するパラメータに基づいて、前記内燃機関が、前記燃焼室を構成する構成部材の表面が所定温度以上の高筒内温度状態であるか否かを判定する温度域判定部を備えることを特徴とする内燃機関の温度取得装置。

Images