(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が発生した熱量に関するパラメータを求める発生熱量演算部と、
前記パラメータに基づいて、前記内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に許容できない口開きが発生するおそれを判定するための口開き許容温度閾値を求めるとともに、前記内燃機関を冷却する冷却媒体の温度を取得して、取得した前記冷却媒体の温度と、前記口開き許容温度閾値とを比較する制御条件判定部と、
前記冷却媒体の温度が、前記口開き許容温度閾値以下である場合には、前記冷却媒体の温度の上昇速度を現時点よりも大きくする口開き抑制部と、
を含むことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項２】
前記口開き抑制部は、
前記内燃機関が排出する排ガスの温度を現時点よりも上昇させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項３】
前記口開き抑制部は、
前記内燃機関の点火時期を、現時点よりも遅角させることにより、前記排ガスの温度を上昇させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の発生熱量に関するパラメータは、前記内燃機関の始動時から積算した前記パラメータの積算値を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の発生熱量に関するパラメータとして、前記内燃機関の吸入空気量、又は前記内燃機関の燃料噴射量、又は前記内燃機関の出力、又は前記内燃機関のアクセル開度のうち少なくとも一つの積算値を用いることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に発生する口開きを抑制することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンがシリンダ内を往復する、いわゆるレシプロ式の内燃機関は、シリンダヘッドとシリンダブロックとを締結して構成される。このような内燃機関は、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間にガスケットを介在させて、シリンダヘッドとシリンダ内面とピストンとで囲まれて、混合気が燃焼する空間の気密を確保している。このような内燃機関において、例えば、特許文献１には、冷間始動時における触媒暖機のため、内燃機関の点火時期を遅角する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１６３１０号公報  図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関を冷間始動した後、例えば、アクセル開度が高く内燃機関が高出力を発生するような運転条件である場合、内燃機関が冷間始動の直後から急激に暖機される。この場合、シリンダの内側の温度上昇は急激になるが、シリンダの外側の温度上昇は緩やかである結果、シリンダの内側の熱膨張が外側の熱膨張よりも大きくなり、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に口開きと呼ばれる隙間が発生することがある。特許文献１に開示された技術は、この点について考慮されておらず、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に発生する口開きを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、内燃機関が発生した熱量に関するパラメータを求める発生熱量演算部と、前記パラメータに基づいて、前記内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に許容できない口開きが発生するおそれを判定するための口開き許容温度閾値を求めるとともに、前記内燃機関を冷却する冷却媒体の温度を取得して、取得した前記冷却媒体の温度と、前記口開き許容温度閾値とを比較する制御条件判定部と、前記冷却媒体の温度が、前記口開き許容温度閾値以下である場合には、前記冷却媒体の温度の上昇速度を現時点よりも大きくする口開き抑制部と、を含むことを特徴とする。これによって、本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に発生する口開きを抑制することができる。
【０００７】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の運転制御装置において、前記口開き抑制部は、前記内燃機関が排出する排ガスの温度を現時点よりも上昇させることが好ましい。
【０００８】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の運転制御装置において、前記口開き抑制部は、前記内燃機関の点火時期を、現時点よりも遅角させることにより、前記排ガスの温度を上昇させることが好ましい。
【０００９】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の運転制御装置において、前記内燃機関の発生熱量に関するパラメータは、前記内燃機関の始動時から積算した前記パラメータの積算値を用いることが好ましい。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の運転制御装置において、前記内燃機関の発生熱量に関するパラメータとして、前記内燃機関の吸入空気量、又は前記内燃機関の燃料噴射量、又は前記内燃機関の出力、又は前記内燃機関のアクセル開度のうち少なくとも一つの積算値を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に発生する口開きを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下においては、火花点火式の内燃機関を例として説明するが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、いわゆるディーゼルエンジンにも適用することができる。
【００１３】
本実施形態は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に、許容できない口開きが発生するおそれを判定するための口開き許容温度閾値と、内燃機関を冷却する冷却媒体の温度とを比較し、冷却媒体の温度が、前記温度閾値以下である場合には、前記内燃機関が排出する排ガスの温度を上昇させる点に特徴がある。ここで、口開き許容温度閾値は、内燃機関が発生した熱量に関するパラメータに基づいて得られる値であり、前記パラメータの関数となる。ここで、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に発生する口開きを抑制する制御を口開き抑制制御という。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置の概略構成図である。内燃機関１は、ピストン４が気筒１Ｓ内を往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。内燃機関１の運転は、本実施形態に係る内燃機関の運転制御装置（以下運転制御装置という）として機能する機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって制御される。内燃機関１は、複数の気筒１Ｓを備えており、複数の気筒１Ｓは、例えば、直列に４個配置される。なお、本実施形態において、気筒１Ｓの数や配置は、直列の４気筒に限定されるものではない。
【００１５】
内燃機関１は、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３に締結して一体化したシリンダヘッド２と、気筒１Ｓ内を往復運動するピストン４と、クランク軸６と、ピストン４とクランク軸６とを連結するコネクティングロッド５と、気筒１Ｓに設けられる点火プラグ８とを備える。
【００１６】
シリンダブロック３には、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗが設けられる。シリンダ側ウォータージャケット３Ｗは、内燃機関１を冷却するための冷却媒体（本実施形態では水であり、以下冷却水という）を流す通路である。また、シリンダヘッド２には、ヘッド側ウォータージャケット２Ｗが設けられる。ヘッド側ウォータージャケット２Ｗは、内燃機関１を冷却するための冷却水を流す通路である。
【００１７】
内燃機関１が備える気筒１Ｓには、ピストン４と、シリンダブロック３と、シリンダヘッド２とにより囲まれた気筒内燃焼部Ｂが形成される。気筒１Ｓの気筒内燃焼部Ｂには、吸気通路１１Ｉに接続する吸気ポート１０Ｉと、排ガス通路１１Ｅに接続する排気ポート１０Ｅとが形成される。なお、吸気ポート１０Ｉと排気ポート１０Ｅとは、シリンダヘッド２に形成される。気筒内燃焼部Ｂ内で、燃料Ｆと空気Ａとの混合気が燃焼し、ピストン４は、混合気の燃焼圧力により、気筒１Ｓ内で往復運動する。
【００１８】
ピストン４は、コネクティングロッド５に回転自在に取り付けられ、また、コネクティングロッド５は、クランク軸６に回転自在に取り付けられる。これによって、ピストン４は、コネクティングロッド５を介してクランク軸６と連結される。内燃機関１においては、気筒１Ｓの気筒内燃焼部Ｂ内で空気Ａと燃料Ｆとの混合気を燃焼させることによりピストン４をシリンダブロック３内で往復運動させ、この往復運動をクランク軸６によって回転運動に変換して出力する。
【００１９】
本実施形態に係る内燃機関１は、気筒１Ｓ毎に設けた吸気ポート１０Ｉに燃料噴射弁１５を配置して、燃料噴射弁１５から吸気ポート１０Ｉ内へ燃料Ｆを噴射する。燃料噴射弁１５は、燃料ポンプ１７によって加圧された燃料Ｆを吸気ポート１０Ｉ内へ噴射する。燃料噴射弁１５の燃料噴射量（すなわち、内燃機関１に供給する燃料Ｆの燃料供給量）や噴射時期等に関する燃料噴射制御は、運転制御装置である機関ＥＣＵ５０で実行する。
【００２０】
上述したように、本実施形態に係る内燃機関１は、吸気ポート１０Ｉへ燃料Ｆを噴射する、いわゆるポート噴射形式によって燃料Ｆが供給される。なお、本実施形態においては、燃料噴射弁から、内燃機関１の気筒内燃焼部Ｂ内へ直接燃料Ｆを噴射する、いわゆる直噴形式によって内燃機関１へ燃料Ｆを供給するようにしてもよい。
【００２１】
内燃機関１が備えるシリンダヘッド２には、点火プラグ８が取り付けられている。点火プラグ８の電極８Ｓは、気筒１Ｓの気筒内燃焼部Ｂへ突き出している。また、点火プラグ８には、ダイレクトイグニッション８ＤＩが取り付けられている。ダイレクトイグニッション８ＤＩは、機関ＥＣＵ５０からの点火信号によって点火プラグ８を放電させ、気筒１Ｓの気筒内燃焼部Ｂ内の混合ガスに着火する。これによって、混合気は燃焼して高温、高圧の燃焼ガスとなり、ピストン４を駆動する。ここで、点火プラグ８の放電タイミング等に関する点火動作は、機関ＥＣＵ５０が制御する。
【００２２】
吸気ポート１０Ｉと気筒内燃焼部Ｂとの間に設けられる吸気側開口部に吸気弁７Ｉが配置され、排気ポート１０Ｅと気筒内燃焼部Ｂとの間に設けられる排気側開口部に排気弁７Ｅが配置される。吸気弁７Ｉは、所定のタイミングで開閉し、吸気弁７Ｉが開いたときに吸気ポート１０Ｉから気筒内燃焼部Ｂへ燃料Ｆと空気Ａとの混合気が導入される。排気弁７Ｅは、所定のタイミングで開閉し、排気弁７Ｅが開いたときに気筒内燃焼部Ｂから排気ポート１０Ｅへ、燃焼ガスが排出される。
【００２３】
内燃機関１の吸気通路１１Ｉは、大気中の空気Ａを吸入し、この吸入された空気Ａを、吸気ポート１０Ｉを介して気筒内燃焼部Ｂに導入する。吸気通路１１Ｉにはエアクリーナ１２が設けられており、気筒内燃焼部Ｂへ導入される空気Ａからごみや塵等が除去される。吸気通路１１Ｉには、エアフローセンサ４２が取り付けられており、気筒内燃焼部Ｂへ導入される空気Ａの流量が検出される。なお、この流量は、質量流量である。エアフローセンサ４２が検出した空気Ａの流量は、機関ＥＣＵ５０へ取り込まれ、内燃機関１の制御に用いられる。
【００２４】
吸気通路１１Ｉには、気筒内燃焼部Ｂに供給する空気Ａの流量（吸入空気量）を調整する吸入空気量調整手段として機能するスロットル弁１３が設けられる。スロットル弁１３は、ステッピングモータ等のアクチュエータ１３ａにより開閉される。スロットル弁１３の開度は、機関ＥＣＵ５０がアクチュエータ１３ａによってスロットル弁１３の開度を調整することにより制御される。
【００２５】
内燃機関１の排ガス通路１１Ｅは、排気ポート１０Ｅに接続されており、気筒内燃焼部Ｂで燃焼してピストン４を駆動した後の燃焼ガスが、排ガスＥｘとして排出される。排ガス通路１１Ｅには、排ガス浄化触媒１４が設けられる。排ガス浄化触媒１４は、排ガス通路１１Ｅを通過する排ガスＥｘに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を浄化するものである。排ガス浄化触媒１４で浄化された後の排ガスＥｘは、消音装置を通って大気中に排気される。
【００２６】
機関ＥＣＵ５０には、内燃機関１を制御して運転するために車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。機関ＥＣＵ５０に入力される入力信号には、例えば、アクセル開度センサ４０により検出されるアクセル４０Ｐの開度（アクセル開度）、エアフローセンサ４２により検出される吸入空気量、冷却水温度センサ４１により検出される冷却水温度、サーモスタット開閉検出センサ４３により検出されるサーモスタットの開閉等がある。
【００２７】
機関ＥＣＵ５０は、内燃機関１の運転制御のため、上述した入力信号及び記憶部５３に格納されている燃料噴射量が記述されたマップや点火時期が記述されたマップ等の各種マップに基づいて、制御対象である燃料噴射弁１５やダイレクトイグニッション８ＤＩ等に対して制御信号を出力する。機関ＥＣＵ５０が内燃機関１の運転制御を実行するために出力する制御信号には、例えば、燃料噴射弁１５の燃料噴射を制御する燃料噴射信号、点火プラグ８の点火を制御する点火信号、スロットル弁１３の弁開度を制御する弁開度信号等がある。
【００２８】
機関ＥＣＵ５０は、上述した入力信号や出力信号の入出力を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）５１と、処理部５２と、燃料噴射量マップなどの各種マップなどを格納する記憶部５３とを有する。処理部５２は、例えば、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）により構成されている。処理部５２は、内燃機関１の発生する熱量を求める発生熱量演算手段である発生熱量演算部５４と、制御条件判定手段である制御条件判定部５５と、シリンダヘッド２とシリンダブロック３との間の口開きを抑制する口開き抑制手段である口開き抑制部５６とを含んでおり、これらが本実施形態に係る内燃機関の運転制御を実行する。
【００２９】
このように、機関ＥＣＵ５０は、本実施形態に係る内燃機関の運転制御を実行する手段を含んで構成されているので、機関ＥＣＵ５０は、本実施形態に係る内燃機関の運転制御装置として機能する。また、記憶部５３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００３０】
図２は、本実施形態に係る内燃機関の冷却系統を示す模式図である。内燃機関１を冷却するための冷却水は、冷却媒体供給手段であるウォーターポンプ２４によって吐出され、内燃機関の冷却系統（以下機関冷却系統という）２０を循環する。ウォーターポンプ２４から吐出された冷却水は、内燃機関１のシリンダブロック３、シリンダヘッド２の順に内燃機関１を冷却して、リヤジョイント２５に集められた後、ウォーターアウトレット２３導かれる。なお、ウォーターアウトレット２３にはリザーバータンク２６が接続されており、余剰の冷却水を吸収する。
【００３１】
ウォーターアウトレット２３には、サーモスタット２２が取り付けられている。サーモスタット２２は、ラジエーター２１から送られる冷却水をウォーターアウトレット２３に導入する部分に設けられる。冷却水温度が所定温度よりも低い場合、例えば、内燃機関１の暖機完了時における温度よりも低い場合には、サーモスタット２２は閉じているので、ラジエーター２１を通過した冷却水は、ウォーターアウトレット２３へ流入しない。この場合、リヤジョイント２５からウォーターアウトレット２３に集められた冷却水はラジエーター２１を経由せず、ウォーターポンプ２４に吸引されて、再び内燃機関１へ供給される。冷却水をラジエーター２１へ導かないことにより冷却水の温度を早期に上昇させ、早期に内燃機関１の暖機を完了させる。
【００３２】
冷却水温度が所定温度よりも高い場合、例えば、内燃機関１の暖機完了温度よりも高い場合には、サーモスタット２２が開く。これによって、ウォーターアウトレット２３へ集められた冷却水は、ラジエーター２１を通過した後、サーモスタット２２を通ってウォーターアウトレット２３へ流入する。ラジエーター２１を通過した冷却水は、ラジエーター２１を通過する間に外気と熱交換して冷却されてから、ウォーターアウトレット２３へ流入し、その後、ウォーターポンプ２４に吸引されて、再び内燃機関１へ供給される。このように、内燃機関１の暖機が終了した後は、ラジエーター２１へ冷却水を流すことにより、冷却水を積極的に冷却して、内燃機関１の過熱を回避する。
【００３３】
図３は、本実施形態に係る内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの接続部を示す拡大図である。図３に示すように、内燃機関１のシリンダヘッド２とシリンダブロック３との間には、ガスケット１６が設けられている。これによって、気筒内燃焼部Ｂの気密、及びシリンダ側ウォータージャケット３Ｗとヘッド側ウォータージャケット２Ｗとの間の水密を確保する。
【００３４】
図４、図５は、シリンダヘッドとシリンダブロックとが開口する口開き現象を説明するための概念図である。図６は、冷間始動直後に内燃機関を高い出力で運転した場合におけるシリンダの内壁温度及びシリンダの外側温度と冷却水温度との関係を示す概念図である。図７は、口開き量と、シリンダの内壁温度とシリンダの外側温度との温度差との関係を示す概念図である。図８は、本実施形態に係る口開き抑制制御に用いる口開き判定マップを示す概念図である。図９は、口開き量の時間変化の一例を示す模式図である。
【００３５】
内燃機関１の運転中、内燃機関１が過度に昇温しないように、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗ及びヘッド側ウォータージャケット２Ｗへ冷却水を流して内燃機関１を冷却する。図４は、内燃機関１の暖機が完了する前において、内燃機関１が徐々に暖機される場合、すなわち、シリンダブロック３のシリンダ内壁３Ｂの温度及びシリンダ外側３Ａの温度が徐々に上昇する場合を示している。この場合、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側と外側とでは、温度の上昇速度が同程度なので、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側と外側との熱膨張速度は同程度になる。その結果、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側における端部（内側端部）３Ｔｉの位置と、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの外側における端部（外側端部）３Ｔｅの位置とは同様に変化する。
【００３６】
図５は、内燃機関１の冷間始動直後から、例えば、図１に示すアクセル４０Ｐを全開にする等して、内燃機関１の冷間始動直後から内燃機関１を高い出力で運転した状態の結果を示している。図６は、冷却水温度Ｔｗの変化に対する内壁温度Ｔｉ及び外側温度Ｔｏを示しているが、冷却水温度Ｔｗは内燃機関１の運転時間が経過するにしたがって高くなるので、図６は、内壁温度Ｔｉ及び外側温度Ｔｏの時間変化を示すことになる。内燃機関１の冷間始動直後から内燃機関１を高い出力で運転した場合、図６に示すように、シリンダ内壁３Ｂの温度（内壁温度）Ｔｉは急激に上昇するが、シリンダ外側３Ａの温度（外側温度）Ｔｏの上昇はシリンダ内壁３Ｂの温度の上昇よりも遅くなる。
【００３７】
内壁温度Ｔｉの上昇速度と外側温度Ｔｏの上昇速度とに差が生ずると、内壁温度Ｔｉと外側温度Ｔｏとの温度差が発生し、内壁温度Ｔｉの上昇速度と外側温度Ｔｏの上昇速度との差が大きくなるほど、内壁温度Ｔｉと外側温度Ｔｏとの温度差は大きくなる。これによって、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側の熱膨張量が外側の熱膨張量よりも大きくなり、内側端部３Ｔｉが外側端部３Ｔｅよりもシリンダヘッド２側に突出するようになる。その結果、シリンダブロック３とシリンダヘッド２との間に口開きが発生する。すなわち、口開きは、シリンダブロック３とシリンダヘッド２との間に生ずる隙間であり、前記隙間の大きさＣが口開き量となる。
【００３８】
口開きが発生すると、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗやヘッド側ウォータージャケット２Ｗから冷却水が漏れたり、シリンダヘッド２から動弁系を潤滑する潤滑油が漏れたりするおそれがあるので、口開きを抑制する必要がある。図７に示すように、内燃機関１を冷間始動した直後に高い出力で運転した場合（すなわち内燃機関１の発生する熱量が大きい場合）において、口開き量Ｃは、内壁温度Ｔｉと外側温度Ｔｏとの温度差（シリンダ内外温度差）ΔＴが大きくなるにしたがって大きくなる。ここで、図６に示すように、内壁温度Ｔｉ及び外側温度Ｔｏは、冷却水温度Ｔｗと相関が高いため、冷却水温度Ｔｗからシリンダ内外温度差ΔＴを推定することができる。すなわち、冷却水温度Ｔｗから口開き量Ｃを推定することができる。
【００３９】
冷間始動直後に内燃機関を高い出力で運転した場合における外側温度Ｔｏ、及び冷却水温度Ｔｗ、及び冷却水温度Ｔｗの変化は過渡的であり、これらの温度の変化は、内燃機関１が発生した熱量によって変化する。したがって、冷間始動直後に内燃機関を高い出力で運転した場合において、内燃機関１の運転条件により内燃機関１の発生した熱量が変化すると、内壁温度Ｔｉ及び外側温度Ｔｏと冷却水温度Ｔｗとの関係も変化する。すなわち、内燃機関１が発生した熱量によって、口開き量Ｃも変化する。
【００４０】
本実施形態では、口開きを抑制するにあたり、内燃機関１が発生した熱量を考慮して、許容できない口開きが発生するおそれのある冷却水温度を求め、この冷却水温度に基づいて、許容できない口開きが発生するおそれを判定する。本実施形態において、内燃機関１が発生した熱量を考慮するにあたり、内燃機関１の発生した熱量の積算値（発生熱量積算値）を、内燃機関が発生した熱量に関するパラメータとして用いる。
【００４１】
図８に示す口開き判定マップ６０は、冷却水温度Ｔｗと発生熱量積算値ΣＷを横軸との関係において、許容できない口開きが発生するおそれを判定するための冷却水温度（口開き許容温度閾値）Ｔｗｃが記述してある。口開き許容温度閾値Ｔｗｃは、発生熱量積算値ΣＷの関数で表される。すなわち、Ｔｗｃ＝ｆ（ΣＷ）となる。発生熱量積算値ΣＷは、内燃機関１が冷間始動した後から、許容できない口開きが発生するおそれの判定時までに内燃機関１が発生した熱量である。このように、発生熱量積算値ΣＷを用いることにより、内燃機関１の冷間始動時から、許容できない口開きが発生するおそれを判定するまでにおける内燃機関１の発熱の履歴を正確に見積もることができるので、許容できない口開きが発生するおそれの判定精度が向上する。
【００４２】
本実施形態に係る口開き抑制制御で、許容できない口開きが発生するおそれを判定する場合、そのときの冷却水温度Ｔｗを求めるとともに、内燃機関１の発生熱量積算値ΣＷを求め、両者を口開き判定マップ６０へ与える。
【００４３】
その結果、前記判定時における発生熱量積算値ΣＷに対する冷却水温度Ｔｗが口開き許容温度閾値Ｔｗｃ以下である場合、内燃機関１が発生した熱量に対して冷却水の温度上昇が小さいということになる。すなわち、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側は急激に温度上昇しているが、熱容量の関係からシリンダの内壁側から冷却水への受熱が遅れる結果、内燃機関１が発生した熱量に対して冷却水の温度上昇が小さくなっていると推定できる。この場合、内壁温度Ｔｉの方が外側温度Ｔｏよりも温度上昇が大きく、許容できない口開きが発生するおそれが高いと判定できる。
【００４４】
一方、前記判定時における発生熱量積算値ΣＷに対する冷却水温度Ｔｗが口開き許容温度閾値Ｔｗｃよりも高い場合、内燃機関１が発生した熱量に対する冷却水の温度上昇は適切であるということになる。すなわち、シリンダの内壁側から冷却水への受熱が適切である結果、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側と外側とは、同様に温度上昇していると推定できる。このため、内壁温度Ｔｉ及び外側温度Ｔｏの上昇速度は同程度であるので、許容できない口開きは発生しないと判定できる。
【００４５】
ここで、発生熱量積算値ΣＷはシリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側の温度（すなわち内壁温度Ｔｉ）と相関があり、冷却水温度Ｔｗは、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの外側の温度（すなわち外側温度Ｔｏ）と相関があると考えることもできる。このように考える場合、前記判定時における発生熱量積算値ΣＷに対する冷却水温度Ｔｗが口開き許容温度閾値Ｔｗｃ以下であるときには、内燃機関１が発生した熱量（すなわち内壁温度Ｔｉ）に対して、冷却水の温度（すなわち外側温度Ｔｏ）の上昇が小さいということになる。その結果、内壁温度Ｔｉの方が外側温度Ｔｏよりも温度上昇が大きく、許容できない口開きが発生するおそれが高いと判定できる。
【００４６】
前記判定時における発生熱量積算値ΣＷに対する冷却水温度Ｔｗが口開き許容温度閾値Ｔｗｃよりも高い場合、内燃機関１が発生した熱量（すなわち内壁温度Ｔｉ）に対して、冷却水の温度（すなわち外側温度Ｔｏ）の上昇は適切であるということになる。その結果、内壁温度Ｔｉ及び外側温度Ｔｏの上昇速度は同程度であり、許容できない口開きは発生しないと判定できる。
【００４７】
口開きは、内燃機関１の冷間始動後から暖機が完了するまでの間に発生するおそれが高い。本実施形態に係る口開き抑制制御は、内燃機関１の冷間始動後から開始し、少なくとも、図２に示すサーモスタット２２が開くまでの間に実行する。図９は、内燃機関１の冷間始動時をｔ＝０とした場合における口開き量Ｃの時間変化を示している。なお、図９は、内燃機関１の冷間始動直後にアクセルを全開とし、内燃機関１の出力が高い状態で、すなわち、内燃機関１の発生熱量が大きい状態で運転した結果である。
【００４８】
口開き量Ｃは、内燃機関１の始動後時間の経過とともに大きくなり、ｔ＝ｔ１で最大値Ｃｍとなる。その後は、時間の経過とともに口開き量Ｃは小さくなる。ここで、ｔ＝ｔ１でサーモスタット２２が開いている。このように、サーモスタット２２が開いているときには、口開き量Ｃは小さくなるので、本実施形態に係る口開き抑制制御は、内燃機関１の冷間始動後から、少なくともサーモスタット２２が開くまでの間、すなわち、冷却水温度Ｔｗが所定温度（サーモスタット開弁温度）よりも低い場合に実行する。次に、本実施形態に係る口開き抑制制御の手順を説明する。
【００４９】
図１０は、本実施形態に係る口開き抑制制御の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る口開き抑制制御は、図１に示す機関ＥＣＵ５０、すなわち、本実施形態に係る運転制御装置によって実現できる。本実施形態に係る口開き抑制制御を実行するにあたり、機関ＥＣＵ５０の制御条件判定部５５は、図２に示すサーモスタット２２が閉じているか否かを判定する。サーモスタット２２が閉じているか否かは、図１、図２に示すサーモスタット開閉検出センサ４３の検出信号を制御条件判定部５５が取得して判定する。サーモスタット開閉検出センサ４３によれば、サーモスタット２２が閉じているか否かを確実に判定できる。
【００５０】
なお、サーモスタット２２が閉じているか否かは、冷却水温度Ｔｗに基づいて判定してもよい。例えば、冷却水温度Ｔｗが所定の温度（例えばサーモスタット２２の開弁温度）以下である場合には、サーモスタット２２は閉じていると判定してもよい。このようにすれば、サーモスタット開閉検出センサ４３は不要になるので装置構成を簡易にでき、その結果、保守、点検の手間を軽減できる。
【００５１】
ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５５が、サーモスタット２２は開いていると判定した場合、本実施形態に係る口開き抑制制御を終了する。ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５５が、サーモスタット２２は閉じていると判定した場合、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２において、制御条件判定部５５は、図１、図２に示す冷却水温度センサ４１から現時点、すなわち、許容できない口開きが発生するおそれを判定するときにおける内燃機関１の冷却水温度Ｔｗを取得する。
【００５２】
ステップＳ１０３において、機関ＥＣＵ５０の発生熱量演算部５４は、内燃機関１の発生熱量積算値ΣＷを求める。発生熱量積算値ΣＷは、内燃機関１の冷間始動後から、許容できない口開きが発生するおそれを判定する時点までに内燃機関１が発生した熱量の積算値である。発生熱量積算値ΣＷは、例えば、内燃機関１の冷間始動後から、許容できない口開きが発生するおそれを判定する時点までに内燃機関１が吸入した空気量と噴射した燃料の量とから求めてもよい。また、内燃機関１の吸入空気量、又は内燃機関１の燃料噴射量、又は内燃機関１の出力、又は内燃機関１のアクセル開度のうち少なくとも一つの積算値を、発生熱量積算値ΣＷの代わりに内燃機関が発生した熱量に関するパラメータとして用いてもよい。これらを用いれば、内燃機関が発生した熱量を簡易に見積もることができるので、機関ＥＣＵ５０の演算負荷を軽減でき、好ましい。
【００５３】
このように、内燃機関が発生した熱量に関するパラメータとして、内燃機関が発生した熱量や内燃機関１の吸入空気量等の積算値用いることにより、内燃機関１の冷間始動時から、許容できない口開きが発生するおそれを判定するまでにおける内燃機関１の発熱の履歴を正確に見積もることができる。その結果、許容できない口開きが発生するおそれの判定精度が向上する。
【００５４】
ステップＳ１０４において、制御条件判定部５５は、ステップＳ１０３で発生熱量演算部５４が求めた発生熱量積算値ΣＷを図８に示す口開き判定マップ６０へ与えて、対応する口開き許容温度閾値Ｔｗｃを求める。次に、ステップＳ１０５へ進み、制御条件判定部５５は、ステップＳ１０２で取得した冷却水温度Ｔｗと、ステップＳ１０４で求めた口開き許容温度閾値Ｔｗｃとを比較する。なお、冷却水温度Ｔｗは、ステップＳ１０５における判定時までに得られていればよいので、冷却水温度Ｔｗを取得するタイミングは、ステップＳ１０２に限定されるものではない。
【００５５】
ステップＳ１０５でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５５が、Ｔｗ＞Ｔｗｃであると判定した場合、口開き量は許容範囲なので、本実施形態に係る口開き抑制制御を終了する。ステップＳ１０５でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５５が、Ｔｗ≦Ｔｗｃであると判定した場合、許容できない大きさの口開きが発生するおそれがある。この場合、ステップＳ１０６に進む。
【００５６】
ステップＳ１０６において、機関ＥＣＵ５０の口開き抑制部５６は、内燃機関１の点火時期を現時点よりも遅角させる。すると、内燃機関１の排出する排ガスＥｘの温度が上昇するので、図１に示す排気ポート１０Ｅの周辺に配置されるシリンダ側ウォータージャケット３Ｗ及びヘッド側ウォータージャケット２Ｗで囲まれる部分での冷却損失が増加する。これによって、内燃機関１の冷却水温度Ｔｗの上昇速度が現時点よりも大きくなる。その結果、冷却水温度Ｔｗが早期に上昇するので、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側と外側とが均一に暖機されて、内壁温度Ｔｉと外側温度Ｔｏとの温度差が小さくなり、シリンダ側ウォータージャケット３Ｗの内側と外側との熱膨張量差が小さくなる。これによって、口開きが抑制される。点火時期を遅角させることによって排ガスＥｘの温度を上昇させる手法によれば、他の部材等を付加することなく、点火時期の制御を変更するのみで冷却水温度Ｔｗの上昇速度を向上させることができる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、許容できない大きさの口開きが発生するおそれがある場合に、冷却水温度Ｔｗの上昇速度を現時点よりも大きくすることができればよく、その手段としては点火時期の遅角による排ガスＥｘの温度の上昇に限定されるものではない。例えば、内燃機関１がディーゼルエンジンである場合、燃料噴射時期を現時点よりも遅角させて排ガスＥｘの温度を上昇させ、冷却水温度Ｔｗの上昇速度を現時点よりも大きくしてもよい。また、内燃機関１の冷却水を、例えば自動変速装置等の冷却にも用いる場合、自動変速機等の冷却を中止することにより、内燃機関１から受熱する冷却水の質量を少なくして、冷却水温度Ｔｗの上昇速度を現時点よりも大きくしてもよい。さらに、冷却水の加熱手段を設け、これを用いて冷却水温度Ｔｗの上昇速度を現時点よりも大きくしてもよい。また、通常の燃料噴射タイミングでの燃焼の後に、内燃機関１のトルクとはならないようなタイミングでさらに追加で燃料を噴射し、この燃料を内燃機関１の膨張行程で燃焼させることにより排ガスＥｘの温度を上昇させ、冷却水温度Ｔｗの上昇速度を現時点よりも大きくしてもよい。
【００５８】
以上、本実施形態では、口開きを抑制するにあたり、内燃機関の冷却水温度に基づいて、許容できない口開きが発生するおそれを判定し、許容できない口開きが発生するおそれがある場合には、冷却水温度を上昇させる。これによって、口開きを抑制することができる。また、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在させるガスケットの枚数を増加させたり、前記ガスケットの種類を変更したりする必要はないので、ガスケットの変更によるコストアップも抑制できる。また、口開きが許容できるか否かを判定する際の冷却水温度（口開き許容温度閾値）は、内燃機関が発生した熱量に基づいて設定されるので、内燃機関１の運転条件を考慮して、許容できない口開きが発生するおそれがあるか否かを確実に判定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、シリンダ内をピストンが往復運動する内燃機関に有用であり、特に、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に発生する口開きを抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る内燃機関の冷却系統を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの接続部を示す拡大図である。
【図４】シリンダヘッドとシリンダブロックとが開口する口開き現象を説明するための概念図である。
【図５】シリンダヘッドとシリンダブロックとが開口する口開き現象を説明するための概念図である。
【図６】冷間始動直後に内燃機関を高い出力で運転した場合におけるシリンダの内壁温度及びシリンダの外側温度と冷却水温度との関係を示す概念図である。
【図７】口開き量と、シリンダの内壁温度とシリンダの外側温度との温度差との関係を示す概念図である。
【図８】本実施形態に係る口開き抑制制御に用いる口開き判定マップを示す概念図である。
【図９】口開き量の時間変化の一例を示す模式図である。
【図１０】本実施形態に係る口開き抑制制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１  内燃機関
１Ｓ  気筒
２  シリンダヘッド
２Ｗ  ヘッド側ウォータージャケット
３  シリンダブロック
３Ａ  シリンダ外側
３Ｂ  シリンダ内壁
３Ｗ  シリンダ側ウォータージャケット
４  ピストン
５  コネクティングロッド
６  クランク軸
８  点火プラグ
１５  燃料噴射弁
１６  ガスケット
２１  ラジエーター
２２  サーモスタット
２４  ウォーターポンプ
４０  アクセル開度センサ
４１  冷却水温度センサ
４２  エアフローセンサ
４３  サーモスタット開閉検出センサ
５０  機関ＥＣＵ
５１  入出力部（Ｉ／Ｏ）
５２  処理部
５３  記憶部
５４  発生熱量演算部
５５  制御条件判定部
５６  抑制部
６０  口開き判定マップ
Ｂ  気筒内燃焼部
【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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