JP4621627B2 - 内燃機関の仕事量算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の仕事量を表す仕事量パラメータを算出する内燃機関の仕事量算出装置に関する。

従来のこの種の仕事量算出装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この仕事量算出装置では、次のようにして内燃機関の図示平均有効圧力を算出する。すなわち、内燃機関の点火プラグに取り付けられた、圧電素子タイプの筒内圧センサによって、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する。そして、この筒内圧センサの出力および燃焼室の容積の変化率を表す容積データをフーリエ級数展開することによって、フーリエ係数を求めるとともに、求めたこれらのフーリエ係数に基づいて、内燃機関の図示平均有効圧力を算出する。

一般に、筒内圧センサは、筒内圧そのものではなく、筒内圧の変化量を表す検出信号を出力する。このため、このタイプの筒内圧センサを用いて図示平均有効圧力を上記のように算出する場合、例えばチャージアンプなどで筒内圧センサの出力を積分することによって、筒内圧を表す筒内圧データを求め、次に、求めた筒内圧データのフーリエ係数に基づいて、図示平均有効圧力を算出する必要がある。しかし、その場合、このタイプの筒内圧センサは、温度に応じて出力が変化するという特性などを有するため、温度に応じた出力の変化が積分により累積されることによって、筒内圧データが大きくドリフトしてしまい、図示平均有効圧力を精度良く算出できないおそれがある。

また、チャージアンプとして、内燃機関の１燃焼サイクル中の所定のタイミングで、積分値をリセットするリセット機能を有するものが用いられる場合がある。しかし、この場合にも、１燃焼サイクルごとに積分が行われるので、筒内圧データのドリフトを解消できず、やはり、図示平均有効圧力を精度良く算出できない。また、積分値のリセット前後において、筒内圧データが不連続になるのは避けられず、それにより、筒内圧データの適正な周波数特性が得られないため、フーリエ係数を適切に求めることができず、図示平均有効圧力の精度を低下させる原因になる。

さらに、上述した筒内圧データのドリフト（以下「筒内圧ドリフト」という）を補償する筒内圧検出装置として、例えば特許文献２および３に開示されたものが知られている。これらの筒内圧検出装置では、今回の燃焼サイクルにおける筒内圧ドリフトを算出するとともに、算出した筒内圧ドリフトに基づき、次回の筒内圧データを補正することによって、筒内圧ドリフトを補償するようにしている。しかし、これらの筒内圧検出装置では、今回の燃焼サイクルにおける筒内圧ドリフトに基づいて次回の筒内圧データを補正するので、筒内圧のピーク値が燃焼サイクルごとに大きく変化するような過渡時には、筒内圧ドリフトを十分に補償できず、その結果、この筒内圧データを用いた場合にも、図示平均有効圧力を精度良く算出することができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の仕事量を表す仕事量パラメータを精度良く算出することができる内燃機関の仕事量算出装置を提供することを目的とする。

特開２００６−５２６４７号公報 特開２００５−２５６７７５号公報 特開２００５−３１５２０８号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、燃焼室３ｄを有する内燃機関３の仕事量を表す仕事量パラメータ（実施形態における（以下、本項において同じ）図示平均有効圧力Ｐ_mi）を算出する内燃機関３の仕事量算出装置１、４１であって、燃焼室３ｄの容積の変化状態を表す容積データ（容積変化率データｄＶ）と、容積データのうちの燃焼室３ｄの容積の変化状態を表す周波数成分の周波数である所定周波数（次数ｋ）を有する基準信号（ｃｏｓ信号Ｃ_k ，ｓｉｎ信号Ｓ_k ）との積の積分を表す第１相関関数（第１容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，第２容積変化率フーリエ係数Ｖ_bk）を設定する第１相関関数設定手段（容積変化率フーリエ係数算出部３３、容積変化率フーリエ係数算出部４２、ＥＣＵ２）と、基準信号を生成する基準信号生成手段（基準信号算出部３２、ＥＣＵ２）と、燃焼室３ｄ内の圧力の変化量を表す筒内圧変化量データｄＰを検出する筒内圧変化量データ検出手段（筒内圧センサ２１）と、生成された基準信号および検出された筒内圧変化量データｄＰに基づいて、基準信号と筒内圧変化量データｄＰとの積の積分を表す第２相関関数（第１筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，第２筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_bk）を算出する第２相関関数算出手段（筒内圧変化量フーリエ係数算出部３４、ＥＣＵ２）と、第１および第２の相関関数に基づいて、仕事量パラメータを算出する仕事量パラメータ算出手段（図示平均有効圧力算出部３５）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の仕事量算出装置によれば、所定周波数を有する基準信号と燃焼室の容積の変化状態を表す容積データとの積の積分を表す第１相関関数が、第１相関関数設定手段により設定される。この所定周波数は、容積データのうちの燃焼室の容積の変化状態を表す周波数成分の周波数である。また、基準信号が、基準信号生成手段により生成され、燃焼室内の圧力の変化量を表す筒内圧変化量データが、筒内圧変化量データ検出手段により検出されるとともに、これらの基準信号および筒内圧変化量データに基づいて、基準信号と筒内圧変化量データとの積の積分を表す第２相関関数が、第２相関関数算出手段により算出される。そして、求めた第１および第２の相関関数に基づいて、仕事量パラメータが、仕事量パラメータ算出手段により算出される。

上記のように、第２相関関数を算出する際に、燃焼室内の圧力の変化量を表す筒内圧変化量データを、積分することなくそのまま用いる。したがって、従来と異なり、燃焼室内の圧力のピーク値が燃焼サイクルごとに変化するような過渡時でも、筒内圧変化量データの積分演算に起因する算出精度の低下を招くことなく、第２相関関数を適切に算出でき、その結果、仕事量パラメータを精度良く算出することができる。また、筒内圧変化量データの積分を行わない分、仕事量パラメータの演算負荷を軽減することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の仕事量算出装置１、４１において、筒内圧変化量データ検出手段は、燃焼室３ｄ内の圧力の変化量を検出する筒内圧センサ２１であることを特徴とする。

この構成によれば、筒内圧変化量データ検出手段として、燃焼室内の圧力の変化量を検出する一般的なタイプの筒内圧センサを用いるので、そのようなタイプの筒内圧センサが既に設けられている場合には、仕事量パラメータを算出するための部品を新たに設ける必要がなく、それにより、仕事量算出装置のコスト増を回避することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の仕事量算出装置１、４１において、仕事量パラメータは、内燃機関３の図示平均有効圧力Ｐ_miを含むことを特徴とする。

この構成によれば、仕事量パラメータとして図示平均有効圧力を算出するので、精度良く算出した図示平均有効圧力を用いて、エンジン制御などを適切に行うことが可能になる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の仕事量算出装置１、４１において、基準信号の所定周波数および所定周波数の数（次数ｋ）が、容積データに応じて設定されることを特徴とする。

この構成によれば、基準信号の所定周波数およびその数を、容積データに応じて設定する。したがって、例えば、基準信号の所定周波数およびその数を、容積データのうちの燃焼室の容積の変化状態を良好に表す周波数成分の周波数（以下「最適周波数」という）およびその数に合わせるように設定することによって、第１相関関数を適切に設定でき、それにより、仕事量パラメータをより精度良く算出することができる。また、所定周波数の数を上記の最適周波数の数に合わせることによって、第１相関関数の数を最小限に設定でき、それにより、仕事量パラメータの演算負荷をさらに軽減することができる。

さらに、燃焼室の容積の変化状態は、内燃機関の回転数を基準とした低次の成分で良好に表される。このため、所定周波数を上記のように設定した場合には、筒内圧変化量データおよび／または体積データのサンプリング周波数を比較的低めに設定しても、第１および／または第２の相関関数を適切に設定でき、仕事量パラメータの算出精度を確保できる。したがって、筒内圧変化量データおよび／または体積データのサンプリング周波数を低めに設定することが可能になり、それにより、仕事量パラメータの演算負荷をさらに軽減することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関３の仕事量算出装置１において、容積データを生成する容積データ生成手段（容積変化率データ算出部３１、ＥＣＵ２）をさらに備え、第１相関関数設定手段（容積変化率フーリエ係数算出部３３）は、生成された基準信号および容積データに基づいて、第１相関関数を設定する（式（２５）、式（２６））ことを特徴とする。

この構成によれば、容積データを容積データ生成手段により生成するとともに、生成した容積データおよび基準信号に基づいて第１相関関数を設定する。これにより、第１相関関数を実際の容積データを反映した適切な値に設定できるので、仕事量パラメータをさらに精度良く算出することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関３の仕事量算出装置１において、内燃機関３のクランクシャフト３ｅの角度位置を検出する角度位置検出手段（クランク角センサ２２）をさらに備え、容積データ生成手段は、検出されたクランクシャフト３ｅの角度位置に基づいて、容積データを生成し、基準信号生成手段は、クランクシャフト３ｅの角度位置に基づいて、基準信号を生成する（式（２３）、式（２４））ことを特徴とする。

燃焼室内の圧力および燃焼室の容積は、内燃機関のクランクシャフトの回転に伴って周期的に変化する。本発明によれば、検出された内燃機関のクランクシャフトの角度位置に基づいて、容積データおよび基準信号を生成するので、容積データと基準信号の間、および筒内圧データと基準信号の間で、位相を適正に合わせることができる。これにより、第１および第２の相関関数をより適切に算出できるので、仕事量パラメータをさらに精度良く算出することができる。

請求項７に係る発明は、請求項５または６に記載の内燃機関３の仕事量算出装置１において、第１相関関数設定手段は、容積データをフーリエ級数展開することによって求めたフーリエ係数を、第１相関関数として設定し（式（２５）、式（２６））、第２相関関数算出手段は、筒内圧変化量データをフーリエ級数展開することによって求めたフーリエ係数を、第２相関関数として算出する（式（２７）、式（２８））ことを特徴とする。

この構成によれば、第１および第２の相関関数をフーリエ級数展開によって求めるため、特に、高速フーリエ変換などのような高速周波数分解手法を用いることによって、仕事量パラメータの演算負荷をより一層、軽減することができる。

請求項８に係る発明は、請求項５ないし７のいずれかに記載の内燃機関３の仕事量算出装置１において、内燃機関３には、内燃機関３の圧縮比Ｃｒおよび排気量の少なくとも一方を変更可能な可変機構（可変圧縮比機構１０）が設けられており、圧縮比Ｃｒおよび排気量の少なくとも一方を表すパラメータを検出するパラメータ検出手段（制御角センサ２３、ＥＣＵ２）をさらに備え、容積データ生成手段は、検出されたパラメータ（圧縮比Ｃｒ）に応じて、容積データを生成することを特徴とする。

内燃機関の圧縮比および／または排気量が変化すると、それに応じて、燃焼室の容積の変化状態を表す容積データが変化する。本発明によれば、圧縮比および／または排気量を表すパラメータに応じて容積データを生成するので、圧縮比および／または排気量に応じて、第１相関関数を適切に設定でき、仕事量パラメータを精度良く算出することができる。

請求項９に係る発明は、請求項５ないし７のいずれかに記載の内燃機関３の仕事量算出装置１において、内燃機関３には、内燃機関３の圧縮比Ｃｒおよび排気量の少なくとも一方を変更可能な可変機構（可変圧縮比機構１０）が設けられており、圧縮比Ｃｒおよび排気量の少なくとも一方を表すパラメータを検出するパラメータ検出手段をさらに備え、基準信号生成手段は、パラメータに応じて、基準信号の所定周波数および所定周波数の数を設定することを特徴とする。

請求項８の作用で述べたように、容積データは圧縮比および／または排気量に応じて変化するため、容積データのうち、燃焼室の容積の変化状態を良好に表す周波数成分の周波数およびその数も、圧縮比および／または排気量に応じて変化する。本発明によれば、第１相関関数を設定するための基準信号の周波数を、検出された圧縮比および／または排気量を表すパラメータに応じて設定する。したがって、実際の圧縮比および／または排気量に応じて、燃焼室の容積の変化状態が良好に反映されるように、第１相関関数を適切に設定でき、仕事量パラメータを精度良く算出することができる。また、基準信号の周波数の数をパラメータに応じて設定するので、圧縮比および／または排気量に応じて、第１相関関数の数を最小限に設定でき、仕事量パラメータの演算負荷をさらに一層、軽減することができる。

請求項１０に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関３の仕事量算出装置４１において、第１相関関数設定手段（容積変化率フーリエ係数算出部４２）は、第１相関関数を所定値（第１〜第１０の所定値ＶＲＥＦ１〜１０）に設定することを特徴とする。

この構成によれば、第１相関関数を所定値に設定する。通常、燃焼室の容積の最大値および最小値やその間の変化の仕方は、ほぼ一定であるため、これらに基づいて、容積データと基準信号との相関関数である第１相関関数を所定値に設定することによって、仕事量パラメータの算出精度を確保することができる。また、生成した基準信号と容積データに基づく第１相関関数の算出が省略される分、仕事量パラメータの演算負荷をより一層、軽減することができる。

請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の内燃機関３の仕事量算出装置４１において、内燃機関３のクランクシャフト３ｅの角度位置を検出する角度位置検出手段をさらに備え、基準信号生成手段は、クランクシャフト３ｅの角度位置に基づいて、基準信号を生成することを特徴とする。

請求項６の作用で述べたように、燃焼室内の圧力は、内燃機関のクランクシャフトの回転に伴って周期的に変化するので、上記のように、検出されたクランクシャフトの角度位置に基づいて基準信号を生成することによって、筒内圧データと基準信号の間で、位相を適正に合わせることができる。これにより、第２相関関数をより適切に算出できるので、仕事量パラメータをさらに精度良く算出することができる。

請求項１２に係る発明は、請求項１０または１１に記載の内燃機関３の仕事量算出装置４１において、第２相関関数算出手段は、筒内圧変化量データｄＰをフーリエ級数展開することによって求めたフーリエ係数を、第２相関関数として算出することを特徴とする。

この構成によれば、第２相関関数をフーリエ級数展開によって求めるため、特に、高速フーリエ変換などのような高速周波数分解手法を用いることによって、仕事量パラメータの演算負荷をより一層、軽減することができる。

請求項１３に係る発明は、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の内燃機関３の仕事量算出装置４１において、内燃機関３には、内燃機関３の圧縮比Ｃｒおよび排気量の少なくとも一方を変更可能な可変機構（可変圧縮比機構１０）が設けられており、圧縮比Ｃｒおよび排気量の少なくとも一方を表すパラメータを検出するパラメータ検出手段をさらに備え、第１相関関数設定手段は、パラメータに応じた所定の第１相関関数値を、所定値として記憶する記憶手段（容積変化率フーリエ係数算出部４２、ＥＣＵ２）を有し、検出されたパラメータに応じた第１相関関数値（第１〜第１０の所定値ＶＲＥＦ１〜１０）を読み出すことによって、第１相関関数を設定することを特徴とする。

請求項９の作用で述べたように、容積データのうち、燃焼室の容積の変化状態を良好に表す周波数成分の周波数およびその数は、圧縮比および／または排気量に応じて変化する。このため、燃焼室の容積の変化状態を良好に反映する第１相関関数の値およびその数も、圧縮比および／または排気量に応じて変化する。本発明によれば、検出された圧縮比および／または排気量を表すパラメータに応じ、所定の第１相関関数値を読み出すことによって、容積データと基準信号との相関関数である第１相関関数を設定する。したがって、実際の圧縮比および／または排気量に応じて、第１相関関数を適切に設定でき、仕事量パラメータを精度良く算出することができる。また、同じ理由により、圧縮比および／または排気量に応じて、第１相関関数の数を最小限に設定でき、仕事量パラメータの演算負荷をさらに一層、軽減することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による仕事量算出装置１を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。仕事量算出装置１は、ＥＣＵ２を有しており（図２参照）、エンジン３の図示平均有効圧力Ｐ_mi（仕事量パラメータ）を後述するようにして算出する。

エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４サイクルタイプのガソリンエンジンであり、エンジン３の気筒３ａ、シリンダヘッド３ｂおよびピストン３ｃで囲まれた空間が、燃焼室３ｄになっている。シリンダヘッド３ｂには、燃焼室３ｄに臨むように点火プラグ４が取り付けられている。この点火プラグ４には、筒内圧センサ２１（筒内圧変化量データ検出手段）が一体に取り付けられている。この筒内圧センサ２１は、例えば圧電素子タイプのものであり、燃焼室３ｄ内の圧力（以下「筒内圧」という）の変化に応じて、圧電素子（図示せず）が変位することにより、筒内圧の変化量を表す検出信号（以下「筒内圧変化量データ」という）ｄＰを、ＥＣＵ２に出力する。

エンジン３のクランクシャフト３ｅには、クランク角センサ２２（角度位置検出手段）が設けられている。クランク角センサ２２は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＴＤＣ信号は、ピストン３ｃが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度に位置するごとに出力される。ＣＲＫ信号は、ＴＤＣ信号を基準として、所定クランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。

また、エンジン３には、可変圧縮比機構１０（可変機構）が設けられている。この可変圧縮比機構１０は、ピストン３ｃの上死点位置および下死点位置、すなわちピストン３ｃのストロークを変更することにより、エンジン３の圧縮比Ｃｒを所定の最大値Ｃｒ＿Ｈと所定の最小値Ｃｒ＿Ｌとの間で無段階に変更するものである。図３に示すように、可変圧縮比機構１０は、各気筒３ａのピストン３ｃとクランクシャフト３ｅの間に連結された複合リンク機構１１と、この複合リンク機構１１に連結された圧縮比アクチュエータ１５を有している。

複合リンク機構１１は、上リンク１２、下リンク１３および制御リンク１４などで構成されている。上リンク１２は、いわゆるコンロッドに相当するものであり、その上端部がピストンピン３ｆを介してピストン３ｃに回動自在に連結され、下端部がピン１３ａを介して、下リンク１３の一端部に回動自在に連結されている。

下リンク１３は、三角形状のものであり、上リンク１２との連結部以外の２つの端部はそれぞれ、クランクピン１３ｂを介してクランクシャフト３ｅに、制御ピン１３ｃを介して制御リンク１４の一端部に、回動自在に連結されている。以上の構成により、ピストン３ｃの往復運動が、複合リンク機構１１を介してクランクシャフト３ｅに伝達され、クランクシャフト３ｅの回転運動に変換される。

また、圧縮比アクチュエータ１５は、ＥＣＵ２に接続されたモータと減速機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２により後述するように駆動される。圧縮比アクチュエータ１５は、ケーシング１５ａ、アーム１５ｂおよび制御軸１５ｃなどを備えており、このケーシング１５ａ内には、モータおよび減速機構が内蔵されている。アーム１５ｂの一端部は、減速機構の回転軸１５ｄの先端部に固定されており、それにより、アーム１５ｂは、モータの回転に伴い、回転軸１５ｄを中心として回動する。また、アーム１５ｂの他端部には、制御軸１５ｃが回動自在に連結されている。制御軸１５ｃは、クランクシャフト３ｅと同様、図面の奥行き方向に延びており、この制御軸１５ｃには、制御リンク１４の制御ピン１３ｃと逆側の端部が連結されている。

さらに、アーム１５ｂの付近には、最小圧縮比ストッパ１６ａおよび最大圧縮比ストッパ１６ｂが互いに間隔を存して設けられており、これらの２つのストッパ１６ａ，１６ｂにより、アーム１５ｂの回動範囲が規制される。すなわち、アーム１５ｂは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって、モータが正逆回転方向に駆動されると、最小圧縮比ストッパ１６ａに当接し、係止される最小圧縮比位置（図３（ａ）に示す位置）と、最大圧縮比ストッパ１６ｂに当接し、係止される最大圧縮比位置（図３（ｂ）に示す位置）との間の範囲内で回動する。

以上の構成により、可変圧縮比機構１０では、アーム１５ｂが最小圧縮比ストッパ１６ａ側にある状態で、圧縮比アクチュエータ１５の回転軸１５ｄが、図３の反時計回りに回転すると、それに伴ってアーム１５ｂが同図の反時計回りに回動する。それにより、制御リンク１４全体が押し下げられるのに伴い、下リンク１３がクランクピン１３ｂを中心として時計回りに回動するとともに、上リンク１２がピストンピン３ｆを中心として反時計回りに回動する。その結果、ピストンピン３ｆ、上ピン１３ａおよびクランクピン１３ｂが、最小圧縮比位置のときよりも直線状に近づくことで、ピストン３ｃが上死点に到達したときのピストンピン３ｆとクランクピン１３ｂを結ぶ直線距離が長くなり、行程容積が大きくなるとともに、ピストン３ｃが上死点にあるときの燃焼室３ｄの容積が小さくなることによって、圧縮比Ｃｒが高くなる。

一方、上記とは逆に、アーム１５ｂが最大圧縮比ストッパ１６ｂ側にある状態で、アクチュエータ１５の回転軸１５ｄが、時計回りに回転すると、それに伴ってアーム１５ｂが時計回りに回動することで、制御リンク１４全体が押し上げられる。これにより、上記とは逆の動作により、下リンク１３が、反時計回りに回動するとともに、上リンク１２が時計回りに回動する。その結果、ピストン３ｃが上死点に到達したときのピストンピン３ｆとクランクピン１３ｂを結ぶ直線距離が短くなり、行程容積が小さくなるとともに、ピストン３ｃが上死点にあるときの燃焼室３ｄの容積が大きくなることによって、圧縮比Ｃｒが低くなる。以上のように、この可変圧縮比機構１０では、アーム１５ｂが最小圧縮比ストッパ１６ａと最大圧縮比ストッパ１６ｂとの間で回動することにより、圧縮比Ｃｒが前記最小値Ｃｒ＿Ｌと最大値Ｃｒ＿Ｈとの間で無段階に変更される。

また、圧縮比アクチュエータ１５のケーシング１５ａ内には、制御角センサ２３（パラメータ検出手段）が設けられており（図２参照）、この制御角センサ２３は、回転軸１５ｄすなわちアーム１５ｂの回動角θｃｒを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この制御角センサ２３の検出信号に基づき、圧縮比Ｃｒ（パラメータ）を算出する。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上述した各種のセンサ２１〜２３からの出力はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＥＣＵ２は、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶されたプログラムなどに従って、図示平均有効圧力Ｐ_miを算出する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、第１相関関数設定手段、基準信号生成手段、第２相関関数算出手段、仕事量パラメータ算出手段、容積データ生成手段、パラメータ検出手段、および記憶手段に相当する。

次に、本実施形態による図示平均有効圧力Ｐ_miの算出方法の概念について説明する。次式（１）は、図示平均有効圧力Ｐ_miの一般的な算出式である。

ここで、Ｖ_s はエンジン３の行程容積、Ｐは、筒内圧を表す筒内圧データ、ｄＶは、燃焼室３ｄの容積の変化率を表す容積変化率データである。このように、図示平均有効圧力Ｐ_miは、筒内圧データＰと容積変化率データｄＶとの積を一周積分、すなわち１燃焼サイクルにわたって積分した値を、行程容積Ｖ_s で除算することにより算出される。なお、本実施形態では、容積変化率データｄＶが容積データに相当する。

また、容積変化率データｄＶは、１燃焼サイクルを１周期として変化することから、フーリエ級数展開を用いて、次式（２）〜（５）に示すように各周波数成分によって表される。

ここで、Ｖ_a0は、容積変化率データｄＶの振幅のオフセット分、ｋは、エンジン３の回転周波数の整数倍の周波数成分（以下「エンジン回転数の整数次成分」という）の次数であり、θは、吸気行程開始時のＴＤＣを基準としたクランク角度である。Ｖ_akは、容積変化率データｄＶ中のｃｏｓ波成分のうちのエンジン回転数の整数次成分に対するフーリエ係数（以下「第１容積変化率フーリエ係数」という）であり、Ｖ_bkは、容積変化率データｄＶ中のｓｉｎ波成分のうちのエンジン回転数の整数次成分に対するフーリエ係数（以下「第２容積変化率フーリエ係数」という）である。また、Ｔは、１燃焼サイクルに要するクランク角度θ、すなわち、本実施形態では、７２０゜である。なお、本実施形態では、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkが、第１相関関数に相当する。

さらに、上記の式（２）を式（１）に代入すると、図示平均有効圧力Ｐ_miは、次式（６）で表され、この式（６）を展開すると、図示平均有効圧力Ｐ_miは、次式（７）で表される。

また、筒内圧データＰも、１燃焼サイクルを１周期として変化することから、フーリエ級数展開を用いて、次式（８）〜（１１）に示すように各周波数成分によって表される。

ここで、Ｐ_a0は、筒内圧データＰの振幅のオフセット分、Ｐ_akは、筒内圧データＰ中のｃｏｓ波成分のうちのエンジン回転数の整数次成分に対するフーリエ係数であり、Ｐ_bkは、筒内圧データＰ中のｓｉｎ波成分のうちのエンジン回転数の整数次成分に対するフーリエ係数である。

次いで、上記の式（９）〜（１１）を式（７）に代入し、整理すると、図示平均有効圧力Ｐ_miは、次式（１２）で表される。

また、前述した筒内圧センサ１１から出力される筒内圧変化量データｄＰは、フーリエ級数展開を用いて、次式（１３）〜（１６）に示すように各周波数成分によって表される。

ここで、ｄ_a0は、筒内圧変化量データｄＰの振幅のオフセット分、ｄ_akは、筒内圧変化量データｄＰ中のｃｏｓ波成分のうちのエンジン回転数の整数次成分に対するフーリエ係数（以下「第１筒内圧変化量フーリエ係数」という）であり、ｄ_bkは、筒内圧変化量データｄＰ中のｓｉｎ波成分のうちのエンジン回転数の整数次成分に対するフーリエ係数（以下「第２筒内圧変化量フーリエ係数」という）である。なお、本実施形態では、第１および第２の筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkが第２相関関数に相当する。

そして、筒内圧変化量データｄＰが上記の式（１３）で表されることと、筒内圧変化量データｄＰを積分することによって筒内圧データＰが得られることから、筒内圧データＰは、次式（１７）で表される。

この式（１７）で表される筒内圧データＰおよび式（８）で表される筒内圧データＰは、互いに等しいため、次の式（１８）〜（２０）が成立する。

これらの式（１８）〜（２０）を式（１２）に代入すると、図示平均有効圧力Ｐ_miは、次式（２１）で表される。また、この式（２１）において、オフセット分Ｖ_a0はほぼ値０であるため、右辺の第１項を省略すると、図示平均有効圧力Ｐ_miは、次式（２２）で表される。

本実施形態では、式（４）、（５）、（１５）、（１６）および（２２）によって、図示平均有効圧力Ｐ_miを算出する。すなわち、筒内圧変化量データｄＰを積分することなくそのまま用いて、そのフーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkを算出し、算出した第１および第２の筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkに基づいて、図示平均有効圧力Ｐ_miを算出する。

図４は、上記のような算出を行う、本発明の第１実施形態による仕事量算出装置１を示している。この仕事量算出装置１は、容積変化率データ算出部３１（容積データ生成手段）、基準信号算出部３２（基準信号生成手段）、容積変化率フーリエ係数算出部３３（第１相関関数設定手段）、筒内圧変化量フーリエ係数算出部３４（第２相関関数算出手段）、および図示平均有効圧力算出部３５（仕事量パラメータ算出手段）を備えている。これらはいずれも、ＥＣＵ２により構成されている。

容積変化率データ算出部３１は、サンプリング番号ｎおよび圧縮比Ｃｒに応じ、図５に示すｄＶテーブルを検索することによって、容積変化率データｄＶを算出し、図示平均有効圧力算出部３７に出力する。このサンプリング番号ｎは、離散化した時間を表しており、ＴＤＣ信号が入力されるごとに値０にリセットされ、ＣＲＫ信号の入力ごとにインクリメントされる。すなわち、サンプリング番号ｎは、１燃焼サイクル中において、値０から２３まで変化する。サンプリング番号ｎ付きの各離散データは、ＣＲＫ信号の入力ごとに算出またはサンプリングされたデータであることを示している。以上のようなサンプリング番号ｎの設定は、後述する次数ｋの設定に応じたものである。なお、以下の説明では、各離散データにおけるサンプリング番号ｎを適宜、省略する。

上記のｄＶテーブルは、ピストン３ｃの動きに応じた燃焼室３ｄの実際の容積の変化率をテーブル化したものであり、このため、容積変化率データｄＶ（ｎ）は概ねｓｉｎ波状に設定されている。また、ｄＶテーブルは、圧縮比Ｃｒが、前述した最小値Ｃｒ＿Ｌから最大値Ｃｒ＿Ｈの範囲内の所定の圧縮比Ｃｒごとに設定された複数のテーブルで構成されており（１つのみ図示）、圧縮比Ｃｒがこれらの中間値を示す場合には、容積変化率データｄＶ（ｎ）は、補間演算によって求められる。

具体的には、ｄＶテーブルでは、容積変化率データｄＶ（ｎ）は、サンプリング番号ｎが値０（ＴＤＣ信号入力時）のときには値０に設定され、このＴＤＣと次のＢＤＣとのほぼ中間に相当する値ｎ１のときには最大値ｄＶｍａｘに設定され、このＢＤＣに相当する値ｎ２のときには値０に設定されている。また、このＢＤＣの次のＴＤＣ（膨張行程開始時）とのほぼ中間に相当する値ｎ３のときには負値である最小値ｄＶｍｉｎに設定され、このＴＤＣに相当する値ｎ４のときには値０に設定されている。さらに、このＴＤＣから次回のＴＤＣ信号の入力時までの値ｎ４〜値０の間では、上述した値０〜値ｎ４の場合と同様に設定されている。また、圧縮比Ｃｒが大きいほど、行程容積Ｖ_s が大きいため、上記の最大値ｄＶｍａｘはより大きく、最小値ｄＶｍｉｎはより小さく、それぞれ設定されている。以上により、実際の燃焼室３ｂの容積変化率に合致した容積変化率データｄＶ（ｎ）を得ることができる。

基準信号算出部３２は、ｃｏｓ信号Ｃ_k （ｎ）およびｓｉｎ信号Ｓ_k （ｎ）を算出し、容積変化率フーリエ係数算出部３３および筒内圧変化量フーリエ係数算出部３４に出力する。なお、本実施形態では、これらのｃｏｓ信号Ｃ_k およびｓｉｎ信号Ｓ_k が、基準信号に相当する。具体的には、ｃｏｓ信号Ｃ_k （ｎ）およびｓｉｎ信号Ｓ_k （ｎ）は、次式（２３）および（２４）によってそれぞれ算出される。ここで、記号Ｎは、１燃焼サイクル中におけるＣＲＫ信号の入力回数、すなわちサンプリング回数であり、７２０／３０＝２４である。
Ｃ_k （ｎ）＝ｃｏｓ｛ｋ×（４π／Ｎ）×ｎ｝ …… （２３）
Ｓ_k （ｎ）＝ｓｉｎ｛ｋ×（４π／Ｎ）×ｎ｝ …… （２４）
また、この算出の際、次数ｋは、圧縮比Ｃｒに応じ、容積変化率データｄＶのうちの燃焼室３ｄの変化率を良好に表す周波数成分の次数に設定される。これにより、次数ｋは、値１に設定されるか、または値１〜所定値に設定される。例えば、次数ｋは、圧縮比Ｃｒが前記最小値Ｃｒ＿Ｌ以上で、かつ第１所定値Ｃｒ１よりも小さいときには、値１に設定され、圧縮比Ｃｒが第１所定値Ｃｒ１以上で、かつ前記最大値Ｃｒ＿Ｈ以下のときには、値１および値２に設定される。また、設定された次数ｋが複数の場合には、それらの次数ｋごとに、ｃｏｓ信号Ｃ_k （ｎ）およびｓｉｎ信号Ｓ_k （ｎ）が算出される。

前記容積変化率フーリエ係数算出部３３は、入力された容積変化率データｄＶ（ｎ）、ｃｏｓ信号Ｃ_k （ｎ）、およびｓｉｎ信号Ｓ_k （ｎ）を用い、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak（ｎ），Ｖ_bk（ｎ）を、次式（２５），（２６）によりそれぞれ算出し、図示平均有効圧力算出部３５に出力する。これにより、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak（ｎ），Ｖ_bk（ｎ）は、次数ｋが複数の場合には、次数ｋごとに算出される。なお、これらの式（２５）および（２６）はそれぞれ、連続時間系の前記式（４）および（５）を離散時間系の式に変換したものである。

筒内圧変化量フーリエ係数算出部３４は、入力されたｃｏｓ信号Ｃ_k （ｎ）、ｓｉｎ信号Ｓ_k （ｎ）、および筒内圧変化量データｄＰ（ｎ）を用い、第１および第２の筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkを、次式（２７），（２８）によりそれぞれ算出し、図示平均有効圧力算出部３５に出力する。これにより、第１および第２の筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkは、次数ｋが複数の場合には、次数ｋごとに算出される。なお、これらの式（２７）および（２８）はそれぞれ、連続時間系の前記式（１５）および（１６）を離散時間系の式に変換したものである。

図示平均有効圧力算出部３５は、入力された容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bk，および筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkを用い、次式（２９）により図示平均有効圧力Ｐ_miを算出する。なお、この式（２９）は、連続時間系の前記式（２２）を離散時間系の式に変換したものである。ここで、Ｋは、次数ｋの最大値である。

上記式（２９）における行程容積Ｖ_s は、圧縮比Ｃｒに応じ、図６に示すＶ_s テーブルを検索することによって算出される。このＶ_s テーブルは、圧縮比Ｃｒに応じて、実際の行程容積Ｖ_s をテーブル化したものであり、圧縮比Ｃｒが高いほど、行程容積Ｖ_s はより大きな値に設定されている。

以上のように、上述した第１実施形態によれば、第１および第２の筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkを算出する際に、筒内圧変化量データｄＰを積分することなくそのまま用いる。したがって、従来と異なり、筒内圧のピーク値が燃焼サイクルごとに変化するような過渡時でも、筒内圧変化量データｄＰの積分演算に起因する算出精度の低下を招くことなく、第１および第２の筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkを適切に算出でき、その結果、図示平均有効圧力Ｐ_miを精度良く算出することができる。また、筒内圧変化量データｄＰの積分を行わない分、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷を軽減することができる。また、既存の筒内圧センサ２１を図示平均有効圧力Ｐ_miの算出に用いるので、部品を新たに設ける必要もなく、したがって、仕事量算出装置１のコスト増を回避することができる。さらに、精度良く算出した図示平均有効圧力Ｐ_miを用いて、エンジン制御などを適切に行うことが可能になる。

また、ｃｏｓ信号Ｃ_k およびｓｉｎ信号Ｓ_k の次数ｋを、容積変化率データｄＶのうちの燃焼室３ｄの変化率を良好に表す周波数成分の次数に設定する。したがって、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを適切に算出でき、それにより、図示平均有効圧力Ｐ_miをより精度良く算出できる。また、同じ理由により、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkの数を最小限に算出でき、それにより、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷をさらに軽減することができる。

さらに、次数ｋを上記のように設定するとともに、筒内圧変化量データｄＰおよび容積変化率データｄＶを、ＣＲＫ信号の入力ごとに、すなわちクランク角度３０゜ごとに、比較的低い周波数でサンプリングする。したがって、図示平均有効圧力Ｐ_miの算出精度を確保しながら、その算出に用いる筒内圧変化量データｄＰおよび容積変化率データｄＶの数を抑えることができ、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷をさらに軽減することができる。また、このように筒内圧変化量データｄＰのサンプリング周波数を低めに設定することによって、筒内圧変化量データｄＰの高周波数成分に特に含まれるノイズなどによる影響を排除しながら、図示平均有効圧力Ｐ_miをさらに精度良く算出することができる。

さらに、容積変化率データｄＶを算出するとともに、算出した容積変化率データｄＶに基づいて容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを算出する。これにより、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを実際の燃焼室３ｄの容積の変化率を反映した適切な値に算出できるので、図示平均有効圧力Ｐ_miをさらに精度良く算出することができる。また、ＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号に応じて、サンプリング番号ｎを設定するとともに、設定したサンプリング番号ｎに基づいて、容積変化率データｄＶ、ｃｏｓ信号Ｃ_k およびｓｉｎ信号Ｓ_k を算出するので、容積変化率データｄＶとｃｏｓ信号Ｃ_k およびｓｉｎ信号Ｓ_k の間、ならびに筒内圧変化量データｄＰとｃｏｓ信号Ｃ_k およびｓｉｎ信号Ｓ_k の間で位相を適正に合わせることができる。これにより、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkおよび筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkを、より適切に算出することができる。

さらに、圧縮比Ｃｒに応じて、容積変化率データｄＶを算出するので、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを適切に算出することができる。また、圧縮比Ｃｒに応じて、ｃｏｓ信号Ｃ_k およびｓｉｎ信号Ｓ_k の次数ｋを設定するので、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを、燃焼室３ｄの容積の変化率が良好に反映されるように、適切に算出することができる。また、同じ理由により、圧縮比Ｃｒに応じて、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkの数を最小限に算出でき、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷をより一層、軽減することができる。

なお、図示平均有効圧力Ｐ_miを、上述した算出手法に代えて、次のような算出手法によって算出してもよい。すなわち、前述したｄＶテーブルから明らかなように、燃焼室３ｄの容積の変化率が低次のｓｉｎ関数で概ね構成されていることから、主として低次の第２容積変化率フーリエ係数Ｖ_bkを算出し、第１容積変化率フーリエ係数Ｖ_akについては、圧縮比Ｃｒに応じて、必要な場合にのみ算出する。また、そのような容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkの算出に対応させて、主として第１筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_akを算出し、第２筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_bkについては、圧縮比Ｃｒに応じ、必要な場合にのみ算出する。さらに、前記式（２９）を、算出しないフーリエ係数ｄ_bk，Ｖ_akを用いる項については省略するように変形して用いる。以上のような算出手法により、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷を、さらに一層、軽減することができる。

次に、図７を参照しながら、本発明の第２実施形態による仕事量算出装置４１について説明する。本実施形態では、上述した第１実施形態と異なり、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを、容積変化率データｄＶに基づいて算出するのではなく、圧縮比Ｃｒに応じ、記憶された所定値を検索することによって求める。このため、この仕事量算出装置４１は、前述した第１実施形態の仕事量算出装置１と異なり、容積変化率データ算出部３１を備えておらず、容積変化率フーリエ係数算出部３３に代えて、容積変化率フーリエ係数算出部４２（第１相関関数設定手段、記憶手段）を備えている。以下、その構成を中心として説明する。

容積変化率フーリエ係数算出部４２は、圧縮比Ｃｒに応じ、図８に示すマップを検索することによって、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを算出し、図示平均有効圧力算出部３５に出力する。このマップは、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを、圧縮比Ｃｒに応じて、実験により求め、第１〜第１０の所定値ＶＲＥＦ１〜１０として記憶したものである。具体的には、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkは、次のようにして算出（設定）される。

すなわち、図８の上欄に示すように、圧縮比Ｃｒが前記最小値Ｃｒ＿Ｌのときには、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkとして、１次のＶ_a1，Ｖ_b1を設定し、前者Ｖ_a1を第１所定値ＶＲＥＦ１（例えば値０）に設定し、後者Ｖ_b1を第２所定値ＶＲＥＦ２（例えば４．３）に設定する。

また、図８の中欄に示すように、圧縮比Ｃｒが第１所定値Ｃｒ１のときには、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkとして、１次および２次のＶ_a1，Ｖ_a2，Ｖ_b1，Ｖ_b2を設定する。具体的には、第１容積変化率フーリエ係数Ｖ_a1，Ｖ_a2のうち、１次のＶ_a1を第３所定値ＶＲＥＦ３（例えば０）に設定し、２次のＶ_a2を第４所定値ＶＲＥＦ４（例えば０）に設定する。また、第２容積変化率フーリエ係数Ｖ_bkのうち、１次のＶ_b1を第５所定値ＶＲＥＦ５（例えば４．７）に設定し、２次のＶ_b2を第６所定値ＶＲＥＦ６（例えば３．０）に設定する。

さらに、図８の下欄に示すように、圧縮比Ｃｒが前記最大値Ｃｒ＿Ｈのときには、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkとして、１次および２次のＶ_a1，Ｖ_a2，Ｖ_b1，Ｖ_b2を設定する。具体的には、第１容積変化率フーリエ係数Ｖ_akのうち、１次のＶ_a1を第７所定値ＶＲＥＦ７（例えば０．５）に設定し、２次のＶ_a2を第８所定値ＶＲＥＦ８（例えば０）に設定する。また、第２容積変化率フーリエ係数Ｖ_bkのうち、１次のＶ_b1を第９所定値ＶＲＥＦ９（例えば４．５）に設定し、２次のＶ_b2を第１０所定値ＶＲＥＦ１０（例えば３．５）に設定する。

また、圧縮比Ｃｒが最小値Ｃｒ＿Ｌ、第１所定値Ｃｒ１および最大値Ｃｒ＿Ｈ以外のときには、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkは、補間演算によって算出される。これにより、図示平均有効圧力Ｐ_miの算出精度を確保できる。

この場合の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkの次数ｋは、前述した第１実施形態と同様、燃焼室３ｄの容積の変化状態を良好に表す周波数成分の次数に合うように設定されている。

以上のように、この第２実施形態によれば、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを第１〜第１０の所定値ＶＲＥＦ１〜１０に設定するので、その算出が省略される分、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷をさらに一層、軽減することができる。また、圧縮比Ｃｒに応じて、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを、第１〜第１０の所定値ＶＲＥＦ１〜１０に設定するので、これらを適切に設定することができる。さらに、同じ理由により、容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkの数を最小限に設定でき、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷をさらに一層、軽減することができる。

なお、図示平均有効圧力Ｐ_miを、上述した算出手法に代えて、次のような算出手法によって算出してもよい。すなわち、前述した第１実施形態と同様、圧縮比Ｃｒに応じ、第１および第２の容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを必要なもののみ設定（算出）するとともに、第１および第２の筒内圧変化量フーリエ係数ｄ_ak，ｄ_bkのうち、設定した容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkに対応するもののみを算出する。さらに、前記式（２９）を、求めないフーリエ係数ｄ_bk，Ｖ_akを用いる項については省略するように変形して用いる。これにより、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷を、最大限、軽減することができる。

また、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１および第２の実施形態（以下「本実施形態という」）は、本発明を可変圧縮比機構１０付きのエンジン３に適用した例であるが、本発明は、これに限らず、可変圧縮比機構１０が設けられていない、圧縮比Ｃｒの変更が不可能なエンジンに適用することができる。この場合、前述したように、容積変化率データｄＶは低次のｓｉｎ関数で概ね構成されているため、例えば、２次までの第２容積変化率フーリエ係数Ｖ_b1，Ｖ_b2、および第１筒内圧変化量フーリエ係数ｂ_a1，ｂ_a2を用いて、図示平均有効圧力Ｐ_miを精度良く算出することができる。また、実施形態では、可変機構として、圧縮比Ｃｒと行程容積Ｖ_s すなわち排気量との双方を変更する可変圧縮比機構１０を用いているが、圧縮比Ｃｒおよび行程容積Ｖ_s の一方を変更するものを用いてもよいことはもちろんである。

さらに、実施形態では、フーリエ係数ｂ_ak，ｂ_ak，Ｖ_bk，Ｖ_bkを、フーリエ級数展開によって算出しているが、高速フーリエ変換によって算出してもよい。これにより、図示平均有効圧力Ｐ_miの演算負荷をさらに一層、軽減することができる。また、容積変化率データ算出部３１および基準信号算出部３２を、実施形態のプログラムによるソフト的な処理によらずに、電気回路で構成してもよい。さらに、実施形態では、容積データとして、容積変化率データｄＶを用いているが、燃焼室３ｄの容積を表す容積データを用いてもよいことはもちろんである。

また、実施形態では、圧縮比を表すパラメータとして、圧縮比Ｃｒを用いているが、他の適当なパラメータ、例えば可変圧縮比機構１０の制御用の圧縮比Ｃｒの目標値を用いてもよい。さらに、実施形態では、仕事量パラメータとして、図示平均有効圧力Ｐ_miを算出したが、これに限らず、算出した図示平均有効圧力Ｐ_miに基づいて、図示出力やエンジン３のトルクを算出してもよい。また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたエンジン３に適用した例であるが、本発明はこれに限らず、クランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用することができる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による仕事量算出装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 本実施形態による仕事量算出装置を概略的に示すブロック図である。 （ａ）圧縮比が最小値に設定されているときの可変圧縮比機構の全体構成を模式的に示す図、および（ｂ）圧縮比が最大値に設定されているときの可変圧縮比機構における圧縮比アクチュエータ付近の構成を示す図である。 第１実施形態による仕事量算出装置を概略的に示す機能ブロック図である。 容積変化率データｄＶの算出に用いられるｄＶテーブルの一例である。 行程容積Ｖ_s の算出に用いられるＶ_s テーブルの一例である。 第２実施形他による仕事量算出装置を概略的に示す機能ブロック図である。 容積変化率フーリエ係数Ｖ_ak，Ｖ_bkを設定するためのマップの一例である。

符号の説明

１ 仕事量算出装置
２ ＥＣＵ（第１相関関数設定手段、基準信号生成手段、第２相関関数算出手段、仕事
量パラメータ算出手段、容積データ生成手段、パラメータ検出手段、記憶
手段）
３ エンジン
３ｄ 燃焼室
３ｅ クランクシャフト
１０ 可変圧縮比機構
２１ 筒内圧センサ（筒内圧変化量データ検出手段）
２２ クランク角センサ（角度位置検出手段）
２３ 制御角センサ（パラメータ検出手段）
３１ 容積変化率データ算出部（容積データ生成手段）
３２ 基準信号算出部（基準信号生成手段）
３３ 容積変化率フーリエ係数算出部（第１相関関数設定手段）
３４ 筒内圧変化量フーリエ係数算出部（第２相関関数算出手段）
３５ 図示平均有効圧力算出部（仕事量パラメータ算出手段）
４１ 仕事量算出装置
４２ 容積変化率フーリエ係数算出部（第１相関関数設定手段、記憶手段）
Ｐ_mi 図示平均有効圧力（仕事量パラメータ）
ｋ 次数（所定周波数、所定周波数の数）
ｄＶ 容積変化率データ（容積データ）
Ｃ_k ｃｏｓ信号（基準信号）
Ｓ_k ｓｉｎ信号（基準信号）
Ｖ_ak 第１容積変化率フーリエ係数（第１相関関数）
Ｖ_bk 第２容積変化率フーリエ係数（第１相関関数）
ｄＰ 筒内圧変化量データ
ｄ_ak 第１筒内圧変化量フーリエ係数（第２相関関数）
ｄ_bk 第２筒内圧変化量フーリエ係数（第２相関関数）
Ｃｒ 圧縮比（パラメータ）
ＶＲＥＦ１〜１０ 第１〜第１０の所定値（所定値、所定の第１相関関数値）

Claims (13)

1. 燃焼室を有する内燃機関の仕事量を表す仕事量パラメータを算出する内燃機関の仕事量算出装置であって、
   前記燃焼室の容積の変化状態を表す容積データと、当該容積データのうちの前記燃焼室の容積の変化状態を表す周波数成分の周波数である所定周波数を有する基準信号との積の積分を表す第１相関関数を設定する第１相関関数設定手段と、
   前記基準信号を生成する基準信号生成手段と、
   前記燃焼室内の圧力の変化量を表す筒内圧変化量データを検出する筒内圧変化量データ検出手段と、
   前記生成された基準信号および前記検出された筒内圧変化量データに基づいて、前記基準信号と前記筒内圧変化量データとの積の積分を表す第２相関関数を算出する第２相関関数算出手段と、
   前記第１および第２の相関関数に基づいて、前記仕事量パラメータを算出する仕事量パラメータ算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の仕事量算出装置。
2. 前記筒内圧変化量データ検出手段は、前記燃焼室内の圧力の変化量を検出する筒内圧センサであることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の仕事量算出装置。
3. 前記仕事量パラメータは、前記内燃機関の図示平均有効圧力を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の仕事量算出装置。
4. 前記基準信号の所定周波数および当該所定周波数の数が、前記容積データに応じて設定されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の仕事量算出装置。
5. 前記容積データを生成する容積データ生成手段をさらに備え、
   前記第１相関関数設定手段は、前記生成された基準信号および容積データに基づいて、前記第１相関関数を設定することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の仕事量算出装置。
6. 前記内燃機関のクランクシャフトの角度位置を検出する角度位置検出手段をさらに備え、
   前記容積データ生成手段は、前記検出されたクランクシャフトの角度位置に基づいて、前記容積データを生成し、
   前記基準信号生成手段は、前記クランクシャフトの角度位置に基づいて、前記基準信号を生成することを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関の仕事量算出装置。
7. 前記第１相関関数設定手段は、前記容積データをフーリエ級数展開することによって求めたフーリエ係数を、前記第１相関関数として設定し、
   前記第２相関関数算出手段は、前記筒内圧変化量データをフーリエ級数展開することによって求めたフーリエ係数を、前記第２相関関数として算出することを特徴とする、請求項５または６に記載の内燃機関の仕事量算出装置。
8. 前記内燃機関には、当該内燃機関の圧縮比および排気量の少なくとも一方を変更可能な可変機構が設けられており、
   前記圧縮比および前記排気量の前記少なくとも一方を表すパラメータを検出するパラメータ検出手段をさらに備え、
   前記容積データ生成手段は、前記検出されたパラメータに応じて、前記容積データを生成することを特徴とする、請求項５ないし７のいずれかに記載の内燃機関の仕事量算出装置。
9. 前記内燃機関には、当該内燃機関の圧縮比および排気量の少なくとも一方を変更可能な可変機構が設けられており、
   前記圧縮比および前記排気量の前記少なくとも一方を表すパラメータを検出するパラメータ検出手段をさらに備え、
   前記基準信号生成手段は、前記パラメータに応じて、前記基準信号の所定周波数および当該所定周波数の数を設定することを特徴とする、請求項５ないし７のいずれかに記載の内燃機関の仕事量算出装置。
10. 前記第１相関関数設定手段は、前記第１相関関数を所定値に設定することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の仕事量算出装置。
11. 前記内燃機関のクランクシャフトの角度位置を検出する角度位置検出手段をさらに備え、
    前記基準信号生成手段は、前記クランクシャフトの角度位置に基づいて、前記基準信号を生成することを特徴とする、請求項１０に記載の内燃機関の仕事量算出装置。
12. 前記第２相関関数算出手段は、前記筒内圧変化量データをフーリエ級数展開することによって求めたフーリエ係数を、前記第２相関関数として算出することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の内燃機関の仕事量算出装置。
13. 前記内燃機関には、当該内燃機関の圧縮比および排気量の少なくとも一方を変更可能な可変圧縮比機構が設けられており、
    前記圧縮比および前記排気量の前記少なくとも一方を表すパラメータを検出するパラメータ検出手段をさらに備え、
    前記第１相関関数設定手段は、
    前記圧縮比パラメータに応じた所定の第１相関関数値を、前記所定値として記憶する記憶手段を有し、
    前記検出されたパラメータに応じた第１相関関数値を読み出すことによって、前記第１相関関数を設定することを特徴とする、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の内燃機関の仕事量算出装置。

Images