内燃机的控制装置的制作方法

1.本技术涉及内燃机的控制装置。


背景技术：

2.专利文献1的技术中，在下死点到上死点的范围内对压缩冲程的曲柄角速度进行积分，在上死点到下死点的范围内对膨胀冲程的曲柄角速度进行积分，并从膨胀冲程的曲柄角速度的积分值中减去压缩冲程的曲柄角速度的积分值来求出平均有效压力。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本专利特开平7－332151号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
4.然而，曲柄角速度中包含来自路面的反作用力等外部负载转矩的影响，在为具有多个气缸的内燃机的情况下，还包含其它气缸的影响。因此，如专利文献1的技术那样，仅通过单纯地对曲柄角速度进行累计，由于外部负载转矩和其它气缸等干扰分量的影响，燃烧气缸的平均有效压力的检测精度降低。
5.因此，本技术的目的在于提供一种内燃机的控制装置，当基于曲柄角传感器所得出的角度检测精度来检测燃烧状态时，能抑制因角度检测信息中所包含的外部负载转矩等干扰分量的影响而导致燃烧状态的检测精度降低的情况。用于解决技术问题的技术手段
6.本技术所涉及的内燃机控制装置包括：角度信息检测部，该角度信息检测部基于曲柄角传感器的输出信号，对曲柄角度和曲柄角加速度进行检测；未燃烧轴转矩计算部，该未燃烧轴转矩计算部在各曲柄角度下，对假设为处于未燃烧状态时的未燃烧时的轴转矩进行计算；外部负载转矩计算部，该外部负载转矩计算部基于燃烧冲程的上死点附近的曲柄角度的所述未燃烧时的轴转矩、与对所述上死点附近的曲柄角度的所述曲柄角加速度乘以曲柄轴系统的转动惯量后而得的实际轴转矩，来计算从内燃机的外部施加到曲柄轴的转矩即外部负载转矩；以及燃烧指标计算部，该燃烧指标计算部在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中，将从各曲柄角度的所述未燃烧时的轴转矩中减去所述外部负载转矩后而得的值除以所述转动惯量，然后从各曲柄角度的所述曲柄角加速度中减去上述通过除法而得到的值，并对由此得到的值进行累计来计算燃烧状态指标。
7.本技术所涉及的内燃机控制装置包括：角度信息检测部，该角度信息检测部基于曲柄角传感器的输出信号，对曲柄角度
和曲柄角加速度进行检测；未燃烧加速度计算部，该未燃烧加速度计算部在各曲柄角度下，对假设为处于未燃烧状态时的未燃烧时的曲柄角加速度进行计算；外部负载加速度计算部，该外部负载加速度计算部基于燃烧冲程的上死点附近的曲柄角度的所述未燃烧时的曲柄角加速度、与所述上死点附近的曲柄角度的所述曲柄角加速度，来计算从内燃机的外部施加到曲柄轴的外部负载转矩所产生的曲柄角加速度分量即外部负载加速度分量；以及燃烧指标计算部，该燃烧指标计算部在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中，从各曲柄角度的所述曲柄角加速度中减去各曲柄角度的所述未燃烧时的曲柄角加速度，并加上所述外部负载加速度分量，对由此得到的值进行累计来计算燃烧状态指标。发明效果
8.根据本技术所涉及的内燃机的控制装置，对累计对象的值乘以转动惯量而得的值相当于因燃烧而引起的气体压力转矩的增加量。因燃烧而产生的气体压力转矩的增加量是因燃烧而产生的气体压力(缸内压力)的增加所产生的转矩，在燃烧期间以外基本为0。由此，与燃烧期间对应的累计曲柄角度区间的累计值即燃烧状态指标相当于1个燃烧循环的燃烧的工作量。另一方面，图示平均有效压力相当于对缸内容积累计缸内压力后的1个燃烧循环的工作量，主要成为与燃烧而引起的缸内压力的增加量的累计值相对应的值。因此，燃烧状态指标相当于图示平均有效压力。由此，通过燃烧状态指标能够计算图示平均有效压力的相当值，能评价燃烧状态。另外，计算外部负载转矩或外部负载加速度分量，并反映在燃烧状态指标的计算中，因此，能抑制燃烧状态指标的计算精度的恶化。
附图说明
9.图1是实施方式1所涉及的内燃机及控制装置的简要结构图。图2是实施方式1所涉及的内燃机及控制装置的简要结构图。图3是实施方式1所涉及的控制装置的框图。图4是实施方式1所涉及的控制装置的硬件结构图。图5是用于对实施方式1所涉及的角度信息检测处理进行说明的时序图。图6是用于对实施方式1所涉及的角度信息计算处理进行说明的时序图。图7是对实施方式1所涉及的未燃烧时的缸内压力与燃烧时的缸内压力进行说明的图。图8是对实施方式1所涉及的未燃烧时轴转矩数据进行说明的图。图9是示出实施方式1所涉及的控制装置的示意性处理的步骤的流程图。图10是实施方式2所涉及的控制装置的框图。图11是示出实施方式2所涉及的控制装置的示意性处理的步骤的流程图。
具体实施方式
10.1.实施方式1参照附图，对实施方式1所涉及的内燃机的控制装置50(以下简称为控制装置50)进行说明。图1和图2是本实施方式所涉及的内燃机1及控制装置50的简要结构图，图3是本
实施方式所涉及的控制装置50的框图。内燃机1及控制装置50搭载于车辆，内燃机1成为车辆(车轮)的驱动力源。
11.1-1.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为汽油发动机。内燃机1具备对进气通路23进行开闭的节流阀4。节流阀4为通过由控制装置50控制的电动机来进行开闭驱动的电子控制式节流阀。在节流阀4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。
12.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，该空气流量传感器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为通过由控制装置50控制的电动机来进行开闭驱动的电子控制式egr阀。排气通路17具备输出与排气通路17内的废气的空燃比相对应的电信号的空燃比传感器18。
13.进气歧管12中设有歧管压传感器8，该歧管压传感器8输出与进气歧管12内的压力相对应的电信号。在进气歧管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设有输出与大气压相对应的电信号的大气压传感器33。
14.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。另外，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。进气阀14设有使其阀开闭正时可变的进气可变阀正时机构。排气阀15设有使其阀开闭正时可变的排气可变阀正时机构。可变阀正时机构14、15具有电动致动器。
15.如图2所示，内燃机1具备多个气缸7(本例中为3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相连接。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中所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相连结。动力传递机构由变速装置、差动齿轮等构成。另外，具备内燃机1的车辆可以是在动力传递机构内具备电动发电机的混合动力车。
16.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角度上设置有多个齿。本实施方式中，信号板10以10度间隔排列有齿。信号板10的齿中设置有一部分齿缺失的缺齿部分。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1曲柄角传感器11。
17.内燃机1具备通过曲柄轴2和链条28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传感器30。
18.控制装置50基于第1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、燃烧冲程以及排气冲程的4冲程内燃机。
19.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。本示例中，以4度间隔设置有90个齿。齿圈25的齿上未设置缺齿部分。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2曲柄角传感器6。第2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。飞轮27的与曲柄轴2相反的一侧连结到动力传动机构。由此，内燃机1的输出转矩通过飞轮27的部分而传递至车轮侧。
20.第1曲柄角传感器11、凸轮角传感器30以及第2曲柄角传感器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接通或断开的矩形波。各角度传感器11、30、6例如使用电磁拾取器式的传感器。
21.飞轮27(齿圈25)具有比信号板10的齿数要多的齿数，而且也没有缺齿部分，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的质量要大的质量，高频振动得以抑制，因此有望进行高精度的角度检测。
22.1-2.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是将内燃机1作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、实际轴转矩运算部52、未燃烧轴转矩计算部53、外部负载转矩计算部54、燃烧指标计算部55以及燃烧控制部56等控制部。控制装置50的各控制部51至56等由控制装置50所具有的处理电路来实现。具体而言，控制装置50如图4所示，作为处理电路，包括cpu(central processing unit：中央处理单元)等运算处理装置90(计算机)、经由总线等信号线与运算处理装置90相连接的存储装置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。
23.作为运算处理装置90，可以具备asic(appl ication specific integrated circuit：专用集成电路)、ic(integrated circuit：集成电路)、dsp(digital signal processor：数字信号处理器)、fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)、各种逻辑电路和各种信号处理电路等。此外，作为运算处理装置90，也可以具备多个相同种类或不同种类的运算处理装置来分担执行各处理。
24.作为存储装置91，包括ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、eeprom(electrically erasable programmable rom：带电可擦可编程只读存储器)等易失性和非易失性的存储装置。输入电路92与各种传感器及开关相连接，包括将这些传感器和开关的输出信号输入至运算处理装置90的a/d转换器等。输出电路93与电负载连接，并具备将控制信号从运算处理装置90输出至这些电负载的驱动电路等。
25.控制装置50所具备的各控制部51至56等的各功能是通过由运算处理装置90执行存储于rom、eeprom等存储装置91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的其它硬件协作来实现的。另外，各控制部51至56等所使用的未燃烧时轴转矩数据、转动惯量icrk、判定值等设定数据作为软件(程序)的一部分存储在rom、
eerpom等存储装置91中。此外，各控制部51至56等计算出的曲柄角度θd、曲柄角加速度αd、外部负载转矩tload、燃烧状态指标αindex等各运算值和各检测值的数据存储在ram等存储装置91中。
26.本实施方式中，输入电路92与第1曲柄角传感器11、凸轮角传感器30、第2曲柄角传感器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以及加速器位置传感器26等相连接。输出电路93与节流阀4(电动机)、egr阀22(电动机)、喷射器13、点火线圈16、进气可变阀正时机构14以及排气可变阀正时机构15等相连接。另外，控制装置50与未图示的各种传感器、开关及致动器等相连接。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。
27.作为基本的控制，控制装置50基于所输入的各种传感器的输出信号等计算燃料喷射量、点火时刻等，并对喷射器13及点火线圈16等进行驱动控制。控制装置50基于油门位置传感器26的输出信号等来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，以使得成为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，以使得基于节流开度传感器19的输出信号所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来计算egr阀22的目标开度，并对egr阀22的电动机进行驱动控制。控制装置50基于所输入的各种传感器的输出信号等来计算进气阀的目标开闭正时和排气阀的目标开闭正时，并基于各目标开闭正时来对进气和排气可变阀正时机构14、15进行驱动控制。
28.1-2-1.角度信息检测部51角度信息检测部51基于第2曲柄角传感器6的输出信号，来检测曲柄角度θd、曲柄角度θd的时间变化率即曲柄角速度ωd、以及曲柄角速度ωd的时间变化率即曲柄角加速度αd。
29.本实施方式中，如图5所示，角度信息检测部51基于第2曲柄角传感器6的输出信号来对曲柄角度θd进行检测，并对检测到曲柄角度θd的检测时刻td进行检测。然后，角度信息检测部51基于检测到的曲柄角度θd即检测角度θd以及检测时刻td，来对与检测角度θd间的角度区间sd对应的角度间隔δθd以及时间间隔δtd进行计算。
30.在本实施方式中，角度信息检测部51构成为对检测到第2曲柄角传感器6的输出信号(矩形波)的下降沿(或上升沿)时的曲柄角度θd进行判定。角度信息检测部51对与基点角度(例如第1气缸#1的活塞5的上死点即0度)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)对应的曲柄角度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，将曲柄角度θd设定为基点角度(例如0度)，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，使曲柄角度θd逐次增加预先设定的角度间隔δθd(本例中为4度)，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与曲柄角度θd之间的关系的角度表格，来读取与本次的角度识别编号n相对应的曲柄角度θd。角度信息检测部51将曲柄角度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。
31.本实施方式中，角度信息检测部51参照后述的基于第1曲柄角传感器11以及凸轮角传感器30而检测出的参照曲柄角度，来对第2曲柄角传感器6的基点下降沿进行判定。例如，角度信息检测部51将检测到第2曲柄角传感器6的下降沿时的参照曲柄角度最接近基点角度的下降沿判定为基点下降沿。
32.另外，角度信息检测部51参照基于第1曲柄角传感器11以及凸轮角传感器30而判别出的各气缸7的冲程，来对与曲柄角度θd对应的各气缸7的冲程进行判定。
33.角度信息检测部51对检测到第2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相对应。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。
34.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)。
35.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)之间的偏差,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)。[数学式1]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4度)。
[0036]
另外,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)之间的偏差,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)。[数学式2]δtd(n)＝td(n)-td(n-1)
···
(2)
[0037]
角度信息检测部51基于第1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1气缸#1的活塞5的上死点为基准的参照曲柄角度进行检测，并判别各气缸7的冲程。例如，角度信息检测部51根据第1曲柄角传感器11的输出信号(矩形波)的下降沿的时间间隔，来对紧接着信号板10的缺齿部分之后的下降沿进行判定。然后，角度信息检测部51对以紧接着缺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角度之间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角度。另外，角度信息检测部51根据第1曲柄角传感器11的输出信号(矩形波)中的缺齿部分的位置与凸轮角传感器30的输出信号(矩形波)之间的关系，来对各气缸7的冲程进行判定。
[0038]
＜滤波处理＞角度信息检测部51在计算曲柄角加速度αd时，进行将高频的误差分量去除的滤波处理。角度信息检测部51对时间间隔δtd进行滤波处理。时间间隔δtd是单位角度(本示例中，4度)的周期即曲柄角周期δtd。滤波处理中例如使用有限脉冲响应(fir：finite impulse response)滤波器。通过滤波处理，因齿的制造偏差等而产生的高频的分量得以降
低。
[0039]
例如，作为fir滤波器，进行式(3)所示的处理。[数学式3]这里，tdf(n)是滤波后的时间间隔(曲柄角周期)，n是滤波阶数，bj是滤波系数。
[0040]
角度信息检测部51在未燃烧状态与燃烧状态之间进行相同滤波特性的滤波处理。本示例中，在未燃烧状态与燃烧状态之间，滤波阶数n和各滤波系数设定为相同的值。
[0041]
另外，可以不采用时间间隔δtd，取而代之地对后述的曲柄角速度ωd(n)进行去除高频的误差分量的滤波处理。或者，在计算曲柄角加速度αd时，可以不进行滤波处理。
[0042]
另外，角度信息检测部51可以构成为代替滤波处理或与滤波处理一起，通过对应于各角度识别编号n而设定的校正系数kc(n)，来校正各角度识别编号n的时间间隔δtd(n)。校正系数kc(n)可以通过专利第6169214号所公开的方法等，基于时间间隔δtd(n)来学习，或者在制造时通过匹配来预先设定。
[0043]
＜曲柄角速度ωd、曲柄角加速度αd的计算＞角度信息检测部51基于角度间隔δθd和滤波后的时间间隔δtdf，来计算与检测角度θd或角度区间sd分别对应的曲柄角度θd的时间变化率即曲柄角速度ωd、以及曲柄角速度ωd的时间变化率即曲柄角加速度αd。
[0044]
本实施方式中，如图6所示，角度信息检测部51基于作为处理对象的角度区间sd(n)所对应的角度间隔δθd(n)以及时间间隔δtdf(n)，来对处理对象的角度区间sd(n)所对应的曲柄角速度ωd(n)进行计算。具体而言，如式(4)所示，角度信息检测部51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)除以滤波后的时间间隔δtdf(n)，来对曲柄角速度ωd(n)进行计算。[数学式4]
[0045]
角度信息检测部51基于作为处理对象的检测角度θd(n)的上一个角度区间sd(n)所对应的曲柄角速度ωd(n)及滤波后的时间间隔δtdf(n)、以及处理对象的检测角度θd(n)的下一个角度区间sd(n+1)所对应的曲柄角速度ωd(n+1)及滤波后的时间间隔δtdf(n+1)，来对处理对象的检测角度θd(n)所对应的曲柄角加速度αd(n)进行计算。具体而言，角度信息检测部51如式(5)所示，将下一个曲柄角速度ωd(n+1)与上一个曲柄角速度ωd(n)相减而得到的减法值除以下一个滤波后的时间间隔δtdf(n+1)与上一个滤波后的时间间隔δtdf(n)的平均值，来对曲柄角加速度αd(n)进行计算。[数学式5]
[0046]
角度信息检测部51至少在燃烧冲程以上的期间中将角度识别编号n、曲柄角度θd(n)、滤波前后的时间间隔δtd(n)、δtdf(n)、曲柄角速度ωd(n)、曲柄角加速度αd(n)等角
度信息存储在ram等存储装置91中。
[0047]
1-2-2.实际轴转矩运算部52在包含上死点附近的曲柄角度θd_tdc在内的各曲柄角度θd中，实际轴转矩运算部52基于曲柄角加速度αd的检测值以及曲柄轴系统的转动惯量icrk，来计算施加到曲柄轴的实际轴转矩tcrkd。
[0048]
计算实际轴转矩tcrkd的各曲柄角度θd可以限定为使用所计算出的实际轴转矩tcrkd的各曲柄角度θd。
[0049]
本实施方式中，实际轴转矩运算部52如下式所示，在各曲柄角度θd(n)中，对曲柄角加速度αd(n)的检测值乘以曲柄轴系统的转动惯量icrk来计算实际轴转矩tcrkd(n)。[数学式6]tcrkd(n)＝αd(n)
×
icrk
ꢀꢀꢀꢀ
··· (6)
[0050]
曲柄轴系统的转动惯量icrk是与曲柄轴2一体旋转的构件整体(例如，曲柄轴2、曲柄32和飞轮27等)的转动惯量，并且是预先设定的。
[0051]
实际轴转矩运算部52至少在后述的累计曲柄角度区间以上的期间中将计算出的实际轴转矩tcrkd(n)与相应的角度识别编号n和曲柄角度θd(n)等角度信息一起存储在ram等存储装置91中。
[0052]
1-2-3.未燃烧轴转矩计算部53如图7所示，燃烧时的缸内压力相比于未燃烧时的缸内压力上升了因燃烧而产生的压力上升量。如下式所示，燃烧时的实际轴转矩tcrkd_brn从未燃烧时的轴转矩tcrk_mot增加因该燃烧的压力上升而产生的轴转矩的增加量δtgas_brn。该轴转矩的增加量δtgas_brn是因从未燃烧时的缸内压力(气体压力)上升到燃烧时的缸内压力(气体压力)的气体压力上升而产生的气体压力转矩的增加量，因此称为因燃烧而产生的气体压力转矩的增加量δtgas_brn。
[0053]
未燃烧时的轴转矩tcrk_mot中包含未燃烧时的各气缸内的气体压力按压活塞而施加于曲柄轴的转矩即气体压力转矩、以及由各气缸的活塞的往复惯性而施加于曲柄轴的转矩即往复惯性转矩。此外，如后述那样，未燃烧时的轴转矩tcrk_mot中不包含外部负载转矩tload，因此，如下式所示，需要减去外部负载转矩tload。外部负载转矩tload是从内燃机的外部施加到曲柄轴的转矩。外部负载转矩tload中包含从与车辆相连结的动力传递机构传递到内燃机的车辆的行驶阻力和摩擦阻力、以及与曲柄轴相连结的交流发电机等的辅机负载等。[数学式7]tcrkd_brn＝tcrk_mot+δtgas_brn-tload
ꢀꢀꢀꢀ
· · · (7)
[0054]
在上死点附近，连杆和曲柄成一直线，不会因缸内压力按压活塞的力而产生轴转矩tcrk。由此，在压缩冲程的上死点附近，因燃烧而产生的轴转矩的增加量δtgas_brn变为0。由此，如对式(7)变形而得的下式所示那样，通过从上死点附近的未燃烧的轴转矩tcrk_mot_tdc中减去本次的燃烧时的上死点附近的实际轴转矩tcrkd_brn_tdc，从而能计算本次的外部负载转矩tload。[数学式8]δtgas_brn_tdc＝0
tload＝tcrk_mot_tdc-tcrkd_brn_tdc
ꢀꢀꢀꢀ
··· (8)
[0055]
外部负载转矩tload在冲程周期中不发生较大变动，因此，能在各曲柄角度θd中使用在上死点附近计算出的外部负载转矩tload。
[0056]
另外，本技术中，燃烧状态和燃烧期间是控制装置50进行控制以使得燃料在燃烧冲程中燃烧的状态和期间，未燃烧状态和未燃烧期间是控制装置50进行控制以使得燃料在燃烧冲程中不燃烧的状态和期间。
[0057]
＜未燃烧时的轴转矩的计算＞未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度下计算在当前的运行状态下假设为处于未燃烧状态的情况下的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot。
[0058]
本实施方式中，未燃烧轴转矩计算部53参照设定有曲柄角度θd与未燃烧时的轴转矩tcrk_mot之间的关系的未燃烧时轴转矩数据，来计算对应于各曲柄角度的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot。
[0059]
未燃烧时轴转矩数据基于实验数据预先设定，并存储在rom、eeprom等存储装置91中。如后述那样，未燃烧时轴转矩数据可以使用基于未燃烧时的实际轴转矩tcrkd更新后的数据。
[0060]
未燃烧时轴转矩数据至少针对每一个影响缸内压力和活塞的往复惯性转矩的运行状态进行设定。未燃烧轴转矩计算部53参照与当前的运行状态对应的未燃烧时轴转矩数据，来计算与各曲柄角度θd对应的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot。
[0061]
本实施方式中，未燃烧时轴转矩数据的设定所涉及的运行状态设定为内燃机的转速、气缸内的吸入气体量、温度、以及进气阀和排气阀中的一方或双方的开闭正时的任一个以上。内燃机的转速与曲柄角速度ωd对应。作为气缸内的吸入气体量，使用吸入到气缸内的空气及egr气体的气体量、填充效率或进气管内的气体压力(本示例中，进气歧管内的压力)等。作为温度，使用吸入到气缸内的气体温度或内燃机的冷却水温或油温等。作为进气阀的开闭正时，使用进气可变阀正时机构14的进气阀的开闭正时。作为排气阀的开闭正时，使用排气可变阀正时机构15的排气阀的开闭正时。
[0062]
例如，作为未燃烧时轴转矩数据，针对每个运行状态，在存储装置91中存储有图8所示那样的设定有曲柄角度θd与未燃烧时的轴转矩tcrk_mot之间的关系的映射数据。可以使用多项式等近似式来代替映射数据。或者，作为未燃烧时轴转矩数据，可以使用以多个运行状态和曲柄角度θd为输入、并输出未燃烧时的轴转矩tcrk_mot的神经网络等高阶的函数。
[0063]
未燃烧轴转矩计算部53在内燃机的未燃烧状态下，利用在各曲柄角度θd下运算出的未燃烧时的实际轴转矩tcrkd，来更新未燃烧时轴转矩数据。例如，未燃烧轴转矩计算部53参照存储装置91中所存储的未燃烧时轴转矩数据，读取与更新对象的曲柄角度θd对应的未燃烧时的轴转矩tcrk，并使存储在存储装置91中的未燃烧时轴转矩数据中所设定的更新对象的曲柄角度θd的未燃烧时的轴转矩tcrk变化，以使得读取出的未燃烧时的轴转矩tcrk接近由更新对象的曲柄角度θd运算出的未燃烧时的实际轴转矩tcrkd。
[0064]
＜缸内吸入气体量的状态的偏移的补偿＞所参照的未燃烧时轴转矩数据所对应的特定的缸内吸入气体量的状态与当前的缸内吸入气体量的状态有时发生偏移。该情况下，未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度θd
下，使用曲柄机构的物理模型式，对假设为处于参照的未燃烧时轴转矩数据所对应的特定的缸内吸入气体量的状态、且处于未燃烧状态的情况下的因气缸内的气体压力和活塞的往复运动而产生的转矩即未燃烧假设的产生转矩进行计算。这里，特定的缸内吸入气体量的状态使用所参照的未燃烧时轴转矩数据的测定时的运行状态。
[0065]
未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度θd下，使用计算因气缸内的气体压力而产生的气体压力转矩的物理模型式，基于特定的缸内吸入气体量的状态，来计算假设为未燃烧状态时的因气缸内的气体压力而产生的气体压力转矩。
[0066]
然后，未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度θd下，将气体压力转矩与惯性转矩相加，来计算特定的缸内吸入气体量的状态下的未燃烧假设的产生转矩。
[0067]
另一方面，未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度θd下，使用曲柄机构的物理模型式，来计算在当前的缸内吸入气体量的状态下假设为未燃烧时的因气缸内的气体压力和活塞的往复运动而产生的转矩、即当前的缸内吸入气体量的状态下的未燃烧假设的产生转矩。
[0068]
未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度θd下，使用计算因气缸内的气体压力而产生的气体压力转矩的物理模型式，基于当前的缸内吸入气体量的状态，来计算假设为内燃机处于未燃烧状态时的因气缸内的气体压力而产生的气体压力转矩。
[0069]
然后，未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度θd下，将气体压力转矩与惯性转矩相加，来计算当前的缸内吸入气体量的状态下的未燃烧假设的产生转矩。
[0070]
未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度θd下，从参照未燃烧时轴转矩数据而计算出的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot中减去特定的缸内吸入气体量的状态的未燃烧假设的产生转矩，并将由此得到的转矩差与当前的缸内吸入气体量的状态的未燃烧假设的产生转矩相加，来计算最终的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot。
[0071]
1-2-4.外部负载转矩计算部54外部负载转矩计算部54基于对燃烧冲程的上死点附近的曲柄角度θd_tdc的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot_td和上死点附近的曲柄角度θd_tdc的曲柄角速度αd_tdc乘以曲柄轴系统的转动惯量icrk而得的实际轴转矩tcrkd_brn_tdc，来计算从内燃机的外部施加到曲柄轴的转矩即外部负载转矩tload。
[0072]
本实施方式中，如使用式(8)所说明的那样，外部负载转矩计算部54如下式所示那样，从上死点附近的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot_tdc中减去上死点附近的燃烧时的实际轴转矩tcrkd_brn_tdc，来计算外部负载转矩tload。[数学式9]tload＝tcrk_mot_tdc-tcrkd_brn_tdc
ꢀꢀꢀꢀ
· · · (9)
[0073]
上死点附近的曲柄角度θd_tdc预先设定为压缩冲程和燃烧冲程之间的上死点附近的曲柄角度。这里，上死点附近例如位于上死点前10度到上死点后10度的角度区间内。例如，上死点附近的曲柄角度θd_tdc预先设定为上死点的曲柄角度。
[0074]
1-2-5.燃烧指标计算部55如下式所示，燃烧指标计算部55在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中，将从各曲柄角度θd(n)的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot(n)中减去外部负载转矩tload而得的值除以转动惯量icrk，将由此得到的值从各曲柄角度θd(n)的曲柄角加速度αd(n)中减
去，并对这样得到的值进行累计来计算燃烧状态指标αindex。这里，nst是与累计曲柄角度区间的开始曲柄角度θst对应的角度识别编号n，nend是与累计曲柄角度区间的结束曲柄角度θend对应的角度识别编号n。[数学式10]
[0075]
若使用式(6)和式(7)对式(10)进行变形，则成为下式那样。即，由式(10)计算的燃烧状态指标αindex相当于在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中对将因燃烧而产生的气体压力转矩的增加量δtgas_brn除以转动惯量icrk而得的值进行累计后得到的累计值。[数学式11]
[0076]
另外，也可以使用式(11)来代替式(10)。或者，作为燃烧状态指标，可以使用对式(10)或式(11)的右边乘以转动惯量icrk而得的式，来计算因燃烧而产生的气体压力转矩的增加量δtgas_brn的累计值。它们在数学式均等效，具有同等的物理意义。
[0077]
如图7所示，因燃烧而产生的气体压力转矩的增加量δtgas_brn是因燃烧而产生的气体压力(缸内压力)的增加所产生的转矩，在燃烧期间以外基本为0。由此，与燃烧期间对应的累计曲柄角度区间的δtgas_brn的累计值相当于1个燃烧循环的燃烧的工作量。另一方面，图示平均有效压力imep相当于对缸内容积累计缸内压力后的1个燃烧循环的工作量，主要成为与因燃烧而引起的缸内压力的增加量的累计值相对应的值。因此，δtgas_brn的累计值相当于图示平均有效压力imep。由此，如下式所示，对燃烧状态指标αindex乘以规定的增益a并加上规定的偏移b后而得的值相当于图示平均有效压力imep。由此，通过燃烧状态指标αindex来计算图示平均有效压力imep的相当值，能评价燃烧状态。
[0078]
数
[数学式12]imep＝a
·
αindex+b
···
(12)
[0079]
为了提高图示平均有效压力imep的相当值的计算精度，累计曲柄角度区间需要包含因燃烧而导致气体压力增加的燃烧期间。燃烧指标计算部55基于燃烧开始角度θcnvst来设定累计曲柄角度区间的开始曲柄角度θst。燃烧开始角度θcnvst基本上紧接在点火时刻之后。由此，燃烧指标计算部55至少基于点火时刻来计算燃烧开始角度θcnvst，并计算比燃烧开始角度θcnvst提前规定角度的提前角侧的角度，以作为开始曲柄角度θst。另外，燃烧开始角度θcnvst的计算中，可以使用转速、缸内吸入气体量和egr量等其它内燃机的运行状态。当提前点火发生时，燃烧在点火时刻前开始。因此，在发生了提前点火的情况下，燃烧指标计算部55计算比提前点火的发生角度(燃烧开始角度θcnvst)提前规定角度的提前角侧的角度，以作为开始曲柄角度θst。
[0080]
对应于δtgas_brn的αd-(tcrk_mot-tload)/icrk开始大于0的角度能判定为是燃烧开始角度。由此，燃烧指标计算部55能将αd-(tcrk_mot-tload)/icrk比判定值要大的角度判定为燃烧开始角度θcnvst。
[0081]
燃烧指标计算部55基于燃烧结束角度θcnvend来设定累计曲柄角度区间的结束曲柄角度θend。例如，气缸内的气体压力因燃烧而上升的角度区间到排气阀的开阀时刻为止，因此结束曲柄角度θend设定为开阀角度即可。在设置排气阀的可变阀正时机构的情况下，结束曲柄角度θend可以与可变阀正时机构所设定的排气阀的开阀角度对应地设定。或者，由于燃烧进行中的燃烧期间的前半部分对于判定燃烧状态很重要，因此，结束曲柄角度θend可以设定在排气阀的开阀时刻之前。
[0082]
由此，通过与燃烧期间对应地设定累计曲柄角度区间，从而能将运算负载抑制为最小限度，并能高精度地计算图示平均有效压力imep的相当值。
[0083]
1-2-6.燃烧控制部56＜使用燃烧状态指标的情况＞燃烧控制部56基于燃烧状态指标αindex，使点火时刻、egr量、燃料喷射量和可变阀正时机构的控制量的1个以上的控制参数变化。
[0084]
可变阀正时机构的控制量在控制排气阀的可变阀正时机构的情况下成为排气阀的开闭正时，在控制进气阀的可变阀正时机构的情况下成为进气阀的开闭正时。燃烧状态指标αindex是图示平均有效压力imep的相当值，因此，能使用利用了图示平均有效压力imep的公知的各种燃烧控制。
[0085]
例如，燃烧控制部56在每1个燃烧循环中基于燃烧状态指标αindex使控制参数变化，以使得燃烧状态指标αindex增加。在本次的燃烧循环中计算出的燃烧状态指标αindex相对于上次的燃烧循环中计算出的燃烧状态指标αindex增加了的情况下，燃烧控制部56在与基于上次的燃烧循环的燃烧状态指标αindex而变化的控制参数的变化方向相同的方向上使控制参数变化。另一方面，在本次的燃烧循环中计算出的燃烧状态指标αindex相对于上次的燃烧循环中计算出的燃烧状态指标αindex减少了的情况下，燃烧控制部56在与基于上次的燃烧循环的燃烧状态指标αindex而变化的控制参数的变化方向相反的方向上使控制参数变化。通过这样进行控制，从而能使控制参数变化，以使得燃烧状态指标αindex接近最大值，并使图示平均有效压力impe接近最大值，能使燃油消耗率、输出提高。另外，燃烧状态指标αindex的增减可以对相同气缸进行评价，也可以对所有气缸汇总评价。
[0086]
＜使用燃烧状态指标的偏差程度的情况＞或者，燃烧控制部56可以计算在多个燃烧循环的累计曲柄角度区间中计算出的多个燃烧状态指标αindex的偏差程度，并基于偏差程度来使点火时刻、egr量、燃料喷射量及可变阀正时机构的控制量中的1个以上的控制参数变化。
[0087]
例如，燃烧控制部56对于多个燃烧循环的每一个使控制参数变化，以使得偏差程度在判定值以下。燃烧控制部56在本次计算出的偏差程度比判定值要大的情况下，使控制参数在偏差程度减小的方向上变化。偏差程度减小的方向对于各控制参数预先设定。通过这样进行控制，从而能使控制参数变化，以使得燃烧状态指标αindex的偏差程度在判定值以下，并使图示平均有效压力iemp的偏差程度降低，能使燃烧状态稳定化。另外，燃烧状态指标αindex的偏差程度可以对相同气缸进行评价，也可以对所有气缸汇总评价。
[0088]
例如，燃烧控制部56将多个燃烧循环的燃烧状态指标αindex的标准偏差σ除以多个燃烧状态指标αindex的平均值来计算燃烧变动率，以作为多个燃烧状态指标αindex的偏差程度。燃烧变动率相当于图示平均有效压力的燃烧变动率cov。由此，可以使用利用了图示平均有效压力的燃烧变动率cov的公知的各种燃烧控制。
[0089]
另外，燃烧控制部56可以平行地执行基于燃烧状态指标αindex的控制参数的变化、以及基于燃烧状态指标αindex的偏差程度的控制参数的变化。该情况下，燃烧控制部56在偏差程度比判定值要大的情况下，执行基于偏差程度的控制参数的变化，在偏差程度为判定值以下的情况下，执行基于燃烧状态指标αindex的控制参数的变化。
[0090]
＜整个处理的概要流程图＞基于图9所示的流程图，对本实施方式所涉及的控制装置50的概要处理步骤(内燃机的控制方法)进行说明。图9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)，从而例如在每次检测曲柄角度θd时、或每隔规定的运算周期来反复执行。
[0091]
步骤s01中，如上所述，角度信息检测部51执行角度信息检测处理(角度信息检测步骤)，其基于第2曲柄角传感器6的输出信号，来检测曲柄角度θd、曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd。
[0092]
步骤s02中，如上所述，实际轴转矩运算部52在包含上死点附近的曲柄角度θd_tdc在内的各曲柄角度θd下，执行实际轴转矩运算处理(实际轴转矩运算步骤)，其基于曲柄角加速度αd的检测值和曲柄轴系统的转动惯量icrk，来计算施加于曲柄轴的实际轴转矩tcrkd。
[0093]
步骤s03中，控制装置50判定是内燃机的燃烧状态、还是内燃机的未燃烧状态，在燃烧状态的情况下，前进至步骤s04，在未燃烧状态的情况下，前进至步骤s08。这里，燃烧状态和燃烧期间是控制装置50进行控制以使得燃料在燃烧冲程中燃烧的状态和期间，未燃烧状态和未燃烧期间是控制装置50进行控制以使得燃料在燃烧冲程中不燃烧的状态和期间。
[0094]
步骤s04中，如上所述，未燃烧轴转矩计算部53在各曲柄角度θd下执行未燃烧轴转矩计算处理(未燃烧轴转矩计算步骤)，其计算在当前的运行状态下假设为处于未燃烧状态的情况下的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot。
[0095]
步骤s05中，如上所述，外部负载转矩计算部54执行外部负载转矩计算处理(外部负载转矩计算步骤)，其基于燃烧冲程的上死点附近的曲柄角度θd_tdc的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot_tdc、与上死点附近的曲柄角度θd_tdc的实际轴转矩tcrkd_brn_tdc，来计算从内燃机的外部施加到曲柄轴的转矩即外部负载转矩tload。
[0096]
步骤s06中，如上所述，燃烧指标计算部55执行燃烧指标计算处理(燃烧指标计算步骤)，其在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中，将从各曲柄角度θd(n)的未燃烧时的轴转矩tcrk_mot(n)中减去外部负载转矩tload而得的值除以转动惯量icrk，将由此得到的值从各曲柄角度θd(n)的曲柄角加速度αd(n)中减去，并对这样得到的值进行累计来计算燃烧状态指标αindex。
[0097]
步骤s07中，如上所述，燃烧控制部56执行燃烧控制处理(燃烧控制步骤)，其基于燃烧状态指标αindex，使点火时刻、egr量、燃料喷射量和可变阀正时机构的控制量的1个以上的控制参数变化。另外，燃烧控制部56可以计算在多个燃烧循环的累计曲柄角度区间中计算出的多个燃烧状态指标αindex的偏差程度，并基于偏差程度来使点火时刻、egr量、燃
料喷射量及可变阀正时机构的控制量中的1个以上的控制参数变化。
[0098]
另一方面，在内燃机的未燃烧状态的情况下，步骤s08中，如上所述，未燃烧轴转矩计算部53执行未燃烧时轴转矩学习处理(未燃烧时轴转矩学习步骤)，其在内燃机的未燃烧状态下，通过在各曲柄角度θd处运算出的未燃烧时的实际轴转矩tcrkd来更新未燃烧时轴转矩数据。
[0099]
2.实施方式2参照附图对实施方式2所涉及的控制装置50进行说明。对于与上述实施方式1相同的结构部分省略说明。本实施方式所涉及的控制装置50的基本结构与实施方式1相同。
[0100]
本实施方式中，如图10所示，控制装置50包括未燃烧加速度计算部57和外部负载加速度计算部58以代替未燃烧轴转矩计算部53和外部负载转矩计算部54，并且不具备实际轴转矩运算部52。
[0101]
2-1.未燃烧加速度计算部57未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度下计算在当前的运行状态下假设为处于未燃烧状态的情况下的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot。
[0102]
本实施方式中，未燃烧加速度计算部57参照设定有曲柄角度θd与未燃烧时的曲柄角加速度α_mot之间的关系的未燃烧时加速度数据，来计算与各曲柄角度对应的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot。
[0103]
未燃烧时加速度数据基于实验数据预先设定，并存储在rom、eeprom等存储装置91中。未燃烧时加速度数据如后述那样，使用基于未燃烧时检测出的曲柄角加速度αd进行更新后的数据。
[0104]
未燃烧时加速度数据至少针对每一个影响缸内压力和活塞的往复惯性转矩的运行状态进行设定。未燃烧加速度计算部57参照与当前的运行状态对应的未燃烧时加速度数据，来计算与各曲柄角度θd对应的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot。
[0105]
本实施方式中，未燃烧时加速度数据的设定所涉及的运行状态设定为内燃机的转速、气缸内的吸入气体量、温度、以及进气阀和排气阀中的一方或双方的开闭正时的任一个以上。未燃烧时加速度数据的设定与未燃烧时轴转矩数据的设定相同，因此省略说明。
[0106]
未燃烧加速度计算部57在内燃机的未燃烧状态下，利用在各曲柄角度θd处运算出的未燃烧时的曲柄角加速度αd，来更新未燃烧时加速度数据。例如，未燃烧加速度计算部57参照存储装置91中所存储的未燃烧时加速度数据，读取与更新对象的曲柄角度θd对应的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot，并使存储于存储装置91的未燃烧时加速度数据中所设定的更新对象的曲柄角度θd的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot变化，以使得读取出的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot接近更新对象的曲柄角度θd中所运算出的未燃烧时的曲柄角加速度αd。
[0107]
＜缸内吸入气体量的状态的偏移的补偿＞与未燃烧轴转矩计算部53同样地，未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度θd下，使用曲柄机构的物理模型式，对假设为处于参照的未燃烧时加速度数据所对应的特定的缸内吸入气体量的状态、且处于未燃烧状态的情况下的因气缸内的气体压力和活塞的往复运动而产生的转矩即未燃烧假设的产生转矩进行计算。这里，特定的缸内吸入气体量的状态使用所参照的未燃烧时加速度数据的测定时的运行状态。
[0108]
未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度θd下，使用计算因气缸内的气体压力而产生的气体压力转矩的物理模型式，基于特定的缸内吸入气体量的状态，来计算假设为未燃烧状态时的因气缸内的气体压力而产生的气体压力转矩。
[0109]
然后，未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度θd下，将气体压力转矩与惯性转矩相加，来计算特定的缸内吸入气体量的状态下的未燃烧假设的产生转矩，并将未燃烧假设的产生转矩除以曲柄轴系统的转动惯量icrk，来计算特定的缸内吸入气体量的状态的未燃烧假设的曲柄角加速度。
[0110]
另一方面，未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度θd下，使用曲柄机构的物理模型式，来计算在当前的缸内吸入气体量的状态下假设为未燃烧时的因气缸内的气体压力和活塞的往复运动而产生的转矩、即当前的缸内吸入气体量的状态下的未燃烧假设的产生转矩。
[0111]
未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度θd下，使用计算因气缸内的气体压力而产生的气体压力转矩的物理模型式，基于当前的缸内吸入气体量的状态，来计算假设为内燃机处于未燃烧状态时的因气缸内的气体压力而产生的气体压力转矩。
[0112]
然后，未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度θd下，将气体压力转矩与惯性转矩相加，来计算当前的缸内吸入气体量的状态的未燃烧假设的产生转矩，并将未燃烧假设的产生转矩除以曲柄轴系统的转动惯量icrk，来计算当前的缸内吸入气体量的状态的未燃烧假设的曲柄角加速度。
[0113]
未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度θd下，从参照未燃烧时加速度数据而计算出的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot中减去特定的缸内吸入气体量的状态的未燃烧假设的曲柄角加速度，并将由此得到的曲柄角加速度差与当前的缸内吸入气体量的状态的未燃烧假设的曲柄角加速度相加，来计算最终的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot。
[0114]
2-2.外部负载加速度计算部58外部负载加速度计算部58基于燃烧冲程的上死点附近的曲柄角度θd_tdc的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot_tdc、与上死点附近的曲柄角度θd_tdc的曲柄角加速度αd_tdc，来计算从内燃机的外部施加到曲柄轴的外部负载tload所产生的曲柄角加速度分量即外部负载加速度分量δαload。
[0115]
下式相当于将式(9)除以曲柄轴系统的转动惯量icrk而得的式。外部负载加速度计算部58如下式所示，从上死点附近的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot_tdc中减去上死点附近的曲柄角加速度αd_tdc，来计算外部负载加速度分量δαload。[数学式13]δαload＝α_mot_tdc-αd_tdc
ꢀꢀꢀꢀ
·· · (13)
[0116]
2-3.燃烧指标计算部55下式与式(10)在数学上等效。如下式所示，燃烧指标计算部55在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中，从各曲柄角度θd(n)的曲柄角加速度αd(n)中减去各曲柄角度θd(n)的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot，并加上外部负载加速度分量δαload，对由此得到的值进行累计来计算燃烧状态指标αindex。这里，nst是与累计曲柄角度区间的开始曲柄角度θst对应的角度识别编号n，nend是与累计曲柄角度区间的结束曲柄角度θend对应的角度识别编号n。
[数学式14]
[0117]
如实施方式1中所说明的那样，式(14)与式(11)在数学上等效，因此，可以使用式(11)来代替式(14)。
[0118]
如实施方式1中所说明的那样，通过燃烧状态指标αindex来计算图示平均有效压力imep的相当值，能评价燃烧状态。
[0119]
与实施方式1同样地，燃烧指标计算部55基于燃烧开始角度θcnvst来设定累计曲柄角度区间的开始曲柄角度θst。燃烧开始角度θcnvst基本上紧接在点火时刻之后。由此，燃烧指标计算部55至少基于点火时刻来计算燃烧开始角度θcnvst，并计算比燃烧开始角度θcnvst提前规定角度的提前角侧的角度，以作为开始曲柄角度θst。另外，燃烧开始角度θcnvst的计算中，可以使用转速、缸内吸入气体量和egr量等其它内燃机的运行状态。当提前点火发生时，燃烧在点火时刻前开始。因此，在发生了提前点火的情况下，燃烧指标计算部55计算比提前点火的发生角度(燃烧开始角度θcnvst)提前规定角度的提前角侧的角度，以作为开始曲柄角度θst。
[0120]
对应于δtgas_brn的(αd-α_mot+δαload)开始大于0的角度能判定为是燃烧开始角度。由此，燃烧指标计算部55能将(αd-α_mot+δαload)比判定值要大的角度判定为燃烧开始角度θcnvst。
[0121]
燃烧指标计算部55基于燃烧结束角度θcnvend来设定累计曲柄角度区间的结束曲柄角度θend。例如，因燃烧而导致气缸内的气体压力上升的角度区间到排气阀的开阀时刻为止，因此结束曲柄角度θend设定为开阀角度即可。在设置排气阀的可变阀正时机构的情况下，结束曲柄角度θend可以与可变阀正时机构所设定的排气阀的开阀角度对应地设定。或者，由于燃烧进行中的燃烧期间的前半部分对于判定燃烧状态很重要，因此，结束曲柄角度θend可以设定在排气阀的开阀时刻之前。
[0122]
由此，通过与燃烧期间对应地设定累计曲柄角度区间，从而能将运算负载抑制为最小限度，并能高精度地计算图示平均有效压力imep的相当值。
[0123]
＜整个处理的概要流程图＞基于图11所示的流程图，对本实施方式所涉及的控制装置50的概要处理步骤(内燃机的控制方法)进行说明。图11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)，从而例如在每次检测曲柄角度θd时、或每隔规定的运算周期来反复执行。
[0124]
步骤s11中，如上所述，角度信息检测部51执行角度信息检测处理(角度信息检测步骤)，其基于第2曲柄角传感器6的输出信号，来检测曲柄角度θd、曲柄角速度ωd以及曲柄角加速度αd。
[0125]
步骤s12中，控制装置50判定是内燃机的燃烧状态、还是内燃机的未燃烧状态，在燃烧状态的情况下，前进至步骤s13，在未燃烧状态的情况下，前进至步骤s17。
[0126]
步骤s13中，如上所述，未燃烧加速度计算部57在各曲柄角度下执行未燃烧加速度计算处理(未燃烧加速度计算步骤)，其计算在当前的运行状态下假设为处于未燃烧状态时
的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot。
[0127]
步骤s14中，如上所述，外部负载加速度计算部58执行外部负载加速度计算处理(外部负载加速度计算步骤)，其基于燃烧冲程的上死点附近的曲柄角度θd_tdc的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot_tdc、与上死点附近的曲柄角度θd_tdc的曲柄角加速度αd_tdc，来计算从内燃机的外部施加到曲柄轴的外部负载tload所产生的曲柄角加速度分量即外部负载加速度分量δαload。
[0128]
步骤s15中，如上所述，燃烧指标计算部55执行燃烧指标计算处理(燃烧指标计算步骤)，其在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中，从各曲柄角度θd(n)的曲柄角加速度αd(n)中减去各曲柄角度θd(n)的未燃烧时的曲柄角加速度α_mot(n)，并加上外部负载加速度分量δαload，对由此得到的值进行累计来计算燃烧状态指标αindex。
[0129]
步骤s16中，如上所述，燃烧控制部56执行燃烧控制处理(燃烧控制步骤)，其基于燃烧状态指标αindex，使点火时刻、egr量、燃料喷射量和可变阀正时机构的控制量的1个以上的控制参数变化。另外，燃烧控制部56可以计算在多个燃烧循环的累计曲柄角度区间中计算出的多个燃烧状态指标αindex的偏差程度，并基于偏差程度来使点火时刻、egr量、燃料喷射量及可变阀正时机构的控制量中的1个以上的控制参数变化。
[0130]
另一方面，在是内燃机的未燃烧状态的情况下，在步骤s17中，如上所述，未燃烧加速度计算部57执行未燃烧时角加速度学习处理(未燃烧时角加速度学习步骤)，其在内燃机的未燃烧状态下，利用各曲柄角度θd下运算出的曲柄角加速度αd来更新未燃烧时加速度数据。
[0131]
《转用例》(1)在上述各实施方式中以下述情况为例进行了说明：基于第2曲柄角传感器6的输出信号，来检测曲柄角度θd、曲柄角速度ωd和曲柄角加速度αd。然而，也可以基于第1曲柄角传感器11的输出信号，来检测曲柄角度θd、曲柄角速度ωd和曲柄角加速度αd。
[0132]
(2)在上述各实施方式中以如下情况为例进行了说明：使用气缸数为3个的3缸发动机。然而，可以使用任意气缸数(例如，单缸、双缸、四缸、六缸)的发动机。
[0133]
(3)上述各实施方式中，对于内燃机1，以汽油发动机的情况为例进行了说明。但是，本技术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：均相充量压缩点火燃烧)的发动机等各种内燃机。
[0134]
虽然本技术记载了各种示例性的实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本技术说明书所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。标号说明
[0135]
1 内燃机2 曲柄轴6第2曲柄角传感器50 内燃机的控制装置
51 角度信息检测部52 实际轴转矩运算部53 未燃烧轴转矩计算部54 外部负载转矩计算部55 燃烧指标计算部56 燃烧控制部57 未燃烧加速度计算部58 外部负载加速度计算部icrk 转动惯量tcrk_mot未燃烧时的轴转矩tcrkd 实际轴转矩tload 外部负载转矩αd 曲柄角加速度α_mot未燃烧时的曲柄角加速度δαload外部负载加速度分量αindex燃烧状态指标θcnvend燃烧结束角度θcnvst燃烧开始角度θd 曲柄角度θend 结束曲柄角度θst 开始曲柄角度。

技术特征：
1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：角度信息检测部，该角度信息检测部基于曲柄角传感器的输出信号，对曲柄角度和曲柄角加速度进行检测；未燃烧轴转矩计算部，该未燃烧轴转矩计算部在各曲柄角度下，对假设为处于未燃烧状态时的未燃烧时的轴转矩进行计算；外部负载转矩计算部，该外部负载转矩计算部基于燃烧冲程的上死点附近的曲柄角度的所述未燃烧时的轴转矩、与对所述上死点附近的曲柄角度的所述曲柄角加速度乘以曲柄轴系统的转动惯量后而得的实际轴转矩，来计算从内燃机的外部施加到曲柄轴的转矩即外部负载转矩；以及燃烧指标计算部，该燃烧指标计算部在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中，将从各曲柄角度的所述未燃烧时的轴转矩中减去所述外部负载转矩后而得的值除以所述转动惯量，然后从各曲柄角度的所述曲柄角加速度中减去上述通过除法得到的值，并对由此得到的值进行累计来计算燃烧状态指标。2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述燃烧指标计算部基于燃烧开始角度来设定所述累计曲柄角度区间的开始曲柄角度。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，所述燃烧指标计算部基于燃烧结束角度来设定所述累计曲柄角度区间的结束曲柄角度。4.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备燃烧控制部，该燃烧控制部基于所述燃烧状态指标，使点火时刻、egr量、燃烧喷射量和可变阀正时机构的控制量中的1个以上的控制参数变化。5.如权利要求1至4中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备燃烧控制部，该燃烧控制部计算在多个燃烧循环的所述累计曲柄角度区间中计算出的多个所述燃烧状态指标的偏差程度，并基于所述偏差程度，使点火时刻、egr量、燃烧喷射量和可变阀正时机构的控制量中的1个以上的控制参数变化。6.如权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述未燃烧轴转矩计算部参照设定有曲柄角度与所述未燃烧时的轴转矩之间的关系的未燃烧时轴转矩数据，来计算与各曲柄角度对应的所述未燃烧时的轴转矩。7.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：角度信息检测部，该角度信息检测部基于曲柄角传感器的输出信号，对曲柄角度和曲柄角加速度进行检测；未燃烧加速度计算部，该未燃烧加速度计算部在各曲柄角度下，对假设为处于未燃烧状态时的未燃烧时的曲柄角加速度进行计算；外部负载加速度计算部，该外部负载加速度计算部基于燃烧冲程的上死点附近的曲柄角度的所述未燃烧时的曲柄角加速度、与所述上死点附近的曲柄角度的所述曲柄角加速度，来计算从内燃机的外部施加到曲柄轴的外部负载转矩所产生的曲柄角加速度分量即外部负载加速度分量；以及燃烧指标计算部，该燃烧指标计算部在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间
中，从各曲柄角度的所述曲柄角加速度中减去各曲柄角度的所述未燃烧时的曲柄角加速度，并加上所述外部负载加速度分量，对由此得到的值进行累计来计算燃烧状态指标。8.如权利要求7所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述燃烧指标计算部基于燃烧开始角度来设定所述累计曲柄角度区间的开始曲柄角度。9.如权利要求7或8所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述燃烧指标计算部基于燃烧结束角度来设定所述累计曲柄角度区间的结束曲柄角度。10.如权利要求7至9中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备燃烧控制部，该燃烧控制部基于所述燃烧状态指标，使点火时刻、egr量、燃烧喷射量和可变阀正时机构的控制量中的1个以上的控制参数变化。11.如权利要求7至10中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备燃烧控制部，该燃烧控制部计算在多个燃烧循环的所述累计曲柄角度区间中计算出的多个所述燃烧状态指标的偏差程度，并基于所述偏差程度，使点火时刻、egr量、燃烧喷射量和可变阀正时机构的控制量中的1个以上的控制参数变化。12.如权利要求7至11中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述未燃烧加速度计算部参照设定有曲柄角度与所述未燃烧时的曲柄角加速度之间的关系的未燃烧时加速度数据，来计算与各曲柄角度对应的所述未燃烧时的曲柄角加速度。

技术总结
本发明提供一种内燃机的控制装置，当基于曲柄角传感器所得出的角度检测信息来检测燃烧状态时，能抑制因角度检测信息中所包含的外部负载转矩等干扰分量的影响而导致燃烧状态的检测精度降低的情况。内燃机的控制装置计算假设为处于未燃烧状态时的未燃烧时的轴转矩，基于上死点附近的曲柄角度的未燃烧时的轴转矩与上死点附近的曲柄角度的实际轴转矩来计算外部负载转矩，在对应于燃烧期间而设定的累计曲柄角度区间中，将从未燃烧时的轴转矩中减去外部负载转矩后的值除以转动惯量，并将由此得到的值从曲柄角加速度中减去，对这样得到的值进行累计来计算燃烧状态指标。值进行累计来计算燃烧状态指标。值进行累计来计算燃烧状态指标。


技术研发人员：高桥建彦
受保护的技术使用者：三菱电机株式会社
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/6/14