JP2009210426A - Adaptation method and adaptation device for engine control parameter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン制御パラメータの適合方法および適合装置に関する。 The present invention relates to an engine control parameter adaptation method and adaptation apparatus.
自動車用エンジンでは、排出ガス特性、燃料消費特性、燃焼安定性および動力性能等のエンジン特性がさまざまな要求を満たすべく、複雑な制御が行なわれている。 In an automobile engine, complicated control is performed so that engine characteristics such as exhaust gas characteristics, fuel consumption characteristics, combustion stability, and power performance satisfy various requirements.
すなわち、エンジンの回転数や負荷に基づき決定されるエンジンの運転状態に応じた最適な燃料噴射量や最適な点火時期等の各制御パラメータの適合値を予め設定しておき、エンジン制御用電子制御ユニット(ECU)に記憶させておく。そして、この設定した適合値を参照しつつ、ECUはエンジンの制御を行なう。さまざまな運転状態に各々対応する適合値を用いることにより、各エンジン特性についてのさまざまな要求が満たされる。 In other words, electronic control for engine control is set in advance by setting appropriate values for each control parameter such as the optimal fuel injection amount and optimal ignition timing according to the engine operating state determined based on the engine speed and load. Stored in the unit (ECU). Then, the ECU controls the engine while referring to the set adaptation value. Different requirements for each engine characteristic are met by using adapted values corresponding respectively to different operating conditions.
各制御パラメータの最適値を求める工程は、通常、次のようなものである。
(1)エンジンの回転数および負荷で規定される2次元の運転領域を格子状に分割する。その各格子点において、各制御パラメータの値を異ならせた多数の制御状態においてエンジンを運転し、各種のエンジン特性を計測する。
(2)上記(1)の計測結果に基づいて、各格子点毎に、複数の制御パラメータを説明変数とし各エンジン特性値を目的変数とするモデル式(応答曲面関数)を求める。
(3)各格子点毎に、上記(2)で求められた応答曲面関数を用いて、排出ガス特性や燃焼安定性(トルク変動)等の特性が所定の制約条件を満足するとともに、燃料消費が最少となる点を求める。この点が各制御パラメータの最適値となる。
The process of obtaining the optimum value of each control parameter is usually as follows.
(1) A two-dimensional operation region defined by the engine speed and load is divided into a grid. At each grid point, the engine is operated in a number of control states with different values of each control parameter, and various engine characteristics are measured.
(2) Based on the measurement result of the above (1), a model formula (response surface function) having a plurality of control parameters as explanatory variables and respective engine characteristic values as objective variables is obtained for each grid point.
(3) For each grid point, using the response surface function obtained in (2) above, characteristics such as exhaust gas characteristics and combustion stability (torque fluctuation) satisfy predetermined constraints, and fuel consumption Find the point that minimizes. This point is the optimum value of each control parameter.
上記の手法によれば、エンジンの運転領域の各格子点毎に、各制御パラメータの最適値を求めることができる。エンジンの回転数および負荷が一定な定常運転状態にある場合には、各制御パラメータをその格子点に対応する最適値(格子点間にあるときには、格子点の最適値を補間した値)に制御することにより、各種の制約条件を満足し、燃料消費が最少となるような最適な運転状態を実現することができる。 According to said method, the optimal value of each control parameter can be calculated | required for every lattice point of the driving | operation area | region of an engine. When the engine speed and load are in a steady operating condition, control each control parameter to the optimal value corresponding to the grid point (or the interpolated value of the grid point when it is between the grid points). By doing so, it is possible to realize an optimum operating state that satisfies various constraints and minimizes fuel consumption.
しかしながら、自動車用エンジンでは、回転数および負荷が変化する過渡運転状態が多用される。過渡運転状態においては、一部の制御デバイスに応答遅れが生ずる。すなわち、例えば点火時期のような制御パラメータは、瞬時に変更することが可能である。これに対し、例えば可変バルブタイミング機構におけるバルブタイミングは、油圧アクチュエータ等の作動によって変更されるので、瞬時に変更することはできない。このため、加速時や減速時には、可変バルブタイミング機構の応答遅れが生じ易い。 However, in an automobile engine, a transient operation state in which the rotation speed and the load change is frequently used. In the transient operation state, a response delay occurs in some control devices. That is, control parameters such as ignition timing can be changed instantaneously. On the other hand, for example, the valve timing in the variable valve timing mechanism is changed by the operation of a hydraulic actuator or the like, and cannot be changed instantaneously. For this reason, a response delay of the variable valve timing mechanism is likely to occur during acceleration or deceleration.
バルブタイミングが変化すると、適正な点火時期も変化する。よって、可変バルブタイミング機構の応答遅れが生ずると、点火時期との組み合わせが不適切となり易い。すなわち、点火時期が過進角または過遅角となり、トルク変動が悪化し易い。また、中負荷域では、トランジェントノックが懸念される。 When the valve timing changes, the proper ignition timing also changes. Therefore, when a response delay of the variable valve timing mechanism occurs, the combination with the ignition timing tends to be inappropriate. That is, the ignition timing becomes an excessive advance angle or an excessive delay angle, and the torque fluctuation is likely to deteriorate. Moreover, in the middle load range, there is a concern about transient knocking.
上記のような過渡運転時における可変バルブタイミング機構の応答遅れに起因するエンジン特性の悪化を防止するため、実際の適合においては、定常運転時の最適バルブタイミングと比べて変化量を一律に小さく修正したバルブタイミングを適合値としている。その結果、バルブタイミング可変による燃費向上効果を十分に引き出せていないという問題がある。 In order to prevent engine characteristics from deteriorating due to the response delay of the variable valve timing mechanism during transient operation as described above, the amount of change is corrected to be uniformly smaller than the optimal valve timing during steady operation. The adjusted valve timing is set as the applicable value. As a result, there is a problem that the fuel efficiency improvement effect due to the variable valve timing cannot be sufficiently obtained.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、応答遅れの生ずる制御デバイスを有するエンジンにおいて、過渡時のエンジン特性を悪化させることがなく、且つ、燃費性能を十分に向上することができるエンジン制御パラメータの適合方法および適合装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in an engine having a control device in which a response delay occurs, the engine characteristics at the time of transition are not deteriorated and the fuel consumption performance is sufficiently improved. It is an object of the present invention to provide an engine control parameter adaptation method and adaptation apparatus that can be used.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、応答遅れが生じ易い応答遅れパラメータを含む複数のエンジン制御パラメータを適合する方法であって、
エンジンを定常運転した場合のエンジン特性データを計測するデータ取得ステップと、
前記エンジン特性データに基づいて、前記エンジン制御パラメータを説明変数としエンジン特性値を目的変数とする応答曲面関数を求める応答曲面関数取得ステップと、
前記エンジンの負荷および/または回転数の変化に伴って前記応答遅れパラメータに応答遅れが生じることを想定した場合に所定のエンジン特性値が所定の制約条件を満足するように、前記エンジン制御パラメータの適合値を前記応答曲面関数を用いて求める適合値取得ステップと、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a method for adapting a plurality of engine control parameters including a response delay parameter that is likely to cause a response delay.
A data acquisition step for measuring engine characteristic data when the engine is in steady operation;
A response surface function obtaining step for obtaining a response surface function having the engine control parameter as an explanatory variable and the engine characteristic value as an objective variable based on the engine characteristic data;
The engine control parameter is set so that a predetermined engine characteristic value satisfies a predetermined constraint when it is assumed that a response delay occurs in the response delay parameter in accordance with a change in the engine load and / or the rotational speed. A fitness value obtaining step for obtaining a fitness value using the response surface function;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記適合値取得ステップは、
前記応答曲面関数を用いて、定常運転時における前記エンジン制御パラメータの最適値である定常最適値を求めるステップと、
前記エンジン制御パラメータの要求値を前記定常最適値として前記エンジンの負荷および/または回転数を変化させた場合における、前記応答遅れパラメータの変動領域を求めるステップと、
前記応答遅れパラメータが前記変動領域内で変動した場合に、前記制約条件が満足されるか否かを判断するステップと、
前記制約条件が満足されないと判断された場合に、前記応答遅れパラメータの定常最適値を補正することにより、前記応答遅れパラメータの適合値を求めるステップと、
を含むことを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The adaptive value acquisition step includes
Using the response surface function, obtaining a steady optimum value that is an optimum value of the engine control parameter during steady operation;
Obtaining a fluctuation region of the response delay parameter when the engine load and / or the number of revolutions is changed with the required value of the engine control parameter as the steady optimum value;
Determining whether the constraint condition is satisfied when the response delay parameter varies within the variation region; and
When it is determined that the constraint condition is not satisfied, by correcting the steady-state optimum value of the response delay parameter, obtaining a conforming value of the response delay parameter;
It is characterized by including.
また、第3の発明は、第2の発明において、
前記エンジン制御パラメータには、前記応答遅れパラメータより応答性の良い即応パラメータが含まれ、
前記適合値取得ステップは、前記応答遅れパラメータの適合値が求められた後、燃費が最良となるように前記即応パラメータを最適化するステップを含むことを特徴とする。
The third invention is the second invention, wherein
The engine control parameter includes an responsive parameter having better responsiveness than the response delay parameter,
The adaptation value acquiring step includes a step of optimizing the prompt response parameter so that fuel consumption is optimal after the adaptation value of the response delay parameter is obtained.
また、第4の発明は、第1の発明において、
前記エンジン制御パラメータには、前記応答遅れパラメータより応答性の良い即応パラメータが含まれ、
前記適合値取得ステップは、エンジン運転状態が前記応答遅れパラメータの応答遅れを伴って所定のA点とB点との間を相互に移行する場合に前記制約条件が満足されるように、前記A点および前記B点における前記応答遅れパラメータおよび前記即応パラメータの適合値を求めるステップを含むことを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 1st invention,
The engine control parameter includes an responsive parameter having better responsiveness than the response delay parameter,
In the adaptive value acquisition step, the A condition is satisfied so that the constraint condition is satisfied when the engine operating state shifts between a predetermined point A and a point B with a response delay of the response delay parameter. And calculating a response value of the response delay parameter and the quick response parameter at point B and point B.
また、第5の発明は、第1の発明において、
前記適合値取得ステップは、前記所定のエンジン特性値の応答曲面関数に、前記応答遅れパラメータの応答遅れによる増分を加算した予測式を用いて、前記応答遅れパラメータの適合値を求めるステップを含むことを特徴とする。
The fifth invention is the first invention, wherein
The adaptive value acquisition step includes a step of obtaining an adaptive value of the response delay parameter using a prediction formula obtained by adding an increment due to the response delay of the response delay parameter to a response surface function of the predetermined engine characteristic value. It is characterized by.
また、第6の発明は、第1の発明において、
前記適合値取得ステップは、
前記エンジン制御パラメータとエンジン回転数とエンジン負荷とを説明変数とし、前記所定のエンジン特性値を目的変数とする高次応答曲面関数を求めるステップと、
前記高次応答曲面関数をエンジン負荷で偏微分した式の値が最小となるように、前記エンジン制御パラメータの適合値を求めるステップと、
を含むことを特徴とする。
The sixth invention is the first invention, wherein
The adaptive value acquisition step includes
Obtaining a higher-order response surface function having the engine control parameter, the engine speed and the engine load as explanatory variables, and the predetermined engine characteristic value as an objective variable;
Obtaining an adaptive value of the engine control parameter so that a value of an expression obtained by partial differentiation of the high-order response surface function with engine load is minimized;
It is characterized by including.
また、第7の発明は、応答遅れが生じ易い応答遅れパラメータを含む複数のエンジン制御パラメータを適合する方法であって、
エンジンを定常運転した場合のエンジン特性データを計測するデータ取得ステップと、
前記エンジン特性データに基づいて、複数のエンジン特性値につき、前記エンジン制御パラメータを説明変数とし各エンジン特性値を目的変数とする応答曲面関数を求める応答曲面関数取得ステップと、
前記複数のエンジン特性値についての応答曲面関数の各々に重み係数を乗じて加算した評価関数を用いて、前記エンジン制御パラメータの適合値を求める適合値取得ステップと、
を備えることを特徴とする。
The seventh invention is a method for adapting a plurality of engine control parameters including a response delay parameter that is likely to cause a response delay.
A data acquisition step for measuring engine characteristic data when the engine is in steady operation;
Based on the engine characteristic data, for a plurality of engine characteristic values, a response surface function obtaining step for obtaining a response surface function having the engine control parameter as an explanatory variable and each engine characteristic value as an objective variable;
A fitness value acquisition step for obtaining a fitness value of the engine control parameter using an evaluation function obtained by multiplying each of the response surface functions for the plurality of engine characteristic values by a weighting factor and adding the function,
It is characterized by providing.
また、第8の発明は、応答遅れが生じ易い応答遅れパラメータを含む複数のエンジン制御パラメータを適合する装置であって、
エンジンを定常運転した場合のエンジン特性データを計測するデータ取得手段と、
前記エンジン特性データに基づいて、前記エンジン制御パラメータを説明変数としエンジン特性値を目的変数とする応答曲面関数を求める応答曲面関数取得手段と、
前記エンジンの負荷および/または回転数の変化に伴って前記応答遅れパラメータに応答遅れが生じることを想定した場合に所定のエンジン特性値が所定の制約条件を満足するように、前記エンジン制御パラメータの適合値を前記応答曲面関数を用いて求める適合値取得手段と、
を備えることを特徴とする。
The eighth invention is an apparatus for adapting a plurality of engine control parameters including a response delay parameter in which a response delay is likely to occur.
Data acquisition means for measuring engine characteristic data when the engine is in steady operation;
A response surface function obtaining means for obtaining a response surface function having the engine control parameter as an explanatory variable and the engine characteristic value as an objective variable based on the engine characteristic data;
The engine control parameter is set so that a predetermined engine characteristic value satisfies a predetermined constraint when it is assumed that a response delay occurs in the response delay parameter in accordance with a change in the engine load and / or the rotational speed. A fitness value obtaining means for obtaining a fitness value using the response surface function;
It is characterized by providing.
また、第9の発明は、応答遅れが生じ易い応答遅れパラメータを含む複数のエンジン制御パラメータを適合する装置であって、
エンジンを定常運転した場合のエンジン特性データを計測するデータ取得手段と、
前記エンジン特性データに基づいて、複数のエンジン特性値につき、前記エンジン制御パラメータを説明変数としエンジン特性値を目的変数とする複数の応答曲面関数を求める応答曲面関数取得手段と、
前記複数のエンジン特性値についての応答曲面関数の各々に重み係数を乗じて加算した評価関数を用いて、前記エンジン制御パラメータの適合値を求める適合値取得手段と、
を備えることを特徴とする。
The ninth invention is an apparatus for adapting a plurality of engine control parameters including a response delay parameter in which a response delay is likely to occur.
Data acquisition means for measuring engine characteristic data when the engine is in steady operation;
Response surface function acquisition means for obtaining a plurality of response surface functions having the engine control parameter as an explanatory variable and the engine characteristic value as an objective variable for a plurality of engine characteristic values based on the engine characteristic data;
Using an evaluation function obtained by multiplying each of the response surface functions for the plurality of engine characteristic values by multiplying by a weighting factor, and using the evaluation function, a suitable value obtaining means for obtaining a suitable value of the engine control parameter;
It is characterized by providing.
第1の発明によれば、過渡運転時における応答遅れパラメータの応答遅れを考慮した上で、所定のエンジン特性値が制約条件を満足するように、エンジン制御パラメータの適合値を算出することができる。これにより、過渡運転時にドライバビリティ等の特性が悪化することを確実に抑制し、且つ、燃費等の特性を十分に改善できるように、エンジン制御パラメータを適合することができる。 According to the first aspect of the present invention, the engine control parameter adaptive value can be calculated so that the predetermined engine characteristic value satisfies the constraint condition in consideration of the response delay of the response delay parameter during transient operation. . As a result, engine control parameters can be adapted so that characteristics such as drivability are prevented from deteriorating during transient operation and characteristics such as fuel efficiency can be sufficiently improved.
第2の発明によれば、過渡運転時の制約条件が満足されるように、エンジン制御パラメータの定常最適値を必要に応じて補正することにより、適合値を算出することができる。これにより、過渡運転時の制約条件を満足できる範囲内で、且つ定常最適値になるべく近い値に、エンジン制御パラメータの適合値を設定することができる。このため、過渡運転時にドライバビリティ等の特性が悪化することをより確実に抑制し、且つ、燃費等の特性を十二分に改善することができる。 According to the second aspect of the invention, the adaptive value can be calculated by correcting the steady optimal value of the engine control parameter as necessary so that the constraint condition during the transient operation is satisfied. As a result, the engine control parameter adaptation value can be set to a value that is as close as possible to the steady optimum value within a range that can satisfy the constraint conditions during transient operation. For this reason, it can suppress more reliably that characteristics, such as drivability, deteriorate at the time of a transient driving | operation, and characteristics, such as a fuel consumption, can fully be improved.
第3の発明によれば、応答遅れパラメータの適合値を求めた後、燃費が最良となるように即応パラメータを最適化することができる。これにより、過渡運転時の特性悪化を確実に抑制しつつ、燃費を最大限に改善することができる。 According to the third aspect of the present invention, the quick response parameter can be optimized so that the fuel consumption is optimal after obtaining the adaptive value of the response delay parameter. Thereby, fuel consumption can be improved to the maximum while surely suppressing deterioration of characteristics during transient operation.
第4の発明によれば、過渡運転時にドライバビリティ等の特性が悪化することを確実に抑制し、且つ、燃費等の特性を十分に改善できるように、応答遅れパラメータおよび即応パラメータの適合値を算出することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the response delay parameter and the quick response parameter are adjusted so that the deterioration of characteristics such as drivability during transient operation can be reliably suppressed and the characteristics such as fuel consumption can be sufficiently improved. Can be calculated.
第5の発明によれば、過渡運転時にドライバビリティ等の特性が悪化することを確実に抑制し、且つ、燃費等の特性を十分に改善できるように、エンジン制御パラメータの適合値を算出することができる。また、適合値の算出が容易であり、処理時間が短縮でき、システム化も容易である。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to surely suppress deterioration of characteristics such as drivability during transient operation and to calculate an appropriate value of the engine control parameter so that characteristics such as fuel consumption can be sufficiently improved. Can do. In addition, the calculation of the fitness value is easy, the processing time can be shortened, and systemization is easy.
第6の発明によれば、過渡運転時にドライバビリティ等の特性が悪化することを確実に抑制し、且つ、燃費等の特性を十分に改善できるように、エンジン制御パラメータの適合値を算出することができる。 According to the sixth aspect of the invention, the adaptive value of the engine control parameter is calculated so as to reliably suppress the deterioration of characteristics such as drivability during transient operation and to sufficiently improve characteristics such as fuel consumption. Can do.
第7の発明によれば、複数のエンジン特性値についての応答曲面関数の各々に重み係数を乗じて加算した評価関数を用いて、エンジン制御パラメータの適合値を求めることができる。これにより、エンジン特性値に対して単純に制約値を当てはめて適合値を求める場合と比べて、複数のエンジン特性値をバランス良く考慮することができる。このため、優れたロバスト性が得られる。よって、過渡運転時にドライバビリティの特性が悪化することを確実に抑制し、且つ、燃費等の特性を十分に改善できるように、エンジン制御パラメータの適合値を算出することができる。 According to the seventh aspect, it is possible to obtain the adaptive value of the engine control parameter by using the evaluation function obtained by multiplying each of the response surface functions for the plurality of engine characteristic values by the weighting coefficient and adding it. As a result, a plurality of engine characteristic values can be considered in a balanced manner as compared with a case where a matching value is obtained by simply applying a constraint value to the engine characteristic value. For this reason, excellent robustness can be obtained. Therefore, it is possible to calculate an appropriate value of the engine control parameter so as to reliably suppress the deterioration of the drivability characteristic during the transient operation and sufficiently improve the characteristics such as fuel consumption.
第8の発明によれば、過渡運転時における応答遅れパラメータの応答遅れを考慮した上で、所定のエンジン特性値が制約条件を満足するように、エンジン制御パラメータの適合値を算出することができる。これにより、過渡運転時にドライバビリティ等の特性が悪化することを確実に抑制し、且つ、燃費等の特性を十分に改善できるように、エンジン制御パラメータを適合することができる。 According to the eighth aspect of the invention, it is possible to calculate the adaptive value of the engine control parameter so that the predetermined engine characteristic value satisfies the constraint condition in consideration of the response delay of the response delay parameter during the transient operation. . As a result, engine control parameters can be adapted so that characteristics such as drivability are prevented from deteriorating during transient operation and characteristics such as fuel efficiency can be sufficiently improved.
第9の発明によれば、複数のエンジン特性値についての応答曲面関数の各々に重み係数を乗じて加算した評価関数を用いて、エンジン制御パラメータの適合値を求めることができる。これにより、エンジン特性値に対して単純に制約値を当てはめて適合値を求める場合と比べて、複数のエンジン特性値をバランス良く考慮することができる。このため、優れたロバスト性が得られるので、過渡運転時にドライバビリティ等の特性が悪化することを確実に抑制し、且つ、燃費等の特性を十分に改善できるように、エンジン制御パラメータの適合値を算出することができる。 According to the ninth aspect, it is possible to obtain the adaptive value of the engine control parameter using the evaluation function obtained by multiplying each of the response surface functions for the plurality of engine characteristic values by the weighting coefficient and adding the result. As a result, a plurality of engine characteristic values can be considered in a balanced manner as compared with a case where a matching value is obtained by simply applying a constraint value to the engine characteristic value. As a result, excellent robustness can be obtained, so that it is possible to reliably suppress deterioration of characteristics such as drivability during transient operation, and to sufficiently improve characteristics such as fuel efficiency, and so on. Can be calculated.
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のエンジン制御パラメータの適合装置の構成を示す図である。図1に示すように、エンジン10は、シリンダ11と、ピストン12と、シリンダ11およびピストン12によって区画形成される燃焼室13の上方に配置され、燃料を直接噴射するインジェクタ14と、燃焼室13内の混合気に点火するための点火プラグ15とを備えている。本実施形態では、点火プラグ15による点火時期を符号STで表す。なお、本発明では、図示の構成と異なり、インジェクタ14が吸気ポート内に燃料を噴射するように設けられていてもよい。
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an engine control parameter adaptation apparatus according to
燃焼室13には吸気通路16から空気が吸入され、これに燃料が噴射され混合気になる。点火により混合気が燃焼した燃焼ガスは、排気として燃焼室13から排気通路17へ排出される。吸気通路16からの空気の吸入および排気通路17への排気の排出の各タイミングは、それぞれ吸気弁18および排気弁19の開弁タイミングによって設定される。図1に示されるエンジン10の場合、吸気弁18のバルブタイミングは、可変バルブタイミング機構20によって連続可変的に設定される。本実施形態では、可変バルブタイミング機構20の制御パラメータ(例えば進角量)を符号VVTで表す。なお、図示を省略するが、エンジン10には、排気弁19のバルブタイミングを可変とする機構が更に設けられていてもよい。
Air is sucked into the
一方、エンジン10の燃焼室13に取り込まれる空気量は、吸気通路16の途中に設けられた電子制御スロットル21によって調節される。また、エンジン10においては、排気通路17へ排出された排気ガスの一部をEGR通路22を介して吸気通路16に戻す、EGR(Exhaust Gas Recirculation)を実行可能になっている。そして、この戻される排気量、すなわちEGR量は、EGR弁23の開弁量によって調節される。
On the other hand, the amount of air taken into the
こうしたエンジン10の制御は、ECU30によって行われる。また、このECU30には、水温センサ26やエンジン10のクランク軸24近傍に設けられたクランク角センサ25等、エンジンの運転状態を計測する各種センサからの情報が計測情報として入力される。
Such control of the
本実施形態の適合装置は、エンジン10の各種制御パラメータを適切な値に設定する制御マップの各適合値を算出する。本実施形態の適合装置は、エンジン10のクランク軸24と連結されるダイナモメータ31と、ダイナモメータ31を操作するダイナモ操作盤32と、ダイナモメータ31を所定の条件に制御すべくダイナモ操作盤32に指令を送る自動計測装置33とを備える。
The adaptation device of this embodiment calculates each adaptation value of a control map that sets various control parameters of the
ここで、ダイナモメータ31は、エンジン10のクランク軸24の発生するトルクを吸収する。これにより、エンジン10を擬似的に車両に搭載した負荷状態にして各種試験を行うことができる。そして、ダイナモメータ31の吸収するトルクは、自動計測装置33からの指令にしたがって、ダイナモ操作盤32が操作されることで制御される。
Here, the
本実施形態の適合装置は、更に、ECU30と自動計測装置33との間でデータのやりとりを仲介するパネルチェッカー34を備える。そして、自動計測装置33では、パネルチェッカー34を介して、ECU30内に保持されるエンジン10の計測情報を取得する。
The adaptation apparatus of the present embodiment further includes a
エンジン10が実際に車両に搭載されるときには、各種センサ等からECU30に入力される計測情報に基づきその運転状態が制御される。これに対し、ダイナモメータ31を用いて擬似的に車両に搭載された状態を作り出す場合には、運転者の意志を反映したアクセルペダルの踏み込み量等のデータがECU30に供給されない。
When the
そこで、自動計測装置33は、エンジン10の計測情報を参照してエンジン10の状態をモニタしつつ、パネルチェッカー34を介してアクセルペダルの踏み込み量に相当するデータ等をECU30に供給する。このようにして、自動計測装置33は、エンジン10を所望の運転状態に制御する。
Accordingly, the
一方、ECU30内には、エンジン10の制御情報として、エンジン10に類似する機種のエンジンの制御マップ等、エンジン10を大まかに制御することのできる制御マップが記憶されている。
On the other hand, in the
自動計測装置33によるエンジン10やダイナモメータ31を制御する指令は、大きくは自動計測装置33内の条件ファイルに基づいて設定される。この条件ファイルには、基本的には、計測を所望するエンジン10の各運転状態(回転数および負荷)毎に、その制御パラメータ(点火時期ST、燃料噴射量、バルブタイミングVVT、EGR率、燃料噴射タイミング、燃料圧力等)が書込まれている。そして、この各運転状態毎にエンジン10が固定制御されてそのときのエンジン10の出力が計測器35によって計測される。なお、この条件ファイル内に設定される各条件は、条件設定ツール53によって設定される。
A command for controlling the
条件ファイルに設定された各運転状態にエンジン10の運転状態を制御するために、自動計測装置33は、パネルチェッカー34を介してECU30にアクセルペダルの踏み込み量に相当するデータ等を供給する。
In order to control the operation state of the
そして、エンジン10がこの条件ファイルを通じて設定された運転状態に制御されると、自動計測装置33では、パネルチェッカー34を介してECU30内のメモリあるいはレジスタ等にマニュアルフラグをセットする。このマニュアルフラグは、上記制御マップによるエンジン10の制御を禁止するフラグである。
When the
エンジン10が上記条件ファイルを通じて設定された運転状態となると、自動計測装置33では、このフラグをセットするとともに、エンジン10の制御パラメータを同条件ファイル内に設定された値に固定制御する。
When the
こうして上記条件ファイルに設定されたエンジン運転条件にもとづいて制御パラメータが所定の制御値に固定制御された状態で、燃料消費率BSFCや排気中のNOx濃度、出力トルクの変動量TF等、エンジン10の各特性値が計測器35により計測される。
With the control parameters fixedly controlled to predetermined control values based on the engine operating conditions set in the above condition file, the
詳しくは、この計測器35は、エンジン10に供給される燃料量を計測する燃費計と、エンジン10の排気通路17から排出されるガス成分中のNOx濃度等を分析する分析計と、エンジン10およびダイナモメータ31間に設置されたトルクメータと、トルクメータの値を計算処理するトルク変動計とを含む。
Specifically, the measuring
そして、燃料消費率BSFCに関しては、燃費計による計測値が、自動計測装置33内で計算処理される。また、NOx濃度は、分析計で算出された濃度が計測値として用いられ、自動計測装置33によって計算処理される。更に、トルク変動TFは、トルク変動計の値として計測され、自動計測装置33で計算処理される。これら自動計測装置33内で計算処理されたデータが計測データとなる。
And regarding the fuel consumption rate BSFC, the measurement value by the fuel consumption meter is calculated in the
この適合装置は、更に、計測データを上記各条件ファイル毎に保持するサーバ40と、サーバ40に保持された計測データを各条件ファイルの情報とともに解析する解析ツール50と、解析ツール50による解析結果を表示する表示器51と、解析結果の一部を記憶保持するデータベース52と、これら解析ツール50や条件設定ツール53等を操作するための操作部60とを備える。
The adaptive apparatus further includes a
[実施の形態1における具体的処理]
図2は、上述した適合装置によって実行される、本実施形態のエンジン制御パラメータの適合方法のフローチャートである。本実施形態では、エンジン10の回転数と負荷とで定まる2次元の運転領域を格子状に分割し、その各格子点(例えば120点)におけるエンジン制御パラメータの適合値を算出する。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 2 is a flowchart of the engine control parameter adaptation method according to this embodiment, which is executed by the adaptation apparatus described above. In the present embodiment, a two-dimensional operation region determined by the rotational speed and load of the
エンジン10の可変バルブタイミング機構20は、油圧アクチュエータあるいは電気モータを備えており、その油圧アクチュエータあるいは電気モータを作動させることにより、バルブタイミングVVTを変化させる。よって、バルブタイミングVVTを変更するには、ある程度の時間がかかる。このため、バルブタイミングVVTの要求値(目標値)が時間とともに変化する過渡運転時においては、可変バルブタイミング機構20の応答遅れが生じ易い。以下に説明するように、本実施形態の適合方法によれば、可変バルブタイミング機構20の応答遅れが生じた場合であっても、トルク変動等の特性が悪化することを確実に防止するとともに、バルブタイミングVVTの可変による燃費改善効果を十分に引き出すことができるように、エンジン制御パラメータの適合値を算出することができる。
The variable
図2に示すように、本実施形態の適合方法では、まず、実験計画法等の手法によって設定された実験計画に従ってエンジン10の定常運転試験が行われ、この試験において計測されたエンジン特性データに基づいて、特性予測式(応答曲面関数)が算出される(ステップ100)。
As shown in FIG. 2, in the adaptation method of the present embodiment, first, a steady operation test of the
すなわち、このステップ100では、まず、各格子点毎に、エンジン制御パラメータの値をいくつか設定して、各種のエンジン特性値を計測する。そして、それらの計測結果に基づいて、各格子点毎に、各制御パラメータを説明変数とし、各エンジン特性値を目的変数とする応答曲面関数を求める。
That is, in this
本実施形態では、上記計測する各特性値は、燃料消費率BSFC、トルク変動TF、排気ガス温度、NOx排出量、排気ガスセンサ温度等である。また、上記エンジン制御パラメータには、点火時期STと、バルブタイミングVVTとが含まれる。 In the present embodiment, the characteristic values to be measured are the fuel consumption rate BSFC, the torque fluctuation TF, the exhaust gas temperature, the NOx emission amount, the exhaust gas sensor temperature, and the like. The engine control parameters include the ignition timing ST and the valve timing VVT.
上記応答曲面関数のモデル式は、例えば、定数項、各制御パラメータの1次項、2次項、および2つの制御パラメータの交互作用項の足し合わせによって表すことができる。例えば、トルク変動TFについては、次のような式で表される。
TF=β0+β1×VVT+β2×ST+β3×VVT2+β4×ST2+β5×VVT×ST
The model expression of the response surface function can be expressed by, for example, a constant term, a primary term of each control parameter, a quadratic term, and an interaction term of two control parameters. For example, the torque fluctuation TF is expressed by the following equation.
TF = β 0 + β 1 × VVT + β 2 × ST + β 3 × VVT 2 + β 4 × ST 2 + β 5 × VVT × ST
上記式中の各係数β0〜β5は、上記定常運転試験で計測されたトルク変動データを基に重回帰分析を行うことにより、決定される。これにより、トルク変動TFの応答曲面関数が求められる。同様にして、他のエンジン特性値についても、応答曲面関数を求めることができる。 Each coefficient β 0 to β 5 in the above formula is determined by performing multiple regression analysis based on torque fluctuation data measured in the steady operation test. As a result, a response surface function of the torque fluctuation TF is obtained. Similarly, response surface functions can be obtained for other engine characteristic values.
上記ステップ100の処理に続いて、エンジン10の定常運転時における各制御パラメータ(点火時期STとバルブタイミングVVT)の最適値(以下「定常最適値」と称する)が各格子点毎に算出される(ステップ102)。本実施形態では、このステップ102において、トルク変動TF、排気ガス温度、NOx排出量、排気ガスセンサ温度がそれぞれ所定の制約条件を満足する範囲において、燃料消費率BSFCが最小となる各制御パラメータの組み合わせが、定常最適値として算出される。この際の最適化手法としては、例えば最急降下法、焼きなまし法、遺伝的アルゴリズムなどを用いることができる。
Following the processing of
なお、上述したステップ100および102の処理については、例えば特開2004−68729号公報、特開2005−42656号公報、特開2006−17698号公報等に記載されており、公知であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。
Note that the processing in
また、図2に示すルーチンによれば、上記ステップ100の処理に続いて、可変バルブタイミング機構20の応答遅れが影響する運転領域における特性予測式(応答曲面関数)が十分な数だけ取得されているか否かが判別される(ステップ104)。そして、特性予測式が十分でないと判別された場合には、追加実験等を行うことによって必要な実験データが確保され(ステップ106)、その追加の実験データに基づいて、特性予測式が補充される。
Further, according to the routine shown in FIG. 2, a sufficient number of characteristic prediction formulas (response surface functions) in the operation region affected by the response delay of the variable
上記の処理に続いて、可変バルブタイミング機構20の応答遅れ特性に基づいて、エンジン10の負荷方向および回転数方向の変動領域が設定される(ステップ108)。図3は、負荷方向の変動領域を設定する手法の一例を説明するための図である。図3に示す例では、負荷率が50%から30%に変化するようにスロットル開度を縮小させた場合を示している。吸入空気量は、スロットル開度の変化に対し、遅れをもって追従する。この吸入空気量(負荷率)の変化に伴い、バルブタイミングVVTの要求値(目標値)が変化する。ここでのVVT要求値は、暫定的に、上記ステップ102で算出された定常最適値としている。実際のバルブタイミングVVTは、VVT要求値の変化に対し、遅れをもって追従する。図3中のΔVVTは、実VVTとVVT要求値との差である。図3に示す例において、ΔVVTは、0〜9の範囲で変動している。よって、この例において、VVTの変動領域(変動範囲)は、0〜9と設定される。
Subsequent to the above processing, based on the response delay characteristic of the variable
図3では、エンジン10の負荷が変化した場合のVVTの変動領域の設定方法について説明したが、エンジン10の回転数が変化した場合のVVTの変動領域についても、同様に設定することができる。
Although the method for setting the VVT fluctuation region when the load on the
上記ステップ108の処理に続いて、実VVTが上記変動領域内で変動した場合に、トルク変動TFが過渡時の制約値以下となるようなVVTの適合値を求める(ステップ110)。図4は、上記ステップ110の処理の具体例を説明するための図である。図4において、下段のグラフは軽負荷時のトルク変動TFの応答曲面関数であり、中段のグラフは中負荷時のトルク変動TFの応答曲面関数であり、上段のグラフは燃料消費率BSFCの応答曲面関数である。また、横軸は点火時期STである。
Following the processing of
図4の各段のグラフには、応答曲面関数が、異なる3つのVVT値での断面として描かれている。軽負荷時のトルク変動TFのグラフ(下段のグラフ)において、最も左側の曲線は、VVT値が軽負荷時の定常最適値である場合の応答曲面関数である。この曲線上でトルク変動TFが定常時の制約値以下となり、且つ、燃料消費率BSFCが最小となる点火時期STは、図中の二重丸で示す点となる。よって、この点が軽負荷時の定常最適点火時期となる。 In the graph of each stage of FIG. 4, the response surface function is drawn as a cross section at three different VVT values. In the graph of torque fluctuation TF at light load (lower graph), the leftmost curve is a response surface function when the VVT value is a steady optimum value at light load. On this curve, the ignition timing ST at which the torque fluctuation TF is less than or equal to the steady-state constraint value and the fuel consumption rate BSFC is minimum is a point indicated by a double circle in the drawing. Therefore, this point is the steady optimum ignition timing at light load.
一方、中負荷時のトルク変動TFのグラフ(中段のグラフ)において、最も右側の曲線は、VVT値が中負荷時の定常最適値である場合の応答曲面関数である。この曲線上でトルク変動TFが定常時の制約値以下となり、且つ、燃料消費率BSFCが最小となる点火時期STは、図中の黒丸で示す点となる。よって、この点が中負荷時の定常最適点火時期となる。 On the other hand, in the graph of the torque fluctuation TF at the middle load (middle graph), the rightmost curve is a response surface function when the VVT value is a steady optimum value at the middle load. On this curve, the ignition timing ST at which the torque fluctuation TF is equal to or less than the constraint value at the steady state and the fuel consumption rate BSFC is minimum is a point indicated by a black circle in the drawing. Therefore, this point is the steady optimum ignition timing at the time of medium load.
次に、上記二重丸で示す軽負荷時の定常最適点でエンジン10が定常運転されている状態から、加速を行い、中負荷域へ移行する過渡の場合について説明する。この場合には、上記ステップ110で設定されたVVTの変動領域(応答遅れ)を考慮すると、エンジン10の動作点は、上記二重丸から図中の矢印に示すように中段のグラフの一重丸へと移行する。この一重丸の点におけるトルク変動TFは、過渡時の制約値以下となっている。従って、この例においては、軽負荷時におけるバルブタイミングVVTおよび点火時期STの適合値を、上記二重丸で示す定常最適点とした場合であっても、過渡時に問題は生じないと判断できる。
Next, a description will be given of a transient case where acceleration is performed from the state where the
これに対し、上記黒丸で示す中負荷時の定常最適点でエンジン10が定常運転されている状態から、減速を行い、軽負荷域へ移行する過渡の場合には、次のようになる。上記ステップ110で設定されたVVTの変動領域(応答遅れ)を考慮すると、エンジン10の動作点は、図4に示すように、上記黒丸から図中の矢印に示すように移行する。この移行先の曲線(下段のグラフの最も右側の曲線)上では、点火時期STをどのように制御しても、トルク変動TFを過渡時の制約値以下とすることができない。従って、この場合には、中負荷時におけるバルブタイミングVVTおよび点火時期STの適合値を、上記黒丸で示す定常最適点とすると、減速時に軽負荷域でトルク変動TFが制約値(許容値)を超えてしまうと判断できる。
On the other hand, when the
本実施形態では、上記のような場合、すなわち過渡時にトルク変動TFが制約値を超えてしまうと判断される場合には、可変バルブタイミング機構20の作動範囲が小さくなる方向にVVT要求値を修正した上で、図3と同様の手順により、VVTの変動領域を再度算出する。すなわち、VVTの変動領域が小さくなるように、VVT要求値を設定し直す。そして、その修正後のVVT変動領域の場合に、過渡時のトルク変動TFが制約値以下となるか否かを確認する。
In the present embodiment, in the above case, that is, when it is determined that the torque fluctuation TF exceeds the constraint value at the time of transition, the VVT request value is corrected so that the operating range of the variable
図4に示す例に帰って説明すると、中段のグラフの破線の曲線は、中負荷時のVVT要求値を修正した場合のトルク変動TFの応答曲面関数である。この修正後のVVT値でエンジン10が中負荷定常運転されている状態から減速を行って軽負荷域へ移行する過渡の場合に、エンジン10の動作点は、中段のグラフの二重丸から図中の矢印に示すように移行する。すなわち、この場合のトルク変動TFは、上記修正後のVVT変動領域を考慮すると、下段のグラフの破線の曲線で表される。よって、この破線の曲線上の一重丸で示す点火時期STに制御すれば、トルク変動TFを過渡時の制約値以下とすることができることが分かる。従って、中負荷時においては、上記修正後のVVT要求値をバルブタイミングVVTの適合値とすることにより、過渡時のトルク変動TFを制約値以下に確実に抑えることができる。
Returning to the example shown in FIG. 4, the dashed curve in the middle graph is a response surface function of the torque fluctuation TF when the VVT required value at the time of medium load is corrected. In the case of a transition in which the
なお、修正後のVVT要求値においても過渡時のトルク変動TFが制約値以下とならない場合には、VVT要求値を再度修正して同様の手順を繰り返せばよい。上記ステップ110においては、以上のような手順を、対象とする運転領域をずらしながら繰り返し行うことにより、全運転領域においてバルブタイミングVVTの適合値を求める。
If the torque fluctuation TF during the transition does not fall below the constraint value even in the corrected VVT request value, the VVT request value may be corrected again and the same procedure may be repeated. In
図2に示すルーチンによれば、上記ステップ110において全運転領域(各格子点)におけるVVT適合値が決定されると、次に、そのVVT適合値の下で燃料消費率BSFCが最小となるように、点火時期STの適合値が各格子点毎に決定される(ステップ112)。これにより、エンジン10の燃費性能を更に改善することができる。
According to the routine shown in FIG. 2, when the VVT conformity value in all the operation regions (each grid point) is determined in
図5は、上記ステップ110において求められたVVT適合値を示すマップである。図5に示すように、本実施形態によれば、VVTの適合値を設定するに当たって、各領域毎に、過渡時のトルク変動TFを制約値以下に抑えることができる範囲内で、且つ定常最適値になるべく近い値に、VVTの適合値を設定することができる。すなわち、過渡時のトルク変動TFを制約値以下に確実に抑制し、且つ、可変バルブタイミング機構20による燃費改善効果が最大限に得られるように、VVTの適合値を設定することができる。よって、ドライバビリティと燃費性能の双方を共に改善することができる。
FIG. 5 is a map showing the VVT conformance value obtained in
更に、本実施形態によれば、上述したような処理を図1に示す適合装置において実行することにより、各格子点における制御パラメータの適合値を自動的に算出することができる。このため、エンジン開発効率を著しく向上することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, by executing the processing as described above in the adaptation device shown in FIG. 1, the adaptation value of the control parameter at each grid point can be automatically calculated. For this reason, engine development efficiency can be remarkably improved.
上述した実施の形態1においては、トルク変動TFが前記第1および第8の発明における「所定のエンジン特性値」に、バルブタイミングVVTが前記第1および第8の発明における「応答遅れパラメータ」に、点火時期STが前記第3の発明における「即応パラメータ」に、上記ステップ100が前記第1の発明における「データ取得ステップ」および「応答曲面関数取得ステップ」に、上記ステップ102,108および110が前記第1の発明における「適合値取得ステップ」に、それぞれ相当している。また、上記適合装置が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第8の発明における「データ取得手段」および「応答曲面関数取得手段」が、上記ステップ102,108および110の処理を実行することにより前記第8の発明における「適合値取得手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the torque fluctuation TF is the “predetermined engine characteristic value” in the first and eighth inventions, and the valve timing VVT is the “response delay parameter” in the first and eighth inventions. The ignition timing ST is the “immediate response parameter” in the third invention, the
なお、本実施形態では、過渡時における可変バルブタイミング機構20の応答遅れに対処する場合を中心に説明したが、本発明は、他の各種の制御デバイス(例えば、排気弁19の可変バルブタイミング機構、外部EGR装置など)の応答遅れに対処する場合にも同様に適用可能である。
In the present embodiment, the case where the response delay of the variable
実施の形態2.
次に、図6を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、実施の形態1と同様の図1に示すシステムを用いて実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be simplified or described. Omitted. The present embodiment can be realized using the system shown in FIG. 1 similar to the first embodiment.
本実施形態では、エンジン10の加減速時に、エンジン10の動作点がA点とB点との間を相互に移行するとした場合に、点火時期STは移行先の制御値に変更されるが、バルブタイミングVVTは応答遅れのために元の動作点の制御値のままとなっているような場合であっても、トルク変動が制約値を超えないように、バルブタイミングVVTおよび点火時期STの適合値を算出する。
In the present embodiment, when the operating point of the
以下、本実施形態におけるバルブタイミングVVTおよび点火時期STの適合値の算出方法について、図6の例に基づき、具体的に説明する。図6は、前述した実施の形態1の図4とほぼ同様の図である。図6中、Aは、VVTが軽負荷時の適合値に制御されている場合のトルク変動TFの応答曲面関数である。ここで、中負荷域への加速時に、VVTが軽負荷時の適合値のままとなっている場合を想定する。この場合、トルク変動TFの応答曲面関数は、中段のグラフのBで示す曲線となる。この曲線B上でトルク変動TFが過渡時の制約値以下となる点は、図中のCである。そこで、中負荷時の点火時期STの適合値を図中のDと決定する。 Hereinafter, the calculation method of the conformity value of the valve timing VVT and the ignition timing ST in the present embodiment will be specifically described based on the example of FIG. FIG. 6 is a view substantially similar to FIG. 4 of the first embodiment described above. In FIG. 6, A is a response surface function of the torque fluctuation TF when the VVT is controlled to an appropriate value at light load. Here, it is assumed that the VVT remains at a value suitable for a light load when accelerating to a middle load range. In this case, the response surface function of the torque fluctuation TF is a curve indicated by B in the middle graph. A point on the curve B where the torque fluctuation TF is less than or equal to the constraint value at the time of transition is C in the figure. Therefore, the appropriate value of the ignition timing ST at the time of medium load is determined as D in the figure.
次に、中負荷時において点火時期STが上記D点である場合に燃料消費率BSFCが少なくなるようにバルブタイミングVVTを算出する。点火時期STがD点であるときに燃料消費率BSFCの小さくなる応答曲面関数は、上段のグラフのEで示す曲線で表される。よって、このときのVVT値を中負荷時のVVT適合値に決定する。中段のグラフのFで示す曲線は、そのVVT適合値の場合のトルク変動TFの応答曲面関数である。すなわち、図中のG点が中負荷時の点火時期STおよびバルブタイミングVVTの適合値となる。 Next, the valve timing VVT is calculated so that the fuel consumption rate BSFC decreases when the ignition timing ST is at the above point D at the time of medium load. The response surface function that decreases the fuel consumption rate BSFC when the ignition timing ST is at point D is represented by a curve indicated by E in the upper graph. Therefore, the VVT value at this time is determined as the VVT compatible value at the time of medium load. A curve indicated by F in the middle graph is a response surface function of the torque fluctuation TF in the case of the VVT conforming value. That is, the point G in the figure is a suitable value for the ignition timing ST and the valve timing VVT at the time of medium load.
次に、上記G点から、軽負荷域へ減速する場合を考える。この場合、VVTが中負荷時の適合値のままとなっているとすると、トルク変動TFの応答曲面関数は、下段のグラフのHで示す曲線となる。この曲線H上でトルク変動TFが過渡時の制約値以下となる点は、図中のIである。そこで、軽負荷時の点火時期STの適合値を図中のJ点と決定する。 Next, consider a case where the vehicle is decelerated from the point G to a light load range. In this case, assuming that VVT remains a value suitable for medium load, the response surface function of torque fluctuation TF is a curve indicated by H in the lower graph. A point on the curve H where the torque fluctuation TF is not more than the constraint value at the time of transition is I in the figure. Therefore, the suitable value of the ignition timing ST at the time of light load is determined as the point J in the figure.
本実施形態では、上述したような手順を軽負荷域から高負荷域まで順に実施することにより、バルブタイミングVVTおよび点火時期STの適合値を算出する。これにより、実施の形態1と同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the adaptive values of the valve timing VVT and the ignition timing ST are calculated by sequentially performing the above-described procedure from the light load range to the high load range. Thereby, the same effect as
なお、上述した実施の形態2では、点火時期STが前記第4の発明における「即応パラメータ」に相当している。 In the second embodiment described above, the ignition timing ST corresponds to the “immediate response parameter” in the fourth invention.
実施の形態3.
次に、図7を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、実施の形態1と同様の図1に示すシステムを用いて実現することができる。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be simplified or described. Omitted. The present embodiment can be realized using the system shown in FIG. 1 similar to the first embodiment.
本実施形態では、バルブタイミングVVTの適合値を算出するに当たり、トルク変動TFの応答曲面関数に、VVTの応答遅れによる増分を加算した予測式を求める。そして、その予測式により算出される過渡時のトルク変動TFが制約値以下となるように、VVTの適合値を算出する。 In the present embodiment, in calculating the adaptive value of the valve timing VVT, a prediction formula is obtained by adding an increment due to the response delay of VVT to the response surface function of the torque fluctuation TF. Then, an adaptive value of VVT is calculated so that the torque fluctuation TF at the time of transition calculated by the prediction formula is equal to or less than the constraint value.
ここでは、下記式のように、トルク変動TFの応答曲面関数を関数fで表す。
TF=f(VVT,ST)
Here, the response surface function of the torque fluctuation TF is represented by a function f as in the following equation.
TF = f (VVT, ST)
過渡時のトルク変動をTF’とし、VVT遅れ量を例えば5度とすると、過渡時のトルク変動TF’の予測式は、下記式で表される。
TF’=f(VVT,ST)+|{∂f/∂VVT}×5deg|
When the torque fluctuation at the time of transition is TF ′ and the VVT delay amount is 5 degrees, for example, the prediction formula of the torque fluctuation TF ′ at the time of transition is expressed by the following expression.
TF ′ = f (VVT, ST) + | {∂f / ∂VVT} × 5 deg |
以上の関係を図示すると、図7のようになる。そして、本実施形態では、過渡時のトルク変動TF’が制約値以下となるような点(図7中のA)を、VVTの適合値に決定する。 The above relationship is illustrated in FIG. In the present embodiment, a point (A in FIG. 7) at which the torque fluctuation TF ′ during the transition is equal to or less than the constraint value is determined as the VVT conforming value.
以上説明した本実施形態の適合方法によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。また、トルク変動TFの応答曲面関数fは、VVTとSTの関数として既に求めてあるので、これをVVTで偏微分した項は容易に求めることができる。このため、適合値の算出が容易であり、処理時間が短縮でき、システム化も容易である。更に、排気弁19の可変バルブタイミング機構やEGR装置等の、他の応答遅れデバイスも考慮する必要がある場合には、それらの制御パラメータで応答曲面関数fを偏微分した項を上記予測式に更に加算すればよく、システムの拡張性にも優れる。
According to the adaptation method of the present embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, since the response surface function f of the torque fluctuation TF has already been obtained as a function of VVT and ST, a term obtained by partial differentiation with respect to VVT can be easily obtained. For this reason, the calculation of the fitness value is easy, the processing time can be shortened, and systemization is easy. Further, when other response delay devices such as the variable valve timing mechanism of the
実施の形態4.
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態4について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、実施の形態1と同様の図1に示すシステムを用いて実現することができる。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be simplified or described. Omitted. The present embodiment can be realized using the system shown in FIG. 1 similar to the first embodiment.
前述した実施の形態では、バルブタイミングVVTおよび点火時期STをパラメータとして、トルク変動TFの応答曲面関数を表している。これに対し、本実施形態では、エンジン10の回転数(符号NEで表す)と負荷(符号KLで表す)もパラメータに加えた高次応答曲面関数としてトルク変動TFを表す。すなわち、下記式を算出する。
TF=α0+α1×VVT+α2×ST+α3×NE+α4×KL+α5×VVT2
+α6×ST2+α7×NE2+α8×KL2+α9×VVT×ST+・・・
+αp×VVT×KL++αq×ST×KL+αx×NE×KL
In the above-described embodiment, the response surface function of the torque fluctuation TF is expressed using the valve timing VVT and the ignition timing ST as parameters. On the other hand, in the present embodiment, the torque fluctuation TF is expressed as a high-order response surface function in which the engine speed (represented by the symbol NE) and the load (represented by the symbol KL) are also added to the parameters. That is, the following formula is calculated.
TF = α 0 + α 1 × VVT + α 2 × ST + α 3 × NE + α 4 × KL + α 5 × VVT 2
+ Α 6 × ST 2 + α 7 × NE 2 + α 8 × KL 2 + α 9 × VVT × ST +
+ Α p × VVT × KL ++ α q × ST × KL + α x × NE × KL
上記の高次応答曲面関数を負荷KLで偏微分すると、次式が得られる。
∂TF/∂KL=α4×KL+2×α8×KL+αp×VVT+αq×ST+αx×NE
When the above high-order response surface function is partially differentiated with the load KL, the following equation is obtained.
∂TF / ∂KL = α 4 × KL + 2 × α 8 × KL + α p × VVT + α q × ST + α x × NE
一般に、各制御パラメータの変化に対するトルク変動TFの変化が大きい場合ほど、ドライバビリティは悪化し易い。このため、過渡時のドライバビリティを改善するには、各制御パラメータの変化に対するトルク変動TFの変化をなるべく小さくすることが好ましい。そこで、本実施形態では、対象とする領域で各制御パラメータを規準化したときの係数が大きいもので上記∂TF/∂KLの値が最小となるように、制御パラメータの適合値を算出することとした。 In general, the greater the change in the torque fluctuation TF with respect to the change in each control parameter, the worse the drivability is. For this reason, in order to improve the drivability at the time of transition, it is preferable to make the change of the torque fluctuation TF with respect to the change of each control parameter as small as possible. Therefore, in the present embodiment, the control parameter adaptation value is calculated so that the coefficient when the control parameters are normalized in the target region is large and the value of ∂TF / ∂KL is minimized. It was.
ここで、制御パラメータの規準化とは、例えば、VVTを0から30に変化させる領域と、エンジン回転数NEを1000rpmから2000rpmに変化させる領域との比較が可能となるように、何れのパラメータも−1から1に変化し、平均値が0、変化分が1となるように無次元化することを言う。 Here, the normalization of the control parameter means, for example, that any parameter can be compared with a region where the VVT is changed from 0 to 30 and a region where the engine speed NE is changed from 1000 rpm to 2000 rpm. It means non-dimensionalization so that the average value changes from −1 to 1 and the change becomes 1.
以下、図8に示す例について説明する。図8に示す例では、エンジン回転数NEの変化に対するトルク変動TFの変化割合は、常に一定である。このため、NEについての偏微分係数は小さい。これに対し、点火時期STの変化に対するトルク変動TFの変化割合は、マイナスからプラスへと大きく変化している。そこで、この例においては、点火時期STの変化によるトルク変動TFの変化を抑制するべく、点火時期STの変化に対するトルク変動TFの変化がゼロとなるST=−0.5の点を適合値に決定する。 Hereinafter, the example shown in FIG. 8 will be described. In the example shown in FIG. 8, the change rate of the torque fluctuation TF with respect to the change of the engine speed NE is always constant. For this reason, the partial differential coefficient for NE is small. On the other hand, the change rate of the torque fluctuation TF with respect to the change of the ignition timing ST changes greatly from minus to plus. Therefore, in this example, in order to suppress the change of the torque fluctuation TF due to the change of the ignition timing ST, the point of ST = −0.5 where the change of the torque fluctuation TF with respect to the change of the ignition timing ST becomes zero is set as the appropriate value. decide.
上記のようにして点火時期STの適合値が算出された場合には、次に、上記∂TF/∂KLの値が最小となるように、VVTの適合値を算出する。このような本実施形態の適合方法によれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。
If the appropriate value of the ignition timing ST is calculated as described above, the appropriate value of VVT is then calculated so that the value of ∂TF / ∂KL is minimized. According to the adaptation method of this embodiment, the same effect as that of
実施の形態5.
次に、図9および図10を参照して、本発明の実施の形態5について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、実施の形態1と同様の図1に示すシステムを用いて実現することができる。
Next, the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 and FIG. 10. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit. The present embodiment can be realized using the system shown in FIG. 1 similar to the first embodiment.
本実施形態は、複数のエンジン特性値についての応答曲面関数の各々に重み係数を乗じて加算した評価関数を用いて、エンジン制御パラメータの適合値を求めることを特徴とする。 The present embodiment is characterized in that an adaptive value of an engine control parameter is obtained by using an evaluation function obtained by multiplying each of response surface functions for a plurality of engine characteristic values by a weighting factor and adding them.
ところで、図1に示すエンジン10は、前述したように、排気通路17へ排出された排気ガスの一部をEGR通路22を介して吸気通路16に戻す、いわゆる外部EGRを実行可能になっている。このEGRの制御パラメータ(以下、EGR率とする)は、EGR弁23の開弁量等によって調節される。しかしながら、EGRガスは、EGR通路22や吸気通路16を通って燃焼室13内に還流するので、輸送遅れが生ずる。このため、過渡運転時には、EGRの応答遅れが生じ易い。
Incidentally, as described above, the
本実施形態は、可変バルブタイミング機構20の応答遅れのほかに、上記のような外部EGRの応答遅れも考慮する場合に、特に好適に適用することができる。
The present embodiment can be particularly suitably applied when considering the response delay of the external EGR as described above in addition to the response delay of the variable
以下、本実施形態のエンジン制御パラメータの適合方法について説明する前に、理解を容易にするため、比較例の適合方法について、図9を参照して説明する。図9には、トルク変動TFと燃料消費率BSFCの各々の応答曲面関数が示されている。図9においては、制御パラメータの増大に伴い、トルク変動TFは単調に増加し、燃料消費率BSFCは単調に減少している。すなわち、この例においては、トルク変動TFの観点からは制御パラメータが小さいことが好ましく、一方、燃料消費率BSFCの観点からは制御パラメータが大きいことが好ましいこととなる。そこで、この場合には、トルク変動TFを、ある制約値以下に抑制することを制約条件としている。従って、トルク変動TFが制約値を超える領域(図9中の斜線部)は不可となり、それ以外の領域において燃料消費率BSFCが最小となる点が適合値として決定される。 Hereinafter, before explaining the engine control parameter adaptation method of the present embodiment, a comparison example adaptation method will be described with reference to FIG. 9 in order to facilitate understanding. FIG. 9 shows response surface functions of the torque fluctuation TF and the fuel consumption rate BSFC. In FIG. 9, as the control parameter increases, the torque fluctuation TF increases monotonously and the fuel consumption rate BSFC decreases monotonously. That is, in this example, it is preferable that the control parameter is small from the viewpoint of the torque fluctuation TF, while it is preferable that the control parameter is large from the viewpoint of the fuel consumption rate BSFC. Therefore, in this case, the constraint condition is that the torque fluctuation TF is suppressed to a certain constraint value or less. Therefore, the region where the torque fluctuation TF exceeds the constraint value (the hatched portion in FIG. 9) is not allowed, and the point where the fuel consumption rate BSFC is minimum in the other regions is determined as the appropriate value.
一方、図10は、本実施形態の適合方法を説明するための図である。図10には、燃料消費率BSFCの応答曲面関数のほかに、吸気温度上昇分Tairの応答曲面関数が示されている。図10において、制御パラメータ(例えばEGR率)の増大に伴い、燃料消費率BSFCは単調に減少し、吸気温度上昇分Tairは単調に増加している。吸気温度が高くなり過ぎると、ノッキングが起こり易くなる。このため、ノッキングを確実に防止するためには、吸気温度上昇分Tairがなるべく小さいことがよい。よって、この例においては、燃料消費率BSFCの観点からは制御パラメータが大きいことが好ましく、一方、吸気温度上昇分Tairの観点からは制御パラメータが小さいことが好ましいこととなる。 On the other hand, FIG. 10 is a figure for demonstrating the adaptation method of this embodiment. FIG. 10 shows a response surface function of the intake air temperature rise T air in addition to the response surface function of the fuel consumption rate BSFC. In FIG. 10, as the control parameter (for example, EGR rate) increases, the fuel consumption rate BSFC monotonously decreases, and the intake air temperature increase T air monotonously increases. If the intake air temperature becomes too high, knocking is likely to occur. For this reason, in order to reliably prevent knocking, it is preferable that the intake air temperature increase T air be as small as possible. Therefore, in this example, it is preferable that the control parameter is large from the viewpoint of the fuel consumption rate BSFC, while it is preferable that the control parameter is small from the viewpoint of the intake air temperature increase T air .
上述した図10のような場合において、吸気温度上昇分Tairを、ある制約値(ノッキングが回避できる上限値)以下にすることを制約条件とすると、次のような懸念がある。前述したように、EGRには応答遅れが生ずる。そして、過渡時の応答遅れにより、制御パラメータが、適合値よりも大きな方向にずれた場合には、吸気温度上昇分Tairが制約値を超えてしまうことになり、ノッキングが起きるおそれが大きくなる。 In the case shown in FIG. 10 described above, if the restriction condition is that the intake air temperature increase T air is set to a certain constraint value (upper limit value at which knocking can be avoided) or less, there is the following concern. As described above, there is a response delay in EGR. If the control parameter shifts in a direction larger than the conforming value due to a response delay at the time of transition, the intake air temperature rise T air will exceed the constraint value, which increases the possibility of knocking. .
本実施形態では、上記のような懸念に対し、ロバスト性を高めてこれを確実に回避するため、次のようにして適合値を算出することとした。すなわち、燃料消費率BSFCの応答曲面関数と、吸気温度上昇分Tairの応答曲面関数とに、それぞれ重み係数(図10の例では、何れも0.5としている)を乗じた上でそれらを加算してなる評価関数Fancを作成する。そして、この評価関数Fancが最小となるときの制御パラメータ値を適合値として決定する。このような手法によれば、上記の各重み係数を適宜設定することにより、複数のエンジン特性値(ここでは燃料消費率BSFCと吸気温度上昇分Tair)をバランス良く考慮して、適合値を決定することができる。このため、過渡運転時のロバスト性を高めることができ、ドライバビリティと燃費の双方を改善することができる。 In the present embodiment, in order to increase the robustness and reliably avoid the above-described concerns, the conformity value is calculated as follows. That is, after multiplying the response surface function of the fuel consumption rate BSFC and the response surface function of the intake air temperature rise T air by weighting factors (in the example of FIG. 10, both are 0.5), An evaluation function Fanc obtained by addition is created. Then, the control parameter value when the evaluation function Fanc becomes the minimum is determined as the fitness value. According to such a method, by appropriately setting each of the weighting factors described above, a plurality of engine characteristic values (here, fuel consumption rate BSFC and intake air temperature increase T air ) are considered in a well-balanced manner, and an appropriate value is determined. Can be determined. For this reason, robustness at the time of transient operation can be improved, and both drivability and fuel consumption can be improved.
10 エンジン
11 シリンダ
12 ピストン
13 燃焼室
14 インジェクタ
15 点火プラグ
16 吸気通路
17 排気通路
18 吸気弁
19 排気弁
20 可変バルブタイミング機構
21 電子制御スロットル
22 EGR通路
23 EGR弁
24 クランク軸
25 クランク角センサ
26 水温センサ
10
Claims (9)
エンジンを定常運転した場合のエンジン特性データを計測するデータ取得ステップと、
前記エンジン特性データに基づいて、前記エンジン制御パラメータを説明変数としエンジン特性値を目的変数とする応答曲面関数を求める応答曲面関数取得ステップと、
前記エンジンの負荷および/または回転数の変化に伴って前記応答遅れパラメータに応答遅れが生じることを想定した場合に所定のエンジン特性値が所定の制約条件を満足するように、前記エンジン制御パラメータの適合値を前記応答曲面関数を用いて求める適合値取得ステップと、
を備えることを特徴とするエンジン制御パラメータの適合方法。 A method of adapting a plurality of engine control parameters including a response delay parameter in which response delay is likely to occur,
A data acquisition step for measuring engine characteristic data when the engine is in steady operation;
A response surface function obtaining step for obtaining a response surface function having the engine control parameter as an explanatory variable and the engine characteristic value as an objective variable based on the engine characteristic data;
The engine control parameter is set so that a predetermined engine characteristic value satisfies a predetermined constraint when it is assumed that a response delay occurs in the response delay parameter in accordance with a change in the engine load and / or the rotational speed. A fitness value obtaining step for obtaining a fitness value using the response surface function;
A method for adapting engine control parameters, comprising:
前記応答曲面関数を用いて、定常運転時における前記エンジン制御パラメータの最適値である定常最適値を求めるステップと、
前記エンジン制御パラメータの要求値を前記定常最適値として前記エンジンの負荷および/または回転数を変化させた場合における、前記応答遅れパラメータの変動領域を求めるステップと、
前記応答遅れパラメータが前記変動領域内で変動した場合に、前記制約条件が満足されるか否かを判断するステップと、
前記制約条件が満足されないと判断された場合に、前記応答遅れパラメータの定常最適値を補正することにより、前記応答遅れパラメータの適合値を求めるステップと、
を含むことを特徴とするエンジン制御パラメータの適合方法。 The adaptive value acquisition step includes
Using the response surface function, obtaining a steady optimum value that is an optimum value of the engine control parameter during steady operation;
Obtaining a fluctuation region of the response delay parameter when the engine load and / or the number of revolutions is changed with the required value of the engine control parameter as the steady optimum value;
Determining whether the constraint condition is satisfied when the response delay parameter varies within the variation region; and
When it is determined that the constraint condition is not satisfied, by correcting the steady-state optimum value of the response delay parameter, obtaining a conforming value of the response delay parameter;
A method for adapting engine control parameters, comprising:
前記適合値取得ステップは、前記応答遅れパラメータの適合値が求められた後、燃費が最良となるように前記即応パラメータを最適化するステップを含むことを特徴とする請求項2記載のエンジン制御パラメータの適合方法。 The engine control parameter includes an responsive parameter having better responsiveness than the response delay parameter,
3. The engine control parameter according to claim 2, wherein the adaptive value acquisition step includes a step of optimizing the quick response parameter so that fuel consumption is optimal after an adaptive value of the response delay parameter is obtained. How to fit.
前記適合値取得ステップは、エンジン運転状態が前記応答遅れパラメータの応答遅れを伴って所定のA点とB点との間を相互に移行する場合に前記制約条件が満足されるように、前記A点および前記B点における前記応答遅れパラメータおよび前記即応パラメータの適合値を求めるステップを含むことを特徴とする請求項1記載のエンジン制御パラメータの適合方法。 The engine control parameter includes an responsive parameter having better responsiveness than the response delay parameter,
In the adaptive value acquisition step, the A condition is satisfied so that the constraint condition is satisfied when the engine operating state shifts between a predetermined point A and a point B with a response delay of the response delay parameter. 2. The engine control parameter adaptation method according to claim 1, further comprising a step of obtaining an adaptation value of the response delay parameter and the quick response parameter at the point and the point B.
前記エンジン制御パラメータとエンジン回転数とエンジン負荷とを説明変数とし、前記所定のエンジン特性値を目的変数とする高次応答曲面関数を求めるステップと、
前記高次応答曲面関数をエンジン負荷で偏微分した式の値が最小となるように、前記エンジン制御パラメータの適合値を求めるステップと、
を含むことを特徴とする請求項1記載のエンジン制御パラメータの適合方法。 The adaptive value acquisition step includes
Obtaining a higher-order response surface function having the engine control parameter, the engine speed and the engine load as explanatory variables, and the predetermined engine characteristic value as an objective variable;
Obtaining an adaptive value of the engine control parameter so that a value of an expression obtained by partial differentiation of the high-order response surface function with engine load is minimized;
The method for adapting engine control parameters according to claim 1, further comprising:
エンジンを定常運転した場合のエンジン特性データを計測するデータ取得ステップと、
前記エンジン特性データに基づいて、複数のエンジン特性値につき、前記エンジン制御パラメータを説明変数とし各エンジン特性値を目的変数とする応答曲面関数を求める応答曲面関数取得ステップと、
前記複数のエンジン特性値についての応答曲面関数の各々に重み係数を乗じて加算した評価関数を用いて、前記エンジン制御パラメータの適合値を求める適合値取得ステップと、
を備えることを特徴とするエンジン制御パラメータの適合方法。 A method of adapting a plurality of engine control parameters including a response delay parameter in which response delay is likely to occur,
A data acquisition step for measuring engine characteristic data when the engine is in steady operation;
Based on the engine characteristic data, for a plurality of engine characteristic values, a response surface function obtaining step for obtaining a response surface function having the engine control parameter as an explanatory variable and each engine characteristic value as an objective variable;
A fitness value acquisition step for obtaining a fitness value of the engine control parameter using an evaluation function obtained by multiplying each of the response surface functions for the plurality of engine characteristic values by a weighting factor and adding the function,
A method for adapting engine control parameters, comprising:
エンジンを定常運転した場合のエンジン特性データを計測するデータ取得手段と、
前記エンジン特性データに基づいて、前記エンジン制御パラメータを説明変数としエンジン特性値を目的変数とする応答曲面関数を求める応答曲面関数取得手段と、
前記エンジンの負荷および/または回転数の変化に伴って前記応答遅れパラメータに応答遅れが生じることを想定した場合に所定のエンジン特性値が所定の制約条件を満足するように、前記エンジン制御パラメータの適合値を前記応答曲面関数を用いて求める適合値取得手段と、
を備えることを特徴とするエンジン制御パラメータの適合装置。 A device that adapts a plurality of engine control parameters including a response delay parameter that is likely to cause a response delay,
Data acquisition means for measuring engine characteristic data when the engine is in steady operation;
A response surface function obtaining means for obtaining a response surface function having the engine control parameter as an explanatory variable and the engine characteristic value as an objective variable based on the engine characteristic data;
The engine control parameter is set so that a predetermined engine characteristic value satisfies a predetermined constraint when it is assumed that a response delay occurs in the response delay parameter in accordance with a change in the engine load and / or the rotational speed. A fitness value obtaining means for obtaining a fitness value using the response surface function;
An apparatus for adapting engine control parameters, comprising:
エンジンを定常運転した場合のエンジン特性データを計測するデータ取得手段と、
前記エンジン特性データに基づいて、複数のエンジン特性値につき、前記エンジン制御パラメータを説明変数としエンジン特性値を目的変数とする複数の応答曲面関数を求める応答曲面関数取得手段と、
前記複数のエンジン特性値についての応答曲面関数の各々に重み係数を乗じて加算した評価関数を用いて、前記エンジン制御パラメータの適合値を求める適合値取得手段と、
を備えることを特徴とするエンジン制御パラメータの適合装置。 A device that adapts a plurality of engine control parameters including a response delay parameter that is likely to cause a response delay,
Data acquisition means for measuring engine characteristic data when the engine is in steady operation;
Response surface function acquisition means for obtaining a plurality of response surface functions having the engine control parameter as an explanatory variable and the engine characteristic value as an objective variable for a plurality of engine characteristic values based on the engine characteristic data;
Using an evaluation function obtained by multiplying each of the response surface functions for the plurality of engine characteristic values by multiplying by a weighting factor, and using the evaluation function, a suitable value obtaining means for obtaining a suitable value of the engine control parameter;
An apparatus for adapting engine control parameters, comprising:
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- 2008-03-04 JP JP2008053837A patent/JP2009210426A/en active Pending
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