(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管から燃焼室内に外気を吸入する吸気工程を行い、前記吸気工程で吸入される前記外気に対して噴射した燃料を着火することによって前記燃焼室内で燃焼を起こすように構成された前記内燃機関の温度を予測する温度予測装置において、
前記内燃機関が停止状態から始動を開始してから、前記内燃機関が回転を開始するまでの期間内のタイミングで、前記吸気管内の吸気圧を外気圧力として取得する外気圧力取得部と、
前記内燃機関が前記回転を開始してから前記燃焼を開始するまでの期間内のタイミングで、前記吸気圧を吸気代表圧力として取得する吸気代表圧力取得部と、
前記内燃機関の単位時間当たりの回転数を取得するパラメータ情報取得部と、
前記外気圧力取得部が取得した前記外気圧力、前記吸気代表圧力取得部が取得した前記吸気代表圧力および前記パラメータ情報取得部が取得した前記回転数に基づいて、前記始動を開始してから前記燃焼を開始するまでの期間における前記内燃機関の初期温度を予測する初期温度予測部と、
前記初期温度予測部が予測した前記初期温度を用いて、前記燃焼の開始以降の前記内燃機関の温度を予測する温度予測部と、
を備えた内燃機関の温度予測装置。
【請求項２】
外気温度を取得する外気温度取得部を更に備え、
前記初期温度予測部は、前記外気圧力取得部が取得した前記外気圧力、前記吸気代表圧力取得部が取得した前記吸気代表圧力、前記パラメータ情報取得部が取得した前記回転数および前記外気温度取得部が取得した前記外気温度に基づいて、前記初期温度を予測する
請求項１に記載の内燃機関の温度予測装置。
【請求項３】
前記外気圧力をＰ0、前記吸気代表圧力をＰ、前記回転数をＮe、前記外気温度をＴ0、定数をａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅとし、前記初期温度をＴENG0としたとき、
前記初期温度予測部は、以下の式に従って、前記初期温度を予測する
ＴENG0＝ａ（Ｐ／Ｐ0−ｂ）c・Ｔ0d・Ｎee
請求項２に記載の内燃機関の温度予測装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、前記回転に伴って移動するピストンによって前記燃焼室内のガスを圧縮させる圧縮工程と、前記ピストンによって前記燃焼室内の前記ガスを膨張させる膨張行程をさらに行うように構成され、
前記吸気代表圧力取得部は、
前記ピストンが前記吸気工程から前記圧縮工程へ移行する下死点に達してから、前記ピストンが前記圧縮工程から前記膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内のタイミングで、前記吸気圧を前記吸気代表圧力として取得する
請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の温度予測装置。
【請求項５】
前記吸気代表圧力取得部は、
前記ピストンが前記吸気工程から前記圧縮工程へ移行する前記下死点に達したタイミングで、前記吸気圧を前記吸気代表圧力として取得する
請求項４に記載の内燃機関の温度予測装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記回転に伴って移動するピストンによって前記燃焼室内のガスを圧縮させる圧縮工程と、前記ピストンによって前記燃焼室内の前記ガスを膨張させる膨張行程をさらに行うように構成され、
前記吸気代表圧力取得部は、
前記ピストンが前記吸気工程から前記圧縮工程へ移行する下死点に達してから、前記ピストンが前記圧縮工程から前記膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内の異なるタイミングで、第１吸気圧および第２吸気圧をそれぞれ取得し、取得した前記第１吸気圧と前記第２吸気圧との差圧を前記吸気代表圧力として取得する
請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の温度予測装置。
【請求項７】
前記内燃機関は、前記回転に伴って移動するピストンによって前記燃焼室内のガスを圧縮させる圧縮工程と、前記ピストンによって前記燃焼室内の前記ガスを膨張させる膨張行程をさらに行うように構成され、
前記吸気代表圧力取得部は、
前記ピストンが前記吸気工程から前記圧縮工程へ移行する下死点に達してから、前記ピストンが前記圧縮工程から前記膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内のタイミングで、前記吸気圧を前記吸気代表圧力として取得し、取得した前記吸気代表圧力が設定圧力値よりも高い場合には、次の前記期間内のタイミングで、前記吸気圧を前記吸気代表圧力として再取得する
請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の温度予測装置。
【請求項８】
前記温度予測部が予測した前記燃焼の開始以降の前記内燃機関の温度に基づいて、前記燃料を噴射する際の燃料噴射を制御する燃料噴射制御部をさらに備えた
請求項１から７のいずれか１項に記載の内燃機関の温度予測装置。
【請求項９】
初期温度予測部が予測した前記初期温度に基づいて、前記初期温度の予測後の１回目に前記燃料を噴射する際の燃料噴射を制御する初回燃料噴射制御部をさらに備えた
請求項１から８のいずれか１項に記載の内燃機関の温度予測装置。
【請求項１０】
吸気管から燃焼室内に外気を吸入する吸気工程を行い、前記吸気工程で吸入される前記外気に対して噴射した燃料を着火することによって前記燃焼室内で燃焼を起こすように構成された内燃機関の温度を予測する温度予測方法において、
前記内燃機関が停止状態から始動を開始してから、前記内燃機関が回転を開始するまでの期間内のタイミングで、前記吸気管内の吸気圧を外気圧力として取得するステップと、
前記内燃機関が前記回転を開始してから前記燃焼を開始するまでの期間内のタイミングで、前記吸気圧を吸気代表圧力として取得するとともに前記内燃機関の単位時間当たりの回転数を取得するステップと、
取得した前記外気圧力、前記吸気代表圧力および前記回転数に基づいて、前記始動を開始してから前記燃焼を開始するまでの期間における前記内燃機関の初期温度を予測するステップと、
予測した前記初期温度を用いて、前記燃焼の開始以降の前記内燃機関の温度を予測するステップと、
を備えた内燃機関の温度予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気管内の吸気圧を利用して内燃機関の温度を予測する温度予測装置および温度予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両には、ＥＣＵと呼ばれる電子制御装置が搭載されている。ＥＣＵは、主にマイクロコンピュータを用いて構成されており、運転に関わる車両用の内燃機関の動作等を制御している。そのような内燃機関の動作制御には、様々なパラメータが関与している。制御に関与するパラメータの１つとして、内燃機関の温度情報が知られている。【０００３】
ここで、内燃機関本体に専用の温度センサを配置して、その温度センサの測定結果を用いてＥＣＵが内燃機関の制御を行うフィードバック制御を採用する場合、その温度センサの測定時刻からＥＣＵの応答時刻への遅れが生じることから、適切な内燃機関の制御が困難である。【０００４】
そこで、内燃機関起動時の内燃機関本体の温度と、任意の時間における吸気管の温度と、シミュレーション用のモデルとを用いて、その任意の時間における内燃機関本体の温度を予測する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の従来技術では、内燃機関起動時の内燃機関本体の温度を知るための構成として、内燃機関本体の筐体に専用の温度センサを配置して、その温度センサによって内燃機関本体の温度を直接的に検出する直接検出構成と、内燃機関のエンジンオイルの温度または冷却水の温度を直接的に検出し、その検出結果に基づく温度予測によって内燃機関本体の温度を間接的に検出する間接検出構成とが提案されている。【０００５】
また、内燃機関起動時の吸気管内の温度と大気温度とが一致すると仮定し、内燃機関のシリンダ内の圧力と内燃機関の周囲にある大気温度とに基づき、吸気管の温度を予測する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−８３２４０号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２５２６号公報
【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、内燃機関本体の温度を知るために、上記の直接検出構成を適用する場合、内燃機関本体の温度上昇に耐え得る耐熱性の温度センサを準備する必要がある。また、その温度センサの取り付け用の穴あけなどの加工を内燃機関本体の表面に施す作業、その温度センサを取り付ける作業等といった作業を行う必要がある。また、内燃機関本体の温度を知るために、上記の間接検出構成を適用する場合、上記と同様に、エンジンオイルまたは冷却水の温度上昇に耐えうる耐熱性の温度センサを準備する必要があり、さらに、上記のような作業を行う必要がある。【０００８】
つまり、特許文献１に記載の従来技術では、内燃機関本体の温度を知るために、直接検出構成および間接検出構成のいずれを適用した場合であっても、配線および部品の増大によって、製造コストおよび作業負担の増大を招く虞がある。その結果、部品ならびに製造コストが高止まりする虞がある。【０００９】
特許文献２に記載の従来技術では、上述したとおり、内燃機関起動時の吸気管内の温度と大気温度とが一致すると仮定している。そのため、内燃機関起動時と内燃機関停止時との時間間隔に基づいて、仮定範囲にばらつきが見られ、温度の予測精度が悪化しうる。したがって、例えば、特許文献１に記載の従来技術において、特許文献２に記載の従来技術を適用することで予測した吸気管の温度を用いて、内燃機関本体の温度を予測した場合、内燃機関本体の温度の予測精度がさらに悪化する虞がある。【００１０】
本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、高温対応の専用の温度センサを用いなくても、比較的低コストで内燃機関の温度を予測することのできる内燃機関の温度予測装置および温度予測方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る内燃機関の温度予測装置は、吸気管から燃焼室内に外気を吸入する吸気工程を行い、吸気工程で吸入される外気に対して噴射した燃料を着火することによって燃焼室内で燃焼を起こすように構成された内燃機関の温度を予測する温度予測装置において、内燃機関が停止状態から始動を開始してから、内燃機関が回転を開始するまでの期間内のタイミングで、吸気管内の吸気圧を外気圧力として取得する外気圧力取得部と、内燃機関が回転を開始してから燃焼を開始するまでの期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として取得する吸気代表圧力取得部と、内燃機関の単位時間当たりの回転数を取得するパラメータ情報取得部と、外気圧力取得部が取得した外気圧力、吸気代表圧力取得部が取得した吸気代表圧力およびパラメータ情報取得部が取得した回転数に基づいて、始動を開始してから燃焼を開始するまでの期間における内燃機関の初期温度を予測する初期温度予測部と、初期温度予測部が予測した初期温度を用いて、燃焼の開始以降の内燃機関の温度を予測する温度予測部と、を備えたものである。【００１２】
本発明に係る内燃機関の温度予測方法は、吸気管から燃焼室内に外気を吸入する吸気工程を行い、吸気工程で吸入される外気に対して噴射した燃料を着火することによって燃焼室内で燃焼を起こすように構成された内燃機関の温度を予測する温度予測方法において、内燃機関が停止状態から始動を開始してから、内燃機関が回転を開始するまでの期間内のタイミングで、吸気管内の吸気圧を外気圧力として取得するステップと、内燃機関が回転を開始してから燃焼を開始するまでの期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として取得するとともに内燃機関の単位時間当たりの回転数を取得するステップと、取得した外気圧力、吸気代表圧力および回転数に基づいて、始動を開始してから燃焼を開始するまでの期間における内燃機関の初期温度を予測するステップと、予測した初期温度を用いて、燃焼の開始以降の内燃機関の温度を予測するステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高温対応の専用の温度センサを用いなくても、比較的低コストで内燃機関の温度を予測することのできる内燃機関の温度予測装置および温度予測方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の温度予測装置を備えた内燃機関の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の吸気管の圧力変化を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る吸気圧と本体温度の相関を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の温度予測装置の一連の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る内燃機関の吸気管の圧力変化を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る内燃機関の吸気管の圧力変化を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る内燃機関の吸気管の圧力変化を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る内燃機関の温度予測装置の初期温度を予測する一連の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本願が開示する内燃機関の温度予測装置および温度予測方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
また、以下の実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、本発明が適用される内燃機関は、例えば、車両用の内燃機関であり、以下の実施の形態では、本発明が車両用の内燃機関に適用される場合を例示する。
【００１７】
実施の形態１．
実施の形態１に係る内燃機関の温度予測装置１２１について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関の温度予測装置１２１を備えた内燃機関１００の構成図である。
【００１８】
内燃機関１００は、吸気管１０１ａから燃焼室１０５内に外気を吸入する吸気工程を行い、吸気工程で吸入される外気に対して噴射した燃料を着火することによって燃焼室１０５内で燃焼を起こすように構成された原動機である。より具体的には、内燃機関１００は、吸気工程、圧縮工程、膨張行程、排気工程の４工程を１燃焼サイクルとして運転される４サイクルガソリン内燃機関である。
【００１９】
内燃機関１００は、吸気通路１０１と、エアフィルタ１０２と、スロットルバルブ１０３と、吸気圧センサ１０４と、燃焼室１０５と、バイパス流路１０６と、アイドルスピードコントロールバルブ１０７と、燃料ポンプ１０８と、燃料タンク１０９と、インジェクタ１１０と、吸気バルブ１１１と、点火プラグ１１２と、ピストン１１３と、コンロッド１１４と、クランク軸１１５と、排気バルブ１１６と、排気通路１１７と、クランク角センサ１１８と、三元触媒１１９と、酸素センサ１２０と、温度予測装置１２１を含んで構成される。
【００２０】
内燃機関本体１００ａは、シリンダに覆われているピストン１１３、コンロッド１１４およびクランク軸１１５と、シリンダヘッドに据え付けられている吸気バルブ１１１、排気バルブ１１６および点火プラグ１１２と、ピストン１１３上部に位置し、ピストン１１３とシリンダヘッドに挟まれている燃焼室１０５とを含んで構成される。
【００２１】
内燃機関１００の吸気通路１０１には、上流側から順に、エアフィルタ１０２、スロットルバルブ１０３および吸気圧センサ１０４が設けられている。
【００２２】
吸気圧センサ１０４は、スロットルバルブ１０３よりも下流側の吸気通路１０１に相当する吸気管１０１ａ内のガスの吸気圧を検出する。吸気圧センサ１０４は、後述する温度予測装置１２１と通信可能に接続されており、その検出結果を吸気圧情報として温度予測装置１２１に与える。
【００２３】
吸気通路１０１には、スロットルバルブ１０３に対する上流側と下流側が連通するようにバイパス流路１０６とアイドルスピードコントロールバルブ１０７が設けられている。
【００２４】
吸気管１０１ａにおいて、吸気圧センサ１０４よりも下流側には、燃料タンク１０９から燃料ポンプ１０８によって汲み上げられた燃料を吸気ポート近傍に噴射供給するインジェクタ１１０が設けられている。インジェクタ１１０は、後述する温度予測装置１２１と通信可能に接続されている。
【００２５】
内燃機関本体１００ａの燃焼室１０５には、吸気用の吸気バルブ１１１が設けられており、吸気通路１０１は、吸気バルブ１１１を経由して燃焼室１０５と繋がっている。また、燃焼室１０５には、排気用の排気バルブ１１６が設けられており、燃焼室１０５は、排気バルブ１１６を経由して、排気通路１１７に繋がっている。
【００２６】
燃焼室１０５の上部には、電極が突出した点火プラグ１１２が設けられている。点火プラグ１１２は、後述する温度予測装置１２１と通信可能に接続されている。燃焼室１０５の下部には、上下に往復運動するピストン１１３が設けられている。ピストン１１３は、コンロッド１１４を通じて、クランク軸１１５と連結されている。
【００２７】
クランク軸１１５付近には、クランク軸１１５の回転角度を検出するクランク角センサ１１８が設けられている。クランク角センサ１１８は、後述する温度予測装置１２１と通信可能に接続されており、その検出結果をクランク角情報として温度予測装置１２１に与える。
【００２８】
排気通路１１７の下流側には、燃焼室１０５からの燃焼排ガスのＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する三元触媒１１９が設けられている。排気通路１１７において、三元触媒１１９よりも上流側には、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１２０が設けられている。酸素センサ１２０は、後述する温度予測装置１２１と通信可能に接続されており、その検出結果を酸素情報として温度予測装置１２１に与える。
【００２９】
スロットルバルブ１０３は、スロットルの開度を調整する。エアフィルタ１０２によってダストが除去された空気は、吸気通路１０１を通って燃焼室１０５へ供給される。スロットルバルブ１０３は、スロットルの開度調整によって燃焼室１０５へ供給される空気流量を制御する。運転側からの視点で見ると、スロットルバルブ１０３は、運転手が操作するアクセル（図示せず）の操作量に応じて、スロットルの開度調整の制御を行うものである。なお、バイパス流路１０６に設けられたアイドルスピードコントロールバルブ１０７は、内燃機関１００のアイドル運転時に内燃機関１００の回転数を制御するために、バイパス流路１０６を流れる空気流量を調整する。
【００３０】
インジェクタ１１０は、吸気バルブ１１１の手前にて、吸気管１０１ａを流通した空気に燃料を噴射して混合気を形成する。吸気バルブ１１１は、形成された混合気を燃焼室１０５に供給する。燃焼室１０５に設けられた点火プラグ１１２は、燃焼室１０５に供給された混合気に対して放電火花によって着火を行い、混合気を燃焼する。
【００３１】
混合気の燃焼によって、外部へ仕事がなされる。具体的には、ピストン１１３およびコンロッド１１４を介してクランク軸１１５が回転し、混合気の燃焼から回転エネルギが取り出される。排気バルブ１１６は、混合気の燃焼によって生じた排ガスを開動作によって排気通路１１７に排出する。
【００３２】
クランク軸１１５と一体で回転するロータの外周部には、周方向に等間隔で複数の突起が設けられている。これらの突起がこのクランク角センサ１１８を横切る時に、クランク角センサ１１８は、矩形状のクランク信号をクランク角情報として出力する。なお、実施の形態１では、具体例として、複数の突起は、クランク軸１１５の中心を基準に３０度ごとに設けられているものとする。
【００３３】
なお、ロータの外周部には、等間隔で設けられた複数の突起のうち、一部の突起を欠けた状態にした欠歯部が設けられている。このような構成によって、クランク軸１１５が最大で３６０度回転すれば、温度予測装置１２１は、クランク角センサ１１８の検出値から、ピストン１１３の位置を判別することができる。したがって、温度予測装置１２１は、ピストン１１３が上死点および下死点に達したことを認識することができる。また、内燃機関１００が４サイクル内燃機関であれば、温度予測装置１２１は、クランク角センサ１１８の検出値と、吸気圧センサ１０４の検出値とから、内燃機関本体１００ａの４工程（すなわち、吸気工程、圧縮工程、膨張行程および排気工程）の判別と、ピストン１１３の詳細な位置を認識することできる。
【００３４】
温度予測装置１２１は、ピストン１１３の位置に応じて、インジェクタ１１０に燃料噴射の指令を出力することで、燃料噴射量、空燃比等の内燃機関１００の制御を行う。
【００３５】
上述したとおり、温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４、インジェクタ１１０、点火プラグ１１２、クランク角センサ１１８、および酸素センサ１２０等と通信可能に接続されている。
【００３６】
温度予測装置１２１は、例えば、演算処理を実行するマイクロコンピュータと、プログラムデータ、固定値データ等のデータを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、格納されているデータを更新して順次書き換えられるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、電源と、出力処理回路と、入力処理回路と、Ａ／Ｄ変換回路と、パワーデバイスと、通信ＩＣ等によって実現される。
【００３７】
温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４の検出値に基づいて、内燃機関本体１００ａの温度（以下、本体温度と称す）を予測する。また、温度予測装置１２１は、予測した本体温度に基づいてインジェクタ１１０からの燃料噴射量の制御を行う。
【００３８】
次に、内燃機関１００の始動について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関１００の吸気管１０１ａの圧力変化を示す模式図である。図２において、横軸はピストンの位置を示すクランク番号、縦軸は、吸気管１０１ａの内圧である吸気圧Ｐｍを示している。
【００３９】
なお、図２では、１燃焼サイクルでクランク軸１１５が２回転する場合を考えているので、クランク軸１１５と一体で回転するロータの外周部に３０°ごとに設けられる複数の突起のそれぞれについて２回転分のクランク番号が付されている。図２に示すように、１燃焼サイクルにおいて、クランク軸１１５の１回転目（すなわち、圧縮工程および膨張行程）では、各突起に０〜１１の番号が順に付され、クランク軸１１５の２回転目（すなわち、排気工程および吸気工程）では、各突起に１２〜２３の番号が順に付される。
【００４０】
内燃機関１００を停止させて内燃機関１００の電源をＯＦＦにすると、温度予測装置１２１の電源もＯＦＦになり、温度予測装置１２１への電力供給が停止となる。この場合、温度予測装置１２１が吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８および酸素センサ１２０からこれまでに取得していた各情報は、メモリに特別に記憶させない限り消失する。
【００４１】
次に、内燃機関１００の電源がＯＮになるのに伴って温度予測装置１２１の電源がＯＮになると、温度予測装置１２１への電力供給が行われる。この場合、温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８および酸素センサ１２０からの各情報の取得を開始する。内燃機関１００の電源がＯＮになる直後に吸気圧センサ１０４から取得される吸気圧情報は、内燃機関１００が搭載される車両の周囲の大気圧情報として扱うことができる。
【００４２】
次に、内燃機関本体１００ａの始動において、セルモータ等がクランク軸１１５を回転させることでピストン１１３を動かす。このような内燃機関本体１００ａの始動の過程で、温度予測装置１２１は、クランク角センサ１１８および吸気圧センサ１０４から取得する各情報によって、内燃機関本体１００ａが吸気工程であることを検出する。
【００４３】
吸気工程では、ピストン１１３が下死点に向かって下がり、吸気バルブ１１１が開き、排気バルブ１１６が閉まるので、吸気管１０１ａ内のガスが燃焼室１０５内に導入され、吸気管１０１ａ内のガス圧力が負圧になる。ピストン１１３が下死点を通過すると、吸気バルブ１１１が閉まり、その後、吸気工程から圧縮工程へと移行する。
【００４４】
圧縮工程は、クランク軸１１５の回転に伴ってシリンダ内を上下方向に移動するピストン１１３によって燃焼室１０５内のガスを圧縮させる工程である。圧縮工程から移行する膨張行程は、ピストン１１３によって燃焼室１０５内のガスを膨張させる工程である。
【００４５】
より具体的には、圧縮工程では、燃焼室１０５内に導入された空気を主成分とするガスは、燃焼室１０５内でピストン１１３の上昇に伴って圧縮される。さらに、ピストン１１３が上死点付近に達すると、インジェクタ１１０により燃料が噴射されつつ、吸気バルブ１１１が開くので、その燃料が燃焼室１０５内に導入される。そして、吸気バルブ１１１が閉まるとともに、点火プラグ１１２によって燃焼室１０５内で燃料が着火されると、燃焼が起こる。その間、吸気バルブ１１１および排気バルブ１１６の両方が閉まったまま、膨張行程となり、ピストン１１３が下死点に向かって下降する。その後、ピストン１１３が下死点付近に達すると、排気バルブ１１６が開き、燃焼室１０５内の燃焼ガスが排気通路１１７によって排出される。
【００４６】
一方、点火プラグ１１２による着火前の吸気工程から移行した、圧縮工程、膨張行程および排気工程における吸気管１０１ａの内部は、吸気バルブ１１１が閉止され、さらにスロットルバルブ１０３が閉止された状態になっている。この間、スロットルバルブ１０３の隙間等から外気が流入し、吸気管１０１ａの内部は概ね大気圧へと変化していく。なお、圧縮工程から膨張行程への移行時前であって、燃料噴射が開始される前までは、吸気管１０１ａ内部は、ピストン１１３の上下運動とそれに伴うバルブの開閉などによる圧力差で、ガス移動がなされている。
【００４７】
ここで、温度予測装置１２１によって予測される本体温度は、内燃機関１００を制御する上で、非常に重要なパラメータである。また、初期温度は、内燃機関１００の始動が開始される以前の内燃機関１００の停止時での動作条件および停止からの経過時間によって異なる。
【００４８】
なお、ここでいう初期温度とは、内燃機関１００の電源がＯＦＦからＯＮに切り替わって、内燃機関１００が停止状態から始動を開始してから、燃焼室１０５内で燃焼を開始するまでの期間における内燃機関１００の本体温度を意味する。
【００４９】
そこで、内燃機関１００において、燃料が噴射される前の吸気管１０１ａ内部のガス圧力に着目し、内燃機関１００の完全停止後、異なる経過時間を想定した試験を実施した。具体的には、単気筒のガソリン内燃機関を内燃機関１００として用いて、５種類の初期温度（具体的には、２５℃、６０℃、８０℃、１００℃および１１５℃）を設定し、内燃機関１００を始動させた後であって燃焼開始までの吸気圧の挙動について調べた。
【００５０】
内燃機関１００の電源がＯＦＦからＯＮに切り替わると、内燃機関１００に設けられた吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８および酸素センサ１２０からの検出信号が温度予測装置１２１に入力される。このとき、吸気管１０１ａの圧力は大気圧を示すことから、吸気圧センサ１０４の検出結果によって内燃機関１００の外部の外気圧力（周囲環境圧力）が分かる。
【００５１】
内燃機関１００の電源がＯＦＦからＯＮに切り替わると、内燃機関１００が停止状態から始動する。内燃機関本体１００ａの始動が開始されると、セルモータ等がクランク軸１１５を回転させ、ピストン１１３が移動し始める。内燃機関１００が始動してからクランク軸１１５が回転するまでの間は、吸気管１０１ａの圧力はほぼ大気圧を示す。
【００５２】
そして、クランク軸１１５の回転に伴って吸気工程が開始されると、吸気管１０１ａ内のガスが燃焼室１０５に引き込まれることから、吸気管１０１ａのガス圧力は、大気圧から約４０ｋＰａ程度まで低下する。この吸気工程における圧力変化は速く、５種類の初期温度に対して圧力変化の差異を見出すことはできなかった。
【００５３】
以上から分かるように、内燃機関１００が停止状態から始動してクランク軸１１５の回転が開始されるまでの間に吸気圧センサ１０４によって検出される吸気圧を、外気圧力とすることができる。
【００５４】
一方、吸気工程から圧縮工程に変わる下死点では、初期温度と吸気圧に相関が見られ、初期温度が高い程、下死点における吸気圧が高くなる傾向を示した。そこで、吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点にピストン１１３が位置する時に吸気圧センサ１０４によって検出される吸気圧を、吸気代表圧力とする。
【００５５】
上記の温度試験は、内燃機関１００の配置環境下、つまり、外気温度と外気圧力がそれぞれ、２５℃、１気圧の環境下で実施した。ところで、吸気圧は、外気圧力および外気温度の影響を受ける。また、吸気管１０１ａ内に流入するガスの移動速度と、吸気管１０１ａから排出されて燃焼室１０５に移動するガスの移動速度は、内燃機関本体１００ａの単位時間当たりの回転数（以下、内燃機関回転数と称す）に依存する。
【００５６】
そこで、異なる外気温度および異なる外気圧力にて検証試験を実施し、上記のパラメータを考慮した実験式を得た。その結果を式（１）に示す。図３は、本発明の実施の形態１に係る吸気圧と本体温度の相関を示す模式図である。
【００５７】
ＴENG0＝ａ（Ｐ／Ｐ0−ｂ）c・Ｔ0d・Ｎee          （１）
【００５８】
ただし、式（１）において、
ＴENG0は内燃機関本体の初期温度、
Ｐ0は外気圧力、
Ｐは吸気代表圧力、
Ｔ0は外気温度、
Ｎeは内燃機関回転数、
ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは定数を示す。
【００５９】
以上の式（１）および図３から分かるように、吸気圧センサ１０４によって検出される吸気圧を用いて、初期温度を一意的に予測できることを見出した。
【００６０】
また、上記から分かるように、初期温度を得るための専用のセンサ、配線および熱電変換器等を内燃機関本体１００ａに設けなくても、外気圧力、吸気代表圧力、外気温度および内燃機関回転数が分かれば、式（１）に従って、内燃機関１００の動作環境にも対応した初期温度を予測することができる。
【００６１】
ここで、外気圧力は、内燃機関１００が停止状態から始動してクランク軸１１５の回転が開始されるまでの間に吸気圧センサ１０４によって検出される吸気圧（以下、第１圧力と称す）とする。温度予測装置１２１は、内燃機関１００が停止状態から始動を開始してから、内燃機関本体１００ａが回転を開始するまでの期間内のタイミングで、吸気圧を外気圧力として取得するように構成されている。なお、外気圧力を取得する機能は、温度予測装置１２１に具備される外気圧力取得部が担っている。
【００６２】
吸気代表圧力は、吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点にピストン１１３が位置する時に吸気圧センサ１０４によって検出される吸気圧（以下、第２圧力と称す）とする。温度予測装置１２１は、内燃機関本体１００ａが回転を開始してから燃焼室１０５内で燃焼を開始するまでの期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として取得するように構成されている。実施の形態１では、このようなタイミングの具体例として、ピストン１１３が吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点に達したタイミングを例示している。なお、吸気代表圧力を取得する機能は、温度予測装置１２１に具備される吸気代表圧力取得部が担っている。
【００６３】
外気温度は、外気温度センサを利用して直接的に検出する手法、他のセンサの検出値を利用して間接的に予測する手法等によって得られる値とする。温度予測装置１２１は、このような手法によって外気温度を取得するように構成されている。なお、外気温度を取得する機能は、温度予測装置１２１に具備される外気温度取得部が担っている。
【００６４】
内燃機関回転数は、クランク角センサ１１８によって検出されるクランク角情報に基づいて演算される。なお、内燃機関回転数を演算するには、具体的には、クランク角センサ１１８に加えて、或るクランク角を検出するまでにかかる時間を測るためのタイマーが必要となる。温度予測装置１２１は、内燃機関本体１００ａが回転を開始してから燃焼室１０５内で燃焼を開始するまでの期間内のタイミングで、このような手法によって、内燃機関回転数を取得するように構成されている。なお、内燃機関回転数を取得する機能は、温度予測装置１２１に具備されるパラメータ情報取得部が担っている。
【００６５】
温度予測装置１２１は、上述した式（１）と、式（１）に係る定数ａ〜ｅを不揮発性メモリに記憶している、もしくは、式（１）と各定数から定めたマッピングテーブルを不揮発性メモリに記憶している。温度予測装置１２１は、上記のとおり、外気圧力、吸気代表圧力、外気温度および内燃機関回転数を取得する。温度予測装置１２１は、取得したこれらのパラメータと、記憶している定数ａ〜ｅとを用いて、式（１）に従って初期温度を演算することで予測する。なお、初期温度を予測する機能は、温度予測装置１２１に具備される初期温度予測部が担っている。
【００６６】
続いて、予測した初期温度を初期値として、燃焼開始以降の本体温度を逐次予測する手法について説明する。内燃機関１００が始動を開始してから燃焼を開始するまでの期間における本体温度は、上記の手法によって予測した初期温度と等価となる。
【００６７】
これに対して、燃焼室１０５内での燃焼が開始された以降においては、以下の手法によって本体温度を予測する。すなわち、内燃機関本体１００ａのエネルギ収支から、時間Δｔ後の本体温度を演算することで予測する。
【００６８】
ここで、時刻ｔの本体温度をＴENG（ｔ）、時刻ｔからΔｔ経過後の時刻ｔ＋Δｔの本体温度をＴENG（ｔ＋Δｔ）、ＴENG（ｔ＋Δｔ）−ＴENG（ｔ）＝ΔＴENGとすると、ΔＴENG／Δｔは、式（２）のように表すことができる。また、内燃機関本体１００ａから出力されるエネルギの総和ＱOUTは、式（３）のように表すことができる。なお、式（３）において、右辺第２項は放熱量を示し、右辺第１項はその他の出力エネルギを示す。
【００６９】
Ｍ・ＣP・ΔＴENG／Δｔ＝ＱIN−ＱOUT          （２）
ＱOUT＝Σ（Ｑｊ）＋β（ＴENG（ｔ）−Ｔ0）          （３）
【００７０】
ただし、式（２）および式（３）において、
Ｍは内燃機関本体１００ａの重量（ｋｇ）、
ＣPは内燃機関本体１００ａの比熱（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、
ＱINは内燃機関本体１００ａに入力されるエネルギの総和（Ｊ／ｓ）、
ＱOUTは内燃機関本体１００ａから出力されるエネルギの総和（Ｊ／ｓ）、
Ｑｊは内燃機関本体１００ａからの個別要素ｊの出力エネルギ、
Ｔ0は外気温度（Ｋ）、
ｔは時間（ｓ）、
βは定数（Ｗ／Ｋ）を示す。
なお、ＱINに関して言えば、一部もしくは全部が内燃機関１００に供給される燃料流量のエネルギとなる。
【００７１】
温度予測装置１２１は、上述した式（２）および式（３）と、式（２）に係る定数Ｍ，ＣPと、式（３）に係る定数βを不揮発性メモリに記憶している。温度予測装置１２１は、上記のＱIN、ＱOUTおよびＱｊを演算し、さらに、外気温度を取得する。温度予測装置１２１は、演算したＱIN、ＱOUTおよびＱｊと、取得した外気温度と、記憶しているＭ，ＣPおよびβとを用いて、式（２）および式（３）を解くことでΔＴENGを演算し、そのΔＴENGを用いて、本体温度ＴENG（ｔ＋Δｔ）を予測する。
【００７２】
なお、上記の時間Δｔは、例えば、内燃機関１００の燃料噴射のタイミングの時間間隔を示す。また、上記の演算では、初期状態の温度、つまり外気温度が用いられる。温度予測装置１２１は、この外気温度を、外気温度センサを利用して直接的に検出する手法、他のセンサの検出値を利用して間接的に予測する手法等を適用することで取得する。
【００７３】
このように、温度予測装置１２１は、予測した初期温度を用いて、内燃機関本体１００ａのエネルギ収支から、燃焼室１０５内での燃焼開始以降の本体温度を予測する。なお、燃焼開始以降の本体温度を予測する機能は、温度予測装置１２１に具備される温度予測部が担っている。
【００７４】
次に、本実施の形態１に係る温度予測装置１２１の一連の動作について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関の温度予測装置１２１の一連の動作を示すフローチャートである。
【００７５】
ステップＳ１０１において、内燃機関本体１００ａの電源をＯＦＦからＯＮに切り替わると、処理がステップＳ１０２へと進む。
【００７６】
ステップＳ１０２において、温度予測装置１２１は、初期温度ＴENG0を予測するために必要な各種パラメータを取得し、処理がステップＳ１０３へと進む。具体的には、温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４から第１圧力および第２圧力をそれぞれ外気圧力および吸気代表圧力として取得し、上述した手法によって外気温度および内燃機関回転数を取得する。また、温度予測装置１２１は、不揮発性メモリから、式（１）と、式（１）に係る定数ａ〜ｅを取得する。
【００７７】
ステップＳ１０３において、温度予測装置１２１は、ステップＳ１０２で取得した各種パラメータと、定数ａ〜ｅとを用いて、式（１）に従って、初期温度ＴENG0を予測し、処理がステップＳ１０４へと進む。
【００７８】
ステップＳ１０４において、温度予測装置１２１は、ステップＳ１０３で予測した初期温度ＴENG0を本体温度ＴENG（ｔ）として設定し、処理がステップＳ１０５へと進む。
【００７９】
ステップＳ１０５において、温度予測装置１２１は、ＱIN、ＱOUTおよびＱｊを演算するために必要な各種パラメータを取得し、処理がステップＳ１０６へと進む。
【００８０】
ステップＳ１０６において、温度予測装置１２１は、ステップＳ１０５で取得した各種パラメータを用いて、ＱIN、ＱOUTおよびＱｊを演算し、処理がステップＳ１０７へと進む。
【００８１】
ステップＳ１０７において、温度予測装置１２１は、ステップＳ１０６で演算したＱIN、ＱOUTおよびＱｊと、定数Ｍ，ＣPおよびβとを用いて、式（２）および式（３）に従って、本体温度ＴENG（ｔ＋Δｔ）を予測する。その後、処理がステップＳ１０８へと進み、時間がさらに経過した後の本体温度を予測するためにステップＳ１０４へと戻る。
【００８２】
ステップＳ１０８において、温度予測装置１２１は、ステップＳ１０７で予測した本体温度ＴENG（ｔ＋Δｔ）に基づいて、インジェクタ１１０からの燃料噴射量を制御する。
【００８３】
処理がステップＳ１０７からステップＳ１０４へと戻ると、温度予測装置１２１は、ステップＳ１０７で予測した本体温度ＴENG（ｔ＋Δｔ）を、本体温度ＴENG（ｔ）として設定し、ステップＳ１０４以降の処理を再度行う。このように、温度予測装置１２１は、ステップＳ１０３で予測した初期温度ＴENG0を用いて、ステップＳ１０４以降の処理を繰り返し行うことで、経時的に本体温度を逐次予測しつつ、燃料噴射量を制御する。
【００８４】
このように、温度予測装置１２１は、予測した本体温度に基づいて、燃料を噴射する際の燃料噴射を制御する。なお、燃料噴射を制御する機能は、温度予測装置１２１に具備される燃料噴射制御部が担っている。
【００８５】
以上、本実施の形態１によれば、内燃機関が停止状態から始動を開始してから、内燃機関が回転を開始するまでの期間内のタイミングで外気圧力として取得した吸気圧と、内燃機関が回転を開始してから燃焼室内で燃焼を開始するまでの期間内のタイミングで吸気代表圧力として取得した吸気圧と、当該タイミングで取得した内燃機関回転数とに基づいて、内燃機関本体の初期温度を予測し、予測した初期温度を用いて燃焼開始以降の内燃機関本体の本体温度を予測するように構成されている。
【００８６】
従来では、内燃機関本体に温度センサを付設し、内燃機関本体の温度状態に応じて燃焼条件（例えば空気流量を設定するためのスロットル開度調整など）を制御するように構成されている。これに対して、本実施の形態１では、上記のように構成されているので、内燃機関本体に温度センサを付設しなくても、燃焼開始後の内燃機関本体の温度を予測することが可能となる。
【００８７】
上記のように構成することで、内燃機関本体の高温対応の専用の温度センサを不要化が可能となり、その結果、温度センサの取り付けに伴う内燃機関本体への加工の不要化、配線の不要化が可能となる。したがって、比較的低コストで内燃機関本体の温度を予測することができる。
【００８８】
なお、実施の形態１では言及しなかったが、排気通路１１７に設けた酸素センサ１２０の検出値を内燃機関１００の空燃比制御等に利用してもよく、また、空燃比の制限値として利用してもよい。
【００８９】
なお、実施の形態１では、内燃機関本体１００ａの動作の一例を示したが、何もこれに限定されるものではなく、内燃機関本体１００ａの特性に合わせて、排気バルブ１１６、または吸気バルブ１１１の開閉タイミングおよび順序を変えてもよい。
【００９０】
例えば、排気工程から吸気工程へ移行する時点で、吸気バルブ１１１と排気バルブ１１６が同時に開くように動作させていてもよい。また、ピストン１１３が上死点または下死点に達する前に吸気バルブ１１１または排気バルブ１１６の開閉動作をさせてもよい。また、バルブの開閉タイミングについては、クランク軸１１５の回転に合わせたカムシャフトに従って決定されることが多い。しかしながら、例えば、温度予測装置１２１は、バルブの開閉タイミングを変える所謂可変バルブ機構の制御に関して、予測した初期温度に応じて、内燃機関１００が予め設定された温度になるまでの間、バルブの開閉タイミングを制御するようにしてもよい。
【００９１】
なお、実施の形態１で言及した内燃機関回転数は、クランク軸１１５に設けられた隣接する突起間から算出される時間的に局所的な回転数としてもよい。
【００９２】
なお、実施の形態１では、内燃機関１００の温度予測と温度予測に基づく動作制御とを温度予測装置１２１が実行する構成について説明したが、当該構成に限定されない。すなわち、例えば、温度予測装置１２１とは別にＥＣＵを設け、そのＥＣＵが、温度予測に基づいて動作制御を実行する構成としてもよい。
【００９３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、吸気代表圧力の取得処理が先の実施の形態１と異なる温度予測装置１２１について説明する。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００９４】
本実施の形態２では、内燃機関１００の基本構成が先の実施の形態１と同様である一方、温度予測装置１２１に組み込まれた制御プログラム、具体的には、温度予測装置１２１によって実行される吸気代表圧力の取得処理が先の実施の形態１と異なる。
【００９５】
図５は、本発明の実施の形態２に係る内燃機関１００の吸気管１０１ａの圧力変化を示す模式図である。
【００９６】
先の実施の形態１と同様に、内燃機関本体１００ａの始動に伴って、セルモータ等がクランク軸１１５を回転させる。このとき、温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４およびクランク角センサ１１８からの各情報によって、内燃機関本体１００ａが吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点を検出する。温度予測装置１２１は、下死点を検出した後、クランク番号が例えば２番の突起をクランク角センサ１１８が検出したタイミングで、吸気圧センサ１０４から吸気圧を取得し、その吸気圧を吸気代表圧力とする。
【００９７】
ここで、先の実施の形態１では、温度予測装置１２１は、ピストン１１３の位置が下死点に達するタイミングで、吸気圧センサ１０４から吸気圧を取得し、その吸気圧を吸気代表圧力とするように構成されている。ただし、実際の内燃機関本体１００ａでは、ピストン１１３の位置が下死点に達するタイミングは、吸気工程から圧縮工程へ移行するタイミングであるため、吸気バルブ１１１が開閉動作中であることが多いと考えられる。この場合、燃焼室１０５と吸気バルブ１１１の隙間から、吸気管１０１ａと燃焼室１０５とのガス移動量が定まるため、吸気圧のバラツキが生じやすい。
【００９８】
そこで、本実施の形態２では、ピストン１１３の位置が下死点を過ぎて吸気バルブ１１１が閉止してから、上死点近傍で排気バルブ１１６が開放されるまでの圧縮工程および膨張行程において、吸気圧センサ１０４によって検出される吸気圧を吸気代表圧力としている。
【００９９】
すなわち、温度予測装置１２１は、先の実施の形態１のようにピストン１１３の位置が下死点に達した時点ではなく、ピストン１１３が吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点に達した時点よりも後から、ピストン１１３が圧縮工程から膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として取得する。このようにすることで、バルブの開閉の影響を受けない比較的安定した値となる吸気圧を、吸気代表圧力とすることができる。
【０１００】
なお、膨張行程では、吸気圧が外気圧力に漸近していくことから、本体温度または外気温度の違いによる吸気圧の差異が小さい。したがって、精度を考慮すると、吸気バルブ１１１が閉止した後の圧縮工程のタイミングで吸気圧センサ１０４によって検出される吸気圧を吸気代表圧力とすることが望ましい。
【０１０１】
以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１の構成に対して、ピストンが吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点に達してから、ピストンが圧縮工程から膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として取得するように構成されている。このように構成した場合であっても、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１０２】
なお、実施の形態２では、ある特定のタイミングで吸気圧センサ１０４によって検出される１つの吸気圧を吸気代表圧力とする場合について説明したが、これに限定されない。
【０１０３】
すなわち、連続する複数のタイミングで吸気圧センサ１０４によって検出される複数の吸気圧の平均値を吸気代表圧力としてもよい。この場合、吸気圧センサ１０４の検出値にノイズが入った場合であっても、そのノイズを緩和できる効果がある。
【０１０４】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、吸気代表圧力の取得処理が先の実施の形態１、２と異なる温度予測装置１２１について説明する。なお、本実施の形態３では、先の実施の形態１、２と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１、２と異なる点を中心に説明する。
【０１０５】
本実施の形態３では、内燃機関１００の基本構成が先の実施の形態１、２と同様である一方、温度予測装置１２１に組み込まれた制御プログラム、具体的には、温度予測装置１２１によって実行される吸気代表圧力の取得処理が先の実施の形態１、２と異なる。
【０１０６】
図６は、本発明の実施の形態３に係る内燃機関１００の吸気管１０１ａの圧力変化を示す模式図である。
【０１０７】
先の実施の形態１と同様に、内燃機関本体１００ａの始動に伴って、セルモータ等がクランク軸１１５を回転させる。このとき、温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４およびクランク角センサ１１８からの各情報によって、内燃機関本体１００ａが吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点を検出する。温度予測装置１２１は、下死点を検出した後、クランク番号が例えば２番と５番の突起をそれぞれクランク角センサ１１８が検出したタイミングで、吸気圧センサ１０４から第１吸気圧および第２吸気圧をそれぞれ取得し、それら２つの吸気圧の差圧を吸気代表圧力とする。
【０１０８】
すなわち、温度予測装置１２１は、ピストン１１３が吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点に達してから、ピストン１１３が圧縮工程から膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内の時間的に異なる２つのタイミングで、第１吸気圧および第２吸気圧をそれぞれ取得する。温度予測装置１２１は、このように取得した第１吸気圧と第２吸気圧の差圧を吸気代表圧力として取得する。
【０１０９】
この差圧は、吸気管１０１ａに流入する外気の流量と置き換えることができ、時間項を伴う。ここで、この２回のタイミングの時間差が短時間の場合には、吸気管１０１ａに流入した外気は、本体温度の影響を受け難く、逆に、それが長時間の場合には、その外気は、本体温度の影響を受け易い。したがって、これらタイミングの時間差に依存する内燃機関から流入外気への加温の影響を熱流体力学的に考慮しなければならないが、流入外気に対して、時間項を伴った次元で整理できるメリットがあり、その結果、より精度の高い本体温度の予測が可能になる。
【０１１０】
以上、本実施の形態３によれば、先の実施の形態１の構成に対して、ピストンが吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点に達してから、ピストンが圧縮工程から膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内の異なるタイミングで、第１吸気圧および第２吸気圧をそれぞれ取得し、取得した第１吸気圧と第２吸気圧との差圧を吸気代表圧力として取得するように構成されている。このように構成した場合であっても、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１１１】
なお、実施の形態３では、吸気圧センサ１０４から第１吸気圧および第２吸気圧をそれぞれ取得するタイミングを、下死点以降で、クランク番号が２番と５番の突起をそれぞれクランク角センサ１１８が検出したタイミングとしたが、これに限定されない。
【０１１２】
すなわち、これら２つの吸気圧を取得するタイミングは、吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点以降で、圧縮工程から、膨張行程および排気工程が完了するまでの間のタイミングであればよい。ただし、１回目の吸気圧（すなわち、第１吸気圧）を取得するタイミングは、内燃機関本体１００ａの影響が顕著に出るタイミング、すなわち、吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点以降であって、なるべく、その下死点に近いタイミングである方が望ましい。
【０１１３】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、先の実施の形態１〜３と異なる手法によって初期温度を予測する温度予測装置１２１について説明する。なお、本実施の形態４では、先の実施の形態１〜３と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１〜３と異なる点を中心に説明する。
【０１１４】
本実施の形態４では、内燃機関１００の基本構成が先の実施の形態１〜３と同様である一方、温度予測装置１２１に組み込まれた制御プログラム、具体的には、温度予測装置１２１によって実行される初期温度を予測する動作が先の実施の形態１〜３と異なる。
【０１１５】
図７は、本発明の実施の形態４に係る内燃機関１００の吸気管１０１ａの圧力変化を示す模式図である。
【０１１６】
図７では、内燃機関１００が停止状態の時に、ピストン１１３が吸気工程の途中で停止しているケースを想定している。先の実施の形態１と同様に、内燃機関本体１００ａの始動に伴って、セルモータ等がクランク軸１１５を回転させる。このとき、温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４およびクランク角センサ１１８からの各情報によって、内燃機関本体１００ａの始動後、内燃機関本体１００ａが吸気工程から圧縮工程へ移行する１回目の第１下死点を検出する。温度予測装置１２１が第１下死点を検出した後、内燃機関本体１００ａは、圧縮工程から第１上死点を経て膨張行程へ移行し、その膨張行程から第２下死点を経て排気工程へ移行し、その排気工程から第２上死点を経て吸気工程へ移行する。
【０１１７】
内燃機関本体１００ａが上記の吸気工程から第３下死点を経て圧縮工程へ移行した後、温度予測装置１２１は、クランク番号が例えば２番の突起をクランク角センサ１１８が検出したタイミングで、吸気圧センサ１０４から吸気圧を取得し、その吸気圧を吸気代表圧力とする。
【０１１８】
ここで、ピストン１１３が吸気工程の途中で止まった状態から、内燃機関１００を始動する場合、その始動後にピストン１１３が下死点まで移動しても、吸気工程でフルに吸気される場合と比較して、容積が小さくなり、吸気圧力が高くなる。
【０１１９】
そこで、本実施の形態４では、温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４およびクランク角センサ１１８からの各情報によって、吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点を検出した後、クランク番号が例えば２番の突起をクランク角センサ１１８が検出したタイミングで、吸気圧センサ１０４から吸気圧を取得する。温度予測装置１２１は、その取得した吸気圧が予め設定された設定圧力値よりも高い場合には、クランク軸１１５の回転が継続するように制御する。
【０１２０】
続いて、温度予測装置１２１は、インジェクタ１１０および点火プラグ１１２を動作させることなく、第３下死点以降の２番目の圧縮工程において吸気圧センサ１０４によって検出される吸気圧を取得し、その吸気圧を吸気代表圧力とする。
【０１２１】
すなわち、温度予測装置１２１は、ピストン１１３が吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点に達してから、ピストン１１３が圧縮工程から膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として取得し、取得した吸気代表圧力が設定圧力値よりも高い場合には、次の期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として再取得するように構成されている。
【０１２２】
このような構成は、例えば、前述したように吸気工程の途中でピストン１１３が止まった状態である場合、吸気圧センサ１０４の検出値の読み込みエラーが発生するなど正確な検出値を取得できない場合等に有効である。これによって、吸気代表圧力の信頼性の向上が図れる。
【０１２３】
次に、本発明の実施の形態４に係る温度予測装置１２１の初期温度を予測する一連の動作について、図８を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態４に係る内燃機関の温度予測装置１２１の初期温度を予測する一連の動作を示すフローチャートである。
【０１２４】
ステップＳ２０１において、内燃機関１００の電源をＯＦＦからＯＮに切り替わると、処理がステップＳ２０２へと進む。
【０１２５】
ステップＳ２０２において、ステップＳ２０１で内燃機関１００の電源がＯＮになったのに伴って吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８等のセンサが動作し、処理がステップＳ２０３へと進む。
【０１２６】
ステップＳ２０３において、温度予測装置１２１は、吸気圧センサ１０４によって検出される第１圧力を外気圧力として取得し、処理がステップＳ２０４へと進む。
【０１２７】
ステップＳ２０４において、温度予測装置１２１は、先の実施の形態１で説明した手法によって外気温度を取得し、処理がステップＳ２０５へと進む。
【０１２８】
ステップＳ２０５において、温度予測装置１２１は、セルモータ等がクランク軸１１５を回転させるように制御し、処理がステップＳ２０６へと進む。
【０１２９】
ステップＳ２０６において、温度予測装置１２１は、初期温度を予測するのに必要な式（１）と、式（１）に係る定数ａ〜ｅを不揮発性メモリから取得し、処理がステップＳ２０７へと進む。
【０１３０】
ステップＳ２０７において、温度予測装置１２１は、吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点（第１下死点）を検出した後、その圧縮工程において吸気圧センサ１０４から吸気圧を取得し、処理がステップＳ２０８へと進む。
【０１３１】
ステップＳ２０８において、温度予測装置１２１は、ステップＳ２０７で取得した吸気圧が設定圧力値よりも高いか否かを判定する。ステップＳ２０７で取得した吸気圧が設定圧力値よりも高い場合には、処理がステップＳ２０７へと戻る。
【０１３２】
処理がステップＳ２０７へと戻ると、温度予測装置１２１は、次の吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点（第３下死点）を検出した後、その圧縮工程において吸気圧センサ１０４から吸気圧を再度取得し、処理がステップＳ２０８へと進む。
【０１３３】
一方、ステップＳ２０７で取得した吸気圧が設定圧力値以下の場合には、処理がステップＳ２０９へと進む。
【０１３４】
ステップＳ２０９において、温度予測装置１２１は、先の実施の形態１で説明した手法によって内燃機関回転数を取得し、処理がステップＳ２１０へと進む。
【０１３５】
ステップＳ２１０において、温度予測装置１２１は、ステップＳ２０７で取得した設定圧力値以下の吸気圧を吸気代表圧力とする。続いて、温度予測装置１２１は、その吸気代表圧力と、ステップＳ２０３およびステップＳ２０４で取得した外気圧力および外気温度と、ステップＳ２０６で取得した定数ａ〜ｅと、ステップＳ２０９で取得した内燃機関回転数とを用いて、式（１）に従って初期温度を予測する。その後、処理がステップＳ２１１へと進む。
【０１３６】
ステップＳ２１１において、温度予測装置１２１は、ステップＳ２１０で初期温度を予測できたので、特定のタイミングで、インジェクタ１１０および点火プラグ１１２を動作させるように制御する。
【０１３７】
このように、温度予測装置１２１は、予測した初期温度に基づいて、１回目に燃料を噴射する際の燃料噴射を制御するように構成されている。なお、初期温度予測後の１回目の燃料噴射を制御する機能は、温度予測装置１２１に具備される初回燃料噴射制御部が担っている。
【０１３８】
以上、本実施の形態４によれば、ピストンが吸気工程から圧縮工程へ移行する下死点に達してから、ピストンが圧縮工程から膨張行程へ移行する上死点を経て次の下死点に達するまでの期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として取得し、取得した吸気代表圧力が設定圧力値よりも高い場合には、次の期間内のタイミングで、吸気圧を吸気代表圧力として再取得するように構成されている。このように構成した場合であっても、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１３９】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５では、燃焼室１０５内での燃焼が開始された以降の本体温度の予測手法が先の実施の形態１と異なる温度予測装置１２１について説明する。なお、本実施の形態５では、先の実施の形態１〜４と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１〜４と異なる点を中心に説明する。
【０１４０】
本実施の形態５では、内燃機関１００の基本構成が先の実施の形態１〜４と同様である一方、温度予測装置１２１に組み込まれた制御プログラム、具体的には、温度予測装置１２１によって実行される燃焼開始以降の本体温度の予測動作が先の実施の形態１〜４と異なる。また、実施の形態５における温度予測装置１２１は、先の実施の形態１〜４のいずれかの手法によって初期温度を予測するものとする。
【０１４１】
温度予測装置１２１によって実行される燃焼開始以降の本体温度の予測動作については以下のとおりである。すなわち、スロットルバルブ１０３、吸気管１０１ａ、吸気バルブ１１１および燃焼室１０５を吸気が通過するプロセスにおいて、単位時間当たりの吸気温度は、質量保存則、状態方程式、およびオリフィスの式等を用いて、熱流体力学的にモデル化することで求められる。また、吸気温度と本体温度は相関関係があり、実験式で置き換えることによって、吸気温度を用いて本体温度を予測することが可能である。
【０１４２】
そこで、温度予測装置１２１は、上記の手法によって吸気温度を取得し、予測した初期温度と取得した吸気温度とを用いて、上記の相関関係を利用することによって、本体温度を予測する。
【０１４３】
以上、本実施の形態５によれば、予測した初期温度と、取得した吸気温度とを用いて、内燃機関の本体温度と吸気温度の相関関係から、内燃機関の本体温度を予測するように構成されている。このように構成した場合であっても、先の実施の形態１〜４と同様の効果が得られる。
【０１４４】
なお、上述した各実施の形態では、内燃機関本体の温度を予測するのに本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されず、内燃機関本体とほぼ同じ温度挙動を示すものの温度を予測するのにも本発明を適用することができる。例えば、内燃機関本体の温度の他に、例えば、内燃機関のエンジンオイルの温度、内燃機関の冷却水の温度等を予測するのに本発明を適用することができる。
【０１４５】
なお、上述した外気圧力取得部、吸気代表圧力取得部、パラメータ情報取得部、初期温度予測部および温度予測部は、ＥＣＵ等の１つの制御部でソフトウエア的に実現してもよいし、別個のハードウェアとして準備してもよい。
【０１４６】
また、本発明は、以上のように説明し且つ記述した特定の詳細、および代表的な実施の形態に限定されるものではなく、当業者によって容易に導き出すことのできる変形例、および効果も発明に含まれる。したがって、特許請求の範囲、およびその均等物によって定義される総括的な発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４７】
１００  内燃機関、１００ａ  内燃機関本体、１０１  吸気通路、１０１ａ  吸気管、１０２  エアフィルタ、１０３  スロットルバルブ、１０４  吸気圧センサ、１０５  燃焼室、１０６  バイパス流路、１０７  アイドルスピードコントロールバルブ、１０８  燃料ポンプ、１０９  燃料タンク、１１０  インジェクタ、１１１  吸気バルブ、１１２  点火プラグ、１１３  ピストン、１１４  コンロッド、１１５  クランク軸、１１６  排気バルブ、１１７  排気通路、１１８  クランク角センサ、１１９  三元触媒、１２０  酸素センサ、１２１  温度予測装置。
【要約】
内燃機関の温度予測装置および温度予測方法は、内燃機関が停止状態から始動を開始してから、内燃機関が回転を開始するまでの期間内のタイミングで外気圧力として取得した吸気圧と、内燃機関が回転を開始してから燃焼室内で燃焼を開始するまでの期間内のタイミングで吸気代表圧力として取得した吸気圧と、当該タイミングで取得した内燃機関回転数とに基づいて、内燃機関の初期温度を予測し、予測した初期温度を用いて燃焼開始以降の内燃機関の温度を予測するように構成されている。【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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