内燃机控制装置的制作方法

1.本发明涉及内燃机控制装置。


背景技术：

2.通常，搭载在车辆上的内燃机是根据在气温、湿度、气压等特定的环境条件下适合的各种致动器的操作量来进行动作。例如，在实际道路行驶时，有时在与假设为适合时的环境条件或内燃机的运转条件偏离的条件下行驶。使用各种传感器检测该环境条件，并根据检测出的条件对的操作量进行校正。
3.另外，在实际道路行驶时，成为适合条件的不仅是环境条件，内燃机本身的状态(例如壁温、冷却水温、部件)也会发生变化，从而偏离假设为适合时的状态。因此，在实际道路行驶时，为了提高汽车的各种性能(燃料消耗性能、排气性能)，通过推定、检测内燃机的状态来掌握运转中的状态，根据掌握到的内燃机状态来操作致动器变得重要。
4.作为与内燃机的性能相关的状态，有内燃机的燃烧室壁的温度(以下称为壁面温度)。壁面温度是对燃料消耗性能和排气性能造成影响的与致动器的操作量相关的物理量。例如，在壁面温度较高的条件下，由于壁面附近的气体加热加剧，容易发生异常燃烧(爆震)。另一方面，在壁面温度较低的条件下，附着在壁面上的燃料容易以液体的状态残留下来，因此有可能导致未燃烧的碳化氢和煤烟的产生，从而导致排气性能恶化。因此，为了操作设置在内燃机中的各种致动器，要求提高壁面温度的推定精度。
5.作为推定壁面温度，控制设置在内燃机中的致动器的技术，例如有专利文献1所记载的技术。专利文献1记载了根据以负载状态、转速、冷却水温度为轴的壁面温度映射推定壁面温度，并操作喷油的技术。现有技术文献专利文献
6.专利文献1：日本专利特开2013-64374号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
7.但是，在专利文献1记载的技术中，确认到在发动机缸体冷却的状态下，即冷却发动机缸体的冷却水的温度降低的状态下，壁面温度的推定误差恶化。因此，在专利文献1所记载的技术中，存在由于壁面温度的推定值恶化，而无法适当地控制各种致动器的操作量的问题。
8.本发明的目的是考虑到上述问题，提供一种内燃机控制装置，该内燃机控制装置能够提高壁面温度的推定精度。用于解决技术问题的技术手段
9.为了解决上述问题并达到目的，内燃机控制装置包括发动机状态推定部、壁面温度推定部和操作量计算部。发动机状态推定部基于与内燃机的运转条件有关的参数、与燃
烧的化学条件有关的参数、以及与内燃机的动作状况有关的参数，来计算内燃机内的从气体到壁面的能量传递量。壁面温度推定部基于由发动机状态推定部计算出的从气体到壁面的能量传递量来推定壁面温度。操作量计算部基于由壁面温度推定部推定出的壁面温度，计算设置在内燃机中的致动器的操作量。发明效果
10.根据具有上述结构的内燃机控制装置，能提高壁面温度的推定精度。
附图说明
11.图1是示出搭载了实施方式例1的内燃机控制装置的内燃机的系统结构的简要结构图。图2是示出实施方式例1的内燃机控制装置的结构的框图。图3是示出实施方式例1的内燃机控制装置的控制概要的控制框图。图4是示出实施方式例1的内燃机控制装置的发动机状态推定部的动作例的流程图。图5示出以稀释度和点火时期为轴的燃烧期间的映射，图5a是示出稀释度与点火时期的关系的映射，图5b是示出稀释度与燃烧期间的关系的映射，图5c是示出点火时期与燃烧期间的关系的映射。图6是示出对壁面的能量传递比例的映射，图6a是示出燃烧期间及点火时期与壁面温度的关系的映射，图6b是示出点火时期与对壁面的能量传递比例的关系的映射，图6c是示出燃烧期间与对壁面的能量传递比例的关系的映射。图7是示出实施方式例1的内燃机控制装置的冷却水能量流量推定部、壁面温度推定部和冷却水温度推定部的动作示例的流程图。图8是示出实施方式例1的内燃机控制装置的发动机状态推定部的动作的变形例的流程图。图9是示出实施方式例1的内燃机控制装置的操作量计算部的动作例的流程图。图10是示出基于图9所示的操作量计算部的动作例的各种致动器的操作例的时序图。图11是示出实施方式例2的由内燃机控制装置执行的控制概要的控制框图。图12是示出实施方式例2的内燃机控制装置中的操作量计算部和爆震判定模块的动作的一个示例的流程图。图13是示出基于图12所示的操作量计算部的动作例的各种致动器的操作例的时序图。图14是示出实施方式例2的内燃机控制装置中的操作量计算部和爆震判定模块的动作的另一个示例的流程图。图15是示出基于图14所示的操作量计算部的动作例的各种致动器的操作例的时序图。图16是示出实施方式例3的由内燃机控制装置执行的控制概要的控制框图。图17是示出实施方式例3的内燃机控制装置的操作量计算部的动作的流程图。图18是示出基于图17所示的操作量计算部的动作例的各种致动器的操作例的时
序图。
具体实施方式
12.在下文中，参照图1至图18说明内燃机控制装置的实施方式例。另外，各图中，对于共通的构件标注相同的标号。
13.1.实施方式例1首先，参照图1至图10，对实施方式例1(以下称为“本例”)所涉及的内燃机控制装置进行说明。图1是示出内燃机的系统结构的简要结构图。
14.1-1.内燃机的结构例首先，说明内燃机的结构例。图1所示的内燃机100是缸内喷射型内燃机(直喷发动机)，其将由汽油形成的燃料直接喷射到缸内。作为内燃机100，并不限于缸内喷射型，而是可以应用将燃料喷射到吸入口的端口喷射型内燃机。
15.内燃机100是重复吸入冲程、压缩冲程、燃烧(膨胀)冲程、和排气冲程的四冲程的四冲程发动机。此外，例如，内燃机100是具有四个气缸(cylinder)的多缸发动机。另外，内燃机100所具有的气缸的数量不限于四个，而是可以具有六个或八个以上的气缸。此外，内燃机100的冲程数并不限于四个冲程。
16.如图1所示，内燃机100包括气流传感器1、电子控制节流阀2、进气压传感器3、压缩机4a、中间冷却器7和气缸14。气流传感器1、电子控制节流阀2、进气压传感器3、压缩机4a和中间冷却器7配置在进气管6上的到气缸14为止的位置。
17.此外，气流传感器1测量吸入空气量和进气温度。电子控制节流阀2由未图示出的驱动电动机可打开关闭地驱动。然后，基于驾驶员的加速器操作调整电子控制节流阀2的开度。由此，调整进气的空气量并调整进气管6的压力。进气压传感器3测量进气管6的压力。
18.压缩机4a是对进气进行增压的增压器。旋转力通过后面描述的涡轮4b传递到该压缩机4a。中间冷却器7配置在气缸14的上游侧并冷却进气。
19.此外，内燃机100中，在每个气缸14设置有点火装置，该点火装置包括用于将燃料喷射到气缸14的缸内的燃料喷射装置13、以及用于提供点火能量的点火线圈16和火花塞17。点火线圈16在内燃机控制装置20的控制下产生高电压并将高电压施加到火花塞17。由此，在火花塞17产生火花。然后，缸内的混合气体通过在火花塞17产生的火花燃烧并爆炸。
20.另外，点火线圈16安装有未图示出的电压传感器。电压传感器测量点火线圈16的一次侧电压或二次侧电压。然后，由电压传感器测量到的电压信息被发送到作为ecu(engine control unit：发动机控制单元)的内燃机控制装置20。
21.此外，可变阀5设置在气缸14的气缸头上。可变阀5调整流入气缸14的缸内的混合气体或从缸内排出的废气。通过调整可变阀5，调整所有气缸14的进气量和内部egr量。
22.此外，活塞可滑动地配置在气缸14的缸内。活塞压缩流入气缸14的缸内的燃料和气体的混合气体。然后，活塞通过在缸内产生的燃烧压力在气缸14的缸内进行往复运动。此外，安装了用于检测活塞的位置的曲柄角度传感器19。
23.燃料喷射装置13由后述的内燃机控制装置(ecu)20控制，将燃料喷射到气缸14的缸内。由此，在气缸14的缸内生成混合了空气燃料的混合气体。此外，未图示出的高压燃料
泵连接到燃料喷射装置13。由高压燃料泵增加了压力的燃料被提供到燃料喷射装置13。而且，在连接燃料喷射装置13和高压燃料泵的燃料配管上设置有用于测量燃料喷射压力的燃料压力传感器。
24.此外，在气缸14上设置有温度传感器18。温度传感器18测量围绕气缸14的冷却水的温度。作为冷却水装置，存在未图示出的水泵，通过水泵调整围绕气缸14的冷却水的流量。水泵应用利用内燃机的输出来驱动的泵、电动化的水泵(电动水泵)等。另外，尽管未图示出，作为调整冷却水的装置，除了水泵以外，有时还包括控制流入气缸的冷却水的恒温器、用于切换在设置于内燃机的冷却水的热交换器和气缸等各构成要素中流动的方向的阀。
25.此外，在内燃机100的各个气缸14，设置有喷油系统110。喷油系统110连接到未图示出的油泵，并且从油泵提供冷却用油。然后，喷油系统110将冷却用的油喷射到活塞并降低活塞的温度。此外，通过内燃机控制装置20调整油泵的输出(流量、油压)，喷油系统110有时包括用于切换向活塞实施、不实施喷油的喷射的阀等。喷油系统、油泵、阀等在下文中也称为润滑油装置。
26.此外，排气管15连接到气缸14的排气端口。在排气管15设置有涡轮4b、电子控制废气门阀11、三元催化剂10、空燃比传感器9。涡轮4b利用通过排气管15的废气旋转，并将旋转力传递到压缩机4a。电子控制废气门阀11调整流过涡轮4b的排气流路。
27.三元催化剂10通过氧化还原反应净化废气中含有的有害物质。此外，空燃比传感器9配置在三元催化剂10的上游侧。然后，空燃比传感器9检测通过排气管15的废气的空燃比。
28.此外，由气流传感器1、进气压传感器3、电压传感器等各个传感器检测到的信号被发送到内燃机控制装置20。此外，加速器踏板的踩踏量、即由检测加速器开度的加速器开度传感器12检测到的信号也被发送到内燃机控制装置20。
29.内燃机控制装置20基于加速器开度传感器12的主信号计算要求转矩。也就是说，加速器开度传感器12用作检测对于内燃机100的要求转矩的要求转矩检测传感器。另外，内燃机控制装置20基于未图示出的曲柄角度传感器的输出信号运算内燃机100的转速。然后，内燃机控制装置20基于从各种传感器的输出获得的内燃机100的运转状态，最佳地运算空气流量、燃料喷射量、点火时期、燃料压力等内燃机100的主要动作量。
30.由内燃机控制装置20运算出的燃料喷射量被转换为开阀脉冲信号并输出到燃料喷射装置13。此外，由内燃机控制装置20运算出的点火时期作为点火信号输出到火花塞17。此外，由内燃机控制装置20运算出的节流阀开度作为节流阀驱动信号输出到电子控制节流阀2。
31.此外，内燃机100可以设置用于连接进气管6和排气管15的未图示出的egr(exhaust gas recirculation：废气再循环)配管。利用该egr配管，通过排气管15的一部分废气可以返回到进气管6。
32.1-2.内燃机控制装置20的结构例接下来，参照图2说明内燃机控制装置20的结构例。图2是示出内燃机控制装置20的结构的框图。
33.如图2所示，作为ecu(engine control unit：发动机控制单元)的内燃机控制装置
20包括输入电路21、输入输出端口22、ram(random access memory:随机存取存储器)23c、rom(read only memory:只读存储器)23b和cpu(central processing unit:中央处理单元)23a。此外，内燃机控制装置20具有点火控制部24、燃料喷射控制部25、喷油控制部26。
34.来自气流传感器1的吸入流量、来自进气压传感器3的进气压、以及来自电压传感器的线圈一次电压或二次电压被输入到输入电路21。另外，输入电路21不仅输入吸入流量、进气压、一次电压或二次电压，还输入曲柄角度、节流阀开度、排气空燃比等各种传感器测量到的信息。
35.输入电路21对输入信号进行去除噪声等信号处理，并将其发送到输入输出端口22。输入到输入输出端口22的输入端口的值存储在ram 23c中。
36.rom 23b存储有描述由cpu23a执行的各种运算处理的内容的控制程序、用于各处理的map、数据表等。在ram 23c中设置有存储区域，该存储区域存储输入到输入输出端口22的输入端口的值、表示根据控制程序运算出的各致动器的操作量的值。此外，表示存储在ram 23c中的各个致动器的操作量的值被发送到输入输出端口22的输出端口。
37.设置在输入输出端口22的输出端口的点火信号经过点火控制部24发送到点火线圈16。点火控制部24控制对于点火线圈16的通电时期和通电时间。此外，点火控制部24进行在火花塞17处的放电能量控制。
38.燃料喷射控制部25控制作为燃料喷射装置的燃料喷射装置13、用于向燃料喷射装置13提供燃料的高压燃料泵。也就是说，燃料喷射控制部25控制燃料喷射装置13的开阀时期和闭阀时期、以及高压燃料泵具有的用于调整压力的阀。
39.喷油控制部26控制将油提供到喷油系统110的油泵。然后，喷油控制部26控制油泵，从而控制从喷油系统110喷射的油的量。
40.在本示例中，说明了将点火控制部24、燃料喷射控制部25、喷油控制部26设置在内燃机控制装置20中的示例，但不限于此。例如，可以将点火控制部24、燃料喷射控制部25、喷油控制部26中的一部分、或者点火控制部24、燃料喷射控制部25、喷油控制部26全部安装在与内燃机控制装置20不同的控制装置中。
41.1-3.内燃机控制装置的控制概要接下来，参照图3说明内燃机控制装置20的控制概要。图3是示出由内燃机控制装置20执行的控制概要的控制框图。
42.如图3所示，内燃机控制装置20包括壁面温度推定模块31和用于计算各种致动器的操作量的操作量计算部36。该壁面温度推定模块31由发动机状态推定部32、冷却水能量流量推定部33、壁面温度推定部34、冷却水温度推定部35构成。
43.内燃机100的运转条件、化学条件、动作状况被输入到发动机状态推定部32。与运转条件有关的参数可举出例如进气流量、内燃机100的转速。此外，可以应用进气压来代替进气流量。
44.化学条件表示在气缸14内的燃料的燃烧条件。与化学条件有关的参数可举出例如egr率、空燃比、湿度、进气温度等。此外，与化学条件有关的参数不限于egr率、空燃比、湿度、进气温度，例如，可以使用燃料的种类等。
45.动作状况表示各种致动器的操作量。与动作状况有关的参数可举出例如点火时期、表示可变阀5的操作量的阀正时等。此外，作为与动作状况有关的参数，可以使用作为燃
料喷射装置13的操作量的燃料喷射时期。
46.另外，后述的壁面温度推定部34在前一次计算周期时计算出的壁面温度(推定值)被输入到发动机状态推定部32。发动机状态推定部32基于输入的各种信息计算作为发动机状态之一的能量传递量。能量传递量是能量从气缸14内的缸内产生的燃烧气体到发动机壁面(以下简称“壁面”)的传递量。然后，发动机状态推定部32将从计算出的缸内气体到壁面的能量传递量输出到壁面温度推定部34。
47.此外，当发动机状态推定部32计算能量传递量时，能通过使用壁面温度(推定值)来提高推定精度。
48.向冷却水能量流量推定部33输入后述的冷却水温度推定部35在前一次计算周期时计算出的缸体内冷却水温度(推定值)和壁面温度推定部34在前一次计算周期时计算出的壁面温度(推定值)。此外，流入发动机缸体的冷却水的流量(冷却水流量)被输入到冷却水能量流量推定部33。
49.冷却水能量流量推定部33基于输入的各种信息计算冷却水和壁面的能量传递量。然后，冷却水能量流量推定部33将计算出的冷却水和壁面的能量传递量输出到壁面温度推定部34和冷却水温度推定部35。
50.由发动机状态推定部32计算出的从缸内气体到壁面的能量传递量、和由冷却水能量流量推定部33计算出的冷却水和壁面的能量传递量被输入到壁面温度推定部34。另外，壁面温度推定部34在前一次计算周期时计算出的壁面温度(推定值)被输入到壁面温度推定部34。
51.然后，壁面温度推定部34基于输入的各种信息推定壁面温度。壁面温度推定部34将推定出的壁面温度输出到操作量计算部36、发动机状态推定部32、冷却水能量流量推定部33。
52.冷却水温度推定部35输入有冷却水入口的温度即流入发动机缸体内的冷却水的温度(流入冷却水温度)、冷却水流量、冷却水能量流量推定部33计算出的冷却水和壁面的能量传递量。此外，冷却水温度推定部35在前一次计算周期时计算出的缸体内冷却水温度(推定值)作为当前冷却水的温度被输入到冷却水温度推定部35。
53.然后，冷却水温度推定部35基于输入的各种信息推定发动机缸体内的冷却水的温度。冷却水温度推定部35将推定出的冷却水的温度输出到操作量计算部36和冷却水能量流量推定部33。
54.此外，发动机状态推定部32、冷却水能量流量推定部33、壁面温度推定部34和冷却水温度推定部35分别按照预先设定的计算周期进行规定的计算。根据各个推定部适当地设定计算周期。
55.操作量计算部36基于由壁面温度推定部34推定出的壁面温度、由冷却水温度推定部35推定出的冷却水的温度，来计算用于向火花塞17、燃料喷射装置13和喷油系统110提供油的油泵等的各种致动器的操作量，并输出该操作量。
56.1-4.发动机状态推定部的动作例接下来，参照图4至图6说明上述的发动机状态推定部32的到壁面的能量传递量的计算动作例。图4是示出发动机状态推定部32的动作例的流程图。
57.首先，如图4所示，发动机状态推定部32基于输入的运转条件和化学条件，计算在一个燃烧冲程中每1个气缸所投入的投入能量efuel(步骤s11)。在步骤s11的处理中，发动机状态推定部32基于空气流量mair(kg/s)根据以下数学式1计算。根据进气流量和egr率计算空气流量mair。另外，egr率yegr是根据后述的数学式2计算的。【数学式1】efuel＝mair/(1 afr)/(1-yegr))
×
(120
÷
ne)
×
hfuel
÷
ncyl
58.这里，afr是空燃比，并且可以使用目标空燃比或基于设置在排气管15中的空燃比传感器9或o2传感器计算出的排气空燃比。ne是发动机转速(旋转/分钟)，并根据曲柄角度传感器19的检测值计算。hfuel为燃料低位发热量(j/kg)，为预先规定的值。作为低位发热量(hfuel)，例如为44.9
×
106j/kg左右的值。另外，ncyl是气缸数。
59.接下来，发动机状态推定部32基于化学条件和动作状况计算一个燃烧冲程中的气缸14内的燃烧期间(步骤s12)。在计算燃烧期间时，例如，可以通过选择稀释度作为化学条件，选择点火时期作为动作条件，并使用映射来计算燃烧期间。
60.例如，在稀薄燃烧条件下，可以应用空燃比(afr)作为稀释度。此外，使用egr配管使废气再循环时，可使用egr率进行计算。egr率yegr例如根据以下数学式2计算。【数学式2】egr率＝egr气体流量/(egr气体流量 空气流量)
61.这里，egr气体流量是基于设置在egr配管中的操作egr气体流量的egr阀的开度来推定的，或者通过设置在egr配管中的egr气体传感器的检测来计算的。
62.图5a至图5c示出了以稀释度和点火时期为轴的燃烧期间的映射，图5a是示出了稀释度与点火时期的关系的映射，图5a是示出了稀释度与点火时期的关系的映射，图5b是示出了燃烧期间与点火时期的关系的映射，图5c是示出了燃烧期间与稀释度的关系的映射。图5a至图5c所示的映射存储在发动机状态推定部32中。
63.如图5b所示，若点火时期产生延迟角，则燃烧期间有增加的倾向。这是因为，若点火时期变晚，则由于在膨胀冲程中火焰传播加剧，火焰向全体扩大所需的时间增加。此外，如图5c所示，若稀释度增加，则燃烧速度降低，因此燃烧期间有增加的倾向。通过使用该图5a至图5c所示的映射，发动机状态推定部32计算燃烧期间。
64.在本示例中，说明了使用映射计算燃烧期间的示例，但不限于此。例如，可以使用根据曲柄角度传感器19的输出计算出的燃烧期间，而不是对表示燃烧状态的一个示例的燃烧期间预先进行设定的值。
65.由此，通过使用根据检测值计算出的燃烧期间，可以在燃烧期间中反映实际的运转状况。其结果，能进行考虑了各个发动机个体的偏差、经年变化、各个气缸的偏差的燃料期间的设定。此外，通过利用检测值设定燃烧期间，能使对到壁面的热传递量造成影响的燃烧期间的值接近实际状态，因而能提高壁面温度的推定精度。
66.接下来，发动机状态推定部32基于在步骤s11中计算出的投入能量、在步骤s12中计算出的燃烧期间、化学条件、运转条件、动作状况和壁面温度(推定值)，计算从缸内气体到壁面的能量传递量(步骤s13)。壁面温度(推定值)是壁面温度推定部34在前一次计算周期时计算出的壁面温度。由此，发动机状态推定部32的动作完成。
67.在本例中，假设预测多个位置的壁面温度，将壁面分割成多个区域进行计算。作为
要分割的区域，例如是头部、活塞、衬套。然后，以下将分割的区域表示为壁面要素，认为每1个气缸由n个壁面要素构成。以下，在说明n个壁面要素时，对各要素分配从1到n(n≥1)的整数来进行说明。另外，适用于所有壁面要素的内容，使用i作为下标进行说明。
68.另外，在本例中，作为壁面要素，假设头部、活塞、衬套，但也可以将各个部件区分为多个区域，将被区分的各个部分作为壁面要素。
69.在步骤s13中，壁面要素i(i＝1～n)的能量传递量qcl_i(j)例如根据下述数学式3计算。【数学式3】qcl_i＝efuel
×
ηwall
×
ne
÷
120
×
δt
×
a_i
÷
aall
70.在这里，i是下标(从1到n(n≥1)的整数)，qcl_i是到壁面要素i的能量传递量(j/s)，ηwall是向壁面的能量传递比例，δt是计算周期(s)，a_i是壁面要素i的表面积(m2)，aall是发动机的全表面积(m2)。另外，全表面积aall是壁面要素i的表面积a_i的从i＝1到n的总和。
71.向壁面的能量传递比例ηwall根据壁面温度、燃烧期间、点火时期而变化。图6a至图6c是表示向壁面的能量传递比例的映射。图6a是表示燃烧期间及点火时期与壁面温度的关系的映射，图6b是表示点火时期与向壁面的能量传递比例的关系的映射，图6c是表示燃烧期间与向壁面的能量传递比例的关系的映射。
72.例如，通过使用图6a至图6c所示的壁面温度、燃烧期间、点火时期的映射，能计算出向壁面的能量传递比例μwall。如图6b所示，点火时期越早，向壁面的能量传递比例ηwall有增加的倾向。这是由于尽早地开始燃烧，燃烧气体被压缩，燃烧气体的温度增加。其结果是因为燃烧气体的温度和壁面温度之差增加，向壁面的能量传递比例ηwall增加。
73.另外，如图6c所示，燃烧期间越增加，向壁面的能量传递比例ηwall就越有降低的倾向。这是因为通过燃烧期间增加，抑制了燃烧气体温度的增加，燃烧气体的温度和壁面温度变小。其结果是，向壁面的能量传递比例ηwall降低。
74.如上所述，在本示例的内燃机控制装置20中，当推定壁面温度时，首先通过发动机状态推定部32计算到壁面的能量传递量。由此，能将根据与内燃机100的运转条件有关的参数、与燃烧的化学条件有关的参数、与内燃机100的动作状况有关的参数而变化的到壁面的能量传递量反映在壁面温度的推定中。由此，由于能推定壁面温度的时间变化，因此能提高在内燃机(发动机缸体)100的壁面温度从较低的条件变化到较高的条件的过程中的壁面温度的推定精度。
75.1-5.冷却水能量流量推定部、壁面温度推定部和冷却水温度推定部的动作例接着，参照图7说明上述的冷却水能量流量推定部33、壁面温度推定部34及冷却水温度推定部35的动作例。图7是表示冷却水能量流量推定部33、壁面温度推定部34及冷却水温度推定部35的动作例的流程图。
76.首先，如图7所示，冷却水能量流量推定部33基于冷却水流量、当前的冷却水温度、壁面温度计算到冷却水的能量传递量(步骤s21)。当前的冷却水温度是冷却水温度推定部35在前一次计算周期时计算出的冷却水温度(推定值)。并且，壁面温度是壁面温度推定部34在前一次计算周期时计算出的壁面温度(推定值)。
77.到冷却水的能量传递量qwtc(j)根据以下数学式4计算。【数学式4】qwtc＝∑qwtc_i(i＝1～n)这里，qwtc_i是从预测对象的壁面部分到冷却水的能量传递量。而且，从该预测对象的壁面部分到冷却水的能量传递量qwtc_i(j)根据下述数学式5计算。【数学式5】qwtc＝zqwtc_i(i＝1～n)
78.数学式5中的awtc_i是壁面要素i和冷却水的接触面积(m2)，hwtc是冷却水和壁面的热传递率(w/m2/k)，tcb是缸体内冷却水温度的推定值(k)，tw_i是预测对象的壁面温度(k)。并且，δt是计算周期(s)。另外，缸体内冷却水温度的推定值tcb为当前的冷却水温度。
79.这里，计算周期δt的设定可以根据操作的致动器的操作周期而适当设定。例如，在每个循环变更点火时期和喷射时期，并且想要针对该变更反映壁面温度的状态的情况下，计算周期δt被设定为相当于一个燃烧循环的时间。另外，在实施与特定的作业周期对应的操作量的变更的情况下，计算周期δt被设定为作业的周期。例如，在作业的周期为10hz的情况下，计算周期δt被设定为0.1秒。这样，通过适当设定计算周期δt，能根据控制对象的现象和操作量在适当的计算负荷下执行。
80.另外，冷却水和壁面的热传递率hwtc取决于与冷却水流动的速度有关的参数(例如，流速和雷诺数)、与冷却水温热传导率有关的参数(例如，温度和普朗特数)。因此，冷却水和壁面的热传递率hwtc可以通过以下数学式6计算出来。【数学式6】hwtc＝chwtc
×
f(tc)
×
g(mc_i)
81.数学式6中的chwtc是模型常数，f(tc)是相对于缸体内的冷却水温度单调增加的函数，g(mc_i)是相对于缸体内的冷却水流量(kg/s)单调增加的函数。另外，函数f(tc)根据下述数学式7计算，函数g(mc_i)根据下述数学式8计算。另外，数学式7中的af、bf是模型常数，通过实验和模拟进行识别。另外，数学式7、数学式8是一个例子，也可以以能够表现与冷却水温度、流量的灵敏度的形式公式化。【数学式7】f(tc)＝af
×
tc-bf【数学式8】g(mc_i)＝(mc_i)^1.3
82.接着，壁面温度推定部34根据由发动机状态推定部32计算出的到壁面的能量传递量、在步骤s21的处理中由冷却水能量流量推定部33计算出的到冷却水的能量传递量、当前的壁面温度来计算温度变化后的壁面温度(步骤s22)。当前的壁面温度是壁面温度推定部34在前一次计算周期时计算出的壁面温度(推定值)。
83.壁面温度tw_i(k)例如可以根据下述数学式9计算。壁面温度tw_i(k)是壁面元素i的壁面温度。【数学式9】tw_i(n 1)＝tw_i(n) (qcl_i-qwtc_i)/mw_i/cwall
84.数学式9中的mw_i是壁面要素的壁面质量(kg)，i是下标，并且是从1到n的整数，
cwall是壁面的比热(j/kg/k)。并且，n表示当前时刻，n 1表示从当前时刻起计算周期后的时间。
85.若计算壁面温度，则冷却水温度推定部35推定缸体内的冷却水温度(步骤s23)。即，冷却水温度推定部35根据流入冷却水温度、冷却水流量、到冷却水的能量传递量、当前冷却水温度来计算温度变化后的冷却水温度。当前的冷却水温度是冷却水温度推定部35在前一次计算周期时计算出的冷却水温度(推定值)。
86.温度变化后的缸体内的冷却水温度tc(n 1)(k)例如可以从下述数学式10计算。【数学式10】tc(n 1)＝tc(n) (qwtc
×
ncyl mc_in
×
cc
×
(tc_in-tc(n))
×
δt)
÷
(mc
×
cc)数学式10中的cc为冷却水的比热(j/kg/k)，mc为冷却水的质量(kg)。
87.由此，冷却水能量流量推定部33、壁面温度推定部34和冷却水温度推定部35的动作完成。另外，可以同时进行步骤s22中的壁面温度的计算处理、步骤s23中的冷却水温度的计算处理，或者可以先执行步骤s23中的冷却水温度的计算处理。
88.由此，根据本示例的内燃机控制装置20，在推定壁面温度时，通过冷却水能量流量推定部33基于前一次推定出的壁面温度、冷却水流量和冷却水温度来计算发动机缸体和冷却水之间的能量传递量。由此，能在考虑由于壁面温度、冷却水的流量、冷却水的温度导致的壁面传递效率和冷却水温度的时间变化的情况下，推定壁面温度的时间变化。其结果，能在内燃机(发动机缸体)100的壁面温度较低的条件下提高壁面温度的推定精度。
89.1-6.发动机状态推定部32的动作例的变形例接下来，参照图8说明上述的发动机状态推定部32的到壁面的能量传递量的计算动作的变形例。图8是示出发动机状态推定部32的动作的变形例的流程图。
90.在上述图4中的步骤s13的处理中，使用图6a到图6c所示的映射来计算到壁面的能量传递量。但是，如果对壁面温度造成影响的各种致动器增加，其操作量也会增加。其结果，映射的数量与增加的致动器对应地增加，制作该映射的工夫增加。然而，能通过表示内燃机100内的燃烧的数理模型来计算到壁面的能量传递量。由此，能抑制映射的数量增加。
91.首先，在数学式11、数学式12、数学式13中示出用作为内燃机100的数理模型的模型式的一个例子。以下所示的数学式11、数学式12、数学式13是从气缸14内的燃烧气体的能量守恒公式和理想气体的状态方程式导出的式子。另外，也可以使用与下述所示的数学式11、数学式12、数学式13不同的数学式。
92.从能量守恒公式和理想气体状态方程式导出的内燃机100的数理模型如果以离散化的状态来表示，则有如下所示的数学式11、数学式12、数学式13。【数学式11】e(θ δθ)＝e(θ)-(γ-1)
×
e(θ)
×
ln{v(θ δθ)/v(θ)}-dqcl(θ) dqhr(θ)【数学式12】t(θ δθ)＝(γ-1)
×
e(θ δθ)/(m
×
r)【数学式13】p(θ δθ)＝(γ-1)
×
e(θ δθ)/v(θ δθ)
93.这里，θ是曲柄角度(弧度)，δθ是从当前时刻开始前进的时间幅度(时间步长)(弧
度)，e(θ)是气缸14内(缸内)气体的内部能量(j)，γ是比热比，v(θ)是缸内的容积(m3)，dqcl(θ)是δθ间的到壁面的能量传递量(j)。另外，dqhr(θ)为由于δθ间燃烧而产生的发热量(j)，t(θ)为气体温度(k)，p(θ)为缸内压力(pa)，m为缸内气体量(kg)，r为气体常数(j/kg/k)。
94.发动机状态推定部32使用上述的数学式11、数学式12、数学式13来计算曲柄角度θ δθ处的内部能量e、温度t、压力p。此外，发动机状态推定部32通过重复该计算来计算从进气阀关闭时期到排气阀打开时期的变化。
95.这里，若假设曲柄角度θ的时刻，则在曲柄角度θ的各种值是已知的，而在曲柄角度θ δθ的各种值是未知的。但是，缸内容积v作为曲柄角度θ的函数，可以通过公式、映射来表示。因此，曲柄角度θ和曲柄角度θ δθ的缸内容积v的值是已知的。缸内容积v例如可以从下述数学式14计算。【数学式14】v(θ)＝v0 0.25
×
π
×
d^2
×
rc
×
{1-cos(θ) [λ(1-(1-(sin(θ)/λ)^2)^0.5)}
[0096]
数学式14中的v0为活塞位于上止点时的缸内容积(m3)，π为圆周率，d为活塞的孔径(m)，rc为曲柄半径(活塞的冲程量的一半)(m)。另外，λ是连杆长度与曲柄半径之比(连杆长度
÷
曲柄半径)，并且是由内燃机100的机构决定的值。
[0097]
由此，发动机状态推定部32可以通过使用上述的数学式11到数学式14，来求出在曲柄角度θ δθ的内部能量e，接着求出在曲柄角度θ δθ的温度t、压力p。另外，到壁面的能量传递量dqcl可以通过以下所示的数学式15、数学式16来计算。【数学式15】dqcl(θ)＝dqcl_1(θ) ... dqcl_n(θ)【数学式16】dqcl_i(θ)＝αa_i
×
(t-tw_i)
×
δθ
×
60
÷
ne
[0098]
数学式16所示的qcl_i可以通过将dqcl_i与一个燃烧循环相加来计算。具体地，从数学式17计算。【数学式17】qcl_i＝qci_i dqcl_i(θ)
[0099]
这里，dqcl_i是δθ间的壁面要素i的热传递量(w)，α是壁面热传递率(w/k/m3)。壁面热传递率α例如可以通过下述数学式18所示的eichelberg的式子来计算。【数学式18】α＝cei
×
(ne
×
rc
÷
30)^(1/3)
×
p(θ)^0.3
×
t(θ)^0.3这里，cei是模型常数，进行调整以使实验结果和计算结果一致。作为cei，例如被调整为0.5左右的值。
[0100]
这样，在计算到各壁面要素的能量传递量时，反映了相对于曲柄角度的温度、压力的变化。由此，在运转条件、化学条件、动作状况、对各种致动器的操作条件改变时，能根据这些变更将变化反映到能量传递量。
[0101]
此外，由于燃烧产生的发热量dqhr例如可以通过使用下述的数学式19、数学式20、数学式21中所示的wiebe函数来求出。【数学式19】
dqhr(θ)＝efuel
×
(fw(θ δθ)-fw(θ))【数学式20】fw(θ)＝1-exp(-x(θ))【数学式21】x(θ)＝a{(θ-θadv)/δθcomb]^(b 1)这里，efuel为用数学式1求出的投入能量，δθcomb为燃烧期间(弧度)，θadv为点火时期(弧度)，a及b为模型常数。
[0102]
此外，内燃机100的功weng可以根据下述数学式22、数学式23计算出。【数学式22】dweng(θ)＝-p
×
{v(θ δθ)-v(θ)}【数学式23】weng＝weng dweng(θ)
[0103]
接下来，参照图8说明使用了上述的数理模型的发动机状态推定部32的动作的变形例。图8是示出发动机状态推定部32的动作的变形例的流程图。如图8所示，发动机状态推定部32计算投入能量(步骤s31)。步骤s31的处理与图4中的步骤s11的处理相同，因此省略对其的说明。
[0104]
接下来，发动机状态推定部32将曲柄角度θ设定为进气阀的关闭时期，并进行各种参数的初始化(步骤s32)。也就是说，在步骤s32的处理中，发动机状态推定部32将内部能量e、温度t、压力p的值也设定为假设进气阀的关闭时期的值。例如，温度t被设定为与进气管6的温度相同的温度，压力p被设定为与进气管6的压力相同的压力。然后，内部能量e可以通过对上述数学式12进行变形而求出的下述数学式24来计算。【数学式24】e(θ)＝m
×r×
t(θ)/(γ-1)
[0105]
另外，在步骤s32的处理中，发动机状态推定部32将到各个壁面要素的能量传递量qcl_i设定为0。
[0106]
接下来，发动机状态推定部32设定用于计算压缩冲程中的到壁面要素的能量传递量的δθ(步骤s33)。δθ例如可以根据下述数学式25来求出。【数学式25】δθ＝(点火时期-进气阀关闭时期)/ncompncomp是用于调整将从进气阀关闭时期到点火时期之间分成几次计算的参数。
[0107]
若设定压缩冲程中的δθ，则发动机状态推定部32计算压缩冲程中的气体的变化和到壁面的能量传递量(步骤s34)。在步骤s34的处理中，发动机状态推定部32使用上述的数学式11到数学式18、数学式22、数学式23来计算。另外，在数学式11中，将由于燃烧产生的发热量dqhr设定为0来计算。
[0108]
接下来，发动机状态推定部32判断曲柄角度θ是否小于点火时期，即，曲柄角度θ是否位于点火时期的提前角侧(步骤s35)。在步骤s35的处理中判断为曲柄角度θ小于点火时期的情况下(步骤s35中的判定为“是”)，发动机状态推定部32将δθ加到曲柄角度θ(步骤s36)，返回到步骤s34的处理。这里，相加的δθ是在步骤s33中计算出的δθ。
[0109]
与之相对地，在步骤s35的处理中判断为曲柄角度θ大于点火时期的情况下(步骤
s35的判定为“否”)，发动机状态推定部32设定用于计算燃烧冲程中的到壁面要素的能量传递量的δθ(步骤s37)。δθ例如可以根据下述数学式26来求出。【数学式26】δθ＝δθcomb/ncombncomb是用于调整将燃烧期间分成几次计算的参数。
[0110]
若设定燃烧冲程中的δθ，则发动机状态推定部32计算燃烧冲程中的燃烧气体的变化和到壁面的能量传递量(步骤s38)。在步骤s38的处理中，发动机状态推定部32使用上述的数学式11到数学式23来计算。
[0111]
接下来，发动机状态推定部32判断曲柄角度θ是否小于点火时期和燃烧期间之和，即，曲柄角度θ是否位于燃烧结束时期的提前角侧(步骤s39)。在步骤s39的处理中判断曲柄角度θ小于点火时期和燃烧期间之和的情况下(步骤s39中的判定为“是”)，发动机状态推定部32将δθ加到曲柄角度θ(步骤s40)，返回到步骤s38的处理。这里，相加的δθ是在步骤s37中计算出的δθ。
[0112]
与之相对地，在步骤s39的处理中判断为曲柄角度θ大于点火时期和燃烧期间之和的情况下(步骤s39的判定为“否”)，发动机状态推定部32设定用于计算膨胀冲程中的到壁面要素的能量传递量的δθ(步骤s41)。δθ例如可以根据下述数学式27来求出。【数学式27】δθ＝{排气阀打开时期-(点火时期 燃烧期间)}/nexpanexpa是用于调整将从燃烧结束时期到气阀打开时期之间分成几次计算的参数。
[0113]
若设定膨胀冲程中的δθ，则发动机状态推定部32计算膨胀冲程中的气体的变化和到壁面的能量传递量(步骤s42)。在步骤s42的处理中，发动机状态推定部32使用上述数学式11到数学式18、数学式22、数学式23来计算。另外，在数学式11中，将由于燃烧产生的发热量dqhr设定为0来计算。
[0114]
接下来，发动机状态推定部32判断曲柄角度θ是否小于排气阀的打开时期，即，曲柄角度θ是否位于排气阀的打开时期的提前角侧(步骤s43)。在步骤s43的处理中判断曲柄角度θ小于排气阀的打开时期的情况下(步骤s43中的判定为“是”)，发动机状态推定部32将δθ加到曲柄角度θ(步骤s44)，返回到步骤s42的处理。这里，相加的δθ是在步骤s41中计算出的δθ。
[0115]
与此相对，在步骤s43的处理中判定曲柄角度θ大于排气阀的打开时期的情况下(步骤s43中的判定为“否”)，发动机状态推定部32结束动作。
[0116]
由此，在图8所示的动作例中，使用内燃机100的数理模型来预测气缸14内的燃烧状态，并计算到壁面的能量传递量。由此，能计算出考虑了根据各种参数而变化的燃烧状态的到壁面的能量传递量。其结果，能计算到壁面的能量传递量，而无需预先制作用于计算到壁面的能量传递量的映射。此外，即使在内燃机100的运转条件或动作状况偏离映射中假设的运转条件或动作状况的情况下，也能提高壁面温度的推定精度，能缩短模型拟合时间。
[0117]
此外，能计算在图8所示的动作例中计算出的能量传递量qcl、内燃机100的功weng、从投入能量efuel流向排气的能量(排气能量)qex。例如，根据下述数学式28计算排气能量qex。【数学式28】
qex＝efuel-qcl-weng
[0118]
因此，能在预测内燃机100内的燃烧状态的基础上，还计算排气能量qex。其结果，不需要用于检测排气能量qex的传感器，能减少部件数量。
[0119]
此外，冷却水的温度中，流入发动机缸体的入口温度和从发动机缸体排出的出口温度存在分布。在假设以上述结构推定多个气缸14中的作为基准的气缸14的壁面温度的情况下，为了单独推定多个气缸14的壁面温度，计算负荷增加。
[0120]
为了减轻计算负荷，例如，可以检测冷却水的入口温度和出口温度，并基于这些信息校正推定值。例如，假设冷却水从配置在多个气缸14中最靠近冷却水入口的第一个气缸14流到最靠近冷却水出口的第四个气缸14的情况。而且，在推定第三个气缸14的水温时，可以使用下述的数学式29推定各个气缸14的壁面温度。【数学式29】tw_i_j＝tw_i
×
{1 c
×
(tc_out-tc_in)/4
×
(j-3)}
[0121]
数学式29中的j是气缸14的编号，在四气缸发动机的情况下，例如设定为1、2、3、4。c是用于匹配各个气缸14的壁面温度的推定值的常数，并且例如被设定为小于1的值。由此，能通过推定多个气缸14中的一个气缸14的壁面温度而不推定多个气缸的内燃机100的壁面温度，来推定各个气缸14的壁面温度。其结果，能降低用于计算多个气缸14的壁面温度的负载。
[0122]
1-7.操作量计算部的动作例接着，对操作量计算部36的动作例进行说明。操作量计算部36基于由壁面温度推定部34计算出的壁面温度、由冷却水温度推定部35计算出的缸体内冷却水温度，计算操作燃烧能量的分配的各种致动器的操作量，并输出。
[0123]
这里，对燃烧能量的分配进行操作是指对投入的能量被分配的输出、向壁面的热传递量、对于作为废气排出的量等的分配率进行操作。例如，如果是汽油发动机，则通过点火时期、燃料喷射时期、喷油来操作活塞冷却量，通过冷却水量的流量、温度来操作分配率。作为本示例中的由操作量计算部36计算操作量并输出的各种致动器，例如可举出作为点火装置的火花塞17和点火线圈16、燃料喷射装置13、喷油系统110等润滑油装置、水泵等冷却水装置。
[0124]
点火装置的操作量是对于点火线圈16的通电时期和通电时间。燃料喷射装置13的操作量是燃料喷射装置13的开阀时期、闭阀时期、或者设置在高压燃料泵中的用于调整压力的阀的打开关闭操作。另外，喷油系统110的操作量是油泵的输出，冷却装置的操作量是冷却水的流量和进入发动机缸体的冷却水的温度。
[0125]
此外，如上所述，壁面温度推定模块31考虑根据运转条件、燃烧的化学条件、动作状况而变化的内燃机100的动作状况，来推定壁面温度的时间变化。由此，操作量计算部36能根据推定出的壁面温度有效地设定投入燃烧用的能量的分配量。
[0126]
接着，参照图9说明操作量计算部36中的各种致动器的操作量的计算以及输出动作例。图9是示出操作量计算部36的动作例的流程图。在以下所示的例子中，如上所述，说明作为壁面要素分割为活塞、头部、衬套的例子。另外，壁面温度是通过上述壁面温度推
定模块31推定的，可以是各要素的平均温度，也可以假设各要素的特定场所。另外，作为壁面要素不限于活塞、头部、衬套，还可以包括阀等其他各种场所的壁面要素。
[0127]
如图9所示，首先，操作量计算部36判定活塞温度是否大于预先设定的冷却判定基准值(步骤s51)。冷却判断基准值是用于判定喷油系统110中是否实施冷却活塞的基准值，并且预先通过实验等设定。作为冷却判断基准值，例如，使用在内燃机100达到暖机条件的条件下在特定运转条件下运转，并达到稳定状态时的活塞温度。
[0128]
在步骤s51的处理中判断为活塞温度大于冷却判断值的情况下(步骤s51中的判定为“是”)，操作量计算部36通过喷油系统110实施喷油(步骤s52)。在步骤s52的处理中，操作量计算部36不仅设定喷油系统110的操作量，还设定燃料喷射的操作量。
[0129]
另外，在步骤s52的处理中，操作量计算部36判断为活塞处于与暖机状态相同的状态。因此，操作量计算部36使用在暖机条件映射中适合作为喷油系统110的操作量和燃料喷射的操作量的喷射时期和燃料压力的设定值。具体地说，在存在用于控制有无朝向活塞喷油的阀的情况下，操作喷油系统110使得打开阀并向活塞喷射油。或者，将油的压力增加到规定值，朝向活塞喷射的油的量达到适合值。
[0130]
若步骤s52的处理结束，则操作量计算部36转移到后述的步骤s54的处理。
[0131]
与之相对，在步骤s51的处理中判断为活塞温度小于冷却判定基准值的情况下(步骤s51的判定为“否”)，操作量计算部36判断活塞处于冷机条件，转移到步骤s53的处理。在步骤s53的处理中，操作量计算部36通过喷油系统110停止喷油，并且将作为燃料喷射的操作量的喷射量和喷射时期变更为低壁温设定的设定值。低壁温设定的设定值是不同于在暖机条件下适合的值的值。
[0132]
具体来说，在有控制有无朝向活塞喷油的阀时，关闭阀，停止朝向活塞喷射油。或者，通过将油的压力设定为比暖机条件的适合值抑制得更低的压力，从而减少朝向活塞喷射的油量。由此，能减少从活塞流向油的能量，从而能抑制活塞温度的下降。
[0133]
此外，将作为燃料喷射的操作量的喷射时期设定为比暖机条件映射中设定的值更早。此外，将作为燃料喷射的操作量的喷射压力设定为比暖机条件映射中设定的值更大。由此，能抑制附着在活塞上的燃料，减少从活塞流向燃料的能量，从而能抑制活塞温度的下降。
[0134]
若步骤s53的处理结束，则操作量计算部36转移到后述的步骤s56的处理。
[0135]
在步骤s54的处理中，操作量计算部36判定活塞温度是否小于高温判定基准值1。高温判定基准值1是用于判断活塞温度是否为高温并且是否达到引起异常燃烧等内燃机100的异常的温度的基准值。高温判定基准值1设定为大于冷却判定基准值的值。高温判定基准值1与冷却判定基准值相同，预先通过实验等设定。高温判定基准值1尤其优选为设定在发生异常燃烧这样的内燃机100的输出较大的条件下。
[0136]
在步骤s54的处理中判断为活塞温度小于高温判定基准值1的情况下(步骤s54中的判定为“是”)，操作量计算部36转移到后述的步骤s56的处理。
[0137]
与之相对地，在步骤s54的处理中判断为活塞温度大于高温判定基准值1的情况下(步骤s54中的判定为“否”)，操作量计算部36判断为活塞温度较高，并且可能导致异常燃烧。然后，操作量计算部36为了增加从活塞到油的能量传递量实施增加喷油的量的操作(步骤s55)。
[0138]
具体地说，将油的压力设定为大于在步骤s52的处理中设定的且符合暖机条件映射的设定值的值，并且设定为增加朝向活塞喷射的油的量。由此，能增加从活塞到油的能量传递量，能降低活塞温度。若步骤s55的处理结束，则操作量计算部36转移到步骤s56的处理。
[0139]
在步骤s56的处理中，操作量计算部36判定头部温度是否小于高温判定基准值2。高温判定基准值2是用于判断头部温度是否为高温并且是否达到引起异常燃烧等内燃机100的异常的温度的基准值。高温判定基准值2与冷却判定基准值、高温判定基准值1同样地，预先通过实验等设定。而且，高温判定基准值2尤其优选为设定在发生异常燃烧这样的内燃机100的输出较大的条件下。
[0140]
在步骤s56的处理中，判断为头部温度小于高温判定基准值2的情况下(步骤s56中的判定为“是”)，操作量计算部36转移到后述的步骤s58的处理。与之相对地，在步骤s56的处理中判断为头部温度大于高温判定基准值2的情况下(步骤s56中的判定为“否”)，操作量计算部36判断为头部温度较高，并且可能导致异常燃烧。
[0141]
然后，为了增加从头部到冷却水的能量传递量，操作量计算部36实施增加冷却水流量和降低冷却水温度的操作(步骤s57)。具体地说，增加为了使冷却水循环而设置的泵的转速，或者通过增加流向用于实施外部空气和冷却水的能量交换的散热器的冷却水流量，从而减少散热器的出口的冷却水量。由此，能增加从壁面到冷却水的能量传递量，能降低头部温度。
[0142]
若步骤s57的处理结束，则一个周期中的操作量计算部36的动作完成。
[0143]
另外，在步骤s58的处理中，操作量计算部36判断衬套温度是否小于暖机判定基准值。暖机判定基准值是用于判断衬套温度是否达到暖机状态的基准值。暖机判定基准值也与冷却判定基准值、高温判定基准值1、高温判定基准值2同样，预先通过实验等设定。暖机判定基准值使用例如，在内燃机100达到暖机条件的条件下以特定的运转条件运转，并且达到稳定状态时的衬套温度。
[0144]
在步骤s58的处理中判断衬套温度小于暖机判定基准值的情况下(步骤s58中的判定为“是”)，操作量计算部36判断为衬套温度处于冷机状态。然后，为了减少从发动机缸体到冷却水的能量传递量，操作量计算部36进行减少流向发动机缸体的冷却水流量的操作(步骤s59)。例如，减少用于使冷却水循环的泵的转速，或关闭用于调整流向发动机缸体的冷却水的阀。由此，能减少流向发动机缸体的冷却水流量。
[0145]
与之相对地，在步骤s58的处理中判断为衬套温度大于暖机判定基准值的情况下(步骤s58中的判定为“否”)，操作量计算部36判断内燃机100被暖机并且达到适当的温度。因此，操作量计算部36设定冷却水流量，使得成为在暖机条件下适合的冷却水流量和温度的设定(步骤s60)。例如，调整流向用于调整冷却水流量的泵或散热器的冷却水流量。
[0146]
由此，在一个周期中的操作量计算部36的动作完成。
[0147]
图10是示出基于上述的图9所示的操作量计算部36的动作例的各种致动器的操作例的时序图。图10中的时刻t1表示活塞温度达到冷却判定基准值的时刻，时刻t2表示衬套温度达到暖机判定基准值的时刻。此外，时刻t3表示活塞温度达到高温判定基准值1的时刻，时刻t4表示头部温度达到高温判定基准值2的时刻。
[0148]
如图10所示，若在时刻t1活塞温度达到冷却判定基准值，则喷油的量变为比暖机条件进一步减少的状态或暖机条件下的喷油的量。图10中的虚线表示目标值，实线表示实际的响应。而且，随着活塞温度的上升，喷油的量会向增加方向变化。
[0149]
此外，燃料喷射时期从低壁温设定变更为暖机条件的设定值。在冷机条件下，从确保燃料汽化的时间的观点出发，与暖机条件相比，有时燃料喷射时期会提前。由此，能使活塞温度缓慢上升。
[0150]
在时刻t2，若衬套温度达到暖机判定基准值，则操作量计算部36判断为衬套温度达到足够的值。因此，冷却水流量增加，衬套温度的上升变得缓慢。
[0151]
此外，若在时刻t3活塞温度达到高温判定基准值1，则操作量计算部36判断异常燃烧的发生概率升高。因此，为了降低活塞温度，增加喷油的量。此外，在通过附着在活塞上的燃料从活塞吸收热有效的情况下，使燃烧喷射时期提前，增加燃料附着到活塞上的附着量。由此，当附着在活塞上的燃料汽化时，能从活塞带走能量。其结果，如图10所示，能使活塞温度从高温判定基准值1降低。
[0152]
此外，在时刻t4，若头部温度达到高温判定基准值2，则操作量计算部36操作相关联的各种致动器，使得增加冷却水流量，降低冷却水温度。随着流向发动机缸体的冷却水流量的增加和冷却水温度的降低，能增加冷却水从发动机缸体带走的热量。其结果，如图10所示，能使头部温度从高温判定基准值2降低。
[0153]
由此，根据本示例的内燃机控制装置20，能在壁面温度推定模块31中推定多个壁面要素的壁面温度，因此能推定在内燃机100内每个要素的壁面温度。由此，能够基于多个壁面要素的壁面温度，通过操作量计算部36适当地计算并输出各种致动器的操作量。其结果，能根据各个壁面要素的壁面温度来操作流向壁面、喷油系统110的油、冷却水、燃料的能量分配量。
[0154]
2.实施方式例2接下来，参照图11至图15说明实施方式例2所涉及的内燃机控制装置。图11是示出实施方式例2的由内燃机控制装置执行的控制概要的控制框图。
[0155]
如图11所示，实施方式例2的内燃机控制装置包括壁面温度推定模块1001、爆震判定模块1002、操作量计算部1003。由于壁面温度推定模块1001具有与实施方式例1的壁面温度推定模块31相同的结构，因此省略其说明。
[0156]
爆震判定模块1002从设置在内燃机100中的爆震传感器接收信号。然后，爆震判定模块1002基于从爆震传感器接收到的信号输出有无发生爆震(爆震判定结果)。此外，爆震判定模块1002将爆震判定结果输出到操作量计算部1003。操作量计算部1003基于从爆震判定模块1002输入的爆震判定结果、从壁面温度推定模块1001输入的壁面温度、以及缸体内冷却水温度来计算各种致动器的操作量。
[0157]
图12是示出实施方式例2的内燃机控制装置中的操作量计算部1003和爆震判定模块1002的动作的一个示例的流程图。如图12所示，首先，操作量计算部1003基于从爆震判定模块1002输出的爆震判定结果，判断是否发生爆震(步骤s71)。作为爆震的判定方法，例如，使用爆震传感器信号的强度、振幅的最大值等来判定有无爆震。
[0158]
在步骤s71的处理中判断为没有发生爆震的情况下(步骤s71的判定为“否”)，操作
量计算部1003进行通常的操作(步骤s73)。作为步骤s73中的通常操作，例如，如上述图9所示，操作致动器使得操作与各种温度对应的能量传递量。
[0159]
如果在步骤s71的处理中判断为有发生爆震的情况下(步骤s71中的判定为“是”)，操作量计算部1003判断活塞温度和头部温度的大小(步骤s72)。具体地，操作量计算部1003将活塞温度与头部温度和校正值之和进行比较，判断活塞温度是否较大。
[0160]
这里，校正值是用于校正活塞温度和头部温度对异常燃烧的影响度的差异的系数。例如，在内燃机100处于稳定状态时，可以使用活塞温度和头部温度的差分作为校正值。
[0161]
在步骤s72的处理中判断为活塞温度大于头部温度和校正值之和的情况下(步骤s72中的判定为“是”)，操作量计算部1003推定为活塞温度是爆震因素(步骤s74)。这里，活塞温度为爆震因素的情况下，可以认为是由于从温度高的活塞向活塞周围气体的热传递量较多导致发生爆震。
[0162]
接下来，为了增加从活塞到油的能量传递量和从活塞到燃料的能量传递量，操作量计算部1003实施用于增加喷油的量的操作和用于增加燃料附着到活塞的附着量的操作(步骤s75)。具体来说，为了增加喷油的量，增加油泵的输出，增加油的压力。此外，为了增加燃料附着量，使燃料喷射时期提前并设定为进气冲程的初始值。由此，能增加从活塞到油、燃料的能量传递量。其结果，能降低作为爆震因素的活塞温度，抑制爆震，并且能增加内燃机100的效率。
[0163]
在步骤s72的处理中判断为活塞温度小于头部温度和校正值之和的情况下(步骤s72中的判定为“否”)，操作量计算部1003推定为头部温度是爆震因素(步骤s76)。这里，活塞温度为爆震因素的情况下，可以认为是由于从温度高的头部向头部周围气体的热传递量较多导致发生爆震。
[0164]
接下来，为了增加从头部到冷却水的能量传递量，操作量计算部1003实施增加冷却水流量并进一步降低冷却水温度的操作(步骤s77)。具体来说，为了增加冷却水流量，增加用于使冷却水循环的泵的输出。另外，为了降低冷却水温度，设定成进行增加流过散热器的冷却水的流量，并且增加从冷却水到外部空气的能量传递量的操作。因此，能增加从头部到冷却水的能量传递量。其结果，能降低作为爆震因素的头部温度，抑制爆震，并且能增加内燃机100的效率。
[0165]
图13是示出基于上述的图12所示的操作量计算部1003的动作例的各种致动器的操作例的时序图。图13中的时刻t1表示头部温度与校正值之和小于活塞温度的条件下发生爆震的时刻。并且，时刻t2表示头部温度与校正值之和大于活塞温度的条件下发生爆震的时刻。
[0166]
如图13所示，若检测到在时刻t1发生了爆震，则操作量计算部1003根据活塞温度与头部温度之间的关系操作致动器以降低活塞温度。在实施方式例2中，为了增加油对活塞的冷却量，进行增加喷油的量的操作。此外，为了增加附着在活塞上的燃料从活塞带走能量的量，使喷射时期提前，以增加燃料的附着量。通过对这些致动器的操作，能降低活塞温度，能抑制由于活塞温度引发的爆震的发生。
[0167]
若检测到在时刻t2发生了爆震，则操作量计算部1003根据活塞温度与头部温度之间的关系，操作致动器以降低头部温度。在实施方式例2中，进行降低在发动机中循环的冷却水温度的操作。此外，实施用于增加流向发动机缸体的冷却水流量的操作。通过对这些致
动器的操作，能降低头部温度，能抑制由于头部温度引发的爆震的发生。
[0168]
根据该实施方式例2的内燃机控制装置，能根据有无发生爆震的结果、各个壁面要素的壁面温度的推定值来确定爆震因素。通过根据确定的爆震因素操作喷油系统110的喷油、燃料喷射、冷却水，能抑制爆震的发生。另外，通过根据爆震因素操作致动器，能将壁面被冷却而导致的从气体到壁面的能量传递量增加所带来的损耗抑制在最低限度。由此，能提高在发生爆震的条件附近的内燃机100的效率。
[0169]
接下来，参照图14说明实施方式例2的内燃机控制装置中的操作量计算部1003和爆震判定模块1002的动作的另一示例。图14是示出实施方式例2的内燃机控制装置中的操作量计算部1003和爆震判定模块1002的动作的另一个示例的流程图。
[0170]
如图14所示，首先，操作量计算部1003基于从爆震判定模块1002输出的爆震判定结果，判断是否发生了爆震(步骤s81)。在步骤s81的处理中判断为没有发生爆震的情况下(步骤s71的判定为“否”)，操作量计算部1003进行通常的操作(步骤s82)。作为步骤s82中的通常操作，例如，如上述图9所示，操作致动器使得操作与各种温度对应的能量传递量。
[0171]
此外，在步骤s81的处理中判断为有发生爆震(步骤s81中的判定为“是”)，操作量计算部1003根据各个气缸(气筒)14的壁面温度设定点火时期的校正量(步骤s83)。通常，在发生了爆震后时，与爆震发生时相比，使点火时期延迟一次，然后，使点火时期逐渐提前。在图14所示的示例中，关于发生爆震之后的点火时期的提前角量，设定为使得壁面温度越高的气缸14在点火时期的提前角量越小。
[0172]
接下来，操作量计算部1003判断发生了爆震的气缸(气筒)14是否是壁面温度最高的气缸(气筒)(步骤s84)。在步骤s84的处理中判断为发生了爆震的气缸不是壁面温度最高的气缸的情况下(步骤s84中的判定为“否”)，操作量计算部1003结束处理。
[0173]
在步骤s84的处理中判断为发生了爆震的气缸是壁面温度最高的气缸的情况下(步骤s84中的判定为“是”)，操作量计算部1003判断壁面温度高是爆震的发生原因。然后，操作量计算部1003判断为需要冷却具有最高壁面温度的气缸的壁面，并实施用于增加流过发动机缸体的冷却水流量、降低流入发动机缸体的冷却水的温度的操作(步骤s85)。由此，操作量计算部1003的处理完成。
[0174]
图15是示出基于上述的图14所示的操作量计算部1003的动作例的各种致动器的操作例的时序图。图15中的时刻t1表示在壁面温度最高的第四个气缸中判定了爆震发生的时刻。若在时刻t1检测到第四个气缸发生爆震，则操作量计算部1003根据各个气缸的壁面温度的状态设定每个气缸的点火延迟角量。在图15所示的示例中，第四个气缸被设定为具有最大的延迟角量，并且第一个气缸和第二个气缸不实施点火延迟。然后，设定成按照第四个气缸和第三个气缸的顺序使延迟角量变小。
[0175]
此外，由于第四个气缸的壁面温度最高，发生爆震，因此进行降低流入发动机缸体的冷却水温度的操作以及增加流向发动机缸体的冷却水流量的操作。图15中的冷却水流量和冷却水温度的虚线表示目标值，实线表示实际的响应。其结果，当使点火时期的延迟角量增大时，能使第四个气缸的壁面温度降低。
[0176]
而且，通过点火时期的提前角的推进，能降低各气缸的壁面温度。此外，当点火时
期成为与爆震发生时同等的设定时，能使内燃机100动作而不会发生爆震。
[0177]
这样，根据不同气缸的壁面温度的推定值，通过爆震发生时的点火时期的操作和冷却水的操作，能判定引起爆震的因素是根据气缸而不同的壁面温度，并进行操作。其结果，能减少每个气缸产生的损耗，并能抑制冷却水温度和流量的过度操作。
[0178]
3.实施方式例3接下来，参照图16至图18说明实施方式例3所涉及的内燃机控制装置。图16是示出实施方式例3的由内燃机控制装置执行的控制概要的控制框图。
[0179]
如图16所示，实施方式例3的内燃机控制装置包括壁面温度推定模块1201、能量分配率计算部1202、操作量计算部1203。由于壁面温度推定模块1201具有与实施方式例1的壁面温度推定模块31相同的结构，因此省略其说明。
[0180]
能量分配率计算部1202从内燃机100接收制热能量的要求信息和催化剂温度信息。然后，能量分配率计算部1202基于接收到的信息计算流向输出、冷却水、排气的能量的分配率。此外，能量分配率计算部1202计算用于实现计算出的能量分配率的各种致动器的操作量。然后，能量分配率计算部1202将计算出的操作量输出到操作量计算部1203，操作量计算部1203基于从能量分配率计算部输出的操作量、从壁面温度推定模块1001输入的壁面温度、缸体内冷却水温度来计算各种致动器的操作量。
[0181]
图17是示出实施方式例3的内燃机控制装置的操作量计算部的动作的流程图。如图17所示，操作量计算部1203判断由能量分配率计算部1202设定的点火时期是否设定在比在通常制热条件下适合的点火时期更靠近提前角侧(步骤s91)。即，判断是否存在制热能量要求，并且为了增加流到冷却水的能量传递量而设定为使点火时期的提前角推进。
[0182]
在步骤s91的处理中判断为点火时期与在通常的暖机条件下适合的点火时期相同，或者点火时期被设定在延迟角侧(步骤s91中的判定为“否”)，操作量计算部1203执行通常的操作(步骤s100)。也就是说，操作量计算部1203判断为能量分配率计算部1202中没有要求进行特别的能量分配。作为通常的操作，例如，如上述图9所示，操作量计算部1203操作致动器使得操作与各种温度对应的能量传递量。
[0183]
与之相对地，在步骤s91的处理中判断为点火时期设定比在通常的暖机条件下适合的点火时期更靠提前角侧的情况下(步骤s91中的判定为“是”)，操作量计算部1203转移到步骤s92的处理。
[0184]
在步骤s92的处理中，操作量计算部1203判定头部温度是否大于提前角允许基准1。提前角允许基准1是用于判定是否能够使点火提前而不会因从头部向气体传递能量而导致发生异常燃烧(爆震)的基准值，并且预先通过实验等设定。提前角允许基准1例如设定为在内燃机100的高输出条件下测量到的头部温度。
[0185]
在步骤s92的处理中判断为头部温度大于提前角允许基准1的情况下(步骤s92中的判定为“是”)，操作量计算部1203判断为处于头部温度较高并且从头部到气体的能量传递量较大的状态。此外，操作量计算部1203判断为由于提前角导致的从头部到气体的能量传递量增加，使得发生异常燃烧。
[0186]
因此，操作量计算部1203通过增加从头部到冷却水的能量传递量并降低头部温度来减少从头部到气体的能量传递量(步骤s93)。也就是说，在步骤s93的处理中，操作量计算
部1203实施用于增加冷却水流量并降低冷却水温度的操作。具体来说，为了增加冷却水流量，增加用于使冷却水循环的泵的输出。另外，为了降低冷却水温度，设定成进行增加流过散热器的冷却水的流量、并且增加从冷却水到外部空气的能量传递量的操作。若步骤s93的处理结束，则转移到后述的步骤s94的处理。
[0187]
另外，在步骤s92的处理中判断为头部温度小于提前角允许基准1的情况下(步骤s92中的判定为“否”)，操作量计算部1203判断为处于由于提前角导致从头部到气体的能量传递量增加所带来的异常燃烧不会发生的状态。即，操作量计算部1203实施通常的冷却水的操作(步骤s95)。在步骤s95的处理中，操作量计算部1203实施相当于图9所示的步骤s60的处理。然后，操作量计算部1203转移到后述的步骤s96中的处理。
[0188]
在步骤s94的处理中，操作量计算部1203判定活塞温度是否大于提前角允许基准2。提前角允许基准2是用于判定是否能够使点火提前而不会因从活塞向气体传递能量而导致发生异常燃烧(爆震)的基准值，并且预先通过实验等设定。提前角允许基准2例如设定为在内燃机100的高输出条件下测量到的活塞温度。
[0189]
此外，在步骤s96的处理中，操作量计算部1203与步骤s94的处理同样地，判定活塞温度是否大于提前角允许基准2。在步骤s94的处理中判断为活塞温度大于提前角允许基准2的情况下(步骤s94中的判定为“是”)，操作量计算部1203转移到后述的步骤s98的处理。在步骤s94的处理中判断为活塞温度小于提前角允许基准2的情况下(步骤s94中的判定为“否”)，操作量计算部1203转移到后述的步骤s97的处理。
[0190]
此外，在步骤s96的处理中，操作量计算部1203与步骤s94的处理同样地，判定活塞温度是否大于提前角允许基准2。在步骤s96的处理中判断为活塞温度大于提前角允许基准2的情况下(步骤s96中的判定为“是”)，操作量计算部1203转移到后述的步骤s98的处理。在步骤s96的处理中判断为活塞温度小于提前角允许基准2的情况下(步骤s96中的判定为“否”)，操作量计算部1203转移到后述的步骤s99的处理。
[0191]
在转移到步骤s97的处理的情况下，操作量计算部1203判断为处于由于提前角引起的从活塞到气体的能量传递量增加所带来的异常燃烧不会发生的状态。然后，操作量计算部1203执行通常的喷油操作。在步骤s97的处理中，操作量计算部1203实施相当于图9所示的步骤s52的处理。由此，操作量计算部1203的动作完成。
[0192]
另外，在转移到步骤s98的处理的情况下，操作量计算部1203判断为处于活塞温度较高并且从活塞到气体的能量传递量较大的状态。此外，操作量计算部1203判断为由于提前角导致的从活塞到气体的能量传递量增加，使得发生异常燃烧。因此，操作量计算部1203通过增加从活塞到油或燃料的能量传递量并降低活塞的温度，从而减少从活塞到气体的能量传递量。
[0193]
即，在步骤s98的处理中，操作量计算部1203实施用于增加喷油的量的操作和用于增加对于活塞的燃料附着量的操作。具体来说，为了增加喷油的量，增加油泵的输出，并且增加油的压力。此外，为了增加对于活塞的燃料附着量，将燃料喷射时期设定在进气冲程的初期。由此，操作量计算部1203的动作完成。
[0194]
在转移到步骤s99的处理的情况下，与步骤s97的处理同样地，操作量计算部1203判断为处于由于提前角引起的从活塞到气体的能量传递量增加所带来的异常燃烧不会发生的状态。然后，与步骤s97的处理同样地，实施通常的喷油操作。另外，在步骤s99的处理
中，将点火时期设定为由能量分配率计算部1202设定的点火时期。由此，操作量计算部1203的动作完成。
[0195]
图18是示出基于上述的图17所示的操作量计算部1203的动作例的各种致动器的操作例的时序图。图18中的时刻t1的状态示出了有来自能量分配率计算部1202的点火提前角要求，头部温度大于提前角允许基准1，活塞温度大于提前角允许基准2的状态。时刻t2的状态示出了有来自能量分配率计算部1202的点火提前角要求，头部温度小于提前角允许基准1，并且活塞温度大于提前角允许基准2的状态。
[0196]
在时刻t1，由于头部温度大于提前角允许基准1，并且活塞温度大于提前角允许基准2，因此为了满足点火提前角要求而实施降低各个壁面温度的动作。具体来说，为了降低头部温度，通过增加冷却水流量并且增加流过散热器的冷却水的流量来降低冷却水温度。此外，为了增加油对活塞的冷却量，而进行增加喷油的量的操作。此外，为了增加附着在活塞上的燃料从活塞带走能量的量，使喷射时期提前角化，以增加燃料的附着量。
[0197]
由此，在时刻t1之后，能使头部温度小于提前角允许基准1，并且还能使活塞温度小于提前角允许基准2。其结果，能进行满足来自能量分配率计算部1202的点火提前角要求的点火时期的控制。
[0198]
此外，在时刻t2，由于头部温度小于提前角允许基准1，并且活塞温度大于提前角允许基准2，因此为了满足点火提前角要求，而执行降低活塞温度的动作。具体地说，如上所述，为了增加油对活塞的冷却量，而进行增加喷油的量的操作。此外，为了增加附着在活塞上的燃料从活塞带走能量的量，使喷射时期提前角化，以增加燃料的附着量。
[0199]
由此，在时刻t2之后，能使头部温度小于提前角允许基准1，并且还能使活塞温度小于提前角允许基准2。其结果，能进行满足来自能量分配率计算部1202的点火提前角要求的点火时期的控制。
[0200]
由此，根据实施方式例3的内燃机控制装置，通过对作为壁面要素的活塞和头部分别设置允许基准值，并且推定各个壁面温度，从而能够在适当的时期采取适当的手段。
[0201]
此外，根据壁面温度的状态，设定各种致动器的操作量，从而实现作为目标的点火时期的控制。由此，能抑制不必要的喷油和冷却水流量的增加所产生的损耗，在根据制热要求等操作点火时期的情况下，能设定作为目标的点火时期。其结果，能提高内燃机100的动作效率。
[0202]
另外，并不限于上述的且附图中示出的实施方式，在不脱离权利要求的范围所记载的发明的主旨的范围内，可进行各种变形实施。
[0203]
例如，也可以组合上述实施方式例2的结构和实施方式例3的结构。即，内燃机控制装置中不仅设置有壁面温度推定模块、操作量计算部，还设置有实施方式例2的爆震判定模块和实施方式例3的能量分配率计算部。由此，不仅能进行爆震判定，还能同时进行根据制热要求等的点火时期的操作。标号说明
[0204]
13
…
燃料喷射装置、14
…
气缸(气筒)、15
…
排气管、16
…
点火线圈、19
…
曲柄角度传感器、20
…
内燃机控制装置、31
…
壁面温度推定模块、32
…
发动机状态推定部、33
…
冷却水能量流量推定部、34
…
壁面温度推定部、35
…
冷却水温度推定部、36
…
操作量计算部、
100
…
内燃机、110
…
喷油系统。