JP4577239B2 - Method and apparatus for determining Wiebe function parameters - Google Patents

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Description

本発明は、Wiebe関数パラメータの決定方法および決定装置に係り、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関数のパラメータの値を決定するのに好適なWiebe関数パラメータの決定方法および決定装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for determining a Wiebe function parameter, and in particular, determination of a Wiebe function parameter suitable for determining a parameter value of a Wiebe function for modeling heat generation in a cylinder of an internal combustion engine. The present invention relates to a method and a determination device.

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等の値が分かれば、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、内燃機関の開発や内燃機関の制御などの分野で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. Then, if values such as the heat generation rate for each crank angle are known, the in-cylinder pressure and the indicated torque 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 fields such as the development of the internal combustion engine and the control of the internal combustion engine.

気筒内の熱発生をWiebe関数によって正確にシミュレートするためには、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 simulate 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、Wiebe関数を内燃機関の制御等に実際に利用するには、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。   Thus, in order to actually use the Wiebe function for control of an internal combustion engine, etc., the Wiebe function parameters are accurately determined under various operating conditions, and how their values change according to the operating conditions. It is necessary to grasp exactly. 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モデル化するためのWiebe関数のパラメータを精度良く決定することのできるWiebe関数パラメータの決定方法および決定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. Determination of a Wiebe function parameter that can accurately determine a parameter of a Wiebe function for modeling heat generation in a cylinder of an internal combustion engine. It is an object to provide a method and a determination device.

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、
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関数の少なくとも一つのパラメータの値を決定する方法であって、
前記内燃機関について、少なくとも燃焼期間が含まれる区間において筒内圧をクランク角毎に計測する筒内圧計測ステップと、
決定すべきパラメータに暫定値を代入したWiebe関数により熱発生率を算出し、該熱発生率に基づいて燃焼期間中のクランク角毎のモデル筒内圧を算出するモデル筒内圧算出ステップと、
前記筒内圧計測ステップで計測された実筒内圧に対する、前記モデル筒内圧の誤差の大きさを表す誤差評価値を算出する誤差評価値算出ステップと、
を備え、
前記暫定値を変化させて前記モデル筒内圧算出ステップおよび前記誤差評価値算出ステップを繰り返し行い、前記誤差評価値が最小となったときの前記暫定値を前記決定すべきパラメータの確定値と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,
A method for determining a value of at least one parameter of a Wiebe function for modeling heat generation due to combustion in a cylinder of an internal combustion engine, comprising:
For the internal combustion engine, an in-cylinder pressure measuring step for measuring an in-cylinder pressure for each crank angle in a section including at least a combustion period;
A model in-cylinder pressure calculating step for calculating a heat generation rate by a Wiebe function in which a provisional value is substituted for a parameter to be determined, and calculating a model in-cylinder pressure for each crank angle during the combustion period based on the heat generation rate;
An error evaluation value calculating step for calculating an error evaluation value representing the magnitude of an error of the model cylinder pressure with respect to the actual cylinder pressure measured in the cylinder pressure measuring step;
With
The model in-cylinder pressure calculation step and the error evaluation value calculation step are repeated by changing the provisional value, and the provisional value when the error evaluation value is minimized is set as a definite value of the parameter to be determined. It is characterized by.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記モデル筒内圧算出ステップでは、熱発生開始点でのモデル筒内圧が前記筒内圧計測ステップで計測された実筒内圧に一致するようにモデル筒内圧を算出することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
In the model in-cylinder pressure calculating step, the model in-cylinder pressure is calculated so that the model in-cylinder pressure at the heat generation start point coincides with the actual in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measuring step.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記決定すべきパラメータに、形状パラメータmと、燃焼期間θ[degCA]と、筒内に供給された燃料の熱量が筒内での熱発生量に変換される効率kと、点火時期とWiebe関数の熱発生開始点とのズレ量を表す熱発生開始点ズレ量θ[degCA]とのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The parameters to be determined include the shape parameter m, the combustion period θ p [degCA], the efficiency k in which the amount of heat of the fuel supplied into the cylinder is converted into the amount of heat generated in the cylinder, the ignition timing, and the Wiebe It includes at least one of a heat generation start point deviation amount θ b [degCA] representing a deviation amount from the heat generation start point of the function.

また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記筒内圧計測ステップで計測された実筒内圧に基づいて、実熱発生率を算出するステップと、
前記実熱発生率に基づいて、前記暫定値の初期値を算出する初期暫定値算出ステップと、
を更に備えることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
Calculating the actual heat generation rate based on the actual in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measuring step;
An initial provisional value calculating step for calculating an initial value of the provisional value based on the actual heat generation rate;
Is further provided.

また、第5の発明は、Wiebe関数パラメータの決定装置であって、
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関数の少なくとも一つのパラメータの値を決定する装置であって、
前記内燃機関について、少なくとも燃焼期間が含まれる区間において筒内圧をクランク角毎に計測する筒内圧計測手段と、
決定すべきパラメータに暫定値を代入したWiebe関数により熱発生率を算出し、該熱発生率に基づいて燃焼期間中のクランク角毎のモデル筒内圧を算出するモデル筒内圧算出手段と、
前記筒内圧計測手段により計測された実筒内圧に対する、前記モデル筒内圧の誤差の大きさを表す誤差評価値を算出する誤差評価値算出手段と、
前記暫定値を変化させて、前記モデル筒内圧算出手段によるモデル筒内圧の算出と、前記誤差評価値算出手段による誤差評価値の算出とを繰り返し行い、誤差評価値が最小となったときの前記暫定値を前記決定すべきパラメータの確定値として取得する確定値取得手段と、
を備えることを特徴とする。
The fifth invention is a Wiebe function parameter determination device,
An apparatus for determining a value of at least one parameter of a Wiebe function for modeling heat generation due to combustion in a cylinder of an internal combustion engine,
For the internal combustion engine, in-cylinder pressure measuring means for measuring the in-cylinder pressure for each crank angle in a section including at least a combustion period;
A model in-cylinder pressure calculating means for calculating a heat generation rate by a Wiebe function in which a provisional value is substituted for a parameter to be determined, and calculating a model in-cylinder pressure for each crank angle during the combustion period based on the heat generation rate;
Error evaluation value calculation means for calculating an error evaluation value representing the magnitude of the error in the model cylinder pressure with respect to the actual cylinder pressure measured by the cylinder pressure measurement means;
The provisional value is changed, the model in-cylinder pressure is calculated by the model in-cylinder pressure calculating unit, and the error evaluation value is calculated by the error evaluation value calculating unit, and the error evaluation value is minimized. Fixed value acquisition means for acquiring a provisional value as a fixed value of the parameter to be determined;
It is characterized by providing.

また、第6の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
Wiebe関数を下記(I)式で表したとき(ただし、下記(I)式中、Qは気筒内の発熱量[J]、Qtotalは気筒内に供給された燃料の熱量[J]、θは熱発生開始後の経過クランク角度[degCA]、θは燃焼期間[degCA]、mは形状パラメータ、kは効率、をそれぞれ表す)、前記決定すべきパラメータに前記形状パラメータmを含み、
前記形状パラメータmの初期暫定値を求める工程として、
前記筒内圧計測ステップで計測された実筒内圧に基づいて、クランク角毎の実熱発生率を算出するステップと、
前記実熱発生率が最大となったクランク角度での実燃焼割合αを算出するステップと、
前記実燃焼割合αに基づいて、下記(II)式またはこれと等価な式に従い、前記形状パラメータmの初期暫定値を算出するステップと、
を更に備えることを特徴とする。

Figure 0004577239
According to a sixth invention, in any one of the first to fourth inventions,
When the Wiebe function is expressed by the following formula (I) (where, Q is the calorific value [J] in the cylinder, Q total is the calorific value [J] of fuel supplied into the cylinder, θ wherein the elapsed crank angle after the heat generation starting [deg CA], theta p combustion period [deg CA], m is the shape parameter, k represents efficiency, respectively), the shape parameter m in the parameter to be the determining,
As a step of obtaining an initial provisional value of the shape parameter m,
Calculating an actual heat generation rate for each crank angle based on the actual in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measuring step;
Calculating an actual combustion rate α at a crank angle at which the actual heat generation rate is maximized;
Calculating an initial provisional value of the shape parameter m according to the following equation (II) or an equivalent equation based on the actual combustion ratio α;
Is further provided.
Figure 0004577239

また、第7の発明は、第6の発明において、
前記決定すべきパラメータに前記燃焼期間θを更に含み、
前記燃焼期間θの初期暫定値を求める工程として、
前記実熱発生率の積分値を総発熱量kQtotalとして求めるステップと、
前記実熱発生率の最大値をβとしたとき、この実熱発生率最大値βと、前記総発熱量kQtotalと、前記形状パラメータmの初期暫定値と、所定の定数aとに基づいて、下記(III)式またはこれと等価な式に従い、前記燃焼期間θの初期暫定値を算出するステップと、
を更に備えることを特徴とする。

Figure 0004577239
The seventh invention is the sixth invention, wherein
The parameter to be determined further includes the combustion period θ p ,
As a step of obtaining an initial provisional value of the combustion period θ p ,
Obtaining an integral value of the actual heat generation rate as a total calorific value kQ total ;
When the maximum value of the actual heat generation rate is β, based on the actual heat generation rate maximum value β, the total calorific value kQ total , the initial provisional value of the shape parameter m, and a predetermined constant a. Calculating an initial provisional value of the combustion period θ p according to the following formula (III) or an equivalent formula:
Is further provided.
Figure 0004577239

また、第8の発明は、第7の発明において、
前記内燃機関の点火時期をSA[degBTDC]とし、この点火時期SAとWiebe関数の熱発生開始点とのズレ量を熱発生開始点ズレ量θ[degCA]としたとき、前記決定すべきパラメータに前記熱発生開始点ズレ量θを更に含み、
前記熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値を求める工程として、
前記実熱発生率が最大となったときのクランク角度をθATDC [degATDC]としたとき、前記クランク角度θATDC と、前記点火時期SAと、前記形状パラメータmの初期暫定値と、前記燃焼期間θの初期暫定値と、所定の定数aとに基づいて、下記(IV)および(V)式、またはこれらと等価な式に従い、前記熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値を算出するステップを更に備えることを特徴とする。

Figure 0004577239
The eighth invention is the seventh invention, wherein
When the ignition timing of the internal combustion engine is SA [degBTDC], and the amount of deviation between the ignition timing SA and the heat generation start point of the Wiebe function is the heat generation start point deviation amount θ b [degCA], the parameter to be determined further comprising the heat generation start point deviation amount theta b, the
As a step of obtaining an initial provisional value of the heat generation start point deviation amount θb,
When the crank angle when the actual heat generation rate becomes maximum is θ ATDC * [degATDC], the crank angle θ ATDC * , the ignition timing SA, the initial provisional value of the shape parameter m, and the the initial provisional value of the combustion period theta p, based on the predetermined constant a, the following (IV) and (V) type or in accordance with any equivalent expressions, the heat generation start point deviation amount theta b initial provisional value of The method further includes the step of calculating.
Figure 0004577239

また、第9の発明は、第6乃至第8の発明の何れかにおいて、
前記決定すべきパラメータに前記効率kを更に含み、
前記効率kの初期暫定値を求める工程として、
前記実熱発生率の積分値を総発熱量kQtotalとして求めるステップと、
気筒内に供給された燃料の熱量Qtotalの値を求めるステップと、
前記総発熱量kQtotalを前記Qtotalの値で除することにより、前記効率kの初期暫定値を算出するステップと、
を更に備えることを特徴とする。
According to a ninth invention, in any of the sixth to eighth inventions,
The parameter to be determined further includes the efficiency k;
As a step of obtaining an initial provisional value of the efficiency k,
Obtaining an integral value of the actual heat generation rate as a total calorific value kQ total ;
Obtaining a value of the amount of heat Q total of the fuel supplied into the cylinder;
Dividing the total calorific value kQ total by the value of Q total to calculate an initial provisional value of the efficiency k;
Is further provided.

第1の発明によれば、実筒内圧と、Wiebe関数に基づいて算出されるモデル筒内圧との誤差がなるべく小さくなるように、Wiebe関数パラメータの値を決定することができる。このため、第1の発明によれば、内燃機関の筒内圧やトルクをWiebe関数モデルによって予測する上で、内燃機関の機種に対するWiebe関数パラメータの依存性や、運転条件とWiebe関数パラメータとの関係を精度良く把握することができる。その結果、Wiebe関数モデルを用いて、内燃機関の筒内圧やトルクを正確に予測することが可能となる。   According to the first aspect, the value of the Wiebe function parameter can be determined so that the error between the actual in-cylinder pressure and the model in-cylinder pressure calculated based on the Wiebe function is as small as possible. Therefore, according to the first aspect of the invention, in predicting the in-cylinder pressure and torque of the internal combustion engine using the Wiebe function model, the dependence of the Wiebe function parameter on the internal combustion engine model and the relationship between the operating condition and the Wiebe function parameter. Can be accurately grasped. As a result, the in-cylinder pressure and torque of the internal combustion engine can be accurately predicted using the Wiebe function model.

第2の発明によれば、Wiebe関数パラメータの決定過程において、熱発生開始点でのモデル筒内圧が実筒内圧に一致するようにモデル筒内圧を算出することができる。これにより、Wiebe関数パラメータの値をより高い精度で決定することができる。   According to the second invention, in the process of determining the Wiebe function parameter, the model in-cylinder pressure can be calculated so that the model in-cylinder pressure at the heat generation start point coincides with the actual in-cylinder pressure. Thereby, the value of the Wiebe function parameter can be determined with higher accuracy.

第3の発明によれば、Wiebe関数パラメータとして、形状パラメータmと、燃焼期間θ[degCA]と、筒内に供給された燃料の熱量が筒内での熱発生量に変換される効率kと、点火時期とWiebe関数の熱発生開始点とのズレ量を表す熱発生開始点ズレ量θ[degCA]とのうちの少なくとも一つを精度良く決定することができる。 According to the third invention, as the Wiebe function parameters, the shape parameter m, the combustion period θ p [degCA], and the efficiency k at which the amount of heat of the fuel supplied into the cylinder is converted into the amount of heat generated in the cylinder. And at least one of the heat generation start point deviation amount θ b [degCA] representing the deviation amount between the ignition timing and the heat generation start point of the Wiebe function can be determined with high accuracy.

第4の発明によれば、Wiebe関数パラメータの決定過程において用いるWiebe関数パラメータの暫定値の初期値を、実熱発生率に基づいて精度良く算出することができる。このため、誤差評価値を最小とするようなWiebe関数パラメータの確定値(適合値)を容易に探し出すことができ、計算負荷を軽減することができる。   According to the fourth aspect of the invention, the initial value of the provisional value of the Wiebe function parameter used in the process of determining the Wiebe function parameter can be accurately calculated based on the actual heat generation rate. For this reason, it is possible to easily find a definite value (adapted value) of the Wiebe function parameter that minimizes the error evaluation value, and the calculation load can be reduced.

第5の発明によれば、実筒内圧と、Wiebe関数に基づいて算出されるモデル筒内圧との誤差がなるべく小さくなるように、Wiebe関数パラメータの値を決定することができる。このため、第5の発明によれば、内燃機関の筒内圧やトルクをWiebe関数モデルによって予測する上で、内燃機関の機種に対するWiebe関数パラメータの依存性や、運転条件とWiebe関数パラメータとの関係を精度良く把握することができる。その結果、Wiebe関数モデルを用いて、内燃機関の筒内圧やトルクを正確に予測することが可能となる。   According to the fifth aspect, the value of the Wiebe function parameter can be determined so that the error between the actual in-cylinder pressure and the model in-cylinder pressure calculated based on the Wiebe function is as small as possible. Therefore, according to the fifth aspect of the invention, in predicting the in-cylinder pressure and torque of the internal combustion engine using the Wiebe function model, the dependency of the Wiebe function parameter on the model of the internal combustion engine and the relationship between the operating condition and the Wiebe function parameter. Can be accurately grasped. As a result, the in-cylinder pressure and torque of the internal combustion engine can be accurately predicted using the Wiebe function model.

第6の発明によれば、Wiebe関数パラメータの一つである形状パラメータmの初期暫定値を精度良く算出することができる。このため、形状パラメータmの最終的な確定値を探索する上で、精度の良い初期暫定値を出発点とすることができる。よって、最終的な確定値を容易に見つけ出すことができ、計算負荷を軽減することができる。   According to the sixth aspect, the initial provisional value of the shape parameter m, which is one of the Wiebe function parameters, can be calculated with high accuracy. For this reason, when searching for the final definite value of the shape parameter m, an accurate initial provisional value can be used as a starting point. Therefore, the final definite value can be easily found, and the calculation load can be reduced.

第7の発明によれば、Wiebe関数パラメータの一つである燃焼期間θの初期暫定値を精度良く算出することができる。このため、燃焼期間θの最終的な確定値を探索する上で、精度の良い初期暫定値を出発点とすることができる。よって、最終的な確定値を容易に見つけ出すことができ、計算負荷を軽減することができる。 According to the seventh aspect, it is possible to accurately calculate the one initial provisional value of the combustion period theta p is the Wiebe function parameters. Therefore, in order to explore the final determined value of the combustion period theta p, it can be a starting point an accurate initial provisional. Therefore, the final definite value can be easily found, and the calculation load can be reduced.

第8の発明によれば、Wiebe関数パラメータの一つである熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値を精度良く算出することができる。このため、熱発生開始点ズレ量θの最終的な確定値を探索する上で、精度の良い初期暫定値を出発点とすることができる。よって、最終的な確定値を容易に見つけ出すことができ、計算負荷を軽減することができる。 According to the eighth aspect, it is possible to accurately calculate the initial provisional value of the heat start point deviation amount theta b is one of the Wiebe function parameters. Therefore, in order to explore the final determined value of the heat generation starting point deviation amount theta b, it can be a starting point an accurate initial provisional. Therefore, the final definite value can be easily found, and the calculation load can be reduced.

第9の発明によれば、Wiebe関数パラメータの一つである効率kの初期暫定値を精度良く算出することができる。このため、効率kの最終的な確定値を探索する上で、精度の良い初期暫定値を出発点とすることができる。よって、最終的な確定値を容易に見つけ出すことができ、計算負荷を軽減することができる。   According to the ninth aspect, the initial provisional value of efficiency k, which is one of the Wiebe function parameters, can be calculated with high accuracy. For this reason, when searching for a final definite value of the efficiency k, an accurate initial provisional value can be used as a starting point. Therefore, the final definite value can be easily found, and the calculation load can be reduced.

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。更に、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、後述するWiebe関数パラメータの決定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. Further, the ECU 50 can perform Wiebe function parameter determination processing, which will be described later, based on sensor signals from the crank angle sensor 12, the in-cylinder pressure sensor 18, and the like.

(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 0004577239
(Wiebe function)
The Wiebe function of the present embodiment is expressed by the following formula (1) or the following formula (2).
Figure 0004577239

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:熱発生開始後の経過クランク角度[degCA]
θ:燃焼期間[degCA]
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: Elapsed crank angle after start of heat generation [degCA]
θ p : Combustion period [degCA]
m: shape parameter k: efficiency

上記(1)式は、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、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 generation rate dQ / dθ. Q / kQ total on the left side of the equation (2) represents a combustion ratio as will be described later. That is, the above equation (2) is a Wiebe function for calculating the combustion ratio Q / kQ total .

図2(A)は、横軸にクランク角、縦軸に熱発生率をとったグラフであり、図2(B)は、横軸にクランク角、縦軸に筒内圧をとったグラフである。図2中、細線は実機での計測値であり、太線はWiebe関数に基づいて算出される値である。なお、図2(A)と図2(B)とは別々のグラフであり、クランク角を表す横軸の位置やスケールは一致していない。   2A is a graph in which the horizontal axis represents the crank angle and the vertical axis represents the heat generation rate, and FIG. 2B is a graph in which the horizontal axis represents the crank angle and the vertical axis represents the in-cylinder pressure. . In FIG. 2, a thin line is a measured value in an actual machine, and a thick line is a value calculated based on the Wiebe function. Note that FIG. 2A and FIG. 2B are separate graphs, and the horizontal axis position and scale representing the crank angle do not match.

図1に示すシステムでは、筒内圧センサ18により、図2(B)中の細線で示すような実機の筒内圧をクランク角毎に計測することができる。以下の説明では、この計測値を「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、クランク角毎の熱発生率を算出することができる。これが図2(A)中の細線で示す実機の熱発生率である。以下の説明では、実筒内圧から算出された熱発生率を「実熱発生率」と称する。   In the system shown in FIG. 1, the in-cylinder pressure of the actual machine as shown by the thin line in FIG. 2B can be measured for each crank angle by the in-cylinder pressure sensor 18. In the following description, this measured value is referred to as “actual cylinder pressure”. As will be described later, the heat generation rate for each crank angle can be calculated from the actual in-cylinder pressure using an energy conservation law equation. This is the heat generation rate of the actual machine indicated by a thin line in FIG. In the following description, the heat generation rate calculated from the actual in-cylinder pressure is referred to as “actual heat generation rate”.

一方、上記(1)式のWiebe関数からは、図2(A)中の太線で示すようなクランク角毎の熱発生率を算出することができる。そして、Wiebe関数により算出された熱発生率(以下、「モデル熱発生率」と称する)からは、エネルギー保存則の式を用いて、クランク角毎の筒内圧を算出することができる。これが図2(B)中の太線で示す筒内圧である。以下の説明では、このようにしてWiebe関数に基づいて算出される筒内圧を「モデル筒内圧」と称する。   On the other hand, from the Wiebe function of the above equation (1), the heat generation rate for each crank angle as shown by the thick line in FIG. 2A can be calculated. Then, from the heat generation rate calculated by the Wiebe function (hereinafter referred to as “model heat generation rate”), the in-cylinder pressure for each crank angle can be calculated using an energy conservation law equation. This is the in-cylinder pressure indicated by the thick line in FIG. In the following description, the in-cylinder pressure thus calculated based on the Wiebe function is referred to as “model in-cylinder pressure”.

以下、Wiebe関数の各パラメータについて説明する。
(燃焼期間θ
図2(A)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、つまり燃焼の開始から終了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。上記(1)式および(2)式のWiebe関数において、θ=0の点は後述するように熱発生開始点(燃焼開始点)を意味しており、これらのWiebe関数は0≦θ≦θの範囲で定義される。
Hereinafter, each parameter of the Wiebe function will be described.
(Combustion period θ p )
As shown in FIG. 2A, the combustion period θ p has a physical meaning as a period in which the generation of heat due to combustion continues, that is, a period from the start to the end of combustion expressed by a crank angle. ing. In the Wiebe function of the above equations (1) and (2), the point of θ = 0 means a heat generation start point (combustion start point) as described later, and these Wiebe functions are 0 ≦ θ ≦ θ. It is defined in the range of p .

(形状パラメータm)
形状パラメータmは、図2(A)のようなグラフにおけるモデル熱発生率dQ/dθの形状に大きく関与するパラメータであり、特に、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 dQ / dθ in the graph as shown in FIG. 2A, and is particularly a parameter greatly related to the crank angle at which the heat generation rate takes the maximum value. is there.

(熱発生開始点ズレ量θ
図2(A)に示すように、上記(1)式で表されるWiebe関数においては、θ=0のときにモデル熱発生率dQ/dθ=0であり、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となる。つまり、本実施形態のWiebe関数では、θ=0が熱発生開始点(燃焼開始点)であり、θは熱発生開始後(燃焼開始後)の経過クランク角度を表すことになる。
(Heat generation start point deviation amount θ b )
As shown in FIG. 2A, in the Wiebe function expressed by the above equation (1), the model heat generation rate dQ / dθ = 0 when θ = 0, and from the point when θ exceeds 0. dQ / dθ> 0 and heat generation starts. That is, in the Wiebe function of the present embodiment, θ = 0 is a heat generation start point (combustion start point), and θ represents an elapsed crank angle after the start of heat generation (after the start of combustion).

本発明者の知見によれば、Wiebe関数の熱発生開始点を実際の点火時期SAに一致させることとすると、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適合させることができない。そこで、本実施形態では、Wiebe関数の熱発生開始点(θ=0)を実際の点火時期SAと異なる点とすることとした。そして、その両者のズレ量を熱発生開始点ズレ量θとして表し、これをWiebe関数のパラメータとして導入することとした。すなわち、熱発生開始点ズレ量θ[degCA]は、Wiebe関数の熱発生開始点と、点火時期SAとのズレ量をクランク角度で表すパラメータである(図2(A)参照)。以下、本実施形態では、上記(1)式等のWiebe関数を用いる場合、点火時期SAから熱発生開始点ズレ量θ分だけずれた点を基準点(θ=0)として上記(1)式等を適用するものとする。 According to the knowledge of the present inventor, when the heat generation start point of the Wiebe function is made to coincide with the actual ignition timing SA, the waveform of the model heat generation rate by the Wiebe function is accurately matched to the waveform of the actual heat generation rate. I can't. Therefore, in this embodiment, the heat generation start point (θ = 0) of the Wiebe function is set to be different from the actual ignition timing SA. Then, it was decided to introduce represents a shift amount of both the heat generation start point deviation amount theta b, this as a parameter of the Wiebe function. That is, the heat generation start point deviation amount θ b [degCA] is a parameter that represents a deviation amount between the heat generation start point of the Wiebe function and the ignition timing SA by a crank angle (see FIG. 2A). Hereinafter, in the present embodiment, the case of using the Wiebe function such (1), the heat generation starting point deviation amount theta b min shifted reference point a point from the ignition timing SA (theta = 0) as the (1) The formula etc. shall be applied.

(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。図1に示すシステムにおいては、Qtotalの値は、燃料の低位発熱量が既知であるものとして、インジェクタ28からの燃料噴射量に基づいて算出することができる。あるいは、空燃比A/Fおよび筒内空気量(負荷率KL)からQtotalを算出することもできる。
(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. In the system shown in FIG. 1, the value of Q total can be calculated based on the fuel injection amount from the injector 28 on the assumption that the lower heating value of the fuel is known. Alternatively, Q total can also be calculated from the air-fuel ratio A / F and the in-cylinder air amount (load factor KL).

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を導入することとした。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, the 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(A)において、実熱発生率を示す細線と、dQ/dθ=0の直線とがグラフ上で囲む面積に相当する。つまり、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。そのようにして算出された総発熱量kQtotalを、上述の方法で算出したQtotalで除することにより、効率kの値を求めることができる。 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 corresponds to the area surrounded by the thin line indicating the actual heat generation rate and the straight line of dQ / dθ = 0 on the graph in FIG. That is, the value of the total calorific value kQ total can be calculated by integrating the actual heat generation rate. The value of efficiency k can be obtained by dividing the total calorific value kQ total thus calculated by Q total calculated by the above-described method.

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、燃焼終了時に100%、すなわち1となるべきである。これに対し、Wiebe関数では、その性質上、燃焼終了時に燃焼割合の値が1とならない。すなわち、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)
(Parameter a)
From the original definition of the combustion rate, the value of the combustion rate should be 100%, ie 1 at the end of combustion. On the other hand, the Wiebe function does not have a combustion ratio value of 1 at the end of combustion due to its nature. That is, in 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)

上記式のように、Wiebe関数上での燃焼終了時の燃焼割合Q/kQtotalの値は、パラメータaのみで表される。そこで、上記式の値{1−exp(−a)}を1に近い所定の値と等しいと置けば、aの値を定めることができる。例えば、{1−exp(−a)}=0.999と置けば、a≒6.9が得られる。そこで、以下の説明では、パラメータaを定数6.9として扱うものとする。ただし、本発明は、パラメータaを定数として扱う場合に限定されるものではなく、aの値を他のパラメータとともに後述する手法で決定するようにしてもよい。 As in the above equation, the value of the combustion ratio Q / kQ total at the end of combustion on the Wiebe function is represented only by the parameter a. Therefore, if the value {1-exp (−a)} of the above equation is set equal to a predetermined value close to 1, the value of a can be determined. For example, if {1-exp (−a)} = 0.999, a≈6.9 is obtained. Therefore, in the following description, the parameter a is treated as a constant 6.9. However, the present invention is not limited to the case where the parameter a is handled as a constant, and the value of a may be determined together with other parameters by a method described later.

[実施の形態1の特徴]
本実施形態では、パラメータaを定数として扱うので、決定すべきWiebe関数パラメータは、形状パラメータm、効率k、熱発生開始点ズレ量θ、燃焼期間θの4つとなる。以下、本実施形態のWiebe関数パラメータ決定方法の作用・効果を分かり易くするため、まず、比較例の方法について説明する。
[Features of Embodiment 1]
In the present embodiment, since the parameter a is treated as a constant, there are four Wiebe function parameters to be determined: a shape parameter m, an efficiency k, a heat generation start point deviation amount θ b , and a combustion period θ p . Hereinafter, in order to facilitate understanding of the operation and effect of the Wiebe function parameter determination method of the present embodiment, first, a method of a comparative example will be described.

(比較例のWiebe関数パラメータ決定方法)
比較例としては、図2(A)に示すような実熱発生率とモデル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、Wiebe関数パラメータm、k、θ、θの各々の値を最適化する方法が考えられる。例えば最小二乗法を用いる場合には、クランク角毎の実熱発生率とモデル熱発生率との誤差(偏差)の二乗和が誤差評価値とされる。そして、この誤差評価値を、m、k、θ、θを変数とする多変数関数と考えて、m、k、θ、θの各々の値を少しずつ変化させながら誤差評価値を繰り返し計算し、誤差評価値が最小となるような一組のWiebe関数パラメータm、k、θ、θの値を探し出し、それらの値を最終的な値として決定する。
(Method for determining Wiebe function parameters of comparative example)
As a comparative example, the Wiebe function parameters m, k, θ b are set so that the error evaluation value indicating the magnitude of the error between the actual heat generation rate and the model heat generation rate as shown in FIG. , Θ p can be optimized. For example, when the least square method is used, the sum of squares of errors (deviations) between the actual heat generation rate and the model heat generation rate for each crank angle is used as the error evaluation value. Then, the error evaluation value is considered as a multivariable function having m, k, θ b , and θ p as variables, and the error evaluation value is obtained by changing each value of m, k, θ b , and θ p little by little. Are repeatedly calculated to find a set of Wiebe function parameters m, k, θ b and θ p that minimize the error evaluation value, and determine these values as final values.

上記比較例の方法によれば、実熱発生率とモデル熱発生率との誤差を最小とすることができる。しかしながら、実熱発生率の形状(波形)とモデル熱発生率の形状(波形)とは、完全に一致するものではない。このため、上記比較例の方法で決定したWiebe関数パラメータm、k、θ、θの値を用いてモデル筒内圧を計算した場合、図2(B)に示すように、実筒内圧との誤差が十分に小さくならない事態が生じ易い。 According to the method of the comparative example, the error between the actual heat generation rate and the model heat generation rate can be minimized. However, the shape (waveform) of the actual heat generation rate and the shape (waveform) of the model heat generation rate do not completely match. Therefore, when the model in-cylinder pressure is calculated using the values of the Wiebe function parameters m, k, θ b , θ p determined by the method of the comparative example, as shown in FIG. It is easy for a situation that the error of the above does not become sufficiently small.

ところで、内燃機関10の開発段階や内燃機関10の制御装置において、Wiebe関数を利用する上では、内燃機関10の筒内圧やトルクを精度良く予測することが求められる場合が多い。そして、内燃機関10の筒内圧が正確に予測できれば、内燃機関10のトルクを正確に予測することが可能である。このため、Wiebe関数の利用実態を考えた場合、実熱発生率とモデル熱発生率との誤差を最小とするよりも、むしろ、実筒内圧とモデル筒内圧との誤差を最小とするようにWiebe関数パラメータを決定した方が合理的である。   By the way, in utilizing the Wiebe function in the development stage of the internal combustion engine 10 or the control device for the internal combustion engine 10, it is often required to accurately predict the in-cylinder pressure and torque of the internal combustion engine 10. If the in-cylinder pressure of the internal combustion engine 10 can be accurately predicted, the torque of the internal combustion engine 10 can be accurately predicted. Therefore, when considering the actual usage of the Wiebe function, rather than minimizing the error between the actual heat generation rate and the model heat generation rate, the error between the actual cylinder pressure and the model cylinder pressure should be minimized. It is more reasonable to determine the Wiebe function parameters.

(本実施形態のWiebe関数パラメータ決定方法)
そこで、本実施形態では、実筒内圧とモデル筒内圧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、Wiebe関数パラメータm、k、θ、θの各々の値を最適化することとした。この誤差評価値は、例えば、クランク角毎の実筒内圧とモデル筒内圧との誤差(偏差)の二乗和とされる。そして、その誤差評価値を、m、k、θ、θを変数とする多変数関数と考えて、m、k、θ、θの各々の値を少しずつ変化させながら誤差評価値を繰り返し計算し、誤差評価値が最小となるような一組のWiebe関数パラメータm、k、θ、θの値を探し出すこととした。
(Wiebe function parameter determination method of this embodiment)
Therefore, in this embodiment, the values of the Wiebe function parameters m, k, θ b , and θ p are optimized so that the error evaluation value indicating the magnitude of the error between the actual in-cylinder pressure and the model in-cylinder pressure is minimized. I decided to make it. This error evaluation value is, for example, the sum of squares of errors (deviations) between the actual cylinder pressure and the model cylinder pressure for each crank angle. Then, the error evaluation value is considered as a multivariable function having m, k, θ b , and θ p as variables, and the error evaluation value is changed while gradually changing the values of m, k, θ b , and θ p. Are repeatedly calculated to find a set of Wiebe function parameters m, k, θ b , θ p that minimizes the error evaluation value.

実筒内圧とモデル筒内圧との間の誤差評価値を算出するためには、まず、Wiebe関数パラメータm、k、θ、θに暫定的な値(暫定値)を代入した上記(1)式のWiebe関数を用いて、モデル筒内圧を算出する必要がある。そして、その誤差評価値を最小とするようなWiebe関数パラメータm、k、θ、θの適合値を探し出すには、そのような適合値が見つかるまで、m、k、θ、θの暫定値を徐々に変化させながら、モデル筒内圧の算出処理と、誤差評価値の算出処理とを繰り返す必要がある。 In order to calculate the error evaluation value between the actual in-cylinder pressure and the model in-cylinder pressure, first, a temporary value (provisional value) is substituted into the Wiebe function parameters m, k, θ b , θ p (1 It is necessary to calculate the model in-cylinder pressure using the Wiebe function. Then, Wiebe function parameter m that minimizes the error evaluation value, k, theta b, to find the fitness value of theta p, until it finds such a fitness value, m, k, θ b, θ p It is necessary to repeat the model in-cylinder pressure calculation process and the error evaluation value calculation process while gradually changing the provisional value.

このような処理を行う場合、最終的な適合値を探し出すまでに要する計算負荷を軽減する観点からは、Wiebe関数パラメータm、k、θ、θの暫定値の初期値(以下、「初期暫定値」と称する)が、最終的な適合値になるべく近い、精度の良い値であることが重要である。そこで、本実施形態では、実熱発生率に基づいて、Wiebe関数パラメータm、k、θ、θの初期暫定値を精度良く算出することとした。以下、本実施形態におけるWiebe関数パラメータm、k、θ、θの初期暫定値の算出方法について説明する。 In the case of performing such processing, from the viewpoint of reducing the calculation load required to find the final conforming value, initial values of the temporary values of the Wiebe function parameters m, k, θ b , θ p (hereinafter referred to as “initial values”). It is important that the “provisional value” is an accurate value as close as possible to the final conforming value. Therefore, in this embodiment, the initial provisional values of the Wiebe function parameters m, k, θ b , and θ p are calculated with high accuracy based on the actual heat generation rate. Hereinafter, a method for calculating initial provisional values of the Wiebe function parameters m, k, θ b , and θ p in the present embodiment will be described.

(形状パラメータmの初期暫定値の算出方法)
形状パラメータmの初期暫定値は、熱発生率が最大となったときの燃焼割合に着目することにより、算出することができる。図3は、Wiebe関数により算出されるモデル熱発生率のグラフである。モデル熱発生率が最大となったときの燃焼割合は、図3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を、全部の面積(図3中のハッチング部分)で除した値として算出される。
(Calculation method of initial provisional value of shape parameter m)
The initial provisional value of the shape parameter m can be calculated by paying attention to the combustion rate when the heat generation rate becomes maximum. FIG. 3 is a graph of the model heat release rate calculated by the Wiebe function. The combustion rate when the model heat generation rate is maximized is the total area (the area up to the crank angle at which the model heat generation rate is maximized among the areas enclosed by the model heat generation rate graph of FIG. It is calculated as a value divided by the hatched portion in FIG.

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 0004577239
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 0004577239

上記(3)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(4)式で表すことができる。

Figure 0004577239
By substituting the crank angle θ * represented by the above equation (3) 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 as follows (4) It can be expressed by a formula.
Figure 0004577239

上記(4)式に示されるように、モデル熱発生率が最大となるクランク角度での燃焼割合は、形状パラメータmのみの関数で表される。そこで、これに対応する実測値、つまり、実熱発生率が最大となるクランク角度での燃焼割合を求め、その値が上記(4)式の右辺と等しいとおけば、mを算出することができる。   As shown in the above equation (4), the combustion ratio at the crank angle at which the model heat generation rate is maximum is expressed by a function of only the shape parameter m. Therefore, the actual measurement value corresponding to this, that is, the combustion ratio at the crank angle at which the actual heat generation rate is maximum is obtained, and if the value is equal to the right side of the above equation (4), m can be calculated. it can.

ここで、実熱発生率が最大となるクランク角度での燃焼割合(以下、「実燃焼割合」と称する)をαとする。本実施形態では、この実燃焼割合αを上記(4)式の右辺と等しいとおくことにより、形状パラメータmの初期暫定値を下記(5)式で算出することができる。

Figure 0004577239
Here, the combustion ratio at the crank angle at which the actual heat generation rate is maximized (hereinafter referred to as “actual combustion ratio”) is α. In the present embodiment, the initial provisional value of the shape parameter m can be calculated by the following equation (5) by setting the actual combustion ratio α equal to the right side of the above equation (4).
Figure 0004577239

(燃焼期間θの初期暫定値の算出方法)
上記(3)式で表されるクランク角度θを上記(1)式に代入することにより、モデル熱発生率の最大値(dQ/dθ)maxは、下記(6)式で表すことができる。

Figure 0004577239
(Calculation method of initial provisional value of combustion period θ p )
By substituting the crank angle θ * expressed by the above equation (3) into the above equation (1), the maximum value of the model heat generation rate (dQ / dθ) max can be expressed by the following equation (6). .
Figure 0004577239

よって、実熱発生率の最大値をβとすると、この最大値βが上記(6)式の下段と等しいとおくことにより、下記式が得られる。

Figure 0004577239
Therefore, when the maximum value of the actual heat generation rate is β, the following equation is obtained by setting the maximum value β equal to the lower stage of the above equation (6).
Figure 0004577239

上記(7)式の右辺において、a/θ m+1以外の部分は、総発熱量kQtotalおよび形状パラメータmのみで表されている。総発熱量kQtotalの値は、前述したように、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。そして、mの初期暫定値は、上記(5)式により算出することができる。よって、それらの値と、実熱発生率最大値βとを上記(7)式に代入することにより、a/θ m+1の値を算出することができる。また、本実施形態では、前述したように、a=6.9とすることにしている。よって、a/θ m+1の値が算出できれば、燃焼期間θの値を算出することができる。本実施形態では、以上のようにして算出される値を燃焼期間θの初期暫定値にすることとした。 In the right side of the above equation (7), the part other than a / θ pm + 1 is represented only by the total calorific value kQ total and the shape parameter m. As described above, the value of the total heat generation amount kQ total can be calculated by integrating the actual heat generation rate. The initial provisional value of m can be calculated by the above equation (5). Therefore, the value of a / θ pm + 1 can be calculated by substituting these values and the actual heat generation rate maximum value β into the above equation (7). In the present embodiment, as described above, a = 6.9. Therefore, if the value of a / θ pm + 1 can be calculated, the value of the combustion period θ p can be calculated. In the present embodiment, it was decided to the value calculated as above to the initial provisional value of the combustion period theta p.

(熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値の算出方法)
本実施形態では、モデル熱発生率が最大となる位置と、実熱発生率が最大となる位置とを一致させることにより、熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値を算出する。すなわち、実熱発生率が最大となったときの圧縮上死点基準のクランク角度をθATDC [degATDC]としたとき、モデル熱発生率が最大となるクランク角度θの位置がθATDC に一致するようにする。
(Method of calculating the initial provisional value of the heat start point deviation amount theta b)
In the present embodiment, the model heat generation rate is calculated and a position of maximum, by actual heat release rate to match the position of the maximum, the initial provisional value of the heat start point deviation amount theta b. That is, when the crank angle based on the compression top dead center when the actual heat generation rate is maximum is θ ATDC * [degATDC], the position of the crank angle θ * at which the model heat generation rate is maximum is θ ATDC * To match.

図3を参照して分かる通り、点火時期をSA[degBTDC]とし、θとθATDC との位置が一致するものとすると、SA、θATDC 、θ、およびθの間に、下記(9)式が成り立つ。また、上記(3)式は、下記(8)式のように変形することができる。

Figure 0004577239
As can be seen with reference to FIG. 3, when the ignition timing is SA [degBTDC] and the positions of θ * and θ ATDC * coincide with each other, between SA, θ ATDC * , θ b , and θ * , The following equation (9) holds. Further, the above expression (3) can be modified as the following expression (8).
Figure 0004577239

上記(8)式によれば、先に算出されたmの値とa/θ m+1の値とに基づいてクランク角度θを算出することができる。そして、そのθと、点火時期SAと、実熱発生率データから得られるθATDC とを上記(9)式に代入することにより、熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値を算出することができる。 According to the above equation (8), the crank angle θ * can be calculated based on the previously calculated value of m and the value of a / θ pm + 1 . The calculated and its theta *, and the ignition timing SA, by the theta ATDC * and derived from the real heat release rate data are substituted into Equation (9), the initial provisional value of the heat start point deviation amount theta b can do.

以上の方法により、Wiebe関数パラメータm、θ、θの各々の初期暫定値を高い精度で算出することができる。なお、効率kの初期暫定値は、効率kの説明をした箇所で既述した方法によって算出するものとする。ところで、上記(1)式のWiebe関数は、下記式のように変形することができる。

Figure 0004577239
With the above method, the initial provisional values of the Wiebe function parameters m, θ p , and θ b can be calculated with high accuracy. Note that the initial provisional value of the efficiency k is calculated by the method described above at the place where the efficiency k is described. By the way, the Wiebe function of the above equation (1) can be modified as the following equation.
Figure 0004577239

上記(10)式によれば、m、k、a/θ m+1、およびθの値が決定されれば、Wiebe関数を具体的に記述することができることが分かる。本実施形態では、前述したように、aを定数として扱い、m、k、θ、θの4つをWiebe関数パラメータとしているが、Wiebe関数パラメータの組み合わせはこれに限られるものではない。例えば、Wiebe関数を上記(10)式の形で使用することにより、aおよびθの個々の値を決定することなく、両者をa/θ m+1と一まとめにした上で、m、k、a/θ m+1、θの4つの値をWiebe関数パラメータとして扱うようにしてもよい。 According to the above equation (10), it can be seen that if the values of m, k, a / θ pm + 1 , and θ b are determined, the Wiebe function can be specifically described. In this embodiment, as described above, a is treated as a constant and four of m, k, θ p , and θ b are used as Wiebe function parameters, but the combination of Wiebe function parameters is not limited to this. For example, by using the Wiebe function in the form of the above equation (10), without determining individual values of a and θ p , both are combined with a / θ pm + 1 , and m , k, a / θ p m + 1, four values of theta b may be handled as Wiebe function parameters.

[実施の形態1における具体的処理]
図4は、上述した原理に基づいてWiebe関数パラメータの初期暫定値を算出するために、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。図5は、実熱発生率と実筒内圧との関係を示す図である。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to calculate the initial provisional value of the Wiebe function parameter based on the principle described above. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the actual heat generation rate and the actual in-cylinder pressure.

図4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、図5に示すような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を計測するクランク角度の間隔は、特に限定されず、例えば1degCA間隔とすることができる。また、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. 4, first, during the operation of the internal combustion engine 10, based on the outputs of the crank angle sensor 12 and the in-cylinder pressure sensor 18, the actual in-cylinder pressure P data [ Pa] is measured (step 100). In this step 100, the interval of the crank angle for measuring the actual cylinder pressure P data may be not particularly limited, for example, 1degCA interval. Further, the actual in-cylinder pressure P data need not be measured over the entire crank angle range, and may be measured in 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)。ここで、熱力学上のエネルギー保存則は、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とを用いると、次式で表される。なお、ここでのクランク角度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 0004577239
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). Here, the energy conservation law in terms of thermodynamics is expressed by the following equation 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 here represents an absolute crank angle based on the top dead center, unlike θ in the Wiebe function such as the above equation (1).
Figure 0004577239

上記(11)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(11)式に代入することにより、図5に示すようなクランク角度毎の実熱発生率を算出することができる。 In the above equation (11), 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 (11), each crank angle as shown in FIG. The actual heat generation rate can be calculated.

次いで、上記ステップ102で算出された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104)。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 heat generation amount kQ total is calculated based on the actual heat generation rate calculated in step 102 (step 104). 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.

次いで、効率kの初期暫定値が算出される(ステップ106)。具体的には、まず、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が算出される。そして、上記ステップ104で算出された総発熱量kQtotalをこのQtotalで除することにより、効率kの初期暫定値が算出される。 Next, an initial provisional value of efficiency k is calculated (step 106). Specifically, first, the heat quantity Q total of the fuel supplied into the cylinder is calculated based on the fuel injection quantity from the injector 28 and the like. Then, the initial provisional value of efficiency k is calculated by dividing the total calorific value kQ total calculated in step 104 by this Q total .

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のうちの最大値およびそのときのクランク角度を見つけ出すことにより、実熱発生率最大値βと、そのときのクランク角度θATDC とが取得される(ステップ108)。 Next, by finding the maximum value of the actual heat generation rates for each crank angle calculated in step 102 and the crank angle at that time, the actual heat generation rate maximum value β and the crank angle θ ATDC * at that time are obtained . Are acquired (step 108).

次いで、実熱発生率が最大となったクランク角度θATDC での実燃焼割合αが算出される(ステップ110)。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クランク角度θATDC まで積分(積算)した値を、上記ステップ104で算出された総発熱量kQtotalで除することにより、実燃焼割合αが算出される。 Next, the actual combustion ratio α at the crank angle θ ATDC * at which the actual heat generation rate is maximized is calculated (step 110). Specifically, the value obtained by integrating (integrating) the actual heat generation rate for each crank angle calculated in step 102 up to the crank angle θ ATDC * is divided by the total calorific value kQ total calculated in step 104. Thus, the actual combustion ratio α is calculated.

次いで、形状パラメータmの初期暫定値が算出される(ステップ112)。具体的には、上記ステップ110で算出された実燃焼割合αを上記(5)式に代入することにより、mの初期暫定値が算出される。   Next, an initial provisional value of the shape parameter m is calculated (step 112). Specifically, the initial provisional value of m is calculated by substituting the actual combustion ratio α calculated in step 110 into the above equation (5).

次いで、燃焼期間θの初期暫定値が算出される(ステップ114)。具体的には、まず、上記ステップ104で算出された総発熱量kQtotalと、上記ステップ108で取得された実熱発生率最大値βと、上記ステップ112で算出された形状パラメータmの初期暫定値とを上記(7)式に代入することにより、a/θ m+1が算出される。その後、この算出されたa/θ m+1の値と、a=6.9と、形状パラメータmの初期暫定値とを用いることにより、燃焼期間θの初期暫定値が算出される。 Then, the initial provisional value is calculated combustion period theta p (step 114). Specifically, first, the total calorific value kQ total calculated in step 104, the actual heat generation rate maximum value β acquired in step 108, and the initial provisional value of the shape parameter m calculated in step 112 are described. By substituting the value into the above equation (7), a / θ pm + 1 is calculated. Thereafter, the value of the calculated a / θ p m + 1, and a = 6.9, by using the initial provisional value of the shape parameter m, the initial provisional value of the combustion period theta p is calculated.

最後に、熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値が算出される(ステップ116)。具体的には、ECU50が設定している点火時期SAと、上記ステップ108で取得された実熱発生率が最大となるクランク角度θATDC と、上記ステップ112で算出された形状パラメータmの初期暫定値と、上記ステップ114で算出されたa/θ m+1とを上記(8)および(9)式に代入することにより、熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値が算出される。 Finally, the initial provisional value of the heat start point deviation amount theta b is calculated (step 116). Specifically, the ignition timing SA set by the ECU 50, the crank angle θ ATDC * at which the actual heat generation rate obtained in step 108 is maximized, and the initial values of the shape parameter m calculated in step 112 above. and provisional value, and a / θ p m + 1 calculated in step 114 by substituting the above (8) and (9), the initial provisional value of the heat start point deviation amount theta b is calculated The

以上説明した図4のルーチンにより、Wiebe関数パラメータであるm、k、θ、θの初期暫定値が求められたら、次に、図6に示すルーチンの処理により、m、k、θ、θの最終的な適合値(確定値)を求める処理が実行される。図6は、Wiebe関数パラメータの確定値を求めるために、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。 When the initial provisional values of the wiebe function parameters m, k, θ p , θ b are obtained by the routine of FIG. 4 described above, next, m, k, θ p are processed by the processing of the routine shown in FIG. , the process of obtaining the final fit values of theta b (determined value) is performed. FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to obtain a definite value of the Wiebe function parameter.

図6に示すルーチンによれば、まず、上記(1)式のWiebe関数により、燃焼期間θ中のクランク角毎のモデル熱発生率dQ/dθが算出される(ステップ120)。この計算に際して、Wiebe関数パラメータのm、k、θ、θには、それぞれ、暫定値が代入される。以下では、一組のWiebe関数パラメータの暫定値[m k θ θ]を記号xで表すことにする。つまり、x=[m k θ θ]である。ステップ120の処理が最初に実行される場合には、この暫定値xとして、図4に示すルーチンの処理によって算出された初期暫定値が用いられる。 According to the routine shown in FIG 6, first, the Wiebe function of equation (1), the model heat release rate dQ / d [theta] is calculated for each crank angle during the combustion period theta p (step 120). In this calculation, provisional values are assigned to the Wiebe function parameters m, k, θ p , and θ b , respectively. Hereinafter, a provisional value [m k θ p θ b ] of a set of Wiebe function parameters is represented by a symbol x. That is, x = [m k θ p θ b ]. When the process of step 120 is executed first, the initial provisional value calculated by the routine process shown in FIG. 4 is used as the provisional value x.

次いで、上記ステップ120で算出されたクランク角毎のモデル熱発生率dQ/dθと、上記(11)式とに基づいて、図5中の破線で示すようなクランク角毎のモデル筒内圧Pmodelが算出される(ステップ122)。具体的には、上記ステップ120で算出されたクランク角毎のモデル熱発生率dQ/dθの値と、上記(11)式の右辺とを等しいと置くことにより、筒内圧Pの微分方程式が生成され、この微分方程式をECU50が数値計算によって近似的に解いた値がモデル筒内圧Pmodelとされる。この計算処理において、κ、V、dV/dθは前述したように既知の値であるので、ECU50に予め記憶されている値を用いればよい。 Next, based on the model heat release rate dQ / dθ for each crank angle calculated in step 120 and the above equation (11), the model in-cylinder pressure P model for each crank angle as shown by the broken line in FIG. Is calculated (step 122). Specifically, the differential equation of the in-cylinder pressure P is generated by setting the value of the model heat generation rate dQ / dθ calculated at step 120 equal to the right side of the equation (11). A value obtained by approximately solving the differential equation by numerical calculation by the ECU 50 is set as a model in-cylinder pressure P model . In this calculation process, since κ, V, and dV / dθ are known values as described above, values stored in advance in the ECU 50 may be used.

また、上記ステップ122の処理において、筒内圧Pの微分方程式を解いてモデル筒内圧Pmodelを算出する際には、初期値(初期条件)を定める必要がある。すなわち、Wiebe関数の開始点である熱発生開始点(燃焼開始点)におけるモデル筒内圧Pmodelの値を定める必要がある。本実施形態では、図5に示すように、このモデル筒内圧Pmodelの初期値としては、図4のルーチンのステップ100で計測された実筒内圧Pdataの、対応するクランク角度での値を読み込んで、その値を用いることとした。なお、熱発生開始点は、熱発生開始点ズレ量θによって変化するので、モデル筒内圧Pmodelの初期値として読み込むべき値は、熱発生開始点ズレ量θの暫定値に応じて変化する。このような処理によれば、熱発生開始点において実筒内圧Pdataとモデル筒内圧Pmodelとを常に一致させることができるので、モデル筒内圧Pmodelを実筒内圧Pdataに適合させる上で合理的である。 In the process of step 122, when calculating the model in-cylinder pressure P model by solving the differential equation of the in-cylinder pressure P, it is necessary to determine an initial value (initial condition). That is, it is necessary to determine the value of the model cylinder pressure P model at the heat generation start point (combustion start point) that is the start point of the Wiebe function. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the initial value of the model cylinder pressure P model is the value at the corresponding crank angle of the actual cylinder pressure P data measured in step 100 of the routine of FIG. We read and decided to use the value. The heat generation starting point, since the change with heat generation starting point deviation amount theta b, the value to be read as the initial value of the model cylinder pressure P model in accordance with the provisional value of the heat start point deviation amount theta b change To do. According to such processing, the actual in-cylinder pressure P data and the model in-cylinder pressure P model can always be made to coincide with each other at the heat generation start point. Therefore, in adapting the model in-cylinder pressure P model to the actual in-cylinder pressure P data. Is reasonable.

上記ステップ122の処理によってモデル筒内圧Pmodelが算出されたら、次に、図4のルーチンのステップ100で計測された実筒内圧Pdataと、モデル筒内圧Pmodelとの誤差の大きさを表す指標となる誤差評価値Error(x)が算出される。この誤差評価値Error(x)は、本実施形態では、燃焼期間θ中のクランク角度毎の実筒内圧Pdataとモデル筒内圧Pmodelとの誤差(偏差)の二乗和として算出されるものとするが、他の演算手法により算出するようにしてもよい。 Once the model in-cylinder pressure P model has been calculated by the processing in step 122, next, the magnitude of the error between the actual in-cylinder pressure P data measured in step 100 of the routine of FIG. 4 and the model in-cylinder pressure P model is represented. An error evaluation value Error (x) serving as an index is calculated. The error evaluation value Error (x), in the present embodiment, which is calculated as the square sum of errors (deviation) between the actual cylinder pressure P data and the model cylinder pressure P model for each crank angle during the combustion period theta p However, it may be calculated by another calculation method.

誤差評価値Error(x)は、上記ステップ120でWiebe関数に代入された一組の暫定値x=[m k θ θ]の関数として考えることができる。このため、多変数関数の極小値を求める場合と同様の考え方により、誤差評価値Error(x)が最小となるような一組の暫定値xを探し出すことが可能である。つまり、一組の暫定値x=[m k θ θ]の各々について、その値を初期暫定値の前後で少しずつ変化させながら上記ステップ120〜124の処理を繰り返し行って誤差評価値Error(x)を算出し、誤差評価値Error(x)が極小となるような暫定値を探し出すことにより、誤差評価値Error(x)を最小とするような一組の暫定値x=[m k θ θ]を探し出すことが可能である。 The error evaluation value Error (x) can be considered as a function of a set of provisional values x = [m k θ p θ b ] assigned to the Wiebe function in step 120. For this reason, it is possible to find a set of provisional values x such that the error evaluation value Error (x) is minimized by the same concept as that for obtaining the minimum value of a multivariable function. That is, for each of the set of provisional values x = [m k θ p θ b ], the process of steps 120 to 124 is repeated while changing the values little by little before and after the initial provisional value, and the error evaluation value Error A set of provisional values x = [m k that minimizes the error evaluation value Error (x) is calculated by calculating (x) and finding a provisional value that minimizes the error evaluation value Error (x). [theta] p [ theta] b ] can be found.

ステップ126では、上記のような考え方に基づき、誤差評価値Error(x)が最小となるような一組の暫定値x=[m k θ θ]が発見されたか否かが判別される。そして、そのような一組の暫定値xが発見されていないと判別された場合には、一組の暫定値x=[m k θ θ]を更に変化させ(ステップ128)、その変化させたx=[m k θ θ]を用いて、上記ステップ120〜124の処理が再度実行される。 In step 126, based on the above concept, it is determined whether or not a set of provisional values x = [m k θ p θ b ] that minimizes the error evaluation value Error (x) has been found. . If it is determined that such a set of provisional values x has not been found, the set of provisional values x = [m k θ p θ b ] is further changed (step 128). Using the set x = [m k θ p θ b ], the processing of steps 120 to 124 is executed again.

このようにして上記ステップ128を通るループの処理が繰り返し行われることにより、誤差評価値Error(x)を最小とするような一組の暫定値x=[m k θ θ]を発見することができる。そのような暫定値x=[m k θ θ]が発見されて、上記ステップ126の判断が肯定されると、次に、その発見された一組の暫定値x=[m k θ θ]、つまり誤差評価値Error(x)を最小とするような一組の暫定値x=[m k θθ]が、Wiebe関数パラメータm、k、θ、θの確定値として決定される(ステップ130)。 In this way, by repeating the processing of the loop passing through the step 128, a set of provisional values x = [m k θ p θ b ] that minimizes the error evaluation value Error (x) is found. be able to. If such a provisional value x = [m k θ p θ b ] is found and the determination in step 126 is affirmed, then the found set of provisional values x = [m k θ p θ b ], that is, a set of provisional values x = [m k θ p θ b ] that minimizes the error evaluation value Error (x) is a definite value of the Wiebe function parameters m, k, θ p , θ b . (Step 130).

上述の通り、図6のルーチンの処理によれば、実筒内圧Pdataとモデル筒内圧Pmodelとの誤差が最小となるように、Wiebe関数パラメータm、k、θ、θの値を決定することができる。よって、図2(B)のように実筒内圧とモデル筒内圧と間に大きな誤差が生ずることを確実に防止することができる。このため、本発明によれば、内燃機関10の実際の筒内圧やトルクをWiebe関数モデルによって精度良く予測することができるように、Wiebe関数パラメータを決定することができる。 As described above, according to the routine of FIG. 6, the values of the Wiebe function parameters m, k, θ p , θ b are set so that the error between the actual in-cylinder pressure P data and the model in-cylinder pressure P model is minimized. Can be determined. Accordingly, it is possible to reliably prevent a large error from occurring between the actual cylinder pressure and the model cylinder pressure as shown in FIG. Therefore, according to the present invention, the Wiebe function parameter can be determined so that the actual in-cylinder pressure and torque of the internal combustion engine 10 can be accurately predicted by the Wiebe function model.

また、本実施形態では、図4のルーチンの処理によってWiebe関数パラメータの初期暫定値を実熱発生率に基づいて算出することにより、最終的な適合値(確定値)に近い、精度の良い初期暫定値を得ることができる。このため、図6のルーチンの処理によってWiebe関数パラメータの適合値を探索する上で、その精度の良い初期暫定値を出発点とすることができるので、適合値を容易に見つけ出すことができ、計算負荷を軽減することができる。   Further, in the present embodiment, the initial provisional value of the Wiebe function parameter is calculated based on the actual heat generation rate by the processing of the routine of FIG. 4, thereby obtaining an accurate initial value close to the final conforming value (determined value). Provisional values can be obtained. For this reason, when searching for a suitable value of the Wiebe function parameter by the processing of the routine of FIG. 6, it is possible to use the initial provisional value with high accuracy as a starting point, so that the suitable value can be easily found and calculated. The load can be reduced.

ここで、本発明には、以下に述べるような用途がある。図4および図6のルーチンの処理により決定されるWiebe関数パラメータの値は、内燃機関10の運転条件、すなわち、点火時期SA、機関回転数NE、空燃比A/F、負荷率KL等に応じて変化する。本発明によれば、例えば内燃機関10の制御ロジックの開発段階において、図4および図6に示すルーチンに従って各Wiebe関数パラメータを決定する操作を、複数の異なる運転条件に対して行うことにより、各Wiebe関数パラメータと、点火時期SA、機関回転数NE、空燃比A/F、負荷率KL等の運転条件パラメータとの関係を正確に把握することができる。そして、そのようにして把握した関係を利用すれば、あらゆる運転条件に対してWiebe関数を精度良く決定することができ、そのWiebe関数を利用して内燃機関10の筒内圧やトルクなどを正確に予測することができる。   Here, the present invention has applications as described below. The value of the Wiebe function parameter determined by the routine processing of FIGS. 4 and 6 depends on the operating conditions of the internal combustion engine 10, that is, the ignition timing SA, the engine speed NE, the air-fuel ratio A / F, the load factor KL, and the like. Change. According to the present invention, for example, in the development stage of the control logic of the internal combustion engine 10, each Wiebe function parameter is determined according to the routine shown in FIG. 4 and FIG. It is possible to accurately grasp the relationship between Wiebe function parameters and operating condition parameters such as the ignition timing SA, the engine speed NE, the air-fuel ratio A / F, and the load factor KL. Then, if the relationship grasped in this way is used, the Wiebe function can be accurately determined for any operating condition, and the in-cylinder pressure and torque of the internal combustion engine 10 can be accurately determined using the Wiebe function. Can be predicted.

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、従来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、本発明を利用して、上述したようにして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すれば、筒内圧やトルクの実測作業をWiebe関数に基づく予測で置き換えることができる。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。   When the control logic is examined in the development stage of the internal combustion engine 10, conventionally, it is necessary to actually measure the in-cylinder pressure, torque, and the like under various operating conditions. On the other hand, if the relationship between the value of the Wiebe function parameter and the operating condition is accurately grasped as described above using the present invention, the actual measurement work of the in-cylinder pressure and torque can be replaced with the prediction based on the Wiebe function. Can do. 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、上記のようにして把握されたWiebe関数パラメータの値と運転条件との関係は、マップや演算式の形で、Wiebe関数モデルとして車載ECUに記憶させておくことができる。そのようにすれば、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、Wiebe関数を用いたシミュレーションによって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。   In addition, the relationship between the value of the Wiebe function parameter and the operating condition obtained as described above can be stored in the vehicle-mounted ECU as a Wiebe function model in the form of a map or an arithmetic expression. By doing so, it is possible to accurately predict the in-cylinder pressure and torque under various operating conditions for the internal combustion engine 10 mounted on the vehicle by simulation using the Wiebe function. 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4および図6のようなルーチンを、車載ECUに実行させることも可能である。図4および図6に示すようなルーチンを車載ECUによって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できる。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 vehicle-mounted ECU to execute routines such as those shown in FIGS. Calculating (determining) a Wiebe function parameter by executing a routine as shown in FIG. 4 and FIG. 6 by the in-vehicle ECU, and learning the value of the calculated Wiebe function parameter in relation to the current operating state; Then, the Wiebe function model stored in the in-vehicle ECU can be modified 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 time-dependent change in characteristics of the internal combustion engine 10 and individual differences.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、Wiebe関数パラメータの初期暫定値を実熱発生率に基づいて算出することとしているが、予め設定された所定の初期暫定値を出発点として各パラメータの適合値を探索するようにしてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the initial provisional value of the Wiebe function parameter is calculated on the basis of the actual heat generation rate, but the adaptive value of each parameter is set using a preset initial provisional value as a starting point. You may make it search.

また、本実施形態では、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。また、本発明では、複数のWiebe関数パラメータのうちの少なくとも一つを図6に示すような処理で決定すればよく、残りのパラメータについては他の方法で決定するようにしてもよい。   In the present embodiment, the above-described various formulas 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. In the present invention, at least one of the plurality of Wiebe function parameters may be determined by a process as shown in FIG. 6, and the remaining parameters may be determined by other methods.

また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第5の発明における「筒内圧計測手段」が、上記ステップ120および122の処理を実行することにより前記第5の発明における「モデル筒内圧算出手段」が、上記ステップ124の処理を実行することにより前記第5の発明における「誤差評価値算出手段」が、上記ステップ128,120,122,124および126の処理を繰り返し実行した後、上記ステップ130の処理を実行することにより前記第5の発明における「確定値取得手段」が、それぞれ実現されている。   In the first embodiment described above, the ECU 50 executes the process of step 100, so that the “in-cylinder pressure measuring means” in the fifth aspect of the invention executes the processes of steps 120 and 122. The “model in-cylinder pressure calculating means” in the fifth invention executes the processing of step 124, so that the “error evaluation value calculating means” in the fifth invention becomes steps 128, 120, 122, 124 and After the process of 126 is repeatedly executed, the “determined value acquisition unit” in the fifth aspect of the present invention is realized by executing the process of step 130 described above.

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. (A)は横軸にクランク角、縦軸に熱発生率をとったグラフであり、(B)は横軸にクランク角、縦軸に筒内圧をとったグラフである。(A) is a graph in which the horizontal axis represents the crank angle and the vertical axis represents the heat release rate, and (B) is a graph in which the horizontal axis represents the crank angle and the vertical axis represents the in-cylinder pressure. Wiebe関数により算出されるモデル熱発生率のグラフである。It is a graph of the model heat release rate calculated by the Wiebe function. 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. 実熱発生率と実筒内圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a real heat generation rate and a real cylinder internal pressure. 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 (8)

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関数の少なくとも一つのパラメータの値を決定する方法であって、
前記内燃機関について、少なくとも燃焼期間が含まれる区間において筒内圧をクランク角毎に計測する筒内圧計測ステップと、
決定すべきパラメータに暫定値を代入したWiebe関数により熱発生率を算出し、該熱発生率に基づいて燃焼期間中のクランク角毎のモデル筒内圧を算出するモデル筒内圧算出ステップと、
前記筒内圧計測ステップで計測された実筒内圧に対する、前記モデル筒内圧の誤差の大きさを表す誤差評価値を算出する誤差評価値算出ステップと、
前記筒内圧計測ステップで計測された実筒内圧に基づいて、実熱発生率を算出するステップと、
前記実熱発生率に基づいて、前記暫定値の初期値を算出する初期暫定値算出ステップと、
を備え、
前記暫定値を変化させて前記モデル筒内圧算出ステップおよび前記誤差評価値算出ステップを繰り返し行い、前記誤差評価値が最小となったときの前記暫定値を前記決定すべきパラメータの確定値と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 a value of at least one parameter of a Wiebe function for modeling heat generation due to combustion in a cylinder of an internal combustion engine, comprising:
For the internal combustion engine, an in-cylinder pressure measuring step for measuring an in-cylinder pressure for each crank angle in a section including at least a combustion period;
A model in-cylinder pressure calculating step for calculating a heat generation rate by a Wiebe function in which a provisional value is substituted for a parameter to be determined, and calculating a model in-cylinder pressure for each crank angle during the combustion period based on the heat generation rate;
An error evaluation value calculating step for calculating an error evaluation value representing the magnitude of an error of the model cylinder pressure with respect to the actual cylinder pressure measured in the cylinder pressure measuring step;
Calculating the actual heat generation rate based on the actual in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measuring step;
An initial provisional value calculating step for calculating an initial value of the provisional value based on the actual heat generation rate;
With
The model in-cylinder pressure calculation step and the error evaluation value calculation step are repeated by changing the provisional value, and the provisional value when the error evaluation value is minimized is set as a definite value of the parameter to be determined. Of determining Wiebe function parameters characterized by
前記モデル筒内圧算出ステップでは、熱発生開始点でのモデル筒内圧が前記筒内圧計測ステップで計測された実筒内圧に一致するようにモデル筒内圧を算出する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。   The model in-cylinder pressure is calculated in the model in-cylinder pressure calculating step so that the model in-cylinder pressure at the heat generation start point coincides with the actual in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measuring step. How to determine Wiebe function parameters. 前記決定すべきパラメータに、形状パラメータmと、燃焼期間θ[degCA]と、筒内に供給された燃料の熱量が筒内での熱発生量に変換される効率kと、点火時期とWiebe関数の熱発生開始点とのズレ量を表す熱発生開始点ズレ量θ[degCA]とのうちの少なくとも一つを含む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。 The parameters to be determined include the shape parameter m, the combustion period θ p [degCA], the efficiency k in which the amount of heat of the fuel supplied into the cylinder is converted into the amount of heat generated in the cylinder, the ignition timing, and the Wiebe 3. The method for determining a Wiebe function parameter according to claim 1, comprising at least one of a heat generation start point deviation amount θ b [degCA] representing a deviation amount from a heat generation start point of the function. . 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関数の少なくとも一つのパラメータの値を決定する装置であって、
前記内燃機関について、少なくとも燃焼期間が含まれる区間において筒内圧をクランク角毎に計測する筒内圧計測手段と、
決定すべきパラメータに暫定値を代入したWiebe関数により熱発生率を算出し、該熱発生率に基づいて燃焼期間中のクランク角毎のモデル筒内圧を算出するモデル筒内圧算出手段と、
前記筒内圧計測手段により計測された実筒内圧に対する、前記モデル筒内圧の誤差の大きさを表す誤差評価値を算出する誤差評価値算出手段と、
前記筒内圧計測手段により計測された実筒内圧に基づいて、実熱発生率を算出する手段と、
前記実熱発生率に基づいて、前記暫定値の初期値を算出する初期暫定値算出手段と、
前記暫定値を変化させて、前記モデル筒内圧算出手段によるモデル筒内圧の算出と、前記誤差評価値算出手段による誤差評価値の算出とを繰り返し行い、誤差評価値が最小となったときの前記暫定値を前記決定すべきパラメータの確定値として取得する確定値取得手段と、
を備えることを特徴とするWiebe関数パラメータの決定装置。
An apparatus for determining a value of at least one parameter of a Wiebe function for modeling heat generation due to combustion in a cylinder of an internal combustion engine,
For the internal combustion engine, in-cylinder pressure measuring means for measuring the in-cylinder pressure for each crank angle in a section including at least a combustion period;
A model in-cylinder pressure calculating means for calculating a heat generation rate by a Wiebe function in which a provisional value is substituted for a parameter to be determined, and calculating a model in-cylinder pressure for each crank angle during the combustion period based on the heat generation rate;
Error evaluation value calculation means for calculating an error evaluation value representing the magnitude of the error in the model cylinder pressure with respect to the actual cylinder pressure measured by the cylinder pressure measurement means;
Means for calculating an actual heat generation rate based on the actual in-cylinder pressure measured by the in-cylinder pressure measuring means;
An initial provisional value calculation means for calculating an initial value of the provisional value based on the actual heat generation rate;
The provisional value is changed, the model in-cylinder pressure is calculated by the model in-cylinder pressure calculating unit, and the error evaluation value is calculated by the error evaluation value calculating unit, and the error evaluation value is minimized. Fixed value acquisition means for acquiring a provisional value as a fixed value of the parameter to be determined;
An apparatus for determining Wiebe function parameters, comprising:
Wiebe関数を下記(I)式で表したとき(ただし、下記(I)式中、Qは気筒内の発熱量[J]、Qtotalは気筒内に供給された燃料の熱量[J]、θは熱発生開始後の経過クランク角度[degCA]、θは燃焼期間[degCA]、mは形状パラメータ、kは効率、をそれぞれ表す)、前記決定すべきパラメータに前記形状パラメータmを含み、
前記形状パラメータmの初期暫定値を求める工程として、
前記筒内圧計測ステップで計測された実筒内圧に基づいて、クランク角毎の実熱発生率を算出するステップと、
前記実熱発生率が最大となったクランク角度での実燃焼割合αを算出するステップと、
前記実燃焼割合αに基づいて、下記(II)式またはこれと等価な式に従い、前記形状パラメータmの初期暫定値を算出するステップと、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項記載のWiebe関数パラメータの決定方法。
Figure 0004577239
When the Wiebe function is expressed by the following formula (I) (where, Q is the calorific value [J] in the cylinder, Q total is the calorific value [J] of fuel supplied into the cylinder, θ wherein the elapsed crank angle after the heat generation starting [deg CA], theta p combustion period [deg CA], m is the shape parameter, k represents efficiency, respectively), the shape parameter m in the parameter to be the determining,
As a step of obtaining an initial provisional value of the shape parameter m,
Calculating an actual heat generation rate for each crank angle based on the actual in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measuring step;
Calculating an actual combustion rate α at a crank angle at which the actual heat generation rate is maximized;
Calculating an initial provisional value of the shape parameter m according to the following equation (II) or an equivalent equation based on the actual combustion ratio α;
The method of determining a Wiebe function parameter according to any one of claims 1 to 3 , further comprising:
Figure 0004577239
前記決定すべきパラメータに前記燃焼期間θを更に含み、
前記燃焼期間θの初期暫定値を求める工程として、
前記実熱発生率の積分値を総発熱量kQtotalとして求めるステップと、
前記実熱発生率の最大値をβとしたとき、この実熱発生率最大値βと、前記総発熱量kQtotalと、前記形状パラメータmの初期暫定値と、所定の定数aとに基づいて、下記(III)式またはこれと等価な式に従い、前記燃焼期間θの初期暫定値を算出するステップと、
を更に備えることを特徴とする請求項記載のWiebe関数パラメータの決定方法。
Figure 0004577239
The parameter to be determined further includes the combustion period θ p ,
As a step of obtaining an initial provisional value of the combustion period θ p ,
Obtaining an integral value of the actual heat generation rate as a total calorific value kQ total ;
When the maximum value of the actual heat generation rate is β, based on the actual heat generation rate maximum value β, the total calorific value kQ total , the initial provisional value of the shape parameter m, and a predetermined constant a. Calculating an initial provisional value of the combustion period θ p according to the following formula (III) or an equivalent formula:
The Wiebe function parameter determination method according to claim 5 , further comprising:
Figure 0004577239
前記内燃機関の点火時期をSA[degBTDC]とし、この点火時期SAとWiebe関数の熱発生開始点とのズレ量を熱発生開始点ズレ量θ[degCA]としたとき、前記決定すべきパラメータに前記熱発生開始点ズレ量θを更に含み、
前記熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値を求める工程として、
前記実熱発生率が最大となったときのクランク角度をθATDC [degATDC]としたとき、前記クランク角度θATDC と、前記点火時期SAと、前記形状パラメータmの初期暫定値と、前記燃焼期間θの初期暫定値と、所定の定数aとに基づいて、下記(IV)および(V)式、またはこれらと等価な式に従い、前記熱発生開始点ズレ量θの初期暫定値を算出するステップを更に備えることを特徴とする請求項記載のWiebe関数パラメータの決定方法。
Figure 0004577239
When the ignition timing of the internal combustion engine is SA [degBTDC], and the amount of deviation between the ignition timing SA and the heat generation start point of the Wiebe function is the heat generation start point deviation amount θ b [degCA], the parameter to be determined further comprising the heat generation start point deviation amount theta b, the
As a step of obtaining an initial provisional value of the heat generation start point deviation amount θb,
When the crank angle when the actual heat generation rate becomes maximum is θ ATDC * [degATDC], the crank angle θ ATDC * , the ignition timing SA, the initial provisional value of the shape parameter m, and the the initial provisional value of the combustion period theta p, based on the predetermined constant a, the following (IV) and (V) type or in accordance with any equivalent expressions, the heat generation start point deviation amount theta b initial provisional value of The method of determining a Wiebe function parameter according to claim 6 , further comprising a step of calculating.
Figure 0004577239
前記決定すべきパラメータに前記効率kを更に含み、
前記効率kの初期暫定値を求める工程として、
前記実熱発生率の積分値を総発熱量kQtotalとして求めるステップと、
気筒内に供給された燃料の熱量Qtotalの値を求めるステップと、
前記総発熱量kQtotalを前記Qtotalの値で除することにより、前記効率kの初期暫定値を算出するステップと、
を更に備えることを特徴とする請求項乃至の何れか1項記載のWiebe関数パラメータの決定方法。
The parameter to be determined further includes the efficiency k;
As a step of obtaining an initial provisional value of the efficiency k,
Obtaining an integral value of the actual heat generation rate as a total calorific value kQ total ;
Obtaining a value of the amount of heat Q total of the fuel supplied into the cylinder;
Dividing the total calorific value kQ total by the value of Q total to calculate an initial provisional value of the efficiency k;
The method of determining a Wiebe function parameter according to any one of claims 5 to 7 , further comprising:
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