JP5115464B2 - 内燃機関の制御パラメータの設定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御パラメータの設定装置に関する。

ディーゼル機関等の内燃機関においては、排出ガス中の規制物質（ＮＯｘ等：以下、「エミッション」と総称する。）の量や燃費等について、各種の規制や基準が設定されている。よって、かかる規制や基準を満たすように、内燃機関の運転制御用のパラメータ（以下、「制御パラメータ」と称する。）を設定する必要がある。

例えば、内燃機関を開発する際には、適合と呼ばれる作業が行われる。この適合作業は、一般に、内燃機関の回転数及び負荷（負荷は燃料噴射量やトルクで代替されることがある）を特定の状態に固定し、その状態でエミッション等の規制対象が所定の目標値を満足するような複数の制御パラメータ（燃料噴射時期、ＥＧＲ弁の開度、等）の組み合わせを見つけ出すことにより行われる。

内燃機関に対しては、エミッション量を抑制しつつ燃費（燃料消費量）を低減する、という要請がある。しかしながら、エミッションの抑制と燃費の低減とは、トレードオフの関係になることが多い。このため、上述のような制御パラメータ設定（適合）には、多大な労力及び時間が必要とされていた。

そこで、適合作業を効率的に行うようにした装置が、従来提案されている（例えば、特開２００４−１２４９３５号公報、特開２００５−２９９５５３号公報、特開２００６−１１８５１５号公報、特開２００６−１７０２１４号公報、特開２００７−００２６７７号公報、等参照。）。かかる装置は、排気通路から排出ガスを抽出してガス成分を分析するとともに、このガス成分の検出値が最適値となるように制御パラメータを適合する。

具体的には、まず、今回の適合対象である内燃機関の諸元に対応する諸元を有する既存の（適合済みの）内燃機関の制御パラメータの適合平均値が、初期値として設定される。次に、エミッション量や燃費等の適合目標値として、所定の運転モード（走行モード）における総量目標値と、運転状態毎の目標値と、が決定される。これらの目標値は、上述の既存の内燃機関の適合値が用いられる。その後、各運転領域にて、上述の初期値を用いて内燃機関が運転される。このとき、エミッション量や燃費等の出力値が適合目標値を超えた場合は、当該出力値を減少させるように、制御パラメータが操作される。
特開２００４−１２４９３５号公報 特開２００５−２９９５５３号公報 特開２００６−１１８５１５号公報 特開２００６−１７０２１４号公報 特開２００７−００２６７７号公報

エミッション量及び燃費が目標値あるいは規制値の範囲内となるような、制御パラメータ設定結果（適合結果）は、数多く存在し得る。このため、上述したような従来のこの種の装置による制御パラメータ設定結果が必ずしも燃費に関して最適なものであるとは限らない。したがって、従来のこの種の装置によれば、エミッション規制を満たしつつ燃費が可及的に最良となるような制御パラメータ設定結果（適合結果）を得ることは、極めて困難であった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、エミッション規制を満たしつつ燃費が可及的に最良となるような制御パラメータ設定結果を、より簡易に得ることにある。

＜構成＞
本発明の内燃機関の制御パラメータの設定装置（以下、単に「パラメータ設定装置」と称する。）の特徴は、下記の通りの、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得手段と、ＮＯｘ発生率目標値設定手段と、制御パラメータ決定手段と、を備えたことにある。

前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得手段は、ＮＯｘ−燃費ポテンシャルを、機関回転数及び機関負荷についての複数の条件（領域）毎に取得するようになっている。ここで、前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャルは、ＮＯｘ発生率（＝単位時間単位出力あたりのＮＯｘ発生量）及び燃料消費率を座標軸とする平面上における、前記燃料消費率の最低値の、前記ＮＯｘ発生率に対する変化軌跡として規定される。

前記ＮＯｘ発生率目標値設定手段は、前記内燃機関の排出ガス規制における排出ガス試験測定用運転モードにしたがって前記内燃機関を運転させたときのＮＯｘ発生総量を所定の総量目標値以下にしつつ燃料消費量を最小にするように、複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点を決定するようになっている。すなわち、前記ＮＯｘ発生率目標値設定手段は、複数の前記条件の各々における前記ＮＯｘ発生率の目標値である個別目標値を設定するようになっている。

前記制御パラメータ決定手段は、前記ＮＯｘ発生率目標値設定手段によって決定された複数の前記点に基づいて、複数の前記条件の各々における前記制御パラメータを決定するようになっている。

なお、前記ＮＯｘ発生率目標値設定手段は、下記の通りの、初期設定手段と、更新対象決定手段と、ＮＯｘ発生率目標値更新手段と、を備え得る。

前記初期設定手段は、複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の前記点の初期状態を設定するようになっている。

前記更新対象決定手段は、複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャルのうちの、前記点における前記ＮＯｘ発生率を低減させたときの前記燃料消費率の増加割合が最小のものを決定するようになっている。

前記ＮＯｘ発生率目標値更新手段は、前記更新対象決定手段によって決定された前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の前記点を、前記ＮＯｘ発生率が低減する方向に移動させることで、当該ＮＯｘ−燃費ポテンシャルに対応する前記条件における前記ＮＯｘ発生率の前記個別目標値を更新するようになっている。

＜作用・効果＞
上述の構成を有する本発明のパラメータ設定装置においては、まず、機関回転数及び機関負荷についての複数の前記条件毎に、前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャルが取得される。例えば、運転可能な機関回転数及び機関負荷の範囲を、それぞれ３段階に分けた場合には、高負荷・高回転、高負荷・中回転、高負荷・低回転、中負荷・高回転、・・・低負荷・低回転、の計９個の前記条件（領域）が規定され得る。この場合、前記各条件に対応する９個の前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャルが、前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得手段によって取得される。

次に、複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点が、前記運転モードにしたがって前記内燃機関を運転させたときの前記ＮＯｘ発生総量を所定の前記総量目標値以下にしつつ前記燃料消費量を最小にするように決定される。上述の例においては、高負荷・高回転ないし低負荷・低回転に対応する９個の前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャルのそれぞれにおける点が、前記ＮＯｘ発生総量を前記総量目標値以下にしつつ前記燃料消費量を最小にするように決定される。

これは、具体的には、例えば、以下のようにして行われ得る。

まず、複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の前記点の前記初期状態が設定される。例えば、前記初期状態は、前記燃料消費量が所定の燃費目標値未満になるように設定され得る。具体的には、当該初期状態として、複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャルの各々における、最も前記ＮＯｘ発生率が高い側（すなわち最も前記燃料消費率が低い側）の点が設定される。

次に、複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャルのうちの、前記点における勾配（すなわち前記ＮＯｘ発生率を低減させたときの前記燃料消費率の増加割合）が最小のものが決定される。

続いて、前記更新対象決定手段によって決定された前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の前記点を、前記ＮＯｘ発生率が低減する方向に移動させることで、当該ＮＯｘ−燃費ポテンシャルに対応する前記条件における前記ＮＯｘ発生率の前記個別目標値が更新される。

上述のようにして、前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の複数の前記点が決定されることで、複数の前記条件の各々における前記ＮＯｘ発生率の個別目標値が設定される。その後、かかる決定結果に基づいて、複数の前記条件の各々における前記制御パラメータが決定される。

したがって、本発明によれば、エミッション規制を満たしつつ燃費が可及的に最良となるような制御パラメータ設定結果（適合結果）を、従来よりも簡易に得ることが可能になる。

以下、本発明の実施形態（本願の出願時点において取り敢えず出願人が最良と考えている実施形態）について図面を参照しつつ説明する。

なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜システムの全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態が適用されたシステム１の全体構成を示す概略図である。図１を参照すると、本実施形態におけるシステム１は、エンジン２の制御パラメータの設定を行うためのベンチテストシステムであって、エンジン２と、燃料噴射装置３と、吸排気装置４と、本発明のパラメータ設定装置としての制御装置５と、を備えている。

本実施形態のエンジン２は、圧縮点火機関としてのディーゼルエンジンである。また、本実施形態においては、エンジン２には、複数（図１では４つ）の燃焼室２１が、直列に配列形成されている。

＜燃料噴射装置＞
燃料噴射装置３は、燃焼室２１と同数の複数のインジェクタ３１を備えている。すなわち、各インジェクタ３１は、各燃焼室２１に対応するように配置されている。本実施形態のインジェクタ３１は、周知のピエゾ式構成を有していて、燃焼室２１内に燃料を直接的に噴射し得るように構成されている。

本実施形態の燃料噴射装置３は、周知のコモンレール式燃料噴射装置であって、各インジェクタ３１は、コモンレール３２と、燃料供給管３３を介して接続されている。また、コモンレール３２と燃料タンク３４との間の燃料供給通路３５には、燃料ポンプ３６が介装されている。

＜吸排気装置＞
吸気マニホールド４１は、各燃焼室２１に空気（再循環された排出ガスを含む）を供給し得るように、エンジン２に装着されている。吸気マニホールド４１は、エアクリーナ４２と、吸気管４３を介して接続されている。吸気管４３には、スロットル４４が介装されている。スロットル４４は、ステッピングモータ等からなるスロットルアクチュエータ４４ａによって駆動されるようになっている。

排気マニホールド４５は、各燃焼室２１からの排出ガスを受容し得るように、エンジン２に装着されている。排気マニホールド４５は、排気管４６と接続されている。

吸気管４３と排気管４６との間には、ターボチャージャ４７が介装されている。すなわち、吸気管４３は、ターボチャージャ４７のコンプレッサ４７ａ側と接続されていて、排気管４６は、ターボチャージャ４７のタービン４７ｂ側と接続されている。

本実施形態におけるターボチャージャ４７は、いわゆる可変ノズル方式のものである。すなわち、タービンロータ４７ｂ１と対向する位置には、可動式のベーンノズル４７ｂ２が設けられている。このベーンノズル４７ｂ２は、ベーンノズルアクチュエータ４７ｂ３によって駆動されるようになっている。

吸気マニホールド４１と排気マニホールド４５との間には、ＥＧＲ（排気ガス再循環：Exhaust Gas Recirculation）装置４８が介装されている。ＥＧＲ装置４８は、ＥＧＲ通路４８ａと、ＥＧＲ弁４８ｂと、ＥＧＲ弁アクチュエータ４８ｃと、を備えている。

ＥＧＲ通路４８ａは、ＥＧＲガス（再循環排出ガス）の通路であって、吸気マニホールド４１と排気マニホールド４５とを接続するように設けられている。このＥＧＲ通路４８ａには、ＥＧＲ弁４８ｂが介装されている。ＥＧＲ弁４８ｂは、ＥＧＲ弁アクチュエータ４８ｃによって駆動されることで、ＥＧＲガスの吸気マニホールド４１への供給量（ＥＧＲ率）を制御するようになっている。

＜制御装置＞
制御装置５は、エンジン２、燃料噴射装置３、及び吸排気装置４を備えた、システム１の動作を制御するものである。この制御装置５は、本発明のＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得手段、ＮＯｘ発生率目標値設定手段、制御パラメータ決定手段、初期設定手段、更新対象決定手段、及びＮＯｘ発生率目標値更新手段を構成する、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０を備えている。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５０ａと、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）５０ｂと、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５０ｃと、バックアップＲＡＭ５０ｄと、インターフェース５０ｅと、バス５０ｆと、を備えている。ＣＰＵ５０ａ、ＲＯＭ５０ｂ、ＲＡＭ５０ｃ、バックアップＲＡＭ５０ｄ、及びインターフェース５０ｅは、バス５０ｆによって互いに接続されている。

ＣＰＵ５０ａは、システム１における各部の動作を制御するためのルーチン（プログラム）を実行するように構成されている。ＲＯＭ５１ｂには、ＣＰＵ５０ａが実行するルーチン、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及びパラメータ等が予め格納されている。ＲＡＭ５０ｃは、ＣＰＵ５０ａがルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るように構成されている。バックアップＲＡＭ５０ｄは、電源が投入された状態でＣＰＵ５０ａがルーチンを実行する際にデータが格納されるとともに、この格納されたデータが電源遮断後も保持され得るように構成されている。

インターフェース５０ｅは、後述する各種のセンサと電気的に接続されていて、これらのセンサからの検出信号をＣＰＵ５０ａに伝達し得るように構成されている。また、インターフェース５０ｅは、インジェクタ３１、燃料ポンプ３６、スロットルアクチュエータ４４ａ、ベーンノズルアクチュエータ４７ｂ３、ＥＧＲ弁アクチュエータ４８ｃ、等の動作部と電気的に接続されていて、これらの動作部を動作させるための動作信号をＣＰＵ５０ａからこれらの動作部に伝達し得るように構成されている。すなわち、制御装置５は、インターフェース５０ｅを介して上述の各センサからの検出信号を受け取り、当該検出信号に応じたＣＰＵ５０ａの演算結果に基づいて、各動作部に向けて動作信号を送出するように構成されている。

エアフローメータ５１は、ターボチャージャ４７のコンプレッサ４７ａよりも下流側にて、吸気管４３に介装されている。このエアフローメータ５１は、吸気管４３内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量に応じた出力電圧を発生するように構成されている。

排出ガスセンサ５２は、ターボチャージャ４７のタービン４７ｂよりも下流側にて、排気管４６に介装されている。この排出ガスセンサ５２は、排出ガス中の各成分（ＮＯｘ等）の濃度に応じた出力電圧を発生するように構成されている。

コモンレール３２には、レール圧センサ５３が介装されている。このレール圧センサ５３は、コモンレール３２内の圧力に応じた出力電圧を発生するように構成されている。また、燃料供給通路３５には、燃料流量センサ５４が介装されている。この燃料流量センサ５４は、燃料供給通路３５を流れる燃料の流量に応じた出力電圧を発生するように構成されている。

クランク角度センサ５５は、エンジン２のクランクシャフト（図示せず）が所定角度（例えば１０°）回転する毎に幅狭のパルスを出力するとともに、当該クランクシャフトが３６０°回転する毎に幅広のパルスを出力するように構成されている。

アクセル開度センサ５６は、運転者によって操作されるアクセルペダル５６ａの操作量（踏み込み量）に応じた出力電圧を発生するように構成されている。

また、インターフェース５０ｅは、動力計５７と電気的に接続されている。動力計５７は、エンジン２のクランクシャフト（図示せず）と連結されていて、エンジン２の負荷を調整するようになっている。

＜実施形態の構成による制御パラメータ設定動作の概要＞
次に、本実施形態のシステム１による、エンジン２の制御パラメータの設定動作の概要について説明する。

本実施形態のエンジン２は、圧縮点火機関としてのディーゼルエンジンである。このエンジン２におけるＮＯｘ排出量低減手段として、本実施形態においては、ＥＧＲや、燃料噴射時期の遅角が用いられる。但し、これらにより、燃焼速度や等容度が低下することで、燃料消費率が悪化する。すなわち、ＮＯｘ排出量と燃料消費率とは、トレードオフの関係となる。

ところで、ＮＯｘ排出量等の排出ガス規制は、１０・１５モードやディーゼル１３モード等の運転モード（車両走行モード）における総排出重量（あるいは単位距離走行あたりの排出重量）に基づいて行われる。但し、エミッション量や燃料消費率の特性は、回転領域及び負荷領域によって異なる。このため、各回転・負荷領域毎にＮＯｘ排出量等のエミッション量の個別目標値を割り付けつつ、その積算値が規制値内に収まり且つ燃費が所定範囲内となるように、制御パラメータ設定動作が行われる。

＜＜ＮＯｘ−燃費ポテンシャルの取得＞＞
図２は、回転・負荷領域毎のＮＯｘ発生率と燃料消費率との関係を概念的に示すグラフである（なお、図２においては、図示の便宜上、回転・負荷領域が４つに区分されているように示されている。しかしながら、かかる図示には、本発明をかかる内容に限定する意図はない。）。

図２に示されているように、所定の運転モードにてＮＯｘ排出量規制及び目標燃費を満たすような、ＮＯｘ排出量の個別目標値の割り付けパターンは、何通りも存在する（例えば、図中の丸記号の組み合わせ、三角記号の組み合わせ、×記号の組み合わせ、等。）。ここで、図中の丸記号の組み合わせが、ＮＯｘ排出量及び燃費がともに最適になる組み合わせであるとすると、これを確実に探索することは極めて困難である。よって、従来の方法及び装置によれば、ＮＯｘ排出量の個別目標値の割り付けパターンは、図中三角記号の組み合わせとなったり、×記号の組み合わせとなったりすることが通常である。

これに対し、本実施形態においては、まず、ＮＯｘ−燃費ポテンシャルが、複数の回転・負荷領域について取得される。このＮＯｘ−燃費ポテンシャルは、燃料消費率及びＮＯｘ発生率を座標軸とする平面上における、ＮＯｘ発生率の最低値の、燃料消費率に対する変化軌跡として規定される（図中の曲線参照）。なお、図中の各点は、各回転・負荷領域にて、制御パラメータ（ＥＧＲ弁４８ｂやベーンノズル４７ｂ２の開度等）の多数の組み合わせを用いてエンジン２を運転した場合の、実現可能な燃料消費率及びＮＯｘ発生率を示すものとする。

本実施形態においては、ＮＯｘ−燃費ポテンシャルは、以下のようにして取得される。

ＮＯｘ発生量を低減する要因として最も効果（感度）が大きいのはＥＧＲであり、その次が燃料噴射時期の遅角である。その反面、燃費の悪化については、逆に、燃料噴射時期の遅角の影響の方がＥＧＲの影響よりも大きい。また、ＥＧＲに対する影響が最も大きいのはＥＧＲ弁４８ｂの開度であり、次がベーンノズル４７ｂ２の開度であり、その次がスロットル４４の開度である。

そこで、本実施形態のＮＯｘ−燃費ポテンシャルの取得に際しては、ＮＯｘ発生量が多く燃費が極めて良好な初期状態が設定された後、まずＥＧＲを増量する方向に制御パラメータが操作され、次に燃料噴射時期が操作される。このとき、ＥＧＲ増量操作の優先順位は、（１）ＥＧＲ弁４８ｂ、（２）ベーンノズル４７ｂ２、（３）スロットル４４、とする。但し、空気過剰率λがスモーク限界ｘ未満となった場合には、新気を導入する必要性から、ＥＧＲ弁４８ｂとベーンノズル４７ｂ２との優先順位が変更される。

このような手順によれば、ＮＯｘ−燃費ポテンシャルの取得処理が、自動的且つより効率的に行われ得る。

＜＜ＮＯｘ−燃費ポテンシャルを用いたＮＯｘ発生率個別目標値の決定＞＞
上述のようにして取得されたＮＯｘ−燃費ポテンシャルを用いて、ＮＯｘ排出量と燃費との背反がより少なくなるような制御パラメータの設定が行われる。

すなわち、図２に示されているように、各回転・負荷領域におけるＮＯｘ−燃費ポテンシャルは、ＮＯｘ発生率を一定にした場合の最低燃料消費率、あるいは、燃料消費率を一定にした場合の最低ＮＯｘ発生率を示す曲線となる。よって、各回転・負荷領域にて、ＮＯｘ発生量目標値と燃料消費率目標値とを、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点となるように割り付けることで、ＮＯｘ排出量と燃費との背反がより少なくなるような制御パラメータ設定結果が得られる。

具体的には、まず、各回転・負荷領域にて、ＮＯｘ発生率が最も高くなる側（図２における右側：このときトレードオフとして燃費が最も良くなる）のＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点が、初期値として設定される。

次に、各点における勾配（の絶対値）が最小、すなわち、ＮＯｘ発生率を現在の目標値から所定量低減させたときの燃料消費率の増加割合が最小となるような、ＮＯｘ−燃費ポテンシャルが決定（検索）される。

続いて、決定（検索）されたＮＯｘ−燃費ポテンシャルに対応する回転・負荷領域にて、ＮＯｘ発生率が現在の目標値から低減するように（図２における左側に）、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点が所定量移動させられる。

かかる動作が、ＮＯｘ排出量が規制値を満たすまで繰り返される。これにより、ＮＯｘ排出量及び燃費がともに最適になるように、各回転・負荷領域におけるＮＯｘ発生率個別目標値が割り付けられる。そして、これに基づいて、ＮＯｘ排出量及び燃費がともに最適になるような制御パラメータ設定結果が、確実且つ簡易に得られる。

＜実施形態の構成による制御パラメータ設定動作の具体例＞
次に、本実施形態のシステム１による、エンジン２の制御パラメータ設定動作の一つの具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、各図のフローチャートにおいては、「ステップ」は“Ｓ”と略記されている。

＜＜ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得＞＞
図３ないし図６は、図１に示されている本実施形態の制御装置５による、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得ルーチンの一具体例を示すフローチャートである。なお、本実施形態においては、ＥＣＵ５０（ＣＰＵ５０ａ）によるルーチン３００の実行によって、本発明のＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得手段が実現されている。

このルーチン３００は、ある１つの回転・負荷領域に対応するＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得に対して、１通りずつ実行されるものとする。すなわち、回転・負荷領域が９つに分割される場合、各回転・負荷領域に対応して、ルーチン３００が計９回実行される。これにより、各回転・負荷領域に対応して、９つのＮＯｘ−燃費ポテンシャルが取得される。このとき、ルーチン３００の実行によるＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得中は、エンジン回転数及び負荷が一定となるように、エンジン２の運転が制御されているものとする。

また、ＮＯｘ−燃費ポテンシャルの取得動作における初期条件は、以下の通りである。
ＥＧＲ弁４８ｂ：全閉
ベーンノズル４７ｂ２：ターボチャージャ４７の諸元及び回転・負荷条件によって定まる燃費最適開度
スロットル４４：全開
燃料噴射時期：ＭＢＴ（最も発生トルクが大となる噴射時期）

ルーチン３００が起動されると、まず、ステップ３１０にて、空気過剰率λが所定のスモーク限界ｘよりも大きいか否かが判定される。ここで、空気過剰率λは、エアフローメータ５１の出力と、ＥＧＲ弁４８ｂの開度と、燃料噴射量（周知の空燃比フィードバック制御によりＥＣＵ５０によって算出される指令燃料噴射時間）と、から求められる。

空気過剰率λがスモーク限界ｘ以下である場合（ステップ３１０＝Ｎｏ）、ステップ３２０以降の処理（ＥＧＲ弁４８ｂの操作）がスキップされ、処理が図４のフロー（ベーンノズル４７ｂ２の操作）に進行する（図中（２）参照：上述の優先順位変更）。一方、空気過剰率λがスモーク限界ｘよりも大きい場合（ステップ３１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ３２０以降に進行する。

ステップ３２０においては、ＥＧＲ弁４８ｂが全開であるか否かが判定される。上述の初期条件においては、ＥＧＲ弁４８ｂは全閉であるので（ステップ３２０＝Ｎｏ）、処理がステップ３３０以降に進行する。なお、ステップ３２０の判定が「Ｙｅｓ」である場合、ステップ３３０以降の処理がスキップされ、処理が図４のフローに進行する（図中（２）参照）。

ステップ３３０においては、ＥＧＲ弁４８ｂが１ステップ分だけ開かれる（このときベーンノズル４７ｂ２の開度は上述の燃費最適開度とされる）。なお、ここでいう「１ステップ分」は、ＥＧＲ弁４８ｂの開度を調整（変更）する場合のＥＧＲ弁アクチュエータ４８ｃの駆動量の最小単位をいうものとする。次に、処理がステップ３４０に進行し、空気過剰率λがスモーク限界ｘよりも大きいか否かが再度判定される。

空気過剰率λがスモーク限界ｘよりも大きい場合（ステップ３４０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ３５０に進行して、燃料噴射時期がＭＢＴに設定される。続いて、ステップ３６０にて、ＮＯｘ発生率及び燃料消費率が計測され、処理が再度ルーチン３００の最初のステップに戻る。なお、ＮＯｘ発生率は、排出ガスセンサ５２の出力に基づいて取得される。また、燃料消費率は、レール圧センサ５３及び燃料流量センサ５４の出力と、インジェクタ３１への通電時間と、に基づいて取得される。

空気過剰率λがスモーク限界ｘ以下である場合（ステップ３４０＝Ｎｏ）、処理がステップ３７０に進行し、直前の操作が戻される。すなわち、ＥＧＲ弁４８ｂが１ステップ分だけ閉じられる。その後、ステップ３１０の判定が「Ｎｏ」の場合及びステップ３２０の判定が「Ｙｅｓ」の場合と同様に処理が進行する（図中（２）参照）。

処理が図４のフローに進行した場合（図中上方の（２）参照）、ステップ４１０にて、ベーンノズル４７ｂ２が全開であるか否かが判定される。上述の初期条件においては、ベーンノズル４７ｂ２の開度は上述の燃費最適開度であるので（ステップ４１０＝Ｎｏ）、処理がステップ４２０以降に進行する。なお、ステップ４１０の判定が「Ｙｅｓ」である場合、ステップ４２０以降の処理がスキップされ、処理が図５のフロー（スロットル４４の操作）に進行する（図中（３）参照）。

ステップ４２０においては、ベーンノズル４７ｂ２が１ステップ分だけ閉じられる。なお、ここでいう「１ステップ分」は、ベーンノズル４７ｂ２の開度を調整（変更）する場合のベーンノズルアクチュエータ４７ｂ３の駆動量の最小単位をいうものとする。

次に、処理がステップ４３０に進行し、空気過剰率λがスモーク限界ｘよりも大きいか否かが再度判定される。空気過剰率λがスモーク限界ｘよりも大きい場合（ステップ４３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４４０に進行して、燃料噴射時期がＭＢＴに設定される。続いて、ステップ４５０にて、ＮＯｘ発生率及び燃料消費率が計測され、処理が再度ルーチン３００の最初のステップに戻る。

空気過剰率λがスモーク限界ｘ以下である場合（ステップ４３０＝Ｎｏ）、処理がステップ４６０に進行し、空気過剰率λがスモーク限界ｘと等しくなるように、ＥＧＲ弁４８ｂの開度が設定される。次に、処理がステップ４７０に進行し、前回計測時よりも酸素濃度が下がっているか否かが、排出ガスセンサ５２の出力に基づいて判定される。

前回計測時よりも酸素濃度が下がっている場合（ステップ４７０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ４４０及び４５０に進行し、ＮＯｘ発生率及び燃料消費率が計測され、処理が再度ルーチン３００の最初のステップに戻る。前回計測時よりも酸素濃度が下がっていない場合（ステップ４７０＝Ｎｏ）、処理がステップ４８０に進行して燃料噴射時期がＭＢＴに設定され、処理がステップ４１０に戻る。

処理が図５のフローに進行した場合（図中（３）参照）、ステップ５１０にて、スロットル４４が全閉であるか否かが判定される。上述の初期条件においては、スロットル４４は全開であるので（ステップ５１０＝Ｎｏ）、処理がステップ５２０以降に進行する。なお、ステップ５１０の判定が「Ｙｅｓ」である場合、スロットルアクチュエータ４４ａ等のスロットル制御系の異常により誤ってスロットル４４が全閉になったことが推定される。よって、この場合、ステップ５２０以降の処理がスキップされて異常処理が行われ、本ルーチンが終了する。

ステップ５２０においては、スロットル４４が１ステップ分だけ閉じられる。次に、処理がステップ５３０に進行し、空気過剰率λがスモーク限界ｘよりも大きいか否かが再度判定される。

空気過剰率λがスモーク限界ｘよりも大きい場合（ステップ５３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５４０及び５５０に進行して、燃料噴射時期がＭＢＴに設定された後にＮＯｘ発生率及び燃料消費率が計測され、処理が再度ルーチン３００の最初のステップに戻る。

空気過剰率λがスモーク限界ｘ以下である場合（ステップ５３０＝Ｎｏ）、処理がステップ５６０に進行し、直前の操作が戻される。すなわち、スロットル４４が１ステップ分だけ開かれる。その後、処理が図６のフロー（燃料噴射時期操作）に進行する（図中（４）参照）。

処理が図６のフローに進行した場合（図中（４）参照）、ステップ６１０にて、失火余裕度ｙが、「所定値ｙ０＋１ステップ分」未満であるか否かが判定される。ここで、失火余裕度とは、今回の燃料噴射（主噴射）時期の、失火限界時期（失火が発生しない範囲内で最も遅角側の主噴射時期）からの進角側への偏差をいうものとする。また、「１ステップ分」は、燃料噴射時期を調整（変更）する場合の最小単位をいうものとする。

失火余裕度が充分ある場合、すなわち、ｙが「所定値ｙ０＋１ステップ分」以上である場合（ステップ６１０＝Ｎｏ）、処理がステップ６２０に進行し、燃料噴射時期が１ステップ分遅角され、その後ステップ６３０にてＮＯｘ発生率及び燃料消費率が計測され、処理が再度ルーチン３００の最初のステップに戻る。一方、ｙが「所定値ｙ０＋１ステップ分」未満である場合（ステップ６１０＝Ｙｅｓ）、本ルーチンが終了する。このとき、ある回転・負荷領域（回転・負荷条件）におけるＮＯｘ−燃費ポテンシャルの取得処理が終了する。

＜＜ＮＯｘ−燃費ポテンシャルを用いたＮＯｘ発生率個別目標値の決定＞＞
図７は、図１に示されている本実施形態の制御装置５による、ＮＯｘ発生率個別目標値の決定（割り付け）ルーチンの一具体例を示すフローチャートである。

なお、以下の記述における各記号の意義は、下記の通りである。
ｄ_ｋ：ｋ番目の回転・負荷領域の運転モード中頻度［ｋＷｈ］
＝ｋ番目の回転・負荷領域の、所定の運転モード中の時間［ｈ］
×エンジン回転数及び負荷から求められる仕事［ｋＷ］
ｘ_ｋ：ｋ番目の回転・負荷領域のＮＯｘ発生率の個別目標値［ｇ／ｋＷｈ］
ＱＮＯｘ_t：モードトータルＮＯｘ量（所定の運転モードにおけるＮＯｘ発生総量）
＝Σｄ_ｋｘ_ｋ
Ａ：所定の運転モードにおけるＮＯｘ発生量の総量目標値［ｇ］
ｆ_ｋ：ｋ番目の回転・負荷領域のＮＯｘ−燃費ポテンシャル［ｇ／ｋＷｈ］
Ｘ＝（ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_ｎ）
ｇ（Ｘ）：モードトータル燃費ポテンシャル関数［ｇ］
＝Σｄ_ｋｆ_ｋ（ｘ_ｋ）

本ルーチン７００が起動されると、まず、ステップ７１０にて、ベクトルＸの大きさが最大となるように、ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_ｎの初期値が設定される。すなわち、各回転・負荷領域における、ＮＯｘ発生率が最も高くなる側（図２における右側：このときトレードオフとして燃費が最も良くなる）のＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点が、初期状態として設定される。

次に、ステップ７２０にて、モードトータルＮＯｘ量（ＱＮＯｘ_t）が所定値Ａより多いか否かが判定される。本ルーチンの起動後初回の処理においては、ステップ７２０の判定は「Ｙｅｓ」となるので、処理がステップ７３０に進行し、ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_ｎのうちのＮＯｘ−燃費ポテンシャルの勾配（接線の傾き）の絶対値が最小の点、すなわち、ＮＯｘ発生率ｘ_ｋを所定量低減させたときの燃料消費率の増加割合が最小となるようなＮＯｘ−燃費ポテンシャルｆ_ｋが、探索（決定）される。

続いて、ステップ７４０にて、探索されたｋ番目の回転・負荷領域におけるＮＯｘ発生率の個別目標値ｘ_ｋが、所定量増加させられる。その後、処理がステップ７２０に戻る。

上述のステップ７２０ないし７４０の処理が繰り返されることで、各回転・負荷領域におけるＮＯｘ発生率の個別目標値ｘ_ｋと燃料消費率との組み合わせがＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点となるという条件下で、燃費が可及的に悪化しないようにしつつモードトータルＮＯｘ量が徐々に減少させられる。

その後、ステップ７２０の判定結果が「Ｎｏ」に転じた時点で、処理がステップ７５０に進行する。ステップ７５０においては、決定された各回転・負荷領域におけるＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点（ＮＯｘ発生率の個別目標値ｘ_ｋの割り付け）に基づいて、各回転・負荷領域における制御パラメータ（ＥＧＲ弁開度、ＶＮ開度、スロットル開度、燃料噴射時期、等）が設定される。そして、本ルーチンの処理が終了する。

かかるルーチン７００の処理によれば、所定の運転モードにおけるＮＯｘ発生量の総量目標値Ａを満たしつつ、燃費が最適となるように、各回転・負荷領域におけるＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点の決定すなわちＮＯｘ発生率の個別目標値ｘ_ｋの割り付けが行われる。

そして、このようにして決定されたＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点に基づいて、各回転・負荷領域における制御パラメータが設定される。したがって、本ルーチン７００の処理によれば、ＮＯｘ排出量及び燃費がともに最適になるような、制御パラメータ設定結果が、確実且つ簡易に得られる。

なお、本実施形態においては、ＥＣＵ５０（ＣＰＵ５０ａ）によるルーチン７００の実行によって、本発明のＮＯｘ発生率目標値設定手段が実現されているものとする。同様に、ステップ７１０の処理によって、本発明の初期設定手段が実現されている。また、ステップ７３０の処理によって、本発明の更新対象決定手段が実現されている。また、ステップ７４０の処理によって、本発明のＮＯｘ発生率目標値更新手段が実現されている。また、ステップ７５０の処理によって、本発明の制御パラメータ決定手段が実現されている。

＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。

したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたもの限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。

（Ａ）本発明は、上記の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。

例えば、本システム１は、エンジン２を搭載した機械（車両等）であってもよい。すなわち、本発明の制御パラメータ設定作業は、ベンチテストシステムにおいても行われ得るし、機械搭載（車載）状態でも行われ得る。また、エンジン開発時（適合作業時）にも行われ得るし、生産エンジンや生産車両の出荷前テストや出荷後点検の際にも行われ得る。

また、気筒数や気筒配列方式についても、特段の限定はない。

さらに、本発明は、ターボチャージャ４７が可変式でなくても、あるいはターボチャージャ４７がなくても、適用可能である。同様に、本発明は、スロットル４４がなくても適用可能である。

（Ｂ）本発明は、上記の実施形態にて開示された具体的な処理に限定されない。

例えば、ＮＯｘ−燃費ポテンシャルの取得は、上記の実施形態のような制御装置５による自動取得（図３ないし図６のフローチャート参照）ではなく、実験計画法等を用いた手動取得でもよい。

また、ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_ｎの初期値は、ベクトルＸの大きさが最大とならなくても、モードトータルの燃料消費量が所定の燃費目標値未満になるように設定され得る。

（Ｃ）その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。

また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。

本発明の一実施形態が適用されたシステムの全体構成を示す概略図である。 回転・負荷領域毎のＮＯｘ発生率と燃料消費率との関係を概念的に示すグラフである。 図１に示されている本実施形態の制御装置による、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得ルーチンの一具体例を示すフローチャートである。 図１に示されている本実施形態の制御装置による、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得ルーチンの一具体例を示すフローチャートである（図４は図３のフローの続きを示している）。 図１に示されている本実施形態の制御装置による、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得ルーチンの一具体例を示すフローチャートである（図５は図４のフローの続きを示している）。 図１に示されている本実施形態の制御装置による、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得ルーチンの一具体例を示すフローチャートである（図６は図５のフローの続きを示している）。 図１に示されている本実施形態の制御装置による、ＮＯｘ発生率個別目標値の決定（割り付け）ルーチンの一具体例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…システム ２…エンジン ２１…燃焼室
３…燃料噴射装置 ３１…インジェクタ ３２…コモンレール
４…吸排気装置 ４４…スロットル ４４ａ…スロットルアクチュエータ
４７…ターボチャージャ ４７ｂ２…ベーンノズル ４７ｂ３…ＶＮアクチュエータ
４８…ＥＧＲ装置 ４８ｂ…ＥＧＲ弁 ４８ｃ…ＥＧＲ弁アクチュエータ
５…制御装置 ５０…ＥＣＵ ５０ａ…ＣＰＵ
５１…エアフローメータ ５２…排出ガスセンサ ５３…レール圧センサ
５４…燃料流量センサ ５５…クランク角度センサ ５７…動力計

Claims (2)

1. 内燃機関の制御パラメータの設定装置であって、
   単位時間単位出力あたりのＮＯｘ発生量であるＮＯｘ発生率及び燃料消費率を座標軸とする平面上における前記燃料消費率の最低値の前記ＮＯｘ発生率に対する変化軌跡として規定されるＮＯｘ−燃費ポテンシャルを、機関回転数及び機関負荷についての複数の条件毎に取得する、ＮＯｘ−燃費ポテンシャル取得手段と、
   前記内燃機関の排出ガス規制における排出ガス試験測定用運転モードにしたがって前記内燃機関を運転させたときのＮＯｘ発生総量を所定の総量目標値以下にしつつ燃料消費量を最小にするように、複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の点を決定することで、複数の前記条件の各々における前記ＮＯｘ発生率の個別目標値を設定する、ＮＯｘ発生率目標値設定手段と、
   前記ＮＯｘ発生率目標値設定手段によって決定された複数の前記点に基づいて、複数の前記条件の各々における前記制御パラメータを決定する、制御パラメータ決定手段と、
   を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御パラメータの設定装置。
2. 請求項１に記載の、内燃機関の制御パラメータの設定装置であって、
   前記ＮＯｘ発生率目標値設定手段は、
   複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の前記点の初期状態を設定する、初期設定手段と、
   複数の前記条件の各々に対応する前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャルのうちの、前記点における前記ＮＯｘ発生率を低減させたときの前記燃料消費率の増加割合が最小のものを決定する、更新対象決定手段と、
   前記更新対象決定手段によって決定された前記ＮＯｘ−燃費ポテンシャル上の前記点を、前記ＮＯｘ発生率が低減する方向に移動させることで、当該ＮＯｘ−燃費ポテンシャルに対応する前記条件における前記ＮＯｘ発生率の前記個別目標値を更新する、ＮＯｘ発生率目標値更新手段と、
   を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御パラメータの設定装置。

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