JP7356407B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関制御装置に関するものである。

通常、車両に搭載された内燃機関は、気温、湿度、気圧等の特定の環境条件で適合された各種アクチュエータの操作量に応じて動作する。例えば、実路走行時においては、適合時に想定する環境条件や内燃機関の運転条件から外れた条件で走行する場合がある。この環境条件は、各種センサを用いて検出され、検出した条件に応じた操作量の補正が行われる。

また、実路走行時に、適合条件となるのは環境条件だけでなく、内燃機関そのものの状態（例えば壁温、冷却水温、部品）が変化し、適合時に想定した状態からずれる。このため、実路走行時に自動車の各種性能（燃費性能、排気性能）の向上には、内燃機関の状態を推定、検知することで運転中の状態を把握し、把握した内燃機関の状態に応じたアクチュエータの操作が重要になる。

内燃機関の性能に関わる状態としては、内燃機関の燃焼室の壁の温度（以下，壁面温度）がある。壁面温度は、燃費性能や排気性能に対して影響するアクチュエータの操作量に関連する物理量である。例えば，壁面温度が高い条件では、壁面近くのガスの加熱が進むため、異常燃焼（ノッキング）が発生しやすくする。一方で、壁面温度が低い条件では、壁面に付着した燃料が液体のまま残存しやすいため、未燃炭化水素や、すすの発生につながり排気性能が悪化する可能性がある。そのため、内燃機関に設けた各種アクチュエータを操作するためには、壁面温度の推定精度を向上させることが求められている。

壁面温度を推定し、内燃機関に設けたアクチュエータを制御する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、負荷状態、回転速度、冷却水温度を軸とする壁面温度マップから壁面温度を推定し、オイルジェットを操作する技術が記載されている。

特開２０１３－６４３７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、エンジンブロックが冷えた状態、すなわちエンジンブロックを冷却させる冷却水の温度が低下した状態では、壁面温度の推定誤差が悪化することが確認された。そのため、特許文献１に記載された技術では、壁面温度の推定値が悪化することで、各種アクチュエータの操作量を適切に制御することができない、という問題を有していた。

本目的は、上記の問題点を考慮し、壁面温度の推定精度の向上を図ることができる内燃機関制御装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するため、内燃機関制御装置は、エンジン状態推定部と、壁面温度推定部と、操作量算出部と、を備えている。エンジン状態推定部は、内燃機関の運転条件に関するパラメータ及び燃焼の化学的条件に関するパラメータ、内燃機関の動作状況に関するパラメータに基づいて、内燃機関内のガスから壁面へのエネルギ伝達量を算出する。壁面温度推定部は、エンジン状態推定部が算出したガスから壁面へのエネルギ伝達量に基づいて、壁面温度を推定する。操作量算出部は、壁面温度推定部が推定した壁面温度に基づいて、内燃機関に設けたアクチュエータの操作量を算出する。

上記構成の内燃機関制御装置によれば、壁面温度の推定精度の向上を図ることができる。

第１の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置が搭載された内燃機関のシステム構成を示す概略構成図である。 第１の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置の制御概要を示す制御ブロック図である。 第１の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置のエンジン状態推定部の動作例を示すフローチャートである。 希釈度と点火時期を軸とした燃焼期間のマップを示すもので、図５Ａは希釈度と点火時期との関係を示し、図５Ｂは希釈度と燃焼期間との関係を示し、図５Ｃは点火時期と燃焼期間との関係を示すマップである。 壁面へのエネルギ伝達割合を示すマップであり、図６Ａは燃焼期間及び点火時期と壁面温度との関係を示し、図６Ｂは点火時期と壁面へのエネルギ伝達割合との関係を示し、図６Ｃは燃焼期間と壁面へのエネルギ伝達割合との関係を示すマップである。 第１の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置の冷却水エネルギ流量推定部、壁面温度推定部及び冷却水温度推定部の動作例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置のエンジン状態推定部の動作の変形例を示すフローチャートである。 第１の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置の操作量算出部の動作例を示すフローチャートである。 図９に示す操作量算出部の動作例に基づく各種アクチュエータの操作例を示すタイミングチャートである。 第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置で実行される制御概要を示す制御ブロック図である。 第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における操作量算出部及びノック判定ブロックの動作の一例を示すフローチャートである。 図１２に示す操作量算出部の動作例に基づく各種アクチュエータの操作例を示すタイミングチャートである。 第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における操作量算出部及びノック判定ブロックの動作の他の例を示すフローチャートである。 図１４に示す操作量算出部の動作例に基づく各種アクチュエータの操作例を示すタイミングチャートである。 第３の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置で実行される制御概要を示す制御ブロック図である。 第３の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における操作量算出部の動作を示すフローチャートである。 図１７に示す操作量算出部の動作例に基づく各種アクチュエータの操作例を示すタイミングチャートである。

以下、内燃機関制御装置の実施の形態例について、図１～図１８を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．第１の実施の形態例
まず、第１の実施の形態例（以下、「本例」という）にかかる内燃機関制御装置について、図１から図１０を参照して説明する。図１は、内燃機関のシステム構成を示す概略構成図である。

１－１．内燃機関の構成例
まず、内燃機関の構成例について説明する
図１に示す内燃機関１００は、ガソリンからなる燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射型の内燃機関（直噴エンジン）である。なお、内燃機関１００としては、筒内噴射型に限定されるものではなく、吸入ポートに燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関を適用してもよい。

内燃機関１００は、吸入行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程、排気行程の４行程を繰り返す４サイクルエンジンである。さらに、内燃機関１００は、例えば、４つの気筒（シリンダ）を備えた多気筒エンジンである。なお、内燃機関１００が有する気筒の数は、４つに限定されるものではなく、６つ又は８つ以上の気筒を有していてもよい。また、内燃機関１００のサイクル数は、４サイクルに限定されるものではない、

図１に示すように、内燃機関１００は、エアフローセンサ１と、電子制御スロットル弁２と、吸気圧センサ３と、コンプレッサ４ａと、インタークーラ７と、シリンダ１４とを備えている。エアフローセンサ１、電子制御スロットル弁２、吸気圧センサ３、コンプレッサ４ａ、インタークーラ７は、吸気管６におけるシリンダ１４までの位置に配置されている。

また、エアフローセンサ１は、吸入空気量と、吸気温度を計測する。電子制御スロットル弁２は、不図示の駆動モータにより開閉可能に駆動する。そして、運転者のアクセル操作に基づいて、電子制御スロットル弁２の開度が調整される。これにより、吸気される空気量を調整し、吸気管６の圧力を調整する。吸気圧センサ３は、吸気管６の圧力を計測する。

コンプレッサ４ａは、吸気を過給する過給機である。このコンプレッサ４ａは、後述するタービン４ｂにより回転力が伝達される。インタークーラ７は、シリンダ１４の上流側に配置され、吸気を冷却する。

また、内燃機関１００は、シリンダ１４の筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置１３と、点火エネルギを供給する点火コイル１６及び点火プラグ１７からなる点火装置がシリンダ１４ごとに設けられている。点火コイル１６は、内燃機関制御装置２０の制御の下、高電圧を生成し、点火プラグ１７に印加する。これにより、点火プラグ１７に火花が発生する。そして、点火プラグ１７に発生した火花により、筒内の混合気が燃焼し、爆発する。

また、点火コイル１６には、不図示の電圧センサが取り付けられている。電圧センサは、点火コイル１６の一次側電圧又は二次側電圧を計測する。そして、電圧センサが計測した電圧情報は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）である内燃機関制御装置２０に送られる。

また、シリンダ１４のシリンダヘッドには、可変バルブ５が設けられている。可変バルブ５は、シリンダ１４の筒内に流入する混合気、または筒内から排出する排気ガスを調整する。可変バルブ５を調整することにより、全てのシリンダ１４の吸気量及び内部ＥＧＲ量が調整される。

さらに、シリンダ１４の筒内には、ピストンが摺動可能に配置されている。ピストンは、シリンダ１４の筒内に流入した燃料とガスの混合気を圧縮する。そして、ピストンは、筒内に生じた燃焼圧力によりシリンダ１４の筒内を往復運動する。また、ピストンの位置を検出するためのクランク角度センサ１９が取り付けられている。

燃料噴射装置１３は、後述する内燃機関制御装置（ＥＣＵ）２０に制御されて、シリンダ１４の筒内に燃料を噴射する。これにより、シリンダ１４の筒内には、空気の燃料が混合された混合気が生成される。また、燃料噴射装置１３には、不図示の高圧燃料ポンプが接続されている。高圧燃料ポンプにより圧力が高められた燃料が燃料噴射装置１３に供給される。さらに、燃料噴射装置１３と高圧燃料ポンプとを接続する燃料配管には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが設けられている。

また、シリンダ１４には、温度センサ１８が設けられている。温度センサ１８は、シリンダ１４を巡る冷却水の温度を計測する。冷却水装置として、図示しないウォーターポンプがあり、ウォーターポンプによりシリンダ１４をめぐる冷却水の流量を調整する。ウォーターポンプは、内燃機関の出力を利用して駆動するものや、電動化されたウォーターポンプ（電動ウォーターポンプ）等が適用される。また、図示していないが、冷却水を調整する装置として、ウォーターポンプの他に、シリンダへの流入する冷却水を制御するサーモスタット、内燃機関に備えられた冷却水の熱交換機やシリンダ等の各構成要素に流れる方向を切り替えるためのバルブが備えられている場合もある。

さらに、内燃機関１００の各シリンダ１４には、オイルジェットシステム１１０が設けられている。オイルジェットシステム１１０は、図示しないオイルポンプに接続されており、オイルポンプから冷却用のオイルが供給される。そして、オイルジェットシステム１１０は、ピストンに冷却用のオイルを噴射し、ピストンの温度を下げる。また、内燃機関制御装置２０がオイルポンプの出力（流量、油圧）を調整することで、オイルジェットシステム１１０は、ピストンに向けてオイルジェットの噴射を実施、不実施を切り替えるバルブ等を備える場合もある。オイルジェットシステム、オイルポンプ、バルブ等は、以下では潤滑オイル装置とも称する。

さらに、シリンダ１４の排気ポートには、排気管１５が接続されている。排気管１５には、タービン４ｂ、電子制御ウエイストゲート弁１１、三元触媒１０、空燃比センサ９が設けられている。タービン４ｂは、排気管１５を通過する排気ガスにより回転し、コンプレッサ４ａに回転力を伝える。電子制御ウエイストゲート弁１１は、タービン４ｂに流れる排気流路を調整する。

三元触媒１０は、酸化・還元反応により排気ガスに含まれる有害物質を浄化する。また、空燃比センサ９は、三元触媒１０の上流側に配置されている。そして、空燃比センサ９は、排気管１５を通る排気ガスの空燃比を検出する。

また、エアフローセンサ１、吸気圧センサ３、電圧センサ等の各センサが検出した信号は、内燃機関制御装置２０に送られる。また、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１２が検出した信号も内燃機関制御装置２０に送られる。

内燃機関制御装置２０は、アクセル開度センサ１２の主力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、内燃機関１００への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、内燃機関制御装置２０は、不図示のクランク角度センサの出力信号に基づいて、内燃機関１００の回転速度を演算する。そして、内燃機関制御装置２０は、各種センサの出力から得られる内燃機関１００の運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等の内燃機関１００の主要な作動量を最適に演算する。

内燃機関制御装置２０により演算した燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換され、燃料噴射装置１３に出力される。また、内燃機関制御装置２０により演算された点火時期は、点火信号として点火プラグ１７に出力される。さらに、内燃機関制御装置２０により演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル弁２に出力される。

また、内燃機関１００は、吸気管６と排気管１５とを接続する不図示のＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）配管を設けてもよい。そして、このＥＧＲ配管により、排気管１５を通過する排気ガスの一部を吸気管６に戻してもよい。

１－２．内燃機関制御装置２０の構成例
次に、図２を参照して内燃機関制御装置２０の構成例について説明する。
図２は、内燃機関制御装置２０の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、ＥＣＵ（Engine Control Unit）である内燃機関制御装置２０は、入力回路２１と、入出力ポート２２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３ｃと、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３ｂと、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２３ａを有する。また、内燃機関制御装置２０は、点火制御部２４と、燃料噴射制御部２５と、オイルジェット制御部２６と、を有している。

入力回路２１には、エアフローセンサ１からの吸入流量、吸気圧センサ３からの吸気圧、電圧センサからのコイル一次電圧又は二次電圧が入力される。また、入力回路２１には、吸入流量や吸気圧、一次電圧又は二次電圧だけでなく、クランク角度、スロットル開度や排気空燃比等の各種センサが計測した情報が入力される。

入力回路２１は、入力された信号に対してノイズ除去等の信号処理を行って、入出力ポート２２へ送る。入出力ポート２２の入力ポートに入力された値はＲＡＭ２３ｃに格納される。

ＲＯＭ２３ｂには、ＣＰＵ２３ａにより実行される各種演算処理の内容を記述した制御プログラムや、各処理に用いられるＭＡＰやデータテーブル等が記憶されている。ＲＡＭ２３ｃには、入出力ポート２２の入力ポートに入力された値や、制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの操作量を表す値を格納する格納領域が設けられている。また、ＲＡＭ２３ｃに格納された各アクチュエータの操作量を表す値は、入出力ポート２２の出力ポートに送られる。

入出力ポート２２の出力ポートにセットされた点火信号は、点火制御部２４を経て、点火コイル１６に送られる。点火制御部２４は、点火コイル１６への通電時期や通電時間を制御する。さらに、点火制御部２４は、点火プラグ１７での放電エネルギ制御を行う。

燃料噴射制御部２５は、燃料噴射装置である燃料噴射装置１３や、燃料噴射装置１３に燃料を供給する高圧燃料ポンプを制御する。すなわち、燃料噴射制御部２５は、燃料噴射装置１３の開弁時期や閉弁時期、高圧燃料ポンプが有する圧力調整のための弁を制御する。

オイルジェット制御部２６は、オイルジェットシステム１１０にオイルを供給するオイルポンプを制御する。そして、オイルジェット制御部２６は、オイルポンプを制御することで、オイルジェットシステム１１０から噴射されるオイルの量を制御する。

なお、本例では、内燃機関制御装置２０に点火制御部２４及び燃料噴射制御部２５、オイルジェット制御部２６を設けた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、点火制御部２４や燃料噴射制御部２５、オイルジェット制御部２６の一部、あるいは点火制御部２４や燃料噴射制御部２５、オイルジェット制御部２６の全てを内燃機関制御装置２０とは異なる制御装置に実装してもよい。

１－３．内燃機関制御装置の制御概要
次に、図３を参照して内燃機関制御装置２０の制御概要について説明する。
図３は、内燃機関制御装置２０で実行される制御概要を示す制御ブロック図である。

図３に示すように、内燃機関制御装置２０は、壁面温度推定ブロック３１と、各種アクチュエータの操作量を算出する操作量算出部３６と、有している。この壁面温度推定ブロック３１は、エンジン状態推定部３２と、冷却水エネルギ流量推定部３３と、壁面温度推定部３４と、冷却水温度推定部３５とで構成される。

エンジン状態推定部３２には、内燃機関１００の運転条件、化学的条件、動作状況が入力される。運転条件に関するパラメータとしては、例えば、吸気流量や、内燃機関１００の回転数が挙げられる。また、吸気流量の代わりに吸気圧を適用してもよい。

化学的条件は、シリンダ１４内での燃料の燃焼条件を示すものである。化学的条件に関するパラメータとしては、例えば、ＥＧＲ率、空燃比、湿度、吸気温度等が挙げられる。また、化学的条件に関するパラメータとしては、ＥＧＲ率、空燃比、湿度、吸気温度に限定されるものではなく、例えば、燃料の種類等を用いてもよい。

動作状況は、各種アクチュエータの操作量を示すものである。そして、動作状況に関するパラメータとしては、例えば、点火時期、可変バルブ５の操作量を示すバルブタイミング等が挙げられる。また、動作状況に関するパラメータとしては、燃料噴射装置１３の操作量である燃料噴射時期を用いてもよい。

また、エンジン状態推定部３２には、後述する壁面温度推定部３４が前回の計算周期の際に算出した壁面温度（推定値）が入力される。エンジン状態推定部３２は、入力された各種情報に基づいて、エンジン状態の一つであるエネルギ伝達量を算出する。エネルギ伝達量は、シリンダ１４内である筒内に発生した燃焼ガスからエンジン壁面（以下、単に「壁面」という）へのエネルギの伝達量である。そして、エンジン状態推定部３２は、算出した筒内ガスから壁面へのエネルギ伝達量を壁面温度推定部３４に出力する。

また、エンジン状態推定部３２がエネルギ伝達量を算出する際に、壁面温度（推定値）を用いることで、推定精度の向上を図ることができる。

冷却水エネルギ流量推定部３３には、後述する冷却水温度推定部３５が前回の計算周期の際に算出したブロック内冷却水温度（推定値）と、壁面温度推定部３４が前回の計算周期の際に算出した壁面温度（推定値）が入力される。また、冷却水エネルギ流量推定部３３には、エンジンブロックに流入する冷却水の流量（冷却水流量）が入力される。

冷却水エネルギ流量推定部３３は、入力された各種情報に基づいて、冷却水と壁面のエネルギ伝達量を算出する。そして、冷却水エネルギ流量推定部３３は、算出した冷却水と壁面のエネルギ伝達量を壁面温度推定部３４及び冷却水温度推定部３５に出力する。

壁面温度推定部３４には、エンジン状態推定部３２が算出した筒内ガスから壁面へのエネルギ伝達量と、冷却水エネルギ流量推定部３３が算出した冷却水と壁面のエネルギ伝達量が入力される。また、壁面温度推定部３４には、壁面温度推定部３４が前回の計算周期の際に算出した壁面温度（推定値）が入力される。

そして、壁面温度推定部３４は、入力された各種情報に基づいて、壁面温度を推定する。壁面温度推定部３４は、推定した壁面温度を操作量算出部３６、エンジン状態推定部３２、冷却水エネルギ流量推定部３３に出力する。

冷却水温度推定部３５は、冷却水入口の温度であるエンジンブロック内に流入する冷却水の温度（流入冷却水温度）と、冷却水流量と、冷却水エネルギ流量推定部３３が算出した冷却水と壁面のエネルギ伝達量が入力される。また、冷却水温度推定部３５には、現在の冷却水の温度として、冷却水温度推定部３５が前回の計算周期の際に算出したブロック内冷却水温度（推定値）が入力される。

そして、冷却水温度推定部３５は、入力された各種情報に基づいて、エンジンブロック内の冷却水の温度を推定する。冷却水温度推定部３５は、推定した冷却水の温度を操作量算出部３６、冷却水エネルギ流量推定部３３に出力する。

また、エンジン状態推定部３２、冷却水エネルギ流量推定部３３、壁面温度推定部３４及び冷却水温度推定部３５は、それぞれ予め設定された計算周期ごとに所定の計算を行う。計算周期は、各推定部に応じて適宜設定される。

操作量算出部３６は、壁面温度推定部３４が推定した壁面温度や、冷却水温度推定部３５が推定した冷却水の温度に基づいて、点火プラグ１７、燃料噴射装置１３やオイルジェットシステム１１０にオイルを供給するオイルポンプ等の各種アクチュエータの操作量を算出し、出力する。

１－４．エンジン状態推定部の動作例
次に、上述したエンジン状態推定部３２における壁面へのエネルギ伝達量の算出動作例について図４から図６を参照して説明する。
図４は、エンジン状態推定部３２の動作例を示すフローチャートである。

まず、図４に示すように、エンジン状態推定部３２は、入力された運転条件と化学的条件に基づいて、１燃焼サイクルにおける１気筒あたりに投入される投入エネルギ量Ｅｆｕｅｌを算出する（ステップ１１）。ステップＳ１１の処理では、エンジン状態推定部３２は、空気流量Ｍａｉｒ（ｋｇ／ｓ）に基づいて、下記数１から算出する。なお、空気流量Ｍａｉｒは、吸気流量とＥＧＲ率から算出される。なお、ＥＧＲ率Ｙｅｇｒは、後述する数２から算出される。
［数１］

ここで、ＡＦＲは、空燃比であり、目標空燃比または排気管１５に設けた空燃比センサ９やＯ２センサに基づいて算出した排気空燃比を使用してもよい。Ｎｅは、エンジン回転速度（回転／分）であり、クランク角度センサ１９の検出値から算出される。Ｈｆｕｅｌは、燃料の低位発熱量（Ｊ／ｋｇ）であり、予め規定された値である。低位発熱量（Ｈｆｕｅｌ）としては、例えば、４４．９×１０^６Ｊ／ｋｇ程度の値となる。また、Ｎｃｙｌは、気筒数である。

次に、エンジン状態推定部３２は、化学的条件と動作状況に基づいて１燃焼サイクルにおけるシリンダ１４内での燃焼期間を算出する（ステップＳ１２）。燃焼期間の算出には、例えば、化学的条件として、希釈度、動作条件として点火時期を選択し、マップを用いることで算出することができる。

希釈度としては、例えば、希薄燃焼条件であれば空燃比（ＡＦＲ）を適用できる。また、ＥＧＲ配管を用いて排気ガスを再循環させる場合には、ＥＧＲ率を用いて算出することができる。ＥＧＲ率Ｙｅｇｒは、例えば、下記数２から算出される。
［数２］

ここで、ＥＧＲガス流量は、ＥＧＲ配管に設けられＥＧＲガス流量を操作するＥＧＲバルブの開度に基づいて推定、または、ＥＧＲ配管に設けたＥＧＲガスセンサの検出により算出される。

図５Ａから図５Ｃは、希釈度と点火時期を軸とした燃焼期間のマップを示しており、図５Ａは希釈度と点火時期との関係を示し、図５Ａは希釈度と点火時期との関係を示し、図５Ｂは燃焼期間と点火時期、図５Ｃは燃焼期間と希釈度との関係を示すマップである。図５Ａから図５Ｃに示すマップは、エンジン状態推定部３２に格納されている。

図５Ｂに示すように、点火時期が遅角化すると、燃焼期間が増加する傾向にある。これは、点火時期が遅くなると、膨張行程で火炎伝播が進むことにより、火炎が全体に広がるために要する時間が増えるためである。また、図５Ｃに示すように、希釈度が増加すると、燃焼速度が低下するため、燃焼期間が増加する傾向にある。この図５Ａから図５Ｃに示すマップを用いることで、エンジン状態推定部３２は、燃焼期間を算出する。

なお、本例では、マップを用いて燃焼期間を算出する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、燃焼状態の一例を示す燃焼期間を予め設定した値ではなく、クランク角度センサ１９の出力から算出した燃焼期間を用いてもよい。

このように、検出値から算出した燃焼期間を用いることで、実際の運転状況を燃焼期間に反映させることができる。その結果、エンジンの個体別のばらつきや経年変化、気筒別のばらつきを考慮した燃料期間の設定を行うことができる。また、燃焼期間を検出値により設定することで、壁面への熱伝達量に影響する燃焼期間の値を実態に近づけることができるため、壁面温度の推定精度の向上を図ることができる。

次に、エンジン状態推定部３２は、ステップＳ１１で算出した投入エネルギ量と、ステップＳ１２で算出した燃焼期間と、化学的条件と、運転条件、動作状況及び壁面温度（推定値）に基づいて、筒内ガスから壁面へのエネルギ伝達量を算出する（ステップＳ１３）。壁面温度（推定値）は、壁面温度推定部３４が前回の計算周期の際に算出した壁面温度である。これにより、エンジン状態推定部３２の動作が完了する。

本例では、複数個所の壁面温度を予測することを想定し、壁面を複数の領域に分割して算出している。分割する領域としては、例えば、ヘッド、ピストン、ライナである。そして、以下、分割された領域を壁面要素と示し、１気筒あたりＮ個の壁面要素で構成されていると考える。以下、Ｎ個の壁面要素の説明にあたり、各要素に１からＮ（Ｎ≧１）の整数を割り当てて説明する。また、全ての壁面要素に対して当てはまる内容は、添字にｉを用いて説明する。

なお、本例では、壁面要素として、ヘッド、ピストン、ライナを想定するが、それぞれの部品を複数の領域に区分し、区分されたそれぞれの部分を壁面要素としてもよい。

ステップＳ１３において、壁面要素ｉ（ｉ＝１～Ｎ）のエネルギ伝達量Ｑｃｌ＿ｉ（ｊ）は、例えば、下記数３から算出される。
［数３］

ここで、ｉは添え字（１からＮ（Ｎ≧１）の整数）、Ｑｃｌ＿ｉは壁面要素ｉへのエネルギ伝達量（ｊ／ｓ）、ηｗａｌｌは壁面へのエネルギ伝達割合、Δｔは計算周期（ｓ）、Ａ＿ｉは壁面要素ｉの表面積（ｍ^２）、Ａａｌｌはエンジンの全表面積（ｍ^２）である。また、全表面積Ａａｌｌは、壁面要素ｉの表面積Ａ＿ｉのｉ＝１からＮまでの総和である。

壁面へのエネルギ伝達割合ηｗａｌｌは、壁面温度、燃焼期間、点火時期により変化する。図６Ａから図６Ｃは、壁面へのエネルギ伝達割合を示すマップである。図６Ａは燃焼期間及び点火時期と壁面温度との関係を示し、図６Ｂは点火時期と壁面へのエネルギ伝達割合との関係を示し、図６Ｃは燃焼期間と壁面へのエネルギ伝達割合との関係を示すマップである。

例えば、図６Ａから図６Ｃに示す壁面温度、燃焼期間、点火時期のマップを用いることで壁面へのエネルギ伝達割合μｗａｌｌを算出することができる。図６Ｂに示すように、点火時期が早いほど、壁面へのエネルギ伝達割合ηｗａｌｌが増加する傾向にある。これは、早期に燃焼を始めることで、燃焼ガスが圧縮され、燃焼ガスの温度が増加する。その結果、燃焼ガスの温度と壁面温度の差が増加し、壁面へのエネルギ伝達割合ηｗａｌｌが増加するためである。

また、図６Ｃに示すように、燃焼期間が増加するほど、壁面へのエネルギ伝達割合ηｗａｌｌが低下する傾向にある。これは、燃焼期間が増加することで、燃焼ガスの温度の増加が抑制され、燃焼ガスの温度と壁面温度の小さくなるためである。その結果、壁面へのエネルギ伝達割合ηｗａｌｌが低下する。

上述したように、本例の内燃機関制御装置２０では、壁面温度を推定する際に、まずエンジン状態推定部３２によって壁面へのエネルギ伝達量を算出している。これにより、内燃機関１００の運転条件に関するパラメータと、燃焼の化学的条件に関するパラメータと、内燃機関１００の動作状況に関するパラメータによって変化する壁面へのエネルギ伝達量を壁面温度の推定に反映することができる。これにより、壁面温度の時間変化を推定することができるため、内燃機関（エンジンブロック）１００の壁面温度が低い条件から高い条件に変化する過程における壁面温度の推定精度の向上を図ることができる。

１－５．冷却水エネルギ流量推定部、壁面温度推定部及び冷却水温度推定部の動作例
次に、上述した冷却水エネルギ流量推定部３３、壁面温度推定部３４及び冷却水温度推定部３５の動作例について図７を参照して説明する。
図７は、冷却水エネルギ流量推定部３３、壁面温度推定部３４及び冷却水温度推定部３５の動作例を示すフローチャートである。

まず、図７に示すように、冷却水エネルギ流量推定部３３は、冷却水流量、現在の冷却水温度、壁面温度に基づいて冷却水へのエネルギ伝達量を算出する（ステップＳ２１）。現在の冷却水温度は、冷却水温度推定部３５が前回の計算周期の際に算出した冷却水温度（推定値）である。そして、壁面温度は、壁面温度推定部３４が前回の計算周期の際に算出した壁面温度（推定値）である。

冷却水へのエネルギ伝達量Ｑｗｔｃ（Ｊ）は、下記数４から算出される。
［数４］

ここで、Ｑｗｔｃ＿ｉは、予測対象の壁面部分から冷却水へのエネルギ伝達量である。そして、この予測対象の壁面部分から冷却水へのエネルギ伝達量Ｑｗｔｃ＿ｉ（Ｊ）は、下記数５から算出される。
［数５］

数５におけるＡｗｔｃ＿ｉは、壁面要素ｉと冷却水の接触面積（ｍ^２）、ｈｗｔｃは、冷却水と壁面の熱伝達率（Ｗ／ｍ^２／Ｋ）、Ｔｃｂは、ブロック内冷却水温度の推定値（Ｋ）と、Ｔｗ＿ｉは、予測対象の壁面温度（Ｋ）である。そして、Δｔは、計算周期（ｓ）である。なお、ブロック内冷却水温度の推定値Ｔｃｂは、現在の冷却水温度である。

ここで、計算周期Δｔの設定は、操作するアクチュエータの操作周期に応じて適宜設定することができる。例えば、点火時期や噴射時期をサイクル毎に変更し、かつ、その変更に対して壁面温度の状態を反映したい場合は、計算周期Δｔは、１燃焼サイクルに相当する時間に設定される。また、特定のジョブ周期に応じた操作量の変更を実施する場合は、計算周期Δｔは、ジョブの周期に設定される。例えば、ジョブの周期が１０Ｈｚの場合、計算周期Δｔは、０．１秒に設定される。このように、計算周期Δｔを適宜設定することで、制御対象の現象や、操作量に応じて適切な計算負荷での実行が可能となる。

また、冷却水と壁面の熱伝達率ｈｗｔｃは、冷却水の流れる速さに関するパラメータ（例えば、流速やレイノルズ数）や冷却水温熱伝導率に関するパラメータ（例えば、温度やプラントル数）に依存する。そのため、冷却水と壁面の熱伝達率ｈｗｔｃは、下記数６から算出することができる。
［数６］

数６におけるＣｈｗｔｃはモデル定数、Ｆ（Ｔｃ）は、ブロック内の冷却水温度に対して単調増加する関数、Ｇ（Ｍｃ＿ｉ）は、ブロック内の冷却水流量（ｋｇ／ｓ）に対して単調増加する関数である。また、関数Ｆ（Ｔｃ）は、下記数７から算出され、関数Ｇ（Ｍｃ＿ｉ）は、下記数８から算出される。なお、数７におけるＡｆ、Ｂｆは、モデル定数であり、実験やシミュレーションにより同定される。また、数７、数８は、一例であり、冷却水温度や流量との感度が表現できる形で定式化してもよい。
［数７］

［数８］

次に、壁面温度推定部３４は、エンジン状態推定部３２が算出した壁面へのエネルギ伝達量と、ステップＳ２１の処理で冷却水エネルギ流量推定部３３が算出した冷却水へのエネルギ伝達量と、現在の壁面温度から温度変化後の壁面温度を算出する（ステップＳ２２）。なお、現在の壁面温度は、壁面温度推定部３４が前回の計算周期の際に算出した壁面温度（推定値）である。

壁面温度Ｔｗ＿ｉ（Ｋ）は、例えば、下記数９から算出することができる。なお、壁面温度Ｔｗ＿ｉ（Ｋ）は、壁面要素ｉの壁面温度である。
［数９］

数９におけるＭｗ＿ｉは、壁面要素の壁面の質量（ｋｇ）、ｉは、添え字であり１からＮの整数、Ｃｗａｌｌは壁面の比熱（Ｊ／ｋｇ／Ｋ）である。そして、ｎは現時刻、ｎ＋１は現時刻から計算周期後の時間を示す。

壁面温度が算出されると、冷却水温度推定部３５は、ブロック内の冷却水温度の推定を行う（ステップＳ２３）。すなわち、冷却水温度推定部３５は、流入冷却水温度、冷却水流量、冷却水へのエネルギ伝達量、現在の冷却水温度から温度変化後の冷却水温度を算出する。現在の冷却水温度は、冷却水温度推定部３５が前回の計算周期の際に算出した冷却水温度（推定値）である。

温度変化後のブロック内の冷却水温度Ｔｃ（ｎ＋１）（Ｋ）は、例えば、下記数１０から算出することができる。
［数１０］

数１０におけるＣｃは冷却水の比熱（Ｊ／ｋｇ／Ｋ）、Ｍｃは冷却水の質量（ｋｇ）である。

これにより、冷却水エネルギ流量推定部３３、壁面温度推定部３４及び冷却水温度推定部３５の動作が完了する。なお、ステップＳ２２における壁面温度の算出処理と、ステップＳ２３における冷却水温度の算出処理は、同時に行ってもよく、あるいはステップＳ２３における冷却水温度の算出処理を先に実行してもよい。

このように、本例の内燃機関制御装置２０によれば、壁面温度を推定するにあたり、冷却水エネルギ流量推定部３３によって、前回に推定した壁面温度と冷却水流量及び冷却水温度に基づいて、エンジンブロックと冷却水の間のエネルギ伝達量を算出している。これにより、壁面温度や、冷却水の流量、冷却水の温度による壁面伝達効率や冷却水温度に時間変化を考慮して、壁面温度の時間変化を推定することができる。その結果、内燃機関（エンジンブロック）１００の壁面温度が低い条件下での壁面温度の推定精度の向上を図ることができる。

１－５．エンジン状態推定部３２の動作例の変形例
次に、上述したエンジン状態推定部３２における壁面へのエネルギ伝達量の算出動作の変形例について図８を参照して説明する。
図８は、エンジン状態推定部３２の動作の変形例を示すフローチャートである。

上述した図４におけるステップＳ１３の処理では、図６Ａから図６Ｃに示すマップを用いて壁面へのエネルギ伝達量を算出している。しかしながら、壁面温度に影響する各種アクチュエータが増加すると、その操作量も増える。その結果、増加したアクチュエータに応じてマップの数が増加し、このマップを作製する手間が増加する。しかしながら、壁面へのエネルギ伝達量は、内燃機関１００内の燃焼を表現する数理モデルによって算出することもできる。これにより、マップの数が増加することを抑制することができる。

まず、内燃機関１００の数理モデルとして用いるモデル式の一例を数１１、数１２、数１３に示す。以下に示す数１１、数１２、数１３は、シリンダ１４内の燃焼ガスのエネルギ保存式と理想気体の状態方程式から導出された式である。また、下記に示す数１１、数１２、数１３とは異なる数式を用いてもよい。

エネルギ保存式と理想気体の状態方程式から導出される内燃機関１００の数理モデルは、離散化した状態で示すと、以下に示す数１１、数１２、数１３がある。
［数１１］

［数１２］

［数１３］

ここで、θはクランク角度（ラジアン）、Δθは現時点からの進む時間の幅（時間ステップ）（ラジアン）、Ｅ（θ）はシリンダ１４内（筒内）ガスの内部エネルギ（Ｊ）、γは比熱比、Ｖ（θ）は筒内の容積（ｍ^３）、ｄＱｃｌ（θ）は、Δθ間の壁面へのエネルギ伝達量（Ｊ）である。また、ｄＱＨＲ（θ）はΔθ間の燃焼による発熱量（Ｊ）、Ｔ（θ）はガス温度（Ｋ）、ｐ（θ）は筒内圧力（Ｐａ）、Ｍは筒内のガス量（ｋｇ）、Ｒは気体定数（Ｊ／ｋｇ／Ｋ）である。

エンジン状態推定部３２は、上述した数１１、数１２、数１３を用いてクランク角度θ＋Δθにおける内部エネルギＥ、温度Ｔ、圧力ｐを計算する。また、エンジン状態推定部３２は、この計算を繰り返すことで、吸気バルブの閉じ時期から排気バルブの開き時期までの変化を計算する。

ここで、クランク角度θの時点を想定すると、クランク角度θにおける各種の値は既知であるが、クランク角度θ＋Δθにおける各種の値は未知である。しかしながら、筒内容積Ｖはクランク角度θの関数として式やマップにより表すことができる。そのため、クランク角度θと、クランク角度θ＋Δθにおける筒内容積Ｖの値は既知となる。筒内容積Ｖは、例えば、下記数１４から算出することができる。
［数１４］

数１４におけるＶ０はピストンが上死点に位置する場合の筒内容積（ｍ^３）、πは円周率、Ｄはピストンのボア径（ｍ）、Ｒｃはクランク半径（ビストンのストローク量の半分）（ｍ）である。また、λはコンロッド長さとクランク半径の比（コンロッド長さ÷クランク半径）であり、内燃機関１００の機構により決まる値である。

これにより、エンジン状態推定部３２は、上述した数１１から数１４を用いることで、クランク角度θ＋Δθにおける内部エネルギＥを求め、続いてクランク角度θ＋Δθにおける温度Ｔ、圧力ｐを求めることができる。なお、壁面へのエネルギ伝達量ｄＱｃｌは、以下に示す数１５、数１６から算出することができる。
［数１５］

［数１６］

数１６に示すＱｃｌ＿ｉは、ｄＱｃｌ＿ｉを１燃焼サイクル分足し合わせることで算出することができる。具体的には、数１７から算出される。
［数１７］

ここで、ｄＱｃｌ＿ｉはΔθ間の壁面要素ｉへの熱伝達量（Ｗ）、αは壁面熱伝達率（Ｗ／Ｋ／ｍ^３）である。壁面熱伝達率αは、例えば、下記数１８に示すＥｉｃｈｅｌｂｅｒｇの式により算出することができる。
［数１８］

ここで、ＣＥｉはモデル定数であり、実験結果と計算結果が一致するように調整される。ＣＥｉとしては、例えば、０．５程度の値に調整される。

このように、各壁面要素へのエネルギ伝達量を算出するにあたり、クランク角度に対する温度や圧力の変化を反映させている。これにより、運転条件や化学的条件、動作状況、各種アクチュエータへの操作条件が変わった際に、それらの変更に応じて、エネルギ伝達量に変化を反映させることができる。

さらに、燃焼による発熱量ｄＱＨＲは、例えば、下記数１９、数２０、数２１に示すＷｉｅｂｅ関数を用いて求めることができる。
［数１９］

［数２０］

［数２１］

ここで、Ｅｆｕｅｌは数１で求める投入エネルギ量、δθｃｏｍｂは燃焼期間（ラジアン）、θＡＤＶは点火時期（ラジアン）、ａ及びｂはモデル定数である。

また、内燃機関１００の仕事Ｗｅｎｇは、下記数２２、数２３から算出することができる。
［数２２］

［数２３］

次に、図８を参照して上述した数理モデルを用いたエンジン状態推定部３２の動作の変形例について説明する。図８は、エンジン状態推定部３２の動作の変形例を示すフローチャートである。
図８に示すように、エンジン状態推定部３２は、エンジン状態推定部３２は、投入エネルギ量を算出する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１の処理は、図４におけるステップＳ１１の処理と同様であるため、その説明は省略する。

次に、エンジン状態推定部３２は、クランク角度θを吸気バルブの閉じ時期に設定し、各種パラメータの初期化を行う（ステップＳ３２）。すなわち、ステップＳ３２の処理において、エンジン状態推定部３２は、内部エネルギＥ、温度Ｔ、圧力ｐの値も吸気バルブの閉じ時期を想定した値に設定する。例えば、温度Ｔは吸気管６の温度と同一の温度に設定され、圧力ｐは吸気管６の圧力と同じ圧力に設定される。そして、内部エネルギＥは上述した数１２を変形した求められる下記数２４により算出することができる。
［数２４］

また、ステップＳ３２の処理において、エンジン状態推定部３２は、各壁面要素へのエネルギ伝達量Ｑｃｌ＿ｉを０に設定する。

次に、エンジン状態推定部３２は、圧縮行程での壁面要素へのエネルギ伝達量を計算するためのΔθを設定する（ステップＳ３３）。Δθは、例えば、下記数２５により求めることができる。
［数２５］

Ｎｃｏｍｐは、吸気バルブの閉じ時期から点火時期までの間を何回に分けて計算するかを調整するパラメータである。

圧縮行程でのΔθを設定するとエンジン状態推定部３２は、圧縮行程におけるガスの変化と壁面へのエネルギ伝達量を算出する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４の処理において、エンジン状態推定部３２は、上述した数１１から数１８、数２２、数２３を用いて算出する。また、数１１において燃焼による発熱量ｄＱＨＲは、０に設定して算出する。

次に、エンジン状態推定部３２は、クランク角度θが点火時期よりも小さいか否か、すなわちクランク角度θが点火時期よりも進角側にあるか否かを判断する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５の処理において、クランク角度θが点火時期よりも小さいと判断した場合（ステップＳ３５のＹＥＳ判定）、エンジン状態推定部３２は、クランク角度θにΔθを加算（ステップＳ３６）し、ステップＳ３４の処理に戻る。ここで、加算するΔθは、ステップＳ３３で算出したΔθである。

これに対して、ステップＳ３５の処理において、クランク角度θが点火時期よりも大きいと判断した場合（ステップＳ３５のＮＯ判定）、エンジン状態推定部３２は、燃焼行程での壁面要素へのエネルギ伝達量を計算するためのΔθを設定する（ステップＳ３７）。Δθは、例えば、下記数２６により求めることができる。
［数２６］

Ｎｃｏｍｂは、燃焼期間を何回に分けて計算するかを調整するパラメータである。

燃焼行程でのΔθを設定するとエンジン状態推定部３２は、燃焼行程における燃焼ガスの変化と壁面へのエネルギ伝達量を算出する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８の処理において、エンジン状態推定部３２は、上述した数１１から数２３を用いて算出する。

次に、エンジン状態推定部３２は、クランク角度θが点火時期と燃焼期間の和よりも小さいか否か、すなわちクランク角度θが燃焼終了時期よりも進角側にあるか否かを判断する（ステップＳ３９）。ステップＳ３９の処理において、クランク角度θが点火時期と燃焼期間の和よりも小さいと判断した場合（ステップＳ３９のＹＥＳ判定）、エンジン状態推定部３２は、クランク角度θにΔθを加算（ステップＳ４０）し、ステップＳ３８の処理に戻る。ここで、加算するΔθは、ステップＳ３７で算出したΔθである。

これに対して、ステップＳ３９の処理において、クランク角度θが点火時期と燃焼期間の和よりも大きいと判断した場合（ステップＳ３９のＮＯ判定）、エンジン状態推定部３２は、膨張行程での壁面要素へのエネルギ伝達量を計算するためのΔθを設定する（ステップＳ４１）。Δθは、例えば、下記数２７により求めることができる。
［数２７］

Ｎｅｘｐａは、燃焼終了時期からは気バルブの開き時期までの間を何回に分けて計算するかを調整するパラメータである。

膨張行程でのΔθを設定するとエンジン状態推定部３２は、膨張行程におけるガスの変化と壁面へのエネルギ伝達量を算出する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２の処理において、エンジン状態推定部３２は、上述した数１１から数１８、数２２、数２３を用いて算出する。また、数１１において燃焼による発熱量ｄＱＨＲは、０に設定して算出する。

次に、エンジン状態推定部３２は、クランク角度θが排気バルブの開き時期よりも小さいか否か、すなわちクランク角度θが排気バルブの開き時期よりも進角側にあるか否かを判断する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３の処理において、クランク角度θが排気バルブの開き時期よりも小さいと判断した場合（ステップＳ４３のＹＥＳ判定）、エンジン状態推定部３２は、クランク角度θにΔθを加算（ステップＳ４４）し、ステップＳ３２の処理に戻る。ここで、加算するΔθは、ステップＳ４１で算出したΔθである。

これに対して、ステップＳ４３の処理において、クランク角度θが排気バルブの開き時期よりも大きいと判断した場合（ステップＳ４３のＮＯ判定）、エンジン状態推定部３２は、動作を終了させる。

このように、図８に示す動作例では、内燃機関１００の数理モデルを用いて、シリンダ１４内の燃焼状態を予測し、壁面へのエネルギ伝達量を算出している。これにより、各種パラメータにより変化する燃焼状態を考慮した壁面へのエネルギ伝達量を算出することができる。その結果、予め壁面へのエネルギ伝達量を算出するためのマップを作製することなく、壁面へのエネルギ伝達量を算出することができる。また、内燃機関１００の運転条件や動作状況がマップで想定する運転条件や動作状況を外れた場合でも、壁面温度の推定精度の向上を図ることができ、モデル適合時間の短縮を行うことができる。

また、図８に示す動作例で算出したエネルギ伝達量Ｑｃｌ、内燃機関１００の仕事Ｗｅｎｇ、投入エネルギ量Ｅｆｕｅｌから排気へ流れるエネルギ（排気エネルギ）Ｑｅｘを算出することができる。排気エネルギＱｅｘは、例えば、下記数２８から算出される。
［数２８］

これにより、内燃機関１００内の燃焼状態を予測したうえで、排気エネルギＱｅｘも算出することができる。その結果、排気エネルギＱｅｘを検出するためのセンサが不要となり部品点数の削減を図ることができる。

さらに、冷却水の温度には、エンジンブロックに流入する入口温度と、エンジンブロックから排出される出口温度には分布がある。複数のシリンダ１４のうち基準となるシリンダ１４の壁面温度を上述した構成で推定すると仮定した場合、複数のシリンダ１４を個別に壁面温度を推定するために、計算負荷が増加する。

計算負荷を軽減させるために、例えば、冷却水の入口温度と出口温度を検出し、これらの情報に基づいて推定値を補正してもよい。例えば、複数のシリンダ１４のうち冷却水の入口に最も近くに配置された１番シリンダ１４から冷却水の出口に最も近くに配置された４番シリンダ１４にかけて冷却水が流れる場合を想定する。そして、３番シリンダ１４の水温を推定する場合、下記数２９を用いて各シリンダ１４の壁面温度を推定することができる。
［数２９］

数２９におけるｊは、シリンダ１４の番号であり、４気筒エンジンの場合、例えば、１、２、３、４に設定される。Ｃは各シリンダ１４の壁面温度の推定値の合わせこみのための定数であり、例えば、１未満の値に設定される。これにより、多気筒分の内燃機関１００の壁面温度を推定することなく、複数のシリンダ１４のうち一つのシリンダ１４の壁面温度を推定することで、各シリンダ１４の壁面温度を推定することができる。その結果、複数のシリンダ１４の壁面温度を計算するための負荷を低減することができる。

１－６．操作量算出部の動作例
次に、操作量算出部３６の動作例について説明する。
操作量算出部３６は、壁面温度推定部３４で算出した壁面温度、冷却水温度推定部３５で算出したブロック内冷却水温度に基づいて、燃焼エネルギの分配を操作する各種アクチュエータの操作量を算出し、出力する。

ここで、燃焼エネルギの分配を操作するとは、投入されたエネルギが分配される出力、壁面への熱伝達量、排気ガスとして排出される量等への分配率を操作することである。例えば、ガソリンエンジンであれば、点火時期、燃料噴射時期、オイルジェットによりピストン冷却量、冷却水量の流量や温度により分配率が操作される。本例の操作量算出部３６が操作量を算出し、出力する各種アクチュエータとしては、例えば、点火装置として点火プラグ１７及び点火コイル１６、燃料噴射装置１３、オイルジェットシステム１１０などの潤滑オイル装置、ウォーターポンプなどの冷却水装置が挙げられる。

点火装置の操作量は、点火コイル１６への通電時期や通電時間である。燃料噴射装置１３の操作量は、燃料噴射装置１３の開弁時期や閉弁時期、または高圧燃料ポンプに設けた圧力調整のための弁の開閉操作である。また、オイルジェットシステム１１０の操作量は、オイルポンプの出力であり、冷却装置の操作量は、冷却水の流量、エンジンブロックに入る冷却水の温度である。

また、上述したように壁面温度推定ブロック３１が運転条件、燃焼の化学的条件、動作状況により変化する内燃機関１００の動作状況を考慮して壁面温度の時間変化を推定している。これにより、推定した壁面温度に応じて、操作量算出部３６は、燃焼用に投入したエネルギの分配量を効率よく設定することができる。

次に、図９を参照して操作量算出部３６における各種アクチュエータの操作量の算出及び出力動作例について説明する。
図９は、操作量算出部３６の動作例を示すフローチャートである。以下に示す例では、上述したように、壁面要素としてピストン、ヘッド、ライナに分割した例を説明する。また、壁面温度は、上述した壁面温度推定ブロック３１で推定したものであり、各要素の平均温度でもよく、各要素の特定の場所を想定してもよい。また、壁面要素としては、ピストン、ヘッド、ライナに限定されるものではなく、バルブ等その他各種の場所の壁面要素を含めてもよい。

図９に示すように、まず、操作量算出部３６は、ピストン温度が予め設定された冷却判定基準値よりも大きいか判定する（ステップＳ５１）。冷却判断基準値は、オイルジェットシステム１１０でピストンの冷却を実施するか否かを判定するための基準値であり、予め実験等によって設定される。冷却判断基準値としては、例えば、内燃機関１００が暖機条件に至った条件で特定の運転条件において運転し、定常状態に至った際のピストン温度が用いられる。

ステップＳ５１の処理において、ピストン温度が冷却判断値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ５１のＹＥＳ判定）、操作量算出部３６は、オイルジェットシステム１１０によるオイルジェットを実施させる（ステップＳ５２）。ステップＳ５２の処理において、操作量算出部３６は、オイルジェットシステム１１０の操作量だけでなく、燃料噴射の操作量を設定する。

また、ステップＳ５２の処理において、操作量算出部３６は、ピストンが暖機状態と同様な状態にあると判断している。そのため、操作量算出部３６は、オイルジェットシステム１１０の操作量と燃料噴射の操作量である噴射時期や燃料圧力を暖機条件マップで適合された設定値を用いる。具体的には、ピストンに向けてオイルジェットの有無を制御するバルブがある場合は、バルブを開けてピストンに向けてオイルが噴射されるようにオイルジェットシステム１１０を操作する。または、オイルの圧力を所定の値まで増加させてピストンに向けて噴射されるオイルの量が適合値に達するようにする。

ステップＳ５２の処理が終了すると、操作量算出部３６は、後述するステップＳ５４の処理に移行する。

これに対して、ステップＳ５１の処理において、ピストン温度が冷却判定基準値よりも小さいと判断した場合（ステップＳ５１のＮＯ判定）、操作量算出部３６は、ピストンが冷機条件にあると判断し、ステップＳ５３の処理に移行する。ステップＳ５３の処理において、操作量算出部３６は、オイルジェットシステム１１０によりオイルジェットを停止させ、燃料噴射の操作量である噴射量や噴射時期を低壁温設定の設定値に変更する。低壁温設定による設定値は、暖機条件で適合された値と異なる値である。

具体的には、ピストンに向けてオイルジェットの有無を制御するバルブがある場合は、バルブを閉じて、ピストンに向けたオイルの噴射を停止する。または、オイルの圧力を暖機条件の適合値よりも低く抑えた圧力に設定することで、ピストンに向けて噴射されるオイルの量を減少させる。これにより、ピストンからオイルに対して流れるエネルギ量を減らすことができ、ピストン温度の低下を抑制することができる。

また、燃料噴射の操作量である噴射時期を、暖機条件マップに設定された値よりも早くなるように設定する。または、燃料噴射の操作量である噴射圧力を、暖機条件マップに設定された値よりも大きくなるように設定する。これにより、ピストンに付着する燃料を抑制し、ピストンから燃料に対して流れるエネルギ量を減らすことができ、ピストン温度の低下を抑制することができる。

ステップＳ５３の処理が終了すると、操作量算出部３６は、後述するステップＳ５６の処理に移行する。

ステップＳ５４の処理において、操作量算出部３６は、ピストン温度が高温判定基準値１よりも小さいか判定する。高温判定基準値１は、ピストン温度が高温であり、異常燃焼等の内燃機関１００の異常を引き起こす温度に達しているかを判断するための基準値である。高温判定基準値１は、冷却判定基準値よりも大きな値に設定される。高温判定基準値１は、冷却判定基準値と同様に、予め実験等によって設定される。そして、高温判定基準値１は、特に異常燃焼が発生するような内燃機関１００の出力が大きい条件で設定することが好ましい。

ステップＳ５４の処理において、ピストン温度が高温判定基準値１よりも小さいと判断した場合（ステップＳ５４のＹＥＳ判定）、操作量算出部３６は、後述するステップＳ５６の処理に移行する。

これに対して、ステップＳ５４の処理において、ピストン温度が高温判定基準値１よりも大きいと判断した場合（ステップＳ５４のＮＯ判定）、操作量算出部３６は、ピストン温度が高く、異常燃焼に至る可能性があると判断する。そして、操作量算出部３６は、ピストンからオイルへのエネルギ伝達量を増加させるために、オイルジェットの量を増量する操作を実施する（ステップＳ５５）。

具体的には、ステップＳ５２の処理で設定されたで暖機条件マップに適合する設定値よりもオイルの圧力を大きな値に設定し、ピストンに向けて噴射されるオイルの量が増加するように設定する。これにより、ピストンからオイルへのエネルギ伝達量を増加させ、ピストン温度を低下させることができる。ステップＳ５５の処理が終了すると、操作量算出部３６は、ステップＳ５６の処理に移行する。

ステップＳ５６の処理において、操作量算出部３６は、ヘッド温度が高温判定基準値２よりも小さいか判定する。高温判定基準値２は、ヘッド温度が高温であり、異常燃焼等の内燃機関１００の異常を引き起こす温度に達しているかを判断するための基準値である。高温判定基準値２は、冷却判定基準値や高温判定基準値１と同様に、予め実験等によって設定される。そして、高温判定基準値２は、特に異常燃焼が発生するような内燃機関１００の出力が大きい条件で設定することが好ましい。

ステップＳ５６の処理において、ヘッド温度が高温判定基準値２よりも小さいと判断した場合（ステップＳ５６のＹＥＳ判定）、操作量算出部３６は、後述するステップＳ５８の処理に移行する。これに対して、ステップＳ５６の処理において、ヘッド温度が高温判定基準値２よりも大きいと判断した場合（ステップＳ５６のＮＯ判定）、操作量算出部３６は、ヘッド温度が高く異常燃焼に至る可能性があると判断する。

そして、操作量算出部３６は、ヘッドから冷却水へのエネルギ伝達量を増加させるために、冷却水流量の増加や、冷却水温度の低下させる操作を実施する（ステップＳ５７）。具体的には、冷却水を循環させるために設けているポンプの回転数を増加させたり、または、外部空気と冷却水のエネルギ交換を実施するラジエータに流れる冷却水流量を増加させることでラジエータの出口における冷却水量を減少させたりする。これにおり、壁面から冷却水へのエネルギ伝達量を増加させることができ、ヘッド温度を低下させることができる。

なお、ステップＳ５７の処理が終了すると、１周期における操作量算出部３６の動作が完了する。

また、ステップＳ５８の処理では、操作量算出部３６は、ライナ温度が暖機判定基準値よりも小さいか判定する。暖機判定基準値は、ライナ温度が暖機状態に至っているかを判断するための基準値である。暖機判定基準値も、冷却判定基準値や高温判定基準値１、高温判定基準値２と同様に、予め実験等によって設定される。暖機判定基準値は、例えば、内燃機関１００が暖機条件に至った条件で特定の運転条件で運転し、定常状態に至った際のライナ温度が用いられる。

ステップＳ５８の処理において、ライナ温度が暖機判定基準値よりも小さいと判断した場合（ステップＳ５８のＹＥＳ判定）、操作量算出部３６は、ライナ温度が冷機状態であると判断する。そして、操作量算出部３６は、エンジンブロックから冷却水へのエネルギ伝達量を減少させるために、エンジンブロックに流れる冷却水流量を減少させる操作を行う（ステップＳ５９）。例えば、冷却水を循環させるためのポンプの回転数を減少させたり、または、エンジンブロックに流れる冷却水を調整するためのバルブを閉じたりする。これにより、エンジンブロックに流れる冷却水流量を減少させることができる。

これに対して、ステップＳ５８の処理において、ライナ温度が暖機判定基準値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ５８のＮＯ判定）、操作量算出部３６は、内燃機関１００が暖機されて、適度な温度に至っていると判断する。そのため、操作量算出部３６は、暖機条件で適合した冷却水流量や温度の設定となるように、冷却水流量を設定する（ステップＳ６０）。例えば、冷却水流量を調整するポンプやラジエータに流れる冷却水流量を調整する。

これにより、１周期における操作量算出部３６の動作が完了する。

図１０は、上述した図９に示す操作量算出部３６の動作例に基づく各種アクチュエータの操作例を示すタイミングチャートである。
図１０における時刻ｔ１は、ピストン温度が冷却判定基準値に到達する時刻を示し、時刻ｔ２は、ライナ温度が暖機判定基準値に到達する時刻を示している。また、時刻ｔ３は、ピストン温度が高温判定基準値１に到達する時刻を示し、時刻ｔ４は、ヘッド温度が高温判定基準値２に到達する時刻を示している。

図１０に示すように、時刻ｔ１においてピストン温度が冷却判定基準値に到達すると、オイルジェットの量が暖機条件よりも減少した状態か暖機条件におけるオイルジェットの量に変更される。なお、図１０における点線は目標値を示し、実線は実際の応答を示している。そして、ピストン温度の上昇に伴い、オイルジェットの量は増加方向に変化する。

また、燃料噴射時期が低壁温設定から暖機条件の設定値に変更される。冷機条件では、燃料が気化する時間を確保する観点から、暖機条件に比べて燃料噴射時期が早期化される場合がある。これらにより、ピストン温度を緩やかに上昇させることができる。

時刻ｔ２において、ライナ温度が暖機判定基準値に到達すると、操作量算出部３６は、ライナ温度が十分な値に達したと判断する。そのため、冷却水流量が増加し、ライナ温度の上昇が緩やかになる。

また、時刻ｔ３において、ピストン温度が高温判定基準値１に達すると、操作量算出部３６は、異常燃焼の発生確率が上がったと判断する。そのため、ピストン温度を下げるために、オイルジェットの量を増加させる。さらに、ピストンに付着した燃料によるピストンからの熱吸収が有効である場合は、燃焼噴射時期を進角化し、ピストンへの燃料の付着量を増加させる。これにより、ピストンに付着した燃料が気化する際に、ピストンからエネルギを奪うことができる。その結果、図１０に示すように、ピストン温度を高温判定基準値１から下げることができる。

さらに、時刻ｔ４において、ヘッド温度が高温判定基準値２に達すると、操作量算出部３６は、冷却水流量の増加、冷却水温度が低下するように関連する各種アクチュエータを操作する。エンジンブロックに流れる冷却水流量の増加や冷却水温度の低下に伴い、冷却水がエンジンブロックから奪う熱量を増加させることができる。その結果、図１０に示すように、ヘッド温度を高温判定基準値２から下げることができる。

このように、本例の内燃機関制御装置２０によれば、壁面温度推定ブロック３１において複数の壁面要素の壁面温度を推定することができるため、内燃機関１００内で要素ごとの壁面温度を推定することができる。これにより、複数の壁面要素の壁面温度に基づいて、各種アクチュエータの操作量を、操作量算出部３６によって適切に算出及び出力することができる。その結果、各壁面要素の壁面温度に応じて、壁面やオイルジェットシステム１１０のオイル、冷却水、燃料に流れるエネルギ分配量を操作することができる。

２．第２の実施の形態例
次に、図１１から図１５を参照して第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置について説明する。
図１１は、第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置で実行される制御概要を示す制御ブロック図である。

図１１に示すように、第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置は、壁面温度推定ブロック１００１と、ノック判定ブロック１００２と、操作量算出部１００３とを有している。壁面温度推定ブロック１００１は、第１の実施の形態例にかかる壁面温度推定ブロック３１と同一の構成を有しているため、その説明は省略する。

ノック判定ブロック１００２は、内燃機関１００に設けたノックセンサから信号を受信する。そして、ノック判定ブロック１００２は、ノックセンサから受信した信号に基づいてノック発生の有無（ノック判定結果）を出力する。また、ノック判定ブロック１００２は、ノック判定結果を操作量算出部１００３に出力する。操作量算出部１００３は、ノック判定ブロック１００２から入力されたノック判定結果、及び壁面温度推定ブロック１００１から入力された壁面温度、ブロック内冷却水温度に基づいて、各種アクチュエータの操作量を算出する。

図１２は、第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における操作量算出部１００３及びノック判定ブロック１００２の動作の一例を示すフローチャートである。
図１２に示すように、まず操作量算出部１００３は、ノック判定ブロック１００２から出力されたノック判定結果に基づいて、ノックが発生したか否かを判断する（ステップＳ７１）。ノックの判定方法としては、例えば、ノックセンサ信号の強度、振幅の最大値等を用いてノックの有無を判定する。

ステップＳ７１の処理において、ノックの発生が無いと判断した場合（ステップＳ７１のＮＯ判定）、操作量算出部１００３は、通常の操作を行う（ステップＳ７３）。ステップＳ７３における通常の操作としては、例えば、上述した図９に示すように、各種温度に応じたエネルギ伝達量を操作するようにアクチュエータを操作する。

また、ステップＳ７１の処理において、ノックの発生が有ると判断した場合（ステップＳ７１のＹＥＳ判定）、操作量算出部１００３は、ピストン温度とヘッド温度の大小を判断する（ステップＳ７２）。具体的には、操作量算出部１００３は、ピストン温度がヘッド温度と補正値の和を比較し、ピストン温度が大きいか否かを判断する。

ここで、補正値は、ピストン温度とヘッド温度の異常燃焼に対する影響度の違いを補正するための係数である。補正値は、例えば、内燃機関１００が定常の状態において、ピストン温度とヘッド温度の差分を用いることができる。

ステップＳ７２の処理において、ピストン温度がヘッド温度と補正値との和よりも大きいと判断した場合（ステップＳ７２のＹＥＳ判定）、操作量算出部１００３は、ピストン温度がノック因子であると推定する（ステップＳ７４）。ここで、ピストン温度がノック因子である場合、温度の高いピストンからピストン周囲のガスへの熱伝達量が多いことでノックが発生したと考えられる。

次に、操作量算出部１００３は、ピストンからオイルへのエネルギ伝達量とピストンから燃料へのエネルギ伝達量を増加させるために、オイルジェットの量を増加させる操作及びピストンへの燃料の付着量が増加させる操作を実施する（ステップＳ７５）。具体的には、オイルジェットの量を増加させるために、オイルピンプの出力を増加させ、オイルの圧力を増加させる。また、燃料の付着量を増加させるために、燃料噴射時期を進角化させて、吸気行程の初期値に設定する。これにより、ピストンからオイルや燃料へのエネルギ伝達量を増加させることができる。その結果、ノック因子であるピストン温度を低下させ、ノックの抑制を図ることができ、内燃機関１００の効率を増加させることができる。

また、ステップＳ７２の処理において、ピストン温度がヘッド温度と補正値との和よりも小さいと判断した場合（ステップＳ７２のＮＯ判定）、操作量算出部１００３は、ヘッド温度がノック因子であると推定する（ステップＳ７６）。ここで、ヘッド温度がノック因子である場合、温度の高いヘッドからヘッド周囲のガスへの熱伝達量が多いことでノックが発生したと考えられる。

次に、操作量算出部１００３は、ヘッドから冷却水へのエネルギ伝達量を増加させるために、冷却水流量を増加させ、さらに冷却水温度を低下させる操作を実施する（ステップＳ７７）。具体的には、冷却水流量を増加させるために、冷却水を循環させるためのポンプの出力を増加させる。また、冷却水温度を低下させるために、ラジエータを流れる冷却水の流量を増加させ、冷却水から外部の空気へのエネルギ伝達量を増加させる操作を行うように設定する。これにより、ヘッドから冷却水へのエネルギ伝達量を増加させることができる。その結果、ノック因子であるヘッド温度を低下させ、ノックの抑制を図ることができ、内燃機関１００の効率を増加させることができる。

図１３は、上述した図１２に示す操作量算出部１００３の動作例に基づく各種アクチュエータの操作例を示すタイミングチャートである。
図１３における時刻ｔ１は、ヘッド温度と補正値の和がピストン温度に比べて小さい条件でノックが発生した時刻を示している。そして、時刻ｔ２は、ヘッド温度と補正値の和がピストン温度に比べて大きい条件でノックが発生した時刻を示している。

図１３に示すように、時刻ｔ１でノックが発生したことが検知されると、ピストン温度とヘッド温度の関係から、操作量算出部１００３は、ピストン温度を下げるようにアクチュエータを操作する。第２の実施の形態例においては、オイルによるピストンの冷却量を増加させるために、オイルジェットの量を増加させる操作を行う。さらに、ピストンに付着する燃料によるピストンからのエネルギを奪う量を増加させるために、燃料の付着量が増加するように、噴射時期の進角化が行われる。これらのアクチュエータに対する操作により、ピストン温度を低下させることができ、ピストン温度により誘発されるノックの発生を抑制することができる。

また、時刻ｔ２でノックが発生したことが検知されると、ピストン温度とヘッド温度の関係から、操作量算出部１００３は、ヘッド温度を下げるようにアクチュエータを操作する。第２の実施の形態例においては、エンジンを循環する冷却水温度を下げる操作を行う。さらに、エンジンブロックに流れる冷却水流量を増加させる操作を実施する。これらのアクチュエータに対する操作により、ヘッド温度を低下させることができ、ヘッド温度により誘発されるノックの発生を抑制することができる。

この第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置によれば、ノック発生有無の結果と、各壁面要素における壁面温度の推定値からノック因子を特定することができる。そして、特定したノック因子に応じて、オイルジェットシステム１１０のオイルジェット、燃料噴射、冷却水を操作することで、ノックの発生を抑制することができる。また、ノック因子に応じてアクチュエータを操作することで、壁面が冷却されることによるガスから壁面へのエネルギ伝達量の増加に伴う損失を最低限に抑制することができる。これにより、ノックが発生する条件近傍での内燃機関１００の効率を向上させることができる。

次に、図１４を参照して第２の態例にかかる内燃機関制御装置における操作量算出部１００３及びノック判定ブロック１００２の動作の他の例について説明する。
図１４は、第２の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における操作量算出部１００３及びノック判定ブロック１００２の動作の他の例を示すフローチャートである。

まず、図１４に示すように、操作量算出部１００３は、ノック判定ブロック１００２から出力されたノック判定結果に基づいて、ノックが発生したか否かを判断する（ステップＳ８１）。ステップＳ８１の処理において、ノックの発生が無いと判断した場合（ステップＳ７１のＮＯ判定）、操作量算出部１００３は、通常の操作を行う（ステップＳ８２）。ステップＳ８２における通常の操作としては、例えば、上述した図９に示すように、各種温度に応じたエネルギ伝達量を操作するようにアクチュエータを操作する。

また、ステップＳ８１の処理において、ノックの発生が有ると判断した場合（ステップＳ８１のＹＥＳ判定）、操作量算出部１００３は、各シリンダ（気筒）１４の壁面温度に応じて、点火時期の補正量を設定する（ステップＳ８３）。通常、ノックが発生した際、一度、ノック発生時に比べて、点火時期を遅角化させ、その後、徐々に点火時期を進角するように操作させる。図１４に示す例では、ノック発生後の点火時期の進角量については、壁面温度が高いシリンダ１４ほど点火時期の進角量を小さくように設定している。

次に、操作量算出部１００３は、ノックが発生したシリンダ（気筒）１４は壁面温度が最も高くなるシリンダであるか判断する（ステップＳ８４）。ステップＳ８４の処理において、ノックが発生した気筒は壁面温度が最も高い気筒ではないと判断した場合（ステップＳ８４のＮＯ判定）、操作量算出部１００３は、処理を終了させる。

ステップＳ８４の処理において、ノックが発生した気筒は壁面温度が最も高い気筒であると判断した場合（ステップＳ８４のＹＥＳ判定）、操作量算出部１００３は、壁面温度が高いことがノックの発生要因であると判断する。そして、操作量算出部１００３は、最も壁面温度の高い気筒の壁面を冷却することが必要であると判断し、エンジンブロックを流れる冷却水流量の増加や、エンジンブロックに流入する冷却水の温度を下げる操作を実施する（ステップＳ８５）。これにより、操作量算出部１００３の処理が完了する。

図１５は、上述した図１４に示す操作量算出部１００３の動作例に基づく各種アクチュエータの操作例を示すタイミングチャートである。
図１５における時刻ｔ１は、最も壁面温度が高い４番気筒でノックの発生を判定した時刻を示している。時刻ｔ１において４番気筒にノックが発生したことが検知されると、各気筒の壁面温度の状態から、操作量算出部１００３は、気筒別に点火遅角量を設定する。図１５に示し例では、４番気筒が最も遅角量が大きく設定され、１番気筒及び２番気筒は点火遅角を実施しない。そして、４番気筒、３番気筒、の順に遅角量が小さくなるように設定する。

また、４番気筒の壁面温度が最も高く、ノックが発生していることから、エンジンブロックに流入する冷却水温度を下げる操作及びエンジンブロックに流れる冷却水流量を増加させる操作が行われる。図１５における冷却水流量及び冷却水温度の点線は目標値を示し、実線は実際の応答を示している。その結果、点火時期の遅角量を大きくした際に、４番気筒の壁面温度を低下させることができる。

そして、点火時期の進角が進むことで、各気筒の壁面温度を下げることができる。また、点火時期がノック発生時と同等の設定になった際に、ノックが発生することとなく、内燃機関１００を動作せることができる。

このように、気筒別の壁面温度の推定値に応じて、ノック発生時の点火時期の操作や冷却水の操作することで、ノックを引き起こす要因が気筒別に異なる壁面温度であることを判定して、操作することができる。その結果、気筒ごとに発生する損失を低減でき、冷却水温度や流量の過剰な操作を抑制することができる。

３．第３の実施の形態例
次に、図１６から図１８を参照して第３の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置について説明する。
図１６は、第３の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置で実行される制御概要を示す制御ブロック図である。

図１６に示すように、第３の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置は、壁面温度推定ブロック１２０１と、エネルギ分配率算出部１２０２と、操作量算出部１２０３とを有している。壁面温度推定ブロック１２０１は、第１の実施の形態例にかかる壁面温度推定ブロック３１と同一の構成を有しているため、その説明は省略する。

エネルギ分配率算出部１２０２は、内燃機関１００から暖房エネルギの要求情報や触媒温度情報を受信する。そして、エネルギ分配率算出部１２０２は、受信した情報に基づいて、出力、冷却水、排気へ流れるエネルギの分配率を算出する。さらに、エネルギ分配率算出部１２０２は、算出したエネルギ分配率を実現するための各種アクチュエータの操作量を算出する。そして、エネルギ分配率算出部１２０２は、算出した操作量を操作量算出部１２０３に出力する、操作量算出部１２０３は、エネルギ分配率算出部から出力された操作量と、壁面温度推定ブロック１００１から入力された壁面温度、ブロック内冷却水温度に基づいて、各種アクチュエータの操作量を算出する。

図１７は、第３の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における操作量算出部１２０３の動作を示すフローチャートである。
図１７に示すように、操作量算出部１２０３は、エネルギ分配率算出部１２０２で設定された点火時期が、通常の暖房条件で適合された点火時期よりも進角側に設定されているか否かを判断する（ステップＳ９１）。すなわち、暖房エネルギ要求があり、冷却水へ流れるエネルギ伝達量を増加させるために点火時期の進角を進めるように設定されているか否かを判断する。

ステップＳ９１の処理において、点火時期が通常の暖機条件で適合された点火時期と同じ、又は遅角側に設定されていると判断した場合（ステップＳ９１のＮＯ判定）、操作量算出部１２０３は、通常の操作を行う（ステップＳ１００）。すなわち、操作量算出部１２０３は、エネルギ分配率算出部１２０２において特別なエネルギ分配の要求がされなかったと判断する。そして、操作量算出部１２０３は、通常の操作として、例えば、上述した図９に示すように、各種温度に応じたエネルギ伝達量を操作するようにアクチュエータを操作する。

これに対して、ステップＳ９１の処理において、点火時期が通常の暖機条件で適合された点火時期よりも進角側に設定されていると判断した場合（ステップＳ９１のＹＥＳ判定）、操作量算出部１２０３は、ステップＳ９２の処理に移行する。

ステップＳ９２の処理において、操作量算出部１２０３は、ヘッド温度が進角許可基準１よりも大きいか否かを判定する。進角許可基準１は、ヘッドからガスへのエネルギ伝達による異常燃焼（ノック）を発生させることなく点火進角できるか否かを判定するための基準値であり、予め実験等によって設定される。進角許可基準１は、例えば、内燃機関１００の高出力条件において計測したヘッド温度に設定される。

ステップＳ９２の処理において、ヘッド温度が進角許可基準１よりも大きいと判断した場合（ステップＳ９２のＹＥＳ判定）、ヘッド温度が高く、ヘッドからガスへのエネルギ伝達量が大きい状態であると、操作量算出部１２０３は、判断する。さらに、操作量算出部１２０３は、進角によるヘッドからガスへのエネルギ伝達量が増加することで異常燃焼が発生すると判断する。

そのため、操作量算出部１２０３は、ヘッドから冷却水へのエネルギ伝達量を増加させ、ヘッド温度を低下させることにより、ヘッドからガスへのエネルギ伝達量を減少させる（ステップＳ９３）。すなわち、操作量算出部１２０３は、ステップＳ９３の処理において、冷却水流量を増加させ、冷却水温度を低下させる操作を実施する。具体的には、冷却水流量を増加させるために、冷却水を循環させるためのポンプの出力を増加させる。また、冷却水温度を低下させるために、ラジエータを流れる冷却水の流量を増加させ、冷却水から外部の空気へのエネルギ伝達量を増加させる操作を行うように設定する。ステップＳ９３の処理が終了すると、後述するステップＳ９４の処理に移行する。

また、ステップＳ９２の処理において、ヘッド温度が進角許可基準１よりも小さいと判断した場合（ステップＳ９２のＮＯ判定）、操作量算出部１２０３は、進角によるヘッドからガスへのエネルギ伝達量が増加することに伴う異常燃焼の発生は起きない状態であると判断する。すなわち、操作量算出部１２０３は、通常の冷却水の操作を実施する（ステップＳ９５）。ステップＳ９５の処理では、操作量算出部１２０３は、図９に示すステップＳ６０に相当する処理を実施する。そして、操作量算出部１２０３は、後述するステップＳ９６の処理に移行する。

ステップＳ９４の処理では、操作量算出部１２０３は、ピストン温度が進角許可基準２よりも大きいか否かを判定する。進角許可基準２は、ピストンからガスへのエネルギ伝達による異常燃焼（ノック）を発生させることなく点火進角できるか否かを判定するための基準値であり、予め実験等によって設定される。進角許可基準２は、例えば、内燃機関１００の高出力条件において計測したピストン温度に設定される。

また、ステップＳ９６の処理では、操作量算出部１２０３は、ステップＳ９４の処理と同様に、ピストン温度が進角許可基準２よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ９４の処理において、ピストン温度が進角許可基準２よりも大きいと判断した場合（ステップＳ９４のＹＥＳ判定）、操作量算出部１２０３は、後述するステップＳ９８の処理に移行する。また、ステップＳ９４の処理において、ピストン温度が進角許可基準２よりも小さいと判断した場合（ステップＳ９４のＮＯ判定）、操作量算出部１２０３は、後述するステップＳ９７の処理に移行する。

また、ステップＳ９６の処理では、操作量算出部１２０３は、ステップＳ９４の処理と同様に、ピストン温度が進角許可基準２よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ９６のソリにおいて、ピストン温度が進角許可基準２よりも大きいと判断した場合（ステップＳ９６のＹＥＳ判定）、操作量算出部１２０３は、後述するステップＳ９８の処理に移行する。また、ステップＳ９６の処理において、ピストン温度が進角許可基準２よりも小さいと判断した場合（ステップＳ９６のＮＯ判定）、操作量算出部１２０３は、後述するステップＳ９９の処理に移行する。

ステップＳ９７の処理に移行した場合、操作量算出部１２０３は、進角によるピストンからガスへのエネルギ伝達量が増加することに伴う異常燃焼の発生は起きない状態であると判断する。そして、操作量算出部１２０３は、通常のオイルジェット操作を実施する。ステップＳ９７の処理では、操作量算出部１２０３は、図９に示すステップＳ５２に相当する処理を実施する。これにより、操作量算出部１２０３による動作が完了する。

また、ステップＳ９８の処理に移行した場合、操作量算出部１２０３は、ピストン温度が高く、ピストンからガスへのエネルギ伝達量が大きい状態であると、判断する。さらに、操作量算出部１２０３は、進角によるピストンからガスへのエネルギ伝達量が増加することで異常燃焼が発生すると判断する。そのため、操作量算出部１２０３は、ピストンからオイルや燃料へのエネルギ伝達量を増加させ、ピストンの温度を低下させることにより、ピストンからガスへのエネルギ伝達量を減少させる。

すなわち、ステップＳ９８の処理において、操作量算出部１２０３は、オイルジェットの量を増加させる操作と、ピストンへの燃料の付着量を増加させる操作を実施する。具体的には、オイルジェットの量を増加させるために、オイルポンプの出力を増加させると共にオイルの圧力を増加させる。また、ピストンへの燃料の付着量を増加させるために、燃料噴射時期を吸気行程の初期に設定する。これにより、操作量算出部１２０３による動作が完了する。

また、ステップＳ９９の処理に移行した場合、操作量算出部１２０３は、ステップＳ９７の処理と同様に、進角によるピストンからガスへのエネルギ伝達量が増加することに伴う異常燃焼の発生は起きない状態であると判断する。そして、ステップＳ９７の処理と同様に、通常のオイルジェット操作を実施する。なお、ステップＳ９９の処理では、点火時期を、エネルギ分配率算出部１２０２で設定された点火時期に設定する。これにより、操作量算出部１２０３による動作が完了する。

図１８は、上述した図１７に示す操作量算出部１２０３の動作例に基づく各種アクチュエータの操作例を示すタイミングチャートである。
図１８における時刻ｔ１の状態は、エネルギ分配率算出部１２０２から点火進角要求があり、ヘッド温度が進角許可基準１よりも大きく、ピストン温度が進角許可基準２よりも大きい状態を示している。また、時刻ｔ２の状態は、エネルギ分配率算出部１２０２から点火進角要求があり、ヘッド温度が進角許可基準１よりも小さく、かつピストン温度が進角許可基準２よりも大きい状態を示している。

時刻ｔ１では、ヘッド温度が進角許可基準１よりも大きく、かつピストン温度が進角許可基準２よりも大きいことから、点火進角要求を満たすために、それぞれの壁面温度を下げる動作が実施される。具体的には、ヘッド温度を低下させるために、冷却水流量を増加させ、かつラジエータを流れる冷却水の流量を増加させて冷却水温度を低下させる。さらに、オイルによるピストンの冷却量を増加させるために、オイルジェットの量を増加させる操作させる。また、ピストンに付着する燃料によるピストンからのエネルギを奪う量を増加させるために、燃料の付着量が増加するように、噴射時期の進角化が行われる。

これにより、時刻ｔ１以降において、ヘッド温度を進角許可基準１よりも小さくでき、さらにピストン温度も進角許可基準２よりも小さくできる。その結果、エネルギ分配率算出部１２０２からの点火進角要求を満たす点火時期の制御が可能となる。

また、時刻ｔ２では、ヘッド温度が進角許可基準１よりも小さく、かつピストン温度が進角許可基準２よりも大きいことから、点火進角要求を満たすために、ピストン温度を下げる動作が実施される。具体的には、上述したように、オイルによるピストンの冷却量を増加させるために、オイルジェットの量を増加させる操作させる。また、ピストンに付着する燃料によるピストンからのエネルギを奪う量を増加させるために、燃料の付着量が増加するように、噴射時期の進角化が行われる。

これにより、時刻ｔ２以降において、ヘッド温度を進角許可基準１よりも小さくでき、ピストン温度も進角許可基準２よりも小さくできる。その結果、エネルギ分配率算出部１２０２からの点火進角要求を満たす点火時期の制御が可能となる。

このように、第３の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置によれば、壁面要素であるピストンとヘッドにそれぞれ許可基準値を設け、かつそれぞれの壁面温度を推定することで、適切な手段を適切な時期に対処することができる。

さらに、壁面温度の状態に応じて、各種アクチュエータの操作量を設定することで、目標とする点火時期の制御を実現することができる。これにより、不要なオイルジェットや冷却水流量の増加によって生じる損失を抑制することができ、暖房要求等により点火時期を操作する場合に、目標とする点火時期を設定することができる。その結果、内燃機関１００の動作効率の向上を図ることができる。

なお、上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した第２の実施の形態例にかかる構成と、第３の実施の形態例にかかる構成を組み合わせてもよい。すなわち、内燃機関制御装置に、壁面温度推定ブロックと、操作量算出部だけでなく、第２の実施の形態例にかかるノック判定ブロックと、第３の実施の形態例にかかるエネルギ分配率算出部を設ける。これにより、ノック判定だけでなく、暖房要求等による点火時期の操作も同時に行うことができる。

１３…燃料噴射装置、 １４…シリンダ（気筒）、 １５…排気管、 １６…点火コイル、 １９…クランク角度センサ、 ２０…内燃機関制御装置、 ３１…壁面温度推定ブロック、 ３２…エンジン状態推定部、 ３３…冷却水エネルギ流量推定部、 ３４…壁面温度推定部、 ３５…冷却水温度推定部、 ３６…操作量算出部、 １００…内燃機関、 １１０…オイルジェットシステム

Claims (12)

1. 内燃機関の運転条件に関するパラメータ及び燃焼の化学的条件に関するパラメータ、前記内燃機関の動作状況に関するパラメータに基づいて、前記内燃機関内のガスから壁面へのエネルギ伝達量を算出するエンジン状態推定部と、
   前記エンジン状態推定部が算出した前記ガスから壁面へのエネルギ伝達量に基づいて、壁面温度を推定する壁面温度推定部と、
   前記壁面温度推定部が推定した前記壁面温度に基づいて、前記内燃機関に設けたアクチュエータの操作量を算出する操作量算出部と、
   を備え、
   前記エンジン状態推定部は、前記化学的条件に関するパラメータと前記動作状況に関するパラメータに基づいて前記内燃機関の１燃焼サイクルにおける燃焼期間を算出し、算出した前記燃焼期間に基づいて、前記ガスから壁面へのエネルギ伝達量を算出する
   内燃機関制御装置。
2. 前記内燃機関内を循環する冷却水と壁面のエネルギ伝達量を算出する冷却水エネルギ流量推定部を備え、
   前記壁面温度推定部は、前記冷却水エネルギ流量推定部が算出した冷却水と前記壁面のエネルギ伝達量と、前記エンジン状態推定部が算出した前記ガスから壁面へのエネルギ伝達量に基づいて、前記壁面温度を推定する
   請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記冷却水エネルギ流量推定部が算出した冷却水と壁面のエネルギ伝達量に基づいて、前記冷却水の温度を推定する冷却水温度推定部を備え、
   前記操作量算出部は、前記壁面温度推定部が推定した前記壁面温度と、前記冷却水温度推定部が推定した前記冷却水の温度に基づいて、前記内燃機関に設けたアクチュエータの操作量を算出する
   請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記操作量算出部は、前記壁面温度推定部が推定した前記壁面温度に基づいて、前記内燃機関の出力、前記冷却水へのエネルギ、前記内燃機関から排出される排気エネルギの分配を制御する
   請求項３に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記内燃機関から受信した情報に基づいて、出力、冷却水、排気へ流れるエネルギの分配率を算出するエネルギ分配率算出部を備え、
   前記操作量算出部は、前記エネルギ分配率算出部が算出したエネルギの分配率と、前記壁面温度推定部が推定した前記壁面温度に基づいて、前記内燃機関に設けたアクチュエータの操作量を算出する
   請求項４に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記エンジン状態推定部は、前記内燃機関内の燃焼を表現する数理モデルによって前記ガスから壁面へのエネルギ伝達量を算出する
   請求項１に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記エンジン状態推定部は、前記内燃機関の壁面を複数の壁面要素に分割し、分割された前記壁面要素ごとに前記ガスから壁面へのエネルギ伝達量を算出し、
   前記壁面温度推定部は、分割された前記壁面要素ごとに前記壁面温度を推定する
   請求項１に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記操作量算出部は、前記壁面温度推定部が推定した複数の前記壁面要素の前記壁面温度に基づいて、アクチュエータの操作量を設定する
   請求項７に記載の内燃機関制御装置。
9. 前記内燃機関に生じるノックの発生有無を判定するノック判定ブロックを備え、
   前記操作量算出部は、前記壁面温度推定部が推定した前記壁面温度に基づいて、ノックの発生要因となる前記壁面要素を特定する
   請求項７に記載の内燃機関制御装置。
10. 前記壁面温度推定部は、前記内燃機関に流入する冷却水の入口側の温度と、出口側の温度に基づいて、前記内燃機関の気筒別の前記壁面温度を推定する
    請求項１に記載の内燃機関制御装置。
11. 前記操作量算出部は、前記気筒別の前記壁面温度の中で最も温度が高い気筒の情報に基づいてアクチュエータの操作量を算出する
    請求項１０に記載の内燃機関制御装置。
12. 前記アクチュエータは、前記内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置、前記気筒内の混合気に点火するための点火装置、内燃機関の冷却のために循環する冷却水の流量や流れる方向を操作する冷却装置、内燃機関を潤滑するオイルのオイル圧やオイル流量を操作する潤滑オイル装置である
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。

Images