JP2022053307A - ピストン温度推定装置およびピストン温度推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの温度を容易にかつ適切に推定できるピストン温度推定装置を提供する。【解決手段】ピストン温度推定装置１００は、ラムダセンサで検出された内燃機関の排気ガスの空気過剰率に基づいて、前記内燃機関の燃焼室への燃料の実噴射量を算出する実噴射量算出部１１３と、前記燃焼室への燃料の噴射量と前記内燃機関を構成するピストンの温度との関係を示す温度推定用情報と、前記実噴射量算出部１１３で算出された前記実噴射量とに基づいて、前記ピストンの温度を推定する推定部１１５と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、ピストン温度推定装置およびピストン温度推定方法に関する。

従来、内燃機関のピストンの温度を推定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法では、筒内吸入空気量、エンジン回転速度、冷却水温、空燃比あるいは空気過剰率等をパラメータとして、ピストン温度を求めている。

特開２００９－１９７７０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ピストン温度推定時の空燃比または空気過剰率の利用方法が開示されておらず、ピストンの温度を容易にかつ適切に推定できないおそれがある。

本開示の目的は、ピストンの温度を容易にかつ適切に推定できるピストン温度推定装置およびピストン温度推定方法を提供することである。

本開示に係るピストン温度推定装置は、ラムダセンサで検出された内燃機関の排気ガスの空気過剰率に基づいて、前記内燃機関の燃焼室への燃料の実噴射量を算出する実噴射量算出部と、前記燃焼室への燃料の噴射量と前記内燃機関を構成するピストンの温度との関係を示す温度推定用情報と、前記実噴射量算出部で算出された前記実噴射量とに基づいて、前記ピストンの温度を推定する推定部と、を備える。

本開示に係るピストン温度推定方法は、ラムダセンサで検出された内燃機関の排気ガスの空気過剰率に基づいて、前記内燃機関の燃焼室への燃料の実噴射量を算出するステップと、前記燃焼室への燃料の噴射量と前記内燃機関を構成するピストンの温度との関係を示す温度推定用情報と、前記実噴射量とに基づいて、前記ピストンの温度を推定するステップと、を実行する。

本開示によれば、ピストンの温度を容易にかつ適切に推定できるピストン温度推定装置およびピストン温度推定方法を提供することができる。

本開示の一実施の形態に係るエンジンの概略構成を示す断面図 本開示の一実施の形態に係るピストン温度推定装置の構成を示すブロック図 本開示の一実施の形態に係るピストン温度推定装置の動作の一例を示すフローチャート 本開示の一実施の形態に係るピストン温度推定装置の動作の一例を示すフローチャート 本開示の実施例における時刻とピストンの温度との関係を示すグラフ

［実施の形態］
以下、本開示の一実施の形態について説明する。

〔エンジンの概略構成〕
まず、本開示のピストン温度推定装置によってピストンの温度が推定されるエンジンの概略構成について説明する。エンジンは、内燃機関の一例である。図１は、エンジンの概略構成を示す断面図である。

図１に示すエンジン１０は、例えば、トラックのような自動車に搭載されるディーゼルエンジンである。エンジン１０は、シリンダ２０と、ピストン４０と、を備える。なお、本開示の内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等であっても良い。

シリンダ２０の上部のシリンダヘッド２１には、インジェクタ２２が、ピストン４０の頂面中央に対向するように設けられている。シリンダヘッド２１には、インジェクタ２２の左右に位置するように、吸気ポート２３および排気ポート２４がそれぞれ設けられている。吸気ポート２３および排気ポート２４には、それぞれ吸気用バルブ２５および排気用バルブ２６が設けられている。吸気ポート２３には、吸気流路２７が接続されている。排気ポート２４には、排気流路２８が接続されている。排気流路２８には、ラムダセンサ２９が設けられている。ラムダセンサ２９は、排気ガスの空気過剰率を検出する。以下、ラムダセンサ２９で検出された排気ガスの空気過剰率を、「検出空気過剰率」という場合がある。

ピストン４０は、シリンダ２０内を往復運動が可能なように設置されている。ピストン４０のピストン上部４１の頂面には、キャビティ４２が設けられている。ピストン４０のスカート部４３には、互いに対向する一対のピンボス部４４（図１では一方のピンボス部４４のみを図示）が設けられている。一対のピンボス部４４のピン嵌入孔には、ピストンピン４５を介してコンロッド４６の上端部が接続されている。コンロッド４６の下端部は、クランクピン４７を介して、クランクシャフト４８に接続されている。クランクシャフト４８によって、ピストン４０の往復運動が回転運動に変換される。

〔ピストン温度推定装置の構成〕
次に、ピストン温度推定装置の構成について説明する。図２は、ピストン温度推定装置の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、ピストン温度推定装置１００は、演算部１１０と、記憶部１２０と、を備える。演算部１１０は、ハードウェアとして、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する。以下において説明する演算部１１０の各機能は、ＣＰＵがＲＯＭから読み出したコンピュータプログラムをＲＡＭ上で実行することにより実現される。

演算部１１０は、取得部１１１と、判定部１１２と、実噴射量算出部１１３と、指示噴射量算出部１１４と、推定部１１５と、を備える。

取得部１１１は、各種センサからエンジンの状態を代表するエンジン状態情報を取得する。

判定部１１２は、エンジン１０の運転状態が定常状態であるか否かを判定する。

実噴射量算出部１１３は、ラムダセンサ２９で検出された排気ガスの空気過剰率に基づいて、エンジン１０のピストン４０、シリンダ２０およびシリンダヘッド２１に囲まれた燃焼室１１への燃料の実噴射量を算出する。ここで、実噴射量とは、空気過剰率が検出された排気ガスを発生させた燃焼時における、インジェクタ２２からの実際の燃料の噴射量である。

指示噴射量算出部１１４は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づいて、インジェクタ２２からの燃料の指示噴射量を算出する。この指示噴射量に基づく量の燃料が噴射されるように、インジェクタ２２が制御される。以下、アクセルペダルの踏み込み量を、「アクセル開度」という場合がある。

推定部１１５は、実噴射量算出部１１３で算出された実噴射量に基づいて、ピストン４０の温度を推定する。推定部１１５は、乖離量算出部１１５Ａと、記憶制御部１１５Ｂと、モデル更新部１１５Ｃと、推定実噴射量算出部１１５Ｄと、ピストン温度推定部１１５Ｅと、を備える。

乖離量算出部１１５Ａは、実噴射量と、指示噴射量との乖離量を算出する。

記憶制御部１１５Ｂは、乖離量と当該乖離量の算出に用いた指示噴射量とを関連付けて記憶部１２０に記憶させる。

モデル更新部１１５Ｃは、指示噴射量および乖離量を教師データとして用いた機械学習により生成された推定モデルを、記憶部１２０にそれぞれ関連付けて記憶された指示噴射量および乖離量に基づいて、更新する。

推定実噴射量算出部１１５Ｄは、指示噴射量算出部１１４で算出された指示噴射量と推定モデルとに基づいて、キャビティ４２への燃料の推定実噴射量を算出する。

ピストン温度推定部１１５Ｅは、推定実噴射量算出部１１５Ｄで算出された推定実噴射量に基づいて、ピストン４０の温度を推定する。以下、ピストン温度推定部１１５Ｅで推定されたピストン４０の温度を、「推定温度」という場合がある。ピストン温度推定部１１５Ｅは、記憶部１２０に記憶されている複数の時定数から、所定の時定数を選択し、選択した時定数を用いて推定温度を補正する。以下、時定数を用いて補正されたピストン４０の推定温度を、「補正推定温度」という場合がある。

記憶部１２０は、指示噴射量と、当該指示噴射量に基づき算出された乖離量と、を関連付けて記憶する。

記憶部１２０は、機械学習により生成された推定モデルを記憶する。推定モデルは、指示噴射量および乖離量を教師データとして用い、指示噴射量を入力とし、当該入力された指示噴射量に基づき推定される乖離量を出力とする推定モデルである。つまり、推定モデルは、指示噴射量と、乖離量と、の関係を示すモデルである。なお、推定モデルは、指示噴射量と乖離量との関係を示す後述する温度仮推定マップのようなマップ形式であっても良いし、数式であっても良い。

記憶部１２０は、温度推定マップを記憶する。温度推定マップは、本開示の温度推定用情報の一例である。温度推定マップは、クランクシャフト４８の単位時間当たりの回転速度（以下、「エンジン回転速度」という場合がある）と、燃焼室１１への燃料の噴射量と、ピストン４０の推定温度と、の関係を示すマップである。温度推定マップは、推定部１１５におけるピストン４０の推定温度の算出に用いられる。本開示の温度推定用情報としては、エンジン回転速度と、燃焼室１１への燃料の噴射量と、ピストン４０の推定温度と、の関係を示す数式であっても良い。

記憶部１２０は、第１の時定数、第２の時定数、第３の時定数、第４の時定数、第５の時定数、第６の時定数、第７の時定数および第８の時定数を記憶する。第１～第８の時定数は、ピストン４０の温度の変化速度の度合いを示す。第１～第８の時定数は、推定部１１５における補正推定温度の算出に用いられる。

第１～第４の時定数は、ピストン４０に冷却用オイルが噴射されていない状態のときに選択される。

第１の時定数は、ピストン４０の温度が低下し、燃料噴射が行われておらず、かつ、エンジン１０が停止している場合に選択される。第２の時定数は、ピストン４０の温度が低下し、燃料噴射が行われておらず、かつ、エンジン１０が運転している場合に選択される。

ピストン４０の温度が低下し、燃料噴射が行われておらず、かつ、エンジン１０が運転している場合には、冷却オイルおよび冷却水がエンジン１０内を循環するので、ピストン４０の温度の低下速度は速くなる。

一方、ピストン４０の温度が低下し、燃料噴射が行われておらず、かつ、エンジン１０が停止している場合には、冷却オイルおよび冷却水の循環が停止する。このため、ピストン４０の温度の低下速度は遅くなる。したがって、第１の時定数の値は、第２の時定数の値よりも大きい。

第３の時定数は、ピストン４０の温度が低下し、燃料噴射が行われている場合に選択される。燃料噴射が行われている場合には、エンジン１０は燃料を燃焼させているので、燃料噴射量の変化に対してピストン４０の温度の変化が大きく、ピストン４０の温度の低下速度は燃料噴射が行われていない場合と同等あるいは速くなる。したがって、第３の時定数の値は、第１の時定数の値よりも小さく、第２の時定数と同等あるいは小さい。

第４の時定数は、ピストン４０の温度が上昇している場合に選択される。第４の時定数の値は、第３の時定数の値よりも大きい。

第５～第８の時定数は、ピストン４０に冷却用オイルが噴射されている状態のときに選択される。

第５の時定数は、ピストン４０の温度が低下し、燃料噴射が行われておらず、かつ、エンジン１０が停止している場合に選択される。ピストン４０に冷却用オイルが噴射されている場合には、ピストン４０に冷却用オイルが噴射されてない場合に比べて、ピストン４０の温度の低下速度は速くなる。したがって、第５の時定数の値は、第１の時定数の値よりも小さい。

第６の時定数は、ピストン４０の温度が低下し、燃料噴射が行われておらず、かつ、エンジン１０が運転している場合に選択される。ピストン４０に冷却用オイルが噴射されている場合には、ピストン４０に冷却用オイルが噴射されてない場合に比べて、ピストン４０の温度の低下速度は速くなる。したがって、第６の時定数の値は、第２の時定数の値よりも小さい。

第７の時定数は、ピストン４０の温度が低下し、燃料噴射が行われている場合に選択される。ピストン４０に冷却用オイルが噴射されている場合には、ピストン４０に冷却用オイルが噴射されてない場合に比べて、ピストン４０の温度の低下速度は速くなる。したがって、第７の時定数の値は、第３の時定数の値よりも小さい。

第８の時定数は、ピストン４０の温度が上昇している場合に選択される。ピストン４０に冷却用オイルが噴射されている場合には、ピストン４０に冷却用オイルが噴射されてない場合に比べて、ピストン４０の温度の上昇速度は速くなる。したがって、第８の時定数の値は、第４の時定数の値よりも小さい。

以下、取得部１１１、判定部１１２、実噴射量算出部１１３、指示噴射量算出部１１４、推定部１１５（乖離量算出部１１５Ａ、記憶制御部１１５Ｂ、モデル更新部１１５Ｃ、推定実噴射量算出部１１５Ｄ、ピストン温度推定部１１５Ｅ）の詳細な構成について説明する。

（取得部１１１）
取得部１１１は、エンジン状態情報として、エンジン回転速度、アクセル開度、ピストン４０への冷却用オイルの噴射の有無、冷却用オイルの油圧、冷却用オイルの油温、吸気温度、吸気圧力、吸入空気量、吸入空気温度、燃料温度、燃料噴射圧力、燃料噴射タイミング、シリンダ２０の冷却水の水温、排気温度、検出空気過剰率、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス流量等を取得する。

（判定部１１２）
判定部１１２は、取得部１１１で取得されたエンジン状態情報に基づいて、エンジン１０の運転状態が定常状態か否かを判定する。判定部１１２は、エンジン１０の運転状態を表す数値の所定時間内の変化量が所定範囲内の場合、定常状態であると判定し、所定範囲外の場合、定常状態でないと判定する。定常状態であるか否かの判定基準となる変化量としては、エンジン回転速度の所定時間内の変化量、指示噴射量の所定時間内の変化量が例示できるが、エンジン１０の運転状態を表す他の変化量であっても良い。

（実噴射量算出部１１３）
実噴射量算出部１１３は、判定部１１２でエンジン１０の運転状態が定常状態であると判定された場合、取得部１１１で取得された吸入空気量、検出空気過剰率、気筒数、エンジン回転速度および燃料温度に基づいて、実噴射量を算出する。実噴射量算出部１１３は、以下の式（１）に、吸入空気量ＭＡＦ、検出空気過剰率λ、気筒数ｎ、エンジン回転速度Ｎe、燃料温度に基づき求められる燃料密度ρ（ｍｍ^３／ストローク）を代入することによって、実噴射量Ｑを算出する。なお、式（１）における「１４．９」は、軽油に対する理論空燃比であり、エンジン１０に使用される燃料に応じた値に設定される。

実噴射量算出部１１３は、判定部１１２でエンジン１０の運転状態が定常状態でないと判定された場合、上述の実噴射量の算出処理を行わない。

指示噴射量算出部１１４は、取得部１１１で取得されたアクセル開度に基づいて、指示噴射量を算出して記憶部１２０に記憶させる。なお、アクセル開度に基づく指示噴射量の算出方法としては、周知の方法を用いることができる。また、指示噴射量算出部１１４は、判定部１１２でエンジン１０の運転状態が定常状態でないと判定された場合、上述指示噴射量の算出処理を行わなくても良い。

（乖離量算出部１１５Ａ）
乖離量算出部１１５Ａは、実噴射量算出部１１３で実噴射量が算出された場合、当該実噴射量と、指示噴射量算出部１１４で算出された指示噴射量との乖離量を算出する。この乖離量を算出する際、乖離量算出部１１５Ａは、同じ時刻にインジェクタ２２から噴射される実噴射量と指示噴射量との乖離量を算出する。

（記憶制御部１１５Ｂ）
記憶制御部１１５Ｂは、実噴射量の計算誤差が許容範囲内の場合、当該実噴射量を用いて算出した乖離量と、当該乖離量の算出に用いた指示噴射量とを関連付けて記憶部１２０に記憶させる。例えば、記憶制御部１１５Ｂは、乖離量がラムダセンサ２９の検出値が妥当であると判定できる閾値以上の場合、実噴射量の計算誤差が許容範囲内であると判定し、乖離量が閾値未満の場合、実噴射量の計算誤差が許容範囲外であると判定する。なお、記憶制御部１１５Ｂは、さらに実噴射量を乖離量および指示噴射量に関連付けて記憶部１２０に記憶させても良い。

（モデル更新部１１５Ｃ）
モデル更新部１１５Ｃは、ニューラルネットワーク等の公知の機械学習アルゴリズムを利用して、記憶部１２０にそれぞれ関連付けて記憶された指示噴射量と乖離量との関係を教師データとした推定モデルを更新する。モデル更新部１１５Ｃは、記憶部１２０に、新たに指示噴射量および乖離量が記憶されるごとに、推定モデルを更新する。

（推定実噴射量算出部１１５Ｄ）
推定実噴射量算出部１１５Ｄは、指示噴射量算出部１１４で算出された指示噴射量を推定モデルに入力して、当該指示噴射量に対応する乖離量を取得する。推定実噴射量算出部１１５Ｄは、取得した乖離量を、推定モデルに入力された指示噴射量に加算することによって、推定実噴射量を算出する。

（ピストン温度推定部１１５Ｅ）
ピストン温度推定部１１５Ｅは、取得部１１１で取得されたエンジン回転速度と、推定実噴射量算出部１１５Ｄで算出された推定実噴射量と、記憶部１２０に記憶された温度推定マップと、に基づいて、ピストン４０の温度を推定する。ピストン温度推定部１１５Ｅは、推定実噴射量を温度推定マップのパラメータである燃焼室１１への燃料の噴射量と見なして、ピストン４０の温度を推定する。

ピストン４０の推定温度と、実際の温度とは、エンジン１０の状態によって異なる場合がある。特に、エンジン１０の状態が過渡的に変化する状況では、推定温度と実際の温度との違いが顕著である。そして、エンジン１０の状態によって、推定温度の変化の速さの度合いを示す時定数が変化する。

そこで、ピストン温度推定部１１５Ｅは、エンジン１０の状態に対応する時定数を用いて、推定温度をさらに補正して、補正推定温度を算出する。

ピストン温度推定部１１５Ｅは、記憶部１２０に記憶されている複数の時定数の中から、推定温度の変化状況、エンジン１０の運転状態、および、ピストン４０への冷却用オイルの噴射状態に基づいて、所定の時定数を選択する。ピストン温度推定部１１５Ｅは、選択した所定の時定数に基づいて、推定温度を補正する。

ピストン温度推定部１１５Ｅは、新たに推定した推定温度と、１周期前に推定した推定温度との差分値を所定の時定数で除算した値を、１周期前の推定温度に加算することにより、推定温度を補正する。これにより、推定温度を、実際のピストン４０の温度の変化の速さに対応するものに補正することができる。

推定温度の変化の速度が速い場合には、ピストン温度推定部１１５Ｅは、相対的に小さい時定数を選択する。これにより、補正推定温度は、新たに推定された推定温度の影響が大きくなる。

また、推定温度の変化の速度が遅い場合には、ピストン温度推定部１１５Ｅは、相対的に大きい時定数を選択する。これにより、補正推定温度は、過去に推定された推定温度の影響が大きくなる。

ピストン温度推定部１１５Ｅは、例えば以下の式（２）を用いて補正推定温度Ｔ_PSCを算出する。なお、補正推定温度の算出式は式（２）に限定されない。
Ｔ_PSC＝Ｔ_PSO＋γ×（Ｔ_PS－Ｔ_PSO）／τ ・・・ （２）
Ｔ_PSO：１周期前に推定された推定温度
Ｔ_PS：新たに推定された推定温度
γ：所定値
τ：時定数

〔ピストン温度推定装置の動作〕
次に、ピストン温度推定装置１００の動作について説明する。図３および図４は、ピストン温度推定装置の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、図３に示すように、ピストン温度推定装置１００の取得部１１１は、エンジン状態情報を取得する（ステップＳ１）。

次に、ピストン温度推定装置１００の判定部１１２は、取得部１１１で取得されたエンジン状態情報に基づいて、エンジン１０の運転状態が定常状態か否かを判定する（ステップＳ２）。

判定部１１２でエンジン１０の運転状態が定常状態でないと判定された場合（ステップＳ２：ＮＯ）、取得部１１１は、ステップＳ１の処理を行い、新たなエンジン状態情報を取得する。

一方、判定部１１２でエンジン１０の運転状態が定常状態であると判定された場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ピストン温度推定装置１００の実噴射量算出部１１３は、取得部１１１で取得されたエンジン状態情報の検出空気過剰率および式（１）等に基づいて、実噴射量を算出する（ステップＳ３）。

次に、ピストン温度推定装置１００の指示噴射量算出部１１４は、取得部１１１で取得されたアクセル開度に基づいて、指示噴射量を算出する（ステップＳ４）。

次に、ピストン温度推定装置１００の推定部１１５の乖離量算出部１１５Ａは、ステップＳ３で算出された実噴射量と、ステップＳ４で算出された指示噴射量と、の乖離量を算出する（ステップＳ５）。

次に、推定部１１５の記憶制御部１１５Ｂは、ステップＳ３で算出された実噴射量の計算誤差が、許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

記憶制御部１１５Ｂで実噴射量の計算誤差が許容範囲内でないと判定された場合（ステップＳ６：ＮＯ）、取得部１１１は、ステップＳ１の処理を行い、新たなエンジン状態情報を取得する。

記憶制御部１１５Ｂは、実噴射量の計算誤差が許容範囲内であると判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ５で算出された乖離量と、当該乖離量の算出に用いた指示噴射量（ステップＳ４で算出された指示噴射量）と、を関連付けて記憶部１２０に記憶させる（ステップＳ７）。

次に、推定部１１５のモデル更新部１１５Ｃは、記憶部１２０に記憶された乖離量および指示噴射量に基づいて、推定モデルを更新する（ステップＳ８）。

次に、図４に示すように、推定部１１５の推定実噴射量算出部１１５Ｄは、ステップＳ４で算出された指示噴射量と、ステップＳ８で更新された推定モデルと、に基づいて、推定実噴射量を算出する（ステップＳ９）。

次に、推定部１１５のピストン温度推定部１１５Ｅは、取得部１１１で取得されたエンジン状態情報に含まれるエンジン回転速度と、ステップＳ９で算出された推定実噴射量と、記憶部１２０に記憶された温度推定マップと、に基づいて、ピストン４０の推定温度を算出する（ステップＳ１０）。

次に、ピストン温度推定部１１５Ｅは、取得部１１１で取得されたエンジン状態情報に含まれるエンジン１０の運転状態および冷却用オイルの噴射状態と、推定温度の変化状況と、に基づいて、時定数を選択する（ステップＳ１１）。

次に、ピストン温度推定部１１５Ｅは、算出式（式（２））と、ステップＳ１１で選択した時定数と、推定温度と、に基づいて、補正推定温度を算出する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で算出された補正推定温度は、記憶部１２０に記憶され、例えばエンジン１０の寿命予測に用いられる。なお、１周期目のピストン温度推定処理を行う場合、式（２）の１周期前に推定された推定温度Ｔ_PSOが存在しない。この場合、オイル温度または冷却水温度あるいは、別途計算して求めた推定ピストン温度や、予め設定された値を推定温度Ｔ_PSOとして用いても良い。

次に、取得部１１１は、ピストン温度推定処理を終了させるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

取得部１１１は、例えば、エンジン１０の運転が終了した場合等、ピストン温度推定処理を終了させると判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、処理を終了させる。一方、取得部１１１は、ピストン温度推定処理を終了させないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１の処理を行う。

〔実施の形態の作用効果〕
ピストン温度推定装置１００は、ラムダセンサ２９で検出された検出空気過剰率に基づいて、キャビティ４２への燃料の実噴射量を算出し、当該算出した実噴射量と温度推定マップとに基づいて、ピストン４０の温度を推定する。

ここで、アクセル開度に基づき算出される指示噴射量は、インジェクタ２２が劣化していないときの燃料の噴射孔の大きさや、噴射弁の摺動抵抗を前提として算出される。このため、アクセル開度が同じであれば、インジェクタ２２の噴射孔の大きさに関係なく、指示噴射量は同じ値になる。したがって、劣化によってインジェクタ２２の噴射孔の拡大や噴射弁の摺動抵抗の増大を伴うと、指示噴射量は、実際にインジェクタ２２から噴射されている噴射量（実噴射量）よりも小さい値になる。この場合、指示噴射量と温度推定マップとに基づいて推定したピストン４０の温度は、実際の温度よりも低い温度になる。

一方、本実施の形態のように、排気ガスの検出空気過剰率に基づき算出される実噴射量は、インジェクタ２２の劣化の程度に応じた値になる。このため、アクセル開度が同じであっても、例えばインジェクタ２２の劣化によって噴射孔の大きさが大きくなるほど、あるいは、噴射弁の摺動抵抗が大きくなるほど、実噴射量は大きい値になり、実噴射量と温度推定マップとに基づいて推定したピストン４０の温度は、指示噴射量に基づき推定した温度よりも実際の温度に近い温度になる。したがって、ピストン温度推定装置１００は、ピストン４０の温度を適切に推定できる。さらに、本実施の形態では、実噴射量に基づき得た値を、温度推定マップのパラメータである燃料噴射量と見なして、ピストン４０の温度を推定するため、一般的に利用されている温度推定マップを用いて、ピストン４０の温度を容易に推定できる。そして、適切に推定されたピストン４０の温度に基づいて、例えばエンジン１０の寿命予測を精度良く行うことができる。

ピストン温度推定装置１００は、機械学習により生成された推定モデルを、記憶部１２０に記憶された指示噴射量および乖離量に基づいて更新し、更新した推定モデルと指示噴射量とに基づいて、推定実噴射量を算出する。このように推定モデルを機械学習により更新することによって、インジェクタ２２の噴射孔が徐々に大きくなっても、この噴射孔の大きさの変化に伴う推定実噴射量を算出できる。したがって、ピストン４０の温度推定精度を高めることができる。

ピストン温度推定装置１００は、エンジン１０の運転状態が定常状態である場合、検出空気過剰率を用いたピストン４０の温度推定処理を行い、定常状態でない場合、検出空気過剰率を用いたピストン４０の温度推定処理を行わない。ここで、エンジン１０の運転状態が定常状態でない場合、検出空気過剰率を用いたピストン４０の温度推定精度が低くなるおそれがある。本実施の形態では、エンジン１０の運転状態が定常状態でない場合、検出空気過剰率を用いたピストン４０の温度推定処理を行わないため、ピストン温度推定装置１００の処理負荷を低減できる。また、推定精度が低い温度が記憶部１２０に記憶されないので、エンジン１０の寿命予測をさらに精度良く行うことができる。

ピストン温度推定装置１００は、推定温度を推定温度の変化速度の度合いを示す時定数に基づいて補正した、補正推定温度を算出する。このため、推定時点でのピストン４０の温度を、より適切に推定することができる。

演算部１１０は、ピストン４０の温度の変化状況、エンジン回転速度、燃料噴射量および冷却用オイルの噴射状態に基づいて、複数の時定数の中から選択された所定の時定数を用いて、補正推定温度を算出する。このため、実際のピストン４０の温度を精度良く推定することができる。

［実施の形態の変形例］
本開示は、これまでに説明した実施の形態に示されたものに限られないことは言うまでも無く、その趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の変形を加えることができる。

推定モデルを用いて推定実噴射量を算出せずに、実噴射量を温度推定マップのパラメータである燃料噴射量と見なして、ピストン４０の温度を推定しても良い。

エンジン１０の運転状態が定常状態であるか否かに関係なく、検出空気過剰率を用いたピストン４０の温度推定処理を行っても良い。

第１～第８の時定数を使い分ける構成としたが、これに限定されない。例えば、ピストン４０の温度の変化状況、エンジン運転状態および冷却用オイルの噴射状態に基づいて、時定数をさらに細分化しても良い。時定数の細分化にあたり、その他のパラメータを考慮しても良い。

ピストン温度推定部１１５Ｅに推定温度を補正する機能を設けなくても良い。

乖離量算出部１１５Ａを本開示の記憶制御部として機能させ、乖離量算出部１１５Ａが乖離量と指示噴射量とを関連付けて記憶部１２０に記憶させても良く、この場合、記憶制御部１１５Ｂが不要になる。

ピストン温度推定装置を例えば、以下のように利用しても良い。ラムダセンサ２９の検出結果や、ラムダセンサ２９の検出結果に基づき求められた燃料の実噴射量をログしておく。そして、前記ログした値を用いて、ピストン温度推定装置でピストン４０の温度推定処理を行い、推定した温度に基づき予測したエンジン１０の状態をエンジンの経済的な価値の評価に用いても良い。

［実施例］
次に、本開示の実施例について説明する。なお、本開示は、以下の実施例によってなんら限定されるものではない。図５は、本開示の実施例における時刻とピストンの温度との関係を示すグラフである。

〔実施例１〕
上記実施の形態のピストン温度推定装置１００を搭載した自動車の走行模擬試験を行った。エンジン１０として、インジェクタ２２の噴射孔が量産品よりも大きいもの、つまり劣化を模擬したインジェクタ２２を準備した。走行条件として、定常状態（定速走行）および過渡状態（加速、減速）を含め、当該走行条件におけるピストン４０の温度を、図３および図４に示すピストン温度推定処理のうち、ステップＳ２の処理を除く処理を行うことによって推定した。その結果を図５に実線で示す。また、このときのピストン４０の実測温度を、劣化品の実測温度として図５に一点鎖線で示す。なお、図５の横軸における時刻Ｔ１～Ｔ４は、走行模擬試験開始からの経過時間を表している。また、図５では、走行模擬試験の一部の結果を示している。また、図５の温度を示す「Ｐ」は所定値を表している。

〔比較例１〕
ピストン４０の温度推定処理の内容以外は、実施例１と同じ条件で走行模擬試験を行い、ピストン４０の温度を推定した。比較例１では、指示噴射量に基づいて、ピストン４０の温度を推定した。具体的には、図３および図４に示すピストン温度推定処理のステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５～Ｓ９を行わず、ステップＳ１の処理の後、ステップＳ４の処理を行い、ステップＳ１０において、エンジン回転速度と、ステップＳ４で算出された指示噴射量と、温度推定マップと、に基づいて、ピストン４０の推定温度を算出した後、ステップＳ１１～Ｓ１３の処理を行った。温度推定結果を図５に破線で示す。

〔考察〕
実施例１の温度推定結果は、実測温度とほぼ一致することが確認できた。一方で、比較例１の温度推定結果は、実測温度よりも１０℃程度低い（図５のΔＰ）ことが確認できた。このことから、本開示のピストン温度推定処理を行うことによって、インジェクタ２２が劣化して燃料の噴射量が増えたとしても、ピストン４０の温度を適切に推定できることが確認できた。

実施例１において、ピストン４０の温度が安定する定常状態の期間（時刻Ｔ１～Ｔ２，Ｔ３～Ｔ４の期間）では、推定結果と実測温度との差が５℃未満であったが、ピストン４０の温度が急激に変化する過渡状態の期間（時刻Ｔ２～Ｔ３の期間）では、推定結果と実測温度との差が最大で２０℃程度になることが確認できた。このことから、定常状態であるときに、本開示のピストン温度推定処理を行い、過渡状態である（定常状態でない）ときに、本開示のピストン温度推定処理を行わないことによって、い、温度推定精度を高められることを確認できた。

本開示の構成は、ピストン温度推定装置およびピストン温度推定方法に適用することができる。

１０ エンジン
１１ 燃焼室
２０ シリンダ
２１ シリンダヘッド
２２ インジェクタ
２３ 吸気ポート
２４ 排気ポート
２５ 吸気用バルブ
２６ 排気用バルブ
２７ 吸気流路
２８ 排気流路
２９ ラムダセンサ
４０ ピストン
４１ ピストン上部
４２ キャビティ
４３ スカート部
４４ ピンボス部
４５ ピストンピン
４６ コンロッド
４７ クランクピン
４８ クランクシャフト
１００ ピストン温度推定装置
１１０ 演算部
１１１ 取得部
１１２ 判定部
１１３ 実噴射量算出部
１１４ 指示噴射量算出部
１１５ 推定部
１１５Ａ 乖離量算出部
１１５Ｂ 記憶制御部
１１５Ｃ モデル更新部
１１５Ｄ 推定実噴射量算出部
１１５Ｅ ピストン温度推定部
１２０ 記憶部

Claims (5)

1. ラムダセンサで検出された内燃機関の排気ガスの空気過剰率に基づいて、前記内燃機関の燃焼室への燃料の実噴射量を算出する実噴射量算出部と、
   前記燃焼室への燃料の噴射量と前記内燃機関を構成するピストンの温度との関係を示す温度推定用情報と、前記実噴射量算出部で算出された前記実噴射量とに基づいて、前記ピストンの温度を推定する推定部と、を備える、ピストン温度推定装置。
2. アクセルペダルの踏み込み量に基づいて、前記燃焼室への燃料の指示噴射量を算出する指示噴射量算出部をさらに備え、
   前記推定部は、
   前記実噴射量算出部で算出された実噴射量と前記指示噴射量算出部で算出された指示噴射量との乖離量を算出する乖離量算出部と、
   前記乖離量と当該乖離量の算出に用いた前記指示噴射量とを関連付けて記憶部に記憶させる記憶制御部と、
   前記指示噴射量および前記乖離量を教師データとして用いた機械学習により生成された推定モデルを、前記記憶部に記憶された指示噴射量および乖離量に基づいて、更新するモデル更新部と、
   前記指示噴射量算出部で算出された指示噴射量と前記推定モデルとに基づいて、前記燃焼室への燃料の推定実噴射量を算出する推定実噴射量算出部と、
   前記温度推定用情報と前記推定実噴射量算出部で算出された推定実噴射量とに基づいて、前記ピストンの温度を推定するピストン温度推定部と、を備える、請求項１に記載のピストン温度推定装置。
3. 前記内燃機関の運転状態が定常状態であるか否かを判定する判定部をさらに備え、
   前記実噴射量算出部は、前記判定部で前記内燃機関の運転状態が定常状態であると判定された場合、実噴射量を算出し、前記内燃機関の運転状態が定常状態でないと判定された場合、実噴射量を算出しない、請求項１または２に記載のピストン温度推定装置。
4. 前記推定部は、前記推定したピストンの温度を、前記ピストンの温度の変化速度の度合いを示す時定数に基づいて補正する、請求項１から３のいずれか一項に記載のピストン温度推定装置。
5. ラムダセンサで検出された内燃機関の排気ガスの空気過剰率に基づいて、前記内燃機関の燃焼室への燃料の実噴射量を算出するステップと、
   前記燃焼室への燃料の噴射量と前記内燃機関を構成するピストンの温度との関係を示す温度推定用情報と、前記実噴射量とに基づいて、前記ピストンの温度を推定するステップと、を実行する、ピストン温度推定方法。

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