JP7226416B2 - ピストン温度推定装置、ピストン温度制御装置、ピストン温度推定方法およびピストン温度制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、ピストン温度推定装置、ピストン温度制御装置、ピストン温度推定方法およびピストン温度制御方法に関する。

従来、内燃機関のピストンの温度を推定して、推定した温度に応じてピストンの温度を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１～２参照）。

特許文献１に記載の方法では、燃料噴射量と、エンジン回転速度と、に基づいて、ピストンの頂面温度を推定する。推定したピストンの頂面温度に基づいて、オイルジェットを制御する。

特許文献２に記載の方法では、燃焼室からピストンに対して生じる第２の冷却損失と、燃焼ガスの温度と、に基づいて、ピストンの温度を算出する。算出したピストンの温度に基づいて、オイルジェットを制御する。

特開２００２－１４７２３６号公報 特開２０１８－１３１９４１号公報

ピストンの温度には分布があり、キャビティの口元部の温度が最も高く、口元部以外の他部の温度と口元部の温度とは異なっている。ピストンの長寿命化を図るためには、ピストンの各部位を適切な温度に制御して、当該各部位の劣化や破損等を抑制する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、温度の推定箇所がピストンの頂面であり、特許文献２に記載の方法では、温度の推定箇所がピストンのいずれの箇所であるかが明確でない。このため、特許文献１，２に記載の方法では、ピストンの口元部以外の所定の部位の温度を推定して、当該所定の部位を適切な温度に制御することが行われておらず、ピストンの長寿命化を図れないおそれがある。

本開示の目的は、ピストンの長寿命化を図れるようにピストンの温度を適切に推定できるピストン温度推定装置、ピストン温度制御装置、ピストン温度推定方法およびピストン温度制御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、内燃機関を構成するピストンのキャビティの口元部の温度を推定する口元温度推定部と、前記口元温度推定部で推定された前記口元部の温度に基づいて、前記ピストンにおける前記口元部以外の他部の温度を推定する他部温度推定部と、を備える。

本開示に係るピストン温度制御装置は、上述のピストン温度推定装置と、前記ピストン温度推定装置の処理で得られた前記他部の温度に基づいて、前記他部の温度を制御する温度制御部と、を備える。

本開示に係るピストン温度推定方法は、内燃機関を構成するピストンのキャビティの口元部の温度を推定するステップと、前記推定された前記口元部の温度に基づいて、前記ピストンにおける前記口元部以外の他部の温度を推定するステップと、を実行する。

本開示に係るピストン温度制御方法は、上述のピストン温度推定方法を実行するステップと、前記ピストン温度推定方法の実行で得られた前記他部の温度に基づいて、前記他部の温度を制御するステップと、を実行する。

本開示によれば、ピストンの長寿命化を図れるようにピストンの温度を適切に推定できるピストン温度推定装置、ピストン温度制御装置、ピストン温度推定方法およびピストン温度制御方法を提供することができる。

本開示の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るエンジンの概略構成を示す断面図 本開示の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るピストン温度制御装置の構成を示すブロック図 本開示の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る冷却用オイルが噴射されている状態および冷却用オイルが噴射されていない状態における口元部の温度と他部の温度との関係を示すグラフ 本開示の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るピストン温度制御装置の動作の一例を示すフローチャート

［第１の実施の形態］
以下、本開示の第１の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制御装置によって制御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には、冷却通路２１が設けられている。冷却通路２１には、シリンダ２０の冷却水が供給される。シリンダ２０の内周面には、ライナ２２が設けられている。なお、ライナ２２は設けられていなくても良い。シリンダ２０の上部のシリンダヘッド２３には、インジェクタ２４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２３には、インジェクタ２４の左右に位置するように、吸気ポート２５および排気ポート２６がそれぞれ設けられている。吸気ポート２５および排気ポート２６には、それぞれ吸気用バルブ２７および排気用バルブ２８が設けられている。

ピストン４０は、ライナ２２に沿ってシリンダ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は、例えばアルミニウム合金等で構成されている。

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。ピストン上部４１には、周方向に沿って形成されたクーリングチャンネル４４と、クーリングチャンネル４４にオイルを導入するための導入孔４５と、クーリングチャンネル４４からオイルを排出するための排出孔４６と、が設けられている。クーリングチャンネル４４には、オイルジェット６１から、導入孔４５を介してオイルが導入される。この導入されたオイルがクーリングチャンネル４４を循環して、排出孔４６から排出されることによって、ピストン４０が効率的に冷却される。なお、オイルジェット６１から噴射されるオイルを「冷却用オイル」という場合がある。ピストン４０のピストン上部４１の外周には、周方向に沿って形成されたリング溝４７が設けられている。リング溝４７には、ライナ２２と摺接するピストンリング４８が装着されている。

ピストン４０のスカート部４９には、互いに対向する一対のピンボス部５０（図１では一方のピンボス部５０のみを図示）が設けられている。一対のピンボス部５０には、ピストン４０の中心側からピストン外周側に向かって貫通するピン嵌入孔５１がそれぞれ設けられている。ピン嵌入孔５１には、ピストンピン５２を介してコンロッド５３の上端部が接続されている。コンロッド５３の下端部は、クランクピン５４を介して、クランクシャフト５５に接続されている。クランクシャフト５５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。

オイルジェット６１は、供給バルブ６２と、ノズル６３と、を備える。供給バルブ６２が「閉」のとき、ノズル６３から冷却用オイルは噴射されない。供給バルブ６２が「開」のとき、ノズル６３から冷却用オイルが噴射される。なお、オイルジェット６１の構成については、公知であるため、詳細な説明を省略する。

オイルジェット６１と図示しないオイルパンとの間には、油路６５が設けられている。油路６５には、オイルの流量を変化させることができる可変オイルポンプ６４が設けられている。油路６５における可変オイルポンプ６４よりもオイルジェット６１側の部分は、エンジン１０の潤滑が必要な部位にオイルを供給する図示しない供給路に接続されている。可変オイルポンプ６４は、オイルパンに貯留されたオイル（潤滑油）を、潤滑が必要な部位やオイルジェット６１等に供給する。

〔ピストン温度制御装置の構成〕
次に、ピストン温度制御装置の構成について説明する。図２は、ピストン温度制御装置の構成を示すブロック図である。図３は、冷却用オイルが噴射されている状態および冷却用オイルが噴射されていない状態における口元部の温度と他部の温度との関係を示すグラフである。

図２に示すように、ピストン温度制御装置１００は、ピストン温度推定装置１１０と、記憶部１２０と、温度制御部１３０と、を備える。ピストン温度推定装置１１０および温度制御部１３０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ピストン温度推定装置１１０および温度制御部１３０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。

ピストン温度推定装置１１０は、取得部１１１と、口元温度推定部１１２と、判定部１１３と、他部温度推定部１１４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。

口元温度推定部１１２は、ピストン４０のキャビティ４２の口元部４３の温度を推定する。以下、口元温度推定部１１２で推定された口元部４３の温度を、「推定口元部温度」という場合がある。

判定部１１３は、オイルジェット６１がピストン４０に向けて冷却用オイルを噴射しているか否かを判定する。

他部温度推定部１１４は、記憶部１２０に記憶された温度推定用情報と、口元温度推定部１１２で推定された推定口元部温度と、に基づいて、ピストン４０における口元部４３以外の他部の温度を推定する。以下、他部温度推定部１１４で推定された他部の温度を、「推定他部温度」という場合がある。本第１の実施の形態では、他部温度推定部１１４は、他部の一例であるピンボス部５０の温度を推定する。例えば、他部温度推定部１１４は、ピンボス部５０におけるピン嵌入孔５１の上縁部の温度を推定する。他部温度推定部１１４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他部温度を補正する。以下、時定数を用いて補正された他部の温度を、「補正他部温度」という場合がある。

記憶部１２０は、口元温度推定マップを記憶する。口元温度推定マップは、クランクシャフト５５の回転速度と、燃料噴射量と、口元部４３の推定温度と、の関係を示すマップである。口元温度推定マップは、口元温度推定部１１２における推定口元部温度の推定に用いられる。

記憶部１２０は、以下の式（１）で表される第１の推定式と、式（２）で表される第２の推定式と、を記憶する。第１の推定式は、第１の推定情報の一例であり、第２の推定式は、第２の推定情報の一例である。第１の推定式および第２の推定式によって、温度推定用情報が構成される。第１の推定式および第２の推定式は、他部温度推定部１１４における推定他部温度の推定に用いられる。なお、第１の推定式および第２の推定式は、式（１），（２）に限定されない。また、第１の推定情報および第２の推定情報は、口元温度推定マップのようなマップ形式であってもよい。
Ｔ_ON＝α_ON×Ｔ_K＋β_ON ・・・ （１）
Ｔ_OFF＝α_OFF×Ｔ_K＋β_OFF ・・・ （２）
Ｔ_ON：冷却用オイルが噴射されているときの推定他部温度
α_ON，β_ON：冷却用オイルが噴射されているときの係数
Ｔ_K：推定口元部温度
Ｔ_OFF：冷却用オイルが噴射されていないときの推定他部温度
α_OFF，β_OFF：冷却用オイルが噴射されていないときの係数

第１の推定式および第２の推定式は、例えば、以下のようにして求められる。冷却用オイルが噴射されている状態および冷却用オイルが噴射されていない状態における、口元部４３の温度と、ピンボス部５０（他部）の温度との関係を求める。横軸を口元部４３の温度、縦軸をピンボス部５０の温度としたグラフを作成すると、図３に示すように、冷却用オイルが噴射されているか否かに関係なく、口元部４３の温度と、ピンボス部５０の温度との間には、線形の関係があることがわかる。冷却用オイルが噴射されているときのデータの一次近似式を第１の推定式として求め、冷却用オイルが噴射されていないときのデータの一次近似式を第２の推定式として求める。口元部４３の温度が同じ場合、冷却用オイルが噴射されているときのピンボス部５０の温度は、冷却用オイルが噴射されていないときのピンボス部５０の温度よりも低くなる。このため、第１の推定式の係数α_ONは、第２の推定式の係数α_OFFよりも小さくなる。なお、第１の推定式および第２の推定式の作成に用いる口元部４３の温度およびピンボス部５０の温度は、シミュレーションで求めた値であっても良いし、実測値であっても良い。

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、他部の温度の変化速度の度合いを示す。本第１の実施の形態では、第１～第８の時定数は、ピンボス部５０の温度の変化速度の度合いを示す。第１～第８の時定数は、他部温度推定部１１４における補正他部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、推定他部温度が低下し、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、推定他部温度が低下し、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。

推定他部温度が低下し、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、ピンボス部５０の温度の低下速度は速くなる。

一方、推定他部温度が低下し、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、ピンボス部５０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、推定他部温度が低下し、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、ピンボス部５０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、推定他部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に選択される。

第５の時定数は、推定他部温度が低下し、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、ピンボス部５０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、推定他部温度が低下し、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、ピンボス部５０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、推定他部温度が低下し、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、ピンボス部５０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、推定他部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、ピンボス部５０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、口元温度推定部１１２、判定部１１３および他部温度推定部１１４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１０のクランクシャフト５５の回転速度、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２３に囲まれた燃焼室１１への燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、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、シリンダ２０の冷却水温度、排気ブレーキの動作信号、排気温度、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス流量等を取得する。

（口元温度推定部１１２）
口元温度推定部１１２は、取得部１１１で取得されたクランクシャフト５５の回転速度および燃料噴射量と、記憶部１２０に記憶された口元温度推定マップと、に基づいて、ピストン４０の口元部４３の温度を推定する。口元温度推定部１１２は、口元温度推定マップ等に基づき推定した温度を、取得部１１１で取得された燃料噴射時期等の情報を用いて補正して、当該補正した値を推定口元部温度として推定する。

（判定部１１３）
判定部１１３は、取得部１１１で取得されたエンジン状態情報に基づいて、ピストン４０に向けて冷却用オイルが噴射されているか否かを判定する。

（他部温度推定部１１４）
他部温度推定部１１４は、判定部１１３で冷却用オイルが噴射されていると判定された場合、記憶部１２０に記憶された第１の推定式（式（１））に、口元温度推定部１１２で推定された推定口元部温度を代入することによって、推定他部温度を求める。他部温度推定部１１４は、判定部１１３で冷却用オイルが噴射されていないと判定された場合、記憶部１２０に記憶された第２の推定式（式（２））に、口元温度推定部１１２で推定された推定口元部温度を代入することによって、推定他部温度を求める。

推定他部温度と、実際の他部（ピンボス部５０）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、推定他部温度と実際のピンボス部５０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、推定他部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、他部温度推定部１１４は、エンジン１０の状態に対応する時定数を用いて、推定他部温度をさらに補正して、補正他部温度を算出する。

他部温度推定部１１４は、記憶部１２０に記憶されている複数の時定数の中から、推定他部温度の変化状況、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。他部温度推定部１１４は、選択した所定の時定数に基づいて、推定他部温度を補正する。

他部温度推定部１１４は、新たに推定した推定他部温度と、１周期前に推定した推定他部温度との差分値を所定の時定数で除算した値を、１周期前の推定他部温度に加算することにより、推定他部温度を補正する。これにより、推定他部温度を、実際のピンボス部５０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。

推定他部温度の変化の速度が速い場合には、他部温度推定部１１４は、相対的に小さい時定数を選択する。これにより、補正他部温度は、新たに推定された推定他部温度の影響が大きくなる。

また、推定他部温度の変化の速度が遅い場合には、他部温度推定部１１４は、相対的に大きい時定数を選択する。これにより、補正他部温度は、過去に推定された推定他部温度の影響が大きくなる。

他部温度推定部１１４は、例えば以下の式（３）を用いて補正他部温度Ｔ_PSCを算出する。なお、補正他部温度の算出式は式（３）に限定されない。
Ｔ_PSC＝Ｔ_PSO＋γ×（Ｔ_PS－Ｔ_PSO）／τ ・・・ （３）
Ｔ_PSO：１周期前に推定された推定他部温度
Ｔ_PS：新たに推定された推定他部温度
γ：所定値
τ：時定数

温度制御部１３０は、ピストン温度推定装置１１０で求められた補正他部温度に基づいて、ピストン４０の長寿命化を図れるように他部の温度を制御する。本第１の実施の形態では、他部の一例であるピンボス部５０の温度を推定する。ピンボス部５０では、耐久性の観点から、硬度低下を招く温度以下に、温度が制御されることが好ましい。ピンボス部５０の硬度が低下すると、ピンボス部５０に亀裂が発生するからである。ピストン４０がアルミニウム合金で構成されている場合、ピンボス部５０の硬度低下を招かないように、一例としてピンボス部５０の温度を２００℃以下に制御する必要がある。温度制御部１３０は、補正他部温度がピストン４０の長寿命化を図れる２００℃を超えないように、以下の降温制御Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆのうち、少なくともいずれか１つの降温制御を行うことによって、ピンボス部５０の温度が２００℃を超えないようにする。

降温制御Ａ：冷却オイルが噴射されていない場合、供給バルブ６２を「開」に制御して、冷却オイルを噴射する
降温制御Ｂ：冷却オイルが噴射されている場合、可変オイルポンプ６４を制御して、冷却オイルの単位時間当たりの噴射量を増やす
降温制御Ｃ：燃焼室１１への燃料噴射量を減らす
降温制御Ｄ：燃焼室１１への燃料噴射タイミグを遅らせる（通常よりもピストン４０の位置が低くなるタイミングで燃料を噴射する）
降温制御Ｅ：ＥＧＲガス流量を増やす
降温制御Ｆ：シリンダ２０の冷却水の供給量を増やす

降温制御Ａが行われると、新たに噴射された冷却用オイルによる冷却によって、ピストン４０の温度が下がる。降温制御Ｂが行われると、冷却用オイルによる冷却能力が向上するため、ピストン４０の温度が下がる。降温制御Ｃが行われると、燃焼によりピストン４０に与えられる熱量が減少するため、ピストン４０の温度が下がる。降温制御Ｄが行われると、通常よりも圧力が低い状態で燃料が噴射されるため、燃焼によりピストン４０に与えられる熱量が減少し、ピストン４０の温度が下がる。降温制御Ｅが行われると、ＥＧＲガスがエンジン１０内に戻されて燃焼温度が低下し，燃焼ガスから受熱するピストン４０の温度が下がる。降温制御Ｆが行われると、シリンダ２０の温度が下がり、当該シリンダ２０の温度低下に伴い、ピストン４０の温度が下がる。

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

まず、図４に示すように、ピストン温度制御装置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、ピストン温度制御装置１００の口元温度推定部１１２は、取得部１１１で取得されたエンジン状態情報に含まれるクランクシャフト５５の回転速度および燃料噴射量と、記憶部１２０に記憶された口元温度推定マップと、等に基づいて、推定口元部温度を推定する（ステップＳ２）。

次に、ピストン温度制御装置１００の判定部１１３は、取得部１１１で取得されたエンジン状態情報に含まれる冷却用オイルの噴射の有無に関する情報に基づいて、冷却用オイルが噴射されているか否かを判定する（ステップＳ３）。

判定部１１３で冷却用オイルが噴射されていると判定された場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ピストン温度制御装置１００の他部温度推定部１１４は、記憶部１２０に記憶された第１の推定式（式（１））と、推定口元部温度と、に基づいて、推定他部温度を推定する（ステップＳ４）。

一方、判定部１１３で冷却用オイルが噴射されていないと判定された場合（ステップＳ３：ＮＯ）、他部温度推定部１１４は、記憶部１２０に記憶された第２の推定式（式（２））と、推定口元部温度と、に基づいて、推定他部温度を推定する（ステップＳ５）。

ステップＳ４またはステップＳ５の処理の後、他部温度推定部１１４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、推定他部温度の変化状況と、に基づいて、時定数を選択する（ステップＳ６）。

次に、他部温度推定部１１４は、算出式（式（３））と、ステップＳ４またはステップＳ５で推定された推定他部温度と、ステップＳ６で選択した時定数と、に基づいて、補正他部温度を算出する（ステップＳ７）。なお、１周期目のピストン温度制御処理を行う場合、式（３）の１周期前に推定された推定他部温度Ｔ_PSOが存在しない。この場合、オイル温度あるいは別途計算して求めた推定口元部温度や、予め設定された値を推定他部温度Ｔ_PSOとして用いても良い。

次に、ピストン温度制御装置１００の温度制御部１３０は、補正他部温度が閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８で用いる閾値は、当該閾値を超えている状態のまま降温制御を行わない場合、他部の温度が上昇して、他部に不具合が発生するおそれがあるような温度に設定されている。例えば、本第１の実施の形態では、閾値は、当該閾値を超えている状態のまま降温制御を行わない場合、ピンボス部５０の温度が上昇して２００℃を超えるおそれがあるような温度に設定されている。なお、ピンボス部５０の閾値を２００℃に設定しても良い。ピンボス部５０の温度が２００℃を超えている時間が長くなければ、ピンボス部５０に亀裂が発生するおそれが少なくなるからである。

温度制御部１３０は、補正他部温度が閾値を超えていると判定した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、降温制御Ａ～Ｆのうち少なくとも１つの降温制御を行う（ステップＳ９）。

ステップＳ９の処理の後、または、補正他部温度が閾値を超えていないと判定した場合（ステップＳ８：ＮＯ）、温度制御部１３０は、ピストン温度制御処理を終了させるか否かを判定する（ステップＳ１０）。

温度制御部１３０は、例えば、エンジン１０の運転が終了した場合等、ピストン温度制御処理を終了させると判定した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、処理を終了させる。一方、温度制御部１３０でピストン温度制御処理を終了させないと判定した場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、ピストン温度制御装置１００は、ステップＳ１の処理を行う。

〔第１の実施の形態の作用効果〕
ピストン温度制御装置１００のピストン温度推定装置１１０は、ピストン４０のキャビティ４２の口元部４３の推定口元部温度を推定し、当該推定口元部温度と、温度推定用情報と、に基づいて、推定他部温度を推定する。このため、適切に推定された推定他部温度に基づいて、他部の温度を制御することによって、ピストン４０の長寿命化を図ることができる。特に、他部の一例であるピンボス部５０の温度を推定し、ピンボス部５０の温度が２００℃を超えないようにするための降温制御を行うため、ピンボス部５０における亀裂の発生を抑制することができる。

ピストン温度推定装置１１０は、冷却用オイルが噴射されているか否かに応じて、異なる推定式を用いて、推定他部温度を推定する。このため、冷却用オイルによってピストン４０が冷却されているか否かに応じて、推定他部温度をより適切に推定することができる。

ピストン温度推定装置１１０は、推定他部温度を他部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した、補正他部温度を算出する。このため、推定時点での他部の温度を、より適切に推定することができる。

ピストン温度推定装置１１０は、他部の温度の変化状況、クランクシャフト５５の回転速度、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、補正他部温度を算出する。このため、実際の他部の温度を精度良く推定することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本開示の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、他部の一例としてクーリングチャンネル４４の温度を推定する点で、第１の実施の形態と相違する。以下、相違点を中心に説明する。なお、ピストン温度制御装置１００の動作は、第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。

〔エンジンの概略構成〕
第２の実施の形態のピストン４０は、スチールや鋳鉄で構成されている点で、第１の実施の形態のピストン４０と相違する。

〔ピストン温度制御装置の構成〕
記憶部１２０は、上記式（１）で表される第１の推定式と、上記式（２）で表される第２の推定式と、を記憶する。第２の実施の形態の係数α_ON，α_OFF，β_ON，β_OFFは、第１の実施の形態の値とは異なっている。クーリングチャンネル４４は、ピンボス部５０よりも口元部４３に近い。このため、クーリングチャンネル４４の係数α_ON，α_OFFは、ピンボス部５０の係数α_ON，α_OFFよりも大きい値である。第１の推定式および第２の推定式は、第１の実施の形態の第１の推定式および第２の推定式と同様に、冷却用オイルが噴射されている状態および冷却用オイルが噴射されていない状態における、口元部４３の温度と、クーリングチャンネル４４の温度との関係に基づいて求めることができる。

記憶部１２０は、第１～第８の時定数を記憶する。本第２の実施の形態では、第１～第８の時定数は、クーリングチャンネル４４の温度の変化速度の度合いを示す。このため、第２の実施の形態の第１～第８の時定数は、第１の実施の形態の値とは異なっている。

他部温度推定部１１４は、記憶部１２０に記憶された第１，第２の推定式と、推定口元部温度と、に基づいて、クーリングチャンネル４４の温度を、推定他部温度として推定する。例えば、他部温度推定部１１４は、クーリングチャンネル４４の内壁の一部の温度を推定する。

温度制御部１３０は、ピストン４０の長寿命化を図れるように、クーリングチャンネル４４の温度を制御する。クーリングチャンネル４４では、冷却用オイルが炭化して固着が進行する温度以下に、温度が制御されることが好ましい。クーリングチャンネル４４における冷却用オイルの炭化成分の固着量が多くなると、クーリングチャンネル４４の内面における伝熱量の低下を招くとともに、循環できる冷却用オイルの量が減ってしまい、ピストン４０の冷却効率が下がるからである。ピストン４０がスチールで構成されている場合、冷却用オイルが炭化して固着が進行しないように、一例としてクーリングチャンネル４４の温度を３００℃以下に制御する必要がある。このため、図４のステップＳ８で用いる閾値は、当該閾値を超えている状態のまま降温制御を行わない場合、クーリングチャンネル４４の温度が上昇して３００℃を超えるおそれがあるような温度に設定されている。温度制御部１３０は、ステップＳ８において、補正他部温度が閾値を超える場合、上述の降温制御Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆのうち、少なくともいずれか１つの降温制御を行うことによって、クーリングチャンネル４４の温度が３００℃を超えないようにする。なお、クーリングチャンネル４４の閾値を３００℃に設定しても良い。クーリングチャンネル４４の温度が３００℃を超えている時間が長くなければ、クーリングチャンネル４４における冷却用オイルの固着が進行するおそれが少なくなるからである。

〔第２の実施の形態の作用効果〕
ピストン温度制御装置１００のピストン温度推定装置１１０は、ピストン４０のキャビティ４２の口元部４３の推定口元部温度を推定し、当該推定口元部温度と、温度推定用情報と、に基づいて、クーリングチャンネル４４の温度を推定する。このため、適切に推定されたクーリングチャンネル４４の温度に基づいて、クーリングチャンネル４４の温度を制御することによって、クーリングチャンネル４４における冷却用オイルの炭化成分の固着量が多くなることを抑制することができる。その結果、ピストン４０の長寿命化を図ることができる。

［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。

例えば、ピストン温度推定装置１１０で温度を推定する他部としては、ピンボス部５０およびクーリングチャンネル４４以外の部位であっても良い。例えば、他部は、リング溝４７であっても良い。ピストン４０がアルミニウム合金で構成され、ピストンリング４８がスチールや鋳鉄で構成されている場合、リング溝４７では、ピストンリング４８が凝着する温度以下に、温度が制御されることが好ましい。ピストンリング４８がリング溝４７に凝着すると、リングの機能を失い、ブローバイガスの流量および、ピストンリング４８とシリンダ２０との接触面の摺動抵抗の悪化を招く。このため、図４のステップＳ８で用いる閾値は、当該閾値を超えている状態のまま降温制御を行わない場合、リング溝４７の温度が上昇して、ピストンリング４８がリング溝４７に凝着する温度を超えるおそれがあるような温度に設定されている。温度制御部１３０は、ステップＳ８において、補正他部温度が閾値を超える場合、上述の降温制御Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのうち、少なくともいずれか１つの降温制御を行うことによって、ピストンリング４８がリング溝４７に凝着しないようにすれば良い。また、ピストン温度推定装置１１０で温度を推定する他部としては、キャビティ４２を構成する口元部４３以外の部分、すなわちキャビティ４２の側面部４２Ａ、底面部４２Ｂであっても良いし、ピストン上部４１の側面部４１Ａ（ピストン４０におけるリング溝４７よりキャビティ４２側の側面部）であっても良い。なお、第１，第２の推定式の係数α_ON，α_OFF，β_ON，β_OFFおよび第１～第８の時定数は、リング溝４７、キャビティ４２の側面部４２Ａ、底面部４２Ｂおよびピストン上部４１の側面部４１Ａの温度変化特性に応じて、適切に設定されれば良い。

他部温度推定部１１４は、冷却用オイルが噴射されているか否かに関係なく、同じ推定式を用いて、推定他部温度を推定しても良い。この場合、例えば、図３に示す、冷却用オイルが噴射されているとき、および、冷却用オイルが噴射されていないときの全てのデータの一次近似式を推定式として求め、この推定式に推定口元部温度を代入すれば良い。

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、他部の温度の変化状況、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。

他部温度推定部１１４に推定他部温度を補正する機能を設けずに、推定他部温度が閾値を超えるか否かに基づいて、降温制御を行うようにしてもよい。

供給バルブ６２としては、温度制御部１３０の制御により能動的に動作する構成に限らず、例えば、弁とばねとを備え、油圧によって開閉するバルブを適用し、油路６５を流れるオイルの油圧が高くなったときに、受動的にバルブが「開」になって、ノズル６３から冷却用オイルを噴射するようにしても良い。また、可変オイルポンプ６４の代わりに、オイルの流量を変化させることができないオイルポンプを用いても良いが、この場合、降温制御Ｂを行うことができなくなる。

本開示の構成は、ピストン温度推定装置、ピストン温度制御装置、ピストン温度推定方法およびピストン温度制御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 冷却通路
２２ ライナ
２３ シリンダヘッド
２４ インジェクタ
２５ 吸気ポート
２６ 排気ポート
２７ 吸気用バルブ
２８ 排気用バルブ
４０ ピストン
４１ ピストン上部
４１Ａ 側面部
４２ キャビティ
４２Ａ 側面部
４２Ｂ 底面部
４３ 口元部
４４ クーリングチャンネル
４４ クーリングチャンネル
４５ 導入孔
４６ 排出孔
４７ リング溝
４８ ピストンリング
４９ スカート部
５０ ピンボス部
５１ ピン嵌入孔
５２ ピストンピン
５３ コンロッド
５４ クランクピン
５５ クランクシャフト
６１ オイルジェット
６２ 供給バルブ
６３ ノズル
６４ 可変オイルポンプ
６５ 油路
１００ ピストン温度制御装置
１１０ ピストン温度推定装置
１１１ 取得部
１１２ 口元温度推定部
１１３ 判定部
１１４ 他部温度推定部
１２０ 記憶部
１３０ 温度制御部

Claims (12)

1. 内燃機関を構成するピストンのキャビティの口元部の温度を推定する口元温度推定部と、
   前記口元温度推定部で推定された前記口元部の温度に基づいて、前記ピストンにおける前記口元部以外の他部の温度を推定する他部温度推定部と、を備える、ピストン温度推定装置。
2. 前記他部温度推定部は、前記他部の温度および前記口元部の温度の関係を示す温度推定用情報と、前記口元温度推定部で推定された前記口元部の温度と、に基づいて、前記他部の温度を推定する、請求項１に記載のピストン温度推定装置。
3. オイルジェットが前記ピストンに向けてオイルを噴射しているか否かを判定する判定部をさらに備え、
   前記温度推定用情報は、
   前記オイルジェットがオイルを噴射している場合における前記他部の温度の推定に用いる第１の推定情報と、
   オイルを噴射していない場合における前記他部の温度の推定に用いる第２の推定情報と、を備え、
   前記他部温度推定部は、
   前記判定部で前記オイルジェットがオイルを噴射していると判定された場合、前記第１の推定情報と、前記口元温度推定部で推定された前記口元部の温度と、に基づいて、前記他部の温度を推定し、
   前記判定部で前記オイルジェットがオイルを噴射していないと判定された場合、前記第２の推定情報と、前記口元温度推定部で推定された前記口元部の温度と、に基づいて、前記他部の温度を推定する、請求項２に記載のピストン温度推定装置。
4. 前記他部温度推定部は、前記推定した前記他部の温度を、前記他部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. 前記他部は、ピンボス部、クーリングチャンネル、および、ピストンリングが装着されるリング溝、前記キャビティの側面部、前記キャビティの底面部および前記ピストンにおける前記リング溝より前記キャビティ側の側面部のうち少なくともいずれか１つである、請求項１から４のいずれか一項に記載のピストン温度推定装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のピストン温度推定装置と、
   前記ピストン温度推定装置の処理で得られた前記他部の温度に基づいて、前記他部の温度を制御する温度制御部と、を備える、ピストン温度制御装置。
7. 前記他部は、ピンボス部であり、
   前記温度制御部は、前記ピストン温度推定装置の処理で得られた前記ピンボス部の温度に基づいて、前記ピンボス部の温度が、前記ピンボス部の硬度が所定値になる温度を超えないようにするための降温制御を行う、請求項６に記載のピストン温度制御装置。
8. 前記他部は、クーリングチャンネルであり、
   前記温度制御部は、前記ピストン温度推定装置の処理で得られた前記クーリングチャンネルの温度に基づいて、前記クーリングチャンネルの温度が、前記クーリングチャンネル内のオイルが炭化して固化する温度を超えないようにするための降温制御を行う、請求項６に記載のピストン温度制御装置。
9. 前記他部は、ピストンリングが装着されるリング溝であり、
   前記温度制御部は、前記ピストン温度推定装置の処理で得られた前記リング溝の温度に基づいて、前記リング溝の温度が、前記ピストンリングと前記リング溝とが凝着あるいは前記ピストンリングと前記ピストンを収納するシリンダとの接触面が摩耗する温度を超えないようにするための降温制御を行う、請求項６に記載のピストン温度制御装置。
10. 前記温度制御部は、前記他部の温度を制御するために、オイルジェットから前記ピストンに向けて噴射されるオイルの噴射状態、前記内燃機関の燃焼状態および前記ピストンを収納するシリンダを冷却する冷却水の供給状態のうち、少なくともいずれか１つを制御する、請求項６から９のいずれか一項に記載のピストン温度制御装置。
11. 内燃機関を構成するピストンのキャビティの口元部の温度を推定するステップと、
    前記推定された前記口元部の温度に基づいて、前記ピストンにおける前記口元部以外の他部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。
12. 請求項１１に記載のピストン温度推定方法を実行するステップと、
    前記ピストン温度推定方法の実行で得られた前記他部の温度に基づいて、前記他部の温度を制御するステップと、を実行する、ピストン温度制御方法。

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