JP4835483B2 - Prediction device, control device, and prediction program - Google Patents

Prediction device, control device, and prediction program Download PDF

Info

Publication number
JP4835483B2
JP4835483B2 JP2007075859A JP2007075859A JP4835483B2 JP 4835483 B2 JP4835483 B2 JP 4835483B2 JP 2007075859 A JP2007075859 A JP 2007075859A JP 2007075859 A JP2007075859 A JP 2007075859A JP 4835483 B2 JP4835483 B2 JP 4835483B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
regression
engine
output torque
torque
minimum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007075859A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008232085A (en
Inventor
晋爾 小島
聡志 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007075859A priority Critical patent/JP4835483B2/en
Publication of JP2008232085A publication Critical patent/JP2008232085A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4835483B2 publication Critical patent/JP4835483B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、エンジンなどの装置についての性能の予測に関する。   The present invention relates to performance prediction for devices such as engines.

従来より、各種の装置では、実際に各種条件で運転を行い、その性能を調べている。しかし、エンジンなど運転条件が多数あるものでは、すべての条件における性能を確認することは、難しい。   Conventionally, various apparatuses are actually operated under various conditions and their performances are examined. However, if there are many operating conditions such as an engine, it is difficult to confirm the performance under all conditions.

そこで、装置を模擬するモデルを作り、このモデルを利用したシミュレーションによって、各種条件における装置の性能を予測することが行われている。   Therefore, a model for simulating the apparatus is created, and the performance of the apparatus under various conditions is predicted by simulation using the model.

そして、このようなシミュレーションの結果を用いて、各種条件に適合した装置の運転制御が行われる。   And the operation control of the apparatus suitable for various conditions is performed using the result of such a simulation.

例えば、特許文献1においては、良好なるドライバビリティーを維持しつつ触媒の早期活性化を図るために、運転者が操作したアクセル開度等に基づいてエンジンの燃焼によって発生する要求トルクを算出するとともに、その都度、MBT(最適点火時期)推定トルクおよび遅角限界推定トルクを算出している。   For example, in Patent Document 1, in order to achieve early activation of the catalyst while maintaining good drivability, the required torque generated by engine combustion is calculated based on the accelerator opening degree operated by the driver. At the same time, MBT (optimum ignition timing) estimated torque and retard limit estimated torque are calculated.

また、特許文献2では、可及的に僅かな測定コストでもって内燃機関のモデルが可及的に正確にデータ化でき、内燃機関の制御に対して最適な特性量が得られるように改善を行うことを目指して、内燃機関の所定の動作毎に例えば比較的低いオーダーの少なくとも一つの局所的モデルをデータ化している。   Further, in Patent Document 2, an improvement is made so that an internal combustion engine model can be converted into data as accurately as possible with as little measurement cost as possible, and an optimum characteristic amount can be obtained for the control of the internal combustion engine. In order to do so, at least one local model of a relatively low order, for example, is converted into data for each predetermined operation of the internal combustion engine.

特開2005−171979号公報JP-A-2005-171979 特開2000−248991号公報JP 2000-248991 A

しかし、上記従来例においては、適合の要求精度を満足するトルクおよびトルク変動推定モデルが存在せず、従ってドライバビリティーとエミッションを両立するための適合等については、十分な工数低減が実現していない。また、要求される制御性能(例えば、ドライバビリティーとエミッションの両立)が実現していない。   However, in the above conventional example, there is no torque and torque fluctuation estimation model that satisfies the required accuracy of adaptation, and therefore, sufficient man-hour reduction has been realized for adaptation to achieve both drivability and emissions. Absent. Further, the required control performance (for example, compatibility between drivability and emission) is not realized.

本発明は、エンジンの出力トルクまたは出力トルク変動を予測する予測装置であって、エンジンの運転条件の他に、エンジンの動作における発生現象の物理的メカニズムを考慮したパラメータであってエンジンの最小火炎伝播エネルギーを含むパラメータを回帰要因とした回帰式を記憶しており、エンジンの実際の運転時における回帰要因および出力トルクまたは出力トルク変動のデータを入力して、前記回帰式について、回帰式における各回帰要因の係数を推定し、推定して得た係数で特定した回帰式を用いて前記エンジンの出力トルクまたは出力トルク変動を予測することを特徴とする。 The present invention provides a prediction apparatus for predicting an output torque or output torque fluctuation of the engine, in addition to the operating conditions of the engine, the minimum is a parameter that takes into account the physical mechanisms of generation phenomena in the operation of the engine of the engine flame Regression formulas with parameters including propagation energy as regression factors are stored. Regression factors during actual operation of the engine and output torque or output torque fluctuation data are input. The coefficient of the regression factor is estimated, and the output torque of the engine or the output torque fluctuation is predicted using the regression equation specified by the estimated coefficient.

また、上記予測装置において得られた、係数を特定した回帰式を記憶した制御装置であって、車両に搭載され、その車両のエンジンを制御することが好適である。   Moreover, it is a control apparatus which memorize | stored the regression equation which specified the coefficient obtained in the said prediction apparatus, Comprising: It is suitable for a vehicle to control the engine of the vehicle.

また、本発明は、エンジンの出力トルクまたは出力トルク変動を予測する予測プログラムであって、コンピュータに、エンジンの運転条件の他に、エンジンの動作における発生現象の物理的メカニズムを考慮したパラメータであってエンジンの最小火炎伝播エネルギーを含むパラメータを回帰要因とした回帰式を記憶させ、エンジンの実際の運転時における回帰要因および出力トルクまたは出力トルク変動のデータを入力して、前記回帰式について、回帰式における各回帰要因の係数を推定させ、推定して得た係数で特定した回帰式を用いて前記エンジンの出力トルクまたは出力トルク変動を予測させることを特徴とするFurther, the present invention provides a prediction program for predicting output torque or output torque fluctuation of the engine, the computer, in addition to the operating conditions of the engine, met the parameters taking into account the physical mechanisms of generation phenomena in the operation of the engine The regression equation with the parameters including the minimum flame propagation energy of the engine as a regression factor is stored, the regression factor during actual operation of the engine and the output torque or output torque fluctuation data are input, and the regression equation is regressed. to estimate the coefficients of the regression factors in the formula, characterized in that to predict the output torque or the output torque variation of the engine using the identified regression equation by the coefficient obtained by estimation.

このように、本発明によれば、運転条件などの顕在化した回帰要因だけではなく、現象の物理的メカニズムまで考慮した情報を回帰要因に加えることにより、より精度の高い予測または推定を行うことができる。また、精度を向上させることにより、試験点数および試験工数の大幅な削減に必要な要求精度を満足することが可能になる。   As described above, according to the present invention, more accurate prediction or estimation can be performed by adding information that considers not only the actual regression factors such as operating conditions but also the physical mechanism of the phenomenon to the regression factors. Can do. Further, by improving the accuracy, it becomes possible to satisfy the required accuracy required for a significant reduction in the number of test points and test man-hours.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態では、エンジンの制御を適切に行うために、エンジンのトルク変動、トルクを推定するためのモデルを求めるが、本実施形態におけるモデルはすべて回帰式である。   In the present embodiment, in order to appropriately control the engine, a torque fluctuation of the engine and a model for estimating the torque are obtained. All models in the present embodiment are regression equations.

回帰式を求めるために、まず回帰要因をどれにするかを検討する。表1は、検討した回帰要因を示したものである。試験を行って、これら回帰要因に基づいて、エンジンのトルク変動、トルクを推定する回帰式を同定するが、この回帰式の同定は、すべてPartial Least Squares(PLS)を用いて行う。   To determine the regression equation, first consider which regression factor to use. Table 1 shows the regression factors examined. A test is performed to identify the engine torque fluctuation and the regression equation for estimating the torque based on these regression factors. The regression equation is identified by using Partial Last Squares (PLS).

Figure 0004835483
*回帰では、各回帰要因の変動幅で規格化(スケーリング)を行う。
Figure 0004835483
* In regression, normalization (scaling) is performed with the fluctuation range of each regression factor.

ここで、表1の中には、PLSによる検討の結果、最終的な回帰式には用いられない回帰要因が多数ある。また、トルク変動およびトルクには、それぞれ3種類のものがあるが、トルク変動の回帰には、たとえ種類が異なってもトルク変動を回帰要因にしていない。トルクも同様である。   Here, in Table 1, as a result of examination by PLS, there are many regression factors that are not used in the final regression equation. There are three types of torque fluctuations and torques, respectively, but the torque fluctuation is not used as a regression factor in the regression of torque fluctuations, even if the types are different. The same applies to the torque.

[物理ベース回帰式]
ここで、本実施形態では、単なる運転条件や試験データの数値のみを回帰要因とするのではなく、トルク変動およびトルク自体の物理的意味ないし由来を考察することによって、重要な物理量を見出し、それを回帰要因に加えている。すなわち、表1においては、最小火炎伝播エネルギーを回帰要因としている。この火炎伝播エネルギーは、エンジンのトルク変動やトルクについて重要な物理量であり、これを回帰要因とする本実施形態の回帰式を、物理ベース回帰式(Physics−Augmented Regression)と呼ぶ。
[Physical Base Regression Formula]
Here, in the present embodiment, not only operating conditions and numerical values of test data are used as regression factors, but important physical quantities are found by considering the physical meaning or origin of torque fluctuation and torque itself. Is added to the regression factors. That is, in Table 1, the minimum flame propagation energy is a regression factor. This flame propagation energy is an important physical quantity for engine torque fluctuation and torque, and the regression equation of this embodiment using this as a regression factor is called a physics-augmented regression.

[回帰用データ]
回帰式の同定に用いたエンジン試験データは、754運転条件のデータ(表1の最小火炎伝播エネルギーを除く27項目)である。表2に試験条件の概略を示す。このように、各種の運転条件において、各回帰要因、トルク変動、トルクを測定した。
[Regression data]
The engine test data used for identifying the regression equation is data of 754 operating conditions (27 items excluding the minimum flame propagation energy in Table 1). Table 2 outlines the test conditions. Thus, each regression factor, torque fluctuation, and torque were measured under various operating conditions.

Figure 0004835483
Figure 0004835483

[トルク変動推定モデル]
エンジンのトルク変動の原因が燃焼変動であるとすると、火炎の安定性を決定する要因が重要と思われる。しかし、トルク変動、すなわちサイクル変動のメカニズムは明らかでなく、それを予測可能な物理モデルは知られていない。
[Torque fluctuation estimation model]
If the cause of engine torque fluctuation is combustion fluctuation, the factor that determines the stability of the flame seems to be important. However, the mechanism of torque fluctuation, that is, cycle fluctuation is not clear, and a physical model that can predict it is not known.

そこで、採取したエンジン試験データをもとに、そのときの運転条件と各種データを回帰要因として、トルク変動の回帰式を作成することとした。ただし、本実施形態では、物理的なメカニズムを考慮するために、最小火炎伝播エネルギーを回帰要因に加えて、回帰式の予測精度向上を図った。   Therefore, based on the collected engine test data, a regression equation of torque fluctuation was created using the operating conditions and various data at that time as regression factors. However, in the present embodiment, in order to consider a physical mechanism, the minimum flame propagation energy is added to the regression factor to improve the prediction accuracy of the regression equation.

[最小火炎伝播エネルギー]
ガソリンエンジンのトルク変動は、サイクル変動の現れの一つと考えられるが、それが極端な場合には、失火サイクルが出現する。失火の原因としては、二つのものが考えられる。一つは、火花点火の失敗であり、もう一つは、火炎伝播が遅過ぎて、火炎が燃焼室全体を覆う前に排気弁が開いてしまう場合である。
[Minimum flame propagation energy]
The torque fluctuation of a gasoline engine is considered to be one of the manifestations of cycle fluctuation, but when it is extreme, a misfire cycle appears. There are two possible causes of misfire. One is a spark ignition failure, and the other is a case where the flame propagation is too slow and the exhaust valve opens before the flame covers the entire combustion chamber.

まず、火花点火の失敗について考える。火花点火のエネルギーが十分でないと、火花点火によって伝播可能な火炎は形成されない。混合気の着火に必要な最小のエネルギーを最小点火エネルギーと呼ぶが、それは一般に次のような式(1)で表現される(”Combustion Theory, Second Edition”, F.A.Williams, Benjamin/Cummings, Menlo Park, 1985.参照)。   First, consider the failure of spark ignition. If the spark ignition energy is insufficient, a flame that can be propagated by spark ignition is not formed. The minimum energy required for ignition of the air-fuel mixture is called minimum ignition energy, which is generally expressed by the following equation (1) ("Combination Theory, Second Edition", FA Williams, Benjamin / Cummings). , Menlo Park, 1985.).

Figure 0004835483
Figure 0004835483

ただし、α:最小点火エネルギー、Qspark:火花のエネルギー、Qloss:点火電極等へのエネルギー損失、δ:層流火炎の厚み、ρu:未燃混合気の密度、Cpu:未燃混合気の定圧比熱、Tf:混合気の断熱火炎温度、Tu:未燃混合気の温度である。 Where, α: minimum ignition energy, Q spark : spark energy, Q loss : energy loss to the ignition electrode, δ: laminar flame thickness, ρ u : unburned mixture density, C pu : unburned mixture The constant-pressure specific heat of the gas, T f : the adiabatic flame temperature of the mixture, and T u : the temperature of the unburned mixture.

式(1)の項δ2は、火花点火によって形成される火炎核の形状が円筒状であることを仮定した場合であり、αの単位は、[エネルギー/長さ]となっている。火炎核の形状が平面であれば、δ2の代わりにδを使うべきであり、その場合のαの単位は、[エネルギー/長さの2乗]となる。また、火炎核の形状が球であれば、δ3を用いるべきで、その場合のαの単位は、[エネルギー]となる。 The term δ 2 in equation (1) is a case where it is assumed that the shape of the flame kernel formed by spark ignition is cylindrical, and the unit of α is [energy / length]. If the shape of the flame kernel is flat, δ should be used instead of δ 2 , and the unit of α in this case is [square of energy / length]. If the shape of the flame kernel is a sphere, δ 3 should be used, and the unit of α in that case is [energy].

一方、火炎伝播が終わる前に排気弁が開くという状況は、点火時期を大きく遅角させた場合に対応する。試験データでは、このようなサイクルも存在することが確認されている。ただし、火花点火が失敗したサイクルは無い。すなわち、トルク変動は、これらの失火サイクルの無い運転条件でも存在するのであるから、そのような運転条件における燃焼変動ないし火炎の安定性を記述可能な回帰要因を探す必要がある。   On the other hand, the situation where the exhaust valve opens before the flame propagation ends corresponds to a case where the ignition timing is greatly retarded. Test data confirms that such a cycle also exists. However, there is no cycle in which spark ignition has failed. That is, torque fluctuations exist even under operating conditions without these misfiring cycles. Therefore, it is necessary to search for a regression factor that can describe combustion fluctuations or flame stability under such operating conditions.

そこで、次のように、式1の最小点火エネルギーを解釈し直して、燃焼変動ないし火炎の安定性を記述する回帰要因を見出した。   Therefore, as described below, the minimum ignition energy of Equation 1 was reinterpreted, and a regression factor describing the combustion fluctuation or flame stability was found.

[最小点火エネルギーの解釈]
最小点火エネルギーは、未燃混合気に何らかの手段でエネルギーを与えて、その温度を断熱火炎温度まで上昇させる際に必要な最小のエネルギーである。したがって、その値は火花点火に限らず、火花点火後の火炎伝播においても成り立つものである。すなわち、図1に示すように、層流火炎においては、熱伝導により既燃側から未燃側へエネルギーが移動し、未燃部の着火(火炎伝播)が起きている。従って、火炎伝播に必要な最小のエネルギーは、最小点火エネルギーに等しい。
[Interpretation of minimum ignition energy]
The minimum ignition energy is the minimum energy required to give energy to the unburned mixture by some means and raise its temperature to the adiabatic flame temperature. Therefore, the value is not limited to spark ignition but also holds in flame propagation after spark ignition. That is, as shown in FIG. 1, in the laminar flame, energy is transferred from the burned side to the unburned side by heat conduction, and ignition (flame propagation) of the unburned portion occurs. Therefore, the minimum energy required for flame propagation is equal to the minimum ignition energy.

エンジン燃焼における火炎は乱流火炎であるが、多くの場合、その構造は皺状の層流火炎で記述できると云われているので、エンジン筒内の火炎伝播に必要なエネルギー(最小火炎伝播エネルギー)は最小点火エネルギーに等しい、と考えられる。   The flame in engine combustion is a turbulent flame, but in many cases it is said that the structure can be described as a saddle-like laminar flame, so the energy required for flame propagation in the engine cylinder (minimum flame propagation energy) ) Is considered to be equal to the minimum ignition energy.

ここで、最小火炎伝播エネルギーと火炎の安定性ないし燃焼変動との間の数式的関係は不明である。しかし、何らかの原因により、最小火炎伝播エネルギーの値のまわりで、既燃側から未燃側へのエネルギーの移動量が揺らぐのであれば、最小火炎伝播エネルギーは、火炎の安定性ないし燃焼変動に大きな影響を与えると考えられる。そこで、最小火炎伝播エネルギー(=最小点火エネルギー:MFPE)を燃焼変動ないし火炎の安定性を記述する回帰要因の候補として選ぶことにした。   Here, the mathematical relationship between the minimum flame propagation energy and the stability or combustion fluctuation of the flame is unknown. However, if, for some reason, the amount of energy transfer from the burned side to the unburned side fluctuates around the value of the minimum flame propagation energy, the minimum flame propagation energy is large in terms of flame stability or combustion fluctuation. It is considered to have an influence. Therefore, the minimum flame propagation energy (= minimum ignition energy: MFPE) is selected as a candidate for a regression factor that describes combustion fluctuation or flame stability.

なお、本実施形態では、最小火炎伝播エネルギーの値は、点火時期における未燃混合気の温度、圧力、組成を基に、燃料はノルマルヘプタンと仮定し求めた。しかし、実際には、対象とする装置に対応して、適宜条件を選択して求めればよい。   In the present embodiment, the value of the minimum flame propagation energy is obtained based on the assumption that the fuel is normal heptane based on the temperature, pressure, and composition of the unburned mixture at the ignition timing. However, in practice, it is only necessary to select and obtain conditions as appropriate according to the target device.

[トルク変動の回帰]
トルク変動は、燃焼変動ないし火炎の不安定に起因すると考え、最小火炎伝播エネルギー(MFPE)を用いる回帰を行なった。
[Regression of torque fluctuation]
The torque fluctuation was considered to be caused by combustion fluctuation or flame instability, and regression using minimum flame propagation energy (MFPE) was performed.

図2には、圧縮+膨張工程におけるトルク変動(図示トルク変動)の回帰精度を示してある。なお、1サイクル分のトルク変動(図示トルク変動)の回帰精度は、圧縮+膨張工程のトルク変動とほぼ同等の精度が得られることが確認されている。   FIG. 2 shows the regression accuracy of torque fluctuation (torque fluctuation shown) in the compression + expansion process. It has been confirmed that the regression accuracy of torque fluctuation for one cycle (torque fluctuation shown in the figure) is almost the same as the torque fluctuation in the compression + expansion process.

上述の754運転条件で得られた試験データについて、PLSにより処理を行い、トルク変動に影響の少ない回帰要因を除去し、式(2)の回帰式が得られた。なお、この回帰式においては、表2に示す運転条件と、排気温度を回帰要因から除いている。また、回帰では、各回帰要因の変動幅で規格化(スケーリング)を行っている。   The test data obtained under the above-mentioned 754 operating conditions was processed by PLS to remove the regression factors having little influence on the torque fluctuation, and the regression equation (2) was obtained. In this regression equation, the operating conditions shown in Table 2 and the exhaust temperature are excluded from the regression factors. In regression, normalization (scaling) is performed based on the fluctuation range of each regression factor.

トルク変動(Nm)=C0+C1*KL(%)+C2*図示トルク(Nm)+C3*Ga(g/s)+C4*サージタンク圧力(abs.kPa)+C5*MFPE(erg/cm3)+C6*冷却水温度(℃)+C7*点火時期(degBTDC)・・・(2) Torque fluctuation (Nm) = C 0 + C 1 * KL (%) + C 2 * Indicated torque (Nm) + C 3 * Ga (g / s) + C 4 * Surge tank pressure (abs.kPa) + C 5 * MFPE (erg / cm 3 ) + C 6 * cooling water temperature (° C.) + C 7 * ignition timing (degBTDC) (2)

ここで、KL:負荷、Ga:吸気流量、MFPE:最小火炎伝播エネルギーである。また、*はかけ算を表す。   Here, KL: load, Ga: intake air flow rate, MFPE: minimum flame propagation energy. * Represents multiplication.

図2(A)には、式(2)の回帰式から得られるトルク変動の推定値と実際の値(観測値)を示す。一方、図2(B)には、式2から最小火炎伝播エネルギー(MFPE)を除いた場合の回帰結果を示す。   FIG. 2A shows an estimated value and actual value (observed value) of torque fluctuation obtained from the regression equation of Expression (2). On the other hand, FIG. 2B shows a regression result when the minimum flame propagation energy (MFPE) is removed from Equation 2.

図2(A)と図2(B)とを比較すると、MFPEを回帰要因に含めることにより、回帰精度が顕著に向上していることがわかる。すなわち、MFPEがトルク変動の値を決める重要な要因の一つであることがわかる。   Comparing FIG. 2A and FIG. 2B, it can be seen that the regression accuracy is remarkably improved by including MFPE in the regression factors. That is, it can be seen that MFPE is one of the important factors that determine the value of torque fluctuation.

また、式(2)に含まれる回帰要因を眺めると、図示トルク、MFPE、冷却水温度、点火時期以外の要因は、負荷KL、吸気流量Ga、サージタンク圧力であり、いずれも吸気に関わる量である。すなわち、トルク変動に対して吸気工程の影響が大きいことがわかる。なお、図2におけるσは、誤差(回帰値−観測値)の標準偏差であり、MFPEを含む場合は約0.294Nm、MFPEを含まない場合は約0.395Nmであり、MFPEを考慮することで、回帰精度が高くなることが理解される。   Also, looking at the regression factors included in equation (2), factors other than the indicated torque, MFPE, cooling water temperature, and ignition timing are the load KL, the intake flow rate Ga, and the surge tank pressure, all of which are related to intake air. It is. That is, it can be seen that the influence of the intake process on the torque fluctuation is great. 2 is a standard deviation of error (regression value−observed value), and is about 0.294 Nm when MFPE is included, and about 0.395 Nm when MFPE is not included. Consider MFPE. Thus, it is understood that the regression accuracy becomes high.

[トルクの回帰]
トルク自体は、燃焼変動とは少なくとも直接の関係は無いので、MFPEを回帰要因に加えることには、一見意味がないように思われる。しかし、MFPEは火炎の発熱量でもあるので(図1参照)、トルクの決定に大きく関与しているはずである。そこで、MFPEを回帰要因に加えて、式(3)のトルクの回帰式を決定した。この決定は、PLSを用いて行った。
[Return of torque]
Since torque itself is not at least directly related to combustion fluctuations, adding MFPE to the regression factor does not seem meaningful at first glance. However, since MFPE is also the amount of heat generated by the flame (see FIG. 1), it should be greatly involved in determining the torque. Thus, MFPE was added to the regression factor to determine the torque regression equation of equation (3). This determination was made using PLS.

図3には、圧縮+膨張工程におけるトルク(図示トルク)の回帰精度を示してある。なお、1サイクル分のトルク(図示トルク)の回帰精度は、圧縮+膨張工程のトルクとほぼ同等の精度が得られることが確認されている。   FIG. 3 shows the regression accuracy of torque (illustrated torque) in the compression + expansion process. It has been confirmed that the regression accuracy of the torque for one cycle (illustration torque) is almost the same as the torque of the compression + expansion process.

トルク(Nm)=C0+C1*エンジン回転数(rpm)+C2*負荷(%)+C3*空燃比+C4*点火時期(degBTDC)+C5*冷却水温度(°C)+C6*MFPE(erg/cm3)・・・(3) Torque (Nm) = C 0 + C 1 * Engine speed (rpm) + C 2 * Load (%) + C 3 * Air / fuel ratio + C 4 * Ignition timing (degBTDC) + C 5 * Cooling water temperature (° C) + C 6 * MFP (Erg / cm 3 ) (3)

この回帰式から得られるトルクの推定値と実際の値(観測値)を図3(A)に示す。一方、図3(B)は、式(3)から最小火炎伝播エネルギー(MFPE)を除いた場合の回帰結果である。図3(A)と図3(B)とを比較すると、MFPEを回帰要因に含めることにより、回帰精度が顕著に向上していることがわかる。すなわち、MFPEがトルクの値を決める重要な要因の一つであることがわかる。なお、図3におけるσは、誤差(回帰値−観測値)の標準偏差であり、MFPEを含む場合は約5.149Nm、MFPEを含まない場合は約8.459Nmであり、MFPEを考慮することで、回帰精度が高くなることが理解される。   FIG. 3A shows an estimated torque value and an actual value (observed value) obtained from the regression equation. On the other hand, FIG. 3B shows a regression result when the minimum flame propagation energy (MFP) is removed from the equation (3). Comparing FIG. 3A and FIG. 3B, it can be seen that the regression accuracy is remarkably improved by including MFPE as a regression factor. That is, it can be seen that MFPE is one of the important factors that determine the torque value. Note that σ in FIG. 3 is a standard deviation of an error (regression value−observed value), which is about 5.149 Nm when MFPE is included, and about 8.459 Nm when MFPE is not included. Thus, it is understood that the regression accuracy becomes high.

[最小火炎伝播エネルギーの単位]
上述したように、火花点火における火炎核の形状によって、式(1)の項δ2の代わりにδやδ3を用いて、最小点火エネルギーが表現され、その単位が異なる。しかし、火花点火ではなく、火炎伝播における火炎の安定性を記述するには、最小火炎伝播エネルギー(MFPE)として、どのような単位を用いるのが適切かは、当初、不明であった。そこで、式1の項δ2の部分に、δやδ3用いる場合や何も用いない場合のMFPEを回帰要因に加えて、回帰精度を検討した。
[Unit of minimum flame propagation energy]
As described above, the minimum ignition energy is expressed by using δ or δ 3 instead of the term δ 2 in the equation (1) depending on the shape of the flame kernel in the spark ignition, and the unit is different. However, it was initially unknown what unit should be used as minimum flame propagation energy (MFP) to describe flame stability in flame propagation rather than spark ignition. Therefore, the regression accuracy was examined by adding MFPE when δ or δ 3 is used or when nothing is used to the term δ 2 of Equation 1 as a regression factor.

その結果、式(1)の項δ2またはδやδ3を全く用いない場合のMFPE(erg/cm3)が、トルク変動およびトルクの回帰精度を最も向上させることが見出された。 As a result, it was found that MFPE (erg / cm 3 ) in the case where the term δ 2 or δ or δ 3 of Equation (1) is not used at all improves the torque fluctuation and the torque regression accuracy most.

すなわち、式(4)で示されるMFPEを回帰要因として用いることがトルク変動およびトルクの回帰精度を向上させる。   That is, the use of MFPE represented by Equation (4) as a regression factor improves torque fluctuation and torque regression accuracy.

Figure 0004835483
Figure 0004835483

また、式(4)のMFPE(erg/cm3)の代わりに、未燃混合気の単位質量当たりの最小火炎伝播エネルギーMFPE(erg/g)と未燃混合気の密度ρuを同時に回帰要因とすることによって、MFPE(erg/cm3)と同等の回帰精度向上が得られることも確認した。すなわち、最小火炎伝播エネルギーMFPEについては、式(5)を用い、未燃混合気の密度ρuを回帰要因に加えることも好適である。 In addition, instead of MFPE (erg / cm 3 ) in Equation (4), the minimum flame propagation energy MFPE (erg / g) per unit mass of the unburned mixture and the density ρ u of the unburned mixture are simultaneously regression factors. It was also confirmed that an improvement in regression accuracy equivalent to MFPE (erg / cm 3 ) can be obtained. That is, for the minimum flame propagation energy MFPE, it is also preferable to use the equation (5) and add the density ρ u of the unburned mixture to the regression factor.

Figure 0004835483
Figure 0004835483

以上のように、エンジンのトルク変動、トルクを推定するための回帰式の回帰要因として、最小火炎伝播エネルギーMFPEを用いることで、回帰精度の高い回帰式が得られることがわかった。   As described above, it was found that a regression equation with high regression accuracy can be obtained by using the minimum flame propagation energy MFPE as a regression factor of a regression equation for estimating engine torque fluctuation and torque.

図4には、本発明における処理のフローチャートを示してある。まず、推定したい対象について、それを左右する回帰要因を決定する(S11)。そして、決定された回帰要因を用いた回帰式をコンピュータに入力する。ここで、この回帰要因の中には、対象の物理メカニズムを考慮した要因を含める。   FIG. 4 shows a flowchart of processing in the present invention. First, a regression factor that determines the target to be estimated is determined (S11). Then, a regression equation using the determined regression factor is input to the computer. Here, the regression factors include factors that take into account the target physical mechanism.

次に、実機を用いて、各種条件での試験を行い、データを収集する(S12)。そして、得られたデータをコンピュータに入力する。コンピュータは、記憶されているアプリケーションプログラムを実行し、PLSにより、回帰式の各回帰要因の係数を決定し、回帰式を求める(S13)。そして、得られた回帰式を実機に実装し、対象の制御に利用する。   Next, tests are performed under various conditions using an actual machine, and data is collected (S12). Then, the obtained data is input to the computer. The computer executes the stored application program, determines the coefficient of each regression factor of the regression equation by PLS, and obtains the regression equation (S13). Then, the obtained regression equation is mounted on an actual machine and used for target control.

図5は、エンジン制御に適用した例である。エンジンECU10には、回帰式を記憶するメモリ12が接続されている。エンジンECU10は、エンジン14への燃料供給、点火時期などを制御する。例えば、エンジンECU10は、アクセルの踏み込み状態から、エンジン14の目標出力トルクを決定し、エンジン14への制御の際には、燃料供給、点火時期を決定するが、この際にメモリ12に記憶されている回帰式を利用して、トルク変動やトルクを推定する。そして、この推定結果を利用してエンジン14を制御することで、エミッションを適切なものに維持しつつ、トルク変動を抑え、目標トルクを出力するように、エンジン14の運転を制御することができる。   FIG. 5 is an example applied to engine control. A memory 12 that stores a regression equation is connected to the engine ECU 10. The engine ECU 10 controls fuel supply to the engine 14, ignition timing, and the like. For example, the engine ECU 10 determines the target output torque of the engine 14 from the depressed state of the accelerator, and determines the fuel supply and ignition timing when controlling the engine 14, but is stored in the memory 12 at this time. The torque fluctuation and torque are estimated using the regression equation. Then, by controlling the engine 14 using this estimation result, it is possible to control the operation of the engine 14 so as to suppress the torque fluctuation and output the target torque while maintaining the emission at an appropriate level. .

このように、ECUへの上記回帰式からなるモデルの車両へ実装することにより、車両のECUにおいてエンジンのトルク変動、トルクの推定が可能となる。従って、エンジンのトルク変動およびトルクを推定しつつ、所与の目標設定(例えば、エミッションとドライバビリティーの両立)を達成するエンジン制御を容易に行うことができる。すなわち、ECUに実装し、エンジンのトルク制御、回転数制御、空燃比制御、点火時期制御、吸排気弁制御など、各種アクチュエータの制御にトルク変動、トルクの推定値を用いることが好適である。   As described above, by mounting the ECU on the model vehicle having the above regression equation, it is possible to estimate engine torque fluctuation and torque in the vehicle ECU. Therefore, it is possible to easily perform engine control that achieves a given target setting (for example, compatibility between emission and drivability) while estimating engine torque fluctuation and torque. In other words, it is preferable to use an estimated value of torque fluctuation and torque for control of various actuators such as engine torque control, engine speed control, air-fuel ratio control, ignition timing control, intake / exhaust valve control, and the like.

なお、ECUに実装するのではなく、上述のようにして得た回帰式を用いて、コンピュータに各種条件における対象の動作を推定させ、この推定結果を利用して、対象の制御手法を決定することも好適である。   In addition, instead of being implemented in the ECU, the computer uses the regression equation obtained as described above to estimate the target motion under various conditions, and uses this estimation result to determine the target control method. It is also suitable.

このように、運転条件などの顕在化した回帰要因だけではなく、現象の物理的メカニズムまで考慮した情報を回帰要因に加えることにより、より精度の高い予測または推定を行うことができる。また、精度を向上させることにより、試験点数および試験工数の大幅な削減に必要な要求精度を満足することが可能になる。   In this way, by adding information that takes into account not only the obvious regression factors such as operating conditions but also the physical mechanism of the phenomenon to the regression factors, more accurate prediction or estimation can be performed. Further, by improving the accuracy, it becomes possible to satisfy the required accuracy required for a significant reduction in the number of test points and test man-hours.

さらに、次のような現象についても、その現象の物理的メカニズムまで考慮した情報を回帰要因に加えることが好適である。
(1)エンジン排気中の炭化水素濃度を推定するための回帰式の回帰要因として、エンジン燃焼室内の消炎層の厚みや混合気密度、またはそれらの積を加える。あるいは、消炎層の厚みの代わりに、消炎層の厚みを決定する要因の一つである排気温度、層流燃焼速度、発熱量、混合気密度、混合気圧力、燃焼室の壁温度などを加える。想定される物理的メカニズムは、消炎によって混合気中の燃料が燃え残り、それがエンジン排気中に放出されると考えられることである。
(2)エンジン排気中のNOx濃度を推定するための回帰式の回帰要因として、排気温度を加える。想定される物理的メカニズムは、既燃ガスの温度が高いほどNOx濃度が高くなるいわゆる拡大Zeldovich機構である。
Furthermore, for the following phenomenon, it is preferable to add information that takes into account the physical mechanism of the phenomenon to the regression factor.
(1) As a regression factor of the regression equation for estimating the hydrocarbon concentration in the engine exhaust, the thickness of the flame extinguishing layer in the engine combustion chamber, the gas mixture density, or the product thereof is added. Or, instead of the thickness of the quenching layer, one of the factors that determine the thickness of the quenching layer is the exhaust temperature, laminar combustion speed, calorific value, mixture density, mixture pressure, combustion chamber wall temperature, etc. . The envisaged physical mechanism is that extinguishing the fuel in the air-fuel mixture is thought to be burned and released into the engine exhaust.
(2) The exhaust gas temperature is added as a regression factor of the regression equation for estimating the NOx concentration in the engine exhaust gas. The assumed physical mechanism is a so-called extended Zeldovich mechanism in which the NOx concentration increases as the temperature of the burned gas increases.

なお、本実施形態における回帰式における係数の同定は、PLS演算を含む演算処理を行うためのプログラムを汎用のコンピュータにインストールしこれを実行することによって行う。試験データの入力は、測定機器からの出力をメモリに記憶しておき、そのメモリから読み出して行うが、キーボードなどを利用してもよい。すでに入力されているデータを通信ポートを介し入力してもよい。また、処理結果はディスプレイに表示するとともに、プリンタなどから出力する。また、プログラムは、CD−ROM、DVD等の記憶媒体により提供されるのが一般的であるが、所定のサイトからダウンロードすることで提供してもよい。   In addition, the identification of the coefficient in the regression equation in the present embodiment is performed by installing a program for performing a calculation process including a PLS calculation in a general-purpose computer and executing the program. The test data is input by storing the output from the measuring device in a memory and reading it from the memory, but a keyboard or the like may be used. Data that has already been input may be input via the communication port. The processing result is displayed on a display and output from a printer or the like. The program is generally provided by a storage medium such as a CD-ROM or DVD, but may be provided by downloading from a predetermined site.

層流火炎伝播の仕組みを表す図である。It is a figure showing the mechanism of laminar flame propagation. トルク変動の回帰精度を示す図である。It is a figure which shows the regression accuracy of a torque fluctuation. トルクの回帰精度を示す図である。It is a figure which shows the regression accuracy of a torque. 全体処理のフローチャートである。It is a flowchart of the whole process. ECUへの実装を示す図である。It is a figure which shows the mounting to ECU.

符号の説明Explanation of symbols

10 エンジンECU、12 メモリ、14 エンジン。   10 engine ECU, 12 memory, 14 engine.

Claims (3)

エンジンの出力トルクまたは出力トルク変動を予測する予測装置であって、
エンジンの運転条件の他に、エンジンの動作における発生現象の物理的メカニズムを考慮したパラメータであって、混合気の着火に必要な最小のエネルギーである最小点火エネルギーに等しいエンジンの最小火炎伝播エネルギーを含むパラメータを回帰要因とした回帰式を記憶しており、
エンジンの実際の運転時における回帰要因および出力トルクまたは出力トルク変動のデータを入力して、前記回帰式について、回帰式における各回帰要因の係数を推定し、
推定して得た係数で特定した回帰式を用いて前記エンジンの出力トルクまたは出力トルク変動を予測することを特徴とする予測装置。
A prediction device for predicting engine output torque or output torque fluctuation,
In addition to the operating conditions of the engine, this is a parameter that takes into account the physical mechanism of the phenomenon that occurs in the operation of the engine, and the minimum flame propagation energy of the engine that is equal to the minimum ignition energy, which is the minimum energy required for ignition of the air-fuel mixture. The regression equation with the included parameters as regression factors is stored,
Input regression factors and output torque or output torque fluctuation data during actual operation of the engine, and for the regression equation, estimate the coefficient of each regression factor in the regression equation,
A prediction apparatus for predicting output torque or output torque fluctuation of the engine using a regression equation specified by a coefficient obtained by estimation.
請求項1に記載の予測装置において得られた、係数を特定した回帰式を記憶した制御装置であって、
車両に搭載され、その車両のエンジンを制御することを特徴とする制御装置。
A control device that stores a regression equation that specifies a coefficient obtained in the prediction device according to claim 1,
A control device mounted on a vehicle and controlling an engine of the vehicle.
エンジンの出力トルクまたは出力トルク変動を予測する予測プログラムであって、
コンピュータに、
エンジンの運転条件の他に、エンジンの動作における発生現象の物理的メカニズムを考慮したパラメータであって、混合気の着火に必要な最小のエネルギーである最小点火エネルギーに等しいエンジンの最小火炎伝播エネルギーを含むパラメータを回帰要因とした回帰式を記憶させ、
エンジンの実際の運転時における回帰要因および出力トルクまたは出力トルク変動のデータを入力して、前記回帰式について、回帰式における各回帰要因の係数を推定させ、
推定して得た係数で特定した回帰式を用いて前記エンジンの出力トルクまたは出力トルク変動を予測させることを特徴とする予測プログラム。
A prediction program for predicting engine output torque or output torque fluctuation,
On the computer,
In addition to the operating conditions of the engine, this is a parameter that takes into account the physical mechanism of the phenomenon that occurs in the operation of the engine, and the minimum flame propagation energy of the engine that is equal to the minimum ignition energy, which is the minimum energy required for ignition of the air-fuel mixture. Store the regression equation with the included parameters as regression factors,
Input regression factors and output torque or output torque fluctuation data during actual operation of the engine, and for the regression equation, estimate the coefficient of each regression factor in the regression equation,
A prediction program for predicting output torque or output torque fluctuation of the engine using a regression equation specified by a coefficient obtained by estimation.
JP2007075859A 2007-03-23 2007-03-23 Prediction device, control device, and prediction program Expired - Fee Related JP4835483B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007075859A JP4835483B2 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Prediction device, control device, and prediction program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007075859A JP4835483B2 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Prediction device, control device, and prediction program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008232085A JP2008232085A (en) 2008-10-02
JP4835483B2 true JP4835483B2 (en) 2011-12-14

Family

ID=39905180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007075859A Expired - Fee Related JP4835483B2 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Prediction device, control device, and prediction program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4835483B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017056317A1 (en) * 2015-10-02 2017-04-06 日本郵船株式会社 Estimation value calculation device, estimation value calculation method, program, and recording medium

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4161828B2 (en) * 2003-07-11 2008-10-08 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine and knocking suppression method for internal combustion engine
JP4235116B2 (en) * 2004-01-09 2009-03-11 日野自動車株式会社 Apparatus and method for testing transient characteristics of internal combustion engine
JP4376799B2 (en) * 2005-01-19 2009-12-02 株式会社日立製作所 Ignition timing control device for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008232085A (en) 2008-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peters et al. Cyclic variations and average burning rates in a SI engine
JP4453581B2 (en) Engine control parameter experiment plan setting method, program for causing computer to execute the experiment plan setting method, computer-readable recording medium storing the program, and engine control parameter experiment plan setting apparatus
JP6137220B2 (en) Heat release rate waveform calculation apparatus and heat release rate waveform calculation method for internal combustion engine
Fandakov et al. A two-stage knock model for the development of future SI engine concepts
JP6260692B2 (en) Heat release rate waveform calculation apparatus and heat release rate waveform calculation method for internal combustion engine
Bayliff Evaluation of controlled end gas auto ignition with exhaust gas recirculation in a stoichiometric, spark ignited, natural gas engine
JP2007248119A (en) Method for determining wiebe function parameter and device for presuming heat release rate of internal combustion engine
JP2011021518A (en) Virtual adaptation system of engine
JP2004263680A (en) Method and device for estimating engine misfire region, and method and device for adapting engine control parameter
JP4835483B2 (en) Prediction device, control device, and prediction program
JP2007126997A (en) Simulation method and simulation device for heat generation in cylinder
JP6256599B2 (en) Heat release rate waveform calculation apparatus and heat release rate waveform calculation method for internal combustion engine
Richard et al. On the use of system simulation to explore the potential of innovative combustion systems: Methodology and application to highly downsized SI engines running with ethanol-gasoline blends
JP2004068729A (en) Adapting method for engine control parameter and its system
Grimaldi et al. An integrated simulation methodology of thermal management systems for the CO 2 reduction after engine cold start
JP2008215204A (en) Simulation method for heat generation rate of internal combustion engine, torque model creating method for internal combustion engine, and torque estimating method for internal combustion engine
Teodosio et al. Numerical evaluation of heat transfer effects on the improvement of efficiency of a spark ignition engine characterized by cylinder variability
JP4670826B2 (en) Control parameter experiment plan setting method, program for causing computer to execute experiment plan setting method, and computer-readable recording medium recording the program
Kaal et al. Transient Simulation of Nitrogen Oxide Emissions of CI Engines
Morel et al. Concurrent simulation and testing concept in engine development
JP2007127458A (en) Testing device of power transmission mechanism
Forte et al. Combined experimental and numerical analysis of knock in spark ignition engines
JP5233660B2 (en) Method for adapting control parameters of an internal combustion engine
Katsumata et al. Development of an engine torque estimation model: Integration of physical and statistical combustion model
JPH07332149A (en) Combustion control device of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091124

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20091225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20091225

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110324

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110329

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110513

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110614

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110711

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110830

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110912

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141007

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4835483

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141007

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees