JP6697374B2 - 内燃機関の制御装置及び燃焼室壁温推定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置及び燃焼室壁温推定方法に関し、詳しくは、内燃機関の減速運転での燃料カット中に、燃焼室の壁温を推定する技術に関する。
特許文献１には、吸入空気量の始動後の積算値から気筒の壁面温度を推定し、壁面温度の推定値が閾値未満のときには点火時期をＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）よりも進角側とし、壁面温度の推定値が前記閾値以上のときには点火時期をＭＢＴよりも遅角側とする、内燃機関の制御システムが開示されている。
特開２００８−２８０９１４号公報
自動車用内燃機関においては、減速運転において燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットが実施される場合があり、係る燃料カット中は燃焼が停止するため燃焼室の壁温は低下する。
係る燃料カットに伴う壁温の低下代を、燃料カット開始から吸入空気量の積算値や燃料カットの継続時間などから推定する場合、冷却水温度などの条件によって推定誤差が大きくなり、燃料カット状態から燃料供給を再開させるときに点火時期制御などの燃焼制御を燃焼室の壁温に応じて高精度に行うことが難しいという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃料カット中における燃焼室の壁温を高精度に推定できる、内燃機関の制御装置及び燃焼室壁温推定方法を提供することを目的とする。
そのため、本願発明に係る内燃機関の制御装置は、その一態様として、内燃機関の減速運転で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施する燃料カット手段と、前記燃焼室の壁温を推定する壁温推定手段と、前記燃焼室の壁温の推定値に基づき前記内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御手段と、を備え、前記壁温推定手段は、前記燃料カットが開始されるときの前記燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を初期値として、前記燃料カットが開始された後における前記内燃機関の吸入空気量の積算値の増大に応じて前記差分を減少させ、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記差分と冷却水温度とに基づき求め、前記燃料カット中における前記燃焼室の壁温の推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更する。
ここで、前記内燃機関が、吸気バルブの開閉タイミングを可変とする可変動弁装置を備える場合、前記壁温推定手段は、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更する代わりに、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記吸気バルブの閉時期が下死点に近いほどより高く変更することができる。
また、前記内燃機関が、前記燃焼室の容積を変更して機械圧縮比を調整する可変圧縮比装置を備える場合、前記壁温推定手段は、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更する代わりに、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記機械圧縮比が高いほどより高く変更することができる。
また、本願発明に係る内燃機関の燃焼室壁温推定方法は、その一態様として、内燃機関の冷却水温度を検出するステップと、前記内燃機関の吸入空気量を検出するステップと、前記内燃機関の燃焼運転中において燃焼室の壁温を推定するステップと、前記内燃機関の減速運転で前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施するステップと、前記燃料カットが開始されるときの燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を求めるステップと、前記燃料カットが開始された後における前記吸入空気量の積算値を求めるステップと、前記積算値の増加に応じて前記差分のデータを減少させるステップと、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を冷却水温度の検出値と前記差分のデータとに基づき求めるステップと、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更するステップと、を含む。
ここで、前記内燃機関が、吸気バルブの開閉タイミングを可変とする可変動弁装置を備える場合、前記燃焼室壁温推定方法は、前記推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更するステップに代えて、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記吸気バルブの閉時期が下死点に近いほどより高く変更するステップを含むことができる。
また、前記内燃機関が、前記燃焼室の容積を変更して機械圧縮比を調整する可変圧縮比装置を備える場合、前記燃焼室壁温推定方法は、前記推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更するステップに代えて、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記機械圧縮比が高いほどより高く変更するステップを含むことができる。
上記発明によると、燃料カット中において、燃焼室の壁温と冷却水温度との差は吸入空気量の積算値に相関して変化するので、燃料カット中における燃焼室の壁温を高精度に推定することができ、引いては、燃料カット状態から燃料供給（燃焼）が再開されるときに燃焼室の壁温に応じた燃焼制御を適切に実施して内燃機関の運転性を改善できる。
本発明の実施形態における内燃機関の構成図である。 本発明の実施形態における燃料カット状態での燃焼室壁温の推定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態において燃料カット開始後の経過時間と燃焼室壁温の低下代との相関を説明するための線図である。 本発明の実施形態において燃料カット開始後の吸入空気量の積算値と燃焼室壁温の低下代との相関を説明するための線図である。 本発明の実施形態において燃料カット開始後の吸入空気量の積算値と、燃焼室壁温と冷却水温度との差分との相関を説明するための線図である。 本発明の実施形態における機関回転速度ＮＥに応じた燃焼室壁温推定値の補正処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における吸気バルブの閉時期ＩＶＣに応じた燃焼室壁温推定値の補正処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における機械圧縮比ＣＲに応じた燃焼室壁温推定値の補正処理を示すフローチャートである。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本願発明に係る制御装置及び燃焼室壁温推定方法を適用する車両用内燃機関の一態様を示す。
図１に示す車両用内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２内に形成されたシリンダボア３内に設けられたピストン４と、吸気ポート５及び排気ポート６が形成されたシリンダヘッド１０と、吸気ポート５，排気ポート６の開口端を開閉する１気筒当たりそれぞれ１対の吸気バルブ７，７及び排気バルブ８，８と、を備えている。
ピストン４は、ロアリンク１１とアッパリンク１２とからなるコンロッド１３を介してクランクシャフト９に連結されている。
そして、ピストン４の冠面４ａとシリンダヘッド１０の下面との間に燃焼室１４が形成される。燃焼室１４を形成するシリンダヘッド１０の略中央には、点火プラグ１５を設けてある。
点火プラグ１５は、点火コイル４１から高電圧が供給されることで火花放電して混合気を着火燃焼させ、点火コイル４１からの高電圧の供給タイミングにより点火時期が制御される。
また、内燃機関１は、吸気バルブ７，７の開期間のクランクシャフト９に対する位相を可変とする可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ：Valve Timing Control System）２２と、ピストン４の上死点位置（燃焼室容積）を変更することで機械圧縮比を可変とする圧縮比可変機構（ＶＣＲ：Variable Compression Ratio）２３とを備えている。
可変バルブタイミング機構２２は、クランクシャフト９に対する吸気カムシャフト２４の位相（制御量）を変更することで、吸気バルブ７，７の作動角を一定としたまま、作動角の中心位相を連続的に進角、遅角させる機構である。
この可変バルブタイミング機構２２としては、例えば、特開２０１３−０３６３９１号公報に開示されるような、クランクシャフト９に対する吸気カムシャフト２４の相対回転位相角を電動モータによって調整する、電動式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。
但し、可変バルブタイミング機構２２を、アクチュエータが電動モータである機構に限定するものではなく、油圧アクチュエータなどを用いる公知の機構を適宜採用できる。
圧縮比可変機構２３は、例えば、特開２００２−２７６４４６号公報に開示されるような構造によってピストン４の上死点ＴＤＣ位置を変化させることで、内燃機関１の機械圧縮比を可変とする機構である。
以下に、圧縮比可変機構２３の構造の一例を説明する。
クランクシャフト９は、複数のジャーナル部９ａとクランクピン部９ｂとを備え、シリンダブロック２の主軸受に、ジャーナル部９ａが回転自在に支持される。
クランクピン部９ｂは、ジャーナル部９ａから偏心し、ここにロアリンク１１が回転自在に連結される。
ロアリンク１１は２分割に構成され、略中央に設けた連結孔にクランクピン部９ｂが嵌合する。
アッパリンク１２は、下端側が連結ピン２５によりロアリンク１１の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン２６によりピストン４に回動可能に連結される。
コントロールリンク２７は、上端側が連結ピン２８によりロアリンク１１の他端に回動可能に連結され、下端側が制御シャフト２９を介してシリンダブロック２の下部に回動可能に連結される。
詳しくは、制御シャフト２９は、回転可能に内燃機関本体（シリンダブロック２）に支持されていると共に、その回転中心から偏心している偏心カム部２９ａを有し、この偏心カム部２９ａにコントロールリンク２７の下端部が回転可能に嵌合する。
制御シャフト２９は、電動モータを用いた圧縮比制御アクチュエータ３０によって回動位置が制御される。
上記のような複リンク式ピストン−クランク機構を用いた圧縮比可変機構２３においては、制御シャフト２９が圧縮比制御アクチュエータ３０によって回動されると、偏心カム部２９ａの中心位置、つまり、内燃機関本体（シリンダブロック２）に対する相対位置が変化する。
これにより、コントロールリンク２７の下端の揺動支持位置が変化し、コントロールリンク２７の揺動支持位置が変化すると、ピストン４の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン４の位置が高くなったり低くなったりして、内燃機関１の機械圧縮比が変更される。
つまり、制御シャフト２９の角度位置に応じて、上死点におけるピストン４の位置（燃焼室容積）が変わり、内燃機関１の機械圧縮比が変更される。
点火コイル４１や吸気ポート５内に燃料を噴射する燃料噴射弁４５などはエンジン制御ユニット３１Ａによって制御され、圧縮比可変機構２３はＶＣＲ制御ユニット３１Ｂによって制御され、可変バルブタイミング機構２２はＶＴＣ制御ユニット３１Ｃによって制御される。
ここで、圧縮比可変機構２３とＶＣＲ制御ユニット３１Ｂとによって可変圧縮比装置が構成され、可変バルブタイミング機構２２とＶＴＣ制御ユニット３１Ｃとによって可変動弁装置が構成される。
なお、エンジン制御ユニット３１Ａ、ＶＣＲ制御ユニット３１Ｂ、ＶＴＣ制御ユニット３１Ｃを一体化し、１つの制御ユニットで、点火コイル４１、燃料噴射弁４５、圧縮比可変機構２３、可変バルブタイミング機構２２などを制御する構成とすることができる。
また、図１に示す内燃機関１は、吸気ポート５内に燃料を噴射する所謂ポート噴射式内燃機関であるが、燃焼室１４内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関とすることができる。
エンジン制御ユニット３１Ａ、ＶＣＲ制御ユニット３１Ｂ、ＶＴＣ制御ユニット３１Ｃは、プロセッサ（ＣＰＵ）やメモリなどを含むマイクロコンピュータをそれぞれ備え、ＣＡＮ（Controller Area Network）４３によって相互に通信可能に接続される。
そして、エンジン制御ユニット３１Ａは、圧縮比可変機構２３の目標圧縮比、及び、可変バルブタイミング機構２２の目標位相変換角（目標進角値）を内燃機関１の運転状態に基づいて演算し、目標圧縮比のデータをＶＣＲ制御ユニット３１Ｂに向けて送信し、目標位相角変換角のデータをＶＴＣ制御ユニット３１Ｃに向けて送信する。
ＶＣＲ制御ユニット３１Ｂには、エンジン制御ユニット３１Ａからの目標圧縮比のデータ（換言すれば、制御シャフト２９の目標角度位置のデータ）が入力されると共に、制御シャフト２９の角度位置（換言すれば、実圧縮比）を検出する角度センサ２９Ａの出力信号が入力される。
そして、ＶＣＲ制御ユニット３１Ｂは、角度センサ２９Ａで検出される制御シャフト２９の角度位置が目標圧縮比に相応する目標角度位置に近づくように圧縮比制御アクチュエータ３０の操作量を演算して出力する、圧縮比のフィードバック制御を実施する。
また、ＶＴＣ制御ユニット３１Ｃには、エンジン制御ユニット３１Ａからの目標位相変換角のデータが入力されると共に、クランクシャフト９の角度位置を検出するクランク角センサ３２の出力信号（クランク角信号）ＰＯＳ及び吸気カムシャフト２４の角度位置を検出するカム角センサ３６の出力信号（カム角信号）ＣＡＭが入力される。
そして、ＶＴＣ制御ユニット３１Ｃは、クランク角センサ３２の出力信号ＰＯＳとカム角センサ３６の出力信号ＣＡＭとから、クランクシャフト９に対する吸気カムシャフト２４の相対回転位相角（実位相変換角）を検出し、検出した相対回転位相角が目標位相変換角に近づくように可変バルブタイミング機構２２のアクチュエータの操作量を演算して出力する、バルブタイミングのフィードバック制御を実施する。
一方、ＶＣＲ制御ユニット３１Ｂは、角度センサ２９Ａの出力に基づき検出した制御シャフト２９の角度位置の情報（換言すれば、実圧縮比の情報）をエンジン制御ユニット３１Ａに出力し、また、ＶＴＣ制御ユニット３１Ｃは、クランク角センサ３２及びカム角センサ３６の出力に基づき検出したクランクシャフト９に対する吸気カムシャフト２４の相対回転位相角（実位相変換角）の情報をエンジン制御ユニット３１Ａに出力する。
なお、クランク角センサ３２及びカム角センサ３６の出力は、エンジン制御ユニット３１Ａ及びＶＴＣ制御ユニット３１Ｃの双方に入力させるようにしてある。また、角度センサ２９Ａの出力を、エンジン制御ユニット３１Ａ及びＶＣＲ制御ユニット３１Ｂの双方に入力させる構成とすることができる。
また、エンジン制御ユニット３１Ａには、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡを検出するエアーフローセンサ３３、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ３４、内燃機関１が搭載される車両の走行速度（車速）ＶＳＰを検出する車速センサ３５、内燃機関１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ３７、排気中の酸素濃度を介して空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ４２、ノッキングによる振動を検出するノックセンサ４３などからの信号が入力される。
そして、エンジン制御ユニット３１Ａは、上記各種センサの検出信号に基づいて内燃機関１への燃料供給量（燃料噴射弁の燃料噴射量）や点火プラグ１５による点火時期などを演算し、燃料噴射弁に噴射パルス信号を出力し、また、点火コイル４１の通電制御パルス信号を出力する。
更に、エンジン制御ユニット３１Ａは、内燃機関１の減速運転で所定条件を満たすときに燃料噴射弁４５による燃料噴射を停止する（燃焼室１４への燃料供給を停止する）燃料カットを実施する機能（燃料カット手段）をソフトウェアとして備えている。
また、エンジン制御ユニット３１Ａは、内燃機関１の運転条件に基づき内燃機関１の燃焼室１４の壁温を推定する手段をソフトウェアとして備え、燃焼室１４の壁温推定値に応じて点火時期や燃料供給量を変更するなどの燃焼制御を実施する。
エンジン制御ユニット３１Ａは、内燃機関１の燃焼運転状態では、例えば、内燃機関１の始動時の冷却水温度ＴＷ、吸入空気量の積算値（燃料噴射量の積算値）、機関負荷及び機関回転速度などに基づいて燃焼室１４の壁温を推定する。
また、エンジン制御ユニット３１Ａは、車両の信号待ち状態などで内燃機関１を一時的に停止させるアイドルストップ（アイドルリダクション）を実施しているときには、例えば、内燃機関１を停止させてからの経過時間やそのときの冷却水温度などから燃焼室１４の壁温を推定する。
一方、減速運転時の燃料カット状態では、燃料カットによって燃焼が停止するが、内燃機関１が回転していてかつ吸排バルブ７，８の開閉が継続されるためピストンによる吸排気が行われ、燃焼運転状態及びアイドルストップ状態のいずれとも異なる特性で燃焼室１４の壁温が変化する。
そのため、エンジン制御ユニット３１Ａは、燃料カット状態に適合する推定処理を実施して、燃料カット状態での燃焼室１４の壁温を推定し、燃料カット状態から燃焼（燃料噴射及び点火）を再開させるときに、燃料カット状態で推定した壁温を初期値として噴射再開後の燃焼室壁温の変化を推定し、壁温推定値に基づき点火時期や燃料噴射量などを変更する。
以下では、燃料カット状態（減速燃料カット）でのエンジン制御ユニット３１Ａによる燃焼室１４の壁温推定処理を、図２のフローチャートにしたがって詳細に説明する。
エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ１０１で燃料カットの実施中であるか否かを判別する。
そして、燃料カットの実施中ではない場合、エンジン制御ユニット３１Ａは、燃料カット中の壁温推定処理を実施せずに、本ルーチンを終了させる。
なお、エンジン制御ユニット３１Ａは、燃料カット中でない場合、前述のように、始動時、発進時、定速走行時、加速時、アイドルストップ時、アイドルストップからの再始動時などの運転パターンに応じて、燃焼室壁温の推定手法（推定に用いる状態量）を切り替えて燃焼室１４の壁温推定を実施する。
但し、燃料カット状態以外での燃焼室１４の壁温推定手段として公知の手法を適宜採用して、エンジン制御ユニット３１Ａに備えることができる。
一方、燃料カットの実施中である場合、エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２で、エンジン制御ユニット３１Ａは、冷却水温度の検出値ＴＷ（℃）を基準に燃焼室１４の壁温推定値CCSTE（℃）を求めるための差分CCSTETW（℃）を設定する。
エンジン制御ユニット３１Ａは、燃料カットを開始したときの壁温推定値CCSTE（換言すれば、燃料カット開始前の燃焼運転状態での壁温推定値）と燃料カットを開始した時の冷却水温度の検出値ＴＷとの差分FCFCSMW（FCFCSMW＝CCSTE−ＴＷ）、及び、燃料カット開始後における吸入空気量の検出値ＱＡの積算値QMINTに基づき、差分CCSTETWを設定する。
ここで、図２のステップＳ１０２に記載した線図に示すように、エンジン制御ユニット３１Ａは、差分FCFCSMWが大きいほど、つまり、燃料カット開始時において冷却水温度よりも燃焼室１４の壁温が高いほど差分CCSTETWをより大きく設定し、また、積算値QMINTが大きくなるにしたがって差分CCSTETWをより小さく変更する。
次いで、エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２で設定した差分CCSTETWを冷却水温度の検出値ＴＷに加算した値を、燃焼室壁温の推定値CCSTE（CCSTE＝CCSTETW＋ＴＷ）に設定する。
つまり、燃料カットを開始したときの燃焼室壁温と冷却水温度との差分毎に、その後の積算値QMINTの増大に対する燃焼室壁温の減少特性が予め適合されていて、エンジン制御ユニット３１Ａは、係る特性を参照して、燃料カット中に燃焼室壁温が冷却水温度に徐々に近づく変化を推定し推定値CCSTEを設定する。
図３に示すように、燃料カット前の吸入空気量（燃焼室壁温、機関負荷）が異なると、燃料カット開始後の経過時間に対する燃焼室壁温の低下代が異なるので、燃料カット開始後の経過時間に基づき燃焼室壁温の低下代を一律に設定すると、燃料カット中における燃焼室壁温の推定誤差が大きくなる。
また、図４に示すように、燃料カット前の吸入空気量（燃焼室壁温、機関負荷）が異なると、燃料カット開始後の吸入空気量の積算値に対する燃焼室壁温の低下代が異なるので、燃料カット開始後の吸入空気量の積算値に基づき燃焼室壁温の低下代を一律に設定すると、燃料カット中における燃焼室壁温の推定誤差が大きくなる。
一方、図５に示すように、燃料カット前の吸入空気量（燃焼室壁温、機関負荷）が異なっても、燃焼室壁温と冷却水温度との差と、燃料カット開始後の吸入空気量の積算値との相関は略一定であり、燃料カット開始後の吸入空気量の積算値に基づき、燃焼室壁温と冷却水温度との差の変化を推定すれば、燃料カット中における燃焼室壁温を高い精度で推定できる。
そして、エンジン制御ユニット３１Ａは、燃料カット状態から燃料供給を再開したときに燃焼室壁温の推定値CCSTEに基づき点火時期を設定することで、ノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制しつつ点火時期を可及的に進角させることができ、以って、内燃機関１の燃費性能を向上させる。
例えば、エンジン制御ユニット３１Ａが点火時期を冷却水温度に基づき設定する構成の場合、冷却水温度と燃焼室壁温との差がばらついてもノッキングなどの異常燃焼の発生を抑制できるように、点火時期を十分な余裕代を確保して遅角側に設定することになる。
これに対し、エンジン制御ユニット３１Ａが燃焼室壁温の推定値CCSTEに基づき点火時期の設定する構成では、燃焼室壁温が異常燃焼の発生し易さに直接的に相関するため、余裕代を低減してより進角側に点火時期を設定できるため、内燃機関１の熱効率が向上して燃費性能が改善される。
更に、燃焼室壁温の推定精度が高ければ、エンジン制御ユニット３１Ａは、点火時期をより進角側に設定でき、燃費性能の改善効果を最大限に得ることができる。
また、エンジン制御ユニット３１Ａが、燃料カット状態から燃料供給を再開するときに燃焼室壁温の推定値CCSTEに基づき燃料噴射量を補正すれば、燃焼室壁温によって吸気ポート５に付着する燃料量が変化しても空燃比が目標からずれることを抑制でき、内燃機関１の排気性状、燃費、加速性能などを向上させることができる。
ここで、エンジン制御ユニット３１Ａは、燃焼室壁温の推定精度をより向上させるために、冷却水温度ＴＷ、吸入空気量の積算値QMINT以外の条件に基づき推定値CCSTEを補正することができる。
図６のフローチャートは、エンジン制御ユニット３１Ａが内燃機関１の回転速度に応じて壁温推定値CCSTEを補正する処理を示す。
エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ２０１で、内燃機関１の回転速度ＮＥ（rpm）又は回転数積算値NEINTに基づき第１補正値CCSTENE（CCSTENE（℃）＞０）を設定する。
なお、回転数積算値NEINTは、燃料カット開始から内燃機関１が何回転したかを示す状態量である。
ここで、エンジン制御ユニット３１Ａは、回転速度ＮＥ（rpm）が高いほど第１補正値CCSTENEをより高い値に設定し、回転数積算値NEINTが多くなるほど第１補正値CCSTENEをより高い値に設定することで、推定値CCSTEをより高く補正する。
これは、燃料カット中は燃焼が停止されるものの圧縮行程で圧縮熱が発生し、圧縮熱の発生頻度が多いほど燃焼室壁温が下がり難くなるためである。
なお、回転数積算値NEINTは、燃料カット中の回転速度が高いほど増大速度が速くなるから、回転数積算値NEINTに基づき第１補正値CCSTENEを設定する場合も、回転速度ＮＥが高いほど第１補正値CCSTENEはより高い値に設定されることになる。
エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ２０１で第１補正値CCSTENEを設定すると、次いで、ステップＳ２０２に進み、壁温推定値CCSTEに第１補正値CCSTENEを加算した結果を、回転速度ＮＥに基づく補正後の推定値CCSTEF（CCSTEF＝CCSTE＋CCSTENE）に設定する。
このように、エンジン制御ユニット３１Ａは、推定値CCSTEを内燃機関１の回転速度ＮＥに応じて補正することで、燃料カット中における回転速度ＮＥの条件が異なっても、高い精度で燃焼室壁温を推定できる。
また、図７のフローチャートは、エンジン制御ユニット３１Ａが、可変バルブタイミング機構２２によって可変とされる吸気バルブ７の閉時期ＩＶＣに応じて壁温推定値CCSTEを補正する処理を示す。
エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ３０１で、下死点ＢＤＣから吸気バルブ７の閉時期ＩＶＣまでのクランク角度IVCANG（deg）に基づき第２補正値CCSTEIVC（CCSTEIVC（℃）＞０）を設定する。
なお、クランク角度IVCANGは、下死点ＢＤＣから吸気バルブ７の閉時期ＩＶＣまでのクランク角度の絶対値で、IVCANG＝０degは閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣであることを示し、クランク角度IVCANGが大きいほど吸気バルブ７の閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣからより離れていることを示す。
ここで、エンジン制御ユニット３１Ａは、クランク角度IVCANGが小さいほど、つまり、閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣに近いほど第２補正値CCSTEIVCをより高い値に設定することで、壁温推定値CCSTEをより高く補正する。
これは、閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣに近いほど、内燃機関１の有効圧縮比が高くなって燃料カット中の圧縮行程で圧縮熱がより高くなり、燃料カット中において燃焼室壁温が下がり難くなるためである。
エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ３０１で第２補正値CCSTEIVCを設定すると、次いで、ステップＳ３０２に進み、壁温推定値CCSTEに第２補正値CCSTEIVCを加算した結果を、閉時期ＩＶＣに基づく補正後の推定値CCSTEF（CCSTEF＝CCSTE＋CCSTEIVC）に設定する。
このように、エンジン制御ユニット３１Ａは、推定値CCSTEを吸気バルブ７の閉時期ＩＶＣに応じて補正することで、燃料カット中における閉時期ＩＶＣ（有効圧縮比）の条件が異なっても、高い精度で燃焼室壁温を推定できる。
また、図８のフローチャートは、エンジン制御ユニット３１Ａが、圧縮比可変機構２３によって可変とされる圧縮比（機械圧縮比、燃焼室容積）に応じて壁温推定値CCSTEを補正する処理を示す。
エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ４０１で、圧縮比可変機構２３によって可変とされる圧縮比ＣＲ（機械圧縮比、燃焼室容積、制御シャフト２９の回転位置）に基づき第３補正値CCSTVCR（CCSTVCR（℃）＞０）を設定する。
ここで、エンジン制御ユニット３１Ａは、圧縮比ＣＲが高いほど第３補正値CCSTVCRをより高い値に設定することで、推定値CCSTEをより高く補正する。
これは、圧縮比ＣＲ（機械圧縮比）が高いほど燃料カット中の圧縮行程で圧縮熱がより高くなり、燃料カット中において燃焼室壁温が下がり難くなるためである。
エンジン制御ユニット３１Ａは、ステップＳ４０１で第３補正値CCSTVCRを設定すると、次いで、ステップＳ４０２に進み、推定値CCSTEに第３補正値CCSTVCRを加算した結果を、圧縮比ＣＲに基づく補正後の推定値CCSTEF（CCSTEF＝CCSTE＋CCSTVCR）に設定する。
このように、エンジン制御ユニット３１Ａは、推定値CCSTEを圧縮比可変機構２３によって可変とされる圧縮比ＣＲに応じて補正することで、燃料カット中における圧縮比ＣＲ（機械圧縮比）の条件が異なっても、高い精度で燃焼室壁温を推定できる。
なお、エンジン制御ユニット３１Ａは、第１補正値CCSTENE、第２補正値CCSTEIVC、第３補正値CCSTVCRによる推定値CCSTEの補正を全て実施することができ、また、第１補正値CCSTENE、第２補正値CCSTEIVC、第３補正値CCSTVCRのうちの一部を選択して推定値CCSTEを補正することができる。
以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
推定値CCSTEの補正に用いる状態量は、前述した機関回転速度ＮＥ、閉時期ＩＶＣ（有効圧縮比）、圧縮比ＣＲ（機械圧縮比）に限定されず、エンジン制御ユニット３１Ａは、吸入空気の温度、シリンダヘッドへの冷却水の循環量などに基づき推定値CCSTEを補正することができる。
詳細には、エンジン制御ユニット３１Ａは、吸入空気の温度が低いほど推定値CCSTEをより低く補正することができ、また、シリンダヘッドへの冷却水の循環量が多いほど推定値CCSTEをより低く補正することができる。
また、エンジン制御ユニット３１Ａは、内燃機関１の過渡運転が繰り返される場合などの燃焼室壁温の推定精度が低下する条件で、燃焼室壁温の推定結果に応じて点火時期や燃料噴射量を補正する処理を停止したり、燃焼室壁温の推定結果に応じて点火時期や燃料噴射量を補正する処理における補正代を小さく制限したりすることができる。
また、内燃機関１の減速運転時の燃料カットとして、一部気筒への燃料供給を停止させる構成において、エンジン制御ユニット３１Ａは、燃料供給が停止される気筒と燃料供給が継続される気筒とで個別に燃焼室壁温の推定処理を行うことができ、燃料供給が停止される気筒について上記の実施形態と同様にして燃焼室壁温を推定することができる。
また、全気筒を稼働させる全筒運転と一部気筒を休止させる休筒運転とを切り替え可能な気筒休止内燃機関において、一部気筒について吸排気バルブの開閉動作を継続させつつ燃料供給を停止させることで休筒運転が実行される場合は、エンジン制御ユニット３１Ａは、上記の実施形態と同様な処理で休止気筒の燃焼室壁温を推定することができる。
また、内燃機関１の冷却装置の制御において、冷却水の総循環量、循環経路の切り替え、複数経路における循環量割合などを壁温推定値に基づき制御することができる。
ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
内燃機関の制御装置は、その一態様として、内燃機関の減速運転で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施する燃料カット手段と、前記燃焼室の壁温を推定する壁温推定手段と、前記燃焼室の壁温の推定値に基づき前記内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御手段と、を備えた制御装置であって、前記壁温推定手段は、前記燃料カットが開始された後における前記内燃機関の吸入空気量の積算値に応じて前記燃焼室の壁温と冷却水温度との差分を設定し、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記差分と冷却水温度とに基づき求める。
前記内燃機関の制御装置の好ましい態様において、前記壁温推定手段は、前記燃料カットが開始されるときの前記燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を初期値として、前記積算値の増大に応じて前記差分を減少させる。
別の好ましい態様では、前記壁温推定手段は、前記燃料カット中における前記燃焼室の壁温の推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更する。
更に、別の好ましい態様では、前記内燃機関は、吸気バルブの開閉タイミングを可変とする可変動弁装置を備え、前記壁温推定手段は、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記吸気バルブの閉時期が下死点に近いほどより高く変更する。
更に、別の好ましい態様では、前記内燃機関は、前記燃焼室の容積を変更して機械圧縮比を調整する可変圧縮比装置を備え、前記壁温推定手段は、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記機械圧縮比が高いほどより高く変更する。
また、内燃機関の燃焼室壁温推定方法は、その一態様として、内燃機関の冷却水温度を検出するステップと、前記内燃機関の吸入空気量を検出するステップと、前記内燃機関の燃焼運転中において燃焼室の壁温を推定するステップと、前記内燃機関の減速運転で前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施するステップと、前記燃料カットが開始されるときの燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を求めるステップと、前記燃料カットが開始された後における前記吸入空気量の積算値を求めるステップと、前記積算値の増加に応じて前記差分のデータを減少させるステップと、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を冷却水温度の検出値と前記差分のデータとに基づき求めるステップと、を含む。
前記内燃機関の燃焼室壁温推定方法の好ましい態様において、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更するステップを更に含む。
別の好ましい態様では、前記内燃機関は、吸気バルブの開閉タイミングを可変とする可変動弁装置を備え、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記吸気バルブの閉時期が下死点に近いほどより高く変更するステップを更に含む。
更に、別の好ましい態様では、前記内燃機関は、前記燃焼室の容積を変更して機械圧縮比を調整する可変圧縮比装置を備え、前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記機械圧縮比が高いほどより高く変更するステップを更に含む。
１…内燃機関、４…ピストン、７…吸気バルブ、１５…点火プラグ、２２…可変バルブタイミング機構、２３…圧縮比可変機構、３１Ａ…エンジン制御ユニット、３１Ｂ…ＶＣＲ制御ユニット、３１Ｃ…ＶＴＣ制御ユニット、３３…エアーフローセンサ、３７…水温センサ、４１…点火コイル、４５…燃料噴射弁

Claims (6)

  1. 内燃機関の制御装置であって、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関の減速運転で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施する燃料カット手段と、
    前記燃焼室の壁温を推定する壁温推定手段と、
    前記燃焼室の壁温の推定値に基づき前記内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御手段と、
    を備え、
    前記壁温推定手段は、
    前記燃料カットが開始されるときの前記燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を初期値として、前記燃料カットが開始された後における前記内燃機関の吸入空気量の積算値の増大に応じて前記差分を減少させ、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記差分と冷却水温度とに基づき求め、
    前記燃料カット中における前記燃焼室の壁温の推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更する、
    内燃機関の制御装置。
  2. 内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関は、吸気バルブの開閉タイミングを可変とする可変動弁装置を備え、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関の減速運転で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施する燃料カット手段と、
    前記燃焼室の壁温を推定する壁温推定手段と、
    前記燃焼室の壁温の推定値に基づき前記内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御手段と、
    を備え、
    前記壁温推定手段は、
    前記燃料カットが開始されるときの前記燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を初期値として、前記燃料カットが開始された後における前記内燃機関の吸入空気量の積算値の増大に応じて前記差分を減少させ、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記差分と冷却水温度とに基づき求め、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記吸気バルブの閉時期が下死点に近いほどより高く変更する、
    内燃機関の制御装置。
  3. 内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関は、燃焼室の容積を変更して機械圧縮比を調整する可変圧縮比装置を備え、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関の減速運転で前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施する燃料カット手段と、
    前記燃焼室の壁温を推定する壁温推定手段と、
    前記燃焼室の壁温の推定値に基づき前記内燃機関の燃焼を制御する燃焼制御手段と、
    を備え、
    前記壁温推定手段は、
    前記燃料カットが開始されるときの前記燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を初期値として、前記燃料カットが開始された後における前記内燃機関の吸入空気量の積算値の増大に応じて前記差分を減少させ、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記差分と冷却水温度とに基づき求め、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記機械圧縮比が高いほどより高く変更する、
    内燃機関の制御装置。
  4. 内燃機関の燃焼室壁温推定方法であって、
    前記燃焼室壁温推定方法は、
    内燃機関の冷却水温度を検出するステップと、
    前記内燃機関の吸入空気量を検出するステップと、
    前記内燃機関の燃焼運転中において燃焼室の壁温を推定するステップと、
    前記内燃機関の減速運転で前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施するステップと、
    前記燃料カットが開始されるときの燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を求めるステップと、
    前記燃料カットが開始された後における前記吸入空気量の積算値を求めるステップと、
    前記積算値の増加に応じて前記差分のデータを減少させるステップと、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を冷却水温度の検出値と前記差分のデータとに基づき求めるステップと、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記内燃機関の回転速度が高いほどより高く変更するステップと、
    を含む、内燃機関の燃焼室壁温推定方法。
  5. 内燃機関の燃焼室壁温推定方法であって、
    前記内燃機関は、吸気バルブの開閉タイミングを可変とする可変動弁装置を備え、
    前記燃焼室壁温推定方法は、
    内燃機関の冷却水温度を検出するステップと、
    前記内燃機関の吸入空気量を検出するステップと、
    前記内燃機関の燃焼運転中において燃焼室の壁温を推定するステップと、
    前記内燃機関の減速運転で前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施するステップと、
    前記燃料カットが開始されるときの燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を求めるステップと、
    前記燃料カットが開始された後における前記吸入空気量の積算値を求めるステップと、
    前記積算値の増加に応じて前記差分のデータを減少させるステップと、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を冷却水温度の検出値と前記差分のデータとに基づき求めるステップと、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記吸気バルブの閉時期が下死点に近いほどより高く変更するステップと、
    を含む、内燃機関の燃焼室壁温推定方法。
  6. 内燃機関の燃焼室壁温推定方法であって、
    前記内燃機関は、燃焼室の容積を変更して機械圧縮比を調整する可変圧縮比装置を備え、
    前記燃焼室壁温推定方法は、
    内燃機関の冷却水温度を検出するステップと、
    前記内燃機関の吸入空気量を検出するステップと、
    前記内燃機関の燃焼運転中において前記燃焼室の壁温を推定するステップと、
    前記内燃機関の減速運転で前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カットを実施するステップと、
    前記燃料カットが開始されるときの燃焼室の壁温の推定値と冷却水温度との差分を求めるステップと、
    前記燃料カットが開始された後における前記吸入空気量の積算値を求めるステップと、
    前記積算値の増加に応じて前記差分のデータを減少させるステップと、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を冷却水温度の検出値と前記差分のデータとに基づき求めるステップと、
    前記燃料カット中における燃焼室の壁温の推定値を前記機械圧縮比が高いほどより高く変更するステップと、
    を含む、内燃機関の燃焼室壁温推定方法。
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