CN110023611B - 燃料喷射控制信息生成装置及控制装置 - Google Patents

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Abstract

为了适当地抑制NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化这两者，燃料喷射控制信息生成装置包括：测试点信息存储部，其保存包含由发动机转速、燃料喷射量和氧浓度的组构成的多个测试点的测试点信息；以及控制信息生成部，其生成燃料喷射控制信息，该燃料喷射控制信息对于测试点信息中所包含的各个测试点，将测试点的发动机转速、燃料喷射量和氧浓度与使该测试点的关于燃料消耗率与NOx排放量的总和的指标成为最小的最佳燃料喷射定时关联起来。

Description

燃料喷射控制信息生成装置及控制装置
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射控制信息生成装置及控制装置。
背景技术
近年来，谋求减少氮氧化物(称为“NOx”)排放量以及改善燃料消耗率。在专利文献1中公开如下：如果使燃料喷射定时(称为“Start Of Injection：SOI”)滞后(retard)，并降低发动机的气缸内的燃烧温度，则NOx排放量降低，但若使SOI滞后，则燃料消耗率恶化，即，在SOI的变动这一点上，NOx排放量和燃料消耗率处于权衡关系。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-271801号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，在SOI的变动这一点上，NOx排放量和燃料消耗率处于权衡关系。因此，谋求适当地抑制NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化这两者。
本发明的目的在于，适当地抑制NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化这两者。
解决问题的方案
根据本发明的一个实施方式的燃料喷射控制信息生成装置包括：测试点信息存储部，其保存包含由发动机转速、燃料喷射量和氧浓度的组构成的多个测试点的测试点信息；以及控制信息生成部，其生成燃料喷射控制信息，该燃料喷射控制信息对于测试点信息中所包含的各个测试点，将测试点的发动机转速、燃料喷射量和氧浓度与使该测试点的关于燃料消耗率与NOx排放量的总和的指标成为最小的最佳燃料喷射定时关联起来。
根据本发明的一个实施方式的控制装置包括：控制信息存储部，其保存由上述燃料喷射控制信息生成装置生成的燃料喷射控制信息；以及控制部，其基于燃料喷射控制信息，控制内燃机的燃料喷射定时。
发明效果
根据本发明，能够适当地抑制NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化这两者。
附图说明
图1是表示一个实施方式的发动机及电子控制单元(Electronic Control Unit：ECU)的结构例的图。
图2是表示一个实施方式的燃料喷射控制信息生成装置的结构例的图。
图3是用于说明最佳SOI的图。
图4是表示SOI控制信息生成部的处理例的流程图。
图5是表示发动机转速和燃料喷射量的组的测试点的例子的图。
图6是表示中间SOI控制信息的例子的图。
图7是表示SOI控制信息的一个例子的图。
图8是表示SOI控制信息的变形例的图。
图9是表示ECU的结构例的图。
图10是用于说明过渡时的SOI控制的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，在将同种要素区别开来进行说明的情况下，有时使用如“SOI控制信息120A”、“SOI控制信息120B”那样的标记，而在不区分同种要素地进行说明的情况下，有时如“SOI控制信息120”那样仅使用标记中的通用部分。
图1是表示一个实施方式的发动机2及ECU62的结构例的图。
首先，对发动机2进行说明。
发动机2是具有四个气缸3的柴油发动机。另外，发动机2也可以是四缸发动机以外的多缸发动机，还可以是单缸发动机。
喷射器(也称为“燃料喷射阀”)4与各气缸3相对应地设置，将从共轨5供给的燃料喷射到各气缸3的燃烧室内。
在空气过滤器6上连接有进气管7的上游端。进气管7的下游端与涡轮增压器8的压缩机9的入口连接。在压缩机9的出口连接有高压侧进气管11。高压侧进气管11与EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)管15的下游端连接。另外，高压侧进气管11与进气歧管12连接。
通过这样的结构，从空气过滤器6导入的来自大气的空气(以下，称为“吸入空气”)经过进气管7，由压缩机9压缩，成为高压的吸入空气。并且，从压缩机9流入到高压侧进气管11的吸入空气与来自EGR管15的EGR气体混合。以下，将该混合气体称为“工作气体”。工作气体经由进气歧管12流入各气缸3的燃烧室。
在排气歧管13上连接有高压侧排气管14。在高压侧进气管14上连接有EGR管15。在EGR管15中设置有对EGR气体进行冷却的EGR冷却器16和对流入高压侧进气管11的EGR气体的流量进行调节的EGR阀17。另外，在本实施方式中，“流量”是指质量流量。
另外，在高压侧排气管14上连接有涡轮增压器8的涡轮10的入口。在涡轮10的出口连接有排气管18。在排气管18上设置有废气净化装置19。
通过这样的结构，来自各气缸3的燃烧室的废气从排气歧管13流入高压侧排气管14。该废气的一部分(EGR气体)经由EGR管15流入高压侧进气管11。另一方面，流入到涡轮10中的废气经由排气管18流入废气净化装置19。在废气净化装置19中净化后的废气被排出到车辆外。
在进气管7中设置有用于检测吸入空气的氧浓度的进气氧浓度传感器204。另外，进气氧浓度传感器204的设置位置并不限定于图1所示的设置位置。
进气氧浓度传感器204的检测结果被输出至ECU62。
以上，对发动机2进行了说明。
接下来，对ECU62进行说明。
ECU62具有控制部64和存储部66。ECU62具有例如作为控制部64的一例的CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)；作为存储部66的一例的存储有控制程序及各种数据的ROM(Read Only Memory，只读存储器)等存储介质和RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等作业用存储器；以及输入输出端口。另外，关于ECU62的细节，将在后面说明(参见图9)。
图2是表示一个实施方式的燃料喷射控制信息生成装置50的结构例的图。
燃料喷射控制信息生成装置(以下，称为“SOI控制信息生成装置”)50是用于生成燃料喷射控制信息(以下，称为“SOI控制信息”)120的装置。
SOI控制信息生成装置50具备控制部52和存储部54。控制部52例如是CPU。存储部例如是易失性或非易失性的存储器装置(Memory Device)和/或存储装置(StorageDevice)。
存储部54保存测试点信息100。
测试点信息100具有由发动机转速、燃料喷射量及氧浓度的组构成的多个测试点。另外，测试点的构成不限于此，例如可以是发动机转速及燃料喷射量的组，也可以是还包含其他种类的信息的组。
控制部52包括SOI控制信息生成部56。SOI控制信息生成部56生成燃料喷射控制信息(称为“SOI控制信息”)120，该SOI控制信息120是针对测试点信息100中所包含的各个测试点，将测试点的发动机转速、燃料喷射量和氧浓度与使该测试点的关于燃料消耗率和NOx排放量的总和的指标成为最小的燃料喷射定时(称为“最佳SOI”)关联起来的信息。SOI控制信息生成部56也可以是计算机程序。
SOI控制信息120在ECU62中使用。ECU62基于该SOI控制信息120来确定燃料喷射定时，从而能够适当地抑制NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化这两者。
关于最佳SOI的细节，将在后述的图3中进行说明。关于最佳SOI的计算方法，将在后面进行说明。关于SOI控制信息生成部56的处理的细节，将在后述的图4中进行说明。关于SOI控制信息120的细节，将在后述的图7、图8中进行说明。
图3是用于说明最佳SOI的图。
如图3的曲线图1000所示，存在如下的权衡关系：若使SOI滞后，则NOx排放量1004减少但燃料消耗率1002增加(恶化)，若使SOI提前，则燃料消耗率1002减少(改善)但NOx排放量增加。另外，SOI的值的单位是曲轴角(degCA)。
图3的指标1006是使SOI变动时的、关于燃料消耗率1002与NOx排放量1004的总和的值。最佳SOI是使该指标1006变为最小的SOI。因此，通过用最佳SOI喷射燃料，能够使燃料消耗率1002与NOx排放量1004的总和成为最小。换言之，能够适当地抑制NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化这两者。
接着，对最佳SOI的计算方法进行说明。
最佳SOI可以表达为以下的式(1)。
Figure GDA0003676616040000051
其中，式(1)的“NOx”是NOx排放的模型式，“FC”是燃料消耗率的模型式，“C”是规定的系数。式(1)是如图3所示那样使关于燃料消耗率与NOx排放量的总和的指标成为最小的最佳SOI的计算式。
如以下的式(2)所示，可以用关于SOI的微分式来替换式(1)。
Figure GDA0003676616040000052
也就是说，求出满足式(2)的变量SOIact即是计算出最佳SOI。
以下的式(3)是对NOx排放的模型式进行关于变量SOIact的微分而得到的式子。
Figure GDA0003676616040000053
其中，“NOxref”是NOx基准值，“ΨO2”是氧浓度，“ΨO2，ref”是氧浓度基准值，“SOIact”是SOI值，“SOIref”是SOI基准值，“Prail”是共轨压力，“Prail，ref”是共轨压力基准值，“Tclt”是水温值，“Tclt，ref”是水温基准值，“Tinm”是进气歧管温度值，“Tinm，ref”是进气歧管温度基准值，“α_O2”和“αinm”是指数项(参数)，“βSOI”，“βrail”和“βclt”是系数。
以下的式(4)是对燃耗的模型式(转矩模型式)进行关于变量SOIact的微分而得到的式子。
Figure GDA0003676616040000054
其中，“mfuel”是燃料流量值，“Tref”是基准转矩值，“ΔTSOI”是由SOI变动引起的转矩变动值，“Ne”是发动机转速。
若将值代入到式(3)及式(4)的变量SOIact以外的各变量中，并将这些式子代入到式(2)，则能够计算出变量SOIact。该计算出的变量SOIact是相对于代入到式(3)及式(4)的各变量的值的最佳SOI。
SOI控制信息生成部56使各变量的值变动，并计算出相对于各个值的最佳SOI。将此时的各变量的值与该计算出的最佳SOI关联起来，生成SOI控制信息120。各个变量中的至少一个对应于发动机转速、燃料喷射量和氧浓度中的至少一个。另外，除此以外的变量的值可以是在确定了发动机转速、燃料喷射量和氧浓度中的至少一个的情况下与此相伴而确定的值，也可以是通过试验行驶或模拟等测量出的值。
图4是表示SOI控制信息生成部56的处理例的流程图。
在ST100中，SOI控制信息生成部56从测试点信息100中选择一个发动机转速和燃料喷射量的组的测试点。如图5的曲线图1100所示，测试点信息100包括能够取的发动机转速和燃料喷射量的组的多个测试点1102。能够取的组是指车辆行驶时实际可能产生的组。换言之，测试点信息100不包括在车辆行驶时不可能产生的组，例如燃料喷射量极小和/或发动机转速极大的组。
在ST102中，SOI控制信息生成部56从测试点信息100中选择一个氧浓度的测试点。与上述同样地，测试点信息100包括能够取的氧浓度的多个测试点。
在ST104中，SOI控制信息生成部56基于以上的式子来计算出最佳SOI，该最佳SOI是相对于在ST100中所选择的发动机转速及燃料喷射量的组的测试点、以及在ST102中所选择的氧浓度的测试点的最佳SOI。另外，SOI控制信息生成部56也可以将对于每个在ST100中所选择的发动机转速和燃料喷射量的组而不同的值代入到式(2)的系数“C”中。
在ST106中，SOI控制信息生成部56判断相对于在ST100中选择的测试点，是否已经选择了在ST102中能够取的所有的氧浓度的测试点。
在剩余有未选择的氧浓度的测试点的情况下(ST106：否)，SOI控制信息生成部56返回ST102，从剩余的氧浓度的测试点中选择一个。
在选择了所有的氧浓度的测试点的情况下(ST106：是)，SOI控制信息生成部56在ST108中生成如图6中例示的那样的中间SOI控制信息1200。中间SOI控制信息1200是表示处于在ST100中所选择的发动机转速和燃料喷射量的测试点使氧浓度的测试点变动时的最佳SOI的变动的信息。
中间SOI控制信息1200可以是氧浓度的测试点与最佳SOI一对一地对应的信息，也可以是表达对应于氧浓度的测试点的变动的最佳SOI的变动的函数的信息。
在ST110中，SOI控制信息生成部56判断是否已经选择了在ST100中能够取的所有的组的测试点。
在剩余有未选择的组的测试点的情况下(ST110：否)，SOI控制信息生成部56返回ST100，从剩余的组的测试点中选择一个。
在选择了所有的组的测试点的情况下(ST110：是)，SOI控制信息生成部56在ST112中，基于在ST108中生成的多个中间SOI控制信息1200，生成如后述的图7或图8所示的SOI控制信息120，并结束本处理。
通过以上的处理，生成以下的图7或图8所示的SOI控制信息120。
图7是表示SOI控制信息120的一个例子的图。
图7的SOI控制信息120A是相对于作为燃料喷射量、发动机转速及氧浓度的组的多个测试点分别对应有多个最佳SOI的3维映射信息。
SOI控制信息生成部56通过对燃料喷射量和发动机转速的各个组将对应于该组的图6的中间SOI控制信息1200对应起来，来生成SOI控制信息120A。
ECU62能够通过参照该SOI控制信息120A，针对如下的一个组确定一个最佳SOI，即，该一个组是基于从各种传感器收集的信息确定的燃料喷射量和发动机转速、以及基于从进气氧浓度传感器204收集的信息判断出的氧浓度的组。
图8是表示SOI控制信息120的变形例的图。
如以下的式(5)和图8的各系数映射1401、1402及1403所示，SOI控制信息120B是用于针对燃料喷射量、发动机转速和氧浓度的组计算出一个最佳SOI值的逻辑信息(近似式的信息)。
SOIopt＝K1(ΨO2-K2)2+K3 (5)
在式(5)中，“SOIopt”是最佳SOI值，“ΨO2”是氧浓度，“K1”、“K2”和“K3”分别是系数K1映射1401、系数K2映射1402、系数K3映射1403所示的根据发动机转速和燃料喷射量确定的系数。
SOI控制信息生成部56通过如下方法生成SOI控制信息120B：即，以使式(5)与图6的中间SOI控制信息1200的函数近似的方式，对燃料喷射量和发动机转速的各个组，将系数K1映射1401、系数K2映射1402以及系数K3映射1403对应起来。
ECU62参照系数K1映射1401、系数K2映射1402以及系数K3映射1403，确定针对基于从各种传感器收集的信息确定的燃料喷射量和发动机转速的组的、系数K1、系数K2以及系数K3。
接着，ECU62将基于从进气氧浓度传感器204收集的信息判断出的氧浓度代入到式(5)的“ΨO2”中，并且，将上述确定的系数K1、系数K2和系数K3分别代入到式(5)的“K1”、“K2”、“K3”中，从而计算出SOIopt(最佳SOI)。
通过以上的处理，ECU62能够针对如下的一个组确定一个最佳SOI，即，该一个组是基于从各种传感器收集的信息确定的燃料喷射量和发动机转速、以及基于从进气氧浓度传感器204收集的信息判断出的氧浓度的组。
图7的SOI控制信息120A与图8的SOI控制信息120B相比，具有最佳SOI的精度高的优点。另外，图8的SOI控制信息120B与图7的SOI控制信息120A相比，具有数据量少的优点。
该SOI控制信息120在ECU62控制燃料喷射时使用。接下来，对该ECU62进行说明。
图9是表示ECU62的结构例的图。
ECU62包括控制部64和存储部66。控制部64例如是LSI。存储部66例如是非易失性的存储器装置。
存储部66保存在SOI控制信息生成装置50中生成的SOI控制信息120。
控制部64包括最佳燃料喷射定时确定部(称为“最佳SOI确定部”)68。最佳SOI确定部68基于从各种传感器收集的信息来确定发动机转速及燃料喷射量。另外，最佳SOI确定部68基于从进气氧浓度传感器204收集的信息来识别氧浓度。
接着，最佳SOI确定部68根据存储部66内的SOI控制信息120，针对所确定的发动机转速和燃料喷射量、以及所识别的氧浓度，确定最佳的SOI。
接着，最佳SOI确定部68以用所确定的最佳SOI来喷射燃料的方式控制喷射器4。由此，以使得NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化这两者都被适当地抑制的方式，喷射燃料。
无论是使用图7的SOI控制信息120A还是使用图8的SOI控制信息120B，最佳SOI决定部68都能够确定使得NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化都被适当地抑制的最佳的SOI。
根据本实施方式生成的SOI控制信息120在任意的行驶状态下都能够适用，但在加速或减速等速度变化大的过度状态时更有效。以下，参照图10对其理由进行说明。
图10是用于说明过渡状态时的SOI控制的图。
在以恒速行驶等速度变化小的稳定状态时，ECU62以使气缸3内的氧浓度成为设定在基础目标值1504附近的氧浓度目标值1506的方式，控制EGR阀17和SOI。基础目标值1504是实现稳定时的理论空燃比的氧浓度。
在过渡状态时，ECU62强制关闭EGR阀17以提高气缸3内的氧浓度。这是因为在过渡状态时，存在气缸3内的氧浓度因相对于燃料喷射量的增加响应的进气量的增加响应的延迟等而下降的趋势，因此如果不关闭EGR阀17，则会由于不完全燃烧而产生烟尘等。图10的烟度极限(SmokeLimit)1502表示其极限值，为了防止烟尘等的产生，需要将气缸3内的氧浓度控制为高于烟度极限1502。
但是，如上述那样关闭EGR阀17时，气缸3内的燃烧温度上升，因此NOx排放量增加。为了抑制气缸3内的燃烧温度的上升，只要使SOI滞后即可，但如上述图3所说明的那样，使SOI滞后时，燃料消耗率恶化。
即，在以往，不清楚使SOI滞后多少才能够适当地抑制NOx排放量的增加和燃料消耗率的恶化这两者，但是通过使用本实施方式的SOI控制信息120，能够适当地抑制这两者。
另外，ECU64也可以是仅在检测到过渡状态的情况下基于SOI控制信息120来决定SOI，并在检测到稳定状态的情况下通过已知的方法来决定SOI。
(注解)
上述实施方式仅示出了实施本发明时的一个具体例子，不应解释为这些实施方式限制本发明的技术范围。即，本发明能够在不脱离其主旨或其主要特征的情况下以各种形式实施。
本申请基于2016年12月5日提出的日本专利申请(特愿2016-235921号)，在此引用其内容作为参考。
工业实用性
本发明能够用于车辆的燃料控制。
附图标记说明
2 发动机
3 气缸
4 喷射器
50 燃料喷射控制信息生成装置
52 控制部
54 存储部
56 燃料喷射控制信息生成部
62 ECU
64 控制部
66 存储部
68 最佳燃料喷射定时确定部
100 测试点信息
120，120A，120B 燃料喷射控制信息
204 进气氧浓度传感器
1200 中间燃料喷射控制信息
1401 系数K1映射
1402 系数K2映射
1403 系数K3映射

Claims (3)

1.一种燃料喷射控制信息生成装置，其特征在于，包括：
测试点信息存储部，其保存包含由发动机转速、燃料喷射量和氧浓度的组构成的多个测试点的测试点信息；以及
控制信息生成部，其生成燃料喷射控制信息，该燃料喷射控制信息对于所述测试点信息中所包含的各个测试点，将测试点的发动机转速、燃料喷射量和氧浓度与使该测试点的关于燃料消耗率与NOx排放量的总和的指标成为最小的最佳燃料喷射定时关联起来，
所述燃料喷射控制信息是相对于所述多个测试点的每一个对应有所述最佳燃料喷射定时的映射信息，
所述最佳燃料喷射定时是根据满足下式的变量SOIact来计算的，
Figure FDA0003676616030000011
上式中，SOIact是最佳SOI值，NOx是NOx排放的模型式，FC是所述燃料消耗率的模型式，C是规定的系数。
2.一种控制装置，其特征在于，包括：
控制信息存储部，其保存由权利要求1所述的燃料喷射控制信息生成装置生成的所述燃料喷射控制信息；以及
控制部，其基于所述燃料喷射控制信息，控制内燃机的燃料喷射定时。
3.如权利要求2所述的控制装置，其中，
所述控制部仅在所述内燃机的运转状态为过渡状态的情况下，基于所述燃料喷射控制信息，控制内燃机的燃料喷射定时。
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