JP4218600B2

JP4218600B2 - 自動適合装置

Info

Publication number: JP4218600B2
Application number: JP2004184800A
Authority: JP
Inventors: 雄介野▲崎▼; 隆雄福間; 一男田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: JP2006009615A

Description

本発明は自動適合装置に関する。

従来より新しい内燃機関を開発するときには最適な機関の出力値を得ることのできる機関運転制御用パラメータの値を探索する作業、即ち適合作業が行われる。この適合作業では、燃料噴射時期やコモンレール圧のようなパラメータの各値を経験に基づいて少しずつ変化させることにより長い時間をかけて最適な機関の出力値、例えば最適な排気エミッション量を得ることのできるパラメータの適合値が探索される。これは新しい車両を開発するときについても同様である。

しかしながらこのように経験に基づいてパラメータの適合値を探索するといってもパラメータの数が多くなると最適な各パラメータの適合値を見い出すことが困難となり、しかもパラメータの適合値を見い出すためには長い時間を要するために開発に時間を要するばかりでなく、多大の労力を必要とするという問題がある。

そこでパラメータの適合作業を自動的に行うようにした自動適合装置が既に提案されている（特許文献１参照）。この自動適合装置では、出力値を適合目標値とするためのパラメータの操作順序と操作方向とが各出力値に対して夫々予め定められており、この操作順序および操作方向に従いパラメータを一つずつ順次操作してパラメータの適合値が一つずつ順次決定される。
特開２００４−１２４９３５号公報

しかしながらこのようにパラメータを一つずつ順次操作してパラメータの適合値を探索するようにした場合には全てのパラメータの適合値の探索が完了するまで長い時間を要するという問題がある。
本発明は、燃費の向上を優先して適合を行う機関運転状態がある場合を考慮して短い時間で適合を完了しうるようにした自動適合装置を提供することにある。

本発明によれば上記目的を達成するために、複数の出力値に対して夫々適合目標値が定められており、適合目標値に対する出力値の割合を表す評価関数の値が各出力値について求められ、評価関数の値と出力値悪化の適合度との関係を示すファジィ推論の前件部関数が予め設定されていて、燃費最優先でない機関運転状態のときには燃費最優先でない場合の後件部関数から出力値が適合目標値を満たすパラメータの値が探索されると共に燃費最優先である機関運転状態のときには燃費最優先の場合の後件部関数から出力値が適合目標値を満たすパラメータの値が探索され、後件部関数では、燃費最優先でない機関運転状態の場合でも燃費最優先の機関運転状態の場合でも適合度が予め定められた第１の閾値を越えて出力値が悪化したときには出力値が適合目標値に近ずくようにパラメータの値の適合修正量が設定されており、適合度が該第１の閾値よりも小さい予め定められた第２の閾値よりも小さいときには燃費最優先でない機関運転状態であればパラメータの値の適合修正量は零とされ、燃費最優先である機関運転状態では出力値を増大させつつ燃費を向上させるようにパラメータの値の適合修正量が設定されている。

燃費を最優先とすべきときには燃費を最優先にしつつファジィ推論を用いることにより短い時間で適合作業を完了することができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の運転制御用パラメータを自動適合するための自動適合装置全体を示している。なお、この場合、内燃機関は火花点火式内燃機関であってもよい。

図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒３の燃焼室内に向けて燃料を噴射するための電気制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルド、６は排気ターボチャージャを夫々示す。吸気マニホルド４は排気ターボチャージャ６の吸気コンプレッサ６ａの出口部に連結され、吸気コンプレッサ６ａの入口部は吸気ダクト７を介してエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト７内にはステップモータのようなアクチュエータ９により駆動される吸気スロットル弁１０が配置される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ６の排気タービン６ｂの入口部に連結され、排気タービン６ｂの出口部は排気管１２に連結される。吸気マニホルド４と排気マニホルド５とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１３を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１３内にはステップモータのようなアクチュエータ１４により駆動されるＥＧＲ制御弁１５が配置されている。

一方、燃料噴射弁２は燃料供給管１６を介してコモンレール１７に連結される。このコモンレール１７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１８から燃料が供給され、コモンレール１７内に供給された燃料は各燃料供給管１６を介して燃料噴射弁２に供給される。コモンレール１７にはコモンレール１７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ１９が取付けられ、燃料圧センサ１９の出力信号に基づいてコモンレール１７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ１８の吐出量が制御される。

内燃機関の運転を制御するための電子制御装置２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、および入出力ポート２５を具備する。入出力ポート２５には燃料圧センサ１９等の種々のセンサの出力信号が夫々対応するＡＤ変換器２６を介して入力される。また、アクセルペダル２８にはアクセルペダル２８の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２９が接続され、この負荷センサ２９の出力信号が対応するＡＤ変換器２６を介して入出力ポート２５に入力される。クランク角センサ３０は例えば機関が１５°クランク角回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入出力ポート２５に入力される。

一方、入出力ポート２５は対応する駆動回路２７を介して燃料噴射弁２、吸気スロットル弁用アクチュエータ９、ＥＧＲ制御弁用アクチュエータ１４および燃料ポンプ１８に接続される。また、排気タービン６ｂのディフェーザ部にはアクチュエータ３１によって駆動される多数のベーンノズル３２からなる可変ノズル機構が配置されており、入出力ポート２５は対応する駆動回路２７を介してアクチュエータ３１に接続される。

図１に示されるように適合作業を行うための電子制御ユニット４０が設けられており、内燃機関の出力軸は動力計４１に連結されている。この動力計４１は電子制御ユニット４０に接続されており、電子制御ユニット４０によって制御される。また、排気ガス中のＮＯ_x量、スモーク濃度、パティキュレート量、ＨＣ量、ＣＯ量等の排気成分の分析計４２と、内燃機関が発生する騒音振動を検出する騒音振動計４３とが設けられており、これら排気成分分析計４２および騒音振動計４３の出力信号は電子制御ユニット４０に入力される。また、電子制御ユニット４０と電子制御ユニット２０の入出力ポート２５とは双方向性バス４４を介して互いに接続されている。

次に本発明による自動適合方法について説明する。
本発明による自動適合方法では、複数の出力値に対して夫々適合目標値が定められており、各出力値が夫々対応する適合目標値を満たすようにファジィ推論を用いて複数の機関制御用パラメータが同時に操作され、それによって各パラメータの適合値が探索される。

本発明による実施例では複数の出力値としてエミッションおよび騒音振動又はそれらのうちの一部が採用されており、また、エミッションとしては排気ガス中のＮＯ_x量、スモーク濃度又はパティキュレート量、ＨＣ量、ＣＯ量の全て又はそれらのうちの一部が採用されている。また、適合目標値についてみると、本発明による実施例ではこれら出力値のうちＮＯ_x量、パティキュレート量、ＨＣ量、ＣＯ量の適合目標値はエミッションを評価するための走行モードで走行したときの積算値である総量目標値とされており、残りの出力値、即ち騒音振動、スモーク濃度の適合目標値は各適合運転状態における目標値とされている。また、総量目標値が定められているＮＯ_x量、パティキュレート量、ＨＣ量、ＣＯ量についても各適合運転状態における適合目標値が合わせて設定されている。

ここで各適合運転状態はマップ上の点として定められており、本発明による実施例では各適合運転状態は図２において黒丸で示されるように機関負荷Ｌと機関回転数Ｎの関数である。即ち、図２において黒丸で示される各適合運転状態に対して夫々各出力値の適合目標値が定められている。

一方、本発明による実施例では適合すべき機関制御用パラメータは、メイン噴射時期、コモンレール圧、吸気スロットル弁の開度、ＥＧＲ制御弁の開度、ターボチャージャの可変ノズルの開度、即ち過給圧の全て又はそれらのうちの一部である。これらの機関制御用パラメータは前述したように各出力値が夫々対応する適合目標値を満たすように操作される。もう少し具体的に言うと、出力値が適合目標値を超過すると出力値が減少するようにパラメータが操作される。

この場合、本発明による実施例では、出力値が適合目標値を超過したときに操作すべきパラメータの操作方向と出力値との関係、即ち適合ルールが図３に示されるように予め定められており、出力値が適合目標値を超過したとき、即ち出力値が悪化したときには図３に示す適合ルールに従って各パラメータ同時に操作される。なお、図はＮＯ_x、スモーク、ＨＣ、騒音振動を出力値とし、メイン噴射時期、コモンレール圧、吸気スロットル弁、ＥＧＲ制御弁、過給圧、即ちターボチャージャの可変ノズルの開度を機関運転制御用パラメータとした例を示している。また、図３は出力値のうちの一つが適合目標値を超過している場合を示しており、適合目標値を超過している出力値が出力値の悪化項目の欄に記載されている。

図３に示される適合ルールによれば、ＮＯ_xが悪化した場合にはメイン噴射時期が遅角され、コモンレール圧が減圧され、吸気スロットル弁が閉じる方向に駆動され、ＥＧＲ制御弁が開らく方向に駆動され、可変ノズルが閉じる方向に駆動されて過給圧が減圧され、スモークが悪化した場合にはコモンレール圧が増圧され、吸気スロットル弁が開らく方向に駆動され、ＥＧＲ制御弁が閉じる方向に駆動され、ＨＣが悪化した場合にはコモンレール圧が増圧され、吸気スロットル弁が開らく方向に駆動され、ＥＧＲ制御弁が閉じる方向に駆動され、騒音振動が悪化した場合にはメイン噴射時期が遅角され、コモンレール圧が減圧され、吸気スロットル弁が閉じる方向に駆動され、ＥＧＲ制御弁が開らく方向に駆動され、可変ノズルが閉じる方向に駆動されて過給圧が減圧される。

さて、本発明においては燃費が最優先とされる機関運転領域と燃費が最優先とされない機関運転領域とが予め定められている。具体的に言うと、本発明による実施例では図４に示されるように機関の運転領域が低速低負荷領域Ａと、低速中負荷および中高速低中負荷領域Ｂと、低速高負荷領域Ｃと、中高速高負荷領域Ｄとの４つの領域に分割されており、図５に示されるように領域Ａおよび領域Ｄにおいては燃費が最優先とされ、領域Ｂおよび領域Ｃにおいては燃費が最優先とはされない。

即ち、低速低負荷領域Ａでは特にアイドリング運転時における燃費の向上が重要課題である。一方、低速低負荷運転時には燃料噴射量が少ないのでスモーク濃度又はパティキュレート排出量が少なく、燃焼温度が低いためにＮＯ_xの発生量は少ない。即ち、低速低負荷運転時にはスモーク濃度やパティキュレート排出量、およびＮＯ_xの排出量はほとんど問題にならない。従って低速低負荷領域Ａでは燃費の向上が最優先とされる。

一方、低速中負荷および中高速低中負荷領域Ｂは通常運転時に最も頻繁に使用される領域である。従ってこの領域Ｂではエミッションの低減が最優先課題となり、燃費の向上は二の次ぎとなる。また、低速高負荷領域Ｃは主に加速運転の初期に表われ、この領域Ｃでは燃料噴射量が増大するために吸入空気量が不足しがちとなってスモークが発生しやすくなる。従ってこの領域Ｃではスモークの抑制が最優先課題であり、燃費の向上は二の次ぎとなる。従って領域Ｂおよび領域Ｃでは燃費は最優先とされない。

一方、中高速高負荷領域Ｄは高出力が要求される領域であり、従ってこの領域Ｄでは多量の燃料を良好に燃焼させることが必要である。従ってこの領域Ｄでは燃費の向上が最優先とされる。

次に図３に示される適合ルールのファジィ化について説明する。適合ルールは前述したように「…した場合には…される」という構成になっており、この構成において「…した場合には」に当る前半は前件部と称され、「…される」に当る後半は後件部と称される。ファジィ推論においてはこれら前件部および後件部が夫々関数化され、前件部を関数化したものを前件部関数又はメンバーシップ関数と称しており、後件部を関数化したものを後件数関数と称している。

図６は本発明の実施例において用いられている前件部関数を示している。前件部関数の横軸は評価関数の値であり、まず初めにこの評価関数の値について説明する。本発明による実施例ではこの評価関数として各出力値の適合目標値に対する出力値の割合、即ち出力値／適合目標値が用いられており、ＮＯ_xについてはＮＯ_x量／ＮＯ_x量の適合目標値が評価関数とされ、スモークについてはスモーク濃度／スモーク濃度の適合目標値が評価関数とされ、ＨＣについてはＨＣ量／ＨＣの適合目標値が評価関数とされ、騒音振動については騒音振動の大きさ／騒音振動の適合目標値が評価関数とされる。図６の横軸はこれら出力値についての評価関数の値である。

評価関数の値は出力値が適合目標値を満たしているときには１．０よりも小さいか１．０に等しく、出力値が適合目標値を超過すると、即ち出力値が悪化すると評価関数の値は１．０よりも大きくなる。

一方、図６に示されるように前件部関数の縦軸は出力値悪化の適合度を表しており、図６からわかるように評価関数の値がＨ（＞１．０）のときに出力値悪化の適合度は１．０となる。即ち、評価関数の値がＨになったときがいわゆる出力値が悪化したときであるとすると、いわゆる出力値が悪化したときを出力値悪化の適合度が１．０であるとしている。前述したように評価関数の値が１．０を越えると出力値が悪化しはじめ、評価関数の値が大きくなるにつれて出力値の悪化が適合度１．０に向けて進行する。それが図６の縦軸を出力値悪化の適合度と称するゆえんである。

評価関数の値が１．０のときには出力値は悪化しておらず、従ってこのときには本来出力値悪化の適合度は零となるはずである。しかしながら本発明による実施例では燃費最優先の場合の適合作業のために評価関数の値が１．０のときの適合度μ₁を１．０に近い値とし、評価関数の値が１．０よりもかなり小さい値Ｌのときに出力値悪化の適合度が零となるようにしている。即ち、前件部関数は評価関数の値がＬからＨまで増大すると出力値悪化の適合度が零から１．０まで変化するように設定されている。また、燃費最優先の場合の適合作業のときに使用される評価関数の値ＴがＬと１．０の中間に設定されており、評価関数の値がＴのときの出力値悪化の適合度がμ_Lとされる。なお、以下適合度μ₁を第１の閾値と称し、適合度μ_Lを第２の閾値と称する。また、以下出力値悪化の適合度を単に適合度と称する。

図７は本発明の実施例において用いられている後件部関数の代表例を示している。後件部関数の横軸は図６に示される前件部関数の縦軸と同じ適合度であり、後件部関数の縦軸は各パラメータに対する適合修正量である。この適合修正量は、横軸より上側はコモンレール圧、吸気スロットル弁開度、ＥＧＲ制御弁開度、過給圧であれば増大側を、メイン噴射時期であれば遅角側を夫々示しており、横軸より下側はコモンレール圧、吸気スロットル弁開度、ＥＧＲ制御弁開度、過給圧であれば減少側を、メイン噴射時期であれば進角側を夫々示している。

ところで図７は後件部関数の代表例として燃費最優先でない場合のＮＯ_xに対する後件部関数を示しており、このＮＯ_xに対する後件部関数は図３に示されるＮＯ_xに対する適合ルールを関数化したものである。この適合ルールによると、ＮＯ_xが悪化した場合にはメイン噴射時期が遅角され、コモンレール圧が減圧され、吸気スロットル弁が閉じる方向に駆動され、ＥＧＲ制御弁が開らく方向に駆動され、可変ノズルが閉じる方向に駆動されて過給圧が減圧される。

ここでＮＯ_xが悪化した場合とは、ＮＯ_xに対する評価関数の値が１．０を越えたとき、即ち適合度が第１の閾値μ₁よりも大きくなったときである。従って図７において実線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで示されるように後件部関数は適合度が第１の閾値μ₁よりも大きな範囲において適合ルールに従った適合修正量が得られるように設定されている。なお、図７において実線Ａはメイン噴射時期についての後件部関数を示しており、実線Ｂはコモンレール圧についての後件部関数を示しており、実線Ｃは吸気スロットル弁開度についての後件部関数を示しており、実線ＤはＥＧＲ制御弁開度についての後件部関数を示しており、実線Ｅは過給圧についての後件部関数を示している。

図７からわかるように各後件部関数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは第１の閾値μ₁を原点として延びる直線からなり、従って各適合修正量は適合度が高くなるほど増大する。図７には、図６に示されるように評価関数の値がｋであり、適合度がμであるときの各パラメータの適合修正値、即ちメイン噴射時期の適合修正値ΔＱＩ、コモンレール圧の適合修正値ΔＰＣ、吸気スロットル弁開度の適合修正量ΔＴＡ、ＥＧＲ制御弁の適合修正量ΔＥθ、過給圧の適合修正量ΔＰＳが示されている。本発明による実施例では適合度が１．０のときの適合修正量を修正定数と称しており、この修正定数が図７においてａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示されている。

なお、適合修正量ΔＰＳは実際には排気タービンの可変ノズルの開度に対する適合修正量であるがΔＰＳは過給圧の適合修正量で表した方がわかりやすいので以下、ΔＰＳを過給圧の適合修正量で表すこととする。

後件部関数は各出力値に対して夫々別個に設定されており、ＮＯ_xの適合度に対する各パラメータの後件部関数が図８に、スモークの適合度に対する各パラメータの後件部関数が図９に、ＨＣの適合度に対する各パラメータの後件部関数が図１０に、騒音振動の適合度に対する各パラメータの後件部関数が図１１に夫々示されている。また、これら図８から図１１には燃費最優先でないときの後件部関数と燃費最優先のときの後件部関数とが示されている。

図８において燃費最優先でないときの後件部関数は図７に示される各後件部関数をパラメータ毎に分けて表しただけであって図７に示される後件部関数と同一であり、従って図８に示される後件部関数には図７において対応する後件部関数と同じ符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが付されている。図９から図１１に示される燃費最優先でないときの各後件部関数は夫々図３に示されるスモーク、ＨＣ、騒音振動に対する適合ルールを関数化したものであり、特に説明を要しないと思われる。

一方、燃費最優先のときの後件部関数は燃費最優先でないときの後件部関数と同じ場合もあるが異なっている場合もある。そこでまず初めに図８に示される燃費最優先のときの後件部関数について説明する。図８からわかるように適合度が第１の閾値μ₁よりも大きい領域では燃費最優先でないときの後件部関数と燃費最優先のときの後件部関数とは同じ形をしており、このことは図９から図１１に示される場合も同様である。これに対し、燃費最優先でないときの後件部関数と燃費最優先のときの後件部関数とが異なるのは適合度が第２の閾値μ_Lよりも小さいときである。

適合度が第２の閾値μ_Lのときの評価関数の値Ｔは図６からわかるように１．０よりもかなり小さく、従って適合度が第２の閾値μ_Lよりも低い領域は出力値が適合目標値に対して余裕がある領域である。言い換えるとこの領域は、出力値が多少増大しても出力値が依然として適合目標値を満たす領域である。従って本発明による実施例では燃費最優先のときに適合度が第２の閾値μ_Lよりも低い領域にある場合、出力値は増大するが燃費を向上しうるときには出力値が多少増大しても燃費を向上させるようにしている。

このことについて図８を参照しつつ説明する。図８に示されるように燃費最優先のときに適合度が第２の閾値μ_Lよりも低い領域では、各後件部関数は第１の閾値μ₁よりも大きい領域における後件部関数と平行に第２の閾値μ_Lから適合度の減少方向に延びている。即ち、燃費最優先のときに適合度が第２の閾値μ_Lよりも低い領域では、メイン噴射時期については適合修正量が進角方向とされ、コモンレール圧については適合修正量が増圧方向とされ、吸気スロットル弁については適合修正量が開らき方向とされ、ＥＧＲ制御弁については適合修正量が閉じ方向とされ、過給圧については適合修正量が増圧方向とされる。

即ち、メイン噴射時期が進角されると燃焼開始時期が早まるので燃焼圧および燃焼温が高くなってＮＯ_xが発生しやすくなるが熱効率が高まるために燃費は向上する。コモンレール圧が増圧されると燃料の微粒化がよくなるので燃焼圧および燃焼温が高くなってＮＯ_xが発生しやすくなるが熱効率が高まるために燃費は向上する。吸気スロットル弁の開度が増大し、ＥＧＲ制御弁の開度が減少すると吸入空気量が増大するために燃焼圧および燃焼温が高くなってＮＯ_xが発生しやすくなるが熱効率が高まるために燃費は向上する。過給圧が増圧されると燃焼圧および燃焼温が高くなってＮＯ_xが発生しやすくなるが熱効率が高まるために燃費は向上する。

図９および図１０に示される燃費最優先のときに適合度が第２の閾値μ_Lよりも低くなった場合、燃費を向上すべくコモンレール圧を増圧したり、或いは吸気スロットル弁の開度を増大させかつＥＧＲ制御弁の開度を減少させるとスモークおよびＨＣの発生量が更に低下するためにスモークおよびＨＣの適合度は更に小さくなる。しかしながらこのようにスモークおよびＨＣのみの適合度を極度に小さくさせると出力値全体について適合させるのが困難となる。従ってスモークおよびＨＣについては適合目標値に対して余裕があるときでも燃費を向上させるパラメータ操作は行わない。従って図９および図１０に示されるようにスモークおよびＨＣの適合度に対する後件部関数は燃費最優先でないときでも燃費最優先のときでも同じ後件部関数が使用される。

一方、図１１に示される騒音振動の適合度に対する後件部関数については図８に示されるＮＯ_xの適合度に対する後件部関数と同様に、燃費最優先のときに適合度が第２の閾値μ_Lよりも低い領域では、各後件部関数は第１の閾値μ₁よりも大きい領域における後件部関数と平行に第２の閾値μ_Lから適合度の減少方向に延びている。即ち、燃費最優先のときに適合度が第２の閾値μ_Lよりも低い領域では、メイン噴射時期については適合修正量が進角方向とされ、コモンレール圧については適合修正量が増圧方向とされ、吸気スロットル弁については適合修正量が開らき方向とされ、ＥＧＲ制御弁については適合修正量が閉じ方向とされ、過給圧については適合修正量が増圧方向とされる。

即ち、メイン噴射時期が進角されると燃焼開始時期が早まるので燃焼圧および燃焼温が高くなって騒音振動が発生しやすくなるが熱効率が高まるために燃費は向上する。コモンレール圧が増圧されると燃料の微粒化がよくなるので燃焼圧および燃焼温が高くなって騒音振動が発生しやすくなるが熱効率が高まるために燃費は向上する。吸気スロットル弁の開度が増大し、ＥＧＲ制御弁の開度が減少すると吸入空気量が増大するために燃焼圧および燃焼温が高くなって騒音振動が発生しやすくなるが熱効率が高まるために燃費は向上する。過給圧が増圧されると燃焼圧および燃焼温が高くなって騒音振動が発生しやすくなるが熱効率が高まるために燃費は向上する。

従って後件部関数について要約すると、燃費最優先でない場合の後件部関数は適合目標値に対し出力値に余裕があったとしても出力値を増大させつつ燃費を向上させる方向にパラメータの値が操作されないように設定されており、燃費最優先の場合の後件部関数は適合目標値に対し出力値が余裕があるときには出力値を増大させつつ燃費を向上させる方向にパラメータの値が操作されるように設定されていると言える。

より具体的に言うと、燃費最優先でない機関運転状態であるか燃費最優先の機関運転状態であるかにかかわらずに評価関数の値が予め定められた第１の閾値μ₁を越えて出力値が悪化したときには出力値が適合目標値に近ずくようにパラメータの値の適合修正量が設定されており、評価関数の値が第２の閾値μ_Lよりも小さいときには燃費最優先でない機関運転状態であればパラメータの値の適合修正量は零とされ、燃費最優先である機関運転状態では出力値を増大させつつ燃費を向上させるようにパラメータの値の適合修正量が設定されている。

次にファジィ推論により求められた適合修正量に基づく各パラメータの操作量について説明する。
各パラメータの操作量を求めるに当っては、まず初めに各出力値、即ちＮＯ_x、スモーク、ＨＣおよび騒音振動についての評価関数の値が求められる。各出力値についての評価関数の値が求められると図６に示す関係から各出力値についての適合度が求められる。各出力値についての適合度が求められるとこれら適合度を用いて図８から図１１に示す後件部関数から各パラメータについての適合修正量が求められ、これら適合修正量の和の平均から次式に基づいて各パラメータの操作量が算出される。

パラメータの値＝前回算出されたパラメータの値
＋（ＮＯ_xについての後件部関数から求められた当該パラメータに関する適合修正量
＋スモークについての後件部関数から求められた当該パラメータに関する適合修正量
＋ＨＣについての後件部関数から求められた当該パラメータに関する適合修正量
＋騒音振動についての後件部関数から求められた当該パラメータに関する適合修正量）／４

即ち、具体的に言うと例えばコモンレール圧は次のようにして求められる。
コモンレール圧＝前回算出されたコモンレール圧
＋（図８から算出されたコモンレール圧の適合修正量
＋図９から算出されたコモンレール圧の適合修正量
＋図１０から算出されたコモンレール圧の適合修正量
＋図１１から算出されたコモンレール圧の適合修正量）／４

一方、各出力値に対して優先順位が付与されている場合にはパラメータの値の適合修正量の和の平均を求める際に各適合修正量について優先順位に従い重み付けを付与することもできる。即ち、例えば図１２に示されるように図４に示す各運転領域に対し、領域Ａについては優先順序が１ＨＣ、２騒音振動、３スモーク、４ＮＯ_xとされ、領域Ｂについては優先順序が１ＮＯ_x、２スモーク、３騒音振動、４ＨＣとされ、領域Ｃについては優先順序が１スモーク、２ＨＣ、３騒音振動、４ＮＯ_xとされ、領域Ｄについては１ＨＣ、２スモーク、３騒音振動、４ＮＯ_xとされていたとする。

この場合には重み係数Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄（Ｇ₁＞Ｇ₂＞Ｇ₃＞Ｇ₄、例えばＧ₁＋Ｇ₂＋Ｇ₃＋Ｇ₄＝４）を用い、優先順位に従って各適合修正量に重み係数が乗算される。例えば図４に示す領域Ａについては次式に基づいて各パラメータの操作量が算出することができる。
パラメータの値＝前回算出されたパラメータの値
＋（ＨＣについての後件部関数から求められた当該パラメータに関する適合修正量・Ｇ ₁
＋騒音振動についての後件部関数から求められた当該パラメータに関する適合修正量・Ｇ₂
＋スモークについての後件部関数から求められた当該パラメータに関する適合修正量・Ｇ₃
＋ＮＯ_xについての後件部関数から求められた当該パラメータに関する適合修正量・Ｇ₄ ）／４

次に図１３および図１４に示す自動適合ルーチンに沿って本発明による自動適合方法について説明する。
図１３および図１４を参照するとまず初めにステップ５０において適合を行う複数の運転状態、即ち図２におけるマップ上の点の位置が決定される。次いでステップ５１では適合を行う個々の運転状態に対して夫々複数の機関運転制御用パラメータの初期値が決定され、合わせて各パラメータの探索範囲が設定される。次いでステップ５２では各出力値の適合目標値が算出される。

次いでステップ５３ではこれから適合作業を行う機関運転領域が燃費最優先である運転領域であるか否かが判別される。燃費最優先でない運転領域のときにはステップ５４に進んで図８から図１１に示される燃費最優先でないときの後件部関数が使用すべき後件部関数として選択され、次いでステップ５６に進む。これに対し、燃費最優先である運転領域のときにはステップ５５に進んで図８から図１１に示される燃費最優先であるときの後件部関数が使用すべき後件部関数として選択され、次いでステップ５６に進む。

次いでステップ５６では或る一つの適合すべき運転状態においてパラメータ初期値により、機関の運転が行われ、各出力値、即ちＮＯ_x量、スモーク濃度、ＨＣ量および騒音振動の大きさが検出される。次いでステップ５７では各出力値について評価関数の値が算出される。各評価関数の値が算出されるとステップ５８に進んで各出力値が対応する適合目標値を満たしているか否か、例えば燃費最優先でない運転領域のときには各評価関数の値が１．０以下であるか否かが判別され、燃費最優先である運転領域のときには各評価関数の値が第１の閾値μ₁と第２の閾値μ_Lとの間にあるか否かが判別される。即ち、一つの適合すべき運転状態についてパラメータの適合が完了したか否かが判別される。

一つの運転状態に対してパラメータの適合が完了していないときにはステップ５９に進んでファジィ推論により各パラメータについて適合修正量が算出され、これら適合修正量の和の平均、又は優先順位に従い重み付けをした適合修正量の和の平均から各パラメータの値が算出される。各パラメータの値が算出されるとステップ５６に戻り、算出されたパラメータでもって機関の運転が行われる。

一方、ステップ５８において一つの運転状態に対してパラメータの適合が完了したと判断されたときにはステップ６０に進んで全ての運転状態についてパラメータの適合が完了したか否かが判別される。全ての運転状態についてパラメータの適合が完了していないと判断されたときにはステップ６１に進んで次に適合を行うべき運転状態に移る。これに対しステップ６０において全ての運転状態におけるパラメータの適合作業が完了したと判断されるとステップ６２に進んで総量目標値を有する出力値、即ちＮＯ_x量やＨＣ量について、エミッションを評価するための走行モードで走行したときの出力値の積算値が算出される。次いでステップ６３では総量目標値を有する出力値が総量目標値を満たしているか否かが判別される。総量目標値を有する出力値が総量目標値を満たしているときには処理サイクルを完了し、自動適合が完了する。これに対して総量目標値を有する出力値が総量目標値を満たしていないときにはステップ６４に進んで適合目標値が全体的に見直され、再度適合作業が行われる。

次に、適合を確実にかつ早期に完了させるための適合修正量の学習制御について説明する。図１５（Ａ）および（Ｂ）において実線上の黒丸は適合作業が開始された後のパラメータの値を示しており、破線上の黒丸は適合作業が開始された後の総合評価点、例えば各出力値に対する評価関数の値の総合計を示している。また、鎖線Ｚは総合評価点に対する判断基準であって総合評価点がこの鎖線Ｚ以下になったときに適合が完了したと判断される。

図１５（Ａ）は順次求められる適合修正量が小さすぎる場合を示している。この場合にはパラメータの値は適合作業が開始されてから適合作業が完了するまで減少方向に少しずつ小刻みに変化し、小刻みの変化の回数、即ち適合作業の行われる回数が多くなるために適合作業が完了するまでに時間を要する。従って本発明による実施例ではこのような場合、適合度１．０のときの適合修正量である修正定数を増大させ、それにより適合修正量を増大させて適合作業を早期に完了しうるようにしている。なお、この修正定数の代表例は図７のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示されている。

一方、図１５（Ｂ）は順次求められる適合修正量が大きすぎる場合を示している。この場合には図１５（Ｂ）に示されるようにパラメータの値がハンチングを生じ、適合値を探索しえなくなる。そこで本発明による実施例ではこのような場合、修正定数を減少させ、それにより適合修正量を減少させてパラメータの値がハンチングを生じないようにしている。

即ち、本発明による実施例ではパラメータの適合作業が行われているときのパラメータの値の変化パターンから適合修正量の大きさを適切な大きさに制御するようにしており、この場合パラメータの値が、順次求められる適合修正量ずつ小刻みに変化しかつ適合作業が完了するまでの小刻みの変化回数が予め定められた回数よりも多いときは適合修正量が小さすぎると判断して適合修正量が増大せしめられ、パラメータの値がハンチングを生じたときは適合修正量が大きすぎると判断して適合修正量が減少せしめられる。

図１６は修正定数の制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図１６を参照するとまず初めにステップ７０において一つの適合すべき運転状態についてパラメータの適合が完了したか否かが判別される。一つの適合すべき運転状態についてパラメータの適合が完了したときにはステップ７１に進んで適合作業中における各パラメータの値の履歴が読出される。次いでステップ７２ではパラメータの値の変化パターンから修正定数が小さすぎないか否かが判別される。修正係数が小さすぎると判断された場合にはステップ７３に進んで修正定数が理想値に修正される。

一方、ステップ７０において一つの適合すべき運転状態についてパラメータの適合が完了したと判断されたときにはステップ７４に進んでパラメータの値が一定試行数回、探索されたか否かが判別される。パラメータの値が一定試行数回、探索されたときにはステップ７５に進んでパラメータの値がハンチングを生じているか否かが判別される。パラメータの値がハンチングを生じているときにはステップ７６に進んで修正係数の現在値に減少係数（＜１．０）が乗算され、それによって修正係数が小さくされる。

次に図１７を参照しつつオンボートで自動適合するようにした自動車について説明する。
図１７は自動車に搭載された機関本体１および電子制御ユニット２０を示しており、この場合には適合を行うために車両制御用パラメータ（このパラメータは機関制御用パラメータも含む）を入力すると自動車の出力値を出力する車両モデルが使用されている。従ってこの場合、パラメータを操作したときの出力値は車両モデルを用いて算出した値が用いられる。その他の点については図１３および図１４に示されるルーチンと同じルーチンを用いて適合作業が行われる。なお、この適合作業は工場出荷時又はバッテリ交換時に行うこともできるし車両走行中に行うこともできる。

なお、図１７に示されるように排気成分の分析計４２、騒音振動計４３等を用いて車両の実際の出力値が計測されており、これら計測された出力値に基づいて車両モデルの修正が行われる。

また、図１７に示されるように電子制御ユニット２０の双方向性バス２１にはＣＤ−ＲＯＭのような交換可能な記録媒体３３を接続することができ、車両モデルをこの記録媒体３３に記憶させることもできる。更に、コンピュータに本発明による自動適合方法を実現させるためのプログラムをこの記録媒体３３に記憶させることもできる。

また、排気エミッション規制値や、排気エミッション規制に対する走行モードの異なる区域に移動するような場合には通信ステーションから発信される情報に基づいてこれらエミッション規制値や走行モードが自動的に切換えられることが好ましい。従って走行モードを通信手段によって外部から受信するように構成することもできる。

自動適合装置の全体図である。マップを示す図である。パラメータの操作方向を示す図である。各運転領域を示す図である。燃費最優先の運転領域を説明するための図である。ファジィ推論の前件部関数を示す図である。ファジィ推論の後件部関数を示す図である。ＮＯ_xの適合度に対する後件部関数を示す図である。スモークの適合度に対する後件部関数を示す図である。ＨＣの適合度に対する後件部関数を示す図である。騒音振動の適合度に対する後件部関数を示す図である。出力値の優先順位を示す図である。自動適合を行うためのフローチャートである。自動適合を行うためのフローチャートである。パラメータの値等の変化パターンを示す図である。修正定数を制御するためのフローチャートである。内燃機関の全体図である。

符号の説明

１…機関本体
２０，４０…電子制御ユニット

Claims

複数の出力値に対して夫々適合目標値が定められており、適合目標値に対する出力値の割合を表す評価関数の値が各出力値について求められ、評価関数の値と出力値悪化の適合度との関係を示すファジィ推論の前件部関数が予め設定されており、該適合度と各パラメータの値の適合修正量との関係を示すファジィ推論の後件部関数が燃費最優先でない場合と燃費最優先の場合について夫々別個に予め設定されていて、燃費最優先でない機関運転状態のときには燃費最優先でない場合の後件部関数から出力値が適合目標値を満たすパラメータの値が探索されると共に燃費最優先である機関運転状態のときには燃費最優先の場合の後件部関数から出力値が適合目標値を満たすパラメータの値が探索され、上記後件部関数では、燃費最優先でない機関運転状態の場合でも燃費最優先の機関運転状態の場合でも上記適合度が予め定められた第１の閾値を越えて出力値が悪化したときには出力値が適合目標値に近ずくようにパラメータの値の適合修正量が設定されており、上記適合度が該第１の閾値よりも小さい予め定められた第２の閾値よりも小さいときには燃費最優先でない機関運転状態であればパラメータの値の適合修正量は零とされ、燃費最優先である機関運転状態では出力値を増大させつつ燃費を向上させるようにパラメータの値の適合修正量が設定されている自動適合装置。
出力値がエミッションおよび騒音振動であり、エミッションが排気ガス中のＮＯ_x量、スモーク濃度又はパティキュレート量、ＨＣ量、ＣＯ量の全て又はそれらのうちの一部である請求項１に記載の自動適合装置。
上記パラメータは、メイン噴射時期、コモンレール圧、再循環排気ガス制御弁の開度、吸気スロットル弁の開度、ターボチャージャの可変ノズルの開度の全て又はそれらのうちの一部である請求項１に記載の自動適合装置。
各出力値に対して夫々各パラメータの値の適合修正量が求められ、パラメータの操作量は各出力値に対する該パラメータの値の適合修正量の和から求められ、各出力値に対して優先順位が付与されていてパラメータの値の適合修正量の和を求める際には各適合修正量について優先順位に従い重み付けがなされる請求項１に記載の自動適合装置。
パラメータの適合作業が行われているときのパラメータの値の変化パターンから適合修正量の大きさを制御する制御手段を具備しており、該制御手段は、パラメータの値が順次求められる適合修正量ずつ小刻みに変化しかつ適合作業が完了するまでの小刻みの変化回数が予め定められた回数よりも多いときは適合修正量が小さすぎると判断して適合修正量を増大させ、パラメータの値がハンチングを生じたときは適合修正量が大きすぎると判断して適合修正量を減少させる請求項１に記載の自動適合装置。