JP2008144744A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
内燃機関の燃費性能やエミッション性能を良好にしたり、ノッキングを防止したりする上では、点火時期の制御が重要である。そこで、従来では、機関運転状態に応じた最適な点火時期を予め調べて、マップとしてECU(Electronic Control Unit)に記憶しておき、そのマップに従って点火時期をフィードフォワード的に制御することが一般に行われている。 In order to improve the fuel efficiency and emission performance of the internal combustion engine and to prevent knocking, it is important to control the ignition timing. Therefore, conventionally, it is generally performed that the optimum ignition timing according to the engine operating state is checked in advance and stored in an ECU (Electronic Control Unit) as a map, and the ignition timing is controlled in a feed-forward manner according to the map. It has been broken.
しかしながら、内燃機関の経時劣化や、運転環境の変化などに応じて、最適な点火時期も変化する。上記のようなマップ制御では、そのような変化に対応することができない。 However, the optimal ignition timing also changes according to the deterioration with time of the internal combustion engine or the change of the operating environment. The map control as described above cannot cope with such a change.
一方、特開平9−317522号公報には、所定クランク角における目標燃焼割合を運転状態に応じて設定し、所定クランク角における実際の燃焼割合がその目標燃焼割合となるように、点火時期をフィードバック制御する装置が開示されている。 On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-317522, a target combustion ratio at a predetermined crank angle is set according to the operating state, and the ignition timing is fed back so that the actual combustion ratio at the predetermined crank angle becomes the target combustion ratio. An apparatus for controlling is disclosed.
上記公報に開示されたような点火時期フィードバック制御によれば、内燃機関の経時劣化や運転環境の変化などに起因する最適点火時期の変化に対応することが一応は可能である。しかしながら、点火時期フィードバック制御の場合には、目標とする燃焼状態と実際の燃焼状態との間にズレが生じた後でなければ、点火時期が修正されない。つまり、制御の遅れが避けられず、応答性が良くないという問題がある。 According to the ignition timing feedback control disclosed in the above publication, it is possible to cope with a change in the optimal ignition timing caused by the deterioration of the internal combustion engine over time or the change in the operating environment. However, in the case of ignition timing feedback control, the ignition timing is not corrected unless there is a deviation between the target combustion state and the actual combustion state. That is, there is a problem that a delay in control cannot be avoided and the responsiveness is not good.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点火時期を制御するに際して、内燃機関の経時劣化や運転環境の変化などに適切に対応することができるとともに、制御の遅れを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. When controlling the ignition timing, the present invention can appropriately cope with deterioration with time of the internal combustion engine, changes in the operating environment, and the like, and delays in control. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can suppress the above-described problem.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の運転状態に応じた点火時期を点火時期モデルに従って算出する点火時期フィードフォワード制御手段と、
燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記内燃機関の燃焼状態を目標とする燃焼状態に近づけるべく、前記点火時期フィードフォワード制御手段によって算出された点火時期を、前記燃焼状態検出手段により検出された燃焼状態に基づいて補正する点火時期フィードバック制御手段と、
前記点火時期フィードバック制御手段による補正後の点火時期を学習することにより、前記点火時期モデルに従って算出される点火時期が、前記目標とする燃焼状態を実現する点火時期に近くなるように、カルマンフィルタ理論を応用した計算手法に基づいて前記点火時期モデルのパラメータベクトルを更新する点火時期モデル学習手段と、
前記点火時期モデルパラメータベクトルの平均値を算出する平均値算出手段と、
前記点火時期モデル学習手段により更新された点火時期モデルパラメータベクトルと、前記平均値算出手段により算出された点火時期モデルパラメータベクトル平均値との差分ベクトルの共分散行列を算出する共分散算出手段と、
を備え、
前記点火時期モデル学習手段は、前記共分散算出手段により算出された前記差分ベクトルの共分散行列を用いて、前記点火時期モデルパラメータベクトルを更新する計算を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
Ignition timing feedforward control means for calculating the ignition timing according to the operating state of the internal combustion engine according to the ignition timing model;
Combustion state detection means for detecting the combustion state;
Ignition timing feedback for correcting the ignition timing calculated by the ignition timing feedforward control means based on the combustion state detected by the combustion condition detecting means so that the combustion condition of the internal combustion engine approaches the target combustion condition Control means;
By learning the ignition timing corrected by the ignition timing feedback control means, the Kalman filter theory is adjusted so that the ignition timing calculated according to the ignition timing model is close to the ignition timing that realizes the target combustion state. Ignition timing model learning means for updating a parameter vector of the ignition timing model based on an applied calculation method;
An average value calculating means for calculating an average value of the ignition timing model parameter vector;
Covariance calculating means for calculating a covariance matrix of a difference vector between the ignition timing model parameter vector updated by the ignition timing model learning means and the ignition timing model parameter vector average value calculated by the average value calculating means;
With
The ignition timing model learning means performs calculation for updating the ignition timing model parameter vector using the covariance matrix of the difference vector calculated by the covariance calculation means.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記内燃機関の運転状態を変数とする関数ベクトルをφk、前記点火時期モデルパラメータベクトルをθ^kとし、各記号の下付きの添え字kを前記内燃機関のサイクル数を表すものとしたとき、前記点火時期モデルによって算出される点火時期は、φk Tθ^kで表され、
前記点火時期フィードバック制御手段による補正後の点火時期をSAk、カルマンゲインをKk、Dをベクトル、QおよびRをスカラーとしたとき、前記点火時期モデル学習手段が用いる点火時期モデルパラメータベクトル更新式は、次式
θ^k+1=θ^k+Kk(SAk−φk Tθ^k)
Kk=Pkφk(R+φk TPkφk)-1
Pk=Pk-1+DQDT−Pk-1φk-1(R+φk-1 TPk-1φk-1)-1φk-1 TPk-1 ・・・(I)
で表され、
前記点火時期モデル学習手段は、前記共分散算出手段により算出された前記差分ベクトルの共分散行列を、上記(I)式中の行列DQDTとして用いることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
When the function vector having the operating state of the internal combustion engine as a variable is φ k , the ignition timing model parameter vector is θ ^ k, and the subscript k of each symbol represents the cycle number of the internal combustion engine The ignition timing calculated by the ignition timing model is represented by φ k T θ ^ k ,
Ignition timing model parameter vector update formula used by the ignition timing model learning means when the ignition timing corrected by the ignition timing feedback control means is SA k , Kalman gain is K k , D is a vector, and Q and R are scalars Is the following equation: θ ^ k + 1 = θ ^ k + K k (SA k −φ k T θ ^ k )
K k = P k φ k (R + φ k T P k φ k ) -1
P k = P k-1 + DQD T −P k-1 φ k-1 (R + φ k-1 T P k-1 φ k-1 ) -1 φ k-1 T P k-1 (I)
Represented by
The ignition timing model learning means uses the covariance matrix of the difference vector calculated by the covariance calculating means as the matrix DQD T in the above equation (I).
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記差分ベクトルに基づいて、前記内燃機関の劣化または異常を判定する判定手段を更に備えることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The apparatus further includes a determination unit that determines deterioration or abnormality of the internal combustion engine based on the difference vector.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明において、
前記平均値算出手段は、前記内燃機関が搭載された車両のトリップ毎に前記点火時期モデルパラメータベクトルを取得して、その平均値を算出することを特徴とする。
The fourth invention is the first to third invention,
The average value calculating means acquires the ignition timing model parameter vector for each trip of a vehicle on which the internal combustion engine is mounted, and calculates the average value.
また、第5の発明は、第1乃至第4の発明において、
前記平均値算出手段は、忘却係数を用いて前記点火時期モデルパラメータベクトルの平均値を算出することを特徴とする。
The fifth invention is the first to fourth inventions,
The average value calculating means calculates an average value of the ignition timing model parameter vector using a forgetting factor.
第1の発明によれば、点火時期モデルに従って点火時期を算出する点火時期フィードフォワード制御手段と、燃焼状態が目標燃焼状態に近づくように点火時期を補正する点火時期フィードバック制御手段とを備えた点火時期制御装置において、フィードバック補正後の点火時期を学習することにより、点火時期モデルに従って算出される点火時期が、目標燃焼状態を実現する点火時期に近くなるように、点火時期モデルのパラメータベクトルを更新することができる。これにより、学習が進むにつれて、点火時期モデルが改善されていくので、点火時期モデルによって算出される点火時期が、目標燃焼状態を実現する点火時期に近くなっていく。つまり、フィードバック制御によらずとも、理想的な点火時期をフィードフォワード制御手段において算出することができるようになる。このため、第1の発明によれば、内燃機関の経時劣化や運転環境の変化に適応して、理想的な点火時期を実現することができるだけでなく、フィードバック制御に付き物の制御遅れを抑制することができる。よって、運転状態が変化した場合であっても、点火時期を理想的な点火時期に迅速に制御することができる。 According to the first invention, the ignition timing feedforward control means for calculating the ignition timing according to the ignition timing model and the ignition timing feedback control means for correcting the ignition timing so that the combustion state approaches the target combustion state. In the timing control device, the ignition timing model parameter vector is updated so that the ignition timing calculated according to the ignition timing model is close to the ignition timing that achieves the target combustion state by learning the ignition timing after feedback correction. can do. Thereby, as the learning progresses, the ignition timing model is improved, so that the ignition timing calculated by the ignition timing model becomes closer to the ignition timing for realizing the target combustion state. That is, the ideal ignition timing can be calculated by the feedforward control means without using the feedback control. For this reason, according to the first aspect of the invention, it is possible not only to realize an ideal ignition timing by adapting to the deterioration with time of the internal combustion engine and the change of the operating environment, but also to suppress the control delay due to the feedback control. be able to. Therefore, even when the operating state changes, the ignition timing can be quickly controlled to an ideal ignition timing.
また、第1の発明によれば、カルマンフィルタ理論を応用した計算手法によって点火時期モデルパラメータベクトルを更新することができる。本発明者らの知見によれば、フィードバック補正後の点火時期には、正規分布に精度良く一致するバラツキが内在する。第1の発明によれば、カルマンフィルタ理論を応用したことにより、フィードバック補正後の点火時期に内在する上記のバラツキを適切にフィルタリングした上で、フィードバック補正後の点火時期を学習することができる。このため、フィードバック補正後の点火時期に内在するバラツキに悪影響を受けることなく、点火時期モデルパラメータベクトルの更新を適切に行うことができる。このため、点火時期モデルパラメータベクトルを円滑かつ確実に最適化することができる。 In addition, according to the first invention, the ignition timing model parameter vector can be updated by a calculation method applying the Kalman filter theory. According to the knowledge of the present inventors, the ignition timing after feedback correction has a variation that accurately matches the normal distribution. According to the first invention, by applying the Kalman filter theory, it is possible to learn the ignition timing after feedback correction after appropriately filtering the above-described variation in the ignition timing after feedback correction. For this reason, the ignition timing model parameter vector can be appropriately updated without being adversely affected by variations inherent in the ignition timing after feedback correction. For this reason, the ignition timing model parameter vector can be optimized smoothly and reliably.
更に、第1の発明によれば、点火時期モデルパラメータベクトルの平均値を算出し、更に、その平均値と、更新された点火時期モデルパラメータベクトルとの差分ベクトルの共分散行列を算出し、この差分ベクトルの共分散行列を用いて、点火時期モデルパラメータベクトルを更新する計算を行うことができる。つまり、点火時期モデルパラメータベクトルに実際に生じているバラツキ度合いを検出して、カルマンフィルタ理論を応用した点火時期モデルパラメータベクトルの更新処理に反映させることができる。このため、点火時期モデルパラメータベクトルをより適切に更新することができ、より円滑かつ確実に最適化することができる。また、点火時期モデルパラメータベクトルに生ずるバラツキ度合いを予め設定する必要がなくなるので、開発段階における適合工数を削減することができる。 Further, according to the first invention, an average value of the ignition timing model parameter vector is calculated, and further, a covariance matrix of a difference vector between the average value and the updated ignition timing model parameter vector is calculated, A calculation for updating the ignition timing model parameter vector can be performed using the covariance matrix of the difference vector. That is, it is possible to detect the degree of variation actually generated in the ignition timing model parameter vector and reflect it in the update processing of the ignition timing model parameter vector applying the Kalman filter theory. For this reason, the ignition timing model parameter vector can be updated more appropriately, and can be optimized more smoothly and reliably. In addition, since it is not necessary to set the degree of variation occurring in the ignition timing model parameter vector in advance, it is possible to reduce the number of conforming man-hours at the development stage.
第2の発明によれば、内燃機関の運転状態を変数とする関数ベクトルをφk、点火時期モデルパラメータベクトルをθ^k、フィードバック補正後の点火時期をSAk、カルマンゲインをKk、Dをベクトル、QおよびRをスカラーとし、点火時期モデルパラメータベクトル更新式が次式
θ^k+1=θ^k+Kk(SAk−φk Tθ^k)
Kk=Pkφk(R+φk TPkφk)-1
Pk=Pk-1+DQDT−Pk-1φk-1(R+φk-1 TPk-1φk-1)-1φk-1 TPk-1 ・・・(I)
で表されるとしたとき、上記差分ベクトルの共分散行列を、上記(I)式中の行列DQDTとして用いることができる。これにより、点火時期モデルパラメータベクトルθ^kをより適切に更新することができ、より円滑かつ確実に最適化することができる。また、上記(I)式中の行列DQDTを予め設定する必要がなくなるので、開発段階における適合工数を削減することができる。
According to the second invention, the function vector having the operating state of the internal combustion engine as a variable is φ k , the ignition timing model parameter vector is θ ^ k , the ignition timing after feedback correction is SA k , the Kalman gain is K k , D Is a vector, Q and R are scalars, and the ignition timing model parameter vector update formula is: θ ^ k + 1 = θ ^ k + K k (SA k −φ k T θ ^ k )
K k = P k φ k (R + φ k T P k φ k ) -1
P k = P k-1 + DQD T −P k-1 φ k-1 (R + φ k-1 T P k-1 φ k-1 ) -1 φ k-1 T P k-1 (I)
The difference vector covariance matrix can be used as the matrix DQD T in the above equation (I). As a result, the ignition timing model parameter vector θ ^ k can be updated more appropriately, and can be optimized more smoothly and reliably. In addition, since it is not necessary to set the matrix DQD T in the formula (I) in advance, it is possible to reduce the number of matching man-hours in the development stage.
第3の発明によれば、点火時期モデルパラメータベクトルと、その平均値との差分ベクトルに基づいて、内燃機関の劣化または異常を判定することができる。内燃機関の各部の経時変化、例えば点火プラグの劣化や、オイルスラッジの蓄積などに伴って、各部の特性が変化すると、燃焼状態が変化する。燃焼状態の変化は、カルマンフィルタ理論を応用した更新処理を介して、点火時期モデルパラメータベクトルに顕著に反映される。このようなことから、内燃機関に経時劣化や異常が生ずると、点火時期モデルパラメータベクトルが大きく変化するので、点火時期モデルパラメータベクトルと、その平均値との差分ベクトルが大きくなる。よって、上記差分ベクトルに基づいて、内燃機関に生ずる経時劣化や異常を高精度に判定することができる。 According to the third invention, it is possible to determine the deterioration or abnormality of the internal combustion engine based on the difference vector between the ignition timing model parameter vector and its average value. If the characteristics of each part change due to changes with time of each part of the internal combustion engine, for example, deterioration of the spark plug or accumulation of oil sludge, the combustion state changes. The change in the combustion state is remarkably reflected in the ignition timing model parameter vector through the update process applying the Kalman filter theory. For this reason, when the internal combustion engine is deteriorated or abnormal with time, the ignition timing model parameter vector changes greatly, and the difference vector between the ignition timing model parameter vector and its average value increases. Therefore, it is possible to determine with high accuracy deterioration with time or abnormality occurring in the internal combustion engine based on the difference vector.
第4の発明によれば、点火時期モデルパラメータベクトルの平均値を算出するに際して、内燃機関が搭載された車両のトリップ毎に点火時期モデルパラメータベクトルを取得して、その平均値を算出することができる。これにより、ECUの演算負荷を軽減することができるとともに、比較的長期での視点による点火時期モデルパラメータベクトルの平均値を精度良く算出することができる。 According to the fourth aspect of the invention, when calculating the average value of the ignition timing model parameter vector, the ignition timing model parameter vector is obtained for each trip of the vehicle on which the internal combustion engine is mounted, and the average value is calculated. it can. As a result, the calculation load of the ECU can be reduced, and the average value of the ignition timing model parameter vector from a relatively long-term viewpoint can be calculated with high accuracy.
第5の発明によれば、忘却係数を用いて点火時期モデルパラメータベクトルの平均値を算出することができる。これにより、新しい点火時期モデルパラメータベクトルほど重みが大きく、古い点火時期モデルパラメータベクトルほど重みが小さくなるように平均化することができるので、より適切な点火時期モデルパラメータベクトル平均値を算出することができる。 According to the fifth aspect, the average value of the ignition timing model parameter vector can be calculated using the forgetting factor. As a result, the new ignition timing model parameter vector can be averaged so that the weight is larger and the older ignition timing model parameter vector is smaller, so that a more appropriate ignition timing model parameter vector average value can be calculated. it can.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10は、例えば車両の動力源として用いられるものとする。内燃機関10の気筒数や気筒配置は、特に限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of this embodiment includes a spark ignition type
内燃機関10の気筒には、吸気通路12および排気通路14が連通している。吸気通路12には、吸入空気量Gaを検出するエアフローメータ16が配置されている。エアフローメータ16の下流には、スロットル弁18が配置されている。スロットル弁18の開度は、スロットルモータ20の作動によって調整される。スロットル弁18の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットルポジションセンサ22が配置されている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ24が設けられている。
An
内燃機関10の気筒には、吸気ポート11内に燃料を噴射するための燃料インジェクタ26が配置されている。なお、内燃機関10は、図示のようなポート噴射式のものに限らず、燃料を筒内に直接噴射する筒内直接噴射式のものであってもよく、また、ポート噴射と筒内噴射を併用するものであってもよい。内燃機関10の気筒には、更に、吸気弁28、点火プラグ30、および排気弁32が設けられている。
A
内燃機関10のクランク軸36の近傍には、クランク角センサ38が取り付けられている。クランク角センサ38の出力によれば、クランク角や、機関回転数NEを検出することができる。
A
また、内燃機関10には、気筒内の圧力(燃焼圧)Pcを検出する筒内圧センサ40が設置されている。
Further, the
本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を更に備えている。ECU50には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ECU50は、各センサの出力等に基づいて、点火時期、燃料噴射量、スロットル開度等を制御する。
The system of the present embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The
図2は、ECU50の機能の一部を示す機能ブロック図である。図2に示すように、ECU50は、内燃機関10の点火時期をサイクル毎にリアルタイムに制御するリアルタイム制御部52と、後述する点火時期モデルパラメータベクトルの、比較的長期的な視点での経時変化を検出する経時変化検出部54としての機能を備えている。
FIG. 2 is a functional block diagram showing a part of the functions of the
(リアルタイム制御部52)
以下、まず、リアルタイム制御部52について説明する。図2に示すリアルタイム制御部52は、点火時期がMBT(Minimum advance for the Best Torque)になるように制御するものである。MBTとは、トルクが最大になるような点火時期、つまり熱効率が最良となるような点火時期のことである。MBTは、機関回転数NEや機関負荷に応じて変化するだけでなく、内燃機関10の経時変化や、運転環境の変化などに応じて変化する。
(Real-time control unit 52)
Hereinafter, first, the real-
図2に示すように、リアルタイム制御部52には、フィードフォワード制御器56と、フィードバック制御器58と、燃焼割合算出手段60と、点火時期モデル学習手段62と、共分散算出手段64とが含まれている。
As shown in FIG. 2, the real-
フィードフォワード制御器56は、内燃機関10の運転状態(機関回転数NEおよび充填効率KL)に応じて、内燃機関10のサイクル毎に、次式で表される点火時期モデルに従って点火時期SA0を算出する。
SA0=φTθ^ ・・・(1)
The feedforward controller 56 sets the ignition timing SA 0 according to the ignition timing model expressed by the following equation for each cycle of the
SA 0 = φ T θ ^ (1)
ただし、上記(1)式中、φは機関回転数NEおよび充填効率KLにより定まる関数ベクトルであり、θ^は点火時期モデルの特性を左右するパラメータからなるベクトルである。以下、このベクトルθ^を点火時期モデルパラメータベクトルと称する。また、上記(1)式を含め、本明細書において、上付きの添字Tは転置を意味する。 In the above equation (1), φ is a function vector determined by the engine speed NE and charging efficiency KL, and θ ^ is a vector composed of parameters that affect the characteristics of the ignition timing model. Hereinafter, this vector θ ^ is referred to as an ignition timing model parameter vector. Further, in the present specification, including the above formula (1), the superscript T means transposition.
上記(1)式としては、具体的には例えば次式を用いることができる。この場合、関数ベクトルφおよび点火時期モデルパラメータベクトルθ^はそれぞれ下記のように表すことができる。
なお、上記(2)式中のa,b,cおよびdは、それぞれ、所定の定数である。また、充填効率KLは、内燃機関10の負荷に相当する指標であり、エアフローメータ16により検出される吸入空気量Gaと機関回転数NEとに基づいて、あるいは、吸気圧センサ(図示せず)で検出される吸気圧に基づいて、算出することができる。
Note that a, b, c, and d in the above equation (2) are respectively predetermined constants. The charging efficiency KL is an index corresponding to the load of the
上記(2)式に示す例では、点火時期モデルパラメータベクトルθ^は、θ0,θ1,θ2およびθ3の4つの要素(パラメータ)からなる4次元ベクトルである。後述するように、この点火時期モデルパラメータベクトルθ^は、点火時期モデル学習手段62により、内燃機関10のサイクル毎に更新される。
In the example shown in the above equation (2), the ignition timing model parameter vector θ ^ is a four-dimensional vector composed of four elements (parameters) of θ 0 , θ 1 , θ 2 and θ 3 . As will be described later, the ignition timing model parameter vector θ ^ is updated by the ignition timing model learning means 62 for each cycle of the
フィードバック制御器58は、フィードフォワード制御器56によって算出された点火時期SA0に対し、補正を施す。この補正後の点火時期を、以下「フィードバック補正後の点火時期」と称する。本システムでは、このフィードバック補正後の点火時期が、点火プラグ30による実際の点火時期とされる。すなわち、フィードバック補正後の点火時期において、点火プラグ30に電圧が印加される。
The
本実施形態のフィードバック制御器58は、以下のような方法により、点火時期をMBTに近づけるように補正する。
The
内燃機関10では、クランク角度が上死点後8°(以下、「8°ATDC」と記す)のときの燃焼割合が50%であるような燃焼状態が、最も効率の良い燃焼状態であることが経験的に知られている。よって、クランク角度が8°ATDCのときの燃焼割合(以下「8°ATDC燃焼割合」という)を50%とするような点火時期がMBTである、と判断することができる。そこで、内燃機関10の運転中に8°ATDC燃焼割合を検出し、その8°ATDC燃焼割合が50%に近づくように点火時期を補正すれば、点火時期をMBTに近づけることができる。
In the
上記のようなフィードバック制御を実現するため、燃焼割合算出手段60は、筒内圧センサ40の出力に基づいて、内燃機関10のサイクル毎に、8°ATDC燃焼割合を算出する。以下、その算出方法について説明する。
In order to realize the feedback control as described above, the combustion ratio calculation means 60 calculates an 8 ° ATDC combustion ratio for each cycle of the
燃焼割合算出手段60は、まず、気筒内の熱発生率を算出する。気筒内の熱発生率は、熱力学的に、次式により算出することができる。
上記(3)式中、qは気筒内の発熱量であり、Pは筒内圧であり、Vは筒内容積であり、ψはクランク角度であり、κは比熱比である。筒内容積Vおよびその変化率dV/dψは、クランク角度ψの関数であり、その関数はボア、クランク半径、コンロッド長などに応じて幾何学的に定まるものである。比熱比κは、燃焼ガスの組成などに基づいて定まる値であるが、例えばκ=1.32と簡単化してもよい。 In the above equation (3), q is the amount of heat generated in the cylinder, P is the in-cylinder pressure, V is the in-cylinder volume, ψ is the crank angle, and κ is the specific heat ratio. The in-cylinder volume V and the rate of change dV / dψ are functions of the crank angle ψ, and the function is geometrically determined according to the bore, crank radius, connecting rod length, and the like. The specific heat ratio κ is a value determined based on the composition of the combustion gas, but may be simplified to κ = 1.32.
燃焼割合算出手段60は、筒内圧センサ40により検出される筒内圧Pcを所定クランク角度毎(例えば1°CA毎)にサンプリングする。次いで、そのサンプリングしたデータから求まるPおよびdP/dψを上記(3)式に代入することにより、熱発生率dq/dψをクランク角度毎に算出する。この熱発生率dq/dψを燃焼終了時まで積算することにより、総発熱量が算出される。また、熱発生率dq/dψを8°ATDCまで積算することにより、8°ATDCまでの発熱量が算出される。そして、その8°ATDCまでの発熱量を上記総発熱量で除することにより、8°ATDC燃焼割合を算出することができる。
The combustion ratio calculation means 60 samples the in-cylinder pressure Pc detected by the in-
燃焼割合算出手段60では、上記の方法に代えて、特開2005−351147号公報に記載された方法、すなわち次のような方法によって、8°ATDC燃焼割合を算出するようにしてもよい。 The combustion rate calculation means 60 may calculate the 8 ° ATDC combustion rate by the method described in JP-A-2005-351147, that is, the following method, instead of the above method.
筒内圧Pと筒内容積Vのκ乗との積PVκと、発熱量qとは、相関することが知られている。このことを利用すると、クランク角度ψにおけるPをP(ψ)、クランク角度ψにおけるVκをVκ(ψ)、燃焼開始前の所定のクランク角度をψ1を、燃焼終了後の所定のクランク角度をψ2としたとき、クランク角度ψ0における燃焼割合(MFB)は、近似的に次式で算出することができる。
上記(4)式においてψ0を8°ATDCと置くことにより、8°ATDC燃焼割合を算出することができる。つまり、この場合には、ψ1,8°ATDC,およびψ2の3点のクランク角度において筒内圧Pcを検出するだけで、8°ATDC燃焼割合を算出することができる。よって、ECU50の演算負荷を大幅に軽減することができる。
By setting ψ 0 to 8 ° ATDC in the above equation (4), the 8 ° ATDC combustion ratio can be calculated. That is, in this case, the 8 ° ATDC combustion ratio can be calculated only by detecting the in-cylinder pressure Pc at the three crank angles of ψ 1 , 8 ° ATDC, and ψ 2 . Therefore, the calculation load of the
フィードバック制御器58は、上記のようにして検出された8°ATDC燃焼割合が50%に近づくように、点火時期を補正する。つまり、フィードバック制御器58は、8°ATDC燃焼割合の目標値である50%(0.5)と、燃焼割合算出手段60により算出された実際の8°ATDC燃焼割合との偏差に基づいて、フィードバック補正量dSAを算出する。そして、そのフィードバック補正量dSAが、フィードフォワード制御器56によって算出された点火時期SA0に足し合わされることにより、点火時期が補正される。すなわち、検出された8°ATDC燃焼割合が50%未満である場合には、点火時期が早くする方向に補正され、検出された8°ATDC燃焼割合が50%を超えている場合には、点火時期が遅くなる方向に補正される。
The
このようなフィードバック制御器58によれば、フィードフォワード制御器56によって算出された点火時期SA0がMBTからずれている場合であっても、実際の点火時期をMBTに近づけていくことができる。
According to such a
しかし、フィードバック制御には、当然ながら、遅れが存在する。つまり、ある運転状態から別の運転状態へ変化したことによってMBTが変化した場合には、フィードバック制御器58が点火時期を再びMBTに近づけるまでには時間が掛かる。よって、その間は燃費が悪化する。このことに鑑みれば、MBTとなる点火時期をフィードフォワード制御器56(点火時期モデル)によって運転状態から直接に算出できるようにすることが理想である。
However, there is of course a delay in feedback control. That is, when the MBT changes due to a change from one operating state to another operating state, it takes time for the
点火時期モデル学習手段62は、上記の理想を実現するべく、フィードバック補正後の点火時期、つまりMBTに近くなるように補正された後の点火時期と、運転状態(機関回転数NEおよび充填効率KL)との関係を学習して、点火時期モデルパラメータベクトルθ^を更新する処理を行う。 In order to realize the above ideal, the ignition timing model learning means 62 determines the ignition timing after feedback correction, that is, the ignition timing after being corrected to be close to MBT, and the operating state (engine speed NE and charging efficiency KL). ) To update the ignition timing model parameter vector θ ^.
ところで、周知のように、内燃機関10には、サイクル毎の燃焼変動が存在する。すなわち、内燃機関10の運転状態が変化していなくても、気筒内での混合気の燃焼の様子(火炎伝播)は、サイクル毎に変化する。この主な原因は、筒内の空燃比や、筒内に残留している前サイクルの燃え残りのガス量、筒内の混合気のかき混ざり具合(乱れ)などが、サイクル毎にランダムに変化するためである。
Incidentally, as is well known, the
上記のような燃焼変動の存在により、点火時期を含めた運転状態が同じであっても、実際の8°ATDC燃焼割合は、サイクル毎に変動する。よって、サイクル毎に検出される8°ATDC燃焼割合を50%に近づけるべく、フィードバック制御器58が点火時期を補正すると、その補正後の点火時期は、サイクル毎に変動することとなる。
Due to the presence of the combustion fluctuation as described above, even if the operation state including the ignition timing is the same, the actual 8 ° ATDC combustion ratio varies from cycle to cycle. Therefore, when the
つまり、点火時期モデル学習手段62にサイクル毎に入力されるフィードバック補正後の点火時期には、バラツキが存在しており、その平均値はMBTに精度良く一致しているが、平均値から外れた入力は、MBTに精度良く一致しているとは言えない。このため、点火時期モデル学習手段62にサイクル毎に入力されるフィードバック補正後の点火時期が何れも等しく正しいものであるとの立場で学習を行い、その結果に従って点火時期モデルパラメータベクトルθ^を更新してしまうことは、適切ではない。
That is, the ignition timing after feedback correction input to the ignition timing
そこで、本実施形態の点火時期モデル学習手段62では、カルマンフィルタ理論を応用した、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の更新を行うこととしている。 Therefore, the ignition timing model learning means 62 of the present embodiment updates the ignition timing model parameter vector θ ^ by applying the Kalman filter theory.
カルマンフィルタ理論とは、一般には、システムの状態推定を行うために用いられるフィルタリング理論である。カルマンフィルタ理論によれば、システムや観測に雑音(白色雑音)が加わる場合に、その雑音を適切にフィルタリングすることができるので、最適な状態推定を行うことができる。 The Kalman filter theory is a filtering theory generally used for estimating the state of a system. According to the Kalman filter theory, when noise (white noise) is added to the system or observation, the noise can be appropriately filtered, so that optimum state estimation can be performed.
本発明者らの知見によれば、フィードバック補正後の点火時期に生ずるバラツキ(雑音)は、カルマンフィルタ理論によってフィルタリングすることのできる雑音と同種のものである。すなわち、フィードバック補正後の点火時期のバラツキは、前述したように、ランダムな燃焼変動に起因するものであるため、そのバラツキは、ほぼ正規分布に一致する。このため、カルマンフィルタ理論が応用された点火時期モデル学習手段62によれば、フィードバック補正後の点火時期を学習する上で、フィードバック補正後の点火時期に内在するバラツキを適切にフィルタリングすることができる。よって、フィードバック補正後の点火時期に内在するバラツキに悪影響を受けることなく、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の更新を適切に行うことができる。 According to the knowledge of the present inventors, the variation (noise) generated in the ignition timing after feedback correction is the same type as the noise that can be filtered by the Kalman filter theory. That is, since the variation in the ignition timing after the feedback correction is caused by random combustion fluctuations as described above, the variation substantially matches the normal distribution. For this reason, according to the ignition timing model learning means 62 to which the Kalman filter theory is applied, the variation inherent in the ignition timing after the feedback correction can be appropriately filtered when learning the ignition timing after the feedback correction. Therefore, it is possible to appropriately update the ignition timing model parameter vector θ ^ without being adversely affected by variations inherent in the ignition timing after feedback correction.
カルマンフィルタ理論を応用した点火時期モデルパラメータベクトルθ^の更新則は、次式で表される。
θ^k+1=θ^k+Kk(SAk−φk Tθ^k) ・・・(5)
The update rule of the ignition timing model parameter vector θ ^ applying the Kalman filter theory is expressed by the following equation.
θ ^ k + 1 = θ ^ k + K k (SA k −φ k T θ ^ k ) (5)
上記(5)式を含め、本明細書で使用する記号において、下付きの添え字kは、内燃機関10のkサイクル目の値であることを示す。また、上記(5)式中、Kkはカルマンゲインであり、SAkはフィードバック補正後の点火時期である。
In the symbols used in this specification including the above expression (5), the subscript k indicates the value of the kth cycle of the
上記(5)式中、(SAk−φk Tθ^k)は、フィードバック補正後の点火時期SAkと、上記(1)式に従ってフィードフォワード制御器56が算出する点火時期φk Tθ^kとの誤差(以下「予測誤差」という)を表している。上記(5)式は、予測誤差にカルマンゲインKkを乗じたものを、現サイクルの点火時期モデルパラメータベクトルθ^kに足し合わせることにより、次サイクルの点火時期モデルパラメータベクトルθ^k+1が算出されることを表している。 In the above equation (5), (SA k −φ k T θ ^ k ) is the ignition timing SA k after feedback correction and the ignition timing φ k T θ calculated by the feedforward controller 56 according to the above equation (1). ^ Indicates the error from k (hereinafter referred to as “prediction error”). The above equation (5) is obtained by adding the prediction error multiplied by the Kalman gain K k to the ignition timing model parameter vector θ ^ k of the current cycle, thereby obtaining the ignition timing model parameter vector θ ^ k + 1 of the next cycle. Is calculated.
以下、上記(5)式中のカルマンゲインKkの導出過程について説明する。
点火時期モデルパラメータベクトルθ^の真値(実際には知り得ない最適な点火時期モデルパラメータベクトル)をθとすると、この点火時期モデルパラメータベクトルの真値θは、内燃機関10の特性の経時変化や、運転環境の変化などに応じて、サイクル毎に変化するものと考えることができる。このことを次式で表す。
θk+1=θk+Dwk ・・・(6)
Hereinafter, the process of deriving the Kalman gain K k in the above equation (5) will be described.
When the true value of the ignition timing model parameter vector θ ^ (optimum ignition timing model parameter vector that cannot be actually known) is θ, the true value θ of the ignition timing model parameter vector is a change with time of the characteristics of the
θ k + 1 = θ k + Dw k (6)
上記(6)式中、Dwkは、上述したような経時変化や環境変化などに起因する、点火時期モデルパラメータベクトルの真値θのサイクル毎の変化に相当する。このDwkのうち、Dはθ^と同次元のベクトルであり、wkは変数(スカラー)である。 In the above equation (6), Dw k corresponds to the cycle-by-cycle change in the true value θ of the ignition timing model parameter vector due to the above-described change over time, environmental change, and the like. Of this Dw k , D is a vector of the same dimension as θ ^, and w k is a variable (scalar).
また、点火時期モデルパラメータベクトルの真値θを用いた点火時期モデルによって算出されるべき点火時期(実際には知り得ない最適な点火時期)φk Tθkと、フィードバック補正後の点火時期SAkとの間に存在する誤差をnkとすると、次式が定義される。
SAk=φk Tθk+nk ・・・(7)
In addition, the ignition timing to be calculated by the ignition timing model using the true value θ of the ignition timing model parameter vector (optimum ignition timing that cannot be actually known) φ k T θ k and the ignition timing SA after feedback correction When an error existing between k and n k is defined, the following equation is defined.
SA k = φ k T θ k + n k (7)
以上より、点火時期モデルパラメータベクトルの真値θと、実際の点火時期モデルパラメータベクトルθ^との誤差(以下「モデル誤差」と称する)θ~は、以下のように表される。
θ~k+1=θk+1−θ^k+1
=θk+Dwk−{θ^k+Kk(SAk−φk Tθ^k)}
=θ~k+Dwk−Kk(φk Tθk+nk−φk Tθ^k)
=(I−Kkφk T)θ~k+Dwk−Kknk ・・・(8)
From the above, the error (hereinafter referred to as “model error”) θ˜ between the true value θ of the ignition timing model parameter vector and the actual ignition timing model parameter vector θ ^ is expressed as follows.
θ ~ k + 1 = θ k + 1 −θ ^ k + 1
= Θ k + Dw k − {θ ^ k + K k (SA k −φ k T θ ^ k )}
= Θ ~ k + Dw k −K k (φ k T θ k + n k −φ k T θ ^ k )
= (I-K k φ k T) θ ~ k + Dw k -K k n k ··· (8)
なお、上記(8)式中の式変形には、上記(5)、(6)および(7)式を用いた。 The above formulas (5), (6) and (7) were used for the formula transformation in the formula (8).
本発明者らの知見によれば、点火時期モデルパラメータベクトルの真値θの変化Dwkは、ランダムウォーク(酔歩)であると考えることができる。また、上記(7)式における誤差nkは、前述したような燃焼変動や、測定雑音などに起因するランダムな外乱であると考えられる。そこで、wk,nkは、平均値0、共分散Q,Rの独立な正規分布を持つものとする。つまり、次式のように定義する。
E[wk Twk]=Q ・・・(9)
E[nk Tnk]=R ・・・(10)
According to the knowledge of the present inventors, the change Dw k of the true value θ of the ignition timing model parameter vector can be considered as a random walk. Further, the error nk in the above equation (7) is considered to be a random disturbance caused by the combustion fluctuation and the measurement noise as described above. Therefore, w k and n k are assumed to have independent normal distributions having an average value of 0 and covariances Q and R. In other words, it is defined as:
E [w k T w k ] = Q (9)
E [n k T n k ] = R (10)
なお、上記(9)および(10)式を含め、本明細書では、E[]は平均値(期待値)を表すものとする。 In addition, in this specification including Eqs. (9) and (10), E [] represents an average value (expected value).
カルマンフィルタ理論においては、モデル誤差θ~kの共分散行列(以下「モデル誤差共分散行列」という)Pkが最小となるように、カルマンゲインKkを定める。モデル誤差共分散行列Pkは、次式で表される。
Pk=E[θ~kθ~k T] ・・・(11)
In Kalman filter theory, the covariance matrix of the model error theta ~ k as (hereinafter referred to as "model error covariance matrix") P k is minimized, determining the Kalman gain K k. The model error covariance matrix P k is expressed by the following equation.
P k = E [θ ~ k θ ~ k T ] (11)
上記(8)、(9)および(10)式を用いると、モデル誤差共分散行列Pk+1は、以下のように計算することができる。
Pk+1=E[θ~k+1θ~k+1 T]
=E[{θ~k+Dwk−Kk(nk+φk Tθ~k)}{θ~k+Dwk−Kk(nk+φk Tθ~k)}T]
=E[θ~kθ~k T]+DQDT−E[θ~kθ~k T]φkKk T−Kkφk TE[θ~kθ~k T]
+E[Kk(nk+φk Tθ~k)(nk+θ~k Tφk)Kk T]
=E[θ~kθ~k T]+DQDT−E[θ~kθ~k T]φkKk T−Kkφk TE[θ~kθ~k T]
−Kk(E[nknk]+φk TE[θ~kθ~k T]φk)Kk T
=Pk+DQDT−PkφkKk T−Kkφk TPk−Kk(R+φk TPkφk)Kk T
=Pk+DQDT−Pkφk(R+φk TPkφk)-1φk TPk
+{Kk−Pkφk(R+φk TPkφk)-1}(R+φk TPkφk){Kk T−(R+φk TPkφk)-1φk TPk}
・・・(12)
Using the above equations (8), (9) and (10), the model error covariance matrix P k + 1 can be calculated as follows.
P k + 1 = E [θ ~ k + 1 θ ~ k + 1 T ]
= E [{θ ~ k + Dw k −K k (n k + φ k T θ ~ k )} {θ ~ k + Dw k −K k (n k + φ k T θ ~ k )} T ]
= E [θ ~ k θ ~ k T ] + DQD T −E [θ ~ k θ ~ k T ] φ k K k T −K k φ k T E [θ ~ k θ ~ k T ]
+ E [K k (n k + φ k T θ ~ k ) (n k + θ ~ k T φ k ) K k T ]
= E [θ ~ k θ ~ k T ] + DQD T −E [θ ~ k θ ~ k T ] φ k K k T −K k φ k T E [θ ~ k θ ~ k T ]
−K k (E [n k n k ] + φ k T E [θ ~ k θ ~ k T ] φ k ) K k T
= P k + DQD T −P k φ k K k T −K k φ k T P k −K k (R + φ k T P k φ k ) K k T
= P k + DQD T −P k φ k (R + φ k T P k φ k ) -1 φ k T P k
+ {K k −P k φ k (R + φ k T P k φ k ) −1 } (R + φ k T P k φ k ) {K k T − (R + φ k T P k φ k ) −1 φ k T P k }
(12)
上記(12)式より、モデル誤差共分散行列Pk+1を最小とするには、カルマンゲインKkは、次式のように定めればよいことが分かる。
Kk=Pkφk(R+φk TPkφk)-1 ・・・(13)
From the above equation (12), it can be seen that the Kalman gain K k may be determined as follows to minimize the model error covariance matrix P k + 1 .
K k = P k φ k (R + φ k T P k φ k ) −1 (13)
そして、その場合、モデル誤差共分散行列Pk+1は、次式で表される。
Pk+1=Pk+DQDT−Pkφk(R+φk TPkφk)-1φk TPk ・・・(14)
In that case, the model error covariance matrix P k + 1 is expressed by the following equation.
P k + 1 = P k + DQD T −P k φ k (R + φ k T P k φ k ) −1 φ k T P k (14)
上記(14)式は、次式のように変形することができる。
Pk=Pk-1+DQDT−Pk-1φk-1(R+φk-1 TPk-1φk-1)-1φk-1 TPk-1 ・・・(15)
上記(15)式を用いて、上記(13)式中のPkを算出することができる。
The above equation (14) can be modified as the following equation.
P k = P k-1 + DQD T −P k-1 φ k-1 (R + φ k-1 T P k-1 φ k-1 ) -1 φ k-1 T P k-1 (15)
Using the equation (15), P k in the equation (13) can be calculated.
(共分散R)
上記(13)式に示されるように、カルマンゲインKkを求めるには、nkの共分散Rの値を定める必要がある。nkの共分散Rは、上記(7)式の定義から分かるように、フィードバック補正後の点火時期SAkのバラツキ度合いを表す値である。この共分散Rの値は、経験的に得られる適当な値を予め設定しておいてもよく、あるいは、フィードバック補正後の点火時期SAkに実際に生じている共分散を求め、その値を共分散Rとして使用してカルマンゲインKkを求めてもよい。図2に示すシステムでは、共分散算出手段64により、フィードバック補正後の点火時期SAkに実際に生じている共分散を求めることとしている。以下、共分散算出手段64の具体的処理について簡単に説明する。
(Covariance R)
As shown in the above equation (13), in order to obtain the Kalman gain K k , it is necessary to determine the value of the covariance R of n k . The covariance R of n k is a value representing the degree of variation in the ignition timing SA k after feedback correction, as can be seen from the definition of the above equation (7). The value of this covariance R may be set in advance as an appropriate value obtained empirically, or the covariance actually occurring in the ignition timing SA k after feedback correction is obtained and the value is calculated. The Kalman gain K k may be obtained using the covariance R. In the system shown in FIG. 2, the covariance calculating means 64 obtains the covariance actually generated at the ignition timing SA k after feedback correction. Hereinafter, specific processing of the
共分散算出手段64は、内燃機関10の過去Nサイクル分のフィードバック補正後の点火時期SAkの共分散を算出する。ここで、Nは、フィードバック補正後の点火時期SAkの共分散を十分な精度で算出することのできるようなサイクル数となるように、予め設定されている。
一般に、変数xkの過去N個分についての共分散Vkは、次式により算出することができる。
共分散算出手段64は、過去Nサイクル分のフィードバック補正後の点火時期SAkを記憶しておき、それらの値を上記(16)式のxkに代入することにより、共分散の値をサイクル毎に算出する。そして、そのようにして共分散算出手段64により算出された共分散の値が点火時期モデル学習手段62に入力され、上記共分散Rとして使用される。 The covariance calculation means 64 stores the ignition timing SA k after feedback correction for the past N cycles, and substitutes these values for x k in the above equation (16), thereby changing the covariance value to the cycle. Calculate every time. The covariance value thus calculated by the covariance calculation means 64 is input to the ignition timing model learning means 62 and used as the covariance R.
なお、共分散算出手段64では、上記(16)式の演算をそのまま実行するのではなく、演算負荷を軽減するために、移動計算の手法を用いて、共分散を算出するようにしてもよい。 The covariance calculation means 64 may calculate the covariance by using a movement calculation method in order to reduce the calculation load, instead of executing the calculation of the above equation (16) as it is. .
(行列DQDT)
また、上記(13)式および(15)式に示されるように、カルマンゲインKkを求めるには、モデル誤差共分散行列Pkを求めることが必要であり、このPkを求めるためには行列DQDTを定める必要がある。この行列DQDTは、次式に示すように、Dwkの共分散行列(自己相関行列)E[Dwk(Dwk)T]に等しい。
E[Dwk(Dwk)T]=E[Dwk TwkDT]
=DE[wk TwkDT]DT
=DQDT ・・・(17)
(Matrix DQD T )
Further, as shown in the above equations (13) and (15), in order to obtain the Kalman gain K k , it is necessary to obtain the model error covariance matrix P k , and in order to obtain this P k It is necessary to define the matrix DQD T. The matrix DQD T, as shown in the following equation, is equal to the covariance matrix of Dw k (autocorrelation matrix) E [Dw k (Dw k ) T].
E [Dw k (Dw k ) T ] = E [Dw k T w k D T ]
= DE [w k T w k D T ] D T
= DQD T (17)
Dwkの共分散行列E[Dwk(Dwk)T]、すなわち行列DQDTは、点火時期モデルパラメータベクトルの真値θのバラツキ度合いを表すものである。本実施形態では、後述するように、点火時期モデルパラメータベクトルθ^kに実際に生じている共分散行列を求め、その共分散行列を上記DQDTとして使用して、カルマンゲインKkを求めることとしている。 Dw k covariance matrix E [Dw k (Dw k) T], i.e. the matrix DQD T is representative of the variation degree of the true value θ of the ignition timing model parameter vector. In this embodiment, as will be described later, the covariance matrix actually generated in the ignition timing model parameter vector θ ^ k is obtained, and the Kalman gain K k is obtained using the covariance matrix as the DQD T. It is said.
以下、点火時期モデル学習手段62が上記(5)式の更新則に従って点火時期モデルパラメータベクトルθ^を更新する際の具体的処理について説明する。図3は、本実施形態において点火時期モデル学習手段62としてのECU50が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関10のサイクル毎に実行される。
Hereinafter, specific processing when the ignition timing
図3に示すルーチンによれば、まず、機関回転数NEおよび充填効率KLに基づいて、関数ベクトルφkが算出される(ステップ120)。関数ベクトルφの各要素は、上記(2)式中に例示されているように、所定の関数で構成されている。その関数の変数に機関回転数NEおよび充填効率KLの値を代入することにより、関数ベクトルφkが算出される。 According to the routine shown in FIG. 3, first, a function vector φ k is calculated based on the engine speed NE and the charging efficiency KL (step 120). Each element of the function vector φ is composed of a predetermined function as exemplified in the above equation (2). A function vector φ k is calculated by substituting the values of the engine speed NE and the charging efficiency KL into the variables of the function.
続いて、上記(15)式に基づいて、モデル誤差共分散行列Pkが算出される(ステップ122)。このステップ122において、上記(15)式中のφk-1およびPk-1には、それぞれ、前サイクルで算出されたものが代入される。また、nkの共分散Rには、共分散算出手段64によって算出された、過去Nサイクル分のフィードバック補正後の点火時期SAkの共分散の値が代入される。また、上記(15)式中のDQDTの求め方については後述する。
Subsequently, a model error covariance matrix P k is calculated based on the above equation (15) (step 122). In
上記ステップ122の処理に続いて、上記(13)式に基づいて、カルマンゲインKkが算出される(ステップ124)。この場合、上記ステップ120で算出された関数ベクトルφkと、共分散算出手段64によって算出された共分散Rと、上記ステップ122で算出されたモデル誤差共分散行列Pkとが、上記(13)式にそれぞれ代入される。
Following the processing of
最後に、上記(5)式の更新則に基づいて、現サイクルの点火時期モデルパラメータベクトルθ^kが、次のサイクルの点火時期モデルパラメータベクトルθ^k+1へと更新される(ステップ126)。この場合、現サイクルのフィードバック補正後の点火時期SAkと、現サイクルの点火時期モデルパラメータベクトルθ^kと、上記ステップ120で算出された関数ベクトルφkと、上記ステップ124で算出されたカルマンゲインKkとが、上記(5)式にそれぞれ代入される。
Finally, the ignition timing model parameter vector θ ^ k of the current cycle is updated to the ignition timing model parameter vector θ ^ k + 1 of the next cycle based on the update rule of the above equation (5) (step 126). ). In this case, the ignition timing SA k after feedback correction of the current cycle, the ignition timing model parameter vector θ ^ k of the current cycle, the function vector φ k calculated in
以上説明したように、図3に示すルーチンの処理によれば、フィードバック補正後の点火時期を学習して、点火時期モデルパラメータベクトルθ^を更新していくことができる。このため、学習が進むにつれて、点火時期モデルパラメータベクトルθ^が改善されていき、上記(1)式の点火時期モデルによって算出される点火時期が以前よりもMBTに近くなっていく。よって、フィードバック制御器58のフィードバック制御によらずとも、MBTに近い点火時期をフィードフォワード制御器56において算出することができるようになる。その結果、フィードバック制御に付き物の制御遅れの問題を解消することができる。よって、内燃機関10の経時劣化や運転環境の変化に伴うMBTの変化に適切に対応できるだけでなく、運転状態の変化に伴うMBTの変化に応じて、点火時期を迅速にMBTに追従させることができる。その結果、優れた燃費性能が得られる。
As described above, according to the routine processing shown in FIG. 3, it is possible to learn the ignition timing after feedback correction and update the ignition timing model parameter vector θ ^. For this reason, as the learning progresses, the ignition timing model parameter vector θ ^ is improved, and the ignition timing calculated by the ignition timing model of the above equation (1) becomes closer to MBT than before. Therefore, the ignition timing close to MBT can be calculated in the feedforward controller 56 without using the feedback control of the
また、本実施形態によれば、上述したように、カルマンフィルタ理論を応用した点火時期モデルパラメータベクトルθ^の更新を行うことができる。上述したように、本発明者らの知見によれば、フィードバック補正後の点火時期には、正規分布に精度良く一致するバラツキが内在する。本実施形態では、カルマンフィルタ理論を応用したことにより、フィードバック補正後の点火時期に内在するバラツキを適切にフィルタリングした上で、フィードバック補正後の点火時期を学習することができる。このため、フィードバック補正後の点火時期に内在するバラツキに悪影響を受けることなく、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の更新を適切に行うことができる。その結果、点火時期モデルパラメータベクトルθ^をより円滑かつ確実に最適化することができる。 Further, according to the present embodiment, as described above, the ignition timing model parameter vector θ ^ can be updated by applying the Kalman filter theory. As described above, according to the knowledge of the present inventors, the ignition timing after feedback correction has a variation that accurately matches the normal distribution. In this embodiment, by applying the Kalman filter theory, it is possible to learn the ignition timing after feedback correction after appropriately filtering the variation inherent in the ignition timing after feedback correction. Therefore, it is possible to appropriately update the ignition timing model parameter vector θ ^ without being adversely affected by variations inherent in the ignition timing after feedback correction. As a result, the ignition timing model parameter vector θ ^ can be optimized more smoothly and reliably.
また、本実施形態によれば、点火時期モデル学習手段62による学習を進めるに従い、点火時期モデルパラメータベクトルθ^を最適な形へと近づけていくことができる。このため、工場出荷時の点火時期モデルパラメータベクトルθ^には、それほど高い精度が必要とされない。よって、開発段階での適合工数を削減することができ、開発コストや開発期間を縮小することができる。 Further, according to the present embodiment, as the learning by the ignition timing model learning means 62 proceeds, the ignition timing model parameter vector θ ^ can be brought closer to the optimum form. For this reason, the ignition timing model parameter vector θ ^ at the time of factory shipment does not require so high accuracy. Therefore, the number of conforming man-hours at the development stage can be reduced, and the development cost and development period can be reduced.
ところで、フィードバック補正後の点火時期SAkに生ずる共分散(バラツキ度合い)は、運転条件によって変化する。一方、本実施形態では、前述したように、過去Nサイクル分のフィードバック補正後の点火時期SAkに実際に生じた共分散を逐次算出し、その値を、カルマンフィルタ理論に基づく点火時期モデルパラメータベクトルθ^の更新処理に必要な共分散Rとして使用している。このため、フィードバック補正後の点火時期SAkに生ずる共分散が運転条件によって変化することを点火時期モデルパラメータベクトルθ^の更新処理に適切に反映させることができる。よって、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の学習をより高い精度で行うことができる。 Incidentally, resulting in the ignition timing SA k after feedback correction covariance (variation degree) depends on the operating conditions. On the other hand, in the present embodiment, as described above, the covariance actually generated in the ignition timing SA k after feedback correction for the past N cycles is sequentially calculated, and the value is calculated as the ignition timing model parameter vector based on the Kalman filter theory. It is used as the covariance R necessary for the update process of θ ^. For this reason, it is possible to appropriately reflect the change in the covariance generated in the ignition timing SA k after the feedback correction depending on the operating conditions in the update processing of the ignition timing model parameter vector θ ^. Therefore, the ignition timing model parameter vector θ ^ can be learned with higher accuracy.
(経時変化検出部54)
次に、図2に示す経時変化検出部54について説明する。経時変化検出部54は、比較的長期での視点による、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の経時変化を検出するために設けられたものである。その目的を達成するため、経時変化検出部54は、以下のようにして、比較的長期での視点による、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の平均値θ^meanを算出する。
(Time-change detector 54)
Next, the temporal
経時変化検出部54には、点火時期モデル学習手段62により更新された点火時期モデルパラメータベクトルθ^が、トリップ毎に、間欠的(定期的)に入力される。この場合の「トリップ毎」とは、時間的な所定の間隔(例えば、内燃機関10の運転時間で10時間おき、100時間おき、あるいは暦で1週間おき、など)でも、車両の走行距離についての所定の間隔(例えば、走行100kmおき、200kmおき、など)でもよい。また、内燃機関10の始動から停止までを1トリップとしてもよい。この場合、各回のトリップで最後に得られた点火時期モデルパラメータベクトルθ^が経時変化検出部54に入力されるものとする。
The ignition timing model parameter vector θ ^ updated by the ignition timing model learning means 62 is intermittently (periodically) input to the temporal
以下、経時変化検出部54にj回目に入力された点火時期モデルパラメータベクトルθ^を、記号θ^(j)で表す。そして、経時変化検出部54では、このθ^(j)の入力があった場合に、前回算出された点火時期モデルパラメータベクトル平均値θ^mean(j-1)と、新たな入力θ^(j)とから、新たな平均値θ^mean(j)が算出される。この場合、本実施形態では、忘却係数αを用いて点火時期モデルパラメータベクトルθ^を平均化する。つまり、前回の平均値θ^mean(j-1)と、新たな入力θ^(j)と、新たな平均値θ^mean(j)との間には、次式の関係が成り立つ。
θ^mean(j)=αθ^mean(j-1)+(1−α)θ^(j) ・・・(18)
Hereinafter, the ignition timing model parameter vector θ ^ input to the j-th
θ ^ mean (j) = αθ ^ mean (j-1) + (1−α) θ ^ (j) (18)
上記忘却係数αは、1より小さい所定の正の数である。上記(18)式は、新たな平均値θ^mean(j)を算出するに際して、前回の平均値θ^mean(j-1)をこの忘却係数αという割合で忘却するとともに、新たな入力θ^(j)に残りの重み(1−α)を乗じたものを算入することを意味している。忘却係数αの値は、特に限定されないが、例えば0.95〜0.99程度とすることができる。 The forgetting factor α is a predetermined positive number smaller than 1. In the above equation (18), when calculating a new average value θ ^ mean (j) , the previous average value θ ^ mean (j−1) is forgotten at a ratio of the forgetting factor α and a new input θ ^ means that (j) is multiplied by the remaining weight (1-α). The value of the forgetting factor α is not particularly limited, but can be, for example, about 0.95 to 0.99.
経時変化検出部54では、上記(18)式をそのまま用いるのではなく、次のようにして計算が行われる。まず、点火時期モデル学習手段62から新しい点火時期モデルパラメータベクトルθ^(j)の入力があった場合には、図2に示すように、この新たな入力θ^(j)と、遅延演算器66により保持されている前回の平均値θ^mean(j-1)との差分ベクトルdθ(j)が算出される。つまり、差分ベクトルdθ(j)は、次式で表される。
dθ(j)=θ^(j)−θ^mean(j-1) ・・・(19)
The temporal
dθ (j) = θ ^ (j) −θ ^ mean (j-1) (19)
上記(19)式を用いると、上記(18)式は次のように変形することができる。
θ^mean(j)=αθ^mean(j-1)+(1−α)θ^(j)
=αθ^mean(j-1)+(1−α)(θ^mean(j-1)+dθ(j))
=θ^mean(j-1)+(1−α)dθ(j) ・・・(20)
When the above equation (19) is used, the above equation (18) can be modified as follows.
θ ^ mean (j) = αθ ^ mean (j-1) + (1−α) θ ^ (j)
= Αθ ^ mean (j-1) + (1−α) (θ ^ mean (j-1) + dθ (j) )
= Θ ^ mean (j-1) + (1−α) dθ (j) (20)
経時変化検出部54では、上記(20)式に従って、点火時期モデルパラメータベクトル平均値θ^mean(j)を算出する。すなわち、上記(19)式で算出された差分ベクトルdθ(j)は、図2に示すように、忘却演算器68に入力される。忘却演算器68では、入力されたdθに(1−α)を乗じて、(1−α)dθを算出する。そして、この(1−α)dθと、遅延演算器70により保持されている前回の平均値θ^mean(j-1)とが足し合わせられることにより、上記(20)式で示す新たな平均値θ^mean(j)が算出される。
The temporal
経時変化検出部54は、更に、上記差分ベクトルdθ(j)の共分散行列E[dθ(j)dθ(j) T]を算出する共分散算出手段72を有している。差分ベクトルdθ(j)の共分散行列E[dθ(j)dθ(j) T]は、点火時期モデルパラメータベクトルθ^のバラツキ度合いを表していると言える。従って、この共分散行列E[dθ(j)dθ(j) T]は、点火時期モデルパラメータベクトルの真値θのバラツキ度合いを表すE[Dwk(Dwk)T]、すなわちDQDTとほぼ同等であると考えることができる。そこで、本実施形態では、点火時期モデル学習手段62は、点火時期モデルパラメータベクトルθ^を更新する際、上記(15)式中のDQDTに、上記共分散算出手段72によって算出された共分散行列E[dθ(j)dθ(j) T]を代入して演算を行うこととしている。
The temporal
上記のようにして、本実施形態では、点火時期モデルパラメータベクトルθ^に実際に生じているバラツキ度合いを共分散算出手段72によって検出し、その値を、点火時期モデルパラメータベクトルθ^を更新する際の演算に反映させることができる。このため、点火時期モデルパラメータベクトルθ^をより適切に更新することができ、より円滑かつ確実に最適化することができる。また、ベクトルDや共分散Qの値を予め設定する必要がなくなるので、開発段階における適合工数を削減することができる。 As described above, in the present embodiment, the degree of variation actually generated in the ignition timing model parameter vector θ ^ is detected by the covariance calculation means 72, and the value is updated by the covariance calculation means 72. Can be reflected in the calculation. Therefore, the ignition timing model parameter vector θ ^ can be updated more appropriately, and can be optimized more smoothly and reliably. In addition, since it is not necessary to set the values of the vector D and the covariance Q in advance, it is possible to reduce the man-hours for adaptation at the development stage.
さて、以上説明したような本実施形態のシステムでは、点火時期モデル学習手段62による学習が進むに従い、点火時期モデルパラメータベクトルθ^は最適化される。そして、点火時期モデル学習手段62による学習がある程度まで進んだ後は、内燃機関10の特性に経時変化がなければ、点火時期モデルパラメータベクトルθ^は、サイクル毎の微小な変動はあるものの、比較的長期の視点では最適値の近傍で安定する。このため、この場合には、トリップ毎に経時変化検出部54に入力されるθ^と、平均値θ^meanとの差、つまり差分ベクトルdθ(j)は、小さい。
In the system of the present embodiment as described above, the ignition timing model parameter vector θ ^ is optimized as learning by the ignition timing model learning means 62 proceeds. Then, after learning by the ignition timing model learning means 62 has progressed to a certain extent, if the characteristics of the
逆に言えば、差分ベクトルdθ(j)が、ある値よりも小さければ、点火時期モデルパラメータベクトルθ^に大きな変化はない、つまり、内燃機関10に経時変化(経時劣化)は生じていないと判断することができる。
In other words, if the difference vector dθ (j) is smaller than a certain value, the ignition timing model parameter vector θ ^ does not change greatly, that is, the
また、内燃機関10の各部の経時変化、例えば点火プラグ30の劣化や、オイルスラッジの蓄積などに伴い、各部の特性が変化すると、燃焼状態が変化するので、それに応じて、点火時期モデルパラメータベクトルθ^も変化する。その場合、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の経時変化が緩やかなものであれば、その変化は、内燃機関10の正常な経時変化(経時劣化)に応じたものであると判断することができる。一方、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の経時変化が急である場合には、内燃機関10の特性が、正常な経時変化のレベルを超えて急変したと判断できる。つまり、内燃機関10に異常が生じたと判断することができる。そして、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の経時変化が緩やかである場合には、差分ベクトルdθ(j)は小さく、点火時期モデルパラメータベクトルθ^の経時変化が急である場合には、差分ベクトルdθ(j)は大きい。
Further, since the combustion state changes when the characteristics of each part change due to the aging of each part of the
上述したような考え方によれば、経時変化検出部54によって算出される差分ベクトルdθ(j)の大きさを監視することにより、内燃機関10の経時変化や経時劣化を判定することが可能である。そこで、本実施形態では、図2に示すように、差分ベクトルdθ(j)に基づいて内燃機関10の経時劣化を判定する劣化判定手段74を設けることとした。
According to the above-described concept, it is possible to determine the time-dependent change or deterioration of the
以下、劣化判定手段74が行う具体的処理について説明する。図4は、劣化判定手段74としてのECU50が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、差分ベクトルdθ(j)が算出されるたび毎に、つまり上記トリップ毎に実行される。
Hereinafter, specific processing performed by the
図4に示すルーチンによれば、まず、今回算出された差分ベクトルdθ(j)の大きさが所定の判定値αより大きいか否かが判別される(ステップ130)。その結果、差分ベクトルdθ(j)の大きさが判定値αより大きいと判別された場合には、内燃機関10に、整備(修理、調整、部品交換など)を必要とする程度の劣化あるいは異常が発生していると判定される(ステップ132)。この場合には、例えば、運転席のインストルメントパネルに設けたインジケータランプ(図示せず)を点灯させることなどにより、運転者にその旨を報知し、整備工場への入庫を促す(ステップ134)。なお、劣化あるいは異常の程度が軽微である場合などは、運転者への報知は行わず、次回の整備工場入庫時に整備士が確認できるような記録を残すだけにしてもよい。
According to the routine shown in FIG. 4, first, it is determined whether or not the magnitude of the difference vector dθ (j) calculated this time is larger than a predetermined determination value α (step 130). As a result, when it is determined that the magnitude of the difference vector dθ (j) is larger than the determination value α, the
一方、上記ステップ130において、差分ベクトルdθ(j)の大きさが判定値αより小さいと判別された場合には、内燃機関10には、整備を必要とするような経時劣化は生じていないと判定される(ステップ136)。
On the other hand, if it is determined in
なお、上記ステップ136の判定がなされた後、つまり、内燃機関10に生じている経時変化が正常な範囲内の変化であると判定された後に内燃機関10が停止された場合には、停止直前における点火時期モデルパラメータベクトル平均値θ^mean(j)を、内燃機関10が次回始動するときの点火時期モデルパラメータベクトルθ^kの初期値θ^0として使用することが好ましい。これにより、次のような利点がある。
If the
機関始動時の点火時期モデルパラメータベクトルθ^kの初期値θ^0としては、通常は、前回の機関停止直前の点火時期モデルパラメータベクトルθ^kが用いられる。この場合において、前回の機関停止前に内燃機関10の運転状態が偏った状態に長時間置かれていた場合を想定する。ここでは、一例として、前回の機関停止前に、長時間のアイドリング運転が行われていたと想定する。アイドリング運転が長時間継続されると、その間に、点火時期モデルパラメータベクトルθ^kは、アイドリング運転に特に適した形に学習される。このため、アイドリング運転を長時間続けた後にそのまま内燃機関10が停止された場合には、点火時期モデルパラメータベクトルθ^kは、アイドリング運転に特に適した形、つまり、やや偏った形になっている。そのような偏った形の点火時期モデルパラメータベクトルθ^kは、通常の運転状態において最適な点火時期モデルパラメータベクトルθ^kとは、若干ずれていると考えられる。よって、このやや偏った形の点火時期モデルパラメータベクトルθ^kを次回始動時の初期値θ^0として使用すると、始動後、点火時期モデルパラメータベクトルθ^kが本当に最適な形に学習されるまでに、ある程度の時間を要し、その間は燃費が若干低下すると考えられる。
Normally, the ignition timing model parameter vector θ ^ k immediately before the previous engine stop is used as the initial value θ ^ 0 of the ignition timing model parameter vector θ ^ k at the time of engine start. In this case, a case is assumed in which the
これに対し、点火時期モデルパラメータベクトル平均値θ^mean(j)は、比較的長期での視点による平均値であるので、機関停止前の運転状態にはほとんど左右されない。このため、前回の機関停止直前の点火時期モデルパラメータベクトル平均値θ^mean(j)を、次回始動時の点火時期モデルパラメータベクトルθ^kの初期値θ^0として使用すれば、上記のような事態が生ずることを防止することができ、始動直後から、良好な燃費性能をより確実に発揮することができる。 On the other hand, the ignition timing model parameter vector average value θ ^ mean (j) is an average value from a relatively long-term viewpoint, and is hardly affected by the operating state before the engine is stopped. Therefore, if the ignition timing model parameter vector average value θ ^ mean (j) immediately before the previous engine stop is used as the initial value θ ^ 0 of the ignition timing model parameter vector θ ^ k at the next start, It is possible to prevent an unforeseen situation from occurring, and it is possible to more reliably exhibit good fuel economy performance immediately after starting.
また、上述した図4に示すルーチンのステップ130では、各回の差分ベクトルdθ(j)そのものの大きさに基づいて内燃機関10の劣化を判定しているが、本発明では、複数回分の差分ベクトルdθ(j)に対して統計的処理(平均、分散などの算出)を施した統計量に基づいて、劣化判定を行うようにしてもよい。
Further, in
また、上述した図4に示すルーチンのステップ130では、差分ベクトルdθ(j)に代えて、点火時期モデルパラメータベクトル平均値θ^mean(j)と、点火時期モデルパラメータベクトルθ^kの初期値θ^0とを比較し、その差が大きいか小さいかに基づいて劣化判定を行うようにしてもよい。
Further, in
また、内燃機関10に異常な燃料(例えば、着火遅れが長すぎる、あるいは短すぎる燃料)が供給されると、点火時期モデルパラメータベクトルθ^kの値が急変する。このため、この場合にも、図4に示すルーチンの処理では、内燃機関10に劣化(異常)が生じたものと判定される。つまり、本実施形態で検出可能な内燃機関10の劣化(異常)には、内燃機関10に供給されている燃料の異常も含まれる。
Further, when an abnormal fuel (for example, a fuel whose ignition delay is too long or too short) is supplied to the
ところで、上述した実施の形態1では、内燃機関10の燃焼状態を、筒内圧センサ40の出力に基づいて検出しているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明では、例えば、内燃機関10に生ずるノッキングや、筒内に生ずるイオン電流、あるいは筒内の燃焼輝度などを検出するセンサを設け、それらのセンサの出力に基づいて燃焼状態を検出するようにしてもよい。
By the way, in Embodiment 1 mentioned above, although the combustion state of the
また、上述した実施の形態1では、フィードバック制御器58が、点火時期がMBTとなるような燃焼状態を目標燃焼状態として点火時期フィードバック制御を行う場合を例に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明では、例えば、内燃機関10に生ずるノッキングを検出し、ノッキングが生じない範囲で点火時期を最も進角させた燃焼状態を目標燃焼状態として点火時期フィードバック制御を行ってもよい。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1においては、フィードフォワード制御器56が前記第1の発明における「点火時期フィードフォワード制御手段」に、燃焼割合算出手段60が前記第1の発明における「燃焼状態検出手段」に、フィードバック制御器58が前記第1の発明における「点火時期フィードバック制御手段」に、遅延演算器66,70および忘却演算器68が前記第1の発明における「平均値算出手段」に、共分散算出手段72が前記第1の発明における「共分散算出手段」に、劣化判定手段が前記第3の発明における「判定手段」に、それぞれ相当している。
In the first embodiment described above, the feedforward controller 56 is the “ignition timing feedforward control means” in the first invention, and the combustion rate calculation means 60 is the “combustion state detection means” in the first invention. The
10 内燃機関
12 吸気通路
14 排気通路
16 エアフローメータ
18 スロットル弁
26 燃料インジェクタ
30 点火プラグ
40 筒内圧センサ
50 ECU
52 リアルタイム制御部
54 経時変化検出部
56 フィードフォワード制御器
58 フィードバック制御器
60 燃焼割合算出手段
62 点火時期モデル学習手段
64 共分散算出手段
66 遅延演算器
68 忘却演算器
70 遅延演算器
72 共分散算出手段
DESCRIPTION OF
52 real-
Claims (5)
燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記内燃機関の燃焼状態を目標とする燃焼状態に近づけるべく、前記点火時期フィードフォワード制御手段によって算出された点火時期を、前記燃焼状態検出手段により検出された燃焼状態に基づいて補正する点火時期フィードバック制御手段と、
前記点火時期フィードバック制御手段による補正後の点火時期を学習することにより、前記点火時期モデルに従って算出される点火時期が、前記目標とする燃焼状態を実現する点火時期に近くなるように、カルマンフィルタ理論を応用した計算手法に基づいて前記点火時期モデルのパラメータベクトルを更新する点火時期モデル学習手段と、
前記点火時期モデルパラメータベクトルの平均値を算出する平均値算出手段と、
前記点火時期モデル学習手段により更新された点火時期モデルパラメータベクトルと、前記平均値算出手段により算出された点火時期モデルパラメータベクトル平均値との差分ベクトルの共分散行列を算出する共分散算出手段と、
を備え、
前記点火時期モデル学習手段は、前記共分散算出手段により算出された前記差分ベクトルの共分散行列を用いて、前記点火時期モデルパラメータベクトルを更新する計算を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。 Ignition timing feedforward control means for calculating the ignition timing according to the operating state of the internal combustion engine according to the ignition timing model;
Combustion state detection means for detecting the combustion state;
Ignition timing feedback for correcting the ignition timing calculated by the ignition timing feedforward control means based on the combustion state detected by the combustion condition detecting means so that the combustion condition of the internal combustion engine approaches the target combustion condition Control means;
By learning the ignition timing corrected by the ignition timing feedback control means, the Kalman filter theory is adjusted so that the ignition timing calculated according to the ignition timing model is close to the ignition timing that realizes the target combustion state. Ignition timing model learning means for updating a parameter vector of the ignition timing model based on an applied calculation method;
An average value calculating means for calculating an average value of the ignition timing model parameter vector;
Covariance calculating means for calculating a covariance matrix of a difference vector between the ignition timing model parameter vector updated by the ignition timing model learning means and the ignition timing model parameter vector average value calculated by the average value calculating means;
With
The ignition timing model learning means performs calculation for updating the ignition timing model parameter vector using the covariance matrix of the difference vector calculated by the covariance calculation means. .
前記点火時期フィードバック制御手段による補正後の点火時期をSAk、カルマンゲインをKk、Dをベクトル、QおよびRをスカラーとしたとき、前記点火時期モデル学習手段が用いる点火時期モデルパラメータベクトル更新式は、次式
θ^k+1=θ^k+Kk(SAk−φk Tθ^k)
Kk=Pkφk(R+φk TPkφk)-1
Pk=Pk-1+DQDT−Pk-1φk-1(R+φk-1 TPk-1φk-1)-1φk-1 TPk-1 ・・・(I)
で表され、
前記点火時期モデル学習手段は、前記共分散算出手段により算出された前記差分ベクトルの共分散行列を、上記(I)式中の行列DQDTとして用いることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 When the function vector having the operating state of the internal combustion engine as a variable is φ k , the ignition timing model parameter vector is θ ^ k, and the subscript k of each symbol represents the cycle number of the internal combustion engine The ignition timing calculated by the ignition timing model is represented by φ k T θ ^ k ,
Ignition timing model parameter vector update formula used by the ignition timing model learning means when the ignition timing corrected by the ignition timing feedback control means is SA k , Kalman gain is K k , D is a vector, and Q and R are scalars Is the following equation: θ ^ k + 1 = θ ^ k + K k (SA k −φ k T θ ^ k )
K k = P k φ k (R + φ k T P k φ k ) -1
P k = P k-1 + DQD T −P k-1 φ k-1 (R + φ k-1 T P k-1 φ k-1 ) -1 φ k-1 T P k-1 (I)
Represented by
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition timing model learning means uses a covariance matrix of the difference vector calculated by the covariance calculating means as a matrix DQD T in the equation (I). Control device.
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