CN107269409B - 内燃机的控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能高精度地对曲柄轴角度的检测误差进行修正的内燃机的控制装置及其控制方法。本发明的内燃机(1)的控制装置(50)包括：利用特定曲柄角度传感器(6)检测角度间隔(Δθd)和时间间隔(ΔTd)的角度信息检测部(51)；利用修正值修正角度间隔(Δθd)或时间间隔(ΔTd)的角度信息修正部(52)；基于第一区间数的修正后的值计算第一曲柄角加速度(αd1)并基于数量比第一区间数要多的第二区间数的修正后的值计算第二曲柄角加速度(αd2)的角度信息计算部(53)；以及改变修正值以使第一曲柄角加速度(αd1)接近第二曲柄角加速度(αd2)的修正值变化部(54)。
Description
技术领域
本发明涉及下述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中设置在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并检测所述被检测部的特定曲柄角度传感器。
背景技术
关于上述那样的控制装置，例如已知有下述专利文献1和专利文献2所记载的技术。在专利文献1的技术中采用下述构成方式，即：基于曲柄角度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做功量。
在专利文献2的技术中采用下述构成方式，即：基于曲柄角度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有可能会发生恶化。
在专利文献2的技术中，由于考虑到理想参数会根据运行状态、外部负载而变化，因此，以理想参数为基准的学习中有可能会出现误学习。
因此，需要一种能高精度地对曲柄轴角度的检测误差进行修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
本发明所涉及的内燃机的控制装置中，该内燃机具备设置在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上且设置于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并对所述被检测部进行检测的特定曲柄角度传感器，该内燃机的控制装置包括：角度信息检测部，该角度信息检测部基于所述特定曲柄角度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和所述检测时刻，计算所述检测角度之间的角度区间所对应的角度间隔和时间间隔；角度信息修正部，该角度信息修正部利用对应于各个所述角度区间逐个设置的修正值来对所述角度区间各自的所述角度间隔或所述时间间隔进行修正；角度信息计算部，该角度信息计算部对于各个所述检测角度，基于所述检测角度前后的第一区间数的所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即第一曲柄角加速度，并基于数量设定得比所述第一区间数要多的第二区间数的所述检测角度前后的所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即第二曲柄角加速度；以及修正值变化部，该修正值变化部对于各个所述检测角度，使所述角度区间各自的所述修正值变化，以使得所述第一曲柄角加速度接近所述第二曲柄角加速度。
本发明所涉及的内燃机的控制方法中，该内燃机具备设置在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上且设置于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并对所述被检测部进行检测的特定曲柄角度传感器，所述内燃机的控制方法执行下述步骤：角度信息检测步骤，在该角度信息检测步骤中，基于所述特定曲柄角度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；角度信息修正步骤，在该角度信息修正步骤中，利用对应于各个所述角度区间逐个设置的修正值来对所述角度区间各自的所述角度间隔或所述时间间隔进行修正；角度信息计算步骤，在该角度信息计算步骤中，对于各个所述检测角度，基于所述检测角度前后的第一区间数的所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即第一曲柄角加速度，并基于数量设定得比所述第一区间数要多的第二区间数的所述检测角度前后的所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即第二曲柄角加速度；以及修正值变化步骤，在该修正值变化步骤中，对于各个所述检测角度，使所述角度区间各自的所述修正值变化，以使得所述第一曲柄角加速度接近所述第二曲柄角加速度。
发明效果
根据本发明所涉及的内燃机的控制装置及其控制方法，由于第一曲柄角加速度是基于数量比第二区间数要少的第一区间数的修正后的角度间隔和时间间隔来计算得到的，因此，与第二曲柄角加速度相比，较易体现出曲柄轴角度的检测误差的影响。另一方面，由于第二曲柄角加速度是基于数量比第一区间数要多的第二区间数的修正后的角度间隔和时间间隔来计算得到的，因此，与第一曲柄角加速度相比，第二曲柄角加速度成为较为平均的形态，不易体现出曲柄轴角度的检测误差的影响。因此，通过改变修正值以使第一曲柄角加速度接近第二曲柄角加速度，从而能够高精度地修正曲柄轴角度的检测误差。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的内燃机及控制装置的简要结构图。
图2是本发明的实施方式1的内燃机及控制装置的简要结构图。
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所涉及的存储在存储装置中的修正值进行说明的图。
图7是用于对本发明的实施方式1的第一曲柄角加速度的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的第二曲柄角加速度的计算处理进行说明的时序图。
图9是用于说明本发明的实施方式1所涉及的第一曲柄角加速度大于第二曲柄角加速度时的修正值的变化的时序图。
图10是用于说明本发明的实施方式1所涉及的第一曲柄角加速度小于第二曲柄角加速度时的修正值的变化的时序图。
图11是用于对本发明的实施方式1所涉及的存储在存储装置中的角度间隔及时间间隔进行说明的图。
图12是表示本发明的实施方式1的修正值变化处理的流程图。
图13是表示本发明的实施方式1所涉及的修正值变化前的第一曲柄角加速度及第二曲柄角加速度的形态的时序图。
图14是表示本发明的实施方式1所涉及的修正值变化完成后的第一曲柄角加速度及第二曲柄角加速度的形态的时序图。
图15是表示本发明的实施方式1所涉及的修正值变化前及修正值变化完成后的时间间隔的形态的时序图。
图16是表示本发明的实施方式1所涉及的修正值变化前及修正值变化完成后的时间间隔的频谱分析结果的图。
图17是将没有进行本发明的实施方式1的修正的比较例的情况下的结果、与进行了实施方式1的修正的情况下的结果进行比较的图。
图18是表示本发明的实施方式1的控制装置的概要处理的流程图。
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及控制装置50的简要结构图，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具备使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具备对进气通路23进行开关的节流阀4。节流阀4采用由电动机进行开关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中设有空气流量传感器3，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。内燃机1具备废气回流装置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进行开关的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关驱动的电子控制式EGR阀，该电动机由控制装置50进行控制。
进气歧管12中设有歧管压传感器8，输出与进气歧管12内的压力相对应的电信号。进气歧管12下游侧的部分设置有喷射燃料的喷射器13。喷射器13也可以设置为直接向气缸7内喷射燃料。内燃机1中设有大气压传感器33，输出与大气压相对应的电信号。
气缸7的顶部设置有在空气与燃料的混合气体中进行点火的火花塞、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具备多个气缸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。利用活塞5的往复运动来对曲柄轴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的顶面进行推压，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相连。动力传递机构由变速装置、差动齿轮等构成。
内燃机1具备与曲柄轴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的齿以10deg的间隔排列。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具备固定于发动机缸体24并对信号板10的齿进行检测的第一曲柄角度传感器11。
内燃机1具备通过链条28和曲柄轴2相连结的凸轮轴29。凸轮轴29对进气阀14以及排气阀15进行开关驱动。曲柄轴2每旋转2周，凸轮轴29旋转1周。内燃机1具备与凸轮轴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具备固定于发动机缸体24并对凸轮用的信号板31的齿进行检测的凸轮角度传感器30。
控制装置50基于第一曲柄角度传感器11以及凸轮角度传感器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采用具有吸入冲程、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具备与曲柄轴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(度)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具备固定于发动机缸体24并对信号板10的齿进行检测的第二曲柄角度传感器6。第二曲柄角度传感器6在齿圈25的径向外侧与齿圈25隔开间隔相对配置。
第一曲柄角度传感器11、凸轮角度传感器30以及第二曲柄角度传感器6输出与由曲柄轴2的旋转引起的各传感器与齿之间的距离变化相对应的电信号。各角度传感器11、30、6的输出信号是在传感器与齿的距离较近和较远时信号打开或关闭的矩形波。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，第二曲柄角度传感器6相当于本发明的“特定曲柄角度传感器”，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、角度信息修正部52、角度信息计算部53、修正值变化部54、缸内压力推定部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，控制装置50如图4所示，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：随机存取存储器)、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与各种传感器、开关相连接，并具备将这些传感器、开关的输出信号输入到运算处理装置90的A/D转换器等。输出电路93与电负载相连接，并具备将控制信号从运算处理装置90输出到这些电负载的驱动电路等。
控制装置50所具备的各控制部51～57等各功能通过运算处理装置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的其它硬件进行协作来实现。另外，各控制部51～57等使用的表格、判定值等设定数据作为软件(程序)的一部分存储在ROM等存储装置91中。此外，各控制部51～57等算出的修正值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与第一曲柄角度传感器11、凸轮角度传感器30、第二曲柄角度传感器6、空气流量传感器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度传感器的第二曲柄角度传感器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。然后，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及检测时刻Td来计算与检测角度θd间的角度区间Sd相对应的角度间隔Δθd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度传感器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，并对与以基点下降沿作为基点进行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1。接着，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逐次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逐次增加1。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相对应关联。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的上一次的角度识别编号n为90，角度识别编号n＝90的下一次的角度识别编号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度传感器11以及凸轮角度传感器30检测出的参照曲柄轴角度θr来判定第二曲柄角度传感器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度传感器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度传感器11以及凸轮角度传感器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度传感器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对应关联。具体而言，角度信息检测部51利用运算处理装置90所具备的计时器功能对检测时刻Td进行检测。
角度信息检测部51如图5所示，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，角度信息检测部51如式(1)所示，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将所有的角度识别编号n的角度间隔Δθd设定为预先设定的角度(本例中为4deg)。
此外，角度信息检测部51如式(2)所示，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基于第一曲柄角度传感器11以及凸轮角度传感器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根据第一曲柄角度传感器11的输出信号(矩形波)的下降沿的时间间隔判定紧接着信号板10的无齿部分之后的下降沿。然后，角度信息检测部51对以紧接着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的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根据第一曲柄角度传感器11的输出信号(矩形波)中的无齿部分的位置与凸轮角度传感器30的输出信号(矩形波)的关系来判定各气缸7的冲程。
<角度信息修正部52>
角度信息修正部52利用对应于各个角度区间Sd逐个设置的修正值Kc来对角度区间Sd的各个角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行修正。
本实施方式中，角度信息修正部52对各角度识别编号n的角度区间Sd(n)逐个设置了修正值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，因此修正值Kc也设置了90个。各修正值Kc如图6所示那样与各角度识别编号n相对应关联，并存储在控制装置50的RAM等可改写的存储装置91中。
角度信息修正部52如式(3)所示，构成为将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)所对应的修正值Kc(n)，从而计算本次的角度识别编号(n)所对应的修正后的角度间隔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，对利用修正值Kc对时间间隔ΔTd进行修正的情况进行说明。另外，为便于说明，将未利用修正值Kc进行修正的角度间隔Δθd也称为修正后的角度间隔Δθdc。
<角度信息计算部53>
角度信息计算部53针对各个检测角度θd，基于检测角度θd前后的第一区间数N1的角度区间Sd各自的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算曲柄轴角度θd的时间变化率的时间变化率即第一曲柄角加速度αd1。此外，角度信息计算部53基于设定为数量比第一区间数N1要多的第二区间数N2的检测角度θd前后的角度区间Sd各自的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算曲柄轴角度θd的时间变化率的时间变化率即第二曲柄角加速度αd2。
根据该结构，第一曲柄角加速度αd1是基于数量比第二区间数N2要少的第一区间数N1的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc来计算得到的，因此，与第二曲柄角加速度αd2相比，更容易体现出曲柄轴角度的检测误差的影响。另一方面，第二曲柄角加速度αd2是基于数量比第一区间数N1要多的第二区间数N2的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc来计算得到的，因此，与第一曲柄角加速度αd1相比，成为更为平均的形态，不容易体现出曲柄轴角度的检测误差的影响。因此，通过比较第一曲柄角加速度αd1和第二曲柄角加速度αd2能够检测出曲柄轴角度的检测误差。
本实施方式中，第一区间数N1设为检测角度θd的前一个角度区间Sd和后一个角度区间Sd，总计两个。第二区间数N2设为检测角度θd的前两个角度区间Sd和后两个角度区间Sd，总计四个。例如，在对应于检测角度θd的齿圈25的齿存在制造误差的情况下，制造误差的影响体现在前一个和后一个角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，因此，制造误差的影响体现在第一曲柄角加速度αd1中。另一方面，由于第二曲柄角加速度αd2是基于检测角度θd的前两个和后两个角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc计算得到的，因此，与第一曲柄角加速度αd1相比，制造误差的影响变小。并且，由于第二区间数N2不限于前两个和后两个，因此，在第二曲柄角加速度αd2中，由气压转矩等制造误差以外的原因引起的实际的曲柄角加速度的变化被平均化的程度较低，从而能够很好地反映出来。因此，通过比较第一曲柄角加速度αd1和第二曲柄角加速度αd2能够高精度地检测出曲柄轴角度的检测误差。
使用图7对第一曲柄角加速度αd1的计算进行说明。角度信息计算部53基于计算第一曲柄角加速度αd1(n)的检测角度θd即对象检测角度θd(n)的前一个角度区间Sd(n)的修正后的角度间隔Δθdc(n)及时间间隔ΔTdc(n)，计算该前一个角度区间Sd(n)的曲柄轴角度的时间变化率即曲柄角速度ωd1(n)。角度信息计算部53基于对象检测角度θd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)的修正后的角度间隔Δθdc(n+1)及时间间隔ΔTdc(n+1)，计算该后一个角度区间Sd(n+1)的曲柄角速度ωd1(n+1)。
具体而言，角度信息计算部53如式(4)所示那样，将前一个角度区间Sd(n)的修正后的角度间隔Δθdc(n)除以修正后的时间间隔ΔTdc(n)，计算出对应于前一个角度区间Sd(n)的曲柄角速度ωd1(n)，将后一个角度区间Sd(n+1)的修正后的角度间隔Δθdc(n+1)除以修正后的时间间隔ΔTdc(n+1)，计算出对应于后一个角度区间Sd(n+1)的曲柄角速度ωd1(n+1)。
ωd1(n)＝Δθdc(n)/ΔTdc(n)
ωd1(n+1)＝Δθdc(n+1)/ΔTdc(n+1)···(4)
接着，角度信息计算部53基于前一个和后一个角度区间Sd(n)、Sd(n+1)各自的曲柄角速度ωd1(n)、ωd1(n+1)，计算出对应于对象检测角度θd(n)的第一曲柄角加速度αd1(n)。具体而言，角度信息计算部53如式(5)所示，将后一个的曲柄角速度ωd1(n+1)减去前一个的曲柄角速度ωd1(n)后得到的差值除以后一个的修正后的时间间隔ΔTdc(n+1)与前一个的修正后的时间间隔ΔTdc(n)的平均值，从而计算第一曲柄角加速度αd1(n)。
αd1(n)＝{ωd1(n+1)－ωd1(n)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n)}×2···(5)
接着，使用图8说明本实施方式所涉及的第二曲柄角加速度αd2的计算。角度信息计算部53基于计算第二曲柄角加速度αd2(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)、Sd(n－1)各自的修正后的角度间隔Δθdc(n)、Δθdc(n－1)及时间间隔ΔTdc(n)、ΔTdc(n－1)，计算对应于对象检测角度θd(n)的前一个检测角度θd(n－1)的曲柄角速度ωd2(n－1)。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(n+1)、Sd(n+2)各自的修正后的角度间隔Δθdc(n+1)、Δθdc(n+2)及时间间隔ΔTdc(n+1)、ΔTdc(n+2)，计算对应于对象检测角度θd(n)的后一个检测角度θd(n+1)的曲柄角速度ωd2(n+1)。
具体而言，角度信息计算部53如式(6)所示，将前两个的修正后的角度间隔Δθdc(n)、Δθdc(n－1)的相加值除以前两个的修正后的时间间隔ΔTdc(n)、ΔTdc(n－1)的相加值，从而计算对应于前一个检测角度θd(n－1)的曲柄角速度ωd2(n－1)。角度信息计算部53将后两个的修正后的角度间隔Δθdc(n+2)、Δθdc(n+1)的相加值除以后两个的修正后的时间间隔ΔTdc(n+2)、ΔTdc(n+1)的相加值，从而计算对应于后一个检测角度θd(n+1)的曲柄角速度ωd2(n+1)。
ωd2(n－1)＝{Δθdc(n－1)+Δθdc(n)}
/{ΔTdc(n－1)+ΔTdc(n)}
ωd2(n+1)＝{Δθdc(n+1)+Δθdc(n+2)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n+2)}···(6)
接着，角度信息计算部53基于前一个和后一个检测角度θd(n－1)、θd(n+1)各自的曲柄角速度ωd2(n－1)、ωd2(n+1)，计算对应于对象检测角度θd(n)的第二曲柄角加速度αd2(n)。具体而言，角度信息计算部53如式(7)所示，将后一个的曲柄角速度ωd2(n+1)减去前一个的曲柄角速度ωd2(n－1)后得到的差值除以后一个的修正后的时间间隔ΔTdc(n+1)与前一个的修正后的时间间隔ΔTdc(n)的合计值，从而计算第二曲柄角加速度αd2(n)。
αd2(n)＝{ωd2(n+1)－ωd2(n－1)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n)}···(7)
为了计算第二曲柄角加速度αd2(n)，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及时间间隔ΔTd。因此，角度信息计算部53针对最新的检测角度θd，将至少延迟了两个的检测角度θd设定为对象检测角度，来进行第一曲柄角加速度αd1(n)、第二曲柄角加速度αd2(n)的计算。
<修正值变化部54>
修正值变化部54针对各个检测角度θd，改变各个角度区间Sd的修正值Kc，以使得第一曲柄角加速度αd1接近第二曲柄角加速度αd2。
根据该结构，通过改变修正值Kc，使得曲柄轴角度的检测误差的影响容易体现的第一曲柄角加速度αd1接近曲柄轴角度的检测误差的影响不易体现的第二曲柄角加速度αd2，从而能够降低曲柄轴角度的检测误差。
图9示出下述情况下的示例，即：对应于对象检测角度θd(n)的齿圈25的齿存在制造误差，对象检测角度θd(n)的前一个角度区间Sd(n)的时间间隔ΔTd(n)变长，对象检测角度θd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)的时间间隔ΔTd(n+1)变短。因此，用于计算第一曲柄角加速度αd1(n)的前一个角度区间Sd(n)所对应的曲柄角速度ωd1(n)大幅减少，后一个角度区间Sd(n+1)所对应的曲柄角速度ωd1(n+1)大幅增加。另一方面，用于计算第二曲柄角加速度αd2(n)的前两个角度区间Sd(n)、Sd(n－1)所对应的曲柄角速度ωd2(n－1)的减少量因制造误差的影响减半而与曲柄角速度ωd1(n)相比减半，后两个角度区间Sd(n+1)、Sd(n+2)所对应的曲柄角速度ωd2(n+1)的增加量也因制造误差的影响减半而与曲柄角速度ωd1(n+1)相比减半。
因此，对象检测角度θd(n)的第一曲柄角加速度αd1(n)的增加量是第二曲柄角加速度αd2(n)的增加量的四倍。即，与第二曲柄角加速度αd2(n)相比，制造误差的影响更大地体现在第一曲柄角加速度αd1(n)中。因此，通过改变修正值Kc，使得第一曲柄角加速度αd1(n)接近第二曲柄角加速度αd2(n)，从而能够降低曲柄轴角度的检测误差。为了使第一曲柄角加速度αd1(n)接近第二曲柄角加速度αd2(n)，只要使前一个的曲柄角速度ωd1(n)增加，或使后一个的曲柄角速度ωd1(n+1)减少即可。
为了使前一个的曲柄角速度ωd1(n)增加，只要改变前一个的修正值Kc(n)，使得前一个的修正后的角度间隔Δθdc(n)增加，或者使得前一个的修正后的时间间隔ΔTdc(n)减少即可。另一方面，为了使后一个的曲柄角速度ωd1(n+1)减少，只要改变后一个的修正值Kc(n+1)，使得后一个的修正后的角度间隔Δθdc(n+1)减少，或者使得后一个的修正后的时间间隔ΔTdc(n+1)增加即可。
图10示出下述情况下的示例，即：对应于对象检测角度θd(n)的齿圈25的齿存在制造误差，对象检测角度θd(n)的前一个角度区间Sd(n)的时间间隔ΔTd(n)变短，对象检测角度θd(n)的后一个角度区间Sd(n+1)的时间间隔ΔTd(n+1)变长。因此，用于计算第一曲柄角加速度αd1(n)的前一个角度区间Sd(n)所对应的曲柄角速度ωd1(n)大幅增加，后一个角度区间Sd(n+1)所对应的曲柄角速度ωd1(n+1)大幅减少。另一方面，用于计算第二曲柄角加速度αd2(n)的前两个角度区间Sd(n)、Sd(n－1)所对应的曲柄角速度ωd2(n－1)的增加量因制造误差的影响减半而与曲柄角速度ωd1(n)相比减半，后两个角度区间Sd(n+1)、Sd(n+2)所对应的曲柄角速度ωd2(n+1)的减少量也因制造误差的影响减半而与曲柄角速度ωd1(n+1)相比减半。
因此，对象检测角度θd(n)的第一曲柄角加速度αd1(n)的减少量是第二曲柄角加速度αd2(n)的减少量的四倍。即，与第二曲柄角加速度αd2(n)相比，制造误差的影响更大地体现在第一曲柄角加速度αd1(n)中。因此，通过改变修正值Kc，使得第一曲柄角加速度αd1(n)接近第二曲柄角加速度αd2(n)，从而能够降低曲柄轴角度的检测误差。为了使第一曲柄角加速度αd1(n)接近第二曲柄角加速度αd2(n)，只要使前一个的曲柄角速度ωd1(n)减少，或使后一个的曲柄角速度ωd1(n+1)增加即可。
为了使前一个的曲柄角速度ωd1(n)减少，只要改变前一个的修正值Kc(n)，使得前一个的修正后的角度间隔Δθdc(n)减少，或者使得前一个的修正后的时间间隔ΔTdc(n)增加即可。另一方面，为了使后一个的曲柄角速度ωd1(n+1)增加，只要改变后一个的修正值Kc(n+1)，使得后一个的修正后的角度间隔Δθdc(n+1)增加，或者使得后一个的修正后的时间间隔ΔTdc(n+1)减少即可。
因此，修正值变化部54构成为如下那样。首先，对构成为利用修正值Kc修正角度间隔Δθd的情况进行说明。修正值变化部54在对象检测角度θd(n)下的第一曲柄角加速度αd1(n)大于第二曲柄角加速度αd2(n)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)的修正值Kc(n)以使该角度区间Sd(n)的修正后的角度间隔Δθd(n)增加的增加修正、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)的修正值Kc(n+1)以使该角度区间Sd(n+1)的修正后的角度间隔Δθd(n+1)减少的减少修正中的一方或双方。另一方面，修正值变化部54在对象检测角度θd(n)下的第一曲柄角加速度αd1(n)小于第二曲柄角加速度αd2(n)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)的修正值Kc(n)以使该角度区间Sd(n)的修正后的角度间隔Δθd(n)减少的减少修正、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)的修正值Kc(n+1)以使该角度区间Sd(n+1)的修正后的角度间隔Δθd(n+1)增加的增加修正中的一方或双方。
接着，对构成为利用修正值Kc对时间间隔ΔTd进行修正的情况进行说明。修正值变化部54在对象检测角度θd(n)下的第一曲柄角加速度αd1(n)大于第二曲柄角加速度αd2(n)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)的修正值Kc(n)以使该角度区间Sd(n)的修正后的时间间隔ΔTd(n)减少的减少修正、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)的修正值Kc(n+1)以使该角度区间Sd(n+1)的修正后的时间间隔ΔTd(n+1)增加的增加修正中的一方或双方。另一方面，修正值变化部54在对象检测角度θd(n)下的第一曲柄角加速度αd1(n)小于第二曲柄角加速度αd2(n)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)的修正值Kc(n)以使该角度区间Sd(n)的修正后的时间间隔ΔTd(n)增加的增加修正、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)的修正值Kc(n+1)以使该角度区间Sd(n+1)的修正后的时间间隔ΔTd(n+1)减少的减少修正中的一方或双方。
修正值变化部54构成为使各角度区间Sd的修正值Kc增加或减少预先设定的变化量ΔKc。另外，修正值变化部54可以构成为根据第一曲柄角加速度αd1与第二曲柄角加速度αd2间的角加速度偏差Δαd(＝αd2－αd1)来改变变化量ΔKc。该情况下，修正值变化部54随着角加速度偏差Δαd的绝对值的增大而增大变化量ΔKc。此外，修正值变化部54还可以构成为在角加速度偏差Δαd的绝对值在预先设定的死区判定值以下的情况下，进行不改变修正值Kc的死区处理。
<修正值Kc的变化完成判定>
修正值变化部54在曲柄轴2每次旋转预先设定的判定角度(本例中为360deg)时，计算第一曲柄角加速度αd1与第二曲柄角加速度αd2的角加速度偏差Δαd(＝αd2－αd1)的偏离程度。本实施方式中，修正值变化部54构成为计算角加速度偏差Δαd的标准差σ来作为偏离程度。于是，修正值变化部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|小于预先设定的判定变化量Xσ的情况下，判定为修正值Kc的变化完成，停止改变修正值Kc并保持修正值Kc。
若适当地使各角度区间Sd的修正值Kc继续变化下去，则各检测角度θd的角加速度偏差Δαd会逐渐接近零。于是，若各检测角度θd的角加速度偏差Δαd逐渐接近于零，则角加速度偏差Δαd的标准差σ的变化量的绝对值|Δσ|逐渐减少。通过采用上述结构，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，判定为修正值Kc完成了适当的变化，从而能停止修正值Kc的变化处理。由此，能减轻控制装置50的处理负担。此外，通过在修正值Kc的适当的变化完成后也继续进行修正值Kc的变化处理，能防止因某些原因产生修正值Kc的误变化。
本实施方式中，修正值变化部54使用式(8)，基于与判定角度数量相对应数量的N个(本例中为90个)角加速度偏差Δαd的数据来计算标准差σ。
【数学式1】
此外，修正值变化部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。于是，修正值变化部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】
<使用了存储数据的修正值Kc的变化>
本实施方式中，角度信息检测部51存储检测出的角度区间Sd各自的角度间隔Δθd和时间间隔ΔTd。并且，角度信息修正部52、角度信息计算部53以及修正值变化部54通过对所存储的角度区间Sd的各个角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行处理来改变修正值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进行处理来改变修正值Kc。因此，能在时间上分散地执行改变修正值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。
角度信息检测部51在预先设定的存储允许条件成立的情况下，将预先设定的存储转数相对应数量的角度间隔Δθd及时间间隔ΔTd存储到控制装置50的RAM等可改写存储装置91中。角度信息监测部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11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。存储允许条件构成为在稳定运行过程中、规定的转速及负载等预先设定的运行条件的情况下成立。
角度信息修正部52利用修正值Kc对所存储的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行修正。角度信息计算部53基于修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，针对各检测角度θd计算第一曲柄角加速度αd1及第二曲柄角加速度αd2。修正值变化部54针对各检测角度θd，改变修正值Kc，以使得第一曲柄角加速度αd1接近第二曲柄角加速度αd2。
角度信息修正部52、角度信息计算部53以及修正值变化部54反复利用所存储的存储转数的相应个数的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd来进行改变修正值Kc的处理。能反复使用所存储的数据来高精度地改变修正值Kc。
<修正值Kc的变化处理的流程图>
接着，利用图12所示的流程图说明本实施方式的修正值Kc的变化处理。首先，在步骤S01中，修正值变化部54判定预先设定的存储允许条件是否成立。角度信息检测部51在存储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，对存储转数的相应个数的数据进行存储。
在步骤S03中，修正值变化部54将存储编号i设定为2。这是因为在本实施方式中，第二曲柄角加速度αd2的计算需要前一个的角度间隔Δθd(i－1)及时间间隔ΔTd(i－1)的数据。然后，在步骤S04中，角度信息修正部52利用存储编号i所对应的角度识别编号n的修正值Kc对存储编号i所对应的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行修正。本实施方式中，角度信息修正部52为了计算第一曲柄角加速度αd1及第二曲柄角加速度αd2，利用修正值Kc对上一次、本次、下一次以及下下次的存储编号(i－1)、(i)、(i+1)、(i+2)所对应的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行修正。
步骤S05中，角度信息计算部53基于存储编号i所对应的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算第一曲柄角加速度αd1及第二曲柄角加速度αd2。本实施方式中，角度信息计算部53使用本次及下一次的存储编号(i)、(i+1)所对应的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算对应于存储编号i的第一曲柄角加速度αd1(i)，并使用上一次、本次、下一次及下下次的存储编号(i－1)、(i)、(i+1)、(i+2)所对应的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算对应于存储编号i的第二曲柄角加速度αd2(i)。
在步骤S06中，修正值变化部54改变存储编号i所对应的角度识别编号n的修正值Kc，使得存储编号i所对应的第一曲柄角加速度αd1(i)接近第二曲柄角加速度αd2(i)。
在步骤S07中，修正值变化部54对用于计算标准差σ的式(8)中的角加速度偏差Δαd的Σ进行计算。修正值变化部54在计算了判定角度的相应个数的N个(本例中为90个)的Σ的情况下，进行式(8)的标准差σ的计算。
在步骤S08中，修正值变化部54判定存储编号i是否达到存储转数的相应个数的存储数据数以上。修正值变化部54在存储编号i小于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，重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，修正值变化部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，修正值变化部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，修正值变化部54判定标准差的变化量的绝对值|Δσ|是否小于判定变化量Xσ。修正值变化部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)，返回步骤S03，使用所存储的存储转数的相应个数的角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd来重复进行改变修正值Kc的处理。另一方面，修正值变化部54在标准差的变化量的绝对值|Δσ|小于判定变化量Xσ的情况下(步骤S11：是)，前进至步骤S12，判定修正值Kc的变化已完成，并结束修正值Kc的变化处理。
<基于修正值Kc的修正结果>
图13示出修正值Kc变化前的第一曲柄角加速度αd1及第二曲柄角加速度αd2的形态，图14示出修正值Kc变化完成后的第一曲柄角加速度αd1及第二曲柄角加速度αd2的形态。如图13所示，在修正值Kc变化前，由于齿圈25的齿的制造误差的影响，第一曲柄角加速度αd1中叠加有高频的振动分量。另一方面，第二曲柄角加速度αd2的振动分量比第一曲柄角加速度αd1的振动分量要小，不易体现出齿圈25的齿的制造误差的影响。由此可知，通过使第一曲柄角加速度αd1接近第二曲柄角加速度αd2，从而能够减小曲柄轴角度的检测误差。
如图14所示，在修正值Kc的变化完成后，第一曲柄角加速度αd1足够接近第二曲柄角加速度αd2，第一曲柄角加速度αd1和第二曲柄角加速度αd2的高频的振动分量降低得足够小。能够大幅减少曲柄轴角度的检测误差。
图15示出基于变化前的修正值Kc和变化完成后的修正值Kc进行修正后的时间间隔ΔTdc的形态。修正值Kc的变化完成后的时间间隔ΔTdc与修正值Kc变化前的情况相比，高频的振动分量减少，能够减少曲柄轴角度的检测误差。
图16示出图15的修正值Kc变化前的时间间隔ΔTdc、以及修正值Kc变化完成后的时间间隔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。横轴的频率阶数表示频谱分析结果的采样位置。一阶频率相当于曲柄轴2的旋转频率的约0.7倍(≈64/90)，n阶频率相当于曲柄轴2的旋转频率的n×0.7倍。由于修正值Kc的变化完成，因此，8.5阶以上的频率分量大幅减少。在修正值Kc变化前，由于曲柄轴角度的检测误差的影响，8.5阶及8.5阶以上的频率的频率分量变大。另外，低于9阶附近的频率的频率分量中包含较多因燃烧等引起的气压转矩的变化而产生的频率分量。与本实施方式不同，在不进行基于修正值Kc的修正的情况下，需要将使时间间隔ΔTd的噪声分量减少的低通滤波处理的截止频率设定为8.5阶以下(例如，8阶)，因此，因燃烧等引起的气压转矩的变化而产生的频率分量也减少，从而导致后述的燃烧参数的推定精度恶化。
另一方面，在修正值KC变化完成后的时间间隔ΔTdc下，能够大幅减少8.5阶及8.5阶以上频率的频率分量。由此，在进行使曲柄轴角度的检测误差所引起的时间间隔ΔTdc的振动分量减少的低通滤波处理的情况下，能够将低通滤波处理的截止频率提高到8.5阶以上。因此，通过进行基于修正值Kc的修正，能够抑制因燃烧等引起的气压转矩的变化而产生的频率分量的减少，能够提高后述缸内压力等的推定精度。
<缸内压力推定部55>
缸内压力推定部55使用包含内燃机1的活塞、连杆及曲柄在内的曲柄轴2的旋转***的运动方程式，基于曲柄轴角度θd、以及根据修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc算出的曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即曲柄角加速度αd，计算因燃烧产生的燃烧气压转矩Tb，基于燃烧气压转矩Tb和曲柄轴角度θd推定正在燃烧的气缸b的缸内压力Pcylb。
本实施方式中，角度信息修正部52和角度信息计算部53构成为：为了进行修正值Kc的变化处理，对存储允许条件成立时所存储的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行处理，在此基础上，实时地对实时计算出的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行基于修正值Kc的修正，从而实时地计算曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd。本实施方式中，角度信息计算部53基于与第一曲柄角加速度αd1的计算相同的方法，即基于式(4)，计算曲柄角速度ωd，基于式(5)，计算曲柄角加速度αd。此外，角度信息计算部53对修正后的时间间隔ΔTdc或曲柄角加速度αd进行低通滤波处理，以降低高频的噪声分量。
包含内燃机1的活塞、连杆及曲柄在内的曲柄轴2的旋转***的运动方程式由式(10)表示。
【数学式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，φj为第j个气缸7的连杆的角度，基于曲柄长度与连杆长度之比即连杆比以及曲柄轴角度θdj而求得。
缸内压力推定部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，缸内压力推定部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段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。缸内压力推定部55基于进气歧管12内的压力、大气压、曲柄轴角度θdj来推定处于进气冲程、压缩冲程(后半段除外)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段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】
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，因此将其假定为在上死点推定出的恒定值。
【数学式5】
缸内压力推定部55使用式(12)，基于燃烧气缸b的活塞5处于上死点时各未燃烧气缸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来推定外部负载转矩Tex。
若对式(11)中相当于因燃烧在曲柄轴2上产生燃烧气压转矩Tb的“Pcylb·Sp·Rb”进行整理，则得到式(13)。
【数学式6】
缸内压力推定部55使用式(13)所示的曲柄轴2的旋转***的运动方程式，基于曲柄轴角度θd以及曲柄角加速度αd来推定燃烧气压转矩Tb。此时，缸内压力推定部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及转换系数Rj、以及外部负载转矩Tex。
并且，缸内压力推定部55如式(14)所示，将燃烧气压转矩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】
<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Pcylb来计算热产生率和质量燃烧率MFB中的一方或双方燃烧参数。
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以及单位曲柄轴角度的气缸容积变化率dVb/dθ。
【数学式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】
<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和EGR量中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，并改变点火时期和EGR量中的一方或双方，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，并改变点火时期和EGR量中的一方或双方，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17，对利用修正值Kc进行修正的本实施方式的情况与不进行修正的比较例的情况下的缸内压力、热产生率以及质量燃烧率的计算精度进行说明。图17左侧的列示出不利用修正值Kc进行修正的比较例的情况下的各计算值的形态。图17右侧的列示出利用变化完成后的修正值Kc进行了修正的本实施方式的情况下的各计算值的形态。
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8阶截止频率的低通滤波处理。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要高(本例中为12阶)。因此，对于左侧的比较例的情况，与实测值相比，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，对于右侧的实施方式的情况，与实测值相比，波形平滑度变小，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，能提高使用了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18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。图18的流程图的处理通过运算处理装置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反复执行。
步骤S51中，角度信息检测部51如上所述，执行角度信息检测处理(角度信息检测步骤)，即：基于特定曲柄角度传感器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，计算角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd。
接着，在步骤S52中，角度信息修正部52如上述那样执行角度信息修正处理(角度信息修正步骤)，即：利用对应于各个角度区间Sd逐个设置的修正值Kc来对角度区间Sd各自的角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行修正。
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：对于各个检测角度θd，基于检测角度θd前后的第一区间数N1的角度区间Sd各自的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算第一曲柄角加速度αd1，并基于数量设定为比第一区间数N1要多的第二区间数N2的检测角度θd前后的角度区间Sd各自的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算第二曲柄角加速度αd2。
接着，在步骤S54中，修正值变化部54如上述那样执行修正值变化处理(修正值变化步骤)，即：对于各个检测角度θd，改变角度区间Sd各自的修正值Kc，以使得第一曲柄角加速度αd1接近第二曲柄角加速度αd2。
此外，在步骤S55中，缸内压力推定部部55如上述那样执行缸内压力推定处理(缸内压力推定步骤)，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***的运动方程式，基于曲柄轴角度θd以及根据修正后的角度间隔Δθdc和时间间隔ΔTdc算出的曲柄角加速度αd，计算燃烧气压转矩Tb，基于燃烧气压转矩Tb及曲柄轴角度θd来推定燃烧气缸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中的一方或双方的燃烧参数。
接着，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量中的一方或双方。
[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，以下述情况为例进行了说明，即：第二曲柄角度传感器6相当于本发明的“特定曲柄角度传感器”，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度传感器11相当于本发明的“特定曲柄角度传感器”，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，以下述情况为例进行了说明，即：第一区间数N1设为检测角度θd的前一个角度区间Sd和后一个角度区间Sd，总计两个，第二区间数N2设为检测角度θd的前两个角度区间Sd和后两个角度区间Sd，总计四个。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，只要第二区间数N2设定为比第一区间数N1要多的数量，那么第一区间数N1和第二区间数N2可以设定为任意数量。
(4)上述实施方式1中，以下述情况为例进行了说明，即：角度信息计算部53利用使用图7和图8进行了说明的计算方法，计算第一曲柄角加速度αd1和第二曲柄角加速度αd2。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，角度信息计算部53只要采用下述方法，那么可以使用任意的计算方法，即：对于各个检测角度θd，基于检测角度θd前后的第一区间数N1的角度区间Sd各自的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算第一曲柄角加速度αd1，并基于数量设定为比第一区间数N1要多的第二区间数N2的检测角度θd前后的角度区间Sd各自的修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc，计算第二曲柄角加速度αd2。例如，角度信息计算部53利用使用图7进行了说明的计算方法，计算对象检测角度θd(n)的第一曲柄角加速度αd1(n)。于是，角度信息计算部53可以构成为计算针对对象检测角度θd(n)算出的第一曲柄角加速度αd1(n)、针对对象检测角度θd(n)的前一个检测角度θd(n－1)算出的第一曲柄角加速度αd1(n－1)、以及针对对象检测角度θd(n)的后一个检测角度θd(n+1)算出的第一曲柄角加速度αd1(n+1)的平均值来作为对象检测角度θd(n)的第二曲柄角加速度αd2(n)。
(5)上述实施方式1中，以下述情况为例进行了说明，即：角度信息修正部52、角度信息计算部53、以及修正值变化部54构成为对存储允许条件成立时所存储的角度区间Sd的各个角度间隔Δθd以及时间间隔ΔTd进行处理，从而改变修正值Kc。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，角度信息修正部52、角度信息计算部53、以及修正值变化部54也可以构成为对实时计算出的角度区间Sd的各个角度间隔Δθd或时间间隔ΔTd进行实时处理，从而改变修正值Kc。
(6)在上述实施方式1中，以下述情况为例进行了说明，即：修正值变化部54构成为计算判定角度间的角加速度偏差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，停止修正值Kc的变化，并对修正值Kc进行保持。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，修正值变化部54也可以构成为不停止修正值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，停止修正值Kc的变化，并对修正值Kc进行保持。
(7)在上述实施方式1中，以下述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是基于利用修正值Kc进行了修正后的角度间隔Δθdc及时间间隔ΔTdc而计算得到的。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及曲柄角加速度αd来进行各气缸7的燃烧的失火检测等其他控制，其中，曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd是基于修正后的角度间隔Δθdc以及时间间隔ΔTdc计算得到的。
(8)上述实施方式1中，以下述情况为例进行了说明，即：修正值变化部54构成为计算判定角度间的角加速度偏差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，修正值变化部54也可以构成为计算判定角度间的角加速度偏差Δαd的方差σ2来作为偏离程度。修正值变化部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σ2。
【数学式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。
Claims (9)
1.一种内燃机的控制装置，该内燃机具备设置在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上且设置于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并对所述被检测部进行检测的特定曲柄角度传感器，所述内燃机的控制装置的特征在于，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度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和所述检测时刻，计算所述检测角度之间的角度区间所对应的角度间隔和时间间隔；
角度信息修正部，该角度信息修正部利用分别对应于各个所述角度区间逐个设置的修正值来对所述角度区间各自的所述角度间隔或所述时间间隔进行修正；
角度信息计算部，该角度信息计算部对于各个所述检测角度，基于所述检测角度前后的第一区间数的所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即第一曲柄角加速度，并基于数量设定得比所述第一区间数要多的第二区间数的所述检测角度前后的所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即第二曲柄角加速度；以及
修正值变化部，该修正值变化部对于各个所述检测角度，使所述角度区间各自的所述修正值变化，以使得所述第一曲柄角加速度接近所述第二曲柄角加速度。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述修正值变化部在每次所述曲柄轴旋转预先设定的判定角度时，计算所述判定角度之间的所述第一曲柄角加速度与所述第二曲柄角加速度的角加速度偏差的偏离程度，并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，停止所述修正值的变化，并对所述修正值进行保持。
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存储检测到的所述角度区间各自的所述角度间隔和所述时间间隔，
所述角度信息修正部、所述角度信息计算部、以及所述修正值变化部对所存储的所述角度区间各自的所述角度间隔和所述时间间隔进行处理，使所述修正值变化。
4.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述角度信息计算部基于计算所述第一曲柄角加速度和所述第二曲柄角加速度的所述检测角度即对象检测角度的前一个所述角度区间的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算该前一个所述角度区间的所述曲柄轴角度的时间变化率即曲柄角速度，基于所述对象检测角度的后一个所述角度区间的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算该后一个所述角度区间的所述曲柄角速度，基于前一个所述角度区间和后一个所述角度区间各自的所述曲柄角速度，计算对应于所述对象检测角度的所述第一曲柄角加速度，并且，
基于所述对象检测角度的前两个所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算对应于所述对象检测角度的前一个所述检测角度的所述曲柄角速度，基于所述对象检测角度的后两个所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算对应于所述对象检测角度的后一个所述检测角度的所述曲柄角速度，基于前一个所述检测角度和后一个所述检测角度各自的所述曲柄角速度，计算对应于所述对象检测角度的所述第二曲柄角加速度。
5.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述第一区间数是2，表示所述检测角度的前一个所述角度区间和后一个所述角度区间，总计两个，所述第二区间数是4，表示所述检测角度的前两个所述角度区间和后两个所述角度区间，总计四个。
6.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述修正值变化部在利用所述修正值对所述角度间隔进行修正的情况下，当作为处理对象的所述检测角度即对象检测角度下的所述第一曲柄角加速度大于所述第二曲柄角加速度时，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修正值以使该角度区间的修正后的所述角度间隔增加的增加修正、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修正值以使该角度区间的修正后的所述角度间隔减少的减少修正中的一方或双方，当所述对象检测角度下的所述第一曲柄角加速度小于所述第二曲柄角加速度时，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修正值以使该角度区间的修正后的所述角度间隔减少的减少修正、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修正值以使该角度区间的修正后的所述角度间隔增加的增加修正中的一方或双方，
或者，
在利用所述修正值对所述时间间隔进行修正的情况下，当所述对象检测角度下的所述第一曲柄角加速度大于所述第二曲柄角加速度时，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修正值以使该角度区间的修正后的所述时间间隔减少的减少修正、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修正值以使该角度区间的修正后的所述时间间隔增加的增加修正中的一方或双方，当所述对象检测角度下的所述第一曲柄角加速度小于所述第二曲柄角加速度时，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修正值以使该角度区间的修正后的所述时间间隔增加的增加修正、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修正值以使该角度区间的修正后的所述时间间隔减少的减少修正中的一方或双方。
7.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
具备缸内压力推定部，该缸内压力推定部使用包含所述内燃机的活塞、连杆及曲柄在内的所述曲柄轴的旋转***的运动方程式，基于所述曲柄轴角度、以及根据修正后的所述角度间隔和所述时间间隔计算出的所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即曲柄角加速度，计算因燃烧产生的气压转矩，并基于所述气压转矩和所述曲柄轴角度推定正在燃烧的气缸的缸内压力。
8.如权利要求7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定热产生率和质量燃烧率中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和EGR量中的一方或双方。
9.一种内燃机的控制方法，该内燃机具备设置在与曲柄轴一体旋转的旋转构件上且设置于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并对所述被检测部进行检测的特定曲柄角度传感器，所述内燃机的控制方法的特征在于，执行下述步骤：
角度信息检测步骤，在该角度信息检测步骤中，基于所述特定曲柄角度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；
角度信息修正步骤，在该角度信息修正步骤中，利用分别对应于各个所述角度区间逐个设置的修正值来对所述角度区间各自的所述角度间隔或所述时间间隔进行修正；
角度信息计算步骤，在该角度信息计算步骤中，对于各个所述检测角度，基于所述检测角度前后的第一区间数的所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即第一曲柄角加速度，并基于数量设定得比所述第一区间数要多的第二区间数的所述检测角度前后的所述角度区间各自的修正后的所述角度间隔和所述时间间隔，计算所述曲柄轴角度的时间变化率的时间变化率即第二曲柄角加速度；以及
修正值变化步骤，在该修正值变化步骤中，对于各个所述检测角度，使所述角度区间各自的所述修正值变化，以使得所述第一曲柄角加速度接近所述第二曲柄角加速度。
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