CN100545615C - 内燃机的做功量计算方法 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的做功量计算方法，在由于对缸内压数据进行滤波处理等而使缸内压数据发生相位延迟的情况下，可以在适当地补偿该相位延迟的同时，高精度地计算做功量参数。该方法按如下计算表示具有燃烧室(3b)的内燃机(3)的做功量的做功量参数(P_mi)。检测燃烧室(3b)内的压力，取得表示该所检测的压力的缸内压数据(P)。取得表示燃烧室(3b)的容积变化状态的容积变化率数据(dV)。对该所取得的容积数据(V)施行预定的第1滤波处理。根据所检测的缸内压数据(P)、以及对容积数据(V)施行第1滤波处理所获得的容积数据滤波值(VF)，计算做功量参数(P_mi)。

Description

内燃机的做功量计算方法

技术领域

本发明涉及计算表示内燃机的做功量的做功量参数，例如指示平均有效压力的内燃机做功量计算方法。

背景技术

作为以往的图示平均有效压力的计算方法，公知的是例如在特开平11-182319号公报中所公开的方法。在该计算方法中，如下计算图示平均有效压力。即，使用在内燃机的火花塞上所安装的压电元件类型的缸内压传感器，检测作为内燃机的燃烧室内压力的缸内压。然后，针对所检测的缸内压和燃烧室的容积变化率(以下简称为“容积变化率”)之积，通过将该积从内燃机活塞的上死点到下死点求积分后的值减去将该积从下死点到上死点求积分后的值，计算指示平均有效压力。

然而，在上述以往的计算方法中，所计算的指示平均有效压力有可能产生大的误差。即，由于从上述缸内压传感器输出的缸内压信号通常包含有噪声，因而当把基于这种缸内压信号的缸内压直接用于计算指示平均有效压力时，因该噪声影响而使所计算的指示平均有效压力有可能产生大的误差。

为了防止这种不利情况，考虑到：例如，通过使用具有较低截止频率的低通滤波器对缸内压信号进行滤波，去除缸内压数据中包含的噪声。然而，在此情况下，低通滤波器一般具有使滤波后的信号延迟的特性，并且该截止频率越低，该延迟就越大，因而上述滤波后的缸内压相对于实际缸内压产生较大的相位延迟。并且，指示平均有效压力由于根据缸内压和容积变化率的积来计算，因而可认为是缸内压和容积变化率的相关系数。而且，2个数据的相关系数具有当一个数据相对于另一数据的相位偏差增大时大幅变化的倾向。因此，如上所述，由于缸内压发生大的相位延迟，因而所计算的指示平均有效压力产生大的误差。

发明内容

本发明的目的是提供在由于对缸内压数据进行滤波处理等而使缸内压数据发生相位延迟的情况下，可以在适当地补偿该相位延迟的同时，高精度地计算做功量参数的内燃机做功量计算方法。

为了达到上述目的，在本发明的第1方式中，提供了一种内燃机的做功量计算方法，计算表示具有燃烧室的内燃机的做功量的做功量参数，该方法具有下述步骤：检测所述燃烧室内的压力，取得表示该检测压力的缸内压数据；取得表示所述燃烧室的容积的变化状态的容积数据；对该取得的容积数据进行预定的第1滤波处理；根据所述缸内压数据以及进行了所述第1滤波处理后的容积数据，计算所述做功量参数；按照预定的第1周期对所述缸内压数据进行采样；对该采样的缸内压数据进行预定的第2滤波处理；按照比所述第1周期长的预定的第2周期对进行了该第2滤波处理后的缸内压数据进行采样；以及将按照该预定的第2周期采样的缸内压数据用于计算所述做功量参数。

根据该内燃机的做功量计算方法，检测燃烧室内的压力，取得表示该检测压力的缸内压数据，并对表示燃烧室的容积变化状态的容积数据施行第1滤波处理。然后，根据施行了该第1滤波处理后的容积数据和前述缸内压数据，计算做功量参数。因此，在由于用于去除缸内压数据中的噪声的滤波处理、或者使用传感器检测缸内压时的传感器的响应延迟等而使缸内压数据发生相位延迟的情况下，例如，通过利用上述第1滤波处理，把与缸内压数据相同的相位延迟施加给容积数据，可消除缸内压数据和容积数据之间的相对相位偏差。这样，可以在适当地补偿缸内压数据的相位延迟的同时，高精度地计算做功量参数。

为了达到上述目的，在本发明的第2方式中，提供了一种内燃机的做功量计算方法，计算表示具有燃烧室的内燃机的做功量的做功量参数，该方法具有下述步骤：

检测所述燃烧室内的压力，取得表示该检测压力的缸内压数据；对预定的基准信号进行预定的第1滤波处理；根据所述缸内压数据以及进行了所述第1滤波处理后的基准信号，计算所述做功量参数；按照预定的第1周期对所述缸内压数据进行采样；对该采样的缸内压数据进行预定的第2滤波处理；按照比所述第1周期长的预定的第2周期对进行了该第2滤波处理后的缸内压数据进行采样；以及把按照该预定的第2周期采样的缸内压数据用于计算所述做功量参数。

根据该内燃机做功量计算方法，检测燃烧室内的压力，取得表示该检测压力的缸内压数据，并对预定的基准信号施行第1滤波处理。然后，根据施行了第1滤波处理后的基准信号和前述缸内压数据，计算做功量参数。因此，在由于滤波处理等而使缸内压数据发生相位延迟的情况下，例如，通过利用上述第1滤波处理，把与缸内压数据相同的相位延迟施加给基准信号，可消除缸内压数据和基准信号之间的相对相位偏差。这样，可以在适当地补偿缸内压数据的相位延迟的同时，高精度地计算做功量参数。

优选的是，前述方法还具有以下步骤：根据前述缸内压数据以及施行了前述第1滤波处理后的基准信号，计算前述缸内压数据和前述基准信号的相关系数；以及根据该所计算的相关系数，计算前述做功量参数。

根据该优选方式的结构，根据前述缸内压数据以及施行了第1滤波处理后的基准信号，计算缸内压数据和基准信号的相关系数，并根据所计算的相关系数，计算做功量参数。因此，在缸内压数据发生相位延迟的情况下，通过利用第1滤波处理，把与缸内压数据相同的相位延迟施加给基准信号，可消除缸内压数据和基准信号之间的相对相位偏差。这样，由于可以在适当地补偿缸内压数据的相位延迟的同时，适当地计算相关系数，因而可高精度地计算做功量参数。

根据上述内燃机做功量计算方法，对按照预定的第1周期采样的缸内压数据施行第2滤波处理，并按照比第1周期长的预定的第2周期对施行了该第2滤波处理后的缸内压数据进行采样。然后，根据按照该第2周期采样的缸内压数据和施行了第1滤波处理后的容积数据或基准信号，计算做功量参数。

在按照较长周期对缸内压数据进行采样时，由于缸内压数据内包含有各种频率成分，因而有时发生混叠。在此情况下，在采样的缸内压数据中，高于采样频率的1/2的频带成分与更低频带成分重叠，朝低频方向折叠。结果，由于所采样的缸内压数据失真，因而当根据这种缸内压数据计算做功量参数时，发生大的误差。

相对之下，根据本发明，在按照第2周期进行采样前，对缸内压数据施行第2滤波处理。在此情况下，例如，通过施行第2滤波处理，去除缸内压数据中与第2周期相当的频率的1/2以上的频带(以下称为“预定频带”)成分，在采样前预先去除预定频带成分。这样，即使按照发生混叠的比第1周期长的第2周期进行缸内压数据的采样，也能防止发生伴随该采样的混叠，可防止由此引起的缸内压数据的失真。

并且，例如可通过使用与第2滤波处理相同特性的滤波器进行第1滤波处理，把与缸内压数据相同的相位延迟施加给容积数据或基准信号，消除缸内压数据和容积数据或基准信号之间的相对相位偏差，从而对伴随第2滤波处理的缸内压数据的相位延迟进行适当的补偿。因此，在防止混叠发生，并可以在适当地补偿缸内压数据的相位延迟的同时，高精度地计算做功量参数。另外，在第2滤波处理中，如上所述，取代去除缸内压数据中与第2周期相当的频率的1/2以上的频带成分，只要不对做功量参数的计算结果产生混叠影响，可以去除比与第2周期相当的频率的1/2大的预定频率以上的频带成分。而且，通过把按照比第1周期长的第2周期所采样的缸内压数据用于计算做功量参数，可削减该运算所需要的数据数，可间除数据。因此，可减轻做功量参数的运算负荷。

附图说明

图1是表示计算装置和应用该计算装置的发动机的概略结构的图。

图2是表示用于对第1实施方式的指示平均有效压力的计算方法的概念进行说明的公式的图。

图3A和图3B是用于对第1实施方式的指示平均有效压力的计算方法的概念进行说明的图。

图4A和图4B是用于对第1实施方式的指示平均有效压力的计算方法的概念进行说明的其它的图。

图5是第1实施方式的计算装置的方框图。

图6A是表示缸内压滤波器的增益特性的图。

图6B是表示缸内压滤波器的相位特性的图。

图7是表示dV表的一例的图。

图8是表示用于计算傅里叶系数和指示平均有效压力的公式的图。

图9A是表示实际的指示平均有效压力、以及使用未施行滤波处理的cos波和sin波所计算的指示平均有效压力的图。

图9B是表示实际的指示平均有效压力、以及由计算装置所计算的指示平均有效压力的图。

图10是第2实施方式的计算装置的方框图。

图11是表示V表的一例的图。

图12是第3实施方式的计算装置的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的第1实施方式的内燃机的指示平均有效压力P_mi(做功量参数)的计算方法进行说明。图1示出使用本发明的计算方法计算指示平均有效压力P_mi的计算装置1和应用该计算装置1的内燃机(以下称为“发动机”)3的概略结构。计算装置1具有后述的ECU 2。该发动机3是在车辆(未作图示)上所装载的例如四冲程型汽油发动机。

在发动机3的气缸3a的气缸盖上安装有面对燃烧室3b的火花塞4。在该火花塞4上一体地安装有缸内压传感器11。该缸内压传感器11例如是压电元件类型的传感器，根据燃烧室3b内的压力(以下称为“缸内压”)的变化，压电元件(未作图示)位移，从而把表示缸内压的检测信号(以下称为“缸内压数据”)P输出到ECU 2。

在发动机3的曲轴3c上安装有磁转子12a。曲柄角传感器12由该磁转子12a和MRE传感器12b构成。曲柄角传感器12随着曲轴3c的旋转，把作为脉冲信号的第1CRK信号(第2周期)、第2CRK信号(第1周期)以及TDC信号全都输出到ECU 2。每到第1和第2预定曲柄角(例如各自为15°、1°)便分别输出第1和第2CRK信号。并且，每到气缸3a的活塞3d位于进气行程开始时的TDC(上死点)附近的预定曲柄角度便输出TDC信号。

ECU 2由包含I/O接口、CPU、RAM以及ROM等的微计算机构成。来自上述各种传感器11和12的输出在进行A/D转换和整形之后，分别通过I/O接口输入给CPU。CPU根据这些输入信号，按照在ROM内所存储的程序等计算指示平均有效压力P_mi。

下面，参照图2对本实施方式的指示平均有效压力P_mi的计算方法的概念进行说明。该图的式(1)是指示平均有效压力P_mi的一般计算式。该式中的V_s是发动机3的行程容积，dV是表示燃烧室3b的容积变化率的容积变化率数据(容积数据)。这样，把对缸内压数据P和燃烧室3b的容积变化率之积进行一周期积分、即在1个燃烧循环内求积分所得的值除以行程容积V_s，由此来计算指示平均有效压力P_mi。

并且，使用傅里叶级数展开，如图2的式(2)～(5)所示由各频率成分来表示容积变化率数据dV。式中，V_a0是容积变化率数据dV的振幅偏移部分，k是在容积变化率数据dV中包含的发动机3的旋转频率的整数倍的频率成分(以下称为“发动机转速的整数次成分”)的次数，ω是曲轴3c的角速度。并且，V_ak是容积变化率数据dV中的cos波成分中的发动机转速的整数次成分的傅里叶系数，V_bk是容积变化率数据dV中的sin波成分中的发动机转速的整数次成分的傅里叶系数，T是容积变化率数据dV的周期，等于1个燃烧循环所需要的时间。而且，当对该式(2)变形时，得到式(6)，当把该式(6)代入上述式(1)时，指示平均有效压力P_mi由式(7)来表示。式中，θ是曲柄角。并且，当展开该式(7)时，指示平均有效压力P_mi由式(8)来表示。

这里，缸内压数据P中的cos波成分和sin波成分中的发动机转速的整数次成分的傅里叶系数P_ak和P_bk(缸内压数据P和基准信号的相关系数)由式(9)和式(10)分别表示，并且容积变化率数据dV的振幅偏移部分V_a0大致为0值。考虑到这一点，当对上述式(8)变形时，指示平均有效压力P_mi由式(11)来表示。这里，式(9)和式(10)中的T是缸内压数据P的周期，等于1个燃烧循环所需要的时间。在本实施方式中，使用该式(11)计算指示平均有效压力P_mi。从该式可以明白，指示平均有效压力P_mi是根据缸内压数据P和容积变化率数据dV的傅里叶系数P_ak、P_bk和V_ak、V_bk来计算的。

这里，在上述式(9)和式(10)中，把用于计算缸内压数据P的傅里叶系数P_ak、P_bk的cos波和sin波总称为基准波X。并且，如图3A和3B所示，该基准波X和某个预定信号Y的相关系数Z，即，表示按照相同定时所获得的基准波X和信号Y之积在预定期间中的平均的值具有如下特性。即，相关系数Z在信号Y不发生相位延迟，并且不发生基准波X和信号Y之间的相对相位偏差的情况下，为图3B的实线所示的值。相对之下，在信号Y变成发生了相位延迟的信号Y’，并且发生了基准波X和信号Y’之间的相对相位偏差的情况下，为点划线所示的不同值。

而且，缸内压数据P的傅里叶系数P_ak、P_bk、如前述式(9)、(10)所计算的那样，可认为是缸内压数据P和基准波X的相关系数。因此，例如，通过对缸内压数据P施行用于去除噪声的滤波处理，在缸内压数据P发生相位延迟，并且发生了缸内压数据P和基准波X之间的相对相位偏差的情况下，傅里叶系数P_ak、P_bk发生变化。结果，根据傅里叶系数P_ak、P_bk所计算的指示平均有效压力P_mi产生误差。

并且，如图4A和B所示，上述相关系数Z在基准波X和信号Y发生相同相位延迟，并且各自变为基准波X’和信号Y’的情况下(图4B)，具有与在基准波X和信号Y不发生相位延迟的情况下(图4A)的值一致的特性。着眼于这一点，在本实施方式中，使用具有与对缸内压数据P进行滤波的滤波器相同特性的滤波器，对基准波X进行滤波，根据这些滤波后的缸内压数据P和基准波X，计算傅里叶系数P_ak、P_bk，并根据所计算的傅里叶系数P_ak、P_bk计算指示平均有效压力P_mi。这样，通过把与缸内压数据P相同的相位延迟施加给基准波X，在因滤波而发生缸内压数据P的相位延迟的情况下，可消除缸内压数据P和基准波X之间的相对相位偏差，因此，可以在适当地补偿缸内压数据P的相位延迟的同时，高精度地计算指示平均有效压力P_mi。

如图5所示，进行上述计算的计算装置1具有：缸内压滤波器21，cos波生成部22，cos波滤波器23，sin波生成部24，sin波滤波器25，容积变化率数据生成部26，以及指示平均有效压力计算部27。

缸内压滤波器21例如是低通滤波器，具有图6A和6B各自所示的增益特性和相位特性，该增益被设定成：当输入信号的频率比预定的截止频率fc低时，为0dB的值。并且，缸内压滤波器21通过对缸内压数据P(n)进行滤波以使比截止频率fc低的频带成分通过，生成缸内压滤波值PF(n)，并输出给指示平均有效压力计算部27。通过该滤波，充分去除在缸内压数据P(n)内所包含的噪声。具体地说，缸内压滤波值PF(n)由下式(12)来计算(生成)。

PF(n)＝a1×PF(n-1)+a2×PF(n-2)+……+ap×PF(n-p)+b0×P(n)

+b1×P(n-1)+……+bq×P(n-q)       ……(12)

式中，a1、a2、……ap、b0、b1……、以及bq是预定的滤波器系数。另外，n是采样编号，表示离散化的时间，带有采样编号n的各离散数据表示是每当第1CRK信号输入时所采样的数据。并且，采样编号n每当输入TDC信号时复位成值0，每当输入第1CRK信号时递增。即，采样编号n在1个燃烧循环中从值0变化到最大值47。

cos波生成部22由针对从值1到预定值K的各次数k生成前述基准波X中的cos波C_k(n)(基准信号)的1次cos波生成部22a～K次cos波生成部(未作图示)构成。另外，在本实施方式中，预定值K，即cos波生成部22的数量是根据指示平均有效压力P_mi的计算所需要的次数k的数量来设定的。并且，为了方便起见，图5仅示出1次cos波生成部22a。而且，cos波C_k(n)由下式(13)来计算(生成)，所生成的cos波C_k(n)被输出到cos波滤波器23和指示平均有效压力计算部27。

C_k(n)＝cosk×(2π/N)×n    ……(13)

式中，符号N是1个燃烧循环中的第1CRK信号的输入次数，即采样次数，是720/15＝48。

cos波滤波器23由与cos波生成部22相等数量的多个低通滤波器构成，各低通滤波器具有与前述缸内压滤波器21相同的特性。并且，在cos波滤波器23中，通过对cos波C_k(n)进行滤波以使比前述截止频率fc低的频带成分通过，生成cos波滤波器值C_kF(n)(施行了第1滤波处理后的基准信号)，并输出给指示平均有效压力计算部27。另外，为了方便起见，图5仅示出第1cos波滤波器23a。具体地说，cos波滤波值C_kF(n)由下式(14)来计算(生成)。

C_kF(n)＝a1×C_kF(n-1)+a2×C_kF(n-2)+……+ap×C_kF(n-p)+b0×C_k(n)

+b1×C_k(n-1)+……+bq×C_k(n-q)    ……(14)

sin波生成部24由针对从值1到前述预定值K的各次数k生成前述基准波X中的sin波S_k(n)(基准信号)的1次sin波生成部24a～K次sin波生成部(未作图示)构成。另外，这些1次sin波生成部24a～K次sin波生成部的数量与前述1次cos波生成部22a～K次cos波生成部相等。并且，为了方便起见，图5仅示出1次sin波生成部24a。而且，sin波S_k(n)由下式(15)来计算(生成)，所生成的sin波S_k(n)被输出到sin波滤波器25和指示平均有效压力计算部27。

S_k(n)＝sink×(2π/N)×n    ……(15)

sin波滤波器25由与sin波生成部24相等数量的多个低通滤波器构成，各低通滤波器与cos波滤波器23一样，具有与缸内压滤波器21相同的特性。并且，sin波滤波器25通过对sin波S_k(n)进行滤波以使比前述截止频率fc低的频带成分通过，生成sin波滤波器值S_kF(n)(施行了第1滤波处理后的基准信号)，并输出到指示平均有效压力计算部27。另外，为了方便起见，图5仅示出第1sin波滤波器25a。具体地说，sin波滤波器值S_kF(n)由下式(16)来计算(生成)。

S_kF(n)＝a1×S_kF(n-1)+a2×S_kF(n-2)+……+ap×S_kF(n-p)+b0×(S_k(n)

+b1×S_k(n-1)+……+bq×S_k(n-q)    ……(16)

容积变化率数据生成部26通过根据采样编号n检索图7所示的dV表，生成容积变化率数据dV(n)，并输出到指示平均有效压力计算部27。该表是对与活塞3d的运动对应的燃烧室3b的实际容积变化率进行表格化而得到的表，因此，容积变化率数据dV(n)被设定为大致正弦波状。具体地说，在该表中，当容积变化率数据dV(n)的采样编号n是值0(TDC信号输入时)时被设定为值0，当是相当于该TDC和下一BDC的大致中间的值n1时被设定为最大值dVmax，当是相当于该BDC的值n2时被设定为值0。并且，当是相当于该BDC的下一TDC(膨胀行程开始时)的大致中间的值n3时被设定为作为负值的最小值dVmin，当是相当于该TDC的值n4时被设定为值0。而且，在从该TDC到下次TDC信号输入时的值n4～值0之间，与上述值0～值n4的情况一样被设定。以上，可获得与实际的燃烧室3b的容积变化率一致的容积变化率数据dV(n)。

指示平均有效压力计算部27根据所输入的缸内压滤波值PF(n)、cos波C_k(n)、cos波滤波值C_kF(n)、sin波S_k(n)、sin波滤波值S_kF(n)、以及容积变化率数据dV(n)，计算指示平均有效压力P_mi。具体地说，首先，根据缸内压滤波值PF(n)、cos波滤波值C_kF(n)、以及sin波滤波值S_kF(n)，使用图8的式(17)和(18)计算缸内压数据P的傅里叶系数P_ak、P_bk。这些式(17)和(18)是把作为连续时间系公式的前述式(9)和(10)转换成离散时间系公式后的式。另外，在这些式(17)和(18)的运算结果中，仅剩有缸内压滤波值PF(n)、cos波滤波值C_kF(n)、以及sin波滤波值S_kF(n)的相同频率成分的乘法运算，不同频率成分的积没有影响。这从以下可以明白，即：在式(9)和(10)中，当对缸内压数据P进行傅里叶级数展开时，由于三角函数的正交性，使得相同频率成分的运算以外的是值0。

然后，根据容积变化率数据dV(n)、cos波C_k(n)、以及sin波S_k(n)，使用图8的式(19)和(20)计算容积变化率数据dV的傅里叶系数V_ak、V_bk。这些式(19)和(20)是把作为连续时间系公式的前述式(4)和(5)转换成离散时间系公式后的式子。在该情况的傅里叶系数V_ak、V_bk的运算结果中，与缸内压数据P的傅里叶系数P_ak、P_bk的运算情况一样，仅剩有容积变化率数据dV(n)、cos波C_k(n)、以及sin波S_k(n)的相同频率成分的乘法运算。然后，使用所计算的缸内压数据P以及容积变化率数据dV的傅里叶系数P_ak、P_bk和V_ak、V_bk，根据图8的式(21)计算指示平均有效压力P_mi。该式(21)是把作为连续时间系公式的前述式(11)转换成离散时间系公式后的式子。

图9A和9B把上述指示平均有效压力P_mi的计算结果连同比较例一起示出。图9A所示的比较例不施行滤波处理，而直接使用cos波C_k和sin波S_k来计算指示平均有效压力P_mi’。根据该结果，所计算的指示平均有效压力P_mi’由于缸内压滤波值PF与cos波C_k或sin波S_k的相位偏差，而成为比实际的指示平均有效压力P_mia大得多的值，产生非常大的误差。

相对之下，如图9B所示，由上述计算装置1所计算的指示平均有效压力P_mi与实际的指示平均有效压力P_mia大致一致，认为几乎没有误差。

如上所述，根据本实施方式，通过使用缸内压滤波器21对缸内压数据P进行滤波来生成缸内压滤波值PF，并通过使用具有与缸内压滤波器21相同特性的cos波和sin波滤波器23、25对cos波C_k和sin波S_k分别进行滤波，生成cos波滤波值C_kF和sin波滤波值S_kF。然后，根据缸内压滤波值PF以及cos波和sin波滤波值C_kF、S_kF计算傅里叶系数P_ak、P_bk、并根据所计算的傅里叶系数P_ak、P_bk计算指示平均有效压力P_mi。通过该滤波处理，不会发生缸内压滤波值PF与cos波和sin波滤波值C_kF、S_kF之间的相对相位偏差，可充分去除缸内压数据P中的噪声。因此，由于可以在排除噪声影响，并补偿缸内压滤波值PF的相位延迟的同时，适当地计算傅里叶系数P_ak、P_bk，因而可高精度地计算指示平均有效压力P_mi。

另外，可以使用针对各次数k不同的滤波器构成缸内压滤波器21以及cos波和sin波滤波器23、25。例如，在次数k低的情况下，使用截止频率低的滤波器，在次数k高的情况下，使用截止频率较高的滤波器和带通滤波器等。特别是，如前所述，在本实施方式中，根据前述式(17)和(18)的运算结果，由于仅剩有缸内压滤波值PF(n)以及cos波和sin波滤波值C_kF(n)、S_kF(n)的相同频率成分的乘法运算，因而如上所述，通过构成各滤波器21、23、25，仅抽出缸内压数据P中的所需要的带宽成分，从而能可靠且充分地去除噪声，因此，可更高精度计算指示平均有效压力P_mi。并且，在此情况下，就各次数k来说，通过使用具有相同特性的滤波器构成缸内压滤波器21以及cos波和sin波滤波器23、25，可以在可靠地排除噪声影响，并补偿缸内压滤波值PF的相位延迟的同时，更高精度地计算指示平均有效压力P_mi。

并且，在本实施方式中，把cos波生成部22和sin波生成部24的数量设定为相等，然而也可以使两者的数量不同。而且，在本实施方式中，通过运算求出容积变化率数据dV的傅里叶系数V_ak、V_bk，然而取而代之，可以通过实验等预先求出这些傅里叶系数，并设定成表，通过检索该表来求出。

并且，在前述式(21)中，用于计算指示平均有效压力P_mi的傅里叶系数P_ak、P_bk、V_ak、V_bk的次数k的数量可任意设定。例如，从前述dV表可以明白：由于容积变化率数据dV仅由大致sin波成分构成等，因而高次成分的傅里叶系数P_ak、P_bk、V_ak、V_bk大致为值0。因此，即使在使用次数k＝2，即2次成分之前的傅里叶系数P_ak、P_bk、V_ak、V_bk的情况下，也能高精度地计算指示平均有效压力P_mi。而且，在此情况下，可以仅使用缸内压数据P的sin波成分的1次和2次傅里叶系数P_b1、P_b2来计算指示平均有效压力P_mi。

下面，对根据本发明的第2实施方式的指示平均有效压力P_mi的计算方法进行说明。在本实施方式中，指示平均有效压力P_mi的计算与上述第1实施方式不同，不使用傅里叶系数P_ak、P_bk、V_ak、V_bk，而根据前述式(1)来进行。首先，对本实施方式的计算方法的概念进行说明。

如前所述，某2个信号α、β的相关系数γ表示按照相同定时所获得的信号α和信号β的积在预定期间中的平均值，由下式(22)来表示。

$\mathrm{\γ}=\frac{1}{M}\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\{\mathrm{\α}\left(m\right)\×\mathrm{\β}\left(m\right)\}...\left(22\right)$

式中，m是采样编号，M是上述预定期间中的采样数。

相对之下，当使用前述采样编号n和符号N来使式(1)变形时，得到下式(23)。

$P_{\mathrm{mi}}=\frac{1}{V_s}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}P\left(n\right)\{V\left(n\right)-V(n-1)\}...\left(23\right)$

式中，V是表示燃烧室3b的容积的容积数据。由于该式(23)中的{V(n)-V(n-1)}等于容积变化率数据dV(n)，因而式(23)可变形为下式(24)。

$P_{\mathrm{mi}}=\frac{1}{V_s}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}P\left(n\right)\mathrm{dV}\left(n\right)...\left(24\right)$

从该式(24)可以明白，指示平均有效压力P_mi的计算式可认为是缸内压数据P和容积变化率数据dV的相关系数的计算式。因此，在本实施方式的计算装置31中，应用第1实施方式的计算方法的概念，使用具有与对缸内压数据P进行滤波的滤波器相同特性的滤波器，对容积数据V进行滤波，使用这些滤波后的缸内压数据P和容积数据V，根据上述式(23)计算指示平均有效压力P_mi。这样，通过把与缸内压数据P相同的相位延迟施加给容积数据V，可消除缸内压数据P和容积数据V之间的相对相位偏差，因此，可以在合适补偿缸内压数据P的相位延迟的同时，高精度地计算指示平均有效压力P_mi。

下面，参照图10对用于进行上述计算的计算装置31进行说明。计算装置31具有：缸内压滤波器31a，容积数据生成部31b，容积数据滤波器31c，以及指示平均有效压力计算部31d。

缸内压滤波器31a例如是低通滤波器，为了去除缸内压数据P(i)中的噪声，通过对缸内压数据P(i)进行滤波以使比预定的截止频率fc’低的频带成分通过，生成缸内压滤波值PF(i)，并输出到指示平均有效压力计算部31d。具体地说，缸内压滤波值PF(i)由下式(25)来计算(生成)。

PF(i)＝c1×PF(i-1)+c2×PF(i-2)+……+cp×(PF(i-p)+d0×P(i)

+d1×P(i-1)+……+dq×p(i-q)      ……(25)

式中，c1、c2、……cp、d0、d1……、以及dq是预定的滤波器系数。并且，i是采样编号，表示离散化的时间，带有采样编号i的各离散数据表示是每当第2CRK信号输入时，即每当曲柄角为1°时所采样的数据。而且，采样编号i每当输入TDC信号时复位成值0，每当输入第2CRK信号时递增。即，采样编号i在1个燃烧循环中从值0变化到最大值719。

容积数据生成部31b通过根据采样编号i检索图11所示的V表，生成容积数据V(i)，并输出到容积数据文件夹31c。该表是对与活塞3d的运动对应的燃烧室3b的实际容积进行表格化而得到的表，因此，容积数据V(i)被设定为大致余弦波状。具体地说，在V表中，容积数据V(i)当采样编号i是值0(TDC信号输入时)时被设定为最小值Vmin，当是相当于该TDC的下一BDC的值i1时被设定为最大值Vmax，当是相当于该BDC的下一TDC(膨胀行程开始时)的值i2时被设定为最小值Vmin。并且，在从该TDC到下次TDC信号输入时的值i2～值0之间，与上述值0～值i2的情况一样被设定。而且，最小值Vmin被设定为当活塞3d位于TDC时的燃烧室3b的容积，最大值Vmax被设定为当活塞3d位于BDC时的燃烧室3b的容积。如上所述，可获得与实际的燃烧室3b的容积一致的容积数据V(i)。

容积数据滤波器31c是具有与前述缸内压滤波器31a相同特性的低通滤波器。并且，容积数据滤波器31c通过对所输入的容积数据V(i)进行滤波以使比前述截止频率fc’低的频带成分通过，生成容积数据滤波值VF(i)(施行了第1滤波处理后的容积数据)，并输出到指示平均有效压力计算部31d。具体地说，容积数据滤波值VF(i)使用下式(26)来计算(生成)。

VF(i)＝c1×VF(i-1)+c2×VF(i-2)+……+cp)(VF(i-p)+d0×V(i)

+d1×V(i-1)+……+dq)(V(i-q)       ……(26)

指示平均有效压力计算部31d使用所输入的缸内压滤波值PF(i)和容积数据滤波值VF(i)，根据下式(27)计算指示平均有效压力P_mi。

$P_{\mathrm{mi}}=\frac{1}{V_s}\underset{i=0}{\overset{I-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{PF}\left(i\right)\{\mathrm{VF}\left(i\right)-\mathrm{VF}(i-1)\}...\left(27\right)$

式中，符号I是1个燃烧循环中的第2CRK信号的输入次数，即采样次数，为720。

如上所述，根据本实施方式，通过使用缸内压滤波器31a对缸内压数据P进行滤波，生成缸内压滤波值PF，通过使用具有与缸内压滤波器31a相同特性的容积数据滤波器31c对容积数据V进行滤波，生成容积数据滤波值VF。然后，根据缸内压滤波值PF和容积数据滤波值VF计算指示平均有效压力P_mi。通过该滤波处理，不会发生缸内压数据P和容积数据V之间的相对相位偏差，可充分去除缸内压数据P中的噪声。因此，与前述第1实施方式一样，可以在排除噪声影响、并补偿缸内压滤波值PF的相位延迟的同时，高精度地计算指示平均有效压力P_mi。

另外，在本实施方式中，对容积数据V进行了滤波，然而取而代之，可以对根据容积数据V所求出的容积变化率数据dV进行滤波。在此情况下，可同样取得上述本实施方式的效果。

下面，参照图12对使用本发明的第3实施方式的计算方法计算指示平均有效压力P_mi的计算装置41进行说明。在本实施方式中，与上述第2实施方式不同，把每当输出第1CRK信号时下采样(down sampling)的缸内压滤波值PF和容积数据滤波值VF用于计算指示平均有效压力P_mi。在该图中，对于与第2实施方式的计算装置31相同的结构要素，使用相同符号来表示。以下，以与第2实施方式的不同点为中心进行说明。

在计算装置41中，首先，在采样器41a中，每当输入前述第2CRK信号时，即每当曲柄角为1°时对缸内压数据P进行采样，并把采样的缸内压数据P(i)输出到缸内压滤波器31a。缸内压滤波器31a如前所述生成缸内压滤波值PF(i)(施行了第2滤波处理后的缸内压数据)，并输出到向下采样器41b。

下采样器41b通过每当输入第1CRK信号时，即按照比采样器41a长的周期对所输入的缸内压滤波值PF(i)进行下采样来间除，并把下采样的缸内压滤波值PF(n)(按照第2周期所采样的缸内压数据)输出到后述的指示平均有效压力计算部41d。

并且，前述缸内压滤波器31a的截止频率fc’被设定为小于等于下采样器41b中的采样频率(以下称为“下采样频率”)的1/2的值。结果，在由下采样器41b进行下采样之前，当生成缸内压滤波值PF(i)时，缸内压数据P(i)中的大于等于下采样频率的1/2的频带成分被去除。

另一方面，在采样器41c中，如前所述，每当输入第1CRK信号时对由容积数据滤波器31c所生成的容积数据滤波值VF(i)进行采样，并把所采样的容积数据滤波值VF(n)输出到指示平均有效压力计算部41d。

然后，在指示平均有效压力计算部41d中，根据所输入的缸内压滤波值PF(n)和容积数据滤波值VF(n)，使用下式(28)计算指示平均有效压力P_mi。

$P_{\mathrm{mi}}=\frac{1}{V_s}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{PF}\left(n\right)\{\mathrm{VF}\left(n\right)-\mathrm{VF}(n-1)\}...\left(28\right)$

如上所述，根据本实施方式，在每当输入第1CRK信号时对缸内压数据P进行下采样之前，通过使用缸内压滤波器31a进行滤波，预先去除大于等于下采样频率的1/2的频带成分。这样，即使对缸内压滤波值PF进行下采样，也能防止伴随于此的混叠发生，可防止由此引起的缸内压滤波值PF的失真。

并且，与第2实施方式一样，由于使用具有与缸内压滤波器31a相同特性的容积数据滤波器31c对容积数据V进行滤波，因而可消除缸内压滤波值PF和容积数据滤波值VF的相对相位偏差，这样可适当补偿缸内压滤波值PF的相位延迟。因此，可以在防止混叠发生，并适当补偿缸内压滤波值PF的相位延迟的同时，高精度地计算指示平均有效压力P_mi。而且，由于将每当输出第1CRK信号时下采样的缸内压滤波值PF(n)用于计算指示平均有效压力P_mi，因而可削减该运算所需要的数据数，可间除数据。因此，可减轻指示平均有效压力P_mi的运算负荷。

另外，在本实施方式中，由于把与缸内压数据P相同的相位延迟施加给容积数据V，因而每当输出第2CRK信号时，生成容积数据V，并使用容积数据滤波器31c进行了滤波，然而取而代之，可以每当输出第1CRK信号时，生成容积数据V，并使用具有与缸内压滤波器31a相同特性的滤波器进行滤波。

并且，在本实施方式中，对容积数据进行了滤波，然而取而代之，可以对根据容积数据V所求出的容积变化率数据dV进行滤波。而且，在本实施方式中，缸内压滤波器31a的截止频率fc’被设定为小于等于下采样频率的1/2的值，然而不限于此，只要不对指示平均有效压力P_mi的计算结果产生混叠影响，可以设定为大于等于下采样频率的1/2的值。并且，在第1实施方式中，与本实施方式一样，当然可以在每当输出第1CRK信号时对缸内压数据P进行采样之前，通过使用缸内压滤波器21进行滤波，防止混叠发生。

另外，本发明不限于所说明的实施方式，可采用各种方式来实施。例如，在所说明的实施方式中，构成为使缸内压滤波器21、cos波和sin波滤波器23、25、以及缸内压滤波器31a和容积数据滤波器31c相互具有相同特性，然而取而代之，可以构成为具有大致相同的特性。在此情况下，可大致同样获得前述实施方式的效果。并且，在实施方式中，作为对缸内压数据P施行滤波处理的滤波器，使用低通滤波器，然而取而代之，可以使用使从大致值0到预定低频的频带成分通过的带通滤波器。

而且，实施方式是对缸内压数据P施行滤波处理的情况的例，然而在不施行这种对缸内压数据P的滤波处理的情况下，也可以对cos波C_k、sin波S_k以及容积数据V施行滤波处理。在此情况下，优选的是，把与由缸内压数据P的滤波处理以外的原因，例如缸内压传感器11的响应延迟所产生的缸内压数据P的相位延迟相同的相位延迟施加给前述波C_k、S_k以及容积数据。这样，可以在适当地补偿由缸内压数据P的滤波处理以外的原因引起的缸内压数据P的相位延迟的同时，高精度地计算指示平均有效压力P_mi。并且，在实施方式中，作为做功量参数，计算了指示平均有效压力P_mi，然而不限于此，可以根据所计算的指示平均有效压力P_mi计算指示输出和发动机3的转矩。而且，实施方式是把本发明应用于在车辆上所装载的发动机3的例子，然而本发明不限于此，可应用于包含将曲轴配置在垂直方向的船外机等船舶推进机用发动机的各种产业用的内燃机。

以上是本发明的优选实施方式的说明，本行业人员可以理解的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种变更。

Claims (3)

1.一种内燃机的做功量计算方法，计算表示具有燃烧室的内燃机的做功量的做功量参数，该方法具有下述步骤：

检测所述燃烧室内的压力，取得表示该检测压力的缸内压数据；

取得表示所述燃烧室的容积的变化状态的容积数据；

对该取得的容积数据进行预定的第1滤波处理；

根据所述缸内压数据以及进行了所述第1滤波处理后的容积数据，计算所述做功量参数；

按照预定的第1周期对所述缸内压数据进行采样；

对该采样的缸内压数据进行预定的第2滤波处理；

按照比所述第1周期长的预定的第2周期对进行了该第2滤波处理后的缸内压数据进行采样；以及

将按照该预定的第2周期采样的缸内压数据用于计算所述做功量参数。

2.一种内燃机的做功量计算方法，计算表示具有燃烧室的内燃机的做功量的做功量参数，该方法具有下述步骤：

检测所述燃烧室内的压力，取得表示该检测压力的缸内压数据；

对预定的基准信号进行预定的第1滤波处理；

根据所述缸内压数据以及进行了所述第1滤波处理后的基准信号，计算所述做功量参数；

按照预定的第1周期对所述缸内压数据进行采样；

对该采样的缸内压数据进行预定的第2滤波处理；

按照比所述第1周期长的预定的第2周期对进行了该第2滤波处理后的缸内压数据进行采样；以及

把按照该预定的第2周期采样的缸内压数据用于计算所述做功量参数。

3.根据权利要求2所述的方法，还具有以下步骤：

根据所述缸内压数据以及进行了所述第1滤波处理后的基准信号，计算所述缸内压数据和所述基准信号的相关系数；以及

根据该计算的相关系数，计算所述做功量参数。

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