WO2006035842A1

WO2006035842A1 - エンジンの仕事量を算出する装置および方法

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Publication number: WO2006035842A1
Application number: PCT/JP2005/017894
Authority: WO
Inventors: Koichiro Shinozaki; Katsura Okubo; Yuji Yasui; Masahiro Sato; Koichi Ikoma
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2007-03-30
Also published as: EP1801400A4; US7647155B2; EP1801400A1; CN100578003C; US20080294323A1; JP4298624B2; CA2582836C; JP2006097660A; CA2582836A1; MX2007003739A; CN101023258A

Abstract

　エンジンの仕事量を、より効率的かつ正確に算出する。　エンジンの仕事量を算出する装置は、エンジンの体積変化率を周波数分解することにより得られる周波数成分について、エンジンの仕事量を算出するのに所望の成分を決定する成分決定手段を備える。該装置は、さらに、該決定した成分について、体積変化率と、該成分に対応する周波数で構成される基準信号との第１の相関係数を算出する第１の算出手段と、該決定した成分について、エンジンの筒内圧と、該成分に対応する周波数で構成される基準信号との第２の相関係数を算出する第２の算出手段とを備える。該第１の相関係数およびが該第２の相関係数に基づいて、エンジンの仕事量を算出する。

Description

エンジンの仕事量を算出する装置および方法

技術分野

[0001] この発明は、内燃機関の仕事量を効率的に算出する装置および方法に関する。

背景技術

[0002] 内燃機関 (以下、エンジンと呼ぶ)の燃焼室内の圧力（以下、筒内圧と呼ぶ)を検出し、該検出された圧力と、燃焼室の行程体積の変化率とに基づいて、たとえば図示平均有効圧のようなエンジンの仕事量を算出する手法が提案されている。

[0003] 下記の特許文献 1には、所定の構造を持つエンジンにつ!/、て、図示平均有効圧を算出する式を導く手法が記載されている。該式は、所定の周波数成分における筒内圧信号を用いる。該所定の周波数成分における筒内圧信号を得るため、該筒内圧信号を、基本波成分を取り出す第 1の帯域フィルタ、および基本波成分の整数倍の高調波成分を取り出す第 2の帯域フィルタでフィルタリングする。

特許文献 1：特公平 8— 20339号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 従来、図示平均有効圧のようなエンジンの仕事量の演算には、筒内圧を高い周波数で (たとえば、クランク角 1度ごとに)サンプリングする必要があった。このような高いサンプリング周波数は、演算負荷を高くし、よって車両に搭載された制御装置 (ECU )における演算を困難なものとしていた。

[0005] 上記の特許文献 1の手法では、サンプリング周波数の低減が試みられている。具体的には、この手法によると、図示平均有効圧の算出に必要な周波数成分が、予め決められている。該予め決められた周波数成分を得るのに必要な程度にまで、サンプリング周波数を低減することができる。し力しながら、この手法によると、該予め決められた周波数成分を、帯域フィルタによって抽出している。帯域フィルタによって、該予め決められた周波数成分を正確に抽出するのは困難である。フィルタリングの精度を上げると、該帯域フィルタの不安定を招き、結果として、得られる筒内圧信号における誤差を増やすおそれがある。

[0006] また、上記の特許文献 1の手法では、所定の構造を持つエンジンを前提に、図示平均有効圧を算出する式が導かれている。したがって、このような所定の構造とは異なるエンジンに該算出式を適用することは困難である。

[0007] さらに、上記の特許文献 1の手法では、吸気行程の上死点 (TDC)から所定の角度において筒内圧をサンプリングする必要がある。したがって、図示平均有効圧を演算する区間は固定であり、任意に設定することができない。

[0008] 一方、典型的なエンジンでは、行程体積が一定であり、よってエンジンのクランク角に対する行程体積の変化率 (体積変化率と呼ぶ)の波形が一定である。したがって、従来、図示平均有効圧のようなエンジンの仕事量は、該体積変化率の波形が一定であることを前提に算出されてきた。

[0009] し力しながら、近年、行程体積が変化し、よってエンジンのクランク角に対する体積変化率の波形が変化するエンジンが提案されている。たとえば、可変圧縮比機構を備えるエンジンでは、行程体積および体積変化率の波形が変化することがある。このようなエンジンについて、従来の手法によってエンジンの仕事量を算出しょうとすると

、様々な運転状態に対応する行程体積および体積変化率をメモリに記憶する必要があり、そのデータ量は膨大なものとなりうる。

[0010] また、上記の特許文献 1のような手法によると、体積変化率が所定の 1つの式で表されることを前提に、図示平均有効圧を算出するための式が導かれている。図示平均有効圧を算出する式には、体積変化率に関するパラメータが含まれておらず、よって体積変化率の波形が変化するようなエンジンにつ、ては、図示平均有効圧を正確に算出することが困難である。

[0011] 本願発明は、これらの課題を解決することができる、エンジンの仕事量を算出する装置および方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明の一つの側面によると、エンジンの仕事量を算出する方法は、エンジンの体積変化率を周波数分解することにより得られる周波数成分にっヽて、エンジンの仕事量を算出するのに所望の成分を決定することを含む。さらに、該決定した成分について、体積変化率と、該成分に対応する周波数で構成される基準信号との第 1の相関係数を算出する第 1の算出と、該決定した成分について、エンジンの筒内圧と、該成分に対応する周波数で構成される基準信号との第 2の相関係数を算出する第 2の算出とを行う。該第 1の相関係数およびが該第 2の相関係数に基づいて、エンジンの仕事量を算出する。

[0013] この発明によれば、体積変化率の周波数分解により決定した所望の成分につ!、てのみ、筒内圧に関連づけられた第 2の相関係数を算出する。すべての成分について第 2の相関係数を算出する必要はない。したがって、所望の成分を抽出することができる程度にまで、筒内圧のサンプリング周波数を低減することができる。さらに、第 1 および第 2の相関係数を用いることにより、所望の成分の体積変化率および筒内圧をより正確に抽出することができると共に、エンジンの仕事量を算出する区間を任意に設定することができる。さらに、この発明によれば、所与のエンジンに適合するよう所望の成分を決定することができるので、任意の構造を持つエンジンにつ、てェンジンの仕事量を算出することができる。

[0014] 本発明の一実施形態によると、第 1の相関係数は、エンジンの体積変化率をフーリェ級数展開したときのフーリエ係数である。第 2の相関係数は、エンジンの筒内圧をフーリエ級数展開したときのフーリエ係数である。

[0015] 本発明の一実施形態によると、エンジンの行程体積が求められる。該行程体積と、上記の第 1および第 2の相関係数に基づいて、エンジンの仕事量が算出される。こうして、行程体積の変化するエンジンについて、より正確にエンジンの仕事量を算出することがでさる。

[0016] 本発明の一実施形態によると、エンジンの運転状態が検出される。該検出されたェンジンの運転状態に従って、上記の所望の成分が決定される。こうして、エンジンの仕事量を算出するのに所望な成分を、エンジンの運転状態に従って適切に決定することができる。

[0017] 本発明の一実施形態によると、エンジンの運転状態に対応して予め算出された所望の成分および第 1の相関係数が、記憶装置に記憶される。検出されたエンジンの運転状態に基づいて該記憶装置を参照することにより、所望の成分および第 1の相関係数を抽出する。所望の成分および第 1の相関係数を事前に算出して記憶しておくことにより、エンジンの仕事量を算出する計算負荷を軽減することができる。さらに、エンジンの運転状態に対応して予め算出された行程体積を記憶してもよい。

[0018] 本発明の一実施形態によると、エンジンの筒内圧が検出される。該検出された筒内圧に基づいて、所定の式に従い第 2の相関係数が計算される。こうして、第 2の相関係数は逐次的に算出される。

[0019] 本発明の一実施形態によると、エンジンの圧縮比に応じて、所望の成分を決定することができる。また、該圧縮比に応じて、行程体積および第 1の相関係数を求めることができる。

[0020] 圧縮比を変更することができるエンジンでは、体積変化率の波形が変化することがある。圧縮比に応じて所望の成分、行程体積および第 1の相関係数を求めることにより、該圧縮比を変更することのできるエンジンについても、エンジンの仕事量をより正確に算出することができる。

[0021] 本発明の一実施形態では、エンジンの第 1の状態における第 1の成分および該第 1 の成分に応じた第 1の相関係数と、エンジンの第 2の状態における第 2の成分および該第 2の成分に応じた第 1の相関係数とが、記憶装置に記憶される。エンジンの運転状態が、該第 1の状態と該第 2の状態との間にあることが検出されたならば、第 1の成分に応じた第 1の相関係数および第 2の成分に応じた第 1の相関係数を補間することにより、該検出されたエンジンの運転状態に応じた第 1の相関係数を算出する。このような補間により、事前に記憶しておく所望の成分および第 1の相関係数の数を減らすことができる。このような補間は、行程体積についても適用されることができる。

[0022] 本発明の一実施形態では、検出されたエンジンの運転状態に応じて体積変化率を算出し、該体積変化率に基づいて、所定の式に従って第 1の相関係数を算出する。このように、第 1の相関係数を逐次的に算出するようにしてもよい。

[0023] エンジンの仕事量は、図示平均有効圧を含む。

[0024] 本発明の他の側面によれば、上記方法を実現する装置が提供される。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]この発明の一実施例に従う、エンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。 [図 2]こ .の発明の-一実施例に '-従つ、図示平均有効圧を示す図。

[図 3]こ .の発明の-一実施例に '-従う、体積変化率を示す図。

[図 4]こ .の発明の-一実施例に '-従う、体積変化率にっヽての FFT解析結果を示す図。圆 5]こ .の発明の-一実施例に '-従う、各次数におけるフーリエ係数の値を示す図。

[図 6]こ .の発明の-一実施例に '-従う、体積変化率およびフーリエ係数の値を示す図。

[図 7]こ .の発明の-一実施例に '-従う、体積変化率およびフーリエ係数の値を示す図。

[図 8]こ .の発明の-一実施例に '-従う、体積変化率およびフーリエ係数の値を示す図。

[図 9]こ .の発明の-一実施例に：従う、体積変化率およびフーリエ係数の値を示す図。

[図 10]この発明の一実施例に従う、図示平均有効圧を算出する装置のブロック図。

[図 11]この発明の一実施例に従う、圧縮比に応じた行程体積およびフーリエ係数の値のマップを示す図。

[図 12]この発明の一実施例に従う、図示平均有効圧を算出するプロセスのフローチヤート。

[図 13]この発明の一実施例に従う、演算区間の設定を示す図。

符号の説明

[0026] 1 ECU 2 エンジン

15 筒内圧センサ 26 可変圧縮比機構

27 圧縮比センサ

本発明を実施するための最良の形態

[0027] 次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図 1は、この発明の実施形態に従う、エンジンおよびその制御装置の全体的な構成図である。

[0028] 電子制御ユニット（以下、「ECU」）という） 1は、中央演算処理装置 (CPU) lbを備えるコンピュータである。 ECU1は、メモリ lcを備えており、該メモリ lcは、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ 'プログラムおよび該プログラムの実施に必要なマップを格納する読み取り専用メモリ（ROM)と、 CPU lbの演算のための作業領域を提供し、プログラムおよびデータを一時的に格納するランダムアクセスメモリ（RA M)を備えている。さらに、 ECU1は、車両の各部から送られてくるデータを受け取入れる入力インターフェース la、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフエース Idを備えている。

[0029] エンジン 2は、この実施例では 4サイクルのエンジンである。エンジン 2は、吸気弁 3 を介して吸気管 4に連結され、排気弁 5を介して排気管 6に連結されている。 ECU1 力もの制御信号に従って燃料を噴射する燃料噴射弁 7が、吸気管 4に設けられている。

[0030] エンジン 2は、吸気管 4から吸入される空気と、燃料噴射弁 7から噴射される燃料との混合気を、燃焼室 8に吸入する。燃料室 8には、 ECU1からの点火時期信号に従つて火花を飛ばす点火プラグ 9が設けられて、る。点火プラグ 9によって発せられた火花により、混合気は燃焼する。燃焼により混合気の体積は増大し、これによりピストン 10を下方に押し下げる。ピストン 10の往復運動は、クランク軸 11の回転運動に変換される。

[0031] 筒内圧センサ 15は、例えば圧電素子力もなるセンサであり、点火プラグ 9のェンジンシリンダに接する部分に埋没されている。筒内圧センサ 15は、燃焼室 8内の圧力（筒内圧)の変化を示す信号を出力し、それを ECU1に送る。 ECU1は、該筒内圧変化を示す信号を積分して、筒内圧を示す信号 Pを生成する。

[0032] エンジン 2には、クランク角センサ 17が設けられている。クランク角センサ 17は、クランクシャフト 11の回転に伴!、、パルス信号である CRK信号および TDC信号を ECU 1に出力する。

[0033] CRK信号は、所定のクランク角（たとえば、 30度)で出力されるパルス信号である。

ECU1は、該 CRK信号に応じ、エンジン 2の回転数 NEを算出する。 TDC信号は、ピストン 10の TDC位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。

[0034] エンジン 2の吸気管 4には、スロットル弁 18が設けられている。スロットル弁 18の開度は、 ECU1からの制御信号により制御される。スロットル弁 18に連結されたスロットル弁開度センサ（ 0 TH) 19は、スロットル弁 18の開度に応じた電気信号を、 ECU1 に供給する。

[0035] 吸気管圧力（Pb)センサ 20は、スロットル弁 18の下流側に設けられている。 Pbセンサ 20によって検出された吸気管圧力 Pbは ECU1に送られる。

[0036] スロットル弁 18の上流には、エアフローメータ（AFM) 21が設けられている。エアフローメータ 21は、スロットル弁 18を通過する空気量を検出し、それを ECU1に送る。

[0037] 可変圧縮比機構 26は、 ECU1からの制御信号に従って、燃焼室内の圧縮比を変更することができる機構である。可変圧縮比機構 26は、任意の既知の手法により実現することができる。たとえば、油圧を利用してピストンの位置を変更することにより、運転状態に応じて圧縮比を変更する手法が提案されている。

[0038] 圧縮比センサ 27が、 ECU1に接続されて、る。圧縮比センサ 27は、燃焼室の圧縮比 Crを検出し、それを ECU1に送る。

[0039] ECU1に向けて送られた信号は入力インターフェース laに渡され、アナログデジタル変換される。 CPUlbは、変換されたデジタル信号を、メモリ lcに格納されているプログラムに従って処理し、車両のァクチユエータに送るための制御信号を作り出すことができる。出力インターフェース Idは、これらの制御信号を、燃料噴射弁 7、点火プラグ 9、スロットル弁 18、およびその他の機械要素のァクチユエータに送る。また、 C PUlbは、該変換されたデジタル信号を用いて、メモリ lcに格納されているプロダラムに従い、エンジンの仕事量を算出することができる。

[0040] エンジンの仕事量を表す指標として、図示平均有効圧が用いられることがある。平均有効圧は、エンジンの 1燃焼サイクルにおける仕事を行程体積で割ったものを示す。図示平均有効圧は、該平均有効圧から、冷却損失、不完全燃焼および機械的なフリクションなどを引いたものを示す。これらの指標は、エンジンの総行程体積 (ェンジン排気量)の異なる機種間の性能差を評価するのに用いられることがある。

[0041] 図 2を参照すると、 1燃焼サイクルにおける、エンジンの燃焼室の体積 Vと筒内圧 P との関係（PV線図と呼ばれる）が示されている。点 Pにおいて、吸気弁が開き、吸気行程が開始する。筒内圧は、ピストンが上死点 TDCにある点 Nを経て、最小値である点 Uに至るまで減少する。その後、ピストンが下死点 BDCにある点 Kを経て、筒内圧は増加する。点 Qにおいて圧縮行程が開始し、筒内圧は増加し続ける。点 Rにおいて燃焼行程が開始する。混合気の燃焼により筒内圧は急激に増加し、点 Sにおいて、筒内圧は最大になる。混合気の燃焼により、ピストンは押し下げられ、点 Mで示される BDCに向力つて移動する。この移動により、筒内圧は減少する。点 Tにおいて排気弁が開き、排気行程が開始する。排気行程では、筒内圧はさらに減少する。 [0042] 図示平均有効圧は、図に示される曲線で囲まれる面積を、ピストンの行程体積で割ることにより求められる。

[0043] 以下の実施例では、図示平均有効圧を算出する手法を示す。エンジンの仕事量という用語には、本発明に従う手法によって算出される図示平均有効圧に基づいて算出されることのできる他の指標、たとえば、平均有効圧、正味平均有効圧、エンジントルク等が含まれる点に注意された、。

[0044] 図示平均有効圧 Pmiは、図 2に示されるような PV線図を一周積分することで算出されることができ、該算出式は、式（1)のように表されることができる。積分区間は、 1燃焼サイクルに相当する期間であるが、積分区間の開始は、任意の時点に設定することができる点に注意されたい。

[0045] 式（1)を離散化したものが式（2)に示されており、式（2)の mは、演算サイクルを示す。 Vsは、 1気筒の行程体積を示し、 dVは、該気筒の体積変化率を示す。 Pは、前述したように、筒内圧センサ 15 (図 1)力もの出力に基づいて得られる、筒内圧を示す信号である。

[数 1]

[0046] 式（1)に示すように、図示平均有効圧 Pmiは、筒内圧信号 Pと体積変化率 dVの相関係数として表される。体積変化率 dVを実質的に構成する周波数成分は限られているので (詳細は、後述される）、該周波数成分のみについて両者の相関係数を算出すれば、図示平均有効圧 Pmiを算出することができる。

[0047] 体積変化率 dVを周波数分解するため、体積変化率 dVを式 (3)のようにフーリエ級数展開する。 tは時間を示す。 Tは、エンジンのクランク軸の回転の周期を示し (以下、クランク周期と呼ぶ）、 ωはその角周波数を示す。 4サイクルエンジンでは、 1周期 Τ は、 360度に対応する。 kは、該エンジン回転の周波数成分の次数を示す。 [数 2] dV( ot) = f(t) =— + X (V_ak cos k ot + V_bk sin kcot) (3)

2 k=i

v_a。 = f f(t)dt

V_ak =—「f(t) cos kcot dt

[0048] 式（3)を式（1)に適用すると、式 (4)が導かれる。 0 = co tである。

[数 3]

+∑ (V_ak cos k9 + V_bk sin ke) I dG + V_al cos0 + V_a2 cos29 + V_a3 cos3e + V_a4 cos49 + .„.

+ V_bl sin6 + V_b2 sin29 + V_b3 sin39 + +V_b4 sin49+ ....}άθ

[0049] 一方、筒内圧信号 Pをフーリエ級数展開すると、該筒内圧信号のフーリエ係数 Pak および Pbkは、式（5)のように表されることができる。筒内圧信号の 1周期 Tcは、 1燃焼サイクルの長さに相当する。 4サイクルエンジンでは、 1燃焼サイクルが 720度のクランク角に対応するので、周期 Tcは、クランク周期 Tの 2倍である。したがって、式（5) における Θ cは、 4サイクルエンジンでは（ 0 /2)となる。 kcは、筒内圧信号の周波数成分の次数を表す。

[数 4] 2 r

Pak =— dPcoskc 9cd6 -- P coskc

Pbk

[0050] 式（4)に ίま、 cos θ、 cos2 0、、、 sin 0、 sin2 0、、、の成分力現れて！/、る。式（5) において、 kc = 2kとすることにより、これらの成分のフーリエ係数 Pakおよび Pbkを得ることができる。すなわち、 4サイクルエンジンでは、図示平均有効圧 Pmiを算出するのに、体積変化率のフーリエ係数 Vakおよび Vbkに関する周波数成分 1次、 2次、 3 次、、、（k= l, 2, 3. . . )に対し、筒内圧信号のフーリエ係数 Pakおよび Pbkに関する周波数成分は、 2次、 4次、 6次、、、（kc = 2, 4 θ 2, 6. . . )があればよい。 kc = 2kと d

すると、式（5)は、式（6)のように表される。 Θ

[数 5]

Pak =—fP coskc - άθ =— cfPcoskGde

2T J 2 2Τ ·¹

Pbk =— cfPsinkc - dQ =一 fP sinked0

2T J 2つ 29TT J 式 (4)に式 (6)を適用すると、式 (7)が導かれる。：で、式（4)の" Va "はほぼゼロ

0

である（この理由については、後述される）。

[数 6]

[0052] 式（7)には、行程体積 Vs、体積変化率 dVに関するフーリエ係数 Vakおよび Vbkが含まれている。したがって、行程体積 Vsおよびクランク角に対する体積変化率 dVの波形が変化するエンジンについても、図示平均有効圧 Pmiをより正確に算出することができる。

[0053] 式（7)は、 4サイクルエンジンにつ!/、ての式であるが、 2サイクルエンジンにつ!/ヽても上記と同様の手法で算出されることができることは、当業者には明らかであろう。 2サイタルエンジンでは、 Tc=T、 Θ c= Θが成立する。

[0054] 式（6)で表される、筒内圧のフーリエ係数 Pakおよび Pbkは、連続時間系の式である。デジタル処理に適した離散系に変形すると、式 (8)のように表される。ここで、 Nは、クランク周期 Tにおけるサンプリング数を示す。積分区間は 1燃焼サイクルに相当する長さであり、該 1燃焼サイクルでのサンプリング数は、 2Nである。 nは、サンプリング番号を示す。 Pnは、 n番目のサンプリングにおける筒内圧を示す。

[数 7]

Pak =— dP coskGd0 =— dPcosk«tdt =— dP cosk— t dt =— > P„ cosk ~ n

2T ^ 2T J 2T J T 2^ t N

ゥつ 271 2N つ

Pbk =—— fPsink0dG =— jP sink ratdt =—— cfP sink— tdt =— P„ sink ^ n (8) つ T ] T J T J T "NT ⁿ "W 式（9)は、式（7)および式（8)をまとめたものである。

[数 8]

2 2N 2,%

Pak = P„ cosk—— n

2N T N

2N 9„

Pbk -— Y P, sin k— n (9)

2Nム N⁷

[0056] この実施例では、式（9)に示されるように、筒内圧のフーリエ係数 Pakおよび Pbkは、検出された筒内圧のサンプル Pnに応じて逐次的に算出される。行程体積 Vsと、体積変化率のフーリエ係数 Vakおよび Vbkは、予め算出され、 ECU1のメモリ lc (図 1) に記憶されている。

[0057] エンジンの特性に従い、エンジンの運転状態に対応する行程体積 Vsおよび体積変化率 dVの波形が決まる。したがって、エンジンの運転状態に対応する行程体積 V sおよび体積変化率 dVをシミュレーション等によって予め求めることができる。この実施例では、エンジンの運転状態に対応する行程体積 Vs、フーリエ係数 Vakおよび V bkを、メモリ lcに予め記憶する。

[0058] 代替的に、体積変化率が検出されることに応じて、逐次的にフーリエ係数 Vakおよび Vbkを計算するようにしてもよい。該計算式を、式（10)に示す。ここで、積分区間は 1クランク周期 Tである。 Vnは、 n番目のサンプリングで得られた体積変化率を示し、ここに、検出された体積変化率が代入される。

[数 9]

Vak =

-cfVn sink— tdt = -VV_n sink—: (10)

T J T Ν^ί N 積分区間は、 2クランク周期、すなわち 1燃焼サイクルに相当する長さでもよい。この場合、式（11)のようにして、体積変化率のフーリエ係数を算出することができる。計算結果は、式（10)と同じである。

[数 10]

Ί· _Λ 2π , ^—ι, , , 2π

Vak =—— jVn cosk— tdt =—— V„ cosk

2ΎT i ^J T T 2"N M ^ ^a N

Vbk =— cfVn sink— tdt =— >^Λν_η sink— n (11)

IT i T ゥ T ¹¹ T

[0060] ここで、フーリエ係数を観察する。式 (8)から明らかなように、筒内圧についてのフ一リエ係数のそれぞれは、筒内圧信号 Pと、体積変化率 dVの周波数分解により得られる周波数成分で構成される信号との相関係数である。同様に、式（10)から明らかなように、体積変化率についてのフーリエ係数のそれぞれは、体積変化率信号 dVと、体積変化率 dVの周波数分解により得られる周波数成分で構成される信号との相関係数である。たとえば、フーリエ係数 Palは、筒内圧信号 Pと cos Θとの相関係数である。体積変化率 Vb2は、体積変化率信号 dVと sin2 Θとの相関係数である。

[0061] このように、筒内圧についてのフーリエ係数のそれぞれは、対応する周波数成分について抽出された筒内圧信号であり、体積変化率についてのフーリエ係数のそれぞれは、対応する周波数成分について抽出された体積変化率信号を表している。前述したように、体積変化率 dVを実質的に構成する周波数成分は限られているので、該限られた周波数成分について抽出された筒内圧信号および体積変化率信号のみを用いて、図示平均有効圧 Pmiを算出することができる。本願発明は、このような算出手法を提供するものである。

[0062] この実施例では、体積変化率を実質的に構成する周波数成分についての筒内圧信号および体積変化率信号を抽出するのに、フーリエ級数展開を用いる。しかしながら、他の手法を用いて、該抽出を行ってもよい。

[0063] 以下、いくつかの実施例を参照して、図示平均有効圧 Pmiを算出するための式（9) を検証する。

[0064] 図 3は、クランク角に対する体積変化率 dVの波形が一定である（言い換えると、行程体積が一定であり、よって体積変化率 dVの挙動の態様が一種類である）通常のェンジンにおける体積変化率 dVの波形 51と、該体積変化率 dVの波形と同一の周期を持った sin関数の波形 52 (振幅は、行程体積の大きさに依存する）とを示す。この例では、フーリエ係数の演算区間 Aは、吸気行程の TDC (上死点)から開始する 1燃焼サイクルであり、 sin関数は、該演算区間 Aの開始においてゼロの値を持つよう設定されている。

[0065] 図から明らかなように、両者の波形は非常に類似している。これは、体積変化率 dV を sin関数で表すことができる、ということを示す。体積変化率 dVは、 sin関数に対し、オフセットおよび位相差をほとんど持たない。したがって、体積変化率の周波数成分には、直流成分 aOおよび cos成分がほとんど現れないと予測することができる。

[0066] 図 4は、このようなエンジンの体積変化率 dVを FFT解析した結果を示す。参照符号 53は、エンジン回転の 1次の周波数成分を示すラインであり、参照符号 54は、ェンジン回転の 2次の周波数成分を示すラインである。この解析結果力もわ力るように、体積変化率 dVは、主に、エンジン回転の 1次および 2次の周波数成分を持つにすぎない。

[0067] 図 5の（a)は、図 3に示す演算区間 Aについて、実際に算出した体積変化率 dVのフーリエ係数の一例を示す。図 5の（b)は、図 5の（a)における各成分についてのフ一リエ係数の大きさをグラフで表したものである。直流成分 VaOおよび位相がずれた cos成分 Vak (k= l、 2、 . . .）が、ほぼゼロであることがわかる。また、 3次以上の高調波成分 (k≥ 3)も、ほぼゼロであることがわかる。

[0068] このように、体積変化率の波形が変化しないエンジンにおいては、体積変化率 dV 力エンジン回転の 1次および 2次の周波数成分を主に含み、さらにそれらの sin成分力構成されていることがわかる。言い換えると、体積変化率 dVのフーリエ係数のうち、 1次および 2次の sin成分以外は省略することができる。これを考慮すると、式（9 )は、式（12)のように表すことができる。

[数 11]

2 2π

Pbk = Y P_r sink-— η (12)

2N i Ν

[0069] この例では、式（12)における行程体積 Vsは一定値を持つので、（2NZ2Vs)を、予め決められた所定値として扱うことができる。

[0070] このように、体積変化率 dVの波形が変化しないエンジンについては、体積変化率を実質的に構成する周波数成分が 1次および 2次の sin成分であるので、図示平均有効圧 Pmiを算出するのに、体積変化率 dVについてのフーリエ係数 Vblおよび Vb 2、および筒内圧 Pについてのフーリエ係数 Pblおよび Pb2があればよい。

[0071] 可変圧縮比機構の中には、エンジンの運転状態に応じて行程体積を変化させ、よつてクランク角に対する体積変化率 dVの波形を変化させるものがある。以下の実施例では、図 1に示される可変圧縮比機構 26が、このような特性を持つ場合について説明する。

[0072] 図 6の（a)は、一例として、或る運転状態における体積変化率 dVの波形 61 (実線）を示す。該体積変化率 dVの波形 61と同一の周期を持った sin関数の波形 62が示されている。図 5と同様に演算区間 Aが設定されており、 sin関数は該演算区間 Aの開始時点でゼロを持つよう設定されて、る。

[0073] 体積変化率 dVの波形 61は、 sin関数の波形 62よりも歪んでおり、 sin成分だけでなぐ cos成分も含んでいることが予想される。図 6の（b)は、演算区間 Aについて算出された、図 6の（a)に示す体積変化率 dVの各成分におけるフーリエ係数の値を示す。 1次および 2次の sin成分、および 1次および 2次の cos成分により、体積変化率 dV を良好に表せることがわかる。したがって、図示平均有効圧 Pmiは、式（13)のように表せる。

[数 12]

Pmi = (P_al V_al + P_a2 V_{a2 +} P_bl V_bi + P_b2 V_b2 )

2Vs

Pak = 〉 P„ cosk ~~ r

N T N

2 2π

Pbk =— VP_n sink— n (13)

2N ^T N

[0074] 式（13)の行程体積 Vs〖こは、検出されたエンジンの運転状態に対応する値が代入される。

[0075] このように、該運転状態における体積変化率を実質的に構成する周波数成分が 1 次および 2次の sin成分、 1次および 2次の cos成分であるので、図示平均有効圧 Pmi を算出するのに、体積変化率 dVについてのフーリエ係数 Val、 Va2、 Vblおよび Vb 2、および筒内圧 Pについてのフーリエ係数 Pal、 Pa2、 Pblおよび Pb2があればよい。

[0076] 図 7の（a)は、他の運転状態における体積変化率 dVの波形 71 (実線)を示す。該体積変化率 dVの波形 71と同一の周期を持った sin関数の波形 72が示されている。図 5と同様に演算区間 Aが設定されており、 sin関数は該演算区間 Aの開始時点でゼ口を持つよう設定されている。体積変化率 dVの波形 71が、 sin関数の波形 72にほぼ一致していることがわかる。図 7の（b)は、図 7の（a)に示す演算区間 Aについて算出された、体積変化率 dVの各成分におけるフーリエ係数の値を示す。図から明らかなように、 1次の sin成分のみで、体積変化率 dVを良好な精度で表すことができる。

[0077] このように、該運転状態における体積変化率を実質的に構成する周波数成分が 1 次の sin成分であるので、図示平均有効圧 Pmiは、式（14)のように算出されることができる。行程体積 Vsには、検出された運転状態に対応する値が代入される。

[数 13] Pmi = ^(P_bl V_bl )

2Vs

Pbk ² V > i P>_n si .nk——^2% n (14)

2N ^ N

[0078] ピストン運動の振動およびフリクション等を考慮すると、体積変化率 dVの波形を、 si n関数の波形になるべく近づけるのが都合のよいことがある。このため、エンジンの構造を工夫して、体積変化率 dVの波形を sin関数の波形に近づける試みがなされること力 Sある。図 7に示されるように、体積変化率 dVの波形を sin波形に近づければ、図示平均有効圧を算出するのに所望なフーリエ係数の数を低減することができる。

[0079] このように、本願発明の手法によれば、体積変化率および筒内圧のフーリエ係数を、すべての成分 (すなわち、すべての次数の sinZco成分）について算出する必要がない。所望の成分、好ましくは図示平均有効圧を所定の精度で算出するための成分についてのフーリエ係数を求めればよい。図 3の例では、体積変化率 dVの 1次および 2次の sin成分のフーリエ係数 Vblおよび Vb2、および筒内圧 Pの 1次および 2次の sin成分のフーリエ係数 Pblおよび Pb2のみを求めればよい。図 6の例では、体積変化率 dVの 1次および 2次の sinおよび cos成分のフーリエ係数 Vbl、 Vb2、 Valおよび Va2と、筒内圧 Pの 1次および 2次の sinおよび cos成分のフーリエ係数 Pbl、 Pb 2、 Palおよび Pa2のみを求めればよい。このように、所望の成分を決定することにより、計算すべきフーリエ係数の数が抑制され、図示平均有効圧 Pmiの計算負荷を低減することができる。

[0080] フーリエ係数 Pakおよび Pbkの逐次的な算出には、式（9)に示されるように筒内圧のサンプル Pnが用いられる。筒内圧センサの出力に基づ、て算出された筒内圧を所定の周期でサンプリングすることにより、該筒内圧のサンプル Pnが取得される。本願発明の手法によれば、図示平均有効圧の算出に所望とされる成分が決まれば、サンプリング定理を満足するサンプリング周波数まで、筒内圧 Pのサンプリングをダウンサンプリング（間引き）することができる。たとえば、式（12)および式（13)によれば、筒内圧のサンプル Pnを取得するためのサンプリング周波数は、エンジン回転の 1次および 2次の周波数成分を抽出することができる程度でよい。エンジン回転の 3次以上の高調波成分を抽出するための高いサンプリング周波数は必要とされない。したがって、サンプリング周波数を低減することができる。さらに、所望の周波数成分以外の成分についてエイリアシングが現れても、図示平均有効圧の算出には影響しない。したがって、筒内圧信号に通常適用されるアンチエイリアシングフィルタに対する制約を低減することができる。

[0081] 当然ながら、体積変化率のフーリエ係数を式（10)または（11)に従って逐次的に求める場合、筒内圧と同様に、体積変化率のサンプリング周波数を低減することができる。

[0082] 図示平均有効圧の算出に所望とされる成分を、シミュレーション等を介して予め決定することができる。一実施形態では、エンジンの運転状態に応じて、該所望の成分についてのフーリエ係数 Vakおよび Vbkおよび行程体積 Vsが、メモリ lc (図 1)に予め記憶される。たとえば、図 3を参照して説明したように、体積変化率 dVの波形が変化しないエンジンについては、行程体積 Vsおよびフーリエ係数 Vblおよび Vb2は一定値を持ち、これが、メモリに記憶される。図 6および図 7を参照して説明した、体積変化率 dVの波形が変化するエンジンにつ、ては、或るエンジン運転状態に対応する体積効率 Vsおよびフーリエ係数 Vbl、 Vb2、 Valおよび Va2がメモリ lcに記憶され（図 6の場合）、他のエンジン運転状態に対応する体積効率 Vsおよびフーリエ係数 Vblがメモリ lcに記憶される（図 7の場合)。図示平均有効圧を算出するのに、該メモリ lcを参照して、所望の成分につ!ヽての体積変化率のフーリエ係数および行程体積を抽出することができる。このように、体積変化率のフーリエ係数および行程体積については事前に算出されている値を用いて図示平均有効圧を算出するので、該図示平均有効圧を算出するための計算負荷を軽減することができる。

[0083] 図 8は、さらに他の実施例を示し、ここでは、図示平均有効圧の算出に所望な成分の種類は変化しな!、が、体積変化率のフーリエ係数の値が変化する場合が示される。図には、エンジンの運転状態について、第 1の状態 (al)および (a2)と、第 2の状態 (bl)および (b2)が示されている。（al)および (bl)は、体積変化率 dVの波形 (実線 ) 81、 83と、該体積変化率 dVの波形と同じ周期を持つ sin関数の波形 (点線) 82を示す。（a2)および (b2)は、各成分におけるフーリエ係数の値を示す。第 1の状態と第 2の状態とでは、図示平均有効圧の算出に所望の成分の種類は同じであるが (いずれも、 1次の sin成分）、該 1次の sin成分のフーリエ係数の値が変化している。また、第 1の状態と第 2の状態とでは、行程体積 Vsが変化している。

[0084] これらの変化は、可変圧縮比機構の働きに起因する。第 1の状態では、行程体積力 SVslであり、フーリエ係数 Vblの値が約 4. 3である。第 2の状態では、行程体積が Vs2であり、フーリエ係数 Vblの値が約 5. 1である。

[0085] 第 1および第 2の状態のそれぞれについて、行程体積およびフーリエ係数の値を予めメモリ lc (図 1)に記憶しておくことができる。エンジンが、第 1の状態にあるか第 2の状態にあるかに従って、対応する行程体積およびフーリエ係数をメモリ lcから抽出し、式 (9)に従って図示平均有効圧を算出することができる。

[0086] 現在のエンジンの状態力第 1の状態と第 2の状態の間にあるときは、たとえば、（a 2)に示される行程体積 Vsおよびフーリエ係数 Vblの値と、 (b2)に示される行程体積 Vsおよびフーリエ係数 Vblの値とを補間することにより、現在のエンジンの状態に応じた行程体積 Vsおよびフーリエ係数 Vblの値を算出することができる。このような補間により、メモリに記憶すべき行程体積およびフーリエ係数の数を減らすことができる。

[0087] 図 9は、さらに他の実施例を示し、ここでは、図示平均有効圧の算出に所望の成分の種類が変化する場合が示されている。図には、第 1の状態 (al)および (a2)と、第 2 の状態 (bl)および (b2)と、第 3の状態 (cl)および (c2)が示されている。 (al) , (bl )および (cl)を参照して明らかなように、体積変化率 dVの波形 (実線)が、符号 91、 93および 94と変化していることがわかる。体積変化率 dVの波形と同一の周期を持つ sin関数の波形 92が示されている。（a2)、（b2)および (c2)は、各成分におけるフーリエ係数の値を示す。

[0088] 第 1、第 2および第 3の状態間では、図示平均有効圧の算出に所望な成分の種類および行程体積が変化している。第 1の状態では、行程体積が Vslであり、所望される成分は、 1次の sin成分 Vblであり、その値は約 4. 3である。第 2の状態では、行程体積が Vs2であり、所望される成分は、 1次の sin成分 Vbl、 1次の cos成分 Val、および 2次の cos成分 Va2であり、それぞれの値は、約 4. 3、一0. 7および 0. 8である。第 3の状態では、行程体積が Vs3であり、所望される成分は、 1次の sin成分 Vblであり、その値は約 5. 1である。

[0089] 図 8の例と同様に、それぞれの状態について、行程体積およびフーリエ係数の値をメモリ lc (図 1)に記憶しておくことができる。エンジンが、第 1から第 3の状態のいずれの状態にあるかに従って、対応するフーリエ係数および行程体積をメモリ lcから抽出し、式 (9)に従って図示平均有効圧を算出することができる。

[0090] エンジンが状態間にあるときは、補間計算により、行程体積およびフーリエ係数を算出することができる。たとえば、エンジンが、第 1の状態と第 2の状態の間にあることが検出されたとき、 (a2)に示される行程体積 Vslおよびフーリエ係数 Vbl、 Valおよび Va2の値と、（b2)に示される行程体積 Vs2およびフーリエ係数 Vbl、 Valおよび Va2の値とを補間することにより、該検出されたエンジンの運転状態に対応する行程体積およびフーリエ係数 Vbl、 Valおよび Va2の値を算出することができる。ここで、補間計算する際には、第 1の状態のフーリエ係数 Valおよび Va2の値にはゼロを設定することができる。同様に、エンジンが、たとえば第 2の状態と第 3の状態の間にあることが検出されたときは、（b2)に示される行程体積 Vs2およびフーリエ係数 Val、 Vblおよび Va2の値と、 (c2)に示される行程体積 Vs3およびフーリエ係数 Val、 Vb 1および Va2の値とを補間することにより、該検出されたエンジンの状態に対応する行程体積およびフーリエ係数の値を算出することができる。ここで、補間計算する際には、第 3の状態のフーリエ係数 Valおよび Va2の値にはゼロを設定することができる。

[0091] 図 10は、本願発明の一実施例に従う、図示平均有効圧を算出する装置のブロック図である。機能ブロック 101〜105は、 ECU1において実現されることができる。典型的には、これらの機能は、 ECU1に記憶されたコンピュータプログラムにより実現される。代替的に、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアおよびこれらの組み合わせにより、これらの機能を実現してもよい。

[0092] ECU1のメモリ lcには、エンジンの圧縮比に対応して、予め算出された行程体積 V sおよび所望の成分の体積変化率フーリエ係数 Vakおよび Vbkが記憶されている。圧縮比 Crに対応する行程体積 Vsを規定するマップを図 11の（a)に示し、圧縮比 Cr に対応する所望の成分のフーリエ係数 Vakおよび Vbkの値を規定するマップの一例を、図 11の（b)に示す。

[0093] 運転状態検出部 101は、圧縮比センサ 27 (図 1)の出力に基づいて、エンジンの現在の圧縮比 Crを検出する。パラメータ抽出部 102は、該検出された圧縮比 Crに基づいて図 11の（b)のようなマップを参照し、筒内圧および体積変化率のフーリエ係数についての所望の成分を判断する。この例では、該マップに、フーリエ係数 Vbl、 Vb2 、 Valおよび Va2が規定されている。したがって、所望の成分は、 1次および 2次の si n成分と、 1次および 2次の cos成分と判断される。

[0094] パラメータ抽出部 102は、所望の成分を判断すると同時に、これらの成分について、検出された圧縮比に対応する体積変化率フーリエ係数 Vakおよび Vbkの値を抽出する。この例では、 Val, Va2、 Vblおよび Vb2が抽出される。

[0095] 代替的に、図 11の（b)に示されるようなマップとは異なるマップに、圧縮比に対応する所望の成分の種類を規定してもよ、。

[0096] 圧縮比に応じて所望の成分の種類が変化する場合には、マップにおいて、所望とされない成分の値に、たとえばゼロを設定することができる。これにより、該マップを参照したとき、ゼロを持つ成分については、所望とされない成分であると判断することができる。代替的に、所望とされない成分については、マップに規定しないようにしてもよい。

[0097] パラメータ抽出部 102は、さらに、図 11の（a)に示すようなマップを参照し、該検出された圧縮比 Crに対応する行程体積 Vsを抽出する。

[0098] 運転状態検出部 101は、さらに、筒内圧センサ 15 (図 1)の出力に基づいて、筒内圧 Pを算出する。サンプリング部 103は、こうして算出された筒内圧 Pを、所定の周期でサンプリングして、筒内圧のサンプル Pnを取得する。一例では、 30度のクランク角度ごとにサンプリングされ、よって式（9)中の 2Nは、 24 ( = 720Z30)である（720は、 1燃焼サイクルのクランク角度である）。前述したように、所望とされる成分に従って、サンプリング定理を満たすようダウンサンプリングすることができる。

[0099] 筒内圧フーリエ係数決定部 104は、パラメータ抽出部 102から、所望とされる成分の種類を受け取り、これらの成分について、フーリエ係数 Pakおよび Pbkを算出する。この例では、所望とされる成分が、 1次および 2次の sin成分および 1次および 2次の cos成分である。筒内圧フーリエ係数決定部 104は、筒内圧のサンプル Pnを、式（9) の Pakおよび Pbkの算出式に代入し、 Pal, Pa2、 Pblおよび Pb2を算出する。

[0100] 演算部 105は、筒内圧のフーリエ係数 Pak、 Pbk、体積変化率のフーリエ係数 Vak 、 Vbk、行程体積 Vsを用い、式 (9)に従って図示平均有効圧 Pmiを算出する。

[0101] 代替的に、パラメータ抽出部 102は、目標圧縮比に基づいて、図 11の（a)および（ b)に示されるようなマップを参照してもよい。典型的には、圧縮比を変更することのできる圧縮比可変機構は遅れを持つことがあるので、実圧縮比に基づいて、体積変化率のフーリエ係数を求めるのが好まし、。

[0102] 他の実施形態では、前述したように、体積変化率のフーリエ係数 Vakおよび Vbkが、式（10)または（11)に従って逐次的に算出される。この場合、検出された圧縮比 Cr に対応する体積変化率 Vnを算出する。たとえば、圧縮比に対応する体積変化率を予め算出してマップに規定し、該マップをメモリに記憶しておくことができる。検出された圧縮比に基づいて該マップを参照し、体積変化率 Vnを求めることができる。該求めた Vnを式（10)または（11)に代入して、フーリエ係数 Vakおよび Vbkを算出する。

[0103] 図 12は、この発明の一実施例に従う、図示平均有効圧を算出するプロセスのフロ一チャートである。このプロセスは、典型的には、メモリ lc (図 1)に記憶されたプログラムにより実行される。このプロセスは、それぞれの気筒について、たとえば吸気行程の TDCを示す TDC信号が送出されるたびに起動される。

[0104] この例では、図示平均有効圧は、該プロセスが起動される時点の直前の 1燃焼サイクルについて算出される。該 1燃焼サイクル中、筒内圧信号 Pのサンプリングが行われ、 2N個の筒内圧のサンプル Pnが取得されている。

[0105] ステップ S1において、該燃焼サイクルについて検出された圧縮比 Crに基づき、図 1 1の（a)のようなマップを参照して、行程体積 Vsを抽出する。ステップ S2において、該検出された圧縮比 Crに基づき、図 11の (b)のようなマップを参照して、所望の成分の種類を求め、該所望の成分について、体積変化率のフーリエ係数 Vakおよび Vbkを抽出する。

[0106] ステップ S3において、 2N個の筒内圧サンプル Pnを用い、式（9)に従い、該所望の成分についての筒内圧フーリエ係数 Pakおよび Pbkを算出する。

[0107] ステップ S4にお、て、ステップ S1および S2で抽出された行程体積 Vs、体積変化率のフーリエ係数 Vakおよび Vbk、およびステップ S3で算出された筒内圧のフーリェ係数 Pakおよび Pbkに基づいて、式（9)に従い、図示平均有効圧 Pmiを算出する

[0108] 代替の実施形態では、行程体積 Vsの基準値 Vsrefを設定し、該行程体積 Vsの基準値 Vsrefに対する比 R(Vs/Vsref)を、圧縮比 Crに応じて算出するようにしてもよい。たとえば、図 6を参照した例では、該圧縮比 Crに応じて求めた比 Rを用い、式（15) に従って図示平均有効圧 Pmiを算出することができる。

[数 14]

Pmi = ^2N (P_al V_al + P_a2 V_a2 + P_bl V_bl + P_b2 V_b2 )

2 · Vsref

2 ¾„ 2π

Pak = > cos k ~ n

2N i N

2N J

Pbk =— YP_n sink— n (15)

2N ? N

さらに代替の実施形態では、体積変化率のフーリエ係数の比を予め求めておくことにより、図示平均有効圧 Pmiを求める。たとえば、式（12)から、式（16)を導くことができる。

[数 15]

Pmi 2Ν ^f

bl ' ⁱ b2

V_bl 2Vs V

N

2N J

ただし、 Pbk = y P_n sink^¾i (16)

2N i N

[0110] 一例として、 Vbl :Vb2= l : 0. 2力 FFT解析などを介して予めわかっているとすると、式（16)は、式（17)のように簡略ィ匕される。

[数 16] 、₁₇ Pmi 2N 1 [ 9- _π

p ^b2

W M b2 =— TP (sin— n + 0.2 sin 2— η·)

V_bl 2Vs V, biノ Vs l ff ⁿ N N

2N

=— Y Pv

(17)

[0111] 式（17)力も明らかなように、 Wは、筒内圧サンプル Pnと、所定の sin関数（sin (2 π /N) n+0. 2sin2 (27u /N) n)とのネ目関係数 Pvに基づ! /、て!/、る。行程体積 Vsおよびフーリエ係数 Vblは、前述したように予め求めておくことができるので、 Wを算出することにより、図示平均有効圧 Pmiを算出することができる。このように、図示平均有効圧 Pmiを、筒内圧のサンプル Pnが得られるたびに 1つの相関係数 Pvを算出することによって求めることができる。

[0112] 上記の実施形態では、吸気行程の TDCから開始する 1燃焼サイクルについて算出された筒内圧および体積変化率のフーリエ係数を用い、図示平均有効圧を算出した。すなわち、フーリエ係数の演算区間は、吸気行程の TDC力も開始する 1燃焼サイクルであった。代替的に、フーリエ係数の演算区間を、任意の時点から開始することができる。

[0113] 図 13を参照すると、 (a)は、上記の実施形態のように、吸気行程の TDCから開始する 1燃焼サイクルを演算区間 Aとして、フーリエ係数を算出する例である。 sin関数の波形は、該演算区間の開始時点でゼロを持つよう設定されている。このように演算区間を設定することにより、体積変化率の波形と sin関数の波形との類似度が高くなり、よって図示平均有効圧を算出するのに所望の成分の数を低減することができる。 (a) の例では、所望の成分は、ほぼ sin成分のみとなることが予測される。

[0114] 一方、（b)は、吸気行程の TDCから時間 tdだけ遅延させたタイミングで演算区間 B が開始する例である。演算区間 Bは、 1燃焼サイクルに等しい長さを持つ。 sin関数は、（a)と同様に、演算区間 Bの開始時点でゼロを持つよう設定される。図から明らかなように、体積変化率の波形と sin関数の波形との類似度は、（a)よりも低い。したがつて、図示平均有効圧を算出するのに所望の成分の数は、（a)よりも増える。所望の成分は、 sin成分だけでなぐ cos成分が含まれることが予測される。所望の成分の種類は変化するが、（b)のような演算区間を設定しても、図 3〜図 7を参照して説明したのと同様の手法で図示平均有効圧を算出することができる。

本発明は、汎用の (例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] エンジンの仕事量を算出する装置であって、

前記エンジンの体積変化率を周波数分解することにより得られる周波数成分につ V、て、前記エンジンの仕事量を算出するのに所望の成分を決定する成分決定手段と前記決定した成分について、前記体積変化率と、該成分に対応する周波数で構成される基準信号との第 1の相関係数を算出する第 1の算出手段と、

前記決定した成分について、前記エンジンの筒内圧と、該成分に対応する周波数で構成される基準信号との第 2の相関係数を算出する第 2の算出手段と、

前記第 1の相関係数および前記第 2の相関係数に基づいて、前記エンジンの仕事量を算出する仕事量算出手段と、

を備える装置。

[2] 前記第 1の相関係数は、前記体積変化率をフーリエ級数展開したときのフーリエ係数であり、前記第 2の相関係数は、前記筒内圧をフーリエ級数展開したときのフーリェ係数である、請求項 1に記載の装置。

[3] さらに、

前記エンジンの行程体積を変更する機構と、

前記行程体積を求める行程体積算出手段と、を備え、

前記仕事量算出手段は、前記行程体積、前記第 1の相関係数および前記第 2の相関係数に基づいて、前記エンジンの仕事量を算出する、

請求項 1に記載の装置。

[4] さらに、前記エンジンの運転状態を検出する手段を備え、

前記成分決定手段は、該検出されたエンジンの運転状態に従って、前記所望の成分を決定する、請求項 1に記載の装置。

[5] さらに、前記エンジンの運転状態に対応して予め算出された前記所望の成分および前記第 1の相関係数を記憶する記憶手段と、

前記エンジンの運転状態を検出する手段と、を備え、

前記成分決定手段は、前記検出されたエンジンの運転状態に基づ、て該記憶手段を参照して、該検出されたエンジンの運転状態に対応する前記成分を抽出し、前記第 1の算出手段は、該検出されたエンジンの運転状態に基づいて該記憶手段を参照して、該検出されたエンジンの運転状態に対応する前記第 1の相関係数を抽出する、

請求項 1に記載の装置。

[6] さらに、

前記エンジンの運転状態に対応して予め算出された前記行程体積を記憶する記憶手段と、

前記エンジンの運転状態を検出する手段と、を備え、

前記行程体積算出手段は、該検出されたエンジンの運転状態に基づいて該記憶手段を参照して、該エンジンの運転状態に対応する前記行程体積を抽出する、請求項 3に記載の装置。

[7] 前記エンジンの筒内圧を検出する手段をさらに備え、

前記第 2の算出手段は、該検出された筒内圧に基づいて、所定の式に従って前記第 2の相関係数を計算する、

請求項 1に記載の装置。

[8] 前記エンジンは、さらに、該エンジンの圧縮比を変更することができる機構を備えており、

前記エンジンの運転状態は、該エンジンの圧縮比を含む、

請求項 4に記載の装置。

[9] 前記所望の成分および該所望の成分に応じた前記第 1の相関係数について、前記エンジンの第 1の状態における第 1の成分および該第 1の成分に応じた前記第 1の相関係数と、該エンジンの第 2の状態における第 2の成分および該第 2の成分に応じた前記第 1の相関係数を記憶する記憶手段と、

前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、を備え、

前記運転状態検出手段によって検出された該エンジンの運転状態が前記第 1の状態および前記第 2の状態の間にあるならば、前記第 1の算出手段は、前記第 1の成分に応じた前記第 1の相関係数および前記第 2の成分に応じた前記第 1の相関係数を補間して、該検出されたエンジンの運転状態に応じた成分の前記第 1の相関係数を算出する、

請求項 1に記載の装置。

[10] 前記エンジンの行程体積について、前記エンジンの第 1の状態における第 1の行程体積および該エンジンの第 2の状態における第 2の行程体積を記憶する記憶手段と、

前記運転状態検出手段によって検出された該エンジンの運転状態が前記第 1の状態および前記第 2の状態の間にあるならば、前記第 1の行程体積および前記第 2の行程体積を補間して、該検出されたエンジンの運転状態に応じた行程体積を算出する手段と、を備え、

前記仕事量算出手段は、前記算出された行程体積、前記第 1の相関係数および前記第 2の相関係数に基づ!/、て、前記エンジンの仕事量を算出する、

請求項 9に記載の装置。

[11] さらに、前記エンジンの運転状態を検出する手段を備え、

前記第 1の算出手段は、該検出されたエンジンの運転状態に応じた前記体積変化率を求め、該求めた体積変化率に基づいて、所定の式に従い前記第 1の相関係数を計算する、

請求項 1に記載の装置。

[12] 前記エンジンの仕事量は、図示平均有効圧を含む、

請求項 1に記載の装置。

[13] エンジンの仕事量を算出するための方法であって、

(a)前記エンジンの体積変化率を周波数分解することにより得られる周波数成分について、前記エンジンの仕事量を算出するのに所望の成分を決定するステップと、

(b)前記決定した成分について、前記体積変化率と、該成分に対応する周波数で構成される基準信号との第 1の相関係数を算出するステップと、

(c)前記決定した成分について、前記エンジンの筒内圧と、該成分に対応する周波数で構成される基準信号との第 2の相関係数を算出するステップと、

(d)前記第 1の相関係数および前記第 2の相関係数に基づいて、前記エンジンの仕事量を算出するステップと、

を含む、方法。

[14] 前記第 1の相関係数は、前記体積変化率をフーリエ級数展開したときのフーリエ係数であり、前記第 2の相関係数は、前記筒内圧をフーリエ級数展開したときのフーリェ係数である、請求項 13に記載の方法。

[15] さらに、前記エンジンの行程体積を求めるステップを含み、

前記ステップ (d)は、さらに、前記行程体積、前記第 1の相関係数および前記第 2 の相関係数に基づ、て、前記エンジンの仕事量を算出することを含む、

請求項 13に記載の方法。

[16] さらに、前記エンジンの運転状態を検出するステップを含み、

前記ステップ (a)は、該検出されたエンジンの運転状態に従って、前記所望の成分を決定することを含む、

請求項 13に記載の方法。

[17] さらに、

前記エンジンの運転状態に対応して予め算出された前記所望の成分および前記第 1の相関係数を記憶した記憶装置を設けるステップと、

前記エンジンの運転状態を検出するステップを含み、

前記ステップ (a)は、前記検出されたエンジンの運転状態に基づいて前記記憶装置を参照し、該検出されたエンジンの運転状態に対応する前記成分を抽出することを含み、

前記ステップ (b)は、該検出されたエンジンの運転状態に基づいて前記記憶装置を参照し、該検出されたエンジンの運転状態に対応する前記第 1の相関係数を抽出することを含む、

請求項 13に記載の方法。

[18] さらに、

前記エンジンの運転状態に対応して予め算出された前記行程体積を記憶した記憶装置を設けるステップと、

前記エンジンの運転状態を検出するステップを含み、前記行程体積を求めるステップは、該検出されたエンジンの運転状態に基づ、て前記記憶装置を参照し、該エンジンの運転状態に対応する前記行程体積を抽出することを含む、

請求項 15に記載の方法。

[19] さらに、前記エンジンの筒内圧を検出するステップを含み、

前記ステップ (c)は、該検出された筒内圧に基づいて、所定の式に従って前記第 2 の相関係数を計算することを含む、

請求項 13に記載の方法。

[20] 前記エンジンは、さらに、前記エンジンの圧縮比を変更することができる機構を備えており、

前記エンジンの運転状態は、該エンジンの圧縮比を含む、

請求項 16に記載の方法。

[21] さらに、

前記所望の成分および該所望の成分に応じた前記第 1の相関係数について、前記エンジンの第 1の状態における第 1の成分および該第 1の成分に応じた前記第 1の相関係数と、該エンジンの第 2の状態における第 2の成分および該第 2の成分に応じた前記第 1の相関係数を記憶した記憶装置を設けるステップと、

前記エンジンの運転状態を検出するステップと、を含み、

前記検出された該エンジンの運転状態が前記第 1の状態および前記第 2の状態の間にあるならば、前記ステップ (b)は、前記第 1の成分に応じた前記第 1の相関係数および前記第 2の成分に応じた前記第 1の相関係数を補間して、該検出されたェンジンの運転状態に応じた成分の前記第 1の相関係数を算出することを含む、請求項 13に記載の方法。

[22] さらに、

前記エンジンの行程体積について、前記エンジンの第 1の状態における第 1の行程体積および該エンジンの第 2の状態における第 2の行程体積を記憶した記憶装置を設けるステップと、

前記検出された該エンジンの運転状態が前記第 1の状態および前記第 2の状態の間にあるならば、前記第 1の行程体積および前記第 2の行程体積を補間して、該検出されたエンジンの運転状態に応じた行程体積を算出するステップと、を含み、前記ステップ (d)は、前記算出された行程体積、前記第 1の相関係数および前記第 2の相関係数に基づ!/、て、前記エンジンの仕事量を算出することを含む、

請求項 21に記載の方法。

[23] さらに、前記エンジンの運転状態を検出するステップを含み、

前記ステップ (b)は、該検出されたエンジンの運転状態に応じた前記体積変化率を求め、該求めた体積変化率に基づいて、所定の式に従い前記第 1の相関係数を計算することを含む、

請求項 13に記載の方法。

[24] 前記エンジンの仕事量は、図示平均有効圧を含む、

請求項 13に記載の方法。