(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-19
(45)【発行日】2023-09-27
(54)【発明の名称】エンジンシステムおよびエンジンの制御方法
(51)【国際特許分類】
F02D 45/00 20060101AFI20230920BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20230920BHJP
F02M 26/05 20160101ALI20230920BHJP
F01N 3/023 20060101ALI20230920BHJP
【FI】
F02D45/00 366
F02D43/00 301T
F02D43/00 301N
F02M26/05
F01N3/023 A
(21)【出願番号】P 2020538866
(86)(22)【出願日】2020-03-30
(86)【国際出願番号】 JP2020014522
(87)【国際公開番号】W WO2021199147
(87)【国際公開日】2021-10-07
【審査請求日】2023-02-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】生部 賢一
(72)【発明者】
【氏名】金子 春樹
【審査官】津田 真吾
(56)【参考文献】
【文献】特開2006-9745(JP,A)
【文献】特開2004-100472(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02D 45/00
F01N 3/00
F02M 26/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジン本体と、
前記エンジン本体の吸気側に接続された吸気配管と、
前記吸気配管に設けられ、前記吸気配管を通る空気量の計測値を出力するマスフローセンサと、
前記エンジン本体の排気側に接続された排気配管と、
前記排気配管に設けられ、前記排気配管を通る排気ガスに含まれる大気汚染物質を除去する除去装置と、
前記エンジン本体の排気側と前記吸気配管とを接続する再循環配管と、
前記再循環配管から前記吸気配管へ流入する排気ガスの流量を制御する再循環バルブと、
前記再循環バルブを閉じ、前記除去装置の再生処理を行う再生制御部と、
前記再生処理時における前記エンジン本体の状態量に基づいて前記エンジン本体の吸気側に流入する空気量の理論値を演算する空気量演算部と、
前記再生処理時における前記計測値と前記理論値とに基づいて、3つ以上の空気量の領域のそれぞれについて、前記計測値を補正するための補正値を演算する補正値演算部と、
前記3つ以上の領域のうち前記計測値が属する領域に係る前記補正値を用いて、前記計測値を補正する補正部と
を備えるエンジンシステム。
【請求項2】
エンジン本体と、
前記エンジン本体の吸気側に接続された吸気配管と、
前記吸気配管に設けられ、前記吸気配管を通る空気量の計測値を出力するマスフローセンサと、
前記エンジン本体の排気側に接続された排気配管と、
前記排気配管に設けられ、前記排気配管を通る排気ガスに含まれる大気汚染物質を除去する除去装置と、
前記エンジン本体の排気側と前記吸気配管とを接続する再循環配管と、
前記再循環配管から前記吸気配管へ流入する排気ガスの流量を制御する再循環バルブと、
前記再循環バルブを閉じ、前記除去装置の再生処理を行う再生制御部と、
前記再生処理時における前記エンジン本体の状態量に基づいて前記エンジン本体の吸気側に流入する空気量の理論値を演算する空気量演算部と、
前記再生処理時における前記計測値と前記理論値とに基づいて、3つ以上の空気量の領域のそれぞれについて、前記計測値を補正するための補正値を演算する補正値演算部と、
前記3つ以上の領域のうち前記計測値が属する領域に係る前記補正値を用いて、前記計測値を補正する補正部と
を備え、
前記補正値演算部は、前記3つ以上の領域のうち、所定の条件を満たす領域について、前記再生処理時における前記計測値と前記理論値とに基づいて前記補正値を演算し、前記条件を満たさない領域について、当該領域に隣接する他の領域の補正値に基づいて、当該領域の前記補正値を演算する
エンジンシステム。
【請求項3】
前記補正値演算部は、前記3つ以上の領域のうち前記条件を満たさない領域について、当該領域に隣接する両側の2つの領域の補正値に基づいて、前記補正値を演算する
請求項2に記載のエンジンシステム。
【請求項4】
前記補正値演算部は、前記3つ以上の領域のうち前記条件を満たさない領域について、当該領域に隣接する他の領域の補正値に基づいて候補補正値を演算し、前記候補補正値と当該領域の前回の補正値とを比較して、当該領域の今回の補正値として前記候補補正値を用いるか前記前回の補正値を用いるかを決定する
請求項2または請求項3に記載のエンジンシステム。
【請求項5】
前記条件は、前記領域に属する前記計測値のサンプル数が所定の閾値以上であることを含む
請求項2から請求項4の何れか1項に記載のエンジンシステム。
【請求項6】
エンジン本体と、
前記エンジン本体の吸気側に接続された吸気配管と、
前記吸気配管に設けられ、前記吸気配管を通る空気量の計測値を出力するマスフローセンサと、
前記エンジン本体の排気側に接続された排気配管と、
前記排気配管に設けられ、前記排気配管を通る排気ガスに含まれる大気汚染物質を除去する除去装置と、
前記エンジン本体の排気側と前記吸気配管とを接続する再循環配管と、
前記再循環配管から前記吸気配管へ流入する排気ガスの流量を制御する再循環バルブと、
を備えるエンジンの制御方法であって、
前記再循環バルブを閉じ、前記除去装置の再生処理を行うステップと、
前記再生処理時における前記エンジン本体の状態量に基づいて前記エンジン本体の吸気側に流入する空気量の理論値を演算するステップと、
前記再生処理時における前記計測値と前記理論値とに基づいて、3つ以上の空気量の領域のそれぞれについて、前記計測値を補正するための補正値を演算するステップと、
前記3つ以上の領域のうち前記計測値が属する領域に係る前記補正値を用いて、前記計測値を補正するステップと
を備えるエンジンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、エンジンシステムおよびエンジンの制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンには、吸気側の空気量を計測するマスフローセンサが設けられることがある。マスフローセンサの構成として、吸気管内に設けられたホットワイヤに電流を流して加熱し、当該ホットワイヤに流れる電流量を計測することで空気量を計測するホットワイヤ方式が知られている。吸気管を通る空気がホットワイヤから熱を奪うことで、ホットワイヤの抵抗は変化する。また吸気管を通る空気量が多いほどホットワイヤから多くの熱が奪われる。そのため、マスフローセンサは、ホットワイヤに流れる電流量を計測することで空気量を計測することができる。
【0003】
ホットワイヤ式のマスフローセンサは、空気に含まれる塵等がホットワイヤに付着することで、計測精度の低下が生じることが知られている。特許文献1には、エンジンが定常運転状態であるときに、エンジンの回転速度と過給圧とに基づいて計算される吸入空気量とマスフローセンサの計測値とに基づいて、計測値の補正値を求める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
エンジンが、排ガスの一部を吸気側に再循環させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)を有する場合、エンジンの吸気側に流入する空気量は、外気から吸入される空気量とEGRの流量との和によって表される。そのため、EGRによる排ガスの再循環を遮断することで、エンジンの吸気側に流入する空気量と、外気から吸入される空気量とを一致させることで、補正値を精度よく算出することが考えられる。
【0006】
吸入空気量の計算のために排ガスの再循環を遮断する場合、遮断による空気量の変化が安定してから吸入空気量の計算を行う必要がある。しかしながら、車両が油圧ショベルなどの作業機械である場合、作業機械の運転中にエンジンの定常状態が長く続くことは少ないため、補正値を求める機会が少なくなってしまう。
【0007】
本開示の目的は、作業機械の通常運転中に精度よくマスフローセンサの計測値を補正することができるエンジンシステムおよびエンジンの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一態様によれば、エンジンシステムは、エンジン本体と、前記エンジン本体の吸気側に接続された吸気配管と、前記吸気配管に設けられ、前記吸気配管を通る空気量の計測値を出力するマスフローセンサと、前記エンジン本体の排気側に接続された排気配管と、前記排気配管に設けられ、前記排気配管を通る排気ガスに含まれる大気汚染物質を除去する除去装置と、前記エンジン本体の排気側と前記吸気配管とを接続する再循環配管と、前記再循環配管から前記吸気配管へ流入する排気ガスの流量を制御する再循環バルブと、前記再循環バルブを閉じ、前記除去装置の再生処理を行う再生制御部と、前記再生処理時における前記エンジン本体の状態量に基づいて前記エンジン本体の吸気側に流入する空気量の理論値を演算する空気量演算部と、前記再生処理時における前記計測値と前記理論値とに基づいて、3つ以上の空気量の領域のそれぞれについて、前記計測値を補正するための補正値を演算する補正値演算部と、前記3つ以上の領域のうち前記計測値が属する領域に係る前記補正値を用いて、前記計測値を補正する補正部とを備える。
【発明の効果】
【0009】
上記態様によれば、エンジンシステムは、作業機械の通常運転中に精度よくマスフローセンサの計測値を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】第1の実施形態に係るエンジンシステムの構成を示す模式図である。
【
図2】第1の実施形態に係るエンジンコントローラの構成を示す概略ブロック図である。
【
図3】第1の実施形態に係る補正値記憶部が記憶する情報の一例を示す図である。
【
図4】第1の実施形態に係るサンプル記憶部が記憶する情報の一例を示す図である。
【
図5】第1の実施形態に係るエンジンコントローラの動作を示すフローチャートである。
【
図6】エンジンシステムを用いた実験結果に係るMAFとMCFの時系列を示す図である。
【
図7】第1の実施形態に係る補正値更新処理を示すフローチャートである。
【
図8】エンジンシステムを用いた実験結果に係るサンプル数と補正値の関係を示す図である。
【
図9】第1の実施形態において隣接する2つの領域の補正値が更新された場合の補正値の更新方法を示す図である。
【
図10A】第1の実施形態に係る傾きと傾きの閾値との関係と、補正値との関係を示す第1の図である。
【
図10B】第1の実施形態に係る傾きと傾きの閾値との関係と、補正値との関係を示す第2の図である。
【
図10C】第1の実施形態に係る傾きと傾きの閾値との関係と、補正値との関係を示す第3の図である。
【
図11】少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
〈第1の実施形態〉
《エンジンシステム1の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図1は、第1の実施形態に係るエンジンシステム1の構成を示す模式図である。
エンジンシステム1は、エンジン本体10、過給機20、吸気配管30、排気配管40、再循環配管50、エンジンコントローラ60を備える。
【0012】
エンジン本体10は、内部に複数の燃焼室が形成されたディーゼル機関である。エンジン本体10には、空気を各燃焼室に分配する吸気マニホールド11と、各燃焼室から排出される排ガスをまとめる排気マニホールド12とが設けられる。エンジン本体10には、エンジン本体10の回転速度を計測する回転速度センサ101が設けられる。吸気マニホールド11には、吸気マニホールド11の温度を計測する温度センサ121および吸気マニホールド11の圧力を計測する圧力センサ122が設けられる。
【0013】
過給機20は、エンジン本体10から排出される排ガスを利用してエンジン本体10へ吸入される空気の密度を増加させる。過給機20は、排気配管40に設けられたタービン21と、吸気配管30に設けられたコンプレッサ22と、図示しない可変ノズルとを備える。なお、
図1のタービン21に示す矢印は、排気流量が可変であることを示している。コンプレッサ22は、タービン21に連結されて駆動される。タービン21の回転によってコンプレッサ22が駆動し、エンジン本体10への吸気過給が行われる。また、エンジンコントローラ60によって可変ノズルの開度が制御されることで、タービン21の回転数が調整される。なお、他の実施形態に係る過給機20は、可変ノズルに代えて固定ノズルまたは排気スロットルバルブを備えるものであってもよい。
【0014】
吸気配管30は、外気とエンジン本体10の吸気マニホールド11とを接続する。吸気配管30には、上流から順に、エアクリーナ31、マスフローセンサ32、過給機20のコンプレッサ22、アフタークーラ33が設けられる。
エアクリーナ31は、吸入される空気をフィルタを用いて濾過し、埃などの異物がエンジン本体10に混入するのを防止する。
マスフローセンサ32は、吸気配管30内に設けられた図示しないホットワイヤを備える。マスフローセンサ32は、ホットワイヤに電流を流すことでホットワイヤを加熱し、当該ホットワイヤに流れる電流量を計測することで空気量を計測する。つまり、マスフローセンサ32は、吸気配管30に流入する外気の空気量(MAF:Mass Air Flow)を計測する。マスフローセンサ32は、MAFセンサとも呼ばれる。
アフタークーラ33は、過給機20によって圧縮された空気を冷却する。
【0015】
排気配管40は、エンジン本体10の排気マニホールド12と外気とを接続する。排気配管40には、上流から順に、過給機20のタービン21、DPF41(Diesel Particulate Filter)が設けられる。
DPF41は、エンジン本体10から排出される排ガスに含まれる粒子状物質を除去する除去装置である。粒子状物質は、大気汚染物質の一例である。DPF41は、炭化珪素などを基材として構成される。排ガスに含まれる粒子状物質は、DPF41に形成された細孔を通過する際に捕集される。捕集された粒子状物質は、排ガスの温度が酸化反応を進行させることができる温度になることで、排ガスに含まれる酸素によって燃焼する。そのため、DPF41が粒子状物質の捕集により細孔が飽和しつつあるときに、粒子状物質を燃焼させることによって、DPF41の捕集機能を再生することができる。DPF41には、DPF41の上流側と下流側の差圧を計測する差圧センサ411が設けられる。
【0016】
再循環配管50は、エンジン本体10の排気マニホールド12と吸気配管30とを接続する。再循環配管50は、排気マニホールド12から排ガスの一部を抽出して吸気配管30に再循環させる。再循環配管50には、上流から順に、再循環クーラ51、再循環バルブ52を備える。再循環クーラ51は、排気マニホールド12からの排ガスを冷却する。再循環バルブ52は、再循環配管50から吸気配管30に流れる排ガス流量を調整する。
図1の再循環バルブ52に示す矢印は、開度が可変であることを示す。
再循環配管50は、排ガスの一部を吸気マニホールド11に再循環させる(還流させる)ことによって、吸気中の酸素濃度を低下させ、エンジン本体10の燃焼温度を下げる。これにより、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量を低減させる。なお、第1の実施形態に係る排気配管40と再循環配管50とは、それぞれ排気マニホールド12に接続されるが、他の実施形態においては、再循環配管50が排気配管40から分岐してもよい。
【0017】
《エンジンコントローラ60の構成》
エンジンコントローラ60は、図示しないアクセルペダルなどの操作装置の操作量および各種センサの計測値に応じて、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、過給機20の可変ノズル、および再循環バルブ52を調整して、エンジンの回転数およびトルクを制御する。このとき、エンジンコントローラ60は、マスフローセンサ32の計測値を劣化に応じて補正する。すなわち、エンジンコントローラ60は、空気に含まれる塵等がマスフローセンサ32のホットワイヤに付着することで生じる計測精度の低下に応じて、マスフローセンサ32の計測値を補正する。また、エンジンコントローラ60は、差圧センサ411の計測値に基づいてDPF41の再生の要否を判定し、DPF41の再生処理を行う。
【0018】
図2は、第1の実施形態に係るエンジンコントローラ60の構成を示す概略ブロック図である。
エンジンコントローラ60は、計測値取得部601、補正値記憶部602、領域特定部603、補正部604、再生判定部605、空気量演算部606、エンジン制御部607、サンプリング部608、サンプル記憶部609、補正値演算部610を備える。
【0019】
計測値取得部601は、マスフローセンサ32、回転速度センサ101、温度センサ121、圧力センサ122、および差圧センサ411から計測値を取得する。
【0020】
補正値記憶部602は、マスフローセンサ32の計測値、すなわち吸気配管30を通る空気量の計測値を補正するための補正値を記憶する。以下、吸気配管30を通る空気量の計測値を、MAFの計測値ともいう。第1の実施形態に係る補正値は、吸気配管30を通る空気量の理論値をMAFの計測値で除算したものである。以下、吸気配管30を通る空気量の理論値をMAFの理論値ともいう。なお、他の実施形態に係る補正値は、例えばMAFの計測値とMAFの理論値のずれ率などの値であってよい。補正値記憶部602は、3つ以上の空気量の領域に関連付けて補正値を記憶する。
図3は、第1の実施形態に係る補正値記憶部602が記憶する情報の一例を示す図である。例えば、補正値記憶部602は、
図3に示すようにMAFの計測値が取り得る値の範囲を6つの領域に分け、6つの領域のそれぞれに関連付けて補正値を記憶する。
【0021】
図2に示す領域特定部603は、計測値取得部601が取得したMAFの計測値に基づいて当該計測値が属する空気量の領域を特定する。
【0022】
補正部604は、補正値記憶部602が記憶する補正値に基づいて、MAFの計測値を補正する。すなわち、補正部604は、MAFの計測値に、領域特定部603が特定した領域に関連付けられた補正値を乗算することで、MAFの計測値を補正する。
【0023】
再生判定部605は、計測値取得部601が取得した差圧センサ411の計測値に基づいて、DPF41を再生させるための後処理再生運転を実施するか否かを判定する。具体的には、再生判定部605は、差圧センサ411の計測値に基づいてDPF41における粒子状物質の堆積量を推定し、当該堆積量が所定の閾値を超える場合に、後処理再生運転を実施すると判定する。また再生判定部605は、前回の後処理再生運転の実施から所定時間が経過した場合に後処理再生運転を実施すると判定してもよい。後処理再生運転は、DPF41の再生処理の一例である。
【0024】
空気量演算部606は、計測値取得部601が取得した回転速度センサ101、温度センサ121、および圧力センサ122の計測値に基づいて、エンジン本体10の吸気側に流入する空気量(MCF:Mass Charge Flow)の理論値を演算する。すなわち、空気量演算部606は、体積効率とエンジン回転数とに基づいてMCFの理論値を計算する。なお、後処理再生運転時には、再循環バルブ52の開度がゼロとなるため、MCFの理論値は、吸気配管30を通る空気量(MAF)の理論値と一致する。つまり、後処理再生運転中に空気量演算部606が演算する値は、MAFの理論値であるともいえる。
【0025】
エンジン制御部607は、計測値取得部601が取得した回転速度センサ101、温度センサ121、および圧力センサ122の計測値、補正部604が補正したMAFの計測値、並びに空気量演算部606が演算したMCFの理論値に基づいて、燃料噴射量、過給機20の可変ノズルの開度、および再循環バルブ52の開度を決定する。エンジン制御部607は、空気量演算部606が演算したMCFの理論値に予め定められた再循環率を乗算することで、再循環配管50の流量を決定する。エンジン制御部607は、決定した流量に基づいて再循環バルブ52の開度を決定する。
ただし、エンジン制御部607は、後処理再生運転時には、これに関わらず再循環バルブ52の開度がゼロとなるように制御する。これにより、吸気側の空気における酸素濃度を増加させ、燃焼温度を上昇させることができる。また、エンジン制御部607は、エンジン本体10がエンジン回転速度およびトルクが低い低速低負荷領域で稼働している場合に過給機20の可変ノズルの開度が微小となるように制御する。これにより、エンジン本体10のポンピングロスを増加させ、排ガスの温度を上昇させることができる。
【0026】
サンプリング部608は、エンジン制御部607による後処理再生運転中に、補正前のMAFの計測値と、空気量演算部606が算出したMCFの理論値をサンプリングするか否かを判定する。空気量演算部606による空気量の演算精度は、エンジン本体10が過渡状態にある場合に低くなる。そのため、サンプリング部608は、エンジン回転数および燃料噴射量の変化率が十分小さいときに、MAFの計測値とMCFの理論値をサンプリングすることを決定する。サンプリング部608は、空気量の領域ごとに、サンプル記憶部609が記憶する情報に基づいてMAFの計測値の平均値およびMCFの理論値の平均値、ならびにサンプル数を算出し、サンプル記憶部609に記憶させる。以下、MAFの計測値の平均値をMAFの平均計測値とよび、MCFの理論値の平均値をMCFの平均理論値とよぶ。
【0027】
サンプル記憶部609は、MAFの平均計測値と、MCFの平均理論値と、サンプル数とを関連付けて記憶する。
図4は、第1の実施形態に係るサンプル記憶部609が記憶する情報の一例を示す図である。
【0028】
補正値演算部610は、サンプル記憶部609が記憶する情報に基づいて、複数の空気量の領域別に補正値を演算する。補正値演算部610は、演算した補正値を補正値記憶部602に記録する。
【0029】
《エンジンコントローラ60の動作》
ここで、第1の実施形態に係るエンジンコントローラ60の動作について説明する。
図5は、第1の実施形態に係るエンジンコントローラ60の動作を示すフローチャートである。エンジンシステム1が稼働を開始すると、エンジンコントローラ60は、一定の制御周期ごとに
図5に示す処理を実行する。
まず、計測値取得部601は、各種センサから計測値を取得する(ステップS1)。次に、領域特定部603は、補正値記憶部602が記憶する複数の領域のうち、ステップ
S1で取得したMAFの計測値が属する領域を特定する(ステップS2)。補正部604は、補正値記憶部602からステップS1で特定された領域に関連付けられた補正値を読み出し、MAFの計測値を補正する(ステップS3)。空気量演算部606は、ステップS1で取得したエンジン回転速度、吸気マニホールド11の温度および圧力の計測値に基づいて、MCFの理論値を演算する(ステップS4)。
【0030】
再生判定部605は、エンジンシステム1の運転モードが後処理再生運転モードであるか否かを判定する(ステップS5)。エンジンシステム1の運転モードが後処理再生運転モードでない場合(ステップS5:NO)、再生判定部605は、ステップS1で取得したDPF41の差圧の計測値に基づいて後処理再生運転を開始するか否かを判定する(ステップS6)。なお、再生判定部605は、前回の後処理再生運転からの経過時間に基づいて後処理再生運転を開始するか否かを判定してもよい。再生判定部605が後処理再生運転を開始しないと判定した場合(ステップS6:NO)、エンジン制御部607は、ステップS1で取得した各種計測値、ステップS3で補正したMAFの計測値、およびステップS4で演算したMCFの理論値に基づいて、燃料噴射量、過給機20の可変ノズルの開度、および再循環バルブ52の制御信号を生成する(ステップS7)。すなわち、エンジン制御部607は、通常運転モードでエンジンシステム1を制御する。そして、エンジンコントローラ60は、次の制御周期まで待機する。
【0031】
他方、エンジンシステム1の運転モードが後処理再生運転モードである場合(ステップS5:YES)、または再生判定部605が後処理再生運転を開始すると判定した場合(ステップS6:YES)、エンジン制御部607は、再循環バルブ52の開度をゼロにする制御信号を生成する(ステップS8)。すなわち、エンジン制御部607は、後処理再生運転モードでエンジンシステム1を制御する。また、エンジン制御部607は、エンジン本体10がエンジン回転速度およびトルクが低い低速低負荷領域で稼働している場合に過給機20の可変ノズルの開度が微小となるように制御する。
【0032】
次に、サンプリング部608は、補正値の算出開始条件が充足されているか否かを判定する(ステップS9)。第1の実施形態に係る算出開始条件は、再循環バルブ52の開度を閉じてから一定時間が経過したこと、冷却水の水温が所定閾値(例えば、72℃)以上であること、作業高度が所定高度(例えば、4600m)以下であること、およびエンジンシステム1の各部品(例えば、過給機20、再循環バルブ52、回転速度センサ101、温度センサ121、圧力センサ122、差圧センサ411など)に故障がないことである。部品の故障の例としては、異常値の出力や作動不良などが挙げられる。他の実施形態においては、これに限られず、例えば再循環バルブ52の開度を閉じてから一定時間が経過したことのみを算出開始条件としてもよい。
【0033】
算出開始条件が充足される場合(ステップS9:YES)、サンプリング部608は、エンジンシステム1の状態に基づいて、MAFの計測値およびMCFの理論値のサンプリング条件が充足されるか否かを判定する(ステップS10)。第1の実施形態に係るサンプリング条件は、エンジンシステム1が加速中でないこと、エンジンシステム1の運転領域が低速低負荷域でないこと(過給機20の可変ノズルの開度が微小でないこと)、吸気マニホールド11の圧力の計測値と目標値との差の絶対値が所定の圧力偏差閾値以下であること、エンジン回転数の変化率が所定の閾値以下であること、および燃料噴射量の変化率が所定の閾値以下であることである。なお、エンジン回転数および燃料噴射量の変化率を求める場合、エンジン回転数および燃料噴射量の計測値にローパスフィルタをかけることが好ましい。
【0034】
ここで、エンジン本体10が低速低負荷域で稼働している場合にサンプリングを行わない理由を説明する。
図6は、エンジンシステムを用いた実験結果に係るMAFの計測値とMCFの理論値の時系列を示す図である。
図6において実線はMAFの計測値を表し、点線はMCFの理論値を表す。
エンジン本体10が低速低負荷域で稼働している場合に、ステップS8により過給機20の可変ノズルの開度を微小にし、エンジン本体10のポンピングロスを高める特殊な運転がなされる。そのため、
図6に示すように、低速低負荷域におけるMAFの計測値とMCFの理論値の誤差は、他の領域と比較して大きくなる。そのため、MAFの計測値とMCFの理論値の誤差が多い低速低負荷域においてサンプリングを行わないことで、サンプルにおけるノイズを低減することができる。なお、低速低負荷域においてMAFの計測値とMCFの理論値の誤差が増大しないエンジンにおいては、低速低負荷域で稼働している場合にもサンプリングを行ってよい。
他の実施形態においては、これに限られず、例えばエンジンシステム1が排気スロットルバルブを備える場合、サンプリング条件が、当該スロットルバルブの開度が閾値以下であることをさらに含んでもよい。
【0035】
図5に戻り、サンプリング条件が充足される場合(ステップS10:YES)、サンプリング部608は、ステップS1で取得したMAFの計測値と、ステップS4で演算したMCFの理論値と、ステップS2で特定した領域に関連付けてサンプル記憶部609が記憶する情報に基づいて、MAFの平均計測値と、MCFの平均理論値と、サンプル数を更新する(ステップS11)。例えば、サンプリング部608は、例えば、以下の手順でMAFの平均計測値と、MCFの平均理論値と、サンプル数を更新する。
【0036】
サンプリング部608は、サンプル記憶部609から、ステップS2で特定した領域に関連付けられたMAFの平均計測値、MCFの平均理論値およびサンプル数を読み出す。サンプリング部608は、以下に示す式(1)に従ってMAFの平均理論値mave(t)を更新する。tは、現在時刻を示す。
【0037】
【数1】
ここで、nはサンプル記憶部609が記憶するサンプル数を示す。m
ave(t-1)は、サンプル記憶部609が記憶する前回(時刻t-1)の平均計測値を示す。m(t)は、時刻tのMAFの計測値を示す。
【0038】
サンプリング部608は、サンプル数に1を加算することで、サンプル数を更新する。
なお、他の実施形態においては、すべてのサンプルを逐次サンプル記憶部に記憶させてMAFの平均計測値、MCFの平均理論値およびサンプル数を算出してもよい。このとき、サンプリング部608は、標準偏差の3σ以内のサンプルを用いてMAFの平均計測値、MCFの平均理論値およびサンプル数を算出してもよい。
サンプリング部608は、更新したMAFの平均計測値、MCFの平均理論値、およびサンプル数をサンプル記憶部609に記憶させる。
【0039】
算出開始条件またはサンプリング条件が充足されておらず(ステップS9またはS10:NO)、またはサンプリング部608がサンプル記憶部609が記憶する情報を更新すると(ステップS11)、再生判定部605は、後処理再生運転モードを終了するか否かを判定する(ステップS12)。再生判定部605は、例えば、後処理再生運転を開始してから一定時間が経過したか否か、DPF41が所定温度に達したか否かなどに基づいて後処理再生運転モードを終了するか否かを判定する。後処理再生運転モードを終了しない場合(ステップS12:NO)、エンジンコントローラ60は、次の制御周期まで待機する。
【0040】
後処理再生運転モードを終了する場合(ステップS12:YES)、補正値演算部610は、補正値更新処理を実行し、補正値記憶部602が記憶する補正値を更新する(ステップS13)。補正値更新処理の詳細については後述する。補正値が更新されると、補正値演算部610は、サンプル記憶部609が記憶する情報を初期化する(ステップS14)。そして、エンジンコントローラ60は、次の制御周期まで待機する。
【0041】
このように、第1の実施形態によれば、エンジンコントローラ60は、後処理再生運転時、すなわちDPF41の再生処理時に補正値を更新することができる。後処理再生運転時は、再循環バルブ52の開度が常にゼロとなっている。そのため、エンジン本体10が定常状態になったあとに再循環バルブ52を閉じて、安定するのを待ってから補正値を更新する場合と比較して、補正値の更新のために必要となる定常状態の保持時間が短くなる。
これにより、エンジンシステム1は、作業機械の通常運転中に精度よくマスフローセンサ32の計測値を補正することができる。
【0042】
《補正値更新処理》
以下、ステップS13の補正値更新処理について説明する。
図7は、第1の実施形態に係る補正値更新処理を示すフローチャートである。
補正値演算部610は、補正値更新処理を開始すると、空気量の各領域を1つずつ選択し(ステップS51)、選択した領域について以下のステップS52からステップS55の処理を実行する。
【0043】
補正値演算部610は、サンプル記憶部609がステップS51で選択した領域に関連付けて記憶するサンプル数が、所定のサンプル数閾値以上であるか否かを判定する(ステップS52)。ステップS51で選択した領域に関連付けて記憶するサンプル数がサンプル数閾値未満である場合(ステップS52:NO)、当該領域に係る補正値の更新を保留する。他方、ステップS51で選択した領域に関連付けて記憶するサンプル数がサンプル数閾値以上である場合(ステップS52:YES)、サンプル記憶部609がステップS51で選択した領域に関連付けて記憶するMCFの平均理論値をMAFの平均計測値で除算することで、補正値を算出する(ステップS53)。このように、サンプル数が十分確保された領域について補正値を求めることで、補正値の信頼性を確保することができる。
【0044】
図8は、第1の実施形態に係るエンジンシステム1を用いた実験結果に係るサンプル数と補正値の関係を示す図である。
図8に示すように、サンプル数が200未満の領域においては、算出される補正値の値が目標補正値から大きく外れてしまう。他方、サンプル数が200以上になると、目標補正値からのずれが有意に小さくなることが分かる。さらに、サンプル数が800以上になると、算出される補正値の上下のばらつきが小さくなり、サンプル数が1000以上となると、計算される補正値は目標補正値とほぼ等しくなることが分かる。したがって、サンプル数閾値は、200以上が好ましく、より好ましくは800以上、さらに好ましくは1000以上である。
【0045】
図7に戻り、補正値演算部610は、算出された補正値を予め定められた許容範囲内の値となるように制限する(ステップS54)。つまり、補正値演算部610は、算出された補正値が許容範囲の上限値より大きい場合、補正値を当該上限値に更新する。また補正値演算部610は、算出された補正値が許容範囲の下限値より小さい場合、補正値を当該下限値に更新する。
補正値演算部610は、補正値記憶部602がステップS51で選択した領域に関連付けられて記憶する補正値を更新する(ステップS55)。
【0046】
次に、補正値演算部610は、ステップS51からステップS55において補正値を更新しなかった各領域を1つずつ選択し(ステップS56)、選択した領域について以下のステップS57からステップS62の処理を実行する。
【0047】
補正値演算部610は、ステップS56で選択した領域に隣接する領域のうち、ステップS51からステップS55によって補正値が更新されたものの数を特定する(ステップS57)。例えば、
図3に示す例において、ステップS56で6-8kg/minの領域を選択した場合、補正値演算部610は、4-6kg/minの領域と8-10kg/minの領域の両方の補正値が更新されたか、何れか一方の補正値が更新されたか、いずれの補正値も更新されなかったかを判定する。また例えば、
図3に示す例において、ステップS56で16-18kg/minの領域を選択した場合、補正値演算部610は、12-14kg/minの領域の補正値が更新されたか否かを判定する。
【0048】
隣接するいずれの領域の補正値も更新されなかった場合(ステップS57:ゼロ)、補正値演算部610は、ステップS56で選択した領域の補正値を更新せず、前回の補正値を維持する。
【0049】
図9は、第1の実施形態において隣接する2つの領域の補正値が更新された場合の補正値の更新方法を示す図である。
図9において、黒のプロットは更新前の補正値を示し、白のプロットは更新された補正値を示す。また、白のプロットのうち輪郭が点線のものは、内挿により求められる補正値である。
隣接する2つの領域の補正値が更新された場合(ステップS57:2つ)、補正値演算部610は、当該2つの領域に係る補正値の内挿により、当該領域の補正値を求める(ステップS58)。例えば、補正値演算部610は、
図9に示すように、領域m
bの補正値を更新する場合、隣接する2つの領域m
a、m
cの補正値の平均値を、当該領域m
bの補正値に決定する。補正値演算部610は、補正値記憶部602がステップS56で選択した領域に関連付けられて記憶する補正値を更新する(ステップS59)
【0050】
隣接する1つの領域の補正値が更新された場合(ステップS57:1つ)、補正値演算部610は、前回の補正値と当該1つの領域に係る補正値とに基づいて、補正値を更新しない場合における補正値の傾きを算出する(ステップS60)。具体的には、補正値演算部610は、以下の式(2)により補正値を更新しない場合における補正値の傾きdを算出する。
d=(ka1-kb0)/(ma-mb) ・・・(2)
ここで、ka1は、更新された隣接する領域に係る補正値を示す。また、kb0は、当該領域の前回の補正値を示す。また、maは、隣接する領域の流量の中央値を示す。また、mbは、当該領域の流量の中央値を示す。
【0051】
次に、補正値演算部610は、算出した傾きの絶対値dが設計において定められる傾きの閾値dkより大きいか否かを判定する(ステップS61)。
【0052】
図10A、
図10B、
図10Cは、第1の実施形態に係る傾きdと傾きの閾値dkとの関係と、補正値との関係を示す図である。
図10A-
図10Cにおいて、黒のプロットは更新前の補正値を示し、白のプロットは更新された補正値を示す。また、白のプロットのうち輪郭が点線のものは、外挿により求められる補正値である。
図10Aおよび
図10Cに示すように、傾きdの絶対値が傾きの閾値dkより大きい場合(ステップS61:YES)、補正値演算部610は、当該傾きdの符号に応じて、更新された隣接する領域に係る補正値の外挿により、当該領域の補正値を算出する(ステップS62)。具体的には、
図10Aに示すように傾きの符号が負である場合、補正値演算部610は、以下の式(3)により当該領域の補正値k
b1を求める。また、
図10Cに示すように傾きの符号が正である場合、補正値演算部610は、以下の式(4)により当該領域の補正値k
b1を求める。
k
b1=k
a1-dk(|m
a-m
b|) ・・・(3)
k
b1=k
a1+dk(|m
a-m
b|) ・・・(4)
【0053】
そして、補正値演算部610は、補正値記憶部602がステップS56で選択した領域に関連付けられて記憶する補正値を更新する(ステップS63)。他方、補正値演算部610は、
図10Bに示すように、傾きdの絶対値が傾きの閾値dk以下である場合(ステップS61:NO)、補正値演算部610は、ステップS56で選択した領域の補正値を更新せず、前回の補正値を維持する。
【0054】
このように、第1の実施形態によれば、エンジンコントローラ60は、複数の空気量の領域のうち、十分なサンプル数を有する領域について、MCFの平均理論値をMAFの平均計測値で除算することで、補正値を算出する。これにより、信頼性を確保しつつ補正値を求めることができる。他方、エンジンコントローラ60は、サンプル数が不十分であった領域について、隣接する領域の補正値を用いて更新する。これにより、サンプル数が不十分の領域についても補正値を算出することができる。
【0055】
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
上述した実施形態に係るエンジンコントローラ60は、単独のコンピュータ90によって構成されるものであってもよいし、エンジンコントローラ60の構成を複数のコンピュータ90に分けて配置し、複数のコンピュータ90が互いに協働することでエンジンコントローラ60として機能するものであってもよい。このとき、エンジンコントローラ60を構成する一部のコンピュータ90がエンジンシステム1を搭載する作業機械の内部に搭載され、他のコンピュータ90が作業機械の外部に設けられてもよい。
【0056】
上述した実施形態に係るエンジンコントローラ60は、3つ以上の空気量の領域それぞれについて補正値を求めるが、他の実施形態において空気量の領域の数はこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、2つの空気量の領域について補正値を求めてもよいし、空気量の領域によらず1つの補正値を算出してもよい。
【0057】
また、上述した実施形態に係るエンジンコントローラ60は、サンプル数がサンプル数閾値未満の領域については、当該領域に隣接する他の領域の補正値に基づいて補正値を演算するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係るエンジンコントローラ60は、サンプル数によらずに、平均値と理論値とに基づいて補正値を算出してもよい。
【0058】
また、他の実施形態に係る補正値演算部610は、
図3に示すようなテーブルではなく、関数として補正値を持ってもよい。また、補正値は学習済みモデルによって表されてもよい。例えば、他の実施形態に係る補正値演算部610は、MAFの計測値を入力サンプルとし、MCFの理論値を出力サンプルとして、学習モデルを訓練することで、補正値として学習済みモデルを生成してもよい。
【0059】
また、上述した実施形態に係るエンジンコントローラ60は、DPF41の再生運転中に補正値を演算するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係るエンジンシステム1がSCR(Selective Catalytic Reduction)を備える場合に、エンジンコントローラ60は、SCRの再生運転中に補正値を演算してもよい。SCRは、排気ガスから窒素酸化物を除去する除去装置である。窒素酸化物は、大気汚染物質の一例である。
【0060】
〈コンピュータ構成〉
図11は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータ90の構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ90は、プロセッサ91、メインメモリ92、ストレージ93、インタフェース94を備える。
上述のエンジンコントローラ60は、コンピュータ90に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ93に記憶されている。プロセッサ91は、プログラムをストレージ93から読み出してメインメモリ92に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ91は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ92に確保する。プロセッサ91の例としては、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphic Processing Unit)、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
【0061】
プログラムは、コンピュータ90に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ93に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータ90は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてPLD(Programmable Logic Device)などのカスタムLSI(Large Scale Integrated Circuit)を備えてもよい。PLDの例としては、PAL(Programmable Array Logic)、GAL(Generic Array Logic)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)が挙げられる。この場合、プロセッサ91によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサ91の一例に含まれる。
【0062】
ストレージ93の例としては、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ93は、コンピュータ90のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース94または通信回線を介してコンピュータ90に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ90に配信される場合、配信を受けたコンピュータ90が当該プログラムをメインメモリ92に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも1つの実施形態において、ストレージ93は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【0063】
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ93に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0064】
エンジンシステムは、作業機械の通常運転中に精度よくマスフローセンサの計測値を補正することができる。
【符号の説明】
【0065】
1…エンジンシステム 10…エンジン本体 30…吸気配管 32…マスフローセンサ 40…排気配管 50…再循環配管 52…再循環バルブ 60…エンジンコントローラ 604…補正部 606…空気量演算部 610…補正値演算部