(57)【要約】【課題】吸気モデルを作成する際の適合工数を少なくする。【解決手段】吸気管内の圧力を入力すると適合値を用いた計算を行って筒内吸入ガス流量の推定値を算出する吸気モデルを作成するにあたり、内燃機関の形式、吸気弁の作用角、機関回転速度、吸気弁の開弁時期、排気弁の開弁時期を含むパラメータを複数の種類又は領域に分類すると共に該分類された種類又は領域の組合せ毎に適合値が予め求められる。吸気モデルを作成するときには、上記組合せと適合値との関係を用いて、内燃機関の型式及び吸気弁の作用角に基づいて、機関回転速度、吸気弁の開弁時期及び排気弁の開弁時期毎に適合値が算出され算出された適合値を用いて吸気モデルの仮のモデル式が作成される。その後、複数の計測点における筒内吸入ガス流量の実測値と仮のモデル式による推定値との誤差に基づいて２次の誤差関数が導出され、仮のモデル式と誤差関数から吸気モデルのモデル式が導出される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気管内の圧力を入力すると適合値を用いた計算を行って各気筒への筒内充填空気量に関するパラメータの推定値を算出する吸気モデルの作成方法であって、
内燃機関の形式、吸気弁の作用角、機関回転速度、吸気弁のバルブタイミング、排気弁のバルブタイミングを含むパラメータを複数の種類又は領域に分類すると共に該分類された種類又は領域の組合せ毎に前記適合値を予め求め、
前記吸気モデルを作成するときには、前記分類された種類又は領域の組合せと適合値との関係を用いて、前記吸気モデルの作成対象である内燃機関の型式及び吸気弁の作用角に基づいて、機関回転速度、前記吸気弁のバルブタイミング及び前記排気弁のバルブタイミング毎の前記適合値を算出し、該算出された適合値を用いて機関回転速度、前記吸気弁のバルブタイミング及び前記排気弁のバルブタイミング毎の吸気モデルの仮のモデル式を作成し、
機関回転速度、前記吸気弁のバルブタイミング及び前記排気弁のバルブタイミングの異なる複数の計測点における前記筒内充填空気量に関するパラメータの実測値と前記吸気モデルの仮のモデル式によって算出された推定値との誤差を計測すると共に、計測された誤差に基づいて２次の誤差関数を導出し、
前記吸気モデルの仮のモデル式に前記誤差関数を加えたものを吸気モデルのモデル式として導出する、吸気モデルの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の吸気モデルの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の吸気系における空気の流れを流体力学や熱力学を用いて数式でモデル化し、この数式モデルを用いて吸気系のパラメータの推定値を算出することが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
斯かる数式モデルとしては、例えば、吸気管内の圧力、大気温度、吸気管内の空気の温度が入力されると、各気筒への吸入空気量（筒内充填空気量）の推定値が出力される吸気弁モデルが挙げられる。また、斯かる吸気弁モデルでは、吸気系のパラメータの推定値を算出するにあたって適合値が用いられ、この適合値は機関回転速度、吸気弁のバルブタイミング、排気弁のバルブタイミング毎に予め求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４４５６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９７６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような吸気弁モデルを作成するためには、吸気弁モデルで用いられる適合値を予め適合作業によって求めることが必要になる。そして、適合作業では、機関回転速度、吸気弁のバルブタイミング、排気弁のバルブタイミングに加えて、吸気管内の圧力を変化させた異なる計測点毎に筒内充填空気量が計測される。したがって、吸気モデルの適合値を求めるためには多数の計測点において計測を行うことが必要になり、よってその適合工数は非常に大きなものとなる。
【０００６】
上記課題に鑑みて、本開示の目的は、内燃機関の吸気系のパラメータの推定値を算出するのに用いられる吸気モデルを作成する際に適合工数をできるだけ少なくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の要旨は以下のとおりである。
【０００８】
（１）  内燃機関の吸気管内の圧力を入力すると適合値を用いた計算を行って各気筒への筒内充填空気量に関するパラメータの推定値を算出する吸気モデルの作成方法であって、内燃機関の形式、吸気弁の作用角、機関回転速度、吸気弁のバルブタイミング、排気弁のバルブタイミングを含むパラメータを複数の種類又は領域に分類すると共に該分類された種類又は領域の組合せ毎に前記適合値を予め求め、前記吸気モデルを作成するときには、前記分類された種類又は領域の組合せと適合値との関係を用いて、前記吸気モデルの作成対象である内燃機関の型式及び吸気弁の作用角に基づいて、機関回転速度、前記吸気弁のバルブタイミング及び前記排気弁のバルブタイミング毎の前記適合値を算出し、該算出された適合値を用いて機関回転速度、前記吸気弁のバルブタイミング及び前記排気弁のバルブタイミング毎の吸気モデルの仮のモデル式を作成し、機関回転速度、前記吸気弁のバルブタイミング及び前記排気弁のバルブタイミングの異なる複数の計測点における前記筒内充填空気量に関するパラメータの実測値と前記吸気モデルの仮のモデル式によって算出された推定値との誤差を計測すると共に、計測された誤差に基づいて２次の誤差関数を導出し、前記吸気モデルの仮のモデル式に前記誤差関数を加えたものを吸気モデルのモデル式として導出する、吸気モデルの作成方法。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、内燃機関の吸気系のパラメータの推定値を算出するのに用いられる吸気モデルを作成する際に適合工数を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一つの実施形態に係る吸気モデルが用いられる内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、吸気モデルの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図３は、各クラス毎に適合値が分類されて保管された適合値テーブルを示す図である。
【図４】図４は、一つの実施形態に係る吸気弁モデルの作成方法における作成手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１２】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、一つの実施形態に係る吸気モデルが用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１に示したように、内燃機関１００の機関本体１は、シリンダブロック２、シリンダブロック２の気筒内で往復動するピストン３、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４、吸気弁５、吸気ポート６、排気弁７、排気ポート８を備える。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室９が形成される。吸気弁５は吸気ポート６を開閉し、排気弁７は排気ポート８を開閉する。
【００１３】
また、機関本体１には、吸気弁５のバルブタイミングを制御する吸気可変バルブタイミング機構Ａや、排気弁７のバルブタイミングを制御する排気可変バルブタイミング機構Ｂが設けられる。特に、本実施形態では、吸気可変バルブタイミング機構Ａは、吸気弁５のバルブタイミング（開弁時期や閉弁時期）を変更することができるものの吸気弁５の作用角は変更できないように構成される。同様に、本実施形態では、排気可変バルブタイミング機構Ｂは、排気弁７のバルブタイミング（開弁時期や閉弁時期）を変更することができるものの排気弁７の作用角は変更できないように構成される。
【００１４】
図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、シリンダヘッド４の燃焼室外周付近には、燃焼室９内に燃料を直接噴射するインジェクタ１２が設けられる。
【００１５】
各気筒の吸気ポート６はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート６、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。
【００１６】
一方、各気筒の排気ポート８は排気マニホルド１９に連結され、排気マニホルド１９は排気浄化触媒２０を内蔵したケーシング２１に連結される。ケーシング２１は排気管２２に連結される。排気ポート８、排気マニホルド１９、ケーシング２１及び排気管２２は、排気通路を形成する。
【００１７】
排気マニホルド１９とサージタンク１４とはＥＧＲ管２４によって互いに連通せしめられる。ＥＧＲ管２４には、排気マニホルド１９からサージタンク１４へとＥＧＲ管２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２５が設けられる。加えて、ＥＧＲ管２４には、サージタンク１４へと供給されるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁２６が設けられる。ＥＧＲ管２４、ＥＧＲクーラ２５及びＥＧＲ制御弁２６は、排気ガスの一部を吸気通路に供給するＥＧＲ機構を構成する。
【００１８】
また、内燃機関１００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１を備える。ＥＣＵ３１は、メモリ３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を備え、これらは双方向性バス３２を介して相互に接続される。
【００１９】
吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が設けられ、スロットル弁１８には、スロットル弁１８の開度を検出するスロットル開度センサ４０が設けられる。加えて、サージタンク１４にはサージタンク１４内の吸気ガスの圧力を検出する吸気圧センサ４１が設けられ、排気マニホルド１９には排気マニホルド１９内を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４２が設けられる。加えて、内燃機関１００は、内燃機関１００周りの大気の圧力を検出する大気圧センサ（図示せず）と、内燃機関１００周りの大気の温度を検出する大気温センサ（図示せず）とを備える。これらエアフロメータ３９、スロットル開度センサ４０、吸気圧センサ４１、空燃比センサ４２、大気圧センサ及び大気温センサの出力は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２０】
また、アクセルペダル４３にはアクセルペダル４３の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４４が接続され、負荷センサ４４の出力電圧は機関負荷を示す信号として対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４５は例えばクランクシャフトが１０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４５の出力パルスから機関回転速度が計算される。
【００２１】
一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４６を介して点火プラグ１０、インジェクタ１２、スロットル弁駆動アクチュエータ１７、吸気可変バルブタイミング機構Ａ及び排気可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。したがって、ＥＣＵ３１は、点火プラグ１０による点火時期、インジェクタ１２からの燃料噴射時期や燃料噴射量、スロットル弁１８の開度等を制御する制御装置として機能する。
【００２２】
＜吸気モデル＞
ところで、内燃機関の燃焼室９において燃焼される混合気の空燃比を目標空燃比にするためには、吸気弁５が閉じたときに燃焼室９内に充填されている吸気ガスの量（以下、「筒内充填ガス量Ｍｃ」という）を正確に推定する必要がある。斯かる筒内充填ガス量Ｍｃを推定する方法として、内燃機関の吸気系における空気の流れを流体力学や熱力学を用いて数式でモデル化した吸気モデルを用いることができる。以下では、斯かる吸気モデルの具体例について簡単に説明する。
【００２３】
図２は、吸気モデルの構成を説明するためのブロック図である。図２に示したように、吸気モデルは、スロットルモデルＭ１０、吸気管モデルＭ２０、吸気弁モデルＭ３０及びＥＧＲモデルＭ４０を備える。
【００２４】
スロットルモデルＭ１０には、スロットル開度センサ４０によって検出されたスロットル弁１８の開度（スロットル弁開度）θｔと、大気圧センサによって検出された内燃機関の周囲の大気圧（または、吸気管１５に吸入される空気の圧力）Ｐａと、大気温センサによって検出された内燃機関の周囲の大気温度（または、吸気管１５に吸入される空気の温度）Ｔａと、後述する吸気管モデルＭ２０において算出された吸気枝管１３内の吸気ガスの圧力（以下、「吸気管内圧力」ともいう）Ｐｍとが入力される。そして、スロットルモデルＭ１０では、これら入力された各パラメータの値がモデル式に代入され、その結果、単位時間当たりにスロットル弁１８を通過する空気の流量（以下、「スロットル弁通過空気流量」ともいう）ｍｔが算出される。スロットルモデルＭ１０において算出されたスロットル弁通過空気流量ｍｔは、吸気管モデルＭ２０に入力される。
【００２５】
吸気管モデルＭ２０には、スロットルモデルＭ１０において算出されたスロットル通過空気流量ｍｔと、後述する単位時間当たりに燃焼室９内に流入するガス（空気及びＥＧＲガスを含む）の流量（以下、「筒内吸入ガス流量」ともいう）ｍｃと、大気温度Ｔａと、燃焼室９から排気通路に排出された排気ガスの温度Ｔｅと、ＥＧＲ制御弁２６を通過するＥＧＲガスの流量（以下、「ＥＧＲ弁通過ガス流量」ともいう）ｍｅｇｒとが入力される。そして、吸気管モデルＭ２０では、これら入力された各パラメータの値がモデル式に代入され、その結果、吸気管内圧力Ｐｍ及び吸気枝管１３内の吸気ガスの温度（以下、「吸気管内温度」ともいう）Ｔｍが算出される。吸気管モデルＭ２０によって算出された吸気管内圧力Ｐｍ及び吸気管内温度Ｔｍは共に吸気弁モデルＭ３０に入力され、さらに吸気管内圧力ＰｍはスロットルモデルＭ１０にも入力される。
【００２６】
吸気弁モデルＭ３０には、吸気管モデルＭ２０において算出された吸気管内圧力Ｐｍ及び吸気管内温度Ｔｍと、大気温度Ｔａと、ＥＧＲモデルＭ４０において算出されたＥＧＲ弁通過ガス流量ｍｅｇｒとが入力される。吸気弁モデルＭ３０では、これら入力された各パラメータの値がモデル式に代入され、その結果、筒内吸入ガス流量ｍｃ及び筒内吸入空気流量ｍｃａｉｒが算出される。
【００２７】
ＥＧＲモデルＭ４０には、ＥＧＲ制御弁２６への指令値であるＥＧＲ制御弁の開度θｅ、吸気管内圧力Ｐｍ、筒内充填空気量Ｍｃａｉｒ、大気圧Ｐａ及び大気温度Ｔａが入力される。ＥＧＲモデルＭ４０では、これら入力された各パラメータの値がモデル式に代入され、その結果、ＥＧＲ弁通過ガス流量ｍｅｇｒ及び燃焼室９から排出された排気ガスの温度Ｔｅが算出される。
【００２８】
上記スロットルモデルＭ１０、吸気管モデルＭ２０、吸気弁モデルＭ３０及びＥＧＲモデルＭ４０の詳細については既に公知であり、例えば、本願の出願人により公開された特許文献２に説明されている。このため、本明細書では、これらモデルの詳細については説明しない。ただし、吸気弁モデルＭ３０は本実施形態に係る吸気モデルの作成方法に関連するため、以下では、吸気弁モデルＭ３０について簡単に説明する。
【００２９】
吸気弁モデルＭ３０では、吸気管内圧力Ｐｍ、吸気管内温度Ｔｍ及び大気温度Ｔａから、下記式（１）に基づいて、筒内吸入ガス流量ｍｃが算出される。
【数１】
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【００３０】
また、燃焼室９に流入する吸気ガスは空気とＥＧＲガスを含んでいる。したがって、筒内吸入ガス流量ｍｃは、筒内吸入空気流量ｍｃａｉｒと筒内吸入ＥＧＲガス流量ｍｃｅｇｒとを合計した値となっている。ここで、ＥＧＲ制御弁２６を通過するＥＧＲガスの流量と燃焼室９に流入するＥＧＲガスの流量とは等しい（ｍｅｇｒ＝ｍｃｅｇｒ）。したがって、筒内吸入空気流量ｍｃａｉｒは、上記式（１）で算出された筒内吸入ガス流量ｍｃからＥＧＲモデルＭ４０で算出されたＥＧＲ弁通過ガス流量ｍｅｇｒを減算することによって求められる（ｍｃａｉｒ＝ｍｃ−ｍｅｇｒ）。
【００３１】
ここで、筒内吸入空気流量ｍｃａｉｒは、単位時間（或いは単位サイクル）当たりに吸気通路から燃焼室９内に流入する吸気ガスの総量を平均化したものを意味する。したがって、筒内吸入空気流量ｍｃａｉｒに、１サイクルにかかる時間を気筒数で除算した値を乗算することによって、各気筒の燃焼室９への筒内充填空気量Ｍｃａｉｒが算出される。このようにして算出された筒内充填空気量Ｍｃａｉｒは、インジェクタ１２からの燃料噴射量を算出するのに用いられると共に、ＥＧＲモデルＭ４０に入力される。
【００３２】
なお、筒内充填空気量Ｍｃａｉｒの代わりに、筒内充填空気量Ｍｃａｉｒを各気筒の行程容積を示す空気の重量（標準大気）で除算した充填効率等、筒内充填空気量に関する他のパラメータの値が算出されてもよい。この場合には、算出されたパラメータの値に基づいてインジェクタ１２かｒなお燃料噴射量が算出されると共に、このパラメータの値がＥＧＲモデルＭ４０に入力される。
【００３３】
また、式（１）において、値ａ、ｂは適合値であり、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミング（例えば、吸気弁５の開弁時期）ＩｎＶＶＴ、排気弁７のバルブタイミング（例えば、排気弁７の開弁時期）ＥｘＶＶＴに応じて変化する。加えて、これら適合値ａ、ｂは、内燃機関の型式や、吸気弁５の作用角ＩＮＡＮＧによっても最適な値が変化する。したがって、吸気弁モデルＭ３０では、適合値を用いた計算を行って筒内充填空気量に関するパラメータの推定値が算出されるといえる。
【００３４】
図２からわかるように、吸気モデルでは或るモデルにおいて出力されたパラメータの値が別のモデルへの入力値として利用される。このため、吸気モデル全体では、実際に入力される値はスロットル弁開度θｔ、ＥＧＲ弁開度θｅ、大気圧Ｐａ及び大気温度Ｔａのみであり、これら四つのパラメータから筒内充填空気量Ｍｃａｉｒが算出される。したがって、本実施形態では、内燃機関の運転中においては、これら四つのパラメータの値が吸気モデルに入力されて筒内充填空気量Ｍｃａｉｒが吸気モデルから出力され、出力された筒内充填空気量Ｍｃａｉｒに基づいてインジェクタ１２からの燃料噴射量が算出される。
【００３５】
＜適合作業における問題点＞
ところで、上述した式（１）の適合値ａ、ｂは、内燃機関の型式、吸気弁５の作用角、機関回転速度、吸気弁５のバルブタイミング、排気弁７のバルブタイミングに応じてその最適な値が変化する。したがって、適合値ａ、ｂは、内燃機関の型式毎、吸気弁５の作用角毎、機関回転速度毎、吸気弁５のバルブタイミング毎、及び排気弁７のバルブタイミング毎に適合作業によって求めることが必要になる。そして、適合作業では、内燃機関の型式、吸気弁５の作用角、機関回転速度、吸気弁５のバルブタイミング、排気弁７のバルブタイミング及び吸気管内圧力をそれぞれ変化させた異なる多数の計測点毎に吸入空気ガス流量が計測される。したがって、適合値ａ、ｂを求めるためには、多数の計測点において計測を行うことが必要になり、その適合工数は非常に大きなものとなる。
【００３６】
＜吸気弁モデルの作成＞
そこで、本実施形態では、過去に行った別の複数の内燃機関に対する適合作業の結果を用いて、新たな内燃機関の吸気モデルを作成することで、適合工数の削減を図ることとしている。以下では、本実施形態に係る吸気弁モデルの作成方法について具体的に説明する。
【００３７】
≪クラスの分類≫
本実施形態では、内燃機関の形式、吸気弁５の作用角の大きさ、機関回転速度、吸気弁のバルブタイミング、排気弁のバルブタイミングを含むパラメータが複数の種類又は領域に分類される。加えて、過去に行った内燃機関に対する適合作業の結果を用いて、分類された種類又は領域の組合せ毎に、吸気弁モデルＭ３０の適合値ａ、ｂが予め求められる。
【００３８】
パラメータの分類は、分類された種類又は領域の組合せ（以下、「クラス」ともいう）内で吸気特性が同程度になるように行われる。したがって、パラメータの分類は、同じクラス内であれば吸気弁モデルＭ３０によって算出される筒内吸入ガス流量ｍｃが同程度になるように行われる。
【００３９】
具体的には、内燃機関の形式については、内燃機関の気筒数、排気量、ボアストローク比等のから定まる型式毎に分類される。したがって、気筒数の異なる内燃機関、排気量の異なる内燃機関、ボアストローク比の異なる内燃機関はそれぞれ異なるクラスに分類される。吸気弁５の作用角の大きさについては、例えば、１０°毎に異なるクラスに分類される。したがって、例えば、作用角２３５°〜２４５°、作用角２４５°〜２５５°、作用角２５５°〜２６５°はそれぞれ異なるクラスに分類される。同様に、機関回転速度については、例えば、５００ｒｐｍ毎に異なるクラスに分類される。吸気弁５のバルブタイミングや排気弁７のバルブタイミングについては１０°毎に異なるクラスに分類される。
【００４０】
なお、これら分類は必ずしも等間隔毎に行われる必要はない。したがって、例えば、作用角については或るクラスの範囲は１０°に設定され、他のクラスの範囲は１５°に設定されてもよい。いずれにせよ、同じクラス内において吸気弁モデルＭ３０によって算出される筒内吸入ガス流量ｍｃが同程度になれば、各クラスの範囲はどのように設定されてもよい。
【００４１】
そして、過去に行った別の複数の内燃機関に対する適合作業の結果を用いて、各クラスにおける適合値ａ、ｂが求められる。具体的には、過去に同じクラス内の複数の条件で内燃機関が運転されたときに計測された吸気管内圧力と吸入空気流量とに基づいて適合値ａ、ｂが算出される。特に、本実施形態では、同じクラス内の複数の条件における計測結果に基づいて算出された複数の適合値ａ、ｂをそれぞれ平均して、そのクラスにおける適合値ａ、ｂが算出される。
【００４２】
例えば、内燃機関の型式がＥ１、吸気弁５の作用角が２３５°〜２４５°、機関回転速度が１０００〜１５００ｒｐｍ、吸気弁５のバルブタイミングが０°〜１０°、排気弁７のバルブタイミングが０°〜１０°というクラスを考える。この場合、このクラスの適合値ａ、ｂを算出するにあたっては、吸気弁５の作用角が２４０°であるときの計測結果から算出された適合値ａ、ｂ、吸気弁５の作用角が２４４°であるときの計測結果から算出された適合値ａ、ｂ、機関回転速度が１１００ｒｐｍであるときの計測結果から算出された適合値ａ、ｂ及び機関回転速度が１４００ｒｐｍであるときの計測結果から算出された適合値ａ、ｂが用いられる。そして、このようにして算出された同じクラスにおける複数の適合値ａ、ｂを平均することで、そのクラスにおける適合値ａ、ｂが算出される。過去に適合作業を行って十分なデータがあるクラス全てについてこのような作業を行うことによって、これらクラス毎に適合値ａ、ｂを求めることができる。
【００４３】
このようにして各クラス毎の適合値ａ、ｂが求められると、求められた適合値ａ、ｂは分類して保管される。図３は、各クラス毎に適合値ａ、ｂが分類されて保管された適合値テーブルを示す図である。図３に示した適合値テーブルでは、適合値ａ、ｂは、内燃機関の形式毎及び内燃機関の作用角毎に、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ及び排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴを引数とした三次元マップとして保管される。各クラス毎に一つの適合値ａ、ｂが保管される。以下では、このようにして三次元マップから求められる適合値ａをａ（ＮＥ，ＩｎＶＶＴ，ＥｘＶＶＴ）で表し、このようにして三次元マップから求められる適合値ｂをｂ（ＮＥ，ＩｎＶＶＴ，ＥｘＶＶＴ）で表す。
【００４４】
≪仮の吸気モデルの作成≫
新たに設計された内燃機関に用いられる新たな吸気モデルを作成する際には、上述したようにして予め求められていた各クラス毎の適合値が用いられる。具体的には、新たに設計された内燃機関の型式及びその内燃機関における吸気弁５の作用角に基づいて、図３に示したような適合値テーブルから、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ及び排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴの三つのパラメータを引数として適合値ａ、ｂを算出する三次元マップが選択される。換言すると、本実施形態では、適合値テーブルに保管された各クラスと適合値ａ、ｂとの関係を用いて、新たに設計された内燃機関の型式及び吸気弁５の作用角に基づいて、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ、排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴ毎に適合値ａ、ｂが算出される。
【００４５】
このようにして求められた三次元マップを用いて吸気弁モデルＭ３０の仮のモデル式が作成される。吸気弁モデルＭ３０の仮のモデル式は、上述した式（１）の適合値ａ、ｂに、上述した適合値テーブルから求められた三次元マップで算出された値が代入されるモデルである。すなわち、見方を変えると、仮のモデル式は、上述したようにして算出された適合値ａ、ｂを用いて、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ、排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴ毎に作成されたモデル式であるということができる。
【００４６】
≪誤差関数≫
ところで、このようにして求められた適合値ａ、ｂを用いた吸気弁モデルＭ３０の仮のモデル式を用いて筒内充填空気量Ｍｃａｉｒを推定しても、推定値と筒内充填空気量の実際の値とには僅かながら誤差が生じる。このような誤差は、例えば、吸気通路内での吸気ガスの脈動や吸気ガスの温度分布等が内燃機関の機種毎にずれていたり、吸気弁５や排気弁７のリフト量は開閉弁タイミングが機種毎にずれていたりすることによって生じていると考えられる。
【００４７】
そこで、本実施形態では、上述したような適合値テーブルを作成するのに必要な計測点の数よりも少ない計測点において、吸気管内圧力と筒内充填空気量との関係が計測されると共に、計測結果に基づいて誤差関数が作成される。
【００４８】
誤差関数ｆ（ＮＥ，ＩｎＶＶＴ，ＥｘＶＶＴ，Ｐｍ）を求めるにあたっては、まず、新たに設計された内燃機関において複数の計測点での計測が行われる。計測点は、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ、排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴ及び吸気管内圧力Ｐｍの少なくとも一つが他の計測点とは異なる複数の動作点とされる。計測点は、例えば、実験計画法等の任意の手法を用いて選定される。
【００４９】
各計測点では、その計測点において内燃機関を運転させたときの実際の筒内吸入ガス流量ｍｃが計測される。加えて、各計測点における機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ及び排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴに基づいて、既に求められている吸気弁モデルＭ３０の仮のモデル式によって筒内吸入ガス流量の推定値ｍｃｅｓが算出される。そして、このようにして求められた筒内吸入ガス流量の計測値ｍｃｍｅと推定値ｍｃｅｓとの差が誤差として求められる。そして、このような作業は各計測点で行われるため、多数の計測点において各計測点と誤差との関係が求められる。
【００５０】
ここで、本願の発明者の研究によれば、斯かる誤差は、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ、排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴ及び吸気管内圧力Ｐｍの４つのパラメータに対する低次元の近似により比較的正確に誤差を表すことができることが判明した。特に、斯かる誤差は、これら４つのパラメータに対する２次の近似で比較的正確に表すことができることが分かっている。
【００５１】
そこで、本実施形態では、誤差関数ｆ（ＮＥ，ＩｎＶＶＴ，ＥｘＶＶＴ，Ｐｍ）は、下記式（２）に示したように各パラメータに対する２次の近似式として表される。
【数２】
2020169590.tif 000004
【００５２】
そして、上述したように多数の計測点において求められた各計測点と誤差との関係を用いて、例えば、最小二乗法等の任意の近似手法を用いることにより、上記式（２）の定数ｍ1〜ｍ9が同定される。
【００５３】
このようにして求められた誤差関数ｆ（ＮＥ，ＩｎＶＶＴ，ＥｘＶＶＴ，Ｐｍ）は、上述した吸気弁モデルＭ３０の仮のモデル式によって算出される筒内吸入ガス流量の推定値ｍｃａｉｒｅｓと、実際の筒内吸入ガス流量との間のずれを表している。そこで、本実施形態では、吸気弁モデルＭ３０の仮のモデル式に、このようにして求められた誤差関数ｆ（ＮＥ，ＩｎＶＶＴ，ＥｘＶＶＴ，Ｐｍ）を加えた下記式（３）が最終的な吸気弁モデルＭ３０のモデル式として導出される。
【数３】
2020169590.tif 000005
このようにして導出された吸気弁モデルＭ３０のモデル式は、上述した三次元マップと共に、新たに設計された内燃機関のＥＣＵ３１のメモリ３３に格納される。
【００５４】
内燃機関の運転中に上述した吸気モデルを用いて筒内充填空気量Ｍｃａｉｒを算出するにあたっては、現在の機関回転速度ＮＥ、現在の吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ及び現在の排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴが検出され、検出されたこれらパラメータの値に基づいて三次元マップを用いて適合値ａ、ｂが算出される。加えて、これらパラメータに加えて吸気管内圧力Ｐｍが誤差関数に代入される。その結果、式（３）により筒内吸入ガス流量ｍｃが算出される。
【００５５】
＜フローチャート＞
図４は、本実施形態に係る吸気弁モデルＭ３０の作成方法における作成手順を示すフローチャートである。図４に示したフローチャートの作成手順は、新たな内燃機関が設計されるたびに実行される。
【００５６】
まず、ステップＳ１１に示したように、新たに設計された内燃機関の型式及び新たな内燃機関の吸気弁５の作用角に基づいて、予め求められていた図３に示したような適合値テーブルを用いて、適合値ａ、ｂの三次元マップが選定される。
【００５７】
次いで、ステップＳ１２では、新たに設計された内燃機関において、多数の計測点でデータ計測が行われる。具体的には、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ、排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴ及び吸気管内圧力Ｐｍをそれぞれ変更された異なる計測点において筒内吸入ガス流量ｍｃが計測される。
【００５８】
次いで、ステップＳ１３では、上述したように、ステップＳ１１において選定された適合値ａ、ｂの三次元マップと、ステップＳ１２における計測値とに基づいて、誤差関数ｆ（ＮＥ，ＩｎＶＶＴ，ＥｘＶＶＴ，Ｐｍ）の定数ｍ1〜ｍ9が同定される。
【００５９】
次いで、ステップＳ１４では、ステップＳ１１で選定された適合値ａ、ｂの三次元マップと、ステップＳ１３において同定された定数ｍ1〜ｍ9を用いた誤差関数ｆ（ＮＥ，ＩｎＶＶＴ，ＥｘＶＶＴ，Ｐｍ）とに基づいて、吸気弁モデルＭ３０の最終的なモデル式が上記式（３）により導出される。導出されたモデル式は、ＥＣＵ３１のメモリ３３に格納され、内燃機関の運転中に上述した吸気モデルによって筒内充填空気量Ｍｃａｉｒを算出する際に用いられる。
【００６０】
＜作用・効果＞
上記実施形態によれば、内燃機関の形式、吸気弁５の作用角の大きさ、機関回転速度、吸気弁のバルブタイミング、排気弁のバルブタイミングを含むパラメータをそれぞれ複数の種類又は領域に分類したときの分類された種類又は領域の組合せである各クラス毎に適合値ａ、ｂが予め求められる。そして、新たに設計される内燃機関の吸気弁モデルでは、基本的にこのようにして求められた各クラス毎の適合値ａ、ｂが用いられる。したがって、新たに設計される内燃機関において、適合値を算出するために多数の計測点において計測を行うことが不要になり、適合工数を削減することができる。
【００６１】
また、このようにして各クラス毎に予め求められた適合値ａ、ｂは新たに設計された内燃機関に対しても比較的適した値となっている。以下、その理由について簡単に説明する。
【００６２】
吸気弁５の閉弁時においては、燃焼室９内において下記式（４）で表される気体の状態方程式が成立し、式（４）を変形すると式（５）が得られる。
Ｐｃ・Ｖｃ＝（Ｍｃａｉｒ＋Ｍｃｅｇｒ）・Ｒ・Ｔｃ      …（４）
Ｍｃａｉｒ＝Ｐｃ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｃ）−Ｍｃｅｇｒ      …（５）
式（４）及び（５）において、Ｐｃは吸気弁５の閉弁時における燃焼室９内の圧力、Ｖｃは吸気弁５の閉弁時における燃焼室９内の容積、Ｒは気体定数、Ｔｃは吸気弁５の閉弁時における燃焼室９内の温度、Ｍｃｅｇｒは燃焼室９内に充填されたＥＧＲガス量をそれぞれ表している。
【００６３】
ここで、各クラス毎の適合値ａ、ｂが新たに設計された内燃機関に対しても適した値になるようにするためには、一つのクラス内で筒内充填空気量Ｍｃａｉｒがほぼ同じ値になるように分類を行うことが必要になる。そして、式（５）を参照すると、一つのクラス内で筒内充填空気量Ｍｃａｉｒがほぼ同じ値になるようにするためには、一つのクラス内で燃焼室容積Ｖｃ、燃焼室圧力Ｐｃ、燃焼室温度Ｔｃ及びＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒがほぼ同じ値になるように分類を行うことが必要になる。
【００６４】
ここで、吸気弁５の閉弁時における燃焼室容積Ｖｃは、主に、内燃機関のボアストローク比、クランクピンのオフセット量、作用角、吸気弁５のバルブタイミングに応じて変化する。これに対して、本実施形態では、内燃機関の型式に応じてクラス分類が行われているため、一つのクラス内ではボアストローク比及びクランクピンのオフセット量はほぼ同一の値となる。また、本実施形態では、作用角及び吸気弁５のバルブタイミングに応じてクラス分類が行われているため、一つのクラス内では作用角、吸気弁５のバルブタイミングはほぼ同一の値となる。したがって、上述したようなクラス分類を行うことによって、同一のクラス内では吸気弁５の閉弁時における燃焼室容積Ｖｃはほぼ同一の値となる。
【００６５】
また、吸気弁５の閉弁時における燃焼室圧力Ｐｃは、吸気管内圧力Ｐｍ及び吸気枝管１３内の圧力脈動の発生態様に応じて変化する。吸気管内圧力Ｐｍは式（１）や式（３）で入力されるため、吸気管内圧力Ｐｍの変化に対する燃焼室圧力Ｐｃの変化はここでは考慮する必要がない。また、吸気枝管１３内に生じる圧力脈動の発生態様は機関回転速度に応じて変化する。これに対して、本実施形態では、機関回転速度に応じてクラス分類が行われているため、一つのクラス内では吸気枝管１３内には圧力脈動がほぼ同じ態様で発生する。したがって、上述したようなクラス分類を行うことによって、同一のクラス内では吸気弁５の閉弁時における燃焼室圧力Ｐｃはほぼ同一の値となる。
【００６６】
加えて、吸気弁５の閉弁時における燃焼室温度Ｔｃは、吸気管内温度Ｔｍ及び燃焼室９の壁温（すなわち機関冷却水の温度）に応じて変化する。吸気管内温度Ｔｍは式（１）や式（３）で入力されるため、吸気管内温度Ｔｍの変化に対する燃焼室温度Ｔｃは考慮する必要がない。そして、内燃機関の暖機完了後においては、燃焼室９の壁温はほぼ一定に保たれる。したがって、筒内充填空気量Ｍｃａｉｒは吸気弁５の閉弁時における燃焼室９内の温度に応じてはほとんど変化しない。
【００６７】
さらに、燃焼室９内に充填されたＥＧＲガス量Ｍｅｇｒは、主に、排気マニホルド１９内の平均排気圧力、吸気弁５の閉弁時における燃焼室圧力Ｐｃ、吸気弁５のバルブタイミング及び排気弁７のバルブタイミングに応じて変化する。また、排気マニホルド１９内の平均排気圧力は、主に、吸入空気流量及び排気系における排気抵抗に応じて変化する。そして、吸入空気流量は機関回転速度、吸気弁５のバルブタイミング及び排気弁７のバルブタイミングに応じて変化する。
【００６８】
これに対して本実施形態では、機関回転速度、吸気弁５のバルブタイミング及び排気弁７のバルブタイミングに応じてクラス分類が行われているため、一つのクラス内では吸入空気流量はほぼ同一となる。また、内燃機関の型式に応じてクラス分類が行われているため、一つのクラス内では排気系における排気抵抗はほぼ同一となる。したがって、一つのクラス内では、排気マニホルド１９の平均排気圧力はほぼ同一となる。加えて、上述したように、吸気弁５の閉弁時における燃焼室圧力Ｐｃは一つのクラス内ではほぼ同一になり、また、吸気弁５のバルブタイミング及び排気弁７のバルブタイミングも一つのクラス内ではほぼ同一である。したがって、上述したようなクラス分類を行うことによって、同一のクラス内では燃焼室９内に充填されたＥＧＲガス量Ｍｅｇｒはほぼ同一の値となる。
【００６９】
このように、一つのクラス内では、燃焼室容積Ｖｃ、燃焼室圧力Ｐｃ、燃焼室温度Ｔｃ及びＥＧＲガス量Ｍｃｅｇｒがほぼ同じ値になる。したがって、一つのクラス内では、筒内充填空気量Ｍｃａｉｒがほぼ同じ値になる。このため、本実施形態では、上述したようにクラス分類を行うことにより、新たに設計された内燃機関に対しても適合値ａ、ｂを比較的適切な値にすることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、適合値テーブルに基づいて選出された適合値ａ、ｂを用いた吸気弁モデルＭ３０の仮のモデル式によって算出された筒内吸入ガス流量を、誤差関数ｆによって補正している。
【００７１】
誤差関数を導出するにあたっても複数の計測点における計測が必要になる。しかしながら、誤差関数を導出するにあたって必要な計測点の数は、適合値テーブルを作成するのに必要な計測点の数よりも少なく、よって従来の適合作業において必要な計測点の数よりも少ない。したがって、本実施形態によれば、斯かる観点からも適合工数を削減することができる。
【００７２】
また、吸気弁モデルＭ３０の仮のモデル式によって算出される筒内吸入ガス流量の推定値と実際の筒内吸入ガス流量との誤差は、機関回転速度ＮＥ、吸気弁５のバルブタイミングＩｎＶＶＴ、排気弁７のバルブタイミングＥｘＶＶＴ及び吸気管内圧力Ｐｍの４つのパラメータに対する低次元の近似により比較的正確に誤差を表すことができる。本実施形態では、誤差関数はこれらパラメータの２次の近似によって誤差を求めており、よって上記誤差を比較的正確に算出することができる。この結果、本実施形態によれば、吸気弁モデルＭ３０のモデル式によって筒内吸入ガス流量を比較的正確に推定することができるようになる。
【００７３】
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００７４】
１    機関本体
５    吸気弁
７    排気弁
９    燃焼室
１２    インジェクタ
１３    吸気枝管
１４    サージタンク
１９    排気マニホルド
３１    ＥＣＵ
【図１】
2020169590.tif 000006
【図２】
2020169590.tif 000007
【図３】
2020169590.tif 000008
【図４】
2020169590.tif 000009