JP2010127264A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of an internal combustion engine, highly accurately determining a combustion state, in the control device of the internal combustion engine. <P>SOLUTION: A data clustering part 12 classifies the past data on the air-fuel ratio, the EGR ratio and a crank angle speed into two clusters, based on the specified two probability distributions. A separate hyperplane estimating part 14 specifies a boundary condition between a stable state and an unstable state by the past data. A system parameter estimating part 16 specifies the relationship valid between the past data in the predetermined time and the crank angle speed before by one step more than the time. A future combustion state is determined based on two estimating results being a result of respectively applying present data to the specified boundary condition and the relationship. Validity of a determining result is also evaluated by applying data including the estimated crank angle speed in the two probability distributions used when classifying the past data. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関の燃焼状態に対応した規則等を利用して、内燃機関の将来の燃焼状態の判定を行う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, and more particularly, to a control device for an internal combustion engine that determines a future combustion state of the internal combustion engine using rules or the like corresponding to the combustion state of the internal combustion engine.

従来、例えば特許文献1には、同一気筒の所定のクランク角の範囲内で検出した角速度の今回値と前回値との平均偏差と、点火時期を進角又は遅角制御した場合に推定される角速度の今回値と前回値との平均偏差との差に基づいて、内燃機関の燃焼状態が安定状態であるか否かを判定する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置では、実測値の平均偏差と、推定値の平均偏差との差が許容範囲内にあるか否かで燃焼状態の判定を行っている。   Conventionally, for example, in Patent Document 1, it is estimated when the average deviation between the current value and the previous value of the angular velocity detected within a predetermined crank angle range of the same cylinder and the ignition timing are advanced or retarded. A control device for an internal combustion engine that determines whether or not the combustion state of the internal combustion engine is in a stable state based on the difference between the average deviation between the current value and the previous value of the angular velocity is disclosed. In this control device, the combustion state is determined based on whether or not the difference between the average deviation of the actually measured values and the average deviation of the estimated values is within an allowable range.

特開2003−286890号公報JP 2003-286890 A 特表2002−527657号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-527657

ところで、内燃機関の燃焼状態を高精度に判定するためには、比較の対象となる実測値、推定値が正確に検出又は推定できることが望ましい。特許文献1では、最も新しい複数の実測値から最小二乗法や、逐次近似法を用いて次回の推定値を求める方法が開示されている。しかしながら、実測値はそもそも燃焼状態によって異なる。このため、仮に燃焼不安定状態の場合に検出された実測値から上記の推定値が求められたときには、必ずしも正確な推定値が推定できるとは限らず、結果として内燃機関の燃焼状態が高精度に判定できない場合があった。   By the way, in order to determine the combustion state of the internal combustion engine with high accuracy, it is desirable that an actual measurement value and an estimated value to be compared can be detected or estimated accurately. Patent Document 1 discloses a method for obtaining a next estimated value from the latest measured values using a least square method or a successive approximation method. However, the actual measurement value originally varies depending on the combustion state. For this reason, when the above estimated value is obtained from the actually measured value detected in the unstable combustion state, the accurate estimated value cannot always be estimated, and as a result, the combustion state of the internal combustion engine is highly accurate. In some cases, it could not be judged.

また、燃焼状態を高精度に判定するためには、比較の対象となる判定指標が複数あることが望ましい。特許文献1では、実測値と推定値との平均偏差という一つの判定指標から燃焼状態を推定している。このため、例えばこの一つの判定指標が間違っていた場合には、判定結果が正反対となってしまう場合がある。判定指標が誤っていないとしても、角速度が正確に推定できない可能性がある特許文献1の場合では、このような一つの判定指標のみを用いれば、燃焼判定の精度が落ちる可能性もあった。   In order to determine the combustion state with high accuracy, it is desirable that there are a plurality of determination indexes to be compared. In Patent Document 1, the combustion state is estimated from one determination index called an average deviation between the actual measurement value and the estimated value. For this reason, for example, if this one determination index is wrong, the determination result may be the opposite. Even in the case of Patent Document 1 in which the angular velocity may not be accurately estimated even if the determination index is not erroneous, the accuracy of combustion determination may be reduced if only one such determination index is used.

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、燃焼状態を高精度に判定することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can determine the combustion state with high accuracy.

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、
排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度の過去のデータが従う内燃機関の燃焼安定状態に対応した第1確率分布の未知パラメータ及び内燃機関の燃焼不安定状態に対応した第2確率分布の未知パラメータを、これらのデータに基づいて最尤推定法により推定し、推定した未知パラメータにより前記第1確率分布及び前記第2確率分布を特定する確率分布特定手段と、
特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、前記過去のデータの各々が前記燃焼安定状態のデータであるか、或いは前記燃焼不安定状態のデータであるかの判定を行い、夫々燃焼安定クラスタ及び燃焼不安定クラスタに分類するデータ分類手段と、
前記燃焼安定状態と前記燃焼不安定状態との境界で成立する境界条件を、前記過去のデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記境界条件を特定する境界条件特定手段と、
所定の時刻における排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度のデータと、前記所定の時刻よりも1ステップ先の時刻におけるクランク角速度のデータとの間に成立する関係の未知パラメータを、前記燃焼安定クラスタのデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記関係を燃焼安定状態に対応した第1規則として特定する第1規則特定手段と、
所定の時刻における排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度のデータと、前記所定の時刻よりも1ステップ先の時刻におけるクランク角速度のデータとの間に成立する関係の未知パラメータを、前記燃焼安定クラスタのデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記関係を燃焼不安定状態に対応した第2規則として特定する第2規則特定手段と、
特定した前記境界条件に排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度のデータの現在値を含むデータを適用して、前記現在値を含むデータが前記安定状態に区分されるか、或いは前記不安定状態に区分されるかを推定する区分推定手段と、
前記第1規則又は前記第2規則に前記現在値を含むデータを適用して将来のクランク角速度を推定するクランク角速度推定手段と、
前記区分推定手段による推定結果及び前記将来のクランク角速度に基づいて、内燃機関の将来の燃焼状態が安定状態であるか、或いは不安定状態であるかを判定する燃焼状態判定手段と、
特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、前記現在値を含むデータが、前記燃焼安定状態のデータであるか、或いは前記燃焼不安定状態のデータであるかの判定を行い、前記燃焼状態判定手段による判定結果の妥当性を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
The unknown parameters of the first probability distribution corresponding to the combustion stable state of the internal combustion engine according to the past data of the exhaust gas recirculation rate, the air-fuel ratio and the crank angular velocity and the second probability distribution corresponding to the combustion unstable state of the internal combustion engine An unknown parameter is estimated by a maximum likelihood estimation method based on these data, and the probability distribution specifying means for specifying the first probability distribution and the second probability distribution by the estimated unknown parameter;
Based on the first probability distribution and the second probability distribution after specification, it is determined whether each of the past data is data of the combustion stable state or data of the combustion unstable state. Data classification means for classifying each into a combustion stable cluster and a combustion unstable cluster,
Boundary condition specifying means for estimating a boundary condition established at a boundary between the stable combustion state and the unstable combustion state based on the past data, and specifying the boundary condition based on the estimated unknown parameter;
An unknown parameter having a relationship established between exhaust gas recirculation rate, air-fuel ratio and crank angular velocity data at a predetermined time and crank angular velocity data at a time one step ahead of the predetermined time First rule specifying means for estimating based on stable cluster data, and specifying the relationship as a first rule corresponding to a stable combustion state by the estimated unknown parameter;
An unknown parameter having a relationship established between exhaust gas recirculation rate, air-fuel ratio and crank angular velocity data at a predetermined time and crank angular velocity data at a time one step ahead of the predetermined time A second rule specifying means for estimating based on stable cluster data and specifying the relationship as a second rule corresponding to the unstable combustion state by the estimated unknown parameter;
Data including the current values of the exhaust gas recirculation rate, air-fuel ratio, and crank angular velocity data are applied to the identified boundary conditions so that the data including the current values is classified into the stable state or the A category estimation means for estimating whether the category is classified into a stable state;
Crank angular velocity estimating means for estimating a future crank angular velocity by applying data including the current value to the first rule or the second rule;
Combustion state determination means for determining whether the future combustion state of the internal combustion engine is a stable state or an unstable state based on the estimation result by the section estimation unit and the future crank angular velocity;
Based on the first probability distribution and the second probability distribution after specification, it is determined whether the data including the current value is data of the combustion stable state or data of the combustion unstable state. And evaluating means for evaluating the validity of the determination result by the combustion state determining means.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記将来のクランク角速度の複数の値の所定時間当たりの変動量を推定変動量として演算する推定変動量演算手段と、
前記内燃機関の実際のクランク角速度の前記推定時間当たりの変動量と、前記推定変動量との偏差を演算する偏差演算手段と、を備え、
前記燃焼状態判定手段は、前記偏差が予め定めた第1判定値未満であるか否かにより内燃機関の将来の燃焼状態が安定状態であるか、或いは不安定状態であるかを判定することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
Estimated fluctuation amount calculating means for calculating fluctuation amounts per predetermined time of a plurality of values of the future crank angular velocity as estimated fluctuation amounts;
A deviation calculating means for calculating a deviation between the estimated fluctuation amount of the actual crank angular speed of the internal combustion engine and the estimated fluctuation amount;
The combustion state determination means determines whether the future combustion state of the internal combustion engine is a stable state or an unstable state depending on whether the deviation is less than a predetermined first determination value. Features.

第1の発明によれば、燃焼安定状態に対応した第1規則、燃焼不安定状態に対応した第2規則という2つの規則から、将来のクランク角速度を推定できる。これら2つの規則は、EGR率、空燃比及びクランク角速度から構成される過去のデータが従う2つの確率分布、すなわち、燃焼安定状態に対応した第1確率分布及び燃焼不安定状態に対応した第2確率分布にこれらの過去のデータを分類し、分類した後のデータ群である燃焼安定クラスタ及び燃焼不安定クラスタに基づいて特定されたものである。したがって、第1の発明によれば、このように特定した2つの規則で将来のクランク角速度を推定できることから、単一のモデルを用いて推定する場合に比べ、将来のクランク角速度をより高精度に推定できる。   According to the first invention, the future crank angular velocity can be estimated from the two rules, the first rule corresponding to the stable combustion state and the second rule corresponding to the unstable combustion state. These two rules are based on two probability distributions followed by past data composed of EGR rate, air-fuel ratio and crank angular velocity, ie, a first probability distribution corresponding to the combustion stable state and a second probability distribution corresponding to the combustion unstable state. These past data are classified into a probability distribution and specified based on a combustion stable cluster and a combustion unstable cluster which are data groups after the classification. Therefore, according to the first invention, the future crank angular speed can be estimated with the two rules specified as described above, and therefore, the future crank angular speed can be more accurately compared with the case of estimating using a single model. Can be estimated.

さらに、第1の発明によれば、燃焼安定状態と燃焼不安定状態との境界で成立する境界条件により、排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度のデータの現在値を含むデータが安定状態、不安定状態のどちらに区分されるかを推定することができる。そして、この境界条件による区分と、上述した2つの規則とを組み合わせることで、上記の現在値を含むデータがどちらの状態にあるかで、将来のクランク角速度を推定する規則を切り替えることが可能となる。したがって、第1の発明によれば、上記の現在値を含むデータがどちらの状態であるかを推定し、そのときの将来のクランク角速度を高精度に推定することができる。   Furthermore, according to the first aspect of the invention, the data including the current values of the exhaust gas recirculation rate, the air-fuel ratio, and the crank angular velocity is stabilized by the boundary condition established at the boundary between the stable combustion state and the unstable combustion state. It can be estimated whether it is classified into a state or an unstable state. Then, by combining the classification based on the boundary condition and the two rules described above, it is possible to switch the rule for estimating the future crank angular speed depending on which state the data including the current value is in. Become. Therefore, according to the first aspect, it is possible to estimate in which state the data including the current value is, and to estimate the future crank angular velocity at that time with high accuracy.

さらに、第1の発明によれば、区分推定手段による推定結果と、クランク角速度推定手段による将来のクランク角速度に基づいて、内燃機関の将来の燃焼状態を判定することができる。したがって、これら2つの推定結果を燃焼判定の判断指標とし、内燃機関の将来の燃焼状態を判定することができる。   Further, according to the first invention, the future combustion state of the internal combustion engine can be determined based on the estimation result by the segment estimation means and the future crank angular speed by the crank angular speed estimation means. Therefore, it is possible to determine the future combustion state of the internal combustion engine using these two estimation results as the determination index for combustion determination.

加えて、第1の発明によれば、特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、上記の現在値を含むデータが、前記燃焼安定状態のデータであるか、或いは前記燃焼不安定状態のデータであるかの判定を行うことができる。そして、上記の燃焼状態の判定を行う際に用いた上記の現在値のデータの信憑性を評価することができる。したがって、将来の燃焼状態の判定結果の妥当性を評価することができる。   In addition, according to the first invention, based on the first probability distribution and the second probability distribution after specification, the data including the current value is data of the combustion stable state, or It is possible to determine whether the data is an unstable combustion state data. Then, it is possible to evaluate the credibility of the current value data used when determining the combustion state. Therefore, the validity of the determination result of the future combustion state can be evaluated.

第2の発明によれば、推定した将来のクランク角速度により演算した変動量と、実際のクランク角速度による変動量とを比較し、これらの偏差を燃焼判定の判定指標として将来の燃焼状態を判定することができる。   According to the second aspect of the present invention, the fluctuation amount calculated based on the estimated future crank angular velocity is compared with the fluctuation amount based on the actual crank angular velocity, and the future combustion state is determined using these deviations as a determination index for combustion determination. be able to.

実施形態1.
実施形態1の制御装置は、車両等に搭載されるECU(Electronic Control Unit)内部に構成されている。このため、先ず、図1を用いて、本実施形態に係る制御装置の説明をする。図1は、ECUが内燃機関の燃焼状態判定を行う制御装置として機能する場合の機能ブロック図である。
Embodiment 1. FIG.
The control device of the first embodiment is configured inside an ECU (Electronic Control Unit) mounted on a vehicle or the like. For this reason, first, the control apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a functional block diagram when the ECU functions as a control device that determines the combustion state of the internal combustion engine.

図1に示すように、ECUは、システム同定部10、クランク角速度推定部18、クランク角速度変動量演算部20、帰属確率演算部22及び異常判定部24から構成されている。また、システム同定部10は、データクラスタリング部12、分離超平面推定部14及びシステムパラメータ推定部16から構成されている。   As shown in FIG. 1, the ECU includes a system identification unit 10, a crank angular speed estimation unit 18, a crank angular speed fluctuation amount calculation unit 20, an attribution probability calculation unit 22, and an abnormality determination unit 24. The system identification unit 10 includes a data clustering unit 12, a separated hyperplane estimation unit 14, and a system parameter estimation unit 16.

(システム同定部10)
システム同定部10は、空燃比、EGR率からクランク角速度(回転挙動)までのエンジン特性を記述する同定式を、内燃機関の燃焼安定状態と燃焼不安定状態とで同定式が切り替わる区分的アフィン自己回帰(Piece-Wise affine Auto-Regressive eXogeneous;PWARX)モデルとして同定を行うように構成されている。システム同定部10は、過去の時系列データに基づいて、後述する式(3)及び(4)のパラメータθ1、θ2、a、bを決定し、PWARXモデルの同定を行うことを特徴とする。
(System identification unit 10)
The system identification unit 10 uses a piecewise affine self in which an identification expression describing engine characteristics from an air-fuel ratio, an EGR rate to a crank angular velocity (rotational behavior) is switched between a combustion stable state and a combustion unstable state of the internal combustion engine. Identification is performed as a regression (Piece-Wise affine Auto-Regressive eXogeneous; PWARX) model. The system identification unit 10 determines parameters θ 1 , θ 2 , a, and b of equations (3) and (4) described later based on past time series data, and identifies the PWARX model. To do.

同定は、過去の実際の空燃比、EGR率及びクランク角速度を、過去の時系列データとして用いることにより行う。時刻kにおける空燃比をλ(k)、EGR率をe(k)、クランク角速度をω(k)とする。時刻kを現在時刻とすると、過去の時系列データは、λ(k-1),λ(k-2),・・・、e(k-1),e(k-2),・・・、ω(k-1),ω(k-2),・・・で表される。これら過去の時系列データは、ECUにバッファリングされているものとする。   The identification is performed by using the past actual air-fuel ratio, EGR rate, and crank angular velocity as past time-series data. Let the air-fuel ratio at time k be λ (k), the EGR rate be e (k), and the crank angular speed be ω (k). If time k is the current time, the past time series data is λ (k-1), λ (k-2), ..., e (k-1), e (k-2), ... , Ω (k-1), ω (k-2),. These past time-series data are assumed to be buffered in the ECU.

過去の時系列データに基づくエンジン特性がPWARXモデルに従うと仮定すると、空燃比、EGR率及びクランク角速度の関係は次式(1)及び(2)で表される。

Figure 2010127264
上式(1)が燃焼安定状態に対応し、上式(2)が燃焼不安定状態に対応するものとする。上式(1)及び(2)において、ε(k)は式誤差である。上式(1)、(2)は、それぞれ次式(3)、(4)のように書き表すことができる。
Figure 2010127264
上式(3)、(4)において、右肩の添え字「T」は転置行列を意味する。また、x(k)は回帰ベクトルであり、過去の空燃比、EGR率及びクランク角速度を用いて、
x(k)=[ω(k-1) ・・・ ω(k-n) λ(k-1) ・・・ λ(k-m) e(k-1) ・・・ e(k-l))]T ・・・(5)
により与えられる。上式(5)において、kは、k=1,2,・・・,Nの離散時刻の値であり、Nはデータ数である。また、自然数n,m,lは、それぞれモデルを記述するために必要な過去の時系列データの個数を表す。
また、上式(3)、(4)において、θ1及びθ2は、未知のパラメータであり、次式(6)、(7)により与えられる。
Figure 2010127264
Assuming that engine characteristics based on past time-series data follow the PWARX model, the relationship among the air-fuel ratio, EGR rate, and crank angular velocity is expressed by the following equations (1) and (2).
Figure 2010127264
The above equation (1) corresponds to the stable combustion state, and the above equation (2) corresponds to the unstable combustion state. In the above equations (1) and (2), ε (k) is an equation error. The above formulas (1) and (2) can be written as the following formulas (3) and (4), respectively.
Figure 2010127264
In the above formulas (3) and (4), the superscript “T” on the right shoulder means a transposed matrix. Also, x (k) is a regression vector, using the past air-fuel ratio, EGR rate and crank angular velocity,
x (k) = [ω (k-1) ... ω (kn) λ (k-1) ... λ (km) e (k-1) ... e (kl))] T・ ・・ (5)
Given by. In the above equation (5), k is a discrete time value of k = 1, 2,..., N, and N is the number of data. The natural numbers n, m, and l represent the number of past time series data necessary for describing the model.
In the above equations (3) and (4), θ 1 and θ 2 are unknown parameters and are given by the following equations (6) and (7).
Figure 2010127264

また、上式(3)、(4)に示すように、燃焼安定状態と燃焼不安定状態は、回帰ベクトル空間上における分離超平面で分割されるものとする。分離超平面は、これら2つの状態の境界であり、次式(8)で表される。
aTx(k)+b=0 ・・・(8)
上式(8)において、a及びbは、分離超平面を規定する未知のパラメータであり、次式(9)で与えられるものとする。

Figure 2010127264
Moreover, as shown in the above formulas (3) and (4), the combustion stable state and the combustion unstable state are assumed to be divided by a separation hyperplane on the regression vector space. The separation hyperplane is a boundary between these two states, and is expressed by the following equation (8).
a T x (k) + b = 0 (8)
In the above equation (8), a and b are unknown parameters that define the separation hyperplane, and are given by the following equation (9).
Figure 2010127264

(データクラスタリング部12)
システム同定部10内のデータクラスタリング部12は、過去の時系列データを、内燃機関の燃焼安定状態に対応する燃焼安定状態クラスタC1又は燃焼不安定状態に対応する燃焼不安定クラスタC2に分類するように構成されている。
(Data clustering unit 12)
A data clustering unit 12 in the system identification unit 10 classifies past time series data into a combustion stable state cluster C 1 corresponding to a combustion stable state of the internal combustion engine or a combustion unstable cluster C 2 corresponding to a combustion unstable state. Is configured to do.

分類は、まず、観測データベクトルzk=(xT(k) ωT(k))Tを定義する。そして、この観測データベクトルzkのN個の観測データz1,・・・,zNが、燃焼安定状態及び燃焼不安定状態に対応する正規分布からなる混合正規分布に従うと仮定する。 In the classification, first, an observation data vector z k = (x T (k) ω T (k)) T is defined. Then, it is assumed that N pieces of observation data z 1 ,..., Z N of the observation data vector z k follow a mixed normal distribution composed of normal distributions corresponding to the combustion stable state and the combustion unstable state.

混合正規分布は、パラメータΦ=(α1,α2,μ1,μ2,Σ1,Σ2)を用いて次式(10)のように表される。

Figure 2010127264
上式(10)において、α1、α2は、混合正規分布の混合割合であり、α1,α2≧0,α12=1の関係を満たす。また上式(10)〜(12)において、μ1,μ2は、燃焼安定状態、燃焼不安定状態のそれぞれに対応する正規分布の平均ベクトルを示す。同様に、Σ1、Σ2は、それぞれに対応する正規分布の共分散行列を示す。添え字「nz」は、観測データベクトルzkの次元数を示す。さらにdetΣは、Σの行列式を示し、行列の右肩の添え字「-1」は逆行列を意味する。 The mixed normal distribution is expressed by the following equation (10) using the parameter Φ = (α 1 , α 2 , μ 1 , μ 2 , Σ 1 , Σ 2 ).
Figure 2010127264
In the above equation (10), α 1 and α 2 are the mixing ratio of the mixed normal distribution, and satisfy the relationship of α 1 , α 2 ≧ 0, α 1 + α 2 = 1. In the above formulas (10) to (12), μ 1 and μ 2 represent average vectors of normal distributions corresponding to the combustion stable state and the combustion unstable state, respectively. Similarly, Σ 1 and Σ 2 indicate normal distribution covariance matrices corresponding to each. The subscript “n z ” indicates the number of dimensions of the observation data vector z k . Furthermore, detΣ indicates a determinant of Σ, and the subscript “−1” on the right shoulder of the matrix means an inverse matrix.

続いて、混合正規分布のパラメータΦを最尤推定法により求める。尤度関数

Figure 2010127264
を最大化するパラメータΦは、EMアルゴリズムを用いることにより推定することができる。EMアルゴリズムでは、パラメータΦを反復的に計算することができる。 Subsequently, the parameter Φ of the mixed normal distribution is obtained by the maximum likelihood estimation method. Likelihood function
Figure 2010127264
The parameter Φ that maximizes can be estimated by using the EM algorithm. In the EM algorithm, the parameter Φ can be calculated iteratively.

続いて、求めたパラメータΦを用いて、観測データの分類を行う。ここで、観測データが燃焼安定状態クラスタC1に帰属する帰属確率をα1p1(zk;Φ)、燃焼不安定状態クラスタC2に帰属する帰属確率をα2p2(zk;Φ)とする。分類は、得られた帰属確率がより高い部分分布に対応するクラスタに分類する。すなわち、α1p1(zk;Φ)≧α2p2(zk;Φ)のデータを燃焼安定状態クラスタC1に、α1p1(zk;Φ)<α2p2(zk;Φ)のデータを燃焼不安定状態クラスタC2に分類する。こうすることで、観測データに対応する時刻k=1,2,・・・,Nをそれぞれのクラスタに分類することができる。 Subsequently, the observed data is classified using the obtained parameter Φ. Here, the assigned probability that the observation data belongs to the combustion stable state cluster C 1 is α 1 p 1 (z k ; Φ), and the belonging probability that belongs to the combustion unstable state cluster C 2 is α 2 p 2 (z k ; Φ). The classification is performed into clusters corresponding to partial distributions having higher attribution probabilities. That is, data of α 1 p 1 (z k ; Φ) ≧ α 2 p 2 (z k ; Φ) is stored in the combustion stable state cluster C 1 and α 1 p 1 (z k ; Φ) <α 2 p 2 ( The data of z k ; Φ) is classified into the combustion unstable cluster C 2 . By doing so, the times k = 1, 2,..., N corresponding to the observation data can be classified into the respective clusters.

(分離超平面推定部14)
システム同定部10内の分離超平面推定部14は、燃焼安定状態と燃焼不安定状態とを分割する回帰空間上の分離超平面のパラメータを推定するように構成されている。上式(8)により与えられる分離超平面のパラメータa,bは、ソフトマージンサポートベクターマシンを利用することにより推定できる。
(Separated hyperplane estimation unit 14)
The separation hyperplane estimation unit 14 in the system identification unit 10 is configured to estimate the parameters of the separation hyperplane on the regression space that divides the combustion stable state and the combustion unstable state. The parameters a and b of the separation hyperplane given by the above equation (8) can be estimated by using a soft margin support vector machine.

サポートベクターマシンは、与えられたデータが2つのクラスのどちらに属するかを判断することのできるアルゴリズムであり、全てのサンプルデータに対して正しいクラスが存在する(線形分離可能)ときに成立する超平面のパラメータa,bを調整する方法である。しかし、このような線形分離を実現する超平面は、1つに決まらない。そこで、超平面から各クラスまでの距離をマージン(1/||a||)とし、このマージンを最大にするように超平面のパラメータa,bを決定する。   A support vector machine is an algorithm that can determine which of two classes a given data belongs to, and that is true when there is a correct class for all sample data (linear separation is possible). This is a method of adjusting the parameters a and b of the plane. However, there is no single hyperplane that realizes such linear separation. Therefore, the distance from the hyperplane to each class is defined as a margin (1 / || a ||), and the hyperplane parameters a and b are determined so as to maximize this margin.

ここで、全てのサンプルデータに対して常に正しいクラスが存在するとは限らない(線形分離可能でない)。このような場合には、サポートベクターマシンに分類誤差項を導入したソフトマージンサポートベクターマシンを利用する。すなわち、データが超平面を超えて反対側のクラスに入ってしまった場合に、その超えた距離νの総和を最小限にするように超平面のパラメータa,bを調整する。まとめると、ソフトマージンサポートベクターマシンを利用すれば、パラメータa,bは、次式(13)に示す2次最適化問題を解くことにより推定できる。

Figure 2010127264
このように推定されたパラメータa,bは、ECUに記憶される。 Here, a correct class does not always exist for all sample data (not linearly separable). In such a case, a soft margin support vector machine in which a classification error term is introduced into the support vector machine is used. That is, when the data enters the opposite class beyond the hyperplane, the hyperplane parameters a and b are adjusted so as to minimize the sum of the distances v exceeding the hyperplane. In summary, if a soft margin support vector machine is used, the parameters a and b can be estimated by solving the quadratic optimization problem shown in the following equation (13).
Figure 2010127264
The parameters a and b estimated in this way are stored in the ECU.

(システムパラメータ推定部16)
システム同定部10内のシステムパラメータ推定部16は、データクラスタリング部12で分類した離散時刻に対応するデータを用いて、パラメータθ1及びθ2を推定するように構成されている。パラメータθ12は、次式(14)及び(15)により推定できる。

Figure 2010127264
上式(14)及び(15)において、N1,N2は、それぞれのクラスタC1,C2に含まれるデータ数を示す。このように推定されたパラメータθ1^,θ2^は、ECUに記憶される。 (System parameter estimation unit 16)
The system parameter estimation unit 16 in the system identification unit 10 is configured to estimate the parameters θ 1 and θ 2 using data corresponding to discrete times classified by the data clustering unit 12. The parameters θ 1 and θ 2 can be estimated by the following equations (14) and (15).
Figure 2010127264
In the above equations (14) and (15), N 1 and N 2 indicate the number of data included in the respective clusters C 1 and C 2 . The parameters θ 1 ^ and θ 2 ^ estimated in this way are stored in the ECU.

以上により、システム同定部10では、内燃機関の燃焼安定状態、燃焼不安定状態で同定式が切り替わるPWARXモデルの同定が行われる。まとめると、現在の時刻を時刻kとすると、時刻k+1におけるクランク角速度の推定値ω^(k+1)は、時刻k-1までの空燃比、EGR率及びクランク角速度のデータ履歴に基づいて推定したパラメータθ1^,θ2^、を用い、次式(16)及び(17)のように記述される。なお、ここで使用した添え字「^」は、推定値を表すものとする。

Figure 2010127264
尚、上式(16)が本発明の第1規則に、上式(17)が本発明の第2規則にそれぞれ該当する。また、上式(16)及び(17)において、x(k+1)は回帰ベクトルであり、時刻kまでの空燃比、EGR率及びクランク角速度を用いて、
x(k+1)=[ω(k) ・・・ ω(k-n+1) λ(k) ・・・ λ(k-m+1) e(k) ・・・ e(k-l+1)]T ・・・(18)
により与えられることになる。 As described above, the system identification unit 10 identifies the PWARX model in which the identification formula is switched between the combustion stable state and the combustion unstable state of the internal combustion engine. In summary, assuming that the current time is time k, the estimated value ω ^ (k + 1) of the crank angular speed at time k + 1 is based on the data history of the air-fuel ratio, EGR rate, and crank angular speed up to time k−1. Using the parameters θ 1 ^ and θ 2 ^ estimated in this way, the following equations (16) and (17) are used. The subscript “^” used here represents an estimated value.
Figure 2010127264
The above equation (16) corresponds to the first rule of the present invention, and the above equation (17) corresponds to the second rule of the present invention. In the above equations (16) and (17), x (k + 1) is a regression vector, and uses the air-fuel ratio, EGR rate and crank angular speed up to time k,
x (k + 1) = [ω (k) ... ω (k-n + 1) λ (k) ... λ (k-m + 1) e (k) ... e (k-l +1)] T ... (18)
Will be given by.

このように、時刻k+1におけるクランク角速度の推定値ω^(k+1)は、時刻k-1までの空燃比、EGR率及びクランク角速度のデータ履歴、クランク角速度の現在のデータを逐次帰属させることでその都度行うことができる。したがって、モデル同定の自由度が高いという効果をも有する。   As described above, the estimated value ω ^ (k + 1) of the crank angular speed at time k + 1 is assigned to the air / fuel ratio, EGR rate and crank angular speed data history up to time k-1, and the current crank angular speed data. Can be done each time. Therefore, there is an effect that the degree of freedom of model identification is high.

(クランク角速度推定部18)
クランク角速度推定部18は、パラメータa,b及び上式(18)を用い、内燃機関の燃焼状態が安定であるか、或いは不安定であるかを推定し、その推定結果と、上式(16)又は(17)を用いてω^(k+1)を推定するように構成されている。
(Crank angular velocity estimation unit 18)
The crank angular velocity estimation unit 18 uses the parameters a and b and the above equation (18) to estimate whether the combustion state of the internal combustion engine is stable or unstable, and the estimation result and the above equation (16 ) Or (17) is used to estimate ω ^ (k + 1).

具体的には、先ず、時刻k-1までのデータ履歴により推定したパラメータa,bと、このデータ履歴に時刻kのクランク角速度のデータであるω(k)を加えて生成した回帰ベクトルx(k+1)とから、aTx(k+1)+bを演算する。そして、aTx(k+1)+b≧0であれば、クランク角速度推定部18は、内燃機関が燃焼安定状態であると推定し、燃焼状態予測フラグi^(k+1)=1がECUにバッファリングされる。一方、aTx(k+1)+b<0であれば、クランク角速度推定部18は、内燃機関が燃焼不安定状態と推定し、燃焼状態予測フラグi^(k+1)=0がECUにバッファリングされる。続いて、この燃焼状態予測フラグ値と、上式(16)又は(17)を用いて、時刻k+1におけるクランク角速度の推定値ω^(k+1)を推定する。推定したω^(k+1)は、ECUにバッファリングされる。 Specifically, first, the parameters a and b estimated from the data history up to time k-1, and the regression vector x () generated by adding ω (k) which is crank angular velocity data at time k to this data history. a T x (k + 1) + b is calculated from (k + 1). If a T x (k + 1) + b ≧ 0, the crank angular velocity estimation unit 18 estimates that the internal combustion engine is in a stable combustion state, and the combustion state prediction flag i ^ (k + 1) = 1 is set. Buffered in the ECU. On the other hand, if a T x (k + 1) + b <0, the crank angular velocity estimation unit 18 estimates that the internal combustion engine is in an unstable combustion state, and the combustion state prediction flag i ^ (k + 1) = 0 is set to ECU. Buffered. Subsequently, the estimated value ω ^ (k + 1) of the crank angular velocity at time k + 1 is estimated using the combustion state prediction flag value and the above equation (16) or (17). The estimated ω ^ (k + 1) is buffered in the ECU.

(クランク角速度変動量演算部20)
クランク角速度変動量演算部20は、推定したクランク角速度の変動量と、実測したクランク角速度の変動量との偏差を演算するように構成されている。クランク角速度の変動量の偏差としては、例えばクランク角速度の時間差分が挙げられる。また、クランク角速度の時間差分としては、クランク角速度の前回値と今回値との差に限られず、複数のクランク角速度の平均偏差等も適用できる。クランク角速度の前回値と今回値の差としては、例えば時刻k+1において推定したクランク角速度の推定値ω^(k+1)と、時刻k+2において推定したクランク角速度の推定値ω^(k)との差Δω^=ω^(k+1)-ω^(k+2)や、クランクポジションセンサにより検出した時刻k+1におけるクランク角速度ω(k+1)と、時刻k+2におけるクランク角速度ω(k+2)との差Δω=ω(k+1)-ω(k+2)が挙げられる。こうして求まるΔω^、ΔωからΔω^-Δωを演算する。演算したΔω^-Δωは、ECUにバッファリングされる。
(Crank angular velocity fluctuation calculation unit 20)
The crank angular speed fluctuation calculating unit 20 is configured to calculate a deviation between the estimated crank angular speed fluctuation and the measured crank angular speed fluctuation. Examples of the deviation of the variation amount of the crank angular speed include a time difference of the crank angular speed. Further, the time difference of the crank angular speed is not limited to the difference between the previous value and the current value of the crank angular speed, and an average deviation of a plurality of crank angular speeds can be applied. As the difference between the previous value and the current value of the crank angular speed, for example, the estimated value of the crank angular speed ω ^ (k + 1) estimated at time k + 1 and the estimated value of the crank angular speed ω ^ ( k) Δω ^ = ω ^ (k + 1) -ω ^ (k + 2), crank angular velocity ω (k + 1) at time k + 1 detected by the crank position sensor, and time k + 2 The difference Δω = ω (k + 1) −ω (k + 2) with respect to the crank angular speed ω (k + 2) in FIG. Δω ^ −Δω is calculated from Δω ^ and Δω thus obtained. The calculated Δω ^ −Δω is buffered in the ECU.

(帰属確率演算部22)
帰属確率演算部22は、パラメータΦ、及び上式(11)又は(12)を用い、時刻kにおける観測データベクトルzkが、燃焼安定状態クラスタC1に帰属する帰属確率α1p1(zk;Φ)及び燃焼不安定状態クラスタC2に帰属する帰属確率α2p2(zk;Φ)を演算するように構成されている。上述の通り、データクラスタリング部12では、時刻k-1までの時系列データに基づいてパラメータΦが推定されている。
(Attribution probability calculation unit 22)
The attribution probability calculating unit 22 uses the parameter Φ and the above equation (11) or (12), and the attribution probability α 1 p 1 (z where the observation data vector z k at the time k belongs to the combustion stable state cluster C 1. k ; Φ) and the belonging probability α 2 p 2 (z k ; Φ) attributed to the combustion unstable cluster C 2 . As described above, the data clustering unit 12 estimates the parameter Φ based on the time series data up to the time k−1.

帰属確率は、先ず、データクラスタリング部12で定義した観測データベクトルzk同様、観測データベクトルzk=(xT(k) ωT(k))Tを定義する。そして、データクラスタリング部12で推定されたパラメータΦを用いて、α1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)を演算する。そして、演算後のα1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)は、ECUにバッファリングされる。 Membership probability, first, similar observation data vector z k defined cluster analysis unit 12, the observation data vector z k = (x T (k ) ω T (k)) that defines the T. Then, α 1 p 1 (z k ; Φ) and α 2 p 2 (z k ; Φ) are calculated using the parameter Φ estimated by the data clustering unit 12. Then, α 1 p 1 (z k ; Φ) and α 2 p 2 (z k ; Φ) after the calculation are buffered in the ECU.

なお、本実施形態においては、Δωを演算する際にクランク角速度を複数回推定している。このため、例えば、時刻k+1と時刻k+2でクランク角速度の推定値ω^(k+1)、ω^(k+2)を推定した場合には、これらに対応する帰属確率α1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)及びα1p1(zk+1;Φ)、α2p2(zk+1;Φ)は、時刻k+1と時刻k+2でそれぞれ演算され、ECUにバッファリングされる。 In the present embodiment, the crank angular velocity is estimated a plurality of times when calculating Δω. Therefore, for example, when estimated crank angular velocity values ω ^ (k + 1) and ω ^ (k + 2) are estimated at time k + 1 and time k + 2, the associated probability α 1 p 1 (z k ; Φ), α 2 p 2 (z k ; Φ) and α 1 p 1 (z k + 1 ; Φ), α 2 p 2 (z k + 1 ; Φ) 1 and time k + 2 are respectively calculated and buffered in the ECU.

(異常判定部24)
異常判定部24は、燃焼状態予測フラグi^(k+1)、クランク角速度の変動量との偏差Δω^-Δω、帰属確率α1p1(zk;Φ)とα2p2(zk;Φ)に基づいて内燃機関の燃焼状態の異常判定を行うように構成されている。異常判定は、(i)燃焼状態予測フラグi^(k+1)値の結果、(ii)クランク角速度の変動量との偏差Δω^-Δωと所定の偏差との比較結果及び(iii)α1p1(zk;Φ)とα2p2(zk;Φ)との比較結果を利用することにより行われる。
(Abnormality determination unit 24)
The abnormality determination unit 24 includes a combustion state prediction flag i ^ (k + 1), a deviation Δω ^ -Δω from the fluctuation amount of the crank angular velocity, an attribution probability α 1 p 1 (z k ; Φ) and α 2 p 2 (z k ; Φ) is used to determine whether or not the combustion state of the internal combustion engine is abnormal. Abnormality determination includes (i) a result of the combustion state prediction flag i ^ (k + 1) value, (ii) a comparison result between a deviation Δω ^ -Δω and a predetermined deviation from the fluctuation amount of the crank angular speed, and (iii) α This is done by using the comparison result between 1 p 1 (z k ; Φ) and α 2 p 2 (z k ; Φ).

上記(i)では、クランク角速度推定部18で推定した燃焼状態予測フラグi^(k+1)が燃焼安定状態となっているかを判定する。すなわち、i^(k+1)=1となっているかを判定する。i^(k+1)=0の場合には、燃焼状態の異常の可能性が認められる。異常判定部24は、i^(k+1)=0の場合には、異常信号を発するように構成されている。   In (i) above, it is determined whether the combustion state prediction flag i ^ (k + 1) estimated by the crank angular velocity estimation unit 18 is in a stable combustion state. That is, it is determined whether i ^ (k + 1) = 1. When i ^ (k + 1) = 0, there is a possibility of abnormal combustion. The abnormality determination unit 24 is configured to generate an abnormality signal when i ^ (k + 1) = 0.

また、上記(ii)では、クランク角速度変動量演算部20で演算したクランク角速度の変動量との偏差Δω^-Δωと予め決められた設定値(閾値)との比較がされる。この閾値は、燃焼状態の判定精度の要求度に応じて自由に設定することが可能である。そして、Δω^-Δωが閾値以上であれば、推定したクランク角速度の変動量と、実測したクランク角速度の変動量との間に乖離が見られることになる。このため、ω^-Δωと閾値との偏差が一定値以上であれば、燃焼状態の異常の可能性が認められる。異常判定部24は、ω^-Δωと閾値との偏差が一定値以上の場合には、異常信号を発するように構成されている。   In (ii) above, the deviation Δω ^ −Δω from the crank angular speed variation calculated by the crank angular speed variation calculator 20 is compared with a predetermined set value (threshold). This threshold value can be freely set according to the required degree of determination accuracy of the combustion state. If Δω ^ −Δω is equal to or greater than the threshold value, there is a discrepancy between the estimated variation amount of the crank angular velocity and the actually measured variation amount of the crank angular velocity. For this reason, if the deviation between ω ^ -Δω and the threshold value is greater than or equal to a certain value, the possibility of an abnormal combustion state is recognized. The abnormality determination unit 24 is configured to generate an abnormality signal when the deviation between ω ^ −Δω and the threshold value is equal to or greater than a certain value.

また、上記(iii)では、帰属確率α1p1(zk;Φ)とα2p2(zk;Φ)との比較がされる。そして、帰属確率α1p1(zk;Φ)≧α2p2(zk;Φ)の場合には、燃焼安定確率が高いが、α1p1(zk;Φ)<α2p2(zk;Φ)の場合には、燃焼不安定確率が高い。つまり、上記(i)で燃焼安定、すなわち、i^(k+1)=1と判定されているにもかかわらず、(iii)において燃焼不安定確率が高いとされたときには、用いた観測データベクトルzkの信憑性が低い可能性が認められる。異常判定部24は、α1p1(zk;Φ)<α2p2(zk;Φ)の場合には、異常信号を発するように構成されている。 In the above (iii), the attribution probability α 1 p 1 (z k ; Φ) is compared with α 2 p 2 (z k ; Φ). And, when the belonging probability α 1 p 1 (z k ; Φ) ≧ α 2 p 2 (z k ; Φ), the combustion stability probability is high, but α 1 p 1 (z k ; Φ) <α 2 In the case of p 2 (z k ; Φ), the probability of combustion instability is high. In other words, the observation data used when the combustion instability probability is high in (iii) even though the combustion stability in (i) above is determined, i.e., i ^ (k + 1) = 1. It is recognized that the vector z k may have low credibility. The abnormality determination unit 24 is configured to generate an abnormality signal when α 1 p 1 (z k ; Φ) <α 2 p 2 (z k ; Φ).

異常判定は、上記(i)〜(iii)の異常信号が、予め定めた判定時間内において、設定回数検出されるか否かで判定される。具体的には、上記(i)〜(iii)の異常信号が検出された場合、異常判定部24に内蔵した異常カウンタのカウンタ値が増加される。そして、予め決めた判定時間内において、このカウンタ値が設定値以上に到達した場合に、内燃機関の燃焼状態の異常として判定される。   The abnormality determination is made based on whether or not the abnormality signals (i) to (iii) are detected a set number of times within a predetermined determination time. Specifically, when the abnormality signals (i) to (iii) are detected, the counter value of the abnormality counter built in the abnormality determination unit 24 is increased. Then, when the counter value reaches a set value or more within a predetermined determination time, it is determined that the combustion state of the internal combustion engine is abnormal.

[実施形態1における具体的処理]
次に、図2を参照して本実施形態においてECUが実行する燃焼状態判定ルーチンを説明する。図2のルーチンは、燃焼状態判定を行うための判定時間の期間、例えばクランクポジションセンサからのクランク角速度取得タイミング毎に繰り返されるものとする。
[Specific Processing in Embodiment 1]
Next, a combustion state determination routine executed by the ECU in the present embodiment will be described with reference to FIG. The routine in FIG. 2 is repeated for a determination time period for performing the combustion state determination, for example, every crank angular velocity acquisition timing from the crank position sensor.

まず、ステップ100では、本実施形態で用いるモデルのパラメータを読み込む。上述の通り、システム同定部10では、時刻k-1までの時系列データに基づいて、PWARXモデルのパラメータθ1^,θ2^が推定され、これらはECUに記憶されている。同様に、分離超平面推定部14では、分離超平面のパラメータa,bが推定され、これらはECUに記憶されている。このため、ECUには、これらのパラメータが読み込まれる。ステップ100に続いて、ステップ120では、時刻kまでの空燃比λ、EGR率、クランク角速度の時系列データが読み込まれる。 First, in step 100, model parameters used in the present embodiment are read. As described above, the system identification unit 10 estimates the parameters θ 1 ^ and θ 2 ^ of the PWARX model based on the time series data up to time k−1, and these are stored in the ECU. Similarly, the separation hyperplane estimation unit 14 estimates the parameters a and b of the separation hyperplane, and these are stored in the ECU. For this reason, these parameters are read into the ECU. Subsequent to step 100, in step 120, time-series data of the air-fuel ratio λ, the EGR rate, and the crank angular speed up to time k is read.

続いて、ステップ140では、ステップ100で読み込んだパラメータa,bと、回帰ベクトルx(k+1)とから、aTx(k+1)+bが演算される。本ステップでは、ステップ100で読み込んだパラメータa,bと、ステップ120で読み込まれた時刻kまでの時系列データを用いて回帰ベクトルx(k+1)を生成し、その後、上記aTx(k+1)+bが演算される。そして、aTx(k+1)+b≧0であればi^(k+1)=1が、i^(k+1)<0であればi^(k+1)=0がECUにバッファリングされる(ステップ160)。 Subsequently, in step 140, a T x (k + 1) + b is calculated from the parameters a and b read in step 100 and the regression vector x (k + 1). In this step, a regression vector x (k + 1) is generated using the parameters a and b read in step 100 and the time series data up to time k read in step 120, and then the above a T x ( k + 1) + b is calculated. If a T x (k + 1) + b ≧ 0, i ^ (k + 1) = 1, and if i ^ (k + 1) <0, i ^ (k + 1) = 0 (Step 160).

続いて、ステップ180では、燃焼安定状態か否かが判定される。そして、ステップ160でバッファリングされたi^(k+1)=1であれば、ステップ200に進み、クランク角速度の推定値ω^(k+1)が演算される。このω^(k+1)は、ステップ220でECUにバッファリングされる。一方、ステップ180において、i^(k+1)=1でない場合には、ステップ240に進み、クランク角速度の推定値ω^(k+1)が演算され、ステップ220同様、ステップ260でECUにバッファリングされる。   Subsequently, in step 180, it is determined whether or not the combustion is stable. If i ^ (k + 1) = 1 buffered at step 160, the routine proceeds to step 200, where an estimated value ω ^ (k + 1) of the crank angular velocity is calculated. This ω ^ (k + 1) is buffered in the ECU at step 220. On the other hand, if i ^ (k + 1) = 1 is not satisfied at step 180, the routine proceeds to step 240, where the estimated crank angular velocity value ω ^ (k + 1) is calculated. Buffered.

ステップ220又は260に続いて、ステップ280では、時刻kにおけるクランク角速度ω(k)、推定クランク角速度ω^(k)、時刻k+1におけるクランク角速度ω(k+1)が読み込まれる。続いて、ステップ300では、これらの値に基づいて、Δω^-Δωが演算される。上述の通り、クランク角速度推定部18でΔω^-Δωが演算される。演算したΔω^-Δωは、ステップ320でECUにバッファリングされる。   Subsequent to step 220 or 260, in step 280, the crank angular speed ω (k) at time k, the estimated crank angular speed ω ^ (k), and the crank angular speed ω (k + 1) at time k + 1 are read. Subsequently, in step 300, Δω ^ −Δω is calculated based on these values. As described above, Δω ^ −Δω is calculated by the crank angular velocity estimation unit 18. The calculated Δω ^ −Δω is buffered in the ECU at step 320.

続いて、ステップ340では、帰属確率α1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)が演算される。上述の通り、帰属確率演算部22で、時刻kにおける観測データベクトルzkが、燃焼安定状態クラスタC1に帰属する帰属確率α1p1(zk;Φ)及び燃焼不安定状態クラスタC2に帰属する帰属確率α2p2(zk;Φ)が演算される。この帰属確率α1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)は、ステップ360でECUにバッファリングされる。ステップ360に続いて、ステップ380では、内燃機関の燃焼状態判定が実行される。 Subsequently, in step 340, the attribution probabilities α 1 p 1 (z k ; Φ) and α 2 p 2 (z k ; Φ) are calculated. As described above, in the membership probability calculation unit 22, the observation data vector z k at time k is the combustion attributed to the stable state cluster C 1 membership probability α 1 p 1 (z k; Φ) and combustion instability cluster C 2 The membership probability α 2 p 2 (z k ; Φ) belonging to is calculated. The attribution probabilities α 1 p 1 (z k ; Φ) and α 2 p 2 (z k ; Φ) are buffered in the ECU in step 360. Subsequent to step 360, in step 380, the combustion state of the internal combustion engine is determined.

次に、ステップ380で実行される燃焼状態判定のサブルーチンを図3のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップ400では、異常判定部24に内蔵した異常カウンタがONか否かが判定される。ONでないと判定された場合には、ステップ420で異常カウンタがONとされる。一方、異常カウンタがONと判定された場合には、ステップ440に進む。   Next, the combustion state determination subroutine executed in step 380 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step 400, it is determined whether or not an abnormality counter built in the abnormality determination unit 24 is ON. If it is determined that it is not ON, the abnormality counter is turned ON in step 420. On the other hand, if it is determined that the abnormality counter is ON, the process proceeds to step 440.

ステップ440では、燃焼状態予測フラグi^(k+1)=1か否かが判定される。上述の通り、燃焼状態予測フラグi^(k+1)は、ステップ160の処理を経ることによりECUにバッファリングされている。このため、この燃焼状態予測フラグi^(k+1)=1であるかを判定することにより、時刻k+1におけるデータが燃焼安定状態にあるかを判定する。i^(k+1)=1であればステップ480へ進む。そうでない場合はステップ460へ進み、異常カウンタのカウンタ値が1増加される。   In step 440, it is determined whether or not the combustion state prediction flag i ^ (k + 1) = 1. As described above, the combustion state prediction flag i ^ (k + 1) is buffered in the ECU through the process of step 160. Therefore, it is determined whether or not the data at the time k + 1 is in the combustion stable state by determining whether or not the combustion state prediction flag i ^ (k + 1) = 1. If i ^ (k + 1) = 1, go to Step 480. If not, the process proceeds to step 460, and the counter value of the abnormality counter is incremented by one.

ステップ480では、クランク角速度の変動量との偏差Δω^-Δωと予め決められた設定値(閾値)との比較がされる。上述の通り、Δω^-Δωは、ステップ300の処理を経ることによりECUにバッファリングされている。また、閾値は別途ECUに記憶されている。このため、このΔω^-Δωと所定の閾値とが比較される。そして、|Δω^-Δω|<閾値であれば、ステップ500へ進む。そうでない場合にはステップ460へ進み、異常カウンタのカウンタ値が1増加される。   In step 480, the deviation Δω ^ −Δω from the fluctuation amount of the crank angular velocity is compared with a predetermined set value (threshold value). As described above, Δω ^ −Δω is buffered in the ECU through the process of step 300. The threshold value is stored separately in the ECU. Therefore, this Δω ^ −Δω is compared with a predetermined threshold value. If | Δω ^ −Δω | <threshold, the process proceeds to step 500. If not, the process proceeds to step 460, and the counter value of the abnormality counter is incremented by one.

ステップ500では、帰属確率α1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)間の比較がされる。上述の通り、帰属確率α1p1(zk;Φ)、α2p2(zk;Φ)は、ステップ360の処理を経ることにより、ECUにバッファリングされている。このため、ステップ500では、これらの帰属確率間の比較がされる。そして、α1p1(zk;Φ)≧α2p2(zk;Φ)であれば、ステップ520へ進み、異常カウンタがリセットされる。そうでない場合には、ステップ460へ進み、異常カウンタのカウンタ値が1増加される。 In step 500, a comparison is made between attribution probabilities α 1 p 1 (z k ; Φ) and α 2 p 2 (z k ; Φ). As described above, the attribution probabilities α 1 p 1 (z k ; Φ) and α 2 p 2 (z k ; Φ) are buffered in the ECU through the process of step 360. For this reason, in step 500, a comparison is made between these attribution probabilities. If α 1 p 1 (z k ; Φ) ≧ α 2 p 2 (z k ; Φ), the routine proceeds to step 520, where the abnormality counter is reset. If not, the process proceeds to step 460, and the counter value of the abnormality counter is incremented by one.

ステップ540では、異常カウンタのカウンタ値が予め定めた設定値(閾値)以上か否かが判定される。上述の通り、異常判定部24では、予め決めた判定時間内において、異常カウンタが設定値以上に到達した場合に、内燃機関の燃焼状態の異常、すなわち燃焼不安定状態として判定される。このため、ステップ540では、カウンタ値と閾値とが比較される。そして、カウンタ値が閾値以上の場合には、ステップ580へ進み、異常と判定される。そうでない場合には、ステップ560へ進み、正常と判定される。   In step 540, it is determined whether or not the counter value of the abnormality counter is equal to or greater than a predetermined set value (threshold value). As described above, the abnormality determination unit 24 determines that the combustion state of the internal combustion engine is abnormal, that is, the combustion unstable state, when the abnormality counter reaches a set value or more within a predetermined determination time. Therefore, in step 540, the counter value is compared with the threshold value. If the counter value is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step 580 and is determined to be abnormal. Otherwise, the process proceeds to step 560 and is determined to be normal.

以上説明した通り、図2及び3に示すルーチンによれば、過去の時系列データに基づいて同定したPWARXモデルを用いて、将来のクランク角速度を逐次推定することができる。また、推定したクランク角速度に基づいて、クランク角速度の変動量の偏差Δω^-Δωをも逐次推定することができる。また、PWARXモデルの同定に際して推定した分離超平面のパラメータを用いて、将来の燃焼状態予測ができる。また、PWARXモデルの同定に際して用いた統計的情報をも演算することができる。そして、これら3つの診断要素を用いることにより、内燃機関の燃焼状態の高精度な判定を行うことができる。   As described above, according to the routines shown in FIGS. 2 and 3, the future crank angular speed can be sequentially estimated using the PWARX model identified based on the past time series data. Further, the deviation Δω ^ −Δω of the variation amount of the crank angular speed can be sequentially estimated based on the estimated crank angular speed. Further, it is possible to predict the future combustion state using the parameters of the separated hyperplane estimated when the PWARX model is identified. It is also possible to calculate statistical information used in identifying the PWARX model. By using these three diagnostic elements, the combustion state of the internal combustion engine can be determined with high accuracy.

尚、上述した実施形態においては、データクラスタリング部12において、混合正規分布のパラメータΦを推定し、上式(10)を特定することにより前記第1の発明における「確率分布特定手段」が、データクラスタリング部12において、観測データの分類を行うことにより前記第1の発明における「データ分類手段」が、分離超平面推定部14において、分離超平面のパラメータa,bを推定し、上式(8)を特定することにより前記第1の発明における「境界条件特定手段」が、システムパラメータ推定部16において、パラメータθ1^,θ2^を推定し、上式(16)及び(17)を特定することにより前記第1の発明における「第1規則特定手段」及び「第2規則特定手段」が、それぞれ実現されている。また、ECUが上記ステップ140の処理を実行することにより前記第1の発明における「区分推定手段」が、ECUが上記ステップ200又は240の処理を実行することにより前記第1の発明における「クランク角速度推定手段」が、上記ステップ440〜480、520の処理を実行することにより前記第1の発明における「燃焼状態判定手段」が、上記ステップ500、460、520の処理を実行することにより前記第1の発明における「評価手段」が、それぞれ実現されている。 In the above-described embodiment, the data clustering unit 12 estimates the parameter Φ of the mixed normal distribution and specifies the above equation (10) so that the “probability distribution specifying means” in the first invention is the data By classifying the observation data in the clustering unit 12, the “data classification unit” in the first invention estimates the parameters a and b of the separation hyperplane in the separation hyperplane estimation unit 14, and the above equation (8 ) Is specified, the “boundary condition specifying means” in the first aspect of the invention estimates the parameters θ 1 ^, θ 2 ^ in the system parameter estimation unit 16 and specifies the above equations (16) and (17) Thus, the “first rule specifying means” and the “second rule specifying means” in the first invention are realized. Further, when the ECU executes the process of step 140, the “segment estimation means” in the first aspect of the invention is executed. When the ECU executes the process of step 200 or 240, the “crank angular velocity” of the first aspect of the invention is set. When the “estimating means” executes the processing of steps 440 to 480 and 520, the “combustion state determination means” in the first aspect of the invention executes the processing of steps 500, 460 and 520. Each of the “evaluation means” in the present invention is realized.

また、上述した実施形態においては、クランク角速度変動量演算部20において、推定したクランク角速度の時間差分を演算することにより前記第2の発明における「推定変動量演算手段」が、ECUが上記ステップ300の処理を実行することにより前記第2の発明における「偏差演算手段」が、それぞれ実現されている。   Further, in the above-described embodiment, the crank angular speed fluctuation amount calculation unit 20 calculates the time difference of the estimated crank angular speed, whereby the “estimated fluctuation amount calculation means” in the second aspect of the invention is determined by the ECU in step 300. By executing the process, the “deviation calculating means” in the second aspect of the invention is realized.

ECUが内燃機関の燃焼状態判定を行う制御装置として機能する場合の機能ブロック図である。It is a functional block diagram in case ECU functions as a control apparatus which performs the combustion state determination of an internal combustion engine. ECUが実行する燃焼状態判定ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the combustion state determination routine which ECU performs. ECUが実行する燃焼状態判定サブルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the combustion state determination subroutine which ECU performs.

符号の説明Explanation of symbols

10 システム同定部
12 データクラスタリング部
14 分離超平面推定部
16 システムパラメータ推定部
18 クランク角速度推定部
20 クランク角速度変動量演算部
22 帰属確率演算部
24 異常判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 System identification part 12 Data clustering part 14 Separation hyperplane estimation part 16 System parameter estimation part 18 Crank angular speed estimation part 20 Crank angular speed fluctuation amount calculation part 22 Attribution probability calculation part 24 Abnormality determination part

Claims (2)

排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度の過去のデータが従う内燃機関の燃焼安定状態に対応した第1確率分布の未知パラメータ及び内燃機関の燃焼不安定状態に対応した第2確率分布の未知パラメータを、これらのデータに基づいて最尤推定法により推定し、推定した未知パラメータにより前記第1確率分布及び前記第2確率分布を特定する確率分布特定手段と、
特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、前記過去のデータの各々が前記燃焼安定状態のデータであるか、或いは前記燃焼不安定状態のデータであるかの判定を行い、夫々燃焼安定クラスタ及び燃焼不安定クラスタに分類するデータ分類手段と、
前記燃焼安定状態と前記燃焼不安定状態との境界で成立する境界条件を、前記過去のデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記境界条件を特定する境界条件特定手段と、
所定の時刻における排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度のデータと、前記所定の時刻よりも1ステップ先の時刻におけるクランク角速度のデータとの間に成立する関係の未知パラメータを、前記燃焼安定クラスタのデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記関係を燃焼安定状態に対応した第1規則として特定する第1規則特定手段と、
所定の時刻における排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度のデータと、前記所定の時刻よりも1ステップ先の時刻におけるクランク角速度のデータとの間に成立する関係の未知パラメータを、前記燃焼安定クラスタのデータに基づいて推定し、推定した未知パラメータにより前記関係を燃焼不安定状態に対応した第2規則として特定する第2規則特定手段と、
特定した前記境界条件に排気ガスの再循環率、空燃比及びクランク角速度のデータの現在値を含むデータを適用して、前記現在値を含むデータが前記安定状態に区分されるか、或いは前記不安定状態に区分されるかを推定する区分推定手段と、
前記第1規則又は前記第2規則に前記現在値を含むデータを適用して将来のクランク角速度を推定するクランク角速度推定手段と、
前記区分推定手段による推定結果及び前記将来のクランク角速度に基づいて、内燃機関の将来の燃焼状態が安定状態であるか、或いは不安定状態であるかを判定する燃焼状態判定手段と、
特定後の前記第1確率分布及び前記第2確率分布に基づいて、前記現在値を含むデータが、前記燃焼安定状態のデータであるか、或いは前記燃焼不安定状態のデータであるかの判定を行い、前記燃焼状態判定手段による判定結果の妥当性を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
The unknown parameters of the first probability distribution corresponding to the combustion stable state of the internal combustion engine according to the past data of the exhaust gas recirculation rate, the air-fuel ratio and the crank angular velocity and the second probability distribution corresponding to the combustion unstable state of the internal combustion engine An unknown parameter is estimated by a maximum likelihood estimation method based on these data, and the probability distribution specifying means for specifying the first probability distribution and the second probability distribution by the estimated unknown parameter;
Based on the first probability distribution and the second probability distribution after specification, it is determined whether each of the past data is data of the combustion stable state or data of the combustion unstable state. Data classification means for classifying each into a combustion stable cluster and a combustion unstable cluster,
Boundary condition specifying means for estimating a boundary condition established at a boundary between the stable combustion state and the unstable combustion state based on the past data, and specifying the boundary condition based on the estimated unknown parameter;
An unknown parameter having a relationship established between exhaust gas recirculation rate, air-fuel ratio and crank angular velocity data at a predetermined time and crank angular velocity data at a time one step ahead of the predetermined time First rule specifying means for estimating based on stable cluster data, and specifying the relationship as a first rule corresponding to a stable combustion state by the estimated unknown parameter;
An unknown parameter having a relationship established between exhaust gas recirculation rate, air-fuel ratio and crank angular velocity data at a predetermined time and crank angular velocity data at a time one step ahead of the predetermined time A second rule specifying means for estimating based on stable cluster data and specifying the relationship as a second rule corresponding to the unstable combustion state by the estimated unknown parameter;
Data including the current values of the exhaust gas recirculation rate, air-fuel ratio, and crank angular velocity data are applied to the identified boundary conditions so that the data including the current values is classified into the stable state or the A category estimation means for estimating whether the category is classified into a stable state;
Crank angular velocity estimating means for estimating a future crank angular velocity by applying data including the current value to the first rule or the second rule;
Combustion state determination means for determining whether the future combustion state of the internal combustion engine is a stable state or an unstable state based on the estimation result by the section estimation unit and the future crank angular velocity;
Based on the first probability distribution and the second probability distribution after specification, it is determined whether the data including the current value is data of the combustion stable state or data of the combustion unstable state. Performing evaluation means for evaluating the validity of the determination result by the combustion state determination means;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記将来のクランク角速度の複数の値の所定時間当たりの変動量を推定変動量として演算する推定変動量演算手段と、
前記内燃機関の実際のクランク角速度の前記推定時間当たりの変動量と、前記推定変動量との偏差を演算する偏差演算手段と、を備え、
前記燃焼状態判定手段は、前記偏差が予め定めた第1判定値未満であるか否かにより内燃機関の将来の燃焼状態が安定状態であるか、或いは不安定状態であるかを判定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
Estimated fluctuation amount calculating means for calculating fluctuation amounts per predetermined time of a plurality of values of the future crank angular velocity as estimated fluctuation amounts;
A deviation calculating means for calculating a deviation between the estimated fluctuation amount of the actual crank angular speed of the internal combustion engine and the estimated fluctuation amount;
The combustion state determination means determines whether the future combustion state of the internal combustion engine is a stable state or an unstable state depending on whether the deviation is less than a predetermined first determination value. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control apparatus is an internal combustion engine.
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