JP2021148073A - 噴射条件生成装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスの量と燃料消費率を効率的に改善する噴射条件生成装置および車両を提供する。【解決手段】車両のエンジン８において燃料を噴射する噴射条件に含まれる行動値を変更する行動変更部４と、行動変更部４で変更された噴射条件で燃料を噴射した場合の排気ガスの量および燃料消費率をそれぞれ算出し、算出された排気ガスの量および燃料消費率に対して報酬を決定する報酬算出部３とを備え、行動変更部４は、報酬算出部３で算出される報酬が最大化するように行動値を順次変更し、行動変更部４で行動値を変更した複数の噴射条件を、報酬算出部３で算出された報酬と関連付けて複合化した複合噴射条件を生成する複合条件生成部５をさらに有する。【選択図】図１

Description

本開示は、噴射条件生成装置および車両に関する。

従来から、車両のエンジンに燃料を噴射するための噴射条件が予め設定され、その噴射条件に基づいてエンジンにおける燃料の噴射が制御されている。例えば、噴射条件は、排気ガスの量および燃料消費率を抑制するように算出される。しかしながら、エンジンに燃料を噴射するインジェクタの劣化などにより噴射特性が変化し、排気ガスの量および燃料消費率を所望の値に制御できないおそれがあった。

そこで、排気ガスの量を制御する技術として、特許文献１には、内燃機関の出力の制御性を高く維持する燃料噴射制御装置が開示されている。この燃料噴射制御装置は、排気中の酸素濃度の検出値と予測値との差に基づいて燃料噴射弁の噴射特性のずれ量を学習し、そのずれ量に基づいて燃料噴射弁の操作量を補正することで排気ガスの量を制御する。

特開２００７−２７８１６８号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、排気ガスの量が増加する要因を部分的に補正するものであり、排気ガスの量を効率的に改善することが困難であった。

本開示は、排気ガスの量と燃料消費率を効率的に改善する噴射条件生成装置および車両を提供することを目的とする。

本開示に係る噴射条件生成装置は、車両のエンジンにおいて燃料を噴射する噴射条件に含まれる行動値を変更する行動変更部と、行動変更部で変更された噴射条件で燃料を噴射した場合の排気ガスの量および燃料消費率をそれぞれ算出し、算出された排気ガスの量および燃料消費率に対して報酬を決定する報酬算出部とを備え、行動変更部は、報酬算出部で算出される報酬が最大化するように行動値を順次変更し、行動変更部で行動値を変更した複数の噴射条件を、報酬算出部で算出された報酬と関連付けて複合化した複合噴射条件を生成する複合条件生成部をさらに有するものである。

本開示によれば、排気ガスの量と燃料消費率を効率的に改善することが可能となる。

本開示の実施の形態１に係る噴射条件生成装置の構成を示すブロック図である。 噴射条件生成装置で生成された複合噴射条件に基づいて噴射を制御する車両の構成を示すブロック図である。 報酬算出部で算出されるスモーク量および燃料消費率を示すグラフである。 実施の形態２に係る車両の構成を示すブロック図である。

以下、本開示に係る実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に、本開示の実施の形態１に係る噴射条件生成装置の構成を示す。噴射条件生成装置は、車両のエンジンに設定される噴射条件を予め強化学習で生成するもので、初期条件入力部１と、エージェント２と、報酬算出部３とを有する。

初期条件入力部１は、車両のエンジンにおいてインジェクタから多段噴射で燃料を噴射する噴射条件の状態変化値をエージェント２に入力する。多段噴射としては、例えば、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフター噴射およびポスト噴射の５回に分けて燃料を噴射するものが挙げられる。

ここで、噴射条件は、エンジンにおいて燃料の噴射を制御するためのもので、例えば、噴射量、噴射時期、噴射圧力および噴射回数などの噴射の行動値、すなわちパラメータを含むものである。なお、噴射量は、１回の噴射で燃料を噴射する量を示す。また、噴射時期は、多段噴射における５回の噴射の相対的な時期、すなわち噴射の間隔を示す。また、噴射圧力は、燃料を噴射する圧力を示す。また、噴射回数は、多段噴射において噴射する回数を示す。
また、噴射条件の状態変化値は、インジェクタの経時劣化などの状態変化に伴って、噴射条件に対して実際の行動値が変化する値を推測したものである。

また、初期条件入力部１は、スモーク量および燃料消費率に影響する他の条件の状態変化値もエージェント２に入力する。他の条件としては、例えば、吸気条件および環境条件などが挙げられる。吸気条件は、エンジンが吸気する条件であり、例えば、吸気量および吸気圧力などが挙げられる。また、環境条件は、エンジンの外部環境の状態を示すもので、例えば、周辺の温度および湿度などが挙げられる。ここで、吸気条件の状態変化値は、エンジンの経時劣化などの状態変化に伴って吸気条件が変化する値を推測したものである。また、環境条件の状態変化値は、エンジンの環境条件が変化する値を推測したものである。

エージェント２は、エンジンの状態変化に対応する噴射条件を強化学習により学習するもので、行動変更部４と、複合条件生成部５とを有する。行動変更部４は、複合条件生成部５に接続されている。また、行動変更部４は、初期条件入力部１および報酬算出部３にそれぞれ接続されている。

行動変更部４は、初期条件入力部１から入力される噴射条件の状態変化値に基づいて、予め設定された基準の噴射条件に含まれる行動値を変更する。基準の噴射条件としては、例えば、インジェクタをキャリブレーションしたときに設定される噴射条件、車両に搭載前のインジェクタに対して設定される噴射条件などが挙げられる。続いて、行動変更部４は、報酬算出部３で算出される報酬が最大化するように噴射条件の行動値を順次変更する。

複合条件生成部５は、行動変更部４で噴射条件の行動値が変更された複数の噴射条件を、報酬算出部３で算出された報酬と関連付けて複合化した複合噴射条件を生成する。複合条件生成部５は、例えば、複数の噴射条件をニューラルネットワークなどで報酬に応じて複合化することで複合噴射条件を生成することができる。

報酬算出部３は、初期条件入力部１から入力された吸気条件の状態変化値および環境条件の状態変化値の下、行動変更部４で変更された噴射条件でインジェクタから燃料を噴射したときのスモーク量および燃料消費率をそれぞれ算出する。このとき、報酬算出部３は、噴射条件、吸気条件および環境条件をスモーク量および燃料消費率に関連付ける関連式が予め設定されており、この関連式に基づいてスモーク量および燃料消費率を算出する。

そして、報酬算出部３は、算出されたスモーク量および燃料消費率に対して報酬を決定する。例えば、報酬算出部３は、スモーク量が少ないほどプラスの報酬が増加するように決定し、燃料消費率が増加するほどマイナスの報酬が増加、すなわち報酬が低下するように決定することができる。

次に、噴射条件生成装置の複合条件生成部５で生成された複合噴射条件を搭載した車両の構成について説明する。

図２に示すように、車両は、状態検出部６と、噴射制御部７と、エンジン８とを有する。また、状態検出部６は、噴射状態検出部６ａと、吸気状態検出部６ｂと、環境状態検出部６ｃとを有する。噴射状態検出部６ａ、吸気状態検出部６ｂおよび環境状態検出部６ｃが、それぞれ噴射制御部７に接続され、この噴射制御部７がエンジン８に接続されている。

状態検出部６は、スモーク量および燃料消費率に変化を与えるエンジン８の状態量を検出するものである。
噴射状態検出部６ａは、エンジン８に設けられたインジェクタからの燃料の多段噴射の状態量を検出するもので、例えば、噴射量、噴射時期、噴射圧力および噴射回数などが検出される。

吸気状態検出部６ｂは、エンジン８の吸気の状態量を検出するもので、例えば、吸気量および吸気圧力などが検出される。
環境状態検出部６ｃは、エンジン８の外部環境の状態量を検出するもので、例えば、周辺の温度および湿度などが検出される。

エンジン８は、図示しないインジェクタから多段噴射で燃料を噴射し、この燃料を燃焼させることにより車両を駆動させるものである。この燃料の燃焼により排気ガスが生じることになる。エンジン８としては、例えば、ディーゼルエンジンなどが挙げられる。

噴射制御部７は、噴射条件生成装置の複合条件生成部５で生成された複合噴射条件が保存されており、この複合噴射条件に基づいて、状態検出部６で検出されたエンジン８の状態量に応じた噴射条件を算出する。そして、噴射制御部７は、算出された噴射条件に基づいてエンジン８の燃料の噴射を制御する。

なお、エージェント２、報酬算出部３および噴射制御部７の機能は、コンピュータプログラムにより実現させることもできる。例えば、コンピュータの読取装置が、エージェント２、報酬算出部３および噴射制御部７の機能を実現するためのプログラムを記録した記録媒体からそのプログラムを読み取り、記憶装置に記憶させる。そして、ＣＰＵが、記憶装置に記憶されたプログラムをＲＡＭにコピーし、そのプログラムに含まれる命令をＲＡＭから順次読み出して実行することにより、エージェント２、報酬算出部３および噴射制御部７の機能を実現することができる。

次に、本実施の形態の動作について説明する。

まず、図１に示すように、初期条件入力部１からエージェント２の行動変更部４に、エンジン８の噴射条件、吸気条件および環境条件の状態変化値がそれぞれ入力される。

そして、行動変更部４が、初期条件入力部１から入力された噴射条件の状態変化値に基づいて、予め設定された基準の噴射条件に含まれる行動値を変更する。ここで、行動変更部４は、基準の噴射条件の行動値のうち、状態変化値に応じて、例えば噴射量を所定値だけ変更するものとする。行動変更部４は、噴射量を変更した噴射条件を、吸気条件の状態変化値および環境条件の状態変化値と共に報酬算出部３に出力する。

続いて、報酬算出部３が、予め設定された関連式に基づいて、行動変更部４から出力された噴射条件、吸気条件の状態変化値および環境条件の状態変化値からエンジン８のスモーク量および燃料消費率をそれぞれ算出する。そして、報酬算出部３は、算出されたスモーク量および燃料消費率に対して報酬を決定する。例えば、報酬算出部３は、スモーク量が少ないほどプラスの報酬が増加するように報酬を決定し、燃料消費率が増加するほどマイナスの報酬が増加するように報酬を決定することができる。報酬算出部３は、決定した報酬を行動変更部４に出力する。

報酬算出部３で決定された報酬が行動変更部４に入力されると、行動変更部４は、噴射条件において噴射量の変更は維持、すなわち状態変化値に応じた変更は維持しつつその他の行動値を変更する。例えば、行動変更部４は、噴射時期、噴射圧力および噴射回数などの他の行動値のうち、噴射時期を変更するものとする。そして、行動変更部４は、噴射量の変更を維持しつつ噴射時期をさらに変更した噴射条件を報酬算出部３に再度出力する。
報酬算出部３は、同様にして、予め設定された関連式に基づいて、行動変更部４で噴射時期を変更された噴射条件のスモーク量および燃料消費率を算出し、そのスモーク量および燃料消費率に対する報酬を決定する。決定された報酬は、報酬算出部３から行動変更部４に出力される。

このようにして、行動変更部４は、報酬算出部３で算出される報酬が最大化するように、状態変化値に応じた変更を維持しつつ他の行動値を順次変更する。
同様にして、行動変更部４は、噴射量だけでなく、初期条件入力部１から入力された噴射条件の状態変化値に基づいて、噴射時期、噴射圧力および噴射回数などの行動値も変更し、これらの行動値についても報酬が最大化するように他の行動値を順次変更する。

このとき、報酬算出部３は、スモーク量の変化率をスモーク量として算出すると共に、燃料消費率の変化率を燃料消費率として算出することが好ましい。ここで、スモーク量の変化率は、例えば、前回算出したスモーク量に対して今回算出したスモーク量が変化した割合、または、基準の噴射条件のスモーク量に対して変化した割合などから求めることができる。同様に、燃料消費率の変化率は、例えば、前回算出した燃料消費率に対して今回算出した燃料消費率が変化した割合、または、基準の噴射条件の燃料消費率に対して変化した割合などから求めることができる。
このように、報酬算出部３は、スモーク量の変化率および燃料消費率の変化率を算出することにより、スモーク量および燃料消費率の値とその変化の方向性とを一度に把握することができ、行動変更部４において効率的に報酬を最大化することができる。

また、報酬算出部３は、図３に示すように、スモーク量の目標値Ｔを予め設定し、スモーク量を目標値Ｔ以下に維持しつつ燃料消費率を低下させるように報酬に重み付けすることが好ましい。

例えば、報酬算出部３は、目標値Ｔを超えるスモーク量Ｓ１が算出される場合には、燃料消費率の報酬と比べて、マイナスの報酬が大きく増加するように報酬を決定することが好ましい。例えば、報酬算出部３は、目標値Ｔを超えるスモーク量Ｓ１が算出される場合には、最も大きな度合いでマイナスの報酬が増加するように報酬を決定することができる。
これにより、行動変更部４は、目標値Ｔ以下のスモーク量Ｓ２を維持するように行動値を変更することができる。なお、目標値Ｔは、例えば、スモーク量の規制値に基づいて設定することができる。

また、報酬算出部３は、目標値Ｔ以下のスモーク量Ｓ２が算出される場合には、燃料消費率の報酬と比べて、プラスの報酬が小さく増加するように報酬を決定することが好ましい。例えば、報酬算出部３は、目標値Ｔ以下のスモーク量Ｓ２が算出される場合には、最も小さな度合いでプラスの報酬が増加するように報酬を決定することができる。
これにより、行動変更部４は、目標値Ｔ以下のスモーク量Ｓ２を維持しつつ燃料消費率を大きく低下するように行動値を変更することができる。

このようにして、行動変更部４は、報酬を最大化するように学習した複数の噴射条件を得ることができる。そして、行動変更部４は、行動値を変更した全ての噴射条件をその報酬と対応付けて複合条件生成部５に出力する。

続いて、複合条件生成部５は、行動変更部４で行動値が変更された全ての噴射条件をその報酬に応じてニューラルネットワークで複合化した複合噴射条件を生成する。

このように、複合条件生成部５が、行動変更部４で行動値を順次変更した複数の噴射条件を、報酬算出部３で算出された報酬と関連付けて複合化した複合噴射条件を生成する。このため、噴射状態などが変化した場合でも、複合噴射条件に基づいてスモーク量および燃料消費率を効率的に改善することができる。
また、複合条件生成部５は、噴射条件と報酬をニューラルネットワークで複合化するため、噴射条件と報酬を高精度に対応付けることができる。

続いて、図２に示すように、複合条件生成部５で生成された複合噴射条件が噴射制御部７に保存され、噴射制御部７が、複合噴射条件に基づいてエンジン８を制御することにより車両が走行される。このとき、エンジン８の状態、例えばインジェクタの状態が劣化などにより変化すると、そのときの状態量が状態検出部６で検出される。そして、状態検出部６で検出された状態量が噴射制御部７に入力される。

噴射制御部７は、複合条件生成部５で生成された複合噴射条件に基づいて、状態検出部６で検出された状態量に応じた最適な噴射条件、すなわち報酬が最大化するような噴射条件を算出する。そして、噴射制御部７は、最適な噴射条件に基づいてエンジン８の燃料の噴射を制御する。

このように、噴射制御部７は、複合条件生成部５で生成された複合噴射条件に基づいてエンジン８を制御するため、エンジン８の状態が変化した場合でもスモーク量および燃料消費率を効率的に改善することができる。これにより、例えば、スモーク排出の劣化および製品ばらつきなどに対するロバスト性を向上することができ、キャリブレーションの工数を低減することもできる。
このとき、複合噴射条件はエンジン８の様々な状態変化に対応するように強化学習されているため、噴射制御部７は、エンジン８の幅広い状態変化に対応してスモーク量および燃料消費率を改善することができる。

また、一般的に、多段噴射は、複雑な制御工程を有するため、エンジン８の状態変化に応じて最適な噴射条件を選択することは困難となる。そこで、噴射制御部７は、強化学習で得られた複合噴射条件に基づいて噴射条件を選択することで、エンジン８の状態変化に対して速やかに対応することができる。

また、噴射制御部７は、予め生成された複合噴射条件に基づいてエンジン８を制御するため、エンジン８を制御しつつ状態変化を学習するものと比較して、制御システムを簡単化することができ、エンジン８を速やかに制御することができる。

本実施の形態によれば、複合条件生成部５が、行動変更部４で行動値を順次変更した複数の噴射条件を、報酬算出部３で算出された報酬と関連付けて複合化した複合噴射条件を生成するため、スモーク量および燃料消費率を効率的に改善することができる。

（実施の形態２）
以下、本開示の実施の形態２について説明する。ここでは、上記の実施の形態１との相違点を中心に説明し、上記の実施の形態１との共通点については、共通の参照符号を使用して、その詳細な説明を省略する。

上記の実施の形態１において、噴射制御部７は、エンジン８を制御しつつエンジン８の噴射条件を強化学習により学習することもできる。

例えば、図４に示すように、実施の形態１の噴射制御部７に換えて噴射制御部２１を配置すると共に、状態取得部２２を新たに配置することができる。

噴射制御部２１は、状態検出部６に接続された行動変更部２３を有し、この行動変更部２３が制御部本体２４を介してエンジン８に接続されている。また、行動変更部２３は、報酬算出部２５に接続されており、この報酬算出部２５に状態取得部２２が接続されている。

行動変更部２３は、状態検出部６で検出される状態量に基づいて、複合条件生成部５で生成された複合噴射条件に含まれる行動値を変更する。続いて、行動変更部２３は、報酬算出部２５で算出される報酬が最大化するように噴射条件の行動値を順次変更する。

制御部本体２４は、行動変更部２３で行動値が変更された噴射条件に基づいてエンジン８の燃料の噴射を制御する。

報酬算出部２５は、状態取得部２２で取得されるスモーク量および燃料消費率に基づいて報酬を算出する。例えば、報酬算出部２５は、スモーク量が少ないほどプラスの報酬が増加するように報酬を算出し、燃料消費率が増加するほどマイナスの報酬が増加するように報酬を算出することができる。

状態取得部２２は、エンジン８の駆動に伴うスモーク量および燃料消費率を取得するものである。状態取得部２２は、例えば、スモークセンサおよびバーチャルセンサを配置し、その検出値に基づいてスモーク量を取得することができる。ここで、バーチャルセンサは、例えば、スモークを発生させる要因を複数のセンサで検出し、その複数のセンサの検出値に基づいてスモーク量を換算するものである。また、状態取得部２２は、例えば、エンジン８の制御情報に基づいて燃料消費率を取得することができる。

このような構成により、状態検出部６で検出されるエンジン８の状態量が所定値以上に変化すると、行動変更部２３が、状態検出部６で検出される状態量に基づいて、複合条件生成部５で生成された複合噴射条件に含まれる行動値を変更する。続いて、行動変更部２３は、状態変化に伴う行動値の変更は維持しつつその他の行動値を順次変更する。
そして、制御部本体２４が、行動変更部２３で順次変更される噴射条件に基づいてエンジン８を制御する。このとき、状態取得部２２が、エンジン８の駆動に伴うスモーク量および燃料消費率を順次取得する。

状態取得部２２で取得されたスモーク量および燃料消費率は、報酬算出部２５に出力される。報酬算出部２５は、状態取得部２２で取得されるスモーク量および燃料消費率に基づいて、行動変更部２３で変更された噴射条件の報酬を順次算出する。そして、報酬算出部２５は、算出した報酬を行動変更部２３に出力する。
これにより、行動変更部２３は、報酬算出部２５で算出される報酬が最大化するように噴射条件の行動値を順次変更することができ、その噴射条件に基づいて制御部本体２４がエンジン８を制御する。

このように、行動変更部２３が、報酬算出部２５で算出される報酬が最大化するように噴射条件の行動値を変更するため、エンジン８の状態量の変化に応じて適切な噴射条件を算出することができ、スモーク量および燃料消費率を高精度に改善することができる。

本実施の形態によれば、行動変更部２３が、報酬算出部２５で算出される報酬が最大化するように噴射条件の行動値を変更するため、エンジン８の状態量の変化に応じてスモーク量および燃料消費率を高精度に改善することができる。

なお、上記の実施の形態１および２では、報酬算出部は、スモーク量を算出したが、スモーク量に換えて排気ガスの量を算出してもよく、これに限られるものではない。

その他、上記の実施の形態は、何れも本発明の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、上記の実施の形態で説明した各部の形状や個数などについての開示はあくまで例示であり、適宜変更して実施することができる。

本開示に係る噴射条件生成装置は、エンジンにおいて燃料を噴射する噴射条件を生成する装置に利用できる。

１ 初期条件入力部
２ エージェント
３，２５ 報酬算出部
４，２３ 行動変更部
５ 複合条件生成部
６ 状態検出部
６ａ 噴射状態検出部
６ｂ 吸気状態検出部
６ｃ 環境状態検出部
７，２１ 噴射制御部
８ エンジン
２２ 状態取得部
２４ 制御部本体
Ｔ 目標値
Ｓ１，Ｓ２ スモーク量

Claims (7)

1. 車両のエンジンにおいて燃料を噴射する噴射条件に含まれる行動値を変更する行動変更部と、
   前記行動変更部で変更された噴射条件で燃料を噴射した場合の排気ガスの量および燃料消費率をそれぞれ算出し、算出された前記排気ガスの量および前記燃料消費率に対して報酬を決定する報酬算出部と
   を備え、
   前記行動変更部は、前記報酬算出部で算出される前記報酬が最大化するように前記行動値を順次変更し、
   前記行動変更部で前記行動値を変更した複数の噴射条件を、前記報酬算出部で算出された前記報酬と関連付けて複合化した複合噴射条件を生成する複合条件生成部をさらに有する噴射条件生成装置。
2. 前記報酬算出部は、排気ガスの量の変化率を前記排気ガスの量として算出すると共に燃料消費率の変化率を前記燃料消費率として算出する請求項１に記載の噴射条件生成装置。
3. 前記報酬算出部は、前記排気ガスの量が少ないほどプラスの報酬が増加するように決定し、前記燃料消費率が増加するほどマイナスの報酬が増加するように決定する請求項１または２に記載の噴射条件生成装置。
4. 前記報酬算出部は、前記排気ガスの量が予め設定された目標値を超える場合には、前記燃料消費率の報酬と比べて、マイナスの報酬が大きく増加するように報酬を決定する請求項１〜３のいずれか一項に記載の噴射条件生成装置。
5. 前記行動変更部は、燃料の噴射量、噴射時期、噴射圧力および噴射回数を前記行動値として変更する請求項１〜４のいずれか一項に記載の噴射条件生成装置。
6. 車両を駆動するエンジンと、
   排気ガスの量および燃料消費率に変化を与える前記エンジンの状態量を検出する状態検出部と、
   請求項１〜５のいずれかに記載の噴射条件生成装置で生成された前記複合噴射条件に基づいて、前記状態検出部で検出された前記エンジンの状態量に応じた噴射条件を算出し、算出された噴射条件に基づいて前記エンジンの燃料の噴射を制御する噴射制御部とを備えた車両。
7. 前記エンジンの駆動に伴う前記排気ガスの量および前記燃料消費率を取得する状態取得部をさらに有し、
   前記噴射制御部は、
   前記状態検出部で検出される前記エンジンの状態量に基づいて、噴射条件に含まれる行動値を変更する行動変更部と、
   前記行動変更部で変更された噴射条件に基づいて前記エンジンの燃料の噴射を制御する制御部本体と、
   前記状態取得部で取得された前記排気ガスの量および前記燃料消費率に基づいて報酬を算出する報酬算出部とを有し、
   前記行動変更部は、前記報酬算出部で算出される前記報酬が最大化するように前記行動値を順次変更する請求項６に記載の車両。

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