(57)【要約】      （修正有）【課題】開発中の新しい燃焼概念と共に使用することが可能であり、さらに既存の燃焼概念に性能利益をもたらすエンジン制御方法を提供する。【解決手段】エンジンシステムを制御する方法であって、エンジン動作に関するデータを受け取るステップと、受け取られたエンジンデータに従って、エンジンシステムを動作させるのに必要となる燃焼パラメータおよび噴射パラメータをエンジンモデルで計算するステップと、計算された噴射パラメータに基づいてエンジンシステムを制御するステップとを含み、計算されたエンジン燃焼パラメータと、対応する測定されたエンジン燃焼パラメータとの比較に基づいて、エンジンモデルを経時的に調整するステップをさらに含む方法。【選択図】図２
2010112382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンシステムを制御する方法であって、
エンジン動作に関するデータを受け取るステップと、
前記受け取られたエンジンデータに従って、前記エンジンシステムを動作させるのに必要となる燃焼パラメータおよび噴射パラメータをエンジンモデルで計算するステップと、
前記計算された噴射パラメータに基づいて前記エンジンシステムを制御するステップとを含み、
前記計算されたエンジン燃焼パラメータと、対応する測定されたエンジン燃焼パラメータとの比較に基づいて、前記エンジンモデルを経時的に調整するステップをさらに含む方法。
【請求項２】
エンジン動作に関する前記受け取られたデータが、運転者要求パラメータを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
エンジン動作に関する前記受け取られたデータが、エンジン状態に関するデータを含み、前記計算ステップが、前記計算された燃焼制御パラメータが前記エンジン状態データから計算される予備計算ステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法が、気筒内圧力を測定するステップと、前記気筒内圧力から前記測定されたエンジン燃焼パラメータを計算するステップとを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記気筒内圧力が、前記エンジンシステム内の少なくとも１つの気筒について測定される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エンジンモデルが、エンジンサイクル毎に調整される、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記エンジンモデルが、周期的に調整される、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記モデルが、１つまたは複数のモデル係数を含み、前記調整ステップが、前記計算された燃焼パラメータと、前記測定された燃焼パラメータとの比較に基づいて更新係数を計算し、前記更新係数を前記エンジンモデル内に保存するステップを含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記計算されたエンジン燃焼パラメータが、燃焼の中央を含み、前記噴射パラメータが、噴射時期を含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記計算されたエンジン燃焼パラメータが、エンジントルクを含み、前記噴射パラメータが、燃料要求を含む、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記計算ステップが、前記エンジンシステムの総燃料価を計算するステップを含む、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記エンジンシステム内の各気筒にわたる前記燃料価を、個々の燃料価補正の総和がゼロになるように平衡化するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記エンジンモデルが、前記エンジンシステムの総燃料価を計算するために使用される燃料効率モデルと、噴射器の絶対噴射時期を決定するために使用することができる時期値を計算するために使用される主要時期モデルとを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
エンジンシステムを制御するように構成された制御器であって、
エンジン動作に関するデータを受け取るように構成された入力と、
前記受け取られたエンジンデータに従って、前記エンジンシステムを動作させるのに必要となる燃焼パラメータおよび噴射パラメータをエンジンモデルで計算するように構成された処理手段と、
前記計算された噴射パラメータに基づいて前記エンジンシステムを制御する制御信号を出力するように構成された出力とを備え、
前記計算されたエンジン燃焼パラメータと、対応する測定されたエンジン燃焼パラメータとの比較に基づいて、前記エンジンモデルを経時的に調整するように構成された調整手段をさらに備える制御器。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法を実施するコンピュータまたは電子制御装置を構築するように構成されたコンピュータプログラムを備える、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン制御システムおよび方法に関する。詳細には、本発明は、燃料噴射量および噴射時期を制御する電子システムおよび方法の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン開発では、エンジン排出物の低減、燃料消費および騒音の低減、ならびに出力密度の増大など、多くの領域において改善が見られている。かかる改善は、エンジン設計、燃料噴射装置、空気管理システム、および後処理の改善から得られる。
【０００３】
また、エンジンシステムの電子制御の進歩も、上記の改善のいくつかについて一端を担ってきたものであり、この１０年で、エンジントルクの正確な制御を可能とし、機械的摩耗によるエンジンシステム内の変化が補償されることを可能とする制御策が開発されている。電子制御はまた、複数の噴射器の稼働によって生じる高油圧振動による不安定性を制御することができる。
【０００４】
将来の排出物規制要件のため、いくつかの研究から、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）、低温燃焼（ＬＴＣ）、または部分混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）と呼ばれる新しい燃焼概念が生み出されてきた。これらの新手法全ての目的は、ＮＯｘおよび微粒子の排出を低減させるために、燃焼開始前に、空気と燃料の早期混合を非常に希薄な吸気で実現することである。
【０００５】
こうした低温燃焼の新手法（ＨＣＣＩを高冷却排出ガス再循環と組み合わせる）は、噴射電子制御システムに求められる機能性に新たな要求を課すものである。具体的には、これらの新手法の元では、複数の噴射時期、および燃料量制御に関して求められる精度が増大する。
【０００６】
一例として、エンジンの過渡挙動は、複数噴射の時期および量の影響を非常に受けやすくなり、既存の電子制御手法では、エンジンが失火することになることに留意されたい。
新しいエンジン制御手法の進化を促すもう１つの要因が、新種の燃料、例えば生物燃料および他の新種の燃料の使用である。かかる新燃料の様々な燃料特性は、燃焼の発生の仕方を変え、排出物の劣化および燃焼騒音を引き起こすことがある。
【０００７】
上記の問題に対処するために、この１０年にわたり開発されてきた代表的なエンジン制御システムの例には、実時間気筒内圧力測定、および気筒内圧力をマニホルド絶対圧力に関連付ける関数マップ（ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｍａｐ）に基づいてエンジンの燃焼性を決定する方法について記載する米国特許出願公開第２００３０４６９８９号が含まれる。ＥＰ１７４４０３７は、燃焼の開始がフィードフォワード制御ループによって調整されるＨＣＣＩ内燃機関の使用方法について記載する。
【０００８】
ＦＲ２８６４８４０Ａ１は、簡単な制御器をフィードフォワード較正マップと共に用いて、エンジン内の複数噴射の量および時期を調整する一般的な制御手法について記載する。記載の制御手法の限界は、過渡燃焼状況での噴射開始の識別である。というのは、所定のフィードフォワードマップが、エンジンベンチテストから定常状態での使用についてしか得られないからである。
【０００９】
ＷＯ２００４／０４８７６１は、各気筒サイクルについて高分解能圧力曲線を得て、それによってエンジン動作の監視および制御を改善するための様々なデータが導出されることを可能とする気筒内圧力センサについて記載する。
【００１０】
ＤＥ１０２００４００８２３４は、循環式閉ループ噴射システムに関する。
上記に挙げたシステムおよび方法はいずれも、エンジン制御全体の単一の部分だけを制御するように動作するにすぎず、または、それらのシステムおよび方法は、エンジンシステムの経時的な変化を補正することができないという点で限界がある。さらに、上記の種類のエンジン制御を、ＨＣＣＩなどの開発中の燃焼概念に使用することは利点が限られる。というのは、こうした制御では、かかる燃焼概念によって生じるエンジン性能の急速な過渡変化には一般に対処することができないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３０４６９８９号
【特許文献２】ＥＰ１７４４０３７
【特許文献３】ＦＲ２８６４８４０Ａ１
【特許文献４】ＷＯ２００４／０４８７６１
【特許文献５】ＤＥ１０２００４００８２３４
【特許文献６】ＥＰ１７３１７４５
【特許文献７】ＥＰ１５４８４１８
【特許文献８】ＥＰ１４９６２３７
【特許文献９】ＥＰ１５１２８６１
【特許文献１０】ＥＰ１５５９８９５
【特許文献１１】ＥＰ１７３１７４０
【特許文献１２】ＥＰ１９３６１５６
【特許文献１３】特許出願ＥＰ１９３６１５７
【特許文献１４】欧州特許出願ＥＰ１４２９００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、上述の問題を実質的に解消または緩和する制御手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、エンジンシステムを制御する方法であって、エンジン動作に関するデータを受け取るステップと、受け取られたエンジンデータに従って、エンジンシステムを動作させるのに必要となる燃焼パラメータおよび噴射パラメータをエンジンモデルで計算するステップと、計算された噴射パラメータに基づいてエンジンシステムを制御するステップとを含み、計算されたエンジン燃焼パラメータと、対応する測定されたエンジン燃焼パラメータとの比較に基づいて、エンジンモデルを経時的に調整するステップをさらに含む方法が提供される。
【００１４】
本発明は、開発中の新しい燃焼概念と共に使用することが可能であり、さらに既存の燃焼概念に性能利益をもたらすエンジン制御方法を提供する。本発明の方法はまた、エンジンシステム内の変化を経時的に調整することが可能である。従来のエンジン制御システムとは異なり、本発明の方法は、エンジン制御パラメータを予測するためのフィードフォワードマップも、エンジン制御パラメータの閉制御ループによる直接調整も利用しない。そうではなく、本発明は、過渡状況において必要となるエンジンパラメータを迅速かつ正確に予測することが可能な、適応エンジンモデルに基づいた手法の使用を提案する。エンジンモデルが適応的であるので、測定されたエンジンパラメータに応答して、モデル内で係数を調整することによって、エンジン部品の摩耗およびドリフトの影響が最小限に抑えられる。適応エンジンモデル係数はまた、エンジンモデルの予測能力を向上させ、したがってエンジン制御が高速化し、失火サイクルが減少することになる。
【００１５】
本発明は、気筒内ガス圧力測定に基づいた直接燃焼パラメータ制御を用いた、革新的で完全なエンジン制御手法について説明する。この制御手法は、一般的な制御技術であり、１つまたはいくつかの気筒を備えたあらゆる種類の直接噴射式ディーゼルエンジンに適用することができ、また、いかなる種類の燃焼（従来の高冷却ＥＧＲ燃焼概念、ＨＣＣＩ、ＰＣＣＩ、ＬＴＣなど）にも適用することができる。本発明は、ＥＰ１７３１７４５、ＥＰ１５４８４１８、ＥＰ１４９６２３７、ＥＰ１５１２８６１、ＥＰ１５５９８９５、ＥＰ１７３１７４０、およびＥＰ１９３６１５６に記載のシステムおよび方法の継続および発展であり、上記特許は全て、燃料噴射量補正のために気筒圧力を一般に使用することを記載することに留意されたい。
【００１６】
本発明では、エンジン動作に関するデータが、エンジンモデルで受け取られる。受け取られるデータは、運転者入力データ（例えば、加速ペダルの位置から）、エンジン回転数および負荷に関するデータ、さらに、そのエンジンシステムが動作している特定の燃焼モードに関するデータを含むことができる。このエンジンモデルは、エンジン動作データを受け取って、その受け取られたデータに従って、エンジンを動作させるのに必要となる噴射パラメータを計算する。これらの噴射パラメータは、当該のエンジンシステムに依存して、複数噴射時期、燃料量などを含むことができる。このモデルはまた、エンジンシステムの性能を追跡するために使用することができる燃焼パラメータ（例えば、累積熱発生率５０％でのクランク角度位置、図示平均有効圧力、または他の適当な燃焼パラメータ）を計算する。したがって、本方法はまた、計算されたエンジン燃焼パラメータと、対応する測定された燃焼パラメータとの比較に基づいて、エンジンモデルを経時的に調整するステップを含む。
【００１７】
実際のエンジンシステムのパラメータを測定することによって、経時的にモデルを補正して、迅速、有効、かつ正確なエンジン動作を常時確実にすることが可能となる。
本発明のエンジンモデルは、噴射時期情報、さらには燃料量情報を出力することができる。エンジンシステムによって求められる燃料量は、車両内の加速ペダルの位置など、運転者入力、運転者要求パラメータによって決定することができる。
【００１８】
受け取るステップにおいて受け取られるデータは、エンジン状態に関するデータを含むことができ、このモデルは、このデータから、累積熱発生率５０％でのクランク角度位置などの燃焼制御パラメータを計算することができる。
【００１９】
好都合には、本方法は、モデルが計算した燃焼パラメータと比較するために、気筒内圧力を測定するステップ、およびこの圧力データから、測定された燃焼パラメータを決定するステップをさらに含む。好ましくは、気筒内圧力は、エンジンシステム内の少なくとも１つの気筒について測定される。
【００２０】
本発明は、単気筒エンジンシステムにも、複数エンジンシステムにも適用することができることに留意されたい。本発明が複数エンジンシステムに適用される場合、気筒内圧力は、各気筒にある圧力センサによって、各気筒について求められることができ、あるいは、圧力センサは、気筒数より少なくてもよい。
【００２１】
このエンジンモデルは、必要に応じて頻繁に調整され得る。例えば、エンジン調整は、エンジンサイクル毎に行うことができ、あるいは、周期的ではあるがエンジンサイクル毎よりも少ない頻度で行ってもよい。
【００２２】
このエンジンモデルは、好都合には、エンジンの噴射パラメータおよび燃焼パラメータを任意の所与時間で計算するために使用されるモデル係数を含むことができ、これらのモデル係数が、調整ステップにおいて調整される。したがって、計算された燃焼パラメータと、測定された燃焼パラメータとの比較に基づいて、更新係数を計算することができ、これらの係数は、エンジンモデル内に保存することができる。
【００２３】
好都合には、計算されたエンジン燃焼パラメータは、燃焼の中央を含むことができ、噴射パラメータは、噴射時期を含むことができる。
好都合には、計算されたエンジン燃焼パラメータは、エンジントルクを含むことができ、噴射パラメータは、燃料要求を含むことができる。
【００２４】
本発明の方法は、エンジンシステムの総燃料価（ｇｌｏｂａｌ  ｆｕｅｌ  ｖａｌｕｅ）を計算するために使用することができる。次いで、この総燃料価は、気筒あたりの実際の燃料価を決定するために使用することができる。
【００２５】
好ましい実施形態では、総燃料価は燃料平衡化（ｆｕｅｌ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ）ステップと組み合わせることができ、このステップでは、全気筒にわたる様々な燃料補正の総和がゼロになり、その結果、全気筒によって配送される燃料の合計が、モデルによって決定された総燃料価と等しくなるという制約の範囲内でエンジン性能を最大にするように、各気筒に配送される燃料価が調整される。
【００２６】
好都合には、このエンジンモデルは、エンジンシステムの総燃料価を計算するために使用される燃料効率モデルと、噴射器の絶対噴射時期を決定するために使用することができる時期値を計算するために使用される主要時期モデル（燃焼中央位置モデル）とを含むことができる。
【００２７】
好都合には、本方法は、複数の燃焼パラメータを計算するために気筒内圧力測定値が使用される予備計算ステップを含み、これらの複数の燃焼パラメータは、次いで、計算ステップでエンジンモデルによって使用される。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、エンジン動作に関するデータを受け取るように構成された入力と、受け取られたエンジンデータに従って、エンジンシステムを動作させるのに必要となる燃焼パラメータおよび噴射パラメータをエンジンモデルで計算するように構成された処理手段と、計算された噴射パラメータに基づいてエンジンシステムを制御する制御信号を出力するように構成された出力とを備えたエンジンシステムであって、制御器が、計算されたエンジン燃焼パラメータと、対応する測定されたエンジン燃焼パラメータとの比較に基づいて、エンジンモデルを経時的に調整するように構成された調整手段をさらに備えるエンジンシステムが提供される。
【００２９】
本発明はまた、本発明の第１の態様による方法を実施するコンピュータまたは電子制御装置を構築するように構成されたコンピュータプログラムを備えるコンピュータ可読媒体にも及ぶ。
【００３０】
次に、本発明がより容易に理解されるように、添付の図面を例として参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態による制御モジュールを組み込んだエンジンシステムおよび電子制御装置（ＥＣＵ）を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による制御方法の機能を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による制御方法を、エンジントルク制御（図示平均有効圧力：ＩＭＥＰ）に適用した様子を示す図である。
【図４ａ】本発明の実施形態による制御方法を、噴射時期制御（すなわち、要求された燃焼中央制御からの噴射時期制御）に適用した様子を示す図である。
【図４ｂ】本発明の実施形態による制御方法を、噴射時期制御（すなわち、要求された燃焼中央制御からの噴射時期制御）に適用した様子を示す図である。
【図５】本発明と共に使用することができる取得方法を示す気筒圧力対クランク角度の記録（ｔｒａｃｅ）を示す図である。
【図６】既知の制御システムによって動作するエンジンシステムと比較した、本発明の制御方法によって実現することができる性能利点を示す図である。
【図７】既知の制御システムによって動作するエンジンシステムと比較した、本発明の制御方法によって実現することができる性能利点を示す図である。
【図８】既知の制御システムによって動作するエンジンシステムと比較した、本発明の制御方法によって実現することができる性能利点を示す図である。
【図９】既知の制御システムによって動作するエンジンシステムと比較した、本発明の制御方法によって実現することができる性能利点を示す図である。
【図１０】既知の制御システムによって動作するエンジンシステムと比較した、本発明の制御方法によって実現することができる性能利点を示す図である。
【図１１】既知の制御システムによって動作するエンジンシステムと比較した、本発明の制御方法によって実現することができる性能利点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下の説明および関連する図面では、同じ機構（ｆｅａｔｕｒｅ）を示すために同じ数字が使用される。
また、以下の説明および関連する図面において、以下の用語が引用されることがある。ＩＭＥＰ−図示平均有効圧力、本開発ではエンジントルク制御に関して使用される（バール）（図示エンジントルク＝ＩＭＥＰ×エンジン行程容積（定数））；ＳＯＣ−燃焼開始時のクランク角度位置（クランク角度）；ＣＡ５０％−累積熱発生率５０％でのクランク角度位置（本明細書では、燃焼中央位置を指す）（クランク角度）；ＳＯＩ−噴射開始（クランク角度）；Ｐレール−レール圧力（バール）；η−燃焼効率；τ−主要噴射時期（クランク角度）；Ｖ−気筒容積（変数）（ｃｍ３）；ｋ−圧縮ポリトロープ係数；Ｑ−燃料質量、または生成された燃焼熱；ＴＤＣ−上死点（基準０クランク角度）；ＥＣＵ−電子制御装置。
【００３３】
図１は、気筒圧力センサ３からの気筒内圧力測定値が、車両のエンジン制御装置７に送り込まれる（矢印５）エンジンシステム１を示す図である。本発明による制御方法は、「高次」アルゴリズムボックス９によって全体が表され、その出力は、エンジンの噴射器１３に送信される噴射制御変数１１である。
【００３４】
センサ出力５は、高次アルゴリズム９によって使用される前に、「低次」アルゴリズム１５が、そのセンサデータをクリーンにし（ｃｌｅａｎ  ｕｐ）、いくつかの燃焼パラメータを計算し、次いで、これらのパラメータが高次アルゴリズム９によって使用される。
【００３５】
ＥＣＵにかかる計算負荷を低減させ、かつエンジンモデル９があらゆるエンジン回転数で十分迅速に噴射制御変数を計算することが可能となるように、気筒内圧力測定値をオーバーサンプリングすることができることが好都合である。
【００３６】
したがって、低次アルゴリズム１５内では、センサ３のオーバーサンプリングされた出力が、フィルタリングモジュール１７によってフィルタリングされて、未処理気筒圧力配列１９を生成する。次いで、未処理配列１９をスケーリングおよび診断モジュール２１に送ることができ、このモジュールは、補正済み圧力配列２３を出力するために、圧力測定ペギング（ｐｅｇｇｉｎｇ）および他のスケーリング関数（ｓｃａｌｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を実施する。本出願人の特許出願ＥＰ１９３６１５７には、本明細書で使用することができる圧力ペギング方法について記載されていることに留意されたい。
【００３７】
次いで、補正済み圧力配列２３は、以下に記載されるいくつかの燃焼パラメータを計算する燃焼パラメータ計算モジュール２５に送信され、次いで、これらの燃焼パラメータは、本発明の実施形態の制御方法によって使用することができる。
【００３８】
モジュール２５で計算されるパラメータは、バール表記の図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）（図示エンジントルク＝ＩＭＥＰエンジン×行程容積（定数）であることに留意されたい）；ＣＡ５０％、累積熱発生率（ＨＲＲ）；ピーク圧力およびピーク圧力位置、燃焼雑音を計算するためのクランク角度に関する圧力導関数（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）、すなわちＤＰ／Ｄα（特に、最大ＤＰ／Ｄα、およびこの最大値の位置が計算され得る）を含むことができる。
【００３９】
本発明による制御方法は、上記のように、「高次」アルゴリズムボックス９によって全体が表される。本発明の制御方法は、トルクモデル２７によって燃料量を決定し、燃焼中央位置モデル２９によって噴射時期を決定する機構を提供する。両モデルとも、１つまたは複数の数学関数（後述）を参照しながら噴射パラメータを予測する。様々なエンジンモデル２７、２９の精度を維持するために、モデル係数が、実際の測定されたエンジンパラメータを参照しながら調整される。調整されたモデル係数は、ＥＣＵ３１の不揮発性メモリ内に永久に保存される。
【００４０】
図２は、本発明の実施形態による制御方法の機能を示す図である。
本発明の制御方法は、運転者による所望のエンジン制御パラメータ４２ａ（車両の加速ペダルを介した入力など）を、所望の燃焼パラメータ４２ｂに変換し（例えば、ペダル位置は、トルク／ＩＭＥＰパラメータに変換される）、さらには、燃料量または噴射時期などの噴射パラメータに変換する。上記のように、図１を参照すると、本発明は、適応エンジン制御モデル９を用いて、噴射パラメータ計算を実施する（注：図２の制御モデル機構９は、図１の高次アルゴリズムボックス９に対応する）。
【００４１】
動作に際しては、制御モデル９は、所望の運転者制御パラメータデータ４２ａ（例えば、加速ペダルを介したトルク要求）を受け取り、エンジン状態４０（エンジン回転数および負荷、低温状態、高温状態など）に応じて、対応する燃焼パラメータ４２ｂ（例えば、ＩＭＥＰ）を計算し、次いで、複数噴射時期および量４８などの対応する初期噴射制御パラメータ４４を計算する。制御モデル９は、状況によっては、例えば、エンジンが再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を受けており、所望の値を生じることができないなどの理由で、所望の制御パラメータに対応する正確な燃焼パラメータ／噴射パラメータを計算することができないことがあることに留意されたい。
【００４２】
例えば、トルク噴射パラメータを計算する（すなわち、燃料量計算）際、制御モデル９は、加速ペダルを介した運転者トルク要求の形でエンジン制御パラメータ４２ａを受け取ることになる。このトルクは、モデル９内で、ＩＭＥＰ値および対応する噴射パラメータに変換されることになる。
【００４３】
しかし、（要求された燃焼中央時期から）噴射時期が計算される場合には、対応する運転者入力はなく、したがって、同等のパラメータ４２ａがモデルに入力されない。しかし、噴射時期の例では、エンジンモデル９自体が、「所望のエンジン制御パラメータ４２ａ」を効果的に生成することになる計算を追加的に実施する。この場合、所与の累積熱発生率（ＣＡ５０％）を生じる噴射クランク角度を決定するために、エンジン回転数および負荷（エンジン状態）に関するデータ、ならびに燃焼モード４０が、ルックアップマップと共に使用することができる。この噴射クランク角度は、「所望の」エンジン燃焼パラメータ４２ｂであり、噴射時期を決定するためにモデルによって使用することができる。
【００４４】
図２に戻ると、モデル９は、データ４０を受け取り、パラメータ４２ａを受け取った、または計算した後、このモデル９は計算を行い、次いで初期噴射パラメータ４４（例えば、総燃料量または噴射時期）を制御器４６（例えば、ＰＩＤ制御器）に出力する。
【００４５】
次いで、制御器４６は、受け取られた噴射パラメータをエンジンシステムにどのように適用するかを決定する。図２に示されるように、次いで、この噴射パラメータは、図では気筒５０によって表されるエンジンシステムに（矢印４８を介して）適用される。
【００４６】
モデル９の精度を維持し、エンジンシステム内の経時的な変化を明らかにする（ａｃｃｏｕｎｔ  ｆｏｒ）ために、適応モデル９内のモデル係数に作用するフィードバック機構が、所定の位置に配置される。
【００４７】
図２に示されるように、（例えば、センサ３によって取られる）圧力測定値は、ＥＣＵ７に送信し戻され（５２）、そこでそれらの測定値は処理され、モデル化噴射パラメータに対応する燃焼パラメータが計算される（５４）。このステップは、図１のボックス１５に示される低次アルゴリズム動作に対応する。
【００４８】
次いで、測定された燃焼パラメータ５８と、所望のエンジン制御パラメータ４２ｂとの誤差５６が機構６０で決定され、この誤差値は、制御器４６にフィードバックされる。
次いで、誤差値５６は、モデル係数を調整するために制御器４６によって使用される（矢印６２）。調整されたモデル係数は、ＥＣＵ７の不揮発性メモリ内に保存されることに留意されたい。例えば、測定されている燃焼事象がＩＭＥＰである場合、制御器４６は、（圧力読取り５２から導出される）実際の測定されたＩＭＥＰ５８が、所望のＩＭＥＰ４２ｂに近いか確認し、それに応じてモデル係数を補正する。
【００４９】
モデル係数が更新された後は、エンジンモデル９は、（初期のものではなく）補正された噴射時期／量値４４を制御器４６に出力することになり、次いで制御器４６は、補正されたデータをエンジンシステム１に出力することになる。
【００５０】
図２の流れ図に示される制御方法は、測定されたパラメータ（この場合は圧力）が、エンジンシステムに送信される噴射パラメータを直接調整するために使用されるわけではない点において、既知の閉ループ制御機構とは異なることに留意されたい。そうではなく、測定されたパラメータは、エンジンモデル９を調整するために使用され、次いでこのエンジンモデル９は、補正された噴射パラメータを出力することができる。
【００５１】
また、図２は、モデル係数が連続して更新されるように、気筒５０から信号処理モジュール５４への永久リンクを示すが、フィードバックおよび係数更新はそれほど頻繁に生じ得なくてもよいことにも留意されたい。例えば、係数は、エンジンサイクル毎に更新されるのではなく、より低い頻度で更新されてもよい。
【００５２】
ＥＣＵ７内で実施される様々な計算のさらなる説明として、以下の議論で、モジュール２５およびエンジンモデル９によって実施される計算の両方について説明する。
上記のように、モジュール２５は、モデル９によって使用されるいくつかの燃焼パラメータを計算するために使用される。計算される燃焼パラメータは、エンジンの気筒内の図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）、累積熱発生率（ＨＲＲ）、および累積熱発生率５０％位置（ＣＡ５０％）を含むことができる。
【００５３】
ＩＭＥＰは、モジュール２５によって以下の式を用いて計算することができる。
【００５４】
【数１】
2010112382.tif 000003
【００５５】
式中、Ｖは気筒容積に等しい。
熱発生率は、以下の式によって計算することができる（本式は、熱力学の第１の原理から演繹することができる）。
【００５６】
【数２】
2010112382.tif 000004
【００５７】
式中、Ｖ＝気筒容積、Ｐ＝気筒圧力、θ＝クランク角度、およびｋ＝ポリトロープ係数である。
累積熱発生率５０％位置は、以下の式によって計算することができる。
【００５８】
【数３】
2010112382.tif 000005
【００５９】
式中、
【００６０】
【数４】
2010112382.tif 000006
【００６１】
である。
ポリトロープ係数は、エンジン設計に依存する定数である。
上記の計算は、ｃ１およびｃ２について配列値を予備計算することによって最適化することができることに留意されたい。さらに、ｃ１に関して、測定値が固定されたｄθで取られる場合、項ｄＶ／ｄθは不変となり、それによって所定の配列を計算することが可能となることに留意されたい。
【００６２】
エンジンモデル９は、総燃料価を計算するために使用することができる燃焼効率モデルを含む。モデル９はまた、噴射器の絶対噴射時期を計算するために使用することができる時期値を出力する主要噴射時期モデルを含む。
【００６３】
燃焼効率モデルは、以下の式によって表すことができる。
η燃焼＝ηｃ１ｆ１（ＣＡ５０％）＋ηｃ２ｆ２（Ａ／Ｆ比）＋ηｃ３ｆ３（Ｐレール）＋…＋ηｃｎｆｎ（Ｘｎ）
式中、ηは燃焼効率であり、Ａ／Ｆ比は、総気筒空気と燃料との比であり、Ｐレールはコモンレール内の圧力である。
【００６４】
燃焼効率は、複数の異なる項よって上記のように表されることが分かる。しかし、燃焼効率は、これらの項の１つまたは複数に基づいて計算することができることに留意されたい。
【００６５】
燃焼効率は、以下の式によって、エンジンの総燃料価に関連付けることができる。
【００６６】
【数５】
2010112382.tif 000007
【００６７】
式中、Ｑは燃料量であり、ｃ０はエンジン設計および燃料種類に依存する定数であり、ＩＭＥＰは、センサ３から受け取られた圧力読取りからモジュール２５によって計算される。
【００６８】
主要噴射時期は、以下の式によって表すことができる。
τ主要＝τｃ１ｆ１（ＣＡ５０％）＋τｃ２ｆ２（Ａ／Ｆ比）＋τｃ３ｆ３（Ｐレール）＋…＋τｃｎｆｎ（Ｘｎ）
式中、τは主要噴射時期である。
【００６９】
上記の燃焼効率式および主要噴射時期式のどちらも、下記の速度マップおよびトルクマップによって計算することができる適応モデル係数を含む。
ηｃｎ＝マップ（回転数、トルク）
τｃｎ＝マップ（回転数、トルク）
これらの係数が、モデル９にフィードバックされる誤差値５６によって永久に調整され、これらの係数に対する変化が、ＥＣＵの不揮発性メモリ内に保存される。
【００７０】
図３は、本発明の実施形態による制御方法を、エンジントルク制御に適用した様子を示す図である。
図３では、点線内の領域（ボックスＡ）が、図２に表示された制御方法に対応し、同じ機構を示すために同じ数字が使用してある。しかし、ここでは、制御器４６は、燃焼効率制御器として記され、その出力４８は、エンジンシステム内の全気筒の平均総燃料要求であることに留意されたい。
【００７１】
図３では、モジュール５４内で実施される信号処理もやはり、エンジンシステム内の各気筒７０に関するＩＭＥＰの計算を含むことに留意されたい。これらのＩＭＥＰ値は、７２でフィルタリングされ、その後、ＩＭＥＰ誤差計算器モジュール７４に送信され、そこで各気筒についてＩＭＥＰ誤差７６を計算する。
【００７２】
ＩＭＥＰ誤差計算は、ＩＭＥＰ平衡化制御器モジュール７８（各気筒によって必要とされる実際の燃料量を制御し決定する、本出願人の欧州特許出願ＥＰ１４２９００９に記載のものなど）によって受け取られる。
【００７３】
本発明のさらなる特徴では、ＩＭＥＰ平衡化モジュール７８は、オフセットの総和がゼロになり、それによって、総燃料価が、燃焼効率制御器４６によって計算された量と確実に等しくなるように、各噴射器について燃料オフセット８０を計算することができる。
【００７４】
図４ａは、本発明の実施形態による制御方法を、（燃焼中央クランク角度位置から導出される）噴射時期制御に適用した様子を示す図である。図４では、点線内の領域（ボックスＢ）が、図２に表示された制御方法に対応し、同じ機構を示すために同じ数字が使用してある。参照しやすいように、図４ｂは、図４ａのボックスＢの内容を、図２の配置で示す。
【００７５】
図４ａでは、制御器４６は、絶対噴射時期計算制御器として示され、その出力４８は、エンジンシステム内の様々な噴射器の噴射時期であることに留意されたい。
図４ａでは、エンジンモデル９は、２つの副モデル９ａ、９ｂに分割されることに留意されたい。モデル９ａでは、所望のエンジン制御パラメータ、この場合は所望の噴射角度（ＣＡ５０％）が、エンジン回転数／負荷ルックアップ表を参照しながら計算される。モデル９ｂでは、この所望のエンジン制御パラメータが初期噴射時期を予測するために使用され、次いでこの初期噴射時期は制御器６に送信される。
【００７６】
図５は、クランク角度に伴う気筒圧力の変動を示す代表的なグラフを示す。必要となる燃焼パラメータを計算するために、気筒内圧力が、上死点周辺の−１８０°から＋１８０°の間でサンプリングされることに留意されたい。ＥＣＵにかかる処理負荷を最小限に抑えるために、クランク角度が−１８０°から−３０°、および６０°から１８０°の間は高角度分解能サンプリング方式が使用することができる。−３０°から６０°の範囲では、圧力はより頻繁にサンプリングされ得る。
【００７７】
図６から１１は、本発明の実施形態による制御方法および装置を組み込んだエンジンシステムから得られる様々な結果を示す。
図６ａは、本発明の方法／システムを有しないエンジンシステム内の４気筒の気筒圧力対クランク角度の軌跡を示す。
【００７８】
これらの圧力軌跡から分かるように、クランク角度に伴う圧力プロフィルの位置、また、記録された圧力の大きさのどちらにおいても、気筒間で顕著な開きがあることが分かる。
【００７９】
一方、図６ｂは、本発明の制御方法に従って動作している同じシステムを示す。ここでは、４気筒全ての圧力軌跡間で非常に良好な合致があることが分かる。
図７ａから７ｄは、本発明の制御方法を用いた／用いていないエンジンシステムの熱発生および累積熱発生に関する。
【００８０】
図７ａおよび７ｂは、本発明の制御方法を用いずに動作しているエンジンシステムに関する。図７ａでは、各気筒の熱発生率は、クランク角度に関して開きがあることが分かる。４気筒の累積熱発生を示す図７ｂもやはり、クランク角度および最大熱発生率の百分率のどちらにおいても値に開きがあることを示す。
【００８１】
図７ｃおよび７ｄには、本発明の制御方法を用いて動作している同じエンジンシステムから得られた結果が示される。ここでは、図７ｃ（気筒あたりの熱発生率）および図７ｄ（気筒あたりの累積熱発生率）の両図で非常に近接した合致があることが分かる。また、各気筒の目標燃焼中央位置（ＣＡ５０％）が同じクランク角度にあることにも留意されたい。
【００８２】
図８は、本発明の制御方法を用いたシステム、および用いていないシステムの、経時的な過渡車両トルク（ＩＭＥＰ）の例を示す。試験車両は、欧州排出ガス規制走行サイクルに準じ、また、気筒平衡法で動作していることに留意されたい。
【００８３】
本制御方法がオンにされる前には、エンジンの４気筒間で、過渡ＩＭＥＰ値に経時的に開きがあることが分かる。しかし、本制御方法がオンにされるとすぐに、これらの気筒の過渡ＩＭＥＰ値は非常に近接して整合し、個々の気筒トルクの開きは非常に低くなる。
【００８４】
図９は、本発明の制御方法を用いたシステム、および用いていないシステムの経時的な高速車両トルクを示す。本試験のエンジンは、３５００回転／分（ＲＰＭ）で動作し、平均図示有効圧力（ＩＭＥＰ）は９００ｋＰａ（９バール）であったことに留意されたい。本制御方法のオン／オフ状態が、グラフ底部の論理軌跡によって示される。本制御方法がイネーブルにされるとすぐに、様々な気筒間のＩＭＥＰの開きは極めて低減することが分かる。
【００８５】
図１０は、本発明の実施形態に従って動作するエンジンシステムが、所望のエンジン制御パラメータの変化に対してどのように迅速に応答するかを示す。この図では、所望のＣＡ５０％値は、２段階の変化を示す（第１の変化は約９秒付近であり、第２の変化は約２０秒付近である）。４気筒のそれぞれの実際のＣＡ５０％は、所望値に非常に近接して従い、所望値と実際の値との間に実際上差はない。
【００８６】
図１１ａから１１ｃは、排出ガス再循環（ＥＧＲ）量が高速に変化する車両試験の結果を示す。図１１ａは、ＩＭＥＰ要求の変化を段階変化として示す。図１１ｂは、本発明の制御方法で動作していない車両を表し、エンジンシステム内の４気筒のそれぞれの、この段階変化の両側におけるＩＭＥＰ値およびＣＡ５０％値を示す。いくつかのエンジンサイクルで燃焼が不安定になったことが分かる。
【００８７】
一方、図１１ｃは、本発明の制御方法で動作している車両を表し、ＣＡ５０％はその位置を維持し、ＩＭＥＰ値は安定していることが分かる。
本発明は、共通の供給部（レール）がエンジンの少なくとも１つの噴射器に燃料を配送するコモンレール噴射器で実施することができ、または、エンジンの各噴射器にそれ自体専用のポンプが設けられ、したがって高圧燃料供給が行われる電子ユニット噴射器（ＥＵＩ）で実施することができる。本発明はまた、コモンレール／ＥＵＩ機能の双方を有するハイブリッド方式でも実施することができる。
【００８８】
単一の噴射器を備えるエンジンシステムでは、本発明は、エンジンに適用されるべき総燃料価を決定するために使用することができる。２つ以上の噴射器を備えるエンジンでは、本発明の総燃料計算の態様はまた、気筒平衡化の概念と組み合わされてもよい。
【００８９】
上述の実施形態は、単なる例として挙げられたものにすぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲で規定されることを理解されたい。また、記載の実施形態は、個々に、または組み合わせて使用することができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００９０】
１  エンジンシステム
３  気筒圧力センサ
５  センサ出力
７  エンジン制御装置（ＥＣＵ）
９  高次アルゴリズム（エンジンモデル）
９ａ、９ｂ  副モデル
１１  噴射制御変数
１３  噴射器
１５  低次アルゴリズム
１７  フィルタリングモジュール
１９  未処理気筒圧力配列
２１  スケーリングおよび診断モジュール
２３  補正済み圧力配列
２５  燃焼パラメータ計算モジュール
２７  トルクモデル
２９  燃焼中央位置モデル
３１  ＥＣＵ
４０  エンジン状態
４２ａ  所望のエンジン制御パラメータ
４２ｂ  所望の燃焼パラメータ
４４  初期噴射制御パラメータ
４６  制御器
４８  複数噴射時期および量
５０  気筒
５２  圧力読取り
５４  信号処理モジュール
５６  誤差
５８  測定された燃焼パラメータ（ＩＭＥＰ）
６０  機構
７０  気筒
７２  フィルタ
７４  ＩＭＥＰ誤差計算器モジュール
７６  ＩＭＥＰ誤差
７８  ＩＭＥＰ平衡化制御器モジュール
８０  燃料オフセット
【図１】
2010112382.tif 000008
【図２】
2010112382.tif 000009
【図３】
2010112382.tif 000010
【図４ａ】
2010112382.tif 000011
【図４ｂ】
2010112382.tif 000012
【図５】
2010112382.tif 000013
【図６】
2010112382.tif 000014
【図７】
2010112382.tif 000015
【図８】
2010112382.tif 000016
【図９】
2010112382.tif 000017
【図１０】
2010112382.tif 000018
【図１１】
2010112382.tif 000019
【外国語明細書】
2010112382000001.pdf