JP6537655B1 - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の本体に温度センサを配置しなくとも、内燃機関の本体温度を低コストで精度よく推定できる内燃機関の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出し、予め設定された第１時点及び第２時点でそれぞれ検出された吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、始動の際における内燃機関の本体温度の推定に用いられる個体値を決定する内燃機関の制御装置及び制御方法。【選択図】図２

Description

本願は、内燃機関の制御装置及び制御方法に関する。

従来、車両には、ＥＣＵと呼ばれる電子制御装置が搭載されている。ＥＣＵは、主にマイコンを用いて構成されており、運転に関わる車両用内燃機関の動作等を制御している。そのような内燃機関の動作制御には、様々なパラメータが関与している。制御に関与するパラメータの１つとして、内燃機関の温度情報が知られている。

内燃機関の本体に専用の温度センサを配置してその専用温度センサの測定結果を用いて内燃機関の制御をＥＣＵが行うフィードバック制御の場合、専用温度センサの測定時刻からＥＣＵの応答時刻への遅れが生じることから、適切な内燃機関の制御が困難である。

そこで、特許文献１では、内燃機関の起動の際における内燃機関の本体温度と、任意の時間の吸気管の温度と、シミュレーション用のモデルと、を用いて、その任意の時間における内燃機関の本体温度を推定する手法が提案されている。また特許文献１では、内燃機関の起動の際における内燃機関の本体温度を知るために、内燃機関の本体の筐体に専用の温度センサを設置して内燃機関の本体温度を直接的に検知する直接検知構成と、筐体ではないが内燃機関の本体の一部にあるエンジンオイルの温度または冷却水の温度を直接検知し、そのエンジンオイル温度または冷却水温度に基づく温度推定によって内燃機関の本体温度を間接的に検知する間接検知構成とが提案されている。

さらに、その吸気管の温度の推定について、特許文献２では、内燃機関の起動の際における吸気管内の温度と大気温度とが一致すると仮定し、内燃機関のシリンダ内の圧力と内燃機関の周囲にある大気温度とに基づき吸気管の温度を推定する温度推定方法が提案されている。

また、特許文献３では、クランク角センサのコイル抵抗の変化率から換算した温度を、内燃機関の仮想温度の初期値に設定し、仮想温度を順次変更しながら仮想温度に対応する燃料噴射指令を繰り返し、内燃機関の回転速度変化を検知することで、始動の際の実温度を探索しながら、内燃機関を始動させる手法が開示されている。

特開２００５−８３２４０号公報 特開２００６−１３２５２６号公報 特開２０１５−６３９１８号公報

しかしながら、内燃機関の本体温度を推定する従来の方法を用いた場合、比較的低コストで精度よく内燃機関の制御を行なうことが困難であった。

例えば、特許文献１の直接検知構成を用いた場合、内燃機関の本体の温度上昇に耐え得る耐熱性の温度センサを準備する必要があり、内燃機関の本体の表面にその耐熱性温度センサ取付用の穴あけなどの加工を行う必要が生じる。そのため、配線および部品の増大によって、製造コストおよび作業負担の増大を招く虞がある。また、特許文献１の間接検知構成の場合にも、エンジンオイルまたは冷却水の温度上昇に耐えうる耐熱性の温度センサを準備する必要があり、その耐熱性温度センサ取付作業を行う必要が生じる。そのため、配線および部品の増大によって、製造コストおよび作業負担の増大を招く虞がある。したがって、部品ならびに製造コストが高止まりする虞がある。

また、特許文献２の温度推定方法では、内燃機関の起動の際における吸気管内の温度と大気温度とが一致すると仮定している。そのため、内燃機関を停止させてから内燃機関を起動するまでの時間間隔が変化すると、仮定範囲にばらつきが見られ、温度推定精度が悪化する。したがって、特許文献２の温度推定方法を用いて推定した吸気管の温度を用いて特許文献１に基づく温度推定を行った場合、内燃機関の本体温度の推定精度がさらに悪化する虞がある。

例えば、特許文献３の温度推定方法では、起動前の内燃機関の実温度と仮想温度が乖離している場合が多く、内燃機関の実温度を探索するために余分な燃料噴射が必要になるなどの問題があった。また、低温時のおける噴霧は、燃料が液体のまま付着し、温度上昇後に気化されることで、一時的な燃料リッチ状態が生じ、燃焼が不安定になる、また、未燃ガスが生成するなど、排ガス組成に影響を及ぼす虞がある。

本願は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、内燃機関の本体温度を低コストで精度よく推定できる内燃機関の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本願に係る内燃機関の制御方法は、内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出ステップと、
排気行程、吸気行程、圧縮行程、及び膨張行程を含んだサイクルのうちの前記圧縮行程内に予め設定された第１時点、及び前記圧縮行程内において前記第１時点よりも後に予め設定された第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度の推定に用いられる個体値を決定する個体値決定ステップと、を実行するものである。

また、本願に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出部と、
排気行程、吸気行程、圧縮行程、及び膨張行程を含んだサイクルのうちの前記圧縮行程内に予め設定された第１時点、及び前記圧縮行程内において前記第１時点よりも後に予め設定された第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度の推定に用いられる個体値を決定する個体値決定部と、を備えたものである。

また、本願に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出部と、
前記吸気管に吸入される外気の温度である外気温を検出する外気温検出部と、
予め設定された第１時点及び第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、個体値を決定する個体値決定部と、
前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記回転速度、前記外気温、予め設定された第３時点及び第４時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第３圧力及び第４圧力、及び前記個体値に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度を推定する本体温度推定部と、
始動の際の前記本体温度に基づいて前記内燃機関を制御する機関制御部と、を備え、
前記本体温度推定部は、始動の際の前記本体温度をＴｅ０とし、前記回転速度をＮｅとし、前記外気温をＴ０とし、前記第３圧力をＰ３とし、前記第４圧力をＰ４とし、前記個体値をＡとし、予め設定された４つの定数をそれぞれＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、
Ｔｅ０＝Ａ×（Ｐ４／Ｐ３−Ｂ） ^Ｃ ×Ｔ０ ^Ｄ ×Ｎｅ ^Ｅ
の算出式により始動の際の前記本体温度を推定するものである。

同じ仕様の内燃機関であっても、スロットルバルブの閉止度合等の個体差によって、始動の際の吸気圧の挙動にばらつきが生じる。そのため、吸気圧の情報に基づいて、始動の際の内燃機関の本体温度を推定しようとすると、推定誤差が生じる場合がある。本願に係る内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、始動の際の吸気圧の情報に基づいて個体値が決定されるので、内燃機関の個体差を学習することができる。この際、第１時点と第２時点との２つの時点の吸気圧の情報を用いるので、個体差により生じる吸気圧の挙動差を精度よく検知でき、個体値の決定精度を高めることができる。そして、温度センサを設けなくても、決定された個体値を用いて、低コストで精度よく内燃機関の本体温度を推定することができる。よって、本願に係る制御装置及び制御方法によれば、内燃機関の個体差の影響を受けることなく、内燃機関の本体温度を低コストで精度よく推定することが可能となる。

実施の形態１に係る内燃機関及び制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る始動の際の吸気圧の挙動しめすタイミングチャートである。 実施の形態１に係る吸気圧と本体温度との相関を表す特性図である。 実施の形態１に係る個体差による吸気圧の挙動差を示すタイミングチャートである。 実施の形態１に係る吸気圧の圧力差と個体値との相関を表す特性図である。 実施の形態１に係る個体値の決定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１に係る本体温度の推定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る第１圧力、第２圧力の検出時点を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る吸気圧の圧力差と個体値との相関を表す特性図である。 実施の形態２に係る個体値の決定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３に係る第１圧力、第２圧力の検出時点を示すタイミングチャートである。 実施の形態４に係る第５圧力、第１圧力、第２圧力の検出時点を示すタイミングチャートである。 実施の形態４に係る個体値の決定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態５に係る本体温度の推定処理を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願が開示する制御装置および制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本願が限定されるものではない。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る内燃機関の制御装置１２１（以下、単に制御装置１２１と称す）及び内燃機関の制御方法について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関１００及び制御装置１２１の概略構成図である。内燃機関１００及び制御装置１２１は、車両に搭載され、内燃機関１００は、車両（車輪）の駆動力源となる。

１−１．内燃機関の構成
内燃機関１００は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４サイクルを１燃焼サイクルとして行う４サイクル機関とされている。内燃機関１００は、ガソリン内燃機関である。内燃機関１００は、空気と燃料の混合気を燃焼する燃焼室１０５を有している。燃焼室１０５は、シリンダ及びピストン１１３により構成されている。シリンダは、シリンダの壁面を構成するシリンダブロック１２２と、シリンダの頂部を構成するシリンダヘッド１２３とにより構成されている。

内燃機関の本体１００ａは、シリンダブロック１２２、ピストン１１３、及びシリンダヘッド１２３等の燃焼室１０５を構成する部分である。

内燃機関１００は、燃焼室１０５に空気を供給する吸気通路１０１と、燃焼室１０５で燃焼した排気気体を排出する排気通路１１７とを備えている。吸気通路１０１には、上流側から、エアフィルタ１０２、スロットルバルブ１０３、吸気圧センサ１０４が設けられている。吸気圧センサ１０４は、スロットルバルブ１０３より下流側の吸気通路１０１である吸気管１０１ａ内の気体の圧力に応じた信号を出力する。吸気圧センサ１０４の出力信号は、制御装置１２１に入力される。吸気通路１０１には、スロットルバルブ１０３を迂回してスロットルバルブ１０３の上流側と下流側とを連通するバイパス流路１０６と、バイパス流路１０６の開度を調整するアイドルスピードコントロールバルブ１０７と、が設けられている。１つの吸気管１０１ａは、１つの燃焼室１０５に接続されている。

吸気管１０１ａにおける、吸気圧センサ１０４よりも下流側には、燃料を吸気ポート近傍に噴射するインジェクタ１１０が設けられている。インジェクタ１１０には、燃料タンク１０９から燃料ポンプ１０８によって汲み上げられた燃料が供給される。インジェクタ１１０は、制御装置１２１から出力された信号により駆動される。

燃焼室１０５の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグ１１２が設けられている。点火プラグ１１２の電極は、燃焼室１０５内に露出している。点火プラグ１１２には、制御装置１２１から点火コイル等を介して点火エネルギが供給される。また、燃焼室１０５の頂部（シリンダヘッド１２３）には、吸気通路１０１から燃焼室１０５内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１１１と、燃焼室１０５内から排気通路１１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１１６と、が設けられている。

ピストン１１３は、コンロッド１１４を介して、クランク軸１１５に連結されている。クランク軸１１５の回転に応じて、ピストン１１３がシリンダ内を上下に往復運動する。燃焼室１０５のクランク軸１１５付近には、クランク軸１１５の回転に応じた信号を出力するクランク角センサ１１８が設けられている。クランク角センサ１１８の出力信号は、制御装置１２１に入力される。排気通路１１７の下流側には、三元触媒１１９が設けられている。また、排気通路１１７における三元触媒１１９の上流には、排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力するＯ２センサ１２０が設けられている。Ｏ２センサ１２０の出力信号は、制御装置１２１に入力される。

スロットルバルブ１０３は、吸気通路１０１を開閉する弁である。スロットルバルブ１０３の開度の変化により、吸気管１０１ａを介して燃焼室１０５に供給される空気量が調整される。運転者によるアクセル（不図示）の操作量に応じて、スロットルバルブ１０３の開度が変化する。アイドルスピードコントロールバルブ１０７は、内燃機関１００のアイドリング運転時に、内燃機関１００の回転速度を制御するために、バイパス流路１０６を流れる空気流量を調節する。

インジェクタ１１０は、吸気バルブ１１１の手前にて、吸気管１０１ａを流通した空気に燃料を噴射して混合気を形成する。吸気バルブ１１１は、形成された混合気を燃焼室１０５に供給する。燃焼室１０５に設けられた点火プラグ１１２は、燃焼室１０５に供給された混合気に対して放電火花によって着火を行い、混合気を燃焼する。混合気の燃焼によって、外部へ仕事がなされる。具体的には、ピストン１１３及びコンロッド１１４を介してクランク軸１１５が回転し、混合気の燃焼から回転エネルギが取り出される。なお排気バルブ１１６は、混合気の燃焼によって生じた排気ガスを開動作によって排気通路１１７に排出する。

クランク軸１１５と一体回転するロータの外周部には、周方向に所定の間隔で設けられた複数の突起が設けられており（不図示）、クランク角センサ１１８は、これらの突起がこのクランク角センサ１１８を横切る時に、矩形状のクランク信号を出力する。本実施の形態では、複数の突起は、クランク軸１１５の回転角度で３０度ごとに設けられている。なお、突起には、所定の箇所に欠け歯（突起がない箇所）が設けられており、クランク軸１１５が最大で３６０度回転すれば、ピストン１１３の位置を制御装置１２１が判別することができる。これにより、ピストン１１３が上死点及び下死点の位置にあることを、制御装置１２１が認識することができる。

４サイクル機関であれば、吸気圧センサ１０４からの情報とピストン１１３の位置を合せることで、制御装置１２１は、内燃機関１００の４行程（吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程）の判別と、ピストン１１３の詳細な位置とを認識することできる。この結果、ピストン１１３の位置に応じて、制御装置１２１からインジェクタ１１０に燃料噴射の指令をだすことで、制御装置１２１が燃料噴射量及び空燃比など内燃機関１００の制御を行う。

１−２．制御装置の構成
制御装置１２１は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図２に示すように、制御装置１２１は、吸気圧検出部５１、回転速度検出部５２、外気温検出部５３、固有値決定部５４、本体温度推定部５５、及び機関制御部５６等の制御部を備えている。制御装置１２１の各制御部５１〜５６等は、制御装置１２１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１２１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置、及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶装置が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０からの制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置１２１が備える各制御部５１〜５６等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１２１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１〜５６等が用いる個体値特性データ、定数、判定圧力等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。

本実施の形態では、入力回路９２には、吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８、Ｏ２センサ１２０、及び外気温センサ１２５等が接続されている。出力回路９３には、インジェクタ１１０、及び点火プラグ１１２等が接続されている。

制御装置１２１は、各種のセンサの出力信号等に基づいて内燃機関１の各種の運転状態を検出する。例えば、制御装置１２１は、クランク角センサ１１８等の出力信号に基づいて内燃機関の回転速度及びクランク角度を検出する。制御装置１２１は、吸気圧センサ１０４等の出力信号に基づいて、内燃機関の４行程を判断する。制御装置１２１は、Ｏ２センサ１２０からの出力信号に基づいて、燃焼室１０５に充填された吸入空気量を算出する。制御装置１２１は、基本的な制御として、検出した運転状態に基づいて、燃料噴射量等を算出し、インジェクタ１１０等を駆動制御する。

＜クランキング開始後の吸気圧変化＞
図４の模式図を用いて、クランキング開始後の吸気管１０１ａ内の吸気圧の変化を説明する。横軸はピストンの位置を示すピストンクランク番号を示し、縦軸は吸気管１０１ａ内の気体の圧力である吸気圧を示している。ここで、ピストンクランク番号は、クランク角センサ１１８で検知される３０度ごとに設けられた突起を順番に表したものである。

クランク軸の回転が停止し、制御装置１２１への電力供給が停止された電源ＯＦＦ時は、ＲＡＭに記憶されていた各種センサの入力情報は消失する。制御装置１２１の電源がＯＮになったとき、各種センサが動作を開始し、各種センサの出力信号が制御装置１２１に入力される。このとき、吸気管１０１ａ内の吸気圧は大気圧と等しくなっているため、吸気圧センサ１０４により検出された吸気圧は、大気圧の情報として扱うことができる。

その後、内燃機関１００を始動させるために、セルモータに通電され、クランク軸を停止状態から回転させるクランキングが開始する。制御装置１２１は、クランキングの開始後、クランク角センサ１１８及び吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて、上述したように、クランク角度を検出し、４サイクルのいずれの行程であるか判別を行う。

吸気行程では、ピストン１１３が上死点から下死点に向かって下がり、吸気バルブ１１１が開となり、排気バルブ１１６が閉となることから、吸気管１０１ａ内にある気体が燃焼室１０５内に導入され、吸気管１０１ａ内の吸気圧は大気圧よりも低い負圧になる。

下死点を通過すると、吸気バルブ１１１が閉止されその後、圧縮行程へと移行する。圧縮行程では、ピストン１１３が下死点から上死点に向かって上がり、燃焼室１０５内に導入された気体は、燃焼室１０５内でピストン１１３の上昇に伴って圧縮される。吸気及び排気バルブ１１６は閉止したまま、膨張行程となり、ピストン１１３が上死点から下死点に向かって下がる。その後、下死点付近で排気バルブ１１６が開放され、排気行程となり、ピストン１１３が下死点から上死点に向かって上がり、燃焼室１０５内の気体が排気管に排出される。

一方、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程では、吸気バルブ１１１が閉止され、スロットルバルブ１０３が閉止された状態になっている。この時、スロットルバルブ１０３及びアイドルスピードコントロールバルブ１０７の隙間から吸気管１０１ａに外気が流入し、吸気管１０１ａ内の吸気圧は、大気圧に向かって上昇していく。なお、燃料噴射が開始されるまでは、吸気圧の変化は、ピストン１１３の上下運動、バルブの開閉、スロットルバルブ１０３等の隙間により生じる。

＜吸気圧による始動の際の本体温度の推定原理＞
始動の際の内燃機関の本体１００ａの温度（以下、始動の際の本体温度と称す）は、内燃機関１００を制御する上で、非常に重要なパラメータである。燃焼が開始する前の始動の際の本体温度は、外気温、それ以前の内燃機関１００の停止時の運転状態、及び停止からの経過時間によって異なる。始動の際の本体温度が低いと、噴射燃料の気化率が低いため、燃料噴射量を増加させないと、燃焼が良好に開始しないおそれがある。

そこで、内燃機関１００において、燃料噴射を開始する前の吸気圧に着目し、内燃機関１００の完全停止後、異なる経過時間を想定した試験を実施した。具体的には、同一仕様の２台の単気筒のガソリン内燃機関を用いて、５種類の内燃機関の本体の温度（２５℃、６０℃、８０℃、１００℃、１１５℃）を設定し、クランキングを開始してから燃料噴射を開始するまでの吸気圧について調べた。このとき、内燃機関の設置環境は、３種類の外気温（５℃、２５℃、４０℃）ならびに２種類の外気圧（１０１ｋＰ、０．８９ｋＰ）とした。

内燃機関１００の電源をＯＮにすると、内燃機関１００に設けられた吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８、Ｏ２センサ１２０、及び外気温センサ１２５の出力信号が制御装置１２１に入力される。このとき、吸気管１０１ａ内の吸気圧は、大気圧を示すことから、内燃機関の周囲環境圧力（第３圧力Ｐ３）が分かる。次に、内燃機関１００が始動操作を開始する。つまりセルモータ等がクランク軸１１５を回転させ、ピストンが移動し始める。それまでの間は、吸気管１０１ａの圧力はほぼ大気圧を示す。

そして、吸気行程になると、吸気管１０１ａ内の気体が燃焼室１０５に引き込まれることから、吸気圧は、大気圧から約４０ｋＰ程度まで低下する。この吸気行程における圧力変化は比較的速く、同一の内燃機関１００においては、始動の際の本体温度の温度差に対して圧力変化の差異を見出すことはできなかった。一方、圧縮行程に設定された時点（第４時点）の吸気圧（第４圧力Ｐ４）と、始動の際の本体温度とに相関が見られた。本例では、第４時点は、吸気行程と圧縮行程との間の下死点後の２つ目のピストンクランク番号（下死点後６０度）に設定されている。なお、本願において、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の各行程は、上死点と下死点との間の期間に対応しているものとする。

これらの実験データを基にして、実験式の導出を試みた。ここで、吸気圧は、外気圧及び外気温の影響を受ける。また、吸気管１０１ａ内に流入し、吸気管１０１ａから燃焼室１０５に流入する気体の移動速度は、内燃機関の回転速度に依存する。そこで、パラメータとして本体温度、外気温、及び外気圧を変化させた実験を行い、これらのパラメータを考慮した式（１）の実験式を得た。
Ｔｅ０＝Ａ×（Ｐ４／Ｐ３−Ｂ）^Ｃ×Ｔ０^Ｄ×Ｎｅ４^Ｅ （１）

ここで、Ｔｅ０は、始動の際の内燃機関の本体温度であり、Ｐ３は、大気圧（第３圧力）であり、Ｐ４は、代表吸気圧（第４圧力）であり、Ｔ０は外気温であり、Ｎｅ４は、内燃機関の回転速度であり、Ａは、個体値であり、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、定数である。内燃機関の回転速度は、第４圧力Ｐ４を取得したタイミングでの値とした。

図５に、第４圧力Ｐ４と、始動の際の本体温度Ｔｅ０の相関を示す模式図を示しているが、これにより、吸気圧の情報により、始動の際の本体温度を一意的に推定できることが確認された。

＜個体差による推定誤差＞
次に、同一仕様の内燃機関の個体差を調べるため、同一環境条件下で同一仕様の２台の内燃機関（内燃機関Ｘ及び内燃機関Ｙ）の比較試験を実施した。図６に、代表的な吸気圧の挙動を示す。いずれの温度条件においても、吸気行程と圧縮行程との間の下死点の前後、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程において、２台の内燃機関の吸気圧の挙動に差異が見られた。具体的には、吸気行程と圧縮行程との間の下死点での吸気圧が小さい程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程での圧力回復は遅くなり、同一ピストンクランク角番号における吸気圧が小さいことが分かった。つまり、同一仕様であっても内燃機関に個体差があるため、上記式（１）の推定手法では、推定誤差が生じることが分かった。

この要因を分析した結果、個体によって、スロットルバルブ１０３の閉止度合い、又はアイドルスピードコントロールバルブ１０７の開度が異なっており、吸入空気の抵抗が異なるためであると考えられる。言い換えると、同じ仕様の内燃機関であっても、部品精度及び組み立て精度などによって、アイドルスピードコントロールバルブ１０７の開度度合い、及びスロットルバルブ１０３の閉止度合いが微妙に異なると、吸気圧の挙動が変動することが分かった。

内燃機関Ｘと内燃機関Ｙは同一仕様であるが、本体の温度及び周囲環境を変化させた実験条件において、式（１）から本体温度を推定すると、推定値と測定値に４０℃以上の差異がみられた。これは、前述のようにスロットルバルブ１０３又はアイドルスピードコントロールバルブ１０７の周辺における吸気抵抗が変わったことが主要因であると推定される。

＜個体値の調整＞
そこで、個体値Ａを一定値でなく、内燃機関の個体毎に、フィッティングさせることを検討した。個体毎に個体値Ａを別の値に設定することで、始動の際の本体温度及び周囲環境を変化させても、始動の際の本体温度の推定値と測定値とがよく一致することを見出した。

図６を詳細に見ると、吸気行程と圧縮行程との間の下死点から、圧縮行程を経て膨張行程に到るまでの間で、クランク角番号に対する吸気圧の変化率に差異がある。これは、圧縮行程及び膨張行程では、負圧が大きくなった吸気管内に、スロットルバルブ１０３の隙間及びアイドルスピードコントロールバルブ１０７を通って、空気が比較的大量に流れ込んでいる状態であり、スロットルバルブ１０３の隙間面積及びアイドルスピードコントロールバルブ１０７の開口面積の個体差が、吸気圧の変化率の差異となって表れるためだと推察される。

そこで、圧縮行程の前半に設定された時点（第１時点）の吸気圧（第１圧力Ｐ１）を検出する。本例では、第１時点は、吸気行程と圧縮行程との間の下死点後の２つ目のピストンクランク番号（下死点後６０度）に設定されている。また、第１時点より後の圧縮行程に設定された時点（第２時点）の吸気圧（第２圧力Ｐ２）を検出する。本例では、第２時点は、圧縮行程と膨張行程との間の上死点前の２つ目のピストンクランク番号（上死点前６０度）に設定されている。

図７は、横軸に、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力差を示し、縦軸に、個体値Ａを示した特性図である。所定のクランク角度間の圧力差（圧力変化量）が大きくなるほど、個体値Ａが大きくなる関係が認められた。つまり、個体値Ａは、スロットルバルブ１０３の隙間面積及びアイドルスピードコントロールバルブ１０７の開口面積と相関があること示唆している。

個体値Ａは、内燃機関１００の各部の温度が安定している定常条件下において、例えば、内燃機関の出荷前の検査段階及び調整段階において、決定される。ここで、内燃機関１００の各部の温度の定常条件下とは、例えば、内燃機関が停止したままで、各部の温度と周囲温度がほぼ一致するような条件をいう。第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力差（｜Ｐ２−Ｐ１｜）と、個体値Ａとの関係が予め設定された個体値特性データを参照し、個体値Ａを決定する。決定した個体値Ａは、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性の記憶装置に記憶される。これにより、内燃機関１００の個体差があった場合でも、始動の際の本体温度を精度よく推定することが可能となる。

＜個体値の決定処理＞
次に、個体値Ａを決定する一連の処理について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。制御装置１２１は、予め設定された個体値決定の実行条件が成立した場合に、図８のフローチャートの処理を実施する。例えば、出荷前の検査時、及び点検時等において個体値Ａを決定するために、制御装置１２１は、個体値決定を指令するスイッチがオンにされた場合、又は外部のメンテナンス装置からの通信により、個体値決定の実行が指令された場合に、個体値決定の実行条件が成立したと判定する。或いは、スロットルバルブ１０３の閉止度合い、及びアイドルスピードコントロールバルブ１０７の開度の経時的な変化に対応するために、制御装置１２１は、外気温と内燃機関の本体温度が一致していると判定した場合、例えば、内燃機関の停止後予め設定された時間が経過した場合に、個体値決定の実行条件が成立したと判定する。

ステップＳ００１において、内燃機関１００の電源がＯＦＦからＯＮに切り替わり、制御装置１２１及び各種センサに電力が供給されると、ステップＳ００２へと進む。ステップＳ００２において、吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８、及び外気温センサ１２５等の各種のセンサの動作が開始する。

ステップＳ００３において、外気温検出部５３は、外気温Ｔ０を検出する。外気温検出部５３は、外気温センサ１２５の出力信号に基づいて外気温Ｔ０を検出してもよいし、外気温センサ１２５以外の他のセンサの情報を利用して、間接的に外気温Ｔ０を推定してもよい。

次に、ステップＳ００４において、制御装置１２１は、セルモータへの通電を開始し、クランク軸を停止状態から回転させるクランキングを開始する。ステップＳ００５において、吸気圧検出部５１は、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて、予め設定された第１時点及び第２時点で吸気圧を検出する。吸気圧検出部５１は、第１時点で検出した吸気圧を、第１圧力Ｐ１に設定し、第２時点で検出した吸気圧を、第２圧力Ｐ２に設定する。

本実施の形態では、第１時点は、クランク軸の回転開始後の最初の４サイクルにおける圧縮行程の前半に予め設定されたクランク角度（本例では、下死点後６０度）の時点とされている。第２時点は、クランク軸の回転開始後の最初の４サイクルにおける、第１時点よりも後の圧縮行程に予め設定されたクランク角度（本例では、上死点前６０度（下死点後１２０度））の時点とされている。

第１時点を、下死点後６０度にしたのは、下死点を通過しても瞬時に吸気バルブが完全に閉止しないので、閉止時点の遅れにより、一旦燃焼室１０５に吸入された空気が吸気管に逆流する可能性を排除するためである。勿論、吸気バルブの開閉タイミングは、内燃機関１００の設計によって変更されることが考えられることから、第１時点は、下死点後６０度に限定されず、圧縮行程の前半において、外乱が少なくなる適切なクランク角度の時点に設定されてもよい。また、第２時点は、上死点前６０度に設定されたが、第１時点よりも後の圧縮行程において、クランク角度の変化に対する吸気圧力の変化量が大きくなる適切なクランク角度の時点に設定されてもよい。

ステップＳ００６において、固有値決定部５４は、第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２に基づいて、始動の際の本体温度の推定に用いられる個体値Ａを決定する。本実施の形態では、固有値決定部５４は、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力差に基づいて、個体値Ａを決定する。具体的には、固有値決定部５４は、圧力差と個体値Ａの関係が予め設定された図７に示すような個体値特性データを参照し、今回算出した第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力差（｜Ｐ２−Ｐ１｜）に対応する個体値Ａを算出する。

異なる外気温Ｔ０の条件でも個体値Ａの決定精度を高めるために、固有値決定部５４は、第１圧力Ｐ１、第２圧力Ｐ２、外気温Ｔ０、及び個体値Ａに基づいて、個体値Ａを決定するように構成されている。この場合は、個体値特性データは、圧力差と個体値Ａとの関係が、複数の異なる外気温Ｔ０毎に設定されているとよい。

そして、ステップＳ００７において、固有値決定部５４は、決定した個体値Ａを、制御装置１２１のＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の記憶装置に記憶する。これにより、次回以降の始動の際においても、不揮発性の記憶装置に記憶された個体値Ａを用いて、始動の際の本体温度の推定を行うことができる。

本実施の形態では、本体温度が外気温Ｔ０と同じになっていると仮定し、外気温Ｔ０を用いて、個体値Ａを決定したが、外気温Ｔ０の代わりに、検査用に内燃機関の本体に設けた温度センサからの温度情報を用いて、個体値Ａを決定してもよい。この場合、他の検査工程等と組み合わせることで、作業効率が向上するなどの効果が得られる。

＜始動の際の本体温度の推定処理＞
次に、始動の際の本体温度を推定する一連の処理について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１０１において、内燃機関１００の電源がＯＦＦからＯＮに切り替わり、制御装置１２１及び各種センサに電力が供給されると、ステップＳ１０２へと進む。ステップＳ１０２において、吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８、及び外気温センサ１２５等の各種のセンサの動作が開始する。

ステップＳ１０３において、吸気圧検出部５１は、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて検出した吸気圧を、第３圧力Ｐ３として設定する。すなわち、本実施の形態では、第３時点は、電源ＯＮ後、クランク軸が回転し始めるまでの時点に設定されている。

ステップＳ１０４において、外気温検出部５３は、外気温Ｔ０を検出する。上述したように、外気温検出部５３は、外気温センサ１２５の出力信号に基づいて外気温Ｔ０を検出してもよいし、外気温センサ１２５以外の他のセンサの情報を利用して、間接的に外気温Ｔ０を推定してもよい。

次に、ステップＳ１０５において、制御装置１２１は、セルモータへの通電を開始し、クランク軸を停止状態から回転させるクランキングを開始する。ステップＳ１０６において、吸気圧検出部５１は、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて、クランク軸の回転開始後に予め設定された第４時点で吸気圧を検出する。吸気圧検出部５１は、第４時点で検出した吸気圧を、第４圧力Ｐ４に設定する。本実施の形態では、第４時点は、クランク軸の回転開始後の最初の４サイクルにおける圧縮行程に予め設定されたクランク角度（本例では、下死点後６０度）の時点とされている。

なお、第４時点は、下死点後６０度に限定されず、圧縮行程又は膨張行程において、外乱が少なくなる適切なクランク角度の時点に設定されてもよい。

ステップＳ１０７において、回転速度検出部５２は、第４時点における内燃機関（クランク軸）の回転速度Ｎｅ４を検出する。例えば、回転速度検出部５２は、第４時点の前後における、ピストンクランク番号の変化周期、及び対応するクランク角度間隔に基づいて、回転速度Ｎｅ４を算出する。

ステップＳ１０８において、本体温度推定部５５は、回転速度Ｎｅ４、外気温Ｔ０、第３圧力Ｐ３及び第４圧力Ｐ４、及び個体値Ａに基づいて、始動の際の本体温度Ｔｅ０を推定する。本実施の形態では、本体温度推定部５５は、式（１）を用いて、始動の際の本体温度Ｔｅ０を推定する。この際、本体温度推定部５５は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の記憶装置から、個体値Ａ、及び予め設定された４つの定数Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを読み出し、式（１）の算出に用いる。なお、始動の際の本体温度Ｔｅ０は、電源ＯＮ後、クランキングを開始し、燃焼が開始するまでの期間における本体温度である。

ステップＳ１０９において、機関制御部５６は、始動の際の本体温度Ｔｅ０に基づいて内燃機関を制御する。本実施の形態では、機関制御部５６は、始動の際の本体温度Ｔｅ０に基づいて始動の際の燃料噴射量を変化させる。機関制御部５６は、始動の際の本体温度Ｔｅ０の推定終了後に、燃料噴射制御及び点火制御を開始する。例えば、機関制御部５６は、始動の際の本体温度Ｔｅ０の推定終了後の最初の排気行程において１回目の燃料噴射を行う。

始動の際の本体温度Ｔｅ０が低下するに従って、噴射燃料の気化率が低下し、燃焼に用いられる燃料が不足する。そこで、機関制御部５６は、始動の際の本体温度Ｔｅ０が低下するに従って、燃料噴射量を増加させる。例えば、機関制御部５６は、始動の際の本体温度Ｔｅ０が、予め設定された第１基準温度よりも低い場合は、燃料噴射量を基準噴射量よりも増加させる。一方、機関制御部５６は、始動の際の本体温度Ｔｅ０が、予め設定された第２基準温度よりも高い場合は、噴射した燃料はほぼ気化することから、燃料噴射量を基準噴射量に設定する。

ここで、始動の際の本体温度Ｔｅ０が第１基準温度より低い場合は、２回目以降の燃料噴射において、それ以前の燃料噴射により吸気管１０１ａの内部に付着した燃料が燃焼室１０５に供給され、燃焼される燃料が増加すると考えられる。そのため、機関制御部５６は、２回目以降の燃料噴射量を、１回目の燃料噴射量から段階的に低減してもよい。或いは、本体温度推定部５５は、クランク軸の回転開始後の２回目以降の４サイクルにおいても、本体温度の推定を継続し、機関制御部５６は、本体温度が第３基準温度を超えたときに、燃料噴射量を低減してもよい。

以上で説明した構成により、内燃機関の本体温度を検出するための専用のセンサ、配線、及び熱電変換器等を設けなくとも、内燃機関の個体差を学習した個体値、並びに吸気圧、外気温、及び回転速度の測定結果に基づいて、本体温度を精度よく推定することができる。そして、推定した本体温度に基づいて始動の際の燃料噴射量を適切化する等、内燃機関を良好に制御することができる。

２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る内燃機関の制御装置１２１及び内燃機関の制御方法について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置１２１及び制御方法の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、実施の形態１と第１時点及び第２時点の設定が異なる。

本実施の形態では、図１０に示すように、第１時点は、クランク軸が回転し始めるまでの時点とされている。よって、第１圧力Ｐ１は、大気圧となる。第２時点は、クランク軸の回転開始後の最初の４サイクルにおける吸気行程の後半に予め設定されたクランク角度（本例では、下死点前３０度）の時点とされている。

このように設定しても、図１１に示すように、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力差と、個体値Ａとの関係には相関が認められた。従って、本実施の形態でも、個体値Ａを決定することができる。

本実施の形態では、吸気行程と圧縮行程との間の下死点までに、第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２を取得して、個体値Ａを決定できるので、実施の形態１よりも、個体値Ａの決定時期を早期化できる。

また、第２時点は、下死点前３０度に設定されたが、これに限定されるものではない。下死点付近は吸気バルブが開閉動作中であることが多いため、望ましくは、吸気バルブが閉止するタイミングより前であることが望ましく、さらには、閉止動作が始まる前であればさらに望ましい。

第１圧力Ｐ１は、吸気圧センサ１０４により検出された大気圧とされたが、他の手段を用いて大気圧を知ることができる場合は、これを利用してもよい。例えば、衛星通信等を利用してその位置情報から大気圧情報を入手する方法などが考えられる。

＜個体値の決定処理＞
個体値Ａを決定する一連の処理について、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ２０１において、内燃機関１００の電源がＯＦＦからＯＮに切り替わり、制御装置１２１及び各種センサに電力が供給されると、ステップＳ２０２へと進む。ステップＳ２０２において、吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８、及び外気温センサ１２５等の各種のセンサの動作が開始する。

ステップＳ２０３において、吸気圧検出部５１は、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて検出した吸気圧を、第１圧力Ｐ１として設定する。すなわち、本実施の形態では、第１時点は、電源ＯＮ後、クランク軸が回転し始めるまでの時点に設定されている。ステップＳ２０４において、外気温検出部５３は、外気温Ｔ０を検出する。

次に、ステップＳ２０５において、制御装置１２１は、セルモータへの通電を開始し、クランキングを開始する。ステップＳ２０６において、吸気圧検出部５１は、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて、予め設定された第２時点で吸気圧（第２圧力Ｐ２）を検出する。

ステップＳ２０７において、固有値決定部５４は、第１圧力Ｐ１、第２圧力Ｐ２、及び外気温Ｔ０に基づいて、始動の際の本体温度の推定に用いられる個体値Ａを決定する。そして、ステップＳ２０８において、固有値決定部５４は、決定した個体値Ａを、制御装置１２１のＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の記憶装置に記憶する。

３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る内燃機関の制御装置１２１及び内燃機関の制御方法について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置１２１及び制御方法の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、実施の形態１と第１時点及び第２時点の設定が異なる。

本実施の形態では、図１３に示すように、第１時点は、クランク軸の回転開始後の最初の４サイクルにおける圧縮行程の前半に予め設定されたクランク角度（本例では、下死点後６０度）の時点とされている。第２時点は、最初の４サイクルにおける、第１時点よりも後の膨張行程の前半に予め設定されたクランク角度（本例では、上死点後６０度）の時点とされている。

本実施の形態では、第２圧力Ｐ２が膨張行程で得られるため、実施の形態１よりも個体値Ａの決定時期が遅くなるが、個体差等に起因した流入空気量の差異が、膨張行程の吸気圧に顕著に現れることから、個体値Ａの決定精度が高められる。

第２時点は、上死点後６０度に設定されたが、膨張行程の前半において、クランク角度の変化に対する吸気圧力の変化量が大きくなる適切な時点に設定されてもよい。

４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る内燃機関の制御装置１２１及び内燃機関の制御方法について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置１２１及び制御方法の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、実施の形態１と第１時点及び第２時点の設定が異なる。

図１４は、ピストン１１３が吸気行程の途中で停止している状態から、クランキングを開始したケースである。この場合は、最初の吸気行程で、ピストン１１３が下死点まで移動しても、吸気行程でフルに吸気される場合と比較して、吸気管１０１ａから燃焼室１０５に吸引される空気容積が少なく、吸気圧の低下が少なくなり、その後の吸気圧の上昇も少なくなる。よって、吸気行程の途中からクランキングが開始する場合は、吸気行程でフルに吸気される場合に比べて、吸気圧の挙動が異なったものとなる。そのため、この場合の吸気圧の情報に基づいて個体値Ａを決定すると、決定誤差が生じる。

そこで、本実施の形態では、固有値決定部５４は、クランク軸の回転開始後の最初の４サイクルにおける圧縮行程又は膨張行程に予め設定されたクランク角度（本例では、下死点後６０度）の第５時点で検出された吸気圧である第５圧力Ｐ５が、予め設定された判定圧力よりも高い場合は、次の４サイクルにおける第１時点及び第２時点で検出された第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２に基づいて、個体値Ａを決定するように構成されている。なお、固有値決定部５４は、第５圧力Ｐ５が判定圧力よりも低い場合は、実施の形態１と同様に、クランク軸の回転開始後の最初の４サイクルにおける第１時点及び第２時点で検出された第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２に基づいて、個体値Ａを決定する。

この構成によれば、最初の４サイクルで検出された第５圧力Ｐ５が判定圧力よりも高い場合は、吸気行程の途中からクランキングが開始したものと判定し、最初の４サイクルで検出した第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２を用いた個体値Ａの決定を行わないため、決定誤差が生じることを防止できる。そして、吸気行程でフルに吸気される、次の４サイクルで検出した第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２を用いて、個体値Ａを精度よく決定できる。一方、最初の４サイクルで検出された第５圧力Ｐ５が判定圧力よりも低い場合は、吸気行程でフルに吸気されたものと判定し、最初の４サイクルで検出した第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２を用いて、個体値Ａを精度よく決定できる。従って、クランキング開始時のピストン１１３の停止位置によらず、個体値Ａを精度よく決定できる。

なお、第１時点及び第２時点は、実施の形態２又は３と同様の時点に設定されてもよい。判定圧力は、大気圧に応じて変化されてもよい。大気圧の変化による下死点時の吸気圧の変化を考慮することができるため、より精度の高い判定が可能となる。第５圧力Ｐ５が判定圧力よりも高い場合は、機関制御部５６は、最初の４サイクルの排気行程で燃料噴射を開始せず、２回目以降の４サイクルの排気行程で燃料噴射を開始する。

個体値Ａを決定する一連の処理について、図１５に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ３０１において、内燃機関１００の電源がＯＦＦからＯＮに切り替わり、制御装置１２１及び各種センサに電力が供給されると、ステップＳ３０２へと進む。ステップＳ２０２において、吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８、及び外気温センサ１２５等の各種のセンサの動作が開始する。ステップＳ３０３において、外気温検出部５３は、外気温Ｔ０を検出する。

次に、ステップＳ３０４において、制御装置１２１は、セルモータへの通電を開始し、クランキングを開始する。ステップＳ３０５において、吸気圧検出部５１は、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて、予め設定された第５時点（本例では、圧縮行程の下死点後６０度）で吸気圧（第５圧力Ｐ５）を検出する。

ステップＳ３０６において、固有値決定部５４は、第５圧力Ｐ５が判定圧力よりも高いか否かを判定する。吸気行程の途中からクランキングが開始しており、第５圧力Ｐ５が判定圧力よりも高い場合は、ステップＳ３０５へと戻る。そして、ステップＳ３０５において、吸気圧検出部５１は、次の４サイクルにおける第５時点で第５圧力Ｐ５を検出し、ステップＳ３０６に進む。２回目の４サイクルでは、通常、吸気行程でフルに吸気されるため、ステップＳ３０６において、第５圧力Ｐ５が判定圧力よりも高くないと判定され、ステップＳ３０７に進む。そして、ステップＳ３０７において、吸気圧検出部５１は、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて、２回目の４サイクルにおける第１時点で吸気圧（第１圧力Ｐ１）を検出し、第２時点で吸気圧（第２圧力Ｐ２）を検出し、ステップＳ３０８に進む。

一方、吸気行程の途中からクランキングが開始しておらず、第５圧力Ｐ５が判定圧力よりも低い場合は、ステップＳ３０５に戻らず、ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６において、吸気圧検出部５１は、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて、最初の４サイクルにおける第１時点で吸気圧（第１圧力Ｐ１）を検出し、第２時点で吸気圧（第２圧力Ｐ２）を検出し、ステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８において、固有値決定部５４は、第１圧力Ｐ１、第２圧力Ｐ２、及び外気温Ｔ０に基づいて、始動の際の本体温度の推定に用いられる個体値Ａを決定する。そして、ステップＳ３０９において、固有値決定部５４は、決定した個体値Ａを、制御装置１２１のＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の記憶装置に記憶する。

５．実施の形態５
次に、実施の形態５に係る内燃機関の制御装置１２１及び内燃機関の制御方法について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置１２１及び制御方法の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、本実施の形態では、燃焼の開始後も、本体温度を継続して推定するように構成されている点が異なる。

実施の形態１と同様の方法により、本体温度推定部５５は、始動の際の本体温度Ｔｅ０を推定する。燃焼の開始後、本体温度推定部５５は、始動の際の本体温度Ｔｅ０を初期値として、エネルギ収支に基づいて、本体温度を推定する。

ここで、更新間隔Δｔ当たりの内燃機関の本体温度の変化量ΔＴｅの関係式は、式（２）で表すことができる。さらに、内燃機関から出力されるエネルギの総和は、式（３）で表せる。なお、式（３）の右辺第２項は、放熱量を示し、右辺第１項は、その他の出力エネルギを示す。
Ｍ×ＣＰ×ΔＴｅ／Δｔ＝ＱＩＮ−ＱＯＵＴ （２）
ＱＯＵＴ＝Σ（Ｑｊ）＋β×（Ｔｅ−Ｔ０） （３）

ここで、Ｍは、内燃機関の本体の重量（ｋｇ）であり、ＣＰは、内燃機関の本体の比熱（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））であり、ＱＩＮは、燃焼により内燃機関の本体に入力されるエネルギの総和（Ｊ／ｓ）であり、ＱＯＵＴは、内燃機関の本体から出力されるエネルギの総和（Ｊ／ｓ）であり、Ｑｊは、内燃機関の本体からの個別要素ｊの出力エネルギであり、ｔは、時間（ｓ）であり、βは、予め設定された定数（Ｗ／Ｋ）である。ＱＩＮは、燃焼エネルギに応じたエネルギとなる。更新間隔Δｔは、例えば、燃焼の間隔（４サイクルの間隔）に設定される。

式（２）及び式（３）を解くことによって、更新間隔Δｔ経過後の本体温度の変化量ΔＴｅを計算することができる。よって、本体温度Ｔｅを、更新間隔Δｔ経過する毎に、始動の際の本体温度Ｔｅ０から、本体温度の変化量ΔＴｅずつ変化させることにより、本体温度Ｔｅを継続して推定することができる。

次に、本体温度を推定する一連の処理について、図１６に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ４０１において、内燃機関１００の電源がＯＦＦからＯＮに切り替わり、制御装置１２１及び各種センサに電力が供給されると、ステップＳ４０２へと進む。ステップＳ４０２において、制御装置１２１は、実施の形態１の図９のフローチャートと同様の方法により、始動の際の本体温度Ｔｅ０を推定する。

ステップＳ４０３において、本体温度推定部５５は、始動の際の本体温度Ｔｅ０を、本体温度Ｔｅの初期値に設定する。ステップＳ４０４において、本体温度推定部５５は、本体温度の更新タイミングになったか否かを判定し、更新タイミングになったと判定した場合は、ステップＳ４０５に進み、更新タイミングになっていない場合は、待機する。更新タイミングは、燃料噴射が行われ、燃焼が行われたタイミング等とされる。

ステップＳ４０５において、本体温度推定部５５は、入力エネルギの総和ＱＩＮ、出力エネルギの総和ＱＯＵＴ、及び個別要素の出力エネルギＱｊを演算するために必要な各種情報を取得する。ステップＳ４０６において、本体温度推定部５５は、ステップＳ４０５で取得した各種情報を用いて、入力エネルギの総和ＱＩＮ、出力エネルギの総和ＱＯＵＴ、及び個別要素の出力エネルギＱｊを演算する。

ステップＳ４０７において、本体温度推定部５５は、入力エネルギの総和ＱＩＮ、出力エネルギの総和ＱＯＵＴ、個別要素の出力エネルギＱｊ、本体重量Ｍ、比熱ＣＰ、及び定数βを用いて、式（２）及び式（３）に従って、内燃機関の本体温度の変化量ΔＴｅを算出し、前回算出した本体温度Ｔｅに変化量ΔＴｅを加算した値を、新たな本体温度Ｔｅとして更新する（Ｔｅ←Ｔｅ＋ΔＴｅ）。

そして、ステップＳ４０８において、機関制御部５６は、ステップＳ４０８で更新された本体温度Ｔｅに基づいて燃料噴射量を算出し、燃料噴射を行う。そして、制御装置１２１は、ステップＳ４０４に戻り、繰り返し本体温度Ｔｅを更新する。

このように、始動後の本体温度の変化を逐次予想して、燃料噴射量を制御することにより、本体温度の変化に適した燃料を供給することができ、内燃機関を良好に制御できる。

６．転用例
上記の各実施の形態では、内燃機関１００の動作の一例を示したが、実施の形態はこれに限定されない。内燃機関１００の特性に合わせて、排気バルブ１１６又は吸気バルブ１１１の開閉タイミングを変えても良い。例えば、排気行程と吸気行程との間の上死点で、吸気バルブ１１１と排気バルブ１１６とが同時に開く様に動作させていてもよい。また、ピストンが上死点または下死点に到る前に吸気バルブ１１１又は排気バルブ１１６の開閉動作をさせてもよい。

また、吸気バルブ及び排気バルブの一方又は双方の開閉タイミングを変える可変バルブタイミング機構が備えられ、機関制御部５６は、始動の際の本体温度、及び燃焼開始後の本体温度に基づいて、可変バルブタイミング機構を制御して、吸気バルブ及び排気バルブの一方又は双方の開閉タイミングを変化させるように構成されてもよい。

上記の各実施の形態では、本体温度の推定と、推定された本体温度に基づく内燃機関の制御とを、制御装置１２１が実行するように構成されている場合について説明した。しかし、実施の形態はこれに限定されない。すなわち、制御装置１２１が本体温度を推定し、制御装置１２１とは別の電子制御装置が、推定された本体温度に基づく内燃機関の制御を行うように構成されてもよい。よって、制御装置１２１は、複数の電子制御装置から構成されてもよい。

上記の各実施の形態では、個体値の決定と、決定された個体値を用いた本体温度の推定とを、制御装置１２１が実行するように構成されている場合について説明した。しかし、実施の形態はこれに限定されない。すなわち、制御装置１２１とは別の電子制御装置が、個体値を決定し、決定した個体値が制御装置１２１の不揮発性の記憶装置に記憶され、制御装置１２１が、不揮発性の記憶装置から個体値を読み出して、本体温度の推定を行うように構成されてもよい。よって、制御装置１２１は、複数の電子制御装置から構成されてもよい。

上記の各実施の形態では、内燃機関の本体の温度を推定するように構成されている場合について説明したが、内燃機関の本体と同様の温度挙動となる対象、例えば、エンジンオイル、内燃機関の冷却水等の温度を推定するように構成されてもよい。

上記の各実施の形態では、吸気圧検出部５１は、特定の時点で、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて、吸気圧を検出するように様に説明したが、実施の形態はこれに限定されない。例えば、吸気圧検出部５１は、連続的に、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて吸気圧を検出し、移動平均等のノイズ除去処理を行った後の吸気圧の情報を用いて、特定の時点の吸気圧を検出するように構成されてもよい。

上記の各実施の形態では、温度の物理的な次元を℃で説明したが、温度を表す数値であってもよい。したがって、物理的な次元も、℃である必要はない。

なお、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

Ｎｅ４ 回転速度、５１ 吸気圧検出部、５２ 回転速度検出部、５３ 外気温検出部、５４ 固有値決定部、５５ 本体温度推定部、５６ 機関制御部、１００ 内燃機関、１００ａ 内燃機関の本体、１０１ａ 吸気管、１２１ 内燃機関の制御装置、Ａ 個体値、Ｔ０ 外気温、Ｔｅ０ 始動の際の本体温度、Ｐ１ 第１圧力、Ｐ２ 第２圧力、Ｐ３ 第３圧力、Ｐ４ 第４圧力、Ｐ５ 第５圧力

Claims (17)

1. 内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出ステップと、
   排気行程、吸気行程、圧縮行程、及び膨張行程を含んだサイクルのうちの前記圧縮行程内に予め設定された第１時点、及び前記圧縮行程内において前記第１時点よりも後に予め設定された第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度の推定に用いられる個体値を決定する個体値決定ステップと、を実行する内燃機関の制御方法。
2. 内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出ステップと、
   排気行程、吸気行程、圧縮行程、及び膨張行程を含んだサイクルのうちの前記圧縮行程内に予め設定された第１時点、及び前記第１時点よりも後の前記膨張行程の前半に予め設定された第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度の推定に用いられる個体値を決定する個体値決定ステップと、を実行する内燃機関の制御方法。
3. 前記吸気管に吸入される外気の温度である外気温を検出する外気温検出ステップと、
   内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出ステップと、
   前記回転速度、前記外気温、予め設定された第３時点及び第４時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第３圧力及び第４圧力、及び前記個体値に基づいて、始動の際の前記本体温度を推定する本体温度推定ステップと、
   始動の際の前記本体温度に基づいて前記内燃機関を制御する機関制御ステップと、を更に実行する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御方法。
4. 前記本体温度推定ステップでは、始動の際の前記本体温度をＴｅ０とし、前記回転速度をＮｅとし、前記外気温をＴ０とし、前記第３圧力をＰ３とし、前記第４圧力をＰ４とし、前記個体値をＡとし、予め設定された４つの定数をそれぞれＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、
   Ｔｅ０＝Ａ×（Ｐ４／Ｐ３−Ｂ） ^Ｃ ×Ｔ０ ^Ｄ ×Ｎｅ ^Ｅ
   の算出式により始動の際の前記本体温度を推定する請求項３に記載の内燃機関の制御方法。
5. 内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出ステップと、
   予め設定された第１時点及び第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度の推定に用いられる個体値を決定する個体値決定ステップと、を実行し、
   前記吸気管に吸入される外気の温度である外気温を検出する外気温検出ステップと、
   内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出ステップと、
   前記回転速度、前記外気温、予め設定された第３時点及び第４時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第３圧力及び第４圧力、及び前記個体値に基づいて、始動の際の前記本体温度を推定する本体温度推定ステップと、
   始動の際の前記本体温度に基づいて前記内燃機関を制御する機関制御ステップと、を更に実行し、
   前記本体温度推定ステップでは、始動の際の前記本体温度をＴｅ０とし、前記回転速度をＮｅとし、前記外気温をＴ０とし、前記第３圧力をＰ３とし、前記第４圧力をＰ４とし、前記個体値をＡとし、予め設定された４つの定数をそれぞれＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、
   Ｔｅ０＝Ａ×（Ｐ４／Ｐ３−Ｂ）^Ｃ×Ｔ０^Ｄ×Ｎｅ^Ｅ
   の算出式により始動の際の前記本体温度を推定する内燃機関の制御方法。
6. 前記個体値決定ステップでは、前記第１圧力と前記第２圧力との圧力差に基づいて、前記個体値を決定する請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
7. 前記吸気管に吸入される外気の温度である外気温を検出する外気温検出ステップを更に実行し、
   前記個体値決定ステップでは、前記第１圧力、前記第２圧力、及び前記外気温に基づいて、前記個体値を決定する請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
8. 前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４サイクルを行う４サイクル機関であり、
   前記第１時点は、クランク軸の回転開始後の最初の前記４サイクルにおける前記圧縮行程の前半に予め設定されたクランク角度の時点であり、前記第２時点は、前記最初の４サイクルにおける、前記第１時点よりも後の前記圧縮行程に予め設定されたクランク角度の時点である請求項５に記載の内燃機関の制御方法。
9. 前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４サイクルを行う４サイクル機関であり、
   前記第１時点は、クランク軸が回転し始めるまでの時点であり、前記第２時点は、前記クランク軸の回転開始後の最初の前記４サイクルにおける前記吸気行程の後半に予め設定されたクランク角度の時点である請求項５に記載の内燃機関の制御方法。
10. 前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４サイクルを行う４サイクル機関であり、
    前記第１時点は、クランク軸の回転開始後の最初の前記４サイクルにおける前記圧縮行程の前半に予め設定されたクランク角度の時点であり、前記第２時点は、前記最初の４サイクルにおける、前記第１時点よりも後の前記膨張行程の前半に予め設定されたクランク角度の時点である請求項５に記載の内燃機関の制御方法。
11. 前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４サイクルを行う４サイクル機関であり、
    前記個体値決定ステップでは、クランク軸の回転開始後の最初の前記４サイクルにおける前記圧縮行程又は前記膨張行程に予め設定されたクランク角度の第５時点で検出された前記吸気圧である第５圧力が、予め設定された判定圧力よりも高い場合は、次の前記４サイクルにおける前記第１時点及び前記第２時点で検出された前記第１圧力及び前記第２圧力で検出された前記第２圧力に基づいて、前記個体値を決定する請求項１から１０のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
12. 前記内燃機関は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４サイクルを行う４サイクル機関であり、
    前記第３時点は、クランク軸が回転し始めるまでの時点であり、前記第４時点は、前記クランク軸の回転開始後の最初の前記４サイクルにおける前記圧縮行程又は前記膨張行程に予め設定されたクランク角度の時点である請求項３又は５に記載の内燃機関の制御方法。
13. 前記本体温度推定ステップでは、始動の際の前記本体温度を初期値とし、燃焼の開始後、エネルギ収支に基づいて、前記本体温度を推定する請求項３、５、及び１２のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
14. 前記機関制御ステップでは、始動の際の前記本体温度に基づいて始動の際の燃料噴射量を変化させる請求項３又は５に記載の内燃機関の制御方法。
15. 内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出部と、
    排気行程、吸気行程、圧縮行程、及び膨張行程を含んだサイクルのうちの前記圧縮行程内に予め設定された第１時点、及び前記圧縮行程内において前記第１時点よりも後に予め設定された第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度の推定に用いられる個体値を決定する個体値決定部と、を備えた内燃機関の制御装置。
16. 内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出部と、
    排気行程、吸気行程、圧縮行程、及び膨張行程を含んだサイクルのうちの前記圧縮行程内に予め設定された第１時点、及び前記第１時点よりも後の前記膨張行程の前半に予め設定された第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度の推定に用いられる個体値を決定する個体値決定部と、を備えた内燃機関の制御装置。
17. 内燃機関の始動の際に、予め設定された複数の時点で、吸気管内の気体の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出部と、
    前記吸気管に吸入される外気の温度である外気温を検出する外気温検出部と、
    予め設定された第１時点及び第２時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第１圧力及び第２圧力に基づいて、個体値を決定する個体値決定部と、
    前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出部と、
    前記回転速度、前記外気温、予め設定された第３時点及び第４時点でそれぞれ検出された前記吸気圧である第３圧力及び第４圧力、及び前記個体値に基づいて、始動の際の前記内燃機関の本体温度を推定する本体温度推定部と、
    始動の際の前記本体温度に基づいて前記内燃機関を制御する機関制御部と、を備え、
    前記本体温度推定部は、始動の際の前記本体温度をＴｅ０とし、前記回転速度をＮｅとし、前記外気温をＴ０とし、前記第３圧力をＰ３とし、前記第４圧力をＰ４とし、前記個体値をＡとし、予め設定された４つの定数をそれぞれＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、
    Ｔｅ０＝Ａ×（Ｐ４／Ｐ３−Ｂ） ^Ｃ ×Ｔ０ ^Ｄ ×Ｎｅ ^Ｅ
    の算出式により始動の際の前記本体温度を推定する内燃機関の制御装置。

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