(57)【要約】  本発明は、内燃機関において、第１及び第２の燃料を含むデュアルフューエル混合物の燃料配合を決定する方法に関する。前記方法は、複数のフューエル混合物における過渡的なサイクル運転の間に、複数のエンジンパラメータを測定する段階；測定値の過渡的な時系列のシステム同定を用いて、単一あるいは複数の関連エンジンパラメータを決定する段階；前記単一あるいは複数のエンジンパラメータに基づいて、燃料配合の推定モデルを決定する段階；前記単一あるいは複数のエンジンパラメータの現在の測定値を用いて過渡的な動作の間における現在の燃料配合を決定するべく、前記モデルを用いる段階；及び現在の燃料配合に応じてエンジンを制御するべく、前記算出された現在の燃料配合を用いる段階、を含む。本発明はさらに前記方法を用いる車両、及びコンピュータプログラム製品に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関において、第１及び第２の燃料を含むデュアルフューエル混合物の燃料配合を決定する方法であって、
−  予め定められた範囲のエンジン負荷及び燃料配合における過渡的なサイクル運転の間に、センサを用いて複数のエンジンパラメータを測定する段階；
−  測定値の過渡的な時系列のシステム同定を用いて、単一あるいは複数の関連エンジンパラメータを決定する段階；
−  前記単一あるいは複数のエンジンパラメータに基づいて、燃料配合の推定モデルを決定する段階；
−  前記単一あるいは複数のエンジンパラメータの現在の測定値を用いて過渡的な動作の間における現在の燃料配合を決定するべく、前記モデルを用いる段階；及び
−  現在の燃料配合に応じてエンジンを制御するべく、前記算出された現在の燃料配合を用いる段階、を含む方法。
【請求項２】
前記関連するパラメータを決定するためのシステム同定の間に、実際の及び時間遅れの、比例項及びクロス項の、インデータを用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも一つのエンジンパラメータが排気マニホルド温度を含んでいる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一つのエンジンパラメータがエンジン回転数を含んでいる、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
少なくとも一つのエンジンパラメータが排気マニホルド圧を含んでいる、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
少なくとも一つのエンジンパラメータが排気ガス再循環の質量流量を含んでいる、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
少なくとも一つのエンジンパラメータが、燃料噴射についての規制と一体の部分を含んでいる、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
少なくとも一つのエンジンパラメータが吸気マニホルド圧力を含んでいる、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一つのエンジンパラメータが吸気マニホルド温度を含んでいる、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一つのエンジンパラメータがエンジン制御装置によって要求されるトルク値を含んでいる、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも一つのエンジンパラメータが可変ジオメトリ過給機の設定位置を含んでいる、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも一つのエンジンパラメータが冷却水温度を含んでいる、請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法により制御されるように構成された内燃機関を備える車両。
【請求項１４】
コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至１２のいずれかに記載したあらゆるステップを実行するためのプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラム。
【請求項１５】
コンピュータプログラム製品であって、前記プログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至１２のいずれかに記載したあらゆるステップを実行するためのコンピュータ可読媒体に格納されたプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
例えばコンピュータメモリ（１２０）あるいは不揮発性データ記憶媒体（１５０）といった、計算機環境において使用するための記憶媒体であって、前記メモリが、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法を実行するためのコンピュータ可読プログラムコードを含んでいる記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デュアルフューエル混合物における燃料配合を決定する方法に関する。この方法は、変動する燃料を含むとともにその配合に応じて燃焼特性が定まる燃料における、燃料配合のリアルタイムな推定を可能にして、デュアルフューエル混合物のあらゆる配合について最適なエンジン動作をもたらす。
【背景技術】
【０００２】
バイオディーゼル燃料は、最新のディーゼル機関においては、純粋の形態で用いることができ、あるいは鉱油ディーゼル燃料と任意の濃度で混合することができる。バイオディーゼル燃料の使用は、特にそのようなタイプの燃料の利点により、将来において増加するであろう。特に、バイオディーゼル燃料の使用は、粒子状物質を最大で８０％も減少させる効果を有する。更にまた、バイオディーゼル燃料は、窒素酸化物の増加を解決するために、煤と窒素酸化物とのトレードオフを再調整する可能性をもたらす。また、それは、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生頻度を低下させる可能性をもたらす。しかしながら、バイオディーゼル燃料の使用は、以下の問題を招き得る。例えば、バイオディーゼル燃料は、内燃機関の冷間時、特に低い温度における始動が、従来のディーゼル燃料に対してより困難となり得る。更なる問題は、バイオディーゼル燃料の蒸発特性に起因する潤滑油希釈の増加によりもたらされる。更に、バイオディーゼル燃料の使用は、内燃機関の出力を７〜１０％低下させる影響を有することになる。そのうえ、バイオディーゼル燃料の使用は、窒素酸化物エミッションの最大で６０％もの増加につながり得る。
【０００３】
材料の互換性についての挑戦は「フレックスフューエル」車両において大部分は達成されているが、燃料のタイプ（すなわちエタノール、バイオディーゼル等）の関数としてのエンジン及び後処理の動作は最適化されて来なかった。代替燃料の全面的な導入は、多くの場合に従来燃料との混合を生じさせる。これは、Ｅ８５（８５％エタノール、１５％ガソリン）及びＢ２０（２０％バイオディーゼル燃料、８０％従来ディーゼル燃料）の限定された導入において、ある程度見られることである。バイオディーゼルの１つの例はＲＭＥであり、それは菜種油のメチルエステルである。その挑戦は、変動する燃料の特性に適合することにある。代替燃料のタイプ（すなわち純粋バイオディーゼル燃料、純粋ディーゼル燃料）、及び配合比率すなわちＢ２０（２０％バイオディーゼル燃料、８０％従来ディーゼル燃料）とＢ８０（８０％バイオディーゼル燃料、２０％従来ディーゼル燃料）の両方に起因して、燃焼特性に差があるからである。燃料配合のリアルタイムな推定は、２成分燃料（例えばディーゼル燃料−バイオディーゼル燃料、ガソリン−エタノール等）の最適化された使用にとって鍵となる要因である。
【０００４】
鉱油ベースディーゼル燃料にとって再生可能代替燃料としてのバイオディーゼル燃料あるいはＲＭＥは、鉱油ディーゼル燃料と比較したときに、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除くあらゆるタイプ（ＣＯ、ＨＣ等）のエミッションを低下させる。バイオディーゼル燃料で作動しているエンジンから生み出される窒素酸化物を低減することは、排出ガス規制を満たすことができるようにするための難しい課題である。低い窒素酸化物エミッション及び改良されたエンジン性能につながるエンジン制御システムのパラメータを調整するための制御及び適合目的にとって、燃料配合についての知識は無くてはならないものである。ＲＭＥは従来のディーゼル燃料と異なる配合で用いることができ、かつバイオディーゼル燃料のパーセンテージを推定することは、機関サイクル当たりの燃料噴射率及びエンジンが生み出す動力を推定するために有用である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＲＭＥは、従来のディーゼル燃料に比較すると、同じ動力を達成するための発熱量が低く、より多くのＲＭＥ燃料を用いなければならない。あるいは、ディーゼル燃料及びＲＭＥ燃料の量が同一であるとすると、生じるトルクレベルが違う。したがって、更なる問題は、エンジンの燃費情報及びエンジンによって生じるトルクを最適化するために、燃料のＲＭＥ含有率の正確な推定値を提供することにある。
【０００６】
本発明の目的は、バイオディーゼル燃料のパーセンテージボリュームのできる限り正確な推定値を提供すべく、車両タンク内のバイオディーゼル燃料の検出を可能にすることにある。他の目的は、専用のセンサを用いることなく、既存のエンジンセンサ及びＥＣＵが既に利用可能なデータのみを用いて推定値を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、請求項１及びその従属項に記載した、デュアルフューエル混合物における燃料配合を測定する方法に関する。
【０００８】
好ましい実施形態によると、本発明は、内燃機関において第１及び第２の燃料から成るデュアルフューエル混合物の燃料配合を決定する方法に関する。この方法は、
−  予め定められた範囲のエンジン負荷及び燃料配合における過渡的なサイクル運転の間に、センサを用いて複数のエンジンパラメータを測定し、かつ電子制御装置にセンサ信号を送信する段階；
−  測定値の過渡的な時系列のシステム同定を用いて、単一あるいは複数の関連エンジンパラメータを測定する段階；
−  単一あるいは複数のエンジンパラメータに基づいて、燃料配合の推定モデルを決定する段階；
−  単一あるいは複数のエンジンパラメータの現在の測定値を用いて過渡的な動作の間における現在の燃料配合を決定するべく、そのモデルを用いる段階；及び
−  現在の燃料配合に応じてエンジンを制御するべく、算出された現在の燃料配合を用いる段階、を含んでいる。
【０００９】
この方法によると、関連するパラメータを決定するためのシステム同定の間に、実際の及び時間遅れの、比例項及びクロス項のインデータ（ｉｎ−ｄａｔａ）を用いる。
【００１０】
本発明によると、この方法は排気マニホルド温度、エンジン回転数、排気マニホルド圧、排気ガス再循環質量流量、例えば燃料噴射のための制御の一体部分といった燃料噴射パラメータ、吸気マニホルド圧力、吸気マニホルド温度、エンジン制御装置により要求されるトルク値、可変ジオメトリ過給機の設定位置、及び／又は冷却水温度を含む、少なくとも一つのエンジンパラメータを使用することを含んでいる。これは、パラメータ、及び使用するエンジンモデルに応じて用いることができる追加的に利用可能なセンサ値の、完全には網羅されていないリストである。
【００１１】
エンジン試験は、ディーゼル燃料における７％（Ｂ７）、５０％（Ｂ５０）及び１００％のＲＭＥ（Ｂ１００）を用いて実行され、かつ以下に詳細が説明される。ＲＭＥ含有率は、多くのエンジンパラメータについて利用できるセンサ値を用いて、過渡的な状態からモデル化される。以下の実施例において、選択されるパラメータは、排気マニホルド温度、エンジン回転数、排気マニホルド圧、ＥＧＲ質量流量、燃料噴射パラメータ、吸気マニホルド圧力、吸気マニホルド温度、要求トルク（エンジン制御装置により要求されるトルク）、ＶＧＴ（可変ジオメトリタービン）の設定位置／要求値、及び冷却水温度である。選択肢として、モデルをより丈夫で／正確なものとするために、追加のセンサ値を用いることができる。
【００１２】
この試験は、混合ディーゼル燃料（ＶＳＤ１０）におけるＲＭＥの比率を過渡的な状態において検出するために、エンジンの利用可能なセンサを用い得ることを示している。本発明の方法を用いて適用されるモデルを用いることにより、ディーゼル燃料のＲＭＥ比率は、車両を運転する間の過渡的な状態において推定することができる。
【００１３】
この試験は、排気ガス再循環のない１３リットル（４２０馬力）のユーロＶ形機関において実行された。ユーロＶは、ＥＵにおいて販売される大型車両のための現状の排出基準である。エンジン後処理システム（ＥＡＴＳ）は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）及び選択的触媒反応器（ＳＣＲ）の両方を備えるＵＳ１０システムであった。ＵＳ１０は、２０１０年の米国排出基準のための規則である。エミッション、温度、及び圧力センサの標準的な準備に加えて、調整データを集めるために用いたＲＭＥ燃料はＢ７及びＢ１００であった。
【００１４】
このモデルは、他のエンジンモデルには直接的に適用することができない。例えば、ユーロＶＩ（２０１４年ＥＵ基準）エンジンは異なるセンサを備え得るとともに、いくつかのエンジンのバージョンは排気ガス再循環及びターボコンパウンドを含むであろう。このことは、各エンジンについてモデルの再調整を必要とする。
【００１５】
エンジンは、試験サイクルにおいて過渡的に、かつ検証サイクルにおいて過渡的に運転された。適切な試験サイクルは、「デューティサイクル」（Ｃｉｔｙ３サイクル）、「ＷＨＴＣ」及び「ＷＨＳＣ」であった。これらのサイクルは、様々な国際的な及び国家の当局により決定された、標準化された走行サイクルである。デューティサイクルあるいはＣｉｔｙ３サイクルは、都市交通のバスのために用いる過渡的なサイクルである。世界調和過渡サイクル（ＷＨＴＣ）試験は、ＵＮ  ＥＣＥ  ＧＲＰＥグループにより開発されたグローバル技術規則（ＧＴＲ）Ｎｏ．４により定められる、過渡的なエンジンダイナモメータスケジュールである。ＧＴＲは、エンジン排出ガス規制のための世界調和ヘビーデューティー検証（ＷＨＤＣ）手順をカバーしている。この規則は、実際の大型商用車の使用の世界的なパターンをベースとしている。２つの代表的な試験サイクルである、冷間及び熱間の始動要件と熱間始動定常試験サイクルの両方を含む過渡試験サイクル（ＷＨＴＣ）、あるいは世界調和定常サイクル（ＷＨＳＣ）は、ＥＵ、米国、日本及びオーストラリアにおける代表的な運転状況をカバーするべく生み出されたものである。
【００１６】
このモデルは、過渡的な状態で調整され（較正され）かつテストされ（実証され）、車両を運転する間におけるあらゆる時点のエンジンにこのモデルを用いることを可能にしている。すべての試験は、室温において実行された。
【００１７】
添付の実施例においてテストした特定のエンジンについての過渡的モデルのために用いたエンジンパラメータは、排気マニホルド温度、エンジン回転数、排気マニホルド圧、ＥＧＲ質量流量、燃料噴射パラメータ、吸気マニホルド圧力、吸気マニホルド温度、要求トルク、ＶＧＴ設定位置／要求値、及び冷却水温度である。上記のように、追加のセンサ値を使用することは、過渡的モデルの精度を増加させることができる。
【００１８】
過渡的モデルに用いるパラメータは、システム同定を用いて測定される。制御工学において、システム同定は、測定データから力学系システムの数学モデルを構築するために統計的方法を使用する。従って、共通のアプローチは、システムの挙動及び外部への影響（システムへの入力）の測定から開始し、実際にシステム内部で起こっていることについて細部にわたって調べることなしにそれらの間の数学的関係を決定しようと試みる。この方法は、システム同定と呼ばれている。
【００１９】
過渡的モードのモデルを調整する間、エンジンはＢ７及びＢ１００で運転される。その後、このモデルは、燃料のＢ５０混合物の過渡的サイクルでテストされる。
【００２０】
本発明による燃料品質モデル（ＦＱＭ）の方法は過渡的なものである。これは、それが以前に測定したパラメータ値を記憶しており、過渡的な実際のライフサイクル上でのＲＭＥレベルを検出するときに有用であることを意味する。ここで考慮するサイクルは、Ｃｉｔｙ３及び市街地バス走行サイクルである。
【００２１】
ＷＨＳＣについては、ピークトルク（Ａ１００）及びピーク定格出力（Ｃ１００）だけがＦＱＭのために考慮される。このサイクルは、道路サイクルではなく、実際に検証のために用いられる。
【００２２】
エンジンは、検証の前に準備するべく、Ｃｉｔｙ３サイクルで運転される。ＦＱＭは、このサイクルにおいて良好に収束する特性を有している。このインデータ （ｉｎ−ｄａｔａ）は、中央に置かれて基準化される。これはインデータの平均が減算され、かつそのデータが標準偏差で除算されることを意味する。
【００２３】
システム同定の間、関連するパラメータを決定するために、実際の及び時間遅れの、比例項及びクロス項の、インデータが考慮される。関連すると考えられるすべての項は、それぞれ係数が乗算され、かつ後述するように互いに加算される。結果は、ＲＭＥ％としての混合値である。
【００２４】
時系列データを互いにフィッティングすることは、時系列解析あるいはシステム同定と呼ばれている。ここで、連立方程式Ａｘ＝ｙにおいて、インデータのテーブルあるいは行列はＡ行列とみなされ、かつ２つのＲＭＥレベルはｙとみなされる。
【００２５】
連立方程式は、多くの方法で解くことができる。ここで選択される方法は、部分最小二乗法（ＰＬＳ）である。その選択の理由は、ＰＬＳが、Ａにおいて相関するカラムについて、多くの他の方法よりも感度が高くないことにある。特に時間に依存するインデータを用いるときに、異なるカラムの間にほとんど完全な相関がある。Ｍａｔｌａｂ（登録商標）においては、選択されるプログラム言語について、用いなければならない要素の数を選択することが無い。適合の改善がどこで止まるかを見るために要素についてのフィット関数の線図が用いられてきており、かつこの要素の数が用いられる。
【００２６】
時間に依存するデータは、一つのカラム、例えば排気ガス再循環の質量流量が、新しいカラムにコピーされるときにＡ行列内にある。それから、そのカラムは遅らされ、それは第１の観測値を取り除いて第２の観測値で置き換えることを意味する。それから、第２の観測値を第３及びその他に置き換える。この変数は「ＥＧＲ質量流量（ｔ−１）」と呼ばれる。この新しい変数により、連立方程式Ａｘ＝ｙがＰＬＳを用いて解かれたときに、各ＲＭＥ値は再送信された排気ガス再循環の値だけではなく以前の値にも依存する。これは、時間に依存する、あるいは過渡的なモデルと呼ばれる。
【００２７】
交互作用の項が行列Ａにおいても用いられる。これらの項の背後にある着想は、１つのパラメータ、例えば排気ガス再循環の質量流量の従属が、他のパラメータ、例えば吸気マニホルド温度にも従属し得るというものである。次いで、新規なカラムが、吸気温度ベクトルの数が乗算された排気ガス再循環ベクトルの数を含む行列Ａに加算され、ＡＸ＝ｂが解かれる。これは「（ＥＧＲマスフロー）＊（吸気圧）」の項をもたらす。
【００２８】
全体として、このモデルには１００以上の係数が有り、それは行列Ａの１０のオリジナルのカラムが要因１０により増加したことを意味する。
【００２９】
収束の判定基準は、エンジンにおけるＲＭＥ％の観測値の時間に依存する平均を含む。これは、タイムスパンにおいて平均ＲＭＥ％が収束することにつながる。最大値と最小値との間の差がある間隔の範囲内にあるときに、ＦＱＭの結果は燃料のＲＭＥ％として供給される。
【００３０】
既知の回帰分析法は、多くの場合ニューラルネットワークと呼ばれる。ここで使用する回帰モデル、部分最小自乗法は、「線形伝達関数及び一つの層における直交係数を用いる後方伝達ニューラルネットワーク」と説明することができる。
【００３１】
データの組より少ない自由度のモデルを使用することは、モデルをテストする機会をもたらす。ここでそれをなす方法は、クロス検証を実行することである。それは、データの組の一部を系統的に除外し、残りのデータの上にモデルを構築し、除外した値を予測しようと試みることを意味する。これはこのモデルに用いられてきており、かつ内的整合性は良好である。次いで、モデルの有効性が過渡的モードにおいてテストされる。
【００３２】
上記したように、ＲＭＥは従来のディーゼル燃料に比較して発熱量が低いため、同じ動力を達成するためにより多くのＲＭＥ燃料を用いなければならない。同じ量のディーゼル燃料及びＲＭＥ燃料については、発生するトルクに違いがある。
【００３３】
本発明の方法は、燃料のＲＭＥ含有率の正確な推定値を提供するとともにエンジンの燃費情報及びエンジンが発生するトルクの両方の最適化を可能にするモデルに帰着する。
【００３４】
算出された現在の燃料配合値は、例えば、内燃機関の各気筒に噴射するデュアルフューエル混合物の量、排気ガス再循環の質量流量、あるいは可変ジオメトリ過給機の設定位置を調節することによってエンジンを制御するために用いることができる。これは、現在の燃料配合に応じて制御することができるエンジンパラメータの、完全には網羅されていないリストである。
【００３５】
本発明は、更に、本発明の方法により制御されるべく構成された内燃機関を備える車両に関する。エンジンは、上記の方法により提供されるモデルを使用して運転される。
【００３６】
本発明は、更に、コンピュータプログラムであって、そのプログラムがコンピュータ上で実行されるときに本発明のあらゆるステップを実行するためのプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラムに関する。
【００３７】
本発明は、更に、コンピュータプログラム製品であって、そのプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに本発明のあらゆるステップを実行するためのプログラムコード手段がコンピュータ可読媒体に格納されているコンピュータプログラム製品に関する。
【００３８】
本発明は、更に、例えばコンピュータメモリあるいは不揮発性データ記憶媒体といった、計算機環境において使用する記憶媒体であって、そのメモリが本発明の方法を実行するためのコンピュータ可読プログラムコードを含んでいる記憶媒体に関する。
【００３９】
本発明はまた、上記の実施例のうちのいずれかに記載されている方法を実行するべくコンピュータに用いるコンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品、及びコンピュータのための記憶媒体に関する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
次の文章において、添付図面を参照して本発明をより詳しく述べる。これらの模式図は、単なる例証のために使用するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【００４１】
【図１】図１は、本発明による方法を用いてエンジンを制御するための手段が設けられた、模式的に図解された車両を示している。
【図２】図２は、ＦＱＭアルゴリズムの一部のフローチャートを示している。
【図３Ａ】図３Ａは、７％ＲＭＥ含有率についてのデューティサイクル較正結果をプロットした線図を示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、残余ＲＭＥについての図３Ａからのデューティサイクル較正結果をプロットした線図を示している。
【図４Ａ】図４Ａは、１００％ＲＭＥ含有率についてのデューティサイクル較正結果をプロットした線図を示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、残余ＲＭＥについての図４Ａからのデューティサイクル較正結果をプロットした線図を示している。
【図５Ａ】図５Ａは、７％ＲＭＥ含有率についてのＷＨＴＣ較正結果をプロットした線図を示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、残余ＲＭＥについての図５ＡからのＷＨＴＣ較正結果をプロットした線図を示している。
【図６Ａ】図６Ａは、１００％ＲＭＥ含有率についてのＷＨＴＣ較正結果をプロットした線図を示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、残余ＲＭＥについての図６ＡからのＷＨＴＣ較正結果をプロットした線図を示している。
【図７Ａ】図７Ａは、７％ＲＭＥ含有率についてのＷＨＳＣ較正結果をプロットした線図を示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、残余ＲＭＥについての図７ＡからのＷＨＳＣ較正結果をプロットした線図を示している。
【図８Ａ】図８Ａは、１００％ＲＭＥ含有率についてのＷＨＳＣ較正結果をプロットした線図を示している。
【図８Ｂ】図８Ｂは、残余ＲＭＥについての図８ＡからのＷＨＳＣ較正結果をプロットした線図を示している。
【図９Ａ】図９Ａは、５０％ＲＭＥ含有率についてのデューティサイクル検証結果をプロットした線図を示している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、残余ＲＭＥについての図９Ａからのデューティサイクル検証結果をプロットした線図を示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、５０％ＲＭＥ含有率についてのＷＨＴＣ検証結果をプロットした線図を示している。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、残余ＲＭＥについての図１０ＡからのＷＨＴＣ検証結果をプロットした線図を示している。
【図１１Ａ】図１１Ａは、５０％ＲＭＥ含有率についてのＷＨＳＣ検証結果をプロットした線図を示している。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、残余ＲＭＥについての図１１ＡからのＷＨＳＣ検証結果をプロットした線図を示している。及び
【図１２】図１２は、一つのコンピュータ構成に適用される本発明を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
将来の燃料において、大部分のディーゼル機関にとって有望な候補にはバイオディーゼル燃料あるいはＲＭＥが含まれる。ここで検討される実例はＲＭＥであり、ディーゼル油（ＶＳＤ１０）と７％、５０％及び１００％の比率で混合された。１３リットルのユーロＶ形エンジンを試験対象として使用した。車両にどの配合の燃料が充填されているかをコスト効果的に検出するために、例えばバイオディーゼル燃料の％含有率、ソフトセンサの組合せが用いられる。
【００４３】
７％及び１００％のＲＭＥのエンジンに対する異なる影響を分析することにより、利用可能なセンサによって測定できる多くのエンジン関連パラメータがリストアップされている（表１）。
【表１】
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【００４４】
それらのパラメータから、排気マニホルド温度、エンジン回転数、排気マニホルド圧、ＥＧＲ質量流量、燃料噴射パラメータ、吸気マニホルド圧力、吸気マニホルド温度、要求トルク、ＶＧＴ位置／要求値、及び冷却水温度が選択された。それらの全てが、標準的なユーロＶトラックエンジンに用いられる現行のエンジンセンサを用いて検出可能である。選択的に、この実施例においては１０個のパラメータが選択されているが、より少ないあるいは追加のセンサ信号を選択することができる。
【００４５】
このモデルは、他のエンジンモデルに直接的に適用することはできない。例えば、ユーロＶＩ（２０１４年ＥＵ基準）エンジンは異なるセンサを備えているかもしれず、またいくらかのエンジンのバージョンはＥＧＲ及びターボコンパウンドを含むであろう。このことは、各エンジンについてこのモデルの再調整を必要とする。
【００４６】
図１は、本発明による方法を用いてエンジンを制御するための手段が設けられた、模式的に図解された車両を示している。この図は、独創的な方法の試験及び検証のために用いるエンジンレイアウトを模式的に示している。図１は、電子制御装置（ＥＣＵ）３によって制御可能な圧縮着火エンジン２が設けられた車両１を示している。エンジン２は、排気マニホルドからの排気ガスにより駆動される過給機から過給エアが供給される吸気マニホルドを有している。排気ガスの一部の質量流量は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）管路によって、吸気マニホルドに直接供給される。燃料は、ＥＣＵによって制御される燃料噴射機によって個々の燃焼室に供給される。そのような装置は、最新の内燃機関にとっては周知の構成部品であるから、図面には示されず、あるいは詳細には説明されない。
【００４７】
電子制御装置３は、エンジン２を制御するために必要なセンサ信号を供給する多数のセンサに接続されている。
【００４８】
図１は、限られた数のセンサを概略的に示しており、排気マニホルド温度１１、エンジン回転数１２、排気マニホルド圧１３、ＥＧＲ質量流量１４、燃料噴射パラメータ１５、吸気マニホルド圧力１６、吸気マニホルド温度１７、要求トルク１８、可変ジオメトリ過給機（ＶＧＴ）の設定位置１９、及び冷却水温度２０についてのセンサが含まれている。この場合、燃料噴射パラメータは、燃料噴射の制御を一体化した部分である。要求トルクは、ドライバによりエンジンに要求されるトルクであり、アクセルの位置を用いて検出することができる。可変ジオメトリ過給機（ＶＧＴ）は、過給の有効アスペクト比（Ａ／Ｒ）を状態の変化に連れて変更できるように構成されている。ＶＧＴの制御可能な部分の位置は、適切なセンサによって検出することができる。冷却水の温度は、エンジンの冷却水入口及び冷却水出口の両方において測定することができるが、このケースにおいては出口温度を用いる。
【００４９】
ＥＣＵ３は、不揮発性メモリを有しており、その内部には、現在噴射している燃料混合物におけるＲＭＥのパーセンテージを推定するためのモデルが格納されている。上記したセンサからの測定値及び格納されたモデルを用いることにより、現在のＲＭＥパーセンテージを推定することができる。ＥＣＵ３は、コンジット２１により燃料噴射器を制御して、機関サイクル当たりの燃料噴射率及びエンジンが発生させる動力を調整することができる。加えて、あるいはそれに代えて、現在の燃料配合は、例えば排気ガス再循環の質量流量あるいは可変ジオメトリ過給機の設定位置といったパラメータを制御するために用いることができる。
【００５０】
エンジンは、データを測定して収集するべくＢ７及びＢ１００を用いて過渡的サイクルで運転され、続いて、検証サイクルにおいてはＢ５０を用いて過渡的な状態で運転された。このモデルは、過渡的なサイクルにおいて調整され、かつ過渡的なサイクルにおいてテストされた。すべての試験は室温において実行された。
【００５１】
エンジンは、異なる過渡的な時点において、かつＲＭＥの異なる配合について、特定のスロットル位置においてテストされた。排気マニホルド温度、エンジン回転数、排気マニホルド圧、ＥＧＲ質量流量、燃料噴射パラメータ、吸気マニホルド圧力、吸気マニホルド温度、要求トルク、ＶＧＴ位置／要求値、及び冷却水温度のデータは、各ＲＭＥ配合について過渡的時点のそれぞれにおいて測定された。
【００５２】
時刻ｋにおけるモデル出力は、予測変数の一次関数を用いて計算される。ここで、ｘ（ｋ）は、予測変数の１×ｎｘ行列であり、ｙ（ｋ）はスカラー応答変数であり、θは回帰係数の（ｎｘ＋１）×１行列であり、ｒは残余である。
【００５３】
モデルの適合性を高めるために、モデルは予測変数の過去の値（遅れ）を含めることによって拡張される。ここでｘ（ｋ）が時刻ｋにおける予測変数のベクトル値である場合、ｘ（ｋ−１）は、時刻ｋ−１あるいは遅れている１つのサンプルの予測変数のベクトル値である。
【００５４】
このようにして、このモデルはより多くの独立変数、すなわち入力変数ｎｘだけでなくｘ（ｋ）の遅れをも含んでいる。例えば我々が、その入力を、遅延させた１つのサンプルと考えるときに、このモデルは、以下のように表現することができる：
【数１】
2016514785.tif 000004
【００５５】
一般に、遅れ入力データ値を含むリグレッサの組は以下のように公式化される。
【数２】
2016514785.tif 000005
ここで、ｎｘ１及びｎｘ２は、その入力変数のタイムラグを定めるパラメータである。例えば、ｎｘ１＝４、ｎｘ２＝８である場合、リグレッサの一組は以下となる。
【数３】
2016514785.tif 000006
【００５６】
最終的に、クロス積項はこのモデルにも含められる。これらの項は、予測変数の間の交互作用効果を表している。リグレッサの組は、以下のように表すことができる。
【数４】
2016514785.tif 000007
ここで、ｚはクロス積項のベクトルである
【数５】
2016514785.tif 000008
【００５７】
時間の経過に伴うモデルの変動を滑らかにするために、応答変数の全ての累加平均が現在データ値まで評価される。
【数６】
2016514785.tif 000009
【００５８】
モデルの適合性、したがってその正確さを高めるために、一組の条件が満たされないときに、そのデータ値は除外される。この組は、
（Ｉ）現在の時刻における各モデルの入力変数の範囲が、
【数７】
2016514785.tif 000010
（ＩＩ）最小限のエンジン動力要求が（動力は要求トルク及び速度から算出され、かつＣは換算率である）、
【数８】
2016514785.tif 000011
というものである。
【００５９】
予測変数が条件（Ｉ）及び（ＩＩ）を満たすときに、ＦＱＭ出力ｙ（ｋ）は有効であるとみなされる。
【００６０】
前節の終わりに言及した累加平均は、現在のデータ値（図２を参照）まで有効な推定値だけの平均を算出する。
【００６１】
（表１にリストアップされている）入力変数が１０個であり、かつ各入力変数についての２つのタイムラグが０．４秒（ｎｘ１＝４）及び０．８秒（ｎｘ２＝８）であるＰＬＳモデルが、ＲＭＥ含有率を検出するために展開される。表１はまた、各変数の最小値及び最大値を示している。最小値及び最大値はエンジン−サイクルに依存し、それらはモデルの較正のために使用するエンジン及びサイクルに依存する。そして、それらは、この目的のために記述されたＭａｔｌａｂ（登録商標）スクリプトから自動的に得られる。前節で述べたように、有効なモデル評価を得るために、１０個の入力変数のすべての現在値が最小−最大の範囲になければならず、並びに要求動力は７５ｋＷ以上でなければならない。
【数９】
2016514785.tif 000012
【数１０】
2016514785.tif 000013
【００６２】
【表２】
2016514785.tif 000014
【００６３】
モデルは、７％及び１００％のＲＭＥ含有率について実行されたエンジン試験のデータを用いて較正された。較正のために用いたエンジン試験サイクルは、「デューティサイクル」（Ｃｉｔｙ３サイクル）、「ＷＨＴＣ」及び「ＷＨＳＣ」である。
【００６４】
表は、７％あるいは１００％のＲＭＥ含有率を用いる、各サイクルの一部を示しているが、それは有効、すなわち入力データの制約が満たされている。各サイクルの約１５％が較正のために用いられ、これらの時刻は試験時間に沿って分散している。
【００６５】
【表３】
2016514785.tif 000015
【００６６】
図３Ａ〜図３Ｂ及び図４Ａ〜図４Ｂは、７％及び１００％のＲＭＥ含有量のデューティサイクルからの結果をそれぞれ示している。試験開始の約０．２時間後、モデルは、図３Ａ及び図４Ａから分かるように、基準値の±８％ＦＳＯ（フルスケール出力）内の値に収束する。図３Ｂ及び図４Ｂは、サイクルの終わりに、推定ＲＭＥの残余が±５％単位の範囲内にあることを示している。図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、及び図１１Ａまでにおいて、実線は推定値を表し、破線は基準値を表し、一点鎖線は望ましい１５％の正確さの範囲を基準値の両側に表している。
【００６７】
図５Ａ〜図５Ｂ及び図６Ａ〜図６Ｂは、７％及び１００％のＲＭＥ含有量についてのＷＨＴＣサイクルからの較正結果をそれぞれ示している。試験開始の約０．２時間後、図５Ａ及び図６Ａから分かるように、モデルは基準値±８％ＦＳＯ（フルスケール出力）内の値に収束する。サイクルの終わりにおいては、サイクル開始後約０．５時間で、モデルは、図５Ｂ及び図６Ｂに示すように、±１５％単位内の値に収束する。
【００６８】
最後に、図７Ａ〜図７Ｂ及び図８Ａ〜図８Ｂは、７％及び１００％のＲＭＥ含有率についてのＷＨＳＣサイクルからの校正結果をそれぞれ示している。試験開始の約０．２時間後、図７Ａ及び図８Ａから分かるように、モデルは、基準値の±８％ＦＳＯ（フルスケール出力）内の値に収束する。最初の過渡的状態の後、推定ＲＭＥの残余は、図７Ｂ及び図８Ｂに示すように、いつも基準値の±５％単位の範囲内にある。
【００６９】
このモデルは、５０％のＲＭＥ含有率について実行されたエンジン試験のデータを使用して検証された。検証のために考慮したエンジン試験サイクルは、「デューティサイクル」（Ｃｉｔｙ３サイクル）、「ＷＨＴＣ」及び「ＷＨＳＣ」である。
【００７０】
図９Ａ〜図９Ｂ、図１０Ａ〜図１０Ｂ及び図１１Ａ〜図１１Ｂは、デューティサイクル、ＷＨＴＣ及びＷＨＳＣにおける検証結果をそれぞれ示している。図９Ａ、図１０Ａ及び図１１Ａから分かるように、推定ＲＭＥ含有率は、３サイクル全ての終わりにおいて、基準ＲＭＥ含有率の±１５％ＦＳＯ（フルスケール出力）の範囲内にある。最初の過渡的状態の後、推定ＲＭＥの残余は、図９Ｂ、図１０Ｂ及び図１１Ｂに示すように、いつも基準値の±５％単位の範囲内にある。
【００７１】
上述したモデルは、エンジンの燃費情報及びエンジンが発生させるトルクの両方を最適化するべく、燃料のＲＭＥ含有率の推定に対し所望の正確さをもたらすことができる。電子制御装置は、過渡的な運転の間に、選択されたモデルを用いることができる。測定された過渡的状態データを電子制御装置に供給することにより、ＲＭＥ含有率の推定のためにモデルを用いることができ、機関サイクル当たりの燃料噴射率及びエンジンが発生する動力の調整を可能にする。加えて、あるいはそれに代えて、現在の燃料配合は、例えば排気ガス再循環の質量流量あるいは可変ジオメトリ過給機の設定位置といったパラメータを制御するために用いることができる。
【００７２】
上述したように、一つのエンジンモデルについて決定した過渡的なモデルは、他のエンジンモデルに直接適用することはできない。このことは、各エンジンモデルについて、上述した方法を用いて過渡的なモデルを再調整することを必要とする。異なるエンジンモデルについて過渡的モデルを再調整するときには、異なるあるいは他の組合せのエンジンパラメータを選択することもできる。エンジンパラメータの選択は、燃料のＲＭＥ含有率に対するそれらの関連によって左右される。
【００７３】
本発明はまた、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品、及びコンピュータの記憶媒体に関し、それらの全てが上記した実施例のいずれかにおいて述べた方法を実行するためにコンピュータにおいて用いられる。
【００７４】
図１２が示す、本発明の一実施形態による装置１００は、不揮発性メモリ１２０、プロセッサ１１０、及び読出し及び書込みメモリ１６０を備えている。メモリ１２０は、第１のメモリ部分１３０を有しており、その内部には、装置１００を制御するためのコンピュータプログラムが格納されている。メモリ部分１３０の内部の、装置１００を制御するためのコンピュータプログラムは、オペレーティングシステムとすることができる。
【００７５】
装置１００は、例えば制御装置３といった制御装置で囲むことができる。データ処理ユニット１１０は、例えば、マイクロコンピュータから構成することができる。
【００７６】
メモリ１２０はまた第２のメモリ部分１４０を有しており、その内部には、本発明による目標変速段選択機能を制御するためのプログラムが格納されている。他の実施形態においては、変速装置を制御するためのプログラムが、例えばコンパクトディスクあるいは交換可能な半導体メモリといった、データのための別個の不揮発性記憶媒体１５０に格納される。プログラムは、実行可能な形態で、あるいは圧縮状態で格納することができる。
【００７７】
データ処理ユニット１１０が特定の機能を実行すると以下で述べるときに、データ処理ユニット１１０が、メモリ１４０に格納されたプログラムの特定の部分あるいは不揮発性記憶媒体１５０に格納されたプログラムの特定の部分を実行させていることが明らかでなければならない。
【００７８】
データ処理ユニット１１０は、データバス１１４を介して記憶装置１５０とコミュニケーションするように調製される。データ処理ユニット１１０はまた、データバス１１２を介してメモリ１２０とコミュニケーションするように調製される。加えて、データ処理ユニット１１０は、データバス１１１を介してメモリ１６０とコミュニケーションするように調製される。データ処理ユニット１１０はまた、データバス１１５の使用により、データポート１９０とコミュニケーションするように調製される。
【００７９】
本発明による方法は、データ処理ユニット１１０により、メモリ１４０に格納されたプログラムあるいは不揮発性記憶媒体１５０に格納されたプログラムを動作させるデータ処理ユニット１１０により、実行することができる。
【００８０】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものとみなされるべきではなく、むしろ多くの更なる変形及び修正が以下の特許請求項の範囲内にあると考えられるべきである。
【符号の説明】
【００８１】
１      車両
２      エンジン
３      電子制御装置
１０    要因
１１    排気マニホルド温度
１２    エンジン回転数
１３    排気マニホルド圧
１４    ＥＧＲ質量流量
１５    燃料噴射パラメータ
１６    吸気マニホルド圧力
１７    吸気マニホルド温度
１８    要求トルク
１９    設定位置
２０    冷却水温度
２１    コンジット
１００  装置
１１０  データ処理ユニット
１１１  データバス
１１２  データバス
１１４  データバス
１１５  データバス
１２０  不揮発性メモリ
１３０  第１のメモリ部分
１４０  第２のメモリ部分
１５０  不揮発性記憶媒体
１６０  書込みメモリ
１９０  データポート
【図１】
2016514785.tif 000016
【図２】
2016514785.tif 000017
【図３Ａ】
2016514785.tif 000018
【図３Ｂ】
2016514785.tif 000019
【図４Ａ】
2016514785.tif 000020
【図４Ｂ】
2016514785.tif 000021
【図５Ａ】
2016514785.tif 000022
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2016514785.tif 000024
【図６Ｂ】
2016514785.tif 000025
【図７Ａ】
2016514785.tif 000026
【図７Ｂ】
2016514785.tif 000027
【図８Ａ】
2016514785.tif 000028
【図８Ｂ】
2016514785.tif 000029
【図９Ａ】
2016514785.tif 000030
【図９Ｂ】
2016514785.tif 000031
【図１０Ａ】
2016514785.tif 000032
【図１０Ｂ】
2016514785.tif 000033
【図１１Ａ】
2016514785.tif 000034
【図１１Ｂ】
2016514785.tif 000035
【図１２】
2016514785.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月22日(2015.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関において、第１及び第２の燃料を含むデュアルフューエル混合物の燃料配合を決定する方法であって、
−  予め定められた範囲のエンジン負荷及び燃料配合における過渡的なサイクル運転の間に、センサを用いて複数のエンジンパラメータを測定する段階；
−  測定値の過渡的な時系列のシステム同定を用いて、単一あるいは複数の関連エンジンパラメータを決定する段階；
−  前記単一あるいは複数のエンジンパラメータに基づいて、燃料配合の推定モデルを決定する段階；
−  予め定められた燃料配合について実行したエンジン試験のデータを用いて、過渡的モードにおいて前記モデルを調整する段階；
−  前記単一あるいは複数のエンジンパラメータの現在の測定値を用いて過渡的な動作の間における現在の燃料配合を決定するべく、前記モデルを用いる段階；及び
−  現在の燃料配合に応じてエンジンを制御するべく、前記算出された現在の燃料配合を用いる段階、を含む方法。
【請求項２】
前記関連するパラメータを決定するためのシステム同定の間に、実際の及び時間遅れの、比例項及びクロス項の、インデータを用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも一つのエンジンパラメータが排気マニホルド温度を含んでいる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一つのエンジンパラメータがエンジン回転数を含んでいる、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
少なくとも一つのエンジンパラメータが排気マニホルド圧を含んでいる、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
少なくとも一つのエンジンパラメータが排気ガス再循環の質量流量を含んでいる、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
少なくとも一つのエンジンパラメータは、燃料噴射のための制御の一体化部分を含んでいる、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
少なくとも一つのエンジンパラメータが吸気マニホルド圧力を含んでいる、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一つのエンジンパラメータが吸気マニホルド温度を含んでいる、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一つのエンジンパラメータがエンジン制御装置によって要求されるトルク値を含んでいる、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも一つのエンジンパラメータが可変ジオメトリ過給機の設定位置を含んでいる、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも一つのエンジンパラメータが冷却水温度を含んでいる、請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法により制御されるように構成された内燃機関を備える車両。
【請求項１４】
コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至１２のいずれかに記載したあらゆるステップを実行するためのプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラム。
【請求項１５】
コンピュータプログラム製品であって、前記プログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至１２のいずれかに記載したあらゆるステップを実行するためのコンピュータ可読媒体に格納されたプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
例えばコンピュータメモリ（１２０）あるいは不揮発性データ記憶媒体（１５０）といった、計算機環境において使用するための記憶媒体であって、前記メモリが、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法を実行するためのコンピュータ可読プログラムコードを含んでいる記憶媒体。
【国際調査報告】
2016514785.tif 000037
2016514785.tif 000038