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CN106988919A - 内燃机的控制装置及其控制方法 - Google Patents

内燃机的控制装置及其控制方法 Download PDF

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CN106988919A CN201710043799.6A CN201710043799A CN106988919A CN 106988919 A CN106988919 A CN 106988919A CN 201710043799 A CN201710043799 A CN 201710043799A CN 106988919 A CN106988919 A CN 106988919A
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Abstract

本发明提供一种能以高精度对曲柄轴角度的检测误差进行校正的内燃机的控制装置及其控制方法。该内燃机(1)的控制装置(50)包括：利用特定曲柄角传感器(6)对角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行检测的角度信息检测部(51)；利用校正值Kc对角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行校正的角度信息校正部(52)；基于校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc来计算曲柄角速度ωd、曲柄角加速度αd以及角加速度变化量Δαd的角度信息计算部(53)；以及改变校正值Kc来使角加速度变化量Δαd接近于零的校正值变化部(54)。

Description

内燃机的控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制装置及其控制方法，该内燃机具备在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上设置成预先确定的多个曲柄轴角度上的多个被检测部以及固定于非旋转构件上并对上述被检测部进行检测的特定曲柄角传感器。
背景技术
关于上述那样的控制装置，已知有例如下述专利文献1以及专利文献2所记载的技术。在专利文献1的技术中，构成为基于曲柄角传感器的输出信号计算曲柄角速度以及曲柄角加速度，基于曲柄角速度以及曲柄角加速度计算因燃烧而产生的气压转矩，并计算由气压转矩产生的功量。
在专利文献2的技术中，基于曲柄角传感器的输出信号检测曲柄轴的瞬时转速，基于瞬时转速计算测量参数，从存储单元获取与瞬时转速的平均速度相对应的理想参数，并对测量参数相对于理想参数的误差进行学习。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-275618号公报
专利文献2：日本专利特开2013-87724号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，若被检测部存在制造误差，则曲柄角速度以及曲柄角加速度会产生检测误差。然而，专利文献1没有公开如何应对该检测误差的具体方法。因此，专利文献1的技术中，基于曲柄角速度以及曲柄角加速度进行的控制的精度可能发生恶化。
在专利文献2的技术中，认为理想参数会根据运行状态、外部负载而变化，因此若采用以理想参数为基准的学习，则可能会产生误学习。
因此，需要能以高精度对曲柄轴角度的检测误差进行校正的内燃机的控制装置及其控制方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的内燃机的控制装置中，该内燃机具备在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上设置成预先确定的多个曲柄轴角度的多个被检测部以及固定于非旋转构件上并对所述被检测部进行检测的特定曲柄角传感器，其特征在于，包括：角度信息检测部，该角度信息检测部基于所述特定曲柄角传感器的输出信号检测曲柄轴角度，并对检测到所述曲柄轴角度的检测时刻进行检测，基于检测到的所述曲柄轴角度即检测角度以及所述检测时刻来计算所述检测角度之间的角度区间所对应的角度间隔以及时间间隔；角度信息校正部，该角度信息校正部利用与各所述角度区间对应而逐个设置的校正值来对各所述角度区间的所述角度间隔或所述时间间隔进行校正；角度信息计算部，该角度信息计算部基于利用各所述角度区间的所述校正值进行了校正后的所述角度间隔以及所述时间间隔，来计算与各所述检测角度或各所述角度区间相对应的、所述曲柄轴角度的时间变化率即曲柄角速度、所述曲柄角速度的时间变化率即曲柄角加速度以及所述曲柄角加速度的时间变化量即角加速度变化量；以及校正值变化部，该校正值变化部改变各所述角度区间的所述校正值，使得各所述检测角度或各所述角度区间的所述角加速度变化量接近于零。
此外，本发明的内燃机的控制方法中，该内燃机具备在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上设置成预先确定的多个曲柄轴角度的多个被检测部以及固定于非旋转构件上并对所述被检测部进行检测的特定曲柄角传感器，其特征在于，包括：角度信息检测步骤，该角度信息检测步骤基于所述特定曲柄角传感器的输出信号检测曲柄轴角度，并对检测到所述曲柄轴角度的检测时刻进行检测，基于检测到的所述曲柄轴角度即检测角度以及所述检测时刻来计算所述检测角度之间的角度区间所对应的角度间隔以及时间间隔；角度信息校正步骤，该角度信息校正步骤利用与各所述角度区间对应而逐个设置的校正值来对各所述角度区间的所述角度间隔或所述时间间隔进行校正；角度信息计算步骤，该角度信息计算步骤基于利用各所述角度区间的所述校正值进行了校正后的所述角度间隔以及所述时间间隔，来计算与各所述检测角度或各所述角度区间相对应的、所述曲柄轴角度的时间变化率即曲柄角速度、所述曲柄角速度的时间变化率即曲柄角加速度以及所述曲柄角加速度的时间变化量即角加速度变化量；以及校正值变化步骤，该校正值变化步骤改变各所述角度区间的所述校正值，使得各所述检测角度或各所述角度区间的所述角加速度变化量接近于零。
发明效果
根据本发明的内燃机的控制装置及其控制方法，通过改变校正值，使得曲柄角加速度的时间变化量即角加速度变化量接近于零，从而能以良好的精度对曲柄轴角度的检测误差进行校正。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的内燃机以及控制装置的示意结构图。
图2是本发明的实施方式1的内燃机以及控制装置的示意结构图。
图3是本发明的实施方式1的控制装置的框图。
图4是本发明的实施方式1的控制装置的硬件结构图。
图5是用于对本发明的实施方式1的角度信息检测处理进行说明的时序图。
图6是用于对本发明的实施方式1的存储在存储装置中的校正值进行说明的图。
图7是用于对本发明的实施方式1的角度信息计算处理进行说明的时序图。
图8是用于对本发明的实施方式1的角加速度变化量大于零时的校正值的变化进行说明的时序图。
图9是用于对本发明的实施方式1的角加速度变化量小于零时的校正值的变化进行说明的时序图。
图10是表示本发明的实施方式1的不同运行状态下的时间间隔的特性的图。
图11是表示本发明的实施方式1的未燃烧以及低负载的运行状态下的时间间隔的特性的图。
图12是用于对本发明的实施方式1的、存储在存储装置中的角度间隔以及时间间隔进行说明的图。
图13是表示本发明的实施方式1的校正值变化处理的流程图。
图14是表示本发明的实施方式1的无校正以及有校正的时间间隔的特性的图。
图15是表示本发明的实施方式1的无校正以及有校正的时间间隔的频谱分析结果的图。
图16是将无校正的比较例的情况下的结果与实施方式1的有校正的情况下的结果进行比较的图。
图17是表示本发明实施方式1所涉及的控制装置的概要处理的流程图。
图18是用于对本发明的其他实施方式的角度信息计算处理进行说明的时序图。
具体实施方式
1.实施方式1
参照附图对实施方式1的内燃机1的控制装置50(下面简称为控制装置50)进行说明。图1和图2是本实施方式的内燃机1以及控制装置50的示意结构图，图3是本实施方式的控制装置50的框图。内燃机1及控制装置50搭载在车辆中，内燃机1作为车辆(车轮)的驱动力源。
1-1.内燃机1的结构
首先，对内燃机1的结构进行说明。如图1所示，内燃机1包括对空气和燃料的混合气体进行燃烧的气缸7。内燃机1包括向气缸7提供空气的进气通路23以及将气缸7中燃烧产生的废气排出的排气通路17。内燃机1采用汽油发动机。内燃机1包括对进气通路23进行开闭的节流阀4。节流阀4采用由电动机进行开闭驱动的电子控制式节流阀，该电动机由控制装置50进行控制。节流阀4中设有输出与节流阀4的开度相对应的电信号的节流开度传感器19。
在节流阀4的上游侧的进气通路23上设置有输出与吸入到进气通路23中的吸入空气量相对应的电信号的气流传感器3。内燃机1包括废气回流装置20。废气回流装置20具有使废气从排气通路17回流到进气歧管12的EGR流路21以及对EGR流路21进行开闭的EGR阀22。进气歧管12是节流阀4下游侧的进气通路23的部分。EGR阀22采用由电动机进行开闭驱动的电子控制式EGR阀，该电动机由控制装置50进行控制。
进气歧管12中设有输出与进气歧管12内的压力相对应的电信号的歧管压传感器8。进气歧管12下游侧的部分设置有喷射燃料的喷射器13。另外，喷射器13可以设置为直接向气缸7内喷射燃料。内燃机1中设有输出与大气压相对应的电信号的大气压传感器33。
气缸7的顶部设置有对空气与燃料的混合气体进行点火的火花塞以及向火花塞提供点火能量的点火线圈16。此外，在气缸7的顶部设置有对从进气通路23吸入到气缸7内的吸入空气量进行调节的进气阀14以及对从气缸内排出到排气通路17中的废气量进行调节的排气阀15。
如图2所示，内燃机1包括多个气缸7(本例中为三个)。各气缸7内具备活塞5。各气缸7的活塞5经由连杆9以及曲柄32与曲柄轴2相连。通过活塞5的往复运动对曲柄轴2进行旋转驱动。各气缸7中产生的燃烧气体压力对活塞5的顶面进行按压，经由连杆9以及曲柄32对曲柄轴2进行旋转驱动。曲柄轴2与将驱动力传递到车轮的动力传递机构连结。动力传递机构由变速装置、差动齿轮等构成。
内燃机1包括与曲柄轴2一体旋转的信号板10。信号板10在预先确定的多个曲柄轴角度上设置有多个齿。本实施方式中，信号板10以10deg的间隔排列有齿。信号板10的齿中设置有一部分齿缺失的无齿部分。内燃机1包括固定于发动机缸体24并对信号板10的齿进行检测的第一曲柄角传感器11。
内燃机1包括通过链条28与曲柄轴2连接的凸轮轴29。凸轮轴29对进气阀14以及排气阀15进行开闭驱动。曲柄轴2每旋转2周，凸轮轴29旋转1周。内燃机1包括与凸轮轴29一体旋转的凸轮用的信号板31。凸轮用的信号板31在预先确定的多个凸轮轴角度上设置有多个齿。内燃机1包括固定于发动机缸体24并对凸轮用的信号板31的齿进行检测的凸轮角传感器30。
控制装置50基于第一曲柄角传感器11以及凸轮角传感器30的两种输出信号，对以各活塞5的上死点为基准的曲柄轴角度进行检测，并判断各气缸7的冲程。另外，内燃机1采用吸入冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程的四冲程发动机。
内燃机1包括与曲柄轴2一体旋转的飞轮27。飞轮27的外周部采用齿圈25，齿圈25在预先确定的多个曲柄轴角度上设有多个齿。齿圈25的齿以等角度间隔设置在周向上。本例中，以4deg的间隔设置有90个齿。齿圈25的齿上未设置无齿部分。内燃机1包括固定于发动机缸体24并对齿圈25的齿进行检测的第二曲柄角传感器6。第二曲柄角传感器6在齿圈25的径向外侧与齿圈25隔开间隔相对配置。
第一曲柄角传感器11、凸轮角传感器30以及第二曲柄角传感器6输出由曲柄轴2的旋转引起的、和各传感器与齿的距离的变化相对应的电信号。各角度传感器11、30、6的输出信号是传感器与齿的距离较近时、距离较远时信号打开、关闭的矩形波。各角度传感器11、30、6例如使用电磁拾取器式的传感器。
飞轮27(齿圈25)具有比信号板10的齿数更多的齿数，而且也没有无齿部分，因此有望进行高分辨率的角度检测。此外，飞轮27具有比信号板10的质量更大的质量，高频振动得以抑制，因此有望进行高精度的角度检测。
本实施方式中，第二曲柄角传感器6相当于本发明的“特定曲柄角传感器”，飞轮27相当于本发明的“旋转构件”，设置在飞轮27上的齿圈25的齿相当于本发明的“被检测部”，发动机缸体24相当于本发明的“非旋转构件”。
1-2.控制装置50的结构
接着对控制装置50进行说明。
控制装置50是以内燃机1为控制对象的控制装置。如图3所示，控制装置50包括角度信息检测部51、角度信息校正部52、角度信息计算部53、校正值变化部54、缸内压力推算部55、燃烧参数计算部56以及燃烧控制部57等控制部。控制装置50的各控制部51～57等利用控制装置50所具备的处理电路来实现。具体而言，如图4所示，控制装置50作为处理电路，具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等运算处理装置90(计算机)、与运算处理装置90进行数据交换的存储装置91、向运算处理装置90输入外部的信号的输入电路92以及从运算处理装置90向外部输出信号的输出电路93等。
作为存储装置91，包括构成为能从运算处理装置90读取并写入数据的RAM(RandomAccess Memory：随机存储器)、构成为能从运算处理装置90读取数据的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)等。输入电路92包括A/D转换器等，该A/D转换器连接有各种传感器、开关，并将这些传感器、开关的输出信号输入到运算处理装置90。输出电路93包括驱动电路等，该驱动电路连接电负载，并从运算处理装置90向这些电负载输出控制信号。
由运算处理装置90执行存储在ROM等存储装置91中的软件(程序)，并与存储装置91、输入电路92、以及输出电路93等控制装置50的其它硬件进行协同，从而实现控制装置50所具备的各控制部51～57等各功能。另外，各控制部51～57等使用的表格、判定值等设定数据存储在ROM等存储装置91中作为软件(程序)的一部分。此外，各控制部51～57等算出的校正值Kc、角度间隔Δθd、时间间隔ΔTd、各计算值以及各检测值等数据存储在RAM等可改写的存储装置91中。
本实施方式中，输入电路92与第一曲柄角传感器11、凸轮角传感器30、第二曲柄角传感器6、气流传感器3、节流开度传感器19、歧管压传感器8、大气压传感器33、空燃比传感器18以及加速位置传感器26等相连。输出电路93与节流阀4(电动机)、EGR阀22(电动机)、喷射器13以及点火线圈16等相连。另外，控制装置50还连接有未图示的各种传感器、开关以及致动器等。控制装置50基于各种传感器的输出信号对吸入空气量、进气歧管12内的压力、大气压、空燃比以及油门开度等内燃机1的运行状态进行检测。
控制装置50进行如下基本控制，即，基于所输入的各种传感器的输出信号等计算燃料喷射量、点火时期等，并对喷射器13以及点火线圈16等进行驱动控制。控制装置50基于加速位置传感器26的输出信号等计算驾驶员所要求的内燃机1的输出转矩，并对节流阀4等进行控制，以达到实现该要求输出转矩的吸入空气量。具体而言，控制装置50计算目标节流开度，并对节流阀4的电动机进行驱动控制，使得基于节流开度传感器19的输出信号检测到的节流开度接近目标节流开度。此外，控制装置50基于所输入的各种传感器的输出信号等计算EGR阀22的目标开度，并对EGR阀22的电动机进行驱动控制。
<角度信息检测部51>
角度信息检测部51如图5所示，基于采用特定曲柄角传感器的第二曲柄角传感器6的输出信号对曲柄轴角度θd进行检测，并对检测到曲柄轴角度θd的检测时刻Td进行检测。并且，角度信息检测部51基于检测到的曲柄轴角度θd即检测角度θd以及检测时刻Td来计算与检测角度θd之间的角度区间Sd相对应的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd。
本实施方式中，角度信息检测部51构成为对检测到第二曲柄角传感器6的输出信号(矩形波)的下降沿(或上升沿)时的曲柄轴角度θd进行判定。角度信息检测部51对与基点角度(例如第一气缸7的活塞5的上死点即0deg)相对应的下降沿即基点下降沿进行判定，并对与基于基点下降沿而向上计数得到的下降沿的编号n(下面称为角度识别编号n)相对应的曲柄轴角度θd进行判定。例如，角度信息检测部51在检测到基点下降沿时，将曲柄轴角度θd设定为基点角度(例如0deg)，并将角度识别编号n设定为0。并且，角度信息检测部51在每次检测到下降沿时，使曲柄轴角度θd逐渐增加预先设定的角度间隔Δθd(本例中为4deg)，并使角度识别编号n逐个增加。或者，角度信息检测部51也可以构成为使用预先设定了角度识别编号n与曲柄轴角度θd的关系的角度表，读取与本次的角度识别编号n相对应的曲柄轴角度θd。角度信息检测部51将曲柄轴角度θd(检测角度θd)与角度识别编号n相对应。角度识别编号n在达到最大编号(本例中为90)后返回到1。角度识别编号n＝1的上一个角度识别编号n为90，角度识别编号n＝90的下一个角度识别编号n为1。
本实施方式中，角度信息检测部51参照后述的、基于第一曲柄角传感器11以及凸轮角传感器30检测出的参照曲柄轴角度θr来判定第二曲柄角传感器6的基点下降沿。例如，角度信息检测部51将检测到第二曲柄角传感器6的下降沿时的参照曲柄轴角度θr最接近基点角度的下降沿判定为基点下降沿。
此外，角度信息检测部51参照基于第一曲柄角传感器11以及凸轮角传感器30判断出的各气缸7的冲程来判定与曲柄轴角度θd相对应的各气缸7的冲程。
角度信息检测部51对检测到第二曲柄角传感器6的输出信号(矩形波)的下降沿时的检测时刻Td进行检测，并将检测时刻Td与角度识别编号n对应起来。具体而言，角度信息检测部51利用运算处理装置90所具备的计时功能对检测时刻Td进行检测。
如图5所示，角度信息检测部51在检测到下降沿时，将本次的角度识别编号(n)所对应的检测角度θd(n)与上一次的角度识别编号(n-1)所对应的检测角度θd(n-1)之间的角度区间设定为与本次的角度识别编号(n)相对应的角度区间Sd(n)。
此外，如式(1)所示，角度信息检测部51在检测到下降沿时，计算本次的角度识别编号(n)所对应的检测角度θd(n)与上一次的角度识别编号(n-1)所对应的检测角度θd(n-1)的偏差，并将其设定为与本次的角度识别编号(n)(本次的角度区间Sd(n))相对应的角度间隔Δθd(n)。
Δθd(n)＝θd(n)-θd(n-1)···(1)
本实施方式中，齿圈25的齿的角度间隔全部设为相等，因此角度信息检测部51将所有角度识别编号n的角度间隔Δθd设定为预先设定的角度(本例中为4deg)。
此外，如式(2)所示，角度信息检测部51在检测到下降沿时，计算本次的角度识别编号(n)所对应的检测时刻Td(n)与上一次的角度识别编号(n-1)所对应的检测时刻Td(n-1)的偏差，并将其设定为与本次的角度识别编号(n)(本次的角度区间Sd(n))相对应的时间间隔ΔTd(n)。
ΔTd(n)＝Td(n)-Td(n-1)···(2)
角度信息检测部51基于第一曲柄角传感器11以及凸轮角传感器30的两种输出信号，对以第一气缸7的活塞5的上死点为基准的参照曲柄轴角度θr进行检测，并判断各气缸7的冲程。例如，角度信息检测部51根据第一曲柄角传感器11的输出信号(矩形波)的下降沿的时间间隔，判定紧接在信号板10的无齿部分之后的下降沿。然后，角度信息检测部51对以紧接在无齿部分之后的下降沿为基准的各下降沿与以上死点为基准的参照曲柄轴角度θr的对应关系进行判定，计算出检测到各下降沿时以上死点为基准的参照曲柄轴角度θr。此外，角度信息检测部51根据第一曲柄角传感器11的输出信号(矩形波)上的无齿部分的位置与凸轮角传感器30的输出信号(矩形波)的关系来判定各气缸7的冲程。
<角度信息校正部52>
角度信息校正部52利用与各个角度区间Sd对应而逐个设置的校正值Kc来对各个角度区间Sd的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行校正。
本实施方式中，角度信息校正部52对各角度识别编号n的角度区间Sd(n)逐个设置了校正值Kc(n)。本例中，由于角度识别编号n及角度区间Sd设置了90个，因此校正值Kc也设置了90个。如图6所示，各校正值Kc与各角度识别编号n相对应，并存储在控制装置50的RAM等可改写的存储装置91中。
如式(3)所示，角度信息校正部52构成为对本次的角度识别编号(n)所对应的角度间隔Δθd(n)或时间间隔ΔTd(n)乘以本次的角度识别编号(n)所对应的校正值Kc(n)，来计算本次的角度识别编号(n)所对应的校正后的角度间隔Δθdc(n)或时间间隔ΔTdc(n)。
Δθdc(n)＝Kc(n)×Δθd(n)
或···(3)
ΔTdc(n)＝Kc(n)×ΔTd(n)
本实施方式中，对利用校正值Kc对时间间隔ΔTd进行校正的情况进行说明。另外，为便于说明，将未利用校正值Kc进行校正的角度间隔Δθd也称为校正后的角度间隔Δθdc。
<角度信息计算部53>
角度信息计算部53基于利用各个角度区间Sd的校正值Kc进行了校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc，来计算检测角度θd或角度区间Sd分别所对应的、曲柄轴角度θd的时间变化率即曲柄角速度ωd、曲柄角速度ωd的时间变化率即曲柄角加速度αd以及曲柄角加速度αd的时间变化量即角加速度变化量Δαd。
本实施方式中，如图7所示，角度信息计算部53基于作为处理对象的角度区间Sd(n)所对应的校正后的角度间隔Δθdc(n)以及时间间隔ΔTdc(n)来计算处理对象的角度区间Sd(n)所对应的曲柄角速度ωd(n)。具体而言，如式(4)所示，角度信息计算部53将处理对象的角度区间Sd(n)所对应的校正后的角度间隔Δθdc(n)除以校正后的时间间隔ΔTdc(n)来计算曲柄角速度ωd(n)。
ωd(n)＝Δθdc(n)/ΔTdc(n)···(4)
角度信息计算部53基于作为处理对象的检测角度θd(n)的前一个角度区间Sd(n)所对应的曲柄角速度ωd(n)以及校正后的时间间隔ΔTdc(n)、以及处理对象的检测角度θd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)所对应的曲柄角速度ωd(n+1)以及校正后的时间间隔ΔTdc(n+1)来计算处理对象的检测角度θd(n)所对应的曲柄角加速度αd(n)。具体而言，如式(5)所示，角度信息计算部53将后一个曲柄角速度ωd(n+1)与前一个曲柄角速度ωd(n)相减得到的差值除以后一个校正后的时间间隔ΔTdc(n+1)与前一个校正后的时间间隔ΔTdc(n)的平均值来计算曲柄角加速度αd(n)。
αd(n)＝{ωd(n+1)-ωd(n)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n)}×2···(5)
角度信息计算部53基于作为处理对象的检测角度θd(n)的前一个检测角度θd(n-1)所对应的曲柄角加速度αd(n-1)以及处理对象的检测角度θd(n)的后一个检测角度θd(n+1)所对应的曲柄角加速度αd(n+1)来计算处理对象的检测角度θd(n)所对应的角加速度变化量Δαd(n)。具体而言，角度信息计算部53如式(6)所示，将后一个曲柄角加速度αd(n+1)与前一个曲柄角加速度αd(n-1)相减来计算角加速度变化量Δαd(n)。由此，利用中心差值来计算角加速度变化量Δαd。
Δαd(n)＝αd(n+1)-αd(n-1)···(6)
对以上处理进行总结，为了计算一个角加速度变化量Δαd(n)而执行以下那样的处理。角度信息计算部53基于计算角加速度变化量Δαd(n)的检测角度θd即对象检测角度θd(n)的前两个角度区间Sd(n-1)、Sd(n)、以及后两个角度区间Sd(n+1)、Sd(n+2)各自的校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc来计算该前两个以及后两个角度区间Sd各自的曲柄角速度ωd(n-1)、ωd(n)、ωd(n+1)、ωd(n+2)。
并且，角度信息计算部53基于对象检测角度θd(n)的前两个角度区间Sd各自的曲柄角速度ωd(n-1)、ωd(n)以及时间间隔ΔTd(n-1)、ΔTd(n)来计算该前两个角度区间Sd所对应的一个曲柄角加速度αd(n-1)。并且，角度信息计算部53基于对象检测角度θd(n)的后两个角度区间Sd各自的曲柄角速度ωd(n+1)、ωd(n+2)以及时间间隔ΔTd(n+1)、ΔTd(n+2)来计算该后两个角度区间Sd所对应的一个曲柄角加速度αd(n+1)。并且，角度信息计算部53基于对象检测角度θd(n)的前两个角度区间Sd所对应的曲柄角加速度αd(n-1)以及后两个角度区间Sd所对应的曲柄角加速度αd(n+1)来计算对象检测角度θd(n)所对应的一个角加速度变化量Δαd(n)。
本实施方式中，角度信息计算部53构成为计算曲柄角加速度αd的时间变化率即曲柄角急动度δd来作为角加速度变化量Δαd。具体而言，如式(7)所示，角度信息计算部53将对象检测角度θd(n)的后一个曲柄角加速度αd(n+1)与前一个曲柄角加速度αd(n-1)相减得到的差值除以对象检测角度θd(n)的后一个校正后的时间间隔ΔTdc(n+1)与前一个校正后的时间间隔ΔTdc(n)的合计值，来计算对象检测角度θd(n)的曲柄角急动度δd(n)。
δd(n)＝{αd(n+1)-αd(n-1)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n)}···(7)
如上所述，为了计算角加速度变化量Δαd或曲柄角急动度δd，需要对象检测角度θd(n)的后两个角度区间Sd(n+1)、Sd(n+2)的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd。因此，角度信息计算部53对于最新的检测角度θd，将至少延迟了两个的检测角度θd设定为对象检测角度，来进行角加速度变化量Δαd或曲柄角急动度δd的计算。
<校正值变化部54>
校正值变化部54改变各个角度区间Sd的校正值Kc，使得各个检测角度θd或各个角度区间Sd(本例中为检测角度θd)的角加速度变化量Δαd(或曲柄角急动度δd)接近于零。
如图8的示例所示，在对象检测角度θd(n)的角加速度变化量Δαd(n)大于零的情况下，对象检测角度θd(n)的后一个曲柄角加速度αd(n+1)大于前一个曲柄角加速度αd(n-1)，曲柄角加速度αd正在增加。因此，为了使角加速度变化量Δαd(n)接近零，可以增加前一个曲柄角加速度αd(n-1)或减少后一个曲柄角加速度αd(n+1)。
为了增加前一个曲柄角加速度αd(n-1)，增加前一个曲柄角速度ωd(n)即可。为此，可以改变前一个校正值Kc(n)，使得前一个校正后的角度间隔Δθdc(n)增加，或者前一个校正后的时间间隔ΔTdc(n)减少。另一方面，为了减少后一个曲柄角加速度αd(n+1)，可以减少后一个曲柄角速度ωd(n+1)。为此，可以改变后一个校正值Kc(n+1)，使得后一个校正后的角度间隔Δθdc(n+1)减少，或者后一个校正后的时间间隔ΔTdc(n+1)增加。
另一方面，如图9的示例所示，在对象检测角度θd(n)的角加速度变化量Δαd(n)小于零的情况下，对象检测角度θd(n)的后一个曲柄角加速度αd(n+1)小于前一个曲柄角加速度αd(n-1)，曲柄角加速度αd正在减少。因此，为了使角加速度变化量Δαd(n)接近零，可以减少前一个曲柄角加速度αd(n-1)或增加后一个曲柄角加速度αd(n+1)。
为了减少前一个曲柄角加速度αd(n-1)，可以减少前一个曲柄角速度ωd(n)。为此，可以改变前一个校正值Kc(n)，使得前一个校正后的角度间隔Δθdc(n)减少，或者前一个校正后的时间间隔ΔTdc(n)增加。另一方面，为了增加后一个曲柄角加速度αd(n+1)，可以增加后一个曲柄角速度ωd(n+1)。为此，可以改变后一个校正值Kc(n+1)，使得后一个校正后的角度间隔Δθdc(n+1)增加，或者后一个校正后的时间间隔ΔTdc(n+1)减少。
因此，校正值变化部54构成为如下那样。首先，对构成为利用校正值Kc对角度间隔Δθd进行校正的情况进行说明。校正值变化部54在对象检测角度θd(n)的角加速度变化量Δαd(n)为正值的情况下，执行改变(本例中为增加)对象检测角度θd(n)的前一个角度区间Sd(n)的校正值Kc(n)以使该角度区间Sd(n)的校正后的角度间隔Δθd(n)增加的增加校正、以及改变(本例中为减少)对象检测角度θd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)的校正值Kc(n+1)以使该角度区间Sd(n+1)的校正后的角度间隔Δθd(n+1)减少的减少校正的其中一方或双方。另一方面，校正值变化部54在对象检测角度θd(n)的角加速度变化量Δαd(n)为负值的情况下，执行改变(本例中为减少)对象检测角度θd(n)的前一个角度区间Sd(n)的校正值Kc(n)以使该角度区间Sd(n)的校正后的角度间隔Δθd(n)减少的减少校正、以及改变(本例中为增加)对象检测角度θd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)的校正值Kc(n+1)以使该角度区间Sd(n+1)的校正后的角度间隔Δθd(n+1)增加的增加校正的其中一方或双方。
接着，对构成为利用校正值Kc对时间间隔ΔTd进行校正的情况进行说明。校正值变化部54在对象检测角度θd(n)的角加速度变化量Δαd(n)为正值的情况下，执行改变(本例中为减少)对象检测角度θd(n)的前一个角度区间Sd(n)的校正值Kc(n)以使该角度区间Sd(n)的校正后的时间间隔ΔTd(n)减少的减少校正、以及改变(本例中为增加)对象检测角度θd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)的校正值Kc(n+1)以使该角度区间Sd(n+1)的校正后的时间间隔ΔTd(n+1)增加的增加校正的其中一方或双方。另一方面，校正值变化部54在对象检测角度θd(n)的角加速度变化量Δαd(n)为负值的情况下，执行改变(本例中为增加)对象检测角度θd(n)的前一个角度区间Sd(n)的校正值Kc(n)以使该角度区间Sd(n)的校正后的时间间隔ΔTd(n)增加的增加校正、以及改变(本例中为减少)对象检测角度θd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)的校正值Kc(n+1)以使该角度区间Sd(n+1)的校正后的时间间隔ΔTd(n+1)减少的减少校正的其中一方或双方。
校正值变化部54构成为使各角度区间Sd的校正值Kc增加或减少预先设定的变化量ΔKc。另外，校正值变化部54可以构成为根据各角度区间Sd的角加速度变化量Δαd的绝对值来改变变化量ΔKc。该情况下，校正值变化部54随着各角度区间Sd的角加速度变化量Δαd的绝对值的增大而增大变化量ΔKc。此外，校正值变化部54也可以构成为在各角度区间Sd的角加速度变化量Δαd的绝对值在预先设定的死区判定值以下的情况下，进行不改变校正值Kc的死区处理。
<校正值Kc的变化允许条件>
如图10所示，在向内燃机1提供燃料并正在燃烧的情况下(单点划线)，气缸7内因燃烧而产生的压力变动较大，因此时间间隔ΔTd的时间变化增大，曲柄角速度的时间变化增大。在燃料供给停止、燃烧停止且内燃机1的负载为中等程度的情况下(虚线)，气缸7内的压力变动相比燃烧时减少，但吸入到气缸7内的空气量变多，气缸7内的空气的压力变动幅度变大。因此，时间间隔以及曲柄角速度的时间变化相比燃烧时有所减少，但并未充分减少。
在燃料供给停止且内燃机1的负载较低的情况下(实线)，吸入到气缸7内的空气量变少，气缸7内的空气的压力变动幅度大幅减少。因此，时间间隔以及曲柄角速度的时间变化大幅减少，曲柄轴2的旋转接近于匀速圆周运动。然而，气缸7内残留有空气，气缸7内的空气多少会产生压力变动。如图11中，将图10的纵轴放大所示，时间间隔以及曲柄角速度的时间变化虽然减少，但并没有达到零。另外，图11中用实线示出未校正的时间间隔ΔTd，并用虚线示出作为利用校正值Kc进行校正的目标的时间间隔。由此，即使在燃烧停止以及低负载的状态下，若与本实施方式不同，构成为改变校正值Kc，使得曲柄角速度ωd的时间变化率即曲柄角加速度αd接近于零，则也会产生误校正。
另一方面，时间间隔以及曲柄角速度接近于以一定斜率增加或减少的特性，曲柄角加速度αd的时间变化接近于零。由此，通过如本实施方式那样改变校正值Kc，使得曲柄角加速度αd的时间变化量即角加速度变化量Δαd接近于零，从而能恰当地进行校正。
本实施方式中，校正值变化部54构成为在停止向内燃机1供给燃料且内燃机1的负载低于预先设定的判定负载的变化允许条件成立的情况下，允许校正值Kc的变化。
校正值变化部54构成为在利用逻辑与将以下任意一个以上的条件组合得到的条件成立的情况下，判定内燃机1的负载低于判定负载，这些条件包括：基于节流开度传感器19的输出信号检测到的节流阀4的开度低于预先设定的判定开度的情况下成立的条件；基于气流传感器3的输出信号检测到的吸入到内燃机1(气缸7)的吸入空气量低于预先设定的判定空气量的情况下成立的条件；基于歧管压传感器8的输出信号检测到的进气歧管12内的压力低于预先设定的判定压力的情况下成立的条件；以及内燃机1的填充效率低于预先设定的判定效率的情况下成立的条件。
例如，判定开度预先设定为节流阀4的开度的变化幅度的5％以下的开度。判定空气量预先设定为吸入空气量的变化幅度的5％以下的空气量。判定压力预先设定为进气歧管12内的压力的变化幅度的5％以下的压力。判定效率预先设定为填充效率的变化幅度的5％以下的填充效率。
<校正值Kc的变化完成判定>
校正值变化部54在每次曲柄轴2旋转了预先设定的判定角度(本例中为360deg)时，计算判定角度间的角加速度变化量Δαd(或曲柄角急动度δd)相对于该角加速度变化量Δαd的平均值的偏离程度。本实施方式中，校正值变化部54构成为计算判定角度间的角加速度变化量Δαd(或曲柄角急动度δd)的标准差σ作为偏离程度。并且，校正值变化部54在上一次算出的标准差σ与本次算出的标准差σ的变化量的绝对值|Δσ|不足预先设定的判定变化量Xσ的情况下，判定为校正值Kc的变化完成，停止校正值Kc的变化并保持校正值Kc。
若各角度区间Sd的校正值Kc恰当地变化下去，则各检测角度θd的角加速度变化量Δαd会逐渐接近零。若各检测角度θd的角加速度变化量Δαd逐渐接近于零，则角加速度变化量Δαd的标准差σ的变化量的绝对值|Δσ|逐渐减少。采用上述结构，能在标准差σ的变化量的绝对值|Δσ|减少到判定变化量Xσ以下的情况下，判定为校正值Kc完成了恰当的变化，从而能停止校正值Kc的变化处理。由此，能减轻控制装置50的处理负担。此外，通过在校正值Kc完成恰当的变化后也继续进行校正值Kc的变化处理，能防止因某些原因而产生校正值Kc的误变化。
本实施方式中，校正值变化部54使用式(8)，基于判定角度个数的对应个数的N个(本例中为90个)角加速度变化量Δαd的数据来计算标准差σ。
[数学式1]
数1
此外，校正值变化部54如式(9)所示，每计算M次标准差σ，则计算M个标准差σ的平均值σave。并且，校正值变化部54构成为计算上次算出的标准差的平均值σave(k-1)与本次算出的标准差的平均值σave(k)的偏差除以本次算出的标准差的平均值σave(k)得到的值的绝对值作为标准差的变化量的绝对值|Δσ|。由此，算出无量纲化后的标准差的变化量。
[数学式2]
数2
<使用了存储数据的校正值Kc的变化>
本实施方式中，角度信息检测部51对停止向内燃机1供给燃料且内燃机1的负载低于预先设定的判定负载的变化允许条件成立的情况下检测到的、各个角度区间Sd的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行存储。并且，角度信息校正部52、角度信息计算部53以及校正值变化部54通过对所存储的各个角度区间Sd的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行处理来改变校正值Kc。
根据该结构，不再需要实时地对检测到的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行处理来改变校正值Kc。因此，能在时间上分散地执行改变校正值Kc的处理。由此，能减轻控制装置50的处理负担，并能降低控制装置50所需要的处理性能。此外，由于能使用在燃烧停止以及低负载的良好条件下存储的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd，因此能提高校正值Kc的变化精度。
角度信息检测部51在变化允许条件成立的情况下，将预先设定的存储转速的相应个数的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd存储在控制装置50的RAM等可改写存储装置91中。角度信息检测部51对曲柄轴角度θd以及检测时刻Td进行检测，每当算出角度识别编号n、角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd时，对存储编号i进行向上计数，并如图12所示，将角度识别编号n、角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd与向上计数后的存储编号i对应起来存储到存储装置91中。
角度信息校正部52利用校正值Kc对所存储的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行校正。角度信息计算部53基于校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc来计算曲柄角速度ωd、曲柄角加速度αd以及角加速度变化量Δαd(或曲柄角急动度δd)。校正值变化部54改变校正值Kc，使得角加速度变化量Δαd接近于零。
角度信息校正部52、角度信息计算部53以及校正值变化部54反复利用所存储的存储转速的相应个数的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd来进行改变校正值Kc的处理。能反复使用在良好条件下存储的数据来高精度地改变校正值Kc。
<校正值Kc的变化处理的流程图>
接着，利用图13所示的流程图说明本实施方式的校正值Kc的变化处理。
首先，在步骤S01中，校正值变化部54判定停止向内燃机1供给燃料并且内燃机1的负载低于预先设定的判定负载的变化允许条件是否成立。角度信息检测部51在变化允许条件成立的情况下(步骤S01：是)，如上述那样对检测到的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行存储。本例中，对存储转速的相应个数的数据进行存储。
在步骤S03中，校正值变化部54将存储编号i设定为2。这是因为在本实施方式中，角加速度变化量Δαd的计算需要前一个角度间隔Δθd(i-1)以及时间间隔ΔTd(i-1)的数据。然后，在步骤S04中，角度信息校正部52利用存储编号i所对应的角度识别编号n的校正值Kc对存储编号i所对应的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行校正。本实施方式中，角度信息校正部52为了计算角加速度变化量Δαd，利用校正值Kc对上一次、本次、下一次以及两次后的存储编号(i-1)、(i)、(i+1)、(i+2)所对应的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行校正。
在步骤S05中，角度信息计算部53基于存储编号i所对应的校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc来计算曲柄角速度ωd、曲柄角加速度αd以及角加速度变化量Δαd(或曲柄角急动度δd)。本实施方式中，角度信息计算部53利用上一次、本次、下一次以及两次后的存储编号(i-1)、(i)、(i+1)、(i+2)所对应的校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc计算存储编号i所对应的角加速度变化量Δαd(i)。
在步骤S06中，校正值变化部54改变存储编号i所对应的角度识别编号n的校正值Kc，使得存储编号i所对应的角加速度变化量Δαd(i)(或曲柄角急动度δd)接近于零。
在步骤S07中，校正值变化部54对用于计算标准差σ的、式(8)中的角加速度变化量Δαd(或曲柄角急动度δd)的Σ进行计算。校正值变化部54在进行了判定角度的相应个数的N个(本例中为90个)的Σ的计算的情况下，进行式(8)的标准差σ的计算。
在步骤S08中，校正值变化部54判定存储编号i是否达到存储转速的相应个数的存储数据数以上。校正值变化部54在存储编号i不足存储数据数的情况下(步骤S08：否)，在步骤S09中对存储编号i加1，然后返回到步骤S04，反复进行使用了下一个存储编号i的存储数据的步骤S04到步骤S07的处理。
另一方面，校正值变化部54在存储编号i达到存储数据数以上的情况下(步骤S08：是)，在步骤S10中，使用式(9)，对存储编号i从2增加到存储数据数的期间算出的M个标准差σ的平均值σave进行计算。并且，校正值变化部54使用式(9)，基于上一次算出的标准差的平均值σave(k-1)以及本次算出的标准差的平均值σave(k)，计算标准差的变化量的绝对值|Δσ|。
在步骤S11中，校正值变化部54判定标准差的变化量的绝对值|Δσ|是否低于判定变化量Xσ。校正值变化部54在标准差的变化量的绝对值|Δσ|达到判定变化量Xσ以上的情况下(步骤S11：否)，返回到步骤S03，反复进行利用所存储的存储转速的相应个数的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd来改变校正值Kc的处理。另一方面，校正值变化部54在标准差的变化量的绝对值|Δσ|低于判定变化量Xσ的情况下(步骤S11：是)，进入步骤S12，判定校正值Kc的变化完成，结束校正值Kc的变化处理。
<变化完成后的校正值Kc的校正结果>
图14中用实线示出利用变化完成后的校正值Kc进行的校正结果。用虚线表示的、利用校正值Kc进行校正前的时间间隔ΔTd中，因齿圈25的齿的公差而叠加有高振幅的振动分量。利用变化完成后的校正值Kc进行了校正后的时间间隔ΔTdc相比校正前，振幅降低，更接近图11所示的校正目标。由此，能利用校正值Kc对因齿圈25的齿的公差引起的时间间隔ΔTdc的变动良好地进行校正。
图15示出图14的校正前的时间间隔ΔTd以及利用变化完成后的校正值Kc进行了校正后的时间间隔ΔTdc的频谱分析结果。在频谱分析中，将4deg所对应的时间间隔ΔTd设为1点的数据，并采用使用了64点数据的高速傅里叶变换。横轴的频率的阶数表示频谱分析结果的采样位置。1阶的频率相当于曲柄轴2的旋转频率的约0.7倍(≒64/90)，n阶的频率相当于曲柄轴2的旋转频率的n×0.7倍。二阶以上的频率分量因校正而大幅降低。在校正前，8.5阶的低频的频率分量正在变大。因此，在进行使时间间隔ΔTd的振动分量减少的低通滤波处理的情况下，需要将低通滤波处理的截止频率设定在8.5阶以下，无法设定在8.5阶以上的高频侧。另一方面，若采用校正后的时间间隔ΔTdc，则能使频率分量大幅降低至28阶附近的高频。由此，在进行使校正后的时间间隔ΔTdc的振动分量减少的低通滤波处理的情况下，能大幅提高低通滤波处理的截止频率。因此，通过校正，能以良好的精度检测高频带的时间间隔ΔTd的变化，因而能提高后述的缸内压力等的推算精度。
<缸内压力推算部55>
缸内压力推算部55使用包含内燃机1的活塞、连杆以及曲柄在内的曲柄轴2的旋转系统的运动方程式，基于曲柄轴角度θd以及曲柄角加速度αd，计算因燃烧而产生的燃烧气体压力转矩Tb，并基于燃烧气体压力转矩Tb以及曲柄轴角度θd来推算正在燃烧的气缸b的缸内压力Pcylb。
本实施方式中，角度信息校正部52以及角度信息计算部53为了进行校正值Kc的变化处理，在变化允许条件成立时对所存储的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行处理的基础上，实时地利用校正值Kc对实时计算出的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行校正，从而实时地计算曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd。此外，角度信息计算部53对校正后的时间间隔ΔTdc或曲柄角加速度αd进行低通滤波处理，以降低高频的噪音分量。
包含内燃机1的活塞、连杆以及曲柄在内的曲柄轴2的旋转系统的运动方程式由式(10)表示。
[数学式3]
数3
其中，I为曲柄轴2的转动惯量，Pcylj为第j个气缸7的缸内压力，Sp为活塞5的顶面的投影面积，mp为活塞5的质量，αpj为第j个气缸7的活塞5的加速度，Rj为将第j个气缸7的活塞5所产生的力转换为绕曲柄轴2的转矩的转换系数，Tex为摩擦、辅机负载以及行驶阻力等从外部传递到曲柄轴2的外部负载转矩。L为气缸数，本实施方式中，L＝3。此外，r为曲柄的半径，θdj为以第j个气缸7的活塞5的上死点为基准的曲柄轴角度，为第j个气缸7的连杆的角度，基于曲柄长度与连杆长度的比、即连杆比以及曲柄轴角度θdj而求得。
缸内压力推算部55基于根据各气缸j的曲柄轴角度θdj而变化的连杆9以及曲柄32的几何学关系、以及曲柄角加速度αd来计算各气缸j的活塞5的加速度αpj。此外，缸内压力推算部55基于各气缸j的曲柄轴角度θdj来计算各气缸j的转换系数Rj。
进行燃烧的压缩冲程的后半以及膨胀冲程以外的缸内压力Pcylj是与进气歧管12内的压力、大气压、曲柄轴角度θdj相对应的压力。缸内压力推算部55基于进气歧管12内的压力、大气压、曲柄轴角度θdj来推算处于进气冲程、压缩冲程(后半除外)或排气冲程的各未燃烧气缸j的缸内压力Pcylubj。在第b个气缸7处于压缩冲程的后半以及膨胀冲程且正在进行燃烧的情况下，能将式(10)变形成式(11)那样。这里，Pcylb是燃烧气缸b的缸内压力，Pcylubj是各未燃烧气缸j(j≠b)的缸内压力。
[数学式4]
数4
在燃烧气缸b的活塞5位于上死点的情况下，式(11)的右边第一项为零，因此若对式(11)的外部负载转矩Tex进行整理，则变为式(12)那样。外部负载转矩Tex在一个循环期间不会产生太大变动，因此假定为在上死点推算出的恒定值。
[数学式5]
数5
缸内压力推算部55使用式(12)，基于燃烧气缸b的活塞5处于上死点时的、各未燃烧气缸j的缸内压力Pcylubj、活塞5的加速度αpj、转换系数Rj以及曲柄角加速度αd来推算外部负载转矩Tex。
若对式(11)中相当于因燃烧而在曲柄轴2上产生燃烧气体压力转矩Tb的“Pcylb·Sp·Rb”进行整理，则得到式(13)。
[数学式6]
数6
缸内压力推算部55使用式(13)所示的曲柄轴2的旋转系统的运动方程式，基于曲柄轴角度θd以及曲柄角加速度αd来推算燃烧气体压力转矩Tb。此时，缸内压力推算部55如上述那样计算燃烧气缸b的活塞的加速度αpb及转换系数Rb、以及各未燃烧气缸j的缸内压力Pcylubj、活塞5的加速度αpj、转换系数Rj、以及外部负载转矩Tex。
并且，如式(14)所示，缸内压力推算部55将燃烧气体压力转矩Tb除以活塞5的投影面积Sp以及燃烧气缸b的转换系数Rb来计算燃烧气缸b的缸内压力Pcylb。
[数学式7]
数7
<燃烧参数计算部56>
燃烧参数计算部56基于燃烧气缸b的缸内压力Pcy1b来计算热产生率以及质量燃烧率MFB的一方或双方的燃烧参数。
本实施方式中，燃烧参数计算部56利用式(15)来计算每单位曲柄轴角度的热产生率dQ/dθ。这里，κ为比热比，Vb为燃烧气缸b的气缸容积。燃烧参数计算部56基于燃烧气缸b的曲柄轴角度θdb、连杆9以及曲柄32的几何学关系来计算气缸容积Vb以及每单位曲柄轴角度的气缸容积变化率dVb/dθ。
[数学式8]
数8
燃烧参数计算部56使用式(16)，将热产生率dQ/dθ从燃烧开始角度θ0到曲柄轴角度θdb为止进行积分得到的瞬时积分值除以在整个燃烧角度区间内对热产生率dQ/dθ进行积分得到的总积分值Q0来计算各曲柄轴角度θdb的质量燃烧率MFB。
[数学式9]
数9
<燃烧控制部57>
燃烧控制部57基于燃烧参数进行改变点火时期以及EGR量的一方或双方的燃烧控制。本实施方式中，燃烧控制部57对质量燃烧率MFB达到0.5(50％)的曲柄轴角度θdb(称为燃烧中心角度)进行判定，并改变点火时期以及EGR量的一方或双方，使得燃烧中心角度接近预先设定的目标角度。例如，燃烧控制部57在燃烧中心角度较目标角度处于延迟角侧的情况下，使点火时期向提前角侧变化，或增加EGR阀22的开度来增加EGR量。另外，若增加EGR量，则燃烧速度变缓，燃烧中心角度向提前角侧变化。另一方面，燃烧控制部57在燃烧中心角度较目标角度处于提前角侧的情况下，使点火时期向延迟角侧变化，或减少EGR阀22的开度来减少EGR量。
或者，燃烧控制部57也可以构成为对热产生率dQ/dθ达到最大值的曲柄轴角度θdb进行判定，并改变点火时期以及EGR量的一方或双方，使得该曲柄轴角度θdb接近预先设定的目标角度。
<缸内压力、热产生率以及质量燃烧率的计算精度的提高>
利用图16，对利用校正值Kc进行校正的本实施方式的情况与不进行校正的比较例的情况的、缸内压力、热产生率以及质量燃烧率的计算精度进行说明。图16左侧的列示出不利用校正值Kc进行校正的比较例的情况下的各计算值的特性。图16右侧的列示出利用变化完成后的校正值Kc进行了校正的本实施方式的情况下的各计算值的特性。
左侧的比较例的情况如上所述，为了将叠加在时间间隔ΔTd中的8.5阶的频率分量去除，进行截止频率较低的低通滤波处理。另一方面，在右侧的本实施方式中，低通滤波处理的截止频率比比较例的情况高(本例中为12阶)。因此，对于左侧的比较例的情况，若与实测值相比，则波形较为平滑，特别是热产生率以及质量燃烧率MFB的计算精度较差。另一方面，在右侧的实施方式的情况下，即使与实测值相比，波形平滑度也较小，特别是热产生率以及质量燃烧率MFB的计算精度大幅提高。由此，本实施方式中，能提高使用热产生率以及质量燃烧率MFB的燃烧参数的燃烧控制的控制精度。
<整个处理的概要流程图>
基于图17所示的流程图对本实施方式的控制装置50的概要处理的步骤(内燃机1的控制方法)进行说明。通过由运算处理装置90执行存储在存储装置91中的软件(程序)，从而例如每隔固定的运算周期重复执行图17的流程图的处理。
步骤S51中，角度信息检测部51如上所述，基于特定曲柄角传感器6的输出信号检测曲柄轴角度θd，并对检测时刻Td进行检测，基于检测角度θd以及检测时刻Td，执行计算角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd的角度信息检测处理(角度信息检测步骤)。
接着，在步骤S52中，角度信息校正部52如上述那样执行角度信息校正处理(角度信息校正步骤)：即，利用与各个角度区间Sd对应而逐个设置的校正值Kc来对各个角度区间Sd的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行校正。
在步骤S53中，角度信息计算部53如上述那样执行角度信息计算处理(角度信息计算步骤)：即，基于利用校正值Kc进行校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc来计算与检测角度θd或角度区间Sd分别对应的、曲柄角速度ωd、曲柄角加速度αd以及角加速度变化量Δαd(或曲柄角急动度δd)。
然后，在步骤S54中，校正值变化部54如上述那样执行校正值变化处理(校正值变化步骤)：即，改变各个角度区间Sd的校正值Kc，使得各个检测角度θd或各个角度区间Sd的角加速度变化量Δαd(或曲柄角急动度δd)接近于零。
此外，在步骤S55中，缸内压力推算部55如上述那样执行缸内压力推算处理(缸内压力推算步骤)：即，使用包含内燃机1的活塞、连杆以及曲柄在内的曲柄轴2的旋转系统的运动方程式，基于曲柄轴角度θd以及曲柄角加速度αd，计算燃烧气体压力转矩Tb，并基于燃烧气体压力转矩Tb以及曲柄轴角度θd来推算燃烧气缸b的缸内压力Pcylb。
在步骤S56中，燃烧参数计算部56如上述那样执行燃烧参数计算处理(燃烧参数计算步骤)：即，基于燃烧气缸b的缸内压力Pcylb来计算热产生率以及质量燃烧率MFB的一方或双方的燃烧参数。
并且，在步骤S57中，燃烧控制部57如上述那样执行燃烧控制处理(燃烧控制步骤)：即，基于燃烧参数改变点火时期以及EGR量的一方或双方。
[其他实施方式]
最后，对本发明的其他实施方式进行说明。另外，以下说明的各实施方式的结构并不限于分别单独应用，只要不产生矛盾，也能与其它实施方式的结构组合起来应用。
(1)上述实施方式1中，以以下情况为例进行了说明：即，第二曲柄角传感器6相当于本发明的“特定曲柄角传感器”，飞轮27相当于本发明的“旋转构件”，设置在飞轮27上的齿圈25的齿相当于本发明的“被检测部”。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，也可以是第一曲柄角传感器11相当于本发明的“特定曲柄角传感器”，信号板10相当于本发明的“旋转构件”，设置在信号板10上的多个齿相当于本发明的“被检测部”。
(2)上述实施方式1中，以内燃机1采用汽油发动机的情况为例进行了说明。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，内燃机1也可以采用柴油机、进行HCCI燃烧(Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion：均质充量压缩点火燃烧)的发动机等各种内燃机。
(3)上述实施方式1中，以以下情况为例进行了说明：即，角度信息计算部53如利用图7说明的那样，计算对象检测角度θd(n)的前两个以及后两个角度区间Sd各自的曲柄角速度ωd，计算前两个角度区间Sd所对应的曲柄角加速度αd(n-1)以及后两个角度区间Sd所对应的一个曲柄角加速度αd(n+1)，基于这两个曲柄角加速度来计算与对象检测角度θd(n)相对应的一个角加速度变化量Δαd(n)。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，角度信息计算部53可以使用任何计算方法，基于校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc来计算检测角度θd或角度区间Sd各自所对应的、曲柄角速度ωd、曲柄角加速度αd以及角加速度变化量Δαd即可。
例如，如图18所示，角度信息计算部53基于计算角加速度变化量Δαd(n)的角度区间Sd即对象角度区间Sd(n)、对象角度区间Sd(n)的前一个角度区间Sd(n-1)以及对象角度区间Sd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)各自的校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc，来计算前一个角度区间Sd(n-1)、对象角度区间Sd(n)以及后一个角度区间Sd(n+1)各自的曲柄角速度ωd(n-1)、ωd(n)、ωd(n+1)。并且，角度信息计算部53基于前一个角度区间Sd(n-1)以及对象角度区间Sd(n)各自的曲柄角速度ωd(n-1)、ωd(n)以及时间间隔ΔTd(n-1)、ΔTd(n)来计算与该两个角度区间Sd相对应的一个曲柄角加速度αd(n-1)。此外，角度信息计算部53基于对象检测角度θd(n)及后一个角度区间Sd(n+1)各自的曲柄角速度ωd(n)、ωd(n+1)以及时间间隔ΔTd(n)、ΔTd(n+1)来计算与该两个角度区间Sd相对应的一个曲柄角加速度αd(n)。并且，角度信息计算部53也可以构成为基于两个曲柄角加速度αd(n-1)、αd(n)来计算与对象角度区间Sd(n)相对应的一个角加速度变化量Δαd(n)。
(4)上述实施方式1中，以以下情况为例进行了说明：即，角度信息计算部53构成为计算与检测角度θd分别对应的角加速度变化量Δαd，校正值变化部54改变对象检测角度θd(n)的前一个对象角度区间Sd(n)的校正值Kc(n)以及后一个对象角度区间Sd(n+1)的校正值Kc(n+1)的一方或双方，使得对象检测角度θd(n)的角加速度变化量Δαd(n)接近于零。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，角度信息计算部53也可以如利用图18说明的那样，构成为计算角度区间Sd各自所对应的角加速度变化量Δαd，校正值变化部54改变对象角度区间Sd(n)的校正值Kc(n)，使得作为处理对象的角度区间即对象角度区间Sd(n)的角加速度变化量Δαd(n)接近于零。
具体而言，校正值变化部54在利用校正值Kc对角度间隔Δθd进行校正并且对象角度区间Sd(n)的角加速度变化量Δαd(n)为正值的情况下，执行改变校正值Kc(n)来使对象角度区间Sd(n)的校正后的角度间隔Δθdc(n)增加的增加校正，在对象角度区间Sd(n)的角加速度变化量Δαd(n)为负值的情况下，执行改变校正值Kc(n)来使对象角度区间Sd(n)的校正后的角度间隔Δθdc(n)减少的减少校正。或者，校正值变化部54在利用校正值Kc对时间间隔ΔTd进行校正并且对象角度区间Sd(n)的角加速度变化量Δαd(n)为正值的情况下，执行改变校正值Kc(n)来使对象角度区间Sd(n)的校正后的时间间隔ΔTdc(n)减少的减少校正，在对象角度区间Sd(n)的角加速度变化量Δαd(n)为负值的情况下，执行改变校正值Kc来使对象角度区间Sd(n)的校正后的时间间隔ΔTdc(n)增加的增加校正。
(5)在上述实施方式1中，以以下情况为例进行了说明：即，校正值变化部54构成为在停止向内燃机1供给燃料且内燃机1的负载低于判定负载的变化允许条件成立的情况下，允许校正值Kc的变化。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，变化允许条件也可以是与实施方式1不同的合适条件，或者也可以不设置变化允许条件。
(6)上述实施方式1中，以以下情况为例进行了说明：即，角度信息校正部52、角度信息计算部53以及校正值变化部54构成为在变化允许条件成立的情况下对所存储的各个角度区间Sd的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行处理，来改变校正值Kc。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，角度信息校正部52、角度信息计算部53以及校正值变化部54也可以在变化允许条件成立的情况下，对实时计算出的各个角度区间Sd的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行实时处理，来改变校正值Kc。
(7)在上述实施方式1中，以以下情况为例进行了说明：即，校正值变化部54构成为计算判定角度之间的角加速度变化量Δαd的标准差σ，在标准差σ的上一次计算值与本次计算值的变化量的绝对值|Δσ|低于判定变化量的情况下，停止校正值Kc的变化，并对校正值Kc进行保持。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，校正值变化部54也可以构成为不停止校正值Kc的变化，或者可以构成为在标准差σ的变化量的绝对值|Δσ|以外的条件、例如标准差σ达到预先设定的判定偏差以下的情况下，停止校正值Kc的变化，并对校正值Kc进行保持。
(8)在上述实施方式1中，以以下情况为例进行了说明：即，控制装置50构成为基于曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd来计算缸内压力、热产生率以及质量燃烧率，并进行燃烧控制，其中，曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd基于利用校正值Kc进行了校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc而算出。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，控制装置50也可以构成为基于曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd来进行各气缸7的燃烧的熄火检测等其他控制，其中，曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd基于校正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc而算出。
(9)上述实施方式1中，以以下情况为例进行了说明：即，校正值变化部54构成为计算判定角度间的角加速度变化量Δαd的标准差σ来作为偏离程度。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，校正值变化部54也可以构成为计算判定角度间的角加速度变化量Δαd的方差σ＾2来作为偏离程度。校正值变化部54利用相当于将式(8)的标准差σ进行平方的式(17)来计算方差σ＾2。
[数学式10]
数10
此外，本发明在其发明的范围内可对实施方式适当地进行变形、省略。
工业上的实用性
本发明适用于具备在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上设置成预先确定的多个曲柄轴角度的多个被检测部以及固定于非旋转构件上并对上述被检测部进行检测的特定曲柄角传感器的内燃机的控制装置以及控制方法。
标号说明
1 内燃机
2 曲柄轴
6 第二曲柄角传感器(特定曲柄角传感器)
7 气缸
24 发动机缸体(非旋转构件)
25 齿圈(被检测部)
27 飞轮(旋转构件)
50 控制装置
51 角度信息检测部
52 角度信息校正部
53 角度信息计算部
54 校正值变化部
55 缸内压力推算部
56 燃烧参数计算部
57 燃烧控制部
Δαd 角加速度变化量
Δθd 角度间隔
Δθdc 校正后的角度间隔
ΔTd 时间间隔
ΔTdc 校正后的时间间隔
d 曲柄角加速度
δd 曲柄角急动度
θd 曲柄轴角度(检测角度)
ωd 曲柄角速度
Kc 校正值
MFB 质量燃烧率
Pcylb 燃烧气缸的缸内压力
Tb 燃烧气体压力转矩
Td 检测时刻
n 角度识别编号

Claims (12)

1.一种内燃机的控制装置，该内燃机具备在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上设置成预先确定的多个曲柄轴角度的多个被检测部以及固定于非旋转构件上并对所述被检测部进行检测的特定曲柄角传感器，其特征在于，包括：
角度信息检测部，该角度信息检测部基于所述特定曲柄角传感器的输出信号检测曲柄轴角度，并对检测到所述曲柄轴角度的检测时刻进行检测，基于检测到的所述曲柄轴角度即检测角度以及所述检测时刻来计算所述检测角度之间的角度区间所对应的角度间隔以及时间间隔；
角度信息校正部，该角度信息校正部利用与各所述角度区间对应而逐个设置的校正值来对各所述角度区间的所述角度间隔或所述时间间隔进行校正；
角度信息计算部，该角度信息计算部基于利用各所述角度区间的所述校正值进行了校正后的所述角度间隔以及所述时间间隔，来计算与各所述检测角度或各所述角度区间相对应的、所述曲柄轴角度的时间变化率即曲柄角速度、所述曲柄角速度的时间变化率即曲柄角加速度以及所述曲柄角加速度的时间变化量即角加速度变化量；以及
校正值变化部，该校正值变化部改变各所述角度区间的所述校正值，使得各所述检测角度或各所述角度区间的所述角加速度变化量接近于零。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述校正值变化部在停止向所述内燃机供给燃料且所述内燃机的负载低于预先设定的判定负载的情况下，允许所述校正值的变化。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述角度信息检测部在停止向所述内燃机供给燃料且所述内燃机的负载低于预先设定的判定负载的情况下，对检测到的各所述角度区间的所述角度间隔以及所述时间间隔进行存储，
所述角度信息校正部、所述角度信息计算部以及所述校正值变化部对所存储的各所述角度区间的所述角度间隔以及所述时间间隔进行处理，来改变所述校正值。
4.如权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述校正值变化部在利用逻辑与将下列条件中的任意一个以上的条件相组合得到的条件成立时，判定为所述内燃机的负载低于所述判定负载，这些条件包括：所述内燃机的节流阀的开度低于预先设定的判定开度的情况下成立的条件；吸入到所述内燃机内的吸入空气量低于预先设定的判定空气量的情况下成立的条件；所述内燃机的进气歧管内的压力低于预先设定的判定压力的情况下成立的条件；以及所述内燃机的填充效率低于预先设定的判定效率的情况下成立的条件。
5.如权利要求1至4的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述角度信息计算部基于计算所述角加速度变化量的所述检测角度即对象检测角度的前两个所述角度区间以及后两个所述角度区间各自的校正后的所述角度间隔以及所述时间间隔，来计算该前两个以及后两个所述角度区间各自的所述曲柄角速度，基于所述前两个所述角度区间各自的所述曲柄角速度以及所述时间间隔来计算与该前两个所述角度区间相对应的一个所述曲柄角加速度，基于所述后两个所述角度区间各自的所述曲柄角速度以及所述时间间隔来计算与该后两个所述角度区间相对应的一个所述曲柄角加速度，基于与所述前两个所述角度区间相对应的所述曲柄角加速度以及与所述后两个所述角度区间相对应的所述曲柄角加速度来计算与所述对象检测角度相对应的一个所述角加速度变化量。
6.如权利要求1至5的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述角度信息计算部对与各所述检测角度相对应的所述角加速度变化量进行计算，
所述校正值变化部在利用所述校正值对所述角度间隔进行校正且作为处理对象的所述检测角度即对象检测角度的所述角加速度变化量为正值的情况下，执行改变所述对象检测角度的前一个所述角度区间的所述校正值来使该角度区间的校正后的所述角度间隔增加的增加校正以及改变所述对象检测角度的后一个所述角度区间的所述校正值来使该角度区间的校正后的所述角度间隔减少的减少校正的一方或双方；在所述对象检测角度的所述角加速度变化量为负值的情况下，执行改变所述对象检测角度的前一个所述角度区间的所述校正值来使该角度区间的校正后的所述角度间隔减少的减少校正以及改变所述对象检测角度的后一个所述角度区间的所述校正值来使该角度区间的校正后的所述角度间隔增加的增加校正的一方或双方，或者，
在利用所述校正值对所述时间间隔进行校正且所述对象检测角度的所述角加速度变化量为正值的情况下，执行改变所述对象检测角度的前一个所述角度区间的所述校正值来使该角度区间的校正后的所述时间间隔减少的减少校正以及改变所述对象检测角度的后一个所述角度区间的所述校正值来使该角度区间的校正后的所述时间间隔增加的增加校正的一方或双方；在所述对象检测角度的所述角加速度变化量为负值的情况下，执行改变所述对象检测角度的前一个所述角度区间的所述校正值来使该角度区间的校正后的所述时间间隔增加的增加校正以及改变所述对象检测角度的后一个所述角度区间的所述校正值来使该角度区间的校正后的所述时间间隔减少的减少校正的一方或双方。
7.如权利要求1至5的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述角度信息计算部对与各所述角度区间相对应的所述角加速度变化量进行计算，
所述校正值变化部在利用所述校正值对所述角度间隔进行校正且作为处理对象的所述角度区间即对象角度区间的所述角加速度变化量为正值的情况下，执行改变所述校正值来使所述对象角度区间的校正后的所述角度间隔增加的增加校正，在所述对象角度区间的所述角加速度变化量为负值的情况下，执行改变所述校正值来使所述对象角度区间的校正后的所述角度间隔减少的减少校正，或者，
在利用所述校正值对所述时间间隔进行校正且所述对象角度区间的所述角加速度变化量为正值的情况下，执行改变所述校正值来使所述对象角度区间的校正后的所述时间间隔减少的减少校正，在所述对象角度区间的所述角加速度变化量为负值的情况下，执行改变所述校正值来使所述对象角度区间的校正后的所述时间间隔增加的增加校正。
8.如权利要求1至7的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述校正值变化部在每次所述曲柄轴进行了预先设定的判定角度的旋转时，计算所述判定角度间的所述角加速度变化量相对于该角加速度变化量的平均值的偏离程度，在上一次算出的所述偏离程度与本次算出的所述偏离程度的变化量的绝对值低于预先设定的判定变化量的情况下，停止所述校正值的变化，并对所述校正值进行保持。
9.如权利要求1至8的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述角度信息计算部计算所述曲柄角加速度的时间变化率即曲柄角急动度作为所述角加速度变化量。
10.如权利要求1至9的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，包括缸内压力推算部，该缸内压力推算部使用包含所述内燃机的活塞、连杆以及曲柄在内的所述曲柄轴的旋转系统的运动方程式，基于所述曲柄轴角度以及所述曲柄角加速度来计算因燃烧而产生的气体压力转矩，并基于所述气体压力转矩以及所述曲柄轴角度推算正在燃烧的气缸的缸内压力。
11.如权利要求10所述的内燃机的控制装置，其特征在于，包括：燃烧参数计算部，该燃烧参数计算部基于所述缸内压力来推算热产生率以及质量燃烧率的一方或双方的燃烧参数；以及
燃烧控制部，该燃烧控制部基于所述燃烧参数来改变点火时期以及EGR量的一方或双方。
12.一种内燃机的控制方法，该内燃机具备在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上设置成预先确定的多个曲柄轴角度的多个被检测部以及固定于非旋转构件上并对所述被检测部进行检测的特定曲柄角传感器，其特征在于，包括：
角度信息检测步骤，该角度信息检测步骤基于所述特定曲柄角传感器的输出信号检测曲柄轴角度，并对检测到所述曲柄轴角度的检测时刻进行检测，基于检测到的所述曲柄轴角度即检测角度以及所述检测时刻来计算所述检测角度之间的角度区间所对应的角度间隔以及时间间隔；
角度信息校正步骤，该角度信息校正步骤利用与各所述角度区间对应而逐个设置的校正值来对各所述角度区间的所述角度间隔或所述时间间隔进行校正；
角度信息计算步骤，该角度信息计算步骤基于利用各所述角度区间的所述校正值进行了校正后的所述角度间隔以及所述时间间隔，来计算与各所述检测角度或各所述角度区间相对应的、所述曲柄轴角度的时间变化率即曲柄角速度、所述曲柄角速度的时间变化率即曲柄角加速度以及所述曲柄角加速度的时间变化量即角加速度变化量；以及
校正值变化步骤，该校正值变化步骤改变各所述角度区间的所述校正值，使得各所述检测角度或各所述角度区间的所述角加速度变化量接近于零。
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