JP2008045475A - Adapting method of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の適合方法に関する。 The present invention relates to a method for adapting an internal combustion engine.
内燃機関の分野では、例えば、発生トルクや排気エミッションや燃費といった内燃機関の特性に対する要求を満たすように、スロットル弁の開度、点火栓による点火時期、吸気弁または排気弁の開閉弁特性、燃料噴射弁からの燃料噴射量といったパラメータが制御される。そして、こうしたパラメータの値(以下「パラメータ値」という)には、そのときの内燃機関の状態、例えば、内燃機関に対する負荷や機関回転数毎に最適な値が存在する。このため、内燃機関の特性に対する要求を十分に且つ正確に満たすためには、パラメータ値として最適な値を内燃機関の状態毎に目標値として予め実験等によって求めておき、内燃機関の運転時に、制御パラメータ値が斯くして求めておいた目標値となるように、例えば、スロットル弁、点火栓、吸気弁または排気弁、燃料噴射弁の作動を制御することが好ましい。 In the field of internal combustion engines, for example, throttle valve opening, ignition timing by spark plugs, on / off valve characteristics of intake valves or exhaust valves, fuel, so as to satisfy the requirements for the characteristics of the internal combustion engine such as generated torque, exhaust emission and fuel consumption Parameters such as the fuel injection amount from the injection valve are controlled. Such parameter values (hereinafter referred to as “parameter values”) have optimum values for the state of the internal combustion engine at that time, for example, the load on the internal combustion engine and the engine speed. For this reason, in order to satisfy the requirements for the characteristics of the internal combustion engine sufficiently and accurately, an optimal value as a parameter value is obtained in advance as a target value for each state of the internal combustion engine by an experiment or the like. It is preferable to control the operation of, for example, a throttle valve, a spark plug, an intake valve or an exhaust valve, and a fuel injection valve so that the control parameter value becomes the target value thus determined.
ところが、パラメータ値の目標値を最適な値を内燃機関の状態毎に予め実験等によって一つ一つ求めようとすると、膨大な数の実験データを取得しなければならない。そこで、特許文献1に記載の発明では、例えば、燃費や燃焼室からのNOx(窒素酸化物)の排出量といった内燃機関の特性値と、スロットル弁の開度や点火栓による点火時期や燃料噴射弁からの燃料噴射時期といったパラメータ値との関係を示すモデル式を算出し、このモデル式に基づいて、内燃機関の特性に対する要求を満たすのに最適なパラメータ値を目標値として算出している。
However, if an optimum value for the target value of the parameter value is obtained in advance for each state of the internal combustion engine by experiments or the like, a large number of experimental data must be acquired. Therefore, in the invention described in
ところで、特許文献1に記載の発明にあるようにモデル式を利用して最適なパラメータ値を算出する場合、モデル式が高次であれば、そのモデル式は、内燃機関の特性値とパラメータ値との関係をより正確に表現しており、より最適なパラメータ値が算出されると言える。しかしながら、高次のモデル式を算出するためには、より負荷の大きい計算が要求される。一方、モデル式が低次であれば、そのモデル式を算出するための計算負荷は、より小さくなる。しかしながら、そのモデル式は、内燃機関の特性値とパラメータ値との関係を正確に表現しておらず、より最適なパラメータ値が算出されるとは言えなくなる。
By the way, when calculating the optimal parameter value using the model formula as in the invention described in
いずれにしても、特許文献1に記載の発明にあるようにモデル式を利用して最適なパラメータ値を算出する場合、より最適なパラメータ値を算出するモデル式を算出することは困難であると言える。
In any case, when an optimal parameter value is calculated using a model equation as in the invention described in
そこで、本発明の目的は、より小さい計算負荷でもってより最適なパラメータ値を算出することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to calculate a more optimal parameter value with a smaller calculation load.
上記課題を解決するために、1番目の発明では、内燃機関の運転に影響を与える複数のパラメータそれぞれの目標値として、内燃機関の運転から得られ或いは生じる複数の特性値全てをそれぞれ対応する予め定められた許容可能な範囲内に収めることができるパラメータ値の中から選択して求める適合方法において、各パラメータに複数の値をとらせたときの上記特性値の連続値が上記許容可能な範囲内に収まっているか否かに応じて各パラメータのそれぞれの値に離散値を付与し、該離散値に基づいてサポートベクターマシンを利用して上記複数の特性値全てをそれぞれ対応する予め定められた許容可能な範囲内に収めることができる各パラメータの範囲を確定し、該確定された範囲内のパラメータ値の中から、各パラメータの目標値を選択する。 In order to solve the above-described problem, in the first invention, as target values for each of a plurality of parameters that affect the operation of the internal combustion engine, all of a plurality of characteristic values obtained or generated from the operation of the internal combustion engine are respectively corresponded in advance. In an adaptation method that is obtained by selecting from among parameter values that can fall within a predetermined allowable range, the continuous value of the characteristic value when a plurality of values are taken for each parameter is the allowable range. A discrete value is assigned to each value of each parameter depending on whether or not it falls within the range, and a plurality of characteristic values are respectively determined in advance using a support vector machine based on the discrete value. The range of each parameter that can be within the allowable range is determined, and the target value of each parameter is selected from the parameter values within the determined range. To.
2番目の発明では、1番目の発明において、非線形性が強い対象に適用される。 In the second invention, in the first invention, the present invention is applied to an object having strong nonlinearity.
本発明によれば、より小さい計算負荷でもってより最適なパラメータ値が算出される。 According to the present invention, a more optimal parameter value is calculated with a smaller calculation load.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明が適用される内燃機関を示している。図1において、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はピストン、4はシリンダヘッド、5は燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポート、10は点火栓、11は燃料噴射弁をそれぞれ示している。燃料噴射弁11は、燃焼室5内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド4に取り付けられている。また、ピストン3の上壁面には、キャビティ12が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an internal combustion engine to which the present invention is applied. In FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston, 4 is a cylinder head, 5 is a combustion chamber, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust valve, 9 is an exhaust port, Spark
吸気ポート7は、それぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結されている。サージタンク14は、吸気管15に連結されている。吸気管15内には、ステップモータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置されている。一方、排気ポート9は、それぞれ対応する排気枝管19に連結されている。また、吸気弁6には、吸気弁6の開閉弁特性、すなわち、吸気弁6が開閉弁するタイミングおよび吸気弁6が開弁している期間を変更する可変動弁機構20が取り付けられている。
The
また、スロットル弁18には、該スロットル弁18の開度を計測するスロットル開度センサ31が取り付けられている。また、スロットル弁18上流の吸気管15には、吸気管15内を流れる空気の流量を計測するエアフローメータ32が取り付けられている。また、排気枝管19には、機関本体1から排出される排気ガスの温度を計測する温度センサ33と、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比を計測する空燃比センサ34が取り付けられている。また、機関本体1のクランクシャフト(図示せず)には、内燃機関から発生されるトルクを検出するトルクセンサ(図示せず)が取り付けられている。
A
また、図1において、40は電子制御装置を示している。電子制御装置40には、スロットル開度センサ31、エアフローメータ32、温度センサ33、空燃比センサ34、および、トルクセンサからの出力が入力される。さらに、電子制御装置40は、点火栓10、燃料噴射弁11、スロットル弁18、および、可変動弁機構20の作動を制御する。
In FIG. 1,
ところで、内燃機関の分野では、例えば、発生トルクや排気エミッションや燃費といった内燃機関の特性に対する要求が満たされるように、スロットル弁18の開度、点火栓10による燃焼室5内の混合気への点火時期、吸気弁6または排気弁8の開閉弁特性、燃料噴射弁11からの燃料噴射時期といったパラメータが制御される。ここで、内燃機関の特性に対する要求が確実に満たされるようにするためには、各パラメータについて、内燃機関の特性に対する要求を確実に満たす値(以下「最適値」という)を予め実験によって求めておき、内燃機関の運転中、各パラメータの値を最適値に制御することが好ましい。そこで、本発明の実施の形態では、以下のようにしてパラメータの最適値を実験によって求める。
By the way, in the field of internal combustion engines, for example, the degree of opening of the
例えば、内燃機関の特性として、内燃機関から発生されるトルク(以下「機関トルク」という)を採用し、機関トルクに影響を与えるパラメータとして、吸気弁6を開閉弁させるタイミング(以下「開閉弁タイミング」という)と、点火栓10によって燃焼室5内の混合気に点火する時期(以下「点火時期」という)と、燃料噴射弁11から燃料を噴射する時期(以下「燃料噴射時期」という)を採用し、これらパラメータの値として許容される値の範囲を制限する条件(以下「制約条件」という)として、機関トルクの変動(以下「トルク変動」という)と、燃焼室5内で発生するNOx(窒素酸化物)の量(以下「NOx発生量」という)と、燃焼室5から排出される未燃HC(未燃炭化水素)の量(以下「HC排出量」という)とを採用した場合について説明する。
For example, a torque generated from the internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine torque”) is adopted as a characteristic of the internal combustion engine, and a timing at which the
まず、始めに、機関回転数および内燃機関に要求されるトルク(以下「要求トルク」という)毎に、各パラメータについて予め定めた複数の値に対応する機関トルクを測定する。次いで、これら機関トルクの測定値に基づいて、各パラメータを関数とした機関トルクの統計近似モデルを作成する。 First, for each engine speed and torque required for the internal combustion engine (hereinafter referred to as “required torque”), engine torque corresponding to a plurality of predetermined values for each parameter is measured. Next, based on the measured values of the engine torque, a statistical approximation model of engine torque with each parameter as a function is created.
次いで、或いは、これと同時に、各パラメータについて、上記予め定めた複数の値それぞれに対応するトルク変動が一定の変動量よりも小さい、すなわち、許容可能な範囲内に収まっているか否かに応じて、各パラメータのそれぞれの値に対して離散値を付与する。具体的には、パラメータの値を或る値としたときのトルク変動が許容可能な範囲内に収まっている場合には、このパラメータの値に対して離散値「1」が付与される。一方、パラメータの値を或る値としたときのトルク変動が許容可能な範囲内に収まっていない場合には、このパラメータの値に対して離散値「0」が付与される。 Next, or at the same time, for each parameter, depending on whether or not the torque fluctuation corresponding to each of the plurality of predetermined values is smaller than a certain fluctuation amount, that is, within an allowable range. A discrete value is assigned to each value of each parameter. Specifically, when the torque fluctuation when the parameter value is set to a certain value is within an allowable range, a discrete value “1” is assigned to the parameter value. On the other hand, if the torque fluctuation when the parameter value is a certain value is not within the allowable range, a discrete value “0” is assigned to the parameter value.
次いで、或いは、これと同時に、各パラメータについて、上記予め定めた複数の値それぞれに対応するNOx発生量が一定の量よりも少ない、すなわち、許容可能な範囲内に収まっているか否かに応じて、各パラメータのそれぞれの値に対して離散値を付与する。具体的には、パラメータの値を或る値としたときのNOx発生量が許容可能な範囲内に収まっている場合には、このパラメータの値に対して離散値「1」が付与される。一方、パラメータの値を或る値としたときのNOx発生量が許容可能な範囲内に収まっていない場合には、このパラメータの値に対して離散値「0」が付与される。 Next, or at the same time, for each parameter, the amount of NOx generated corresponding to each of the plurality of predetermined values is smaller than a certain amount, that is, depending on whether or not it falls within an allowable range. A discrete value is assigned to each value of each parameter. Specifically, when the amount of NOx generated when the parameter value is a certain value is within an allowable range, a discrete value “1” is assigned to the parameter value. On the other hand, if the amount of NOx generated when the parameter value is a certain value is not within the allowable range, a discrete value “0” is assigned to the parameter value.
次いで、或いは、これと同時に、各パラメータについて、上記予め定めた複数の値それぞれに対応するHC排出量が一定の量よりも少ない、すなわち、許容可能な範囲内に収まっているか否かに応じて、各パラメータのそれぞれの値に対して離散値を付与する。具体的には、パラメータの値を或る値としたときのHC発生量が許容可能な範囲内に収まっている場合には、このパラメータの値に対して離散値「1」が付与される。一方、パラメータの値を或る値としたときのHC排出量が許容可能な範囲内に収まっていない場合には、このパラメータの値に対して離散値「0」が付与される。 Next, or at the same time, for each parameter, depending on whether the HC emission amount corresponding to each of the plurality of predetermined values is smaller than a certain amount, that is, within an allowable range. A discrete value is assigned to each value of each parameter. Specifically, when the HC generation amount when the parameter value is a certain value is within an allowable range, a discrete value “1” is assigned to the parameter value. On the other hand, if the HC emission amount when the parameter value is a certain value is not within the allowable range, a discrete value “0” is assigned to the parameter value.
そして、全ての制約条件、すなわち、トルク変動、NOx発生量、および、HC排出量の全てに関して、離散値「1」が付与されているか否かに応じて、各パラメータのそれぞれの値に対して離散値を改めて付与する。具体的には、全ての制約条件に関して離散値「1」が付与されているパラメータの値に対して離散値「1」が改めて付与される。一方、少なくとも1つの制約条件に関して離散値「0」が付与されているパラメータの値に対して離散値「0」が改めて付与される。 Then, for all of the constraint conditions, that is, for all of the torque fluctuation, NOx generation amount, and HC emission amount, depending on whether or not the discrete value “1” is given, for each value of each parameter A discrete value is given again. Specifically, the discrete value “1” is newly assigned to the parameter values to which the discrete value “1” is assigned for all the constraint conditions. On the other hand, the discrete value “0” is newly assigned to the parameter value to which the discrete value “0” is assigned with respect to at least one constraint condition.
そして、サポートベクターマシンを利用し、離散値「1」が付与されたパラメータの値に基づいて、制約条件が許容可能な範囲内に収まるパラメータの値の境界線、すなわち、範囲を確定する。 Then, using the support vector machine, based on the value of the parameter to which the discrete value “1” is assigned, the boundary line of the parameter value that falls within the allowable range of the constraint condition, that is, the range is determined.
そして、最後に、機関トルクの統計近似モデルを利用し、制約条件が許容可能な範囲内に収まるパラメータ値の範囲で、機関トルクが最も高くなるパラメータの値を最適値として機関回転数および要求トルク毎に求め、マップの形で記憶する。斯くして、機関トルクに関して機関回転数および要求トルクを関数としたパラメータの最適値がマップの形で求められる。 Finally, using a statistical approximation model of engine torque, the engine speed and required torque are optimized with the parameter value that gives the highest engine torque within the parameter value range within which the constraints are within the allowable range. It is calculated every time and is stored in the form of a map. Thus, the optimum value of the parameter as a function of the engine speed and the required torque with respect to the engine torque is obtained in the form of a map.
図2は、各パラメータの最適値のマップを作成する上述した実施形態の方法を実行するルーチンの一例を示している。図2に示したルーチンでは、始めに、ステップ10において、機関回転数および要求トルク毎に、各パラメータについて予め定めた複数の値に対応する機関トルクを測定する。次いで、ステップ11において、ステップ10で測定された機関トルクに基づいて、各パラメータを関数とした機関トルクの統計近似モデルを作成する。
FIG. 2 shows an example of a routine for executing the method of the above-described embodiment for creating an optimum value map for each parameter. In the routine shown in FIG. 2, first, in
次いで、ステップ12において、各パラメータについて、上記予め定めた複数の値それぞれに対応するトルク変動が許容可能な範囲内に収まっているか否かに応じて、各パラメータのそれぞれの値に対して離散値「1」または「0」を付与する。次いで、ステップ13において、各パラメータについて、上記予め定めた複数の値それぞれに対応するNOx発生量が許容可能な範囲内に収まっているか否かに応じて、各パラメータのそれぞれの値に対して離散値「1」または「0」を付与する。次いで、ステップ14において、各パラメータについて、上記予め定めた複数の値それぞれに対応するHC排出量が許容可能な範囲内に収まっているか否かに応じて、各パラメータのそれぞれの値に対して離散値を付与する。
Next, in
次いで、ステップ15において、全ての制約条件に関して、離散値「1」が付与されているか否かに応じて、各パラメータのそれぞれの値に対して離散値「1」または「0」を改めて付与する。次いで、ステップ16において、サポートベクターマシンを利用し、離散値「1」が改めて付与されたパラメータの値に基づいて、制約条件が許容可能な範囲内に収まるパラメータの値の範囲を確定する。
Next, in
次いで、ステップ17において、ステップ11で作成した機関トルクの統計近似モデルを利用し、制約条件が許容可能な範囲内に収まるパラメータ値の範囲で、機関トルクが最も高くなるパラメータの値を最適値として算出する。最後に、ステップ18において、ステップ17で算出した最適値に基づいて、機関回転数および要求トルクを関数とした最適値のマップを作成する。
Next, at
なお、上述した例では、内燃機関の特性として、機関トルクを採用し、制約条件として、トルク変動とNOx発生量とHC排出量とを採用した場合を説明したが、この他に、例えば、内燃機関の特性として、燃費を採用し、制約条件として、燃焼変動(燃焼室内における燃焼の変動)、燃焼室から排出される排気ガスの温度、排気通路内に排気浄化触媒を配置している場合において排気浄化触媒の温度、燃焼室に吸入される空気の温度、吸気通路内の圧力、燃焼室内で発生するCO(一酸化炭素)の量、燃焼室内で発生するスモークの量、燃焼室内で発生するパティキュレートの量を採用した場合にも本発明を等しく適用可能である。 In the above-described example, the case where the engine torque is employed as the characteristic of the internal combustion engine and the torque fluctuation, the NOx generation amount, and the HC emission amount are employed as the constraint conditions has been described. When the fuel consumption is adopted as the characteristics of the engine, and the fluctuation conditions are combustion fluctuations (combustion fluctuations in the combustion chamber), the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chambers, and the exhaust purification catalyst is disposed in the exhaust passage Temperature of exhaust purification catalyst, temperature of air sucked into combustion chamber, pressure in intake passage, amount of CO (carbon monoxide) generated in combustion chamber, amount of smoke generated in combustion chamber, generated in combustion chamber The present invention is equally applicable when the amount of particulates is employed.
6 吸気弁
8 排気弁
10 点火栓
11 燃料噴射弁
18 スロットル弁
20 可変動弁機構
6
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