JP5494185B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、ウォーターポンプにより循環された冷却水によって冷却される内燃機関の制御装置に関する。

車両等の内燃機関における燃焼室壁の温度や吸気ポートの温度は、内燃機関の運転状態に影響を及ぼすことが知られている。例えば、燃焼室壁の温度の違いは、内燃機関の燃焼状態の変化をまねき、燃費や排気エミッションに影響を及ぼす。また、吸気ポートの温度の違いは、吸気ポートに付着する燃料量の変化をまねき、燃焼室内に吸入される混合気の燃料濃度に影響を及ぼす。

このため、適正な運転状態を得るため、燃焼室壁の温度や吸気ポートの温度等が推定されることがある。例えば、従来の内燃機関の制御装置には、内燃機関内に設けられたウォータージャケット内を循環されて内燃機関を冷却する冷却水の温度を測定し、この冷却水の温度に基づいて、燃焼室壁の温度や吸気ポートの温度を推定するものがある。

上記のような内燃機関の制御装置では、水温センサにより冷却水の温度を測定しているが、この水温センサは、内燃機関の冷却水出口付近に取り付けられている。一方、暖機時の暖機促進や燃費向上のため、冷却水を循環させるウォーターポンプを停止させることがある。このようなウォーターポンプの停止時には、冷却水の流れが止まるため、内燃機関内の冷却水は、部位ごとの不均一の程度が増大する。例えば、燃焼室や排気ポートに近接するウォータージャケット内の冷却水は、他の部位に比べて、熱伝達により温度が上昇することが考えられる。

そこで、内燃機関の運転状態から燃焼室内のガス温度を推定し、燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量および燃焼室壁から冷却水が受ける熱量に基づいて、燃焼室壁温度の変化量および冷却水温度の変化量を算出する内燃機関の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３０００３１号公報

上記のようなウォーターポンプを備えた従来の内燃機関では、燃焼室壁温といった内燃機関の特定部位の温度は、水温センサの検出値、水停止の状況、および周囲の熱源等から推定される。ここで、同推定は主に温度の変化量の推定であるため、推定される内燃機関の特定部位の温度の初期値が正確に算出されていることが望ましい。そして、従来においては、同初期値は、外気温と略同一の値が算出されることがあった。しかしながら、内燃機関の始動前に内燃機関の特定部位に熱量が与えられると（例えばブロックヒータ）、同特定部位やその周辺およびウォータージャケット内の冷却水の温度は、外気温とは異なるため、内燃機関の始動時に同特定部位の温度推定を正確に行うことができず、内燃機関の機関制御を最適に行うことができないおそれがあった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、内燃機関の始動前に内燃機関の特定部位に熱量が与えられた場合であっても、内燃機関の特定部位の温度を正確に推定し、内燃機関の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記課題を解決するため、（１）冷媒を循環させるとともに循環量を可変することができる可変ポンプによって前記冷媒が循環されることにより冷却される内燃機関の制御装置において、前記冷媒の温度を冷媒温検出値として検出する冷媒温度検出手段と、前記内燃機関の燃焼室外の温度を室外温検出値として検出する室外温度検出手段と、前記内燃機関の特定部位の温度を、前記冷媒温検出値に基づいて推定する特定部位温推定手段と、を備え、前記特定部位温推定手段は、前記冷媒が燃焼室外から与えられた熱量と、前記特定部位と前記冷媒との受熱量の比と、により前記特定部位の前記燃焼室外から与えられた熱量を算出し、前記冷媒温検出値と、前記室外温検出値とが、所定値以上乖離していることを条件に、前記冷媒温検出値と、前記室外温検出値と、前記特定部位が与えられた熱量と、に基づいて、前記特定部位の温度を推定することを特徴とした構成を有している。

この構成により、冷媒が燃焼室外から与えられた熱量と、特定部位と前記冷媒との受熱量の比と、により前記特定部位の前記燃焼室外から与えられた熱量を算出し、冷媒温検出値と、室外温検出値と、前記特定部位が与えられた熱量と、に基づいて、前記特定部位の温度を推定するので、内燃機関の特定部位が外部から熱量を与えられている場合、例えば、ブロックヒータにより内燃機関が温められている場合であっても、内燃機関の特定部位の温度を正確に推定することができ、内燃機関の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる。

また、この構成により、冷媒温検出値と、室外温検出値とが、所定値以上乖離していることを条件に、特定部位の温度を推定するので、特定部位の温度補正をブロックヒータ等により内燃機関の特定部位が外部から熱量を与えられている場合に限ることができ、不要な温度補正を防止することができ、内燃機関の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる。

さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（２）前記内燃機関の初期始動を検出する初期始動検出手段を備え、前記特定部位温推定手段は、前記初期始動検出手段による前記内燃機関の初期始動の検出前に、前記特定部位の温度を推定することを特徴とした構成を有している。

この構成により、内燃機関の初期始動の検出前に、特定部位の温度を推定するので、内燃機関の初期始動時から特定部位の温度を正確に推定することができ、内燃機関の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる。

本発明によれば、内燃機関の特定部位の温度を正確に推定することができ、内燃機関の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における制御装置を備えた車両の概略ブロック構成図である。 本発明の第１の実施の形態におけるエンジンの概略断面図である。 本発明の第１の実施の形態における冷却水温検出値と、ヘッド隔壁の温度と、の対応関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態における内燃機関の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における内燃機関の制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、本発明の内燃機関としてエンジンを用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態における制御装置を備えた車両の構成について、図１に示す車両の概略ブロック構成図、および、図２に示すエンジンの概略断面図を参照して、説明する。

図１に示すように、本実施の形態における車両１０は、内燃機関としてのエンジン２０と、ウォーターポンプ３１と、ラジエータ３２と、サーモスタット３３と、ヒータ３４と、電子スロットル３５と、を備えている。

また、車両１０は、車両１０全体を制御するための車両用電子制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を備えている。さらに、車両１０は、クランク角センサ１３１と、駆動軸回転数センサ１３２と、アクセル開度センサ１３３と、フットブレーキセンサ（以下、「ＦＢセンサ」という）１３４と、スロットル開度センサ１３５と、吸入空気量センサ１３６と、吸入空気温度センサ１３７と、冷却水温センサ１３８と、その他図示しない各種センサを備えている。上記車両１０に備えられたそれぞれのセンサは、検出した検出信号を、ＥＣＵ１００に出力するようになっている。

さらに、車両１０には、冷媒として冷却水を循環させるための複数の循環通路が設けられている。具体的には、ラジエータ３２を循環する第１循環通路４１と、ラジエータ３２をバイパスする第２循環通路４２と、ヒータ３４および電子スロットル３５の外縁を循環する第３循環通路４３と、を有している。

エンジン２０は、ピストン２１１（図２参照）が２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う、所謂４サイクルのガソリンエンジンによって構成されているものとして説明する。また、本実施の形態におけるエンジン２０は、直列４気筒のガソリンエンジンを採用したものとして説明するが、これに限らず、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジン、水平対向６気筒エンジン等の種々の型式のエンジンを採用することができる。

また、エンジン２０は、シリンダブロック２１０と、シリンダブロック２１０の上部に固定されたシリンダヘッド２２０と、オイルパン２３０と、を備えている。エンジン２０のシリンダブロック２１０とシリンダヘッド２２０には、冷却水を通過させるウォータージャケット２１が形成されている。また、シリンダブロック２１０のウォータージャケット２１は、後述する第２冷却水通路となり、シリンダヘッド２２０のウォータージャケット２１は、後述する第３冷却水通路となっている。

また、冷寒地等においては、エンジン２０の極端な低温化による機関始動不良を防止するために、エンジン２０の停止時にヒータ、いわゆるブロックヒータによって、エンジン２０の燃焼室壁および冷却水に熱エネルギーを供給することによりエンジン２０の低温化を抑制することが行われている。このため、シリンダブロック２１０には、エンジン２０を暖めるためのブロックヒータ４００を取り付けるボス穴が設けられている。なお、エンジン２０の詳細については、後述する。

ウォーターポンプ３１は、ＥＣＵ１００によって制御され、冷媒として冷却水を第１循環通路４１〜第３循環通路４３で循環させることができるようになっている。また、ウォーターポンプ３１は、ＥＣＵ１００によって制御され、冷却水の循環の停止、循環および循環量を可変することができるようになっている。

ラジエータ３２は、ウォーターポンプ３１に循環され、エンジン２０を冷却して高温になった冷却水を、外気と熱交換することにより冷却するようになっている。

サーモスタット３３は、冷却水を適温に保つため、冷却水の温度によって通路を自動的に切り替えるように作動するバルブである。

ヒータ３４は、車両１０内（以下、車内という）の空気と冷却水との熱交換を行うヒータコアを有している。ヒータ３４は、車内の空気をこのヒータコアに送り込み、ヒータコアで車内の空気と高温となった冷却水との熱交換処理を行うことにより、温風を車内に送り込み、車内を暖めるとともに、高温となった冷却水の冷却も行うことができるようになっている。

電子スロットル３５は、吸気管３１１（図２参照）に設けられたスロットルバルブ３１３と、このスロットルバルブ３１３のシャフトを回動させるスロットルバルブアクチュエータと、を備えている。電子スロットル３５は、ＥＣＵ１００によって制御され、スロットルバルブアクチュエータがスロットルバルブ３１３を回動させることによって、吸気管３１１内の空気が流通する断面積を変更し、吸気管３１１における空気の流量を変更するようになっている。

さらに、ウォーターポンプ３１とエンジン２０のシリンダブロック２１０との間には、第１冷却水通路５１が設けられている。また、シリンダブロック２１０には、第２冷却水通路５２が設けられ、シリンダヘッド２２０には、第３冷却水通路５３が設けられている。また、シリンダヘッド２２０とラジエータ３２との間には、第４冷却水通路５４が設けられ、ラジエータ３２とサーモスタット３３との間には、第５冷却水通路５５が設けられている。また、サーモスタット３３とウォーターポンプ３１との間には、第６冷却水通路５６が設けられている。

さらに、シリンダヘッド２２０とサーモスタット３３との間には、ラジエータ３２をバイパスする第７冷却水通路５７が設けられている。
さらに、シリンダヘッド２２０とヒータ３４との間には、第８冷却水通路５８が設けられ、ヒータ３４と第６冷却水通路５６との間には、第９冷却水通路５９が設けられている。また、第８冷却水通路５８と電子スロットル３５の外縁部との間には、第１０冷却水通路６０が設けられ、電子スロットル３５の外縁部と第９冷却水通路５９との間には、第１１冷却水通路６１が設けられている。

そして、第１循環通路４１は、ウォーターポンプ３１と、第１冷却水通路５１と、第２冷却水通路５２と、第３冷却水通路５３と、第４冷却水通路５４と、ラジエータ３２と、第５冷却水通路５５と、サーモスタット３３と、第６冷却水通路５６と、から構成されている。

したがって、第１循環通路４１では、ウォーターポンプ３１から吐出された冷却水が、ウォータージャケット２１、ラジエータ３２、サーモスタット３３の順に流れる。これにより、第１循環通路４１を循環する冷却水は、ウォーターポンプ３１から吐出され、エンジン２０を冷却するとともに、ラジエータ３２によって冷却されるようになっている。

また、第２循環通路４２は、ウォーターポンプ３１と、第１冷却水通路５１と、第２冷却水通路５２と、第７冷却水通路５７と、サーモスタット３３と、第６冷却水通路５６と、から構成されている。

したがって、第２循環通路４２では、ウォーターポンプ３１から吐出された冷却水が、ウォータージャケット２１からラジエータ３２を迂回して、第７冷却水通路５７、サーモスタット３３の順に流れる。これにより、第２循環通路４２を循環する冷却水は、ウォーターポンプ３１から吐出され、エンジン２０を冷却するとともに、冷却されずにウォーターポンプ３１に戻るようになっている。

また、第３循環通路４３は、ウォーターポンプ３１と、第１冷却水通路５１と、第２冷却水通路５２と、第３冷却水通路５３と、第８冷却水通路５８と、ヒータ３４と、第９冷却水通路５９と、第６冷却水通路５６と、第１０冷却水通路６０と、第１１冷却水通路６１と、から構成されている。

したがって、第３循環通路４３では、ウォーターポンプ３１から吐出された冷却水が、ウォータージャケット２１、ヒータ３４および電子スロットル３５の外縁部の順に流れる。これにより、第３循環通路４３を循環する冷却水は、ウォーターポンプ３１から吐出され、エンジン２０を冷却し、ヒータ３４のヒータコアで熱交換が行われるとともに、電子スロットル３５を加熱するようになっている。

さらに、サーモスタット３３は、冷却水の温度が所定の温度より高いときに、第５冷却水通路５５から第６冷却水通路５６へ冷却水を流通させ、冷却水の温度が所定の温度より低いときに、第７冷却水通路５７から第６冷却水通路５６へ冷却水を流通させるようになっている。すなわち、冷却水の温度が所定の温度より高いとき、冷却水が第１循環通路４１で循環し、ラジエータ３２で冷却されるようになり、冷却水の温度が所定の温度より低いとき、冷却水が第２循環通路４２で循環し、冷却されずに循環するようになっている。

また、エンジン２０のウォータージャケット２１の出口付近には、第４冷却水通路内の冷却水の温度に応じて信号を出力する冷却水温センサ１３８が取り付けられている。冷却水温センサ１３８の詳細については、後述する。

ＥＣＵ１００は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、固定されたデータの記憶を行うＲＯＭ（Read Only Memory）、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、書き換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）および入出力インターフェース回路を備え、車両１０の制御を統括するようになっている。

また、後述するように、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１、駆動軸回転数センサ１３２、アクセル開度センサ１３３等と接続されている。ＥＣＵ１００は、これらのセンサから出力された検出信号により、エンジン回転数Ｎｅ、車速Ｖ（車両１０の走行速度）、アクセル開度Ａｃｃ等を検出するようになっている。

また、ＥＣＵ１００のＲＯＭには、車両１０の諸元値、冷却水温ヘッド隔壁温マップ、エンジン２０の制御を実行するためのプログラム等が記憶されている。

車両１０の諸元値には、全幅・全高等の車両寸法、車両重量、エンジン総排気量、最小回転半径、車両１０のタイヤ径等が含まれている。
また、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶された冷却水温ヘッド隔壁温マップおよびエンジン２０の制御を実行するためのプログラムについては、後述する。

クランク角センサ１３１は、ＥＣＵ１００によって制御されることにより、クランクシャフト２１３の回転数を検出して、検出した回転数に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。より詳しくは、クランク角センサ１３１は、クランクシャフト２１３に設けられたクランクセンサプレートによりクランク回転信号を検出し、クランク位置およびクランク角速度の検出を行うようになっている。また、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３１から出力された検出信号からクランクシャフト２１３の回転数を算出し、エンジン回転数Ｎｅとして取得するようになっている。

駆動軸回転数センサ１３２は、ＥＣＵ１００によって制御されることにより、図示しないドライブシャフトの回転数を検出して、検出した回転数に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、駆動軸回転数センサ１３２から出力された検出信号が表すドライブシャフトの回転数を、駆動軸回転数Ｎｄとして取得するようになっている。さらに、ＥＣＵ１００は、駆動軸回転数センサ１３２から取得した駆動軸回転数Ｎｄに基づいて、車速Ｖを算出するようになっている。

アクセル開度センサ１３３は、ＥＣＵ１００によって制御されることにより、アクセルペダルが踏み込まれた踏み込み量（以下、ストロークという）を検出して、検出したストロークに応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ１３３から出力された検出信号が表すアクセルペダルのストロークから、アクセル開度Ａｃｃを算出するようになっている。

ＦＢセンサ１３４は、ＥＣＵ１００によって制御されることにより、フットブレーキペダルが踏み込まれた踏み込み量（以下、ストロークという）を検出して、検出したストロークに応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、ＦＢセンサ１３４から出力された検出信号が表すフットブレーキペダルのストロークから、フットブレーキ踏力Ｂｆを算出するようになっている。

スロットル開度センサ１３５は、ＥＣＵ１００によって制御されることにより、図示しないスロットルアクチュエータにより駆動されるエンジン２０のスロットルバルブ３１３（図２参照）の開度を検出して、検出した開度に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、スロットル開度センサ１３５から出力された検出信号が表すスロットルバルブ３１３の開度を、スロットル開度θｔｈとして取得するようになっている。

吸入空気量センサ１３６は、ＥＣＵ１００によって制御されることにより、エンジン２０の吸気バルブ２２３（図２参照）から吸入される空気量を検出して、検出した空気量に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、吸入空気量センサ１３６から出力された検出信号から、エンジン２０の吸入空気量Ｑａｒを取得するようになっている。

吸入空気温度センサ１３７は、ＥＣＵ１００によって制御されることにより、エンジン２０の吸気バルブ２２３から吸入される空気の温度を検出して、検出した温度に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、吸入空気温度センサ１３７から出力された検出信号から、エンジン２０の吸気温検出値Ｔａｒを取得するようになっている。

冷却水温センサ１３８は、ＥＣＵ１００によって制御されることにより、エンジン２０のシリンダブロック２１０およびシリンダヘッド２２０を冷却する冷却水の温度を検出して、検出した温度に応じた検出信号をＥＣＵ１００に出力するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、冷却水温センサ１３８から出力された検出信号から、エンジン２０の冷却水温検出値ＴＨｗを取得するようになっている。

次に、エンジン２０の詳細について、説明する。なお、図２においては、直列に配置された４つの気筒のうちの１つについて説明する。
前述のように、エンジン２０は、シリンダブロック２１０と、シリンダブロック２１０の上部に固定されたシリンダヘッド２２０と、オイルパン２３０と、を備えている。

シリンダブロック２１０は、ブロック隔壁２１４に覆われ、ピストン２１１が往復動可能に設けられている。ピストン２１１は、コネクティングロッド２１２と連結されている。コネクティングロッド２１２は、クランクシャフト２１３と連結されている。そして、ピストン２１１の往復動は、コネクティングロッド２１２を介して、クランクシャフト２１３の回転運動に変換されるようになっている。

また、ブロック隔壁２１４内には、冷却水が流通するウォータージャケット２１が形成されている。さらに、ブロック隔壁２１４には、前述のように、ブロックヒータ４００が挿入されるボス穴が形成されている。

また、エンジン２０においては、シリンダブロック２１０とシリンダヘッド２２０とピストン２１１とによって、燃焼室２０１が形成されている。
エンジン２０は、燃焼室２０１において燃料と空気との混合気を所望のタイミングで燃焼させることによりピストン２１１を往復動させ、コネクティングロッド２１２を介してクランクシャフト２１３を回転させることにより、トランスミッションにトルクを出力するようになっている。なお、エンジン２０に用いられる燃料は、ガソリンあるいは軽油等の炭化水素系の燃料や、エタノール等のアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料であってもよい。

シリンダヘッド２２０は、エアクリーナ３１２を通過して車外から流入した空気を燃焼室２０１に導入するための吸気管３１１と、燃焼室２０１における混合気の燃焼によって発生した排気ガスを触媒コンバータ３２２に通じさせて車外へ排出するための排気管３２１と、が連結されている。

なお、エアクリーナ３１２は、例えば、内部に収容した紙または合成繊維の不織布のフィルターにより、吸入空気中の異物を除去するようになっている。チリやホコリといった空気中の異物には硬いものもあり、このような硬い異物が燃焼室２０１に入り込むと、研磨剤として働いてしまい、シリンダブロック２１０の内壁面やピストン２１１を磨耗させる原因ともなり得る。したがって、エアクリーナ３１２は、これらの異物を除去して、吸入空気を清浄化するようになっている。

また、前述のように、吸気管３１１には、空気の流量を調整するための電子スロットル３５が設けられている。

また、電子スロットル３５の開度は、スロットル開度センサ１３５によって検出され、スロットルバルブ３１３の開度を表す検出信号がスロットル開度センサ１３５によってＥＣＵ１００に入力されるようになっている。なお、スロットルバルブ３１３の開度は、ＥＣＵ１００により、アクセル開度センサ１３３からのアクセル開度信号Ａｃｃに基づいて、予め記憶されたスロットル開度制御マップにより求められたスロットル開度θｔｈとなるように制御される。また、ＥＣＵ１００は、運転状態によっては、アクセル開度信号Ａｃｃにかかわらず、スロットル開度θｔｈを制御することができるようになっている。

また、触媒コンバータ３２２は、一般に、排気ガスに含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を効率的に除去することができる三元触媒を備えている。この三元触媒は、好ましくはＮＯｘ含有率の高い排気ガスからでも、ＮＯｘを効率的に除去する機能を有するものが用いられる。

さらに、シリンダヘッド２２０は、ヘッド隔壁２２７内に、吸気管３１１と燃焼室２０１とを連通させる吸気ポート２２１と、燃焼室２０１と排気管３２１とを連通させる排気ポート２２２と、が形成され、吸気管３１１から燃焼室２０１への燃焼用空気の導入を制御するための吸気バルブ２２３と、燃焼室２０１から排気管３２１への排気ガスの排出を制御するための排気バルブ２２４と、燃料を吸気ポート２２１内へ噴射するためのインジェクタ２２５と、燃焼室２０１内の混合気に点火するための点火プラグ２２６と、が取り付けられている。また、ヘッド隔壁２２７内には、冷却水が流通するウォータージャケット２１が形成されている。

吸気バルブ２２３は、上端に吸気カムシャフトに設けられた吸気カムが当接されており、吸気カムの回転により、吸気ポート２２１と燃焼室２０１との間を開閉するようになっている。

排気バルブ２２４は、上端に排気カムシャフトに設けられた排気カムが当接されており、排気カムの回転により、燃焼室２０１と排気ポート２２２との間を開閉するようになっている。

インジェクタ２２５は、ＥＣＵ１００により制御されるソレノイドコイルおよびニードルバルブを有している。また、インジェクタ２２５には、所定の圧力で燃料が供給されている。したがって、インジェクタ２２５は、ＥＣＵ１００によってソレノイドコイルに所望のタイミングで通電されると、ニードルバルブを開いて、吸気ポート２２１に燃料を噴射するようになっている。

点火プラグ２２６は、プラチナやイリジウム合金製の電極を有する公知の点火プラグである。点火プラグ２２６は、ＥＣＵ１００によって所望のタイミングで上記電極に通電されて放電を発生させることにより、燃焼室２０１内の混合気に点火するようになっている。

次に、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶された冷却水温ヘッド隔壁温マップについて、説明する。

図３に示すように、冷却水温ヘッド隔壁温マップは、冷却水温センサ１３８が検出した冷却水温検出値ＴＨｗと、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈ、すなわち、ヘッド隔壁温と、が所定の関係を満たす場合の両値の対応関係を示すものである。ここで、上記所定の関係を満たす場合とは、エンジン２０の初回始動前であって、エンジン２０の停止中にブロックヒータ４００が使用されなかった場合のことを言う。

以下、本発明の実施の形態における制御装置を備えた車両１０の特徴的な構成について、説明する。

ＥＣＵ１００は、シリンダヘッド２２０のヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを、冷却水温センサ１３８が検出した冷却水温検出値ＴＨｗに基づいて推定するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、冷却水が燃焼室２０１外から与えられた熱量と、ヘッド隔壁２２７と冷却水との受熱量の比と、によりヘッド隔壁２２７の燃焼室２０１外から与えられた熱量を算出し、冷却水温検出値ＴＨｗと、吸入空気温検出値と、ヘッド隔壁２２７が与えられた熱量と、に基づいて、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを補正するようになっている。

また、ＥＣＵ１００は、冷却水温検出値ＴＨｗと、吸入空気温検出値とが、所定値以上乖離していることを条件に、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを補正するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の初回始動の検出前に、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを推定するようになっている。すなわち、ＥＣＵ１００は、本発明における特定部位温推定手段を構成している。

さらに、ＥＣＵ１００は、エンジン２０の初回始動を検出するようになっている。すなわち、ＥＣＵ１００は、本発明における初期始動検出手段を構成している。

ここで、ＥＣＵ１００によるエンジン２０の始動前におけるヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈの推定方法について、説明する。

まず、ＥＣＵ１００は、冷却水温センサ１３８が検出した冷却水温検出値ＴＨｗと、吸入空気温度センサ１３７が検出した吸気温検出値Ｔａｒと、の温度差が所定の温度差以内であったら、冷却水温ヘッド隔壁温マップを参照して、冷却水温検出値ＴＨｗに基づいてヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを求める。これにより、ＥＣＵ１００は、冷却水温ヘッド隔壁温マップを参照して求めた温度を、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈと推定する。
なお、上記所定の温度差とは、実験等により予め求めたブロックヒータ４００の使用の有無を判定するための値である。

一方、ＥＣＵ１００は、冷却水温センサ１３８が検出した冷却水温検出値ＴＨｗと、吸入空気温度センサ１３７が検出した吸気温検出値Ｔａｒと、の温度差が上記所定の温度差より大きかったら、冷却水温検出値ＴＨｗと、吸気温検出値Ｔａｒと、ヘッド隔壁２２７が与えられた熱量と、に基づいて、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを推定する。
具体的には、ＥＣＵ１００は、以下のようにヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを推定する。

ブロックヒータ４００から与えられた熱量Ｑは、ヘッド隔壁２２７に与えられた熱量Ｑ１と、冷却水に与えられた熱量Ｑ２と、の合計であるので、以下の式が成立する。

Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２
また、ヘッド隔壁２２７に与えられた熱量Ｑ１は、ヘッド隔壁２２７の上昇温度ΔＴ１と、ヘッド隔壁２２７の熱容量Ｃ１との積であるので、以下の式が成立する。

Ｑ１＝ΔＴ１＊Ｃ１
さらに、ヘッド隔壁２２７の上昇温度ΔＴ１は、現在のヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈと、ブロックヒータ４００が使用前の外気温と、の温度差である。また、ブロックヒータ４００が使用前の外気温と、現在の外気温とは、略同一と考えられ、さらに、現在の外気温と、吸入空気温、すなわち、吸入空気温度センサ１３７が検出した吸気温検出値Ｔａｒとは、略同一と考えられる。したがって、以下の式が成立する。

ΔＴ１＝Ｔｈ−Ｔａｒ
また、冷却水に与えられた熱量Ｑ２は、冷却水の上昇温度ΔＴ２と、冷却水の熱容量Ｃ２との積であるので、以下の式が成立する。

Ｑ２＝ΔＴ２＊Ｃ２
さらに、冷却水の上昇温度ΔＴ２は、現在の冷却水の温度と、ブロックヒータ４００が使用前の外気温と、の温度差である。ここで、上記のように、ブロックヒータ４００が使用前の外気温と、吸気温検出値Ｔａｒとは、略同一と考えられる。また、現在の冷却水の温度は、エンジン２０が使用されていないので、冷却水温センサ１３８が検出した冷却水温検出値ＴＨｗと、略同一と考えられる。したがって、以下の式が成立する。

ΔＴ２＝ＴＨｗ−Ｔａｒ
ここで、ブロックヒータ４００から、ヘッド隔壁２２７が受ける熱量Ｑ１と、冷却水が受ける熱量Ｑ２と、の比は、予め実験等によって求めておくことができる。例えば、ヘッド隔壁２２７が受ける熱量Ｑ１と、冷却水が受ける熱量Ｑ２と、の比を、２：１とすると、以下の式が成立する。

（Ｔｈ−Ｔａｒ）＊Ｃ１ ＝ ２＊（ＴＨｗ−Ｔａｒ）＊Ｃ２
ここで、ヘッド隔壁２２７の熱容量Ｃ１および冷却水の熱容量Ｃ２は分かっているので、ＥＣＵ１００は、冷却水温センサ１３８が検出した冷却水温検出値ＴＨｗと、吸入空気温度センサ１３７が検出した吸気温検出値Ｔａｒと、に基づいて、現在のヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを、推定することができる。

次に、本実施の形態における内燃機関の制御処理の動作について、図４に示すフローチャートを参照して、説明する。

なお、図４に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって、ＲＡＭを作業領域として実行される内燃機関の制御処理のプログラムの実行内容を表す。この内燃機関の制御処理のプログラムは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

図４に示すように、まず、ＥＣＵ１００は、エンジン２０が初回始動前か否かの判定を行う（ステップＳ１１）。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン初回始動フラグを確認し、エンジン初回始動フラグがオンであるかオフであるかを判定する。ここで、エンジン初回始動フラグとは、イグニッションのオンとともにオフとされ、イグニッションがオンとされ、初めてエンジン２０が始動されたときに、オンとなるフラグである。すなわち、エンジン初回始動フラグは、オンのときエンジン２０の初回始動後を示し、オフのときエンジン２０の初回始動前を示すものである。

ＥＣＵ１００は、エンジン２０が初回始動前でない、すなわち、エンジン初回始動フラグがオンであり、エンジン２０がすでに始動後である場合には（ステップＳ１１でＮＯと判定）、壁温推定初期値はすでに算出済みであるので、本内燃機関の制御処理を終了する。

一方、ＥＣＵ１００は、エンジン２０が初回始動前である、すなわち、エンジン初回始動フラグがオフであり、エンジン２０がまだ始動前である場合には（ステップＳ１１でＹＥＳと判定）、車両１０が停車中にブロックヒータ４００が使用されたか否かを推定する（ステップＳ１２）。具体的には、ＥＣＵ１００は、冷却水温センサ１３８に検出された冷却水検出値と、吸入空気温度センサ１３７に検出された吸気温検出値Ｔａｒと、を比較して、温度差が所定の温度より大きければ、ブロックヒータ４００が使用されたものと推定し、温度差が所定の温度以下であれば、ブロックヒータ４００が使用されなかったものと推定する。

ＥＣＵ１００は、車両１０が停車中にブロックヒータ４００が使用されなかったと推定した場合、すなわち、冷却水検出値と吸気温検出値Ｔａｒとの温度差が所定の温度以下であった場合（ステップＳ１２でＮＯと判定）、壁温推定初期値に、冷却水温センサ１３８に検出された冷却水検出値を代入して（ステップＳ１３）、本内燃機関の制御処理を終了する。

一方、ＥＣＵ１００は、車両１０が停車中にブロックヒータ４００が使用されたと推定した場合、すなわち、冷却水検出値と吸気温検出値Ｔａｒとの温度差が所定の温度より大きかった場合（ステップＳ１２でＹＥＳと判定）、壁温推定初期値に、冷却水温センサ１３８に検出された冷却水検出値と、以下の補正値を加算した値を代入して（ステップＳ１４）、本内燃機関の制御処理を終了する。

具体的には、ＥＣＵ１００は、ヘッド隔壁２２７の熱容量Ｃ１と、冷却水の熱容量Ｃ２と、冷却水温検出値ＴＨｗと、吸気温検出値Ｔａｒと、に基づいて、前述の式
（Ｔｈ−Ｔａｒ）＊Ｃ１ ＝ ２＊（ＴＨｗ−Ｔａｒ）＊Ｃ２
から、ヘッド隔壁２２７の初期温度Ｔｈを推定することができる。

なお、エンジン２０の始動後は、例えば、エンジン２０の運転状態から燃焼室２０１内のガス温度を推定し、燃焼ガスからヘッド隔壁２２７が受ける熱量およびヘッド隔壁２２７から冷却水が受ける熱量に基づいて、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈの変化量を算出し、上記推定したヘッド隔壁２２７の初期温度Ｔｈに、この算出した変化量を加算することにより、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを算出することができる。

以上のように、本実施の形態における内燃機関の制御装置は、冷却水がブロックヒータ４００から与えられた熱量と、ヘッド隔壁２２７と冷却水との受熱量の比と、によりヘッド隔壁２２７のブロックヒータ４００から与えられた熱量を算出し、冷却水温検出値ＴＨｗと、吸気温検出値Ｔａｒと、ヘッド隔壁２２７が与えられた熱量と、に基づいて、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを補正するので、ブロックヒータ４００によりエンジン２０が温められている場合であっても、エンジン２０のヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを正確に推定することができ、エンジン２０の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる。

また、本実施の形態における内燃機関の制御装置は、冷却水温検出値ＴＨｗと、吸気温検出値Ｔａｒとが、所定値以上乖離していることを条件に、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを補正するので、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈの補正をブロックヒータ４００によりエンジン２０のヘッド隔壁２２７が熱量を与えられている場合に限ることができ、不要な温度補正を防止することができ、エンジン２０の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態における内燃機関の制御装置は、エンジン２０の初期始動の検出前に、ヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを推定するので、エンジン２０の初期始動時からヘッド隔壁２２７の温度Ｔｈを正確に推定することができ、エンジン２０の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態における内燃機関の制御装置について、説明する。なお、本実施の形態における車両の構成については、第１の実施の形態における車両１０と同様の構成であるので、同一の構成部は同一の符号を付して、説明を省略する。

ここで、本発明の実施の形態における内燃機関の制御装置を備えた車両１０の特徴的な構成について、説明する。
ＥＣＵ１００は、ウォーターポンプ３１による冷却水の循環を制御することができるようになっている。また、ＥＣＵ１００は、上記冷却水の循環量を可変することができるようになっている。さらに、ＥＣＵ１００は、上記冷却水の循環量を、２つの値で切り替える、また、所定の条件に応じて所定量増減させる、あるいは、所定の割合で増減させることができるようになっている。

さらに、ＥＣＵ１００は、冷却水温検出値ＴＨｗと、吸入空気温検出値との乖離が大きいときには、小さいときに比べて、ウォーターポンプ３１による冷却水の循環量を増大させるようになっている。また、ＥＣＵ１００は、ウォーターポンプ３１による冷却水の循環量の可変を、エンジン２０の始動前に行うようになっている。なお、このＥＣＵ１００による冷却水の循環量の増大とは、冷却水の循環量が無い状態（循環オフ状態）から循環量が有る状態（循環オン状態）に移行させることも含むものである。すなわち、ＥＣＵ１００は、本発明における可変ポンプ制御手段を構成している。

次に、本実施の形態における車両の制御処理の動作について、図５に示すフローチャートを参照して、説明する。

なお、図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって、ＲＡＭを作業領域として実行される内燃機関の制御処理のプログラムの実行内容を表す。この内燃機関の制御処理のプログラムは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
また、各処理において、第１の実施の形態における処理と同様の処理については、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、まず、ＥＣＵ１００は、エンジン２０が初回始動前か否かの判定を行う（ステップＳ２１）。
ＥＣＵ１００は、エンジン２０が初回始動前でない場合には（ステップＳ２１でＮＯと判定）、壁温推定初期値はすでに算出済みであるので、本内燃機関の制御処理を終了する。

一方、ＥＣＵ１００は、エンジン２０が初回始動前である場合には（ステップＳ２１でＹＥＳと判定）、車両１０が停車中にブロックヒータ４００が使用されたか否かを推定する（ステップＳ２２）。

ＥＣＵ１００は、車両１０が停車中にブロックヒータ４００が使用されなかったと推定した場合（ステップＳ２２でＮＯと判定）、壁温推定初期値に、冷却水温センサ１３８に検出された冷却水検出値を代入して（ステップＳ２３）、本内燃機関の制御処理を終了する。

一方、ＥＣＵ１００は、車両１０が停車中にブロックヒータ４００が使用されたと推定した場合（ステップＳ２２でＹＥＳと判定）、ウォーターポンプ３１による冷却水の循環量を、予め与えられた循環量に増大補正する（ステップＳ２４）。

次いで、ＥＣＵ１００は、ウォーターポンプ３１による冷却水の循環量を増大補正してから、所定の時間経過したか否かを判定する（ステップＳ２５）。ＥＣＵ１００は、ウォーターポンプ３１による冷却水の循環量を増大補正してから、所定の時間経過していなければ（ステップＳ２５でＮＯと判定）、所定の時間経過するまで待つ。

一方、ＥＣＵ１００は、ウォーターポンプ３１による冷却水の循環量を増大補正してから、所定の時間経過したと判定した場合には（ステップＳ２５でＹＥＳと判定）、壁温推定初期値に、冷却水温センサ１３８に検出された冷却水検出値を代入して（ステップＳ２６）、本内燃機関の制御処理を終了する。

以上のように、本実施の形態における内燃機関の制御装置は、冷却水温検出値ＴＨｗと、吸気温検出値Ｔａｒとの乖離が大きいとき、エンジン２０のウォータージャケット２１内の温度やエンジン２０の特定部位の温度は不均一になっていると考えられるが、このような場合でも、早急に冷却水温を均一化させることができ、冷媒温検出値に基づくエンジン２０のヘッド隔壁２２７の温度の推定が可能となることで、エンジン２０の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる。

また、本実施の形態における内燃機関の制御装置は、ウォーターポンプ３１による冷却水の循環量の可変が、エンジン２０の始動前に行われるので、エンジン２０の始動前に冷却水の均一化が図られ、冷却水温検出値ＴＨｗに基づいてヘッド隔壁２２７の温度の推定を行うことができ、エンジン２０の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、温度推定を行う内燃機関の特定部位として、ヘッド隔壁２２７を例に説明したが、これに限らず、吸気ポート２２１の壁温であってもよい。また、温度推定を行う内燃機関の特定部位として、シリンダブロック２１０のブロック隔壁２１４とすることもできる。これらの場合も、上述した内燃機関の制御装置と同様の効果が得られる。

また、上述した実施の形態においては、内燃機関の特定部位に熱量が与えられる構成として、ブロックヒータ４００を用いる場合について例示したが、これに限られず、ヒートポンプやバーナー等による暖機手段や、熱交換手段、内燃機関およびその収容構造上の理由により自然状態で熱量が与えられる場合等であってもよい。

また、上述した実施の形態においては、１つのＥＣＵを有するものとして説明したが、これに限らず、複数のＥＣＵによって構成されるものであってもよい。例えば、エンジン２０の燃焼制御を実行するＥ−ＥＣＵ、トランスミッションの変速制御を実行するＴ−ＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、本実施の形態のＥＣＵ１００が構成されるものであってもよい。この場合、各ＥＣＵは、必要な情報を相互に入出力する。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の特定部位の温度を正確に推定することができ、内燃機関の機関制御を適切に行い、燃費や排気エミッションの制御精度を向上させることができるという効果を有し、ウォーターポンプにより循環された冷却水によって冷却される内燃機関の制御装置等として有用である。

１０ 車両
２０ エンジン（内燃機関）
２１ ウォータージャケット
３１ ウォーターポンプ（可変ポンプ）
３２ ラジエータ
３３ サーモスタット
３４ ヒータ
３５ 電子スロットル
４１ 第１循環通路
４２ 第２循環通路
４３ 第３循環通路
１００ ＥＣＵ（特定部位温推定手段、初期始動検出手段、可変ポンプ制御手段）
１３１ クランク角センサ
１３２ 駆動軸回転数センサ
１３３ アクセル開度センサ
１３５ スロットル開度センサ
１３６ 吸入空気量センサ
１３７ 吸入空気温度センサ（室外温度検出手段）
１３８ 冷却水温センサ（冷媒温度検出手段）
２０１ 燃焼室
２１０ シリンダブロック
２１１ ピストン
２１３ クランクシャフト
２１４ ブロック隔壁
２２０ シリンダヘッド
２２１ 吸気ポート
２２２ 排気ポート
２２３ 吸気バルブ
２２４ 排気バルブ
２２７ ヘッド隔壁
３１１ 吸気管
３２１ 排気管
４００ ブロックヒータ

Claims (2)

1. 冷媒を循環させるとともに循環量を可変することができる可変ポンプによって前記冷媒が循環されることにより冷却される内燃機関の制御装置において、
   前記冷媒の温度を冷媒温検出値として検出する冷媒温度検出手段と、
   前記内燃機関の燃焼室外の温度を室外温検出値として検出する室外温度検出手段と、
   前記内燃機関の特定部位の温度を、前記冷媒温検出値に基づいて推定する特定部位温推定手段と、を備え、
   前記特定部位温推定手段は、前記冷媒が燃焼室外から与えられた熱量と、前記特定部位と前記冷媒との受熱量の比と、により前記特定部位の前記燃焼室外から与えられた熱量を算出し、前記冷媒温検出値と、前記室外温検出値とが、所定値以上乖離していることを条件に、前記冷媒温検出値と、前記室外温検出値と、前記特定部位が与えられた熱量と、に基づいて、前記特定部位の温度を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の初期始動を検出する初期始動検出手段を備え、
   前記特定部位温推定手段は、前記初期始動検出手段による前記内燃機関の初期始動の検出前に、前記特定部位の温度を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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