JPH04159439A

JPH04159439A - 制御効果推定方法および装置

Info

Publication number: JPH04159439A
Application number: JP28423890A
Authority: JP
Inventors: Takemi Okazaki; 岡崎　剛己
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1992-06-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は自動車用エンジン等の制御アルゴリズムの効果
を推定する方法および装置に係り、特にエンジン等の挙
動パラメータの決定方法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

現在の自動車用エンジンの制御アルゴリズムは、エンジ
ンのある特性に着目した粗なモデルによりアルゴリズム
の評価を行なった後に、実エンジンで再評価して決定し
ている。ところで最近の自動車用エンジンは日本機械学
会誌８８巻８０５号１３３７〜１３４２頁（文献１）に
示すように運転状況に応じて吸気管の通路を変更したり
、運転する気筒（シリンダ）を選択したりして、状況に
応じた最適運転を指向する傾向にある。このためアルゴ
リズム評価時のエンジンモデルも、粗なモデルのみでは
不十分である。一方、エンジンの実運転に比重をかける
のも選択パラメータの多様さから多大なコストと時間を
必要とすることになり、得策でない。

そこで、実エンジンの諸特性を忠実に反映できるエンジ
ンモデルを使用して、制御アルゴリズムに基づくエンジ
ンの挙動を評価できることが好ましい。エンジンのモデ
ル化に於いては、日本機械学会論文集第４３巻３６６号
第５９６〜６０２頁（文献２）に示すように吸気管の流
れの方程式を限定された時間におけるエンジンの実測デ
ータを境界条件として解くなどの方法があるが、この方
法では現在の計算機の能力から制御アルゴリズムの評価
で必要とする広い範囲の計算が困難であり、制御アルゴ
リズムと結びつけた形での検討論がなされていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、エンジンモデルが余りに粗であり、
現在の可変機構エンジンのような多様なエンジンに対す
る制御アルゴリズムの検討にはモデルが不十分であるか
もしくはエンジンのモデル化が精密になりすぎて制御ア
ルゴリズムの検討との結びつきが行なわれないか、ある
いは実エンジンの直接運転によるアルゴリズム評価では
選択パラメータの多様性による多大のコストと時間を必
要とするなどの問題があった。

本発明の目的は、自動車用エンジンの可変機構等も考慮
に入れて、吸気管、排気管、気筒の全体を制御アルゴリ
ズムが対象とする広い運転範囲にわたって数値計算しう
るモデルを設定し、それと制御アルゴリズムとの相互作
用によるエンジンの挙動評価が可能なエンジン等の挙動
パラメータの決定法とその装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、自動車用４サイクルエンジ
ンを吸気管、気筒、排気管を含む全ての系に対してモデ
ル化したエンジンシミュレータを作成した。さらにエン
ジン制御アルゴリズムに従った制御モデルシミュレータ
を作成した。この両シミュレータの組合せによりエンジ
ンの定常状態。

過渡状態いずれものエンジン挙動パラメータの決定が達
成できると共に制御アルゴリズムの効果が推定できるよ
うにしたものである。

エンジンシミュレータのモデルは、次のような集中定数
系を主とした熱力学的方程式で構成する。

実験データなどで得られた対象エンジン固有の譜係数と
組合わせてシミュレータを使用する。

（１）ピストントシリンダ（気筒）と吸気弁と排気弁と
から成る自動車用エンジンを構成する１ケ以上の気筒、
吸気の入口である吸気口とその出口である吸気弁と管本
体から成る吸気管、および排気の入口である排気弁とそ
の出口である排気口と管本体から成る排気管のそれぞれ
を１ケのタンクと見做す。

それぞれのタンクにおいて、（イ）　タンク入口と出口を通して呂入りする気体重量
とタンク内気体重量の増減量の間に成立つ質量保存則（ロ）　タンク内の気体を完全ガスと見做すことによる
気体の容積、温度、圧力２重量の間に成立する状態方程
式。

（ハ）　タンク内へ呂入りする流体のもつエネルギー、
タンク内で燃焼などにより発生するエネルギー、タンク
の壁を通して出入りする熱エネルギー等とタンク内の気
体のもつエネルギーの増減量との間に成立つエネルギー
保存則などの物理法則を適用する。

これらより成立つ微分方程式と初期条件とから、数値計
算法を利用により所定のクランク角度もしくは時間に対
して解くことにより、上記の温度、圧力９重量などの諸
量やこれらから派生するエンジン特有の平均有効圧力や
トルクなどの自動車用エンジンの挙動パラメータを決定
できるようにする。

（２）上記（１）に於て、吸気管と排気管に対してはそ
れを２ヶ以上に分割することにより、その分割した要素
の各々に上記（１）で述べたと同様の物理法則を適用し
、全ての微分方程式を連立させて数値計算法を使用して
解くことにより、管内の挙動パラメータの分布状態を決
定できるようにする。

（３）上記（１）に対して自動車用エンジンの燃料噴射
器からの噴射燃料を、吸気管あるいは気筒に所定時点に
おいて所定量だけ供給するとして、この燃料の吸気管あ
るいは気筒に於ける分布およびそれに応じたエンジンの
挙動パラメータを決定できるようにする。

噴射直後の燃料は、壁に付着し、フィルム状となるもの
と油粒となり、気体中に漂ようものがあるとする。時間
の経過に従い、フィルム状もしくは油粒状のものは気流
と共に移動する。

この移動重量は、吸気管もしくは気筒の出入口を通過す
る時間当りの気流重量と実験により定まる所定の比率と
を乗じたものとして取扱かう。

フィルム状のものは、気流に引張られて移動するほかに
油粒化するものがあるとする。また油粒状のものも、移
動中に壁に衝突し、フィルム状になるものがあるとする
。これらの比率は実験データにより定まるものを使用す
る。

（４）上記（２）の吸気管に対して、燃料噴射器からの
噴射燃料を分割された所定の吸気管へ所定時点に所定量
だけ供給するとして、この燃料が吸気管もしくは気筒に
おいて分布する状態を考慮してエンジンの挙動パラメー
タを決定できるようにする。

噴射燃料の移動や、フィルム状もしくは油粒状の燃料の
取扱いは、上記（３）に示す方法に同しである。

以上に述べたエンジンモデルと情報をやりとりする制御
モデルの構成は次のようである。

制御モデルは、センサ部、アクチュエータ部。

アルゴリズム部より成立つ。センサ部は実エンジンを制
御する場合に使われるクランク角、水温。

スロットル弁開度、流入吸気量などのためのセンサの機
能をモデル化したものである。各センサ機能に応じたエ
ンジンの状態量を所定の時点に、前述したエンジンモデ
ルから制御モデルへ取込む。

アクチュエータ部は、実エンジンを制御する場合に使わ
れる燃料噴射器２点火器などのアクチュエータをモデル
化したもので、それらの動作時期信号もしくは動作量な
どをエンジンモデルへ送りこむ。アルゴリズム部はエン
ジンの制御方法を定める。即ち、センサの機能開始時期
の決定を行なって、その時点でのエンジンモデルの状態
量を受は入れ、アルゴリズムとして定めたエンジン制御
方法に応した計算を行ない、アクチュエータの動作開始
時期や動作量を決定し、これらをアクチュエータ部へ引
渡す。

〔作用〕

エンジンモデルは次のように動作する。

出入口をもつタンクに於て、その中にある気体とその外
にある気体との間には以下に示すような熱力学的関係が
成立する。

主な記号を次のように定める。

Ｒ：気体定数　　ｇ＝型重量　ＣＰ　：定圧比熱Ｃｖ　
：定積比熱　　Ｎ：毎分エンジン回転数θ：クランク角
　　Ｐ：圧力　　Ｔ：絶対温度Ｖ：気体体積　　Ｇ：気
体重量　　ｔ：時間Ｑ：熱量、　　ｆ：開口面積　　μ
：流量係数添字として次のようにする。

ｄ：微小量表示　　ｉ：入口　　ｅ：出口２：タンク内
　　Ｗ：壁　　Ｂ：燃料タンクの入口、出口のような開口部分を微小時間ｄｔに
通過する気体重量ｄＧは、気体の比重量をＶ、流速をＷ
とするとｄＧ＝μｆ−ｄｔ ■ ところで開口部の前後を添字す、ａで示すと一＝Ｆ（Ｐ
ｂ、Ｐ＆、Ｔｂ、Ｔ＆、ＣＰ、ＣＶ、Ｒ，ｇ）■ ここでＦは括弧内の要素の関数である。

従って関数の括弧内を省略するとｄａｔ＝μｔｆｉＦｔｄｔ　　　　　　　　　・・・（
１）ｄＧｅ＝　μｅｆｅＦｅｄ　ｔ　　　　　　　　　
−（２）タンク内の気体重量の増加ｄＧｚは、ｄ　Ｇｚ＝　ｄ　Ｇｔ　　ｄ　Ｇｅ　　　　　　　　　
−（３）いっぽうタンク内の気体を完全気体と見做すこ
とによる状態方程式を微分することからタンク内への気
体の流出入に伴うエネルギーの増加、タンク内の燃料の
燃焼などによる熱発生エネルギー、タンクの壁を通じて
出入りするエネルギー、気筒の中のピストンの運動など
でタンクの体積が変動するときのピストン仕事と内部エ
ネルギーの変動などを考慮してエネルギー平衝方程式％
式％ここで、Ｃｐ　ＩＴ　ｔ　とＣ：　ｅ　Ｔ　”６とはそ
れぞれの開口部分で移動する気体がもつ定圧比熱と温度
を示す。

（１）と（５）式から、微小時間ｄｔについての特定の
タンクに対する微分方程式が成立つ。

吸気管、排気管、気筒の全てに対してこの微分方程式を
たてたのち、連立微分方程式の数値解法の一つであるル
ンゲ・フッタ法またはジル法により初期値を用いて解く
ことにより、任意の時点での各タンク内の状態を確定で
き、自動車用エンジン等の挙動パラメータを決定できる
。

吸気管や排気管を２ヶ以上の要素に分割した場合や気筒
が複数ある場合も、各々の要素をタンクとし、同様の方
程式を立て、全てを組合わせて解けばよい。

なお隣接するタンクの開放口での通過気体重量な同量で
あり、また上記の解法に於ては隣接タンクを結ぶ開放口
の数は１つであるが、１つのタンクの開放口の数は１ヶ
以上任意である。複数の開放口がある場合は、（１）又
は（２）式のｄＧｉ又はｄＧｅが複数生じ、（３）、　
（５）式のこれらの項も複数生じる。尚、（１）から（
５）式に於て空気の流量。

壁を通じた熱の出入量、増減する体積の微分量など方向
性をもつ量は、所定の方向に対して正または負の量とな
る。

次に燃料を噴射した場合について述べる。

噴射した燃料を空気流にのり移動する微小な油粒と壁に
付着するフィルムとに分けて把握する。

噴射直後の成るタンクに入った噴射によるこれらの量を
それぞれＢＭｒ　ＢＬとする。そのタンクにもともと存
在していた燃料の量を、油粒状でＭＢ、フィルム状でＬ
ａであるとする。そのタンクの開放口を通して燃料が流
出入するが、その方向はそこを通過する空気流の方向と
一致するものとみる。

また開放口を通して移動する燃料量と移動元のタンク内
にある燃料量の比は、そこを通して移動する空気量と移
動元のタンク内にある空気量の比に成る係数を乗じて等
しいとみる。油粒に対するこの係数とフィルムに対する
それとは異なり、それぞれをｋＭ、　ｋｔ、とする。移
動元のタンク内の空気量、油粒量、フィルム量をＧｅ、
Ｍａｙ　Ｌａとすると、開放口を通過する油粒、フィル
ムの微小流出入量は、ＧネＧ＊Ｇ＊一方、タンク内のフィルム状燃料の一部分は油粒化する
。この割合を示す係数をｋＬＭとする。また噴射から時
間経過した状態でも管の形状などから、油粒化燃料の移
動中にその一部が壁などに衝突してフィルム状となる。

この量はタンク内に存在する油粒化燃料量に係数ｋＭＬ
を乗じた量であるとみる。

したがって微小時間ｄｔに成るタンク内の油粒化燃料と
フィルム状燃料の変化量ｄＭａ、ｄＬａは。

ｄＭａ＝ＢＭ＋ｄＭａｔ−ｄＭａｅ＋ｋｔ、Ｍ・Ｌｓ−
ｋＭｔ、Ｍａ・・・（８）ｄ　Ｌａ＝Ｂし＋ｄ　ＬＢＩ−ｄ　Ｌａｅ＋ｋＬＭ・　
ＬＢＩｋＭＬＭａ・・・（９）ここでＢに、ＢＬは噴射直後のみ値をもちその他の時点
では零である。また両者の配分比や係数ｋＭ、　ｋＬ＋
　ｋＭＬｒ　ｋＬＭなどはタンク毎に異なってよい。（
６）から（９）式までから時間に関する微分方程式を各
タンクに対して求め、（１）から（５）式までの方程式
と共に全タンクについて解けば、各タンクに対する燃料
分布が決定される。

制御モデルは、次のように作用する。エンジンモデルは
進行パラメータとしてクランク角度もしくは時間を斜っ
て計算を進めるが、制御モデルのアルゴリズム部はこの
進行パラメータを常に監視する。進行パラメータが所定
の値となった時点でセンサ部に動作すべきセンサの種類
を指示し、当該センサはそれに対応するその時点のデー
タをエンジンモデルからとり出し、所定の領域に格納す
る。アルゴリズム部はセンサ部からの情報を基にしてそ
のアルゴリズムの従った演算を行ない、次に操作すべき
アクチュエータの選択と動作時期・動作量を決定する。

進行パラメータがその動作時期になった時、そのアクチ
ュエータの種類と動作量をアクチュエータ部に渡す。ア
クチュエータ部はその指示に応じてエンジンモデル内の
該当するデータを動作量に応じて変化させる。エンジン
モデルは変化されたデータに基づいて数値計算を続行す
ることとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。この
図は自動車用エンジンのエンジンモデル部１と制御モデ
ル部２とをもち、相互をセンサ情報の流れるセンサバス
３とアクチュエータ情報の流れるアクチュエータバス４
とで結んだ制御アルゴリズム効果推定のための自動車用
エンジン挙動パラメータ決定装置５の構成図である。

エンジンモデル部１は吸気管の状態を決定する吸気系状
態決定部６と気筒の状態を決定する気筒系状態決定部７
と排気管の状態を決定する排気系状態決定部８とか成る
。制御モデル部２はセンサ情報の管理を行なうセンサ管
理部１０とアクチュエータ情報の管理を行なうアクチュ
エータ管理部１１と制御アルゴリズムに従ってアクチュ
エータとセンサの動作を決定する制御アルゴリズム部１
２とから成る。全体管理部９により全体的な処理の進行
管理を行ない、各時点でエンジンモデル部１もしくは制
御モデル部２に動作指示を行なう。

第２図は自動車に搭載されている４サイクルエンジンと
それを制御するアルゴリズムを記述した制御システムを
内蔵する制御ユニットとを第１図の実施例と対比できる
ようにモデル化して示している。

吸気管１３はスロットル弁１４を空気の入口としエンジ
ンの吸気弁１５を出口とする吸気管壁１６で囲まれたタ
ンクであると見做し、吸気系状態決定部６でその状態が
定められる。気筒１７は吸気弁１５を吸気の入口とし排
気弁１８を排気の出口とするピストン１９と気筒壁２０
で囲まれたタンクと見做し、気筒系状態決定部７でその
状態が定められる。排気管２１は排気弁１８を排気の入
口とし排気口２２を出口とする排気管壁２３で囲まれた
タンクと見做し、排気系状態決定部８でその状態が定め
られる。

このエンジンを制御する制御ユニット２４にはエンジン
の状態を知るための各種センサからの情報が入る。これ
らのセンサには例えばエンジンのクランク角を知るため
のクランク角センサ２５゜スロットル弁の開度を知るた
めのスロットルセンサ２６．そこを通過する空気量を知
るためのエアフローセンサ２７．排気ガスから燃焼ガス
の空気燃料比を知るための酸素センサ２８などがある。

これらのセンサの情報は制御モデル部２ではセンサ管理
部１０で処理される。また制御ユニット２４には制御シ
ステムが内蔵され、これらの情報を使用しながらエンジ
ン制御のためのアクチュエータの動作を決定しているが
、この制御システムのアルゴリズムが制御アルゴリズム
部１２にある。

第２図にはアクチュエータの例として燃料噴射器２９と
火花点火器３０とを示しているが、制御モデル部２では
これらの操作情報をアクチュエータ管理部１１で取扱か
う。

エンジンとセンサとアクチュエータが与えられるとこれ
らの構造的な仕様が定まるが、好適なエンジン運転のた
めには制御ユニット２４に内蔵すべき良好な制御システ
ムの作成が必要である。そのため第１図のようにして種
々の制御アルゴリズムによる効果推定と比較が行なわれ
ることになる。

ここで制御モデル部２は制御アルゴリズムの内容により
種々変更されるが、エンジンモデル部１のエンジン動作
処理は構造依存のデータと関係なく共通にできる。

第３図に本実施例に於けるエンジンモデル部１の処理構
成を示す。エンジンの挙動パラメータ決定のための計算
条件や初期条件を記述したブロック３００の入力データ
を読込むと共に計算に必要な諸変数やテーブルの初期化
をブロック３０１で行なう。時間を秒とクランク角度θ
とは毎分エンジン回転数Ｎ回の時には、微小時間でｄθ＝６Ｎｄｔの関係が成立つので、作用の説明中の時間に関する微分
方程式をクランク角度に関するものに容易に変更できる
。第３図ではクランク角度により処理を進めている。ブ
ロック３０２により計算開始クランク角度θ。をクラン
ク角度θに設定後、微小クランク角へ〇を進めながら挙
動パラメータ決定のための連立微分方程式を数値解析に
より解く。

本実施例では、ｍ次ルンゲ・フッタ法を用いて挙動パラ
メータの近似値ｆ、を求め、これと前回の近似値との差
Δｆｒの絶対値が所定値εより小となるまで計算を繰返
し、パラメータの最終値ｆ、を決定する。

各ｆ、、ｆ、は微分方程式の連立個数ｑ個だけあるが、
以下ではそれらを代表するとして述べる。

ブロック３０３で繰返し数ｒを１とし、第１回目の計算
開始値ｆ、にクランク角θよりΔθ前のクランク角にお
けるパラメータ値ｆ、−□を設定する。

次にブロック３０４ではルンゲ・フッタ法でいう計算ス
テップ数ｋを０とる。ブロック３０５でｋを１増加して
計算ステップを更新する。次いでこの時点どのクランク
角度θ諏として計算ステップｋに対する微小クランク角
Δθｋをクランク角度θに加えた値を設定する。気筒、
吸気管、排気管のそれぞれに対して用意した微分方程式
に対応する式を用いて、ブロック３０７てこのθｋに対
するパラメータ値ｆｒｋを決定する。二九をｋがｍとな
るまでブロック３０５と３０８の間で繰返し、ｋがｍを
越えた時点でこれらｆｒｈを用いてブロック３０９でｆ
、を決定する。

ブロック３１０で今回求めたｆ、と（ｒ−１）回目に求
めたｆ　ｒ−ｌ　とを比較して、その差Δｆ。

が所定値Ｅ　（例えば有効桁が所定数だけ一致している
ことを判断する値）以下でするか繰返し数ｒが所定回数
ｒ０　となった時には収束したと判断して収束演算を終
え、ブロック３１１に進む。この条件が満されないとき
はブロック３１６で繰返し数ｒを１だけ進めた後にブロ
ック３１５で今回のｆｒを出発値として再度ブロック３
０４からの計算を繰返す。

ブロック３１・１では収束したパラメータ値ｆｒをこの
クランク角度におけるパラメータ値ｆ、とじ、クランク
角度θと共にファイル３１７へ格納してブロック３１２
に進む、このブロックでは計算が所期のクランク角θピ
に達したかどうかを判断し、未達ならばブロック３１４
により次のクランク角度としてΔθだけ進んだクランク
角度をθとしてブロック３１３から同様の処理を行なう
。

到達した場合は、ブロック３１３でファイル３１７に収
納したパラメータ値をもとに作図作表して全体の処理を
終わる。

第４図はエンジンモデル部１の挙動パラメータ決定に於
て使用する主要なデータとその作用時期のクランク角θ
を示すタイムチャートである。吸気弁の開き状態を示す
吸気弁揚程曲線３１の開始と終了時期は、吸気弁１５の
開き開始と閉止のクランク角となる。排気弁揚程曲線３
２とそれらは排気弁１８の開き開始と閉止のクランク角
である。

熱発生率曲線３３は気筒内での燃焼による熱発生具合を
示すもので、その開始時期は火花点火器３０による点火
時期に燃料の発火遅れ時間を加えたものである。第４図
には一つの気筒に対するもののみを示しているが、複数
の気筒があるときはそれぞれに対してのものがピストン
の動作時期のズレを考慮し重ね合わされる。

第５図は４気筒エンジンに対して吸気管と排気管をそれ
ぞれ１個のタンクと見做した時のエンジンモデル部１で
の挙動パラメータ変動の実施例である。スロットル弁１
４の弁開度αを弁開度曲線４６に示すようにクランク角
度θに対して１０度から８０度へ変化させる。この時の
スロットル弁１４を通過する単位クランク角当りの空気
量ｄＧ／ｄθの変化具合を空気量変化曲線４７．４８に
より示す。前者の曲線４７は毎分エンジン回転数８０ｏ
回で、後者の曲線４８は２４００回の状態で求めたもの
である。非定常状態でのエンジンの燃料噴射量の決定に
は曲線４７．４８で示されるようなスロットル弁を通過
する空気量の動的変化の解析が重要である。しかし測定
器の追従能力などの点から、これらは実験的に得ること
が難しいが、本実施例によれば容易に得られる。

また第４図のタイミングチャートで、各曲線の作用時期
を種々変更したり１曲線の形状を変更することにより、
各種の可変機構をもつエンジンや実機のない仮想エンジ
ンの挙動パラメータの迅速な把握が容易となる。このた
め制御アルゴリズムの検討を広い範囲にわたって行なえ
る利点が得られる。

第５図の実施例は吸気管と排気管をそれぞれ１個のタン
クと見做している。これは短かいシミュレーション時間
でエンジン全体の挙動を知ることが出来る利点をもつが
、噴射燃料の吸気管内での挙動などを知るには適さない
。

第６図に、吸気管や排気管の管内の状況を詳しく把握す
るために、それらを複数のタンクに分割し、また気筒も
複数個用いるエンジンの実施例を示す。分割した各タン
クの隣接通路は破線で示している。

タンク３４はスロットル弁１４と燃料噴射器２９を備え
、タンク４９．５０と共に吸気管の一部を構成する。タ
ンク３５は排気口２２に接する排気管内の１タンクであ
る０図中の矢印はこれらタンクと隣接タンクとの通路で
の空気の流れ方向を示している。

第７図は第６図のタンク分割状況下で計算した一実施例
を示す。即ち、エンジン回転数８００（毎分）、スロッ
トル弁１４の弁開度１０度で一定とした時に、燃料噴射
器２９で燃料を空気燃料比が所定の割合になるようにク
ランク角度で１８０度間隔で噴射して計算したものであ
る。第７図はクランク角度が５７０度である時の数個の
タンクについてのデータのみを記述しているが、他の全
てのタンクに対してエンジンの全サイクルにわたり同様
のデータを得ることができる。

データの諸元は、圧力がｋｇ／ｄ、温度が０Ｋ（ケルビ
ン温度）、燃料量が聴、通過空気量が眩／度である。圧
力、温度、燃料量は各タンク内のデータであり、通過空
気量は隣接タンクとの間の通路を１クランク角度の間に
通る空気量である。

その流れの方向は第６図に示しである。尚、Ｌ。

Ｒは第６図で各タンクの左側、右側の通路を示す。

第７図で、タンク１７．３５の燃料量が無いのは、前者
１７が気筒で燃焼後のものであり、後者３５は排気管内
であることによる。タンク１７はこの時点では排気弁１
８が少量間いているか、吸気弁１７は全閉のため後者１
７を通る空気量は無い。ナビエ・ストークス方程式の流
れモデルを用いる場合に比べて、本実施例の方法では広
い範囲のクランク角にわたりエンジンの状態を短時間で
決定できる。

第８図も第６図のタンク分割法で計算した結果である。

これは最初吸気管にも気筒にも燃料が存在しない状態か
ら燃料噴射器２９により燃料を噴射して、気筒１７にそ
れが入っていく様子をクランク角度θの経過に対する気
筒内燃料量Ｂの変化で示したものである。エンジン回転
数８００（毎分）の下に、クランク角度Ｏ度から１８０
度間隔で噴射している。曲線５２，５３，５４はそれぞ
れスロットル弁１４の弁開度を８０．２０．１０度とし
た時のものである。

従来このような状況の把握には、燃料を他の気体に置き
かえて実験して推定するとか、特定条件下での燃料移動
速さを仮定して概算するとかしていた。本実施例によれ
ば、燃料の動的挙動をエンジンの実動作に近い状況で広
い範囲にわたって把握でき、制御アルゴリズムの検討な
どに多くの利点をもつ。

第９図は制御アルゴリズムの効果を推定するために制御
モデルと４気筒のエンジンモデルとを結合した実施例で
ある。センサとしてスロットルセンサ２６．エアフロー
センサ２７．クランク角センサ２５を、アクチュエータ
として燃料噴射器２９を使用し、エンジンモデルと制御
モデルの仲介を行なわせる。

制御ユニット２４内の制御アルゴリズムの例として簡単
に次のようなものとする。クランク角センサ２５の働き
により、所定のクランク角になった時点でエアフローセ
ンサ２７を通してスロットル弁１４を通過する空気量を
エンジンモデルから制御モデルへ取込む。制御モデルは
このサンプリングした通過空気量の所定回数の平均から
エンジンの気筒に入る空気量を推定し、気筒内での空気
燃料比が例えば１４．６　になるように燃料量を決定す
る。ついで所定のクランク角に於いてａｍ噴射器２９を
通して吸気管にこの燃料を供給する。

この燃料が噴射される位置から気筒までには距離がある
ので吸気管内の空気流の強さなどの影響を受けた燃料の
輸送遅れなどが生じる。エンジンモデルではこの因子を
含めて計算しているため、噴射燃料量と気筒流人燃料量
の差異の把握ができる。

この結果、制御アルゴリズムとしての噴射燃料量の推定
法を効果あるものにできる。

第９図の例は単純化した実施例としたが、センサやアク
チュエータの種類、数を増したり、これらの応答遅れを
考慮したりした制御モデルの構成が可能である。またこ
の場合、エンジンモデルの変更を伴うことなく制御モデ
ルの変更が可能である。

第１０図はエンジン診断装置の一実施例である。

エンジン診断装置３６はエンジンシミュレーション装置
３７と制御信号発生袋ｗ３８とで構成される。同装置は
端子３９．４０を通して互に丁−タを授受する。即ちエ
ンジンシミュレーション装置ｉ３７は書換え可能なエン
ジンモデルを内蔵し、制御信号発生装置３８で定められ
た燃料噴射量や点火時期などのデータを所定のタイミン
グで端子３９を通して受け、それに対応したエンジンの
挙動をシミュレートする。

その結果の燃焼圧力や吸気量などのデータを端子４０を
通して制御信号発生装置３８へ送る。制御信号発生装置
３８は進行管理部４１．制御モデル部４２．信号変換イ
ンタフェース部４３．４４および外部入力部４５より構
成される。進行管理部４１はエンジン診断装置３６の全
体の進行時間管理や外部入力部４５や端子３９．４０を
通してのデータ授受の管理もしくは制御モデル部４２や
信号変換インタフェース部４３．４４などの各部に於け
る処理の起動２割込みの管理などを行なう。

制御モデル部４２は関数もしくはデータ類から構成され
る書換え可能な制御モデルを内蔵し、エンジンシミュレ
ーション装［３７に於いてエンジン挙動を決定するに必
要なデータを発生させる。

信号変換インタフェース部４３は、制御モデル部４２が
発生したデータをエンジンシミュレーション装置３７が
受は入れる形式のデータに変換する。

−力信号変換インタフェース部４４はエンジンシミュレ
ーション装置３７が発生するデータを制御モデル部４２
が受は入れる形式のデータに変換する。

外部入力部４５は可変ダイヤルや打鍵などを備え、制御
モデル部４２の信号発生方法を変更したり、データの変
更や登録などを行なう。

このエンジン診断装置３６を用いることにより、各種の
エンジンの多様な制御条件下での挙動を、実エンジンを
動かすことなく容易に解析することができる。なお上記
に於いて制御信号発生装置３８にリアルタイムの制御が
可能な高速演算処理ユニットを使用することにより、エ
ンジンシミュレーション装置３７を実エンジンで置き換
えることができる。この場合は制御アルゴリズムの効果
を実エンジンで直接調べたり、エンジンが不調の場合の
診断ができる効果をもつ。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エンジンモデルでは流れ方程式のよう
な微細モデルを使用しないので短時間で広い範囲のエン
ジンの挙動パラメータを決定できる。このエンジンモデ
ルは可変機構など多様なエンジン構造に柔軟に対応でき
るので、種々の組合せ条件でのエンジンの挙動パラメー
タの把握が容易である。計測上の制約を受は測定しにく
いエンジンの挙動パラメータの把握が容易である。また
制御モデルの変更に於てもエンジンモデルは変更の必要
がない。以上のことにより、種々の条件下での制御アル
ゴリズムに従うエンジンの挙動が把握でき、エンジン制
御方式の開発期間の短縮、コスト低減などの効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例での自動車用エンジン挙動パ
ラメータ決定装置にブロック図、第２図は自動車用エン
ジンと制御系のモデル図、第３図はエンジンモデル部の
処理フロー図、第４図はエンジンデータのタイムチャー
ト、第５図は一実施例でのスロットル弁通過空気量変化
図、第６図は吸・排気管分割モデルの一実施例を示す図
、第７図は第６図の分割モデル実施例での状態データの
一例を示す図、第８図は第６図の分割モデル実施例での
気筒への燃料流入変化図、第９図は本発明の一実施例で
のエンジンモデルと制御モデルとの結合を示すモデル図
、第１０図は本発明の一実施例でのエンジン診断装置の
ブロック図である。１・・・エンジンモデル部、２・・・制御モデル部、３
・・・センサバス、４・・・アクチュエータバス、５・
・・自動車用エンジン挙動パラメータ決定装置、６・・
・吸気系状態決定部、７・・・気筒系状態決定部、８・
・・排気系状態決定部、９・・・全体管理部、１０・・
・センサ管理部、１１・・・アクチュエータ管理部、１
２・・・制御アルゴリズム部、１３・・・吸気管、１４
・・・スロットル弁、１５・・・吸気弁、１６・・・吸
気管壁、１７・・・気筒、１８・・・排気弁、１９・・
・ピストン、２０・・・気筒壁、２１・・・排気管、２
２・・・排気口、２３・・・排気管壁、２４・・・制御
ユニット、２５・・・クランク角センサ、２６・・・ス
ロットルセンサ、２７・・・エアフローセンサ、２８・
・・酸素センサ、２９・・・燃料噴射器、３ｏ・・・火
花点火器、３４・・・吸気管分割タンク、３５・・・排
気管分割タンク、３６・・・エンジン診断装置、３７・
・・エンジンシミュレーション装置、３８・・・制御信
号発生装置、３９．４０・・・端子、４１・・。進行管理部、４２・・・制御モデル部、４３．４４・・
・信号変換インタフェース部、４５・・・外部入力部、
′ｆＪｒ　　口ｆＪ　２　図￥Ｉ４図Ｉ３　口ＶＪ６　口 ′ｆＪ　７　口）ｆ、ｇ　　図Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

１．自動車用エンジンのエンジンモデルと制御モデルと
を組合わせてなることを特徴とする制御効果推定装置。
２．吸気管と排気管と１ケ以上の気筒からなる４サイク
ル自動車用エンジンに於て、それぞれを１ケの要素（タ
ンク）と見做してエンジンモデルによる挙動パラメータ
を決定することを特徴とする制御効果推定方法。
３．吸気管と排気管とを２ケ以上の分割した要素と見做
したエンジンモデルを用いて挙動パラメータを決定する
ことを特徴とする制御効果推定方法。
４．吸気管もしくは気筒へ噴射した燃料の輸送遅れや蒸
発遅れを考慮したエンジンモデルを用いたことを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載の制御効果推定方
法。
５．センサとアクチュエータの操作信号，操作量および
それらの決定アルゴリズムをもつ制御モデルをエンジン
モデルと独立に構成し、エンジンモデルを変更すること
なく制御アルゴリズムによるエンジンの挙動パラメータ
への影響をみる手段を有してなることを特徴とする制御
効果推定装置。
６．外部制御信号のための入力端子をもち、その信号に
応じて内蔵のエンジンモデルによりエンジン挙動を決定
し、その決定パラメータを信号として出力する出力端子
をもつエンジンシミュレーション装置と、エンジン挙動
に及ぼす各種データを発生する関数もしくは内蔵モデル
をもち付属の入力装置による外部からの指示もしくは入
力端子を通ったエンジンシミュレーシヨン装置からのデ
ータに従って適当な制御信号を発生し、出力端子へ送る
制御信号発生装置を組合わせてエンジン挙動の解析を行
なうことを特徴とする制御効果推定装置。
７．請求項６記載の制御信号発生装置と実エンジンとを
組合わせてエンジン挙動の解析を行なうことを特徴とす
る制御効果推定装置。