(57)【要約】【課題】本発明は、採取したイオン電流からエンジンの有効仕事量を推定する有効仕事量推定装置および有効仕事量推定方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による有効仕事量推定装置は、エンジン１におけるイオン電流と筒内圧波形との対応を予め学習した内容を記録する記録手段５と、測定対象のエンジンからイオン電流の標本を採取するイオン電流採取手段２と、記録手段５に記録された学習内容に基づいて、イオン電流採取手段２で採取したイオン電流から筒内圧波形を演算する筒内圧波形演算手段３と、筒内圧波形演算手段３によって求められた筒内圧波形から有効仕事量を算出する有効仕事量算出手段４とを備える。【選択図】図１
2009144541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにおけるイオン電流と筒内圧波形との対応を予め学習した内容を記録する記録手段と、
測定対象のエンジンからイオン電流の標本を採取するイオン電流採取手段と、
前記記録手段に記録された学習内容に基づいて、前記イオン電流採取手段で採取した前記イオン電流から筒内圧波形を演算する筒内圧波形演算手段と、
前記筒内圧波形演算手段によって求められた前記筒内圧波形から有効仕事量を算出する有効仕事量算出手段と、
を備える、エンジンの有効仕事量推定装置。
【請求項２】
前記記録手段では、前記イオン電流と前記筒内圧波形とのそれぞれの標本から得た特異値ベクトルと、該特異値ベクトルに対する前記それぞれの標本の特異値成分間の対応とが記録される、請求項１に記載のエンジンの有効仕事量推定装置。
【請求項３】
（ａ）エンジンにおけるイオン電流と筒内圧波形との対応を予め学習して記録する工程と、
（ｂ）測定対象のエンジンからイオン電流の標本を採取する工程と、
（ｃ）前記工程（ａ）で記録された学習内容に基づいて、前記工程（ｂ）にて採取した前記イオン電流の標本から筒内圧波形を演算する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）にて求められた前記筒内圧波形から有効仕事量を算出する工程と、
を備える、エンジンの有効仕事量推定方法。
【請求項４】
前記工程（ａ）では、前記イオン電流と前記筒内圧波形とのそれぞれの標本から得た特異値ベクトルと、該特異値ベクトルに対する前記それぞれの標本の特異値成分間の対応とが記録される、請求項３に記載のエンジンの有効仕事量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの有効仕事量を推定する装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンにおいて、エンジンの点火ごとに発生するトルクはまちまちである。そのため、エンジンの動作を制御する上でエンジンの状態を知ることが重要となる。従来のエンジンの状態を知る方法としては、エンジンの点火プラグに流れるイオン電流を採取してエンジンの状態を調べる方法がある。例えば、特許文献１は、計測したイオン電流からエンジンの燃焼室内の空気／燃料比を推定する方法を開示している。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９３３１５号公報（第５頁、第１９−２５行、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、イオン電流から空気／燃料比を推定することは可能であるが、エンジンの有効仕事量を推定することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、採取したイオン電流からエンジンの有効仕事量を推定する有効仕事量推定装置および有効仕事量推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明による有効仕事量推定装置は、エンジンにおけるイオン電流と筒内圧波形との対応を予め学習した内容を記録する記録手段と、測定対象のエンジンからイオン電流の標本を採取するイオン電流採取手段と、記録手段に記録された学習内容に基づいて、イオン電流採取手段で採取したイオン電流から筒内圧波形を演算する筒内圧波形演算手段と、筒内圧波形演算手段によって求められた筒内圧波形から有効仕事量を算出する有効仕事量算出手段とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、記録手段はエンジンにおけるイオン電流と筒内圧波形との対応を予め学習した内容を記録し、イオン電流採取手段は測定対象のエンジンからイオン電流の標本を採取し、筒内圧波形演算手段は記録手段に記録された学習内容に基づいて、イオン電流採取手段で採取したイオン電流から筒内圧波形を演算し、有効仕事量算出手段は筒内圧波形演算手段によって求められた筒内圧波形から有効仕事量を算出するので、採取したイオン電流からエンジンの有効仕事量を推定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
図１は、本発明の実施形態による、エンジンの有効仕事量推定装置のブロック図である。図１に示すように、本実施形態によるエンジンの有効仕事量推定装置は、エンジン１、イオン電流採取手段２、筒内圧波形演算手段３、有効仕事量算出手段４、記録手段５から構成される。なお、筒内圧波形演算手段３および有効仕事量算出手段４は、マイクロコンピュータにより構成されてもよい。
記録手段５は、エンジン１におけるイオン電流と筒内圧波形との対応を予め学習した内容を記録する。
イオン電流採取手段２は、測定対象のエンジン１からイオン電流の標本を採取する。
筒内圧波形演算手段３は、記録手段５に記録された学習内容に基づいて、イオン電流採取手段２で採取したイオン電流から筒内圧波形を演算する。
有効仕事量算出手段４は、筒内圧波形演算手段３によって求められた筒内圧波形から有効仕事量を算出する。
記録手段５では、イオン電流と筒内圧波形とのそれぞれの標本から得た特異値ベクトルと、該特異値ベクトルに対するそれぞれの標本の特異値成分間の対応が記録される。
【０００９】
以下、図１に示すエンジンの有効仕事量推定装置における処理について説明する。
まず、本発明による有効仕事量推定装置をエンジンに搭載するための準備として、エンジン気筒内におけるイオン電流と筒内圧との統計的対応を記録しておく。ここで、筒内圧の計測には、学習用の筒内圧センサをエンジンに搭載して用いる。
【００１０】
図２は、本発明の実施形態１による、イオン電流と筒内圧波形との統計的対応を学習する際の処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１１では、十分な種類のエンジン１の運転条件において、エンジン１の気筒内で同時に発生するイオン電流および筒内圧波形の標本を、十分に大きな数（以下、Ｍと表す）の統計標本として採取する。各標本は、エンジン１のクランク角度に対するベクトルとして採取している。なお、イオン電流の検出には、例えば、特許第２５３６３５３号公報に記載の方法など公知のものを用いてもよい。
【００１１】
ステップＳ１２において、ステップＳ１１にて採取したイオン電流と筒内圧波形の各標本から行列Ｉ、Ｐを作成する。具体的には、離散化されたクランクの標本採取角度θn（例えば、θn＝（ｎ−１６）°（ｎ＝１、・・・、６１）とする）、各標本採取角度θnにおける第ｍ番目（ｍ＝１、・・・、Ｍ）のイオン電流の標本値と筒内圧の標本値の、各平均波形からの差分値をそれぞれＩmn、Ｐmnとし、Ｉmn、Ｐmnをｍ行ｎ列の成分とする行列Ｉ、Ｐを作成する。行列Ｉ、Ｐの作成において、Ｍ行Ｍ列の直交行列ＵI、ＵP、Ｍ行Ｎ列の行列ΣI、ΣP、Ｎ行Ｎ列の直交行列ＶI、ＶPが存在し、各々の行列の特異値分解として以下に示す式（１）、式（２）を表すことができる。
Ｉ＝ＵIΣIＶIT  ・・・（１）
Ｐ＝ＵPΣPＶPT  ・・・（２）
【００１２】
ここで、例えば、行列Ａに対して、ＡTはその転置行列を表す。また、特異値分解の演算には、例えば、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｈ．Ｐｒｅｓｓ、外３名著、丹慶勝市、外３名訳、「ニューメリカルレシピ・イン・シー」、技術評論社、１９９３年、ｐ.８１−８４  など公知のものを用いてもよい。
【００１３】
式（１）および式（２）から得られた行列ＶI、ＶPの各々の列をベクトルとみなし、右特異値ベクトルＶI1、・・・、ＶIN、およびＶP1、・・・、ＶPNを定義する。すなわち、ＶI＝（ＶI1、・・・、ＶIN）、ＶP＝（ＶP1、・・・、ＶPN）となる。
【００１４】
図３は、本発明の実施形態による筒内圧波形の標本から得られた右特異値ベクトルの一例を示す図である。図３に示すように、あるエンジンの運転状態において、クランク角ごとに筒内圧の標本を採取し、集めた標本について特異値分解することによって、標本数分の筒内圧波形と同じ数の次元の特異値ベクトルが得られる。
【００１５】
特異値分解して得られた標本数分の特異値ベクトルのうち、影響が大きいものから上位４つ（１次〜４次）を選択して図３に示している。これら１次〜４次の特異値ベクトルで、筒内圧波形の大小、ピーク位置の前後、ピーク付近の尖度の大小を近似可能なため、本実施形態では４つの特異値ベクトルを用いているが、４つの特異値ベクトルに限らず４つ以上あるいは以下であってもよい。なお、イオン電流についても同様の方法で得られる。
特異値分解によって得られた特異値ベクトルは、不揮発メモリ等の記録媒体（記録手段５）に記憶される。なお、記録媒体、記録方法は、公知のものを用いてもよい。
【００１６】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で求めた右特異値ベクトルに対する行列積により、イオン電流と筒内圧波形の標本の特異値成分を求める。特異値成分を求める演算を式（３）および式（４）に示す。
ｘn＝Ｉ・ＶIn  （ｎ＝１、・・・、Ｎ）  ・・・（３）
ｙn＝Ｐ・ＶPn  （ｎ＝１、・・・、Ｎ）  ・・・（４）
【００１７】
上記式（３）および式（４）での演算によって、ステップＳ１１にてクランク角度に対するベクトルとして採取されたイオン電流と筒内圧波形とは、イオン電流と筒内圧波形の特異値ベクトルに対する成分ベクトルに各々変換される。
【００１８】
ステップＳ１４では、イオン電流の標本の特異値成分と筒内圧波形の標本の特異値成分との成分ベクトル間の統計的対応を学習する。なお、学習方法には、例えば、伊理正夫著、「岩波講座  応用数学II  ［基礎１］  線形代数II」、岩波書店、１９９４年８月、ｐ．１７３−１７６  に記載の最小二乗法など公知のものを用いてもよい。
ステップＳ１４にて学習した結果は不揮発メモリなどの記録媒体（記録手段５）に記録される。なお、記録媒体、記録方法は、公知のものを用いてもよい。
【００１９】
次に、本発明による図１の有効仕事量推定装置をエンジンに搭載した場合において、測定対象となるエンジン１から実際に採取したイオン電流から筒内圧波形を推定する。このとき、筒内圧センサはエンジン１に搭載されていない。
【００２０】
図４は、本発明の実施形態による、実際に採取したイオン電流から筒内圧波形を推定する際の図１の有効仕事量推定装置による処理手順を示すフローチャートである。
【００２１】
ステップＳ２１では、エンジン１の有効仕事量を推定するために、イオン電流の標本をイオン電流採取手段２での計測により採取する。このときの採取方法は、前述した公知のものを用いてもよい。
ステップＳ２２では、ステップＳ１２にて記録手段５に記録したイオン電流の右特異値ベクトルに対する、ステップＳ２１にて採取したイオン電流の標本の特異値成分を筒内圧波形演算手段にて演算する。なお、特異値成分の演算方法は、ステップＳ１３での演算と同様でよい。
【００２２】
ステップＳ２３では、ステップＳ１４において記録手段５に記録された統計的学習結果に基づき、ステップＳ２２にて演算されたイオン電流の標本の特異値成分に対応する筒内圧波形を筒内圧波形演算手段３での演算により推定する。すなわち、ステップＳ２２にて演算されたイオン電流の標本の特異値成分に対応する筒内圧波形の特異値成分を記録手段５から求め、求められた筒内圧波形の特異値成分から筒内圧波形を筒内圧波形演算手段３による演算によって推定する。
ステップＳ２４では、ステップＳ２３にて推定された筒内圧波形から有効仕事量算出手段４によって有効仕事量を算出する。算出方法は、公知の方法を用いてよい。
【００２３】
図５は、本発明の実施形態による、実際に採取したイオン電流から推定した筒内圧波形と実測した筒内圧波形との比較の一例を示す図である。図４に示すように、エンジンの動作が同一の条件下において、採取したイオン電流から統計的対応によって得られた筒内圧波形と、エンジン気筒内を筒内圧センサで測定した筒内圧波形とを比較すると、ほぼ同様であることが分かる。
【００２４】
なお、本発明の実施形態では、採取したイオン電流から筒内圧波形を推定し、筒内圧波形からエンジンの有効仕事量を算出したが、有効仕事量だけでなくその他にも利用可能である。
【００２５】
以上のことから、エンジン気筒内におけるイオン電流と有効仕事量との統計的対応を予め学習し記録しておくことによって、実際に採取したイオン電流からエンジンの有効仕事量を推定するという、従来にない顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態による、エンジンの有効仕事量推定装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による、イオン電流と筒内圧波形との統計的対応を学習するフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態による、筒内圧波形の標本から得られた特異値ベクトルの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、実際に採取したイオン電流から筒内圧波形を推定するフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態による、実際に採取したイオン電流から推定した筒内圧波形と実測した筒内圧波形との比較例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  エンジン、２  イオン電流採取手段、３  筒内圧波形演算手段、４  有効仕事量算出手段、５  記録手段。
【図１】
2009144541.tif 000003
【図２】
2009144541.tif 000004
【図３】
2009144541.tif 000005
【図４】
2009144541.tif 000006
【図５】
2009144541.tif 000007