(57)【要約】【課題】燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度をより正確に求めることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の制御装置は、燃焼ガスから燃焼室壁３４が受ける熱量と燃焼室壁３４から冷却水に与えられる熱量との差および燃焼室壁３４の熱容量から算出される燃焼室壁温度の変化量と、燃焼室壁３４から冷却水が受ける熱量と冷却水から外部へ放出される熱量との差および冷却水の熱容量から算出される冷却水温度の変化量とに基づいて、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度を同時に推定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水に与えられる熱量との差および燃焼室壁の熱容量から算出される燃焼室壁温度の変化量と、燃焼室壁から冷却水が受ける熱量と冷却水から外部へ放出される熱量との差および冷却水の熱容量から算出される冷却水温度の変化量とに基づいて、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度を同時に推定する推定手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記冷却水から外部へ放出される熱量は、前記冷却水温度と外部の温度との差と、熱伝達率との積とされ、前記外部の温度として、内燃機関の始動時の冷却水温度、または内燃機関の始動時の吸気温度が用いられることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記冷却水から外部へ放出される熱量は、外気へ放出される熱量であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記冷却水から外部へ放出される熱量は、内燃機関の周辺に配置される周辺部品へ放出される熱量であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の暖機時、内燃機関内部への冷却水の循環が停止されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
内燃機関内部に冷却水を循環させ且つ冷却水の流量を変更可能なポンプをさらに備え、
前記推定手段による燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度の推定は、前記ポンプの停止時に行われることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関内部から流れ出る冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段をさらに備え、
前記ポンプの作動時には、前記推定手段による燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度の推定を行わず、前記冷却水温度検出手段により検出される冷却水温度に基づいて、燃焼室壁温度を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室壁の温度や内燃機関の冷却水の温度は、内燃機関の運転状態に影響を及ぼすことが知られている。そして、燃焼室壁温度や冷却水温度を求めることができれば、これらの値に基づいて内燃機関の運転制御を行うことができるようになるため、内燃機関の適正な運転状態を得ることができる。
【０００３】
従来では、燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水に与える熱量との差および燃焼室壁の熱容量から燃焼室壁温度の変化量を算出する第１の式と、燃焼室壁から冷却水が受ける熱量および冷却水の熱容量から冷却水温度の変化量を算出する第２の式とに基づいて、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度を同時に推定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、燃焼室内の燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達、および燃焼室壁から冷却水への熱伝達モデルに基づいて燃焼室壁温度を推定する技術（例えば、特許文献２参照）を改良した技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０００３１号公報
【特許文献２】特許第２６６６３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術では、上記特許文献２に記載の技術における不具合、例えば、ポンプ停止時における内燃機関内部の冷却水温度（ウォータジャケットの冷却水温度）と、水温センサにより検出される冷却水温度との差に起因する不具合の解消を図るようにしている。しかし、例えば、内燃機関本体からの表面放熱、燃焼室やウォータジャケットから離れて配置された周辺部品への熱伝達について考慮されておらず、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度に推定誤差が生じる場合がある。例えば、外気温が低い環境下において、内燃機関本体からの表面放熱が大きくなることに起因して、内燃機関内部の冷却水温度に推定誤差が生じることが懸念される。
【０００６】
また、ポンプの停止時、内燃機関への冷却水の循環が停止されるため、次のような点も懸念される。すなわち、外気温が低い環境下において、冷却水温度の推定温度が実際の冷却水温度よりも高く推定されることで、冷却水の循環停止が早く終了する可能性がある。このため、内燃機関において暖機が不十分となり、燃費の悪化を招くことが懸念される。逆に、外気温が高い環境下において、冷却水温度の推定温度が実際の冷却水温度よりも低く推定されることで、冷却水の循環停止が長引く可能性がある。このため、内燃機関において冷却水の局部沸騰や、オーバーヒート、熱劣化などが発生し、信頼性が低下することが懸念される。
【０００７】
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度をより正確に求めることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、内燃機関の制御装置であって、燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水に与えられる熱量との差および燃焼室壁の熱容量から算出される燃焼室壁温度の変化量と、燃焼室壁から冷却水が受ける熱量と冷却水から外部へ放出される熱量との差および冷却水の熱容量から算出される冷却水温度の変化量とに基づいて、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度を同時に推定する推定手段を備えることを特徴としている。ここで、前記推定手段による燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度の推定は、ポンプの停止時に行われることが好ましい。なお、前記冷却水から外部へ放出される熱量として、外気へ放出される熱量や、内燃機関の周辺に配置される周辺部品へ放出される熱量などがある。
【０００９】
内燃機関では、燃焼室内の燃焼ガスの温度は、内燃機関の運転状態に応じて変化する。そして、燃焼ガスの温度が変化すると、燃焼室壁が受ける熱量が変化する。これにより、燃焼室壁温度および冷却水温度が変化する。また、外部の温度が変化すると、冷却水から外部へ放出される熱量が変化し、冷却水温度および燃焼室壁温度が変化する。このように、燃焼ガスの温度および外部の温度は、燃焼室壁温度および冷却水温度に影響を及ぼす。
【００１０】
そして、燃焼室壁が持っている熱量は、燃焼室壁に入る熱量と燃焼室壁から出る熱量との差、すなわち、「燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水に与える熱量との差」として表すことができる。このため、上記構成では、「燃焼ガスから燃焼室壁が受ける熱量と燃焼室壁から冷却水に与える熱量との差」および「燃焼室壁の熱容量」から、燃焼室壁温度の変化量を求めるようにしている（第１の関係）。
【００１１】
また、冷却水が持っている熱量は、冷却水に入る熱量と冷却水から出る熱量との差、すなわち、「燃焼室壁から冷却水が受ける熱量と冷却水から外部へ放出される熱量との差」として表すことができる。このため、上記構成では、「燃焼室壁から冷却水が受ける熱量と冷却水から外部へ放出される熱量との差」および「冷却水の熱容量」から、冷却水温度の変化量を求めるようにしている（第２の関係）。
【００１２】
燃焼室壁温度の変化量は冷却水温度に応じて変わり、また冷却水温度の変化量は燃焼室壁温度に応じて変わり、上記の第１、第２の関係は互いに影響を及ぼし合っている。このため、燃焼室壁温度の変化量および冷却水温度の変化量は、燃焼室壁温度および冷却水温度を変数とする二次元変数の微分方程式として解くことができる。この微分方程式を解くことにより燃焼室壁温度および冷却水温度を同時に得ることができる。
【００１３】
ここで、上述した第２の関係は、冷却水から外部へ放出される熱（外気へ放出される熱や、内燃機関の周辺に配置される周辺部品へ放出される熱など）、つまり、内燃機関からの表面放熱等を考慮した関係となっている。このため、上記の第１、第２の関係から得られる燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度は、内燃機関の表面放熱等を考慮した値となっている。したがって、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度の推定誤差を従来例の場合よりも小さくすることができ、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度をより正確に求めることができる。
【００１４】
また、ポンプの停止時、内燃機関内部への冷却水の循環が停止されるが、この際にも従来例の場合の不具合を解消できる。すなわち、外気温が低い環境下において、上記の第１、第２の関係から推定される内燃機関内部の冷却水温度が実際の冷却水温度よりも高く推定されることを回避でき、冷却水の循環停止が早く終了することを回避できる。これにより、内燃機関において暖機が不十分となることを回避でき、燃費の悪化を抑制できる。また、逆に、外気温が高い環境下において、上記の第１、第２の関係から推定される内燃機関内部の冷却水温度が実際の冷却水温度よりも低く推定されることを回避でき、冷却水の循環停止が長引くことを回避できる。これにより、内燃機関において冷却水の局部沸騰や、オーバーヒート、熱劣化などを抑制でき、信頼性の低下を回避できる。
【００１５】
本発明において、前記冷却水から外部へ放出される熱量は、前記冷却水温度と外部の温度との差と、熱伝達率との積とされ、前記外部の温度として、内燃機関の始動時の冷却水温度、または内燃機関の始動時の吸気温度が用いられることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、内燃機関の運転状態を制御するのに用いられる冷却水温度センサや、吸気温センサによって検出される値を、外部の温度として代用することで、外部の温度を検出するための専用のセンサを別途設ける必要がなくなる。
【００１７】
ここで、内燃機関の暖機時に内燃機関内部への冷却水の循環を停止することで、内燃機関の早期暖機を図ることができる。なお、内燃機関の暖機時であるか否かは、内燃機関内部の冷却水温度に基づいて判定することが可能であり、この判定に上記の第１、第２の関係から得られる内燃機関内部の冷却水温度を利用することが可能である。
【００１８】
本発明において、前記内燃機関内部から流れ出る冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段をさらに備え、前記ポンプの作動時には、前記推定手段による燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度の推定を行わず、前記冷却水温度検出手段により検出される冷却水温度に基づいて、燃焼室壁温度を推定することが好ましい。
【００１９】
このように、ポンプの停止時と作動時とで燃焼室壁温度の推定手法を変更することによって、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度をさらに正確に求めることが可能になる。すなわち、ポンプの作動時には、冷却水温度検出手段により得られる冷却水温度と、内燃機関内部の冷却水温度との差がほとんど無いため、内燃機関内部の冷却水温度をより正確に得ることができる。また、推定手段による冷却水温度の推定を行う必要がなくなり、処理の簡略化を図れる。そして、冷却水温度検出手段によって検出される冷却水温度から、燃焼室壁温度をより正確に得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度をより正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関内部の概略構成を示す図である。
【図３】内燃機関内部の冷却水から外気への熱伝達を模式的に示す図である。
【図４】燃焼室壁温度、冷却水温度の推定制御を示すフローチャートである。
【図５】内燃機関内部の冷却水から周辺部品への熱伝達を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す図である。図２は、内燃機関内部の概略構成を示す図である。
【００２４】
図１、図２に示すように、内燃機関１０は、４サイクル機関であり、シリンダヘッド１１およびシリンダブロック１２を備えて構成されている。内燃機関１０の内部には、冷却水を循環させるためのウォータジャケット１３が形成されている。ウォータジャケット１３は、シリンダヘッド１１の内部に形成されたウォータジャケット１３ａと、シリンダブロック１２の内部に形成されたウォータジャケット１３ｂとを含む。
【００２５】
内燃機関１０のシリンダブロック１２には、図２に示すように、シリンダ３１が形成されており、シリンダ３１には、ピストン３２がシリンダ３１の軸線方向に沿って移動可能に挿入されている。シリンダヘッド１１、シリンダ３１、およびピストン３２によって、燃焼室３３が形成されている。すなわち、燃焼室３３は、上部を燃焼室壁３４で、下部をピストン３２で、側面をシリンダ３１で囲われた空間により形成されている。そして、燃焼室壁３４は、燃焼室３３と、シリンダヘッド２およびシリンダブロック３に形成されたウォータジャケット４との隔壁となっている。
【００２６】
内燃機関１０には、図１に示すように、内燃機関内部の冷却水（ウォータジャケット１３の冷却水）を内燃機関１０の外部へ循環させるための冷却水通路が接続されている。この冷却水通路には、内燃機関１０のウォータジャケット１３に冷却水を循環させ且つ冷却水の流量を変更可能な電動ポンプ２８が備えられている。また、この冷却水通路は、ラジエータ２４を循環する第１循環通路２１と、ヒータコア２５を循環する第２循環通路２２と、バイパス通路２６を循環する第３循環通路２３とを備えている。各循環通路の一部には、他の循環通路と共有されている箇所があり、例えばウォータジャケット１３は全ての循環通路に含まれている。各循環通路の内燃機関１０（シリンダヘッド１１のウォータジャケット１３ａ）からの出口付近には、冷却水の温度に応じた信号を出力する冷却水温度センサ１０１が取り付けられている。なお、各循環通路の構成や、各循環通路に配置される機器は一例であって、適宜変更することが可能である。
【００２７】
第１循環通路２１には、ラジエータ２４、サーモスタット２７、電動ポンプ２８、ウォータジャケット１３等が配置されている。サーモスタット２７は、冷却水温度が高いときに第１循環通路２１に冷却水を流通させ、冷却水温度が低いときに第３循環通路２３に冷却水を流通させる。第１循環通路２１では、電動ポンプ２８から吐出された冷却水が、ウォータジャケット１３、ラジエータ２４、サーモスタット２７の順に循環する。この実施形態では、電動ポンプ２８から吐出された冷却水が、シリンダブロック１２のウォータジャケット１３ｂに供給され、その後、ウォータジャケット１３ｂから流出した冷却水が、シリンダヘッド１１のウォータジャケット１３ａに供給されるようになっている。なお、シリンダヘッド１１のウォータジャケット１３ａと、シリンダブロック１２のウォータジャケット１３ｂとを並列に配置し、各ウォータジャケット１３ａ、１３ｂに冷却水を個別に供給するようにしてもよい。
【００２８】
第２循環通路２２は、ヒータコア２５、電動ポンプ２８、ウォータジャケット１３を備えている。第２循環通路２２では、電動ポンプ２８から吐出された冷却水が、ウォータジャケット１３、ヒータコア２５の順に循環する。
【００２９】
第３循環通路２３は、バイパス通路２６、サーモスタット２７、電動ポンプ２８、ウォータジャケット１３を備えている。バイパス通路２６は、ラジエータ２４をバイパスする通路となっている。第３循環通路２３では、電動ポンプ２８から吐出された冷却水が、ウォータジャケット１３、バイパス通路２６、サーモスタット２７の順に循環する。
【００３０】
上記構成の内燃機関１０には、内燃機関１０を制御するための電子制御ユニットとしてのＥＣＵ１００が備えられている。ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転条件や、運転者の要求に応じて内燃機関１０の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ１００には、上記の冷却水温度センサ１０１、アクセル開度すなわち機関負荷に応じた信号を出力するアクセル開度センサ１０２、内燃機関１０の回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ１０３、内燃機関１０の吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ１０４、外気の温度（外気温）に応じた信号を出力する外気温センサ１０５が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１００に入力されるようになっている。
【００３１】
また、ＥＣＵ１００には、電動ポンプ２８が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１００は、電動ポンプ２８の駆動（作動）を制御する。ＥＵＣ１００により電動ポンプ２８に供給する電力を調整することにより、電動ポンプ２８の作動が制御され、冷却水の吐出量すなわち冷却水の流量を調整することが可能となっている。また、電動ポンプ２８の制御は、内燃機関１０の制御とは別個独立して行われ、例えば、内燃機関１０の運転中であっても、電動ポンプ２８を停止することが可能となっている。
【００３２】
ここで、特許第２６６６３６６号公報によれば、内燃機関１０の燃焼室壁３４の温度（燃焼室壁温度）の変化量を、次のモデル式により得ている。
【００３３】
ＣｃΔＴｃ＝Ｈｃ（Ｔｇ−Ｔｃ）−Ｈｗ（Ｔｃ−Ｔｗ）  ・・・（１）
この式（１）において、Ｃｃは燃焼室壁３４の熱容量、ΔＴｃは燃焼室壁温度の変化量、Ｈｃは燃焼ガスから燃焼室壁３４への熱伝達率（燃焼ガス側熱伝達率）、Ｔｇは燃焼室３３内の燃焼ガスの温度、Ｔｃは燃焼室壁温度、Ｈｗは燃焼室壁３４から冷却水への熱伝達率（冷却水側熱伝達率）、Ｔｗは冷却水温度である。ここで、冷却水温度Ｔｗは、電動ポンプ２８の作動時において冷却水温度センサ１０１によって検出される検出値である。また、燃焼室壁３４の熱容量Ｃｃ、燃焼ガス側熱伝達率Ｈｃ、および冷却水側熱伝達率Ｈｗは、それぞれ実験により予め得られる値である。さらに、冷却水側熱伝達率Ｈｗは簡略化のため一定値とし、燃焼ガス温度Ｔｇは２００℃前後でほぼ一定としている。なお、燃焼室壁３４の熱容量Ｃｃは、内燃機関１０の熱容量としてもよい。
【００３４】
上記の式（１）を変形後に、サンプルタイムをｔとして離散化すると、次の式（２）が得られる。
【００３５】
【数１】
2014156849.tif 000003
この式（２）をＥＣＵ１００に格納しておき、式（２）の各項に値（冷却水温度Ｔｗなどの値）を代入することによって、燃焼室壁温度Ｔｃを求めることができる。冷却水温度Ｔｗとしては、冷却水温度センサ１０１から得られる検出値が用いられる。
【００３６】
一方、この実施形態においては、電動ポンプ２８の停止時において、燃焼室壁温度と内燃機関１０内部の冷却水温度（ウォータジャケット１３の冷却水温度）とを同時に推定するようにしている。この場合、モデル式は以下のようになる。
【００３７】
ＣｃΔＴｃ＝Ｈｃ（Ｔｇ−Ｔｃ）−Ｈｗ（Ｔｃ−Ｔｗ２）  ・・・（３）
ＣｗΔＴｗ２＝Ｈｗ（Ｔｃ−Ｔｗ２）−Ｈａ（Ｔｗ２−Ｔａ）  ・・・（４）
式（３）、式（４）において、Ｔｗ２は電動ポンプ２８の停止時の冷却水温度、Ｃｗはウォータジャケット１３の冷却水の熱容量、Ｈａはウォータジャケット１３の冷却水から外部への熱伝達率、Ｔａは外部の温度である。ここで、熱容量Ｃｃ、Ｃｗ、熱伝達率Ｈｃ、Ｈｗ、およびＨａは、それぞれ実験により予め得られる値である。また、燃焼室３３内の燃焼ガス温度Ｔｇは、内燃機関１０の運転状態（機関回転数および機関負荷）に基づいて推定される値であり、予め実験等により得ておき、さらにマップ化してＥＣＵ１００に記憶させておく。また、電動ポンプ２８の停止時には、ウォータジャケット１３の冷却水量は一定であるため、熱容量Ｃｗを一定値とする。
【００３８】
上記の式（３）は、電動ポンプ２８の停止時における燃焼ガスから燃焼室壁３４への熱伝達量がＨｃ（Ｔｇ−Ｔｃ）で表され、燃焼室壁３４から冷却水への熱伝達量がＨｗ（Ｔｃ−Ｔｗ２）で表されており、燃焼室壁３４の熱収支がＨｃ（Ｔｇ−Ｔｃ）−Ｈｗ（Ｔｃ−Ｔｗ２）として表されている。この燃焼室壁３４の熱収支は、燃焼ガスから燃焼室壁３４が受ける熱量と、燃焼室壁３４から冷却水に与えられる熱量との差である。そして、燃焼室壁３４の熱収支と熱容量Ｃｃとから、電動ポンプ２８の停止時における燃焼室壁温度の変化量ΔＴｃを得ることができる。
【００３９】
上記の式（４）は、電動ポンプ２８の停止時における燃焼室壁３４からウォータジャケット１３の冷却水への熱伝達量がＨｗ（Ｔｃ−Ｔｗ２）で表され、ウォータジャケット１３の冷却水から外部への熱伝達量がＨａ（Ｔｗ２−Ｔａ）で表されており、ウォータジャケット１３の冷却水の熱収支がＨｗ（Ｔｃ−Ｔｗ２）−Ｈａ（Ｔｗ２−Ｔａ）として表されている。このウォータジャケット１３の冷却水の熱収支は、燃焼室壁３４からウォータジャケット１３の冷却水が受ける熱量と、ウォータジャケット１３の冷却水から外部へ放出される熱量との差である。そして、ウォータジャケット１３の冷却水の熱収支と熱容量Ｃｗとから、電動ポンプ２８の停止時におけるウォータジャケット１３の冷却水温度の変化量ΔＴｗ２を得ることができる。
【００４０】
この実施形態では、ウォータジャケット１３の冷却水から外部へ放出される熱量が、ウォータジャケット１３の冷却水から外気２００へ放出される熱量Ｑ１となっている（図３参照）この熱量Ｑ１は、より詳細には、ウォータジャケット１３の冷却水からウォータジャケット１３の外側の外壁部３５を介して外気２００へ放出される熱量となっている。また、上記の式（４）において、外部温度Ｔａとして、外気２００の温度（外気温）が用いられ、熱伝達率Ｈａとして、ウォータジャケット１３の冷却水から外気２００への熱伝達率が用いられる。
【００４１】
そして、電動ポンプ２８の停止時には、上記の式（３）および式（４）が相互に影響を及ぼし合うため、二次元変数の微分方程式となる。つまり、燃焼室壁温度の変化量ΔＴｃが冷却水温度Ｔｗ２に応じて変わり、また冷却水温度の変化量ΔＴｗ２は燃焼室壁温度Ｔｃに応じて変わり、燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２は、互いに影響を及ぼし合っている。このため、上記の式（３）および式（４）は、燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２を変数とする二次元変数の微分方程式として解くことができる。この微分方程式を解くことにより燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２を同時に得ることができる。ここでは、まず、上記の式（３）および式（４）を、次のように変形する。
【００４２】
【数２】
2014156849.tif 000004
この式（５）を変形するために、式（５）の各項を次のように置き換える。
【００４３】
【数３】
2014156849.tif 000005
上記のような置き換えにより、式（５）は、次の式（６）のように表される。
【００４４】
ＣΔＴ＝Ａ・Ｔ＋Ｂ・ｕ  ・・・（６）
この式（６）をさらに変形すると、次の式（７）が得られる。
【００４５】
ΔＴ＝Ｃ-1・Ａ・Ｔ＋Ｃ-1・Ｂ・ｕ  ・・・（７）
この式（７）を、サンプルタイムをｔとして離散化すると、次の式（８）が得られる。
【００４６】
【数４】
2014156849.tif 000006
この式（８）をＥＣＵ１００に格納しておき、式（８）の各項に値（燃焼ガス温度Ｔｇ、外部温度Ｔａなどの値）を代入することによって、燃焼室壁温度Ｔｃおよびウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２が同時に得られる。燃焼ガス温度Ｔｇとしては、内燃機関１０の運転状態から推定される推定値が用いられ、また、外部温度Ｔａとしては、外気温センサ１０５によって検出される検出値が用いられる。
【００４７】
上述したように、この実施形態によれば、電動ポンプ２８の停止時における燃焼室壁温度Ｔｃおよびウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２を同時に推定することができる。このようにして得られた燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２に基づいて、ＥＣＵ１００は内燃機関１０を制御することができる。
【００４８】
そして、この実施形態では、上記の式（４）は、ウォータジャケット１３の冷却水から外気２００へ放出される熱、つまり、内燃機関１０からの表面放熱を考慮した式となっている。このため、上記の式（３）および式（４）から得られる燃焼室壁温度Ｔｃおよびウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２は、内燃機関１０の表面放熱を考慮した値となっている。したがって、燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２の推定誤差を従来例の場合に比べて小さくすることができ、燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２をより正確に求めることができる。
【００４９】
ここで、内燃機関１０の暖機時に電動ポンプ２８を停止して内燃機関１０のウォータジャケット１３への冷却水の循環を停止することで、内燃機関１０の早期暖機を図ることができる。内燃機関１０の暖機時であるか否かは、内燃機関１０のウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２に基づいて判定され、この判定に上記の式（３）および式（４）から得られるウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２を利用することができる。具体的には、上記の式（３）および式（４）から得られるウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２が、所定の暖機完了温度未満の場合には、内燃機関１０が暖機中であると判定され、暖機完了温度以上の場合には、内燃機関１０の暖機が完了したと判定される。
【００５０】
そして、内燃機関１０の暖機時に、電動ポンプ２８の停止制御、言い換えれば、内燃機関１０のウォータジャケット１３への冷却水の循環停止制御を行う際にも、従来例の場合の不具合を解消できる。すなわち、外気温が低い環境下において、上記の式（３）および式（４）から推定されるウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２が実際の冷却水温度よりも高く推定されることを回避でき、冷却水の循環停止が早く終了することを回避できる。これにより、内燃機関１０において暖機が不十分となることを回避でき、燃費の悪化を抑制できる。
【００５１】
逆に、外気温が高い環境下において、上記の式（３）および式（４）から推定されるウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２が実際の冷却水温度よりも低く推定されることを回避でき、冷却水の循環停止が長引くことを回避できる。これにより、内燃機関１０において冷却水の局部沸騰や、オーバーヒート、熱劣化などを抑制でき、信頼性の低下を回避できる。
【００５２】
ここで、電動ポンプ２８の作動時と停止時で燃焼室壁温度の推定モデルを変更することによって、燃焼室壁温度および内燃機関内部の冷却水温度をさらに正確に求めることが可能になる。具体的には、図４のフローチャートに示すように、電動ポンプ２８の作動時には、上記の式（２）によって燃焼室壁温度Ｔｃを推定する一方、電動ポンプ２８の停止時には、上記の式（８）によって燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２を同時に推定する。
【００５３】
この図４のフローチャートは、所定の時間毎に繰り返し実行される。ステップＳＴ１１において、ＥＣＵ１００は、電動ポンプ２８が作動中であるか否かを判定する。ステップＳＴ１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳＴ１２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳＴ１３へ進む。
【００５４】
ステップＳＴ１２において、ＥＵＣ１００は、上記の式（２）により燃焼室壁温度Ｔｃを推定する。電動ポンプ２８の作動時には、冷却水が第１循環通路２１または第２循環通路２２を循環しているので、冷却水温度センサ１０１により得られる冷却水温度と、ウォータジャケット１３の冷却水温度との差はほとんど無い。このため、冷却水温度センサ１０１により得られる値を冷却水温度Ｔｗとすることで、ウォータジャケット１３の冷却水温度をより正確に得ることができる。このように、電動ポンプ２８の作動時においては、冷却水温度Ｔｗを推定する必要はないため、処理の簡略化も可能となる。そして、冷却水温度センサ１０１によって検出される冷却水温度から、上記の式（２）に基づいて燃焼室壁温度Ｔｃをより正確に得ることができる。
【００５５】
一方、ステップＳＴ１３において、ＥＣＵ１００は、上記の式（８）により燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２を同時に推定する。電動ポンプ２８の停止時には、冷却水温度センサ１０１により得られる冷却水温度と、ウォータジャケット１３の冷却水温度との差が大きくなるので、上記の式（８）により燃焼室壁温度Ｔｃおよびウォータジャケット１３の冷却水温度Ｔｗ２を同時に得るようにしている。このようにして、電動ポンプ２８の停止時であり且つ内燃機関１０の運転時における燃焼室壁温度Ｔｃおよび冷却水温度Ｔｗ２の推定精度を向上させることができる。
【００５６】
−他の実施形態−
上記実施形態では、外部温度Ｔａとして、外気温センサ１０５によって検出される値を用いたが、外部温度Ｔａとして、内燃機関１０の始動時の冷却水温度、あるいは内燃機関１０の始動時の吸気温度を用いてもよい。内燃機関１０の始動時の冷却水温度は、冷却水温度センサ１０１によって検出され、また、内燃機関１０の始動時の吸気温度は、内燃機関１０の吸気通路に設けられた吸気温センサ（図示省略）によって検出される。このように、内燃機関１０の運転状態を制御するのに用いられる冷却水温度センサ１０１や、吸気温センサによって検出される値を、外部温度Ｔａとして代用することで、上述したような外気温センサ１０５を別途設ける必要がなくなる。
【００５７】
上記実施形態では、ウォータジャケット１３の冷却水から外部へ放出される熱量を、外気２００へ放出される熱量Ｑ１（図３参照）とした。しかし、これに限らず、ウォータジャケット１３の冷却水から外部へ放出される熱量を、内燃機関１０の周辺に配置される周辺部品３００へ放出される熱量Ｑ２としてもよい（図５参照）。この場合、上記の式（４）において、外部温度Ｔａとして、周辺部品３００の温度が用いられ、熱伝達率Ｈａとして、ウォータジャケット１３の冷却水から周辺部品３００への熱伝達率が用いられる。この場合にも、外部温度Ｔａ（周辺部品３００の温度）として、内燃機関１０の始動時の冷却水温度、あるいは内燃機関１０の始動時の吸気温度を代用することが可能である。なお、ウォータジャケット１３の冷却水から外部へ放出される熱量を、外気２００へ放出される熱量Ｑ１、および、内燃機関１０の周辺に配置される周辺部品３００へ放出される熱量Ｑ２の両方とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、内燃機関内部に冷却水を循環させ且つ冷却水の流量を変更可能なポンプと、内燃機関内部の冷却水を内燃機関の外部へ循環させる冷却水通路とを備えた内燃機関の冷却系の制御に利用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１０    内燃機関
１３    ウォータジャケット
２８    電動ポンプ
３３    燃焼室
３４    燃焼室壁
１００    ＥＣＵ
１０１    冷却水温度センサ
１０２    アクセル開度センサ
１０３    クランクポジションセンサ
１０４    エアフローメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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