CN112648093B - 内燃机的状态推定装置、内燃机的状态推定系统、数据解析装置及内燃机的控制装置 - Google Patents

内燃机的状态推定装置、内燃机的状态推定系统、数据解析装置及内燃机的控制装置 Download PDF

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Abstract

一种内燃机的状态推定装置、内燃机的状态推定系统、数据解析装置及内燃机的控制装置，内燃机的状态推定装置具备存储装置和执行装置，存储装置存储规定映射的数据即映射数据，映射以内燃机状态变量为输入，并输出用于推定内燃机的状态的推定值，执行装置执行取得处理和推定处理，取得处理是取得所述内燃机状态变量的处理，推定处理是基于所述映射的输出推定所述推定值的处理，所述映射数据是通过机器学习而完成了学习的数据，所述执行装置，在所述推定值在容许范围外的情况下，执行使所述推定值接近所述容许范围或者使所述推定值成为所述容许范围内的值的保护处理，在执行了所述保护处理的情况下，将所述保护处理后的值算出为所述推定值。

Description

内燃机的状态推定装置、内燃机的状态推定系统、数据解析装 置及内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的状态推定装置、内燃机的状态推定系统、数据解析装置及内燃机的控制装置。
背景技术
在日本特开2012－26302所记载的催化剂温度预测装置中，使用如下的神经网络，该神经网络构成为将与内燃机的负荷具有相关性的参数输入到输入层、输出从现在到预测时间后的发动机转矩的值。神经网络为进行了有教师的学习后的神经网络。
在利用了日本特开2012－26302所记载的那样的神经网络的催化剂温度预测装置中，例如，即使在被输入了在学习时没有设想的参数的情况下，也基于完成了学习的信息进行处理。因此，在日本特开2012－26302所记载的那样的催化剂温度预测装置中，不能完全排除超过能够容许的数据的范围地从输出层输出数据的可能性。
发明内容
本发明的第1技术方案涉及内燃机的状态推定装置。
所述推定装置具备：
存储装置，存储对映射进行规定的数据即映射数据，所述映射是以表示内燃机的状态的参数即内燃机状态变量为输入，并输出用于推定内燃机的状态的推定值的映射；和执行装置，执行取得处理和推定处理，所述取得处理是取得所述内燃机状态变量的处理，所述推定处理是基于以所述内燃机状态变量为输入的所述映射的输出而推定所述推定值的处理。所述映射数据是通过机器学习而完成了学习的数据。所述执行装置，在所述推定值在容许范围外的情况下，执行使所述推定值接近所述容许范围或者使所述推定值成为所述容许范围内的值的保护处理，在执行了所述保护处理的情况下，将所述保护处理后的值作为所述推定值而算出。
根据上述构成，在通过推定处理算出的推定值为容许范围外的情况下，使所述推定值比保护处理前的推定值更接近容许范围、或者使所述推定值成为容许范围内的值。因此，能够抑制通过推定处理获得的推定值过度地成为设想以外的值的情况。
可以是，所述执行装置，在所述推定值比所述容许范围大的情况下，执行使所述推定值与所述容许范围的上限值一致的保护处理，在所述推定值比所述容许范围小的情况下，执行使所述推定值与所述容许范围的下限值一致的保护处理。
根据上述构成，使通过推定处理算出的推定值成为处于容许范围内且最接近保护处理前的推定值的值。因此，能够在尽可能地使映射的输出接近保护处理前的推定值的值的同时，抑制通过推定处理获得的推定值成为设想以外的结果的情况。
可以是，所述内燃机的状态是设置于所述内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定值，所述映射数据是对以外气温度变量和过剩量变量这2个中的至少1个变量、流体能量变量及所述催化剂的温度的推定值的上次值为输入，并输出所述催化剂的温度的推定值的映射进行规定的数据，所述外气温度变量是与所述内燃机的周围的外气的温度相关的变量，所述过剩量变量是与实际的喷射量相对于使所述内燃机的燃烧室内的混合气的空燃比成为理论空燃比所需要的燃料量的过剩量相应的变量，所述流体能量变量是与流入所述催化剂的流体的能量相关的状态变量。可以是，所述执行装置，在所述取得处理中取得所述至少1个变量、所述流体能量变量及所述推定值的上次值。根据上述构成，能够在推定催化剂温度的方面应用保护处理的技术。
可以是，所述执行装置执行算出所述容许范围的容许范围算出处理，所述存储装置存储有上限值算出函数和下限值算出函数，所述上限值算出函数是通过将所述内燃机状态变量和基于所述内燃机状态变量导出的变量中的至少一方代入而得到所述容许范围的上限值的函数，所述下限值算出函数是通过将所述内燃机状态变量和基于所述内燃机状态变量导出的变量中的至少一方代入而得到所述容许范围的下限值的函数。可以是，所述执行装置，在所述容许范围算出处理中，将通过所述取得处理取得的所述内燃机状态变量代入所述上限值算出函数而算出所述上限值，将通过所述取得处理取得的所述内燃机状态变量代入所述下限值算出函数而算出所述下限值。
根据上述构成，基于通过取得处理取得的内燃机状态变量来获得容许范围的上限值及下限值。因此，即使内燃机的驱动状态持续变化，也容易设定合适的容许范围。
可以是，所述执行装置，在表示基于所述推定处理的所述推定值的本次值与上次值之差的背离度成为了预定的范围外的情况下，判定为所述推定值的本次值在所述容许范围外。
根据上述构成，根据表示利用推定处理算出的推定值的本次值与上次值之差的背离度的大小，判定推定值的本次值是否在容许范围外。能够通过对所算出的推定值的背离度进行计算来判定是否在容许范围外，所以能够通过比较简单的计算实现是否在容许范围外的判定。
本发明的第2技术方案涉及一种内燃机的状态推定系统，所述内燃机的状态推定系统具备以上所记载的所述执行装置及所述存储装置，所述执行装置包括第1执行装置和第2执行装置，所述第1执行装置搭载于车辆，并且执行所述取得处理、车辆侧发送处理及车辆侧接收处理，所述车辆侧发送处理是将通过所述取得处理取得的数据向车辆的外部发送的处理，所述车辆侧接收处理是接收基于通过所述推定处理算出的输出的信号的处理，所述第2执行装置配置于所述车辆的外部，并且执行外部侧接收处理、所述推定处理及外部侧发送处理，所述外部侧接收处理是接收通过所述车辆侧发送处理发送的数据的处理，所述外部侧发送处理是将基于通过所述推定处理算出的输出的信号向所述车辆发送的处理。根据上述构成，通过在车辆的外部执行推定处理，能够减轻车载装置的运算负荷。
本发明的第3技术方案涉及具备以上所记载的所述第2执行装置和所述存储装置的数据解析装置。本发明的第4技术方案涉及具备以上所记载的所述第1执行装置的内燃机的控制装置。
附图说明
以下将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是表示第1实施方式所涉及的控制装置及车辆的驱动系统的构成的图。
图2是表示该实施方式所涉及的控制装置执行的处理的一部分的框图。
图3是表示该实施方式所涉及的催化剂温度的推定值的推定处理的步骤的流程图。
图4是表示生成该实施方式所涉及的映射数据的系统的图。
图5是表示该实施方式所涉及的映射数据的学习处理的步骤的流程图。
图6是表示第2实施方式所涉及的状态推定系统的构成的图。
图7是表示第2实施方式所涉及的各处理的步骤的流程图。
图8是表示第3实施方式所涉及的催化剂温度的推定值的推定处理的步骤的图。
图9是表示与该实施方式所涉及的时刻相对应的催化剂温度及预定的范围的说明图。
具体实施方式
第1实施方式
以下，一边参照附图一边对催化剂温度推定装置所涉及的第1实施方式进行说明。在图1所示的搭载于车辆VC的内燃机10中，从进气通路12吸入的空气经由增压器14向下游流动，伴随进气门16的打开而流入燃烧室18。在内燃机10中设有向燃烧室18直接喷射燃料的缸内喷射阀20、产生火花放电的点火装置22。在燃烧室18中，空气与燃料的混合气用于燃烧，通过燃烧而产生的能量被作为曲轴24的旋转能量取出。用于了燃烧的混合气伴随排气门26的打开而作为排气向排气通路30排出。在排气通路30中的增压器14的下游设有GPF(gasoline particulate filter：汽油颗粒过滤器)34，所述GPF34是捕集排气中的粒子状物质的过滤器，并且是担载有具有氧吸藏能力的三元催化剂的过滤器。另外，在GPF34的下游设有催化剂36，所述催化剂36是具有氧吸藏能力的三元催化剂。另外，排气通路30具备使排气绕过增压器14地向GPF34流动的绕行通路40。在绕行通路40设有调整其流路截面面积的废气阀(以下称为WGV42)。此外，在曲轴24经由变矩器50及变速装置52机械地连结有驱动轮60。
控制装置70以内燃机10为控制对象，为了控制作为其控制量的转矩、排气成分比率等，而操作缸内喷射阀20、点火装置22、WGV42等内燃机10的操作部。此外，在图1中记载了缸内喷射阀20、点火装置22及WGV42各自的操作信号MS1～MS3。
控制装置70在进行控制量的控制时，参照由空气流量计80检测的吸入空气量Ga、由设置于GPF34的上游的排气温度传感器82检测的排气温度Texu、以及设置于GPF34的上游侧的上游侧空燃比传感器84的检测值即上游侧检测值Afu。另外，控制装置70参照设置于GPF34与催化剂36之间的下游侧空燃比传感器86的检测值即下游侧检测值Afd、曲轴角传感器88的输出信号Scr、由车速传感器90检测的车速SPD、以及由外气温度传感器92检测的外气温度TO。
控制装置70具备CPU72、ROM74、作为能够电改写的非易失性存储器的存储装置76、及周边电路77，它们能够通过局域网78进行通信。此外，周边电路77包括生成规定内部的动作的时钟信号的电路、电源电路、复位电路等。
控制装置70通过CPU72执行存储于ROM74的程序而执行上述控制量的控制。在图2中示出通过CPU72执行存储于ROM74的程序而实现的处理的一部分。
基础喷射量算出处理M10是基于充气效率η算出用于使燃烧室18内的混合气的空燃比成为目标空燃比的燃料量的基础值即基础喷射量Qb的处理。详细而言，例如，在以百分率表示充气效率η的情况下，基础喷射量算出处理M10设为通过对用于使空燃比成为目标空燃比的充气效率η的每1％的燃料量QTH乘以充气效率η而算出基础喷射量Qb的处理即可。基础喷射量Qb是基于填充于燃烧室18内的空气量，为了将空燃比控制为目标空燃比而算出的燃料量。在本实施方式中，作为目标空燃比，例示出理论空燃比。此外，充气效率η是确定填充到燃烧室18内的空气量的参数，通过CPU72基于转速NE及吸入空气量Ga而算出。另外，转速NE通过CPU72基于曲轴角传感器88的输出信号Scr而算出。
反馈处理M12是算出并输出反馈修正系数KAF的处理，所述反馈修正系数KAF是将作为反馈操作量的基础喷射量Qb的修正比率δ与“1”相加而得到的值，所述反馈操作量是用于将上游侧检测值Afu反馈控制为目标值Afu＊的操作量。详细而言，反馈处理M12将以上游侧检测值Afu与目标值Afu＊之差为输入的比例要素及微分要素的各输出值、与保持并输出与该差相应的值的累计值的积分要素的输出值的总和设为修正比率δ。
催化剂温度抑制处理M14是在GPF34的温度的推定值即催化剂温度Tcat成为预定温度以上的情况下，为了保护GPF34而将增量系数Kot算出为比“1”大的值的处理。此外，在催化剂温度Tcat低于预定温度的情况下，增量系数Kot被设为“1”。
要求喷射量算出处理M16是通过对基础喷射量Qb乘以反馈修正系数KAF和增量系数Kot而算出要求喷射量Qd的处理。此外，在本实施方式中，在增量系数Kot比“1”大的情况下，停止反馈处理M12，使反馈修正系数KAF固定。
喷射阀操作处理M18是基于要求喷射量Qd向缸内喷射阀20输出操作信号MS1，从而操作缸内喷射阀20的处理。催化剂温度推定处理M20是推定催化剂温度Tcat的处理。对该处理在后面详细叙述。
PM(particulate matter)堆积量算出处理M22是基于转速NE、充气效率η、上游侧检测值Afu、催化剂温度Tcat等算出PM堆积量DPM的处理。在此，PM堆积量DPM是堆积于GPF34的粒子状物质即PM的量。详细而言，PM堆积量算出处理M22包括基于将转速NE及充气效率η设为输入变量、将向排气通路30排出的PM的量设为输出变量的映射图数据(map data)，对所排出的PM的量进行映射图运算的处理。另外，PM堆积量算出处理M22包括在PM堆积量DPM少的情况下，与PM堆积量DPM多的情况相比，将所排出的PM中的被GPF34捕集的比例算出得较大的处理。另外，PM堆积量算出处理M22包括在上游侧检测值Afu比理论空燃比稀时，在催化剂温度Tcat高的情况下，与该催化剂温度Tcat低的情况相比，将在GPF34中被氧化的PM量算出得较大的处理。
此外，映射图数据是输入变量的离散的值和分别与输入变量的值对应的输出变量的值的数据组。另外，映射图运算设为如下处理即可：例如，在输入变量的值与映射图数据的输入变量的值中的任一个一致的情况下，将对应的映射图数据的输出变量的值设为运算结果，相反，在与映射图数据的输入变量的值中的任一个都不一致的情况下，将通过映射图数据所包含的多个输出变量的值的插补而获得的值设为运算结果。
再生处理M24是如下处理：在PM堆积量DPM为预定量以上的情况下，执行操作缸内喷射阀20、点火装置22等内燃机10的操作部中的用于使排气的温度上升的操作部，从而使GPF34的温度上升的升温控制，将GPF34所捕集的PM氧化除去。详细而言，再生处理M24包括以通过升温控制使催化剂温度Tcat处于预定范围内的方式进行控制的处理。
下游侧通电处理M26是在内燃机10起动后，基于催化剂温度Tcat来开始下游侧空燃比传感器86的通电的处理。在本实施方式中，将下游侧通电处理M26设为如下处理：将催化剂温度Tcat视为下游侧空燃比传感器86的温度，通过催化剂温度Tcat成为规定值以上，开始下游侧空燃比传感器86的通电。
在图3中示出催化剂温度推定处理M20的步骤。图3所示的处理通过CPU72例如以预定周期反复执行存储于图1所示的ROM74的温度推定程序74a而实现。此外，以下，通过在开头标注有“S”的数字来表示各处理的步骤编号。
在图3所示的一系列的处理中，CPU72首先取得与排气温度平均值Texuave、上游侧平均检测值Afuave、吸入空气量Ga、转速NE及充气效率η中的各参数相关的，预定期间中的时序数据、和上次通过图3的处理算出的催化剂温度Tcat即催化剂温度Tcat的上次值Tcat(n－1)(S10)。以下，按照采样定时从旧到新的顺序，设为“1，2，…，sn”，例如将转速NE的时序数据记载为“NE(1)～NE(sn)”。在此，“sn”是各变量的时序数据所包含的数据数。
排气温度平均值Texuave是上述时序数据的采样间隔中的排气温度Texu的平均值。即，CPU72在时序数据的采样间隔的期间中，对排气温度Texu进行多次采样，算出它们的平均值并设为排气温度平均值Texuave。同样地，上游侧平均检测值Afuave是上述时序数据的采样间隔中的上游侧检测值Afu的平均值。
接下来，CPU72将通过S10的处理取得的值代入输出催化剂温度Tcat的映射的输入变量x(1)～x(5sn+1)(S12)。即，设为m＝1～sn，CPU72向输入变量x(m)代入排气温度平均值Texuave(m)，向输入变量x(sn+m)代入上游侧平均检测值Afuave(m)，向输入变量x(2sn+m)代入吸入空气量Ga(m)，向输入变量x(3sn+m)代入转速NE(m)。另外，CPU72向输入变量x(4sn+m)代入充气效率η(m)，向输入变量x(5sn+1)代入催化剂温度Tcat的上次值Tcat(n－1)。
接下来，CPU72通过向由图1所示的存储装置76所存储的映射数据76a规定的映射输入输入变量x(1)～x(5sn+1)，从而算出催化剂温度Tcat(S14)。
在本实施方式中，该映射由中间层为“α”个且各中间层的激活函数h1～hα为双曲正切函数、输出层的激活函数f为ReLU的神经网络构成。此外，ReLU是将输入与零中的不小的一方输出的函数。例如，通过将向由系数w(1)ji(j＝0～n1，i＝0～5sn+1)规定的线性映射输入了上述输入变量x(1)～x(5sn+1)时的输出向激活函数h1输入，从而生成第1中间层的各节点的值。即，设为m＝1，2，…，α，第m中间层的各节点的值通过将由系数w(m)规定的线性映射的输出向激活函数hm输入而生成。图3所示的值n1，n2，…，nα分别为第1、第2、…、第α中间层的节点数。w(1)j0等为偏置参数，将输入变量x(0)定义为“1”。
接下来，CPU72进行算出针对在S14中算出的催化剂温度Tcat的容许范围的容许范围算出处理(S16)。具体而言，从存储于图1所示的存储装置76的映射图数据76b算出容许范围的上限保护值UL及下限保护值LL。映射图数据76b构成为包括作为用于算出上限保护值UL的上限值算出函数的上限映射图、和作为用于算出下限保护值LL的下限值算出函数的下限映射图。在容许范围算出处理中，向上限映射图中代入在S10中取得的转速NE(1)～NE(sn)的平均值即转速平均值NEave、和充气效率η(1)～η(sn)的平均值即充气效率平均值ηave，从而算出上限保护值UL。关于上限映射图，预先通过试验、模拟，将上限映射图规定为，基于转速平均值NEave及充气效率平均值ηave算出在作为使催化剂温度降低的要因的车速和/或外气温度相应地小的条件下催化剂温度发生了变化的情况下的上限值。
另外，在容许范围算出处理中，向下限映射图中代入转速平均值NEave和充气效率平均值ηave，从而算出下限保护值LL。关于下限映射图，预先通过试验、模拟，将下限映射图规定为，基于转速平均值NEave及充气效率平均值ηave算出在作为使催化剂温度降低的要因的车速和/或外气温度相应地大的条件下催化剂温度发生了变化的情况下的下限值。因此，下限保护值LL被算出为比上限保护值UL小的值。
接下来，CPU72判定在S14中算出的催化剂温度Tcat是否为在S16中算出的上限保护值UL以下(S18)。在S14中算出的催化剂温度Tcat为上限保护值UL以下的情况下(S18：是)，CPU72判定在S14中算出的催化剂温度Tcat是否为下限保护值LL以上(S20)。
在取得值为下限保护值LL以上的情况下(S20：是)，CPU72使图3所示的一系列的处理暂时结束。在第一次执行图3的处理的情况下，使用预先设定的默认值作为催化剂温度Tcat的上次值Tcat(n－1)即可。即使在默认值偏离了实际的温度的情况下，通过反复进行图3的处理，催化剂温度Tcat也会向正确的值收敛。
在S14中算出的催化剂温度Tcat超过了上限保护值UL的情况下(S18：否)，CPU72进行使催化剂温度Tcat与上限保护值UL一致的保护处理(S22)。由此，超过了上限保护值UL的催化剂温度Tcat被重新设定为与上限保护值UL相同的值，图3所示的一系列的处理暂时结束。
另外，在S14中算出的催化剂温度Tcat低于下限保护值LL的情况下(S20：否)，CPU72进行使催化剂温度Tcat与下限保护值LL一致的保护处理(S24)。由此，低于下限保护值LL的催化剂温度Tcat被重新设定为与下限保护值LL相同的值，图3所示的一系列的处理暂时结束。
接下来，对映射数据76a的生成方法进行说明。在图4中示出生成映射数据76a的系统。如图4所示，在本实施方式中，在内燃机10的曲轴24经由变矩器50及变速装置52机械地连结测功机(dynamometer)100。然后，通过传感器组102检测使内燃机10工作时的各种状态变量，检测结果被输入到作为生成映射数据76a的计算机的调整装置104。此外，在传感器组102中包括作为检测用于生成向映射的输入的值的传感器的、空气流量计80、排气温度传感器82、上游侧空燃比传感器84等。另外，在传感器组102中包括检测GPF34的温度的催化剂温度传感器。
在图5中示出映射数据的生成处理的步骤。图5所示的处理由调整装置104执行。此外，图5所示的处理例如通过在调整装置104具备CPU及ROM，CPU执行存储于ROM的程序来实现即可。
在图5所示的一系列的处理中，调整装置104首先基于传感器组102的检测结果，取得与在S10的处理中取得的数据相同的数据作为训练数据(S30)。此外，在此，与取得的定时同时间地取得上述的催化剂温度传感器的检测值作为训练数据中的教师数据。
接下来，调整装置104按照S12的处理的要领，向输入变量x(1)～x(5sn+1)代入教师数据以外的训练数据(S32)。然后，调整装置104按照S14的处理的要领，使用通过S32的处理求出的输入变量x(1)～x(5sn+1)算出催化剂温度Tcat(S34)。然后，调整装置104判定通过S34的处理算出的催化剂温度Tcat的样本数是否为预定样本数以上(S36)。在此，为了成为预定样本数以上，要求通过使内燃机10的运转状态发生变化，而在由转速NE及充气效率η规定的各种动作点下算出催化剂温度Tcat。
调整装置104在判定为不是预定样本数以上的情况下(S36：否)，返回到S30的处理。与此相对，调整装置104在判定为是预定样本数以上的情况下(S36：是)，以将作为教师数据的催化剂温度传感器的检测值与通过S34的处理算出的各催化剂温度Tcat之差的平方和最小化的方式，对系数w(1)ji、w(2)kj、…、w(α)1p进行更新(S38)。然后，调整装置104将系数w(1)ji、w(2)kj、…、w(α)1p作为完成了学习的映射数据76a进行存储(S40)。
在此，对第1实施方式的作用及效果进行说明。根据上述第1实施方式，在通过S14的处理而映射输出的催化剂温度Tcat比上限保护值大或比下限保护值小的情况下，即在容许范围外的情况下，通过保护处理，使催化剂温度Tcat成为容许范围内的值。因此，推定装置推定的催化剂温度Tcat不会成为设想以外的值。
根据上述第1实施方式，在通过S14的处理算出了比上限保护值大的催化剂温度Tcat的值的情况下，催化剂温度Tcat被设为处于容许范围内且最接近保护处理前的值的值，即被设为与上限保护值相同的值。因此，能够在使映射的输出尽可能接近保护处理前的取得值的值的同时，抑制映射的输出成为设想以外的结果的情况。这一点在算出了比下限保护值小的催化剂温度Tcat的值的情况下也同样。
根据上述第1实施方式，通过上限映射图及下限映射图，基于在每一系列的处理中取得的转速NE及充气效率η而算出上限保护值及下限保护值。因此，与将固定的上限保护值、下限保护值一律设定为固定的值的情况相比，能够算出与内燃机10的驱动状态的变化相符的合适的上限保护值及下限保护值。
将映射数据76a作为规定如下映射的数据进行学习，该映射将排气温度平均值Texuave、上游侧平均检测值Afuave、吸入空气量Ga、转速NE及充气效率η各自的时序数据、催化剂温度Tcat的上次值Tcat(n－1)作为输入，并将催化剂温度Tcat作为输出。在此，吸入空气量Ga及排气温度平均值Texuave构成与流入GPF34的流体的能量相关的状态变量即流体能量变量。另外，吸入空气量Ga及上游侧平均检测值Afuave构成过剩量变量，所述过剩量变量是与实际的燃料量相对于和流入GPF34的流体所包含的氧无过量/不足地发生反应的燃料量的过剩量相应的变量。过剩量也有时候成为负值。即，在实际的燃料量相对于和流入GPF34的流体所包含的氧无过量/不足地发生反应的燃料量而言不足的情况下，成为负值。
GPF34不但与流入GPF34的流体进行热交换，还在吸藏流体中的氧时产生热、或者通过流体中的燃料与所吸藏的氧的氧化反应而产生热。由此引起的催化剂温度Tcat相对于上次值Tcat(n－1)的变化量能够根据流体能量变量和过剩量变量来掌握，所以认为能够根据流体能量变量和过剩量变量算出催化剂温度Tcat。
第2实施方式
以下，参照附图以与第1实施方式的不同点为中心对第2实施方式进行说明。
在第2实施方式中，在车辆的外部进行催化剂温度Tcat的算出处理。
在图6中示出第2实施方式所涉及的温度推定系统。此外，在图6中，对于与图1所示的构件对应的构件，为了方便而标注相同的附图标记。
图6所示的车辆VC内的控制装置70具备通信机79。通信机79是用于经由车辆VC的外部的网络110与中心120进行通信的设备。中心120对从多个车辆VC发送的数据进行解析。中心120具备CPU122、ROM124、存储装置126、周边电路127及通信机129，它们能够通过局域网128进行通信。在ROM124中存储有温度推定主程序124a，在存储装置126中存储有映射数据126a。
在图7中示出图6所示的系统执行的处理的步骤。图7的左侧所示的处理通过CPU72执行图6所示的存储于ROM74的温度推定子程序74c而实现。另外，图7的右侧所示的处理通过CPU122执行存储于ROM124的温度推定主程序124a而实现。以下，按照温度推定处理的时序对图7所示的处理进行说明。
如图7的左侧所示，在车辆VC中，CPU72首先取得在S10的处理中取得的时序数据(S10)。接下来，CPU72将通过上述的S10的处理取得的数据与表示车辆的识别信息的数据即车辆ID一起向中心120发送(S90)。
与此相对，如图7的右侧所示，中心120的CPU122从CPU72接收所取得的数据及车辆ID(S110)，将通过S110的处理取得的数据代入映射的输入变量x(S112)。在此，CPU122对输入变量x(1)～x(5sn+1)代入与S12的处理同样的值。
然后，CPU122向由映射数据126a规定的映射中输入由S112生成的输入变量x(1)～x(5sn+1)，算出催化剂温度Tcat(S114)。在此，由映射数据126a规定的映射与在S14的处理中使用的映射是同样的映射。
接下来，CPU122进行容许范围算出处理(S116)。具体而言，向由映射图数据126b规定的上限映射图及下限映射图中，代入转速平均值NEave及充气效率平均值ηave，从而算出上限保护值UL及下限保护值LL。在此，由映射图数据126b规定的上限映射图及下限映射图与在S16的处理中使用的映射图是同样的映射图。
接下来，CPU122判定在S114中算出的催化剂温度Tcat是否为在S116中算出的上限保护值UL以下(S118)。在S114中算出的催化剂温度Tcat为上限保护值UL以下的情况下(S118：是)，CPU122判定在S114中算出的催化剂温度Tcat是否为下限保护值LL以上(S120)。
在催化剂温度Tcat为下限保护值以上的情况下(S120：是)，通过操作通信机129，向通过S90的处理向中心120发送了数据的车辆VC发送与催化剂温度Tcat相关的信号(S122)，使图7的右侧所示的一系列的处理暂时结束。与此相对，如图7的左侧所示，CPU72接收与催化剂温度Tcat相关的信号(S92)，使图7的左侧所示的一系列的处理暂时结束。
在第一次执行图7的处理的情况下，作为催化剂温度Tcat的上次值Tcat(n－1)，使用预先设定的默认值即可。即使在默认值偏离了实际的温度的情况下，通过反复进行图7的处理，催化剂温度Tcat也会向正确的值收敛。
在S114中算出的催化剂温度Tcat超过了上限保护值UL的情况下(S118：否)，CPU122进行使催化剂温度Tcat与上限保护值UL一致的保护处理(S124)。由此，超过了上限保护值UL的催化剂温度Tcat被重新设定为与上限保护值UL相同的值，进行S122的处理。
另外，在S114中算出的催化剂温度Tcat低于下限保护值LL的情况下(S120：否)，CPU112进行使催化剂温度Tcat与下限保护值LL一致的保护处理(S126)。由此，低于下限保护值LL的催化剂温度Tcat被重新设定为与下限保护值LL相同的值，进行S122的处理。
在此，对第2实施方式的作用及效果进行说明。像这样，在第2实施方式中，在中心120算出催化剂温度Tcat，所以能够减轻CPU72的运算负荷。
第3实施方式
以下，参照附图以与第1实施方式的不同点为中心对第3实施方式进行说明。此外，在以下的第3实施方式的说明中，对于与第1实施方式同样的构成标注相同的附图标记，省略或简化具体的说明。
在图8中示出第3实施方式中的催化剂温度推定处理M20的步骤。图8所示的处理通过CPU72例如以预定周期反复执行图1所示的存储于ROM74的温度推定程序74a而实现。
在图8所示的一系列的处理中，S10～S14的处理是与第1实施方式同样的处理。在此，将在S14中算出的催化剂温度Tcat设为催化剂温度Tcat的本次值Tcat(n)，将通过图8的一系列的处理获得了的催化剂温度Tcat设为催化剂温度Tcat的上次值Tcat(n－1)。然后，CPU72将从本次值Tcat(n)减去上次值Tcat(n－1)而获得的差ΔTcat算出为背离度(S216)。
接下来，CPU72判定在S216中算出的差ΔTcat是否处于预先设定的预定的范围R外。在此，催化剂温度Tcat随着时间的经过而连续地变化。并且，在反复进行图8的处理的周期的时间内，催化剂温度Tcat发生变化的量是有界限的。因此，在该第3实施方式中，预先通过试验、模拟，将在反复进行图8的处理的周期内，催化剂温度Tcat最升温时的温度变化量设定为上限变化量ULC。同样地，将在反复进行图8的处理的周期内，催化剂温度Tcat最降温时的温度变化量设定为下限变化量LLC。并且，将上限变化量ULC到下限变化量LLC的范围设定为预定的范围R。
接下来，CPU72判定在S216中算出的差ΔTcat是否为上限变化量ULC以下(S218)。在S216中算出的差ΔTcat为上限变化量ULC以下的情况下(S218：是)，CPU72判定在S216中算出的差ΔTcat是否为下限变化量LLC以上(S220)。
接下来，在差ΔTcat为下限变化量LLC以上的情况下(S220：是)，CPU72使图8所示的一系列的处理暂时结束。在第一次执行图8的处理的情况下，作为催化剂温度Tcat的上次值Tcat(n－1)，使用预先设定的默认值即可。即使在默认值偏离了实际的温度的情况下，通过反复进行图8的处理，催化剂温度Tcat也会向正确的值收敛。
在S216中算出的差ΔTcat超过了上限变化量ULC的情况下(S218：否)，CPU72进行将本次值Tcat(n)设为对上次值Tcat(n－1)加上上限变化量ULC而得到的值的保护处理(S222)。然后，使图8所示的一系列的处理暂时结束。
另外，在S216中算出的差ΔTcat小于下限变化量LLC的情况下(S220：否)，CPU72进行将本次值Tcat(n)设为对上次值Tcat(n－1)加上下限变化量LLC而得到的值的保护处理(S224)。然后，使图8所示的一系列的处理暂时结束。
接下来，对上述第3实施方式的作用进行说明。如图9所示，将内燃机10起动后第一次进行图8所示的一系列的处理的时刻设为时刻t1、将在时刻t1之后下一次进行图8所示的一系列的处理的时刻设为时刻t2。同样地，将内燃机10起动后进行第n次图8所示的一系列的处理的时刻设为时刻tn。此时，在时刻t1下的S14的处理中算出催化剂温度Tcat(1)，在时刻t2下的S14的处理中算出催化剂温度Tcat(2)时，在S16中从本次值Tcat(2)减去上次值Tcat(1)而算出差ΔTcat。在该情况下，差ΔTcat比上限变化量ULC小，比下限变化量LLC大，所以比预定的范围R小。由此，将时刻t2下的催化剂温度Tcat(2)设为在S14中算出的催化剂温度Tcat(2)。
接下来，对上述第3实施方式的效果进行说明。根据第3实施方式，在催化剂温度Tcat的本次值Tcat(n)与上次值Tcat(n－1)的差ΔTcat在预定的范围R外的情况下，判定为本次值Tcat(n)在容许范围外。因为催化剂温度Tcat通过内燃机10的驱动而上升，所以在反复进行图8所示的一系列的处理的周期的期间中上升的温度也收敛于相应的范围。由此，能够通过比较简单的计算实现本次值Tcat(n)是否在容许范围外的判定。
对应关系
上述实施方式中的事项与上述“用于解决课题的技术方案(发明内容)”一栏所记载的事项的对应关系如下。
GPF34的温度为内燃机的状态的一例。催化剂温度Tcat是用于推定内燃机的状态的推定值的一例。排气温度平均值Texuave、上游侧平均检测值Afuave、吸入空气量Ga、转速NE、充气效率η、催化剂温度Tcat的上次值Tcat(n－1)是内燃机状态变量的一例。CPU72及ROM74是执行装置的一例。S10的处理是取得处理的一例。S12～S24的处理、S112～S120、S122、S124的处理是温度算出处理的一例。S22、S24的处理、S124、S126的处理是保护处理的一例。
上限保护值UL是容许范围的上限值的一例，下限保护值LL是容许范围的下限值的一例。
GPF34是催化剂的一例。排气温度平均值Texuave及吸入空气量Ga的数据组等是流体能量变量的一例。外气温度TO是外气温度变量的一例，上游侧平均检测值Afuave及吸入空气量Ga的数据组等是过剩量变量的一例。
S16的处理是容许范围算出处理的一例。上限映射图是上限值算出函数的一例，下限映射图是下限值算出函数的一例。
催化剂温度Tcat的本次值Tcat(n)与上次值Tcat(n－1)的差ΔTcat是背离度的一例。
控制装置70及中心120是催化剂温度推定系统的一例。CPU72及ROM74是执行装置的一例。CPU122及ROM124是第2执行装置的一例。S10的处理是取得处理的一例，S90的处理是车辆侧发送处理的一例，S92的处理是车辆侧接收处理的一例。S110的处理是外部侧接收处理的一例。
中心120是数据解析装置的一例。
控制装置70是内燃机的控制装置的一例。
其他实施方式
此外，上述各实施方式能够如下那样进行变更而实施。上述各实施方式及以下的变更例能够在不产生技术矛盾的范围内彼此进行组合而实施。
关于内燃机状态变量
在上述各实施方式中，向映射输入的内燃机状态变量不限定于上述实施方式的例子。内燃机状态变量只要是表示内燃机10的状态的参数即可，不特别地进行限定。例如，在第1实施方式中，也可以代替上游侧平均检测值Afuave，而设为作为与内燃机10的周围的外气的温度相关的变量即外气温度变量发挥功能的外气温度TO。
关于内燃机的状态
推定处理所推定的推定值也可以是催化剂温度Tcat以外的内燃机10的状态。例如，也可以是PM堆积量DPM，也可以是向缸内喷射阀20供给的燃料的压力即燃料压力。
关于保护处理
虽然在上述各实施方式中，在作为映射的输出而获得的催化剂温度Tcat超过了上限保护值UL的情况下，重新设定为与上限保护值UL相同的值，但重新设定的值只要接近上限保护值UL即可。另外，在催化剂温度Tcat低于下限保护值LL的情况下，重新设定的值只要接近下限保护值LL即可。即，在作为映射的输出而获得的催化剂温度Tcat在容许范围外的情况下，重新设定的值只要接近容许范围或设为容许范围内的值即可。在该情况下，例如在映射的输出由于输入有未学习范围等的输入值而成为了极端大的值、极端小的值的情况下，能够使作为映射的输出而获得的催化剂温度Tcat接近容许范围。
关于容许范围
在上述第1及第2实施方式中，容许范围通过上限保护值UL及下限保护值LL来确定，上限保护值UL及下限保护值LL通过上限映射图及下限映射图来确定，但容许范围也可以是预先设定的固定的范围。例如，通过试验、模拟，可得到催化剂温度Tcat处于一定的范围这一情况，关于将超过了该一定的范围的推定值去除这一点，能够通过将容许范围设为固定的范围来实现。
关于背离度
在上述第3实施方式中，算出了差ΔTcat作为背离度，但也可以使用上次值Tcat(n－1)除以本次值Tcat(n)而得到的比来作为背离度。
关于预定的范围
在上述第3实施方式中，预定的范围R也可以并非始终恒定，而是基于各时刻t下的催化剂温度Tcat发生变化。例如，也可以在催化剂温度Tcat的低温范围、中温范围、高温范围中分别设定有预定的范围R。具体而言，在催化剂温度Tcat为中温范围时，将上限变化量ULC及下限变化量LLC设定为相应的大小。在该情况下，可以在催化剂温度Tcat为低温范围时，将上限变化量ULC设定得比中温范围的情况大，将下限变化量LLC设定得比中温范围的情况小。另外，在该情况下，在催化剂温度Tcat为高温范围时，可以将上限变化量ULC设定得比中温范围的情况小，将下限变化量LLC设定得比中温范围的情况大。关于这一点，催化剂温度Tcat取决于升温的要因与降温的要因的是否平衡，在催化剂温度Tcat为高温范围时，成为更高温相应地需要时间。由此，通过如上述那样设定上限变化量ULC，能够根据催化剂温度Tcat设定预定的范围R。
另外，在上述第3实施方式中，预定的范围R也可以根据时刻t而发生变化。例如，也可以是，在从内燃机10起动起到催化剂温度Tcat升温至相应的温度为止的一定期间，表示预定的范围R的上限变化量ULC至下限变化量LLC的范围在预定的时刻t之前以随着时间经过而逐渐变小的方式变化。此外，预定的时刻t预先通过试验、模拟而设定为从内燃机10停止相应的时间而GPF34冷却了的状态到GPF34充分地变为了高温时的时刻。另外，预定的范围R也可以不是预先设定的值，而是通过映射图数据、函数等，每当进行图8所示的一系列的处理时均进行计算的值。
关于流体的温度变量
作为构成流体能量变量的流体的温度变量，不限定于排气温度平均值Texuave，也可以是排气温度Texu。另外，不限定于基于排气温度传感器82检测出的排气温度的检测值，例如，也可以基于推定值。
关于流体能量变量
例如，在图3、图7的处理中，也可以不将吸入空气量Ga包含于输入变量。在该情况下也是，在这些处理中，转速NE及充气效率η成为输入变量，所以通过排气温度平均值Texuave、转速NE及充气效率η这3个变量构成流体能量变量。
另外，例如，也可以通过排气温度平均值Texuave的时序数据和单一的吸入空气量Ga构成流体能量变量的时序数据、通过排气温度平均值Texuave的时序数据与单一的吸入空气量平均值Gaave构成流体能量变量的时序数据。另外，例如，也可以通过排气温度平均值Texuave的时序数据与转速NE及充气效率η的单一的采样值构成流体能量变量的时序数据、通过排气温度平均值Texuave的时序数据与转速平均值NEave及充气效率平均值ηave的单一的采样值构成流体能量变量的时序数据。
关于过剩量变量
例如，在图3、图7的处理中，也可以不将吸入空气量Ga包含于输入变量。在该情况下也是，在这些处理中转速NE及充气效率η成为输入变量，所以通过上游侧平均检测值Afuave、转速NE及充气效率η这3个变量构成过剩量变量。
另外，关于上述内容，也可以使用上游侧检测值Afu来代替上游侧平均检测值Afuave。另外，例如也可以通过上游侧平均检测值Afuave的时序数据与单一的吸入空气量Ga构成过剩量变量的时序数据。另外，例如，也可以由上游侧平均检测值Afuave的时序数据和转速NE及充气效率η的单一的采样值构成过剩量变量的时序数据、由上游侧平均检测值Afuave的时序数据与转速平均值NEave及充气效率平均值ηave的单一的采样值构成过剩量变量的时序数据。
此外，在如下述“关于过滤器”一栏所记载的那样，将GPF34配置于催化剂36的下游并推定GPF34的温度的情况下，代替上游侧检测值Afu、其平均值而使用下游侧检测值Afd、其平均值来构成过剩量变量。
例如，在如下述“关于过滤器”一栏所记载的那样，将GPF34设于催化剂36的下游并推定GPF34的温度的情况下，代替上游侧检测值Afu、其平均值，而将下游侧检测值Afd、其平均值设为映射的输入。另外，在将排气温度的检测值、其平均值设为向映射的输入的情况下，使用配置于GPF34与催化剂36之间的传感器的检测值。
此外，作为向神经网络的输入、向回归方程的输入等，各维度不限定于由单一的物理量构成。例如，关于在上述实施方式等中设为了向映射的输入的多种物理量的一部分，也可以不将它们设为向神经网络、回归方程的直接输入，而是作为替代，将基于它们的主成分分析的几个主成分设为向神经网络、回归方程的直接输入。并且，在将主成分设为神经网络、回归方程的输入的情况下，仅向神经网络、回归方程的输入的一部分成为主成分这一情况不是必须的，也可以将全部设为主成分。此外，在将主成分包含于输入的情况下，在映射数据76a、126a中包含对确定主成分的映射进行规定的数据。
关于映射数据
在上述各实施方式中，将S14、S34、S114的处理中的激活函数h1、h2、…hα设为双曲正切函数，将激活函数f设为ReLU，但不限定于此。例如也可以将S14、S114的处理中的激活函数h1、h2、…hα设为ReLU，另外例如也可以设为逻辑S型函数(Logistic SigmoidFunction)。另外，例如，也可以将激活函数f设为逻辑S型函数。虽然将图示的神经网络记载为中间层比2层多，但不限定于此，也可以是1层或2层。
关于映射数据的生成
在上述各实施方式中，将在曲轴24上经由变矩器50及变速装置52连接有测功机100的状态下使内燃机10工作时的数据用作训练数据，但不限定于此。例如也可以使用在搭载于车辆VC的状态下驱动内燃机10时的数据作为训练数据。
关于数据解析装置
例如也可以通过用户所持的便携终端执行图7的右侧的处理。
关于执行装置
作为执行装置，不限定于具备CPU72(122)与ROM74(124)并执行软件处理的装置。例如，也可以具备对在上述实施方式中进行了软件处理的处理中的至少一部分进行硬件处理的专用的硬件电路(例如ASIC等)。即，执行装置也可以为以下的(a)～(c)中的任一构成。
(a)具备根据程序执行上述处理的全部的处理装置、和存储程序的ROM等程序存储装置。
(b)具备根据程序执行上述处理的一部分的处理装置及程序存储装置、和执行剩余的处理的专用的硬件电路。
(c)具备执行上述处理的全部的专用的硬件电路。在此，具备处理装置及程序存储装置的软件执行装置、专用的硬件电路也可以是多个。
关于存储装置
在上述各实施方式中，将存储映射数据76a、126a的存储装置与存储温度推定程序74a、温度推定主程序124a的存储装置(ROM74、124)设为了相互独立的存储装置，但不限定于此。
关于温度推定对象
作为温度推定对象，不限定于GPF34，例如也可以是三元催化剂。
关于过滤器
也可以使GPF34与催化剂36的配置反过来。另外，作为过滤器，不限定于担载有三元催化剂的过滤器。例如也可以在单一的催化剂转换器的上游侧具备三元催化剂，并且在单一的催化剂转换器的下游具备没有担载三元催化剂的过滤器。
关于内燃机
在上述各实施方式中，作为燃料喷射阀，例示出向燃烧室18内喷射燃料的缸内喷射阀，但不限定于此。例如也可以是向进气通路12喷射燃料的端口喷射阀。另外例如也可以具备端口喷射阀与缸内喷射阀双方。
作为内燃机，不限定于火花点火式内燃机，例如也可以是使用轻油等作为燃料的压燃式内燃机等。内燃机构成驱动系统这一情况本身不是必须的。例如，也可以搭载于曲轴机械地连结于车载发电机并且与驱动轮之间被切断了动力传递的所谓的串联式混合动力车。
关于车辆
作为车辆，不限定于生成车辆的推进力的装置仅为内燃机的车辆，例如除了“关于内燃机”一栏所记载的串联式混合动力车以外，还可以是并联式混合动力车、串并联式混合动力车。

Claims (7)

1.一种设置于内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定装置，其特征在于，具备：
存储装置，存储对映射进行规定的数据即映射数据，所述映射是以外气温度变量和过剩量变量这2个中的至少1个变量、流体能量变量及所述催化剂的温度的推定值的上次值为输入，并输出所述催化剂的温度的推定值的映射，所述外气温度变量是与内燃机的周围的外气的温度相关的变量，所述过剩量变量是与实际的喷射量相对于使所述内燃机的燃烧室内的混合气的空燃比成为理论空燃比所需要的燃料量的过剩量相应的变量，所述流体能量变量是与流入设置于所述内燃机的排气通路的催化剂的流体的能量相关的状态变量；和
执行装置，执行取得处理和算出处理，所述取得处理是取得所述至少1个变量、所述流体能量变量及所述推定值的上次值的处理，所述算出处理是将通过所述取得处理取得的所述至少1个变量、所述流体能量变量及所述推定值的上次值向所述映射输入，从所述映射输出所述催化剂的温度的推定值的处理，
其中，
所述映射数据是通过机器学习而完成了学习的数据，
所述执行装置，
在所述推定值在容许范围外的情况下，执行使所述推定值接近所述容许范围或者使所述推定值成为所述容许范围内的值的保护处理，
在执行了所述保护处理的情况下，将所述保护处理后的值作为所述推定值而算出。
2.根据权利要求1所述的设置于内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定装置，其特征在于，
所述执行装置，在所述推定值比所述容许范围大的情况下，执行使所述推定值与所述容许范围的上限值一致的保护处理，在所述推定值比所述容许范围小的情况下，执行使所述推定值与所述容许范围的下限值一致的保护处理。
3.根据权利要求1或2所述的设置于内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定装置，其特征在于，
所述执行装置执行算出所述容许范围的容许范围算出处理，
所述存储装置存储有上限值算出函数和下限值算出函数，所述上限值算出函数是通过将转速平均值和充气效率平均值代入而得到所述容许范围的上限值的函数，所述下限值算出函数是通过将转速平均值和充气效率平均值代入而得到所述容许范围的下限值的函数，所述转速平均值是所述内燃机的曲轴的转速的平均值，所述充气效率平均值是充气效率的平均值，所述充气效率是确定填充到所述内燃机的燃烧室内的空气量的参数，
所述执行装置，在所述容许范围算出处理中，
将根据通过所述取得处理取得的所述转速而算出的转速平均值、和根据通过所述取得处理取得的所述充气效率而算出的充气效率平均值代入所述上限值算出函数而算出所述上限值，
将根据通过所述取得处理取得的所述转速而算出的转速平均值、和根据通过所述取得处理取得的所述充气效率而算出的充气效率平均值代入所述下限值算出函数而算出所述下限值。
4.根据权利要求1或2所述的设置于内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定装置，其特征在于，
所述执行装置，在表示基于所述算出处理的所述推定值的本次值与上次值之差的背离度成为了预定的范围外的情况下，判定为所述推定值的本次值在所述容许范围外。
5.一种设置于内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定系统，其特征在于，具备：
权利要求1或2所述的设置于内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定装置，
所述执行装置包括第1执行装置和第2执行装置，
所述第1执行装置搭载于车辆，并且执行所述取得处理、车辆侧发送处理及车辆侧接收处理，所述车辆侧发送处理是将通过所述取得处理取得的数据向车辆的外部发送的处理，所述车辆侧接收处理是接收基于通过所述算出处理算出的输出的信号的处理，
所述第2执行装置配置于所述车辆的外部，并且执行外部侧接收处理、所述算出处理及外部侧发送处理，所述外部侧接收处理是接收通过所述车辆侧发送处理发送的数据的处理，所述外部侧发送处理是将基于通过所述算出处理算出的输出的信号向所述车辆发送的处理。
6.根据权利要求5所述的设置于内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定系统，其特征在于，
所述第2执行装置和所述存储装置被包括在数据解析装置中。
7.根据权利要求5所述的设置于内燃机的排气通路的催化剂的温度的推定系统，其特征在于，
所述第1执行装置被包括在内燃机的控制装置中。
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