JP2007248119A - Method for determining wiebe function parameter and device for presuming heat release rate of internal combustion engine - Google Patents

Method for determining wiebe function parameter and device for presuming heat release rate of internal combustion engine Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Wiebe function parameter determination method capable of modelizing heat release in the cylinders of an internal combustion engine with high accuracy, and a heat release rate presumption device for the internal combustion engine capable of presuming the in-cylinder heat release rate of the internal combustion engine with high accuracy. <P>SOLUTION: A real heat release rate at each crank angle is found, and a crank angle CAm at the maximum heat release rate being a crank angle at the point of time when the real heat release rate becomes the maximum is determined as one of Wiebe function parameters. Based on a real combustion rate α at the point of time when the real heat release rate becomes the maximum, the value of a shape parameter m is determined. Based on the crank angle CAm, the shape parameter m, etc., a crank angle CAs at a heat release start point of the Wiebe function is determined. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、Wiebe関数パラメータの決定方法および内燃機関の熱発生率推定装置に係り、特に、内燃機関の気筒内の熱発生をモデル化するためのWiebe関数パラメータの決定方法およびWiebe関数モデルを利用した内燃機関の熱発生率推定装置に関する。   The present invention relates to a method for determining a Wiebe function parameter and an apparatus for estimating a heat generation rate of an internal combustion engine, and in particular, uses a method for determining a Wiebe function parameter and a Wiebe function model for modeling heat generation in a cylinder of the internal combustion engine. The present invention relates to a heat generation rate estimation device for an internal combustion engine.

従来より、内燃機関の気筒内の熱発生をWiebe関数によってモデル化する試みがなされている。Wiebe関数によれば、クランク角度毎の熱発生率や燃焼割合等を算出することができる。そして、クランク角度毎の熱発生率の値が分かれば、筒内圧や図示トルク等を算出することができる。ゆえに、気筒内の熱発生をWiebe関数によって正確にモデル化することができれば、内燃機関の開発段階や、内燃機関の制御装置などにおいて、Wiebe関数を有効に利用することが可能となる。   Conventionally, attempts have been made to model heat generation in a cylinder of an internal combustion engine using a Wiebe function. According to the Wiebe function, it is possible to calculate a heat generation rate, a combustion rate, and the like for each crank angle. And if the value of the heat release rate for each crank angle is known, the in-cylinder pressure, the indicated torque, and the like can be calculated. Therefore, if the heat generation in the cylinder can be accurately modeled by the Wiebe function, the Wiebe function can be effectively used in the development stage of the internal combustion engine, the control device for the internal combustion engine, or the like.

気筒内の熱発生をWiebe関数によって正確にモデル化するためには、Wiebe関数に含まれるいくつかのパラメータの値を、対象とする内燃機関の機種に応じて、精度良く決定する必要がある。また、それらのパラメータの値は、空燃比、機関回転数、負荷率、点火時期などの運転条件によっても異なる。   In order to accurately model the heat generation in the cylinder using the Wiebe function, it is necessary to accurately determine the values of some parameters included in the Wiebe function according to the model of the target internal combustion engine. The values of these parameters also vary depending on operating conditions such as air-fuel ratio, engine speed, load factor, and ignition timing.

特開2004−332659号公報には、Wiebe関数を利用して点火時期をMBT(Minimum advance for the Best Torque)付近に制御する技術が開示されている。この公報では、同一エンジンのMBTにおいては、燃焼期間の長さにかかわらず熱発生率の形状(波形)が同じになり、かつ熱発生率が最大となるときのクランク角度および燃焼割合も一定になることを仮定している。そして、Wiebe関数パラメータのうち、熱発生率形状に関与する形状パラメータmを定数とし、それらの値を実験で求めることとしている(上記公報の段落番号0030参照)。なお、上記公報でのパラメータ「n」が本明細書における「m」に相当する。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-332659 discloses a technique for controlling the ignition timing in the vicinity of MBT (Minimum advance for the Best Torque) using a Wiebe function. According to this publication, in the MBT of the same engine, the shape (waveform) of the heat generation rate is the same regardless of the length of the combustion period, and the crank angle and the combustion rate when the heat generation rate is maximized are also constant. It is assumed that Then, among the Wiebe function parameters, the shape parameter m related to the heat release rate shape is set as a constant, and these values are obtained by experiments (see paragraph number 0030 of the above publication). The parameter “n” in the above publication corresponds to “m” in this specification.

特開2004−332659号公報JP 2004-332659 A

しかしながら、上記公報には、形状パラメータmその他のWiebe関数パラメータを実験データに基づいて決定する具体的な方法については何ら開示されていない。また、本発明者の知見によれば、同一エンジンのMBTにおいても、形状パラメータmの値は運転条件によって変化し、一定とはならない。また、種々の制御が行われる現代のエンジンにおいては、必ずしも点火時期をMBTに合わせればよいとは限らない。このため、MBT以外の点火時期の下でのトルク等を推定する要請も存在し、そのためには点火時期の変化によるWiebe関数パラメータの値の変化傾向を把握する必要がある。   However, the above publication does not disclose any specific method for determining the shape parameter m and other Wiebe function parameters based on experimental data. Further, according to the knowledge of the present inventor, even in the MBT of the same engine, the value of the shape parameter m varies depending on operating conditions and is not constant. Further, in a modern engine in which various controls are performed, it is not always necessary to match the ignition timing with MBT. For this reason, there is also a request for estimating a torque or the like under an ignition timing other than MBT, and for that purpose, it is necessary to grasp the change tendency of the value of the Wiebe function parameter due to the change of the ignition timing.

このように、内燃機関の開発や内燃機関の制御装置においてWiebe関数を有効に利用するには、様々な運転条件の下でWiebe関数パラメータを精度良く決定し、それらの値が運転条件に応じてどのように変化するかを正確に把握することが必要である。しかしながら、従来、Wiebe関数パラメータを精度良く決定する手法は確立されていないのが実状である。   As described above, in order to effectively use the Wiebe function in the development of an internal combustion engine and the control device for the internal combustion engine, the Wiebe function parameters are accurately determined under various operating conditions, and those values are determined according to the operating conditions. It is necessary to know exactly how it will change. However, the actual situation is that a method for accurately determining the Wiebe function parameter has not been established.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の気筒内の熱発生を精度良くモデル化することのできるWiebe関数パラメータの決定方法を提供することを目的とする。また、この発明は、内燃機関の気筒内の熱発生率を精度良く推定することのできる内燃機関の熱発生率推定装置を提供することを他の目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a method for determining a Wiebe function parameter capable of accurately modeling heat generation in a cylinder of an internal combustion engine. . Another object of the present invention is to provide a heat generation rate estimation device for an internal combustion engine that can accurately estimate the heat generation rate in a cylinder of the internal combustion engine.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、Wiebe関数パラメータの決定方法であって、
前記内燃機関の気筒内におけるクランク角度毎の実熱発生率を求めるステップと、
前記実熱発生率が最大となった時点でのクランク角度である熱発生率最大クランク角度をWiebe関数パラメータの一つとして決定するステップと、
前記実熱発生率が最大となった時点での実燃焼割合を求めるステップと、
前記実燃焼割合に基づいて、Wiebe関数パラメータの一つである形状パラメータmの値を決定するステップと、
を備え、
Wiebe関数の熱発生開始点のクランク角度を、前記熱発生率最大クランク角度の値と、前記形状パラメータmの値と、Wiebe関数パラメータの一つである燃焼期間の値と、Wiebe関数パラメータの一つであるパラメータaの値と、に基づいて設定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a method for determining a Wiebe function parameter,
Obtaining an actual heat generation rate for each crank angle in the cylinder of the internal combustion engine;
Determining the maximum heat generation rate crank angle, which is the crank angle at the time when the actual heat generation rate is maximized, as one of the Wiebe function parameters;
Obtaining an actual combustion rate when the actual heat generation rate becomes maximum;
Determining a value of a shape parameter m which is one of the Wiebe function parameters based on the actual combustion rate;
With
The crank angle at the heat generation start point of the Wiebe function is defined as the value of the maximum heat release rate crank angle, the value of the shape parameter m, the value of the combustion period which is one of the Wiebe function parameters, and one of the Wiebe function parameters. The parameter a is set based on the value of the parameter a.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記形状パラメータmの値を決定するステップでは、前記実燃焼割合の値をαとしたとき、下記(I)式により形状パラメータmの値が決定され、
前記熱発生率最大クランク角度をCAm[°ATDC]、Wiebe関数の熱発生開始点のクランク角度をCAs[°BTDC]、前記燃焼期間をθ[°]、βを下記(II)式で表す値、としたとき、下記(III)式が成り立つことを特徴とする。

Figure 2007248119
CAs=β×θ−CAm ・・・(III) The second invention is the first invention, wherein
In the step of determining the value of the shape parameter m, when the value of the actual combustion ratio is α, the value of the shape parameter m is determined by the following equation (I):
The maximum heat generation rate crank angle is represented by CAm [° ATDC], the crank angle at the heat generation start point of the Wiebe function is represented by CAs [° BTDC], the combustion period is represented by θ p [°], and β is represented by the following formula (II): When the value is assumed, the following formula (III) is established.
Figure 2007248119
CAs = β × θ p −CAm (III)

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記決定された熱発生率最大クランク角度および形状パラメータmの値を用いてWiebe関数モデルにより算出されるクランク角度毎のモデル熱発生率と、前記実熱発生率との誤差の大きさを表す誤差評価値が最小となるように、残りのWiebe関数パラメータの値を決定するステップを更に備えることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
An error indicating the magnitude of an error between the model heat generation rate for each crank angle calculated by the Wiebe function model using the determined maximum heat generation rate crank angle and the value of the shape parameter m and the actual heat generation rate The method further includes the step of determining values of the remaining Wiebe function parameters so that the evaluation value is minimized.

また、第4の発明は、第3の発明において、
前記残りのWiebe関数パラメータは、前記燃焼期間θと、気筒内に供給された燃料の熱量が気筒内での熱発生量に変換される効率kとであることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
The remaining Wiebe function parameters, characterized in that the is a combustion period theta p, and efficiency k in which heat of the fuel supplied into the cylinder is converted into heat generation quantity in the cylinder.

また、第5の発明は、内燃機関の熱発生率推定装置であって、
内燃機関の運転条件と、気筒内の実熱発生率が最大となるクランク角度である熱発生率最大クランク角度との関係を記憶した関係記憶手段と、
Wiebe関数モデルに基づいて、気筒内の熱発生率の推定値であるモデル熱発生率をクランク角度毎に算出する熱発生率推定手段と、
を備え、
前記熱発生率推定手段は、前記関係記憶手段に記憶された関係に従って運転条件に応じて取得される熱発生率最大クランク角度に、前記モデル熱発生率が最大となるクランク角度が一致するように、前記モデル熱発生率を算出することを特徴とする。
The fifth invention is a heat release rate estimating device for an internal combustion engine,
Relationship storage means for storing the relationship between the operating condition of the internal combustion engine and the maximum heat generation rate crank angle, which is the crank angle at which the actual heat generation rate in the cylinder is maximum;
Based on the Wiebe function model, heat generation rate estimation means for calculating a model heat generation rate for each crank angle, which is an estimated value of the heat generation rate in the cylinder,
With
The heat generation rate estimation means is arranged so that the crank angle at which the model heat generation rate becomes maximum coincides with the maximum heat generation rate crank angle acquired according to operating conditions in accordance with the relationship stored in the relationship storage means. The model heat generation rate is calculated.

また、第6の発明は、第5の発明において、
前記関係記憶手段は、前記内燃機関の運転条件と、Wiebe関数パラメータである形状パラメータおよび燃焼期間との関係を更に記憶しており、
前記熱発生率推定手段は、前記関係記憶手段に記憶された関係に従って運転条件に応じて取得される熱発生率最大クランク角度をCAm[°ATDC]、形状パラメータをm、燃焼期間をθ[°]とし、Wiebe関数パラメータの一つであるaを所定の定数とし、βを下記(IV)式で表す値としたとき、Wiebe関数の熱発生開始点のクランク角度CAs[°BTDC]が下記(V)式で表す値となるように、前記モデル熱発生率を算出することを特徴とする。

Figure 2007248119
CAs=β×θ−CAm ・・・(V) The sixth invention is the fifth invention, wherein
The relationship storage means further stores the relationship between the operating conditions of the internal combustion engine, the shape parameter that is a Wiebe function parameter, and the combustion period,
The heat generation rate estimation means has a maximum heat generation rate crank angle acquired according to operating conditions in accordance with the relationship stored in the relationship storage means, CAm [° ATDC], a shape parameter m, and a combustion period θ p [ °], where a which is one of the Wiebe function parameters is a predetermined constant, and β is a value represented by the following equation (IV), the crank angle CAs [° BTDC] of the heat generation start point of the Wiebe function is The model heat generation rate is calculated so as to be a value represented by equation (V).
Figure 2007248119
CAs = β × θ p −CAm (V)

第1の発明によれば、内燃機関の気筒内の熱発生をWiebe関数でモデル化する上で、気筒内の実熱発生率が最大となった時点でのクランク角度である熱発生率最大クランク角度をWiebe関数パラメータの一つとして決定することができる。熱発生率最大クランク角度によれば、Wiebe関数の熱発生開始点(燃焼開始点)の絶対的なクランク角度を定めることができる。そして、熱発生率最大クランク角度には、点火時期等の運転条件の影響が精度良く反映される。更に、熱発生率最大クランク角度は、実熱発生率をクランク角毎に取得することにより一義的に定まるので、その値を正確かつ容易に決定することができる。また、第1の発明によれば、実熱発生率が最大となった時点での実燃焼割合に基づいて形状パラメータmの値を決定することにより、形状パラメータmを高精度に決定することができる。このようなことから、第1の発明によれば、あらゆる運転条件において気筒内の熱発生を精度良く推定することのできる、高精度なWiebe関数モデルを構築することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, when the heat generation in the cylinder of the internal combustion engine is modeled by the Wiebe function, the maximum heat generation rate crank that is the crank angle when the actual heat generation rate in the cylinder becomes the maximum. The angle can be determined as one of the Wiebe function parameters. According to the maximum heat release rate crank angle, the absolute crank angle of the heat generation start point (combustion start point) of the Wiebe function can be determined. The effect of operating conditions such as ignition timing is accurately reflected in the maximum heat release rate crank angle. Furthermore, since the maximum heat generation rate crank angle is uniquely determined by acquiring the actual heat generation rate for each crank angle, the value can be determined accurately and easily. According to the first invention, the shape parameter m can be determined with high accuracy by determining the value of the shape parameter m based on the actual combustion rate at the time when the actual heat generation rate becomes maximum. it can. For this reason, according to the first aspect of the present invention, it is possible to construct a highly accurate Wiebe function model that can accurately estimate the heat generation in the cylinder under all operating conditions.

第2の発明によれば、上記(I)式を用いることにより、形状パラメータmの値を高精度かつ容易に決定することができる。また、上記(II)式および(III)式を用いることにより、Wiebe関数の熱発生開始点の絶対的なクランク角度CAsを高精度かつ容易に設定することができる。   According to the second invention, the value of the shape parameter m can be determined with high accuracy and ease by using the above formula (I). Also, by using the above equations (II) and (III), the absolute crank angle CAs at the heat generation start point of the Wiebe function can be set with high accuracy and ease.

第3の発明によれば、決定済みの熱発生率最大クランク角度および形状パラメータmの値を用いてWiebe関数モデルにより算出されるモデル熱発生率と、実熱発生率との誤差が最小となるように、残りのWiebe関数パラメータの値を精度良く決定することができる。   According to the third aspect, the error between the model heat generation rate calculated by the Wiebe function model using the determined maximum heat generation rate crank angle and the value of the shape parameter m and the actual heat generation rate is minimized. As described above, the values of the remaining Wiebe function parameters can be determined with high accuracy.

第4の発明によれば、残りのWiebe関数パラメータとして、燃焼期間θおよび効率kの値を精度良く決定することができる。 According to the fourth invention, as the remaining Wiebe function parameters, the values of the combustion period theta p and efficiency k can be accurately determined.

第5の発明によれば、Wiebe関数モデルを用いて内燃機関の気筒内の熱発生率を推定する上で、気筒内の実熱発生率が最大となった時点でのクランク角度である熱発生率最大クランク角度をWiebe関数パラメータの一つとして使用することができる。すなわち、予め記憶された関係に基づいて運転条件に応じて取得される熱発生率最大クランク角度に、熱発生率の推定値が最大となるクランク角度が一致するように、熱発生率を推定することができる。熱発生率最大クランク角度には、点火時期等の運転条件の影響が精度良く反映される。このため、第5の発明によれば、熱発生率最大クランク角度をWiebe関数パラメータとして使用することにより、種々の運転条件の下での熱発生率を精度良く推定することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, in estimating the heat generation rate in the cylinder of the internal combustion engine using the Wiebe function model, the heat generation that is the crank angle at the time when the actual heat generation rate in the cylinder becomes the maximum. The rate maximum crank angle can be used as one of the Wiebe function parameters. That is, the heat generation rate is estimated so that the crank angle at which the estimated value of the heat generation rate becomes the maximum coincides with the maximum heat generation rate crank angle acquired according to the operation condition based on the relationship stored in advance. be able to. The effect of operating conditions such as ignition timing is accurately reflected in the maximum heat release rate crank angle. Therefore, according to the fifth aspect of the invention, the heat generation rate under various operating conditions can be accurately estimated by using the maximum heat generation rate crank angle as the Wiebe function parameter.

第6の発明によれば、クランク角度毎の熱発生率を推定する上で、熱発生開始点のクランク角度を、熱発生率最大クランク角度に基づいて精度良く算出することができる。   According to the sixth aspect, in estimating the heat generation rate for each crank angle, the crank angle at the heat generation start point can be accurately calculated based on the maximum heat generation rate crank angle.

実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1で用いられるシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10の各気筒には、吸気弁14、排気弁16および点火プラグ30が設けられている。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration used in Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of this embodiment includes a spark ignition type internal combustion engine 10. Each cylinder of the internal combustion engine 10 is provided with an intake valve 14, an exhaust valve 16 and a spark plug 30.

また、内燃機関10には、クランク軸の回転位置(クランク角度)を検出するクランク角センサ12が設けられている。クランク角センサ12は、クランク軸が所定回転角だけ回転する毎に、Hi出力とLo出力を反転させるセンサである。クランク角センサ12の出力によれば、機関回転数NEを検知することもできる。   The internal combustion engine 10 is provided with a crank angle sensor 12 that detects the rotational position (crank angle) of the crankshaft. The crank angle sensor 12 is a sensor that reverses the Hi output and the Lo output each time the crankshaft rotates by a predetermined rotation angle. According to the output of the crank angle sensor 12, the engine speed NE can also be detected.

また、内燃機関10には、筒内圧センサ18が組み込まれている。筒内圧センサ18によれば、気筒内(燃焼室内)に生ずる圧力を検出することができる。   The internal combustion engine 10 incorporates an in-cylinder pressure sensor 18. The in-cylinder pressure sensor 18 can detect the pressure generated in the cylinder (combustion chamber).

内燃機関10の吸気通路19の途中には、サージタンク20が設けられている。サージタンク20には、その内部の圧力、すなわち吸気管圧力を検出する吸気圧センサ21が設置されている。また、吸気通路19には、その内部を流通する吸入空気量GAを検出するエアフローメータ22が配置されている。吸気圧センサ21の出力によれば、内燃機関10の負荷率KL[%]などを取得することができる。なお、負荷率KLは、吸入空気量GAと機関回転数NEとに基づいて算出してもよい。   A surge tank 20 is provided in the intake passage 19 of the internal combustion engine 10. The surge tank 20 is provided with an intake pressure sensor 21 for detecting the internal pressure, that is, the intake pipe pressure. In addition, an air flow meter 22 that detects an intake air amount GA flowing through the inside of the intake passage 19 is disposed. According to the output of the intake pressure sensor 21, the load factor KL [%] of the internal combustion engine 10 can be acquired. The load factor KL may be calculated based on the intake air amount GA and the engine speed NE.

エアフローメータ22の下流には、スロットル弁24が配置されている。スロットル弁24の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ26が組み付けられている。   A throttle valve 24 is disposed downstream of the air flow meter 22. In the vicinity of the throttle valve 24, a throttle opening sensor 26 for detecting the throttle opening TA is assembled.

内燃機関10の吸気ポートには、ガソリン等の燃料を噴射するためのインジェクタ28が配設されている。なお、本発明における内燃機関は、このようなポート噴射式の内燃機関に限定されるものではなく、筒内直接噴射式の内燃機関や、ポート噴射と筒内噴射とを併用する内燃機関であってもよい。   An injector 28 for injecting fuel such as gasoline is disposed at the intake port of the internal combustion engine 10. The internal combustion engine in the present invention is not limited to such a port injection type internal combustion engine, but is an in-cylinder direct injection type internal combustion engine or an internal combustion engine that uses both port injection and in-cylinder injection. May be.

内燃機関10の排気通路32には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ33が設置されている。また、排気通路32には、排気ガスを浄化するための触媒34が組み込まれている。   An air-fuel ratio sensor 33 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is installed in the exhaust passage 32 of the internal combustion engine 10. A catalyst 34 for purifying exhaust gas is incorporated in the exhaust passage 32.

本実施形態のシステムは、制御装置として、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、上述した各種のセンサからセンサ信号が供給されている。ECU50は、それらのセンサ信号に基づいて、スロットル弁24や、インジェクタ28、点火プラグ30などの各種アクチュエータを制御することができる。また、後述するように、ECU50は、クランク角センサ12、筒内圧センサ18等のセンサ信号に基づいて、Wiebe関数パラメータの決定処理を行うことができる。更に、ECU50は、予め記憶されたWiebe関数モデルに基づいて、気筒内の燃焼による熱発生率を推定する処理を行うことができる。   The system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50 as a control device. Sensor signals are supplied to the ECU 50 from the various sensors described above. The ECU 50 can control various actuators such as the throttle valve 24, the injector 28, and the spark plug 30 based on those sensor signals. In addition, as will be described later, the ECU 50 can perform Wiebe function parameter determination processing based on sensor signals from the crank angle sensor 12, the in-cylinder pressure sensor 18, and the like. Furthermore, the ECU 50 can perform a process of estimating a heat generation rate due to combustion in the cylinder based on a Wiebe function model stored in advance.

(Wiebe関数)
本実施形態のWiebe関数は、下記(1)式あるいは下記(2)式で表される。

Figure 2007248119
(Wiebe function)
The Wiebe function of the present embodiment is expressed by the following formula (1) or the following formula (2).
Figure 2007248119

上記(1)および(2)式中の各記号の意味は、次の通りである。
Q:内燃機関10の気筒内の発熱量[J]
total:気筒内に供給された燃料の熱量[J]
θ:熱発生開始点を基準とするクランク角度[°]
θ:燃焼期間[°]
m:形状パラメータ
k:効率
The meaning of each symbol in the above formulas (1) and (2) is as follows.
Q: Calorific value in the cylinder of the internal combustion engine 10 [J]
Q total : calorific value of fuel supplied to the cylinder [J]
θ: Crank angle relative to the heat generation start point [°]
θ p : Combustion period [°]
m: shape parameter k: efficiency

上記(1)式は、内燃機関10の気筒内における熱発生率dQ/dθを算出するためのWiebe関数である。上記(2)式の左辺のQ/kQtotalは、後述するように、内燃機関10の気筒内における燃焼割合を表す。つまり、上記(2)式は、燃焼割合Q/kQtotalを算出するためのWiebe関数である。 The above equation (1) is a Wiebe function for calculating the heat release rate dQ / dθ in the cylinder of the internal combustion engine 10. Q / kQ total on the left side of the equation (2) represents a combustion ratio in the cylinder of the internal combustion engine 10 as described later. That is, the above equation (2) is a Wiebe function for calculating the combustion ratio Q / kQ total .

図2は、横軸にクランク角度を、縦軸に熱発生率dQ/dθをとったグラフである。上記(1)式のWiebe関数によれば、クランク角度毎の熱発生率dQ/dθを算出することができる。以下の説明では、このWiebe関数に基づいて算出される熱発生率dQ/dθを「モデル熱発生率」と称する。図2中の太い実線は、モデル熱発生率を表す。   FIG. 2 is a graph in which the horizontal axis represents the crank angle and the vertical axis represents the heat generation rate dQ / dθ. According to the Wiebe function of the above equation (1), the heat generation rate dQ / dθ for each crank angle can be calculated. In the following description, the heat generation rate dQ / dθ calculated based on this Wiebe function is referred to as “model heat generation rate”. The thick solid line in FIG. 2 represents the model heat generation rate.

一方、図1に示すシステムでは、筒内圧センサ18により、筒内圧をクランク角度毎に計測することができる。以下の説明では、筒内圧センサ18による計測値を「実筒内圧」と称する。後述するように、実筒内圧からは、エネルギー保存則の式を用いて、クランク角度毎の熱発生率を算出することができる。以下の説明では、実筒内圧に基づいて算出される熱発生率を「実熱発生率」と称する。図2中の太い破線は、実熱発生率を表す。   On the other hand, in the system shown in FIG. 1, the in-cylinder pressure can be measured for each crank angle by the in-cylinder pressure sensor 18. In the following description, the measured value by the in-cylinder pressure sensor 18 is referred to as “actual in-cylinder pressure”. As will be described later, the heat release rate for each crank angle can be calculated from the actual in-cylinder pressure using an energy conservation law equation. In the following description, the heat generation rate calculated based on the actual in-cylinder pressure is referred to as “actual heat generation rate”. A thick broken line in FIG. 2 represents an actual heat generation rate.

なお、本明細書において、「クランク角度毎」と言ったとき、そのクランク角度の間隔は、特に限定されるものではなく、例えば1°間隔程度とすることができる。   In the present specification, when “every crank angle” is referred to, the interval between the crank angles is not particularly limited, and can be, for example, about 1 °.

上記(1)式のWiebe関数によれば、θ=0のときには、モデル熱発生率dQ/dθ=0と算出される。そして、θが0を超えた時点からdQ/dθ>0となり、熱発生が開始することを意味する。つまり、上記(1)式のWiebe関数では、θ=0が熱発生開始点(燃焼開始点)となるので、θは上記のように熱発生開始点を基準とするクランク角度(熱発生開始後の経過クランク角度)を意味することになる。   According to the Wiebe function of the above equation (1), when θ = 0, the model heat generation rate dQ / dθ = 0 is calculated. Then, when θ exceeds 0, dQ / dθ> 0, which means that heat generation starts. That is, in the Wiebe function of the above equation (1), θ = 0 is the heat generation start point (combustion start point), and thus θ is the crank angle (after the heat generation start is based on the heat generation start point) as described above. The elapsed crank angle).

本明細書では、Wiebe関数によってクランク角度毎のモデル熱発生率を算出する上で値を決定する必要のある複数のパラメータを「Wiebe関数パラメータ」と称する。実機(内燃機関10)の気筒内の熱発生を、上記Wiebe関数を用いて正確にモデル化する上では、実熱発生率とモデル熱発生率との誤差がなるべく小さくなるように、各Wiebe関数パラメータの値を精度良く決定することが必要となる。以下、Wiebe関数の各パラメータについて順次説明する。   In the present specification, a plurality of parameters whose values need to be determined in calculating the model heat generation rate for each crank angle by the Wiebe function are referred to as “Wiebe function parameters”. In accurately modeling the heat generation in the cylinder of the actual machine (internal combustion engine 10) using the Wiebe function, each Wiebe function is set so that the error between the actual heat generation rate and the model heat generation rate is as small as possible. It is necessary to determine the parameter value with high accuracy. Hereinafter, each parameter of the Wiebe function will be described sequentially.

(燃焼期間θ
図2に示すように、燃焼期間θは、燃焼による熱の発生が継続する期間、つまり熱発生開始点(燃焼開始点)から熱発生終了点(燃焼終了点)までの期間をクランク角度で表したものとしての物理的意味を有している。Wiebe関数は、熱発生が継続している状態をモデル化するものであるので、その定義域は0≦θ≦θとなる。
(Combustion period θ p )
As shown in FIG. 2, the combustion period θ p is a period during which heat generation by combustion continues, that is, a period from the heat generation start point (combustion start point) to the heat generation end point (combustion end point) in terms of the crank angle. It has a physical meaning as expressed. Wiebe function, since the heat generation is to model the state continues, domain becomes 0 ≦ θ ≦ θ p that.

(形状パラメータm)
形状パラメータmは、図2のようなグラフにおけるモデル熱発生率の形状に大きく関与するパラメータであり、特に、モデル熱発生率が最大値をとるクランク角度に大きく関与するパラメータである。
(Shape parameter m)
The shape parameter m is a parameter greatly related to the shape of the model heat generation rate in the graph as shown in FIG. 2, and is particularly a parameter greatly related to the crank angle at which the model heat generation rate takes the maximum value.

(効率k)
上記(1)および(2)式中、気筒内に供給された燃料の熱量Qtotalは、筒内に供給された燃料量に、その燃料の低位発熱量を乗ずることにより算出することができる。なお、低位発熱量は、真発熱量とも呼ばれる物性値である。低位発熱量とは、単位量の燃料が完全燃焼したときに発生する熱量から、燃料中に含まれる水分および燃焼によって生じる水分を蒸発させるのに必要な熱量(潜熱)を差し引いた残りの熱量を意味する。
(Efficiency k)
In the above formulas (1) and (2), the heat quantity Q total of the fuel supplied into the cylinder can be calculated by multiplying the fuel quantity supplied into the cylinder by the lower heating value of the fuel. The lower heating value is a physical property value called a true heating value. The lower calorific value is the amount of heat generated when a unit amount of fuel is completely burned, minus the amount of heat (latent heat) required to evaporate the moisture contained in the fuel and the moisture generated by the combustion. means.

内燃機関における燃焼では、冷却損失や燃料の燃え残りなどに起因して、何らかの熱損失を伴うのが普通である。このため、気筒内に供給された燃料の熱量Qtotalが全部そのまま気筒内の発熱量Qに変換されることは実際上はあり得ない。本実施形態では、このことをWiebe関数に反映させるパラメータとして、効率kを導入している。すなわち、効率kは、気筒内に供給された燃料の熱量Qtotalが発熱量Qに変換される効率としての物理的意味を有しており、0<k<1なる範囲の数である。 Combustion in an internal combustion engine usually involves some heat loss due to a cooling loss, unburned fuel, and the like. For this reason, it is practically impossible for all the amount of heat Q total of the fuel supplied into the cylinder to be directly converted into the amount of heat generated Q in the cylinder. In this embodiment, efficiency k is introduced as a parameter for reflecting this in the Wiebe function. That is, the efficiency k has a physical meaning as an efficiency in which the heat quantity Q total of the fuel supplied into the cylinder is converted into the heat generation quantity Q, and is a number in a range of 0 <k <1.

効率kを用いると、気筒内での総発熱量は、Qtotalにkを乗じたkQtotalとして表すことができる。総発熱量kQtotalは、図2のようなグラフにおいて、熱発生率dQ/dθの曲線と、dQ/dθ=0の直線とが囲む面積で表される。実機における総発熱量kQtotalの値は、実熱発生率を積分することによって算出することが可能である。 When the efficiency k is used, the total calorific value in the cylinder can be expressed as kQ total obtained by multiplying Q total by k. The total calorific value kQ total is represented by an area surrounded by a curve of the heat generation rate dQ / dθ and a straight line of dQ / dθ = 0 in the graph as shown in FIG. The value of the total calorific value kQ total in the actual machine can be calculated by integrating the actual heat generation rate.

上記のように総発熱量がkQtotalとして表されるので、あるクランク角度θにおける燃焼割合は、そのクランク角度θまでの発熱量Qと、総発熱量kQtotalとの比Q/kQtotalとして表すことができる。この燃焼割合Q/kQtotalは、Wiebe関数によれば、上記(2)式で表される。上記(2)式をθで微分すると、上記(1)式が得られる。つまり、上記(2)式は、上記(1)式と等価である。 Since the total calorific value is expressed as kQ total as described above, the combustion ratio at a certain crank angle θ is expressed as a ratio Q / kQ total between the calorific value Q up to the crank angle θ and the total calorific value kQ total. be able to. This combustion ratio Q / kQ total is expressed by the above equation (2) according to the Wiebe function. When the equation (2) is differentiated by θ, the equation (1) is obtained. That is, the above equation (2) is equivalent to the above equation (1).

(パラメータa)
燃焼割合の本来の定義からすると、燃焼割合の値は、燃焼終了時、つまりθ=θにおいて1(100%)となるべきである。一方、Wiebe関数では、燃焼終了時の燃焼割合は、上記(2)式にθ=θを代入することにより、下記式で表される。
Q/kQtotal(燃焼終了時)=1−exp(−a) ・・・(3)
(Parameter a)
From original definition of combustion rate, the value of the combustion rate is at combustion end, it should be 1 (100%) in other words θ = θ p. On the other hand, the Wiebe function, the combustion rate at the combustion end, by substituting theta = theta p in equation (2) is represented by the following formula.
Q / kQ total (at the end of combustion) = 1−exp (−a) (3)

上記(3)式が示すように、Wiebe関数で算出される燃焼終了時の燃焼割合Q/kQtotalの値は、パラメータaのみの関数となる。そして、この値は1よりも「−exp(−a)」だけ小さくなることになり、1になり得ない。そこで、本実施形態では、Wiebe関数で算出される燃焼終了時の燃焼割合が1近傍の値(ここでは0.999とする)になると仮定することとした。この仮定によれば、下記式が得られる。
Q/kQtotal(燃焼終了時)=1−exp(−a)=0.999 ・・・(4)
上記(4)式を方程式として解くと、a≒6.9となる。そこで、本実施形態では、パラメータaを定数6.9として扱うものとする。
As shown in the above equation (3), the value of the combustion ratio Q / kQ total at the end of combustion calculated by the Wiebe function is a function of only the parameter a. This value is smaller than “1” by “−exp (−a)” and cannot be “1”. Therefore, in this embodiment, it is assumed that the combustion ratio at the end of combustion calculated by the Wiebe function is a value close to 1 (here, 0.999). According to this assumption, the following equation is obtained.
Q / kQ total (at the end of combustion) = 1−exp (−a) = 0.999 (4)
When equation (4) is solved as an equation, a≈6.9. Therefore, in this embodiment, the parameter a is handled as a constant 6.9.

以上、Wiebe関数パラメータとして、燃焼期間θ、形状パラメータm、効率k、パラメータaの4つについて説明した。Wiebe関数によってクランク角度毎のモデル熱発生率を算出する上では、次の理由から、もう一つのWiebe関数パラメータを設定する必要がある。前述したように、上記(1)式のWiebe関数中のクランク角度θは、Wiebe関数の熱発生開始点を基準としている。このため、クランク角度毎のモデル熱発生率を算出するためには、Wiebe関数のクランク角度θと、絶対的なクランク角度(例えば上死点基準クランク角度)との関係を定めるためのWiebe関数パラメータが更に必要となる。このようなWiebe関数パラメータとして、一つには、着火遅れθを想定することができる。 As described above, the four combustion parameters θ p , the shape parameter m, the efficiency k, and the parameter a have been described as the Wiebe function parameters. In calculating the model heat generation rate for each crank angle by the Wiebe function, it is necessary to set another Wiebe function parameter for the following reason. As described above, the crank angle θ in the Wiebe function of the above equation (1) is based on the heat generation start point of the Wiebe function. For this reason, in order to calculate the model heat generation rate for each crank angle, the Wiebe function parameter for determining the relationship between the crank angle θ of the Wiebe function and the absolute crank angle (for example, the top dead center reference crank angle). Need more. As such a Wiebe function parameter, for example, an ignition delay θ b can be assumed.

点火プラグ30により筒内の混合気に点火された後、燃焼が開始して実熱発生率が立ち上がるまでには、若干の遅れが生ずる。このため、図2に示すように、Wiebe関数によるモデル熱発生率の波形を実熱発生率の波形に精度良く一致させるためには、Wiebe関数の熱発生開始点を点火時期SAよりも遅らせた位置にする必要がある。着火遅れθは、この要請に応えるためのパラメータであり、Wiebe関数の熱発生開始点の、点火時期SAからの遅れをクランク角度で表した値として定義される。 After the air-fuel mixture in the cylinder is ignited by the spark plug 30, there is a slight delay until combustion starts and the actual heat generation rate rises. For this reason, as shown in FIG. 2, in order to accurately match the waveform of the model heat generation rate by the Wiebe function with the waveform of the actual heat generation rate, the heat generation start point of the Wiebe function is delayed from the ignition timing SA. Must be in position. The ignition delay θ b is a parameter for meeting this requirement, and is defined as a value representing the delay from the ignition timing SA of the heat generation start point of the Wiebe function with a crank angle.

上記着火遅れθをWiebe関数パラメータとして追加すれば、Wiebe関数の熱発生開始点の絶対的なクランク角度を定めることができるので、クランク角度毎のモデル熱発生率を算出することが可能となる。しかしながら、図2に示すように、実熱発生率は、立ち上がり部分がなだらかな形状になり易いのに対し、モデル熱発生率は、熱発生開始点から一気に立ち上がるような形状になり易い。このため、実熱発生率とモデル熱発生率とは、熱発生開始直後の形状が一致しない場合がある。このような場合には、着火遅れθの値を一義的に決めることができず、着火遅れθを精度良く決定することが困難になり易い。このようなことから、着火遅れθをWiebe関数パラメータとして使用することとすると、着火遅れθの値を十分な精度で決定しにくくなり、その結果、正確なモデル化が困難となり易い。 By adding the ignition delay theta b as a Wiebe function parameters, it is possible to determine the absolute crank angle of the heat generation starting point of the Wiebe function, it is possible to calculate the model heat release rate for each crank angle . However, as shown in FIG. 2, the actual heat generation rate tends to have a gentle shape at the rising portion, whereas the model heat generation rate tends to have a shape that rises at a stretch from the heat generation start point. For this reason, the actual heat generation rate and the model heat generation rate may not coincide with each other immediately after the start of heat generation. In such a case, can not be determined uniquely the value of ignition delay theta b, it will likely be difficult to accurately determine the ignition delay theta b. For this reason, if the ignition delay θ b is used as the Wiebe function parameter, it is difficult to determine the value of the ignition delay θ b with sufficient accuracy, and as a result, accurate modeling is likely to be difficult.

そこで、本実施形態では、着火遅れθをWiebe関数パラメータとして使用することはせず、代わりに、実熱発生率が最大となった時点でのクランク角度(以下、「熱発生率最大クランク角度」と称する)をWiebe関数パラメータとして使用することとした。以下の説明では、熱発生率最大クランク角度を、圧縮上死点を基準とするクランク角度で表すものとし、記号をCAm[°ATDC]と表記する。 Therefore, in the present embodiment, the ignition delay θ b is not used as the Wiebe function parameter, but instead, the crank angle at the time when the actual heat generation rate becomes maximum (hereinafter referred to as “the maximum heat generation rate crank angle”). ")" Was used as the Wiebe function parameter. In the following description, the maximum heat release rate crank angle is expressed as a crank angle with reference to the compression top dead center, and the symbol is expressed as CAm [° ATDC].

熱発生率最大クランク角度CAmは、実熱発生率がピークになったときのクランク角度であるので、実熱発生率の波形から一義的に決めることが容易である。このため、熱発生率最大クランク角度CAmをWiebe関数パラメータとして使用することにすれば、高い精度で容易にその値を決定することができる。また、後述するように、熱発生率最大クランク角度CAmを用いれば、着火遅れθを用いなくても、Wiebe関数の熱発生開始点および終了点を定めることができるので、クランク角度毎のモデル熱発生率を算出することが可能となる。 The maximum heat generation rate crank angle CAm is a crank angle when the actual heat generation rate reaches its peak, and can be easily determined uniquely from the waveform of the actual heat generation rate. For this reason, if the maximum heat release rate crank angle CAm is used as the Wiebe function parameter, the value can be easily determined with high accuracy. Further, as will be described later, if the maximum heat generation rate crank angle CAm is used, the heat generation start point and end point of the Wiebe function can be determined without using the ignition delay θ b , so that a model for each crank angle is used. It becomes possible to calculate a heat release rate.

[実施の形態1におけるWiebe関数パラメータ決定方法]
以下、実施の形態1における具体的処理について説明する。図3は、実機データに基づいてWiebe関数パラメータの値を決定するために、本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。
[Wiebe Function Parameter Determination Method in Embodiment 1]
Hereinafter, specific processing in the first embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to determine the value of the Wiebe function parameter based on the actual machine data.

図3に示すルーチンによれば、まず、内燃機関10の運転中に、クランク角センサ12および筒内圧センサ18の出力に基づいて、クランク角度毎の実筒内圧Pdata[Pa]が計測される(ステップ100)。このステップ100において、実筒内圧Pdataの計測は、全クランク角度範囲に渡って行わなくてもよく、少なくとも実際の燃焼期間が含まれる範囲で行えばよい。 According to the routine shown in FIG. 3, first, during operation of the internal combustion engine 10, the actual in-cylinder pressure P data [Pa] for each crank angle is measured based on the outputs of the crank angle sensor 12 and the in-cylinder pressure sensor 18. (Step 100). In step 100, the measurement of the actual in-cylinder pressure P data may not be performed over the entire crank angle range, and may be performed within a range including at least the actual combustion period.

次に、上記ステップ100で実測されたクランク角度毎の実筒内圧Pdataに基づいて、次のような方法により、クランク角度毎の実熱発生率が算出される(ステップ102)。次式は、熱発生率dQ/dθと、筒内圧Pと、筒内容積V[m3]と、クランク角度θとを用いて、熱力学上のエネルギー保存則を表した式である。なお、次式中のクランク角度θは、上記(1)式等のWiebe関数におけるθとは異なり、上死点基準の絶対的なクランク角度を表すものとする。

Figure 2007248119
Next, the actual heat generation rate for each crank angle is calculated by the following method based on the actual in-cylinder pressure P data for each crank angle measured in step 100 (step 102). The following equation is an equation representing a thermodynamic energy conservation law using the heat generation rate dQ / dθ, the in-cylinder pressure P, the in-cylinder volume V [m 3 ], and the crank angle θ. The crank angle θ in the following equation represents an absolute crank angle based on the top dead center, unlike θ in the Wiebe function such as the above equation (1).
Figure 2007248119

上記(5)式中、κは比熱比であり、燃焼ガスの組成などに基づいて定まる既知の値である。また、筒内容積Vおよびその変化率dV/dθは、クランク角度θに応じて幾何学的に決まる値である。よって、これらの既知の値と、上記ステップ100で実測されたクランク角度毎の実筒内圧Pdataの値とを上記(5)式に代入することにより、図2中の太い破線で示すようなクランク角度毎の実熱発生率dQ/dθを算出することができる。 In the above equation (5), κ is a specific heat ratio, which is a known value determined based on the composition of the combustion gas. The in-cylinder volume V and the rate of change dV / dθ are geometrically determined values according to the crank angle θ. Therefore, by substituting these known values and the value of the actual in-cylinder pressure P data for each crank angle measured in the above step 100 into the above equation (5), as shown by the thick broken line in FIG. The actual heat generation rate dQ / dθ for each crank angle can be calculated.

なお、上記ステップ102の実熱発生率の算出に際しては、例えば、内燃機関10の冷却水温等の温度情報や排気ガス成分の情報等を加味して、それらに基づく補正を施して算出するようにしてもよい。   In calculating the actual heat generation rate in step 102, for example, temperature information such as the cooling water temperature of the internal combustion engine 10, information on exhaust gas components, and the like are taken into account, and correction is performed based on the information. May be.

続いて、上記ステップ102で算出されたクランク角度毎の実熱発生率のうちの最大値が探索される。そして、実熱発生率が最大値をとった時点でのクランク角度の値が取得され、その値が熱発生率最大クランク角度CAmとして決定される(ステップ104)。   Subsequently, the maximum value of the actual heat generation rates for each crank angle calculated in step 102 is searched. Then, the value of the crank angle at the time when the actual heat generation rate takes the maximum value is acquired, and the value is determined as the heat generation rate maximum crank angle CAm (step 104).

次いで、上記ステップ102で算出されたクランク角度毎の実熱発生率に基づいて、総発熱量kQtotalが算出される(ステップ106)。具体的には、上記ステップ102で算出されたクランク角度毎の実熱発生率を積分(積算)することにより、総発熱量kQtotalが算出される。 Next, the total calorific value kQ total is calculated based on the actual heat generation rate for each crank angle calculated in step 102 (step 106). Specifically, the total heat generation amount kQ total is calculated by integrating (integrating) the actual heat generation rate for each crank angle calculated in step 102.

続いて、実熱発生率が最大となった時点での燃焼割合、つまり熱発生率最大クランク角度CAmでの燃焼割合が算出される(ステップ108)。以下の説明では、熱発生率最大クランク角度CAmでの燃焼割合を「実燃焼割合」と称し、その値を記号αで表す。このステップ108においては、具体的には、まず、上記ステップ102で算出されたクランク角度毎の実熱発生率を熱発生率最大クランク角度CAmまで積分(積算)することにより、熱発生率最大クランク角度CAmまでの発熱量の値が算出され、次に、その値を上記ステップ106で算出された総発熱量kQtotalで除算した値が、実燃焼割合αとして算出される。 Subsequently, the combustion rate at the time when the actual heat generation rate becomes maximum, that is, the combustion rate at the maximum heat generation rate crank angle CAm is calculated (step 108). In the following description, the combustion ratio at the maximum heat release rate crank angle CAm is referred to as “actual combustion ratio”, and the value is represented by the symbol α. Specifically, in step 108, first, the actual heat generation rate for each crank angle calculated in step 102 is integrated (integrated) up to the maximum heat generation rate crank angle CAm, whereby the maximum heat generation rate crank is obtained. A value of the heat generation amount up to the angle CAm is calculated, and then a value obtained by dividing the value by the total heat generation amount kQ total calculated in step 106 is calculated as the actual combustion ratio α.

次に、上記ステップ108で算出された実燃焼割合αの値を用いて、形状パラメータmの値を決定する処理が行われる(ステップ110)。この処理は、以下に説明するような考え方に基づいて行われる。   Next, a process for determining the value of the shape parameter m is performed using the value of the actual combustion ratio α calculated in step 108 (step 110). This process is performed based on the concept described below.

実燃焼割合αに相当するWiebe関数上の値、つまり、モデル熱発生率が最大となるときの燃焼割合の値は、図2のモデル熱発生率のグラフが囲む面積のうち、モデル熱発生率が最大となったクランク角度までの面積(図2中のハッチング部分)を、全部の面積で除した値として算出することができる。   The value on the Wiebe function corresponding to the actual combustion rate α, that is, the value of the combustion rate when the model heat generation rate is maximized, is the model heat generation rate in the area surrounded by the model heat generation rate graph of FIG. 2 can be calculated as a value obtained by dividing the area up to the crank angle where hatching is maximum (hatched portion in FIG. 2) by the total area.

この値を算出するには、まず、上記(1)式をθで微分し、dQ/dθ=0とおくことにより、モデル熱発生率dQ/dθが最大となるクランク角度θを求める。下記の式展開を行うことにより、クランク角度θを表す式が得られる。

Figure 2007248119
In order to calculate this value, first, the above formula (1) is differentiated by θ, and d 2 Q / dθ 2 = 0, so that the crank angle θ * at which the model heat generation rate dQ / dθ is maximized is obtained. Ask. By performing the following expression expansion, an expression representing the crank angle θ * is obtained.
Figure 2007248119

上記(6)式で表されるクランク角度θを上記(2)式に代入することにより、モデル熱発生率dQ/dθが最大となるクランク角度θでの燃焼割合は、下記(7)式で表すことができる。

Figure 2007248119
By substituting the crank angle θ * represented by the above equation (6) into the above equation (2), the combustion rate at the crank angle θ * at which the model heat generation rate dQ / dθ is maximized is expressed by the following (7) It can be expressed by a formula.
Figure 2007248119

上記(7)式に示されるように、モデル熱発生率dQ/dθが最大となるクランク角度θでの燃焼割合の値は、形状パラメータmのみの関数として表される。この値、つまり上記(7)式の右辺と、対応する実機データである実燃焼割合αとを等しいと置いた式をmについて解くと、下記(8)式が得られる。

Figure 2007248119
As shown in the above equation (7), the value of the combustion ratio at the crank angle θ * at which the model heat generation rate dQ / dθ is maximum is expressed as a function of only the shape parameter m. Solving this value, that is, the right side of the above equation (7) and the actual combustion rate α corresponding to the actual machine data, with respect to m, the following equation (8) is obtained.
Figure 2007248119

上記ステップ110においては、以上説明した考え方に基づき、上記ステップ108で算出された実燃焼割合αの値を上記(8)式に代入して算出された値が、形状パラメータmの値として決定される。   In step 110, based on the concept described above, a value calculated by substituting the value of the actual combustion ratio α calculated in step 108 into the above equation (8) is determined as the value of the shape parameter m. The

ところで、本実施形態では、上記のようにして形状パラメータmの値が決定されると、以下に説明するように、Wiebe関数の熱発生開始点(燃焼開始点)および熱発生終了点(燃焼終了点)の絶対的なクランク角度を決定することが可能となる。以下では、Wiebe関数の熱発生開始点の、圧縮上死点を基準とした絶対的なクランク角度を記号CAs[°BTDC]で表す。同様に、Wiebe関数の熱発生終了点の、圧縮上死点を基準とした絶対的なクランク角度を記号CAe[°ATDC]で表す。   By the way, in the present embodiment, when the value of the shape parameter m is determined as described above, the heat generation start point (combustion start point) and the heat generation end point (combustion end) of the Wiebe function are described as described below. It is possible to determine the absolute crank angle of point). Below, the absolute crank angle of the heat generation start point of the Wiebe function with reference to the compression top dead center is represented by the symbol CAs [° BTDC]. Similarly, the absolute crank angle of the end point of heat generation of the Wiebe function with reference to the compression top dead center is represented by the symbol CAe [° ATDC].

まず、上記(6)式の両辺を燃焼期間θで除した値をβとおく。つまり、βを下記式で定義する。

Figure 2007248119
First, the (6) the value of the both sides divided by combustion period theta p of formula is denoted by beta. That is, β is defined by the following formula.
Figure 2007248119

上記(9)式が示すように、βは、パラメータaおよび形状パラメータmのみで表される。本実施形態では、前述した通りa=6.9として扱うことにしている。また、形状パラメータmの値は、上記ステップ110の処理で決定されている。よって、上記βの値は、ここまでの処理によって決定済みの値として扱うことができる。そして、上記(9)式より、下記式が成り立つ。
θ=β×θ ・・・(10)
As indicated by the above equation (9), β is represented only by the parameter a and the shape parameter m. In the present embodiment, as described above, it is assumed that a = 6.9. Further, the value of the shape parameter m is determined by the processing of step 110 described above. Therefore, the value of β can be treated as a value that has been determined by the processing so far. From the above equation (9), the following equation is established.
θ * = β × θ p (10)

また、図2に示すように、モデル熱発生率が最大となるクランク角度θから、熱発生終了点までの期間をθresとおくと、θresの定義および上記(10)式より、下記式が成り立つ。
θres=θ−θ=(1−β)×θ ・・・(11)
Further, as shown in FIG. 2, the crank angle theta * to model heat generation rate is the maximum, placing the time to heat generation and the end point theta res, the definition and equation (10) of the theta res, following The formula holds.
θ res = θ p −θ * = (1−β) × θ p (11)

本実施形態では、実熱発生率が最大となる熱発生率最大クランク角度CAmと、モデル熱発生率が最大となるクランク角度θとが一致するように、Wiebe関数パラメータを決定する。圧縮上死点基準の熱発生率最大クランク角度CAmと、熱発生開始点基準のクランク角度θとを一致させるようにすると、CAm、θ、θres、熱発生開始点CAs、熱発生終了点CAeの間に図2に示す関係が成り立つ。この関係と、上記(10)式および(11)式とから、下記式を導くことができる。
CAs=θ−CAm=β×θ−CAm ・・・(12)
CAe=CAm+θres=CAm+(1−β)×θ ・・・(13)
In the present embodiment, the Wiebe function parameter is determined so that the maximum heat generation rate crank angle CAm at which the actual heat generation rate is maximum matches the crank angle θ * at which the model heat generation rate is maximum. When the maximum heat generation rate crank angle CAm based on the compression top dead center is made to coincide with the crank angle θ * based on the heat generation start point, CAm, θ * , θ res , the heat generation start point CAs, and the heat generation end The relationship shown in FIG. 2 is established between the points CAe. From this relationship and the above equations (10) and (11), the following equation can be derived.
CAs = θ * −CAm = β × θ p −CAm (12)
CAe = CAm + θ res = CAm + (1−β) × θ p (13)

上記(12)式および(13)式が示すとおり、Wiebe関数の燃焼開始点および燃焼終了点の絶対的なクランク角度CAsおよびCAeは、熱発生率最大クランク角度CAmと、燃焼期間θと、決定済みの値であるβとで表すことができる。このように、熱発生率最大クランク角度CAmをWiebe関数パラメータとして使用すれば、Wiebe関数の熱発生開始点CAsを決定することができる。よって、着火遅れθを使用せずに、上記(1)式のWiebe関数によってクランク角度毎のモデル熱発生率を算出することが可能となる。 As shown in the above equations (12) and (13), the absolute crank angles CAs and CAe at the combustion start point and the combustion end point of the Wiebe function are the heat release rate maximum crank angle CAm, the combustion period θ p , It can be represented by β, which is a determined value. Thus, if the heat release rate maximum crank angle CAm is used as the Wiebe function parameter, the heat generation start point CAs of the Wiebe function can be determined. Therefore, without using the ignition delay theta b, it is possible to calculate the model heat release rate for each crank angle by Wiebe function of equation (1).

なお、定義より、CAs+CAe=θである。この関係によれば、上記(12)式および(13)式は互いに等価な式である。 It should be noted that, by definition, is a CAs + CAe = θ p. According to this relationship, the above equations (12) and (13) are equivalent to each other.

さて、ここまでの処理により、Wiebe関数パラメータとして、熱発生率最大クランク角度CAmと形状パラメータmとが決定された。残りの決定すべきWiebe関数パラメータは、効率kおよび燃焼期間θである。本実施形態では、上記ステップ110の処理に続いて、効率kおよび燃焼期間θの値を最小二乗法により決定する処理が行われる(ステップ112)。 By the processing so far, the maximum heat release rate crank angle CAm and the shape parameter m are determined as the Wiebe function parameters. The remaining Wiebe function parameters to be determined are efficiency k and combustion period θ p . In the present embodiment, subsequent to the processing in step 110, processing for determining the values of the efficiency k and the combustion period θ p by the least square method is performed (step 112).

具体的には、まず、上記(1)式のWiebe関数の効率kおよび燃焼期間θに仮の値を代入し、パラメータa、熱発生率最大クランク角度CAmおよび形状パラメータmには上記の決定済みの値を使用して、クランク角度毎のモデル熱発生率が算出される。次いで、このクランク角度毎のモデル熱発生率と、クランク角度毎の実熱発生率(上記ステップ102で算出されたもの)との誤差(偏差)の二乗を熱発生開始点CAsから熱発生終了点CAeまで足し合わせた値(誤差二乗和)が算出される。この誤差二乗和の算出処理が、効率kおよび燃焼期間θの仮の値を変化させながら、繰り返し行われる。そして、誤差二乗和を最小とするような効率kおよび燃焼期間θの仮の値の組み合わせが、効率kおよび燃焼期間θの最終的な値として決定される。このような処理によれば、実熱発生率とモデル熱発生率との誤差が最小となるように、効率kおよび燃焼期間θの値を決定することができる。 Specifically, first, the equation (1) assigns the value of the temporary efficiency k and combustion duration theta p of Wiebe functions, determination of the the parameter a, the maximum heat generation rate crank angle CAm and shape parameter m The model heat generation rate for each crank angle is calculated using the completed values. Next, the square of the error (deviation) between the model heat generation rate for each crank angle and the actual heat generation rate for each crank angle (calculated in step 102 above) is calculated from the heat generation start point CAs to the heat generation end point. A value (sum of squared errors) obtained by adding up to CAe is calculated. The calculation of the error sum of squares, while changing the value of the temporary efficiency k and combustion period theta p, is repeated. The combination of the temporary value of efficiency k and combustion duration theta p that minimizes the error sum of squares is determined as the final value of the efficiency k and combustion duration theta p. According to this process, as the error between the actual heat release rate and the model heat generation rate is minimized, it is possible to determine the value of the efficiency k and combustion duration theta p.

以上説明した通り、本実施形態では、着火遅れθに代えて、熱発生率最大クランク角度CAmをWiebe関数パラメータとして使用することとした。熱発生率最大クランク角度CAmは、実熱発生率の波形から容易に一義的に決定することができるので、着火遅れθに比して、その値を高精度に定めることができる。このため、上述した手法によれば、内燃機関10の気筒内の熱発生をモデル化するためのWiebe関数モデルを、高精度かつ容易に構築することができる。 As described above, in the present embodiment, instead of the ignition delay theta b, the heat generation rate up crank angle CAm was decided to use as a Wiebe function parameters. Maximum crank angle CAm heat generation rate, because it is easy to uniquely determined from the waveform of the actual heat release rate, than the ignition delay theta b, it is possible to determine the value with high precision. For this reason, according to the above-described method, a Wiebe function model for modeling heat generation in the cylinder of the internal combustion engine 10 can be constructed with high accuracy and easily.

また、本発明者の知見によれば、熱発生率最大クランク角度CAmは、点火時期SAを進角するにつれて(MBTに近づけるにつれて)、連続的に進角するという性質がある。つまり、熱発生率最大クランク角度CAmには、内燃機関10の運転条件の影響、特に点火時期SAの影響が精度良く反映されると言える。このため、熱発生率最大クランク角度CAmをWiebe関数パラメータとすることは、理に適っていると言え、高精度なWiebe関数モデルを構築する上で有利に作用する。   Further, according to the knowledge of the present inventor, the maximum heat release rate crank angle CAm has a property of continuously advancing as the ignition timing SA is advanced (as it approaches MBT). That is, it can be said that the influence of the operating conditions of the internal combustion engine 10, particularly the influence of the ignition timing SA is accurately reflected in the maximum heat release rate crank angle CAm. For this reason, it can be said that it is reasonable to set the maximum heat release rate crank angle CAm as a Wiebe function parameter, and it works advantageously in constructing a highly accurate Wiebe function model.

また、本実施形態では、上記ステップ110の処理により、実燃焼割合αの値のみから形状パラメータmの値を直接に決定することができる。本発明者の知見によれば、実熱発生率が最大となった時点での実燃焼割合αは、熱発生率最大クランク角度CAmと同様に、点火時期SAの変化に対して連続的に変化する。つまり、実燃焼割合αの値には、内燃機関10の運転条件の影響、特に点火時期SAの影響が精度良く反映されると言える。このため、本実施形態のように、実燃焼割合αから形状パラメータmの値を決定することは、理に適っていると言え、高精度なWiebe関数モデルを構築する上で有利に作用する。   Further, in the present embodiment, the value of the shape parameter m can be directly determined only from the value of the actual combustion ratio α by the processing of step 110 described above. According to the knowledge of the present inventor, the actual combustion rate α at the time when the actual heat generation rate becomes the maximum changes continuously with respect to the change of the ignition timing SA, similarly to the maximum heat generation rate crank angle CAm. To do. That is, it can be said that the value of the actual combustion ratio α accurately reflects the influence of the operating condition of the internal combustion engine 10, particularly the influence of the ignition timing SA. For this reason, it can be said that it is reasonable to determine the value of the shape parameter m from the actual combustion ratio α as in the present embodiment, and it works advantageously in constructing a highly accurate Wiebe function model.

なお、図3に示すルーチンのステップ112においては、誤差二乗和を誤差評価値とする最小二乗法によって効率kおよび燃焼期間θの値を決定しているが、最小二乗法以外の最適化手法によってそれらの値を決定するようにしてもよい。また、本発明では、効率kおよび燃焼期間θの値は、上記ステップ112のような最適化手法以外の手法で決定することとしてもよい。例えば、燃料の低位発熱量と、インジェクタ28からの燃料噴射量等に基づいて、気筒内に供給された燃料の熱量Qtotalを算出し、上記ステップ106で算出された総発熱量kQtotalをこのQtotalで除することによって効率kの値を決定してもよい。 Note that, in step 112 of the routine shown in FIG. 3 has determined the values of efficiency k and combustion duration theta p by the least squares method to the error sum of squares as the error evaluation value, a minimum non-squares optimization methods You may make it determine those values by. In the present invention, the efficiency values k and combustion duration theta p is may be determined by the optimization technique than techniques such as in step 112. For example, the calorific value Q total of the fuel supplied into the cylinder is calculated based on the lower calorific value of the fuel, the fuel injection quantity from the injector 28, etc., and the total calorific value kQ total calculated in step 106 is calculated as The value of efficiency k may be determined by dividing by Qtotal .

[実施の形態1における内燃機関の熱発生率推定装置]
図3に示すルーチンの処理により決定される各Wiebe関数パラメータの値は、内燃機関10の運転条件(本実施形態では、点火時期SA、機関回転数NE、空燃比A/F、負荷率KLの4つとする)に応じて変化する。そこで、点火時期SA、機関回転数NE、空燃比A/F、負荷率KLをそれぞれ変化させ、各々の運転条件の下で図3に示すルーチンの処理を行ってデータを収集および解析することにより、各Wiebe関数パラメータと内燃機関10の運転条件との関係を把握することができる。
[Heat generation rate estimating apparatus for internal combustion engine in Embodiment 1]
The values of the Wiebe function parameters determined by the routine processing shown in FIG. 3 are the operating conditions of the internal combustion engine 10 (in this embodiment, the ignition timing SA, the engine speed NE, the air-fuel ratio A / F, and the load factor KL). 4). Therefore, the ignition timing SA, the engine speed NE, the air-fuel ratio A / F, and the load factor KL are respectively changed, and the routine shown in FIG. 3 is performed under each operating condition to collect and analyze the data. The relationship between each Wiebe function parameter and the operating condition of the internal combustion engine 10 can be grasped.

そのようにして把握された関係は、関数等の演算式あるいはマップの形にまとめることができる。ここでは、熱発生率最大クランク角度CAm、形状パラメータm、効率kおよび燃焼期間θの各々と運転条件との関係が、点火時期SA、機関回転数NE、空燃比A/Fおよび負荷率KLを変数とする下記の関数f〜fとしてまとめられたものとする。
CAm=f(SA,NE,A/F,KL)
m=f(SA,NE,A/F,KL)
k=f(SA,NE,A/F,KL)
θ=f(SA,NE,A/F,KL)
The relations ascertained in this way can be summarized in an arithmetic expression such as a function or a map. Here, the heat generation rate up crank angle CAm, the shape parameter m, the relationship between each and the operating conditions of efficiency k and combustion duration theta p is, the ignition timing SA, engine speed NE, the air-fuel ratio A / F and the load factor KL Are summarized as the following functions f 1 to f 4 .
CAm = f 1 (SA, NE, A / F, KL)
m = f 2 (SA, NE, A / F, KL)
k = f 3 (SA, NE, A / F, KL)
θ p = f 4 (SA, NE, A / F, KL)

上記関数f〜fのような関係をECU50に記憶させておけば、あらゆる運転条件について、クランク角度毎のモデル熱発生率をWiebe関数モデルに基づいて算出可能な熱発生率推定装置を構成することができる。 If a relationship such as the above functions f 1 to f 4 is stored in the ECU 50, a heat generation rate estimation device capable of calculating the model heat generation rate for each crank angle based on the Wiebe function model for all operating conditions is configured. can do.

図4は、そのように構成された熱発生率推定装置において、ECU50が、熱発生率の推定値であるモデル熱発生率を算出するために実行するルーチンのフローチャートである。図4に示すルーチンによれば、まず、熱発生率を推定すべき運転条件の点火時期SA,機関回転数NE,空燃比A/F,負荷率KLの値を、ECU50に記憶された上記の関数f〜fに代入することにより、その運転条件に対応する熱発生率最大クランク角度CAm、形状パラメータm、効率kおよび燃焼期間θの各々の値が取得される(ステップ120)。 FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in order to calculate a model heat generation rate that is an estimated value of the heat generation rate in the heat generation rate estimation device configured as described above. According to the routine shown in FIG. 4, first, the values of the ignition timing SA, engine speed NE, air-fuel ratio A / F, and load factor KL, which are the operating conditions for which the heat generation rate is to be estimated, are stored in the ECU 50. by substituting into the function f 1 ~f 4, the heat generation rate up crank angle CAm corresponding to the operating condition, the shape parameter m, each value of efficiency k and combustion duration theta p is obtained (step 120).

続いて、Wiebe関数の熱発生開始点のクランク角度CAsが算出される(ステップ122)。具体的には、まず、上記ステップ120で取得された形状パラメータmの値に基づき、a=6.9として、上記(9)式に従ってβの値が算出される。次いで、このβの値と、上記ステップ120で取得された熱発生率最大クランク角度CAmおよび燃焼期間θの値に基づき、上記(12)式に従って、熱発生開始点のクランク角度CAsが算出される。 Subsequently, the crank angle CAs of the heat generation start point of the Wiebe function is calculated (step 122). Specifically, first, based on the value of the shape parameter m acquired in step 120, a is calculated as a = 6.9 according to the above equation (9). Then, the value of this beta, based on the value of the maximum crank angle CAm obtained heat release rate and combustion duration theta p in step 120, according to the above (12), a crank angle CAs of the heat generation starting point is calculated The

そして、上記ステップ120および122で取得された値を用いることにより、熱発生率の推定値として、クランク角度毎のモデル熱発生率が算出される(ステップ124)。具体的には、上記ステップ120で算出された形状パラメータm、効率kおよび燃焼期間θの値を上記(1)式に代入し、熱発生開始点のクランク角度が上記ステップ122で算出されたCAsになるようにして、クランク角度毎のモデル熱発生率が算出される。なお、上記(12)式と上記(13)式とは等価なので、熱発生終了点がCAsになるようにすれば、熱発生終了点は上記(13)式のCAeに必然的に一致する。 Then, by using the values acquired in steps 120 and 122, a model heat generation rate for each crank angle is calculated as an estimated value of the heat generation rate (step 124). Specifically, the shape parameter m calculated in step 120, the value of efficiency k and combustion period theta p substituted into equation (1), the crank angle of the heat generation starting point is calculated in step 122 The model heat generation rate for each crank angle is calculated so as to be CAs. Since the above expression (12) and the above expression (13) are equivalent, if the end point of heat generation is set to CAs, the end point of heat generation inevitably coincides with CAe in the above expression (13).

また、上記ステップ124の処理において、モデル熱発生率の熱発生開始点をCAsとすることにより、CAm、θ、CAsの間に図2に示す関係が成り立つ。このため、上記ステップ124で算出されるモデル熱発生率が最大となるクランク角度θは、上記ステップ120で取得された熱発生率最大クランク角度CAmに一致する。このため、図4に示すルーチンの処理によれば、推定された熱発生率が最大となるクランク角度を、推定対象の運転条件にかかわらず、実機データから得られた傾向に常に一致させることができる。よって、あらゆる運転条件について、気筒内の熱発生率を精度良く推定することができる。 Further, in the process of step 124, by setting the heat generation start point of the model heat generation rate as CAs, the relationship shown in FIG. 2 is established among CAm, θ * , and CAs. For this reason, the crank angle θ * at which the model heat generation rate calculated in step 124 is maximum matches the heat generation rate maximum crank angle CAm acquired in step 120. Therefore, according to the routine processing shown in FIG. 4, the crank angle at which the estimated heat generation rate is maximized can always be matched with the tendency obtained from the actual machine data regardless of the operation condition to be estimated. it can. Therefore, the heat generation rate in the cylinder can be accurately estimated with respect to all operating conditions.

ところで、クランク角度毎の熱発生率の推定値が得られれば、これと上記(5)式のエネルギー保存則とを組み合わせることにより、クランク角度毎の筒内圧の推定値を算出することができる。更に、クランク角度毎の筒内圧の値からは、内燃機関10の図示トルクを算出することができる。本発明によれば、図4に示すルーチンの処理によって熱発生率を精度良く推定することができるので、その推定された熱発生率を用いて、あらゆる運転条件の下での筒内圧やトルクを精度良く推定することが可能となる。   By the way, if the estimated value of the heat release rate for each crank angle is obtained, the estimated value of the in-cylinder pressure for each crank angle can be calculated by combining this with the energy conservation law of the above equation (5). Further, the indicated torque of the internal combustion engine 10 can be calculated from the value of the in-cylinder pressure for each crank angle. According to the present invention, since the heat generation rate can be accurately estimated by the routine processing shown in FIG. 4, the in-cylinder pressure and torque under all operating conditions can be calculated using the estimated heat generation rate. It is possible to estimate with high accuracy.

上記のようにして得られた内燃機関10の筒内圧やトルクの推定結果は、内燃機関10の開発段階などで有効に利用することができる。すなわち、従来より、内燃機関10の開発段階において制御ロジックの検討などを行う場合には、様々な運転条件の下で筒内圧やトルクなどを実測する作業が必要である。これに対し、本発明によれば、Wiebe関数パラメータの値と運転条件との関係を正確に把握して高精度なWiebe関数モデルを構築することが可能である。そして、そのWiebe関数モデルを記憶させた上述の熱発生率推定装置を用いれば、筒内圧やトルクの実測作業をWiebe関数モデルに基づく予測で置き換えることが可能となる。このため、実機データの計測点数を大幅に削減することができ、開発工数、開発コストを大幅に削減することができる。   The estimation results of the in-cylinder pressure and torque of the internal combustion engine 10 obtained as described above can be effectively used at the development stage of the internal combustion engine 10 or the like. That is, conventionally, when the control logic is examined at the development stage of the internal combustion engine 10, it is necessary to actually measure the in-cylinder pressure, torque, and the like under various operating conditions. On the other hand, according to the present invention, it is possible to accurately grasp the relationship between the value of the Wiebe function parameter and the operating condition and construct a highly accurate Wiebe function model. If the above-described heat generation rate estimation device that stores the Wiebe function model is used, it is possible to replace the actual measurement work of the in-cylinder pressure and torque with prediction based on the Wiebe function model. For this reason, the number of measurement points of actual machine data can be greatly reduced, and the development man-hours and development costs can be greatly reduced.

また、そのようなWiebe関数モデルは、車載ECUに記憶させておくこともできる。Wiebe関数モデルを車載ECUに記憶させておけば、車両に搭載された内燃機関10について、種々の運転条件下における筒内圧やトルクを、精度良く予測することができる。そして、その予測結果を利用すれば、例えばトルクデマンド制御やドライバビリティ改善制御などの各種制御を車載ECUが精度良く行うことが可能となる。   Such a Wiebe function model can also be stored in the in-vehicle ECU. If the Wiebe function model is stored in the in-vehicle ECU, the in-cylinder pressure and torque under various operating conditions can be accurately predicted for the internal combustion engine 10 mounted on the vehicle. If the prediction result is used, the vehicle-mounted ECU can accurately perform various controls such as torque demand control and drivability improvement control.

また、図3に示すWiebe関数パラメータを決定するためのルーチンを車載ECUに実行させることも可能である。図3に示すルーチンを車載ECUで実行することによってWiebe関数パラメータを算出(決定)し、その算出されたWiebe関数パラメータの値を現在の運転状態と関係付けて学習することとすれば、車載ECUに記憶されたWiebe関数モデルを現在の内燃機関10の状態に応じて修整することが可能となる。つまり、内燃機関10の特性の経時変化や個体差を反映させて、車載ECUに記憶されたWiebe関数モデルをより高精度に修整することができる。   It is also possible to cause the in-vehicle ECU to execute a routine for determining the Wiebe function parameter shown in FIG. If the Wiebe function parameter is calculated (determined) by executing the routine shown in FIG. 3 in the in-vehicle ECU, and the value of the calculated Wiebe function parameter is learned in relation to the current operating state, the in-vehicle ECU It is possible to modify the Wiebe function model stored in (1) according to the current state of the internal combustion engine 10. That is, the Wiebe function model stored in the in-vehicle ECU can be modified with higher accuracy by reflecting the change with time in the characteristics of the internal combustion engine 10 and individual differences.

なお、以上の説明では、前記のような各種の数式を利用したが、本発明では、それらの数式は前記のものと完全に同じである必要はなく、それらと等価な数式を利用してもよい。   In the above description, various formulas as described above are used. However, in the present invention, these formulas need not be completely the same as those described above, and formulas equivalent to them may be used. Good.

また、上述した実施の形態1においては、ECU50が前記第4および第5の発明における「関係記憶手段」に相当している。また、ECU50が、図4に示すルーチンの処理を実行することにより、前記第4および第5の発明における「熱発生率推定手段」が実現されている。   In the first embodiment described above, the ECU 50 corresponds to the “relation storage means” in the fourth and fifth inventions. Further, the “heat generation rate estimating means” in the fourth and fifth inventions is realized by the ECU 50 executing the processing of the routine shown in FIG.

本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 横軸にクランク角度を、縦軸に熱発生率dQ/dθをとったグラフである。It is a graph in which the horizontal axis represents the crank angle and the vertical axis represents the heat generation rate dQ / dθ. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 内燃機関
12 クランク角センサ
14 吸気弁
16 排気弁
18 筒内圧センサ
21 吸気圧センサ
30 点火プラグ
33 空燃比センサ
34 触媒
50 ECU(Electronic Control Unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Crank angle sensor 14 Intake valve 16 Exhaust valve 18 In-cylinder pressure sensor 21 Intake pressure sensor 30 Spark plug 33 Air-fuel ratio sensor 34 Catalyst 50 ECU (Electronic Control Unit)

Claims (6)

内燃機関の気筒内の燃焼による熱発生をモデル化するためのWiebe関数のパラメータの値を決定する方法であって、
前記内燃機関の気筒内におけるクランク角度毎の実熱発生率を求めるステップと、
前記実熱発生率が最大となった時点でのクランク角度である熱発生率最大クランク角度をWiebe関数パラメータの一つとして決定するステップと、
前記実熱発生率が最大となった時点での実燃焼割合を求めるステップと、
前記実燃焼割合に基づいて、Wiebe関数パラメータの一つである形状パラメータmの値を決定するステップと、
を備え、
Wiebe関数の熱発生開始点のクランク角度を、前記熱発生率最大クランク角度の値と、前記形状パラメータmの値と、Wiebe関数パラメータの一つである燃焼期間の値と、Wiebe関数パラメータの一つであるパラメータaの値と、に基づいて設定することを特徴とするWiebe関数パラメータの決定方法。
A method for determining the value of a parameter of a Wiebe function for modeling heat generation due to combustion in a cylinder of an internal combustion engine,
Obtaining an actual heat generation rate for each crank angle in the cylinder of the internal combustion engine;
Determining the maximum heat generation rate crank angle, which is the crank angle at the time when the actual heat generation rate is maximized, as one of the Wiebe function parameters;
Obtaining an actual combustion rate when the actual heat generation rate becomes maximum;
Determining a value of a shape parameter m which is one of the Wiebe function parameters based on the actual combustion rate;
With
The crank angle at the heat generation start point of the Wiebe function is defined as the value of the maximum heat release rate crank angle, the value of the shape parameter m, the value of the combustion period which is one of the Wiebe function parameters, and one of the Wiebe function parameters. A method for determining a Wiebe function parameter, wherein the parameter is set based on a value of a parameter a.
前記形状パラメータmの値を決定するステップでは、前記実燃焼割合の値をαとしたとき、下記(I)式により形状パラメータmの値が決定され、
前記熱発生率最大クランク角度をCAm[°ATDC]、Wiebe関数の熱発生開始点のクランク角度をCAs[°BTDC]、前記燃焼期間をθ[°]、βを下記(II)式で表す値、としたとき、下記(III)式が成り立つことを特徴とする請求項1記載のWiebe関数パラメータの決定方法。
Figure 2007248119
CAs=β×θ−CAm ・・・(III)
In the step of determining the value of the shape parameter m, when the value of the actual combustion ratio is α, the value of the shape parameter m is determined by the following equation (I):
The maximum heat generation rate crank angle is CAm [° ATDC], the heat generation start crank angle of the Wiebe function is CAs [° BTDC], the combustion period is θ p [°], and β is expressed by the following formula (II): 2. The method for determining a Wiebe function parameter according to claim 1, wherein the following equation (III) holds:
Figure 2007248119
CAs = β × θ p −CAm (III)
前記決定された熱発生率最大クランク角度および形状パラメータmの値を用いてWiebe関数モデルにより算出されるクランク角度毎のモデル熱発生率と、前記実熱発生率との誤差の大きさを表す誤差評価値が最小となるように、残りのWiebe関数パラメータの値を決定するステップを更に備えることを特徴とする請求項1または2記載のWiebe関数パラメータの決定方法。   An error indicating the magnitude of an error between the model heat generation rate for each crank angle calculated by the Wiebe function model using the determined maximum heat generation rate crank angle and the value of the shape parameter m and the actual heat generation rate The method of determining a Wiebe function parameter according to claim 1 or 2, further comprising a step of determining values of the remaining Wiebe function parameters so that the evaluation value is minimized. 前記残りのWiebe関数パラメータは、前記燃焼期間θと、気筒内に供給された燃料の熱量が気筒内での熱発生量に変換される効率kとであることを特徴とする請求項3記載のWiebe関数パラメータの決定方法。 The remaining Wiebe function parameters, the combustion period theta p, claim 3, wherein the amount of heat of the fuel supplied into the cylinder, characterized in that in an efficient k is converted into heat generation quantity in the cylinder How to determine Wiebe function parameters. 内燃機関の運転条件と、気筒内の実熱発生率が最大となるクランク角度である熱発生率最大クランク角度との関係を記憶した関係記憶手段と、
Wiebe関数モデルに基づいて、気筒内の熱発生率の推定値であるモデル熱発生率をクランク角度毎に算出する熱発生率推定手段と、
を備え、
前記熱発生率推定手段は、前記関係記憶手段に記憶された関係に従って運転条件に応じて取得される熱発生率最大クランク角度に、前記モデル熱発生率が最大となるクランク角度が一致するように、前記モデル熱発生率を算出することを特徴とする内燃機関の熱発生率推定装置。
Relationship storage means for storing the relationship between the operating condition of the internal combustion engine and the maximum heat generation rate crank angle, which is the crank angle at which the actual heat generation rate in the cylinder is maximum;
Based on the Wiebe function model, heat generation rate estimation means for calculating a model heat generation rate for each crank angle, which is an estimated value of the heat generation rate in the cylinder,
With
The heat generation rate estimation means is arranged so that the crank angle at which the model heat generation rate becomes maximum coincides with the maximum heat generation rate crank angle acquired according to operating conditions in accordance with the relationship stored in the relationship storage means. An apparatus for estimating a heat generation rate of an internal combustion engine, wherein the model heat generation rate is calculated.
前記関係記憶手段は、前記内燃機関の運転条件と、Wiebe関数パラメータである形状パラメータおよび燃焼期間との関係を更に記憶しており、
前記熱発生率推定手段は、前記関係記憶手段に記憶された関係に従って運転条件に応じて取得される熱発生率最大クランク角度をCAm[°ATDC]、形状パラメータをm、燃焼期間をθ[°]とし、Wiebe関数パラメータの一つであるaを所定の定数とし、βを下記(IV)式で表す値としたとき、Wiebe関数の熱発生開始点のクランク角度CAs[°BTDC]が下記(V)式で表す値となるように、前記モデル熱発生率を算出することを特徴とする請求項5記載の内燃機関の熱発生率推定装置。
Figure 2007248119
CAs=β×θ−CAm ・・・(V)
The relationship storage means further stores the relationship between the operating conditions of the internal combustion engine, the shape parameter that is a Wiebe function parameter, and the combustion period,
The heat generation rate estimation means has a maximum heat generation rate crank angle acquired according to operating conditions in accordance with the relationship stored in the relationship storage means, CAm [° ATDC], a shape parameter m, and a combustion period θ p [ °], where a which is one of the Wiebe function parameters is a predetermined constant, and β is a value represented by the following equation (IV), the crank angle CAs [° BTDC] of the heat generation start point of the Wiebe function is 6. The heat generation rate estimation device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the model heat generation rate is calculated so as to be a value represented by the equation (V).
Figure 2007248119
CAs = β × θ p −CAm (V)
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