(57)【要約】【課題】エンジンの仕事量を、より効率的かつ正確に算出する。【解決手段】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。【選択図】図１０
2006097660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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エ係数である、請求項１に記載の装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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から６のいずれかに記載の装置。
【請求項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。
【請求項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の相関係数に基づいて、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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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いて、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】
【発明が解決しようとする課題】
【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。しかしながら、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】
しかしながら、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ようとすると、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いては、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、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仕事量算出手段と、を備える。
【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いてのみ、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いてエ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エ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を変更する機構および該行程体積を求める手段が備えられる。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きる。
【００１６】
本発明の一実施形態によると、エンジンの仕事量を算出する装置は、さらに、エンジンの運転状態を検出する手段を備える。該検出されたエ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の相関係数を記憶する記憶手段を備える。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、エンジンの筒内圧を検出する手段を備え、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、エンジンの圧縮比を変更することができる機構を備えることができる。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、記憶手段に記憶される。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。
【本発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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）１ｂを備えるコンピュータである。ＥＣＵ１は、メモリ１ｃを備えており、該メモリ１ｃ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、ＣＰＵ１ｂ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（ＲＡＭ）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１ａ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備えている。
【００２６】
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から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。
【００２７】
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って火花を飛ばす点火プラグ９が設けられている。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。
【００２８】
筒内圧センサ１５は、例えば圧電素子からなるセンサであり、点火プラグ９のエ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。
【００２９】
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の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１に出力する。
【００３０】
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。
【００３１】
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（θＴＨ）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
圧縮比センサ２７が、ＥＣＵ１に接続されている。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。
【００３６】
ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車両のアクチュ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１ｄ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アクチュエータに送る。また、ＣＰＵ１ｂは、該変換されたデジタル信号を用いて、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従い、エンジンの仕事量を算出することができる。
【００３７】
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（エンジン排気量）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。
【００３８】
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に向かって移動する。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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い。
【００４１】
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。
【００４２】
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）から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】
2006097660.tif 000003
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。
【００４３】
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Ｔ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】
2006097660.tif 000004
【００４４】
式（３）を式（１）に適用すると、式（４）が導かれる。θ＝ωｔである。
【数３】
2006097660.tif 000005
【００４５】
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θｃは、４サイクルエンジンでは（θ／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】
2006097660.tif 000006
【００４６】
式（４）には、ｃｏｓθ、ｃｏｓ２θ、、、ｓｉｎθ、ｓｉｎ２θ、、、の成分が現れている。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＝１，２，３．．．）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＝２，４，６．．．）があればよい。ｋｃ＝２ｋとすると、式（５）は、式（６）のように表される。
【数５】
2006097660.tif 000007
【００４７】
式（４）に式（６）を適用すると、式（７）が導かれる。ここで、式（４）の“Ｖａ０”はほぼゼロである（この理由については、後述される）。
【数６】
2006097660.tif 000008
【００４８】
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。
【００４９】
式（７）は、４サイクルエンジンについての式であるが、２サイクルエンジンについ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サイクルエンジンでは、Ｔｃ＝Ｔ、θｃ＝θが成立する。
【００５０】
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】
2006097660.tif 000009
【００５１】
式（９）は、式（７）および式（８）をまとめたものである。
【数８】
2006097660.tif 000010
【００５２】
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１ｃ（図１）に記憶されている。
【００５３】
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Ｖｓ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Ｖｂｋを、メモリ１ｃに予め記憶する。
【００５４】
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】
2006097660.tif 000011
【００５５】
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】
2006097660.tif 000012
【００５６】
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ー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Ｐａ１は、筒内圧信号Ｐとｃｏｓθ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ｓｉｎ２θとの相関係数である。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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）通常のエ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。
【００６１】
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ａ０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。
【００６２】
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、エンジン回転の２次の周波数成分を示すラインである。この解析結果からわかるように、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。
【００６３】
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ー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Ｖａ０および位相がずれたｃｏｓ成分Ｖａｋ（ｋ＝１、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。
【００６４】
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が、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成分から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】
2006097660.tif 000013
【００６５】
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、（２Ｎ／２Ｖｓ）を、予め決められた所定値として扱うことができる。
【００６６】
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Ｖｂ１およびＶｂ２、および筒内圧Ｐについてのフーリエ係数Ｐｂ１およびＰｂ２があればよい。
【００６７】
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、よっ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。
【００６８】
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いる。
【００６９】
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成分だけでなく、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】
2006097660.tif 000014
【００７０】
式（１３）の行程体積Ｖｓには、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。
【００７１】
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Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｂ１およびＶｂ２、および筒内圧Ｐについてのフーリエ係数Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐｂ１およびＰｂ２があればよい。
【００７２】
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の開始時点でゼロ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。
【００７３】
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】
2006097660.tif 000015
【００７４】
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、ｓｉｎ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がある。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。
【００７５】
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ｓｉｎ／ｃｏ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Ｖｂ１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Ｐｂ１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Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖａ１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Ｐｂ１、Ｐｂ２、Ｐａ１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。
【００７６】
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い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。
【００７７】
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。
【００７８】
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１ｃ（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Ｖｂ１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いては、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Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖａ１およびＶａ２がメモリ１ｃ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Ｖｂ１がメモリ１ｃ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１ｃを参照して、所望の成分につい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。
【００７９】
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いが、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（ａ１）および（ａ２）と、第２の状態（ｂ１）および（ｂ２）が示されている。（ａ１）および（ｂ１）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。
【００８０】
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、行程体積がＶｓ１であり、フーリエ係数Ｖｂ１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Ｖｂ１の値が約５．１である。
【００８１】
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１ｃ（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１ｃ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。
【００８２】
現在のエンジンの状態が、第１の状態と第２の状態の間にあるときは、たとえば、（ａ２）に示される行程体積Ｖｓおよびフーリエ係数Ｖｂ１の値と、（ｂ２）に示される行程体積Ｖｓおよびフーリエ係数Ｖｂ１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Ｖｂ１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。
【００８３】
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（ａ１）および（ａ２）と、第２の状態（ｂ１）および（ｂ２）と、第３の状態（ｃ１）および（ｃ２）が示されている。（ａ１）、（ｂ１）および（ｃ１）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。
【００８４】
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Ｖｓ１であり、所望される成分は、１次のｓｉｎ成分Ｖｂ１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Ｖｂ１、１次のｃｏｓ成分Ｖａ１、および２次のｃｏｓ成分Ｖａ２であり、それぞれの値は、約４．３、−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Ｖｂ１であり、その値は約５．１である。
【００８５】
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１ｃ（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１ｃ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】
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Ｖｓ１およびフーリエ係数Ｖｂ１、Ｖａ１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Ｖｂ１、Ｖａ１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Ｖｂ１、Ｖａ１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Ｖａ１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Ｖａ１、Ｖｂ１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Ｖａ１、Ｖｂ１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Ｖａ１およびＶａ２の値にはゼロを設定することができる。
【００８７】
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。
【００８８】
ＥＣＵ１のメモリ１ｃ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Ｖｓ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。
【００８９】
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Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖａ１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ｓｉｎ成分と、１次および２次のｃｏｓ成分と判断される。
【００９０】
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、Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｂ１およびＶｂ２が抽出される。
【００９１】
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い。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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（＝７２０／３０）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。
【００９５】
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、Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐｂ１およびＰｂ２を算出する。
【００９６】
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。
【００９７】
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い。
【００９８】
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。
【００９９】
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ーチャートである。このプロセスは、典型的には、メモリ１ｃ（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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１１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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
ステップＳ４において、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エ係数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。
【０１０４】
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】
2006097660.tif 000016
【０１０５】
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】
2006097660.tif 000017
【０１０６】
一例として、Ｖｂ１：Ｖｂ２＝１：０．２が、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）のように簡略化される。
【数１６】
2006097660.tif 000018
【０１０７】
式（１７）から明らかなように、Ｗは、筒内圧サンプルＰｎと、所定のｓｉｎ関数（ｓｉｎ（２π／Ｎ）ｎ＋０．２ｓｉｎ２（２π／Ｎ）ｎ）との相関係数Ｐｖに基づいている。行程体積Ｖｓおよびフーリエ係数Ｖｂ１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。
【０１０８】
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から開始する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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。したがって、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成分だけでなく、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。
【０１１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【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う、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、体積変化率についてのＦＦＴ解析結果を示す図。
【図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ャート。
【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】
【０１１３】
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
【図１】
2006097660.tif 000019
【図２】
2006097660.tif 000020
【図３】
2006097660.tif 000021
【図４】
2006097660.tif 000022
【図５】
2006097660.tif 000023
【図６】
2006097660.tif 000024
【図７】
2006097660.tif 000025
【図８】
2006097660.tif 000026
【図９】
2006097660.tif 000027
【図１０】
2006097660.tif 000028
【図１１】
2006097660.tif 000029
【図１２】
2006097660.tif 000030
【図１３】
2006097660.tif 000031