(57)【要約】  本開示は、直接噴射内燃エンジンを制御して、直接噴射内燃エンジンの挙動を予測する方法を教示する。初期シリンダ圧力、空気流れ、ＥＧＲ流れ（適用可能である場合）の推定が、制動トルクとパワー、空気流れ、ＥＧＲ流れ、シリンダ圧力、制動特有燃料消費、燃焼の開始、熱放出率、ターボ・チャージャ速度、他の変数など、エンジンの挙動を表すデータを提供するように、噴射モジュール、燃焼モジュール、エンジン制御モジュールを統合することによってエンジン挙動を提供するシステムを確立するために使用される。次いで、これらの値は、オペレータの要求を満たすように、噴射の開始、コマンド・パルス幅、レール圧力などのコマンド変数を調節するために使用する。また、出力データは、概念化されたエンジン設計がどのように振る舞うかを決定する器具として使用する。これは、レール圧力とシリンダ圧力が一般に同様の大きさであるということを考慮すると、シリンダ圧力が噴射気体の挙動に影響を与える気体燃料内燃エンジンには特に有用である。
2007506033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接噴射内燃エンジンを制御する方法であって、
ａ．システム・データから出力データを計算し、前記システム・データが、
ｉ．前記エンジンの燃焼室と流体連絡する燃料インジェクターによって画定されるインジェクター幾何学的形状と、
ii．前記エンジンによって決まるエンジン幾何学的形状と、
iii．望ましいエンジン出力に基づくエンジン動作コマンドと、
iv．初期インジェクター・コマンドと、
ｖ．エンジン速度とを備え、
前記エンジン動作コマンドが前記エンジンのコマンド・トルクを表し、前記出力データが、
ｉ．前記エンジンによって伝達される制動トルクを表すエンジンアウト値と、
ii．シリンダ圧力値を表す出力制御パラメータとを備え、
ｂ．前記出力データが所定の関係を満たさないとき、後続インジェクター・コマンドを決定し、前記後続インジェクター・コマンドで前記出力データを再計算し、前記所定の関係が、前記出力データを、前記エンジン動作コマンドと要求制御パラメータと比較することであって、その要求制御パラメータが最大シリンダ圧力値を表し、
ｃ．前記出力データが前記所定の関係を満たすとき、最終インジェクター・コマンドに従って燃料を前記燃焼室に提供するように、前記インジェクターに命令すること
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記システム・データが、周囲温度と周囲圧力をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記周囲温度と前記周囲圧力が前記出力データを計算する前に測定される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エンジン速度が前記出力データを計算する前に測定される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記エンジン動作コマンドがオペレータ選択ペダル位置に基づいて前記コマンド・トルクに変換される請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記要求制御パラメータが前記エンジン動作コマンドから決定される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記出力制御パラメータが計算された放出を表し、前記要求制御パラメータが要求された放出を表す請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記計算放出と前記要求された放出が、ＮＯｘ濃度と粒子物質の濃度の少なくとも一方を表す請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の関係が、前記出力データを、前記初期インジェクター・コマンドまたは前記後続インジェクター・コマンドを使用して前記システム・データから決定された少なくとも１つの以前に計算された燃料消費と比較することをさらに備え、前記出力データが、前記計算された燃料消費をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記所定の関係が、前記少なくとも１つの以前に計算された燃料消費より小さい前記計算された燃料消費を備える請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ａ．前記初期インジェクター・コマンドが、噴射のコマンド初期開始、コマンド初期パルス幅、コマンド初期レール圧力を備え、
ｂ．前記後続インジェクター・コマンドが、噴射のコマンド後続開始、コマンド後続パルス幅、コマンド後続レール圧力を備え、
ｃ．前記最終インジェクター・コマンドが、噴射のコマンド最終開始、コマンド最終パルス幅、コマンド最終レール圧力を備える請求項１、２、９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記エンジンが、可変幾何学的形状タービンを備え、前記システム・データが、初期可変幾何学的形状タービン位置をさらに備え、
ａ．前記出力データが前記所定の関係を満たさないとき、後続可変幾何学的形状タービン位値を決定し、前記後続可変幾何学的形状タービン位置と前記後続インジェクター・コマンドで、前記出力データを再計算し、
ｂ．前記出力データが前記所定の関係を満たすとき、最終可変幾何学的形状タービン位置に従って、前記可変幾何学的形状タービンに命令することをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記エンジンがＥＧＲシステムをさらに備え、前記システム・データが初期有効ＥＧＲバルブ流れ領域をさらに備え、
ａ．前記出力データが前記所定の関係を満たさないとき、後続有効ＥＧＲバルブ流れ領域を決定し、前記後続有効ＥＧＲバルブ流れ領域と前記後続インジェクター・コマンドで、前記出力データを再計算し、
ｂ．前記出力データが前記所定の関係を満たすとき、最終有効ＥＧＲバルブ流れ領域に従って前記ＥＧＲシステムに命令することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ａ．推定初期シリンダ圧力と、前記システム・データのサブセットであるＩＭシステム・データとから、ＩＭ／ＣＭデータとＩＭ／ＥＣＭデータを計算するインジェクター・モジュールと、
ｂ．推定初期吸込み流量、前記ＩＭ／ＣＭデータ、前記システム・データのサブセットであるＣＭシステム・データから、ＣＭ／ＥＣＭデータを計算するための燃焼モジュールと、
ｃ．前記ＣＭ／ＥＣＭデータ、前記ＩＭ／ＥＣＭデータ、前記システム・データのサブセットである前記ＥＣＭシステム・データから、前記出力データを計算するためのエンジン・サイクル・モジュールと
を使用して前記出力データが計算され、
前記出力データを計算する前に、前記燃焼モデルと前記エンジン・サイクル・モジュールとの間の小ループが、収束吸込み流量を提供するために使用され、前記噴射モジュール、前記燃焼モジュール、前記エンジン・サイクル・モジュールの間の大ループが、収束シリンダ圧力を提供するために使用され、前記収束シリンダ圧力が、前記シリンダ圧力値を提供するために使用される請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＩＭ／ＣＭデータが、噴射のＩＭ率と噴射のＩＭ開始を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＩＭ／ＥＣＭデータが、ＩＭ燃料流れと噴射のＩＭ開始を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＣＭ／ＥＣＭデータが、ＣＭ熱放出率と燃焼のＣＭ開始を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記出力データが、ＥＣＭ／ＥＭデータ、前記ＩＭ／ＥＣＭデータ、前記システム・データから放出データを計算するための放出モジュールを使用してさらに計算され、前記出力制御パラメータが計算された放出を表し、前記要求制御パラメータが要求された放出を表す請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＩＭシステム・データが、周囲圧力、前記インジェクターの幾何学的形状、前記エンジン速度、前記インジェクター・コマンドを備える請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＣＭシステム・データが、前記エンジン速度と前記エンジン幾何学的形状を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＥＣＭシステム・データが、周囲圧力、周囲温度、前記エンジン幾何学的形状、前記エンジン速度を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記エンジンが、気体燃料によって少なくとも一部燃料供給される請求項１から２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記気体燃料が天然ガスである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記気体燃料が、メタン、水素、エタン、プロパンの少なくとも１つを備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記気体燃料が水素である請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
直接噴射内燃エンジンによって生成される出力データを予測する方法であって、前記出力データが、エンジントルク、燃料消費、パワー、シリンダ圧力の少なくとも１つを備え、
ａ．システム・データを選択し、前記システム・データが、
ｉ．選んだ燃料インジェクターを表すインジェクター幾何学的形状と、
ii．前記エンジンを表すエンジン幾何学的形状と、
iii．エンジン速度と、
iv．インジェクター・コマンドとを備え、
ｂ．初期シリンダ圧力と初期吸込み流れを備える初期データを推定し、
ｃ．前記システム・データと収束シリンダ圧力と収束吸込み流れを使用して、前記出力データを計算し、
前記初期データが、
ｉ．前記初期シリンダ圧力から前記収束シリンダ圧力を提供し、
ii．前記初期吸込み流れから前記収束吸込み流れを提供するために使用されることを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記システム・データが、周囲圧力と周囲温度の少なくとも一方をさらに備える請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記出力データが、ＮＯｘ濃度と粒子物質濃度の少なくとも一方をさらに備える請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記インジェクター・コマンドが、コマンド・レール圧力、噴射のコマンド開始、コマンド・パルス幅を備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記システム・データが、コマンド可変幾何学的形状タービン位置と有効ＥＧＲバルブ流れ領域の少なくとも一方をさらに備え、有効ＥＧＲバルブ流れ領域が含まれる場合、前記システム・データが、初期ＥＧＲ流れをさらに備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
ａ．前記初期シリンダ圧力と、前記システム・データのサブセットであるＩＭシステム・データとから、ＩＭ／ＣＭデータとＩＭ／ＥＣＭデータを計算するためのインジェクター・モジュールと、
ｂ．前記初期吸込み流れ、前記ＩＭ／ＣＭデータ、前記システム・データのサブセットであるＣＭシステム・データから、ＣＭ／ＥＣＭデータを計算するための燃焼モジュールと、
ｃ．前記ＣＭ／ＥＣＭデータ、前記ＩＭ／ＥＣＭデータ、前記システム・データのサブセットであるＥＣＭシステム・データから、前記出力データを計算するためのエンジン・サイクル・モジュールとを使用して
前記出力データが計算され、
前記燃焼モジュールと前記エンジン・サイクル・モジュールとの間の小ループが、前記収束吸込み流れに収束させるために使用され、前記噴射モジュール、前記燃焼モジュール、前記エンジン・サイクル・モジュールとの間の大ループが、前記収束シリンダ圧力に収束させるために使用される請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記出力データが、ＥＣＭ／ＥＭデータ、前記ＩＭ／ＥＣＭデータ、前記システム・データのサブセットであるＥＭシステム・データから放出データを計算するための放出モジュールを使用してさらに計算され、前記出力データが、前記放出データをさらに備える請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記放出データが、ＮＯｘ濃度と粒子物質濃度の少なくとも一方を示す請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＥＣＭ／ＥＭデータが、前記収束シリンダ圧力、前記収束吸込み流れ、吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ圧力、吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ温度を備え、前記吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ圧力と前記吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ温度が、前記エンジン・サイクル・モジュールによって提供される請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ＩＭ／ＣＭデータが、噴射のＩＭ率と噴射のＩＭ開始を備える請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記ＩＭ／ＥＣＭデータが、ＩＭ燃料流れと噴射のＩＭ開始を備える請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記ＣＭ／ＥＣＭデータが、ＣＭ熱放出率と燃焼のＣＭ開始を備える請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記ＩＭシステムが、前記インジェクター幾何学的形状、前記エンジン速度、前記周囲圧力、前記インジェクター・コマンドを備える請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＣＭシステム・データが、前記エンジン速度と前記エンジン幾何学的形状を備える請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記ＥＣＭシステム・データが、前記エンジン幾何学的形状、前記周囲圧力、前記周囲温度、前記エンジン速度を備える請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記エンジンが、気体燃料によって少なくとも部分的に燃料供給される請求項２６から４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記気体燃料が天然ガスである請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記気体燃料が、メタン、水素、エタン、プロパンの少なくとも１つを備える請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記天然ガスが水素である請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
直接噴射内燃エンジンを制御する方法であって、
ａ．システム・データから出力データを計算し、前記システム・データが、
ｉ．前記エンジンの燃焼室と流体連絡する燃料インジェクターによって決まるインジェクター幾何学的形状と、
ii．前記エンジンによって決まるエンジン幾何学的形状と、
iii．望ましいエンジン出力に基づくエンジン動作コマンドと、
iv．初期インジェクター・コマンドと、
ｖ．エンジン速度とを備え、
前記エンジン動作コマンドが、前記エンジンのコマンド・トルクを表し、前記出力データが、
ｉ．前記エンジン内の条件を表すエンジン条件値と、
ii．前記エンジンによって伝達される制動トルクを表すエンジンアウト値と、
iii．シリンダ圧力値を表す出力制御パラメータとを備え、
ｂ．前記出力データが所定の関係を満たさないとき、後続インジェクター・コマンドを決定し、前記後続インジェクター・コマンドで前記出力データを再計算し、前記所定の関係が、前記出力データを前記エンジン動作コマンドと要求制御パラメータと比較することであって、その要求制御パラメータが、最大シリンダ圧力値を表し、
ｃ．前記出力データが前記所定の関係を満たすとき、センサ読取りの精度を決定するために、前記エンジン条件値を前記センサ読取りと比較することを特徴とする方法。
【請求項４６】
前記エンジン条件値がシリンダ内圧力を備え、前記センサ読取りがシリンダ内圧力センサ読取りを備える請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接噴射内燃エンジンの燃焼、性能、放出を制御し、かつ直接噴射内燃エンジンの挙動を予測する方法に関する。本方法の一実施態様は、気体燃料直接噴射内燃エンジンに特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを試験せずに内燃エンジンの挙動を精確に予測することが有益である。第１に、エンジンが１セットの条件下においてどのように実施されるかを予測することにより、実際のエンジンを試験するのに含まれるコストと時間をかけることを必要とせずに、有益な情報を明らかにすることができる。第２に、新しいエンジンの設計を試験するとき、費用のかかるプロトタイプの改善が珍しいことではない。プロトタイプの開発の管理を必要とせずに概念の挙動を予測することは、エンジン挙動予測方法によって対応されるエンジン研究において有用なステップとすることができる。精確なエンジン挙動予測は、新しいエンジン設計の新しい概念をまず試験することによって、あるいはコストのかかるプロトタイプ部品または時間のかかる試験セル作業に投資する前に既存のエンジン・アーキテクチャをシミュレーションすることによって、これらの問題を克服するのに役立つ。最後に、エンジン挙動予測方法は、人的資源と設備利用可能性を限定せずに、可能性のあるシステムの試験を推進することができる。実際の試験の代用ではないが、精確な予測は、高価な試験エンジンが構築される前に、または有益な試験セル時間が既存エンジンを試験するために使用される前に、さもなければ妥当な多くの概念を排除することができる。
【０００３】
さらに、コンピュータ処理能力が向上し続けているので、エンジン予測データを使用する開ループ制御により、高価な監視機器に関する閉ループ制御方法とその信頼性および関連するコストのかかる電気システムの双方を排除することができる。双方とも磨耗する傾向がある。
【０００４】
最後に、放出制御が、環境上の理由でますます重要になってきているので、１セットの使用者要求動作条件についての予測挙動に応答して放出を制御する閉ループ搭載制御のための制御装置を提供することが有益である。また、上記で留意されたエンジン設計の場合のように、予測システムが、許容可能な放出レベルを満たすことができない新しい設計をふるい落とすように作用する。
【０００５】
この分野の従来の技術は、一般に、エンジン動作の態様を予測するシステムを提供してきたが、予測エンジンを提供するためにこれらを十分に統合することはできない。例として、オペレータ入力値に基づいて燃焼室内の燃焼を予測する燃焼モデルが開発された。同じことが、放出モデル、インジェクターモデル、エンジン・サイクル・モデルについても当てはまる。
【０００６】
エンジン燃焼モデルの開発例が、ヘイウッド（Ｈｅｙｗｏｏｄ），Ｊ．Ｂ．、Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ：ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９８８）において概述されている。燃焼モデルは、通常、エンジン・サイクル・モデルに統合される。これらの燃焼モデルには、ＮＯｘや粒子物質の放出の表示を提供する放出定式化モデルがしばしば付随する。エンジン・サイクル・シミュレーションが、エンジンの熱力学と気体力学を計算するために使用される。ＧＴ−Ｐｏｗｅｒ（商標）は、エンジン・サイクル・プロセス・モデリング・モジュールの例である。エンジン・サイクルの予測のために、いくつかの方法が、ＳｔａｒＣＤ（商標）、Ｆｌｕｅｎｔ（商標）、ＦＩＲＥ（商標）、ＶＥＣＴＩＳ（商標）などのシステムにおいて提供されてきた。Ｈｙｄｓｉｍ（商標）ソフトウエアは、従来の技術のインジェクターシミュレーション・モデルの例である。このソフトウエアは、液圧システム、機械システム、電子システムを含めて、インジェクターの詳細をモデリングすることによって、噴射遅延、噴射率の形状を計算することができる。
【０００７】
これらの構成要素のそれぞれは、より大きい程度にまたはより小さい程度にであるが、全般的に、エンジン挙動の一態様の依然として独立モデルであるように開発されてきた。例として、Ａ．チャウ（Ｃｈｏｗ）ら、Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ  ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ｅｎｇｉｎｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ−ａ  ｒｅｖｉｅｗ（Ｌｏｎｄｏｎ：Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、１９９９）、およびＴ．モデル（Ｍｏｒｅｌ）ら、「Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｅｎｇｉｎｅ／Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ／Ｖｅｈｉｃｌｅ」Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｏｏｌ  Ｓｏｌｖｅｓ  Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｓｓｕｅｓ（Ｗａｒｒｅｎｄａｌｅ、ＰＡ：Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、２００３）２００３−０１−０３７２を考慮する。各場合において、エンジンの態様を記述するために使用されるモデルの例が提供される。
【０００８】
チャウは、特定の燃焼率についてエンジン挙動を決定するモデルのシステム統合を議論する。これらのモデルは、伝熱、流体の流れ、ターボ機械、放出生成物を量的に表す。システム統合の一例として、モデルは、特定の燃焼率について、伝熱、流体の流れ、ターボ機械に対して、さらに、エンジル・システムの液圧、電気、熱、機械、制御要素に対して別々のモデルのシステムを統合するソフトウエアを記述する。モデルによって議論される他の予測方法は、ターボ・チャージャと、スーパーチャージャと、中間冷却器サポートとを有する構成要素；同時シミュレーション選択肢；過渡的パイプ温度分析；可変パイプ長；複数使用者データベース；動的バルブ運動を含む。教示された方法は、エンジン値と他の構成要素との関係を強調する。
【０００９】
一般に、議論される統合は、燃料噴射挙動と燃焼率との相互作用を明瞭には含まない。完全エンジン・シミュレーションの統合は、方法が、インジェクターの性能、燃焼圧力、燃焼率の相互依存性を考慮する場合、有益である。
【００１０】
一般に、直接噴射エンジンについて統合エンジン予測方法の開発が限定されているのは、一部には、直接噴射ディーゼル燃料エンジンについて個々の構成要素をモデリングするためであり、これは、そのようなエンジンをモデリングする目的では十分であった。たとえば、ディーゼル・エンジンの燃焼によって生じる燃焼室内の変動条件は、主にはディーゼル燃料が噴射される極度に高い圧力のために、ディーゼル燃料の噴射に対する影響を限定し、したがって、シリンダ圧力に応答してシリンダへの燃料伝達を調節する統合モデルは、シリンダにおける燃料の燃焼を無視することによって、かなりの程度まで影響を受けない。すなわち、燃焼事象の結果として燃焼室において確立される圧力と比較して、ディーゼル燃料が噴射される圧力は数倍高く、したがって、燃焼室の圧力の変化によって受ける影響がより小さい。
【００１１】
しかし、予測モデルについて燃焼システムのこの部分を無視することは、高圧縮比直接噴射エンジンを動作するために気体燃料が使用されるとき、問題となることがある。気体燃料で動作するディーゼル・エンジンでは、燃料噴射率が、一般に、燃焼室の圧力に依存するが、シリンダ圧力の変化率は、噴射率に依存するだけでなく、ターボ機械や伝熱構成要素にも依存する。したがって、完全システム統合のためには、インジェクターの挙動と燃焼展開を予測する別々のモデルが重要である。これらのモデルは、独立して存在するが、ディーゼル・エンジン、またはディーゼル・エンジン圧縮比を有するエンジンに適用可能な完全システムには適切に統合されていない。この場合、それらのエンジンは気体燃料で動作する。
【００１２】
ほとんどの構成要素モデルは、全体としてのエンジル・システムの動作から除外されたエンジンの態様をシミュレーションする。モデリングされる構成要素とシステムの残りとの間のインタフェースは、エンジン試験測定またはデータに基づく。したがって、モデルは、自己支持完全予測モデルではない。モデルは、診断を目的としてエンジル・プロセスを理解するために適用される。
【００１３】
上記したように、インジェクターの計算において、レールの圧力と温度などのモデルの上流側条件は圧力の揺らぎを一般には考慮しない測定に由来する。その揺らぎは、いくつかの場合には非常に重要である。これは、気体燃料噴射が関与するとき、特に重要である。燃焼モデルにおいて、吸込み条件は、一般に機能エンジンに関する試験測定に由来する。噴射と燃焼との相互作用は、ほとんど考慮されない。同様に、エンジン・サイクル・シミュレーションにおいて、燃焼プロセスは、実際のエンジンについて測定された熱放出率から導出されることが多い。これは、燃焼プロセスに対する吸込み条件の影響を無視し、噴射、燃焼、空気吸込みと管理プロセスとの間の相互作用を簡略化する。エンジル・システムの構成要素間の相互作用は、非常に重要であり、エンジン開発段階を短縮するために、十分に理解されることが必要であると考えられる。しかし、非常に複雑でもある。ほとんどのエンジン・モデルは、エンジル・システムにおける複雑な相互作用を反映していない。モデルは、システムから分離され、これによりモデルの予測能力は低減される。
【００１４】
さらに、最近まで、コンピュータの能力は、考慮される目的に有用な時間フレームにおいて全体的なエンジン挙動を予測するように、モデリング構成要素を適切に統合するのに十分ではなかった。コンピュータ処理能力の開発は、統合エンジンをモデリングするのに必要な計算能力を提供した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
サブモデルを共に統合する努力により、一般的には、統合された燃料システム、燃焼システム、エンジン・ブリージング・システム（ならびに放出システム）は得られていない。具体的には、モデリングの努力は、気体燃料エンジンの予測統合システムなどについて展開されなかった。また、エンジン予測方法を創出する努力の焦点は、エンジン診断器具を提供して、エンジン挙動を予測する目的を対象としていたが、そのようなエンジン制御方法の使用について、努力はほとんど行われていなかった。
【００１６】
本方法は、エンジンの性能と放出を制御し予測する統合エンジン予測器具を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、直接噴射燃料エンジン、ならびに具体的には気体燃料直接噴射エンジンを予測し、制御する統合エンジン・モデルと方法を提供する。
【００１８】
本発明の他の実施態様が、システム・データから出力データを計算することによって直接噴射内燃エンジンを制御することについて開示される方法を含む。方法は、エンジンの燃焼室と流体連絡する燃料インジェクターによって決まるインジェクターの幾何学的形状、エンジンによって決まるエンジンの幾何学的形状、エンジンのコマンド・トルクを示す望ましいエンジン出力に基づくエンジン動作コマンド、初期インジェクター・コマンド、エンジン速度を含むシステム・データを使用することを備える。出力データは、エンジンによって伝達される制動トルクを表すエンジンアウト値と、シリンダ圧力値を表す出力制御パラメータを備える。出力データが所定の関係を満たさないとき、決定された後続インジェクター・コマンドで再計算される。この所定の関係は、出力データを、エンジン動作コマンドおよび要求制御パラメータと比較する。要求制御パラメータは最大シリンダ圧力値を表す。出力データが所定の関係を満たすとき、インジェクターは、最終インジェクター・コマンドに従って燃料を燃焼室に提供するように命令される。
【００１９】
方法の他の実施態様において、システム・データは、周囲温度、周囲圧力、エンジン速度を備えることもでき、これらは、好ましい実施態様では、出力データを計算する前に測定される。本方法の他の実施態様では、エンジン動作コマンドは、オペレータ選択ペダル位置に基づいてコマンド・トルクに変換される。
【００２０】
方法の他の実施態様において、要求制御パラメータは、エンジン動作コマンドから決定される。また、出力制御パラメータは計算された放出を表し、要求制御パラメータは要求された放出を表す。計算された放出と要求された放出は、ＮＯｘおよび／または粒子物質の濃度を表す。
【００２１】
本発明の他の実施態様が、初期インジェクター・コマンドまたは後続インジェクター・コマンドを使用してシステム・データから決定された以前に計算された燃料消費と出力データとを比較することを備える所定の関係を開示する。出力データは、計算された燃料消費をさらに備える。所定の関係を満たすために、計算された燃料消費は以前に計算された燃料消費より小さい。
【００２２】
方法の他の実施態様において、初期インジェクター・コマンドは、噴射の初期開始、初期パルス幅、初期レール圧力を命令することを備える。後続インジェクター・コマンドは、噴射の後続開始、後続パルス幅、後続レール圧力を命令することを備える。また、最終インジェクター・コマンドは、噴射の最終開始、最終パルス幅、最終レール圧力を命令することを備える。
【００２３】
本発明の他の実施態様が、可変幾何学的形状タービンを開示する。システム・データは、可変タービン幾何学的形状位置を備えることが可能である。インジェクター・コマンドは、出力データが所定の関係を満たすとき、最終可変幾何学的形状タービン位置を含む。出力データが所定の関係を満たさないとき、後続可変幾何学的形状タービン位置が、後続インジェクター・コマンドと共に、出力データについて再計算するために使用される。
【００２４】
方法の他の実施態様において、エンジンは、排出気体再循環（ＥＧＲ）システムを備える。システム・データは、初期有効ＥＧＲバルブ流れ領域をさらに備え、出力データが所定の関係を満たさないとき、後続有効ＥＧＲバルブ流れ領域と後続インジェクター・コマンドで、後続有効ＥＧＲバルブ流れ領域を決定することをさらに備える。出力データが所定の関係を満たすとき、再計算される出力データにより、ＥＧＲシステムは最終有効ＥＧＲバルブ流れ領域に従って命令される。
【００２５】
発明の他の実施態様において、出力データは、推定初期シリンダ圧力とＩＭシステム・データからＩＭ／ＣＭデータとＩＭ／ＥＣＭデータを計算するためのインジェクター・モジュールを使用して計算される。ＩＭシステム・データはシステム・データのサブセットである。また、推定初期吸込み流量、ＩＭ／ＣＭデータ、ＣＭシステム・データからＣＭ／ＥＣＭデータを計算するための燃焼モジュールが使用される。ＣＭシステム・データはシステム・データのサブセットである。また、ＣＭ／ＥＣＭデータ、ＩＭ／ＥＣＭデータ、ＥＣＭシステム・データから出力データを計算するためのエンジン・サイクル・モジュールが使用される。ＥＣＭシステム・データはシステム・データのサブセットである。出力データを計算する前に、燃焼モデルとエンジン・サイクル・モジュールとの間の小ループが収束吸込み流量を提供するために使用される。噴射モジュール、燃焼モジュール、エンジン・サイクル・モジュールの間の大ループが、シリンダ圧力値を提供する収束シリンダ圧力を提供するために使用される。
【００２６】
本方法の他の実施態様において、ＩＭ／ＣＭデータは、噴射のＩＭ率と噴射のＩＭ開始を備える。噴射のＩＭ燃料流れとＩＭ開始を使用することもできる。また、ＣＭ／ＥＣＭデータは、燃焼のＣＭ熱放出率とＣＭ開始を備える。
【００２７】
出力データは、ＥＣＭ／ＥＭデータ、ＩＭ／ＥＣＭデータ、システム・データから放出データを計算するための放出モジュールを使用してさらに計算される。出力制御パラメータは、計算された放出を表し、要求された制御パラメータは、要求された放出を表す。
【００２８】
本方法の他の実施態様は、周囲圧力、インジェクターの幾何学的形状、エンジン速度、インジェクター・コマンドを備えるＩＭシステム・データを含む。ＣＭシステム・データは、エンジン速度とエンジンの幾何学的形状を備える。ＥＣＭシステム・データは、周囲圧力、周囲温度、エンジンの幾何学的形状、エンジン速度を備える。
【００２９】
エンジンが気体燃料によって少なくとも部分的に燃料供給され、好ましい実施態様では、気体燃料が天然ガスである方法を実施することができる。気体燃料は、メタン、エタノール、プロパンを備えることもできる。他の好ましい実施態様では燃料は水素である。
【００３０】
エンジントルク、燃料消費、パワー、シリンダ圧力の少なくとも１つを備える、直接噴射内燃エンジンによって生成される出力データを予測する方法が開示される。方法は、選択された燃料インジェクターを表すインジェクターの幾何学的形状、エンジンを表すエンジンの幾何学的形状、エンジン速度、インジェクター・コマンドを備えるシステム・データを選択することを備える。方法は、初期シリンダ圧力と初期吸込み流れを備える初期データを推定することをも備える。出力データは、システム・データ、収束シリンダ圧力、収束吸込み流れを使用して計算される。初期データは、初期シリンダ圧力から収束シリンダ圧力を提供し、かつ初期吸込み流れから収束吸込み流れを提供するために使用される。
【００３１】
他の実施態様において、システム・データは、周囲圧力および／または周囲温度を備えることができ、一方、出力データは、ＮＯｘおよび／または粒子物質の濃度を備えることができる。また、インジェクター・コマンドは、コマンド・レール圧力、噴射のコマンド開始、コマンド・パルス幅を備えることが可能である。
【００３２】
本方法の他の実施態様において、システム・データは、コマンド可変幾何学的形状タービン位置および有効ＥＧＲバルブ流れ領域を備えることができる。有効ＥＧＲバルブ流れ領域が含まれるとき、システム・データは、初期ＥＧＲ流れをさらに備える。
【００３３】
他の実施態様において、出力データは、初期シリンダ圧力とＩＭシステム・データからＩＭ／ＣＭデータとＩＭ／ＥＣＭデータを計算するためのインジェクター・モジュールを使用して計算される。ＩＭシステム・データはシステム・データのサブセットである。また、燃焼モジュールが、初期吸込み流れ、ＩＭ／ＣＭデータ、ＣＭシステム・データからＣＭ／ＥＣＭデータを計算するために使用される。ＣＭシステム・データはシステム・データのサブセットである。また、エンジン・サイクル・モジュールが、ＣＭ／ＥＣＭデータ、ＩＭ／ＥＣＭデータ、ＥＣＭシステム・データから出力データを計算するために使用される。ＥＣＭシステム・データはシステム・データのサブセットである。これにより、燃焼モデルとエンジン・サイクル・モジュールとの間の小ループが、収束吸込み流れに収束させるために使用される。また、噴射モジュール、燃焼モジュール、エンジン・サイクル・モジュールの間の大ループが、収束シリンダ圧力に収束させるために使用される。
【００３４】
方法の他の実施態様において、出力データは、ＥＣＭ／ＥＭデータ、ＩＭ／ＥＣＭデータ、ＥＭシステム・データから放出データを計算するために放出モジュールを使用してさらに計算される。ＥＭシステム・データはシステム・データのサブセットである。出力データは、放出データを備え、これは、好ましい実施態様では、ＮＯｘ濃度および／または粒子物質濃度を表す。
【００３５】
他の実施態様において、ＥＣＭ／ＥＭデータは、収束シリンダ圧力、収束吸込み流れ、吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ圧力、吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ温度を備える。吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ圧力と吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ温度は、エンジン・サイクル・モジュールによって提供される。
【００３６】
本発明の他の実施態様において、ＩＭ／ＣＭデータは、噴射のＩＭ率と噴射のＩＭ開始を備える。ＩＭ／ＥＣＭデータは、噴射のＩＭ燃料流れとＩＭ開始を備える。ＣＭ／ＥＣＭデータは、燃焼のＣＭ熱放出率とＣＭ開始を備える。ＩＭシステム・データは、インジェクターの幾何学的形状、エンジン速度、周囲圧力、インジェクター・コマンドを備えることができる。ＣＭシステム・データは、エンジン速度とエンジンの幾何学的形状を備える。ＥＣＭシステム・データは、エンジンの幾何学的形状、周囲圧力、周囲温度、エンジン速度を備える。
【００３７】
エンジンが気体燃料によって少なくとも部分的に燃料供給され、好ましい実施態様では、気体燃料が天然気体である方法を実施することができる。気体燃料は、メタン、エタノール、プロパンを備えることもできる。他の好ましい実施態様では、気体燃料は水素である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本開示において、具体的には気体燃料供給直接噴射内燃エンジンについて、エンジン制御に関して作用する方法が教示される。方法は、内燃エンジン挙動を予測する。
【００３９】
図１を参照すると、流れ図は、統合エンジン方法（ＩＥＭ）８を示す。流れ図は、インジェクター・モジュール（ＩＭ）１０、燃焼モジュール（ＣＭ）１２、エンジン・サイクル・モジュール（ＥＣＭ）１４、放出モジュール（ＥＭ）１６の統合を示し、それぞれ、提供される入力データに基づいて出力データを計算する。出力データは、インジェクターの挙動、選択燃料にに対する選択燃焼モード、エンジン挙動、対象エンジンによって生成される放出を表す。システム・データ１８が、以下において詳細に記述される幾何学的形状パラメータと動作パラメータを含む。ＩＥＭ８の動作を開始するためにシステム・データ１８を使用する。システム・データ１８は、ＩＥＭ８に対して使用される全データを列挙する。システム・データ１８、ＩＭシステム・データ２０ｂ、ＣＭシステム・データ２１ｂ、ＥＣＭシステム・データ３１、ＥＭシステム・データ３９のサブセットが、それぞれ、各モジュールに使用されるシステム・データ１８を提供する。
【００４０】
また、初期データ、すなわち初期シリンダ圧力（Ｐcyl0）データ１９と初期吸込み空気流量（Ｑin0）もある。排出気体再循環（ＥＧＲ）が使用または考慮される場合、排出気体再循環流量（Ｑegr0）も初期データとして提供される。Ｑin0とＱegr0は、ＥＧＲが使用される場合、一緒にしてＣＭ入力データ２１であり、ＥＧＲが使用されないときは、Ｑin0のみである。
【００４１】
頭に矢印を有する線が、ＩＥＭ８を通して、モジュール１０、１２、１４、１６間でデータを経路指定するデータ経路を表し、システム・データ１８、Ｐcyl0データ１９、ＣＭ入力データ２１をＩＥＭ８に経路指定するためのデータ経路を表す。データ経路２０、２２、２４ｂは、ＩＭシステム・データ２０ｂ、Ｐcyl0データ１９、Ｐcylnデータ２３をそれぞれＩＭ１０に向ける。データ経路２６、２８は、ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５とＩＭ／ＣＭデータ２７をそれぞれ示されるようにＩＭ１０から向ける。ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５は、ＥＣＭ１４とＥＣＭ１６に向けられる。ＩＭ／ＣＭデータ２７は、ＣＭ１２に向けられる。システム・データ１８のサブセットであるＩＭシステム・データ２０ｂは、インジェクター幾何学的形状データ（ＧＥＯinj）、インジェクター・コマンド、示される実施形態ではレール圧力（Ｐrail）、燃焼のコマンド開始（ＳＯＩcmd）、コマンド・パルス幅（ＰＷcmd）だけでなく、エンジン速度（ＲＰＭeng）と対象エンジンの周囲圧力（Ｐamb）を備える。
【００４２】
データ経路２４ｂは、経路２４から始まり、以下で議論されるように大ループの反復が完了した後、Ｐcylnデータ２３をＩＭ１０に向ける。
【００４３】
上記で留意されたように、ＩＭ／ＣＭデータ２７とＣＭ入力データ２１（経路４０を経て向けられる）と共に、ＣＭ１２も、経路３０ｃを経てＣＭシステム・データ２１ｂを取り入れ、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９を生成する。ＥＣＭ１４を経た反復の後、以下で記述されるように、ＣＭ１２は、経路３４を経て向けられたＥＣＭ／ＣＭデータ３５をも使用し、ＥＣＭ／ＣＭデータ３５は、後続反復においてＣＭ入力データ２１と置き換わる。
【００４４】
ＥＣＭ１４は、それぞれ経路２４ｂ、２４ａ、３４を経てＩＭ１０、ＥＭ１６、ＣＭ１２に向けられるＰcylnデータ２３、ＥＣＭ／ＥＭデータ３３、ＥＣＭ／ＣＭデータ３５を提供するために、経路２６ｂ、３２、３０ａからそれぞれＩＭ／ＥＣＭデータ２５、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９、ＥＣＭシステム・データ３１を使用する。ＥＣＭシステム・データ３１は、システム・データ１８のサブセットである。経路３６は、エンジン出力データ３８を提供し、これは、以下で記述されるように、各反復により、またはいくつかの反復の完了時に生成することができる。経路３４は、経路４０、経路２８、経路３０ｃと共に、上記で留意されたように、ＥＣＭ／ＣＭデータ３５、ＣＭ入力データ２１、ＩＭ／ＣＭデータ２７、ＣＭシステム・データ２１ｂをＣＭ１２に伝達する。
【００４５】
経路２４ａ、２６ａ、３０ｂは、それぞれＥＣＭ１４、ＩＭ１０、システム・データ１８から、ＥＣＭ／ＥＭデータ３３、ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５、ＥＭシステム・データ３９をそれぞれＥＭ１６に向け、ＩＭ１６は、線４２を経て放出データ４１を生成する。ＥＭシステム・データ３９はシステム・データ１８のサブセットである。
【００４６】
上記で記述されたように、ＩＭシステム・データ２０ｂと共に、他のデータ、ＥＣＭシステム・データ３１、ＣＭシステム・データ２１ｂ、ＥＭシステム・データ３９が、システム・データ１８から選択される。ＥＣＭシステム・データ３１は、エンジンの幾何学的形状（ＧＥＯeng）、ＲＰＭeng、Ｐamb、周囲温度（Ｔamb）を含む。ＥＧＲと可変幾何学的形状タービン（ＶＧＴ）のこれらの特徴が考慮または制御されるエンジンにおいて使用される場合、ＥＧＲバルブ流れ領域（Ａegr）と可変幾何学的形状タービン位置（ＶＧＴpos）も含まれることが可能である。当業者なら理解するように、他の変数も、エンジンに応じて含まれてもよい。
【００４７】
ＰambとＴambは、ＩＭ１０とＥＣＭ１４の両方へのシステム・データ１８の要素ではあるが、想定値または較正値を使用し、ＩＭ１０とＥＣＭ１４の両方における燃焼アルゴリズムにファクタ化し、それによって、実際には、これらを値として与える必要を回避することができることに留意されたい。これは、ＧＥＯeng、ＧＥＯinj、ＲＰＭengと呼ぶこともできるが、システムの適応性は、このパラメータを定数として設定することによって限定される。この応用例の目的では、これらの３つのパラメータは、それらを使用するモジュールに「ハードワイヤード」される場合でも、システム・データのサブセットとして提供されると考えられる。
【００４８】
ＣＭシステム・データ２１ｂとＥＭシステム・データ３９は、両方の場合においてＧＥＯengとＲＰＭengを含む。ＥＭ１６の場合の事後処理やＥＭ１６の適用性などの事項に応じて、他の変数が使用されることが可能である。
【００４９】
当業者なら理解するように、ＧＥＯengは、エンジン・シリンダ直径、シリンダの数、ピストン・ストローク、接続ロッド長、クリアランス高さ、圧縮比、サイクル当たりのストローク（２ストローク・サイクルまたは４ストローク・サイクル）、シリンダ当たりの吸込みバルブと排出バルブの数、バルブの直径、バルブのリフトとタイミング図、コンプレッサとタービンの数（本開示の目的では、これらはエンジンの特徴であると想定されるが、あるとすれば）、コンプレッサのサイズと特性、任意のタービンのサイズと特性などを含めて、いくつかの変数によって決められる基準である。
【００５０】
当業者なら理解するように、ＧＥＯinjは、インジェクター針のサイズ、プランジャのサイズ、流れチャネルとリザーバのサイズ、インジェクター穴のサイズ、インジェクター穴の数を含む変数によって確定される基準である。
【００５１】
エンジン出力データ３８と放出データ４１である出力データは、パワー（Ｐbrake）とトルク（τbrake）、燃料経済（ＢＳＦＣ）、排出放出（ＮＯｘ、ＰＭ）、吸込み空気流れ（Ｑin）、Ｐcyl、タービン入口の温度と圧力（Ｔti，Ｐti）、コンプレッサ出口の温度と圧力（Ｔco，Ｐco）、タービン速度（νturb）を含む。使用される場合、ＥＧＲ率（Ｑegr）もエンジン出力データ３８と共に提供することができる。当業者なら理解するように、排出流れ（Ｑexh）などの変数を、重要である場合に設けることができる。ＣＭ１２からＣＭ／ＥＣＭデータ２９と共にＥＣＭに当初伝達されるＥＣＭ１４からの中間パラメータである熱放出率（ＨＲＲ）も、Ｐbrakeとτbrake、ＢＳＦＣ、Ｑin、Ｑegr、Ｐcyl、Ｔco、Ｔtiなどのエンジン性能パラメータを生成するために、エンジン・サイクル・モデルによって使用されてもよい。
【００５２】
ＩＭ／ＣＭデータ２７、ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９は、ＩＭ／ＣＭデータ２７の場合、噴射率（ＲＯＩ）、噴射の決定開始（ＳＯＩ）を含む。ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５の場合、ＳＯＩと燃料供給率（Ｑfuel）が含まれる。ＣＭ／ＥＣＭデータ２９の場合、ＨＲＲと燃焼開始（ＳＯＣ）が提供される。これらのデータ・セット２７、２５、２９は、初期入力データであるＰcyl0データ１９とＣＭ入力データ１２をより精確に反映して精巧にするＰcylnデータ２３セットとＥＣＭ／ＣＭデータ３５セットに収束させるために使用される２つの反復ループの基本を形成する。ＥＣＭ／ＣＭデータ３５は、Ｑinnと呼ばれるＱinの現行反復を含み、Ｑegrnと呼ばれるＱegrの現行反復を、これが使用エンジンの特徴であるか否かに応じて、含むまたは含まないことが可能である。
【００５３】
ＥＣＭ／ＥＭデータ３３は、Ｑin、Ｐcyl、システムの特徴である場合はＱegrを含むとともに、吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ圧力（Ｐivc）、吸込みバルブ閉鎖時間シリンダ温度（Ｔivc）を含む。燃料の流量、空気、ＥＧＲ、吸込みバルブ閉鎖における圧力と温度、ＩＥＭ８モジュールにより、ＥＭ１６は、ＮＯｘ放出などの放出データ４１を計算する。
【００５４】
図２、３を参照すると、小ループ９８と大ループ１１８は、ＩＥＭ８が自己支持動作を開始して、エンジン出力データ３８と放出データ４１を生成するのに十分な精度の初期入力データを確立するために使用される反復アルゴリズムである。以下、議論する。
【００５５】
図２を参照すると、小ループ９８反復、初期データ、ＣＭ入力データ２１、ＣＭシステム・データ２１ｂ、ＩＭ／ＣＭデータ２７が、それぞれ流れ経路４０、３０ｃ、２８を経てＣＭ１２に向けられる。ＣＭ１２は、経路３２を経てＥＣＭ１４に送るＣＭ／ＥＣＭデータ２９を計算し、ＥＣＭは、閉じている開始アルゴリズムにおいて再びＣＭ１２に向けるＥＣＭ／ＣＭデータ３５を、ＥＣＭシステム・データ３１を使用して生成する。小ループ収束ステップ２００において見られるように、各反復のＥＣＭ／ＣＭデータ３５であるＱinn（およびＥＧＲが使用される場合はＱegrn）が、ＥＣＭ／ＣＭデータ３５に提供されている先行値Ｑinn-1（およびＥＧＲが使用される場合はＱegrn-1）と比較される。
【００５６】
図３において、大ループ１１８反復は、大ループ１１８と小ループ９８との相互作用を示す。大ループ１１８は、すべて、経路２０、２２、２４ｂを経てＩＭ１０に向けられるデータ、すなわちＩＭシステム・データ２０ｂ、Ｐcyl0データ１９、それに最終的にはＰcylnデータ２３からのＰcylの現行反復値、すなわちＰcylnを含む。結果的なＩＭ／ＣＭデータ２７が、経路２８を経てＣＭ１２に伝達される。ＣＭ１２は、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９を生成するために、このデータ、経路３０ｃ、４０、３４を経て伝達されたＣＭシステム・データ２１ｂ、ＣＭ入力データ２１、最終的にはＥＣＭ／ＣＭデータ３５を使用する。ＣＭ／ＥＣＭデータ２９は、経路３２を経てＥＣＭ１４に伝達される。ＥＣＭ１４は、以下で議論されるように、Ｑinn（および適切であればＱegrn）を生成するために、この値が収束するまで、小ループ９８の反復を実施し、その後、ＥＣＭ１４は、大ループ収束ステップ２０２が完了した後、経路２４ｂを経てＩＭ１０に伝達されるＰcylnデータ２３を生成する。
【００５７】
大ループ１１８のデータ流れ経路が、図４、５に示されている。図４を参照すると、初期流れ経路１６０が設けられ、大ループ１１８が、ＩＭ１０から開始されて、気体流れループを通り、ＩＭ１０に戻る。後続大ループ流れ経路１６２が、図５に示されている。この場合、ＩＭ１０、ＣＭ１２、ＥＣＭ１４は、連続的に循環される。
【００５８】
実施時、図１を参照すると、モジュール１０、１２、１４、１６のそれぞれは、考慮されているエンジンの形態を表す結果を生成するために、入力データを必要とする。個々のモジュールの入力データは、追求される制御精度、使用者またはオペレータの要求、開ループ制御またはエンジン挙動予測に利用可能な時間などの事項に依存する。一般に、当業者なら理解するように、制御とエンジン予測を実施するために、あるデータが必要とされる。使用者の要求、当該エンジン、結果的なデータに関する追求される精度に応じて、追加のデータで制御とエンジン予測アルゴリズムを補足することが可能である。
【００５９】
初期評価が、本方法を開始するために必要とされる。開示は、図２から５に示される２つの反復プロセスを使用し、それぞれが、この推定値に対して収束ステップを実施することによって初期推定の不正確さを補正するために、当初評価することが比較的容易であるデータに対する推定を限定し、かつ大ループ１１８と小ループ９８を使用することによって、この初期推定の影響を限定する。
【００６０】
ＩＥＭ８は、出力データであるエンジン出力データ３８と、対象であれば放出データ４１を生成するために、初期データＰcyl0データ１９とＣＭ入力データ２１とともに、システム・データ１８、すなわち幾何学的形状データＧＥＯinj、ＧＥＯeng、動作データＰrail、ＳＯＩcmd、ＰＷcmd、ＲＰＭeng、Ｔamb、Ｐambを使用する。ＣＭ入力データ２１は、ＥＧＲが使用されない場合、Ｑin0のみに限定されることが可能である。また、エンジン制御において使用される場合、本方法は、本質的にＧＥＯinj、ＧＥＯengを使用せず、ＧＥＯinj、ＧＥＯengを考慮して出力データを計算することが可能である。すなわち、これらの幾何学的形状「変数」は、エンジン制御装置において変数ではない可能性があるが、その理由は、そのようなエンジンは、全体を通して同じＧＥＯinjとＧＥＯengを維持するからである。しかし、変数ＧＥＯinjとなる可変バルブ作動とＧＥＯengとなる可変圧縮比を考慮するような適応性も利用可能である。それぞれは、難解な変数であり、ＩＭＥ８がエンジン制御の実時間マッピングすることを可能にする。
【００６１】
エンジンを制御するために、Ｔamb、Ｐamb、ＲＰＭengが測定されて、制御装置に送られる。これらの変数は、エンジン挙動予測のために事前に決定することができる。動作データＰrail、ＳＯＩcmd、ＰＷcmd、は、制御装置によって変換される、または追求されるエンジン挙動予測を考慮して事前に決定される、エンジンのオペレータによって必要とされる要求を表すオペレータ・コマンド変数である。
【００６２】
当業者なら理解するように、制御されるエンジン、または予測されるエンジンに応じて、追加の変数を追加することができる。例は、随意選択構成要素ＶＧＴとＥＧＲを有するエンジンを反映して、図１に示されるＶＧＴposとＡegrを含む。対象エンジンにおいて使用される場合、他の変数を含むことが必要である。
【００６３】
ＩＥＭ８は、エンジン出力データ３８と放出データ４１を提供するために、モデルＩＭ１０、ＣＭ１２、ＥＣＭ１４によるＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９、ＥＣＭ／ＥＭデータ３３の生成に依拠する。しかし、これらのデータ・セット２５、２９、３３の各１つは、大ループ１１８と小ループ９８で実施される反復によって生成されるＰcylnデータ２３とＥＣＭ／ＣＭデータ３５に依存する。すなわち、ＩＭ１０は、出力データ３８、４１を提供するために有用なＰcylのデータ・セットを生成するために、大ループ１１８の後続サイクルにおいてＰcylnデータ２３の収束値を必要とする。同様に、ＣＭは、出力データ３８、４１の両方を導出するのに有用であるが、大ループ１１８を経たＰcylnデータ２３の収束を支持するのにも有用であるＱin（およびＥＧＲが使用される場合はＱegr）のデータ・セットを生成するために、小ループ９８の後続サイクルにおいてＥＣＭ／ＣＭデータ３５の収束値を必要とする。
【００６４】
ＥＣＭ１４とＥＭ１６は、教示される方法において、方法の開始では利用可能ではない初期データを必要とする。ＥＣＭ１４は、任意の有用なデータを生成することができるようになる前に、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９を必要とする。同様に、ＥＭ１６は、放出データ４１を生成する前に、ＥＣＭ／ＥＭデータ３３を必要とする。したがって、教示される方法には、統合システムが全体として実施される前に、実施されなければならないステップが存在する。まず、ＩＭ１０とＣＭ１２が、生成データであるＰcylnデータ２３、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９、ＥＣＭ／ＥＭデータ３３、ＥＣＭ／ＣＭデータ３５の第１セットを生成するために、以下で記述されるように、大ループ１１８と小ループ９８においてＥＣＭと共に動作する。
【００６５】
図２、３を参照すると、大ループ１１８と小ループ９８は、２つのループを進むことによって、ＩＥＭ８を開始する。方法は、まず、小ループ９８を経て反復を実施して、Ｑin（およびＱegrが使用される場合はＱegr）に収束する。完了後、大ループ反復が続行され、Ｐcylに収束する。
【００６６】
大ループを開始すると、Ｐcylの推定、すなわちＰcyl0が作成される。これにより、ＩＭ／ＣＭデータ２７が生成されることが可能になる。次いで、ＣＭ１２は、小ループ９８を開始するために、当初利用可能な推定ＣＭ入力データ２１であるＱin0（およびＥＧＲが使用される場合はＱegr0）とＣＭシステム・データ２１ｂを、ＩＭ／ＣＭデータ２７とともに取り入れることが可能になる。ＣＭ１２は、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９を生成し、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９により、ＥＣＭが、このデータにＥＣＭシステム・データ３１を加えて使用して、Ｑinの第１反復値、具体的にはＱin1と、各後続反復についてはＱinnを提供することが可能になる。再び、ＥＧＲが使用される場合、第１反復値Ｑegr、すなわちＱegr1と、各後続反復についてはＱegrnが提供される。
【００６７】
収束ステップ２００が実施され、示される関係が考慮される。正しければ、収束ステップは完了する。より一般的には、このステップは、Ｑinの第１反復値Ｑin1とＱin0とを比較することを含む。しかし、一般に、反復ステップは、現行ＱinであるＱinnとＱinの先行値Ｑinn-1とを比較することを含む。ＱinnとＱinn-1との差の絶対値ΔＱinは、応用例に許容可能である所定の誤差εQと比較される。追加の反復が、
【００６８】
【数１】
2007506033.tif 000003
であるとき実施され、Ｑinは、
【００６９】
【数２】
2007506033.tif 000004
のとき、Ｑin＝Ｑinnであるように設定される。この時点で、小ループ反復は、大ループ１１８の第１サイクルについて完了する。
【００７０】
この応用例の目的では、Ｑinは、｜Ｑinn−Ｑinn-1｜≦εQであるとき、Ｑinnとして確定されるＱinnの収束値である。
【００７１】
これらの値は、｜Ｑin−Ｑinn-1｜≧εQであるとき、後続反復のためにＣＭ１２を再び通るように向けられる。ＣＭ１２は、小ループ９８の各反復を通して同じままであるＩＭ／ＣＭデータ２７、ＳＯＩとＲＯＩ、ＧＥＯengとＲＰＭengから、新しいＣＭ／ＥＣＭデータ２９、ＨＲＲ、ＳＯＣを再び計算する。
【００７２】
同じプロセスが、ＥＧＲが使用される場合にＱegrを決定するために実施される。すなわち、ＱegrnとＱegrn-1との差の絶対値ΔＱegrは、応用例に許容可能である所定の誤差εQegrと比較される。追加の反復が、
【００７３】
【数３】
2007506033.tif 000005
であるとき実施され、Ｑegrは、
【００７４】
【数４】
2007506033.tif 000006
であるとき、Ｑegr＝Ｑegrnであるように設定される。この応用例の目的では、Ｑegrは、｜Ｑegrn−Ｑegrn-1｜≦εQegrであるとき、Ｑegrnとして確定されるＱegrnの収束値である。
【００７５】
Ｑin＝Ｑinn（および適切である場合Ｑegr＝Ｑegrn）であるこのステップの完了時に、小ループ９８を経た初期反復サイクルは完了し、大反復ループを通る反復が続行される。ここで、Ｐcylの結果的な第１反復、この場合はＰcyl1であるが、一般にはＰcylnが、収束ステップ２０２を経て送られ、示される関係が考慮される。正しければ、収束ステップは完了する。より一般的には、これは、Ｐcylの第１反復値であるＰcyl1をＰcyl0と比較することを含む。しかし、一般に、反復ステップは、現行ＰcylであるＰcylnとＰcylの先行値Ｐcyln-1とを比較することを含む。ＰcylnとＰcyln-1との差の絶対値ΔＰcylは、応用例に許容可能である所定の誤差εPと比較される。追加の反復が、
【００７６】
【数５】
2007506033.tif 000007
であるとき実施され、Ｐcylは、
【００７７】
【数６】
2007506033.tif 000008
であるとき、Ｐcyl＝Ｐcylnであるように設定される。この時点で、大ループ１１８の反復は完了し、ＰcylとＱin（ＥＧＲが使用される場合Ｑegr）がＩＥＭ８の完了を考慮して決定される。Ｐcylの各反復は、
【００７８】
【数７】
2007506033.tif 000009
である場合、Ｑinについていっそう精確な値を生成する、上記で記述された小ループ９８を経た反復ステップの他のセットを必要とする。
【００７９】
この応用例の目的では、Ｐcylは、｜Ｐcyln−Ｐcyln-1｜≦εPであるとき、Ｐcylnとして確定されるＰcylnの収束値である。
【００８０】
また、｜ΔＰcyl｜と｜ΔＱin｜を考慮する収束は、ＰcylとＱinの反復値を比較する等価な手段によって決定することができ、値が収束したという決定が得られることにも留意されたい。これらは、値の絶対値または差を決定せずに、反復値を直接比較することを含む。当業者なら理解するように、他の方法も、追求される値の収束を評価するために利用可能である。
【００８１】
εQ、εQegr、εPの適切な値の例は、結果的なＱinn、Ｑegrn、Ｐcylnの２％未満である。値は、オペレータの要求に応じて、はるかにより大きい、またははるかにより小さいとすることができる。
【００８２】
大ループ１１８または小ループ９８のいずれかを通る反復数は、一般に、使用者と、考慮される応用例の結果について追求される精度に対して均衡される各反復に利用可能な時間によって決定される。これは、提供される例示的な方法では、εPとεQのそれぞれについて事前に決定されている値によって提供される。
【００８３】
教示される方法の利点は、初期推定データが、Ｐcyl0（およびＥＧＲが使用される場合はＱegr0）に限定されることである。当業者なら理解するように、これらの２つの値は、エンジン制御またはエンジン挙動予測について推定するのが比較的容易であるので、予測の制御または精度の効率は、主に、これらの推定と各モジュールの精度に対して決定される。
【００８４】
一般に時間の関数（通常、クランク角度の回転度数で表される）であるが、Ｐcyl0は、単一の一定圧力として推定されることも可能であり、一般に、後続大ループ流れ経路１６２を通る大ループ１１８の数回の反復の完了後、精確な結果が得られる。エンジン制御の場合、Ｐcyl0は、最終完了予測データ・セットに由来することができる。
【００８５】
各モジュールを考慮すると、ＩＭ１０は、データ２７、すなわちＲＯＩとＳＯＩを生成するために、第１反復のＰcyl0と後続反復のＰcylnと共に、システム・データ１８のいくつか、すなわちＧＥＯinj、Ｐrail、ＳＯＩcmd、ＰＷcmd、ＲＰＭeng、Ｐambを使用する。ＩＭシステム・データ２０ｂ値の各１つは、コマンド値、または望ましい値、あるいは所定の値として使用者によって提供される。
【００８６】
しかし、システム・データ１８、すなわちＧＥＯeng、Ｔamb、Ｐamb、ＲＰＭengからのデータの選択とともにＥＣＭ１４に目を向けると、ＥＣＭ１４は、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９、ＨＲＲとＳＯＣ、ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５、ＳＯＩ、Ｑfuelをも必要とする。これらは、当初評価することが比較的困難な値であるが、その理由は、エンジンの上流側挙動によって示唆される値、すなわち例として、実際のＳＯＩを想定するが、ＳＯＩcmdを想定しないからである。しかし、ＣＭ１２は、そのようなデータをＩＭ１０と共に提供することができる。ＣＭ１２は、ＣＭ入力データ２１（および使用される場合Ｑegr0）を使用する。この値と共に、ＣＭ１２は、ＩＭ／ＣＭデータ２７、すなわちＳＯＩとＲＯＩを、システム・データ１８、すなわちＧＥＯengとＲＰＭengとともに使用して、ＨＲＲとＳＯＣの第１反復を提供する。これは、小ループ９８を開始し、ＨＲＲとＳＯＣが、上記で記述されたようにＥＣＭ１４を開始するために提供される。
【００８７】
再び図１を図４、５と共に参照すると、初期大ループ流れ経路１６０と後続大ループ流れ経路１６２（図５参照）を通るデータ流れが、放出データ４１を生成するために、ＥＭシステム・データ３９、ＱfuelとＳＯＩであるＩＭ１０生成ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５と共に、ＥＭ１６によって生成されるＥＣＭ／ＥＭデータ３３の導出を示す。ＩＭ１０、ＣＭ１２、ＥＣＭ１４のいずれも、ＥＭ１６生成データを使用しないので、モジュールとしてのＥＭ１６は、反復プロセスから除外して、ＰcylとＱin（およびＥＧＲが使用される場合はＱegr）が決定されるとき、再び持ち込むことができる。
【００８８】
ＩＥＭ８の結果は、放出データ４１とエンジン出力データ３８、すなわちＮＯｘ、ＰＭ、Ｐbrake、τbrake、ＢＳＦＣ、Ｑin、Ｐcyl、νturb、Ｔco、Ｔti、Ｐco、Ｐti、ＥＧＲが使用される場合は、Ｑegrの生成である。考慮されるエンジンと、使用されるＥＣＭ、ＣＭ、ＩＭ、またはＥＭのモジュールに応じて、他のデータを生成することができる。結果的な値は、予期される値と比較することができ、追求される結果が達成されるまで、第３反復プロセスを実施して、ＮＯｘ、ＰＭ、Ｐbrake、τbrake、ＢＳＦＣなどを収束させ、異なるＩＭシステム・データ２０ｂと異なるＥＣＭシステム・データ３１を選択することができる。本質的に、これは反復プロセスであり、実際には、例として、オペレータが、さらなる能力を要求し続け、Ｐrail、ＳＯＩcmd、ＰＷcmdなどの値を調節することができる場合にこれらの値を調節し続ける場合に使用される。たとえば、エンジンからのよりいっそうの能力を命令するドライバが、自分の要求を満たすために追求される率でペダル位置を調節する。当業者なら理解するように、スロットルは、実際には所与のＳＯＩcmdとＰＷcmdに変換され、いくつかのエンジンでは、Ｐrailまたは使用される場合はＱegrの変化を考慮することが可能である。これらの変化する変数により、エンジンは、この例ではドライバについて追求される要求に駆動されることが可能にある。同様に、追求される放出レベルは、Ｐrail、ＳＯＩcmd、ＰＷcmdの第１セットを処理し、次いで、オペレータの他の要求を依然として考慮に入れながら、追求される放出を満たすようにこれらを調節した後、ＥＭ１６によって提供される結果を考慮することによって満たすことができる。制御装置の場合、予測される出力データが、実際の出力データをＥＣＭ出力データ３８と放出データ４１と整合させた後、制御装置は、決定されたＰrail、ＳＯＩcmd、ＰＷcmdで動作するようにエンジンに命令する。他の議論が、以下において提供される。
【００８９】
エンジン予測応用例は、データが、ある点でＩＥＭオペレータの目的を満たすとき、エンジン挙動を表す出力データを提供する。
【００９０】
以下の表は、特定のエンジン設計についてエンジン出力データ３８と放出データ４１を提供するために考慮することができる変数のタイプの概要を提供する。
【００９１】
【表１】
2007506033.tif 000010
【００９２】
気体燃料エンジンでは、パイロット噴射特徴が、気体燃料直接噴射高圧縮比エンジンのタイプには一般的である天然ガス／パイロット燃料燃焼を管理するために、ＣＭ１２と共にＩＭ１０内において実施できることに留意されたい。結果的なＣＭ／ＥＣＭデータ２９は、当業者なら理解するように、方法の残りを支持するように生成することができる。
【００９３】
図６を参照すると、本発明は、エンジン制御環境において使用される一実施形態について記述されている。この場合、オペレータまたはドライバからのオペレータ・コマンド３００が、エンジン動作コマンドを提供する。この例では、通常はドライバからのペダル位置が、ＥＣＵ３０２においてルックアップ表によってトルク・コマンドτcmdに変換される。このτcmdは、エンジン３０５からＥＣＵ３０２へのエンジン速度ＲＰＭeng（データ・ファイル３０４参照）と共に、監視制御ユニット（ＳＣＵ）３０８に向けられ、まとめてＳＣＵ入力データ３０６と呼ばれる。ＳＣＵ３０８は、τcmdから、エンジン動作の動作境界データ３１０をＥＣＵ３０２に提供する。これらは、最大シリンダ圧力（Ｐcylmax）を含み、要求粒子放出（ＰＭdmd）、要求ＮＯｘ放出（ＮＯxdmd）、タービン入口における要求温度（Ｔtidmd）、コンプレッサ出口における要求温度（Ｔcodmd）などを含む。トルクがある範囲内に維持される場合、修正されたトルクを含むこともできる。
【００９４】
次いで、システム・データは、ＩＥＭ８が出力データを計算するために、ＩＥＭ８に提供される。具体的には、ＥＣＵ３０２は、ＩＥＭ８に、入力データ３１２のサブセット、すなわちこの場合は初期インジェクター・コマンドである噴射の初期開始（ＳＯＩcmd0）、初期レール圧力（Ｐrail0）、初期パルス幅（ＰＷcmd0）、ＳＣＵ入力データ３０６からのτcmdとＲＰＭengを提供する。随意選択として、初期可変幾何学的形状タービン位置（ＶＧＴpos0）と初期有効ＥＧＲバルブ流れ領域（Ａegr0）を提供することができ、これらの変数は、本エンジンの特徴を反映する。ＩＥＭ８も供給され、または、ベース・データ３１４、すなわちＧＥＯinj、ＧＥＯeng、Ｔamb、Ｐambを記憶する。最後の２つの変数は、適切なセンサによって提供される。また、エンジンを所与のＴambとＰambについて較正することも可能であり、この場合、ＴambとＰambの実際の測定または推定は必要ではない。
【００９５】
システム・データ、すなわち入力データ３１２とベース・データ３１４により、ＩＥＭ８は、次いで、出力（予測）データ３１６を提供する。制御のために、出力データは、一般に、τbrakeを含むエンジンアウト・データ、出力制御パラメータを含むべきであり、出力制御パラメータは、Ｐcylを含み、Ｔti、Ｔco、ＮＯｘ、νturb、ＰＭを含むことができ、また、通常はＢＳＦＣである燃料消費を含むことができる。次いで、これらの値は、追求されるトルクτcmdや、データ３１０においてＳＣＵ３０８によって示される任意の動作境界データと比較される。一般に、いくつかの動作境界データ３１０の関数である要求制御パラメータＣＯＮＰdmdは、第１反復において提供された生成された制御パラメータＣＯＮＰnと比較される。２つの結果が、ステップ３１８により得られる。パラメータ・データ３１９としてＥＣＵ３０２を経て提供されるＣＯＮＰdmdとＣＯＮＰn、およびτcmdとτbrakeとの間において追求される関係が、ステップ３１８において提供される条件を満たさない場合、すなわち、
【００９６】
【数８】
2007506033.tif 000011
【００９７】
【数９】
2007506033.tif 000012
上式で、
【００９８】
【数１０】
2007506033.tif 000013
【００９９】
【数１１】
2007506033.tif 000014
であり、一方、決定された燃料消費ＢＳＨＣが、（ｍｉｎ（ＢＳＦＣ））より大きい条件を満たすように最小値を満足する場合、他の反復が、新しい予測データ・セット３１６を決定するために、ステップ３２０を経て実施される。具体的には、シンプレックス３２２などの多次元解を導出するための収束アルゴリズムが、入力データ３２４の新しいセットを生成するために使用され、このセットは、τcmdとＲＰＭengと共に、ＩＥＭ８が予測データ・セット３１６を生成することを可能にするために、ＩＥＭ８に伝達される。入力データ３２４を通る各ｎ反復が、後続インジェクター・コマンドを提供し、再びこの場合、噴射の開始（ＳＯＩcmdn、ｎ＝１、２、・・・、最終）、レール圧力（Ｐrailn、ｎ＝１、２、・・・、最終）、パルス幅（ＰＷcmdn、ｎ＝１、２、・・・、最終）と可変幾何学的形状タービン位置（ＶＧＴposn、ｎ＝１、２、・・・、最終）、さらに適切であれば有効ＥＧＲバルブ流れ領域（Ａegrn、ｎ＝１、２、・・・、最終）である。
【０１００】
一般に、ＣＮＯＰdmdは、Ｐcylmaxの関数であるが、その理由は、シリンダ圧力は、シリンダの物理的限定によって常に制約され、監視されることを必要とするからであることに留意されたい。式１１において留意される他の変数は、使用されるエンジンと対象の変数に応じて追加することができる。また、ＳＣＵ３０８は、ＣＯＮＰdmdを決定するために使用されるパラメータを提供するが、ＳＣＵ３０８は、ステップ３１８において使用するために、関係をＥＣＵ３０２またはＩＥＭ８に直接提供することもできる。
【０１０１】
最終的に、ステップ３１８は満たされ、その結果ステップ３２６を経てＥＣＵ３０２に至り、そこで、入力データ３２４について生成された最終値は、ＥＣＵ３０２に伝達され、それにより、ＥＣＭ３０２は、最終導出インジェクター・コマンド、すなわち噴射の開始（ＳＯＩeng）、レール圧力（Ｐraileng）、パルス幅（ＰＷeng）、および可変幾何学的形状タービン位置（ＶＧＴposeng）、ならびに適切であれば有効ＥＧＲバルブ流れ領域（Ａegreng）を使用して、エンジン３０５に動作するように命令することが可能になる。それぞれのコマンドは、ＳＯＩcmdn、Ｐrailn、ＰＷcmdn、およびＶＧＴposn、ならびに適切であればＡegrnについて決定されたそれぞれの最終値に設定される。すなわち、以下の通りである。
【０１０２】
【数１２】
2007506033.tif 000015
【０１０３】
実際には、ペダル位置の変化率などの変数が考慮される。上記で議論された反復プロセスは、オペレータのコマンドであるペダル位置の変化率を提供するはずである一連の異なるペダル位置にわたって実施する。
【０１０４】
オペレータ・コマンド間において行われる比較、またはオペレータの必要性を満たす可能な手段としてＩＥＭ８によって決定される条件と比較されるオペレータの要求は、エンジン動作に利用可能な範囲内において近似される。すなわち、オペレータは、一般に、自分の目的のために所与のトルクを必要とするが、エンジンの物理的な限定、または他の理由でＳＣＵ３０８によって設定される限定が、１セットのエンジンコマンドでは、追求されるトルクを阻止する可能性がある。したがって、ＥＣＵ３０２は、上記で留意されたように、オペレータ・コマンドを近似し、かつエンジンと車両またはタービンの設計の物理的境界内において依然として動作することができる修正トルクなどの追加の境界データを使用することが可能である。
【０１０５】
実際には、ＥＣＵ３０２は、図６において物理的に独立であるすべての構成要素を含むことができる。すなわち、ＥＣＵ３０２、ＳＣＵ３０８、ＩＥＭ８、シンプレックス３２２は、示唆されるように物理的に分離することができるが、ＥＣＵ３０２自体内においてルーチンを分離する可能性が高い。
【０１０６】
制御戦術の他の実施形態が、エンジンの実際のセンサを監視するために、エンジンの条件を表すエンジン条件値を使用する診断能力を含むことができる。この場合、予測動作条件と測定動作条件との相違が、放出センサ、ＥＧＲ流れモニタ、ノック・センサ、その他の燃焼品質センサなどにおける障害を識別することができ、上記のセンサ等は、すべて、そのような診断分析のために、ステップ３１８を満足する予測データ３１６と入力データ３２４と共に、ＥＣＵ３０２に供給することができる。次いで、将来のサイクルのために、ＥＣＵ３０２によって障害センサを発見して、無視することができる。搭載診断機能は、障害センサの存在に関して注意をうながすことができ、搭載診断規制に従って、適切な挙動を取ることができる。また、それらの障害センサの入力をＩＥＭ８生成値と置き換えることは、限定されたモデルに基づくエンジン制御について使用することができる。
【０１０７】
他の実施形態が、シリンダ内圧力センサと共に機能する制御戦術を提供する。ＩＥＭ８によって予測される燃焼の開始時、またはその近傍におけるシリンダ条件の予測値と、測定されたシリンダ内圧力センサとの間において、比較を行うことができる。これは、燃焼の開始または燃焼段階を調節するために使用される変数の制御を補足するように作用することができる。
【０１０８】
同様に、ＩＥＭ８によって可変率インジェクターの摂動を予測して制御することができ、そのようなインジェクターの値の利用を促進することができるそのようなインジェクターの信頼性を改善するように作用する。
【０１０９】
制御または予測モデルについて、当業者なら理解するように、入力データ３１２またはＩＭシステム・データ２０ｂなど、当初ＩＥＭ８によって使用される変数は、同じ情報を有効に提供する他のデータとすることができる。たとえば、入力データ３１２のインジェクター・コマンドは、ＳＯＩcmd0、Ｐcmd0、ＰＷcmd0を含むが、インジェクター・コマンドは、同じまたは同様の結果を有する初期のＳＯＩcmd、ＲＯＩcmd、Ｑfuelによって反映することもできる。燃料噴射および燃焼の特性を決定し、制御するために、他の変数を使用することができる。
【０１１０】
ＩＥＭ動作の例
ＩＥＭ８は、ＩＥＭの４つのモジュール、ＩＭ１０、ＣＭ１２、ＥＣＭ１４、ＥＭ１６のそれぞれを統合する。これらのモジュールは、いくつかのデータ・ファイルからなり、特性と機能に応じて独立ディレクトリにおいて保持することができる。
【０１１１】
エンジン挙動予測の本方法の例が提供される。例は、本発明の範囲を限定せず、本発明の一実施形態を示すことのみを意図する。ＩＭ１０について、使用されるデータ・ファイルは、制御ファイル、Ｐcyl0とＰcylファイル、コマンド・ファイル、出力ファイルを含む。制御ファイルは、噴射信号のＳＯＩcmdおよびＰＷcmdを確定し、したがって、ＩＭシステム・データ２０ｂのサブセットを確定する。例として、以下が、このファイル構造に一般的である。
【０１１２】
【表２】
2007506033.tif 000016
上記は、時間（ｍｓで表される第１列）、ならびにコマンドの開始と閉鎖時間（第２列）を確定し、ゼロが閉鎖を意味し、１が開始を意味する。例において、ＩＭシステム・データ２０ｂを参照すると、Ｐrailは定数であり、気体燃料エンジンの値の例は、１８５ｅ５Ｐａである。
【０１１３】
さらに、ＩＭ１０は、Ｐcyl0データ１９を保持するＰcyl0データ・ファイルを必要とする。例として、背圧ファイルは、以下のようにすることができる。
【０１１４】
【表３】
2007506033.tif 000017
【０１１５】
第１行は、ファイルのＰcylデータ点の総数と、データ点間のクランク角度間隔を提供する。第２行から順に初期読取りとして、クランク角度（ＣＡ）が第１列において提供され、バールで測定されたＰcyl0が第２列において提供される。この例では、Ｐcyl0は、制御ファイルのゼロ・タイミングに対応するゼロ度ＣＡから開始する。Ｐcyl0ファイルの０ＣＡの読取りは、エンジン・サイクルのＴＤＣを意味せず、制御ファイルの開始点を意味する。エンジン・サイクルに対応する噴射タイミングは、Ｐcyl0の開始点を変更することによって変化させることができる。
【０１１６】
また、Ｐcyl0は、上記で記述されたように、対象システムの背圧の推定であることに留意されたい。一般に、この推定は、同様の動作と物理仕様を有する実際のエンジンについて生成されたデータから得ることができる。また、Ｐcyl0は、先行収束圧力値（Ｑin0の場合と同様に、以下参照）から決定されたシリンダ圧力に等しく設定することができる。しかし、そのようなファイルが利用可能ではない場合、粗い推定ではあるが、一定圧力をＰcyl0について使用することができる。大ループ１１８の反復後、Ｐcylは、対象エンジンについて、エンジン・サイクルの過程中の背圧をより示唆する尺度を提供する。定数Ｐcyl0の例は、１０．０ｅ５ ｋＰａとすることができる。
【０１１７】
ＩＭ１０のコマンド・ファイルであるＩＭシステム・データ２０ｂは、インジェクターセッティングと動作条件を確定する。これらは、オペレータによって駆動される、考慮されるシステム、または制御されるシステムのパラメータを提供する。データは、ＩＭシステム・データ２０ｂとＩＭ入力データ１９、さらにモジュールが動作するのに必要であり、かつモデルを実行する期間、可能な最大時間ステップ、結果を出力する場所など、反復の境界を確定する通常の仕様において見られる変数と定数を含む。
【０１１８】
また、ＲＰＭengの測定値または事前確定値、およびＰambの測定値が使用される。ＲＰＭengの例は１７４０であり、Ｐambは１．０ｅ５ Ｐａである。これにより、ＩＭ１０を開始することによって大ループ１１８を開始することが可能になる。
【０１１９】
また、ＧＥＯinjファイルは、ファイルが以下のような情報を一般に含む場所と述べることができる。
【０１２０】
【表４】
2007506033.tif 000018
右側の列に代表的な単位が与えられる。
【０１２１】
すべて上記において留意されているＳＯＩcmd、ＰＷcmd、Ｐcyl0、Ｐrai、Ｐamb、ＲＰＭeng、ＧＥＯinjにより、通常の出力データ・ファイルをＩＭ１０から生成することができる。ＩＥＭ８によって使用される主なファイルは、フォーマット・ファイルであり、その例が以下において提供される。
【０１２２】
【表５】
2007506033.tif 000019
第１数はＲＰＭengであり、ＳＯＩ（上死点に対するクランク角度回転度数で測定される）と全燃料（ｍｇ／ｓｈｏｔで測定される）が続く。第１列は、クランク角度回転度数であり、第２列は、ＲＯＩ（この場合は［ｋｇ／ｃａ］で測定される）である。Ｑfuelは、当業者なら理解するように、ＲＯＩデータの積分から導出される。クランク角度−２５と−５および５と６５との間のデータのギャップは、節約のために設けられた。データ・ファイルは、これらのギャップを含まない。
【０１２３】
結果は、ＩＭ１０が生成するＩＭ／ＣＭデータ２７とＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５である。
【０１２４】
ＩＭ／ＣＭデータ２７が生成されているので、ＣＭ１２は、このデータにそれ自身のデータ・ファイル、ＣＭ入力データ２１（およびＥＧＲが、考慮されるエンジンにおいて考慮事項である場合はＱegr0）を加えて使用し、さらにＣＭシステム・データ２１ｂ、ＲＰＭeng、ＧＥＯengをも使用する。ＥＧＲを有する初期ＣＭ入力データ２１の例は、天然ガスについて、Ｑin0＝１５００．０ｋｇ／ｈｒ、およびＱegr0＝３００．０ｋｇ／ｈｒである。
【０１２５】
ＣＭ１２は、ＥＣＭ１４によって使用されるファイルにおいてＣＭ／ＥＣＭデータ２９を提供する。そのようなファイルの例は、以下の通りである。
【０１２６】
【表６】
2007506033.tif 000020
【０１２７】
上死点に対するＣＡ回転は、左列に提供され、ＨＲＲは、右列に提供される。当業者なら理解するように、ＳＯＣは、ＨＲＲデータから導出されるＣＭ／ＥＣＭ１２を備える。
【０１２８】
ＣＭ１２とＥＣＭ１４を通る反復は、小ループ９８で実行され、上記で教示されたように、推定されたＱin0、Ｑegr0を、Ｑin、Ｑegrに収束するＱinn、Ｑegrnで置き換える。小反復ループ完了後のＱinnの例は、１６６１．９ｋｇ／ｈｒである。後続大ループ１６２についてＩＭ１０に提供される結果的なデータ・ファイルの例は、以下の通りである。
【０１２９】
【表７】
2007506033.tif 000021
【０１３０】
データのすべてが、上記で記述されたように各ループ中にＩＭ１０によって使用されるわけではない。上記は、大ループの反復が終了する場合、ＥＣＭによって生成されるデータをも表す。
【０１３１】
ＨＲＲとＳＯＣを有するＥＣＭ１４が、Ｐcylを提供する。その例は、以下の通りである。
【０１３２】
【表８】
2007506033.tif 000022
【０１３３】
ＣＡが第１列に提供され、バールでＰcylが第２列に提供される。ＰcylnとＰcyln-1との比較後にεPによって決定されるように、大ループをさらに反復することが必要ではない場合、エンジン性能データ、すなわちエンジン出力データ３８、ＥＣＭ／ＥＭデータ３３、ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５が提供される。その例は、以下の通りである。
【０１３４】
【表９】
2007506033.tif 000023
【０１３５】
大ループ１１８を通る反復後、上記で記述されたようにＰcylがＰcylnに設定されるとき、ＥＣＭ１４からのＰcylの例は、以下の通りである。
【０１３６】
【表１０】
2007506033.tif 000024
【０１３７】
ＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５、ＥＣＭ／ＥＭデータ１６、ＥＭシステム・データ３９の完全セットにより、放出データ４１が、ＥＭ１６から生成される。上記に基づくＮＯｘの例は、２９５．３ｐｐｍである。
【０１３８】
大ループ１１８をより多く反復することは、最終的な出力データであるエンジン出力データ３８と放出データ４１をＥＣＭ１４とＥＭ１６から完全に生成する前に、精度を高めるように作用する。また、この出力データ、すなわちＩＭ１０とＣＭ１２からのデータであるＩＭ／ＥＣＭ／ＥＭデータ２５、ＩＭ／ＣＭデータ２７、ＣＭ／ＥＣＭデータ２９の基本も改善される。通常、上記のような例では、大ループを４回反復することが妥当である。
【０１３９】
直接噴射気体燃料燃焼について開発されたＣＭ１２が本発明に有用である。気体燃料が内燃エンジンの燃焼室に噴射される望ましい圧力は、液体直接噴射エンジンの場合よりはるかにＰcylに依存する。ディーゼル燃料が、天然ガスの場合より１桁大きいくすることができる圧力において噴射される。したがって、Ｐcylの範囲は、ＩＭ１０の精度にとって重要ではない。したがって、気体燃料エンジンを考慮するとき、大ループ１１８の完了後にＥＣＭ１４から導出されるＰcylを組み込んでいるＩＥＭ８により、ＩＭ１０の精度の向上とＩＥＭ８の機能の向上が可能になる。しかし、液体燃料が使用される場合、上記で記述された反復により実施されるようにＰcylの値を改善する必要性は低い。したがって、液体直接噴射エンジンについてこの形態に対処する必要性は低い。
【０１４０】
この応用例の目的では、サブモジュールであるＩＭ１０、ＣＭ１２、ＥＣＭ１４、およびＥＭ１６は、上記で議論された従来の技術の例を含み、使用者の応用例に応じて変更することが可能である。背景の議論を参照されたい。
【０１４１】
本発明の特定の要素、実施形態、および応用例が示され、記述されてきたが、本発明は、本開示の範囲から逸脱せずに、具体的には以上の教示を考慮して、当業者によって修正を実施することが可能であるので、それらに限定されるものではないことを理解されたい。
【０１４２】
【表１１】
2007506033.tif 000025
【０１４３】
【表１２】
2007506033.tif 000026
【０１４４】
【表１３】
2007506033.tif 000027
【０１４５】
【表１４】
2007506033.tif 000028
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】エンジン制御において使用される、またはエンジン挙動を予測するための統合エンジン・モデルの流れ図である。
【図２】小反復ループを示す流れ図である。
【図３】大反復ループを示す流れ図である。
【図４】図３に示される初期大ループのデータ流れ経路を示す図である。
【図５】図４の初期大ループに続く後続大ループのデータ流れ経路を示す図である。
【図６】統合エンジン・モデルがエンジン制御に使用されるデータ流れ経路を示す図である。
【図１】
2007506033.tif 000029
【図２】
2007506033.tif 000030
【図３】
2007506033.tif 000031
【図４】
2007506033.tif 000032
【図５】
2007506033.tif 000033
【図６】
2007506033.tif 000034
【国際調査報告】
2007506033.tif 000035
2007506033.tif 000036