(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの容積と共に変化するシリンダ内の圧力サイクルの、吸気弁と排気弁が閉じられている時のエンジンの動作に相当する正のループの図示平均圧力を、上記エンジンに流入する空気流量と、上記エンジンのコレクタ内の圧力と、動作回転数 N と、点火時期進度と、理論空燃比と動作時の空燃比との比を表すリッチネス
Ri との関数として計算することによる、内燃エンジンの図示平均圧力計算方法であって、
上記正のループの上記図示平均圧力PMI+は、
PMI+=PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１×πＲｉ×πＡＶであり、
ここに、PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１は、点火時期進度が最適点火時期進度で、リッチネスRi が１である場合の図示平均圧力、
πＲｉは、リッチネス Ri が１から離れることが図示平均圧力に及ぼす影響を表す変数であるリッチネス係数、
πＡＶは、点火時期進度が最適点火時期進度から離れることが図示平均圧力に及ぼす影響を表す変数である点火時期進度効率であり、
点火時期進度が最適点火時期進度で、リッチネス Ri が１である場合の上記図示平均圧力PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１は、
PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１=K(Pｃｏｌ,N)×Qｒであり、
ここに、Kは、上記コレクタ内の圧力 Pｃｏｌ と上記動作回転数 N とに同時に依存する係数、
Qｒは、ストローク当りに上記エンジンへ流入する空気流量、
であり、
上記点火時期進度効率πＡＶは、動作点の最適点火時期進度AVｏｐｔと適用点火時期進度AVとの距離についての２次関数の回帰多項式に従い、上記回帰多項式の曲率は最適点火時期進度と上記リッチネス Ri との関数であるところの変数 P に依存し、
πＡＶ=1-P×(AV-AVｏｐｔ)２
であることを特徴とする内燃エンジンの図示平均圧力計算方法。
【請求項２】
上記リッチネス係数πＲｉは、上記リッチネス Ri に依存する変数であり、上記リッチネス Ri が１に等しい場合には１に等しいことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンの図示平均圧力計算方法。
【請求項３】
上記正のループの点火時期進度と共に変化する上記図示平均圧力PMI+の変化は、実測点に近接する２次曲線によってモデル化されることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンの図示平均圧力計算方法。
【請求項４】
実験の最適点火時期進度により近い測定点における、より重要であると認められる上記実測点に、次式：
A(i)=Aｍｉｎ+(PMI+(i)-PMI+ｍｉｎ)×(Aｍａｘ-Aｍｉｎ)/(PMI+ｍａｘ-PMI+ｍｉｎ)
ここに、AｍｉｎはPMI+の測定最小値に結びつけられる最小重み、AｍａｘはPMI+の測定最大値に結びつけられる最大重み、
に従う重みAの重み付けを、
最小化基準：
min[ΣｉA(i)２×(PMI+(i)mes-PMI+(i)calc)２]
ここに、iは１つの曲線における測定点の番号、PMI+(i)mesはi番の点で測定されたPMI+、PMI+(i)calcはi番の点における数学的な近似によって計算されたPMI+、
を使用して実行することを特徴とする請求項３に記載の内燃エンジンの図示平均圧力計算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンの分野における内燃エンジン（すなわち、点火制御エンジン）の図示平均圧力計算方法（すなわち、トルク推定方法）に関するものである。この分野においては、エンジンの制御、調節手段の改良発展に伴って、エンジンの動作に関する質的要求が増大し、エンジンの全体的な動作の正確な制御が益々要求されている。
【０００２】
内燃エンジンの制御及び調節手段には、リッチネスプローブ、モータ付きスロットルバルブ、完全電子式の点火装置等が含まれる。特に、エンジントルクの総量を、理論空燃比と動作時の空燃比との比を表すリッチネス、回転数、空気充填量、点火時期進度等の適用動作パラメタの関数として知ることによって、自動車に装備され、エンジンから直接または間接にエネルギの供給を要する、空調装置、パワーステアリング、自動変速機、アンチスリップ及び軌道制御装置等のアクセサリを考慮に入れて、エンジンの動作を正確に制御することが可能となることが予想される。
【０００３】
エンジンが動作中に、エンジンのトルクを特殊なセンサによって直接測定することが提案されている。例えば、エンジンのフライホイールに固定された計測リムの歯の列が通過する周期を固定のセンサによって測定することによって、エンジンのトルクを計測することが可能である。
【０００４】
また、エンジンに取り付けられた空気流量計、リッチネスプローブ、点火及び回転数センサ、コレクタ圧力及び温度センサ等のような種々のセンサを用いてエンジンのトルクを計算することが提案されている。フランス公報、第91 11 919号によれば、最適点火時期進度におけるエンジンの有効トルクは、回転数とコレクタ圧力の関数として作図法で求められる。次いで、このトルクに、回転数の関数である数表を用いて摩擦トルクを加算して、図示ガストルクを求める。次いで、この図示ガストルクを、特定の点火時期進度効率によって補正する。このガストルクから新たに摩擦による損失を差し引いて、適用されている点火時期に対応する実際のトルクを最終的に求める。
【０００５】
また、公報、WO-9635874には、リッチネスが１で、点火時期進度が最適点火時期進度であるトルクを作図法で求め、点火時期進度が最適点火時期進度から外れるにつれてトルクが低下するという一つの法則に従う点火時期進度効率によって補正することが記載されている。
【０００６】
しかしながら、これらの文献に記載された方法では、トルクの値を十分精密に推定することはできず、従って、燃料消費の減少のためであれ、燃焼放出物の減少のためであれ、エンジンの最大効率の達成を可能にする最適な制御はできない。
【０００７】
本発明は、特に正確に定義された点火時期進度が最適点火時期進度から離れることが図示平均圧力に及ぼす影響を表す変数である点火時期進度効率を使用して、上記の提案された方法の問題点を解決することを目的とする。
【０００８】
本発明による内燃エンジンの図示平均圧力計算方法（すなわち、点火制御エンジンのトルク推定方法）は、シリンダの容積と共に変化するシリンダ内の圧力サイクルの、吸気弁と排気弁が閉じられている時のエンジンの動作に相当する正のループの図示平均圧力の計算によって実行される。この推定は、上記エンジンに流入する空気流量と、上記エンジンのコレクタ内の圧力と、動作回転数 N と、点火時期進度 AV と、燃焼の見かけのリッチネス Ri との関数として計算して実行される。正のループの上記図示平均圧力 PMI+ は、
PMI+ = PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１ × πＲｉ × πＡＶであり、
ここに、PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１は、点火時期進度が最適点火時期進度で、リッチネスRi が１である場合の図示平均圧力、
πＲｉは、リッチネス Ri が１から離れることが図示平均圧力に及ぼす影響を表す変数であるリッチネス係数、
πＡＶは、点火時期進度が最適点火時期進度から離れることが図示平均圧力に及ぼす影響を表す変数である点火時期進度効率であり、
点火時期進度が最適点火時期進度で、リッチネス Ri が１である場合の上記図示平均圧力PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１は、
PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１ = K(Pｃｏｌ,N) × Qｒであり、
ここに、Kは、上記コレクタ内の圧力 Pｃｏｌ と上記動作回転数 N とに同時に依存する係数、
Qｒは、ストローク（４シリンダのクランク軸の１／２回転）当りに上記エンジンへ流入する空気流量であり、
上記点火時期進度効率 πＡＶ
は、動作点の最適点火時期進度AVｏｐｔと適用点火時期進度AVとの距離についての２次関数の回帰多項式に従い、上記回帰多項式の曲率は最適点火時期進度と上記リッチネス Ri との関数であるところの変数Pに依存し、
πＡＶ=1-P×(AV-AVｏｐｔ)２である。
【０００９】
このように、エンジンの制御計算機によって現実に使用可能にするために十分に簡単な数式を用いる。
【００１０】
１実施の形態においては、上記リッチネス係数πＲｉは上記リッチネス Ri に依存する変数であり、上記リッチネス Ri が１に等しい場合には１に等しい。
【００１１】
上記正のループの点火時期進度と共に変化するPMI+の変化は、実測点に近接する２次曲線によってモデル化される。
【００１２】
望ましくは、最適点火時期進度の値により近い測定点において、より重要であると認められる実測点に、次式：
A(i)=Aｍｉｎ+(PMI+(i)-PMI+ｍｉｎ)×(Aｍａｘ-Aｍｉｎ)/(PMI+ｍａｘ-PMI+ｍｉｎ)
ここに、Aｍｉｎは図示平均圧力PMI+の測定最小値に結びつけられる最小重み、Aｍａｘは図示平均圧力PMI+の測定最大値に結びつけられる最大重みに従う重みAの重み付けを、
最小化基準：
min[ΣｉA(i)２×(PMI+(i)mes-PMI+(i)calc)２]
ここに、iは１つの曲線における測定点の番号、PMI+(i)mesはi番の点で測定された図示平均圧力PMI+、PMI+(i)calcはi番の点における数学的な近似によって計算された図示平均圧力PMI+、
を使用して実行する。
【００１３】
実際、点火制御エンジンの性能の高さを表現するために、シリンダの容積と共に変化するシリンダ内の圧力サイクルの正のループの図示平均圧力の推定を利用する。この推定は、シリンダの中の燃焼の際の回収可能な潜在的な仕事を考察せず、各エンジンに固有の、摩擦平均圧力 PMF によって特徴づけられる可動装備品の摩擦とその分布や、同じく吸気または排気弁が開いている時のエンジンの動作に相当する圧力サイクル（ = f(volume)）の負のループのような、幾つかの拘束から解放することを可能にする。
【００１４】
本発明は、実施の形態の詳細な説明を読むことによって一層よく理解されるであろう。ここに示す実施の形態は、限定的でない例として、添付図面によって明示するものである。
【００１５】
図１は、シリンダの容積と共に変化する圧力を示すグラフを示す。
【００１６】
図２は、正のループの図示平均圧力の、点火時期進度による変化を示すグラフである。
【００１７】
図３は、重み付けありと、重み付けなしとで、それぞれ求めた、図２と同様なグラフである。
【００１８】
図４は、エンジン回転数と、空気流量と、コレクタ圧力と、点火時期進度との関数としてトルクの値を求める作業を示す図である。
【００１９】
図５は、図４に示すトルクブロックの作用を示す図である。
【００２０】
図６は、点火時期進度効率を求める作業を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、点火制御の内燃エンジンのシリンダ内を支配する圧力のシリンダの容積の関数としての変化は、吸気弁と排気弁が閉じられている時のエンジンの動作に相当する正のループと、吸気弁または排気弁が開かれている、排気行程と吸入行程におけるエンジンの動作に相当する負のループとの、２つの主要なループに分けられる。
【００２２】
従って、機械的エネルギの形で回収される仕事は、正のループの図示平均圧力 PMI+から負のループの図示平均圧力PMI-と摩擦平均圧力PMFとを差し引いたものに等しい。
【００２３】
正のループの図示平均圧力PMI+は、点火時期進度AVが最適点火時期進度AVｏｐｔであり、理論空燃比と動作時の空燃比との比を表すリッチネス Ri が１である場合の図示平均圧力PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１に、リッチネス
Ri が１から離れることが図示平均圧力に及ぼす影響を表す変数であるリッチネス係数πＲｉと点火時期進度AVが最適点火時期進度AVｏから離れることが図示平均圧力に及ぼす影響を表す変数である点火時期進度効率πＡＶとを乗算して推定できる。すなわち、
PMI+=PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１×πＲｉ×πＡＶ である。
【００２４】
リッチネス Ri が１に等しいときには、リッチネス係数πＲｉ=1である。リッチネスRi が１であり、点火時期進度AVが最適点火時期進度AVｏである場合のエンジンの図示平均圧力は、ストローク（４シリンダのクランク軸の１／２回転）当りにエンジンへ流入する空気流量Qｒと、コレクタ内の圧力Pｃｏｌと回転数Nとに同時に依存する係数Kとの積に等しい。すなわち、
PMI+ｏｐｔ，Ｒｉ＝１=K(Pｃｏｌ,N)×Qｒである。
【００２５】
係数Kは、リッチネス Ri が１であるときの、エンジンの燃焼効率を表す作図法の値である。点火時期進度効率πＡＶは、正のループの図示平均圧力PMI+の点火時期進度の関数としての変化を特徴づける。この変化は、動作点の最適点火時期進度AVｏｐｔと適用点火時期進度AVとの距離についての２次関数の回帰多項式に従い、回帰多項式の曲率は最適点火時期進度AVｏｐｔとリッチネス Ri の関数である。すなわち、
πＡＶ=1-f(AVｏｐｔ)×h(Ri)×(AV - AVｏｐｔ)２ である。
【００２６】
項AVｏｐｔは、コレクタ圧力Pｃｏｌ及び動作回転数Nと共に変化する最適点火時期進度AVｏｐｔの、作図法によって定められる係数である。この作図法は、コレクタ圧力Pｃｏｌと動作回転数Nとの関数として最適点火時期進度を参照する、リッチネス Ri が１に等しいとした場合の作図法と、リッチネス Ri が１より小さいとした場合の作図法との、２つの作図法の間の、リッチネス
Ri と共に変化する、非線形内挿の結果から得られる。すなわち、
AVｏｐｔ(Pｃｏｌ,N,Ri)=interp(AVｏｐｔ(Ri=1),AVｏｐｔ(Ri<1),Ri)である。
【００２７】
図２、３に示されているように、正のループの図示平均圧力PMI+推定に用いられる数式表現は、エンジンの広範な動作点の最適点火時期進度AVｏｐｔの決定に関係する。これらの全ての最適点火時期進度を正確な仕方で特定できることが望ましい。これらの決定は、その形状から帽（シャッポ）状点火時期進度と呼ばれる、曲線のより平らな区域で主に実行される。２次曲線を用いて正のループの図示平均圧力 PMI+ の変化を点火時期進度の関数としてモデル化する。モデル化の式は、測定点と数学的な曲線との間の距離を最小化することによって得られる。この種の最小化は、適切に計算された PMI+ の値が測定値に近い値に保たれたとしても、最適点火時期進度の点の推定に不正確を生じる。
【００２８】
図２の例において、測定点と曲線との間の差は明白であり、この曲線から最適点火時期進度AVｏの値を求めて使用することはできない。最適点火時期進度AVｏｐｔの測定に求められる精度上の要求から、実験上の最適点火時期進度に近い動作点に、最適点火時期進度に遠い動作点よりも大きい重要性を付与する重み付けが必要になる。
【００２９】
従って、最適点火時期進度の近傍から点火時期進度が離れる距離に応じて変化する重み付けをした測定値についての近似を実行する。このようにして得られた曲線（図３）は、重み付け最小化の基準に従って、帽状点火時期進度の測定点の集合のより近くを通過するものである。この重み付けの基準は以下に示すものである。すなわち、正のループの図示平均圧力の測定最小値PMI+ｍｉｎに結びつけられる最小重みとしての Aｍｉｎ と、正のループの図示平均圧力の測定最大値PMI+ｍａｘに結びつけられる最大重みとしてのAｍａｘとを定義する。重みは、測定値PMI+measureの値の関数として線形変化する。すなわち、
A(i)=Aｍｉｎ+(PMI+(i)-PMI+ｍｉｎ)×(Aｍａｘ-Aｍｉｎ)/(PMI+ｍａｘ-PMI+ｍｉｎ)。
【００３０】
次ぎのような数学的近似によって重み付けの測定値の距離の最小化を求める。
【００３１】
PMI+=PMI+ｏｐｔ×[1-C×(AV-AVｏｐｔ)２]
ここに、Cは２次曲線の曲率である。
【００３２】
関連する最小化基準は、かくして次ぎのように書かれる。
【００３３】
min[ΣA(i)２×(PMI+(i)mes-PMI+(i)calc)２]
ここに、iは１つの帽状点火時期進度の間の測定点の番号、PMI+(i)mesはi番の点で測定されたPMI+、PMI+(i)calcはi番の点における数学的な近似によって計算されたPMI+である。
【００３４】
このように計算された各帽状点火時期進度について、最小化基準に合致する唯一の曲線を通過させることができる。この曲線は、各動作点（リッチネス
Ri 、回転数、コレクタ圧力）について、次ぎの形に置かれる。
【００３５】
PMI+=K×Qｒ×[1-C×(AV-AVｏｐｔ)２]
ここに、
PMI+ｏｐｔ= K×Qｒ。
【００３６】
図３に示すように、重み付けありの方法を使用することによって、測定点のよりよい近似が可能になる。
【００３７】
エンジン台上における試験結果に基づくモデルの全体のパラメタの較正は、モデルと測定値との間の距離を最小化することによって実行される。以下のものが最適化のために較正される。
【００３８】
−g(Ri):リッチネス Ri の効率の表、
−f(AVｏｐｔ):モデル化された帽状点火時期進度の曲線と最適点火時期進度の関数との表、
−h(Ri):モデル化された帽状点火時期進度の曲線に及ぼすリッチネス Ri の影響。
【００３９】
最小化の全体の基準として、曲線と、最適点火時期進度と、正のループの図示平均圧力PMI+の値との偏差に、同時に適用される下位の基準を導入する。
【００４０】
各下位の最小化の基準について、モデルの値と測定値との間の偏差の全体的な決定に入る重みと精度の目標とを定める。測定値とモデルの値との差の絶対値の最小化の基準は、次ぎのように書かれる。すなわち、
CRIT(PMI+)=min[a×Σabs(PMI+(i)mes-PMI+(i)calc)]
精度の目標を、例えば、0.3barにとることができる。
【００４１】
モデルの曲線と測定値との差の最小化の基準は、次ぎのように書かれる。すなわち、
CRIT(courbe)=min[b×Σabs(1-courbre(k)calc/courbre(k)mes)]
ここに、kは、曲線の帽状部の番号である。
精度の目標を、例えば、曲線の20%の誤差にとることができる。
【００４２】
モデルと測定値との最適点火時期進度の差の最小化の基準は、次ぎのように書かれる。すなわち、
CRIT(AVｏｐｔ)=min[c×Σabs(AVｏｐｔ(k)mes-AVｏｐｔ(k)calc)]
精度の目標を、例えば、最適点火時期進度の推定値の1°の誤差にとることができる。結果として生じる最小化の全体の基準は、上記に定義した下位の基準の代数和である。各最小化の基準に、所望の精度の目標の掛け算の重み（係数a、b、c）を付ける。本実施の形態において与えられた精度の目標を考慮して、次ぎの比例変換基準を課した。すなわち、
a×0.3=b×0.2=c×1。
【００４３】
図４に示すように、トルクの値は、エンジン内の平均作用圧力 PME から得られる。平均作用圧力PMEの値は、排気圧力Pｅｃｈｐｐと、図５に機能を示すトルクブロックの出力と、エンジンの回転数Nとから得られる。排気における圧力は、kg/secで表示されるエンジンに流入する空気流量Qｒから計算される。
【００４４】
図５に示すように、トルクブロックによって、コレクタ内の圧力Pｃｏｌと、正のループの図示平均圧力PMI+と、点火時期進度効率πＡＶと、リッチネス係数πＲｉと、エンジンの平均作動圧力PMFの値を得ることが可能になる。PMI+の値は、先に説明したように、重み付けを考慮に入れて、回転当りのグラムで表示されるエンジンへ流入する空気流量Qｒと、コレクタ内の圧力Pｃｏｌとリッチネス Ri １における動作回転数Nとの関数としての係数Kの作図法と、点火時期進度効率πＡＶと、リッチネス係数πＲｉとから得られる。点火時期進度効率πＡＶの取得方法は図６に示す。リッチネス係数πＲｉを表す曲線は、リッチネスRi の値から得られる。平均作動圧力PMFは、動作回転数Nから計算される。回転当りのグラムで表示される空気の量Qｒは、kg/secで表示されるエンジンに流入する空気の量と動作回転数Nとから計算される。
【００４５】
図６に示すように、点火時期進度効率πＡＶは、モデル化された帽状点火時期進度の曲線に及ぼすリッチネスRi の影響h(Ri)と、点火時期進度AVと、モデル化された帽状点火時期進度の曲線の表f(AVｏｐｔ)と、最適点火時期進度AVｏｐｔ(Ri)から得られる。関数h(Ri)は、リッチネスRi の値から得られる。モデル化された帽状点火時期進度の曲線の表f(AVｏｐｔ)と、最適点火時期進度AVｏｐｔ(Ri)は、リッチネス Ri が１である場合と、リッチネス Ri が１以下の例えば0.68である場合とについて設定された作図法から出発して、動作回転数 N 及びコレクタ内の圧力Pｃｏｌと、リッチネス Ri に依存する変数Pの関数として計算される。
【００４６】
本発明により、効率の改善とエネルギ消費の減少とによって表現されるところのエンジンの改良された制御を可能にする、エンジンのトルクの高精度な推定方法を使用することができる。
【図１】
0004299460.tif 000002
【図２】
0004299460.tif 000003
【図３】
0004299460.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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