WO2024252969A1 - 内燃機関制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関制御装置及び内燃機関の制御方法 Download PDF

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combustion engine
knock
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好彦 赤城
一浩 押領司
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    • F02D2200/0611—Fuel type, fuel composition or fuel quality
    • F02D2200/0612—Fuel type, fuel composition or fuel quality determined by estimation

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine control device and a method for controlling an internal combustion engine.
  • an internal combustion engine installed in a vehicle operates according to the amount of operation of various actuators that are adapted to specific environmental conditions such as temperature, humidity, and air pressure.
  • various actuators that are adapted to specific environmental conditions such as temperature, humidity, and air pressure.
  • the vehicle may be driven under conditions that are different from the environmental conditions and operating conditions of the internal combustion engine assumed at the time of adaptation.
  • These environmental conditions are detected using various sensors, and the amount of operation is corrected according to the detected conditions.
  • the piston temperature of an internal combustion engine is a condition that affects the performance of the engine.
  • the piston temperature is a physical quantity related to the amount of operation of an actuator that affects fuel economy and exhaust performance. For example, when the piston temperature is high, the gas near the piston is heated, making abnormal combustion (knocking) more likely to occur. On the other hand, when the piston temperature is low, the fuel adhering to the piston is more likely to remain liquid, which can lead to the generation of unburned hydrocarbons and soot, which can worsen exhaust performance. Therefore, in order to operate the various actuators installed in the internal combustion engine, it is necessary to improve the accuracy of estimating the piston temperature.
  • Patent Document 1 describes an internal combustion engine control device that includes an engine state estimation unit, a wall surface temperature estimation unit, and an operation amount calculation unit.
  • the engine state estimation unit calculates the amount of energy transmitted from the gas to the wall surface based on parameters related to the operating conditions, parameters related to the chemical conditions of combustion, and parameters related to the operating situation.
  • the wall surface temperature estimation unit estimates the wall surface temperature based on the amount of energy transmitted from the gas to the wall surface.
  • the operation amount calculation unit then calculates the operation amount of the actuator provided in the internal combustion engine based on the wall surface temperature estimated by the wall surface temperature estimation unit.
  • the piston temperature is estimated by integrating the amount of energy transmitted from the gas in the internal combustion engine to the piston over time. Also, during the time integration, an error included in the amount of energy transmitted from the gas in the internal combustion engine to the piston accumulates. Therefore, the technique described in Patent Document 1 has a problem in that the accuracy of estimating the piston temperature decreases over time.
  • the objective of this invention is to provide an internal combustion engine control device and an internal combustion engine control method that take into consideration the above problems and can prevent a decrease in the accuracy of estimating the piston temperature.
  • the internal combustion engine control device includes a piston temperature estimation unit, a temperature correction determination unit, a temperature correction unit, and a target quantity calculation unit.
  • the piston temperature estimation unit estimates the piston temperature of the internal combustion engine based on a sensor output from a sensor provided in the internal combustion engine, an actuator operation amount, and an internal combustion engine state quantity.
  • the temperature correction determination unit determines whether it is a correction timing to correct the piston estimated temperature estimated by the piston temperature estimation unit based on the sensor output, the actuator operation amount, and the internal combustion engine state quantity.
  • the temperature correction unit corrects the piston estimated temperature estimated by the piston temperature estimation unit to a predetermined temperature at the correction timing determined by the temperature correction determination unit.
  • the target quantity calculation unit calculates a control target quantity for the actuator of the internal combustion engine based on the piston estimated temperature estimated by the piston temperature estimation unit or the piston temperature corrected to the predetermined temperature by the temperature correction unit.
  • the control method for the internal combustion engine includes the following processes (1) to (4).
  • (1) A process in which a piston temperature estimation unit estimates a piston temperature of an internal combustion engine based on sensor outputs from sensors provided in the internal combustion engine, actuator operation amounts, and internal combustion engine state amounts.
  • (2) A process in which a temperature correction determination unit determines whether or not it is time to correct the estimated piston temperature estimated by the piston temperature estimator, based on the sensor output, the actuator operation amount, and the internal combustion engine state amount.
  • (3) A process in which the temperature correction unit corrects the estimated piston temperature estimated by the piston temperature estimating unit at the correction timing determined by the temperature correction determination unit to a predetermined temperature.
  • (4) A process in which a target amount calculation unit calculates a control target amount for an actuator of the internal combustion engine based on the piston estimated temperature estimated by the piston temperature estimation unit or the piston temperature corrected to a predetermined temperature by the temperature correction unit.
  • the internal combustion engine control device and the internal combustion engine control method configured as above can prevent the accuracy of estimating the piston temperature from decreasing.
  • 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine controlled by an internal combustion engine control device according to an embodiment
  • 1 is a block diagram showing a configuration of an internal combustion engine control device according to an embodiment
  • 4 is a flowchart showing a target ignition timing determination operation in the internal combustion engine control device according to the embodiment.
  • 4 is a flowchart showing an operation of determining a target oil jet flow rate in the internal combustion engine control device according to the embodiment.
  • 2 is a block diagram showing a configuration of a piston temperature/target amount calculation unit in the internal combustion engine control device according to the embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a piston temperature estimation unit in the internal combustion engine control device according to the embodiment;
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing time histories of an estimated piston temperature and an actual piston temperature when a positive error occurs in the amount of energy transmitted to the piston.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between piston temperature and knock intensity. 4 is a flowchart showing an operation of determining a correction timing for an estimated piston temperature in the internal combustion engine control device according to the embodiment;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between an oil jet flow rate and a knock intensity.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the oil jet flow rate and the ignition timing.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the temperature difference between the oil temperature and the water temperature and the cause of knocking.
  • 4 is a flowchart showing an operation of determining a temperature correction command and a temperature correction value in the internal combustion engine control device according to the embodiment.
  • 4 is a flowchart showing an operation of calculating an estimated piston temperature in the internal combustion engine control device according to the embodiment.
  • 4 is an explanatory diagram showing an example of a time history of knock determination, temperature correction determination, estimated piston temperature, and piston temperature estimation error due to the correction operation of the estimated piston temperature in the internal combustion engine control device according to the embodiment.
  • 11 is an explanatory diagram showing an example of changes in piston temperature during knock with respect to changes in the octane number of the fuel, the alcohol concentration in the fuel, the latent heat of vaporization of the fuel, the rotation speed of the internal combustion engine, the humidity of the intake air, and the EGR rate (the mass ratio of recirculated gas to the intake air).
  • 1 is an explanatory diagram showing an example of changes in piston temperature during knock with respect to changes in intake air amount, intake air pressure, intake air temperature, air-fuel ratio, compression ratio, and amount of deposits in the combustion chamber.
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the estimated piston temperature and the knock risk degree.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a method for determining an oil jet flow rate based on a knock risk degree, which is implemented by a target amount calculation unit in an internal combustion engine control device according to an embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing another example of a method for determining an oil jet flow rate based on a knock risk degree, which is implemented in a target amount calculation unit in an internal combustion engine control device according to an embodiment.
  • FIG. 21A and 21B are explanatory diagrams showing an example of a method for determining the ignition advance angular velocity based on the knock risk degree in the internal combustion engine control device according to the embodiment.
  • 4 is an explanatory diagram showing an example of time history of knock determination, target ignition timing, piston temperature, and knock risk degree.
  • Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine 100 shown in FIG. 1 is a spark-ignition type four-stroke gasoline internal combustion engine that repeats four strokes: an intake stroke, a compression stroke, a combustion (expansion) stroke, and an exhaust stroke. Furthermore, the internal combustion engine 100 is a multi-cylinder engine having, for example, four cylinders. Note that the number of cylinders that the internal combustion engine 100 has is not limited to four, and the internal combustion engine 100 may have six or eight or more cylinders. Alternatively, the number of cylinders that the internal combustion engine 100 has may be three or less. Furthermore, the number of cycles of the internal combustion engine 100 is not limited to four cycles.
  • the internal combustion engine 100 includes a cylinder head 24, a cylinder block 23, a piston 25, an intake valve 26, and an exhaust valve 27.
  • a combustion chamber is formed by the cylinder head 24, the cylinder block 23, the piston 25, the intake valve 26, and the exhaust valve 27.
  • An ignition plug and an ignition coil 22 are installed in the cylinder head 24.
  • the internal combustion engine 100 also includes an electronically controlled throttle valve 31, an intake port 32, an exhaust port 33, a catalytic converter 34, and a fuel injection device 35.
  • the internal combustion engine 100 also includes an air flow sensor 36, an air-fuel ratio sensor 37, a knock sensor 38, an oil temperature sensor 39, an oil pan 40, and a water temperature sensor 41.
  • the internal combustion engine 100 is controlled by an ECU (Engine Control Unit) 2.
  • Air for combustion is taken into the combustion chamber through an electronically controlled throttle valve 31 and an intake port 32. Then, the post-combustion gas (exhaust gas) discharged from the combustion chamber is discharged into the atmosphere through an exhaust port 33 and a catalytic converter 34. In addition, fuel is supplied into the intake port 32 by a fuel injection device 35.
  • the amount of air taken into the combustion chamber is measured by the ECU 2 reading the output of an airflow sensor 36 located upstream of the electronically controlled throttle valve 31.
  • a temperature sensor and a humidity sensor are also installed inside the airflow sensor 36.
  • the ECU 2 reads the output of the airflow sensor 36 to detect the temperature and humidity of the intake air.
  • the air-fuel ratio of the gas (exhaust gas) discharged from the combustion chamber is detected by the ECU 2 reading the output of an air-fuel ratio sensor 37 provided upstream of the catalytic converter 34.
  • a knock sensor 38 is provided in the cylinder block 23. The ECU 2 detects the knocking condition in the combustion chamber by reading the output of the knock sensor 38.
  • a water jacket 42 is provided inside the cylinder block 23, and the cylinder block 23 is cooled by cooling water flowing through the water jacket 42 by a cooling water pump (not shown). The heat of the cooling water is released into the atmosphere by a radiator (not shown).
  • a water temperature sensor 41 is provided in the water jacket 42. The ECU 2 reads the output of the water temperature sensor 41 to detect the temperature of the cooling water (water temperature).
  • An oil pan 40 that stores oil is provided under the cylinder block 23.
  • An oil temperature sensor 39 is provided in the oil pan 40.
  • the ECU 2 reads the output of the oil temperature sensor 39 to detect the oil temperature.
  • an oil jet 53 is attached to the cylinder block 23.
  • the oil jet 53 has the function of cooling the piston 25 by injecting oil toward the back side of the piston 25.
  • the flow rate of oil sprayed by the oil jet 53 (oil jet flow rate) varies depending on the oil discharge pressure of an oil pump (not shown) connected to the oil jet 53.
  • the flow rate of oil sprayed by the oil jet 53 varies depending on the opening of a valve mechanism (not shown) built into the oil jet 53.
  • the discharge pressure of the oil pump or the opening of the valve mechanism built into the oil jet 53 is changed by the operation signal value sent from the ECU 2.
  • the cylinder block 23 is provided with an oil supply passage (main gallery) 56 that supplies oil to the oil supply parts, including the oil jet 53.
  • the oil stored in the oil pan 40 provided at the bottom of the cylinder block 23 is pressurized by an oil pump (not shown).
  • the oil pressurized by the oil pump is then supplied via the oil supply passage 56 to the oil jet 53 as well as to lubrication parts, hydraulically operated equipment, etc.
  • the structure of the oil jet 53 can be, for example, a die-cast type, a brazed two-piece type, or a brazed one-piece type.
  • the oil jet 53 is fastened to the cylinder block 23 by a fixing bolt that has a built-in check ball.
  • the oil jet 53 is fixed to the cylinder block side by a general fixing bolt that does not have a built-in check ball.
  • the check ball supplies oil to the oil jet 53 when the oil pressure in the oil supply passage 56 exceeds the set load of the spring due to the spring.
  • the oil jet 53 is configured to spontaneously eject oil when the oil pressure of the oil supplied to the oil supply passage 56 of the internal combustion engine 100 exceeds a predetermined value.
  • the valve is a solenoid type, and the opening degree of the valve is adjusted to stop the oil jet or adjust the oil jet flow rate during injection.
  • the opening and closing timing of the intake valve 26 and exhaust valve 27 is adjusted by a variable valve timing mechanism (not shown).
  • the ECU 2 calculates the required torque based on the output signal of the accelerator opening sensor 62 . That is, the accelerator opening sensor 62 is used as a required torque detection sensor that detects the torque required for the internal combustion engine 100.
  • the ECU 2 also calculates the rotation speed of the internal combustion engine 100 based on the output signal of the crank angle sensor 10.
  • the ECU 2 then optimally calculates main operating quantities of the internal combustion engine 100, such as the air flow rate, fuel injection amount, ignition timing, fuel pressure, oil pressure, valve timing, etc., based on the operating conditions of the internal combustion engine 100 obtained from the outputs of various sensors.
  • the fuel injection amount calculated by the ECU 2 is converted into a valve opening pulse signal and output to the fuel injection device 35.
  • the ignition timing calculated by the ECU 2 is output to the ignition coil 22 as an ignition signal.
  • the throttle opening calculated by the ECU 2 is output to the electronically controlled throttle valve 31 as a throttle drive signal.
  • the internal combustion engine 100 may also be provided with an EGR (Exhaust Gas Recirculation) pipe (not shown) that connects the intake port (intake pipe) 32 and the exhaust port (exhaust pipe) 33.
  • This EGR pipe may return a portion of the exhaust gas passing through the exhaust port 33 to the intake port 32.
  • the ECU 2 adjusts the flow rate (EGR amount) of exhaust gas returned to the intake port 32 by manipulating the opening of a flow control valve provided in the EGR pipe based on the operating state of the internal combustion engine 100 obtained from the output of various sensors.
  • the internal combustion engine 100 may also be provided with a variable compression ratio mechanism (not shown).
  • the variable compression ratio mechanism is a mechanism that changes the compression ratio by adjusting the stroke amount of the piston 25.
  • the ECU 2 adjusts the compression ratio of the internal combustion engine 100 by operating the variable compression ratio mechanism (not shown) based on the operating state of the internal combustion engine 100 obtained from the output of various sensors.
  • Fuel for the internal combustion engine 100 may be liquid fuel such as gasoline, alcohol (ethanol, methanol), or synthetic fuel (eFuel), or gas fuel such as methane, propane, hydrogen, or ammonia, or a mixture of these.
  • liquid fuel such as gasoline, alcohol (ethanol, methanol), or synthetic fuel (eFuel)
  • gas fuel such as methane, propane, hydrogen, or ammonia, or a mixture of these.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the ECU 2.
  • the ECU 2 has an input circuit 3, an input/output port 4, a RAM (Random Access Memory) 5, a ROM (Read Only Memory) 6, and a CPU (Central Processing Unit) 7.
  • the ECU 2 also has an oil jet control unit 8, an ignition control unit 9, and a piston temperature/target amount calculation unit 11.
  • the input circuit 3 receives sensor output values from various sensors, such as the water temperature from a water temperature sensor 41, the intake air amount from an air flow sensor 36, and the knock intensity from a knock sensor 38.
  • the input circuit 3 performs signal processing such as noise removal on the input signal and sends the signal to the input/output port 4.
  • the value input to the input port of the input/output port 4 is stored in the RAM 5.
  • ROM 6 stores a control program describing the contents of the various calculation processes executed by CPU 7, as well as maps and data tables used for each process.
  • RAM 5 has a storage area for storing values input to the input port of input/output port 4 and values representing the amount of operation of each actuator calculated according to the control program. In addition, the values representing the amount of operation of each actuator stored in RAM 5 are sent to the output port of input/output port 4.
  • the piston temperature/target quantity calculation unit 11 receives the sensor output values and operation amounts of each actuator and the state quantities of the internal combustion engine from the input/output port 4, and estimates the piston temperature. The piston temperature/target quantity calculation unit 11 then calculates the control target quantities of each actuator based on the estimated piston temperature, and outputs them to the oil jet control unit 8 and the ignition control unit 9.
  • the oil jet control unit 8 calculates the existing target oil jet flow rate based on the sensor output values received from the input/output port 4, the operation amounts of each actuator, and the state quantities of the internal combustion engine 100.
  • the oil jet control unit 8 also receives the additional target oil jet flow rate from the piston temperature/target amount calculation unit 11.
  • the oil jet control unit 8 selects either the existing target oil jet flow rate or the additional target oil jet flow rate as the control target amount for the oil jet, and determines the operation amount for the oil jet 53.
  • the ignition control unit 9 determines the existing target ignition timing based on the sensor output values received from the input/output port 4, the operation amounts of each actuator, and the state quantities of the internal combustion engine 100.
  • the ignition control unit 9 also receives the additional target ignition timing from the piston temperature/target quantity calculation unit 11.
  • the ignition control unit 9 selects either the existing target ignition timing or the additional target ignition timing as the control target quantity for the ignition timing, and determines the operation amount of the ignition coil 22.
  • the oil jet control unit 8 and the ignition control unit 9 receive the actuator control target amount (hereinafter referred to as the additional target amount) determined by the piston temperature/target amount calculation unit 11.
  • the oil jet control unit 8 and the ignition control unit 9 also obtain the actuator control target amount (hereinafter referred to as the existing target amount) determined based on the sensor output value, the operation amount of each actuator, and the internal combustion engine state amount received from the input/output port 4 without going through the piston temperature/target amount calculation unit 11.
  • the oil jet control unit 8 and the ignition control unit 9 select the actuator control target amount optimal for the current internal combustion engine control from the two target amounts, the additional target amount and the existing target amount.
  • the oil jet control unit 8 and the ignition control unit 9 also obtain the actuator operation amount for achieving the selected control target amount and output it to the actuator.
  • the oil jet control unit 8 and the ignition control unit 9 select the additional target amount and the existing target amount because the optimal target amount may change depending on the internal combustion engine state, etc.
  • the additional target amount is determined based on the estimated piston temperature, so there is a possibility of response delays and errors. Therefore, when a knock occurs, it is desirable to control ignition using the ignition timing at the time of knock (existing target amount) determined based on the sensor output value received from the input/output port 4, the operation amount of each actuator, and the internal combustion engine state amount without going through the piston temperature/target amount calculation unit 11, as the target ignition timing.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of determining the target ignition timing.
  • the ignition control unit 9 determines whether the knock judgment is ON or not (step S11). In the process of step S11, if it is determined that the knock judgment is OFF, that is, that knock has not occurred (NO determination in step S11), the ignition control unit 9 selects the target ignition timing (additional target amount) calculated by the piston temperature/target amount calculation unit 11 as the control target amount (step S12).
  • step S11 if it is determined that the knock judgment is ON, that is, that a knock has occurred (YES judgment in step S11), the ignition control unit 9 selects the knock ignition timing determined based on the sensor output values received from the input/output port 4, the operation amounts of each actuator, and the internal combustion engine state quantities as the control target quantity (step S13). Specifically, the ignition control unit 9 selects the retarded ignition timing for transitioning the internal combustion engine 100 from a knock state to a non-knock state as the control target quantity (step S13).
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of determining the target oil jet flow rate.
  • the oil jet control unit 8 determines whether the oil temperature (or water temperature) is higher than a predetermined threshold (e.g., 20°C) (step S21). In the process of step S21, if the oil temperature is higher than the threshold (YES judgment in step S21), the oil jet control unit 8 selects the target oil jet flow rate (additional target amount) calculated by the piston temperature/target amount calculation unit 11 as the control target amount (step S22).
  • a predetermined threshold e.g. 20°C
  • step S21 if the oil temperature is equal to or lower than the threshold value (NO judgment in step S21), the oil jet control unit 8 selects the oil jet flow rate (existing target amount) determined based on the oil temperature received from the input/output port 4 as the control target amount (step S23).
  • the oil jet control unit 8 and the ignition control unit 9 are used as an example of a control unit that determines the actuator operation amount, but the present invention is not limited to these.
  • the control unit that determines the actuator operation amount may be other actuator control units such as a fuel injection control unit (which outputs the operation amount of the fuel injection valve and the fuel pump), a valve timing control unit (which outputs the operation amount of the valve timing mechanism), a variable compression ratio control unit (which outputs the operation amount of the variable compression ratio mechanism), an air volume control unit (which outputs the operation amount of the electronically controlled throttle valve), or a hydraulic control unit (which outputs the operation amount of the oil pump).
  • a fuel injection control unit which outputs the operation amount of the fuel injection valve and the fuel pump
  • a valve timing control unit which outputs the operation amount of the valve timing mechanism
  • a variable compression ratio control unit which outputs the operation amount of the variable compression ratio mechanism
  • an air volume control unit which outputs the operation amount of the electronically controlled throttle valve
  • a hydraulic control unit which outputs the operation
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a piston temperature/target amount calculation unit 11 which is a part of the internal configuration of the ECU 2.
  • the piston temperature/target quantity calculation unit 11 includes a piston temperature estimation unit 12, a temperature correction unit 14, a temperature correction determination unit 15, and a target quantity calculation unit 16.
  • the piston temperature estimation unit 12 receives the sensor output value, the operation amount of each actuator, and the internal combustion engine state quantity from the input/output port 4.
  • the piston temperature estimation unit 12 estimates the piston temperature based on the sensor output value, the operation amount of each actuator, and the internal combustion engine state quantity.
  • the piston temperature estimation unit 12 also outputs the estimated piston temperature to the target quantity calculation unit 16 and the temperature correction determination unit 15.
  • the temperature correction determination unit 15 receives the sensor output value, the operation amount of each actuator, and the internal combustion engine state quantity from the input/output port 4. The temperature correction determination unit 15 also receives the piston estimated temperature from the piston temperature estimation unit 12. The temperature correction determination unit 15 then determines the timing to correct the piston temperature based on the sensor output value, the operation amount of each actuator, the internal combustion engine state quantity, and the piston estimated temperature. The temperature correction determination unit 15 also outputs the determined temperature correction timing to the temperature correction unit 14.
  • the temperature correction unit 14 outputs a correction command and a temperature correction value to the piston temperature estimation unit 12 based on the timing of temperature correction determined by the temperature correction determination unit 15.
  • the temperature correction unit 14 also outputs the knock-time piston temperature Tk, which will be described later, to the target amount calculation unit 16.
  • the target amount calculation unit 16 then calculates the control target amount for each actuator based on the estimated piston temperature.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the piston temperature estimation unit 12 which is a part of the internal configuration of the piston temperature/target amount calculation unit 11.
  • the piston temperature estimation unit 12 includes an energy transmission amount estimation unit 17 and a temperature calculation unit 18.
  • the energy transmission amount estimation unit 17 receives the sensor output value, the operation amount of each actuator, and the internal combustion engine state quantity from the input/output port 4.
  • the energy transmission amount estimation unit 17 determines the amount of energy transmission to the piston 25 based on the sensor output value, the operation amount of each actuator, and the internal combustion engine state quantity.
  • the energy transmission amount estimation unit 17 also outputs the determined amount of energy transmission to the temperature calculation unit 18.
  • the temperature calculation unit 18 obtains the piston temperature from the amount of energy transmitted to the piston 25.
  • the temperature calculation unit 18 calculates the estimated piston temperature by the following Equation 1 using the amount of energy transmitted to the piston 25 input from the energy transmission amount estimation unit 17. [Formula 1]
  • Equation 1 is expressed in the form of a time integral of the amount of energy transmitted to the piston 25, Q(t). Therefore, if the amount of energy transmitted to the piston 25, Q(t), contains an error, there is a risk that the error will accumulate over time.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing time histories of the estimated piston temperature and the actual piston temperature when a positive error occurs in the amount of energy transmitted to the piston. If a positive error occurs in the amount of energy transmitted to the piston 25, Q(t), the estimated piston temperature will be higher than the actual temperature, as shown in Fig. 7.
  • a case in which a positive error occurs in the amount of energy transmitted to the piston Q(t) is a case in which the amount of energy transmitted to the piston 25, Q, is overestimated.
  • the difference between the estimated piston temperature and the actual temperature increases over time.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between the piston temperature and the knock intensity.
  • an increase in the temperature of the piston 25 is the cause of the occurrence of knock, it is known that there is a strong linear correlation between the piston temperature and the knock intensity, as shown in Fig. 8.
  • an increase in the temperature of the piston 25 is the cause of the occurrence of knock, it refers to the case where the self-ignition of gas on the piston surface that is heated by heat transfer from the piston is the cause of the occurrence of knock.
  • the knock intensity is calculated based on the output of the knock sensor 38, and when the knock intensity exceeds a predetermined knock judgment threshold, it is determined that a knock state has occurred (hereinafter, knock judgment ON). Furthermore, as shown in FIG. 8, since there is a correlation between the piston temperature and the knock intensity, it is considered that the piston temperature when knock judgment ON (i.e., the knock intensity is the knock judgment threshold) is approximately constant.
  • the piston temperature when the knock intensity exceeds the knock judgment threshold is referred to as the knock-time piston temperature (predetermined temperature) Tk.
  • the piston temperature/target amount calculation unit 11 corrects the estimated piston temperature to the knock piston temperature Tk when a predetermined condition is met. This prevents the accuracy of the piston temperature estimation from decreasing over time.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of determining the correction timing of the estimated piston temperature.
  • the temperature correction determination unit 15 reads the knock state flag calculated by the ECU 2 and determines the current knock occurrence state (step S31). In the process of step S31, if the temperature correction determination unit 15 determines that the knock determination is ON (knock state), it proceeds to the process of step S32, and if it determines that the knock determination is OFF (not a knock state), it proceeds to the process of step S35. In the process of step S35, the temperature correction determination unit 15 sets the temperature correction determination flag to OFF (not the timing for correcting the estimated piston temperature). Then, the temperature correction determination unit 15 sends a message that the temperature correction determination flag is OFF to the temperature correction unit 14, and returns to the process of step S31.
  • a predetermined threshold value Tc e.g. 10°C
  • step S33 the temperature correction determination unit 15 determines whether or not the knock is caused by the piston temperature. If it is determined in the process of step S33 that the knock is caused by the piston temperature (YES determination in step S33), the process proceeds to step S34. On the other hand, if it is determined in the process of step S33 that the knock is not caused by the piston temperature (NO determination in step S33), the process proceeds to step S35.
  • the temperature correction determination unit 15 sets the temperature correction determination flag to ON (this is the timing for correcting the estimated piston temperature). Then, the temperature correction determination unit 15 sends a signal that the temperature correction determination flag is ON to the temperature correction unit 14, and the process returns to the process of step S31.
  • the temperature correction determination flag is ON and is sent from the temperature correction determination unit 15 to the temperature correction unit 14. In all other cases, the temperature correction determination flag is OFF and is sent from the temperature correction determination unit 15 to the temperature correction unit 14.
  • step S32 the process of determining whether an error of equal to or greater than threshold value Tc occurs in the current estimated piston temperature, which is shown in step S32, may be omitted. That is, regardless of the magnitude of the error in the current estimated piston temperature, when a knock caused by the piston temperature occurs, a temperature correction determination signal "ON" (temperature correction determination flag is "ON") is sent from temperature correction determination unit 15 to temperature correction unit 14. Then, when knock caused by the piston temperature is not occurring, a temperature correction determination OFF (the temperature correction determination flag is OFF) may be sent from temperature correction determination unit 15 to temperature correction unit 14.
  • the calculation load on ECU 2 can be reduced.
  • Fig. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the oil jet flow rate and the knock intensity.
  • Fig. 10 also shows an example of the change in knock intensity when the oil jet flow rate is changed while keeping the ignition timing constant. 10
  • knock is caused by the piston temperature
  • increasing the oil jet flow rate to improve piston cooling reduces the knock intensity significantly.
  • knock is caused by a factor other than the piston temperature (for example, when knock is caused by an increase in the temperature of the cylinder head or cylinder liner)
  • increasing the oil jet flow rate to improve piston cooling only changes the knock intensity slightly.
  • Fig. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the oil jet flow rate and the ignition timing.
  • Fig. 11 also shows the change in ignition timing (change in ignition timing of trace knock) when the oil jet flow rate is changed while keeping the knock intensity constant.
  • ignition timing change in ignition timing of trace knock
  • the knock is caused by the piston temperature from the magnitude of the change in ignition timing relative to the change in oil jet flow rate. More specifically, if the magnitude of the change in ignition timing relative to the change in oil jet flow rate is equal to or greater than a predetermined threshold (for example, a 0.1° change in ignition timing relative to a 10% change in oil jet flow rate), it is determined that the knock is caused by the piston temperature. And, if the magnitude of the change in ignition timing relative to the change in oil jet flow rate is smaller than a predetermined threshold, it is possible to determine that the knock is caused by a factor other than the piston temperature.
  • a predetermined threshold for example, a 0.1° change in ignition timing relative to a 10% change in oil jet flow rate
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the temperature difference between the oil temperature and the water temperature and the cause of knock.
  • the piston temperature is highly correlated with the oil temperature
  • the cylinder head temperature and cylinder liner temperature which are causes of knock other than the piston temperature
  • the water temperature is highly correlated with the water temperature. Therefore, if the temperature difference between the oil temperature and the water temperature (oil temperature - water temperature) is greater than a preset threshold value ⁇ Tc (e.g., 30°C), it is determined that the knock is caused by the piston temperature.
  • ⁇ Tc e.g. 30°C
  • FIG. 13 is a flowchart showing the operation of determining a temperature correction command and a temperature correction value.
  • step S44 the temperature correction unit 14 sends a temperature correction command OFF (do not correct the estimated piston temperature) to the piston temperature estimation unit 12, and the process returns to step S41.
  • step S42 the temperature correction unit 14 sets the temperature correction value of the estimated piston temperature to the piston temperature during knock Tk. Then, the temperature correction unit 14 sends a temperature correction command ON (to correct the estimated piston temperature) and a temperature correction value (piston temperature during knock Tk) to the piston temperature estimation unit 12 (step S43), and the process returns to the process of step S41.
  • FIG. 14 is a flowchart showing the operation of calculating the estimated piston temperature.
  • the piston temperature estimation unit 12 receives a temperature correction command from the temperature correction unit 14. Then, the piston temperature estimation unit 12 judges whether the temperature correction command is ON or not (step S51). In the process of step S51, if the piston temperature estimation unit 12 judges that the temperature correction command is ON (to correct the estimated piston temperature) (YES judgment in step S51), it proceeds to the process for correcting the estimated piston temperature, that is, the process of step S52.
  • step S51 if the piston temperature estimation unit 12 determines that the temperature correction command is OFF (the piston estimated temperature is not corrected) (NO determination in step S51), it calculates the piston estimated temperature based on the amount of energy transmitted. In other words, it proceeds to the process of step S53.
  • the piston temperature estimation unit 12 replaces the current estimated piston temperature with the temperature correction value received from the temperature correction unit 14 (step S52). Then, the process proceeds to step S55, which will be described later.
  • the piston temperature estimation unit 12 calculates the amount of energy transmission to the piston 25 based on the actuator operation amount, the sensor output, and the internal combustion engine state amount (step S53).
  • the piston temperature estimation unit 12 calculates the estimated piston temperature by integrating the amount of energy transmission to the piston 25 using the above-mentioned formula 1 (step S54). Then, the process proceeds to step S55.
  • step S555 the piston temperature estimation unit 12 sends the calculated or replaced estimated piston temperature to the target amount calculation unit 16, and returns to the processing of step S51.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of a time history of knock determination, temperature correction determination, estimated piston temperature, and piston temperature estimation error due to the correction operation of the estimated piston temperature.
  • the estimated piston temperature is corrected to the knock piston temperature Tk. This temperature correction suppresses the accumulation of errors in the piston temperature estimation. As a result, it is possible to prevent the accuracy of the estimated piston temperature from decreasing over time.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of the change in the piston temperature Tk during knock with respect to changes in the octane number of the fuel, the alcohol concentration in the fuel, the latent heat of vaporization of the fuel, the rotational speed of the internal combustion engine, the humidity of the intake air, and the EGR rate (the mass ratio of recirculated gas to the intake air).
  • the temperature correction unit 14 sets the temperature correction value to be higher as the octane number of the fuel, the alcohol concentration in the fuel, the latent heat of vaporization of the fuel, the rotation speed of the internal combustion engine, the humidity of the intake air, and the EGR rate are greater.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of changes in knock-time piston temperature Tk with respect to changes in intake air amount, intake air pressure, intake air temperature, air-fuel ratio, compression ratio, and amount of deposits in the combustion chamber.
  • the disturbances are not limited to the examples shown in Figures 16 and 17 above, but comprehensively include factors that affect the likelihood of knock occurring. For a factor that makes it more difficult for knock to occur the greater the degree of the disturbance, temperature correction unit 14 sets a higher temperature correction value the greater the factor. Also, for a factor that makes it more likely for knock to occur the greater the degree of the disturbance, temperature correction unit 14 sets a lower temperature correction value the greater the factor. By changing the temperature correction value in accordance with the degree of disturbance in this way, the accuracy of the corrected piston estimated temperature is further improved.
  • the temperature correction unit 14 or the piston temperature and target amount calculation unit 11 acquires disturbance information from a sensor that detects disturbances. Then, the temperature correction unit 14 or the piston temperature and target amount calculation unit 11 calculates a temperature correction value (piston temperature Tk during knocking) based on the acquired disturbance information using a pre-set map, data table, or formula.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the estimated piston temperature and the knock risk degree.
  • the ECU 2 uses the estimated piston temperature as a means for measuring the risk of knocking.
  • the knock risk degree is an amount proportional to the estimated piston temperature.
  • the knock risk degree is defined as 1 when the estimated piston temperature is the piston temperature Tk at the time of knocking, and as the estimated piston temperature is 0°C, the knock risk degree is defined as 0.
  • the knock risk degree defined in this way is an index indicating that the risk of knocking increases as the degree approaches 1 from 0.
  • the target amount calculation unit 16 calculates the knock risk degree from the piston temperature Tk at the time of knocking. The target amount calculation unit 16 then determines the control target value of the oil jet flow rate based on the knock risk degree.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing an example of a method for determining the oil jet flow rate based on the knock risk degree, which is implemented by the target amount calculation unit 16.
  • a predetermined first threshold C1 e.g., 0.9
  • the target amount calculation unit 16 increases the target oil jet flow rate from G0 to G1.
  • a predetermined second threshold C2 e.g., 0.8
  • the target amount calculation unit 16 decreases the target oil jet flow rate from G1 to G0.
  • the first threshold C1 which is the threshold for an increase
  • the second threshold C2 which is the threshold for a decrease
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing another example of the method for determining the oil jet flow rate based on the knock risk degree, which is implemented by the target amount calculation unit 16.
  • a predetermined threshold C1 e.g., 0.9
  • the target amount calculation unit 16 increases the target oil jet flow rate as the knock risk degree increases until the target oil jet flow rate reaches the upper limit value Gmax.
  • the oil jet flow rate may be determined directly based on the estimated piston temperature instead of the knock risk degree.
  • the target amount calculation unit 16 may increase the target oil jet flow rate from G0 to G1 when the estimated piston temperature exceeds a predetermined first threshold (e.g., 150°C).
  • the target amount calculation unit 16 may also decrease the target oil jet flow rate from G1 to G0 when the estimated piston temperature falls below a predetermined second threshold (e.g., 140°C).
  • the target amount calculation unit 16 may increase the target oil jet flow rate as the estimated piston temperature increases until the target oil jet flow rate reaches an upper limit value Gmax.
  • the knock risk degree is an index normalized by the piston temperature Tk during knock. Therefore, even if the piston temperature Tk during knock changes due to a disturbance, the effect is automatically reflected in the knock risk degree. Therefore, by determining the target oil jet amount using the knock risk degree, it becomes unnecessary to change the threshold values (C1, C2) for determining the change point of the oil jet flow rate even if the piston temperature Tk during knock changes. This has the advantage of simplifying the control software.
  • the oil jet flow rate is increased in advance before knocking occurs, promoting cooling of the piston 25. This makes it possible to prevent knocking from occurring, or to reduce the intensity of the knock if it does occur. As a result, it is possible to improve the output of the internal combustion engine 100 and reduce exhaust losses.
  • the oil jet flow rate is determined based on the estimated piston temperature or the knock risk level calculated from the estimated piston temperature, the oil jet flow rate will be small when the risk of knocking is low. This makes it possible to reduce friction loss associated with the load on the hydraulic pump and to reduce cooling loss by suppressing cooling of the piston 25.
  • the ignition timing is set to be more retarded than the normal ignition timing (Minimum Advance for Best Torque, MBT), a so-called ignition retard control is implemented. Then, after the knock subsides and the knock judgment is turned OFF, ignition timing recovery control is implemented to advance the retarded ignition timing toward MBT.
  • MBT Minimum Advance for Best Torque
  • the ignition advance angular speed (ignition advance angle per unit time d ⁇ ig/dt) in the ignition timing recovery control is changed according to the magnitude of the knock risk degree, based on the estimated piston temperature.
  • 21A and 21B are explanatory diagrams showing an example of a method for determining the ignition advance angular velocity based on the knock risk degree.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram showing an example of a time history of knock determination, target ignition timing, piston temperature, and knock risk degree.
  • the ignition advance angular velocity when the knock risk is low is set faster than the ignition advance angular velocity when the knock risk is high.
  • the knock risk degree is calculated using the estimated piston temperature as shown in FIG. 18.
  • an upper or lower limit may be set for the ignition advance rate.
  • an upper limit for the ignition advance rate it is possible to reduce the risk of the advance rate becoming too fast and causing knock to reoccur when the knock risk level is low.
  • a lower limit for the ignition advance rate it is possible to reduce the risk of the ignition advance rate becoming too slow and causing the ignition timing to be retarded beyond the MBT for a long period of time when the knock risk level is high.
  • the ignition advance speed may be determined directly based on the estimated piston temperature instead of the knock risk degree. In other words, the ignition advance speed when the estimated piston temperature is low may be faster than the ignition advance speed when the estimated piston temperature is high.
  • the above-mentioned components, functions, processing units, etc. may be realized in part or in whole in hardware, for example by designing an integrated circuit. Further, the above-mentioned components, functions, etc. may be realized in software by a processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information on the programs, tables, files, etc. that realize each function can be stored in a recording device such as memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive), or on a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • a recording device such as memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive)
  • a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • 2...ECU internal combustion engine control unit
  • 3...input circuit 4...input/output port, 5...RAM, 6...ROM, 7...CPU, 8...oil jet control unit, 9...ignition control unit, 10...crank angle sensor, 11...piston temperature/target amount calculation unit, 12...piston temperature estimation unit, 14...temperature correction unit, 15...temperature correction judgment unit, 16...target amount calculation unit, 17...energy transmission amount estimation unit, 18...temperature calculation unit, 22...ignition coil, 23...cylinder block, 24...serial 25...piston, 26...intake valve, 27...exhaust valve, 31...electronically controlled throttle valve, 32...intake port, 33...exhaust port, 34...catalytic converter, 35...fuel injector, 36...airflow sensor, 37...air-fuel ratio sensor, 38...knock sensor, 39...oil temperature sensor, 40...oil pan, 41...water temperature sensor, 42...water jacket, 53...oil jet, 56...oil supply passage, 62...acceler

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Abstract

内燃機関制御装置は、ピストン温度推定部と、温度補正判定部と、温度補正部と、目標量算出部と、を備えている。ピストン温度推定部は、内燃機関のピストン温度を推定する。温度補正判定部は、ピストン推定温度を補正する補正タイミングであるか否かを判定する。温度補正部は、温度補正判定部において判定された補正タイミングでピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を所定温度に補正する。目標量算出部は、ピストン推定温度又は温度補正部によって所定温度に補正されたピストン温度に基づいて、内燃機関のアクチュエータの制御目標量を算出する。

Description

内燃機関制御装置及び内燃機関の制御方法
　本発明は、内燃機関制御装置及び内燃機関の制御方法に関するものである。
　通常、車両に搭載された内燃機関は、気温、湿度、気圧等の特定の環境条件で適合された各種アクチュエータの操作量に応じて動作する。例えば、実路走行時においては、適合時に想定する環境条件や内燃機関の運転条件から外れた条件で走行する場合がある。この環境条件は、各種センサを用いて検出され、検出した条件に応じた操作量の補正が行われる。
　また、実路走行時に、適合条件となるのは環境条件だけでなく、内燃機関そのものの状態（例えば壁温、冷却水温、部品）が変化し、適合時に想定した状態からずれる。このため、実路走行時に自動車の各種性能（燃費性能、排気性能）の向上には、内燃機関の状態を推定、検知することで運転中の状態を把握し、把握した内燃機関の状態に応じたアクチュエータの操作が重要になる。
　内燃機関の性能に関わる状態としては、内燃機関のピストン温度がある。ピストン温度は、燃費性能や排気性能に対して影響するアクチュエータの操作量に関連する物理量である。例えば、ピストン温度が高い条件では、ピストン近くのガスの加熱が進むため、異常燃焼（ノッキング）が発生しやすくする。一方で、ピストン温度が低い条件では、ピストンに付着した燃料が液体のまま残存しやすいため、未燃炭化水素や、すすの発生につながり排気性能が悪化する可能性がある。そのため、内燃機関に設けた各種アクチュエータを操作するためには、ピストン温度の推定精度を向上させることが求められている。
　ピストン温度を推定し、内燃機関に設けたアクチュエータを制御する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、エンジン状態推定部と、壁面温度推定部と、操作量算出部と、を備えた内燃機関制御装置が記載されている。エンジン状態推定部は、運転条件に関するパラメータ及び燃焼の化学的条件に関するパラメータ、動作状況に関するパラメータに基づいて、ガスから壁面へのエネルギ伝達量を算出する。壁面温度推定部は、ガスから壁面へのエネルギ伝達量に基づいて、壁面温度を推定する。そして、操作量算出部は、壁面温度推定部が推定した壁面温度に基づいて、内燃機関に設けたアクチュエータの操作量を算出している。
特開２０２２－０３２１８４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された技術では、内燃機関内のガスからピストンへのエネルギ伝達量を時間積分することでピストン温度を推定していた。また、時間積分の過程で、内燃機関内のガスからピストンへのエネルギ伝達量に含まれる誤差が蓄積される。
そのため、特許文献１に記載された技術では、ピストン温度の推定精度が時間経過とともに低下するという問題を有していた。
　本目的は、上記の問題点を考慮し、ピストン温度の推定精度が低下することを抑制できる内燃機関制御装置及び内燃機関の制御方法を提供することにある。
　上記課題を解決し、目的を達成するため、内燃機関制御装置は、ピストン温度推定部と、温度補正判定部と、温度補正部と、目標量算出部と、を備えている。ピストン温度推定部は、内燃機関に設けたセンサからのセンサ出力及びアクチュエータ操作量、内燃機関状態量に基づいて内燃機関のピストン温度を推定する。温度補正判定部は、センサ出力及びアクチュエータ操作量、内燃機関状態量に基づいて、ピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を補正する補正タイミングであるか否かを判定する。温度補正部は、温度補正判定部において判定された補正タイミングでピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を所定温度に補正する。目標量算出部は、ピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度又は温度補正部によって所定温度に補正されたピストン温度に基づいて、内燃機関のアクチュエータの制御目標量を算出する。
　また、内燃機関の制御方法は、以下（１）から（４）に示す処理を含む。
（１）内燃機関に設けたセンサからのセンサ出力及びアクチュエータ操作量、内燃機関状態量に基づいて内燃機関のピストン温度をピストン温度推定部で推定する処理。
（２）センサ出力及びアクチュエータ操作量、内燃機関状態量に基づいて、ピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を補正する補正タイミングであるか否かを温度補正判定部で判定する処理。
（３）温度補正判定部において判定された補正タイミングでピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を所定温度に温度補正部で補正する処理。
（４）ピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度又は温度補正部によって所定温度に補正されたピストン温度に基づいて、内燃機関のアクチュエータの制御目標量を目標量算出部で算出する処理。
　上記構成の内燃機関制御装置及び内燃機関の制御方法によれば、ピストン温度の推定精度が低下することを抑制できる。
実施の形態例にかかる内燃機関制御装置により制御される内燃機関を示す概略構成図である。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における目標点火時期の決定動作を示すフローチャートである。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における目標オイルジェット流量の決定動作を示すフローチャートである。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置におけるピストン温度・目標量算出部の構成を示すブロック図である。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置におけるピストン温度推定部の構成を示すブロック図である。 ピストンへのエネルギ伝達量にプラス誤差が生じていた場合のピストン推定温度と実際のピストン温度の時間履歴を示す説明図である。 ピストン温度とノック強度の関係を示す説明図である。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置におけるピストン推定温度の補正タイミングの決定動作を示すフローチャートである。 オイルジェット流量とノック強度の関係を示す説明図である。 オイルジェット流量と点火時期の関係を示す説明図である。 油温と水温の温度差とノック原因の関係を示す説明図である。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における温度補正指令と温度補正値の決定動作を示すフローチャートである。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置におけるピストン推定温度の算出動作を示したフローチャートである。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置におけるピストン推定温度の補正動作によるノック判定、温度補正判定、ピストン推定温度、ピストン温度推定誤差の時間履歴の例を示した説明図である。 燃料のオクタン価、燃料中のアルコール濃度、燃料の蒸発潜熱、内燃機関の回転速度、吸入空気の湿度、ＥＧＲ率（吸入空気に対する再循環ガスの質量比）の変化に対するノック時ピストン温度の変化の例を示した説明図である。 吸入空気量、吸入空気の圧力、吸入空気の温度、空燃比、圧縮比、燃焼室へのデポジッド堆積量の変化に対するノック時ピストン温度の変化の例を示した説明図である。 ピストン推定温度とノックリスク度との関係を示した説明図である。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における目標量算出部で実施されるノックリスク度に基づいたオイルジェット流量の決定方法の一例を示した説明図である。 実施の形態例にかかる内燃機関制御装置における目標量算出部で実施されるノックリスク度に基づいたオイルジェット流量の決定方法の他の例を示した説明図である。 図２１Ａ及び図２１Ｂは、実施の形態例にかかる内燃機関制御装置におけるノックリスク度に基づいた点火進角速度の決定方法の一例を示した説明図である。 ノック判定、目標点火時期、ピストン温度、ノックリスク度の時間履歴の例を示した説明図である。
　以下、内燃機関制御装置の実施の形態例について、図１～図２２を参照して説明する。
なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。
１．実施の形態例
　まず、実施の形態例（以下、「本例」という）にかかる内燃機関制御装置について、図１からを参照して説明する。図１は、内燃機関を示す概略構成図である。
１－１．内燃機関の構成例
　まず、内燃機関の構成例について説明する
　図１に示す内燃機関１００は、吸入行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程、排気行程の４行程を繰り返す、火花点火式の４サイクルガソリン内燃機関である。さらに、内燃機関１００は、例えば、４つの気筒（シリンダ）を備えた多気筒エンジンである。なお、内燃機関１００が有する気筒の数は、４つに限定されるものではなく、６つ又は８つ以上の気筒を有していてもよい。または、内燃機関１００が有する気筒の数は、３つ以下の気筒を有していてもよい。また、内燃機関１００のサイクル数は、４サイクルに限定されるものではない。
　図１に示すように、内燃機関１００は、シリンダヘッド２４と、シリンダブロック２３と、ピストン２５と、吸気弁２６と、排気弁２７と、を備えている。そして、シリンダヘッド２４、シリンダブロック２３、ピストン２５、吸気弁２６及び排気弁２７によって燃焼室が形成されている。シリンダヘッド２４には、点火プラグ及び点火コイル２２が設置されている。
　また、内燃機関１００は、電子制御スロットル弁３１と、吸気ポート３２と、排気ポート３３と、触媒コンバータ３４と、燃料噴射装置３５と、を備えている。さらに、内燃機関１００は、エアフローセンサ３６と、空燃比センサ３７と、ノックセンサ３８と、油温センサ３９と、オイルパン４０と、水温センサ４１とを備えている。そして、内燃機関１００は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２によって制御される。
　燃焼用の空気は、電子制御スロットル弁３１及び吸気ポート３２を通って、燃焼室内に取り込まれる。そして、燃焼室から排出される燃焼後のガス（排気ガス）は、排気ポート３３及び触媒コンバータ３４を通って大気に排出される。また、燃料は、燃料噴射装置３５によって吸気ポート３２内に供給される。
　燃焼室に取り込まれる空気の量は、電子制御スロットル弁３１の上流側に設けられたエアフローセンサ３６の出力をＥＣＵ２が読み取ることによって計量される。また、エアフローセンサ３６内には、温度センサや湿度センサが併設されている。そして、エアフローセンサ３６の出力をＥＣＵ２が読み取ることで、吸入する空気の温度と湿度が検出される。
　燃焼室から排出されたガス（排気ガス）の空燃比は、触媒コンバータ３４の上流側に設けられた空燃比センサ３７の出力をＥＣＵ２が読み取ることで検出される。また、シリンダブロック２３にはノックセンサ３８が設けられている。ＥＣＵ２は、ノックセンサ３８の出力を読み取ることで、燃焼室内のノック状態を検出する。
　また、シリンダブロック２３内には水ジャケット４２が設けられており、図示しない冷却水ポンプによって水ジャケット４２に冷却水が流れることで、シリンダブロック２３が冷却される。冷却水の熱は、図示しないラジエータによって大気中に放出される。水ジャケット４２には、水温センサ４１が設置されている。そして、水温センサ４１の出力をＥＣＵ２が読み取ることで冷却水の温度（水温）が検出される。
　シリンダブロック２３の下部には、オイルを貯留するオイルパン４０が設けられている。そして、オイルパン４０には、油温センサ３９が設けられている。油温センサ３９の出力をＥＣＵ２が読み取ることでオイルの温度（油温）が検出される。
　さらに、シリンダブロック２３には、オイルジェット５３が取り付けられる。オイルジェット５３は、ピストン２５の裏面側へ向けてオイルを噴射することでピストン２５を冷却する機能を有する。
　オイルジェット５３が噴射するオイルの流量（オイルジェット流量）は、オイルジェット５３に接続された図示しないオイルポンプのオイル吐出圧によって変化する。または、オイルジェット５３が噴射するオイルの流量は、オイルジェット５３に内蔵された図示しないバルブ機構の開度によって変化する。オイルポンプの吐出圧又はオイルジェット５３に内蔵されたバルブ機構の開度は、ＥＣＵ２から送出される操作信号値によって変更される。
　シリンダブロック２３には、オイルジェット５３を含めたオイル供給部位へオイルを供給するオイル供給通路（メインギャラリー）５６が設けられている。シリンダブロック２３の下部に設けられたオイルパン４０に貯留されているオイルは、図示しないオイルポンプにより加圧される。そして、オイルポンプによって加圧されたオイルは、オイル供給通路５６を介して、オイルジェット５３の他、潤滑部位や油圧作動機器等へ供給される。
　オイルジェット５３の構造としては、例えば、ダイキャスト型、ろう付け２ピース型、及びろう付け一体型が挙げられる。ダイキャスト型やろう付け２ピース型の場合、チェックボールを内蔵した固定ボルトによりオイルジェット５３がシリンダブロック２３へ締結される。ろう付け一体型で、バルブ機構を内蔵している場合には、チェックボールを内蔵していない一般的な固定ボルトによりオイルジェット５３がシリンダブロック側へ固定される。
　チェックボールは、スプリングによりオイル供給通路５６内のオイル油圧がスプリングのセット荷重を上回ることによりオイルがオイルジェット５３へ供給される。つまり、内燃機関１００のオイル供給通路５６へ供給されるオイルの油圧が所定値以上となると自発的にオイルが噴射するようにオイルジェット５３が構成されている。
　一方、オイルジェット５３がバルブ機構を内蔵している場合には、このバルブをソレノイド式とし、その開度を調整することでオイルジェットの停止や、噴射時のオイルジェット流量が調整される。
　吸気弁２６及び排気弁２７の開閉タイミングは、図示しないバルブタイミング可変機構によって調整される。
　ＥＣＵ２は、アクセル開度センサ６２の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。
すなわち、アクセル開度センサ６２は、内燃機関１００への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２は、クランク角度センサ１０の出力信号に基づいて、内燃機関１００の回転速度を演算する。そして、ＥＣＵ２は、各種センサの出力から得られる内燃機関１００の運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力、油圧、バルブタイミング等の内燃機関１００の主要な作動量を最適に演算する。
　ＥＣＵ２により演算した燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換され、燃料噴射装置３５に出力される。また、ＥＣＵ２により演算された点火時期は、点火信号として点火コイル２２に出力される。さらに、ＥＣＵ２により演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル弁３１に出力される。
　また、内燃機関１００は、吸気ポート（吸気管）３２と排気ポート（排気管）３３とを接続する不図示のＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）配管を設けてもよい。そして、このＥＧＲ配管により、排気ポート３３を通過する排気ガスの一部を吸気ポート３２に戻してもよい。この場合、ＥＣＵ２は、各種センサの出力から得られる内燃機関１００の運転状態に基づき、ＥＧＲ配管に設けた流量調整バルブの開度を操作することで、吸気ポート３２に戻す排気ガスの流量（ＥＧＲ量）を調整する。
　また、内燃機関１００は、不図示の圧縮比可変機構を設けてもよい。圧縮比可変機構は、ピストン２５のストローク量を調整することで圧縮比を変更する機構である。この場合、ＥＣＵ２は、各種センサの出力から得られる内燃機関１００の運転状態に基づき、不図示の圧縮比可変機構を操作することで、内燃機関１００の圧縮比を調整する。
　また、内燃機関１００の燃料は、ガソリン、アルコール（エタノール、メタノール）、合成燃料（ｅＦｕｅｌ）などの液体燃料や、メタン、プロパン、水素、アンモニア等の気体燃料、これらを混合した混合燃料などが使用される。
１－２．ＥＣＵの構成例
　次に、図２を参照してＥＣＵ２の構成例について説明する。
　図２は、ＥＣＵ２の構成を示すブロック図である。
　図２に示すように、ＥＣＵ２は、入力回路３と、入出力ポート４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７を有する。また、ＥＣＵ２は、オイルジェット制御部８と、点火制御部９と、ピストン温度・目標量算出部１１と、を有している。
　入力回路３には、水温センサ４１からの水温、エアフローセンサ３６からの吸入空気量、ノックセンサ３８からのノック強度など、各センサからのセンサ出力値が入力される。
入力回路３は、入力された信号に対してノイズ除去等の信号処理を行って、入出力ポート４へ送る。入出力ポート４の入力ポートに入力された値はＲＡＭ５に格納される。
　ＲＯＭ６には、ＣＰＵ７により実行される各種演算処理の内容を記述した制御プログラムや、各処理に用いられるマップやデータテーブル等が記憶されている。ＲＡＭ５には、入出力ポート４の入力ポートに入力された値や、制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの操作量を表す値を格納する格納領域が設けられている。また、ＲＡＭ５に格納された各アクチュエータの操作量を表す値は、入出力ポート４の出力ポートに送られる。
　ピストン温度・目標量算出部１１は、入出力ポート４から受け取ったセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関の状態量を受け取り、ピストン温度を推定する。そして、ピストン温度・目標量算出部１１は、ピストン推定温度に基づいた各アクチュエータの制御目標量を算出し、オイルジェット制御部８、点火制御部９に出力する。
　オイルジェット制御部８は、入出力ポート４から受け取ったセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関１００の状態量に基づいて既存目標オイルジェット流量を求める。また、オイルジェット制御部８は、ピストン温度・目標量算出部１１から付加目標オイルジェット流量を受け取る。そして、オイルジェット制御部８は、既存目標オイルジェット流量と付加目標オイルジェット流量のうちいずれかをオイルジェットの制御目標量として選択し、オイルジェット５３の操作量を決定する。
　点火制御部９は、入出力ポート４から受け取ったセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関１００の状態量に基づいて既存目標点火時期を求める。また、点火制御部９は、ピストン温度・目標量算出部１１から付加目標点火時期を受け取る。そして、点火制御部９は、既存目標点火時期と付加目標点火時期のうちいずれかを点火時期の制御目標量として選択し、点火コイル２２の操作量を決定する。
　すなわち、オイルジェット制御部８と点火制御部９は、ピストン温度・目標量算出部１１によって決定されたアクチュエータ制御目標量（以下、付加目標量とする）を受け取る。また、オイルジェット制御部８と点火制御部９は、ピストン温度・目標量算出部１１を介さずに入出力ポート４から受け取ったセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量に基づいて決定されたアクチュエータ制御目標量（以下、既存目標量とする）を求める。そして、オイルジェット制御部８と点火制御部９は、付加目標量と、既存目標量の２つの目標量から、現在の内燃機関制御に最適なアクチュエータ制御目標量を選択する。また、オイルジェット制御部８と点火制御部９は、選択した制御目標量を達成するためのアクチュエータ操作量を求めてアクチュエータに出力する。
　このように、オイルジェット制御部８と点火制御部９において付加目標量と既存目標量を選択するのは、内燃機関状態等によって最適な目標量が変化する可能性があるためである。例えば、ノック発生時には内燃機関１００を保護するために直ちに点火時期を遅角化する必要がある。ここで、付加目標量は、ピストン推定温度に基づいて決定されるため応答の遅れや誤差を生じる可能性がある。そこで、ノック発生時には、ピストン温度・目標量算出部１１を介さずに入出力ポート４から受け取ったセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量に基づいて決定されたノック時の点火時期（既存目標量）を目標点火時期として点火制御するのが望ましい。
１－３．目標点火時期の決定動作
　次に、図３を参照して目標点火時期の決定動作について説明する。
　図３は、目標点火時期の決定動作を示すフローチャートである。
　図３に示すように、点火制御部９は、ノック判定がＯＮであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理において、ノック判定がＯＦＦである、すなわちノックが発生していないと判断した場合（ステップＳ１１のＮＯ判定）、点火制御部９は、ピストン温度・目標量算出部１１によって算出された目標点火時期（付加目標量）を制御目標量として選択する（ステップＳ１２）。
　また、ステップＳ１１の処理において、ノック判定がＯＮである、すなわちノックが発生していると判断した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ判定）、点火制御部９は、入出力ポート４から受け取ったセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量に基づいて決定されたノック時点火時期を制御目標量として選択する（ステップＳ１３）。具体的には、点火制御部９は、内燃機関１００をノック状態から非ノック状態に移行させるための遅角側点火時期を制御目標量として選択する（ステップＳ１３）。
　このように、点火時期の制御目標量の選択を行うことによって、ピストン推定温度に基づいて点火時期を操作する効果を得ることができる。さらに、ノック発生時には、ノックによる内燃機関１００の損傷を防止することができる。
１－４．目標オイルジェット流量の決定動作
　次に、図４を参照して目標オイルジェット流量の決定動作について説明する。
　図４は、目標オイルジェット流量の決定動作を示すフローチャートである。
　ここで、ピストン摺動面でのフリクションが大きい場合には、潤滑を即すためにオイルジェット増量が必要となる場合がある。この場合には、油温や水温に基づいて決定された既存目標量を目標オイルジェット流量としてオイルジェット制御するのが望ましい。
　図４に示すように、オイルジェット制御部８は、油温（又は水温）が予め定めた閾値（例えば２０℃）よりも高いか否かを判断する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１の処理において、油温が閾値よりも高いと場合（ステップＳ２１のＹＥＳ判定）、オイルジェット制御部８は、ピストン温度・目標量算出部１１によって算出された目標オイルジェット流量（付加目標量）を制御目標量として選択する（ステップＳ２２）。
　また、ステップＳ２１の処理において、油温が閾値以下である場合（ステップＳ２１のＮＯ判定）オイルジェット制御部８は、入出力ポート４から受け取った油温に基づいて決定されたオイルジェット流量（既存目標量）を制御目標量として選択する（ステップＳ２３）。
　このように、オイルジェット流量の制御目標量の選択を行うことによって、ピストン推定温度に基づいてオイルジェット流量を操作する効果を得ることができる。さらに、ピストン摺動面でのフリクション低減が必要な場合には、油温（または水温）に基づいて適切なフリクション低減を図ることができる。
　なお、本例では、アクチュエータ操作量を決定する制御部の一例として、オイルジェット制御部８と点火制御部９を用いる例を示したが、これらに限定するものではない。例えば、アクチュエータ操作量を決定する制御部としては、燃料噴射制御部（燃料噴射弁、燃料ポンプの操作量を出力）や、バルブタイミング制御部（バルブタイミング機構の操作量を出力）、可変圧縮比制御部（可変圧縮比機構の操作量を出力）、空気量制御部（電子制御スロットルバルブの操作量を出力）、油圧制御部（オイルポンプの操作量を出力）など他のアクチュエータ制御部などであってもよい。
２．ピストン温度・目標算出部の構成例
　次に、図５を参照してピストン温度・目標量算出部１１の構成例について説明する。
　図５は、ＥＣＵ２の内部構成の一部であるピストン温度・目標量算出部１１の構成を示すブロック図である。
　図５に示すように、ピストン温度・目標量算出部１１は、ピストン温度推定部１２と、温度補正部１４と、温度補正判定部１５と、目標量算出部１６と、を備えている。ピストン温度推定部１２は、入出力ポート４からセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量を受け取る。そして、ピストン温度推定部１２は、センサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量に基づいて、ピストン温度を推定する。また、ピストン温度推定部１２は、推定したピストン温度を目標量算出部１６や温度補正判定部１５に出力する。
　温度補正判定部１５は、入出力ポート４からセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量を受け取る。また、温度補正判定部１５は、ピストン温度推定部１２からピストン推定温度を受け取る。そして、温度補正判定部１５は、センサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量、ピストン推定温度に基づいて、ピストン温度を補正するタイミングを判定する。また、温度補正判定部１５は、判定した温度補正タイミングを温度補正部１４に出力する。
　温度補正部１４は、温度補正判定部１５によって判定した温度補正のタイミングに基づいて、ピストン温度推定部１２に補正指令及び温度補正値を出力する。また、温度補正部１４は、後述するノック時ピストン温度Ｔｋを目標量算出部１６に出力する。そして、目標量算出部１６は、ピストンの推定温度に基づいて各アクチュエータの制御目標量を求める。
２－１．ピストン温度推定部の構成例
　次に、図６を参照してピストン温度推定部１２の構成例について説明する。
図６は、ピストン温度・目標量算出部１１の内部構成の一部であるピストン温度推定部１２の構成を示すブロック図である。
　図６に示すように、ピストン温度推定部１２は、エネルギ伝達量推定部１７と、温度演算部１８とを備えている。エネルギ伝達量推定部１７は、入出力ポート４からセンサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量を受け取る。そして、エネルギ伝達量推定部１７は、センサ出力値や各アクチュエータの操作量、内燃機関状態量に基づいて、ピストン２５へのエネルギ伝達量を求める。また、エネルギ伝達量推定部１７は、求めたエネルギ伝達量を温度演算部１８に出力する。
　温度演算部１８は、ピストン２５へのエネルギ伝達量からピストン温度を求める。ここで、温度演算部１８は、エネルギ伝達量推定部１７から入力されたピストン２５へのエネルギ伝達量を用いて、下記数式１によってピストン推定温度を算出する。
［数式１］
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　数式１は、ピストン２５へのエネルギ伝達量Ｑ（ｔ）に対する時間積分の形で表されている。そのため、ピストン２５へのエネルギ伝達量Ｑ（ｔ）に誤差が含まれると、時間経過とともにその誤差が蓄積するおそれがある。
　図７は、ピストンへのエネルギ伝達量にプラス誤差が生じていた場合のピストン推定温度と実際のピストン温度の時間履歴を示す説明図である。
　もし、ピストン２５へのエネルギ伝達量Ｑ（ｔ）にプラス誤差が生じていた場合、図７に示すように、ピストン推定温度は、実温度よりも高くなる。ここで、ピストンへのエネルギ伝達量Ｑ（ｔ）にプラス誤差が生じていた場合とは、ピストンへ２５のエネルギ伝達量Ｑを過大に見積もった場合である。そして、図７に示すように、ピストン推定温度と実温度との差異（ピストン温度の推定誤差）は時間経過とともに増大する。
　図８は、ピストン温度とノック強度の関係の一例を示す図である。
　ピストン２５の高温化がノック発生の原因である場合、ピストン温度とノック強度との間には図８に示されるように強い線形相関があることが知られている。ここで、ピストン２５の高温化がノック発生の原因である場合とは、ピストンからの伝熱によって加熱されたピストン表面のガスの自着火がノックの発生原因である場合である。
　一般的な内燃機関制御装置では、ノックセンサ３８の出力に基づいてノック強度を求め、そのノック強度が予め定められたノック判定閾値を超えたときにノック状態である（以下、ノック判定ＯＮ）と判断する。また、図８で示されるように、ピストン温度とノック強度との間に相関があることから、ノック判定ＯＮにおける（すなわち、ノック強度がノック判定閾値である）ピストン温度はほぼ一定であると考えられる。以下、ノック強度がノック判定閾値を超えた際の、ピストン温度をノック時ピストン温度（所定温度）Ｔｋとする。
　そこで、本例のピストン温度・目標量算出部１１では、所定条件を満たしたときに、ピストン推定温度をノック時ピストン温度Ｔｋに補正する。これにより、時間経過に伴うピストン温度の推定精度低下を防止する。
３．ピストン推定温度の補正動作
　次に、ピストン推定温度の補正動作について図９から図１４を参照して説明する。
３－１．ピストン推定温度の補正タイミングの決定動作
　まず、図９を参照してピストン推定温度の補正タイミングの決定動作について説明する。
　図９は、ピストン推定温度の補正タイミングの決定動作を示すフローチャートである。
　図９に示すように、温度補正判定部１５は、ＥＣＵ２で算出されたノック状態フラグを読み取り、現在のノック発生状態を判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１の処理において、温度補正判定部１５は、ノック判定がＯＮである（ノック状態）と判断した場合、ステップＳ３２の処理に移行し、ノック判定がＯＦＦである（ノック状態ではない）と判断した場合、ステップＳ３５の処理に移行する。ステップＳ３５の処理において、温度補正判定部１５は、温度補正判定フラグをＯＦＦ（ピストン推定温度の補正タイミングではない）に設定する。そして、温度補正判定部１５は、温度補正判定フラグがＯＦＦであると温度補正部１４に送出して、ステップＳ３１の処理に戻る。
　これに対して、ステップＳ３２の処理において、温度補正判定部１５は、現在のピストン推定温度Ｔ（ｔ）とノック時ピストン温度Ｔｋとの偏差ΔＴ＝｜Ｔ（ｔ）－Ｔｋ｜が予め定めた閾値Ｔｃ（例えば１０℃）以上か否かを判定する。ステップＳ３２の処理において、偏差ΔＴが閾値Ｔｃ以上であると判断した場合（ステップＳ３２のＹＥＳ判定）、ステップＳ３３の処理に移行する。また、ステップＳ３２の処理において、偏差ΔＴが閾値Ｔｃ以上ではないと判断した場合（ステップＳ３２のＮＯ判定）、ステップＳ３５の処理に移行する。
　次に、ステップＳ３３の処理において、温度補正判定部１５は、ノックがピストン温度原因のノックであるか否かを判定する。ステップＳ３３の処理において、ノックがピストン温度原因であると判断した場合（ステップＳ３３のＹＥＳ判定）、ステップＳ３４の処理に移行する。また、ステップＳ３３の処理において、ノックがピストン温度原因ではないと判断した場合（ステップＳ３３のＮＯ判定）、ステップＳ３５の処理に移行する。
　次に、温度補正判定部１５は、ステップＳ３４の処理において、温度補正判定フラグをＯＮに設定（ピストン推定温度の補正タイミングである）する。そして、温度補正判定部１５は、温度補正判定フラグがＯＮであると温度補正部１４に送出して、ステップＳ３１の処理に戻る。
　以上の処理によって、ピストン温度原因のノックが発生し、かつ現在のピストン推定温度に閾値Ｔｃ以上の誤差が発生していると判断された場合には、温度補正判定フラグがＯＮであると温度補正判定部１５から温度補正部１４に送出される。それ以外の場合には、温度補正判定フラグがＯＦＦであると温度補正判定部１５から温度補正部１４に送出されることになる。
　なお、ステップＳ３２の処理に示す、現在のピストン推定温度に閾値Ｔｃ以上の誤差が発生しているかの判定処理は、省略してもよい。すなわち、現在のピストン推定温度の誤差の大きさに関わらず、ピストン温度原因のノックが発生した場合には、温度補正判定ＯＮ（温度補正判定フラグがＯＮ）を温度補正判定部１５から温度補正部１４に送出する。
そして、ピストン温度原因のノックが発生していない場合には、温度補正判定ＯＦＦ（温度補正判定フラグがＯＦＦ）を温度補正判定部１５から温度補正部１４に送出してもよい。しかしながら、ステップＳ３２の処理における、現在のピストン推定温度に閾値Ｔｃ以上の誤差が発生しているかの判定処理を実施することで、ＥＣＵ２における演算負荷を低減することができる。
３－２．ピストン温度原因のノックを判定する方法
　次に、ステップＳ３３の処理における現在発生しているノックがピストン温度原因のノックであるか否かを判定する方法について図１０から図１２を参照して説明する。
　図１０は、オイルジェット流量とノック強度の関係を示す説明図である。また、図１０では、点火時期を一定としてオイルジェット流量を変えた場合のノック強度変化の例を示している。
　図１０に示すように、ノックがピストン温度原因の場合には、オイルジェット流量を増やしてピストンの冷却を高めるとノック強度は、顕著に低下する。一方、ノックがピストン温度以外の原因で発生している場合（例えば、シリンダヘッドやシリンダライナの高温化によってノックが発生している場合）は、オイルジェット流量を増やしてピストンの冷却を高めてもノック強度の変化は小さい。
　したがって、図１０に示すように、オイルジェット流量の変化に対するノック強度の変化の大きさからピストン温度原因のノックであるか否かを判定することができる。より具体的には、オイルジェット流量の変化に対するノック強度の変化の大きさが予め定めた閾値（例えば、オイルジェット流量変化１０％に対してノック強度変化１０％）以上の場合は、ピストン温度が原因のノックであると判定する。そして、オイルジェット流量の変化に対するノック強度の変化の大きさが予め定めた閾値より小さい場合は、ピストン温度以外が原因のノックであると判定することができる。
　図１１は、オイルジェット流量と点火時期の関係を示す説明図である。また、図１１では、ノック強度を一定としてオイルジェット流量を変えた場合の点火時期変化（トレースノックの点火時期変化）を示している。
　図１１に示すように、ピストン温度がノック原因の場合には、オイルジェット流量を増やしてピストンの冷却を高めると点火時期の進角が大きくなる。一方、ピストン温度以外がノック原因の場合は、オイルジェット流量の変化に対して点火時期の変化は小さい。
　したがって、図１１に示すように、オイルジェット流量の変化に対する点火時期の変化の大きさからピストン温度原因のノックであるか否かを判定することができる。より具体的には、オイルジェット流量の変化に対する点火時期の変化の大きさが予め定めた閾値（例えばオイルジェット流量変化１０％に対して点火時期変化０．１°）以上の場合は、ピストン温度が原因のノックであると判定する。そして、オイルジェット流量の変化に対する点火時期の変化の大きさが予め定めた閾値より小さい場合は、ピストン温度以外が原因のノックであると判定することができる。
　図１２は、油温と水温の温度差とノック原因の関係を示す説明図である。
　図１２に示すように、ピストン温度は油温との相関が高く、ピストン温度以外のノック原因となるシリンダヘッド温度やシリンダライナ温度は水温との相関が高い。そこで、油温と水温の温度差（油温―水温）の大きさが予め設定した閾値ΔＴｃ（例えば３０℃）より大きい場合は、ピストン温度が原因のノックであると判定する。そして、油温と水温の温度差（油温―水温）の大きさが閾値ΔＴｃ以下の場合は、ピストン温度以外が原因のノックであると判定することができる。
３－３．温度補正指令と温度補正値の決定動作
　次に、図１３を参照して、温度補正部１４における温度補正指令と温度補正値の決定動作について説明する。
　図１３は、温度補正指令と温度補正値の決定動作を示すフローチャートである。
　図１３に示すように、まず、温度補正部１４は、温度補正判定部１５から温度補正判定結果を受け取る。そして、温度補正部１４は、温度補正判定フラグがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ４１）。ステップＳ４１の処理において、温度補正部１４は、温度補正判定フラグがＯＮ（ピストン推定温度の補正タイミングである）であると判断した場合（ステップＳ４１のＹＥＳ判定）、ステップＳ４２の処理に移行する。また、ステップＳ４１の処理において、温度補正部１４は、温度補正判定フラグがＯＦＦ（ピストン推定温度の補正タイミングではない）であると判断した場合（ステップＳ４１のＮＯ判定）、ステップＳ４４の処理に移行する。
　ステップＳ４４の処理では、温度補正部１４は、ピストン温度推定部１２に温度補正指令ＯＦＦ（ピストン推定温度を補正しない）を送出し、ステップＳ４１の処理に戻る。
　次に、ステップＳ４２の処理では、温度補正部１４は、ピストン推定温度の温度補正値にノック時ピストン温度Ｔｋを設定する。そして、温度補正部１４は、ピストン温度推定部１２に温度補正指令ＯＮ（ピストン推定温度を補正する）と温度補正値（ノック時ピストン温度Ｔｋ）を送出し（ステップＳ４３）、ステップＳ４１の処理に戻る。
３－４．ピストン推定温度の算出動作
　次に、図１４を参照してピストン温度推定部１２におけるピストン推定温度の算出動作について説明する。
　図１４は、ピストン推定温度の算出動作を示したフローチャートである。
　図１４に示すように、まず、ピストン温度推定部１２は、温度補正部１４から温度補正指令を受け取る。そして、ピストン温度推定部１２は、温度補正指令がＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１の処理において、ピストン温度推定部１２は、温度補正指令がＯＮ（ピストン推定温度を補正する）であると判断した場合（ステップＳ５１のＹＥＳ判定）、ピストン推定温度を補正するための処理、すなわちステップＳ５２の処理に移行する
　また、ステップＳ５１の処理において、ピストン温度推定部１２は、温度補正指令がＯＦＦ（ピストン推定温度を補正しない）であると判断した場合（ステップＳ５１のＮＯ判定）、エネルギ伝達量に基づいたピストン推定温度の算出をする。すなわち、ステップＳ５３の処理に移行する。
　ピストン推定温度を補正するための処理では、まず、ピストン温度推定部１２は、現在のピストン推定温度を温度補正部１４から受け取った温度補正値に置き換える（ステップＳ５２）。そして、後述するステップＳ５５の処理に移行する。
　これに対して、エネルギ伝達量に基づいたピストン推定温度の算出処理では、まず、ピストン温度推定部１２は、アクチュエータ操作量、センサ出力、内燃機関状態量に基づいてピストン２５へのエネルギ伝達量を算出する（ステップＳ５３）。次に、ピストン温度推定部１２は、上述した数式１を用いてピストン２５へのエネルギ伝達量を積分することでピストン推定温度を算出する（ステップＳ５４）。そして、ステップＳ５５の処理に移行する。
　ステップＳ５５５の処理では、ピストン温度推定部１２は、算出又は置き換えたピストン推定温度を目標量算出部１６に送り出し、ステップＳ５１の処理に戻る。
　図１５は、ピストン推定温度の補正動作によるノック判定、温度補正判定、ピストン推定温度、ピストン温度推定誤差の時間履歴の例を示した説明図である。
　図１５に示すように、本例のピストン推定温度の補正動作によると、ノック判定ＯＮ時において所定条件を満たしたときに、ピストン推定温度がノック時ピストン温度Ｔｋに補正される。このような温度補正によってピストン温度推定誤差の蓄積が抑制される。その結果、時間経過にともなうピストン推定温度の精度低下を防止することが可能となる。
３－５．ノック時ピストン温度の変更
　ところでノックの発生し易さは燃料の性状、環境条件、内燃機関の劣化状態など（以下、これらを外乱と略す）によって変化することが知られている。したがって、ピストン温度が原因のノックであっても、ノック時ピストン温度Ｔｋは、外乱の程度によって変化すると考えられる。そのため、温度補正部１４で決定される温度補正値であるノック時ピストン温度Ｔｋを、外乱の程度の大きさによって変更するのが望ましい。
　図１６は、燃料のオクタン価、燃料中のアルコール濃度、燃料の蒸発潜熱、内燃機関の回転速度、吸入空気の湿度、ＥＧＲ率（吸入空気に対する再循環ガスの質量比）の変化に対するノック時ピストン温度Ｔｋの変化の例を示した説明図である。
　燃料のオクタン価、燃料中のアルコール濃度、燃料の蒸発潜熱、内燃機関の回転速度、吸入空気の湿度、ＥＧＲ率が大きいほどノックが発生しにくくなる。そのため、図１６に示すように、燃料のオクタン価、燃料中のアルコール濃度、燃料の蒸発潜熱、内燃機関の回転速度、吸入空気の湿度、ＥＧＲ率が大きいほど、ノック時ピストン温度Ｔｋは、高くなる。したがって、温度補正部１４では、燃料のオクタン価、燃料中のアルコール濃度、燃料の蒸発潜熱、内燃機関の回転速度、吸入空気の湿度、ＥＧＲ率が大きいほど温度補正値が高くなるように設定するのが望ましい。
　図１７は、吸入空気量、吸入空気の圧力、吸入空気の温度、空燃比、圧縮比、燃焼室へのデポジッド堆積量の変化に対するノック時ピストン温度Ｔｋの変化の例を示した説明図である。
　吸入空気量、吸入空気の圧力、吸入空気の温度、空燃比、圧縮比、燃焼室へのデポジッド堆積量が大きいほどノックが発生しやすくなる。そのため、図１７に示すように、吸入空気量、吸入空気の圧力、吸入空気の温度、空燃比、圧縮比、燃焼室へのデポジッド堆積量が大きいほど、ノック時ピストン温度Ｔｋは、低くなる。したがって、温度補正部１４では、吸入空気量、吸入空気の圧力、吸入空気の温度、空燃比、圧縮比、燃焼室へのデポジッド堆積量が大きいほど温度補正値が低くなるように設定するのが望ましい。
　なお、外乱としては、上記の図１６及び図１７に示す例に限定されるものではなく、ノックの発生し易さに影響する因子を包括的に含む。温度補正部１４は、その程度が大きくなるほどノックが発生し難くなる因子に対しては、因子が大きくなるほど温度補正値を高く設定する。また、温度補正部１４は、その程度が大きくなるほどノックが発生し易くなる因子に対しては、因子が大きくなるほど温度補正値を低く設定する。このように外乱の程度に対して温度補正値を変更することで、補正後のピストン推定温度の精度がより向上する。
　そのため、温度補正部１４又は、ピストン温度・目標量算出部１１は、外乱を検出するセンサからの外乱情報を取得する。そして、温度補正部１４又はピストン温度・目標量算出部１１は、取得した外乱情報に基づいて、予め設定したマップやデータテーブル、数式を用いて温度補正値（ノック時ピストン温度Ｔｋ）を算出する。
３－６．アクチュエータ制御目標量の決定方法
　次に、本例のクチュエータ制御目標量の決定方法について図１８から図２２を参照して説明する。
［オイルジェット流量の決定方法］
　まず、図１８から図２０を参照してアクチュエータ制御目標量として、オイルジェット流量の決定方法について説明する。
　図１８は、ピストン推定温度とノックリスク度との関係を示した説明図である。
　上述したように、ピストン温度とノック強度の間には強い線形相関があることが知られている。本例のＥＣＵ２では、ピストン推定温度をノックのリスク度を測る手段として用いる。具体的には、図１８に示されるようにノックリスク度は、ピストン推定温度に比例する量とする。例えば、ピストン推定温度がノック時ピストン温度Ｔｋのときにノックリスク度を１、ピストン推定温度が０℃のときにノックリスク度を０と定義する。このようにして定義されたノックリスク度は、０から１に向かって１に近づくほどノックが発生するリスクが高くなることを示す指標となる。すなわち、目標量算出部１６は、ノック時ピストン温度Ｔｋからノックリスク度を算出する。そして、目標量算出部１６は、ノックリスク度に基づいてオイルジェット流量の制御目標値を決定する。
　図１９は、目標量算出部１６で実施されるノックリスク度に基づいたオイルジェット流量の決定方法の一例を示した説明図である。
　図１９に示すように、目標量算出部１６は、ノックリスク度が予め定められた第１閾値Ｃ１（例えば０．９）を超えると目標オイルジェット流量をＧ０からＧ１に増加する。また、目標量算出部１６は、ノックリスク度が予め定められた第２閾値Ｃ２（例えば０．８）を下回ると目標オイルジェット流量をＧ１からＧ０に減少する。
　なお、増加の閾値である第１閾値Ｃ１と減少の閾値である第２閾値Ｃ２に幅を持たせることで、オイルジェット流量に振動が発生することを防止できる。
　図２０は、目標量算出部１６で実施されるノックリスク度に基づいたオイルジェット流量の決定方法の他の例を示した説明図である。
　図２０に示すように、目標量算出部１６はノックリスク度が予め定められた閾値Ｃ１（例えば０．９）を超えると目標オイルジェット流量が上限値Ｇｍａｘに達するまでノックリスク度が高くなるほど目標オイルジェット流量を増加する。
　なお、ノックリスク度の代わりに直接、ピストン推定温度に基づいてオイルジェット流量を決定してもよい。例えば、目標量算出部１６は、ピストン推定温度が予め定められた第１閾値（例えば１５０℃）を超えると目標オイルジェット流量をＧ０からＧ１に増加する。また、目標量算出部１６は、ピストン推定温度が予め定められた第２閾値（例えば１４０℃）を下回ると目標オイルジェット流量をＧ１からＧ０に減少するようにしてもよい。
　さらに、目標量算出部１６は、ピストン推定温度が予め定められた閾値（例えば１５０℃）を超えると目標オイルジェット流量が上限値Ｇmaxに達するまでピストン推定温度が高くなるほど目標オイルジェット流量を増加するようにしてもよい。
　ただし、ノックリスク度は、ノック時ピストン温度Ｔｋで規格化された指標である。そのため、外乱によってノック時ピストン温度Ｔｋが変わってもその影響がノックリスク度に自動的に反映される。したがって、ノックリスク度を用いて目標オイルジェット量を決定することで、ノック時ピストン温度Ｔｋが変化してもオイルジェット流量の変更点を判断するための閾値（Ｃ１、Ｃ２）を変更する必要が無くなる。その結果、制御用ソフトウエアを簡素化できる利点がある。
　このように、ピストン推定温度、もしくはピストン推定温度によって求めたノックリスク度に基づいてオイルジェット流量を決定することで、ノックの発生リスクが高い場合にノックが発生する前に予めオイルジェット流量を増やしてピストン２５の冷却が促進される。これにより、ノック発生を防止したり、ノックが発生してもそのノック強度を軽減したりすることができる。その結果、内燃機関１００の出力の向上や排気損失の低減を図ることができる。
　また、ピストン推定温度、もしくはピストン推定温度によって求めたノックリスク度に基づいてオイルジェット流量を決定すると、ノックの発生リスクが低い場合に、オイルジェット流量が少なくなる。そのため、油圧ポンプの負荷に伴うフリクション損失の低減や、ピストン２５の冷却を抑えることによる冷却損失の低減を図ることができる。
［目標点火時期の決定方法］
　次に、図２１から図２２を参照してアクチュエータ制御目標量として、目標点火時期の決定方法について説明する。
　一般に火花点火式の内燃機関ではノックが発生しノック判定がＯＮになると、点火時期を通常の点火時期（Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｂｅｓｔ　Ｔｏｒｑｕｅ，　ＭＢＴ）より遅角側に設定する、いわゆる点火リタード制御を実施する。そして、ノックが収まりノック判定がＯＦＦになった後に、遅角した点火時期をＭＢＴに向かって進角する点火時期回復制御を実施する。
　本例のＥＣＵ２では、ピストン推定温度に基づいて、点火時期回復制御における点火進角速度（単位時間当たりの点火進角度ｄθig／ｄｔ）をノックリスク度の大きさによって変更する。
　図２１Ａ及び図２１Ｂは、ノックリスク度に基づいて点火進角速度の決定方法の一例を示す説明図である。図２２は、ノック判定、目標点火時期、ピストン温度、ノックリスク度の時間履歴の例を示した説明図である。図２１Ａ及び図２１Ｂに示すように、本例では、ノックリスクが低い場合の点火進角速度をノックリスクが高い場合の点火進角速度に比べて速くする。また、ノックリスク度は、図１８に示すようにピストン推定温度を用いて算出する。
　このとき、図２１Ｂに示すように、点火進角速度に上限値、または下限値を設けてもよい。点火進角速度に上限値を設けることで、ノックリスク度が低い場合に、過度に進角速度が速くなってノックが再発生するリスクを低減できる。また。点火進角速度に下限値を設けることで、ノックリスク度が高い場合に、過度に点火進角速度が遅くなって点火時期をＭＢＴよりも遅角している期間が長期化するリスクを低減できる。
　なお、ノックリスク度の代わりに直接ピストン推定温度に基づいて点火進角速度を決定してもよい。すなわち、ピストン推定温度が低い場合の点火進角速度をピストン推定温度が高い場合の点火進角速度に比べて速くしてもよい。
　ただし、上述したように、外乱によってノック時ピストン温度Ｔｋが変わってもその影響がノックリスク度に自動的に反映される。そのため、ノックリスク度を用いて点火進角速度を決定することで、制御用ソフトウエアを簡素化できる利点がある。
　このように、点火時期回復制御における点火進角速度をピストン推定温度、もしくはノックリスク度に基づいて変更することで、以下のような作用、メリットがある。図２２に示すように、ノック判定直後は、点火時期の遅角量が大きいのでピストン温度が下がりノックリスク度が低くなる。そのため、速い点火進角速度が設定され点火遅角量は、急速に小さくなる。これにより、図２２の点線で示される点火進角速度を一定とした場合（従来例）に比べて、点火時期の遅角に伴う排気損失を低減できる。
　一方、点火遅角量が小さくなるとピストン温度が上がりノックリスク度が高くなるため、遅い点火進角速度が設定される。そのため、点火進角速度が遅い場合、図２２の点線で示される点火進角速度を一定とした場合（従来例）に比べて点火進角に伴うピストン温度の上昇速度が緩やかになる。
　また、点火時期回復制御では、点火進角を停止した後もピストン２５の熱容量によってピストン温度上昇が継続し、ピストン温度のオーバーシュートによってノックが再発生するおそれがある。しかしながら、本例のＥＣＵ２によれば、点火遅角量が小さいときに点火進角速度を低く設定している。これにより、ピストン温度のオーバーシュートを抑制し、ノックの再発生を防止することができる。すなわち、本例のピストン推定温度、もしくはノックリスク度に基づいた点火時期の決定方法によれば、ノック後の点火時期回復制御において、ノックの再発生を防止しつつ点火遅角量を減らすことで排気損失の低減が可能である。
　なお、上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
　また、上記の各構成要素、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路の設計などによりハードウエアで実現してもよい。また、上記の各構成要素、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウエアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
　２…ＥＣＵ（内燃機関制御装置）、　３…入力回路、　４…入出力ポート、　５…ＲＡＭ、　６…ＲＯＭ、　７…ＣＰＵ、　８…オイルジェット制御部、　９…点火制御部、　１０…クランク角度センサ、　１１…ピストン温度・目標量算出部、　１２…ピストン温度推定部、　１４…温度補正部、　１５…温度補正判定部、　１６…目標量算出部、　１７…エネルギ伝達量推定部、　１８…温度演算部、　２２…点火コイル、　２３…シリンダブロック、　２４…シリンダヘッド、　２５…ピストン、　２６…吸気弁、　２７…排気弁、　３１…電子制御スロットル弁、　３２…吸気ポート、　３３…排気ポート、　３４…触媒コンバータ、　３５…燃料噴射装置、　３６…エアフローセンサ、　３７…空燃比センサ、　３８…ノックセンサ、　３９…油温センサ、　４０…オイルパン、　４１…水温センサ、　４２…水ジャケット、　５３…オイルジェット、　５６…オイル供給通路、　６２…アクセル開度センサ、　１００…内燃機関

Claims (13)

  1. 　内燃機関に設けたセンサからのセンサ出力及びアクチュエータ操作量、内燃機関状態量に基づいて前記内燃機関のピストン温度を推定するピストン温度推定部と、
    　前記センサ出力及びアクチュエータ操作量、内燃機関状態量に基づいて、前記ピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を補正する補正タイミングであるか否かを判定する温度補正判定部と、
    　前記温度補正判定部において判定された前記補正タイミングで前記ピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を所定温度に補正する温度補正部と、
    　前記ピストン温度推定部によって推定された前記ピストン推定温度又は前記温度補正部によって前記所定温度に補正された前記ピストン温度に基づいて、前記内燃機関のアクチュエータの制御目標量を算出する目標量算出部と、
    　を備えた内燃機関制御装置。
  2. 　前記温度補正判定部は、少なくとも前記ピストン温度が原因のノックが発生したタイミングを前記補正タイミングと判定する
    　請求項１に記載の内燃機関制御装置。
  3. 　前記温度補正判定部は、少なくとも前記ピストン推定温度とノック時の前記ピストン温度との偏差が所定以上の場合で、かつ、前記ピストン温度が原因のノックが発生したタイミングを前記補正タイミングと判定する
    　請求項２に記載の内燃機関制御装置。
  4. 　前記温度補正判定部は、前記内燃機関のオイルジェット流量が変化したときのノック強度の変化に基づいて、ノックの発生原因が、前記ピストン温度が原因のノックであるか否かを判定する
    　請求項２に記載の内燃機関制御装置。
  5. 　前記温度補正判定部は、点火時期が一定の状態で、前記オイルジェット流量の変化に対するノック強度の変化が予め設定した所定値よりも大きい場合、前記ピストン温度が原因のノックであると判定する
    　請求項４に記載の内燃機関制御装置。
  6. 　前記温度補正判定部は、オイルジェット流量が変化したときの点火時期の変化に基づいて、ノックの発生原因が、前記ピストン温度が原因のノックであるか否かを判定する
    　請求項２に記載の内燃機関制御装置。
  7. 　前記温度補正判定部は、ノック強度が一定の状態で、前記オイルジェット流量の変化に対する点火時期の変化が予め設定した所定値よりも大きい場合、前記ピストン温度が原因のノックであると判定する
    　請求項６に記載の内燃機関制御装置。
  8. 　前記温度補正判定部は、前記内燃機関の油温と水温との温度差に基づいて、ノックの発生原因が、前記ピストン温度が原因のノックであるか否かを判定する
    　請求項２に記載の内燃機関制御装置。
  9. 　前記温度補正判定部は、前記油温から前記水温を引いた温度差が予め設定した所定値より大きい場合に前記ピストン温度が原因のノックと判定する
    　請求項８に記載の内燃機関制御装置。
  10. 　前記温度補正部は、ノックが発生した際の前記ピストンの温度を前記所定温度に設定する
    　請求項１に記載の内燃機関制御装置。
  11. 　前記温度補正部は、前記内燃機関の外乱に基づいて、前記所定温度を変更する
    　請求項１０に記載の内燃機関制御装置。
  12. 　前記温度補正部は、前記外乱として、燃料のオクタン価、燃料のアルコール濃度、燃料の蒸発潜熱、前記内燃機関の回転速度、吸入空気の湿度、ＥＧＲ率、吸入空気量、吸入空気の圧力、吸入空気の温度、空燃比、圧縮比、デポジット堆積量の少なくともひとつの大きさに基づいて、前記所定温度を変更する
    　請求項１１に記載の内燃機関制御装置。
  13. 　内燃機関に設けたセンサからのセンサ出力及びアクチュエータ操作量、内燃機関状態量に基づいて前記内燃機関のピストン温度をピストン温度推定部で推定する処理と、
    　前記センサ出力及びアクチュエータ操作量、内燃機関状態量に基づいて、前記ピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を補正する補正タイミングであるか否かを温度補正判定部で判定する処理と、
    　前記温度補正判定部において判定された前記補正タイミングで前記ピストン温度推定部によって推定されたピストン推定温度を所定温度に温度補正部で補正する処理と、
    　前記ピストン温度推定部によって推定された前記ピストン推定温度又は前記温度補正部によって前記所定温度に補正された前記ピストン温度に基づいて、前記内燃機関のアクチュエータの制御目標量を目標量算出部で算出する処理と、
    　を含む内燃機関の制御方法。
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