(57)【要約】      （修正有）【課題】ハードウェア・イン・ザ・ループの複雑な吸排気システムトポロジーを有する多気筒エンジンのシミュレーションをリアルタイム且つエンジンの高回転速度で実行可能なシミュレーション環境を提供する。【解決手段】シリンダを多数のシリンダグループへグループ化し、各グループのうち１つのシリンダをマスターシリンダとして設定し、同グループにおける他の全てのシリンダをスレーブシリンダとして設定する。各シミュレーション時間ステップは、マスターシリンダのシミュレーションによってそれぞれのシミュレーションステップ内で、少なくとも１つのクランク角度位置についてマスターシリンダのシミュレーション出力パラメータを計算し、出力パラメータを蓄積し、蓄積された以前のシミュレーション出力パラメータのマッピングによって、それぞれのスレーブシリンダの実際の角度位置におけるスレーブシリンダのシミュレーション出力パラメータを決定する。【選択図】図４
2015227662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数（ｃｙｌｔｏｔａｌ）のシリンダ（Ｎｃｙｌ）を含む内燃エンジンのシミュレーションの方法であって、前記シリンダ（Ｎｃｙｌ）のシミュレーション出力パラメータ
【数１】
2015227662.tif 000021
がクランクシャフトの角度位置（φｃｓ）に基づいて計算され、
以下のステップ：
−前記シリンダ（Ｎｃｙｌ）を多数（ｇｔｏｔａｌ）のシリンダグループ（Ｇｇ）へグループ化し、各シリンダグループ（Ｇｇ）が少なくとも１つのシリンダを有する多数（ｉｔｏｔａｌ）のシリンダ（Ｍｇ，ｉ）を含み、
−前記各グループのうち１つのシリンダ（Ｍｇ，１）をマスターシリンダとして設定し、同グループにおける他の全てのシリンダ（Ｍｇ，ｉ）をスレーブシリンダとして設定し、
−各シミュレーション時間ステップについて、
・前記マスターシリンダ（Ｍｇ，１）のシミュレーションによってそれぞれのシミュレーションステップ内での少なくとも１つのクランク角度位置（φｓｔｏｒ，ｘ）についての前記マスターシリンダのシミュレーション出力パラメータ
【数２】
2015227662.tif 000022
を計算し、出力パラメータを蓄積し、
・前記マスターシリンダの以前の少なくとも１つのシミュレーションステップにおける前記マスターシリンダ（Ｍｇ，１）について蓄積された以前のシミュレーション出力パラメータ
【数３】
2015227662.tif 000023
のマッピングによって、それぞれの前記スレーブシリンダの実際の角度位置（φｇ，ｉ）における前記スレーブシリンダ（Ｍｇ，ｉ）のシミュレーション出力パラメータを決定すること
によって特徴付けられた方法。
【請求項２】
シミュレーション時間ステップのインターバルΔｔが時間領域において計算され、クランク角度位置（φｓｔｏｒ，ｘ）のインターバルΔφが角度領域で計算されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記マッピングが、角度インターバル（φｎからφｎ＋ａ）において蓄積された以前のシミュレーション出力パラメータ
【数４】
2015227662.tif 000024
の間の線形な補間を用いることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
以下のステップ：
−前記スレーブシリンダの現在の角度位置（φｇ，ｉ）についてのシミュレーション出力パラメータ
【数５】
2015227662.tif 000025
のための補正係数（Ｃ）を決定し、
−現在の角度位置（φｇ，ｉ）についての前記スレーブシリンダのマッピングされたシミュレーション出力パラメータへ前記補正係数（Ｃ）を適用すること
を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記補正係数（Ｃ）が、シミュレーション若しくは制御入力パラメータによって求められるか、又は状態変数の変化に基づいて計算されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記補正係数（Ｃ）が、蓄積された以前の出力パラメータのシミュレーションステップの時間と実際のシミュレーションステップの時間の間の期間に生じた状態変化に基づいて計算されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記マスターシリンダのシミュレーションが、物理的な基礎のモデリングアプローチに基づいて行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記グループの数（ｇｔｏｔａｌ）が１つであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記グループの数（ｇｔｏｔａｌ）が１つより多いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記グループ（Ｇｇ）のシリンダ（Ｍｇ，ｉ）が、共通の吸気マニホールド及び／又は排気マニホールド及び／又は共通のターボチャージャ／スーパーチャージャ及び／又は共通の制御ストラテジに関連付けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行する手段を含むシミュレーションエンジンを有することを特徴とするシミュレーション設備。
【請求項１２】
リアルタイムで動作する内蔵されたハードウェアユニットを更に含むことを特徴とする請求項１１記載のシミュレーション設備。
【請求項１３】
複数のコアを有するハードウェアユニットを含むことを特徴とする請求項１１又は１２記載のシミュレーション設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダのシミュレーション出力パラメータがクランクシャフトの角度位置に基づいて計算される、多数のシリンダを含む内燃エンジンのシミュレーションの方法に関するものである。さらに、本発明は、本発明による方法を実行する手段を含むシミュレーション設備に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
この時点で利用可能な最もパワフルなシミュレーション設備が用いられるとしても、熱力学的なエンジンモデルの複雑さにより、シミュレーションは効率的に行われる必要がある。計算効率及び短い計算時間は、可能な解決策の膨大な余地の有効な探究を可能とするものであるため、初期開発段階において非常に重要である。一方、これは、リアルタイムテスト中のハードウェア・イン・ザ・ループ（ＨｉＬ）シミュレータにおいて最も重要である。それにもかかわらず、モデルの熱力学的な基礎は、重大な計算負荷につながる各構成要素における微分方程式のシステムの解決策を必要とする。
【０００３】
「ハードウェア・イン・ザ・ループ・シミュレーション（Ｈｉｌ−Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）」という用語はシミュレーション環境を示すものであり、このシミュレーション環境は、リアルタイムでの内蔵されたハードウェア動作を含むものである。ハードウェア・イン・ザ・ループ・シミュレーションを正常に動作させるために、シミュレーション部分がリアルタイムよりも迅速に計算される必要があるだけでなく、ハードウェア・イン・ザ・ループ・シミュレーション全体を通して各サンプリングにおいてより迅速である必要がある。これは、例えば、データ交換周波数が１ｋＨｚであれば、モデルの物理時間の１ミリ秒ごとが１ミリ秒より短い計算時間で計算されなければいけないことを意味している。いくつかのハードウェア・イン・ザ・ループシミュレータは、リアルタイム違反の制限された数を考慮しているが、これは、根底にある問題を解決するものではない。
【０００４】
シミュレーションツールは用いられるそれぞれのモデリングアプローチに基づいて特徴付けられており、例えば、シミュレーションツールは、物理的な基礎に基づいたモデリングアプローチを用いたシミュレーションツールと、データ駆動モデリングアプローチを用いるシミュレーションツールとにグループ化されることが可能である。
【０００５】
本明細書内で用いられているように、「データ駆動モデリングアプローチ」という用語は、シミュレーションパラメータの計算のための固定された入力データセットを用いるシミュレーションモデルに関するものである。頻繁に測定されるデータ及び以前の試験に基づくデータが用いられ、このデータは、特有のシミュレーションモデルに適合させるための数学的な手法によって操作され得る。データ駆動モデリングアプローチの１つの特別なタイプはマップに基づくモデルであり、モデルパラメータは、マップ内に蓄積されている。マップに基づくモデリングアプローチによって使用され得るデータセットについてのエンジンに関連した例は、エンジン速度及びトルクの関数としての測定された燃料消費量である。シミュレーション中には、モデルは、測定点／入力点の間の補間によって、エンジン速度と必要なトルクの関数としての燃料消費量についての値を即座に返す。
【０００６】
「代用モデル」とも呼ばれる神経回路網並びに支持及び関連ベクトル機械は、データ駆動モデリングアプローチの一部を構成するものである。いくつかのモデルは「養成」（トレーニング）を必要とし、これは、例えば神経回路網並びに支持及び関連ベクトル機械のモデルパラメータが、データ駆動モデルがモデルの独立変数の入力／養成範囲にわたってできる限り良好に入力データと適合するよう調整されることを意味している。
【０００７】
「物理的基礎に基づいたモデリングアプローチ」という用語は、これが本明細書において使用される場合にはシミュレーションモデルに関連したものであり、構成要素におけるプロセスは、測定又は入力されたデータを用いるよりもむしろ物理法則に基づいてモデル化される。物理的基礎に基づいたモデリングアプローチの複数の例は、次元モデリングアプローチ、例えばいわゆる０Ｄモデリングアプローチ及び１Ｄモデリングアプローチである。物理的基礎に基づいたモデルは、物理学的なモデルによっては解決され得ないモデル特有の現象に対する現象学的なサブモデルの有限の数を含むことがある。
【０００８】
「０Ｄモデリングアプローチ」に依存するモデルの実行を意味する用語である０Ｄシミュレーションにおいては、各要素（例えばシリンダ、吸気又は排気マニホールド）において熱力学的な方程式、例えば質量、エネルギー、任意の種（ｓｐｅｃｉｅｓ）の保存についての方程式が時間の関数として解かれる。空間的な解法がないので、このモデルは０Ｄと呼ばれる。
【０００９】
１Ｄモデリングアプローチは、一般に、吸気マニホールド及び排気マニホールドにおける波の伝播のモデル化に用いられることができ、したがって、要素は、一次元における体積の級数（ｓｅｒｉｅｓ）で裁量化されている。０Ｄモデルの方程式に加えて、圧力波伝播のモデリングを可能とするために運動量方程式が解かれる。
【００１０】
それゆえ、２Ｄ及び３Ｄモデリングアプローチは、シミュレーションモデルに更なる次元を加えることで規定され得る。
【００１１】
より高い次元のモデリングアプローチ、特に２Ｄ又は３Ｄモデリングアプローチは、現在ではリアルタイムエンジンシミュレーションには用いられていない。なぜなら、各次元により計算上の複雑さが指数的に上昇するためである。リアルタイムで可能とされたエンジンシミュレーションモデルのコンテクスト（ｃｏｎｔｅｘｔ）において、０Ｄ及び／又は１Ｄシミュレーションは、現在ではかなりシンプルなモデル、例えば１つのシリンダのみを含むもの、吸排気システムトポロジーの複雑さを低減したもの、及び／又はエンジンの低い回転速度又は中程度の回転速度についてのみ実行され得る。それにもかかわらず、物理的なモデルを任意のシリンダ数、任意の又は複雑な吸排気システムトポロジー及び／又はターボチャージャー／スーパーチャージングポロジー及び高いエンジン回転数での動作を特徴とするエンジンのリアルタイムのシミュレーションに用いることができれば、大きな利益となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許第２５７９１１５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３０９０８８６号明細書
【特許文献３】国際公開第２００８／０７８０９７号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】「Ｔａｉｌｏｒｅｄ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｍｏｄｅｌｓ  ｆｏｒ  ｓｙｓｔｅｍ  ｌｅｖｅｌ  ｅｎｇｉｎｅ  ｍｏｄｅｌｉｎｇ」、Ｋａｔｒａｓｎｉｋ  Ｔ．ら著、２０１２年  ＩＦＡＣ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ、Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ２０１２；３（１）：１６２〜１６９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の対象は、他の間で、例えばモデルの高いレベルの予測可能性、過渡的なエンジンの結果の高い正確性、構成要素の変化したパラメータに対する適当な応答性又は時間から独立したシリンダ特有の制御ストラテジ、システムレベルでの構成要素間の全ての相互作用のモデル化の可能性、閉ループ燃焼制御において使用可能な内部シリンダ圧線の本来の可能性及びＮＶＨ解析において使用され得るサイクルで求められたトルク変動の本来の可能性である物理的基礎に基づくモデルの利点をよりよく使用することが可能なシミュレーションシステム及びシミュレーション方法を提供することである。
【００１５】
本発明の更なる目的は、物理的基礎に基づくリアルタイムで、特にハードウェア・イン・ザ・ループにおいて可能で複雑な吸排気システムトポロジーを有する多気筒エンジンのシミュレーションにおけるエンジンの高い回転速度範囲でも実行可能なシミュレーション環境を提供することでもある。
【００１６】
入力／出力インターフェースによるデータの適時の交換を保証するために、特許文献１又は特許文献２にはエンジンシミュレータを含む内燃エンジンのための制御ユニットのリアルタイムテストのための方法が開示されており、少なくともいくつかのエンジン状態変数が第１の送信ステップサイズで制御ユニットへ伝送され、エンジン状態変数の少なくとも１つの固有のエンジン状態変数が第１のサンプリングサイズとは異なる第２のサンプリングステップサイズで伝送される。モデルの計算上の犠牲の最適化、したがって計算スピードの向上によって、入力／出力インターフェースを通したデータの適時の交換を保証することも可能である。
【００１７】
特許文献３には、一次元の気体運動シミュレーションソフトウェアパッケージによって生成された、完全にコンピュータによって実行可能なエンジンモデルから単純化されたコンピュータによって実行可能なエンジンモデルを作成する方法が開示されている。この方法は、少なくとも部分的に流れ制御モデル及び小さな要素を統合することに関連しない複雑な要素を含むことに依存している。
【００１８】
０次元のエンジンモデルの計算上の犠牲を低減する他のアプローチが、非特許文献１に記載されている。この文献に開示されたモデルは時間領域の切り離しに依存しており、短い特性時間スケールによって特徴付けされたエンジンブロック領域が長い特性時間スケールによって特徴付けされた気体通路領域に比べて高い比率で積分される。
【００１９】
引用した全てのアプローチは、多数のシリンダを有する多気筒エンジン及び／又は複雑な吸排気システムトポロジー及び／又は高いエンジンスピードにおけるターボチャージャー／スーパーチャージングトポロジーを有するエンジンをモデリングする場合に重要な計算上の負荷を表す全てのエンジンシリンダにおける熱力学的なプロセスを計算し、したがって、ハードウェア・イン・ザ・ループシミュレータによって課せられたリアルタイムを制約するような違反に導くものであり得る。なぜなら、モデルの計算速度はハードウェア・イン・ザ・ループシミュレータの更新周波数に従うのに十分でないためである。
【００２０】
更に知られたシミュレーション設備及び方法は、特に上述の環境において、しばしばハードウェア・イン・ザ・ループシミュレーションによって課せられたリアルタイムの制約に従うことができない。したがって、現在では、前述のリスト化された特徴を有する現代の自動車のエンジンの物理的基礎に基づく０Ｄ又は１Ｄのモデルがハードウェア・イン・ザ・ループシミュレーションによって課される制約に従うことを保証することは不可能である。したがって、特にハードウェア・イン・ザ・ループシミュレーションのための物理的基礎に基づくモデルの範囲において、改善されたシミュレーション性能を有する方法及びシステムについての要請がいまだに存在する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、これらの問題又は他の問題に対して、多数のシリンダを含む内燃エンジンのシミュレーションの方法であって、シリンダのシミュレーション出力パラメータがクランクシャフトの角度位置に基づいて計算され、以下のステップ：
−シリンダを多数のシリンダグループへグループ化し、各シリンダグループが少なくとも１つのシリンダを有する多数のシリンダを含み、
−各グループのうち１つのシリンダをマスターシリンダとして設定し、同グループにおける他の全てのシリンダをスレーブシリンダとして設定し、
−各シミュレーション時間ステップについて、
・マスターシリンダのシミュレーション及び出力パラメータの蓄積によってそれぞれのシミュレーションステップ内での少なくとも１つのクランク角度位置についてのマスターシリンダのシミュレーション出力パラメータを計算し、
・マスターシリンダの以前の少なくとも１つのシミュレーションステップにおけるマスターシリンダについて蓄積された以前のシミュレーション出力パラメータのマッピングによって、それぞれのスレーブシリンダの実際の角度位置におけるスレーブシリンダのシミュレーション出力パラメータを決定すること
によって特徴付けられた方法を提供することによって対処するものである。
【００２２】
この形態による方法は、エンジンのシミュレーションのための計算上の犠牲を大幅に低減する一方、特に定常動作中に高い正確性を得ることを可能とするものである。
【００２３】
本明細書内で用いられる「マッピング」という用語は、対応する角度位置において異なるシリンダ（例えばマスターシリンダ）に対して決定された値を用いてなされた１つのシリンダ（例えばスレーブシリンダ）のためのシミュレーション出力パラメータの何らかの定義を意味するものである。
【００２４】
好ましい形態によれば、シミュレーション時間ステップのインターバルが時間領域において計算され、クランク角度位置のインターバルが角度領域で計算される。時間領域のステップは、通常、気体通路のシミュレーションに対応し、そのため、この領域も「気体通路領域」と呼ばれる。角度領域においては、角度インターバルはクランクシャフトの角度位置に依存する。したがって、角度領域における１つの計算ステップの継続時間は、エンジンの回転速度に依存するとともに、時間領域のシミュレーション時間ステップの継続時間よりもはるかに短いことがあり得る。時間ステップの長さ及び／又は角度インターバルの長さは、シミュレーション中に変化し得る。例えば、角度インターバルは、角度ステップの整数が時間領域の各時間ステップ内で生じるように選択され得る。連続的な角度インターバルの長さも、異なる態様で変化し得る。
【００２５】
他の形態によれば、両領域は、完全に連携された態様で同一の時間ステップを用いて時間インターバル又はクランク角度インターバルで計算され得る。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、マッピングは、角度インターバルにおいて蓄積された以前のシミュレーション出力パラメータの間の線形な補間を用いることができる。
【００２７】
過渡的なエンジン動作における改善された正確性を提供するために、本発明は更に以下のステップを含んでいる：
−スレーブシリンダの現在の角度位置についてのシミュレーション出力パラメータのための補正係数を決定し、
−現在の角度位置についてのスレーブシリンダのマッピングされたシミュレーション出力パラメータへ補正係数を適用すること。
【００２８】
補正係数の適用により、過渡的なエンジン動作により生じる問題が緩和される。補正係数なしで、マスターシリンダの位相イメージとしてモデル化される全てのスレーブシリンダは、マスターシリンダについての同一のパラメータで特徴付けられる。固有のクランク角度でのマスターシリンダのシミュレーションと、後に同一のサイクル周期において同一のクランク角度に達するスレーブシリンダへそれぞれのパラメータがマッピングされる時間との間の時間枠において生じたエンジンの熱力学的な制御パラメータの変化は考慮されない。したがって、補正係数の適用によってスレーブシリンダのシミュレーションの正確性を更に改善することができる。
【００２９】
更なる形態においては、補正係数は、１つのシミュレーション若しくは制御入力パラメータによって求められるか、又は状態変数の変化に基づいて計算され得る。補正係数は、シミュレーション若しくは制御入力パラメータによって求められるか、又は固有のスレーブシリンダの時間遅れを定義するスレーブシリンダとマスターシリンダの間の点火角度におけるずれに対応する期間内に生じる状態変数の変化に基づいて計算され得る。この形態により、非常に低いＣＰＵ要求による、解析に基づく補正係数の計算が可能となる。したがって、補正係数は、過渡的なエンジン動作により生じる変化をより適切に考慮するために、スレーブシリンダのシミュレーション出力パラメータへ適用されることができる。したがって、この形態は、マスターシリンダの削減された数の計算と、補正係数の適用により生じる過渡的な結果の高い正確性の達成により生じる計算上の能率をスレーブシリンダのシミュレーション出力パラメータに組み合わせるものである。
【００３０】
更なる形態においては、マスターシリンダのシミュレーションが、物理的な基礎に基づくモデリングアプローチに基づいて行われ得る。物理的基礎に基づくモデリングアプローチの計算上の費用は、使用可能なシミュレーション設備の性能及びシミュレーションされるエンジンの特性（例えば：シリンダの数、グループの数、吸排気システムのトポロジー、ターボチャージャー／スーパーチャージングシステムのトポロジー及びシミュレーションされるエンジン速度）に依存する。
【００３１】
本発明の方法の更なる形態によれば、グループの数が１つである。したがって、シミュレーションは、エンジン全体に対する１つのシリンダにおける熱力学的な方程式をシミュレーションすればよく、これによりモデルの計算上の時間が短縮される。
【００３２】
本発明の方法の更なる形態によれば、グループの数が１つより多い。これにより、いくつかのシリンダが他とは異なる特性又は制御ストラテジによって動作し、例えばエンジンが非動作となるシリンダのグループによってシミュレーションされ得る動作状態にあるエンジンのシミュレーションが可能となる。他方、シリンダは、その角度シーケンスに従い、例えばエンジンサイクルの前半のうちに点火上死点に達するシリンダを含む第１のグループと、エンジンサイクルの後半のうちに点火上死点に達するシリンダを含む第２のグループとにグループ化され得る。第２のグループのマスターシリンダは、エンジンサイクルの半分についての第１のグループのマスターシリンダに対して位相遅れとなる。これにより、スレーブシリンダの時間遅れの効果を低減することができる。
【００３３】
更なる形態による方法においては、少なくとも１つのグループのシリンダが、共通の吸気マニホールド及び／又は排気マニホールド及び／又は共通のターボチャージャー／スーパーチャージャー及び／又は共通の制御ストラテジに関連付けられている。したがって、異なるマニホールドトポロジー、ターボチャージャー／スーパーチャージングシステム及び制御ストラテジ並びに選択されたマニホールド及び／又はターボチャージャー／スーパーチャージャーの故障もシミュレーションされ得る。
【００３４】
本発明によるシミュレーション設備は、好ましくはリアルタイムで動作する内蔵されたハードウェアユニット（ハードウェア・イン・ザ・ループ（ＨｉＬ）ユニット）を含むことができる。設備のシミュレーションエンジンの性能特性に基づき適当なシミュレーションモデルを選択することで、本発明によるシミュレーション方法でのシミュレーションの計算が、全てのシリンダにおいて熱力学的な方程式が計算されるモデルに比べて迅速に処理され得る。したがって、ハードウェア・イン・ザ・ループにより課された制約に従いつつ、特にハードウェア・イン・ザ・ループハードウェアにおいては、特にエンジンが高いエンジン速度までシミュレーションされることができ、又はより多くのシリンダ及び／又はより複雑な吸気システム及び／又は排気システム及び／又はより多くのターボチャージャー／スーパーチャージャーを有するエンジンがシミュレーションされ得る。
【００３５】
更なる形態において、シミュレーション設備は、複数のコアを有するハードウェアを含むことができる。この形態では、異なるマスターシリンダ及び／又は異なるスレーブシリンダ及び／又は気体通路構成要素が別々のコアで計算され得る。例えば、１つのマスターシリンダ及びそれぞれのスレーブシリンダを１つのシミュレーションコア（１つより多くのシリンダグループが設定されている場合）に割り当てること、及び／又は気体通路構成要素を１つ若しくは複数の異なるコアに割り当てることが可能である。
【００３６】
本発明による方法及びシステムを用いることで、多気筒エンジンのシミュレーションが、
−特定の動作体制及び特定のハードウェア又はシミュレーション設備において、より短い計算時間（より短いシミュレーションの全体計算時間及び気体通路領域の時間ステップごとのより短い計算時間）で、
−ハードウェア・イン・ザ・ループにより課された制約に従いつつ、特定のハードウェア・イン・ザ・ループハードウェアにおいてより高いエンジン速度まで、
−ハードウェア・イン・ザ・ループにより課された制約に従いつつ、より多くのシリンダ及び／又はより多くの複雑な吸排気システム及び／又はより多くのターボチャージャー／スーパーチャージャーを有する特定のハードウェア・イン・ザ・ループハードウェアで、
−より性能の低いシミュレーション設備又はハードウェアでの特定の動作体制及び同一の計算時間で
可能となる。
【００３７】
添付の図面に関連して記載される好ましい形態の限定されない例によって、本発明を更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】０Ｄモデリングアプローチに基づく多気筒エンジンのシミュレーションモデルの概要を示す図である。
【図２】図３に詳細が記載されたシミュレーションモデルの１つのシリンダブロックを示す図である。
【図３】多気筒エンジンにおける複数のシリンダの概要を示す図である。
【図４】負荷上昇中の解析されたエンジントルクのサイクルのグラフである。
【図５】過渡的な動作を示す、図４のグラフの一部の拡大図である。
【図６】流量補正アプローチを用いてシミュレーションされた図４のグラフである。
【図７】それぞれのマスターシリンダのクランク角度に対してプロットされた吸気ポートを通る質量流量を示すグラフである。
【図８】１つのスレーブシリンダに対する流量マトリクス及びマッピングステップへの書き込みを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明による手法の背景を説明するために、図１及び図２には、多気筒エンジンの物理的基礎に基づいたシミュレーションの基本要素が示されている。このモデルによるアプローチでは、全ての構成要素におけるプロセスのモデル化のために熱力学的な方程式が用いられる。図１に示されたモデルは、エンジンブロックシステム１、燃料供給システム２、吸気システム３、排気システム４、ターボチャージャシステム５、外部の機械的なシステム７に連結されたエンジンシャフト６及び伝熱モデル８にグループ化されることができる。外部の機械的なシステム７は、車両のトランスミッション、駆動シャフト、ディファレンシャル、ファイナルドライブのようなパワートレインの他の要素のシミュレーションを含むことができる。多気筒エンジンにおいては、エンジンブロックの領域が、図１に示すように更に対応するシリンダの数を含んでおり、エンジンブロック１は、４つの単気筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを含んでいる。各シリンダは、多数のシミュレーション要素を含むものである。
【００４０】
図２には、図１の第１のシリンダ１０ａのより詳細な図が示されている。シリンダ１０ａのシミュレーション要素は、それぞれ吸気ポート１１、燃焼室１２、排気ポート１３、フューエルインジェクション１４、燃焼室からピストン、ライナー及びシリンダヘッドへの伝熱を行う３つの伝熱要素１５ａ，１５ｂ，１５ｃのための要素を含んでいる。全てのシリンダのピストンへ与えられる指示仕事はエンジンブロック１の機械的なパワーユニットにおいてまとめられ、機械的な損失がモデル化され、したがって、有効なトルクが外部の機械的なシステムへ与えられる。
【００４１】
全てのこのシステムは、同様の積分時間ステップ（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ  ｓｔｅｐ）を用いてモデル化され得る。しかし、モデルは、異なる特性タイムスケールを有する２つの領域、例えば比較的短い特性タイムステールで特徴付けられるエンジンブロック領域と、比較的長い特性タイムスケールで特徴付けられる気体通路領域に分割されることが可能である。特性タイムスケールについては、気体通路における気体構成要素が適用される時間ステップの上側のレベルを規定するものであるため、この領域は、気体通路領域として示されている。図１の気体通路領域は、燃料供給システム２、吸気システム３、排気システム４、ターボチャージャシステム５、エンジンシャフト６、外部の機械的なシステム７及び伝熱モデル８を含んでいる。本発明は、全ての領域が同じ積分時間ステップを用いるモデリングアプローチに、又はエンジンブロック領域が気体通路領域よりも短い積分時間ステップを用いるアプローチに適用可能である。
【００４２】
簡潔化の理由により、シミュレーションモデルの全てのシステム／要素は本明細書には詳細に述べられていない。なぜなら、シミュレーションモデルの構造及び操作原理は、例えばＡＶＬＢｏｏｓｔ  ａｎｄ  Ｃｒｕｉｓｅ、ＬＭＳ  Ａｍｅｓｉｍ、ＭＡＴＬＡＢ  Ｓｉｍｕｌｉｎｋに基づく様々なモデルなどにより当業者にとってよく知られているためである。シリンダの燃焼室におけるプロセスの熱力学的な計算中には、燃焼室における圧力ｐ、質量ｍ、温度Ｔ及び任意に種密度（ｓｐｅｃｉｅｓ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）ｗｉが計算される。加えて、この計算により、燃焼室に所属する（図２に示された）伝達要素を通る全ての流量が与えられる。さらに、シリンダにおける指示仕事が熱力学的なモデルによって計算される。シリンダの燃焼室でのプロセスの熱力学的な計算中には、燃焼室が、吸気システム及び排気システムによって質量、エンタルピー及び任意での種流量（ｓｐｅｃｉｅｓ  ｆｌｕｘｅｓ）を交換し、それぞれ吸気ポート及び排気ポートによって、燃料タンクによりフューエルインジェクタを通した燃料の質量、エンタルピー及び任意での種流量を交換し、燃焼室の壁によって伝達要素を通した熱、例えばエンタルピー、流量を交換し、ピストンによって指示仕事を交換する。エンジンブロック及び気体通路領域が同じ積分時間ステップを用いる場合には、燃焼室に所属する伝達要素を通した流量及びピストンへの指示仕事が燃焼室と各時間ステップに対する気体通路の要素の間で交換される。一方、エンジンブロック領域が比較的短い時間ステップに積分されている場合には、燃焼室に所属する伝達要素での流量は、エンジンブロック領域の積分時間ステップを用いる気体通路領域の時間ステップのために積分される。
【００４３】
モデルのシミュレーションに必要な計算の費用が、計算されたシミュレーションシステムの数と、システムにおける要素の数の増大に伴い増大することが明らかであり、一方では、計算の費用の評価に際して、各要素について必要な計算の複雑さが考慮に入れられる必要がある。したがって、一般には、リアルタイムシミュレーションのための０Ｄ又は１Ｄシミュレーションアプローチが、２，３のシリンダのみ若しくはただ１つのシリンダのみのシミュレーション又は非常に簡易な吸気システム又は排気システムを有するあるいはターボチャージャ／スーパーチャージャの数が制限されるエンジンのシミュレーションに制約されているか、又はそのシミュレーションが非常に大きなエンジン速度まで上昇することができない。
【００４４】
本発明は、モデリングアプローチに基づくものであり、多気筒エンジンの１つ又は複数のマスターシリンダが熱力学的な方程式及びスレーブシリンダを用いてシミュレーションされるとともに、適切に調整された流量及び対応するマスターシリンダにより計算された指示仕事を用いてモデル化される。本明細書の文脈において、「マスターシリンダ」という用語は、燃焼室でのプロセスが熱力学的な方程式を用いてシミュレーションされるシリンダに該当する。「スレーブシリンダ」という用語は、燃焼室でのプロセスが熱力学的な方程式を用いてシミュレーションされないシリンダに該当し、したがって燃焼室に所属する伝達要素を通して交換される流量と、ピストンへ与えられる指示仕事とが、対応するマスターシリンダにより計算されたパラメータの位相を適当にずらすことで計算される。
【００４５】
本明細書内で用いられる場合の「位相ずれ」という用語は、図７及び図８に示すように、先行する時点での異なるシリンダ（マスターシリンダ）に対して特定されたパラメータを用いて、かつ、マスターシリンダにより制約される、スレーブシリンダの角度差、これは、それらのシリンダの点火角度（すなわち、所定の時点におけるピストンの異なる位置）を考慮することによる１つのシリンダ（スレーブシリンダ）のシミュレーションパラメータを特定する手法を意味する。
【００４６】
以下に、多気筒エンジンにおけるシリンダの概略を示す図３を参照しつつ本発明の理論的な背景を詳細に説明する。
【００４７】
図３には、１２個のシリンダを含む内燃エンジンのシリンダＮ１〜Ｎ１２が示されている。これらシリンダは２つのシリンダグループＧ１，Ｇ２にグループ化されており、各グループは、それぞれ６個のシリンダＭ１，１〜Ｍ１，６及びＭ２，１〜Ｍ２，６を含んでいる。各グループにおいて、１つのシリンダがマスターシリンダとして規定されている。図３に示されたシリンダ及びグループの数は、本明細書の理解を容易にするために与えられる単なる一例である。本発明によるシリンダのグループ化は、図示の例に限定されるものではない。当然、シリンダの異なる数及びグループ化を用いることもできる。１つの実施例においては、エンジンの全てのシリンダが１つの単一のグループに属する。
【００４８】
図３に例示された構成は１２気筒エンジンのシミュレーションに用いることが可能であり、グループＧ２のシリンダは、Ｇ１のグループのシリンダとは異なる特性を用いている。例えば、グループＧ２における全てのシリンダが非作動とされることができ、すなわち、点火されないか、又は同一のターボチャージャ及び異なる制御ストラテジを共有し、あるいはこのターボチャージャのダメージがシミュレーションされ得る一方、エンジンによって生じるトルクによって影響を受けるエンジン原動力を除いて、全ての他のシリンダ（この場合グループＧ１の全てのシリンダ）の機能が機能しないままとなる。
【００４９】
シミュレーションされるエンジンの全てのグループが同じ数のシリンダを含む必要はなく、例えば第１のグループが９個のシリンダを含み、第２のグループが３個のシリンダを含むことが可能である。各グループが少なくとも１つのシリンダ（このグループのマスターシリンダ）を含む限り、グループのいかなる組合せも、シミュレーションに用いられることが可能である。
【００５０】
熱力学的な計算が本発明によるシミュレーションに用いられる場合には、燃焼室又はシリンダモデル（図２）の他の部分における圧力ｐ、質量ｍ、温度ｔ及び種密度ｗｉは、（熱力学的な計算に関して）マスターシリンダについてのみ計算される。加えて、この計算により、所属する伝達要素を通る全ての流量が与えられる。さらに、シリンダにおける指示仕事は、熱力学的なモデルによって計算される。
【００５１】
マスターシリンダについてのシミュレーション手順は、全ての質量要素及び伝熱要素を通る流量の積分された値及び以下の数式として記述され得る「流量マトリクス」（ｆｌｕｘ  ｍａｔｒｉｘ）に対する対応するクランク角度での指示仕事の積分された値を記述する。
【００５２】
【数１】
2015227662.tif 000003
ここで、φはクランク角度であり、ＣＤはサイクル継続期間であり、φｓｔｏｒ，ｘは値の保存に用いられるマスターシリンダのクランク角度φである。
【００５３】
データは、少なくとも気体通路領域の時間ステップごとに流量マトリクスへ書き込まれるべきであり、この時間ステップは、エンジンブロック及び気体通路領域の時間ステップが等しい場合のケースでもある。一方、エンジンブロック領域の時間ステップが気体通路領域の時間ステップよりも短い場合には、データ書き込みの頻度を、エンジンブロックの時間ステップに対応する頻度と気体通路領域の時間ステップに対応する頻度の間で調整することが可能である。後者の場合、流量ベクトルへの過度に頻繁な書き込みを避けるため、したがってマトリクスのサイズ及び関連するＣＰＵ負荷の低減のために、φｓｔｏｒ，ｎ＋１−φｓｔｏｒ，ｎ＞Δφである場合に、値を蓄積することが可能である。ここで、Δφは流量ベクトルへの書き込みの最小のインターバルである。また、データをφのあらかじめ規定した値において流量マトリクスへ書き込むことも可能である。さらに、より複雑な体系を用いることもでき、例えば１つの角度ステップの長さが１つより多くの条件、例えばφｓｔｏｒ，ｎ＋１−φｓｔｏｒ，ｎ＞Δφを前提条件としてφｓｔｏｒ，ｎ＋１−φｓｔｏｒ，ｎが気体通路領域の１つの時間ステップ内の角度ステップの整数に対応すること、に依存することが可能である。
【００５４】
質量ｍ、エンタルピーＨ、物質移動ＭＴの種質量Ｗｉ及び熱移動ＨＴのエンタルピーＨの全ての値は、サイクルの始めから
【００５５】
【数２】
2015227662.tif 000004
としての実際に蓄積されたクランク角度φｓｔｏｒまで積分された対応する流量の値を示す。ここで、Ｘは対応するシミュレーション出力パラメータ、例えばｍ，Ｈ又はＷｉを示し、
【００５６】
【数３】
2015227662.tif 000005
は、クランク角度を単位とする対応する流れ変数を示している。
【００５７】
類似して、
【００５８】
【数４】
2015227662.tif 000006
は、サイクルの始めから実際に蓄積されたクランク角度φｓｔｏｒまでの指示仕事の積分された値を示す。
【００５９】
この処理は、図７における吸気ポートを通る質量流量の場合について示されている。図７には、対応するマスターシリンダのクランク角度に対してプロットされた吸気ポートを通る質量流量を示すグラフが示されている。この制限されない例においては、エンジンは１５００ｒｐｍの速度で回転している。したがって、１ｍｓの気体通路領域の積分時間ステップΔｔは、９°のクランク角度に対応し、エンジンブロック領域は、１°のクランク角度ステップにまとめられている。これは１つのアプローチを例示するものであり、気体通路領域の積分の増分はエンジンブロック領域の積分の増分とは無関係であるとともに、第１のものは時間増分を使用し、第２のものはクランク角度増分を使用する。この例では、吸気ポートを通る質量流量は、エンジンブロック領域における９°のクランク角度について積分されており、その後、気体通路領域によって交換される。これにより、気体通路領域の時間ステップにおいて、持続した流量が気体通路領域の構成要素に対して与えられることが確保される。図７には、マスターシリンダの吸気ポートを通る積分された質量流量が−２２５°から−２１６°までの気体通路領域の考慮された時間ステップにおいて積分されている。ここで、−３６０°のクランク角度は、４サイクルエンジンの気体交換上死点に相当する。
【００６０】
多気筒エンジンモデルの低減された計算負荷を保証するために、スレーブシリンダでは熱力学的なプロセスがモデル化されていない。しかし、各グループＧｇ（マスターシリンダＭｇ，１）における１つのシリンダのみの熱力学的なモデル化中に多気筒エンジン動作を模倣するために、スレーブシリンダと気体通路の間の流量の交換と、エンジン構造と、シリンダによって発生した指示仕事とを適切にモデル化することが必要である。
【００６１】
本発明によれば、これは、これらの値を「流量マトリクス」（式（１））から読み出し、これらを（マッピングステップに対応する）スレーブシリンダに適用することで可能である。
【００６２】
スレーブシリンダの点火角度によって規定されたクランク角度の変化が考慮され、その結果、方程式で参照される各角度は、常にシリンダの対応する仕事サイクル位置を示す。
【００６３】
所定のインターバル（φｎからφｎ＋ａ）の間、マッピングは、以下の式を用いることによって可能である。
【００６４】
【数５】
2015227662.tif 000007
ここで、φｎ＋ａ及びφｎは、それぞれ、マスターシリンダＭｇ，１の位相インターバルからマップ化されるスレーブシリンダＭｇ，ｉのシミュレーション時間ステップの各終了角度及び開始角度を示している。
【００６５】
図８にはこのマッピング処理が更に説明されている。図８には、流量マトリクスへの書き込み及び１つのスレーブシリンダについてのマッピングステップを示すグラフが示されている。第１の座標（Ｉ）は気体通路領域のシミュレーション時間ステップ（ｔｇａｓｐａｔｈ＝ｔ０、ｔ１，ｔ２・・・）を示しており、このシミュレーション時間ステップは、この例では例えば１ｍｓであり得る一定の時間インターバルΔｔに相当する。第２の座標（ＩＩ）はマスターシリンダのクランク角度位置φｍを示し、マスターシリンダのシミュレーションは、角度ベース（すなわちシミュレーションの角度領域）において計算される。そのため、シミュレーション出力パラメータＸは、一定の角度インターバルΔφに対応する連続した角度位置（φｍ＝φ０，φ１，φ２，・・・）において計算される。実際の例では、Δφは、１°、２°又は対応するシミュレーションモデルに適当な（シミュレーション中にも変更可能な）異なる角度に選択され得る。第３の座標（ＩＩＩ）はスレーブシリンダのクランク角度φＳを示し、スレーブシリンダのクランク角度位置は、対応する点火角度（Δφｆｐ）の角度差だけマスターシリンダの対応するシリンダ位置に対してずれている。したがって、マスターシリンダによって生成された流量マトリクスから流量を読み取るために用いられるスレーブシリンダの角度位置は、φｓ＝φｍ−φｆｐとして計算される。
【００６６】
角度インターバルφｓ＝φｓ，ｎ，φｓ，ｎ＋ａに対応する所定の時間インターバルＴ＝ｔｍ，ｔｍ＋１におけるスレーブシリンダについてのシミュレーション出力パラメータＸを計算するために、シミュレーションは、以前の時間ステップの１つにおいて計算された対応する位置φｍ＝φｍ，ｎ，φｍ，ｎ＋ａでのマスターシリンダのシミュレーションの値を用いる。
【００６７】
図８のグラフを図７と比較することができ、９°のクランク角度の枠におけるφｎ＋ａ及びφｎが気体通路領域の１つの時間ステップに相当する。マスターシリンダに従って１２０°のクランク角度に対して調整されたスレーブシリンダの吸気ポートを通る流量は、（マスターシリンダに対してシミュレーションされ、以前の時間ステップの１つにおいて流量マトリクスへ書き込まれた）−３４５°と−３３６°のクランク角度における質量値を読み取ること、及びクランク角度インターバルすなわち９°のクランク角度でこの値を除すことで計算される。
【００６８】
エンジンブロック領域及び気体通路領域の時間ステップ及び／又は角度ステップが関連付けられ得る多くの手法があることに留意する必要がある。
【００６９】
これら領域が完全に関連付けられている場合には、両領域は、同じ積分ステップによって積分され、この積分ステップは、クランク角度又は時間の増分で与えられ得る。このアプローチは、両クランク角度又は時間の増分における不変の又は可変のステップの手法に適用可能である。
【００７０】
エンジンブロックと気体通路の領域が無関係であれば、これらは、異なる時間スケールを用いるとともに、エンジンブロック領域の少なくとも１つ又は複数の積分ステップが気体通路領域の１つのステップ内で実行される。両領域では、積分ステップはクランク角度又は時間増分で与えられ、したがって、クランク角度において１つの領域を又は時間の増分において他の領域を積分することも可能である。このアプローチは、両クランク角度又は時間の増分における不変の又は可変のステップの手法に適用可能である。エンジンブロック領域の１つより多くの積分ステップが気体通路領域の１つの時間ステップ内で実行されるとともに、１つの領域がクランク角度及び他の時間の増分において積分される場合には、気体通路領域の１つの時間ステップにおけるエンジンブロック領域の積分ステップの数をエンジン速度に基づいて変更することが可能である。
【００７１】
本発明によれば、マッピングは、マスターシリンダの対応する蓄積された値［Ｘ］、
【００７２】
【数６】
2015227662.tif 000008
を用いることで、スレーブシリンダのパラメータＸ，
【００７３】
【数７】
2015227662.tif 000009
についての値を決定するために、公知のいかなる補間技術も用いることが可能である。補間技術を選択するために、各値が蓄積されている角度インターバルを考慮に入れる必要がある。インターバルを蓄積することは、考慮される必要のある多様な長さをも有し得ることが指摘される。このような補間技術を準備することは、当業者の能力の範囲内のものである。
【００７４】
時間領域はエンジン速度の変化を伴う場合に現物そっくりの高いレベルの正確さを維持するため、式（４）は時間領域ではなくクランク角度で評価されることが指摘される。それにもかかわらず、本発明は、クランク角度領域内でのシミュレーションに限定されるものではない。
【００７５】
上述の本発明による手法は、多数のシリンダを有する多気筒エンジンを特徴とする現代の自動車のエンジン及び／又は複雑な吸排気システムトポロジー及び高いエンジン速度において動作するターボ／スーパーチャージングトポロジーを有するエンジンに対してもハードウェア・イン・ザ・ループ・シミュレーション（ＨｉＬ−Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を実行するのに適したシミュレーション性能を考慮に入れるものである。これは、今日のシミュレーションアプローチでは達成できない。
【００７６】
本実施例による手法は、シミュレーションされるエンジンの安定した状態での動作において、及び遅い穏やかな過渡的な動作体制において特に有用であるとともに正確である。安定した状態での０Ｄモデリングにおいて、スレーブシリンダは、同一のポートを通る同一のマニホールドに結合され、同一のフューエルインジェクタを使用し、同一の燃焼室の壁と同一のクランクシャフトに結合され、同一の制御ストラテジを用いる同一の次元のマスターシリンダと同じパラメータで特徴付けられている。一方、遅い穏やかな過渡的な動作体制においては、これらの差異は非常に明白なわけではない。それにもかかわらず、速い過渡的な状況においては、スレーブシリンダを用いたエンジンモデルの結果とこれらシリンダが熱力学的な方程式によってモデル化されたエンジンモデルの間で差異が見られ得る。これらの差異は、熱力学的な方程式を用いて計算されずマスターシリンダの位相合わせ像としてモデル化された全てのスレーブシリンダがマスターシリンダと全く同じ全てのパラメータの値で特徴付けられているという事実によって生じる。したがって、多気筒エンジンの過渡的な動作中には、サイクル中に段階的に特定のシリンダグループがなければ、エンジントルクと、エンジンブロックによって交換された全ての他の流量は、対応するマスターシリンダの計算に従い時間にわたって徐々に変化しない。
【００７７】
この動作が図４及び図５に表わされており、これら図４及び図５は、時間にわたるシミュレーションされたエンジントルクのグラフが示されている。図４には第１の安定した状態（Ｉ点からＩＩ点）から第２の安定した状態（Ｖ点からＶＩＩ点）への完全な過渡状態が示されている。第１の安定した状態は、ほぼＩＩ点において終了し、ここから、一定のエンジン速度における燃料供給の増加により、トルクが着実にＶ点まで増大する。Ｖ点からはトルクが第２の安定した状態において本質的に一定に維持される。図４及び図５は、６個のシリンダを含むエンジンのトルク帯を示すものである。したがって、６つの連続的なピークが１つの完全なエンジンサイクルを示している。図４及び図５では、エンジンサイクルのそれぞれ第１のピーク（マスターシリンダに対応するピーク）は、Ｉ点、ＩＩＩ点、ＩＶ点及びＶＩ点におけるピークである。
【００７８】
直線で示される曲線Ａはシミュレーションについての瞬間的な有効トルクを表しており、ここでは、全てのシリンダにおける熱力学的なプロセスがモデル化されている。６気筒エンジンの一定の速度における負荷上昇中（ＩＩ点からＶ点）には、ＩＩＩからＩＶで示された１つのエンジンサイクルにわたってクランク角度により決定されるトルクが徐々に増大し、ここでは、６個のシリンダ全ての点火によるトルクのピークが見て取れる。
【００７９】
図５において破線で示される曲線Ｂは本発明によるシミュレーションについての結果を示しており、ここでは、１つのマスターシリンダのみがシミュレーションされ、５つのスレーブシリンダのシミュレーションパラメータは補正係数を適用しないマッピングにより決定されている。曲線Ａと曲線Ｂの比較は、安定した状態での動作においては、両シミュレーションアプローチについて結果がほぼ同じであることを示している。（傾斜した直線Ｃで示された）ＩＩ点とＶ点の間で負荷が上昇するため、（マスターシリンダの計算を表す）１つのサイクルのそれぞれ第１のピークは、（段階的な一点鎖線により示されているように）スレーブシリンダの５つの同一なトルク形状によって追従されている。したがって、第１の形態による本発明の手法により、モデルのシミュレーションについての計算にかかる時間を大きく低減することができるが、過渡的なエンジン動作中の結果の適合度は低くなってしまう。計算にかかる時間の低減は、シリンダの数、気体通路領域の複雑さ、及びシリンダ及び気体通路領域において適用される積分時間ステップに依存するが、４気筒又は６気筒のエンジンについては、本発明のアプローチの適用により、完全なエンジンモデルの計算にかかる時間が約５０〜６５％低減されることになる。
【００８０】
本発明の更なる形態においては、手法に流量補正技術が使用され、この流量補正技術は、マスター／スレーブアプローチからの恩恵をまだ受けている間に段階的なトルク帯を除去するものである。本発明による流量補正技術は、式（４）の変形式を用いた流量ベクトル（式（１））から読み取られた値への熱力学的に求められた補正係数の適用にかかっている：
【００８１】
【数８】
2015227662.tif 000010
ここで、Ｃｘは、点火角度のずれに対応する後の時間におけるスレーブシリンダの実際の状況をより適切に反映するようなマスターシリンダの特性値
【００８２】
【数９】
2015227662.tif 000011
を適合させるために使用される補正係数を示している（下線は、補正されたシミュレーション出力パラメータを意味している）。
【００８３】
Ｃｘ＝１の値は、クランク角度領域において、全てのスレーブシリンダがマスターシリンダと同一の流量で特徴付けられていることを示唆している。多気筒エンジンの過渡的な動作中には、一般に、値はＣｘ≠１となり、一方、Ｃｘは安定した状態のエンジン動作については１へ近づく。Ｃｘが、シミュレーション又は制御入力パラメータから求められるか、又はマスターシリンダとスレーブシリンダの間の点火角度のずれに対応する期間に発生した状態変数の変化に基づき計算される場合には、流量補正アプローチの高いレベルの普遍性及び高いレベルの変換可能性が保証され得る。
【００８４】
以下に、流量補正アプローチの一般的な定式化を記述する。一般に、燃焼室内の状態及び所属する伝達要素により交換される流量並びにシリンダの指示仕事は、流量補正技術のための入力として使用され得る以下の制限されないパラメータによって多くの場合影響を受ける：
１．変化した吸気マニホールド圧力
２．変化した吸気マニホールド温度
３．変化した吸気マニホールド種構成
４．変化した吸気マニホールド密度（１．〜３．の結果）
５．同一の燃料タイプの変化した燃料供給、すなわち質量に基づく周期的な燃料供給
６．圧縮着火エンジンについて：変化した燃料噴射パラメータ、すなわち噴射の数、噴射の開始、噴射の継続時間
７．火花点火式エンジン（又は他の外部から点火されるエンジン）について：火花（又は外部の点火源）のタイミング
８．変化した混合燃料、すなわち２つ／複数の燃料の間の可変率
９．変化した吸気／排気バルブタイミング
１０．変化した排気マニホールド圧力
【００８５】
以下のリストは、本発明による流量補正技術によって補正され得るパラメータの制限されない一例である：
１．１つ又は複数の吸気ポートを通る質量、エンタルピー及び種流れ（ｓｐｅｃｉｅｓ  ｆｌｏｗ）、
２．１つ又は複数の排気ポートを通る質量、エンタルピー及び種流れ、
３．１つ又は複数のインジェクタを通る質量、エンタルピー及び種流れ、
４．燃焼室と付近の構成要素の間の質量伝達の他の手段による質量、エンタルピー及び種流れ；これ（付近の構成要素）は、主ではあるが、しかしこれに限定されるわけではなく、ピストンリングをターゲットにしたものである、
５．燃焼室の壁への熱流、すなわちピストン、ライナー、ヘッド又はこれら構成要素の離散化された部分；これらの流量は、吸気、圧縮、燃焼及び膨張並びに排気ストロークに対して別々に補正され得る、
６．ピストンへの指示仕事；これは、吸気、圧縮、燃焼及び膨張並びに排気ストロークに対して別々に補正される。
【００８６】
例：
特性流量補正アプローチの実行
このセクションは、シミュレーションモデルに適用される流量補正技術の限定されない説明的な例を含んでいる。概略的なアプローチは、４サイクルエンジンに適用可能である。このセクションでは、各シリンダの点火上死点（ＴＤＣ）が０ｄｅｇＣＡ（°クランク角度）であり、したがって、４サイクルエンジンについての気体交換上死点が−ＣＤ／２、すなわち−３６０ｄｅｇＣＡに相当し、圧縮ストロークがピストン動特性に従って下死点（ＢＤＣ）、したがって−ＣＤ／４、すなわち−１８０ｄｅｇＣＡで開始され、膨張ストロークがピストンの動特性に従って後の下死点、したがってＣＤ／４すなわち１８０ｄｅｇＣＡで開始されると仮定する。
【００８７】
説明のための、しかしこれに限定されないこの例は、支配的な補正項だけを考慮するものである。当業者は、本明細書の示唆を他のパラメータに又は追加的な補正相関を求めるために適用することが可能である。
【００８８】
この仮定に従い、特性流量補正アプローチは、以下の概要のように、異なるパラメータについて実行されることが可能である。
【００８９】
１．吸気ポートを通る流れ：
吸気ポートを通る流れについての補正係数の決定は、マスターシリンダとスレーブシリンダの間の点火角度のずれに対応する期間に発生したマスターシリンダとスレーブシリンダの間の吸気マニホールドにおける状態変化に基づくことができる。容積効率は変化しないものと仮定する。
【００９０】
したがって、吸気ポート（ｉｎｔａｋｅ）を通る流れの補正係数は、スレーブシリンダ（Ｓ）及びマスターシリンダ（Ｍ）のＩＶＯが対応するシリンダの吸気バルブ開口量を参照して吸気バルブ開口量（ＩＶＯ）において計算され、したがって、点火角度における差によってずらされる。この時間ずれ中に、吸気マニホールドにおける状態が一般に変化し、補正項の適用が必要となる。したがって、吸気ポートを通る流れの流量補正アプローチは、以下のことをもたらす：
ａ）吸気ポートを通る質量流量
【００９１】
【数１０】
2015227662.tif 000012
は、吸気マニホールドにおける密度変化に基づいて補正される：
【００９２】
【数１１】
2015227662.tif 000013
ｂ）吸気ポートを通るエンタルピー流れ
【００９３】
【数１２】
2015227662.tif 000014
は、吸気マニホールドにおける密度と温度の変化に基づいて補正される：
【００９４】
【数１３】
2015227662.tif 000015
ｃ）吸気ポートを通る種流れ
【００９５】
【数１４】
2015227662.tif 000016
は、吸気マニホールドにおける密度と種密度の変化に基づいて補正される：
【００９６】
【数１５】
2015227662.tif 000017
【００９７】
２．フューエルインジェクタを通る流れ：
フューエルインジェクタを通る流れについての補正係数は、負荷信号変化（ＬＳ）に基づいて決定され得る。
【００９８】
３．指示仕事：
指示仕事についての補正係数は、以下の概要に従って決定され得る：
ａ）吸気マニホールドにおける圧力変化に基づく吸気ストローク（ＩＮＴ）での指示仕事
ｂ）吸気マニホールドにおける圧力変化に基づく圧縮ストローク（ＣＯＭＰ）での指示仕事
ｃ）マスターシリンダとスレーブシリンダの間の不変の高い圧縮サイクル（圧縮＋膨張）、指示効率（ηｉｎｄ，ＨＰ）及びマスターシリンダとスレーブシリンダの間の燃料噴射量の変化、の仮定に基づく膨張ストローク（ＥＸＰ）での指示仕事
ｄ）排気マニホールドにおける圧力変化に基づく排気ストローク（ＥＸＨ）での指示仕事。
【００９９】
４．熱流：
燃焼室の壁への熱流についての補正係数は、以下の概要に従って決定され得る：
ａ）吸気マニホールドにおける温度変化に基づく吸気ストローク（ＩＮＴ）での熱流
ｂ）吸気マニホールドにおける温度変化に基づく圧縮ストローク（ＣＯＭＰ）での熱流
ｃ）全体のサイクルにわたる燃焼室内の全体としてのエネルギーバランス、すなわち吸気ポートと噴射された燃料を通って入ってくるエンタルピー流れ、燃焼室の壁へ伝達された熱、ピストンへの仕事及び排気ポートを通るエンタルピー流れのエネルギーバランスに基づく膨張ストローク（ＥＸＰ）での熱流
ｄ）４．ｃ）のような排気ストロークでの熱流。
【０１００】
５．排気ポートを通る流れ：
排気ポートを通る流れについての補正係数は、以下の概要に従って決定され得る：
ａ）排気ポートを通る質量流量
【０１０１】
【数１６】
2015227662.tif 000018
は、吸気ポートを通る質量流量（１．ａ））及び噴射された燃料の質量（２．）の補正に基づいて補正される
ｂ）排気ポートを通るエンタルピー流れ
【０１０２】
【数１７】
2015227662.tif 000019
は、４．ｃ）のように補正される
ｃ）排気ポートを通る種流れ
【０１０３】
【数１８】
2015227662.tif 000020
は、吸気ポートを通る種流れ（１．ｃ））及び噴射された燃料の質量（２．）の補正に基づいて補正される。
【０１０４】
１個のマスターシリンダ及び５個のスレーブシリンダを適用するモデル及び提案された流量補正技術の追加の利用によって計算された結果が図６に示されており、この図６は、過渡的なエンジン動作中のシミュレーションされたトルクを示している。実線で示された曲線Ａは、熱力学的なプロセスが全てのシリンダに対してモデル化されたシミュレーションについての瞬間的な有効トルクを示している。破線で示された曲線Ｄは、上記例に基づく流量補正を用いた本発明によるシミュレーションについての結果を示している。曲線Ｄが曲線Ａにぴったりと従っていることが見て取れ、このことは、流量補正技術を用いることでスレーブシリンダのより適切な過渡的な結果が得られることを証明するものである。流量補正を適用することで図５における曲線Ｂの段階的なステップが回避されることが見て取れる。したがって、このアプローチは、１つのマスターシリンダのみの計算による計算スピードについて利点を提供するものである一方、より正確な過渡的な結果を予測することを可能とするものである。図６にはトルク軌跡の結果のみが示されているが、流量補正は、上述の概要のように、質量及び熱の伝達要素を通る全ての流れに対しても適用される。流量補正は非常に低いＣＰＵ要求による解析式に基づいているため、流量補正が適用されてもされなくても、モデルの計算時間において著しい差異はない。
【図１】
2015227662.tif 000026
【図２】
2015227662.tif 000027
【図３】
2015227662.tif 000028
【図４】
2015227662.tif 000029
【図５】
2015227662.tif 000030
【図６】
2015227662.tif 000031
【図７】
2015227662.tif 000032
【図８】
2015227662.tif 000033