JP7398246B2 - 内燃エンジンのそれぞれのシリンダーの中に捕捉される空気の質量を特定する方法 - Google Patents
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Description
本特許出願は、2018年11月8日に出願されたイタリア特許出願第102018000010164号の優先権を主張し、その開示全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
IVCref 吸気バルブ5の基準閉鎖角度;
IVOref 吸気バルブ5の基準開放角度;
EVCref 排気バルブ7の基準閉鎖角度;
EVOref 排気バルブ7の基準開放角度;
IVC 吸気バルブ5の閉鎖進角;
IVO 吸気バルブ5の開放進角;
EVC 排気バルブ7の閉鎖進角;および、
EVO 排気バルブ7の開放進角。
VVTI=IVC-IVCref=IVO-IVOref [1]
VVTE=EVO-EVOref=EVC-EVCref [2]
VVTI 吸気バルブ5に関して基準値に対する開放または閉鎖の差の角度の範囲;および、
VVTE 排気バルブ7に関して基準値に対する開放または閉鎖の差の角度の範囲。
m=(P*V)/(R*T) [3]
P 吸気マニホールド4の内側のエンジンサイクルに関する圧力の平均;
T 吸気マニホールド4の内側の新鮮な空気および/または排気ガスの混合物の温度;
R 新鮮な空気および/または排気ガスの混合物の定数;
V それぞれの吸気バルブ5およびそれぞれの排気バルブ7が閉じられているときのシリンダー3の内側体積。
m=P*V*f1(T,P)*f2(TH2O,P) [4]
ここで、TH2Oは、内燃エンジン1の温度である(好ましくは、内燃エンジン1の冷却剤液体の温度を通して表現される)。
m=(P*V-OFF)*f1(T,P)*f2(TH2O,P) [5]
ここで、OFFは、以前の作業サイクルの中の燃焼によって作り出されてシリンダー3の内側に存在しているガス(それらがシリンダー3から流れ出なかったため、または、それらがシリンダー3の中へ再び吸い込まれたため)を考慮に入れた変数(質量)である。
V(α)=VCC+VC(α)
VCC シリンダー3の燃焼室の死体積;
α 上死点PMSに対するクランクの回転の角度;
r クランク半径;
S ピストン9の表面積;
L コネクティング・ロッドの長さ;
d シリンダー3の軸線とドライブシャフト10の回転軸線との間のオフセット;
λ r/L比;および、
δ d/L比。
V=fV(IVC,n)*fP(P,n) [7]
OVL 排気バルブ7の閉鎖進角EVCと吸気バルブ5の開放進角IVOとの間に含まれるオーバーラップ局面の持続期間;
G それぞれの吸気バルブ5とそれぞれの排気バルブ7との間のオーバーラップ局面の重心;
g 上死点PMSと重心Gとの間の差。
CD 流量係数;
P 通路断面の下流の圧力;
P0 通路断面の入口部における圧力;
T0 通路断面の入口部における温度;
R 通路断面の中に流れる流体の定数;
B 以下の式[8']によって表現されるフロー圧縮性関数。
n 内燃エンジン(1)の速度;
P0_REF 通路断面の上流の基準圧力;
T0_REF 通路断面の上流の基準温度;
T0 通路断面の上流の温度;
P0、P それぞれ、通路断面の上流および下流の圧力;ならびに、
Β 圧縮比。
MEGRI=MOVL+PEXH*VCC/(R*TEXH) [14]
MEXH_SCAV=fSCAV(MOVL,n)*PEXH*VCC/(R*TEXH) [16]
MSCAV=MOVL-MEXH_SCAV [17]
OFF=PEXH*VCC/(R*TEXH)-MEXH_SCAV [18]
m=(P*V-OFF)*Kt*K1(VVTI,VVTE)*K2(VVTE,n) [19]
m=(P*V(IVC,n)*K(P,n)-OFF)*Kt*K1*K2 [20]
OFFは、以前の作業サイクルの中の燃焼によって作り出されてシリンダー3の内側に存在しているガス(それらがシリンダー3から流れ出なかったため、または、それらがシリンダー3の中へ再び吸い込まれたため)を考慮に入れる変数(質量)であり、
K1(VVTI,VVTE)は、吸気バルブ5の基準値に対する差の角度範囲VVTI、および、排気バルブ7の基準値に対する差の角度範囲VVTEを考慮に入れる乗算係数であり、
K2(VVTE,n)は、排気バルブ7の基準値に対する差の角度範囲VVTE、および、内燃エンジン1の回転の速度n(または、回転数rpm)を考慮に入れる乗算係数である。
POBJ=[mobj/(Kt*K1*K2)+OFF]/(V(IVC,n)*K(P,n)) [21]
MEGR=MEGR_TOT/(n*120*NCYL) [22]
n 内燃エンジン1の回転の速度(または、回転数rpm);
NCYL シリンダー3の数;および、
MEGR_TOT モデルを備えた電子制御ユニット30によって計算されるか、または、代替的に、専用のセンサーによって測定される、低圧回路EGRLPを通して再循環させられる合計質量。
m=(P*V-OFF)*Kt*K1*K2-MEGR [23]
m=(P*V(IVC,n)*K(P,n)-OFF)*Kt*K1*K2-MEGR [24]
OFFは、以前の作業サイクルの中の燃焼によって作り出されてシリンダー3の内側に存在しているガス(それらがシリンダー3から流れ出なかったため、または、それらがシリンダー3の中へ再び吸い込まれたため)を考慮に入れる変数(質量)であり、
MEGRは、それぞれのシリンダー3のためのEGR回路を通して再循環させられる質量であり、
K1 K2は、吸気バルブ5の基準値に対する差の角度範囲VVTI、排気バルブ7の基準値に対する差の角度範囲VVTE、および、内燃エンジン1の回転の速度n(または、回転数rpm)を考慮に入れる経験的な乗算係数である。
MTOT=(m+MSCAV+MEXH_SCAV)*NCYL [23]
MTOT 内燃エンジン1によって取り込まれる空気の合計質量;
m それぞれのシリンダー3の中に捕捉される空気の質量;
MSCAV それぞれのシリンダー3に関してオーバーラップ局面の間にそれぞれの排気バルブ7を通して排気マニホールド6に向けて直接的に方向付けられ、公式[17]によって取得される、吸気マニホールド4の内側の新鮮な空気の部分;
MEXH_SCAV 以前のサイクルからシリンダー3の中に存在しており、排気のときに掃気フローによって排出される排気ガスの質量;
NCYL シリンダー3の数。
OFF=PEXH*VCC/(R*TEXH)-MEXH_SCAV
PEXH 排気の中のガスフローの圧力;
TEXH 排気の中のガスフローの温度;
VCC シリンダー3の燃焼室の死体積;
MEXH_SCAV シリンダー3の燃焼室の内側に存在しており、それぞれの排気バルブ7を通して排気マニホールド6に向けて直接的に方向付けられる、排気ガスの残留質量;および、
R 新鮮な空気および/または排気ガスの混合物の定数。
REGR=MEGR_LP/MTOT
MTOT 吸気ダクト6を通って流れるガス混合物の質量;
MEGR_LP 吸気ダクト6の中を流れる低圧回路を通して再循環させられる排気ガスの質量;
また、方法は、以前の作業サイクルの中の燃焼によって作り出されてシリンダー3の内側に存在しているガスの質量OFFを以下の式によって計算するさらなるステップを含む。
OFF=PEXH*VCC/(R*TEXH)-MEXH_SCAV*(1-REGR)
MEXH_SCAV=f(MOVL,n)*PEXH*VCC/(R*TEXH) [14]
PEXH、TEXH 排気の中のガスフローの圧力および温度;
VCC シリンダー3の燃焼室の死体積;
n 内燃エンジン1の回転の速度;
MOVL 排気から吸気へ流れ、吸気ストロークの間に吸気バルブ5を通ってシリンダー3の中へ再び吸い込まれる質量;
MEXH_SCAV=MOVL*f(MOVL,n)*g1(G,n)
n 内燃エンジン1の回転の速度;
MOVL 吸気バルブ5および排気バルブ7を通って吸気から排気へ流れる質量;ならびに、
G オーバーラップ局面の重心。
n 内燃エンジン(1)の速度;
P0_REF 通路断面(または、オーバーラップ)の上流の基準圧力;
T0_REF 通路断面(または、オーバーラップ)の上流の基準温度;
T0 通路断面(または、オーバーラップ)の上流の温度;および、
P0、P それぞれ、通路断面(または、オーバーラップ)の上流および下流の圧力。
m=(P*V-OFF)*f1(T,P)*f2(TH2O,P)*-MEGR [22]
f1 f2 吸気マニホールド4の内側の温度T、内燃エンジン1の冷却剤流体の吸気圧力Pおよび温度TH2Oを考慮に入れる関数;
OFF 以前の作業サイクルの中の燃焼によって作り出されてシリンダー3の内側に存在しているガスの質量;
MEGR それぞれのシリンダー3に関してEGR回路を通して再循環させられる質量;
MSCAV=(MOVL-MEXH_SCAV)*(1-REGR)
2 インジェクター
3 シリンダー
4 吸気マニホールド
5 吸気バルブ
6 排気マニホールド、吸気ダクト
7 排気バルブ
8 吸気ダクト
9 ピストン
10 ドライブシャフト
12 スロットルバルブ
13 カムシャフト
14 カムシャフト
18 排気ダクト
30 電子制御ユニット
31 センサー
TDC 上死点
BDC 下死点
IVC 吸気バルブ5の閉鎖進角
IVO 吸気バルブ5の開放進角
EVC 排気バルブ7の閉鎖進角
EVO 排気バルブ7の開放進角
G オーバーラップ局面の重心
g 上死点PMSと重心Gとの間の差
OVL オーバーラップ局面の持続期間
VVTI 吸気バルブ5の基準値に対する差の角度範囲
VVTE 排気バルブ7の基準値に対する差の角度範囲
Claims (14)
- 内燃エンジン(1)のそれぞれのシリンダー(3)の中に捕捉される空気の質量(m)を特定する方法であって、前記内燃エンジン(1)は、複数のシリンダー(3)を含み、前記シリンダー(3)は、吸気マニホールド(4)および排気マニホールド(6)にそれぞれ接続されており、前記シリンダー(3)は、前記吸気マニホールド(4)から少なくとも1つのそれぞれの吸気バルブ(5)を通して新鮮な空気を受け入れており、前記シリンダー(3)は、燃焼によって作り出された排気ガスを少なくとも1つのそれぞれの排気バルブ(7)を通して前記排気マニホールド(6)の中へ導入し、前記吸気バルブ(5)および/または前記排気バルブ(7)は、そのタイミングを変化させるように制御されており、前記方法は、
前記吸気マニホールド(4)の内側の圧力P、前記内燃エンジン(1)の回転の速度n、および、前記吸気バルブ(5)の閉鎖遅角IVCを検出するステップと、
以前の作業サイクルの中の燃焼によって作り出されて前記シリンダー(3)の内側に存在しているガスの質量OFFを特定するステップと、
前記内燃エンジン(1)の前記回転の速度nおよび前記吸気バルブ(5)の前記閉鎖遅角IVCの関数として、それぞれのシリンダー(3)の内側体積Vを特定するステップと、
前記圧力Pとそれぞれのシリンダー(3)の前記内側体積Vの積を通して、それぞれのシリンダー(3)の中に捕捉される空気の前記質量を特定するステップであって、前記ガスの質量OFFが、前記積から引かれる、ステップと
を含む、方法において、
前記ガスの質量OFFを特定する前記ステップは、
それぞれの吸気バルブ(5)および前記それぞれの排気バルブ(7)が同時に開いているオーバーラップ局面の間に、排気から吸気へ流れ、それに続く吸気局面の間に、前記吸気バルブ(5)を通して前記シリンダー(3)の中へ再び吸い込まれるか、あるいは、その逆の順序で流れる、ガスの質量MOVLを以下の公式によって計算するサブステップであって、前記シリンダー(3)の燃焼室は、通路断面を表しており、
n 前記内燃エンジン(1)の速度;
P0_REF 前記通路断面の上流の基準圧力;
T0_REF 前記通路断面の上流の基準温度;
T0 前記通路断面の上流の温度;
P0、P それぞれ、前記通路断面の上流および下流の圧力;
ここで、前記理想的な通路断面の前記面積Sidは、前記内燃エンジン(1)の前記速度nおよび前記オーバーラップ局面の持続期間OVLの第1の関数(A)と、前記内燃エンジン(1)の前記速度nおよび上死点PMSと前記オーバーラップ局面の重心Gとの間の角度差の第2の関数(G)との間の積によって計算される、サブステップと、
前記質量MOVLの関数として前記ガスの質量OFFを計算するサブステップと
を含むことを特徴とする、方法。 - 前記方法は、
前記排気の中のガスフローの圧力PEXHおよび前記排気の中の前記ガスフローの温度TEXHを検出するさらなるステップと、
以下の式によって前記ガスの質量OFFを計算するさらなるステップと
OFF=PEXH*VCC/R*TEXH+MOVL
VCC 前記シリンダー(3)の前記燃焼室の死体積;ならびに、
R 新鮮な空気および/または排気ガスの混合物の定数
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記方法は、前記吸気マニホールド(4)の内側のPが前記排気の中のガスフローの圧力PEXHよりも大きいケースでは、前記ガスの質量OFFを以下の式によって計算するさらなるステップ
OFF=PEXH*VCC/(R*TEXH)-MEXH_SCAV [16]
VCC 前記シリンダー(3)の前記燃焼室の死体積;
MEXH_SCAV 前記シリンダー(3)の前記燃焼室の内側に存在しており、前記それぞれの排気バルブ(7)を通して前記排気マニホールド(6)に向けて直接的に方向付けられる、排気ガスの残留質量;ならびに、
R 新鮮な空気および/または排気ガスの混合物の定数
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記内燃エンジン(1)は、低圧排気ガス再循環回路を含み、前記方法は、吸気ダクト(6)の中を流れる前記混合物に関する前記低圧排気ガス再循環回路のインシデンスを示す量(REGR)を計算するさらなるステップと、また、前記低圧排気ガス再循環回路の前記インシデンスを示す前記量の関数として前記ガスの質量OFFを計算するさらなるステップとを含む、請求項3に記載の方法。
- それぞれのシリンダー(3)の前記内側体積Vは、第1の関数(f V (IVC,n))および第2の関数(f P (P,n))によってさらに計算され、前記第1の関数(f V (IVC,n))は、前記吸気バルブ(5)の前記閉鎖遅角(IVC)および前記内燃エンジン(1)の前記回転の速度nの関数であり、前記第2の関数(f P (P,n))は、前記吸気マニホールド(4)の内側の前記圧力Pおよび前記内燃エンジン(1)の前記回転の速度の関数である、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- それぞれのシリンダー(3)の中に捕捉される空気の前記質量mは、(i)第1の因子関数f 1 (T,P)および(ii)第2の因子関数f 2 (T H2O ,P)の積を用いて計算され、前記第1の因子関数f 1 (T,P)は、前記吸気マニホールド(4)の内側の前記温度(T)および前記圧力(P)の関数であり、前記第2の因子関数f 2 (T H2O ,P)は、前記内燃エンジン(1)の温度(TH2O)および前記圧力(P)の関数である、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- それぞれのシリンダー(3)の中に捕捉される空気の前記質量mは、1対の乗算係数(K1、K2)の関数として計算され、前記1対の乗算係数(K1、K2)は、前記吸気バルブ(5)の開放角度の基準値に対する差の角度範囲(VVTI)、前記排気バルブ(7)の開放角度の基準値に対する差の角度範囲(VVTE)、および、前記内燃エンジン(1)の前記回転の速度(n)を考慮に入れる、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- それぞれのシリンダー(3)の中に捕捉される空気の前記質量(m)は、第1の乗算係数(K1)および第2の乗算係数(K2)の関数として計算され、前記第1の乗算係数(K1)は、前記吸気バルブ(5)の前記開放角度の前記基準値に対する差の前記角度範囲(VVTI)、および、前記排気バルブ(7)の前記開放角度の前記基準値に対する差の前記角度範囲(VVTE)を考慮に入れ、前記第2の乗算係数(K2)は、前記内燃エンジン(1)の前記回転の速度(n)、および、前記排気バルブ(7)の前記開放角度の前記基準値に対する差の前記角度範囲(VVTE)を考慮に入れる、請求項7に記載の方法。
- 前記内燃エンジン(1)は、EGR排気ガス再循環回路(EGRLP、EGRHP)をさらに含み、そして、前記EGR排気ガス再循環回路(EGRLP、EGRHP)は、バイパスダクト(34、26)を含み、前記バイパスダクト(34、26)に沿って、EGRバルブ(35、27)が配置されており、前記EGRバルブ(35、27)は、前記バイパスダクト(34、26)を通って流れる前記排気ガスの流量を調節するように設計されており、前記方法は、それぞれのシリンダー(3)に関して前記EGR排気ガス再循環回路(EGRLP、EGRHP)を通して再循環させられる質量(MEGR)の関数として、それぞれのシリンダー(3)の中に捕捉される空気の前記質量(m)を特定するステップを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記シリンダー(3)の前記燃焼室の前記死体積VCCは、前記内燃エンジン(1)の前記回転の速度nおよび第1のパラメーター(TVC)の関数であり、前記第1のパラメーター(TVC)は、代替的に、前記排気バルブ(7)の前記閉鎖遅角(EVC)に等しく、または、ゼロと、前記排気バルブ(7)の前記閉鎖遅角(EVC)と前記吸気バルブ(5)の開放進角(IVO)の値に-1を掛けたものとの間の最小値との間の最大値に等しい、請求項2または3に記載の方法。
- 前記シリンダー(3)の前記燃焼室の前記死体積(VCC)は、第3のマップおよび第4のマップによって特定され、前記第3のマップは、前記内燃エンジン(1)の前記回転の速度(n)および第1のパラメーター(TVC)の関数であり、前記第1のパラメーター(TVC)は、代替的に、前記排気バルブ(7)の前記閉鎖遅角(EVC)に等しく、または、ゼロと、前記排気バルブ(7)の前記閉鎖遅角(EVC)と前記吸気バルブ(5)の前記開放進角(IVO)の値に-1を掛けたものとの間の最小値との間の最大値に等しく、前記第4のマップは、前記内燃エンジン(1)の前記回転の速度(n)および前記オーバーラップ局面(OVL)の前記持続期間の関数である、請求項10に記載の方法。
- 前記方法は、
測定されるおよび/または推定される物理量を使用する計算モデルに基づいて、トルク要求(Ct*)を満たすためにそれぞれのシリンダー(3)によって必要とされる燃焼空気の質量(mobj)を特定するさらなるステップと、
前記トルク要求(Ct*)を満たすためにそれぞれのシリンダー(3)によって必要とされる燃焼空気の前記質量(mobj)の関数として、および、それぞれのシリンダー(3)の実際の内側体積(V)の関数として、前記モデルに基づいて、前記吸気マニホールド(4)の内側の目標圧力値(POBJ)を決定するさらなるステップとを含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。 - 前記内燃エンジン(1)は、バルブ(12)を含み、前記バルブ(12)は、排気ガスおよび新鮮な空気、すなわち、前記吸気マニホールド(4)に向けて方向付けられる前記吸気ダクト(8)を通って外側から来る空気の両方を含む前記混合物の流量を調節するように設計されており、前記方法は、前記吸気マニホールド(4)の内側の前記目標圧力値(POBJ)を取得するように、前記バルブ(12)を制御するステップを含む、請求項4を引用する場合の請求項12に記載の方法。
- 前記方法は、前記オーバーラップを通って流れる質量(MOVL)、すなわち、前記吸気バルブ(5)および前記排気バルブ(7)を通って流れる質量(MOVL)と、前記シリンダー(3)の前記燃焼室の内側に存在しており、前記それぞれの排気バルブ(7)を通して前記排気マニホールド(6)に向けて直接的に方向付けられる排気ガスの前記残留質量(MEXH_SCAV)との間の差によって、前記排気マニホールド(6)に向けて直接的に方向付けられる前記吸気マニホールド(4)の内側の新鮮な空気の質量(MSCAV)を計算するさらなるステップを含む、請求項3に記載の方法。
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