WO2018105567A1 - 燃料噴射制御情報生成装置及び制御装置 - Google Patents

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WO2018105567A1
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fuel injection
control information
soi
test point
oxygen concentration
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哲史 塙
英和 藤江
伊海　佳昭
拓真 出川
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いすゞ自動車株式会社
株式会社トランストロン
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Definitions

  • the present disclosure relates to a fuel injection control information generation device and a control device.
  • Patent Document 1 when the fuel injection timing (referred to as “SOI (Start Of Injection)”) is retarded and the combustion temperature in the cylinder of the engine is lowered, the NOx emission amount is reduced, but the SOI is delayed.
  • SOI Start Of Injection
  • NOx emissions and fuel consumption rate are in a trade-off relationship with SOI fluctuation. Therefore, it is required to appropriately suppress both the increase in NOx emissions and the deterioration of the fuel consumption rate.
  • This disclosure aims to appropriately suppress both the increase in NOx emissions and the deterioration of the fuel consumption rate.
  • a fuel injection control information generation device includes a test point information storage unit that holds test point information including a plurality of test points configured by a set of an engine speed, a fuel injection amount, and an oxygen concentration. For each test point included in the test point information, the optimum fuel injection that minimizes the index related to the sum of the engine speed, fuel injection amount, and oxygen concentration at the test point, and the fuel consumption rate and NOx emission amount at the test point. And a control information generating unit that generates fuel injection control information relating to the timing.
  • a control device includes a control information storage unit that holds fuel injection control information generated by the fuel injection control information generation device, and a fuel injection of an internal combustion engine based on the fuel injection control information. And a control unit for controlling the timing.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an engine and an ECU according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a fuel injection control information generation device according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the optimum SOI.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a processing example of the SOI control information generation unit.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of test points for a set of the engine speed and the fuel injection amount.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the intermediate SOI control information.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of SOI control information.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a modification of the SOI control information.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the ECU.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining SOI control at the time of transition.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the engine 2 and the ECU 62 according to an embodiment.
  • Engine 2 is a diesel engine having four cylinders 3.
  • the engine 2 may be a multi-cylinder engine other than four cylinders or a single cylinder engine.
  • An injector (also referred to as a fuel injection valve) 4 is provided corresponding to each cylinder 3 and injects fuel supplied from the common rail 5 into the combustion chamber of each cylinder 3.
  • the upstream end of the intake pipe 7 is connected to the air filter 6.
  • the downstream end of the intake pipe 7 is connected to the inlet of the compressor 9 of the turbocharger 8.
  • a high-pressure side intake pipe 11 is connected to the outlet of the compressor 9.
  • the high-pressure side intake pipe 11 is connected to the downstream end of the EGR pipe 15.
  • the high-pressure side intake pipe 11 is connected to the intake manifold 12.
  • intake air air from the atmosphere (hereinafter referred to as intake air) taken in from the air filter 6 is compressed by the compressor 9 via the intake pipe 7 and becomes high-pressure intake air.
  • the intake air flowing into the high-pressure side intake pipe 11 from the compressor 9 is mixed with the EGR gas from the EGR pipe 15. This mixture is hereinafter referred to as “working gas”.
  • the working gas flows into the combustion chamber of each cylinder 3 through the intake manifold 12.
  • the high pressure side exhaust pipe 14 is connected to the exhaust manifold 13.
  • An EGR pipe 15 is connected to the high-pressure side intake pipe 14.
  • the EGR pipe 15 is provided with an EGR cooler 16 that cools the EGR gas and an EGR valve 17 that adjusts the flow rate of the EGR gas flowing into the high-pressure side intake pipe 11.
  • flow rate means mass flow rate.
  • an inlet of the turbine 10 of the turbocharger 8 is connected to the high-pressure side exhaust pipe 14.
  • An exhaust pipe 18 is connected to the outlet of the turbine 10.
  • An exhaust gas purification device 19 is installed in the exhaust pipe 18.
  • the exhaust gas from the combustion chamber of each cylinder 3 flows from the exhaust manifold 13 to the high-pressure side exhaust pipe 14.
  • Part of this exhaust gas (EGR gas) flows into the high-pressure side intake pipe 11 via the EGR pipe 15.
  • the exhaust gas flowing into the turbine 10 flows into the exhaust gas purification device 19 through the exhaust pipe 18.
  • the exhaust gas purified by the exhaust gas purification device 19 is discharged out of the vehicle.
  • the intake pipe 7 is provided with an intake oxygen concentration sensor 204 that detects the oxygen concentration of the intake air.
  • the installation location of the intake oxygen concentration sensor 204 is not limited to the installation location shown in FIG.
  • the detection result of the intake oxygen concentration sensor 204 is output to the ECU 62.
  • the engine 2 has been described above.
  • the ECU 62 includes a control unit 64 and a storage unit 66.
  • the ECU 62 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that is an example of the control unit 64, a storage medium such as a ROM (Read Only Memory) that stores a control program and various data, which is an example of the storage unit 66, and a RAM (Random Access). Memory) and other input / output ports. Details of the ECU 62 will be described later (see FIG. 9).
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the fuel injection control information generation device 50 according to an embodiment.
  • the fuel injection control information generation device (hereinafter referred to as “SOI control information generation device”) 50 is a device for generating fuel injection control information (hereinafter referred to as “SOI control information”) 120.
  • the SOI control information generation device 50 includes a control unit 52 and a storage unit 54.
  • the control unit 52 is, for example, a CPU.
  • the storage unit is, for example, a volatile or nonvolatile memory device and / or a storage device.
  • the storage unit 54 holds the test point information 100.
  • the test point information 100 has a plurality of test points configured by a combination of the engine speed, the fuel injection amount, and the oxygen concentration. Note that the configuration of the test points is not limited to this, and may be, for example, a set of the engine speed and the fuel injection amount, or may be a set including another type of information.
  • the control unit 52 includes an SOI control information generation unit 56.
  • the SOI control information generation unit 56 For each test point included in the test point information 100, the SOI control information generation unit 56 relates to the total of the engine speed, fuel injection amount, and oxygen concentration at the test point, and the fuel consumption rate and NOx emission amount at the test point.
  • the fuel injection control information (referred to as “SOI control information”) 120 that associates the fuel injection timing (referred to as “optimum SOI”) with the minimum index is generated.
  • SOI control information generation unit 56 may be a computer program.
  • the SOI control information 120 is used in the ECU 62. By determining the fuel injection timing based on the SOI control information 120, the ECU 62 appropriately suppresses both the increase in the NOx emission amount and the deterioration in the fuel consumption rate.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the optimum SOI.
  • the unit of the SOI value is a crank angle (degCA).
  • the optimum SOI is an SOI in which the index 1006 is minimized. Therefore, the total of the fuel consumption rate 1002 and the NOx emission amount 1004 can be minimized by injecting the fuel with the optimum SOI. In other words, both the increase in the NOx emission amount and the deterioration of the fuel consumption rate can be appropriately suppressed.
  • Optimized SOI can be expressed as the following formula 1.
  • Equation 1 is a model formula for NOx emission
  • FC is a model formula for fuel consumption rate
  • C is a predetermined coefficient.
  • Equation 1 is a formula for calculating the optimum SOI that minimizes the index related to the sum of the fuel consumption rate and the NOx emission amount.
  • Equation 1 can be replaced with a differential equation of SOI as shown in Equation 2 below.
  • Equation 3 is an expression obtained by differentiating the model expression of NOx emission by the variable SOI act .
  • NOx ref is the NOx reference value
  • ⁇ O2 is the oxygen concentration
  • ⁇ O2 is the oxygen concentration reference value
  • SOI act is the SOI value
  • SOI ref is the SOI reference value
  • P rail is a common rail pressure
  • P rail, ref is a common rail pressure reference value
  • T clt is a water temperature value
  • T clt, ref is a water temperature reference value
  • T inm is an intake manifold temperature value
  • T “ inm, ref ” is an intake manifold temperature reference value
  • ⁇ — O2 ” and “ ⁇ inm ” are exponential terms (parameters)
  • ⁇ soi ”, “ ⁇ rail ”, and “ ⁇ clt ” are coefficients.
  • Equation 4 is an equation obtained by differentiating a model equation (torque model equation) of fuel consumption with a variable SOI act .
  • m fuel is a fuel flow value
  • T ref is a reference torque value
  • ⁇ T soi is a torque fluctuation value due to SOI fluctuation
  • Ne is an engine speed
  • variable SOI act By substituting values for each variable other than the variable SOI act in the equations 3 and 4, and substituting them into the equation 2, the variable SOI act can be calculated.
  • the calculated variable SOI act becomes the optimum SOI for the values assigned to the variables of Equations 3 and 4.
  • the SOI control information generation unit 56 calculates the optimum SOI for each variable by changing the value of each variable, and generates the SOI control information 120 by associating the value of each variable at that time with the calculated optimum SOI.
  • At least one of the variables corresponds to at least one of engine speed, fuel injection amount, and oxygen concentration.
  • the values of other variables may be values determined when at least one of the engine speed, the fuel injection amount, and the oxygen concentration is determined, or measured by a test run, simulation, or the like. It may be a value.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing example of the SOI control information generation unit 56.
  • the SOI control information generation unit 56 selects one test point of a set of the engine speed and the fuel injection amount from the test point information 100.
  • the test point information 100 includes a plurality of test points 1102 of a set that can be taken by the engine speed and the fuel injection amount, as illustrated in the graph 1100 of FIG.
  • the group that can be taken is a group that can actually occur when the vehicle travels.
  • the test point information 100 does not include a set that cannot occur when the vehicle travels, for example, a set that has an extremely small fuel injection amount and / or an extremely large engine speed.
  • the SOI control information generating unit 56 selects one oxygen concentration test point from the test point information 100.
  • the test point information 100 includes a plurality of test points having possible oxygen concentrations.
  • the SOI control information generating unit 56 determines the optimum SOI for the test point of the set of the engine speed and the fuel injection amount selected in ST100 and the test point of the oxygen concentration selected in ST102 based on the above formula. Is calculated. Note that the SOI control information generation unit 56 may substitute a different value for each set of the engine speed and the fuel injection amount selected in ST100 for the coefficient “C” in Equation 2.
  • the SOI control information generation unit 56 determines whether or not all the test points of oxygen concentration that can be taken in ST102 have been selected for the test point selected in ST100.
  • the SOI control information generation unit 56 returns to ST102 and selects one of the remaining oxygen concentration test points.
  • the SOI control information generation unit 56 When selection of all oxygen concentration test points has been completed (ST106: YES), the SOI control information generation unit 56 generates intermediate SOI control information 1200 as illustrated in FIG. 6 in ST108.
  • the intermediate SOI control information 1200 is information indicating the change in the optimum SOI when the oxygen concentration test point is changed at the engine speed and fuel injection amount test points selected in ST100.
  • the intermediate SOI control information 1200 may be information in which the oxygen concentration test point and the optimum SOI are associated with each other in a one-to-one relationship, or a function that expresses the variation in the optimum SOI with respect to the variation in the oxygen concentration test point. It may be the information.
  • the SOI control information generation unit 56 determines whether or not all sets of test points that can be taken in ST100 have been selected.
  • the SOI control information generation unit 56 returns to ST100 and selects one of the remaining set of test points.
  • the SOI control information generation unit 56 in ST112 based on the plurality of intermediate SOI control information 1200 generated in ST108, which will be described later with reference to FIG.
  • the SOI control information 120 as shown in FIG. 8 is generated, and this process ends.
  • SOI control information 120 as shown in FIG. 7 or 8 below is generated.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the SOI control information 120.
  • the SOI control information 120A in FIG. 7 is three-dimensional map information in which a plurality of optimum SOIs are respectively associated with a plurality of test points that are a set of fuel injection amount, engine speed, and oxygen concentration.
  • the SOI control information generation unit 56 generates SOI control information 120A by associating each pair of fuel injection amount and engine speed with the intermediate SOI control information 1200 of FIG. 6 corresponding to the pair.
  • the ECU 62 refers to the SOI control information 120A to determine the oxygen injection amount determined based on the fuel injection amount determined based on the information collected from various sensors, the engine speed, and the information collected from the intake oxygen concentration sensor 204.
  • One optimal SOI can be specified for one set of concentrations.
  • FIG. 8 is a diagram showing a modified example of the SOI control information 120.
  • the SOI control information 120B calculates one optimum SOI value for a set of fuel injection amount, engine speed and oxygen concentration, as shown in the following equation 5 and coefficient maps 1401, 1402 and 1403 in FIG. Logic information (approximation information).
  • Equation 5 “SOI opt ” is the optimum SOI value, “ ⁇ O2 ” is the oxygen concentration, “K 1 ”, “K 2 ”, and “K 3 ” are the coefficient K 1 map 1401 and the coefficient K 2 map 1402, respectively. , as shown in the coefficient K 3 map 1403 is a coefficient determined by the engine speed and the fuel injection amount.
  • SOI control information generating unit 56 so that the number 5 is approximate to the function of the intermediate SOI control information 1200 in FIG. 6, the fuel injection amount and each set of engine speed, the coefficient K 1 map 1401, the coefficient K 2 maps 1402 and by associating the factor K 3 maps 1403, generates the SOI control information 120B.
  • the ECU 62 refers to the coefficient K 1 map 1401, the coefficient K 2 map 1402, and the coefficient K 3 map 1403, and determines the coefficient K for the set of fuel injection amount and engine speed determined based on information collected from various sensors. 1 , coefficient K 2 and coefficient K 3 are specified.
  • the ECU 62 substitutes the oxygen concentration found based on the information collected from the intake oxygen concentration sensor 204 into “ ⁇ O2 ” of Equation 5, and also identifies the coefficient K 1 , coefficient K 2, and coefficient K specified above. 3 is substituted for “K 1 ”, “K 2 ”, and “K 3 ” in Equation 5, respectively, to calculate SOI opt (optimum SOI).
  • the ECU 62 combines the fuel injection amount and engine speed determined based on the information collected from various sensors, and the oxygen concentration determined based on the information collected from the intake oxygen concentration sensor 204. On the other hand, one optimum SOI can be specified.
  • the SOI control information 120B in FIG. 8 has an advantage that the data amount is smaller than the SOI control information 120A in FIG.
  • the SOI control information 120 is used when the ECU 62 controls fuel injection. Next, the ECU 62 will be described.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the ECU 62.
  • the ECU 62 includes a control unit 64 and a storage unit 66.
  • the control unit 64 is an LSI, for example.
  • the storage unit 66 is, for example, a nonvolatile memory device.
  • the storage unit 66 holds the SOI control information 120 generated by the SOI control information generation device 50.
  • the control unit 64 includes an optimal fuel injection timing determination unit (referred to as an “optimum SOI determination unit”) 68.
  • the optimum SOI determination unit 68 determines the engine speed and the fuel injection amount based on information collected from various sensors.
  • the optimum SOI determination unit 68 recognizes the oxygen concentration based on the information collected from the intake oxygen concentration sensor 204.
  • the optimal SOI determination unit 68 determines an optimal SOI for the determined engine speed and fuel injection amount and the recognized oxygen concentration. To do.
  • the optimum SOI determination unit 68 controls the injector 4 to inject fuel with the determined optimum SOI. Thereby, fuel is injected so that both increase in NOx emission amount and deterioration in fuel consumption rate are appropriately suppressed.
  • the optimum SOI determination unit 68 appropriately suppresses both the increase in the NOx emission amount and the deterioration of the fuel consumption rate regardless of whether the SOI control information 120A in FIG. 7 or the SOI control information 120B in FIG. 8 is used.
  • An optimal SOI can be specified.
  • the SOI control information 120 generated based on the present embodiment can be applied in any traveling state, but is more effective in an excessive state where the speed change is large, such as during acceleration or deceleration.
  • the reason will be described with reference to FIG.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining SOI control in a transient state.
  • the ECU 62 controls the EGR valve 17 and the EGR valve 17 so that the oxygen concentration in the cylinder 3 becomes the oxygen concentration target value 1506 set near the base target value 1504 during a steady state where the speed change is small, such as when traveling at a constant speed. Control the SOI.
  • the base target value 1504 is an oxygen concentration that realizes the theoretical air-fuel ratio in a steady state.
  • the ECU 62 forcibly closes the EGR valve 17 and increases the oxygen concentration in the cylinder 3 during the transient state.
  • the oxygen concentration in the cylinder 3 tends to decrease due to a delay in the increase response of the intake air amount with respect to the increase response of the fuel injection amount. If the EGR valve 17 is not closed, soot is generated due to incomplete combustion. It will occur.
  • the smoke limit 1502 in FIG. 10 indicates the limit value, and it is necessary to control the oxygen concentration in the cylinder 3 to exceed the smoke limit 1502 in order to prevent the occurrence of soot and the like.
  • the ECU 64 may determine the SOI based on the SOI control information 120 only when a transient state is detected, and may determine the SOI by a known method when a steady state is detected.
  • This disclosure can be used for vehicle fuel control.

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Abstract

ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との両方を適切に抑制するために、燃料噴射制御情報生成装置が、エンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度の組で構成される複数の試験点を含む試験点情報を保持する試験点情報記憶部と、試験点情報に含まれる各試験点について、試験点におけるエンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度と、当該試験点における燃料消費率及びＮＯｘ排出量の合計に係る指標が最小となる最適燃料噴射時期と、を関係付ける燃料噴射制御情報を生成する制御情報生成部と、を具備する。

Description

燃料噴射制御情報生成装置及び制御装置
　本開示は、燃料噴射制御情報生成装置及び制御装置に関する。
　近年、窒素酸化物（「ＮＯｘ」という）排出量の低減、及び、燃料消費率の向上の両立が求められている。特許文献１には、燃料噴射時期（「ＳＯＩ（Ｓｔａｒｔ　Ｏｆ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）」という）を遅角（リタード）させ、エンジンの気筒内における燃焼温度を低くすると、ＮＯｘ排出量が低減するものの、ＳＯＩを遅角させると、燃料消費率は悪化すること、すなわち、ＳＯＩの変動に対して、ＮＯｘ排出量と燃料消費率とはトレードオフの関係にあることが開示されている。
日本国特開２０１０－２７１８０１号公報
　上述のとおり、ＳＯＩの変動に対してＮＯｘ排出量と燃料消費率とはトレードオフの関係にある。そこで、ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との両方を適切に抑制することが求められている。
　本開示は、ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との両方を適切に抑制することを目的とする。
　本開示の一実施形態に係る燃料噴射制御情報生成装置は、エンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度の組で構成される複数の試験点を含む試験点情報を保持する試験点情報記憶部と、試験点情報に含まれる各試験点について、試験点におけるエンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度と、当該試験点における燃料消費率及びＮＯｘ排出量の合計に係る指標が最小となる最適燃料噴射時期と、を関係付ける燃料噴射制御情報を生成する制御情報生成部と、を具備する。
　本開示の一実施形態に係る制御装置は、上記の燃料噴射制御情報生成装置により生成された燃料噴射制御情報を保持する制御情報記憶部と、燃料噴射制御情報に基づいて、内燃機関の燃料噴射時期を制御する制御部と、を具備する。
　本開示によれば、ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との両方を適切に抑制することができる。
図１は、一実施形態に係るエンジン及びＥＣＵの構成例を示す図である。 図２は、一実施形態に係る燃料噴射制御情報生成装置の構成例を示す図である。 図３は、最適ＳＯＩを説明するための図である。 図４は、ＳＯＩ制御情報生成部の処理例を示すフローチャートである。 図５は、エンジン回転数と燃料噴射量の組の試験点の例を示す図である。 図６は、中間ＳＯＩ制御情報の例を示す図である。 図７は、ＳＯＩ制御情報の一例を示す図である。 図８は、ＳＯＩ制御情報の変形例を示す図である。 図９は、ＥＣＵの構成例を示す図である。 図１０は、過渡時におけるＳＯＩ制御を説明するための図である。
　以下、図面を参照しながら、本開示に係る実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同種の要素を区別して説明する場合には、「ＳＯＩ制御情報１２０Ａ」、「ＳＯＩ制御情報１２０Ｂ」のように、参照符号を使用し、同種の要素を区別しないで説明する場合には、「ＳＯＩ制御情報１２０」のように参照符号のうちの共通番号のみを使用することがある。
　図１は、一実施形態に係るエンジン２及びＥＣＵ６２の構成例を示す図である。
　まず、エンジン２について説明する。
　エンジン２は、４つの気筒３を有するディーゼルエンジンである。なお、エンジン２は、４気筒以外の多気筒エンジンでもよいし、単気筒エンジンでもよい。
　インジェクタ（燃料噴射弁ともいう）４は、各気筒３に対応して設けられており、コモンレール５から供給される燃料を各気筒３の燃焼室内に噴射する。
　エアフィルタ６には、吸気管７の上流端が接続されている。吸気管７の下流端は、ターボチャージャ８のコンプレッサ９の入口に接続されている。コンプレッサ９の出口には、高圧側吸気管１１が接続されている。高圧側吸気管１１は、ＥＧＲ管１５の下流端と接続されている。また、高圧側吸気管１１は、吸気マニホールド１２に接続されている。
　このような構成により、エアフィルタ６から取り込まれた大気からの空気（以下、吸入空気という）は、吸気管７を経て、コンプレッサ９より圧縮され、高圧の吸入空気となる。そして、コンプレッサ９から高圧側吸気管１１へ流入した吸入空気は、ＥＧＲ管１５からのＥＧＲガスと混合する。この混合気を以下「作動ガス」という。作動ガスは、吸気マニホールド１２を経て各気筒３の燃焼室へ流入する。
　排気マニホールド１３には、高圧側排気管１４が接続されている。高圧側吸気管１４には、ＥＧＲ管１５が接続されている。ＥＧＲ管１５には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１６と、高圧側吸気管１１へ流入するＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブ１７とが設けられている。なお、本実施形態において、「流量」は、質量流量を意味するものとする。
　また、高圧側排気管１４には、ターボチャージャ８のタービン１０の入口が接続されている。タービン１０の出口には、排気管１８が接続されている。排気管１８には、排気ガス浄化装置１９が設置されている。
　このような構成により、各気筒３の燃焼室からの排気ガスは、排気マニホールド１３から高圧側排気管１４へ流入する。この排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ管１５を介して高圧側吸気管１１へ流入する。一方、タービン１０へ流入した排気ガスは、排気管１８を経て、排気ガス浄化装置１９へ流入する。排気ガス浄化装置１９にて浄化された排気ガスは、車両外へ排出される。
　吸気管７には、吸入空気の酸素濃度を検知する吸気酸素濃度センサ２０４が設けられている。なお、吸気酸素濃度センサ２０４の設置場所は図１に示す設置場所に限定されない。
　吸気酸素濃度センサ２０４の検知結果は、ＥＣＵ６２へ出力される。
　以上、エンジン２について説明した。
　次に、ＥＣＵ６２について説明する。
　ＥＣＵ６２は、制御部６４および記憶部６６を有する。ＥＣＵ６２は、例えば、制御部６４の一例であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、記憶部６６の一例である、制御プログラム及び各種データを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の作業用メモリ、および、入出力ポートを有する。なお、ＥＣＵ６２の詳細については後述する（図９参照）。
　図２は、一実施形態に係る燃料噴射制御情報生成装置５０の構成例を示す図である。
　燃料噴射制御情報生成装置（以下「ＳＯＩ制御情報生成装置」という）５０は、燃料噴射制御情報（以下「ＳＯＩ制御情報」という）１２０を生成するための装置である。
　ＳＯＩ制御情報生成装置５０は、制御部５２と記憶部５４を備える。制御部５２は、例えばＣＰＵである。記憶部は、例えば揮発性又は不揮発性メモリデバイス及び／又はストレージデバイスである。
　記憶部５４は、試験点情報１００を保持する。
　試験点情報１００は、エンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度の組で構成される複数の試験点を有する。なお、試験点の構成はこれに限られず、例えば、エンジン回転数及び燃料噴射量の組であってもよいし、さらに別種の情報を含む組であってもよい。
　制御部５２は、ＳＯＩ制御情報生成部５６を含む。ＳＯＩ制御情報生成部５６は、試験点情報１００に含まれる各試験点について、試験点におけるエンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度と、当該試験点における燃料消費率及びＮＯｘ排出量の合計に係る指標が最小となる燃料噴射時期（「最適ＳＯＩ」という）と、を関係付ける燃料噴射制御情報（「ＳＯＩ制御情報」という）１２０を生成する。ＳＯＩ制御情報生成部５６は、コンピュータプログラムであってもよい。
　ＳＯＩ制御情報１２０は、ＥＣＵ６２において使用される。ＥＣＵ６２が、このＳＯＩ制御情報１２０に基づいて燃料噴射時期を決定することにより、ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との両方が適切に抑制される。
　最適ＳＯＩの詳細については、後述の図３において説明する。最適ＳＯＩの算出方法については、後述において説明する。ＳＯＩ制御情報生成部５６の処理の詳細については、後述の図４において説明する。ＳＯＩ制御情報１２０の詳細については、後述の図７又は図８において説明する。
　図３は、最適ＳＯＩを説明するための図である。
　図３のグラフ１０００に示すように、ＳＯＩを遅角させるとＮＯｘ排出量１００４は減少するが燃料消費率１００２は増加（悪化）し、ＳＯＩを進角させると燃料消費率１００２は減少（良化）するがＮＯｘ排出量が増加するというトレードオフの関係にある。なお、ＳＯＩの値の単位は、クランク角度（ｄｅｇＣＡ）である。
　図３の指標１００６は、ＳＯＩを変動させたときの、燃料消費率１００２とＮＯｘ排出量１００４との合計に係る値である。最適ＳＯＩとは、この指標１００６が最小となるＳＯＩである。したがって、最適ＳＯＩで燃料を噴射することにより、燃料消費率１００２とＮＯｘ排出量１００４との合計を最小とすることができる。換言すると、ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との両方を適切に抑制することができる。
　次に、最適ＳＯＩの算出方法を説明する。
　最適ＳＯＩは、下記の数１のように表現することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、数１の「ＮＯｘ」はＮＯｘ排出のモデル式、「ＦＣ」は燃料消費率のモデル式、「Ｃ」は所定の係数である。数１は、図３で述べたように、燃料消費率とＮＯｘ排出量の合計に係る指標を最小とする最適ＳＯＩの算出式である。
　数１は、下記の数２に示すように、ＳＯＩの微分式で置き換えることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　すなわち、数２を満たす変数ＳＯＩａｃｔを求めることが、最適ＳＯＩを算出することになる。
　下記の数３は、ＮＯｘ排出のモデル式を変数ＳＯＩａｃｔで微分した式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、「ＮＯｘｒｅｆ」はＮＯｘ基準値、「ΨＯ２」は酸素濃度、「ΨＯ２，ｒｅｆ」は酸素濃度基準値、「ＳＯＩａｃｔ」はＳＯＩ値、「ＳＯＩｒｅｆ」はＳＯＩ基準値、「Ｐｒａｉｌ」はコモンレール圧、「Ｐｒａｉｌ，ｒｅｆ」はコモンレール圧基準値、「Ｔｃｌｔ」は水温値、「Ｔｃｌｔ，ｒｅｆ」は水温基準値、「Ｔｉｎｍ」はインテークマニホールド温度値、「Ｔｉｎｍ，ｒｅｆ」はインテークマニホールド温度基準値、「α＿Ｏ２」及び「αｉｎｍ」は指数項（パラメータ）、「βｓｏｉ」、「βｒａｉｌ」及び「βｃｌｔ」は係数である。
　下記の数４は、燃費のモデル式（トルクモデル式）を変数ＳＯＩａｃｔで微分した式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、「ｍｆｕｅｌ」は燃料流量値、「Ｔｒｅｆ」は基準トルク値、「ΔＴｓｏｉ」はＳＯＩ変動によるトルク変動値、「Ｎｅ」はエンジン回転数である。
　数３及び数４に変数ＳＯＩａｃｔ以外の各変数に値を代入し、それらを数２に代入すると、変数ＳＯＩａｃｔを算出することができる。この算出した変数ＳＯＩａｃｔが、数３及び数４の各変数に代入された値に対する最適ＳＯＩとなる。
　ＳＯＩ制御情報生成部５６は、各変数の値を変動させてそれぞれにおける最適ＳＯＩを算出し、そのときの各変数の値とその算出した最適ＳＯＩとを関係付けてＳＯＩ制御情報１２０を生成する。各変数のうちの少なくとも１つは、エンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度のうちの少なくとも１つと対応する。なお、それ以外の変数の値は、エンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度の少なくとも１つが決定されるとそれに伴って決定される値であってもよいし、試験走行やシミュレーション等によって測定した値であってもよい。
　図４は、ＳＯＩ制御情報生成部５６の処理例を示すフローチャートである。
　ＳＴ１００において、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、試験点情報１００から、エンジン回転数と燃料噴射量の組の試験点を１つ選択する。試験点情報１００は、図５のグラフ１１００に例示するように、エンジン回転数と燃料噴射量の取り得る組の複数の試験点１１０２を含む。取り得る組とは、車両走行時に実際に生じ得る組である。換言すると、試験点情報１００は、車両走行時に生じ得ない組、例えば、燃料噴射量が極端に小さい、及び／又は、エンジン回転数が極端に大きい組を含まない。
　ＳＴ１０２において、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、試験点情報１００から、酸素濃度の試験点を１つ選択する。上記同様、試験点情報１００は、取り得る酸素濃度の複数の試験点を含む。
　ＳＴ１０４において、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、上記の式に基づいて、ＳＴ１００で選択したエンジン回転数及び燃料噴射量の組の試験点と、ＳＴ１０２で選択した酸素濃度の試験点と、に対する最適ＳＯＩを算出する。なお、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、数２の係数「Ｃ」に、ＳＴ１００で選択されたエンジン回転数及び燃料噴射量の組ごとに異なる値を代入してもよい。
　ＳＴ１０６において、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、ＳＴ１００で選択した試験点に対して、ＳＴ１０２において取り得る全ての酸素濃度の試験点を選択し終えた否かを判定する。
　未選択の酸素濃度の試験点が残っている場合（ＳＴ１０６：ＮＯ）、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、ＳＴ１０２に戻り、残っている酸素濃度の試験点の中から１つを選択する。
　全ての酸素濃度の試験点を選択し終えた場合（ＳＴ１０６：ＹＥＳ）、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、ＳＴ１０８において、図６に例示するような、中間ＳＯＩ制御情報１２００を生成する。中間ＳＯＩ制御情報１２００は、ＳＴ１００で選択したエンジン回転数及び燃料噴射量の試験点において、酸素濃度の試験点を変動させたときの最適ＳＯＩの変動を示す情報である。
　中間ＳＯＩ制御情報１２００は、酸素濃度の試験点と最適ＳＯＩとが１対１に対応付けられている情報であってもよいし、酸素濃度の試験点の変動に対する最適ＳＯＩの変動を表現する関数の情報であってもよい。
　ＳＴ１１０において、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、ＳＴ１００で取り得る全ての組の試験点を選択し終えたか否かを判定する。
　未選択の組の試験点が残っている場合（ＳＴ１１０：ＮＯ）、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、ＳＴ１００に戻り、残っている組の試験点の中から１つを選択する。
　全ての組の試験点を選択し終えた場合（ＳＴ１１０：ＹＥＳ）、ＳＯＩ制御情報生成部５６は、ＳＴ１１２において、ＳＴ１０８で生成した複数の中間ＳＯＩ制御情報１２００に基づいて、後述の図７又は図８に示すようなＳＯＩ制御情報１２０を生成し、本処理を終了する。
　以上の処理により、下記の図７又は図８に示すようなＳＯＩ制御情報１２０が生成される。
　図７は、ＳＯＩ制御情報１２０の一例を示す図である。
　図７のＳＯＩ制御情報１２０Ａは、燃料噴射量、エンジン回転数及び酸素濃度の組である複数の試験点に対して、複数の最適ＳＯＩがそれぞれ対応付けられている３次元のマップ情報である。
　ＳＯＩ制御情報生成部５６は、燃料噴射量及びエンジン回転数の各組に、その組に対応する図６の中間ＳＯＩ制御情報１２００を対応付けることにより、ＳＯＩ制御情報１２０Ａを生成する。
　ＥＣＵ６２は、当該ＳＯＩ制御情報１２０Ａを参照することにより、各種センサから収集した情報に基づいて決定した燃料噴射量、エンジン回転数、及び、吸気酸素濃度センサ２０４から収集した情報に基づいて判明した酸素濃度の１つの組に対して、１つの最適ＳＯＩを特定することができる。
　図８は、ＳＯＩ制御情報１２０の変形例を示す図である。
　ＳＯＩ制御情報１２０Ｂは、下記の数５及び図８の各係数マップ１４０１、１４０２及び１４０３に示すように、燃料噴射量、エンジン回転数及び酸素濃度の組に対して、１つの最適ＳＯＩ値を算出するためのロジック情報（近似式の情報）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　数５において、「ＳＯＩｏｐｔ」は最適ＳＯＩ値、「ΨＯ２」は酸素濃度、「Ｋ１」、「Ｋ２」及び「Ｋ３」は、それぞれ、係数Ｋ１マップ１４０１、係数Ｋ２マップ１４０２、係数Ｋ３マップ１４０３に示すような、エンジン回転数及び燃料噴射量によって決定する係数である。
　ＳＯＩ制御情報生成部５６は、数５が図６の中間ＳＯＩ制御情報１２００の関数と近似するよう、燃料噴射量及びエンジン回転数の各組に、係数Ｋ１マップ１４０１、係数Ｋ２マップ１４０２及び係数Ｋ３マップ１４０３を対応付けることにより、ＳＯＩ制御情報１２０Ｂを生成する。
　ＥＣＵ６２は、係数Ｋ１マップ１４０１、係数Ｋ２マップ１４０２、及び、係数Ｋ３マップ１４０３を参照し、各種センサから収集した情報に基づいて決定した燃料噴射量及びエンジン回転数の組に対する、係数Ｋ１、係数Ｋ２及び係数Ｋ３を特定する。
　次に、ＥＣＵ６２は、吸気酸素濃度センサ２０４から収集した情報に基づいて判明した酸素濃度を、数５の「ΨＯ２」に代入すると共に、上記で特定した係数Ｋ１、係数Ｋ２及び係数Ｋ３を、それぞれ、数５の「Ｋ１」、「Ｋ２」、「Ｋ３」に代入し、ＳＯＩｏｐｔ（最適ＳＯＩ）を算出する。
　以上の処理により、ＥＣＵ６２は、各種センサから収集した情報に基づいて決定した燃料噴射量及びエンジン回転数、並びに、吸気酸素濃度センサ２０４から収集した情報に基づいて判明した酸素濃度の１つの組に対して、１つの最適ＳＯＩを特定することができる。
　図７のＳＯＩ制御情報１２０Ａは、図８のＳＯＩ制御情報１２０Ｂと比べて、最適ＳＯＩの精度が高いというメリットがある。また、図８のＳＯＩ制御情報１２０Ｂは、図７のＳＯＩ制御情報１２０Ａと比べて、データ量が少ないというメリットがある。
　このＳＯＩ制御情報１２０は、ＥＣＵ６２が、燃料噴射を制御する際に使用される。次にこのＥＣＵ６２について説明する。
　図９は、ＥＣＵ６２の構成例を示す図である。
　ＥＣＵ６２は、制御部６４と記憶部６６を備える。制御部６４は、例えばＬＳＩである。記憶部６６は、例えば不揮発性メモリデバイスである。
　記憶部６６は、ＳＯＩ制御情報生成装置５０で生成されたＳＯＩ制御情報１２０を保持する。
　制御部６４は、最適燃料噴射時期決定部（「最適ＳＯＩ決定部」という）６８を含む。最適ＳＯＩ決定部６８は、各種センサから収集した情報に基づいてエンジン回転数及び燃料噴射量を決定する。また、最適ＳＯＩ決定部６８は、吸気酸素濃度センサ２０４から収集した情報に基づいて酸素濃度を認識する。
　次に、最適ＳＯＩ決定部６８は、記憶部６６内のＳＯＩ制御情報１２０に基づいて、その決定したエンジン回転数及び燃料噴射量、並びに、その認識した酸素濃度に対して、最適なＳＯＩを決定する。
　次に、最適ＳＯＩ決定部６８は、その決定した最適ＳＯＩで燃料を噴射するようインジェクタ４を制御する。これにより、ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との両方が適切に抑制されるように燃料が噴射される。
　最適ＳＯＩ決定部６８は、図７のＳＯＩ制御情報１２０Ａ又は図８のＳＯＩ制御情報１２０Ｂの何れを用いても、ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との何れもが適切に抑制される最適なＳＯＩを特定することができる。
　本実施形態に基づいて生成されるＳＯＩ制御情報１２０は、何れの走行状態においても適用可能であるが、加速時又は減速時等、速度変化の大きい過度状態時において、より有効である。以下、図１０を参照しながら、その理由を説明する。
　図１０は、過渡状態時におけるＳＯＩ制御を説明するための図である。
　ＥＣＵ６２は、一定速度による走行時等、速度変化の小さい定常状態時は、気筒３内の酸素濃度が、ベース目標値１５０４付近に設定された酸素濃度目標値１５０６となるように、ＥＧＲバルブ１７やＳＯＩを制御する。ベース目標値１５０４は、定常時における理論空燃比を実現する酸素濃度である。
　ＥＣＵ６２は、過渡状態時は、ＥＧＲバルブ１７を強制的に閉じ、気筒３内の酸素濃度を高める。過渡状態時は、燃料噴射量の増加応答に対する吸気量の増加応答の遅れなどにより、気筒３内の酸素濃度が低下する傾向があり、ＥＧＲバルブ１７を閉じないと、不完全燃焼により煤などが発生してしまうからである。図１０のＳｍｏｋｅＬｉｍｉｔ１５０２はその限界値を示しており、煤などの発生を防ぐためには、気筒３内の酸素濃度を、ＳｍｏｋｅＬｉｍｉｔ１５０２を上回るように制御する必要がある。
　しかし、このようにＥＧＲバルブ１７を閉じると、気筒３内の燃焼温度が上昇するため、ＮＯｘ排出量が増加する。気筒３内の燃焼温度の上昇を抑制するためには、ＳＯＩを遅角すればよいが、上記図３で説明したように、ＳＯＩを遅角すると燃料消費率が悪化する。
　すなわち、従来は、どのくらいＳＯＩを遅角すれば、ＮＯｘ排出量の増加と燃料消費率の悪化との両方を適切に抑制できるのか不明であったところ、本実施形態に係るＳＯＩ制御情報１２０を用いることにより、これらを適切に抑制することができるようになる。
　なお、ＥＣＵ６４は、過渡状態を検知した場合に限り、ＳＯＩ制御情報１２０に基づいてＳＯＩを決定し、定常状態を検知した場合は既知の方法によってＳＯＩを決定してもよい。
　＜注釈＞
　上記実施形態は、何れも本開示の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示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、本開示はその要旨、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。
　本出願は、２０１６年１２月５日付で出願された日本国特許出願（特願２０１６－２３５９２１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示は、車両の燃料制御に利用可能である。
　２　エンジン
　３　気筒
　４　インジェクタ
　５０　燃料噴射制御情報生成装置
　５２　制御部
　５４　記憶部
　５６　燃料噴射制御情報生成部
　６２　ＥＣＵ
　６４　制御部
　６６　記憶部
　６８　最適燃料噴射時期決定部
　１００　試験点情報
　１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ　燃料噴射制御情報
　２０４　吸気酸素濃度センサ
　１２００　中間燃料噴射制御情報
　１４０１　係数Ｋ１マップ
　１４０２　係数Ｋ２マップ
　１４０３　係数Ｋ３マップ

Claims (5)

  1. 　エンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度の組で構成される複数の試験点を含む試験点情報を保持する試験点情報記憶部と、
    　前記試験点情報に含まれる各試験点について、試験点におけるエンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度と、当該試験点における燃料消費率及びＮＯｘ排出量の合計に係る指標が最小となる最適燃料噴射時期と、を関係付ける燃料噴射制御情報を生成する制御情報生成部と、
    　を具備する燃料噴射制御情報生成装置。
  2. 　前記燃料噴射制御情報は、前記複数の試験点の各々に対して前記最適燃料噴射時期が対応付けられているマップ情報である、
    　請求項１に記載の燃料噴射制御情報生成装置。
  3. 　前記燃料噴射制御情報は、前記複数の試験点の各々と最適燃料噴射時期との対応関係から導出され、エンジン回転数、燃料噴射量及び酸素濃度に基づいて最適燃料噴射時期を算出するための近似式を示すロジック情報である、
    　請求項１に記載の燃料噴射制御情報生成装置。
  4. 　請求項１から３の何れか１項に記載の燃料噴射制御情報生成装置により生成された前記燃料噴射制御情報を保持する制御情報記憶部と、
    　前記燃料噴射制御情報に基づいて、内燃機関の燃料噴射時期を制御する制御部と、
    　を具備する制御装置。
  5. 　前記制御部は、前記内燃機関の運転状態が過渡状態である場合に限り、前記燃料噴射制御情報に基づいて、内燃機関の燃料噴射時期を制御する、
    　請求項４に記載の制御装置。
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