JP2016070257A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数気筒を有する内燃機関に於いて、気筒毎の燃焼状態を精度良く推定することのできる内燃機関の制御装置を提供する【解決手段】燃焼状態の推定対象である内燃機関の１つ又は複数の気筒を挟んでクランクシャフトの角度位置を検出するように第１のクランク角度センサ及び第２のクランク角度センサを配設し、これらのクランク角度センサから求めたクランク角度位置とクランク角加速度に基づいて、各気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度を推定することにより燃焼気筒のトルクを推定する。【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置、更に詳しくは、内燃機関の気筒内圧力を推定して燃焼状態を最適化するようにした内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の燃費性能やエミッション性能を良好にする上では、内燃機関の燃焼状態を計測し、その計測結果をフィードバックさせて制御する方法が有効である。そのためには内燃機関の燃焼状態を正確に計測することが重要である。内燃機関の燃焼状態は筒内圧力を計測することにより、正確に計測できることが広く知られている。従来では、例えば特許文献１に、クランク角度センサの出力信号から燃焼状態を推定する燃焼状態推定装置が開示されている。

特許第５０２６３３４号公報

しかしながら、複数気筒を有する内燃機関では、これら複数気筒の燃焼ガス圧トルクが間欠的にクランクシャフトに伝達される。一方で、クランクシャフトは剛体ではなく弾性体であることから、クランクシャフトに捩り振動が発生する。従って、クランク角度センサで計測されるクランクシャフトのクランク角度位置、及びこのクランク角度位置が制御装置に入力された時刻から算出したクランク角速度、クランク角加速度は、それぞれ捩り振動の影響を受けることになる。特許文献１では、クランクシャフトを剛体として扱っているため、クランクシャフト上に捩り振動が発生する条件下に於いては、計測される燃焼状態は必ずしも正確ではない。

この発明は、従来の内燃機関の制御装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたものであり、複数気筒を有する内燃機関に於いて、気筒毎の燃焼状態を精度良く推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

この発明による内燃機関の制御装置は、
クランクシャフトに連結された複数の気筒を備えた内燃機関の制御装置であって、
燃焼状態の推定対象である前記気筒のうちの１つ以上の気筒を前記クランクシャフトの軸方向に挟んで、前記クランクシャフトの軸方向の異なる位置に於けるクランク角度位置を検出する第１のクランク角度センサ、及び第２のクランク角度センサと、
前記第１のクランク角度センサから入力された第１のクランク角度位置と前記第１のクランク角度位置が入力された時刻と、前記第２のクランク角度センサから入力された第２のクランク角度位置と前記第２のクランク角度位置が入力された時刻をそれぞれ記憶するクランク角信号入力時刻記憶手段と、
前記クランク角信号入力時刻記憶手段に記憶された時刻データに基づいて、前記第１のクランク角度位置に対応する第１のクランク角加速度と、前記第２のクランク角度位置に対応する第２のクランク角加速度とを算出するクランク角加速度算出手段と、
前記第１のクランク角度位置と前記第１のクランク角加速度と前記第２のクランク角度位置と前記第２のクランク角加速度とに基づいて、前記複数の気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度を推定するクランク角度情報推定手段と、 前記クランクシャフトに連結されたカムシャフトのカム角度を検出するカム角度センサと、
前記カム角度センサからのカム角度信号に基づいて、前記複数の気筒のうちの燃焼状態にある燃焼気筒を判別する燃焼気筒判別手段と、
前記燃焼気筒以外の気筒の推定トルクを設定する非燃焼気筒トルク設定手段と、
前記クランク角度情報推定手段により推定された前記複数の気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度に基づいて、前記燃焼気筒のトルクを推定する燃焼気筒トルク推定手段と、
燃焼気筒トルク推定手段により推定したトルクに基づいて、前記燃焼気筒の気筒内圧力を推定する燃焼気筒内圧力推定手段と、
を備えたことを特徴とする。

この発明による内燃機関の制御装置によれば、燃焼状態の推定対象である気筒のうちの１つ以上の気筒をクランクシャフトの軸方向に挟んで、クランクシャフトの軸方向の異なる位置に於けるクランク角度位置を検出する第１のクランク角度センサ、及び第２のクランク角度センサと、前記第１のクランク角度センサから入力された第１のクランク角度位置と前記第１のクランク角度位置が入力された時刻と、前記第２のクランク角度センサから入力された第２のクランク角度位置と前記第２のクランク角度位置が入力された時刻をそれぞれ記憶するクランク角信号入力時刻記憶手段と、前記クランク角信号入力時刻記憶手段に記憶された時刻データに基づいて、前記第１のクランク角度位置に対応する第１のクランク角加速度と、前記第２のクランク角度位置に対応する第２のクランク角加速度とを算出するクランク角加速度算出手段と、前記第１のクランク角度位置と前記第１のクランク角加速度と前記第２のクランク角度位置と前記第２のクランク角加速度とに基づいて、前記複数の気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度を推定するクランク角度情報推定手段と、前記クランクシャフトに連結されたカムシャフトのカム角度を検出するカム角度センサと、前記カム角度センサからのカム角度信号に基づいて、前記複数の気筒のうちの燃焼状態にある燃焼気筒を判別する燃焼気筒判別手段と、前記燃焼気筒以外の気筒の推定トルクを設定する非燃焼気筒トルク設定手段と、前記クランク角度情報推定手段により推定された前記複数の気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度に基づいて、前記燃焼気筒のトルクを推定する燃焼気筒トルク推定手段と、燃焼気筒トルク推定手段により推定したトルクに基づいて、前記燃焼気筒の気筒内圧力を推定する燃焼気筒内圧力推定手段とを備えているので、気筒毎の燃焼状態を精度良く推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、及び実施の形態４による内燃機関の制御装置の構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒内圧力推定処理部の基本的構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、及び実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒内圧力推定の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、クランク角度位置検出時刻の蓄積状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、クランク角度位置検出時刻の推移を示すグラフである。 この発明の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、及び実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、クランク角加速度算出手段での処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度位置に対する角速度を演算する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度位置に対するクランク角加速度を演算する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度位置に対するクランク角速度を演算する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度位置に対するクランク角加速度を演算する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を説明するための、クランクシャフトモデルの説明図である。 この発明の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、及び実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、クランク角度情報推定手段での処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角度位置を推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角速度を推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角加速度を推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角度位置を推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角速度を推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角加速度を推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒のトルクを推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ピストン・クランク系の力学的な関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、及び実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒内圧力を推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２及び実施の形態３による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒内圧力推定処理部の基本的概念構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２及び実施の形態３による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒のトルクを推定する処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒内圧力推定処理部の基本的概念構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒のトルクを推定する処理の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明による内燃機関の制御装置の好適な実施の形態について、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、及び実施の形態４による内燃機関の制御装置の構成を示す構成図である。図１に於いて、内燃機関１は、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、及び第４気筒♯４の４つの気筒を備えた４気筒の内燃機関であり、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、及び第４気筒♯４のそれぞれの気筒で発生した燃焼ガスの圧力は、ピストン２０の上面で受けとめられ、コンロッド２１を介して一つのクランクシャフト２を回転させる動力としてクランクシャフト２に伝達される。クランクシャフト２の出力側端部から出力される出力トルクに基づいて車輛が駆動される。

第１のクランク角度センサ３は、クランクシャフト２の軸方向の前端部である反出力側端部に取り付けられた第１の第１のシグナルロータの周面に近接して配置されている。第１のシグナルロータ２２は、その周面に所定の角度間隔を介して配設された複数個の突起物を備えている。第１のクランク角度センサ３は、第１の第１のシグナルロータの回転に伴って第１のクランク角度センサ３用の第１のシグナルロータ２２の各突起物が第１のクランク角度センサ３に順次、接近と離脱を行なうことに対応して、パルス状の第１のクランク角度信号を発生し、制御装置７に入力する。制御装置７は、第１のクランク角度センサ３から入力される第１のクランク角度信号に基づいて、クランクシャフト２の反出力側端部の角度位置を検出する。

第２のクランク角度センサ４は、第２のクランク角度センサ４用の第２のシグナルロータ２３の周面に近接して配置されている。そして、第２の第２のシグナルロータは、その周面に所定の角度間隔を介して配設された複数個の突起物を備えている。第２のクランク角度センサ４は、第２のシグナルロータ２３の回転に伴って第２の第２のシグナルロータの各突起物が第２のクランク角度センサ４に順次、接近と離脱を行なうことに対応してパルス状の第２のクランク角度信号を発生し、制御装置７に入力する。制御装置７は、第２のクランク角度センサ４から入力される第２のクランク角度信号に基づいて、クランクシャフト２の出力側端部の角度位置を検出する。

クランクシャフト２の反出力側端部に取り付けられた第１のシグナルロータ２２と、クランクシャフト２の出力側端部に取り付けられた第２のシグナルロータ２３は、それぞれ、フライホイールと一体に構成されている。第１のシグナルロータ２２と第２のシグナルロータ２３にそれぞれに配設された突起物の数、つまり内燃機関の１回転で発生する信号数は、同一の数でも良く、或いはレイアウトの都合等により異なる数であっても良い。

カムシャフト５は、クランクシャフト２とチェーン２４で連結されており、クランクシャフト２が２回転する間にカムシャフト５は１回転する。カム角度センサ６は、カムシャフト５に取り付けられたカム角度センサ用の第３のシグナルロータ２５の周面に近接して配置されている。第３のシグナルロータ２５は、その周面に所定の角度間隔を介して配設された複数個の突起物を備えている。カム角度センサ６は、第３のシグナルロータ２５の回転に伴ってその各突起物がカム角度センサ６に順次、接近と離脱を行なうことに対応してパルス状のカム角度信号を発生し、制御装置７に入力する。制御装置７は、カム角度センサ６から入力されるカム角度信号に基づいて、カムシャフト５のカム角度位置を検出する。

制御装置７は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成されている。前述のように、第１のクランク角度センサ３からの第１のクランク角信号と、第２のクランク角度センサ４からの第２のクランク角度信号と、カム角度センサ６からのカム角度信号のそれぞれの角度情報に基づいて、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、及び第４気筒♯４に於ける気筒内圧力を推定する。尚、ここでは詳細な説明は割愛するが、制御装置７は、内燃機関１に供給する燃料量や点火タイミングを制御する機能を有しており、推定した気筒内圧力に基づいて内燃機関１の第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、及び第４気筒♯４に於ける燃焼状態を推定して、理想の燃焼状態になる様に、燃料量や点火タイミングを制御することにより、燃費性能とエミッション性能の向上を実現する。

次に、制御装置７に設けられている燃焼気筒内圧力推定処理部の構成について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒内圧力推定処理部の基本的構成を示すブロック図である。図２に於いて、制御装置７に設けられた燃焼気筒内圧力推定処理部７Ａは、クランク角度信号入力時刻記憶手段８と、クランク角加速度算出手段９と、クランク角度情報推定手段１０と、燃焼気筒判別手段１１と、クランク角度情報推定手段１０に含まれる非燃焼気筒トルク設定手段１２と、燃焼気筒トルク推定手段１３と、燃焼気筒内圧力推定手段１４とを備えている。

燃焼気筒判別手段１１は、カム角度センサ６からのカム角度信号と、第１のクランク角度センサ３からの第１のクランク角度信号若しくは第２のクランク角度センサ４からの第２のクランク角度信号に基づいて、燃焼気筒を特定する。ここで、燃焼気筒とは、４サイクルエンジンに於ける圧縮行程の後半から膨張行程の前半にある気筒であると定義する。尚、燃焼気筒の特定の方法については、一般的な内燃機関の点火タイミング制御と同じであるため、詳細な説明はここでは割愛する。

クランク角度信号入力時刻記憶手段８は、燃焼気筒判別手段１１によって識別された燃焼気筒に対応して、第１のクランク角度センサ３から入力された第１のクランク角度信号に基づくクランクシャフト２の反出力側端部のクランク角度位置が検出された時刻と、第２のクランク角度センサ４から入力された第２のクランク角度信号に基づくクランクシャフト２の出力側端部のクランク角度位置が検出された時刻とからなる時刻データを所定期間だけ蓄積しておく。

ここで所定の期間とは、少なくとも燃焼状態を推定するのに必要な気筒内圧力の検出区間、即ち、燃焼気筒の圧縮工程の後半から燃焼気筒の膨張行程の前半の区間を含むものとするが、これより長く蓄積しても良い。クランク角度位置が検出された時刻を気筒内圧力の検出区間より長い期間蓄積した場合は、最新の気筒の膨張行程の前半までの時刻データを蓄積する前に、最も古い気筒の膨張行程の後半までの時刻データを蓄積部から消去しておく。

角加速度算出手段９は、クランク角度信号入力時刻記憶手段８で蓄積した時刻データに基づいて、第１のシグナルロータ２２、第２のシグナルロータ２３にそれぞれ配設された前述の突起物の角度位置に応じてクランクシャフト２のクランク角加速度を算出する。即ち、第１のクランク角度センサ３からの第１のクランク角度信号に基づく第１のクランク角加速度と、第２のクランク角度センサ４からの第２のクランク角度信号に基づく第２のクランク角加速度を算出する。

クランク角度情報推定手段１０は、角加速度算出手段９により算出した、第１のクランク角加速度と、第２のクランク角加速度とに基づいて、予め設定されている運動方程式を用いて、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、及び第４気筒♯４のそれぞれのクランク角度位置とクランク角速度とクランク角加速度を推定する。

クランク角度情報推定手段１０に含まれている非燃焼気筒トルク設定手段１２は、燃焼気筒判別手段１１で特定した現在燃焼中の気筒情報から、現在燃焼中以外の気筒を特定する。そして、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、及び第４気筒♯４の各気筒のそれぞれのクランク角度位置とクランク角加速度を推定するために利用する運動方程式に対して、燃焼中以外の非燃焼気筒の出力トルクを「０」若しくは「０」に近い十分小さな値に設定する。

燃焼気筒トルク推定手段１３は、燃焼気筒のトルクの推定に必要なクランク角度位置とクランク角加速度をクランク角度情報推定手段１０から入力し、燃焼気筒のクランク角度位置毎のトルクの推定値を算出する。

燃焼気筒内圧力推定手段１４は、燃焼気筒トルク推定手段１３により算出した燃焼気筒のクランク角度位置毎のトルクの推定値を用いて、燃焼気筒のピストン２０の上面が受けるガス圧、即ち気筒内圧力を推定する。

次に、前述した制御装置７に於ける燃焼気筒内圧力推定処理部７Ａの処理の流れを詳細に説明する。図３は、この発明の実施の形態１、及び後述する実施の形態２、実施の形態３、実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒内圧力推定の処理の流れを示すフローチャートである。図３に於いて、ステップＳ３０１では、第１のクランク角度センサ３が検出した第１のクランク角度位置と、第２のクランク角度センサ４が検出した第２のクランク角度位置を、その検出した時刻と共にクランク角度信号入力時刻記憶手段８に蓄積、即ち記憶する。

具体的には、燃焼気筒判別手段１１により判別された燃焼気筒に対して、この燃焼気筒の圧縮上死点（以下、ＴＤＣと称する）を基準とした第１のクランク角度位置θ１を検出した時刻と第２のクランク角度位置θｆを検出した時刻とを蓄積する。図４は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、クランク角度位置検出時刻の蓄積状態を示す説明図であって、（ａ）は第１のクランク角度位置、（ｂ）は第２のクランク角度位置を示す。

この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置では、第１のクランク角度センサ３用の第１のシグナルロータ２２に配設された突起物と第２のクランク角度センサ４用の第２のシグナルロータ２３に配設された突起物とは、同一のクランクシャフト２の同一のクランク角度位置に配設されており、基準気筒（例えば第１気筒♯１）のＴＤＣから６［ｄｅｇ］間隔でそれぞれ「６０」個配設されている。従って、第１のシグナルロータ２２に基づく第１のクランク角度位置θ１と、第２のシグナルロータ２３に基づく第２のクランク角度位置θｆは、それぞれ基準気筒（例えば第１気筒♯１）のＴＤＣから６［ｄｅｇ］間隔で「６０」個のクランク角度位置を備えることになる。

クランク角度信号入力時刻記憶手段８は、第１のクランク角度位置θ１と第２のクランク角度位置θｆの何れも、燃焼気筒の圧縮工程の後半から燃焼気筒の膨張行程の前半の区間として、ＴＤＣ前９０［ｄｅｇ］からＴＤＣ後９０［ｄｅｇ］のクランク角度位置を格納している。それぞれのクランク角度信号の検出時刻ｔ１、ｔｆは、燃焼気筒の圧縮上死点前９０［ｄｅｇ］の信号が検出された時刻を起点（「０」［ｍｓｅｃ］）として、その起点のクランク角度位置以降のクランク角度信号が検出される毎に、起点である圧縮上死点前９０［ｄｅｇ］のクランク角度信号の検出からの経過時間として格納番号「１」から「３１」に記憶していく。

図５は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、クランク角度位置検出時刻の推移を示すグラフであって、図４で示したクランク角度信号入力時刻記憶手段８に記憶している第の１クランク角度位置の検出時刻ｔ１と第２のクランク角度位置の検出時刻ｔｆを各々プロットしたものである。図５に示すグラフから明らかなように、同一のクランク角度位置であるにもかかわらず、第１のクランク角度位置θ１と第２のクランク角度位置θｆのそれぞれの検出時刻ｔ１、ｔｆに差が生じていることが判る。この現象がクランクシャフト２に捩り振動が生じた状態を示している。

即ち、弾性体であるクランクシャフト２が捩れることにより、クランクシャフト２の反出力側端部と出力側端部端が同じクランク角度位置に到達するまでの時刻に差が生じるのである。このため、第１のクランク角度センサ３が検出する第１のクランク角度位置θ１のみを観測していていても、第１のクランク角度センサ３に近接する第１気筒♯１以外の第２気筒♯２、第３気筒♯３、第４気筒♯４の実際のクランク角度位置は、第１のクランク角度センサ３により検出された角度位置θと異なるため、正確な筒内圧力の推定ができないことになる。

図３に戻り、ステップＳ３０２では、クランク角度信号入力時刻記憶手段８に蓄積された時刻データを用いて、クランク角加速度算出手段９により、第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角加速度ＡＡ１と第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角加速度ＡＡＦをそれぞれ算出する。次に、ステップＳ３０２での処理の詳細を説明する。図６は、この発明の実施の形態１、及び後述する実施の形態２、実施の形態３、実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、クランク角加速度算出手段での処理の流れを示すフローチャートである。

図６に於いて、先ず、ステップＳ６０１に於いて第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角速度ＡＶ１を算出し、続いてステップＳ６０２に於いて第１のクランク角速度ＡＶ１を用いて第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角加速度ＡＡ１を算出する。次に、ステップＳ６０３に於いて第２のクランク角度位置に対する第２のクランク角速度ＡＶＦを算出し、続いてステップＳ６０４に於いて第２のクランク角速度ＡＶＦを用いて第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角加速度ＡＡＦを算出する。

図７は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度位置に対する角速度を演算する処理の流れを示すフローチャートであって、図６に於けるステップＳ６０１での処理の詳細を示している。図７に於いて、先ず、ステップＳ７０１に於いて、第１のクランク角度位置θ１に対する格納番号に対応する値を示すカウンタＣＮＴをリセットする。具体的には、図４に示した第１のクランク角度位置θ１の格納番号を示すカウンタＣＮＴに「２」を代入する。次にステップＳ７０２に於いて、第１のクランク角度位置θ１の終端に達したか否かを判断する。ここで、［Ｐ＿ＮＵＭ１］は、第１のクランク角度位置θ１の格納番号の最大値であり、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ１−１］とする。

即ち、第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角速度ＡＶ１を算出する格納番号を示すカウンタＣＮＴは、「２」から［Ｐ＿ＮＵＭ１−１］である。このように、格納番号の先頭部分と後端部分を処理しないのは、後述する中心差分法により角速度を求めるからである。ステップＳ７０２で判断の結果、格納番号を示すカウンタＣＮＴの値が第１のクランク角度位置θ１の終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、未だ算出すべきクランク角速度が残っていると判断して、ステップＳ７０３で第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角速度ＡＶ１を算出する。一方、ステップＳ７０２で判断の結果、格納番号を示すカウンタＣＮＴのカウント値が第１のクランク角度位置θ１に対する終端に達したと判断した場合（ＹＥＳ）の場合は、第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角速度ＡＶ１の算出は終了したと判断して処理を終了する。

ステップＳ７０３では、中心差分法を用いて次に次に示す式（１）により第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角速度ＡＶ１を算出する。
ここでθ1（ＣＮＴ）とｔ1（ＣＮＴ）は、それぞれ、格納番号に蓄積されたクランク角度位置θ１と時刻ｔ１を示す。その後、ステップＳ７０４で格納番号を示すカウンタＣＮＴをインクリメントしてステップＳ７０２に戻る。

次に、ステップＳ７０３にて算出した第１の角速度ＡＶ１を用いて、第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角加速度ＡＡ１を算出する。この処理は、前述したように図６に於けるステップＳ６０２にて行われる。以下、ステップＳ６０２での処理の詳細を説明する。図８は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度位置に対する第１のクランク角加速度を演算する処理の流れを示すフローチャートである。前述したように図６に於けるステップＳ６０１の処理が第１のクランク角度位置θ１の中心差分からクランク角速度を算出したことに対して、ステップＳ６０２では、ステップＳ６０１で算出した第１のクランク角速度ＡＶ１を用いて、第１の角加速度ＡＡ１を第１のクランク角度位置θ１に対応させて中心差分法で算出する。

即ち、図８に於いて、先ず、ステップＳ８０１で処理するクランク角度位置の格納番号を示すカウンタＣＮＴをリセットする。ここでは、格納番号を示すカウンタＣＮＴに「３」を代入する。次にステップＳ８０２で処理する第１のクランク角度位置θ１の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応する第１のクランク角度位置θ１のカウンタＣＮＴは［Ｐ＿ＮＵＭ１−２］とする。即ち、第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角加速度ＡＡ１を算出するカウンタＣＮＴは「３」から［Ｐ＿ＮＵＭ１−２］であり、格納番号の先頭部分と後端部分を処理しないのは、第１のクランク角加速度ＡＡ１を算出するために利用する第１のクランク角速度ＡＶ１の格納番号が「２」から［Ｐ＿ＮＵＭ１−１］しか存在しないからである。

ステップＳ８０２での判断の結果、格納番号を示すカウンタＣＮＴの値が第１のクランク角度位置θ１の終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、未だ算出すべきクランク角加速度が残っていると判断して、ステップＳ８０３で第１のクランク角加速度ＡＡ１を算出する。一方、ステップＳ８０２で判断の結果、格納番号を示すカウンタＣＮＴのカウント値が第１のクランク角度位置θ１に対する終端に達したと判断した場合（ＹＥＳ）の場合は、第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角加速度ＡＡ１の算出は終了したと判断して処理を終了する。

次に、ステップＳ８０３では、中心差分法を用いて次に示す式（２）により第１のクランク角度位置θ１に対する第１のクランク角加速度ＡＡ１を算出する。
その後、ステップＳ８０４でカウンタＣＮＴを示すカウンタをインクリメントしてステップＳ８０２に戻る。

次に、図６に於けるステップＳ６０３での第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角速度ＡＶＦを算出する処理の詳細について説明する。図９は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度位置に対するクランク角速度を演算する処理の流れを示すフローチャートである。図９に於いて、先ず、ステップＳ９０１により、第２のクランク角度位置θｆに対する格納番号を示すカウンタＣＮＴをリセットする。具体的には、図４に示した第２のクランク角度位置θｆの格納番号を示すカウンタＣＮＴに値「２」を代入する。次にステップＳ９０２に於いて、第２のクランク角度位置θｆの終端に達したか否かを判断する。ここで、［Ｐ＿ＮＵＭ２］は、第２のクランク角度位置θｆの格納番号の最大値であり、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ２−１］とする。

即ち、第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角速度ＡＶＦを算出する格納番号を示すカウンタＣＮＴは、「２」から［Ｐ＿ＮＵＭ２−１］である。このように、格納番号の先頭部分と後端部分を処理しないのは、後述する中心差分法によりクランク角速度を求めるからである。ステップＳ９０２で判断の結果、格納番号を示すカウンタＣＮＴの値が第２のクランク角度位置θｆの終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、まだ算出すべきクランク角速度が残っていると判断して、ステップＳ９０３で第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角速度ＡＶＦを算出する。一方、ステップＳ９０２で判断の結果、格納番号を示すカウンタＣＮＴのカウント値が第２のクランク角度位置θｆに対する終端に達したと判断した場合（ＹＥＳ）は、第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角速度ＡＶＦの算出は終了したと判断して処理を終了する。

ステップＳ９０３では、中心差分法を用いて次に示す式（３）により第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角速度ＡＶＦを算出する。

ここでθｆ（ＣＮＴ）とｔｆ（ＣＮＴ）は、それぞれ、格納番号に蓄積された第２のクランク角度位置θｆと時刻ｔｆを示す。その後、ステップＳ９０４で格納番号を示すカウンタＣＮＴをインクリメントしてステップＳ９０２に戻る。

次に、ステップＳ９０３で算出した第２の角速度ＡＶＦを用いて、第２のクランク角度位置θｆに対する第２の角加速度ＡＡＦを算出する。この処理は、前述したように図６に於けるステップＳ６０４にて行われる。以下、ステップＳ６０４での処理の詳細を説明する。図１０は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度位置に対する第２のクランク角加速度を演算する処理の流れを示すフローチャートである。前述したように図６に於けるステップＳ６０３の処理が第２のクランク角度位置θｆの中心差分からクランク角速度を算出したことに対して、ステップＳ６０４では、ステップＳ６０３で算出した第２のクランク角速度ＡＶＦを用いて、第２の角加速度ＡＡＦを第２のクランク角度位置θｆに対応させて中心差分法で算出する。

即ち、図１０に於いて、先ず、ステップＳ１００１により、処理する角度位置の格納番号を示すカウンタＣＮＴをリセットする。ここでは、格納番号を示すカウンタＣＮＴに「３」を代入する。次にステップＳ１００２で処理する第２のクランク角度位置θｆの終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応する第２のクランク角度位置θｆのカウンタＣＮＴは［Ｐ＿ＮＵＭ２−２］とする。即ち、第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角加速度ＡＡＦを算出するカウンタＣＮＴは「３」から［Ｐ＿ＮＵＭ２−２］であり、格納番号の先頭部分と後端部分を処理しないのは、第２のクランク角加速度ＡＡＦを算出するために利用する第２のクランク角速度ＡＶＦの格納番号が「２」から［Ｐ＿ＮＵＭ２−１］しか存在しないからである。

ステップＳ１００２での判断の結果、格納番号を示すカウンタＣＮＴの値が第２のクランク角度位置θｆの終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、まだ算出すべき角加速度が残っていると判断して、ステップＳ１００３で第２のクランク角加速度ＡＡＦを算出する。一方、ステップＳ１００２で判断の結果、格納番号を示すカウンタＣＮＴのカウント値が第２のクランク角度位置θｆに対する終端に達したと判断した場合（ＹＥＳ）は、第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角加速度ＡＡＦの算出は終了したと判断して処理を終了する。

次に、ステップＳ１００３では、中心差分法を用いて次に示す式（４）により第２のクランク角度位置θｆに対する第２のクランク角加速度ＡＡＦを算出する。
その後、ステップＳ１００４で格納番号を示すカウンタＣＮＴをインクリメントしてステップＳ１００２に戻る。

図３に戻って、燃焼気筒内圧力推定処理部７Ａの処理につての説明を続ける。図３に於いて、ステップＳ３０３では、クランク角加速度算出手段９で算出した角加速度を用いてクランク角度情報推定手段１０により第１気筒♯１以外の各気筒♯２、♯３、♯４に対応するクランク角度位置、クランク角加速度を推定する。クランクシャフト２は弾性体であるため、図１で示した内燃機関１のクランクシャフト２は図１１に示すモデルで表すことができる。即ち、図１１は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を説明するための、クランクシャフトモデルの説明図である。

図１１に於いて、Ｉｊ（ｊ＝１、２、３、４）は第ｊ気筒の慣性モーメント、Ｉｆはフライホイールの慣性モーメント、ｋｉｎ（ｉ＝１、２、３；ｎ＝２、３、４）は、それぞれ第ｉ気筒と第ｎ気筒の連結部のバネ定数、ｋ４ｆは、第４気筒とフライホイールの連結部のバネ定数であり、これらは設計時に決まる定数である。更に各気筒で発生するトルクをＴｊ（ｊ＝１、２、３、４）、第ｉ気筒のクランク角度位置をθｉ（ｉ＝１、２、３、４）、第ｉ気筒の角加速度を
（ｉ＝１、２、３、４）、内燃機関１に掛かる負荷値をＴＬとすると、このクランクシャフト２の弾性体モデルは次の関係式で示される。

クランク角度情報推定手段１０は、前述の式（４）をクランク角加速度算出手段９で算出した第２の角加速度ＡＡＦを用いて式（５）、式（６）、式（７）、式（８）、及び式（９）を順次解くことにより、第１気筒♯１以外の気筒である第２気筒♯２、第３気筒♯３、及び第４気筒♯４のクランク角度位置θｐ（ｐ＝２、３、４）に対するクランク角加速度
（ｐ＝２、３、４）を推定する。

非燃焼気筒トルク設定手段１２は、燃焼気筒判別手段１１で判別した燃焼気筒の情報に基づいて、非燃焼気筒を判定する。例えば、燃焼気筒が第２気筒♯２であれば、非燃焼気筒を第２気筒♯２以外の気筒、即ち第１気筒♯１、第３気筒♯３、第４気筒♯４を非燃焼気筒と判定する。続いて、前述したクランクシャフト２の弾性体モデルの関係式である式（５）、式（６）、式（７）、式（８）、式（９）の非燃焼気筒のトルクを「０」に設定する。具体的には［Ｔ１＝Ｔ３＝Ｔ４＝０］と設定する。こうすることにより、式（５）は下記の式（１０）に変形することができる。

第２気筒♯２のクランク角度位置θ２は、第１のクランク角度センサ３とクランク角加速度算出手段９で得られたクランク角度位置θ１及びクランク角加速度
から算出される。ここで、この第２気筒♯２のクランク角度位置θ２を、燃焼気筒トルク推定手段側から、即ち、クランクシャフト２の反出力側端部から推定したということを示すようにθ２ｅ１と記述することとする。

次に、式（９）を下記の式（１１）に変形する。

第４気筒♯４の角度位置θ４は、第２のクランク角度センサ４とクランク角加速度算出手段９で得られた第２のクランク角度位置θｆ及び第２のクランク角加速度
から算出される。尚、ＴＬは前述したように内燃機関１に掛かる負荷値であり、例えば
、どの気筒も燃焼していないタイミングのクランクシャフト２の減速度を基に算出できる値である。この第４気筒♯４のクランク角度位置θ４を、第２のクランク角度センサ４側から、即ち、クランクシャフト２の出力側端部から、推定したということを示すようにθ４ｅｆと記述することとする。

次に、前述の式（８）を下記の式（１２)に変形する。

従って、第３気筒♯３のクランク角度位置θ３は、式（１２）にθ４、
、θｆを与えて解くことができる。
は式（１１）で求めた第４気筒♯４のクランク角度位置θ４を用いて、下記の式（１３）、式（１４)から算出される。

ここで、ＣＮＴは、第２のクランク角度センサ４で検出した第２のクランク角度位置の格納番号である。この様にして算出した第３気筒♯のクランク角度位置θ３の推定値をθ３ｅｆと記述する。

次に、前述の式（７）を下記の式（１５）に変形する。

従って、第２気筒♯２のクランク角度位置θ２は、式（１５）にθ３、
、θ４を与えて解くことができる。
は、
と同様に、下記の式（１６）、式（１７）の差分法から算出することができる。

ここで、式（１６）により得られた第２気筒♯２のクランク角度位置θ２の推定値をθ２ｅｆと記述する。このように、第２気筒♯２のクランク角度位置θ２の推定値に関しては、前述の式（１０）、及び式（１５）から得られたθ２ｅ１とθ２ｅｆの２種類が存在する事がわかる。

最後に、第２気筒♯２のクランク角度位置θ２の２種類の推定値θ２ｅ１とθ２ｅｆを、下記の式（１８）、式（１９）のθ２に代入して
を算出する。

このように、燃焼気筒のトルクＴ２を算出するための関係式である式（６）に代入するべきパラメータ群は、第１のクランク角度センサ３で検出した第１のクランク角度位置θ１と、燃焼気筒に対してクランクシャフト２の反出力側端部からと、出力側端部からの２方向から式（５）から式（９）を順次解いていくことで求めた
、θ２、θ３により、全て求めることができる。

次にクランク角度情報推定手段１０による処理の流れを説明する。図１２は、この発明の実施の形態１、及び後述する実施の形態２、実施の形態３、実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、クランク角度情報推定手段での処理の流れを示すフローチャートである。図１２に於いて、先ず、ステップＳ１２０１で燃焼気筒判別手段１１から得た燃焼気筒の番号ＣＢが「１」、即ち、燃焼気筒は第１気筒♯１か否かを判断し、燃焼気筒が第１気筒♯１であれば（ＹＥＳ）、第１のクランク角度センサ３からクランクシャフト２の出力側端部の方向へのクランク角度位置、クランク角速度、クランク角加速度の推定は不要と判断して、ステップＳ１２０８へ進む。

一方、ステップＳ１２０１での判断の結果、燃焼気筒が第１気筒♯１でなければ（ＮＯ）、ステップＳ１２０２に進み、クランク角度位置、クランク角速度、クランク角加速度を推定する対象となる気筒番号ＣＱに「２」を設定する。次に、ステップＳ１２０３に進んで、クランク角度位置θ_ＣＱを推定する。次に、このステップＳ１２０３での処理を詳細に説明する。図１３は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度センサ３に対応する燃焼気筒のクランク角度位置を推定する処理の流れを示すフローチャートであって、図１２に於けるステップＳ１２０３での処理の詳細を示している。

図１３に於いて、先ず、ステップＳ１３０１で第１のクランク角度センサ３で検出したクランク角度位置の格納番号を示すカウンタＣＮＴを「１」に設定する。次にステップＳ１３０２に於いて、処理するクランク角度位置の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応する角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ１］とする。ステップＳ１３０２での判断の結果、処理する角度位置の終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、ステップＳ１３０３に進み処理を継続し、処理するクランク角度位置の終端に達していると判断した場合（ＹＥＳ）は、処理を終了する。

ステップＳ１３０３では、第ＣＱ気筒の格納番号を示すカウンタＣＮＴの値に対応するクランク角度位置を推定する。ここで、［ＣＱ＝２］の場合は下記の式（２０）を用い、［ＣＱ＞２］の場合は下記の式（２１）を用いる。そして、ステップＳ１３０４で格納番号を示すカウンタＣＮＴをインクリメントしてステップＳ１３０２に戻る。

次に図１２に於けるステップＳ１２０４で、角速度
を推定する。この処理の詳細は図１４に示される。即ち、図１４は、この発明の実施の
形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角速度を推定する処理の流れを示すフローチャートである。図１４に於いて、先ず、ステップＳ１４０１に於いて、第１のクランク角度センサ３により検出したクランク角度位置の格納番号に対応するカウンタＣＮＴを「２」に設定する。次にステップＳ１４０２に於いて処理するクランク角度位置の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号はＰ＿ＮＵＭ１−１とする。

ステップＳ１４０２での判定の結果、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号Ｐ＿ＮＵＭ１−１に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、ステップＳ１４０３に進んで処理を継続し、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号［Ｐ＿ＮＵＭ１−１］に達していると判断した場合（ＹＥＳ）は、処理を終了する。ステップＳ１４０３では、第ＣＱ気筒の格納番号を示すカウンタＣＮＴの値に対応するクランク角速度を下記の式（２２）により推定する。

次に、図１２のステップＳ１２０５では、クランク角加速度
を推定する。この処理の詳細は図１５に示される。即ち、図１５は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第１のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角加速度を推定する処理の流れを示すフローチャートである。図１５に於いて、先ず、ステップＳ１５０１で第１のクランク角度センサ３により検出した第１のクランク角度位置の格納番号を示すカウンタＣＮＴに「３」を設定する。次にステップＳ１５０２に於いて処理するクランク角度位置の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ１−２］とする。

ステップＳ１５０２での判定の結果、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号［Ｐ＿ＮＵＭ１−２］に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、ステップＳ１５０３に進んで処理を継続し、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号［Ｐ＿ＮＵＭ１−２］に達していると判断した場合（ＹＥＳ）は、処理を終了する。ステップＳ１５０３では、第ＣＱ気筒の格納番号を示すカウンタＣＮＴの値に対応するクランク角加速度を下記の式（２３）により推定する。

次に、図１２のステップＳ１２０６では、気筒番号ＣＱをインクリメントする。ステップＳ１２０７では、気筒番号ＣＱが燃焼気筒ＣＢに達したか否かを判断し、気筒番号ＣＱが燃焼気筒ＣＢに達していれば（ＹＥＳ）、第１のクランク角度センサ３からクランクシャフト２の出力側端部の方向へのクランク角度位置、クランク角速度、クランク角加速度の推定は終了と判断して、ステップＳ１２０８へ進み、気筒番号ＣＱが燃焼気筒ＣＢに達していなければ（ＮＯ）、ステップＳ１２０３に戻る。

次に、第２のクランク角度センサ４からクランクシャフト２の反出力側端部の方向へのクランク角度位置、クランク角速度、クランク角加速度の推定を行う。図１２に於いて、ステップＳ１２０８では、クランク角度位置、クランク角速度、クランク角加速度を推定する対象となる気筒番号ＣＱにｍを設定する。ここで、ｍは、内燃機関１の総気筒数である。

次に、ステップＳ１２０９にてクランク角度位置θ_ＣＱを推定する。この処理の詳細は、図１６に示される。即ち、図１６は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角度位置を推定する処理の流れを示すフローチャートである。図１６に於いて、先ず、ステップＳ１６０１に於いて、第２のクランク角度センサ４で検出した第２のクランク角度位置の格納番号を示すカウンタＣＮＴを「１」に設定する。

次にステップＳ１６０２に於いて、処理するクランク角度位置の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ２］とする。テップＳ１６０２で処理するクランク角度位置の終端に対応するクランク角度位置の格納番号［Ｐ＿ＮＵＭ２］に達していないと判断すれば（ＮＯ）、ステップＳ１６０３に進み処理を継続し、処理するクランク角度位置の終端に対応するクランク角度位置の格納番号［Ｐ＿ＮＵＭ２］に達していると判断した場合（ＹＥＳ）は、処理を終了する。

ステップＳ１６０３では、第ＣＱ気筒の格納番号を示すカウンタＣＮＴの値に対応するクランク角度位置を推定する。ここで、そのクランク角度位置の推定には、［ＣＱ＝ｍ］の場合は下記の式（２４）を用い、［ＣＱ＝ｍ−１］の場合は下記の式（２５）、［ＣＱ＜ｍ−１］の場合は下記の式（２６）を用いる。

次に、ステップＳ１６０４に進んで、カウンタＣＮＴをインクリメントしてステップＳ１６０２に戻る。

図１２に戻り、ステップＳ１２１０では、クランク角速度
を推定する。この処理の詳細は、図１７に示される。図１７は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角速度を推定する処理の流れを示すフローチャートである。図１７に於いて、先ず、ステップＳ１７０１では、第２のクランク角度センサ４で検出した第２のクランク角度位置θｆ格納番号に対応するカウンタＣＮＴを「２」に設定する。

次に、ステップＳ１７０２で処理するクランク角度位置の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ１−１］とする。ステップＳ１７０２で処理するクランク角度位置の終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、ステップＳ１７０３に進んで処理を継続し、処理するクランク角度位置の終端に達していると判断した場合（ＹＥ）は処理を終了する。

ステップＳ１７０３では、第ＣＱ気筒の格納番号を示すカウンタＣＮＴの値に対応するクランク角速度を、下記の式（２７）に基づいて推定する。

図１２に戻り、ステップＳ１２１１に於いて、クランク角加速度
を推定する。この処理の詳細は、図１８に示される。図１８は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、第２のクランク角度センサに対応する燃焼気筒のクランク角加速度を推定する処理の流れを示すフローチャートである。図１８に於いて、先ず、ステップＳ１８０１に於いて、第２のクランク角度センサ４で検出したクランク角度位置θｆの格納番号に対応するカウンタＣＮＴの値を「３」に設定する。

次にステップＳ１８０２に於いて、処理するクランク角度位置の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ２−２］とする。ステップＳ１８０２にて、処理するクランク角度位置の終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）場合は、ステップＳ１８０３に進み処理を継続し、処理するクランク角度位置の終端に達していると判断した場合（ＹＥＳ）は処理を終了する。

ステップＳ１８０３では、第ＣＱ気筒の格納番号を示すカウンタＣＮＴの値に対応するクランク角加速度を、下記の式（２８）に基づいて推定する。

図１２に戻り、ステップＳ１２１２に於いて気筒番号ＣＱをデクリメントする。次に、ステップＳ１２１３に於いて気筒番号ＣＱが［ＣＢ−１］に達したか否かを判断し、気筒番号ＣＱが［ＣＢ−１］に達していると判断すれば（ＹＥＳ）、第２のクランク角度センサ４からクランクシャフト２の反出力側端部の方向へのクランク角度位置、クランク角速度、クランク角加速度の推定は終了と判断して処理を終了する。

図３のフローチャート図３に戻って、燃焼気筒内圧力推定の処理の流れの説明を続ける。図３に於いて、ステップＳ３０４では燃焼気筒トルク推定手段１３により算出した燃焼気筒のクランク角度位置毎のトルクの推定値を用いて、燃焼気筒の発生トルクを推定する。

例えば、前述のとおり、燃焼気筒が第２気筒♯２であれば、燃焼気筒のトルクＴ２を算出するための関係式である前述の式（６）に代入するべきパラメータθ１、
、θ２、θ３は、第１のクランク角度センサ３で直接検出、あるいは、クランクシャフト２の反出力側端部からと、出力側端部からの２方向から前述の式（５）〜式（９）の関係式を順次解いていくことで求められている。そこで、第１のクランク角度センサ３で検出した第１のクランク角度位置θ１の格納番号を示すカウンタＣＮＴの値毎に式（６）にこれらのパラメータ値を代入することでカウンタＣＮＴの値毎の燃焼気筒のトルクＴ２を得ることができる。

次に、燃焼気筒トルク推定手段１３に於ける燃焼気筒のトルクを推定する処理の流れを説明する。図１９は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒のトルクを推定する処理の流れを示すフローチャートである。図１９に於いて、先ず、ステップＳ１９０１で燃焼気筒のトルクを算出する式を選択する。燃焼気筒のトルクを算出する式は、前述の式（５）〜式（９）で示したように予め準備されている。燃焼気筒判別手段１１から得た燃焼気筒ＣＢを基に、次に示す算出式群から燃焼トルク算出用の式が選択される。ここで、［ＣＢ＝１］の場合は下記の式（２９）、［ＣＢ＝ｍ］の場合は下記の式（３０）、それ以外の場合は下記の式（３１）が選択される。

次に、ステップＳ１９０２で第１のクランク角度センサ３で検出した第１のクランク角度位置θ１の格納番号を示すカウンタＣＮＴに「３」を設定する。次にステップＳ１９０３に於いて、処理するクランク角度位置の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ１−２］とする。ステップＳ１９０３での判断の結果、カウンタの値が処理するクランク角度位置の終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）は、ステップＳ１９０４に進み処理を継続し、処理するクランク角度位置の終端に達したと判断した場合（ＹＥＳ）は処理を終了する。

ステップＳ１９０４では、燃焼気筒ＣＢが［ＣＢ＝１］の場合を除いて、燃焼気筒のクランク角度位置θ_ＣＢ及びクランク角加速度
は、第１のクランク角度センサ３及び第２のクランク角度センサ４の両方から推定される。この実施の形態１では、第１のクランク角度センサ３からの出力に基づいて推定された値を利用する。ステップＳ１９０５でカウンタＣＮＴをインクリメントしてステップＳ１９０３に戻る。

図３に戻って説明を続ける。図３に於いて、ステップＳ３０５では燃焼気筒トルク推定手段１３で算出した推定トルクを用いて、燃焼気筒の気筒内圧力を推定する。図２０は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける、ピストン・クランク系の力学的な関係を示す説明図であって、ピストンからクランクシャフトに作用する力の関係を示している。図２０に於いて、Ｐｃｙｌは気筒内圧力、Ｆはピストンからクランクシャフトに掛かる力、θはピストンの上死点ＴＤＣからのクランクシャフトの変位角、ｒはクランクシャフトの半径、λｒはコンロッドの長さを示している。ここで、クランクシャフトがピストンから受けるトルクをＴとすると、Ｔは次の式（３２）で示される。

又、燃焼ガスによる力をＦｇ、ピストンの慣性力による力をＦi（iは気筒番号）とすると、ピストンからクランクシャフトに掛かる力Ｆは、下記の式（３３）により示される。

ここでピストンの上面の面積をＳとすると、燃焼ガスによる力Ｆｇは、［Ｆｇ＝Ｐｃｙｌ・Ｓ］で示され、ピストン慣性力による力Ｆｉは下記の式（３４）で表される。

尚、Ｍｐはピストンの往復質量である。従って、推定すべき気筒内圧力Ｐｃｙｌは前述の式（３２）〜式（３４）から、下記の式（３５）により求められる。

次に、燃焼気筒内圧力推定手段１４の処理の流れを説明する。図２１は、この発明の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、及び実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒内圧力を推定する処理の流れを示すフローチャートである。図２１に於いて、先ず、ステップＳ２１０１では、第１のクランク角度センサ３で検出した第１のクランク角度位置θ１の格納番号を示すカウンタＣＮＴに「３」を設定する。次にステップＳ２１０２に於いて、処理するクランク角度位置の終端に達したか否かを判断する。ここでは、処理の終端に対応するクランク角度位置の格納番号は［Ｐ＿ＮＵＭ１−２］とする。

ステップＳ２１０２での判定の結果、処理するクランク角度位置の終端に達していないと判断した場合（ＮＯ）には、ステップＳ２１０３に進み処理を継続し、処理するクランク角度位置の終端に達していると判断した場合（ＹＥＳ）は処理を終了する。ステップＳ２１０３での処理により、燃焼気筒トルク推定手段１３で推定した燃焼気筒のトルクＴＣＢ（ＣＮＴ）、クランク角度情報推定手段１０で推定した燃焼気筒のクランク角度位置θ（ＣＮＴ）、クランク角速度
をそれぞれ（式３５）に代入することにより、気筒内圧力Ｐｃｙｌ（ＣＮＴ）を算出する。ステップＳ２１０４でカウンタＣＮＴをインクリメントしてステップＳ２１０２に戻る。ここで（ＣＮＴ）は、処理するクランク角度位置の格納番号を示すカウンタＣＮＴの値に対応することを意味する。

以上のように、実施の形態１による内燃機関の制御装置によれば、クランクシャフト２の反出力側端部と出力側端部に設けられた２つのクランク角度センサにより、クランクシャフト２に捩り振動が生じる場合に於いても、各気筒のクランク角度位置、クランク角速度、クランク角加速度を推定することができる。このため、燃焼気筒の気筒内圧力を正確に推定することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置について説明する。前述の実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて、燃焼気筒が第１気筒である場合を除いて、燃焼気筒のクランク角度位置は、第１のクランク角度センサ３と第２のクランク角度センサ４の両方から求めることができた。例えば、実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて、燃焼気筒が第２気筒♯２である場合、この第２気筒♯２のクランク角度位置は前述のとおり、θ２ｅ１とθ２ｅｆの２種類が求められることを示した。

しかし、各気筒のクランク角度位置は、例えば中心差分法を利用して２階微分の数値解を得ることにより推定するため、微小な誤差が含まれることがある。従って、クランク角度センサでの計測位置から離れる方向のクランク角度位置を推定する際に、この微小な誤差を累積していくことになり、燃焼気筒から遠い位置にあるクランク角度センサで検出した値を基に燃焼気筒のクランク角度位置を推定すると推定精度が低下する場合がある。ひいては、燃焼気筒の気筒内圧力の推定値の精度が低下することになる。

実施の形態２による内燃機関の制御装置は、実施の形態１による内燃機関の制御装置に於ける前述のような課題を解決するものである。以下、実施の形態２による内燃機関の制御装置について説明する。尚、内燃機関と、クランク角加速度算出処理、クランク角度情報推定処理、燃焼気筒内圧力推定処理は、それぞれ、前述の実施の形態１による内燃機関の制御装置で説明した図１、図３、図６、図１２、図２１と同一であるため、それらの説明は省略する。

図２２は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於ける、気筒内圧力の推定の基本的概念構成を示すブロック図である。実施の形態２による内燃機関の制御装置では、前述の実施の形態１による内燃機関の制御装置の場合の図２の燃焼気筒トルク推定手段１３の構成を変更している。図２２に於いて、燃焼気筒トルク推定手段１３は、クランク角度情報推定手段１０で算出された燃焼気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度を選択するクランク角度情報選択手段１５を有している。

図２３は、この発明の実施の形態２、及び後述の実施の形態３によるによる内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒のトルクを推定する処理の流れを示すフローチャートであって、燃焼気筒トルク推定手段１３の処理の内容を示しており、実施の形態１の場合の図１９の処理の内容の一部分を変更している。具体的には、実施の形態２による図２３のフローチャートでは、実施の形態１による図１９のステップＳ１９０１とステップＳ１９０２の間に、ステップＳ２３０１の処理を追加している。

即ち、図２３に於いて、ステップＳ２３０１では、燃焼気筒判別手段１１により得た燃焼気筒ＣＢに近い方のクランク角度センサからの検出信号に基づいて逐次求めた燃焼気筒のクランク角度位置、及びクランク角加速度をクランク角度情報選択手段１５により選択する。そして、ステップＳ１９０４での燃焼気筒のトルクＴＣＢ（ＣＮＴ）の算出には、これらの選択したクランク角度位置ならびにクランク角加速度が使用される。

以上のように、実施の形態２による内燃機関の制御装置によれば、実施の形態１と同様の効果が得られ、更に、燃焼気筒に近いクランク角度センサから逐次求めた燃焼気筒のクランク角度位置、及びクランク角加速度を燃焼気筒のトルクの推定に使用するので、燃焼気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度の誤差を低減することができる。このため、より精度の高い燃焼気筒の気筒内圧力の推定値を得ることができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による内燃機関の制御装置について説明する。前述の実施の形態１に於いて、燃焼気筒が第１気筒である場合を除いて、燃焼気筒のクランク角度位置は第１のクランク角度センサ３と第２のクランク角度センサ４の両方から求めることができることを示した。しかしながら、各気筒のクランク角度位置は、例えば中心差分法を利用して２階微分の数値解を得ることにより推定するため、微小な誤差が含まれることがある。

具体的にはクランクシャフト２の回転速度の変化の速さに対して検出されるクランク角度位置の角度間隔が大きい場合に、この誤差が大きくなる。即ち、クランク角度センサのシグナルロータの突起物の数が少ない方が、突起物の数が多い方より誤差が大きくなる。従って、シグナルロータの突起物が少ない方のクランク角度センサで検出した値を基に燃焼気筒のクランク角度位置を推定すると推定精度が低下する場合がある。ひいては、燃焼気筒の気筒内圧力の推定値の精度が低下することになる。

この発明の実施の形態３による内燃機関の制御装置は、前述のような課題を解決するものである。図２３は、この発明の前述の実施の形態２及び実施の形態３による内燃機関の制御装置に於ける、気筒内圧力推定処理部の基本的概念構成を示すブロック図である。尚、内燃機関と、気筒内圧力推定処理部の基本的処理、クランク角加速度算出処理、クランク角度情報推定処理、燃焼気筒内圧力推定処理は、それぞれ、実施の形態１で説明した図１、図３、図６、図１２、図２１と同一であり、又、実施の形態２に於ける図２２も同一であるため、それらの詳細な説明は省略する。

更に、実施の形態３に於ける燃焼気筒トルク推定処理の基本フローも、実施の形態３に於ける図２３の基本フローと同様であるが、実施の形態３では、図２３のステップＳ２３０１の処理内容のみが実施の形態３の場合とは異なる。即ち、図２３に於いて、ステップＳ２３０１は、図１に示す第１のシグナルロータ２２と第２のシグナルロータ２３の突起物の数が異なる場合に、その突起物の数が多い方のシグナルロータに対応するクランク角度センサからの出力に基づいて、逐次求めた燃焼気筒の角度位置、及び角加速度を選択する。

尚、第１のシグナルロータ２２と第２のシグナルロータ２３の突起物の数が同一であれば、何れか一方のクランク角度センサの出力に基づいて逐次求めた燃焼気筒のクランク角度位置、及びクランク角加速度を選択する。ステップＳ１９０４での燃焼気筒のトルクＴＣＢ（ＣＮＴ）の算出には、これらのクランク角度位置ならびにクランク角加速度が使用される。

以上のように、実施の形態３による内燃機関の制御装置によれば、実施の形態１の場合と同様の効果が得られ、更に、第１のシグナルロータ２２と第２のシグナルロータ２３の突起物の数が異なる場合に、シグナルロータの突起物の数が多い方のクランク角度センサの出力に基づいて逐次求めた燃焼気筒のクランク角度位置、及びクランク角加速度を燃焼気筒のトルクの推定に使用するので、燃焼気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度の誤差を低減することができる。このため、より精度の高い燃焼気筒の筒内圧力の推定値を得ることができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による内燃機関の制御装置について説明する。実施の形態１による内燃機関の制御装置に於いて、燃焼気筒が第１気筒である場合除いて、燃焼気筒のクランク角度位置は第１のクランク角度センサ３と第２のクランク角度センサ４の両方から求めることができることを示したが、実施の形態２、３では、第１のクランク角度センサ３と第２のクランク角度センサ４のうちの一方からの出力による燃焼気筒のクランク角度位置のみを利用して燃焼気筒の筒内圧力の推定を行っていた。しかし、一方のクランク角度センサとそれに対応するシグナルロータの組み付け時に誤差が生じていたり、クランク角度センサの出力信号にノイズが重畳した場合、これらの影響を受けたクランク角度センサで検出した値のみを基に燃焼気筒のクランク角度位置を推定すると推定精度が低下する場合があり、ひいては、燃焼気筒の筒内圧力の推定値の精度が低下することになる。

実施の形態４による内燃機関の制御装置は、前述のような課題を解決するものであり、以下、その実施の形態４による内燃機関の制御装置について説明する。尚、内燃機関と、クランク角加速度算出処理、クランク角度情報推定処理、燃焼気筒内圧力推定処理は、それぞれ、実施の形態１で説明した図１、図３、図６、図１２、図２１と同一であるため、詳細な説明は省略する。

図２４は、この発明の実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、気筒内圧力推定処理部の基本的概念構成を示すブロック図である。図２４では、実施の形態１の図２の燃焼気筒トルク推定手段１３の構成が変更されている。即ち、図２４に於いて、燃焼気筒トルク推定手段１３は、クランク角度情報補正手段１６を有しており、クランク角度情報推定手段１０で算出された２種類の燃焼気筒のクランク角度位置、クランク角加速度の双方を用いて、燃焼気筒のトルク推定に使用する燃焼気筒のクランク角度位置、クランク角加速度を算出する。

図２５は、この発明の実施の形態４による内燃機関の制御装置に於ける、燃焼気筒のトルクを推定する処理の流れを示すフローチャートであって、燃焼気筒トルク推定手段１３の処理の内容を示している。図２５では、実施の形態２、３で説明した図２３のステップＳ２３０１の処理内容がステップＳ２５０１に変更されている。図２５に於いて、ステップＳ２５０１では、第１のクランク角度センサ３及び第２のクランク角度センサ４の双方からの出力信号を用いて燃焼気筒のクランク角度位置、及びクランク角加速度を算出する。具体的には、下記の式（３６）、式（３７）で算出するクランク角度位置、クランク角加速度を用いてステップＳ１９０４で燃焼気筒のトルクＴＣＢ（ＣＮＴ）を算出する。

ここで、
は、それぞれ第１のクランク角度センサ３の出力信号に基づいて算出したクランク角度位置、クランク角加速度であり、
は、それぞれ第２のクランク角度センサ４の出力信号に基づいて算出したクランク角度位置、クランク角加速度である。又、
は、調整係数であり、
の範囲を取る。

調整係数
は、燃焼気筒判別手段１１により得た燃焼気筒ＣＢに近い方のクランク角度センサから逐次求めた燃焼気筒のクランク角度位置、及びクランク角加速度が、前述の式（３６）、式（３７）での寄与度が大きくなるように設定する。例えば、燃焼気筒が、第２のクランク角度センサ４よりも第１のクランク角度センサ３に近ければ、
の範囲で設定することにより、正確なクランク角度位置、クランク角加速度が得られる
ことになる。尚、
は、２つのクランク角度センサとの距離に応じて可変的に設定しても良い。

又、別の設定方法として、調整係数
を、第１のクランク角度センサ３用の第１のシグナルロータ２２と第２のクランク角度センサ４用の第２のシグナルロータ２３との突起物の数の差が大きい場合に、式（３６）と式（３７）で示すクランク角度位置、クランク角加速度の算出で突起物の数の多い方の寄与度が大きくなるように設定する。例えば、第１のクランク角度センサ３用の第１のシグナルロータ２２の突起物の数が第２のクランク角度センサ４用の第２のシグナルロータ２３の突起物の数より多い場合は、
の範囲で設定することにより、正確なクランク角度位置、クランク角加速度が得られることになる。

以上のように、この発明の実施の形態４による内燃機関の制御装置によれば、実施の形態１の場合と同様の効果が得られ、更に、第１のクランク角度センサ３及び第２のクランク角度センサ４の両方を用いて燃焼気筒のクランク角度位置、及びクランク角加速度を算出するので、一方のクランク角度センサに大きな出力誤差を持つ場合でも、もう一方のセンサの出力でその影響を抑制することができるので、燃焼気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度の誤差を低減することができる。このため、より精度の高い燃焼気筒の筒内圧力の推定値を得ることができる。

以上、この発明の実施の形態１から実施の形態４について説明したが、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、弾性体のモデルの関係式群の数値解を得るために差分法を用いて角速度や角加速度を算出したが、これをフーリエ変換を用いて求めても良い。

１ 内燃機関、２ クランクシャフト、３ 第１のクランク角度センサ、４ 第２のクランク角度センサ、５ カムシャフト、６ カム角度センサ、７ 制御装置、７Ａ 燃焼気筒内圧力推定処理部、８ クランク角度信号入力時刻記憶手段、９ クランク角加速度算出手段、１０ クランク角度情報推定手段、１１ 燃焼気筒判別手段、１２ 非燃焼気筒トルク設定手段、１３ 燃焼気筒トルク推定手段、１４ 燃焼気筒内圧力推定手段、１５ クランク角度情報選択手段、１６ クランク角度情報補正手段、２０ ピストン、２２ 第１のシグナルロータ、２３ 第２のシグナルロータ、２５ 第３のシグナルロータ。

この発明による内燃機関の制御装置は、
クランクシャフトに連結されたピストンを有する複数の気筒を備えた内燃機関の制御装置であって、
燃焼状態の推定対象である前記気筒のうちの１つ以上の気筒を前記クランクシャフトの軸方向に挟んで、前記クランクシャフトの軸方向の異なる位置に於けるクランク角度位置を検出する第１のクランク角度センサ、及び第２のクランク角度センサと、
前記第１のクランク角度センサから入力された第１のクランク角度位置と前記第１のクランク角度位置が入力された時刻と、前記第２のクランク角度センサから入力された第２のクランク角度位置と前記第２のクランク角度位置が入力された時刻をそれぞれ記憶するクランク角信号入力時刻記憶手段と、
前記クランク角信号入力時刻記憶手段に記憶された時刻データに基づいて、前記第１のクランク角度位置に対応する第１のクランク角加速度と、前記第２のクランク角度位置に対応する第２のクランク角加速度とを算出するクランク角加速度算出手段と、
前記第１のクランク角度位置と前記第１のクランク角加速度と前記第２のクランク角度位置と前記第２のクランク角加速度とに基づいて、前記複数の気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度を推定するクランク角度情報推定手段と、 前記クランクシャフトに連結されたカムシャフトのカム角度を検出するカム角度センサと、
前記カム角度センサからのカム角度信号に基づいて、前記複数の気筒のうちの燃焼状態にある燃焼気筒を判別する燃焼気筒判別手段と、
前記燃焼気筒以外の気筒の推定トルクを設定する非燃焼気筒トルク設定手段と、
前記クランク角度情報推定手段により推定された前記複数の気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度に基づいて、前記燃焼気筒のトルクを推定する燃焼気筒トルク推定手段と、
燃焼気筒トルク推定手段により推定したトルクに基づいて、前記燃焼気筒の気筒内圧力を推定する燃焼気筒内圧力推定手段と、
を備えたことを特徴とする。

Claims (6)

1. クランクシャフトに連結された複数の気筒を備えた内燃機関の制御装置であって、
   燃焼状態の推定対象である前記気筒のうちの１つ以上の気筒を前記クランクシャフトの軸方向に挟んで、前記クランクシャフトの軸方向の異なる位置に於けるクランク角度位置を検出する第１のクランク角度センサ、及び第２のクランク角度センサと、
   前記第１のクランク角度センサから入力された第１のクランク角度位置と前記第１のクランク角度位置が入力された時刻と、前記第２のクランク角度センサから入力された第２のクランク角度位置と前記第２のクランク角度位置が入力された時刻をそれぞれ記憶するクランク角信号入力時刻記憶手段と、
   前記クランク角信号入力時刻記憶手段に記憶された時刻データに基づいて、前記第１のクランク角度位置に対応する第１のクランク角加速度と、前記第２のクランク角度位置に対応する第２のクランク角加速度とを算出するクランク角加速度算出手段と、
   前記第１のクランク角度位置と前記第１のクランク角加速度と前記第２のクランク角度位置と前記第２のクランク角加速度とに基づいて、前記複数の気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度を推定するクランク角度情報推定手段と、
   前記クランクシャフトに連結されたカムシャフトのカム角度を検出するカム角度センサと、
   前記カム角度センサからのカム角度信号に基づいて、前記複数の気筒のうちの燃焼状態にある燃焼気筒を判別する燃焼気筒判別手段と、
   前記燃焼気筒以外の気筒の推定トルクを設定する非燃焼気筒トルク設定手段と、
   前記クランク角度情報推定手段により推定された前記複数の気筒のクランク角度位置及びクランク角加速度に基づいて、前記燃焼気筒のトルクを推定する燃焼気筒トルク推定手段と、
   燃焼気筒トルク推定手段により推定したトルクに基づいて、前記燃焼気筒の気筒内圧力を推定する燃焼気筒内圧力推定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼気筒トルク推定手段は、クランク角度情報選択手段を含み、
   前記クランク角度情報選択手段は、
   前記燃焼気筒のトルクを推定する際に用いるクランク角度位置に関連する情報として、前記第１のクランク角度センサと前記第２のクランク角度センサとのうち、前記燃焼気筒に前記軸方向に近い位置に存在するクランク角度センサにより検出したクランク角度位置に関連する情報を選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃焼気筒トルク推定手段は、クランク角度情報選択手段を含み、
   前記クランク角度情報選択手段は、
   前記燃焼気筒のトルクを推定する際に用いるクランク角度位置に関連する情報として、前記第１のクランク角度センサと前記第２のクランク角度センサのうち、前記内燃機関の１回転で発生する信号数が多い方のクランク角度センサによりで検出したクランク角度の関連する情報を選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃焼気筒トルク推定手段は、クランク角度情報補正手段を含み、
   前記クランク角度情報補正手段は、
   前記第１のクランク角度センサと前記第２のクランク角度センサのそれぞれで検出したクランク角度位置に関連する情報の加重平均を用いて、前記燃焼気筒のトルクを推定する際に用いるクランク角度位置に関連する情報を補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記クランク角度情報補正手段は、
   前記補正に用いる加重平均の重みを、前記第１のクランク角度センサ又は前記第２のクランク角度センサに対する前記燃焼気筒の前記軸方向の距離に基づいて決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記クランク角度情報補正手段は、
   前記補正に用いる加重平均の重みを、前記内燃機関の１回転で発生する信号数に基づいて決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。