专利名称：角速度和角加速度计算装置、转矩推算装置、燃烧状态推算装置的制作方法
技术领域：
对于各汽缸的活塞20，为了将其往复运动变换为旋转运动，通过 连杆21连接于曲轴22。在曲轴22上，为了检测其旋转角度，设有曲 柄角度传感器50。另外，在各汽缸上设置有检测冷却水温的水温传感 器51。
10[0030
在使用数学式3和数学式4计算曲柄角速度和角加速度的情况下， 也可对X (co)的高频成分进行频带限制。在对X (co)的比规定的频 率高的频率成分(高频成分)进行频带限制的情况下，能够减小曲柄 角度传感器50的误差和噪声成分。在这里，规定的频率是指，不对曲 柄角速度和角加速度的计算产生影响的频率成分中的较高一侧的频 率。设包含图6所示的活塞20、连杆21及曲轴22的系统整体的动能 为K、势能为U，并将它们算出，由拉格朗日算子L-K-U计算数学式 7所示的拉格朗日运动方程式，从而获得该系统的运动方程式。其中， Q表示气体压力转矩，F表示摩擦转矩等外力转矩。 [数学式20
I'(S) = 4r2(mP+ml2)f C0S"
凡2COs4 0
一tan20十1
sin2 5
下面，具体地说明外力转矩的推算方法。在外力转矩推算单元6 中，利用了这样的情况，即，在作为活塞的上下止点的曲柄角度0=0， Ti方面，数学式16、数学式17、数学式18式成为0，数学式10的运 动方程式成为数学式22。
然后，在图3所示的步骤S7中，气体压力做功量计算单元9a关
于规定的曲柄角度范围的曲柄角度e对由气体压力转矩计算单元7计
算出的气体压力转矩<11">0进行积分，从而计算出气体压力做功量 Wq。这样，能够以良好的精度计算出反映了规定的曲柄角度范围内的 燃烧状态的气体压力做功量W0。
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然后，在图3所示的步骤S8中，燃烧状态推算单元9b根据包含 以下量中的至少任意一个的值推算内燃机的燃烧状态，所述量是，由 角速度和角加速度计算单元3计算出的曲柄角加速度〈2do^e、由气体 压力转矩计算单元7计算出的气体压力转矩〈haPQ、由气体压力做功 量计算单元9a计算出的气体压力做功量Wq。
[0078
具体地说，燃烧状态推算单元9b能够由气体压力做功量Wq推算 内燃机是否由燃烧产生必要的做功量，是否没有不发火。另外，燃烧 状态推算单元9b比较各汽缸的气体压力做功量Wq，从而也能够推算 汽缸间偏差。另外，燃烧状态推算单元9b通过计算出气体压力做功量 Wq的COV值(将气体压力做功量WQ的标准偏差除以平均值后获得 的值)，也能够推算内燃机的燃烧偏差的大小。
0079
另外，燃烧状态推算单元9b通过由气体压力转矩〈haPQ计算气 体压力峰值位置及其大小等，能够推算点火定时是否适当，是否没有 不发火，是否没有发生异常燃烧(爆震、提前点火)。另外，燃烧状态 推算单元9b通过计算气体压力转矩〈ha^Q的变动量，也能够推算异 常燃烧。
[0080
另夕卜，燃烧状态推算单元9b利用曲柄角加速度〈2do&e代替气体 压力转矩〈hatX)，从而能够简单地推算燃烧状态。 [0081
如上述那样，燃烧状态推算单元9b根据曲柄角加速度〈2do^e、 气体压力转矩〈hatXJ、气体压力做功量Wq中的至少任意一个的值， 或将它们组合起来的值，能够把握内燃机的状态。
[0082
如上述那样，本实施方式的燃烧状态推算装置能够通过具有曲柄 角度检测单元l、曲柄角度修正单元2、及角速度和角加速度计算单元3的角速度和角加速度计算装置4计算出高精度的曲柄角速度和角加 速度。此外，在本实施方式的燃烧状态推算装置中，不使用缸内压力 传感器，而是使用曲柄角度传感器，以良好的精度计算曲柄角速度和 角加速度，所以，耐久性高，寿命长。 [0083
另外，本实施方式的燃烧状态推算装置能够通过具有角速度和角 加速度计算装置4、轴转矩计算单元5、外力转矩推算单元6、及气体 压力转矩计算单元7的转矩推算装置8推算高精度的轴转矩Tr ( 0， <dot>e， <2dot>e)、外力转矩F、及气体压力转矩Q。另外，本实施 方式的燃烧状态推算装置具有转矩推算装置8、气体压力做功量计算 单元9a、及燃烧状态推算单元9b，能够以良好精度把握内燃机的状态， 能够实现内燃机的节能化、低废气排出化。
权利要求
1.一种内燃机的曲柄的角速度和角加速度计算装置，其特征在于，具有曲柄角度检测单元，该曲柄角度检测单元检测内燃机的曲柄角度和处于该上述曲柄角度的时刻；曲柄角度修正单元，该曲柄角度修正单元根据规定的曲柄角度间隔，修正由上述曲柄角度检测单元检测出的上述曲柄角度和上述时刻；角速度和角加速度计算单元，该角速度和角加速度计算单元将与由上述曲柄角度修正单元修正了的上述曲柄角度对应的上述时刻的函数变换成可看作周期函数的形式，并对上述函数利用离散傅里叶变换进行运算，从而计算曲柄的角速度和角加速度。
2. 根据权利要求l所述的曲柄的角速度和角加速度计算装置，其 特征在于，上述角速度和角加速度计算单元使用窗函数、将上述函数 变换成可看作周期函数的形式。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的角速度和角加速度计算装 置，其特征在于，上述角速度和角加速度计算单元对上述离散傅里叶 变换的频率成分中的、比规定的频率高的部分进行频带限制。
4. 一种内燃机的转矩推算装置，其特征在于，具有 权利要求1或权利要求2所述的角速度和角加速度计算装置； 轴转矩计算单元，该轴转矩计算单元将由上述曲柄角度修正单元修正了的上述曲柄角度、以及由上述角速度和角加速度计算装置计算 出的上述曲柄的上述角速度和角加速度，用于包含上述内燃机的活塞、 连杆及上述曲柄的系统的运动方程式，从而计算出上述曲柄的轴转矩。
5. 根据权利要求4所述的转矩推算装置，其特征在于，上述轴转 矩计算单元使用将上述连杆作为上述活塞侧和上述曲柄侧的2质点模 型的上述运动方程式。
6. 根据权利要求4所述的转矩推算装置，其特征在于，还具有外 力转矩推算单元，该外力转矩推算单元将如下转矩推算为外力转矩，即，在上述运动方程式能够看作绕曲轴的惯性矩、角加速度、及外力 转矩的关系式的特异曲柄角度中，由上述运动方程式计算出的转矩。
7. 根据权利要求6所述的转矩推算装置，其特征在于，还具有气 体压力转矩计算单元，该气体压力转矩计算单元从由上述轴转矩计算 单元计算出的上述轴转矩减去由上述外力转矩推算单元推算的上述外 力转矩，从而计算出气体压力转矩。
8. 根据权利要求7所述的转矩推算装置，其特征在于，还具有气 体压力做功量计算单元，该气体压力做功量计算单元在上述曲柄角度 的规定的范围内，对由上述气体压力转矩计算单元计算出的上述气体 压力转矩进行积分，从而计算出气体压力做功量。
9. 一种燃烧状态推算装置，其特征在于，根据包含以下量中的至 少任意l个的值，推算上述内燃机的燃烧状态，即，由权利要求1或权利要求2所述的角速度和角加速度计算装置计 算出的上述角加速度，由权利要求7所述的转矩推算装置计算出的上述气体压力转矩，及由权利要求8所述的转矩推算装置计算出的上述气体压力做功量。
全文摘要
本发明的目的是提供一种由曲柄角度传感器信号计算曲柄角速度和角加速度的角速度和角加速度计算装置、推算气体压力转矩和外力转矩的转矩推算装置、及推算燃烧状态的燃烧状态推算装置。本发明是至少具有曲柄角度检测单元(1)、曲柄角度修正单元(2)、及角速度和角加速度计算单元(3)的内燃机的曲柄的角速度和角加速度计算装置、转矩推算装置及燃烧状态推算装置，该曲柄角度检测单元(1)检测内燃机的曲柄角度和处于该曲柄角度的时刻；该曲柄角度修正单元(2)将检测出的曲柄角度和其时刻修正为等间隔的曲柄角度和其时刻；该角速度和角加速度计算单元(3)将与由曲柄角度修正单元(2)修正了的曲柄角度对应的时刻的函数变换为可看作周期函数的形式，并对该函数利用离散傅里叶变换进行运算，从而计算曲柄的角速度和角加速度。
文档编号F02D45/00GK101581257SQ20091013905
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者岩本贵司, 永野隆文, 田边智子 申请人:三菱电机株式会社