(57)【要約】【課題】簡便な構成で、内燃機関の冷却能力の変動をも考慮して制御目標値の精度を向上し、より最適な効率で内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関制御装置１００では、制御部１０２が、内燃機関１の燃焼室９を画成すると共にクーラントに接する壁部の燃焼室９側の温度である第１の温度と内燃機関１の代表温度との差分値である差分温度を算出し、運転状態に関するパラメータから基準目標差分温度を算出し、壁部のクーラント側の温度である第２の温度を算出し、基準目標差分温度を第２の温度に応じて補正することにより目標差分温度を算出し、目標差分温度と差分温度との偏差に応じて、運転状態を制御する。【選択図】図４
2018025115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室を画成すると共にクーラントに接する壁部の前記燃焼室側の温度である第１の温度と前記内燃機関の代表温度との差分値である差分温度を算出し、前記差分温度に基づいて内燃機関の運転状態を制御する制御部を備えた内燃機関制御装置において、
前記制御部は、
前記運転状態に関するパラメータから基準目標差分温度を算出し、
前記壁部のクーラント側の温度である第２の温度を算出し、
前記基準目標差分温度を前記第２の温度に応じて補正することにより目標差分温度を算出し、
前記目標差分温度と前記差分温度との偏差に応じて、前記運転状態を制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記パラメータとして、前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関が出力するトルクが含まれることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記壁部の伝熱特性を反映した伝熱時間遅れを加味して、更に前記基準目標差分温度を補正することにより前記目標差分温度を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関制御装置に関し、特に二輪自動車等の車両の内燃機関に適用される内燃機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二輪自動車等の車両の内燃機関に対しては、コントローラを用いて、内燃機関に対する燃料の供給、空気の供給並びに燃料及び空気から成る混合気への点火を協働させながら内燃機関の運転状態を電子制御する電子制御式の内燃機関制御装置が採用されている。
【０００３】
具体的には、かかる内燃機関制御装置は、エアフローセンサ、スロットル開度センサ及び吸気マニホルド負圧センサ等のセンサからの各々の検出信号を用いて得られる内燃機関に対する吸入空気量やクランク角センサからの検出信号を用いて得られる内燃機関回転数等に基づき、内燃機関での適切な空燃比を実現するための燃料噴射量を算出して、この燃料噴射量で内燃機関に対して燃料噴射を実行すると共に、所定の点火時期で吸入空気及び噴射燃料の混合気に対して点火を実行する構成を有する。また、この際、内燃機関制御装置においては、内燃機関におけるＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）及びノック等に関する特性を考慮して、燃料噴射量及び点火時期における限界値が各々設定されている場合もある。また、このような内燃機関制御装置の中には、筒内圧センサ、ノックセンサ及びイオン電流センサ等のセンサからの各々の検出信号を用いて、燃焼室内の燃焼状態に応じた混合気への燃料噴射量及び点火時期の調整を各々実行する構成を有するものもある。
【０００４】
かかる状況下で、特許文献１は、火花点火式内燃機関の点火時期制御装置に関し、内燃機関の燃焼室壁部の実際の温度と、予め記憶された内燃機関の運転状態に対応する燃焼室壁部の定常状態における温度データと、を比較し、その偏差に応じて内燃機関の点火時期を補正するための補正量を求める構成を開示する。
【０００５】
また、特許文献２は、内燃機関制御装置に関し、内燃機関の燃焼室を画成する壁部における第１の部位の温度に対応した第１の温度と壁部における第１の部位よりも外壁面側である第２の部位の温度に対応した第２の温度との差分に基づいて、内燃機関の運転状態を制御する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２２３６７７号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１６／１０４１８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成では、内燃機関の点火時期が必要以上に遅角されることを防止し、内燃機関の出力及び効率の向上を図ると共に、その内燃機関を搭載した車両の加速性能の改善を図るものではあるが、内燃機関の燃焼室壁部の温度が内燃機関の筒内圧力に相関を持つことに着目して、燃焼室壁部の温度のみを制御パラメータにするものであるため、内燃機関の運転状態の制御の精度の向上に一定の限界が存在してこの点で改良の余地がある。
【０００８】
また、本発明者の一部が共通する特許文献２の構成では、内燃機関の燃焼室壁部の温度の他に内燃機関の冷却系の冷却能力が内燃機関の筒内圧力に相関を持つことに着目して冷却系の冷却能力をも考慮し、内燃機関の燃焼室を画成する壁部における第１の部位の温度に対応した第１の温度と壁部における第１の部位よりも外壁面側である第２の部位の温度に対応した第２の温度との差分温度を用い、それと所定の閾値と比較することにより、ノックが生じることのない限界的な進角時期に点火時期を設定すること等を可能として、内燃機関の運転状態の制御の精度の向上を図るものであるが、例えばクーラントが冷却液である場合、それが流通するクーラント通路が形成されるウォータジャケットは内燃機関のシリンダブロック等の一部に設けられるため、燃焼室で生じた熱が伝熱することによるクーラント通路の壁面の温度の変化によって、クーラントの熱伝導率が変化して冷却系の冷却能力も変化してしまうことになる。このように冷却系の冷却能力の変化は、所定の閾値の的確性へも影響を及ぼすことがあるため、内燃機関をベストな効率で運転することができなくなる場合があってこの点で改良の余地がある。
【０００９】
つまり、現状では、特に軽量、且つ、小型であることが要求される二輪車用等の車両に好適に適用され得るような、簡便な構成で、内燃機関の冷却能力の変動をも考慮して所定の閾値を含めた制御目標値の精度を向上し、より最適な効率で内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御装置の実現が待望された状況にあるといえる。
【００１０】
本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、簡便な構成で、内燃機関の冷却能力の変動をも考慮して制御目標値の精度を向上し、より最適な効率で内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関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】
【００１１】
以上の目的を達成するべく、本発明は、内燃機関の燃焼室を画成すると共にクーラントに接する壁部の前記燃焼室側の温度である第１の温度と前記内燃機関の代表温度との差分値である差分温度を算出し、前記差分温度に基づいて内燃機関の運転状態を制御する制御部を備えた内燃機関制御装置において、前記制御部は、前記運転状態に関するパラメータから基準目標差分温度を算出し、前記壁部のクーラント側の温度である第２の温度を算出し、前記基準目標差分温度を前記第２の温度に応じて補正することにより目標差分温度を算出し、前記目標差分温度と前記差分温度との偏差に応じて、前記運転状態を制御することを第１の局面とする。
【００１２】
本発明は、第１の局面に加えて、前記パラメータとして、前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関が出力するトルクが含まれることを第２の局面とする。
【００１３】
本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記制御部は、前記壁部の伝熱特性を反映した伝熱時間遅れを加味して、更に前記基準目標差分温度を補正することにより前記目標差分温度を算出することを第３の局面とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上の本発明の第１の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部が、内燃機関の燃焼室を画成すると共にクーラントに接する壁部の燃焼室側の温度である第１の温度と内燃機関の代表温度との差分値である差分温度を算出し、運転状態に関するパラメータから基準目標差分温度を算出し、壁部のクーラント側の温度である第２の温度を算出し、基準目標差分温度を第２の温度に応じて補正することにより目標差分温度を算出し、目標差分温度と差分温度との偏差に応じて、運転状態を制御するものであるため、簡便な構成で、内燃機関の冷却能力の変動をも考慮して制御目標値の精度を向上し、より最適な効率で内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００１５】
また、本発明の第２の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部が用いる運転状態に関するパラメータとして、内燃機関の回転数及び内燃機関が出力するトルクが含まれるものであるため、より精度のよい基準目標差分温度を算出して、これに基づき目標差分温度を算出することができ、より最適な効率で内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００１６】
また、本発明の第３の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部が、壁部の伝熱特性を反映した伝熱時間遅れを加味して、更に基準目標差分温度を補正することにより目標差分温度を算出するものであるため、より精度のよい目標差分温度を算出することができ、より最適な効率で内燃機関の運転状態を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態における内燃機関及びそれに適用される内燃機関制御装置の構成を示す模式図であり、図１（ａ）は、本実施形態における水冷式の内燃機関及びそれに適用される内燃機関制御装置の構成を模式的に示すと共に、内燃機関で発生した熱量が冷却系や排気系に伝熱しながら出力系で消費される様子を模式的示す部分断面図であり、また図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す燃焼室の模式的な平面図であって、本実施形態における実験時での燃焼室内の温度測定位置を併せて示す。
【図２】図２は、本実施形態における実験結果で、水冷式の内燃機関の回転数を５０００ｒｐｍ及びスロットルバルブの開度を４８度として進角方向の点火時期を変化したときの燃焼室の内表面の各位置における温度を、内燃機関の出力トルク及びノックレベルと共に示すグラフである。
【図３】図３は、本実施形態における実験結果で、内燃機関が空冷式で吸気バルブ及び排気バルブが各１個設けられている場合の混合気の燃焼時の内燃機関の燃焼室内の温度分布を示し、詳しくは、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、内燃機関の回転数を２０００ｒｐｍに固定し、かつ、排気ガス中の一酸化炭素濃度が０．５％及び０．７％であるときの燃焼室の内表面の温度分布を順に対応して示し、また図３（ｃ）から図３（ｇ）は、内燃機関の排気ガス中の一酸化炭素濃度を０．５％に固定し、かつ、回転数が１４００ｒｐｍ、１８００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、２２００ｒｐｍ及び２４００ｒｐｍであるときの燃焼室の内表面の温度分布を順に対応して示す。
【図４】図４は、本実施形態における水冷式の内燃機関に適用される内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本実施形態における実験結果で、水冷式の内燃機関の回転数を５０００ｒｐｍ及びスロットルバルブの開度を４０度として進角方向の点火時期を変化したときの差分温度を、内燃機関の出力トルク及びノックレベルと共に示すグラフである。
【図６】図６は、本実施形態における実験結果で、水冷式の内燃機関の回転数を５０００ｒｐｍ及びスロットルバルブの開度を４０度としたときに、差分温度とピーク筒内圧とを対比させて示すグラフである。
【図７】図７は、本実施形態における水冷式の内燃機関の模式的な断面図であり、それに適用される内燃機関制御装置での基準目標差分温度の補正の内容を概念的に示す模式図である。
【図８】図８は、本実施形態における水冷式の内燃機関に適用される内燃機関制御装置での基準目標差分温度の補正に用いられる差分温度補正値のテーブルデータを示す模式図である。
【図９】図９は、本実施形態における水冷式の内燃機関に適用される内燃機関制御装置でのフィルタ処理前の目標差分温度及びフィルタ処理後の目標差分温度を比較して示す模式図である。
【図１０】図１０は、本実施形態における水冷式の内燃機関の圧縮比が量産想定時にばらついた場合の実験結果で、内燃機関の回転数を所定回転数及びスロットルバルブの開度を所定開度として内燃機関の出力トルク及びノックレベルを示すグラフであり、詳しくは、図１０（ａ）は、比較例の内燃機関運転状態制御処理による内燃機関の出力トルク及びノックレベルを示すグラフであり、図１０（ｂ）は、本実施形態の内燃機関運転状態制御処理による内燃機関の出力トルク及びノックレベルを示すグラフである。
【図１１】図１１は、本実施形態における種々の燃料種を用いた場合の実験結果で、水冷式の内燃機関の回転数を所定回転数及びスロットルバルブの開度を所定開度として内燃機関の進角方向の点火時期を変化したときの目標差分温度、内燃機関の出力トルク及びノックレベルを示すグラフである。
【図１２】１２は、本実施形態における水冷式の内燃機関に適用される内燃機関制御装置が実行する目標差分温度算出処理の流れを例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における内燃機関制御装置につき、詳細に説明する。
【００１９】
［内燃機関の構成〕
まず、図１から図３を参照して、本実施形態における内燃機関制御装置が適用される内燃機関の構成について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態における内燃機関及びそれに適用される内燃機関制御装置の構成を示す模式図であり、図１（ａ）は、本実施形態における水冷式の内燃機関及びそれに適用される内燃機関制御装置の構成を模式的に示すと共に、内燃機関で発生した熱量が冷却系や排気系に伝熱しながら出力系で消費される様子を模式的示す部分断面図であり、また図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す燃焼室の模式的な平面図であって、本実施形態における実験時での燃焼室内の温度測定位置を併せて示す。図２は、本実施形態における実験結果で、内燃機関の回転数を５０００ｒｐｍ及びスロットルバルブの開度を４８度として進角方向の点火時期を変化したときの燃焼室の内表面の各位置における温度を、内燃機関の出力トルク及びノックレベルと共に示すグラフである。図３は、本実施形態における実験結果で、内燃機関が空冷式で吸気バルブ及び排気バルブが各１個設けられている場合の混合気の燃焼時の内燃機関の燃焼室内の温度分布を示し、詳しくは、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、内燃機関の回転数を２０００ｒｐｍに固定し、かつ、排気ガス中の一酸化炭素濃度が０．５％及び０．７％であるときの燃焼室の内表面の温度分布を順に対応して示し、また図３（ｃ）から図３（ｇ）は、内燃機関の排気ガス中の一酸化炭素濃度を０．５％に固定し、かつ、回転数が１４００ｒｐｍ、１８００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、２２００ｒｐｍ及び２４００ｒｐｍであるときの燃焼室の内表面の温度分布を順に対応して示す。なお、図２では、便宜上、トルク及びノックレベルを同一の縦軸に表記している。
【００２１】
図１に示すように、内燃機関１は、図示を省略する二輪自動車等の車両に搭載され、１又は複数の気筒２ａを有するシリンダブロック２を備えている。シリンダブロック２の気筒２ａに対応する部分の側壁内には、シリンダブロック２を冷却するための冷却液であるクーラントが流通するクーラント通路３が形成されている。なお、図１中では、便宜上、気筒２ａの個数を１個のみとした例を示している。また、内燃機関１は、このような水冷式に限定されるものではなく、クーラント通路３を有さずに、シリンダブロック２を冷却するためのクーラントとしてその周囲の空気を用いる空冷式であってもよい。
【００２２】
気筒２ａの内部には、ピストン４が配置されている。ピストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。クランクシャフト６には、それと共に同軸に回転するロータ７が設けられている。ロータ７の外周面には、その周方向に所定のパターンで並置された複数の歯部（リラクタ）７ａが立設されている。
【００２３】
シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド８が組み付けられている。シリンダブロック２の内壁面、ピストン４の上面、及びシリンダヘッド８の内壁面は、協働して気筒２ａの燃焼室９を画成している。なお、クーラント通路３は、シリンダブロック２に加えシリンダヘッド８に形成されていてもよい。
【００２４】
シリンダヘッド８には、燃焼室９内の燃料及び空気から成る混合気に点火する点火プラグ１０が設けられている。各燃焼室９に対する点火プラグ１０の個数は、複数であってもよい。
【００２５】
シリンダヘッド８には、燃焼室９と対応して連通する吸気管１１が組み付けられている。シリンダヘッド８内には、燃焼室９と吸気管１１とを対応して連通する吸気通路１１ａが形成されている。燃焼室９と吸気通路１１ａとの対応する接続部位には、吸気バルブ１２が設けられている。なお、吸気管１１は、気筒２ａの個数に応じた多岐管であってもよく、吸気通路１１ａの個数は、気筒２ａの個数に等しくなる。各燃焼室９に対する吸気バルブ１２の個数は、水冷式の内燃機関１の場合には２個を想定し、空冷式の内燃機関１の場合には１個を想定しているが、これらはその他の個数であってもよい。
【００２６】
吸気管１１には、その内部に燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。吸気管１１には、インジェクタ１３の上流側にスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４は、図示を省略するスロットル装置の構成部品であり、スロットル装置の本体部が吸気管１１に組み付けられている。なお、インジェクタ１３は、対応する燃焼室９に燃料を直接噴射するものであってもよい。また、インジェクタ１３及びスロットルバルブ１４の個数は、各々複数であってもよい。
【００２７】
また、シリンダヘッド８には、燃焼室９と対応して連通する排気管１５が組み付けられている。シリンダヘッド８内には、燃焼室９と排気通路１５ａとを対応して連通する排気通路１５ａが形成されている。燃焼室９と排気管１５との対応する接続部位には、排気バルブ１６が設けられている。なお、排気管１５は、気筒２ａの個数に応じた多岐管であってもよく、排気通路１５ａの個数は、気筒２ａ及び排気管１５の個数に等しくなる。なお、各燃焼室９に対する排気バルブ１６の個数は、水冷式の内燃機関１の場合には２個を想定し、空冷式の内燃機関１の場合には１個を想定しているが、これらはその他の個数であってもよい。
【００２８】
ここで、内燃機関１が水冷式の場合について検討すると、内燃機関１の冷却系の冷却機能が破綻しない前提で、以下の数式（数１）で示すように、内燃機関１で発生した総熱量ＱＴは、内燃機関１が出力するトルクに変換された熱量Ｑｔｑと、内燃機関１の冷却熱量Ｑｗと、内燃機関１の排気によって排出される熱量Ｑｅｘと、の総和に等しく、この際に、内燃機関１が出力するトルクに変換された熱量Ｑｔｑと、内燃機関１の冷却熱量Ｑｗと、は、比例関係にあるものである。また、冷却熱量Ｑｗは、燃焼室９からクーラントに至る熱の通過部分の熱伝達率をｈ、燃焼室９の冷却表面積をＡ、及び時間をｔで表記すれば、内燃機関１の燃焼室９を画成するシリンダブロック２又はシリンダヘッド８の壁部の燃焼室９側の壁表面の温度と、内燃機関１のクーラント通路３内を流通するクーラントの温度と、の差分温度ＴＣＣＤに対して、以下の数式（数２）で示すような関係がある。この数式（数２）中の熱伝達率ｈは、Ｅｉｃｈｅｌｂｅｒｇの式である以下の数式（数３）で示され、ピストン４の速度（ピストン速度）Ｃｍの３乗根、気筒２ａの内部圧力（筒内圧）ｐの二乗根、及び内燃機関１の燃焼ガスの温度（燃焼ガス温度）Ｔｇの二乗根に比例して増加する。よって、内燃機関１の任意の運転状態で、差分温度ＴＣＣＤとトルクの間に正相関が成り立つことになる。なお、かかる議論は、原理的には、内燃機関１が空冷式の場合についても成立するものである。
【００２９】
【数１】
2018025115.tif 000003
【００３０】
【数２】
2018025115.tif 000004
【００３１】
【数３】
2018025115.tif 000005
【００３２】
また、図１（ｂ）に示す温度測定位置に関する図２に示す実験結果から、点火時期を進角させていくと、水冷式の内燃機関１の出力するトルクは上昇していき、点火時期がＭＢＴに達した後、内燃機関１のノックの始まりと共に燃焼室９の内表面の各位置において温度上昇が現れていることが分かる。ここで、燃焼室９の内表面の位置は、図２中で、スキッシュ領域１からスキッシュ領域５で示され、スキッシュ領域１は、燃焼室９中央から離間した吸気側スキッシュ領域、スキッシュ領域２は、燃焼室９中央へ接近した吸気側スキッシュ領域、スキッシュ領域３は、排気側スキッシュ領域、スキッシュ領域４は、燃焼室９中央及び点火プラグから離間したスキッシュ領域、及びスキッシュ領域５は、燃焼室９中央から離間し点火プラグ１０に接近したスキッシュ領域を各々示している。図２中で、スキッシュ領域１からスキッシュ領域５の中で、温度上昇が最も顕著に現れる領域は、燃焼室９中央へ接近した吸気側スキッシュ領域であるスキッシュ領域２であるが、全般に、吸気側のスキッシュ領域の温度上昇は、排気側のスキッシュ領域の温度上昇よりも鋭敏に現れていることが分かる。これは、一般的に、内燃機関１の燃焼室９において、ノックが吸入側領域から始まることに起因するものと考えられる。また、ＭＢＴに至る前の内燃機関１のトルクの増加に関しても排気側の反応より吸気側領域の反応が鋭敏に現れているため、燃焼室９の温度分布を内燃機関１のノックを含む燃焼状態の指標とすることを考慮すると、燃焼室９の吸気側に燃焼室温度センサを設置することが好ましいことが分かる。更に、内燃機関１の量産条件を考慮して、一般的なサーミスタ型温度センサをスキッシュ領域１の近傍位置に設置したところ、この温度センサで図２に示す温度検出値を得ることができた。
【００３３】
また、燃焼室９における温度分布の特性を確認するために、冷却系の構成がシンプルな空冷式の内燃機関１を用いて、燃焼室９における温度分布を示す図３に示す実験結果を得た中の図３（ａ）及び図３（ｂ）の実験結果においては、内燃機関１の発熱量の少ない無負荷運転状態でも、燃調（一酸化炭素濃度）の違いによる燃焼室９内の温度分布の違いが得られることが分かり、かかる温度分布は、それが吸気側（吸気バルブ１２側）と排気側（排気バルブ１６側）とで約４０℃の温度差を呈していた。更に、その他の図３（ｃ）から図３（ｇ）の実験結果においては、内燃機関１の回転数が変化しても温度分布の高低の傾向は変わらず、その回転数が上がるにつれて温度が上昇する結果を呈していた。このため、吸排気バルブが１つずつの空冷式内燃機関でも燃焼状態を判断するためのパラメータを抽出して用いることができることが分かる。なお、図３中の符号Ａから符号Ｋは、各々の領域内の温度範囲を示すもので、具体的には、符号Ａは、１６５℃以上１７０℃未満の温度範囲、符号Ｂは、１６０℃以上１６５℃未満の温度範囲、符号Ｃは、１５５℃以上１６０℃未満の温度範囲、符号Ｄは、１５０℃以上１５５℃未満の温度範囲、符号Ｅは、１４５℃以上１５０℃未満の温度範囲、符号Ｆは、１４０℃以上１４５℃未満の温度範囲、符号Ｇは、１３５℃以上１４０℃未満の温度範囲、符号Ｈは、１３０℃以上１３５℃未満の温度範囲、符号Ｉは、１２５℃以上１３０℃未満の温度範囲、符号Ｊは、１２０℃以上１２５℃未満の温度範囲、及び符号Ｋは、１１５℃以上１２０℃未満の温度範囲を各々示している。
【００３４】
〔内燃機関制御装置の構成〕
次に、図１に加え、図４から図１１をも参照して、本実施形態における内燃機関制御装置の構成について説明する。
【００３５】
図４は、本実施形態における水冷式の内燃機関に適用される内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。図５は、本実施形態における実験結果で、水冷式の内燃機関の回転数を５０００ｒｐｍ及びスロットルバルブの開度を４０度として進角方向の点火時期を変化したときの差分温度を、内燃機関の出力トルク及びノックレベルと共に示すグラフである。図６は、本実施形態における実験結果で、水冷式の内燃機関の回転数を５０００ｒｐｍ及びスロットルバルブの開度を４０度としたときに、差分温度とピーク筒内圧とを対比させて示すグラフである。
図７は、本実施形態における水冷式の内燃機関の模式的な断面図であり、それに適用される内燃機関制御装置での基準目標差分温度の補正の内容を概念的に示す模式図である。図８は、本実施形態における水冷式の内燃機関に適用される内燃機関制御装置での基準目標差分温度の補正に用いられる差分温度補正値のテーブルデータを示す模式図である。図９は、本実施形態における水冷式の内燃機関に適用される内燃機関制御装置でのフィルタ処理前の目標差分温度及びフィルタ処理後の目標差分温度を比較して示す模式図である。図１０は、本実施形態における水冷式の内燃機関の圧縮比が量産想定時にばらついた場合の実験結果で、内燃機関の回転数を所定回転数及びスロットルバルブの開度を所定開度として内燃機関の出力トルク及びノックレベルを示すグラフであり、詳しくは、図１０（ａ）は、比較例の内燃機関運転状態制御処理による内燃機関の出力トルク及びノックレベルを示すグラフであり、図１０（ｂ）は、本実施形態の内燃機関運転状態制御処理による内燃機関の出力トルク及びノックレベルを示すグラフである。また、図１１は、本実施形態における種々の燃料種を用いた場合の実験結果で、水冷式の内燃機関の回転数を所定回転数及びスロットルバルブの開度を所定開度として内燃機関の進角方向の点火時期を変化したときの目標差分温度、内燃機関の出力トルク及びノックレベルを示すグラフである。なお、図５では、便宜上、差分温度及びノックレベルを同一の縦軸に表記し、図１１では、便宜上、目標差分温度及びトルクを同一の縦軸に表記している。
【００３６】
図４に示すように、本実施形態における内燃機関制御装置１００は、冷却水温センサ２１、クランク角センサ２２、吸気温センサ２３、スロットル開度センサ２４、及び壁部温度センサ２５に電気的に接続されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０２を備えている。
【００３７】
冷却水温センサ２１は、クーラント通路３に侵入した態様でシリンダブロック２に装着され、クーラント通路３内を流通するクーラントの温度（クーラント温度）を検出し、このように検出したクーラント温度を示す電気信号をＥＣＵ１０２に入力する。なお、かかるクーラント温度は、内燃機関１の代表温度（内燃機関代表温度）として用いられるものであるが、内燃機関代表温度としては、必要に応じて、内燃機関１の潤滑油の油温等を油温センサ等で検出してその油温等を用いることが可能である。また、内燃機関１が空冷式である場合には、内燃機関代表温度としては、内燃機関１の潤滑油の油温等を油温センサ等で検出してその油温等を用いればよい。
【００３８】
クランク角センサ２２は、ロータ７の外周面に形成されている歯部７ａに対向した態様でシリンダブロック２の下部に組み付けられた図示を省略するロアケース等に装着され、クランクシャフト６の回転に伴って回転する歯部７ａを検出することによって、クランクシャフト６の角速度を検出する。クランク角センサ２２は、このように検出した角速度を示す電気信号をＥＣＵ１０２に入力する。
【００３９】
吸気温センサ２３は、吸気管１１内に侵入した態様で吸気管１１に装着され、吸気管１１内に流入する空気の温度を検出し、このように検出した空気の温度を示す電気信号をＥＣＵ１０２に入力する。
【００４０】
スロットル開度センサ２４は、スロットル装置の本体部に装着され、スロットルバルブ１４の開度を検出し、このように検出した開度を示す電気信号をＥＣＵ１０２に入力する。
【００４１】
壁部温度センサ２５は、燃焼室９を画成する部材、つまりシリンダブロック２又はシリンダヘッド８の壁部において燃焼室９側に受熱部が装着されてその壁部の燃焼室９側の壁表面の温度を検出し、このように検出した壁部の燃焼室９側の温度を示す電気信号をＥＣＵ１０２に入力する。詳しくは、壁部温度センサ２５は、燃焼室９内の混合気に点火プラグ１０により点火されてそれが着火されることにより生成された火炎が伝播しにくい部位である吸気バルブ１２側の壁表面温度（シリンダブロック２又はシリンダヘッド８における吸気バルブ１２側であって燃焼室９側の内壁表面温度）を検出するように、かかる壁部の燃焼室９側のシリンダブロック２又はシリンダヘッド８に装着される。ここで、かかる吸気バルブ１２側の壁表面温度に相当する壁部の温度は、燃焼室９内の混合気が着火されることにより生成された火炎が伝播しにくい部位の温度であるため、燃焼室９内の混合気の燃焼状態に敏感に反応する温度である。なお、図１中では、壁部温度センサ２５は、燃焼室９を画成する部材としてのシリンダヘッド８の壁部において燃焼室９側に受熱部が装着された例を示し、これは、受熱部が図３中での燃焼室９中央から離間した吸気側のスキッシュ領域１の近傍位置に配置された構成に相当する。また、燃焼室９内の混合気の燃焼状態に敏感に反応する温度となるものであれば、壁部温度センサ２５以外の温度センサで検出されるシリンダブロック２等の壁表面温度を壁部温度として採用することも可能である。
【００４２】
ＥＣＵ１０２は、車両が備えるバッテリからの電力を利用して動作するもので、マイコン１０４、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｌ）変換回路２０１ａ及び２０１ｂ、波形成形回路２０２、並びに駆動回路３０１を備えている。
【００４３】
マイコン１０４は、メモリ１０６及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０８を備えている。
【００４４】
メモリ１０６は、不揮発性及び揮発性の各種記憶装置によって構成され、内燃機関運転状態制御処理用等の制御プログラムや各種制御データを格納している。なお、不揮発性の記憶装置は、ＥＣＵ１０２が内燃機関運転状態制御処理を実行する際に用いる制御データ（燃料噴射量の指示値や点火時期等）を一時的に記憶するワーキングエリアとして機能する。
【００４５】
ＣＰＵ１０８は、冷却水温センサ２１、クランク角センサ２２、吸気温センサ２３、スロットル開度センサ２４、及び壁部温度センサ２５からの電気信号を用いて、ＥＣＵ１０２全体の動作を制御するもので、回転数算出部２０３、トルク算出部２０４、壁部温度算出部２０５、冷却水温算出部２０６、差分温度算出部２０７、基準目標差分温度算出部２０８、補正項算出部２０９、目標差分温度算出部２１０、運転状態制御部２１１、比較部２１２、及び点火時期算出部２１３を備えている。なお、回転数算出部２０３、トルク算出部２０４、壁部温度算出部２０５、冷却水温算出部２０６、差分温度算出部２０７、基準目標差分温度算出部２０８、補正項算出部２０９、目標差分温度算出部２１０、運転状態制御部２１１、比較部２１２、及び点火時期算出部２１３は、ＣＰＵ１０８がメモリ１０６から必要な制御プログラム及び制御データを読み出して内燃機関運転状態制御処理等を実行する際の機能ブロックとして示している。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換回路２０１ａは、壁部温度センサ２５から入力されたアナログ形態の電気信号をデジタル形態に変換してそれを壁部温度算出部２０５に入力する。
【００４７】
Ａ／Ｄ変換回路２０１ｂは、冷却水温センサ２１から入力されたアナログ形態の電気信号をデジタル形態に変換してそれを冷却水温算出部２０６に入力する。
【００４８】
波形成形回路２０２は、クランク角センサ２２から入力された電気信号に対してスムージング処理等の成形処理を施した後にその電気信号を回転数算出部２０３及びトルク算出部２０４に入力する。
【００４９】
回転数算出部２０３は、波形成形回路２０２から入力された電気信号を用いて内燃機関１の回転数を算出し、このように回転数算出部２０３が算出した内燃機関１の回転数は、基準目標差分温度算出部２０８で用いられる。
【００５０】
トルク算出部２０４は、波形成形回路２０２から入力された電気信号を用いて内燃機関１の出力トルク（トルク）を算出し、このようにトルク算出部２０４が算出した内燃機関１のトルクは、基準目標差分温度算出部２０８で用いられる。なお、トルク算出部２０４は、このように算出した内燃機関１のトルクの値が滑らかに変化するように、それに所定のフィルタリング処理を施してもよい。
【００５１】
壁部温度算出部２０５は、Ａ／Ｄ変換回路２０１ａから入力された電気信号を用いて内燃機関１の燃焼室９を画成するシリンダブロック２又はシリンダヘッド８の壁部の燃焼室９側の温度（壁表面温度）を算出し、このように壁部温度算出部２０５が算出した壁部の燃焼室９側の温度は、差分温度算出部２０７及び補正項算出部２０９で用いられる。かかる壁部の燃焼室９側の温度は、内燃機関１の燃焼室９内の混合気の燃焼状態を直接的に反映する内燃機関１の温度であって、かつ、前述したように、燃焼室９内の混合気の燃焼の乱れ等の燃焼状態、つまり燃焼室９の壁表面の受熱の状態に敏感に反応する温度である。ここで、かかる燃焼室９の壁表面の受熱の状態は、内燃機関１のシリンダの内圧レベルやノックの発生状態に影響を受けるものであり、かかるシリンダの内圧レベルやノックの発生状態は、内燃機関１の点火時期に影響を受けるものである。なお、壁部温度算出部２０５は、このように算出した壁部の燃焼室９側の温度の値が滑らかに変化するように、それに所定のフィルタリング処理を施してもよい。なお、付言すれば、かかる壁部の燃焼室９側の温度は、内燃機関１のシリンダ内で発生する発生熱量を直接的に反映した温度であると評価され得るものであるため、かかる壁部の燃焼室９側の温度と、内燃機関１のシリンダ内、つまり燃焼室９内に供給される燃料噴射量と、は、概略的には相関があるものでもあるため、壁部の燃焼室９側の温度は点火時期の制御のみならず、燃料噴射量の制御にも利用可能である。
【００５２】
冷却水温算出部２０６は、Ａ／Ｄ変換回路２０１ｂから入力された電気信号を用いてクーラント通路３内を流通するクーラント温度を内燃機関代表温度として算出し、このように冷却水温算出部２０６が算出したクーラント温度は、差分温度算出部２０７及び補正項算出部２０９で用いられる。ここで、かかるクーラント温度は、内燃機関の温度を代表的に示す内燃機関１の代表温度、つまり内燃機関代表温度であって、内燃機関１のシリンダを冷却する冷却熱量を反映した温度であると評価され得るものである。また、かかるクーラント温度は、壁部温度算出部２０５が算出する壁部の燃焼室９側の温度に比較して、燃焼室９内の混合気の燃焼状態に敏感には反応しない温度である。なお、冷却水温算出部２０６は、このように算出したクーラント温度の値が滑らかに変化するように、それに所定のフィルタリング処理を施してもよい。また、かかる内燃機関代表温度としては、クーラント温度の他に、内燃機関１の潤滑油の温度等を用いてもよい。また、内燃機関１が空冷式である場合にも、内燃機関１の潤滑油の温度等を内燃機関代表温度として用いることが可能である。
【００５３】
差分温度算出部２０７は、壁部温度算出部２０５が算出した壁部の燃焼室９側の温度と冷却水温算出部２０６が算出したクーラント温度との差分値である差分温度を算出し、このように差分温度算出部２０７が算出した差分温度は、運転状態制御部２１１の内燃機関運転状態制御処理で用いられる。ここで、壁部温度算出部２０５が算出する壁部の燃焼室９側の温度は、内燃機関１の燃焼室９内の混合気の燃焼状態に敏感に反応する温度であり、冷却水温算出部２０６が算出するクーラント温度は、燃焼室９内の混合気の燃焼状態に敏感には反応しない温度であるため、かかる差分温度は、燃焼室９内の燃焼状態が良好である場合には、大きな値を示す一方で、これに比較して、点火時期が遅角状態にあって内燃機関１の出力が低い場合には、小さな値を示すものである。これ故、かかる差分温度は、燃焼室９内の燃焼状態の良・不良を示す指標となると共に、内燃機関１の冷却系の冷却能力をも反映するものである。特に、内燃機関１の点火時期は、内燃機関１のシリンダの内圧レベルやノックの発生状態に影響を与え、シリンダの内圧レベルやノックの発生状態は、内燃機関１の燃焼室９の壁表面の受熱の状態に影響を与え、かつ、燃焼室９の壁部の燃焼室９側の温度と内燃機関のクーラント温度等である内燃機関代表温度と、の差分値である差分温度は、燃焼室９の壁表面の受熱の状態に敏感に反応するものであるから、かかる差分温度は、運転状態制御部２１１が内燃機関１の運転状態を制御する際の点火時期の制御に適用し得るものである。なお、必要に応じて、かかる差分温度は、運転状態制御部２１１が内燃機関１の運転状態を制御する際の燃料噴射量の制御にも適用することが可能である。
【００５４】
ここで、図５に示す実験結果から、点火時期を進角させていくと、内燃機関１のトルクは上昇していき、そのトルクがピークに達するまでは差分温度も上昇していくと共に、そのトルクがピークに達した後から、ノックレベルが上昇を始めるまでに差分温度が一定値となる範囲があり、 その後ノックレベルが上昇を始めると共に差分温度は急峻な上昇傾向を示すことが分かる。
【００５５】
また、図６に示す実験結果から、差分温度とピーク筒内圧との関係には、非常に良い正相関があることが分かる。 点火時期を固定すれば、ピーク筒内圧と平均有効圧との関係には正相関があるので、ＭＢＴでの内燃機関１のトルクと差分温度との間には、正相関があることになる。このように内燃機関１のトルクと差分温度との間に正相関があるのであれば、この差分温度を目標差分温度として、実機の差分温度が目標差分温度となるよう制御することで、内燃機関１をベストトルクの状態で運転することが可能となる。また、内燃機関１における種々の回転数や負荷条件でそのトルクと差分温度との関係を計測したところ、回転数が１９００ｒｐｍから５０００ｒｐｍの範囲でスロットル開度がアイドル開度から全開開度の範囲において、このような正相関が認められた。
【００５６】
基準目標差分温度算出部２０８は、内燃機関１の運転状態に関するパラメータから基準目標差分温度を算出し、このように基準目標差分温度算出部２０８が算出した基準目標差分温度は、補正項算出部２０９及び目標差分温度算出部２１０で用いられる。ここで、かかる基準目標差分温度は、差分温度算出部２０７が算出する差分温度の目標値である目標差分温度の基準値となるものであり、内燃機関１がノックレベルが無視し得るレベルであってベストトルクを出力する運転状態にあるときの差分温度の理想値として算出されるものである。また、内燃機関１の運転状態に関するパラメータとしては、実際に運転されている内燃機関１において、その内燃機関１がベストトルクを出力する運転状態にあるときの理想値である基準目標差分温度を求めることが必要であるので、内燃機関１の実際の運転状態を呈するものとして抽出したパラメータを設定することが必要となる。かかる観点からは、内燃機関１の運転状態に関するパラメータとしては、内燃機関１の回転数及びその回転数における内燃機関１が出力するトルクを設定することが好ましい。
【００５７】
具体的には、基準目標差分温度算出部２０８は、メモリ１０６中に予め格納されているデータ、つまり内燃機関１の運転状態に関するパラメータの値に対応して基準目標差分温度の値が規定されたテーブルデータやマップデータをメモリ１０６から読み出して、実際に運転されている内燃機関１の運転状態に関するパラメータの値と、メモリ１０６から読み出したデータと、を照らし合わせ、かかるデータから、このように実際に運転されている内燃機関１の運転状態に関するパラメータの値に対応する基準目標差分温度の値を算出することになる。例えば、内燃機関１の運転状態に関するパラメータとして、内燃機関１の回転数及びその回転数における内燃機関１が出力するトルクが設定されている場合には、メモリ１０６中に予め格納されているデータは、互いに直交する２つ軸に内燃機関１の回転数の値及びその回転数における内燃機関１が出力するトルクの値を対応して規定し、かかる２つの軸に直交する第３の軸に、それらの回転数の値及びトルクの値に対応して基準目標差分温度の値が規定されたマップデータの形態となる。このような場合には、基準目標差分温度算出部２０８は、かかるマップデータをメモリ１０６から読み出して参照し、回転数算出部２０３が算出した内燃機関１の回転数と、トルク算出部２０４が算出した内燃機関１のトルクと、に対応する基準目標差分温度を算出することになる。
【００５８】
補正項算出部２０９は、冷却水温算出部２０６が算出したクーラント温度及び基準目標差分温度算出部２０８が算出した基準目標差分温度を用いて、基準目標差分温度を補正するための補正項における補正値を算出し、このように補正項算出部２０９が算出した補正値は、目標差分温度算出部２１０で用いられる。かかる補正値は、主として、内燃機関１の許容熱量を超える熱量がそれに生じることをないようにその冷却系の冷却能力の時間変動を考慮して、基準目標差分温度を調整するためのものである。ここで、内燃機関１の出力増大時等において、燃焼室９を画成するシリンダブロック２の壁部に典型的には形成されたクーラント通路３側の壁表面の温度が冷却液であるクーラントの核沸騰点に近づくと、クーラント通路３の壁面又はその周囲のクーラントの流れ場の乱れが増大してクーラントの熱伝導率が増大する一方で、かかるクーラント通路３側の壁表面の温度が更に上昇して膜沸騰点に近づくと、クーラントの熱伝導率が減小するという現象が短時間に生じ、内燃機関１の冷却系が受熱可能な熱量が短時間に変動するため、かかるクーラント通路３側の温度から基準目標差分温度を調整する補正値が算出されればよいことになる。
【００５９】
具体的には、補正項算出部２０９は、メモリ１０６中に予め格納されているデータ、つまりクーラント温度の値に対応して温度相関係数の値が規定されたテーブルデータをメモリ１０６から読み出して、冷却水温算出部２０６が算出したクーラント温度の値と、メモリ１０６から読み出したテーブルデータと、を照らし合わせ、かかるデータから、冷却水温算出部２０６が算出したクーラント温度の値に対応する温度相関係数の値を算出する。ついで、補正項算出部２０９は、かかる温度相関係数を基準目標差分温度算出部２０８が算出した基準目標差分温度に乗算して、壁部の燃焼室９側の温度及び壁部のクーラント通路３側の温度間の降下温度を算出する。ついで、補正項算出部２０９は、かかる降下温度を壁部温度算出部２０５が算出した壁部の燃焼室９側の温度から減算して、壁部のクーラント通路３側の温度を算出する。ついで、補正項算出部２０９は、メモリ１０６中に予め格納されているデータ、つまり壁部のクーラント通路３側の温度の値に対応して差分温度補正値が規定されたテーブルデータをメモリ１０６から読み出して、補正項算出部２０９が算出した壁部のクーラント通路３側の温度と、メモリ１０６から読み出したテーブルデータと、を照らし合わせ、かかるデータから、補正項算出部２０９が算出した壁部のクーラント通路３側の温度の値に対応する差分温度補正値を算出することになる。なお、内燃機関１が空冷式の場合には、その冷却系の冷却能力は、内燃機関１が搭載される車両の速度、内燃機関１の代表温度、その吸気温度、その油温、及びそのシリンダブロック等の外皮の表面温度等に依存するものであるため、水冷式の内燃機関１における壁部のクーラント通路３側の温度に相当する温度は、内燃機関１の代表温度にその代表温度を検出した位置の補正を施し、かつこれに車速や吸気温度に対応する相関係数を乗算することにより算出することができるものである。
【００６０】
目標差分温度算出部２１０は、補正項算出部２０９が算出した差分温度補正値を用いて、基準目標差分温度算出部２０８が算出した基準目標差分温度を補正して目標差分温度を算出し、このように目標差分温度算出部２１０が算出した目標差分温度は、運転状態制御部２１１で用いられる。具体的には、目標差分温度算出部２１０は、補正項算出部２０９が算出した差分温度補正値を基準目標差分温度算出部２０８が算出した基準目標差分温度の値に加算して、目標差分温度を算出することになる。また、この際、目標差分温度算出部２１０は、内燃機関１の燃焼室９を画成する壁部の伝熱特性を反映した燃焼室９から壁部への伝熱の時間遅れを加味して、基準目標差分温度を更に補正してもよい。かかる場合、具体的には、目標差分温度算出部２１０は、内燃機関１の出力の増大時及び減小時に応じたフィルタリング係数を算出し、かかるフィルタリング係数を差分温度補正値を用いて補正した基準目標差分温度に乗算して、目標差分温度を算出することになる。
【００６１】
ここで、図７に示すように、差分温度ＴＣＣＤは、壁部温度算出部２０５が算出した壁部の燃焼室９側の温度ＴＣＣと冷却水温算出部２０６が算出したクーラント温度ＴＷとの差分値であるから、内燃機関１の燃焼による発生熱量がその冷却系に伝達する熱量に対応したものである。つまり、差分温度ＴＣＣＤは、内燃機関１のノックの有無や筒内圧の高低によって変化するものであるから、内燃機関１の燃焼の健全さを直接示しているパラメータであると評価し得るものであるが、冷却系に伝達する熱量は、それ自体がクーラントの熱伝導率に依存するものであるため、差分温度ＴＣＣＤは、壁部のクーラント通路３側の温度ＴＣＣＲの増減（図７中、ＴＣＣＲ’及びＴＣＣＲ’’で示す）に対応してクーラントの熱伝導率が増減するとＴＣＣＤ’やＴＣＣＤ’’のように増減してしまう。このため、目標差分温度算出部２１０は、補正項算出部２０９が算出した差分温度補正値ＤＴＣＣＲを用いて、基準目標差分温度算出部２０８が算出した基準目標差分温度ＴＣＣＤＢＰＭを補正している（図７中、ＴＣＣＤＢＰＭ’及びＴＣＣＤＢＰＭ’’で示す）。
【００６２】
また、図８に示すテーブルデータは、補正項算出部２０９が目標差分温度算出部２１０による基準目標差分温度の補正用の差分温度補正値を算出する際に用いるテーブルデータの一例であり、図８中の右側の差分温度補正値の変化の態様が、クーラントの核沸騰点及び膜沸騰点に対応している。
【００６３】
また、図９に示すように、目標差分温度算出部２１０が、内燃機関１の燃焼室９を画成する壁部の伝熱特性を反映した燃焼室９から壁部への伝熱の時間遅れを加味して、基準目標差分温度を更に補正する際には、フィルタ処理前の目標差分温度よりも滑らかに啓示的に変化するフィルタ処理後の目標差分温度が得られている。
【００６４】
運転状態制御部２１１は、内燃機関制御装置１００全体の動作を制御する。具体的には、運転状態制御部２１１は、吸気温センサ２３からＥＣＵ１０２に入力された電気信号を用いてＣＰＵ１０８が算出したスロットルバルブ１４の開度、吸気温センサ２３からＥＣＵ１０２に入力された電気信号を用いてＣＰＵ１０８が算出した吸気管１１内に流入する空気の温度、差分温度算出部２０７が算出した差分温度、及び目標差分温度算出部２１０が算出した目標差分温度等に基づいて、点火時期及び燃料噴射量の指示値等を算出する。そして、運転状態制御部２１１は、このように算出した点火時期及び燃料噴射量の指示値等を内燃機関１に適用することにより、その運転状態を制御する内燃機関運転状態制御処理を実行する。また、運転状態制御部２１１は、内燃機関運転状態制御処理における点火時期の制御に着目すると、点火時期の指示値を算出するための機能ブロックとして比較部２１２及び点火時期算出部２１３を備えている。
【００６５】
比較部２１２は、差分温度算出部２０７が算出した差分温度の値と、目標差分温度算出部２１０が算出した目標差分温度の値と、を比較し、これらの大小関係を判別し、このように比較部２１２が判別した大小関係は、点火時期算出部２１３で用いられる。
【００６６】
点火時期算出部２１３は、比較部２１２が判別した大小関係に基づき、差分温度算出部２０７が算出した差分温度の値が目標差分温度算出部２１０が算出した目標差分温度の値よりも大きい場合には、現在適用されている点火時期の指示値を所定量遅角した点火時期の指示値を算出し、差分温度算出部２０７が算出した差分温度の値が目標差分温度算出部２１０が算出した目標差分温度の値よりも小さい場合には、現在適用されている点火時期の指示値を所定量進角した点火時期の指示値を算出する。
【００６７】
駆動回路３０１は、点火時期算出部２１３が算出した点火時期の指示値を点火プラグ１０の点火動作に適用するために、運転状態制御部２１１から入力された制御信号に従って、点火コイル等を介して点火プラグ１０を駆動することによって、内燃機関１の点火時期を制御する。
【００６８】
ここで、図１０に示す実験結果において、各々の内燃機関の圧縮比が−０．２から＋０．５の範囲内でばらついたと仮定した場合、図１０（ａ）に示すような目標差分温度を用いない一般的な固定点火時期を伴う内燃機関運転状態制御処理による内燃機関のトルクのばらつき幅Ｗ１は、約３．６％ＦＳ比程度あるが、これと比較して、図１０（ｂ）に示すような本実施形態の比較用目標差分温度を用いた点火時期の制御を伴う内燃機関運転状態制御処理による内燃機関１のトルクのばらつき幅Ｗ２は、図１０（ａ）の固定点火時期におけるノックレベルと同等のノックレベルを呈する比較用目標差分温度を設定した際に、約１．６％ＦＳ比程度に改善したことが分かる。
【００６９】
また、図１１に示す実験結果から、高オクタン（いわゆるハイオクタンクラス）のガソリン、低オクタン（いわゆるレギュラークラス）のガソリン、及びエタノールを内燃機関１の燃料に用いた場合に、各々において、目標差分温度の挙動に互いの差異はなく、ノックの発生が起こると共に目標差分温度の上昇が始まり、ある一定以上のノックの状態を各々の燃料種で同様に判断することができることが分かった。なお、図１１中で、高オクタンのガソリンの進角限界をＬ１、低オクタンのガソリンの進角限界をＬ２及びエタノールの進角限界をＬ３で、各々示している。
【００７０】
以上のような構成を有する内燃機関制御装置１００は、内燃機関運転状態制御処理を実行する際に、以下に示す目標差分温度算出処理を実行することによって、内燃機関１の個体差に実質的な影響を受けない態様で、最適な効率の内燃機関１の運転状態を実現する目標差分温度を算出する。以下、図１２を更に参照して、この目標差分温度算出処理を実行する際の内燃機関制御装置１００の動作について説明する。
【００７１】
〔目標差分温度算出処理〕
図１２は、本実施形態における内燃機関制御装置１００が実行する目標差分温度算出処理の流れを例示するフローチャートである。
【００７２】
図１２に示す目標差分温度算出処理のフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられて内燃機関制御装置１００が稼働して、内燃機関運転状態制御処理が実行されるタイミングに合わせて開始となり、目標差分温度算出処理はステップＳ１の処理に進む。かかる目標差分温度算出処理は、内燃機関運転状態制御処理は、内燃機関制御装置１００が稼働状態で内燃機関運転状態制御処理が実行中ある間、メモリ１０６から必要な制御プログラムや制御データを読み出して所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものである。
【００７３】
ステップＳ１の処理では、トルク算出部２０４が、波形成形回路２０２から入力された電気信号を用いて内燃機関１が出力するトルクＤＣＢＣＰＦＬＴを算出する。ここで、トルク算出部２０４は、それが算出する内燃機関１のトルクの値が滑らかに変化するように、一旦算出したトルクＤＣＢＣＰに所定のフィルタリング係数ＣＤＣＢＰＲＥＦを乗算するフィルタリング処理を施し、内燃機関１のトルクＤＣＢＣＰＦＬＴを算出している。かかるフィルタリング係数ＣＤＣＢＰＲＥＦの値は、トルク算出部２０４がメモリ１０６か読み出したものを用いている。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、目標差分温度算出処理はステップＳ２の処理に進む。
【００７４】
ステップＳ２の処理では、目標差分温度算出部２１０が、内燃機関１の燃焼室９を画成する壁部の伝熱特性を反映した燃焼室９から壁部への伝熱の時間遅れを加味したフィルタリング係数ＣＤＢＰＲＥＦを算出する。ここで、目標差分温度算出部２１０は、内燃機関１の出力の増大時及び減小時に応じた伝熱の時間遅れを反映するフィルタリング係数ＣＤＢＰＲＥＦのテーブルデータをメモリ１０６から読み出してこれを参照し、内燃機関１の出力の増大時及び減小時に対応したフィルタリング係数ＣＤＢＰＲＥＦの値を算出している。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、目標差分温度算出処理はステップＳ３の処理に進む。
【００７５】
ステップＳ３の処理では、基準目標差分温度算出部２０８が、内燃機関１の運転状態に関するパラメータの値に対応して基準目標差分温度ＴＣＣＤＢＰＭの値が規定されたマップデータをメモリ１０６から読み出して、実際に運転されている内燃機関１の運転状態に関するパラメータの値と、メモリ１０６から読み出したデータと、を照らし合わせ、かかるデータから、内燃機関１の運転状態に関するパラメータの値に対応する基準目標差分温度ＴＣＣＤＢＰＭの値を算出する。ここで、基準目標差分温度算出部２０８は、内燃機関１の運転状態に関するパラメータとして、内燃機関１の回転数及び内燃機関１が出力するトルクを用いており、それが参照するデータは、マップデータの形態である。この際、基準目標差分温度算出部２０８は、内燃機関１の回転数の値としては、今回の処理における図示を省略したステップの処理で回転数算出部２０３が算出した内燃機関１の回転数ＮＥの値を用い、内燃機関１が出力するトルクの値としては、今回の処理におけるステップＳ１でトルク算出部２０４が算出した内燃機関１のトルクＤＣＢＣＰＦＬＴの値を用いている。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、目標差分温度算出処理はステップＳ４の処理に進む。
【００７６】
ステップＳ４の処理では、補正項算出部２０９が、クーラント温度の値に対応して温度相関係数ＭＴＣＣＲの値が規定されたテーブルデータをメモリ１０６から読み出して、今回の処理における図示を省略したステップの処理で冷却水温算出部２０６が算出したクーラント温度の値と、メモリ１０６から読み出したテーブルデータと、を照らし合わせ、かかるデータから、冷却水温算出部２０６が算出したクーラント温度の値に対応する温度相関係数ＭＴＣＣＲの値を算出する。ここで、補正項算出部２０９は、クーラント温度の値として、冷却水温算出部２０６が所定のフィルタリング処理を施して算出したクーラント温度ＴＷＴＣＤＦＬＴの値を用いている。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、目標差分温度算出処理はステップＳ５の処理に進む。
【００７７】
ステップＳ５の処理では、補正項算出部２０９が、今回の処理におけるステップＳ４の処理で補正項算出部２０９が算出した温度相関係数ＭＴＣＣＲの値を、今回の処理におけるステップＳ３の処理で基準目標差分温度算出部２０８が算出した基準目標差分温度ＴＣＣＤＢＰＭの値に乗算して、壁部の燃焼室９側の温度及び壁部のクーラント通路３側の温度間の降下温度ＭＴＣＢＰＦを算出する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、目標差分温度算出処理はステップＳ６の処理に進む。
【００７８】
ステップＳ６の処理では、補正項算出部２０９が、今回の処理におけるステップＳ５の処理で補正項算出部２０９が算出した降下温度ＭＴＣＢＰＦの値を、今回の処理における図示を省略したステップの処理で壁部温度算出部２０５が算出した壁部の燃焼室９側の温度の値から減算して、壁部のクーラント通路３側の温度ＴＣＣＲを算出する。ここで、補正項算出部２０９は、壁部の燃焼室９側の温度の値として、壁部温度算出部２０５が所定のフィルタリング処理を施して算出した壁部の燃焼室９側の温度ＴＣＣＦＬＴの値を用いている。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、目標差分温度算出処理はステップＳ７の処理に進む。
【００７９】
ステップＳ７の処理では、補正項算出部２０９が、壁部のクーラント通路３側の温度の値に対応して差分温度補正値が規定されたテーブルデータをメモリ１０６から読み出して、今回の処理におけるステップＳ６の処理で補正項算出部２０９が算出した壁部のクーラント通路３側の温度ＴＣＣＲと、メモリ１０６から読み出したテーブルデータと、を照らし合わせ、かかるデータから、補正項算出部２０９が算出した壁部のクーラント通路３側の温度ＴＣＣＲの値に対応する差分温度補正値ＤＴＣＣＲを算出することになる。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、目標差分温度算出処理はステップＳ８の処理に進む。
【００８０】
ステップＳ８の処理では、目標差分温度算出部２１０が、今回の処理におけるステップＳ７の処理で補正項算出部２０９が算出した差分温度補正値ＤＴＣＣＲを、今回の処理におけるステップＳ３の処理で基準目標差分温度算出部２０８が算出した基準目標差分温度ＴＣＣＤＢＰＭの値に加算して、目標差分温度ＴＣＣＤＢＰ０を算出する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、目標差分温度算出処理はステップＳ９の処理に進む。
【００８１】
ステップＳ９の処理では、目標差分温度算出部２１０が、今回の処理におけるステップＳ２の処理で目標差分温度算出部２１０が算出した内燃機関１の出力の増大時及び減小時に応じたフィルタリング係数ＣＤＢＰＲＥＦの値を、今回の処理におけるステップＳ８の処理で目標差分温度算出部２１０が算出した目標差分温度ＴＣＣＤＢＰ０の値に乗算して、目標差分温度ＴＣＣＤＢＰ０を算出する。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、今回の一連の目標差分温度算出処理は終了する。
【００８２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態における内燃機関制御装置１００では、制御部１０２が、内燃機関１の燃焼室９を画成すると共にクーラントに接する壁部の燃焼室９側の温度である第１の温度と内燃機関１の代表温度との差分値である差分温度を算出し、運転状態に関するパラメータから基準目標差分温度を算出し、壁部のクーラント側の温度である第２の温度を算出し、基準目標差分温度を第２の温度に応じて補正することにより目標差分温度を算出し、目標差分温度と差分温度との偏差に応じて、運転状態を制御するものであるため、簡便な構成で、内燃機関１の冷却能力の変動をも考慮して制御目標値の精度を向上し、より最適な効率で内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００８３】
また、本実施形態における内燃機関制御装置１００では、制御部１０２が用いる運転状態に関するパラメータとして、内燃機関１の回転数及び内燃機関が出力するトルクが含まれるものであるため、より精度のよい基準目標差分温度を算出して、これに基づき目標差分温度を算出することができ、より最適な効率で内燃機関１の運転状態を制御することができる。
【００８４】
また、本実施形態における内燃機関制御装置１００では、制御部１０２が、壁部の伝熱特性を反映した伝熱時間遅れを加味して、更に基準目標差分温度を補正することにより目標差分温度を算出するものであるため、より精度のよい目標差分温度を算出することができ、より最適な効率で内燃機関１の運転状態を制御することができる。
【００８５】
なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上のように、本発明は、簡便な構成で、内燃機関の冷却能力の変動をも考慮して制御目標値の精度を向上し、より最適な効率で内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御装置を提供するものであり、その汎用普遍的な性格から車両等の内燃機関制御装置に広く適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００８７】
１…内燃機関
２…シリンダブロック
２ａ…気筒
３…クーラント通路
４…ピストン
５…コンロッド
６…クランクシャフト
７…ロータ
７ａ…歯部（リラクタ）
８…シリンダヘッド
９…燃焼室
１０…点火プラグ
１１…吸気管
１１ａ…吸気通路
１２…吸気バルブ
１３…インジェクタ
１４…スロットルバルブ
１５…排気管
１５ａ…排気通路
１６…排気バルブ
２１…冷却水温センサ
２２…クランク角センサ
２３…吸気温センサ
２４…スロットル開度センサ
２５…壁部温度センサ
１００…内燃機関制御装置
１０２…ＥＣＵ
１０４…マイコン
１０６…メモリ
１０８…ＣＰＵ
２０１ａ、２０１ｂ…Ａ／Ｄ変換回路
２０２…波形成形回路
２０３…回転数算出部
２０４…トルク算出部
２０５…壁部温度算出部
２０６…冷却水温算出部
２０７…差分温度算出部
２０８…基準目標差分温度算出部
２０９…補正項算出部
２１０…目標差分温度算出部
２１１…運転状態制御部
２１２…比較部
２１３…点火時期算出部
３０１…駆動回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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