(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管内に吸気を行う吸気工程開始および吸気行程完了を繰り返す内燃機関に供給される支燃性の機関吸入気体流量を推定し、推定した前記機関吸入気体流量に基づいて前記内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置において、
前記吸気管内の吸気圧を検出する吸気圧検出部と、
前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記内燃機関の外気温度を検出する外気温度検出部と、
前記内燃機関の機関温度を検出する機関温度検出部と、
前記内燃機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出部と、
前記機関吸入気体流量を推定する推定部と
を備え、
前記吸気圧検出部は、前記内燃機関のクランキング開始直前の吸気圧および１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧をそれぞれ検出し、
前記機関温度検出部は、前記クランキング開始直前の吸気圧、前記１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧、前記外気温度検出部が検出した前記外気温度および前記回転速度検出部が検出した前記１回目の圧縮行程開始直後の回転速度に基づいて、前記内燃機関のクランキング開始直前の機関温度である初期機関温度を推定し、
前記推定部は、前記吸気圧検出部が検出した前記吸気行程開始の際の吸気行程開始吸気圧と（ただし、前記吸気行程開始は排気行程から吸気行程に切り替わる上死点のタイミングである）、前記吸気圧検出部が前記吸気行程開始吸気圧を検出した後に検出した前記吸気行程完了の際の吸気行程完了吸気圧と（ただし、前記吸気行程完了は吸気行程から圧縮行程に切り替わる下死点のタイミングである）、前記回転速度検出部が検出した前記回転速度と、前記外気温度検出部が検出した前記外気温度と、前記機関温度検出部が検出した前記機関温度と、前記スロットル開度検出部が検出した前記スロットル開度とに基づいて、前記機関吸入気体流量を推定することを特徴とする、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記吸気行程開始の際の前記吸気行程開始吸気圧および前記吸気行程完了の際の前記吸気行程完了吸気圧から決定される変数を用いて、前記機関吸入気体流量を推定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記吸気行程開始の際の前記吸気行程開始吸気圧は、前記内燃機関の吸気行程開始の直前から直後における吸気圧の最大値である、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記推定部は、前記吸気圧検出部が検出した前記吸気行程開始の際の吸気圧をＰ１、前記吸気圧検出部が前記吸気行程開始の際の吸気圧を検出した後に検出した前記吸気行程完了の際の吸気圧をＰ２、前記回転速度検出部が検出した前記吸気行程開始の直後から前記吸気行程完了の直後までのいずれかの時点における回転速度をＮｅ、前記外気温度検出部が検出した前記外気温度をＴａ、前記機関温度検出部が検出した前記機関温度をＴｅ、前記スロットル開度検出部が検出した前記スロットル開度をＡθとすると共に、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆを予め実験的に決定される定数、前記Ｐ１、Ｐ２をパラメータとする予め実験的に決定される２変数関数をｇ、前記機関吸入気体流量をＱとして、次式：
Ｑ＝ａ・Ａθ・ｇ（Ｐ１，Ｐ２）・Ｐ１ｂ・Ｔａｃ・Ｔｅｄ・Ｎｅe−ｆ    （１）  
に従って、前記機関吸入気体流量を推定する、請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記推定部は、前記スロットル開度Ａθに応じて、前記定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆの値をそれぞれ決定する、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記吸気圧検出部は、前記内燃機関のクランキング開始直前の吸気圧および１回目の前記吸気行程完了の際の前記吸気行程完了吸気圧をそれぞれ検出し、
前記推定部は、前記クランキング開始直前の吸気圧および前記１回目の前記吸気行程完了の際の前記吸気行程完了吸気圧に基づいて、前記定数ａの値を決定する、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
回路基板と、
前記回路基板上に配置される電源回路と、
前記回路基板上に配置される第１の温度センサと、
前記回路基板上に配置される第２の温度センサと
をさらに備え、
前記電源回路は、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとを結ぶ直線上の一方に位置し、
前記外気温度検出部は、前記回路基板の外部に存在して前記直線上の他方に位置する領域の温度を推定し、該推定された温度を前記外気温度とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記機関温度検出部は、前記初期機関温度および前記内燃機関のエネルギー収支に基づいて、前記機関温度を逐次推定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
吸気管内に吸気を行う吸気工程開始および吸気行程完了を繰り返す内燃機関に供給される支燃性の機関吸入気体流量を推定し、推定した前記機関吸入気体流量に基づいて前記内燃機関を制御する、内燃機関の制御方法において、
前記吸気管内の吸気圧を検出するステップと、
前記内燃機関の回転速度を検出するステップと、
前記内燃機関の外気温度を検出するステップと、
前記内燃機関の機関温度を検出するステップと、
前記内燃機関のスロットル開度を検出するステップと、
前記機関吸入気体流量を推定するステップと
を含み、
前記吸気管内の吸気圧を検出するステップは、前記内燃機関のクランキング開始直前の吸気圧および１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧をそれぞれ検出し、
前記機関温度を検出するステップは、前記クランキング開始直前の吸気圧、前記１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧、前記外気温度を検出するステップが検出した前記外気温度および前記回転速度を検出するステップが検出した前記１回目の圧縮行程開始直後の回転速度に基づいて、前記内燃機関のクランキング開始直前の機関温度である初期機関温度を推定し、
前記機関吸入気体流量を推定するステップは、前記吸気管内の吸気圧を検出するステップが検出した前記吸気行程開始の際の吸気行程開始吸気圧（ただし、前記吸気行程開始は排気行程から吸気行程に切り替わる上死点のタイミングである）と、前記吸気管内の吸気圧を検出するステップが前記吸気行程開始吸気圧を検出した後に検出した前記吸気行程完了の際の吸気行程完了吸気圧（ただし、前記吸気行程完了は吸気行程から圧縮行程に切り替わる下死点のタイミングである）と、前記内燃機関の回転速度を検出するステップが検出した前記回転速度と、前記内燃機関の外気温度を検出するステップが検出した前記外気温度と、前記内燃機関の機関温度を検出するステップが検出した前記機関温度と、前記内燃機関のスロットル開度を検出するステップが検出した前記スロットル開度とに基づいて、前記機関吸入気体流量を推定することを特徴とする、内燃機関の制御方法。
【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および制御方法に係り、特に燃焼室内に供給される支燃性の気体の流量を推定する機能を有する、内燃機関の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力を制御する上で、燃焼室内に供給される支燃性の気体、典型的には外気の流量である機関吸入気体流量は、重要なパラメータである。この機関吸入気体流量を精度よく把握することができれば、これに応じた燃料噴射量および点火タイミングを制御することによって、内燃機関の良好な出力および燃焼性を実現することができる。【０００３】
特許文献１には、内燃機関の吸気管内に圧力センサを設け、吸気行程における圧力センサの測定値を逐次積分することによって、機関吸入気体流量を推定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２７６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、吸気行程における圧力センサの測定値を逐次積分する演算に時間がかかるため、吸気行程に続く圧縮行程の開始前までに燃料噴射量を決定するのが困難である。【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、機関吸入気体流量を高速に推定することができる、内燃機関の制御装置および制御方法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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気管内に吸気を行う吸気工程開始および吸気行程完了を繰り返す内燃機関に供給される支燃性の機関吸入気体流量を推定し、推定した機関吸入気体流量に基づいて内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置において、吸気管内の吸気圧を検出する吸気圧検出部と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出部と、内燃機関の外気温度を検出する外気温度検出部と、内燃機関の機関温度を検出する機関温度検出部と、内燃機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出部と、機関吸入気体流量を推定する推定部とを備え、吸気圧検出部は、内燃機関のクランキング開始直前の吸気圧および１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧をそれぞれ検出し、機関温度検出部は、クランキング開始直前の吸気圧、１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧、外気温度検出部が検出した外気温度および回転速度検出部が検出した１回目の圧縮行程開始直後の回転速度に基づいて、内燃機関のクランキング開始直前の機関温度である初期機関温度を推定し、推定部は、吸気圧検出部が検出した吸気行程開始の際の吸気行程開始吸気圧と（ただし、吸気行程開始は排気行程から吸気行程に切り替わる上死点のタイミングである）、吸気圧検出部が吸気行程開始吸気圧を検出した後に検出した吸気行程完了の際の吸気行程完了吸気圧と（ただし、吸気行程完了は吸気行程から圧縮行程に切り替わる下死点のタイミングである）、回転速度検出部が検出した回転速度と、外気温度検出部が検出した外気温度と、機関温度検出部が検出した機関温度と、スロットル開度検出部が検出したスロットル開度とに基づいて、機関吸入気体流量を推定することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る内燃機関の制御方法は、吸気管内に吸気を行う吸気工程開始および吸気行程完了を繰り返す内燃機関に供給される支燃性の機関吸入気体流量を推定し、推定した機関吸入気体流量に基づいて内燃機関を制御する、内燃機関の制御方法において、吸気管内の吸気圧を検出するステップと、内燃機関の回転速度を検出するステップと、内燃機関の外気温度を検出するステップと、内燃機関の機関温度を検出するステップと、内燃機関のスロットル開度を検出するステップと、機関吸入気体流量を推定するステップとを含み、吸気管内の吸気圧を検出するステップは、内燃機関のクランキング開始直前の吸気圧および１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧をそれぞれ検出し、機関温度を検出するステップは、クランキング開始直前の吸気圧、１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧、外気温度を検出するステップが検出した外気温度および回転速度を検出するステップが検出した１回目の圧縮行程開始直後の回転速度に基づいて、内燃機関のクランキング開始直前の機関温度である初期機関温度を推定し、機関吸入気体流量を推定するステップは、吸気管内の吸気圧を検出するステップが検出した吸気行程開始の際の吸気行程開始吸気圧（ただし、吸気行程開始は排気行程から吸気行程に切り替わる上死点のタイミングである）と、吸気管内の吸気圧を検出するステップが吸気行程開始吸気圧を検出した後に検出した吸気行程完了の際の吸気行程完了吸気圧（ただし、吸気行程完了は吸気行程から圧縮行程に切り替わる下死点のタイミングである）と、内燃機関の回転速度を検出するステップが検出した回転速度と、内燃機関の外気温度を検出するステップが検出した外気温度と、内燃機関の機関温度を検出するステップが検出した機関温度と、内燃機関のスロットル開度を検出するステップが検出したスロットル開度とに基づいて、機関吸入気体流量を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置および制御方法によれば、機関吸入気体流量を高速に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関および制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１の制御装置の内部構成を模式的に示す図である。
【図３】図１の制御装置の内部の回路構成を示す図である。
【図４】図１の内燃機関のクランキング開始直後における吸気圧の変化を示す図である。
【図５】図１の内燃機関のクランキング開始から一定時間経過後における吸気圧の変化を示す図である。
【図６】図１の制御装置によって推定された機関吸入気体流量と、Ａ／Ｆセンサの計測値および燃料噴射量に基づいて別途算出した機関吸入気体流量との相関関係を示す図である。
【図７】図１の制御装置によって行われる、機関吸入気体流量の推定処理および内燃機関の制御処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図８】実施の形態３に係る同一仕様の内燃機関Ａと内燃機関Ｂの吸気圧の挙動を示す図である。
【図９】実施の形態４に係る制御装置の内部の回路構成を示す図である。
【図１０】実施の形態５に係る制御装置の内部の回路構成を示す図である。
【図１１】実施の形態５に係る内燃機関のクランキング開始直後における吸気圧の変化を示す図である。
【図１２】実施の形態５に係る制御装置によって行われる、機関温度の推定処理および機関吸入気体流量の推定処理、並びに、内燃機関の制御処理の詳細を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願が開示する発明の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、以下に示す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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関１００および制御装置１５０の構成を示す図である。なお、本実施の形態１に係る内燃機関１００および制御装置１５０は、車両に搭載される。
【００１３】
（１−１．内燃機関の構成）
内燃機関１００は、４サイクルのガソリン機関であり、１燃焼サイクルにおいて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程を行う。
【００１４】
内燃機関１００は、支燃性の気体、典型的には外気と、燃料との混合気を燃焼させる燃焼室１０１を備えている。燃焼室１０１は、シリンダヘッド１０２と、シリンダブロック１０３と、ピストン１０４とによって構成されている。
【００１５】
内燃機関１００は、燃焼室１０１内に支燃性の気体を供給する吸気通路１０５と、燃焼室１０１内で発生した排気ガスを排出する排気通路１２０とを備えている。
【００１６】
吸気通路１０５には、上流側から順に、エアフィルタ１０６と、スロットルバルブ１０７と、吸気圧センサ１０８とが設けられている。
【００１７】
スロットルバルブ１０７は、吸気通路１０５の開度を調整する弁である。スロットルバルブ１０７の開度は、運転者によるアクセルの操作量に応じて変化する。スロットルバルブ１０７の開度が変化することにより、吸気通路１０５を経由して燃焼室１０１内に供給される支燃性の気体の流量が調整される。
【００１８】
吸気圧センサ１０８は、スロットルバルブ１０７よりも下流側の吸気通路１０５である吸気管１０５ａ内における支燃性の気体の圧力、すなわち吸気圧に応じた信号を出力する。吸気圧センサ１０８の出力信号は、制御装置１５０に入力される。
【００１９】
また、吸気通路１０５には、スロットルバルブ１０７を迂回してスロットルバルブ１０７の上流側と下流側とを繋ぐバイパス流路１０９と、バイパス流路１０９の開度を調整するアイドルスピードコントロールバルブ１１０とが設けられている。
【００２０】
アイドルスピードコントロールバルブ１１０は、内燃機関１００のアイドリング動作時に、バイパス流路１０９を流れる支燃性の気体の流量を調節することによって、内燃機関１００の回転速度を制御する。
【００２１】
吸気管１０５ａにおける吸気圧センサ１０８よりも下流側には、燃料を吸気ポートの近傍に噴射するインジェクタ１１１が設けられている。インジェクタ１１１には、燃料タンク１１２から燃料ポンプ１１３によって汲み上げられた燃料が供給される。インジェクタ１１１は、制御装置１５０から出力される制御信号によって動作する。
【００２２】
燃焼室１０１の頂部を構成するシリンダヘッド１０２には、支燃性の気体と燃料との混合気に点火する点火プラグ１１４が設けられている。点火プラグ１１４の先端の電極は、燃焼室１０１内に露出している。点火プラグ１１４には、制御装置１５０から点火エネルギーが供給される。
【００２３】
また、シリンダヘッド１０２には、吸気通路１０５から燃焼室１０１への流路を開閉する吸気バルブ１１５と、燃焼室１０１から排気通路１２０への流路を開閉する排気バルブ１１６とが設けられている。
【００２４】
燃焼室１０１の底部を構成するピストン１０４は、コンロッド１１７を介して、クランク軸１１８に連結されている。クランク軸１１８の回転に応じて、ピストン１０４はシリンダブロック１０３内を上下に往復運動する。
【００２５】
クランク軸１１８の近傍には、クランク軸１１８の回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ１１９が設けられている。クランク角センサ１１９の出力信号は、制御装置１５０に入力される。
【００２６】
クランク軸１１８と一体回転する図示しないロータの外周部には、周方向に設定間隔で複数の突起が設けられている。クランク角センサ１１９は、これらの突起がクランク角センサ１１９を横切る時に、矩形状のクランク信号を出力する。
【００２７】
本実施の形態１では、複数の突起は、クランク軸１１８の回転角度の３０度ごとに設けられている。ただし、クランク軸１１８の回転角度が３６０度の間で、特定の箇所には、突起は設けられていない。これにより、制御装置１５０は、クランク軸１１８が３６０度回転したことを認識することができる。
【００２８】
制御装置１５０は、クランク軸１１８の回転角度に基づいて、ピストン１０４の位置を判別することができる。具体的には、制御装置１５０は、ピストン１０４が上死点および下死点の位置にあることをそれぞれ判別することができる。
【００２９】
先述したように、本実施の形態１に係る内燃機関１００は、４サイクル機関であり、１燃焼サイクルにおいて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程を行う。制御装置１５０は、吸気圧センサ１０８から取得される吸気管１０５ａ内の圧力と、クランク角センサ１１９から取得されるクランク軸１１８の回転角度とに基づいて、内燃機関１００の現在の行程およびピストン１０４の現在の位置を判別することができる。
【００３０】
制御装置１５０は、内燃機関１００の現在の行程およびピストン１０４の現在の位置に基づいて、インジェクタ１１１に対して燃料噴射の制御信号を出力することによって、燃料噴射量、点火タイミング等を制御する。
【００３１】
排気通路１２０の下流側には、三元触媒１２１が設けられている。
【００３２】
（１−２．内燃機関の動作）
内燃機関１００の動作時、インジェクタ１１１は、吸気バルブ１１５の手前において、吸気管１０５ａ内を流通する支燃性の気体に燃料を噴射する。これにより、支燃性の気体と燃料との混合気が形成される。吸気バルブ１１５は、形成された混合気を開動作によって燃焼室１０１内に供給する。点火プラグ１１４は、燃焼室１０１内の混合気に放電火花によって着火する。これにより、燃焼室１０１内で混合気が燃焼される。
【００３３】
燃焼室１０１内における混合気の燃焼によって、内燃機関１００の外部に対して仕事が行われる。具体的には、ピストン１０４およびコンロッド１１７を介してクランク軸１１８が回転し、混合気の燃焼エネルギーが回転エネルギーに変換される。排気バルブ１１６は、混合気の燃焼によって生じた排気ガスを開動作によって排気通路１２０に排出する。
【００３４】
（１−３．制御装置の構成）
図２は、内燃機関１００の動作を制御する制御装置１５０の内部構成を模式的に示す図である。制御装置１５０は、吸気圧検出部１５１と、回転速度検出部１５２と、外気温度検出部１５３と、機関温度検出部１５４と、スロットル開度検出部１５５と、推定部１５６と、制御部１５７とを備えている。
【００３５】
吸気圧検出部１５１は、内燃機関１００の吸気行程開始時の吸気圧および吸気行程完了時の吸気圧をそれぞれ検出する。詳細には、吸気圧検出部１５１は、吸気圧センサ１０８から取得される吸気圧と、クランク角センサ１１９から取得されるクランク角とに基づいて、吸気行程開始時の吸気圧および吸気行程完了時の吸気圧をそれぞれ検出する。
なお、吸気行程開始時とは、排気行程から吸気行程に切り替わる上死点の前後近傍のタイミングである。また、吸気行程完了時とは、吸気行程から圧縮行程に切り替わる下死点の前後近傍のタイミングである。
【００３６】
回転速度検出部１５２は、クランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、クランク軸１１８の回転速度、すなわち内燃機関１００の回転速度を検出する。
【００３７】
外気温度検出部１５３は、吸気通路１０５の入口近傍に設けられた外気温度センサ１３１の出力信号に基づいて、内燃機関１００の外部環境の温度、すなわち外気温度を検出する。
【００３８】
機関温度検出部１５４は、燃焼室１０１の近傍に設けられた機関温度センサ１３２の出力信号に基づいて、内燃機関１００の本体の温度である機関温度を検出する。
【００３９】
スロットル開度検出部１５５は、スロットルバルブ１０７の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサ１３３の出力信号に基づいて、スロットル開度を検出する。
【００４０】
推定部１５６は、上記の吸気行程開始時の吸気圧、吸気行程完了時の吸気圧、回転速度、外気温度、機関温度、およびスロットル開度に基づいて、吸気管１０５ａから燃焼室１０１内に供給される支燃性の気体の流量である機関吸入気体流量を推定する。
【００４１】
制御部１５７は、推定部１５６によって推定された機関吸入気体流量に基づいて、インジェクタ１１１および点火プラグ１１４を駆動することによって、内燃機関１００の燃料噴射量および点火タイミングを制御する。
【００４２】
制御装置１５０の各部１５１〜１５７の機能は、制御装置１５０の内部の処理回路によって実現される。具体的には、図３に示されるように、制御装置１５０の回路基板１４０上には、演算処理回路９０と、演算処理回路９０との間でデータをやり取りする記憶回路９１ａおよび９１ｂと、外部から入力される信号を演算処理回路９０に入力する入力回路９２と、演算処理回路９０から出力される信号を外部に出力する出力回路９３と、電源回路９４とが配置されている。
【００４３】
演算処理回路９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって構成されている。
【００４４】
記憶回路９１ａは、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等によって構成される不揮発性の記憶回路である。
【００４５】
記憶回路９１ｂは、ＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成される揮発性の記憶回路である。
【００４６】
入力回路９２には、吸気圧センサ１０８、クランク角センサ１１９、外気温度センサ１３１、機関温度センサ１３２およびスロットル開度センサ１３３からの各出力信号線が接続されている。入力回路９２は、これらのセンサが出力するアナログの出力信号を演算処理回路９０に入力可能なディジタル信号に変換するための図示しないＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換器を備えている。
【００４７】
出力回路９３には、インジェクタ１１１および点火プラグ１１４が接続されている。出力回路９３は、これらの電気負荷に演算処理回路９０からの制御信号を出力する駆動回路（図示せず）を備えている。
【００４８】
制御装置１５０の各部１５１〜１５７の機能は、記憶回路９１ａに予め記憶されているソフトウェアプログラムが演算処理回路９０によって実行され、各回路９０〜９３が協働することによって実現される。なお、各部１５１〜１５７によって用いられる、定数、判定圧力値等の設定データは、ソフトウェアプログラムの一部として、記憶回路９１ａに予め記憶されている。
【００４９】
＜クランキング開始直後の吸気圧の変化＞
図４は、内燃機関１００のクランキング開始直後における吸気圧の変化を示す図である。図４の横軸は、ピストン１０４の位置を示すピストンクランク番号である。図４の縦軸は吸気圧である。
【００５０】
なお、ピストンクランク番号とは、クランク軸１１８の回転角度に対応する番号であり、０〜２３の値をとる。ピストンクランク番号０は、クランク軸１１８の回転角度０度に対応する。ピストンクランク番号１は、クランク軸１１８の回転角度３０度に対応する。以下同様に、ピクトンクランク番号１２は、クランク軸１１８の回転角度３６０度に対応し、ピストンクランク番号２３は、クランク軸１１８の回転角度６９０度に対応する。
【００５１】
図４において、吸気行程では、ピストン１０４が上死点から下死点に向かって下降する。この時、吸気バルブ１１５は開状態となり、排気バルブ１１６は閉状態となる。
【００５２】
圧縮行程では、ピストン１０４が下死点から上死点に向かって上昇する。この時、吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６は閉状態のままである。
【００５３】
膨張行程では、ピストン１０４が上死点から下死点に向かって下降する。この時、吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６は閉状態のままである。
【００５４】
排気行程では、ピストン１０４が下死点から上死点に向かって上昇する。この時、吸気バルブ１１５は閉状態のままであり、排気バルブ１１６は開状態となる。
【００５５】
上記の圧縮行程、膨張行程および排気行程において、吸気バルブ１１５は閉状態である。また、スロットルバルブ１０７も閉状態である。しかしながら、スロットルバルブ１０７およびアイドルスピードコントロールバルブ１１０の隙間から吸気管１０５ａ内に外気が流入することにより、吸気管１０５ａ内の圧力、すなわち吸気圧は、大気圧に向かって上昇していく。
【００５６】
また、インジェクタ１１１による燃料噴射が開始されるまでの間は、ピストン１０４の上下運動、各バルブの開閉動作、スロットルバルブ１０７の隙間等にも起因して、吸気圧が変化する。
【００５７】
＜クランキング開始から一定時間経過後の吸気圧の変化＞
図５は、内燃機関１００のクランキング開始から一定時間経過後における吸気圧の変化を示す図である。図５の横軸は、ピストン１０４の位置を示すピストンクランク番号である。図５の縦軸は吸気圧である。
【００５８】
図５において、吸気行程では、ピストン１０４が下死点に向かって下降する。この時、吸気バルブ１１５は開状態となり、排気バルブ１１６は閉状態となる。また、インジェクタ１１１によって燃料噴射が行われる。これにより、吸気管１０５ａ内の混合気が燃焼室内１０１に供給され、吸気圧は大気圧よりも低い負圧になる。ピストン１０４が下死点に到達すると、吸気バルブ１１５が閉状態となり、吸気行程から圧縮行程へと移行する。
【００５９】
圧縮行程では、ピストン１０４が下死点から上死点に向かって上昇する。この時、燃焼室１０１内の混合気は、ピストン１０４の上昇に伴って圧縮される。その後、点火プラグ１１４によって放電が行われる。これにより、燃焼室１０１内で混合気の燃焼が起こり、吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６は閉状態のまま、圧縮行程から膨張行程に移行する。
【００６０】
膨張行程では、ピストン１０４が上死点から下死点に向かって下降する。ピストン１０４が下死点に到達すると、膨張行程から排気行程に移行する。
【００６１】
排気行程では、ピストン１０４が下死点から上死点に向かって上昇する。この時、排気バルブ１１６は開状態となり、燃焼室１０１内の燃焼で生じた排気ガスが排気通路１２０に排出される。
【００６２】
＜吸気圧に基づく機関吸入気体流量の推定＞
先述したように、内燃機関１００の出力を制御する上で、燃焼室１０１内に供給される支燃性の気体の流量および燃料噴射量は、重要なパラメータである。本実施の形態１に係る制御装置１５０は、吸気管１０５ａ内の圧力、すなわち吸気圧に主に基づいて、燃焼室１０１内に供給される支燃性の気体の流量である機関吸入気体流量を推定する。以下、本実施の形態１に係る制御装置１５０における機関吸入気体流量の推定方法の詳細について説明する。
【００６３】
＜試験データの取得＞
まず、本願の発明者達は、実機の内燃機関１００を用いて、外気温度が２５℃、３５℃および４５℃、並びに、内燃機関１００の回転速度が２８００ｒｐｍ、５０００ｒｐｍおよび７０００ｒｐｍの条件において、試験データを取得した。
【００６４】
また、上記の条件を設定する際には、スロットル開度が２０度、３５度、４５度等で一定となるように調整し、スロットル開度が安定する状態を作って試験を実施した。
【００６５】
また、内燃機関１００の本体の温度、すなわち機関温度を、４０℃〜１４５℃の範囲でパラメータとして変化させた。
【００６６】
また、機関吸入気体流量の参照値を得るために、排気通路１２０に図示しないＡ／Ｆ（Air-Fuel Ratio）センサを設け、Ａ／Ｆセンサの計測値およびインジェクタ１１１の燃料噴射量に基づいて、機関吸入気体流量を別途算出した。なお、Ａ／Ｆセンサとは、排気ガス中の酸素濃度に基づいて、混合気流量に対する空気流量の比率を計測するセンサである。
【００６７】
＜実験式の導出＞
次に、本願の発明者達は、上記の試験データに基づいて、吸気圧から機関吸入気体流量を推定する以下の実験式を導出した。この際、吸気圧は外気温度の影響を受けること、吸気管１０５ａから燃焼室１０１内に流入する支燃性の気体の移動速度は内燃機関１００の回転速度に依存すること、および、燃焼室１０１内に供給される支燃性の気体は内燃機関１００の本体の温度である機関温度によって加熱されて体積が膨張することを考慮した。
【００６８】
Ｑ＝ａ・Ａθ・ｇ（Ｐ１，Ｐ２）・Ｐ１b・Ｔａc・Ｔｅd・Ｎｅe−ｆ                                                                （１）
【００６９】
上式において、Ｐ１：吸気行程開始時の吸気圧、Ｐ２：吸気行程完了時の吸気圧、Ｎｅ：回転速度、Ｔａ：外気温度、Ｔｅ：機関温度、Ａθ：スロットル開度、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆ：定数、ｇ（Ｐ１，Ｐ２）：Ｐ１およびＰ２から決定される変数、Ｑ：機関吸入気体流量である。
【００７０】
吸気行程開始時の吸気圧Ｐ１は、排気行程から吸気行程に移行する上死点を基準として、クランク角６０度進角とクランク角３０度遅角の範囲、すなわち図５のクランク番号１６〜１９の範囲の４点における吸気圧の中から、それらの最大値を選択する。
【００７１】
吸気行程完了時の吸気圧Ｐ２は、吸気行程から圧縮行程に移行する下死点を基準として、クランク角３０度進角、すなわち図５のクランク番号２３における吸気圧とする。
【００７２】
吸気行程完了時の吸気圧Ｐ２の測定のタイミングを下死点よりも進角させるのは、下死点において吸気バルブ１１５が瞬時に閉止しないことから、吸気バルブ１１５の閉止開始のタイミングを下死点よりも進角させる可能性があるためである。
【００７３】
また、吸気バルブ１１５が完全に閉止する前に下死点を通過したピストン１０４の影響によって、燃焼室１０１内に一旦供給された支燃性の気体が吸気管１０５ａへ逆流する可能性を排除するためである。
【００７４】
なお、吸気バルブ１１５の開閉タイミングは、内燃機関１００の設計によって変更されることが考えられる。そのため、吸気圧Ｐ２の測定タイミングは、下死点の３０度進角に限定されるものではない。吸気圧Ｐ２の測定タイミングは、圧縮行程の前半において、外乱が少なくなる適切なクランク角度のタイミングに設定してもよい。
【００７５】
また、クランク角の検出の最小単位も３０度に限定されるものではない。クランク角を１５度、１０度等の単位で検出してもよい。
【００７６】
図６は、上記の式（１）に従って推定された機関吸入気体流量Ｑと、Ａ／Ｆセンサの計測値および燃料噴射量に基づいて別途算出した機関吸入気体流量との相関関係を示す図である。
【００７７】
式（１）に従って推定された機関吸入気体流量Ｑと、Ａ／Ｆセンサの計測値および燃料噴射量に基づいて別途算出した機関吸入気体流量とは、傾き≒１で原点を通る線形関係で表現されることが確認された。なお、この際の誤差は、約±３％であった。
【００７８】
図７は、本実施の形態１に係る制御装置１５０によって行われる、機関吸入気体流量Ｑの推定処理および内燃機関１００の制御処理の詳細を説明するフローチャートである。
【００７９】
ステップＳ７０１において、制御装置１５０が電源ＯＮの状態になり、各種センサの動作が開始される。この段階ではまだ、内燃機関１００のクランキングは開始されていない。
【００８０】
ステップＳ７０２において、内燃機関１００のクランキングが開始される。
【００８１】
ステップＳ７０３において、制御装置１５０の吸気圧検出部１５１は、吸気圧センサ１０８の出力信号およびクランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、吸気行程開始時の吸気圧Ｐ１を検出する。
【００８２】
ステップＳ７０４において、制御装置１５０の吸気圧検出部１５１は、吸気圧センサ１０８の出力信号およびクランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、吸気行程完了時の吸気圧Ｐ２を検出する。
【００８３】
ステップＳ７０５において、制御装置１５０の回転速度検出部１５２は、クランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、内燃機関１００の回転速度Ｎｅを検出する。
【００８４】
ステップＳ７０６において、制御装置１５０外気温度検出部１５３は、外気温度センサ１３１の出力信号に基づいて、外気温度Ｔａを検出する。
【００８５】
ステップＳ７０７において、制御装置１５０の機関温度検出部１５４は、機関温度センサ１３２の出力信号に基づいて、内燃機関１００の本体の温度である機関温度Ｔｅを検出する。
【００８６】
ステップＳ７０８において、制御装置１５０のスロットル開度検出部１５５は、スロットル開度センサ１３３の出力信号に基づいて、スロットル開度Ａθを検出する。
【００８７】
ステップＳ７０９において、制御装置１５０の推定部１５６は、吸気行程開始時の吸気圧Ｐ１、吸気行程完了時の吸気圧Ｐ２、回転速度Ｎｅ、外気温度Ｔａ、機関温度Ｔｅおよびスロットル開度Ａθから、式（１）に従って、吸気管１０５ａから燃焼室１０１内に供給される支燃性の気体の流量である機関吸入気体流量Ｑを推定する。
【００８８】
ステップＳ７１０において、制御装置１５０の制御部１５７は、推定部１５６によって推定された機関吸入気体流量Ｑに基づいて、インジェクタ１１１および点火プラグ１１４を駆動することによって、内燃機関１００の燃料噴射量および点火タイミングを制御する。
【００８９】
以降、制御装置１５０は、ステップＳ７０３〜Ｓ７１０の処理を繰り返す。これにより、制御装置１５０は、機関吸入気体流量Ｑを逐次推定しながら、当該推定された値に基づいて、燃料噴射量および点火タイミングを制御することができる。
【００９０】
以上説明したように、本実施の形態１に係る制御装置１５０は、吸気行程開始時の吸気圧Ｐ１、吸気行程完了時の吸気圧Ｐ２、回転速度Ｎｅ、外気温度Ｔａ、機関温度Ｔｅおよびスロットル開度Ａθから、式（１）に従って、燃焼室１０１内に供給される支燃性の気体の流量である機関吸入気体流量Ｑを推定する。
【００９１】
この際、式（１）の演算は、特許文献１に記載されている吸気行程における圧力センサの測定値を逐次積分する演算に比べて遥かに高速である。また、図６で見たように、式（１）に従って算出された推定値の精度は極めて高い。
【００９２】
なお、図７に示したステップＳ７０５〜Ｓ７０８の処理の順序およびタイミングは、これに限定されるものではない。これらの処理は、Ｓ７０３とＳ７０４の間に行ってもよく、また順番が異なっていてもよい。
【００９３】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置１５０について説明する。本実施の形態２と、先述した実施の形態１とでは、機関吸入気体流量Ｑの推定方法が異なる。なお、以降の説明において、実施の形態１と同一または同様の構成については、詳細な説明は省略する。
【００９４】
本実施の形態２に係る制御装置１５０の推定部１５６は、スロットル開度センサ１３３によって検出されたスロットル開度Ａθに応じて、式（１）の各定数の値を変更する。
【００９５】
詳細には、スロットル開度Ａθが５０％未満の場合には、定数ａ＝ａ１、ｂ＝ｂ１、ｃ＝ｃ１、ｄ＝ｄ１、ｅ＝ｅ１およびｆ＝ｆ１として、式（１）の演算を行う。一方、スロットル開度Ａθが５０％以上の場合には、定数ａ＝ａ２、ｂ＝ｂ２、ｃ＝ｃ２、ｄ＝ｄ２、ｅ＝ｅ２およびｆ＝ｆ２として、式（１）の演算を行う。
【００９６】
実施の形態１と同様に、上記の方法に従って推定された機関吸入気体流量Ｑと、Ａ／Ｆセンサの計測値および燃料噴射量に基づいて別途算出した機関吸入気体流量とを比較した。その結果、実施の形態１の図６と同様に、両者は傾き≒１で原点を通る線形関係で表現されることが確認された。また、この際の誤差は、約±１．５％であった。
【００９７】
以上説明したように、本実施の形態２に係る制御装置１５０は、スロットル開度Ａθに応じて、式（１）の各定数の値を変更する。これにより、機関吸入気体流量Ｑをより高精度に推定することができる。
【００９８】
なお、上記の実施の形態２では、スロットル開度５０％を境界値として２通りの場合分けを行い、各定数の値を変更した。しかしながら、境界値は５０％に限定されるものではなく、他の値であってもよい。また、複数の境界値を設定して、３通り以上の場合分けを行ってもよい。
【００９９】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置１５０について説明する。本実施の形態３と、先述した実施の形態１とでは、機関吸入気体流量Ｑの推定方法が異なる。
【０１００】
一般的に、同一仕様の内燃機関であっても、吸気圧の挙動には個体差が認められる。そのため、本願の発明者達は、内燃機関の吸気圧の挙動の個体差を調べるために、同一条件下において、同一仕様の２台の内燃機関の比較試験を実施した。
【０１０１】
図８は、同一仕様の２台の内燃機関、すなわち内燃機関Ａと内燃機関Ｂの吸気圧の挙動を示す図である。制御装置１５０の電源がＯＮになると、クランキングが開始される前に、吸気圧センサ１０８から制御装置１５０に吸気圧Ｐｏが入力される。
【０１０２】
この図から見て取れるように、内燃機関Ａと内燃機関Ｂとでは、同一条件下においても、吸気行程と圧縮行程との間の下死点の前後、並びに、圧縮行程、膨張行程および排気行程において、吸気圧の挙動に差異が認められる。
【０１０３】
詳細には、吸気行程と圧縮行程との間の下死点における吸気圧が低い程、圧縮行程、膨張行程および排気行程における圧力回復が遅くなり、同一のピストンクランク番号における吸気圧が低くなる。
【０１０４】
同一仕様の内燃機関であっても吸気圧の挙動に差異が生じる原因としては、内燃機関の各個体において、スロットルバルブの閉止度合い、アイドルスピードコントロールバルブの開度等が異なることに起因して、吸入気体の抵抗が異なるためであると考えられる。したがって、同一仕様の内燃機関であっても、部品精度、組み立て精度等に依存して、吸気圧の挙動に差異が生じるものと考えられる。
【０１０５】
本願の発明者達は、機関吸入気体流量Ｑを推定する式（１）の定数ａを一定値とせずに、予め内燃機関の各個体についてフィッティングさせた個体値αを使用することを試みた。その結果、定数ａとして個体値αを使用することによって、定数ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆについてはそれぞれ一定値のままであっても、内燃機関の各個体の機関吸入気体流量Ｑを高精度に推定できることを見出した。
【０１０６】
また、本願の発明者達は、クランキング開始直前の吸気圧Ｐｏとクランキング開始後の１回目の吸気行程完了時の吸気圧Ｐ３との圧力差｜Ｐ３−Ｐｏ｜と、個体値αとの間に、相関関係があることを見出した。
【０１０７】
上記を考慮して、本実施の形態３に係る内燃機関の制御装置１５０の不揮発性の記憶回路９１ａには、クランキング開始直前の吸気圧Ｐｏと１回目の吸気行程完了時の吸気圧Ｐ３との圧力差｜Ｐ３−Ｐｏ｜と、個体値αとの関係を示すマップが記憶されている。
【０１０８】
制御装置１５０の吸気圧検出部１５１は、クランキング開始直前の吸気圧Ｐｏと、１回目の吸気行程完了時の吸気圧Ｐ３とを、それぞれ検出する。
【０１０９】
制御装置１５０の推定部１５６は、圧力差｜Ｐ３−Ｐｏ｜と個体値αとの関係を示すマップに基づいて、個体値αを推定する。その後、推定部１５６は、式（１）に従って、定数ａ＝αとして、機関吸入気体流量Ｑを推定する。
【０１１０】
以上説明したように、本実施の形態３に係る制御装置１５０は、クランキング開始直前の吸気圧Ｐｏと１回目の吸気行程完了時の吸気圧Ｐ３との圧力差｜Ｐ３−Ｐｏ｜に基づいて、式（１）の定数ａの値を変更する。これにより、内燃機関の個体差を考慮して、機関吸入気体流量Ｑをより高精度に推定することができる。
【０１１１】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４に係る内燃機関の制御装置１５０について説明する。本実施の形態４と、先述した実施の形態１とでは、外気温度Ｔａの検出方法が異なる。
【０１１２】
図９は、本実施の形態４に係る制御装置１５０の内部の回路構成を示す図である。制御装置１５０の回路基板４４０上には、第１の温度センサ４９５および第２の温度センサ４９６が配置されている。なお、制御装置１５０には、実施の形態１に存在していた外気温度センサは設けられていない。
【０１１３】
第１の温度センサ４９５は、第２の温度センサ４９６よりも、電源回路４９４の近くに配置されている。電源回路４９４は、第１の温度センサ４９５と第２の温度センサ４９６とを結ぶ直線上の一方に位置している。また、第１の温度センサ４９５と第２の温度センサ４９６とを結ぶ直線上には、発熱素子および局所的なヒートシンクは存在しない。
【０１１４】
本実施の形態４の外気温度検出部１５３は、回路基板４４０の外部に存在して直線上の他方に位置する領域Ｒの温度Ｔｒを以下の式に従って推定し、推定された温度Ｔｒを外気温度Ｔａとする。
【０１１５】
Ｔｒ＝Ｔ２−Ｕ／ｈ（Ｔ１−Ｔ２）                          （２）
【０１１６】
上式において、Ｔｒ：領域Ｒの温度、Ｔ１：第１の温度センサ４９５の検出値、Ｔ２：第２の温度センサ４９６の検出値、Ｕ：熱収支から得られる複数の定数を乗除して得られる定数（Ｗ／Ｋ）、ｈ：係数（Ｗ／Ｋ）である。
【０１１７】
本実施の形態４に係る制御装置１５０において、第１の温度センサ４９５および第２の温度センサ４９６は、制御装置１５０の回路基板４４０上に直接配置することができる。そのため、センサ自体が簡易な構造となり、また、第１の温度センサ４９５および第２の温度センサ４９６と制御装置１５０とを接続するケーブル等も必要ない。また、熱電変換器等も必要ない。
【０１１８】
以上説明したように、本実施の形態４に係る制御装置１５０は、回路基板４４０の外部に存在して第１の温度センサ４９５と第２の温度センサ４９６とを結ぶ直線上に位置する領域Ｒにおける温度Ｔｒを推定し、推定された温度Ｔｒを外気温度Ｔａとする。これにより、実施の形態１のように外気温度センサを用いる場合と比べて、１桁以上のコスト改善が見込まれる。また、組立工程における作業効率の改善が見込まれる。
【０１１９】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５に係る内燃機関の制御装置１５０について説明する。本実施の形態５と、先述した実施の形態１とでは、機関温度Ｔｅの検出方法が異なる。
【０１２０】
図１０は、本実施の形態５に係る制御装置１５０の内部の回路構成を示す図である。制御装置１５０の回路基板５４０には、実施の形態１に存在していた機関温度センサは設けられていない。
【０１２１】
一般的に、内燃機関１００のクランキング開始直前の機関温度、すなわち初期機関温度Ｔｅｏは、内燃機関１００の停止前の動作状態、停止してからの経過時間等に依存して異なる。しかしながら、内燃機関１００のクランキング開始直前の吸気圧は、外気圧とほぼ等しい。また、内燃機関１００がクランキングを開始して１回目の吸気行程に入るまでの期間の吸気圧も、外気圧とほぼ等しい。その後、内燃機関１００が１回目の吸気行程に入ると、吸気圧は、外気圧から４０ｋＰａ程度まで低下する。
【０１２２】
本願の発明者達は、１回目の吸気行程から圧縮行程に移行する下死点では、初期機関温度Ｔｅｏと吸気圧との間に相関関係があり、特に、初期機関温度Ｔｅｏが高い程、下死点における吸気圧も高くなることを見出した。
【０１２３】
上記の知見に基づいて、本願の発明者達は、１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧Ｐ４を代表圧力として、初期機関温度Ｔｅｏを推定することを試みた。なお、吸気圧Ｐ４は、詳細には、１回目の吸気行程から圧縮行程に移行する下死点を基準とするクランク角６０度遅角、すなわち図１１のクランク番号２における吸気圧である。
【０１２４】
なお、吸気圧は、外気圧および外気温度の影響を受ける。また、吸気管１０５ａから燃焼室１０１内に移動する支燃性の気体の移動速度は、内燃機関１００の回転速度Ｎｅに依存する。そのため、本願の発明者達は、異なる外気圧および異なる外気温度の条件において、試験データを取得して、当該試験データに基づいて、以下の実験式を導出した。
【０１２５】
Ｔｅｏ＝Ａ（Ｐ４／Ｐｏ−Ｂ）C・ＴａD・ＮｅE                （３）
【０１２６】
上式において、Ｔｅｏ：初期機関温度、Ｐｏ：クランキング開始直前の吸気圧、Ｐ４：１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧、Ｔａ：外気温度、Ｎｅ：回転速度、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ：定数である。
【０１２７】
また、初期機関温度Ｔｅｏが推定されると、内燃機関１００のエネルギー収支に基づいて、時間Δｔ後の機関温度Ｔｅを推定することができる。詳細には、時間Δｔの期間における機関温度Ｔｅの増加量ΔＴｅは、次式（４）の関係を満たす。また、内燃機関１００から出力されるエネルギーの総和は、次式（５）のように表される。式（５）において、右辺の第２項は放熱量を示し、右辺の第１項はその他の出力エネルギーを示している。
【０１２８】
Ｍ・ＣＰ・ΔＴｅ／Δｔ＝Ｑｉｎ−Ｑｏｕｔ                （４）
Ｑｏｕｔ＝Σ（Ｑｊ）＋β（Ｔｅ−Ｔａ）                  （５）
【０１２９】
上式において、Ｍ：内燃機関１００の本体の重量（ｋｇ）、ＣＰ：内燃機関１００の本体の比熱（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、Ｑｉｎ：内燃機関１００の本体に入力されるエネルギーの総和（Ｊ／ｓ）、Ｑｏｕｔ：内燃機関１００の本体から出力されるエネルギーの総和（Ｊ／ｓ）、Ｑｊ：内燃機関１００の本体の個別要素ｊの出力エネルギー（Ｊ／ｓ）、Ｔａ：外気温度（Ｋ）、ｔ：時間（ｓ）、β：定数（Ｗ／Ｋ）である。
【０１３０】
図１２は、本実施の形態５に係る制御装置１５０によって行われる、機関温度Ｔｅの推定処理および機関吸入気体流量Ｑの推定処理、並びに、内燃機関１００の制御処理の詳細を説明するフローチャートである。
【０１３１】
ステップＳ１２０１において、制御装置１５０が電源ＯＮの状態になり、各種センサの動作が開始される。この段階ではまだ、内燃機関１００のクランキングは開始されていない。
【０１３２】
ステップＳ１２０２において、制御装置１５０の吸気圧検出部１５１は、吸気圧センサ１０８の出力信号に基づいて、クランキング開始直前の吸気圧Ｐｏを検出する。
【０１３３】
ステップＳ１２０３において、制御装置１５０の外気温度検出部１５３は、外気温度センサ１３１の出力信号に基づいて、外気温度Ｔａを検出する。
【０１３４】
ステップＳ１２０４において、内燃機関１００のクランキングが開始される。
【０１３５】
ステップＳ１２０５において、制御装置１５０の吸気圧検出部１５１は、吸気圧センサ１０８の出力信号およびクランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧Ｐ４を検出する。
【０１３６】
ステップＳ１２０６において、制御装置１５０の回転速度検出部１５２は、クランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、内燃機関１００の回転速度Ｎｅを検出する。
【０１３７】
ステップＳ１２０７において、制御装置１５０の機関温度検出部１５４は、クランキング開始直前の吸気圧Ｐｏ、外気温度Ｔａ、１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧Ｐ４および回転速度Ｎｅから、式（３）に従って、初期機関温度Ｔｅｏを推定する。
【０１３８】
ステップＳ１２０８において、制御装置１５０の吸気圧検出部１５１は、吸気圧センサ１０８の出力信号およびクランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、図５で示したように吸気行程開始時の吸気圧Ｐ１を検出する。
【０１３９】
ステップＳ１２０９において、制御装置１５０の吸気圧検出部１５１は、吸気圧センサ１０８の出力信号およびクランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、図５で示したように吸気行程完了時の吸気圧Ｐ２を検出する。
【０１４０】
ステップＳ１２１０において、制御装置１５０の回転速度検出部１５２は、クランク角センサ１１９の出力信号に基づいて、内燃機関１００の回転速度Ｎｅを検出する。
【０１４１】
ステップＳ１２１１において、制御装置１５０外気温度検出部１５３は、外気温度センサ１３１の出力信号に基づいて、外気温度Ｔａを検出する。
【０１４２】
ステップＳ１２１２において、制御装置１５０のスロットル開度検出部１５５は、スロットル開度センサ１３３の出力信号に基づいて、スロットル開度Ａθを検出する。
【０１４３】
ステップＳ１２１３において、制御装置１５０の推定部１５６は、式（１）に従って、吸気管１０５ａから燃焼室１０１内に供給される支燃性の気体の流量である機関吸入気体流量Ｑを推定する。
【０１４４】
ステップＳ１２１４において、制御装置１５０の制御部１５７は、推定部１５６によって推定された機関吸入気体流量Ｑに基づいて、インジェクタ１１１および点火プラグ１１４を駆動することによって、内燃機関１００の燃料噴射量および点火タイミングを制御する。
【０１４５】
ステップＳ１２１５において、制御装置１５０の機関温度検出部１５４は、入力エネルギーＱｉｎ、並びに、出力エネルギーＱｏｕｔおよび出力エネルギーＱｊを推定する。
【０１４６】
ステップＳ１２１６において、制御装置１５０の機関温度検出部１５４は、式（４）および式（５）に従って、機関温度Ｔｅの増加量ΔＴｅを推定し、当該推定された値に基づいて、時間Δｔ後の機関温度Ｔｅを推定する。
【０１４７】
以降、制御装置１５０は、ステップＳ１２０８〜Ｓ１２１６の処理を繰り返す。これにより、制御装置１５０は、機関温度Ｔｅおよび機関吸入気体流量Ｑを逐次推定しながら、当該推定された値に基づいて、燃料噴射量および点火タイミングを制御することができる。
【０１４８】
以上説明したように、本実施の形態５に係る制御装置１５０は、クランキング開始直前前の吸気圧Ｐｏ、１回目の圧縮行程開始直後の吸気圧Ｐ４、外気温度Ｔａおよび回転速度Ｎｅに基づいて、内燃機関１００のクランキング開始直前の機関温度である初期機関温度Ｔｅｏを推定する。制御装置１５０は、推定した初期機関温度Ｔｅｏおよび内燃機関１００のエネルギー収支に基づいて、機関温度Ｔｅを逐次推定する。
【０１４９】
なお、上記の実施の形態１〜５では、内燃機関１００の動作方式の一例を示したが、内燃機関１００の動作方式はこれに限定されない。例えば、内燃機関１００の特性に合わせて、吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６の開閉タイミングを変更してもよい。具体的には、排気行程と吸気行程との間の上死点において、吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６が同時に開くようにしてもよい。また、ピストン１０４が上死点または下死点に到る前に、吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６を開閉させてもよい。
【０１５０】
また、吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６の一方または双方の開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を設けてもよい。この場合、制御装置１５０の制御部１５７は、クランキング開始直前の機関温度およびクランキング開始後の機関温度に基づいて、可変バルブタイミング機構を制御することによって、吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６の一方または双方の開閉タイミングを変化させてもよい。
【０１５１】
また、上記の実施の形態１〜５では、機関吸入気体流量Ｑの推定処理と、それに基づく内燃機関１００の制御処理とが、すべて単一の制御装置１５０によって行われるものとして説明した。しかしながら、機関吸入気体流量Ｑの推定処理と、それに基づく内燃機関１００の制御処理とは、別個の装置によって行われてもよい。また、制御装置１５０は、単一の装置ではなく、複数の装置から構成されてもよい。
【０１５２】
また、上記の実施の形態１〜５において、内燃機関１００の本体の温度である機関温度Ｔｅを推定するのではなく、内燃機関１００の本体と同様の温度挙動となる対象、エンジンオイル、冷却水等の温度を推定してもよい。
【０１５３】
また、上記の実施の形態１〜５では、吸気圧検出部１５１は、特定のタイミングにおいて、吸気圧センサ１０８の出力信号を取得して、吸気圧を検出していた。これに代えて、吸気圧検出部１５１は、吸気圧センサ１０８の出力信号を連続的に取得して、移動平均等のノイズ除去処理を行った後に、特定のタイミングの吸気圧を検出するようにしてもよい。
【０１５４】
また、ステップＳ１２１０〜Ｓ１２１２の処理の順序およびタイミングは、これに限定されるものではない。これらの処理は、Ｓ１２０８とＳ１２０９の間に行ってもよく、また順番が異なっていてもよい。
【０１５５】
また、上記の実施の形態１〜５において、物理量は他の単位によって計測されてもよい。また、物理量の単位の規格化または無次元化を行ってもよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１００  内燃機関、１５０  制御装置、  １５１  吸気圧検出部、１５２  回転速度検出部、１５３  外気温度検出部、１５４  機関温度検出部、１５５  スロットル開度検出部、１５６  推定部、１５７  制御部、４４０  回路基板、４９４  電源回路、４９５  第１の温度センサ、４９６  第２の温度センサ。
【要約】
内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気行程開始時の吸気圧および吸気行程完了時の吸気圧をそれぞれ検出する吸気圧検出部と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出部と、内燃機関の外気温度を検出する外気温度検出部と、内燃機関の機関温度を検出する機関温度検出部と、内燃機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出部と、吸気行程開始時の吸気圧、吸気行程完了時の吸気圧、回転速度、外気温度、機関温度およびスロットル開度に基づいて、内燃機関の燃焼室内に供給される支燃性の気体の流量である機関吸入気体流量を推定する推定部とを備えている。【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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