JP6319112B2

JP6319112B2 - 気筒の圧縮比算出装置

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Publication number: JP6319112B2
Application number: JP2015005603A
Authority: JP
Inventors: 弘行南條
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Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2018-05-09
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Description

本発明は、内燃機関の気筒における圧縮比を算出する装置に関する。

従来、内燃機関において、可変圧縮比機構のコントロールシャフト位置を保持するために必要な保持トルクから筒内圧を算出し、筒内圧と圧縮比との関係から圧縮比を算出するものがある（特許文献１参照）。

特開２０１０−１７４７５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、保持トルクを検出するために負荷センサ等が必要であり、装置の構成部品の増加やコスト上昇が避けられない。このため、特許文献１に記載のものは、気筒における圧縮比を算出する上で未だ改善の余地を残している。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、構成部品の増加を抑制しつつ、気筒における圧縮比を算出することのできる圧縮比算出装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、内燃機関の気筒における圧縮比を算出する圧縮比算出装置であって、前記機関には、前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、前記圧縮比の変化量に対する、前記燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる噴射時期において、前記燃料噴射弁により所定量の前記燃料を噴射させる所定噴射を実行する噴射実行手段と、前記噴射実行手段により前記所定噴射が実行される際に、前記所定量の前記燃料の燃焼による前記機関回転速度の上昇量を算出する上昇量算出手段と、前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量に基づいて、前記気筒における前記圧縮比を算出する圧縮比算出手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、圧縮比の変化量に対する、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる噴射時期において、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁により所定量の燃料を噴射させる所定噴射が実行される。そして、所定噴射が実行される際に、所定量の燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量が算出される。なお、機関回転速度の上昇量は、内燃機関に通常搭載されているクランク角センサの出力等に基づいて算出することができる。

ここで、圧縮比が高いほど気筒内の温度が高くなり、燃料の燃焼速度が高くなるため、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量が大きくなる。そして、所定噴射においては、圧縮比の変化量に対して、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる。このため、算出された機関回転速度の上昇量は、圧縮比を精度良く反映する。したがって、構成部品の増加を抑制しつつ、算出された機関回転速度の上昇量に基づいて、気筒における圧縮比を算出することができる。

車両用内燃機関の概要を示す模式図。第１実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャート。噴射時期と機関回転速度上昇量と実圧縮比との関係を示すグラフ。機関回転速度上昇量を示すグラフ。機関回転速度上昇量と圧縮比との関係を示すグラフ。第２実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャート。噴射時期と機関回転速度上昇量と圧縮比との関係を示すグラフ。進角側噴射時期における機関回転速度上昇量と圧縮比との関係を示すグラフ。遅角側噴射時期における機関回転速度上昇量と圧縮比との関係を示すグラフ。第３実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャート。機関回転速度上昇量と頻度と圧縮比との関係を示すグラフ。機関回転速度上昇量のばらつきと圧縮比との関係を示すグラフ。機関回転速度上昇量と頻度と圧縮比との関係を示すグラフ。第４実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャート。圧縮比と機関回転速度上昇量の平均値との関係を示すグラフ。圧縮比と機関回転速度上昇量の分散との関係を示すグラフ。第５実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャート。実圧縮比と機関回転速度上昇量の傾きとの関係を示すグラフ。機関回転速度上昇量の傾きと圧縮比との関係を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、車両用の内燃機関（詳しくはディーゼルエンジン）に適用され、内燃機関の気筒における圧縮比を算出する算出装置として具体化している。

図１に示すように、車両は、内燃機関１０、制御装置３０、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ４１等を備えている。

内燃機関１０は、例えば４気筒のディーゼルエンジンである。なお、図１では、１つの気筒のみを示している。内燃機関１０は、気筒１１、ピストン１２、クランク軸１３、吸気通路１５、ターボチャージャ１６、スロットルバルブ装置１９、吸気弁１７、排気弁１８、燃料ポンプ２１、コモンレール２２、燃料噴射弁２４、排気通路２５、ＳＣＶ２７、ＶＶＴ２８、ＥＧＲバルブ装置５２、回転速度センサ４２、吸気圧センサ４４、吸気温センサ４５、燃圧センサ４６、エアフロメータ４７、Ａ／Ｆセンサ４８、水温センサ４９等を備えている。気筒１１及びピストン１２によって、燃焼室１４が区画されている。

吸気通路１５には、上流側から、インタークーラ５４、スロットルバルブ装置１９、サージタンク２０、インテークマニホールド２０ａ、及びＳＣＶ２７が設けられている。インタークーラ５４は、ターボチャージャ１６によって過給された空気を冷却する。スロットルバルブ装置１９は、ＤＣモータ等のアクチュエータ１９ａにより、スロットルバルブ１９ｂの開度を調節する。サージタンク２０と各気筒の燃焼室１４とは、インテークマニホールド２０ａにより接続されている。吸気弁１７の開閉により、インテークマニホールド２０ａと燃焼室１４とが連通及び遮断される。ＶＶＴ２８（可変バルブタイミング機構）は、吸気弁１７の開閉時期を変更する。なお、ＶＶＴ２８は、吸気弁１７の開閉時期を変更することにより、気筒１１の圧縮比を変更する可変圧縮比機構として機能する。

インテークマニホールド２０ａにおいて燃焼室１４に接続された一対の通路のうち１つの通路には、燃焼室１４内にスワール（気流）を生じさせるＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）２７が設けられている。詳しくは、ＳＣＶ２７（スワール形成手段）は、ＤＣモータ等のアクチュエータにより開度が調節され、吸気行程において燃焼室１４に吸気が導入されることに伴い生じるスワールの速度を調節する。

燃料ポンプ２１（噴射圧力変更手段）は、燃料をコモンレール２２へ圧送する。コモンレール２２（蓄圧容器）は、燃料を蓄圧状態で保持する。燃料噴射弁２４は、コモンレール２２から供給された燃料を、燃焼室１４（気筒１１）内に噴孔（噴射孔）から直接噴射する。燃料噴射弁２４には、複数の噴孔が形成されており、噴孔の断面形状は円形となっている。

排気通路２５には、浄化装置２６が設けられている。浄化装置２６は、排気通路２５内を流通する排気を浄化する。排気弁１８の開閉により、排気通路２５と燃焼室１４とが連通及び遮断される。

吸気通路１５と排気通路２５との間には、ターボチャージャ１６が設けられている。ターボチャージャ１６は、吸気通路１５に設けられた吸気コンプレッサ１６ａと、排気通路２５に設けられた排気タービン１６ｂと、これらを連結する回転軸１６ｃとを備えている。そして、排気通路２５内を流通する排気のエネルギにより排気タービン１６ｂが回転され、その回転エネルギが回転軸１６ｃを介して吸気コンプレッサ１６ａに伝達され、吸気コンプレッサ１６ａにより吸気通路１５内の空気が圧縮される。すなわち、ターボチャージャ１６によって空気が過給される。なお、ターボチャージャ１６は、図示しない可変ベーンの開度を調節することにより、過給圧を調節可能となっている。

排気通路２５において排気タービン１６ｂの上流側部分が、ＥＧＲ通路５１を介して吸気通路１５におけるスロットルバルブ装置１９の下流側部分（サージタンク２０）に接続されている。ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲバルブ装置５２、ＥＧＲクーラ５３が設けられている。ＥＧＲバルブ装置５２（排気再循環装置、混合比変更手段）は、ＤＣモータ等のアクチュエータ５２ａにより、ＥＧＲバルブ５２ｂの開度を調節する。ＥＧＲバルブ５２ｂの開度に応じて、排気通路２５内の排気の一部（ＥＧＲガス）が、ＥＧＲクーラ５３によって冷却された後に、吸気通路１５内の吸気に導入される。なお、アクチュエータ５２ａは、ＥＧＲバルブ５２ｂの開度を検出する機能を有している。

回転速度センサ４２（詳しくはクランク角センサ）は、内燃機関１０の回転速度ＮＥを検出する。吸気圧センサ４４は、サージタンク２０（吸気通路１５）内の圧力を検出する。吸気温センサ４５は、サージタンク２０（吸気通路１５）内の吸気温度を検出する。燃圧センサ４６は、コモンレール２２内の燃料圧力を検出する。エアフロメータ４７は、吸気通路１５内を流通する空気量（新気量）を検出する。Ａ／Ｆセンサ４８は、排気を浄化する浄化装置２６の下流において空燃比を検出する。水温センサ４９は、内燃機関１０の冷却水温度ＴＨＷを検出する。

制御装置３０（ＥＣＵ）は、上記の各種センサの検出値に基づいて、燃料ポンプ２１の駆動、燃料噴射弁２４の駆動、ＶＶＴ２８の駆動、ＥＧＲバルブ装置５２の駆動等を制御する。そして、制御装置３０により、気筒１１における圧縮比を算出する圧縮比算出装置が構成されている。

図２は、第１実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御装置３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、車両の減速無噴射時であるか否か判定する（Ｓ１１）。詳しくは、アクセルセンサ４１により検出されるアクセルペダルの操作量が０（若しくは所定操作量よりも小さい状態）であり、燃料噴射弁２４による燃料噴射が停止されているか否か判定する。この判定において、車両の減速無噴射時でないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１１の判定において、車両の減速無噴射時であると判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、機関回転速度が所定回転速度であるか否か判定する（Ｓ１２）。詳しくは、回転速度センサ４２により検出される機関回転速度が、気筒１１における圧縮比の算出を行う所定回転速度であるか否か判定する。この所定回転速度は、機関回転速度の上昇量の検出に適した所定範囲の回転速度であればよい。この判定において、機関回転速度が所定回転速度でないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１２の判定において、機関回転速度が所定回転速度であると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、１つの気筒１１において所定噴射時期に所定量の燃料噴射を実行する（Ｓ１３）。

ここで、図３に示すように、噴射時期と機関回転速度上昇量と実圧縮比とは、相関関係を有していることを本願発明者は見出した。噴射時期がＴＤＣ（Top Dead Center）から遅角するほど、機関回転速度の上昇量は小さくなる。これは、ＴＤＣよりも噴射時期が遅角するほど、燃料の燃焼エネルギがピストン１２の運動エネルギに変換される効率が低下するためである。

また、実圧縮比が高いほど、機関回転速度の上昇量が大きくなる。これは、実圧縮比が高いほど、燃料が噴射される時の燃焼室１４内の温度が高くなり、燃焼速度が高くなるため、燃料の燃焼エネルギがピストン１２の運動エネルギに変換される効率が上昇することによる。ただし、点線の囲みで示すように、噴射時期がある程度進角すると、実圧縮比の差による機関回転速度の上昇量の差が小さくなる。また、噴射時期がある程度遅角しても、実圧縮比の差による機関回転速度の上昇量の差が小さくなる。そこで、本実施形態では、圧縮比の変化量に対する、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる噴射時期において、燃料噴射弁２４により所定量の燃料を噴射させる（所定噴射）。具体的には、同図に両矢印で「差が顕著」と示す範囲の噴射時期に燃料を噴射させる。

続いて、噴射された燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量を算出する（Ｓ１４）。詳しくは、図４に示すように、燃料噴射を実行しない場合の機関回転速度の変化（破線）を推定する。一方、１つの気筒１１において上記所定噴射を実行すると、実線で示すように機関回転速度は上昇した後に下降する。そして、燃料噴射を実行した気筒１１において、噴射時期と同一のタイミング（クランク角度）となった時に、回転速度センサ４２により検出される実線の機関回転速度と推定された破線の機関回転速度との差を、機関回転速度の上昇量として算出する。

続いて、機関回転速度の上昇量に基づいて、気筒１１における圧縮比を算出する（Ｓ１５）。ここで、図５に示すように、上記所定噴射における機関回転速度の上昇量と圧縮比との関係は、実験等に基づいて予め設定しておくことができる。同図に示すように、この予め設定された関係では、機関回転速度の上昇量が大きいほど圧縮比が高くなっている。そして、この予め設定された関係に、算出された機関回転速度の上昇量を適用して圧縮比を算出する。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

なお、Ｓ１３の処理が噴射実行手段としての処理に相当し、Ｓ１４の処理が上昇量算出手段としての処理に相当し、Ｓ１５の処理が圧縮比算出手段としての処理に相当する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・図３に示すように、圧縮比の変化量に対する、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる噴射時期において、気筒１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁２４により所定量の燃料を噴射させる所定噴射が実行される。圧縮比が高いほど気筒１１内の温度が高くなり、燃料の燃焼速度が高くなるため、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量が大きくなる。そして、所定噴射においては、圧縮比の変化量に対して、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる。このため、算出された機関回転速度の上昇量は、圧縮比を精度良く反映する。したがって、構成部品の増加を抑制しつつ、算出された機関回転速度の上昇量に基づいて、気筒における圧縮比を算出することができる。

・図５に示すように、機関回転速度の上昇量と圧縮比との関係は、実験等に基づいて予め設定しておくことができる。このため、機関回転速度の上昇量と圧縮比との予め設定された関係に、算出された機関回転速度の上昇量を適用して圧縮比を算出することができる。

・機関回転速度の上昇量と圧縮比との予め設定された関係は、機関回転速度の上昇量が大きいほど圧縮比が高く設定されている。このため、機関回転速度の上昇量と圧縮比との関係を適切に設定することができ、圧縮比を正確に算出することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・所定噴射を実行する条件として、図２のＳ１１及びＳ１２の処理の他に、水温センサ４９により検出される水温が、所定水温（例えば８０℃）よりも高いこと等を加えてもよい。

・所定噴射を複数回実行して、機関回転速度の上昇量と圧縮比との予め設定された関係に、複数回実行された所定噴射で算出された機関回転速度の上昇量の平均値を適用して、圧縮比を算出してもよい。こうした構成によれば、算出される機関回転速度の上昇量のばらつきによる影響を抑制して、圧縮比を高精度に算出することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、噴射時期を異ならせてそれぞれ上記所定噴射を実行し、それぞれ算出された機関回転速度の上昇量から圧縮比を算出して、それらの圧縮比から圧縮比を最終的に算出する。

図６は、本実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御装置３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、車両の減速無噴射時であるか否か判定する（Ｓ２１）。この判定において、車両の減速無噴射時でないと判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。一方、Ｓ２１の判定において、車両の減速無噴射時であると判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、機関回転速度が所定回転速度であるか否か判定する（Ｓ２２）。この判定において、機関回転速度が所定回転速度でないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。Ｓ２１，Ｓ２２の処理は、図２のＳ１１，Ｓ１２の処理と同一である。

一方、Ｓ２２の判定において、機関回転速度が所定回転速度であると判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、変数ｉを初期値１から１ずつ増加させる（Ｓ２３）。詳しくは、初回は変数ｉ＝１とし、以後この処理を実行する毎に変数ｉを１ずつ増加させる。変数ｉは、噴射時期を異ならせて所定噴射を実行する回数（所定噴射の番号）を表す。

続いて、１つの気筒１１において所定噴射時期ｔ（ｉ）に所定量の燃料噴射を実行する（Ｓ２４）。上述したように、噴射時期と機関回転速度上昇量と実圧縮比とは、図７に示す相関関係を有している。本実施形態では、圧縮比の変化量に対する、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる噴射時期（両矢印の範囲）において、噴射時期を時期ｔ（１）から時期ｔ（ｎ）まで異ならせて、それぞれ上記所定噴射を実行する。Ｓ２４では、上記変数ｉに対応して、１つの気筒１１において噴射時期ｔ（ｉ）に所定量の燃料噴射を実行する。

続いて、実行された所定噴射が適切な噴射であったか否か判定する（Ｓ２５）。詳しくは、アクセルセンサ４１により検出されるアクセルペダルの操作量が、０から変化していないか等を判定する。この判定において、実行された所定噴射が適切な噴射であったと判定した場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、噴射された燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）を算出する（Ｓ２６）。Ｓ２６の処理は、図２のＳ１４の処理と同一である。

続いて、機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）に基づいて、気筒１１における圧縮比ε（ｉ）を算出する（Ｓ２７）。Ｓ２７の処理は、図２のＳ１５の処理と基本的に同一である。ただし、上記所定噴射における機関回転速度の上昇量と圧縮比との関係は、噴射時期に応じて変化する。このため、図８に示す進角側の噴射時期ｔ（１）における上記関係から、図９に示す遅角側の噴射時期ｔ（ｎ）における上記関係まで、噴射時期に応じて予め設定している。そして、噴射時期ｔ（ｉ）に応じて予め設定された関係に、それぞれの所定噴射で算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）を適用して、噴射時期ｔ（ｉ）ごとに圧縮比ε（ｉ）を算出する。

一方、Ｓ２５において、実行された所定噴射が適切な噴射でなかったと判定した場合（Ｓ２５：ＮＯ）、Ｓ２６，Ｓ２７の処理を実行することなく、Ｓ２８の処理を実行する。

続いて、変数ｉがｎになったか否か判定する（Ｓ２８）。この判定において、変数ｉがｎになっていないと判定した場合（Ｓ２８：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、変数ｉがｎになったと判定した場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、圧縮比ε（ｉ）の平均値を算出する（Ｓ２９）。詳しくは、算出された圧縮比ε（ｉ）の合計を、圧縮比ε（ｉ）の数（ｎから不適切な噴射の数を引いた数）で割って、圧縮比ε（ｉ）の平均値を算出する。そして、圧縮比ε（ｉ）の平均値を、最終的な圧縮比とする。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

なお、Ｓ２４の処理が噴射実行手段としての処理に相当し、Ｓ２６の処理が上昇量算出手段としての処理に相当し、Ｓ２７及びＳ２９の処理が圧縮比算出手段としての処理に相当する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。なお、ここでは、第１実施形態と異なる利点のみを述べる。

・噴射時期を時期ｔ（１）から時期ｔ（ｎ）まで異ならせて、それぞれ所定噴射が実行される。そして、機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）と圧縮比ε（ｉ）との噴射時期ｔ（ｉ）に応じて予め設定された関係に、それぞれの所定噴射で算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）を適用して噴射時期ｔ（ｉ）ごとに圧縮比ε（ｉ）が算出される。これらの噴射時期ｔ（ｉ）ごとに算出された圧縮比ε（ｉ）から、気筒１１における圧縮比を最終的に算出することで、算出される圧縮比のばらつきを抑制し、圧縮比を高精度に算出することができる。
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
・図７に示すように、噴射時期と機関回転速度の上昇量の傾きとは、相関関係を有していることを本願発明者は見出した。実圧縮比が高いほど、噴射時期の遅角に対する機関回転速度の上昇量の負の傾きが大きくなっている。そこで、噴射時期を時期ｔ（１）から時期ｔ（ｎ）まで異ならせて（ｎは２以上でよい）、それぞれ所定噴射を実行して機関回転速度の上昇量を算出させる。そして、噴射時期に対する機関回転速度の上昇量の傾きを算出する。機関回転速度の上昇量の傾きと圧縮比との予め設定された関係に、算出された機関回転速度の上昇量の傾きを適用して圧縮比を算出する。この場合も、負荷センサ等の新たな構成部品を必要としないため、構成部品の増加を抑制することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、上記所定噴射を複数回実行し、複数回実行された所定噴射で算出された機関回転速度の上昇量のばらつきを算出し、機関回転速度の上昇量のばらつきと圧縮比との予め設定された関係に、算出されたばらつきを適用して圧縮比を算出する。

図１０は、本実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御装置３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

Ｓ３１，Ｓ３２の処理は、図２のＳ１１，Ｓ１２の処理と同一である。

Ｓ３２の判定において、機関回転速度が所定回転速度であると判定した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、変数ｉを初期値１から１ずつ増加させる（Ｓ３３）。Ｓ３３の処理は、図６のＳ２３の処理と基本的に同一である。

続いて、１つの気筒１１において所定噴射時期に所定量の燃料噴射を実行する（Ｓ３４）。Ｓ３４の処理は、図２のＳ１３の処理と同一である。

続いて、実行された所定噴射が適切な噴射であったか否か判定する（Ｓ３５）。Ｓ３５の処理は、図６のＳ２５の処理と同一である。この判定において、実行された所定噴射が適切な噴射であったと判定した場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、噴射された燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）を算出する（Ｓ３６）。Ｓ３６の処理は、図２のＳ１４の処理と同一である。

一方、Ｓ３５において、実行された所定噴射が適切な噴射でなかったと判定した場合（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ３６の処理を実行することなく、Ｓ３７の処理を実行する。

続いて、変数ｉがｎになったか否か判定する（Ｓ３７）。この判定において、変数ｉがｎになっていないと判定した場合（Ｓ３７：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、変数ｉがｎになったと判定した場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、複数回算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）のばらつきを算出する（Ｓ３８）。ばらつきとして、分散σ＾２（＾２は二乗を表す）や、標準偏差σを用いることができる。ここで、図１１に示すように、機関回転速度の上昇量と頻度と圧縮比とは、相関関係を有していることを本願発明者は見出した。圧縮比が低い場合は、機関回転速度の上昇量が小さくなる頻度が高い。一方、圧縮比が高い場合は、機関回転速度の上昇量が高くなる頻度が高い。そして、機関回転速度の上昇量のばらつきは、圧縮比が低いほど大きくなっている。これは、実圧縮比が低いほど、燃料が噴射される時の燃焼室１４内の温度が低くなり、燃焼が不安定になるためである。

続いて、機関回転速度の上昇量のばらつきに基づいて、気筒１１における圧縮比を算出する（Ｓ３９）。ここで、図１２に示すように、複数回の所定噴射における機関回転速度の上昇量のばらつきと圧縮比との関係は、実験等に基づいて予め設定しておくことができる。同図に示すよう、この予め設定された関係では、機関回転速度の上昇量のばらつきが大きいほど圧縮比が低くなっている。そして、この予め設定された関係に、算出された機関回転速度の上昇量のばらつきを適用して圧縮比を算出する。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

なお、Ｓ３４の処理が噴射実行手段としての処理に相当し、Ｓ３６の処理が上昇量算出手段としての処理に相当し、Ｓ３８の処理が圧縮比算出手段としての処理に相当する。

・圧縮比が低いほど気筒１１内の温度が低くなり、燃料の燃焼が不安定になるため、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）のばらつきが大きくなる。そして、所定噴射においては、圧縮比の変化量に対して、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる。このため、算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）のばらつきは、圧縮比を精度良く反映する。

・所定噴射を複数回実行し、複数回実行された所定噴射で算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）のばらつきを算出し、機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）のばらつきと圧縮比との予め設定された関係に、算出されたばらつきを適用して圧縮比を算出することができる。この場合も、負荷センサ等の新たな構成部品を必要としないため、構成部品の増加を抑制することができる。

・機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）のばらつきと圧縮比との予め設定された関係は、機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）のばらつきが大きいほど圧縮比が低く設定されている。このため、機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）のばらつきと圧縮比との関係を適切に設定することができ、圧縮比を正確に算出することができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、所定噴射で算出された機関回転速度の上昇量と、圧縮比と機関回転速度の上昇量の平均値との予め設定された第１関係と、圧縮比と機関回転速度の上昇量のばらつきとの予め設定された第２関係とに基づいて、圧縮比を算出する。

機関回転速度の上昇量と頻度と圧縮比とが、図１３に示すような相関関係を有している場合がある。この場合に、所定噴射において算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥが、低い頻度で実際には低圧縮比に属していることがある。低圧縮比における機関回転速度の上昇量の平均値ΔＮＥ（１）と上昇量ΔＮＥとの差は、高圧縮比における機関回転速度の上昇量の平均値ΔＮＥ（２）と上昇量ΔＮＥとの差よりも大きくなっている。このため、第１実施形態により、機関回転速度の上昇量ΔＮＥと圧縮比との予め設定された関係から圧縮比を算出すると、実際よりも高く圧縮比が算出されるおそれがある。そこで、本実施形態では、機関回転速度の上昇量と圧縮比との関係に加えて、機関回転速度の上昇量のばらつきと圧縮比との関係を考慮して圧縮比を算出する。

図１４は、本実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御装置３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

Ｓ４１〜Ｓ４４の処理は、図２のＳ１１〜Ｓ１４の処理と同一である。

続いて、圧縮比ε（ｋ）を異ならせてそれぞれマハラノビス距離Ｄ（ｋ）を算出する（Ｓ４５）。詳しくは、以下の式により、圧縮比ε（ｋ）ごとにマハラノビス距離Ｄ（ｋ）を算出する。

Ｄ（ｋ）＝｛（ΔＮＥ−ΔＮＥ（ｋ））＾２｝／σ＾２（ｋ）
上記式において、ｋはそれぞれの圧縮比に対応する番号である。ΔＮＥは、所定噴射において算出された機関回転速度の上昇量である。図１５に示すように、圧縮比ε（ｋ）と機関回転速度の上昇量の平均値ΔＮＥ（ｋ）との関係（第１関係）は、実験等に基づいて予め設定しておくことができる。この第１関係に、圧縮比ε（ｋ）を適用して平均値ΔＮＥ（ｋ）を算出する。図１６に示すように、圧縮比ε（ｋ）と機関回転速度の上昇量の分散σ＾２（ｋ）（ばらつき）との関係（第２関係）は、実験等に基づいて予め設定しておくことができる。この第２関係に、圧縮比ε（ｋ）を適用して分散σ＾２（ｋ）を算出する。

続いて、マハラノビス距離Ｄ（ｋ）に基づいて、気筒１１における圧縮比を算出する（Ｓ４６）。詳しくは、圧縮比ε（ｋ）ごとに算出されたマハラノビス距離Ｄ（ｋ）が最も短くなる圧縮比ε（ｋ）を、最終的な圧縮比とする。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

なお、Ｓ４３の処理が噴射実行手段としての処理に相当し、Ｓ４４の処理が上昇量算出手段としての処理に相当し、Ｓ４５及びＳ４６の処理が圧縮比算出手段としての処理に相当する。

・所定噴射で算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥと、圧縮比ε（ｋ）と機関回転速度の上昇量の平均値ΔＮＥ（ｋ）との予め設定された第１関係（図１５）と、圧縮比ε（ｋ）と機関回転速度の上昇量の分散σ＾２（ｋ）との予め設定された第２関係（図１６）とに基づくことで、圧縮比を高精度に算出することができる。この場合も、負荷センサ等の新たな構成部品を必要としないため、構成部品の増加を抑制することができる。

・第１関係と第２関係とにおいて、圧縮比ε（ｋ）を異ならせてそれぞれマハラノビス距離Ｄ（ｋ）を算出し、圧縮比ε（ｋ）ごとに算出されたマハラノビス距離Ｄ（ｋ）が最も短くなる圧縮比ε（ｋ）を気筒１１における圧縮比として算出する。このため、機関回転速度の上昇量のばらつきと圧縮比との関係を適切に評価することができ、圧縮比を高精度に算出することができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、ＶＶＴ２８により圧縮比を異ならせてそれぞれ所定噴射を実行し、それぞれの所定噴射で機関回転速度の上昇量の圧縮比に対する傾きを算出し、機関回転速度の上昇量の傾きと圧縮比との予め設定された関係に、算出された傾きを適用して圧縮比を算出する。

図１７は、本実施形態の圧縮比算出手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御装置３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

Ｓ５１〜Ｓ５３の処理は、図１０のＳ３１〜Ｓ３３の処理と同一である。

続いて、可変圧縮比機構（ＶＶＴ２８）により圧縮比を圧縮比ε（ｉ）に変更させる（Ｓ５４）。詳しくは、ＶＶＴ２８により吸気弁１７の開閉時期を変更させることにより、気筒１１の圧縮比を圧縮比ε（ｉ）に変更させる。圧縮比ε（ｉ）の変更量は、どの圧縮比の範囲に属するか否かを判定するために、その圧縮比の範囲内で変更される量とする。

Ｓ５５〜Ｓ５７の処理は、図１０のＳ３４，Ｓ３６，Ｓ３７の処理と同一である。なお、機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）を算出する数ｎは、２以上であればよい。

続いて、圧縮比に対する機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）の傾きを算出する（Ｓ５８）。ここで、図１８に示すように、圧縮比と機関回転速度の上昇量の傾きとは、相関関係を有していることを本願発明者は見出した。破線で示す傾き一定の直線に対して、実圧縮比が低い場合は傾きが急になり、実圧縮比が高い場合は傾きが緩くなっている。これは、実圧縮比が低いほど、実圧縮比の上昇による燃焼速度の上昇が大きくなり、実圧縮比が高いほど、実圧縮比の上昇による燃焼速度の上昇が小さくなるためである。

続いて、圧縮比に対する機関回転速度の上昇量の傾きに基づいて、気筒１１における圧縮比を算出する（Ｓ５８）。ここで、図１９に示すように、機関回転速度の上昇量の傾きと圧縮比との関係は、実験等に基づいて予め設定しておくことができる。同図に示すよう、この予め設定された関係では、機関回転速度の上昇量の傾きが大きいほど圧縮比が低くなっている。さらに、機関回転速度の上昇量の傾きが小さいほど、圧縮比の変化が大きくなっている。そして、この予め設定された関係に、算出された機関回転速度の上昇量の傾きを適用して圧縮比を算出する。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

なお、Ｓ５４及びＳ５５の処理が噴射実行手段としての処理に相当し、Ｓ５６の処理が上昇量算出手段としての処理に相当し、Ｓ５８の処理が圧縮比算出手段としての処理に相当する。

・実圧縮比が低いほど、実圧縮比の上昇による燃焼速度の上昇が大きくなり、実圧縮比が高いほど、実圧縮比の上昇による燃焼速度の上昇が小さくなる。このため、圧縮比が低いほど圧縮比に対する燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の傾きが大きくなり、圧縮比が高いほど圧縮比に対する機関回転速度の上昇量の傾きが小さくなる。そして、所定噴射においては、圧縮比の変化量に対して、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる。したがって、算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）の圧縮比に対する傾きは、圧縮比を精度良く反映する。

・ＶＶＴ２８により圧縮比を異ならせてそれぞれ所定噴射を実行し、それぞれの所定噴射で算出された機関回転速度の上昇量ΔＮＥ（ｉ）の圧縮比に対する傾きを算出し、機関回転速度の上昇量の傾きと圧縮比との予め設定された関係（図１９）に、算出された傾きを適用して圧縮比を算出することができる。この場合も、負荷センサ等の新たな構成部品を必要としないため、構成部品の増加を抑制することができる。

・機関回転速度の上昇量の傾きと圧縮比との予め設定された関係は、機関回転速度の上昇量の傾きが大きいほど圧縮比が低く設定されている。特に、機関回転速度の上昇量の傾きが小さいほど、圧縮比の変化が大きくなっている。このため、機関回転速度の上昇量の傾きと圧縮比との関係を適切に設定することができ、圧縮比を正確に算出することができる。

・上記実施形態では、可変圧縮比機構として、吸気弁１７の開閉時期を変更するＶＶＴ２８を採用したが、ピストン１２のストロークを機械的に変更する可変ストローク機構を採用することもできる。

１０…内燃機関、１１…気筒、２４…燃料噴射弁、３０…制御装置、４２…回転速度センサ。

Claims

内燃機関（１０）の気筒（１１）における圧縮比を算出する圧縮比算出装置（３０）であって、
前記機関には、前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁（２４）が設けられており、
前記圧縮比の変化量に対する、前記燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量の変化量が閾値よりも大きくなる噴射時期において、前記燃料噴射弁により所定量の前記燃料を噴射させる所定噴射を実行する噴射実行手段と、
前記噴射実行手段により前記所定噴射が実行される際に、前記所定量の前記燃料の燃焼による前記機関回転速度の上昇量を算出する上昇量算出手段と、
前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量に基づいて、前記気筒における前記圧縮比を算出する圧縮比算出手段と、
を備えることを特徴とする気筒の圧縮比算出装置。
前記圧縮比算出手段は、前記機関回転速度の上昇量と前記圧縮比との予め設定された関係に、前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量を適用して前記圧縮比を算出する請求項１に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記機関回転速度の上昇量と前記圧縮比との予め設定された関係は、前記機関回転速度の上昇量が大きいほど前記圧縮比が高く設定されている請求項２に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記噴射実行手段は、前記噴射時期を異ならせてそれぞれ前記所定噴射を実行し、
前記圧縮比算出手段は、前記機関回転速度の上昇量と前記圧縮比との前記噴射時期に応じて予め設定された関係に、それぞれの前記所定噴射で前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量を適用して前記噴射時期ごとに圧縮比を算出し、前記噴射時期ごとに算出された圧縮比から前記圧縮比を算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記噴射実行手段は、前記所定噴射を複数回実行し、
前記圧縮比算出手段は、複数回実行された前記所定噴射で前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量のばらつきを算出し、前記機関回転速度の上昇量のばらつきと前記圧縮比との予め設定された関係に、前記算出されたばらつきを適用して前記圧縮比を算出する請求項１に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記機関回転速度の上昇量のばらつきと前記圧縮比との予め設定された関係は、前記機関回転速度の上昇量のばらつきが大きいほど前記圧縮比が低く設定されている請求項５に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記圧縮比算出手段は、前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量と、前記圧縮比と前記機関回転速度の上昇量の平均値との予め設定された第１関係と、前記圧縮比と前記機関回転速度の上昇量のばらつきとの予め設定された第２関係とに基づいて、前記圧縮比を算出する請求項１に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記圧縮比算出手段は、前記第１関係と前記第２関係とにおいて、前記圧縮比を異ならせてそれぞれマハラノビス距離を算出し、前記圧縮比ごとに算出されたマハラノビス距離が最も短くなる圧縮比を前記圧縮比として算出する請求項７に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記機関には、前記気筒の圧縮比を変更する可変圧縮比機構（２８）が設けられており、
前記噴射実行手段は、前記可変圧縮比機構により前記圧縮比を異ならせてそれぞれ前記所定噴射を実行し、
前記圧縮比算出手段は、それぞれの前記所定噴射で前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量の前記圧縮比に対する傾きを算出し、前記機関回転速度の上昇量の傾きと前記圧縮比との予め設定された関係に、前記算出された傾きを適用して前記圧縮比を算出する請求項１に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記機関回転速度の上昇量の傾きと前記圧縮比との予め設定された関係は、前記機関回転速度の上昇量の傾きが大きいほど前記圧縮比が低く設定されている請求項９に記載の気筒の圧縮比算出装置。
前記噴射実行手段は、前記噴射時期を異ならせてそれぞれ前記所定噴射を実行し、
前記圧縮比算出手段は、それぞれの前記所定噴射で前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量の前記噴射時期に対する傾きを算出し、前記機関回転速度の上昇量の傾きと前記圧縮比との予め設定された関係に、前記算出された傾きを適用して前記圧縮比を算出する請求項１に記載の気筒の圧縮比算出装置。