JP2019210834A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】確率的なバラツキによる制御量の変化に対する過剰制御を防ぎ、且つ、確率的な要因以外による制御量の変化に対する即応性を担保しながら、許容される制御量のバラツキの範囲内で制御の最適化を図る。【解決手段】１回の変更サイクルを構成する各燃焼サイクルにおいて、ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）回目の燃焼サイクルまでの制御量の平均値μｎを計算し、平均値μｎの基準正規母集団の平均値μｏに対する誤差μｎ−μｏを計算する。また、データ数がｎ個である場合の基準正規母集団の標準誤差σｏ／ｎ１/２に基づいて正及び負の閾値±Ｚα/２＊σｏ／ｎ１/２を設定する。どの燃焼サイクルにおいても誤差μｎ−μｏが正及び負の閾値±Ｚα/２＊σｏ／ｎ１/２を超えていない場合、誤差μｎ−μｏが正の閾値Ｚα/２＊σｏ／ｎ１/２又は負の閾値−Ｚα/２＊σｏ／ｎ１/２に近づくように、操作量を変更する。【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、仮説検定と統計的決定とを用いて制御量の変化を操作量にフィードバックする内燃機関の制御装置に関する。

確率的なバラツキを持つ制御対象として、例えば、内燃機関の制御対象の１つである燃焼を挙げることができる。このような制御対象に関係する制御量に対してフィードバック制御を適用する場合、制御対象のバラツキに起因する過剰制御を防ぐために保守的な制御にならざるを得ない。しかし、保守的な制御では、制御量の変化に対する即応性を担保することが難しい。

制御量の変化には、系が本来もつ確率的なバラツキによる変化と、確率的な要因以外による変化とが含まれる。フィードバック制御によって対応すべき制御量の変化は、制御対象の状態の変化に起因する後者の変化である。ゆえに、過剰制御を防ぎつつ即応性を担保するためには、制御量の変化が前者と後者のどちらの変化なのかを判断することが求められる。しかし、一般的には、制御量の変化の原因を統計的に判断するためには、多くのデータを必要とする。データ数を増やすほど判断の確度は高まるが、データの収集に要する時間が長くなるために即応性は低下してしまう。

即応性を高めるためには、できる限り少ないデータで判断を行うことが必要になる。この点に関し、下記の非特許文献１には、仮説検定と統計的決定とを用いて制御量の変化を操作量にフィードバックする手法が開示されている。具体例として、非特許文献１には、燃焼圧が最大になるクランク角度（以下、ＬＰＰと表記する）を基準値に制御するためのフィードバック制御への適用例が開示されている。

ＬＰＰの期待値が基準値に等しければ、ＬＰＰの平均値の基準値に対する偏差を平均値の標本誤差で除算して得られる値（以下、Ｚと表記する）は、標準正規分布に従う。１サイクル目からｎサイクル目までのＬＰＰのデータが得られたとすると、ここでいう平均値は、１サイクル目からｎサイクル目までのｎ個のデータの平均値である。また、平均値の標本誤差は、ＬＰＰの標準偏差をデータ数の平方根で除算して得られる。

Ｚが標準正規分布に従っているかどうかは、有意水準から計算される閾値との比較で判断することができる。Ｚが負の閾値と正の閾値とで規定される信頼性区間に入っていない場合は、Ｚは標準正規分布に従っていない、つまり、ＬＰＰの期待値は基準値に等しくないと判断することができる。Ｚが信頼性区間に入っている場合は、Ｚは標準正規分布に従っている、つまり、ＬＰＰの期待値は基準値に等しいと判断することができる。

ＬＰＰの期待値が基準値に等しいことは、時系列的なＬＰＰの変化は、系が本来もつ確率的なバラツキによる変化であることを意味する。これに対し、ＬＰＰの期待値が基準値に等しくないことは、時系列的なＬＰＰの変化が確率的な要因以外による変化であることを意味する。ゆえに、サイクル毎にＺを計算し、Ｚが信頼性区間に入っているかどうか調べることで、フィードバック制御によって対応すべきＬＰＰの変化なのかどうかサイクル毎に判断することができる。

非特許文献１に開示された具体的なフィードバック制御によれば、ＬＰＰの基準値に閾値と標準誤差との積を加えて得られる値をＬＰＰの上限値として設定し、ＬＰＰの平均値が上限値を超える場合には、点火時期を進角することが行われる。また、ＬＰＰの基準値から閾値と標準誤差との積を引いて得られる値をＬＰＰの下限値として設定し、ＬＰＰの平均値が下限値を超える場合には、点火時期を遅角することが行われる。非特許文献１に開示された判断手法によれば、多数のデータを必要とすることなく統計的な判断が可能であるので、この判断に基づきフィードバック制御を行うことにより、確率的なバラツキによる制御量の変化に対する過剰制御を防ぎつつ、確率的な要因以外による制御量の変化に対する即応性を担保することができる。

なお、下記に列挙する特許文献１、特許文献２、及び特許文献３は、本発明が関係する技術分野における技術水準を示す文献の例である。

特開２００７−１９８３１３号公報 特開２００２−３２２９３８号公報 特開２０１１−０８９４７０号公報

Jinwu Gao, Yuhu Wu, Tielong Shen, A statistical combustion phase control approach of SI engines, Mechanical Systems and Signal Processing 85(2017) 218-235

非特許文献１に開示された方法では、制御量の変化が確率的なバラツキによるものである場合には、操作量の変更は行われない。これによれば、過剰制御を防ぐことができるものの、許容されるバラツキの範囲内での制御の最適化を図ることができない。具体例を挙げると、ＥＧＲガスの導入量が予定の量よりも少ない場合には、燃焼変動が減少してＬＰＰのバラツキは小さくなる。その結果としてＬＰＰの平均値が下限値から上限値までの範囲に収まる場合、点火時期の変更は行われない。しかし、燃費の向上の観点からは、燃焼変動を増大させることになるとしても、それが許容される範囲内であるならば、ＥＧＲ弁を開いてＥＧＲガスの導入量を増やしたい。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、確率的なバラツキによる制御量の変化に対する過剰制御を防ぎ、且つ、確率的な要因以外による制御量の変化に対する即応性を担保しながら、許容される制御量のバラツキの範囲内で制御の最適化を図ることを目的とする。

本発明は内燃機関の制御装置を提供する。本発明に係る内燃機関の制御装置は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのプログラムを含む少なくとも１つのメモリと、を備える。少なくとも１つのメモリと前記少なくとも１つのプログラムとは、少なくとも１つのプロセッサとともに、制御量計算処理と操作量変更処理とを制御装置に実行させる。制御量計算処理は、内燃機関の状態を検出するセンサからの情報に基づいて、燃焼サイクル毎に内燃機関の燃焼に関係する制御量を計算する処理である。操作量変更処理は、Ｎ（２≦Ｎ）回の燃焼サイクルを１回の変更サイクルとして、内燃機関の燃焼に関係する制御量に作用する操作量を変更サイクル毎に変更する処理である。

操作量変更処理では、制御装置は、内燃機関の現在の運転条件のもとでの制御量の基準正規母集団を、内燃機関の運転条件毎に設定された複数の基準正規母集団の中から選択する。また、変更サイクルを構成する１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでの各燃焼サイクルにおいて、平均値計算処理と、誤差計算処理と、閾値設定処理とを実行する。平均値計算処理は、ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）回目の燃焼サイクルまでの制御量の平均値であるｎサイクル平均値を計算する処理である。誤差計算処理は、基準正規母集団の平均値に対するｎサイクル平均値の誤差であるｎサイクル誤差を計算する処理である。閾値設定処理は、データ数がｎ個である場合の基準正規母集団の標準誤差に基づいて、ｎサイクル誤差に対する正の変更判定閾値と負の変更判定閾値とをそれぞれ設定する処理である。制御装置は、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が正の変更判定閾値を超えておらず、且つ、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が負の変更判定閾値を超えていない場合、ｎサイクル誤差が正の変更判定閾値又は負の変更判定閾値に近づくように、操作量を変更する。

制御装置は、操作量変更処理では、ｎサイクル誤差が正の変更判定閾値又は負の変更判定閾値に近づくように、操作量をステップ的変化で徐々に変更してもよい。

制御装置は、操作量変更処理では、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が正の変更判定閾値を超えておらず、且つ、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が負の変更判定閾値を超えていない場合、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでの制御量の不偏分散を計算し、基準正規母集団の分散よりも不偏分散が所定値以上小さい場合、ｎサイクル誤差が正の変更判定閾値又は負の変更判定閾値に近づくように、操作量を変更してもよい。

制御装置は、制御量計算処理では、燃焼圧センサからの情報に基づいて燃焼割合が所定割合となるクランク角度を制御量として計算してもよい。操作量変更処理では、基準正規母集団の分散よりも上記の不偏分散が所定値以上小さい場合、内燃機関のＥＧＲ弁開度を開き側に変更してもよい。

上記のとおり構成された本発明に係る内燃機関の制御装置は、Ｎ回の燃焼サイクルを１回の変更サイクルとして、制御量に作用する操作量を変更サイクル毎に変更する。具体的には、制御装置は、内燃機関の現在の運転条件のもとでの制御量の基準正規母集団を、内燃機関の運転条件毎に設定された複数の基準正規母集団の中から選択する。そして、変更サイクルを構成する１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでの各燃焼サイクルにおいて、ｎ回目の燃焼サイクルまでの制御量の平均値であるｎサイクル平均値を計算し、基準正規母集団の平均値に対するｎサイクル平均値の誤差であるｎサイクル誤差を計算し、さらに、データ数がｎ個である場合の基準正規母集団の標準誤差に基づいてｎサイクル誤差に対する正の変更判定閾値と負の変更判定閾値とをそれぞれ設定する。そして、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が正の変更判定閾値を超えておらず、且つ、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が負の変更判定閾値を超えていない場合、ｎサイクル誤差が正の変更判定閾値又は負の変更判定閾値に近づくように、操作量を変更する。

上記のとおり動作する本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、確率的なバラツキによる制御量の変化に対する過剰制御を防ぎ、且つ、確率的な要因以外による制御量の変化に対する即応性を担保しながら、許容される制御量のバラツキの範囲内で制御の最適化を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係るエンジンの制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置が実行する処理を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る仮説検定について説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る仮説検定の検定結果の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る仮説検定の検定結果の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る仮説検定の検定結果の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る仮説検定の検定結果の一例を示す図である。 操作量を変更する変更サイクルについて説明する図である。 本発明の実施の形態１に係るエンジン制御の制御フローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るエンジンの制御システムの構成を示すブロック図である。制御システムは、例えば自動車に搭載されるエンジン（内燃機関）２の制御システムであって、少なくともエンジン２、エンジン２の状態を検出する複数のセンサ４、及びエンジン２を制御する制御装置１０からなる。

エンジン２は、例えばガソリンを燃料とする火花点火式の内燃機関である。エンジン２は、点火コイルへの通電期間によって点火時期を調整可能な点火システムと、ＥＧＲ弁の開度によってＥＧＲガスの導入量を調整可能なＥＧＲシステムとを備える。複数のセンサ４には、少なくとも、燃焼圧センサとクランク角度センサとが含まれる。燃焼圧センサは、エンジン２の各気筒に取り付けられ、燃焼室内の燃焼圧力に応じた信号を出力する。クランク角度センサは、エンジン２のクランク角度に応じた信号を出力する。制御装置１０は、センサ４の信号を受信し、センサ４の信号に含まれる情報に基づいて、エンジン２の制御量を計算する。制御装置１０は、物理構成としてメモリとプロセッサとを備える。メモリはエンジン制御のためのプログラムを記憶し、プロセッサはメモリからプログラムを読み出して実行する。

図２は、制御装置１０が実行する処理の一部を示すブロック図である。図２には、制御装置１０が実行する種々の処理のうち、特に、エンジン２の操作量の変更の判断に関係する処理が抽出されてブロックで表現されている。図２に示すように、制御装置１０による処理には、制御量計算処理と操作量変更処理とが含まれる。操作量変更処理には、さらに、平均値計算処理と誤差計算処理と閾値設定処理とが含まれる。操作量の変更の判断には、以下に説明するように、仮説検定と統計的決定とが用いられる。以下、図３乃至図８を参照しながら、各処理の内容と合わせて仮説検定と統計的決定とについて説明する。

制御装置１０は、制御量計算処理において、エンジン２の燃焼に関係する制御量を演算する。本実施の形態で計算されるエンジン２の燃焼に関係する制御量は、ＣＡ５０である。ＣＡ５０とは、燃焼割合が５０％になるクランク角度を意味する。燃焼割合は、燃焼質量割合ともいい、燃焼室内に供給された１燃焼あたりの燃料の質量のうち燃焼した質量の比を意味する。任意のクランク角度における燃焼割合は、最終的な熱発生量に対する当該クランク角度での熱発生量の割合として計算することができる。熱発生量は、１燃焼サイクルにおいて燃焼室内で発生した熱量の燃焼の開始からの累計である。よって、当該クランク角度での熱発生量は、燃焼開始角度から当該クランク角度までを積算区間として、単位クランク角度ごとに計算される熱発生率を積算することによって算出される。熱発生率は、燃焼室内で発生した単位クランク角度当たりの熱量であり、燃焼圧センサによって計測される燃焼室内の圧力から計算することができる。制御装置１０は、制御量計算処理では、燃焼サイクル毎にＣＡ５０を計算する。

エンジン２には、個体差や経時変化があるため、操作量が同じであっても得られるＣＡ５０には燃焼サイクル毎のバラツキがある。ただし、そのバラツキには、設計通りのスペックを有する基準エンジンでも生じるバラツキが含まれる。基準エンジンで生じるＣＡ５０の燃焼サイクル毎のバラツキは、正規分布に従う確率的なバラツキである。ここで、基準エンジンから得られるＣＡ５０のデータを基準正規母集団と称する。基準正規母集団は、例えばエンジン回転数とエンジン負荷とで定義される運転条件ごとに作成されている。

エンジン２において得られた１サイクル目からｎサイクル目までのＣＡ５０の平均値をｎサイクル平均値と称し、μ_ｎと表記する。ｎサイクル平均値μ_ｎを計算する処理が平均値計算処理である。また、基準正規母集団の平均値をμ_ｏと表記し、基準正規母集団の標準偏差をσ_ｏと表記する。ＣＡ５０のｎサイクル平均値μ_ｎが基準正規母集団の平均値μ_ｏに等しいという帰無仮説を立てると、この帰無仮説が真である場合、以下の式で計算されるデータＺは、データ数ｎに応じた標準正規分布に従う。

有意水準をαと表記し、上記データＺに対する棄却限界値をＺ_α/２と表記すると、棄却限界値Ｚ_α/２は以下の式で計算することができる。ただし、有意水準αは設計時の適合によって決定される数値である。

基準正規母集団の平均値μ_ｏに対するｎサイクル平均値μ_ｎの誤差μ_ｎ−μ_ｏをｎサイクル誤差と称する。ｎサイクル誤差を計算する処理が誤差計算処理である。エンジン２におけるＣＡ５０の燃焼サイクル毎のバラツキが正規分布に従う確率的なバラツキであるならば、ｎサイクル誤差に関して以下の式が成立する。以下の式において、σ_ｏ／ｎ^１/２は、データ数がｎ個である場合の基準正規母集団の標準誤差である。標準誤差σ_ｏ／ｎ^１/２に負の棄却限界値Ｚ_α/２を乗じて得られる値が、ｎサイクル誤差の負の閾値となり、標準誤差σ_ｏ／ｎ^１/２に正の棄却限界値Ｚ_α/２を乗じて得られる値が、ｎサイクル誤差の正の閾値となっている。これら閾値を設定する処理が閾値設定処理である。以下の式が成立しない場合、ＣＡ５０の変化には確率的要因以外によるものが含まれていることを意味する。

図３は、上記式をグラフで表した図である。グラフにおいてｎサイクル誤差が正の領域に引かれた曲線は、上記式の正の閾値であるＺ_α/２＊σ_ｏ／ｎ^１/２の系列を示す曲線であり、負の領域に引かれた曲線は、上記式の負の閾値である−Ｚ_α/２＊σ_ｏ／ｎ^１/２の系列を示す曲線である。負の閾値から正の閾値までのｎサイクル誤差の範囲を否棄却域（Noncritical Region）と称し、図３中にはＮＣＲと表記している。また、負の閾値よりも外側のｎサイクル誤差の範囲及び正の閾値よりも外側のｎサイクル誤差の範囲を棄却域（Critical Region）と称し、図３中にはＣＲと表記している。中心極限定理により、否棄却域ＮＣＲはデータ数ｎが大きくなるほど狭くなっていく。つまり、データ数ｎが小さいときには大きな誤差が許容されるが、データ数ｎが大きくなるほど許容される誤差は小さくなる。

図４乃至図７は、本実施の形態に係る仮説検定の検定結果の一例を示す図である。各図において、黒丸は燃焼サイクル毎に計算されたｎサイクル誤差のデータを表している。図４には、全ての燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差は負の閾値から正の閾値までの範囲に入っている例が示されている。このような例をＣＡＳＥ（Ａ）とする。

図５には、一部の燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差が正の閾値を超え、別の一部の燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差が負の閾値を超えている例が示されている。このような例をＣＡＳＥ（Ｂ）とする。

図６には、一部の燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差が正の閾値を超えているが、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が負の閾値を超えていない例と、一部の燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差が負の閾値を超えているが、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が正の閾値を超えていない例とが示されている。前者の例をＣＡＳＥ（Ｃ）とし、後者の例をＣＡＳＥ（Ｄ）とする。

図７には、ＣＡＳＥ（Ａ）と同様、全ての燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差は負の閾値から正の閾値までの範囲に入っている例が示されている。ただし、この例では、ＣＡＳＥ（Ａ）に比較してｎサイクル誤差の分散は小さく、ｎサイクル誤差の正の閾値及び負の閾値に対する余裕が大きい。このような例をＣＡＳＥ（Ｅ）とする。

ＣＡＳＥ（Ａ）の場合、ＣＡ５０の変化は確率的なバラツキによるものであるので、操作量の変更は不要との統計的決定が可能である。これに対して、ＣＡＳＥ（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の場合、ＣＡ５０の変化には確率的要因以外によるものが含まれているので、操作量を変更したほうが良いとの統計的決定が可能である。制御装置１０は、このような統計的決定に従ってＣＡ５０に作用する操作量を変更する。

ＣＡ５０に作用する操作量には、少なくとも点火時期とＥＧＲ弁の開度とが含まれる。ＣＡＳＥ（Ｂ）のようにｎサイクル平均値μ_ｎの基準正規母集団の平均値μ_ｏに対するバラツキが大きい場合には、大きな燃焼変動が起きていることが想定される。ゆえに、ＣＡＳＥ（Ｂ）では、対策としてＥＧＲ弁開度を閉じ側に変更してＥＧＲ率を低減する。

ＣＡＳＥ（Ｃ）のようにｎサイクル平均値μ_ｎが基準正規母集団の平均値μ_ｏに対して全体として正の側にずれている場合には、点火時期が過剰に遅角されていることが想定される。ゆえに、ＣＡＳＥ（Ｃ）では、対策として点火時期を進角側に変更する。逆に、ＣＡＳＥ（Ｄ）のようにｎサイクル平均値μ_ｎが基準正規母集団の平均値μ_ｏに対して全体として負の側にずれている場合には、点火時期が過剰に進角されていることが想定される。ゆえに、ＣＡＳＥ（Ｄ）では、対策として点火時期を遅角側に変更する。

ＣＡＳＥ（Ｅ）は、ＣＡＳＥ（Ａ）に含まれる。ゆえに、確率的な要因以外によるＣＡ５０の変化に対応することを目的とした操作量の変更の必要はない。しかし、ＣＡＳＥ（Ｅ）の場合、基準正規母集団に比較して確率的なバラツキが小さいので、操作量を変更しても良いとの統計的決定が可能である。操作量の変更により制御の最適化を図ることができる余地があるならば、ＣＡ５０のバラツキを増大させることになるとしても、それが許容される範囲内であるならば操作量の変更を行いたい。

具体的には、ＥＧＲガスの導入量が予定の量よりも少ない場合には、燃焼変動が減少し、ＣＡＳＥ（Ｅ）のようにＣＡ５０のバラツキは小さくなる。しかし、燃費の向上の観点からは、燃焼変動を増大させることになるとしても、それが許容される範囲内であるならば、ＥＧＲ弁を開いてＥＧＲガスの導入量を増やしたい。そこで、ＣＡＳＥ（Ｅ）では、ＥＧＲ弁開度を所定量開き側に変更することによってＥＧＲガスの導入量を増量する。

ところで、エンジン２は一定の運転条件で運転され続けることは少なく、その運転条件は頻繁に変化する。運転条件が変われば基準正規母集団も変更されるため、ｎサイクル平均値μ_ｎのデータ数を増やし続けることはできない。しかし、中心極限定理により、少ないデータ数からでも統計的決定が可能である。本実施の形態では、図８に示すように、データを収集する燃焼サイクルを所定回数Ｎ（Ｎは２以上の整数、例えば６）に限定し、所定回数Ｎ毎に上記の統計的決定を行う。つまり、制御装置１０は、操作量変更処理において、Ｎ回の燃焼サイクルを１回の変更サイクルとして、点火時期或いはＥＧＲ弁開度を変更サイクル毎に変更する。

整理すると、制御装置１０は、次の手順にて操作量変更処理を行う。まず、制御装置１０は、現在のエンジン２の運転条件のもとでのＣＡ５０の基準正規母集団を、エンジン２の運転条件毎に設定された複数の基準正規母集団の中から選択する。そして、変更サイクルを構成する１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでの各燃焼サイクルにおいて、平均値計算処理、誤差計算処理、及び閾値設定処理を実行する。

平均値計算処理では、制御装置１０は、ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）回目の燃焼サイクルまでのＣＡ５０の平均値であるｎサイクル平均値μ_ｎを計算する。誤差計算処理では、基準正規母集団の平均値μ_ｏに対するｎサイクル平均値μ_ｎの誤差であるｎサイクル誤差を計算する。そして、閾値設定処理では、データ数がｎ個である場合の基準正規母集団の標準誤差に基づいて、ｎサイクル誤差に対する正の閾値であるＺ_α/２＊σ_ｏ／ｎ^１/２と負の閾値である−Ｚ_α/２＊σ_ｏ／ｎ^１/２とをそれぞれ設定する。これらの閾値は操作量の変更を判定するための閾値であって、請求項に規定されている変更判定閾値に相当する。

以上の処理の後、制御装置１０は、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでのｎサイクル誤差の系列と、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでの正の閾値の系列とを比較する。また、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでのｎサイクル誤差の系列と、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでの負の閾値の系列とを比較する。そして、これらの比較結果からＣＡＳＥ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）のどの例に当てはまるか判断し、点火時期とＥＧＲ弁開度のうち変更すべき操作量を選択する。

以上説明した制御装置１０の処理は、制御装置１０によるエンジン制御の一部として実行される。図９は、本実施の形態に係るエンジン制御の制御フローを示すフローチャートである。制御装置１０は、このフローチャートに示す演算処理を毎回の燃焼サイクルにおいて実行する。以下、本実施の形態に係るエンジン制御の制御フローをフローチャートに沿って説明する。なお、この制御フローでは、変更サイクルを構成する燃焼サイクルの回数ＮはＫ_ｔｈ回に設定されている。

まず、ステップＳ１０１では、制御装置１０は、仮説検定に必要なパラメータを演算する。具体的には、平均値計算処理及び誤差計算処理によってｎサイクル誤差を計算し、閾値設定処理によってｎサイクル誤差に対する正及び負の閾値を設定する。

ステップＳ１０２では、制御装置１０は、ステップＳ１０１で計算したｎサイクル誤差と正及び負の閾値との比較により、ｎサイクル誤差が棄却域ＣＲ内かどうか判定する。図３に示すように、棄却域ＣＲは、否棄却域ＮＣＲに対して正の側と負の側に存在する。正の側の棄却域ＣＲと負の側の棄却域ＣＲの何れかにｎサイクル誤差が入っている場合、制御フローはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、制御装置１０は、ｎサイクル誤差が入っている棄却域ＣＲの符号を記憶する。ｎサイクル誤差が棄却域ＣＲ外の場合、ステップＳ１０３の処理はスキップされる。

ステップＳ１０４では、燃焼サイクルの数を数えるカウンタ値ｋを１つ増やし、ステップＳ１０５では、変更サイクルを構成する燃焼サイクル回数Ｋ_ｔｈにカウンタ値ｋが達したかどうか判定する。カウンタ値ｋが燃焼サイクル回数Ｋ_ｔｈに達していない場合、残りのステップの処理は全てスキップされる。

カウンタ値ｋが燃焼サイクル回数Ｋ_ｔｈに達した場合、制御装置１０は、ステップＳ１０６の判定を行う。ステップＳ１０６では、制御装置１０は、記憶された棄却域の符号の有無を判定する。棄却域の符号が記憶されていない場合、１サイクル目からＫ_ｔｈサイクル目までの全てのｎサイクル誤差は否棄却域ＮＣＲに入っていることを意味する。これは図４に示すＣＡＳＥ（Ａ）又は図７に示すＣＡＳＥ（Ｅ）に該当する。

ステップＳ１０６の判定結果が否定の場合、制御フローはステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、制御装置１０は、１回目の燃焼サイクルからＫ_ｔｈ回目の燃焼サイクルまでのＣＡ５０の平均値μ_ｔｈに基づいてＣＡ５０の不偏分散Ｕ_Ｋｔｈ ^２を計算する。ただし、不偏分散Ｕ_Ｋｔｈ ^２に代えて分散σ_Ｋｔｈ ^２を計算してもよい。

次に、ステップＳ１１３では、制御装置１０は、ステップＳ１１２で計算した不偏分散Ｕ_Ｋｔｈ ^２と基準正規母集団の分散σ_ｏ ^２とを比較し、実際のＣＡ５０の不偏分散Ｕ_Ｋｔｈ ^２が基準正規母集団の分散σ_ｏ ^２よりも所定値ＣＡ５０ｔｈ以上小さいかどうか判定する。所定値ＣＡ５０ｔｈはゼロ以上の数値であって、任意に設定することができる。ステップＳ１１３の判定結果が否定の場合、図４に示すＣＡＳＥ（Ａ）に該当する。この場合、制御フローはステップＳ１１４をスキップしてステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１３の判定結果が肯定の場合、図７に示すＣＡＳＥ（Ｅ）に該当する。この場合、制御フローはステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、制御装置１０は、不偏分散Ｕ_Ｋｔｈ ^２が基準正規母集団の分散σ_ｏ ^２に近づくように、ＥＧＲ弁開度を開き側に変更する。詳しくは、制御装置１０のメモリには、エンジン２の運転条件及び要求にＥＧＲ弁開度を関連付けたマップが記憶されている。ステップＳ１１４では、このマップにて設定されているＥＧＲ弁開度の値を分散σ_ｏ ^２と不偏分散Ｕ_Ｋｔｈ ^２との差に応じて開き側に変更する。なお、ＥＧＲ弁開度は変更サイクル毎にステップ的変化で徐々に変更してもよいし、分散σ_ｏ ^２と不偏分散Ｕ_Ｋｔｈ ^２との差に応じた分だけ１回の変更サイクルで一度に変更してもよい。

ステップＳ１０６の判定結果が肯定の場合、制御装置１０は、ステップＳ１０７の判定を行う。ステップＳ１０７では、制御装置１０は、記憶された棄却域の符号に正の符号と負の符号の両方が含まれているかどうか判定する。正の符号と負の符号の両方が含まれているのであれば、図５に示すＣＡＳＥ（Ｂ）に該当する。この場合、制御フローはステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、制御装置１０は、ＥＧＲ弁開度を所定量閉弁する。

この制御フローによれば、ｎサイクル誤差が負の閾値及び正の閾値をそれぞれ一回でも超えていれば、ＥＧＲ弁開度は所定量閉弁される。しかし、１より大きい所定数以上の数の燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差が正の閾値を超え、且つ、１より大きい所定数以上の数の燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差が負の閾値を超えていることを条件として、ＥＧＲ弁開度を閉じ側に変更してもよい。また、この制御フローでは、ＥＧＲ弁開度を閉じ側に変更する場合の閉弁量を一定としているが、ｎサイクル誤差が閾値を超えた回数に応じて閉弁量を増加させてもよい。

記憶された棄却域の符号に正の符号と負の符号の何れか片方しか含まれていない場合、制御装置１０は、ステップＳ１０９の判定を行う。ステップＳ１０９では、制御装置１０は、記憶された棄却域の符号が正の符号のみかどうか判定する。記憶された棄却域の符号が正の符号のみであれば、図６に示すＣＡＳＥ（Ｃ）に該当する。この場合、制御フローはステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、制御装置１０は、点火時期を所定量進角する。

この制御フローによれば、ｎサイクル誤差が正の閾値を一回でも超えていれば、点火時期は所定量進角される。しかし、１より大きい所定数以上の数の燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差が正の閾値を超えていることを条件として、点火時期を進角してもよい。また、この制御フローでは、点火時期を進角する場合の進角量を一定としているが、ｎサイクル誤差が正の閾値を超えた回数に応じて進角量を増加させてもよい。

ステップＳ１０９の判定の結果が否定の場合、つまり、記憶された棄却域の符号が負の符号のみであれば、図６に示すＣＡＳＥ（Ｄ）に該当する。この場合、制御フローはステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、制御装置１０は、点火時期を所定量遅角する。

この制御フローによれば、ｎサイクル誤差が負の閾値を一回でも超えていれば、点火時期は所定量遅角される。しかし、１より大きい所定数以上の数の燃焼サイクルにおいてｎサイクル誤差が負の閾値を超えていることを条件として、点火時期を遅角してもよい。また、この制御フローでは、点火時期を遅角する場合の遅角量を一定としているが、ｎサイクル誤差が正の閾値を超えた回数に応じて遅角量を増加させてもよい。

ステップＳ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１１、Ｓ１１４の処理の後、制御フローはステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５では、制御装置１０は、カウンタ値ｋをゼロにリセットするとともに、棄却域の符号の記憶をクリアする。また、エンジン２の運転条件毎に設定された複数の基準正規母集団の中から、現在のエンジン２の運転条件に合致した基準正規母集団を選択し、基準正規母集団の平均値及び標準偏差を更新する。

その他実施の形態．
ＣＡ５０は、燃焼に関係する制御量の一例である。燃焼割合が５０パーセント以外の所定割合となるクランク角度を制御量として用いてもよい。

制御量計算処理の別の態様として、制御装置１０は、燃焼圧センサからの情報に基づいて、燃焼圧が最大となるクランク角度、すなわち、ＬＰＰを制御量として計算してもよい。ＬＰＰは燃焼に関係する制御量の１つである。ＬＰＰを制御量として用いる場合の操作量変更処理の１つの例では、制御装置１０は、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が正の変更判定閾値を超えておらず、且つ、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が負の変更判定閾値を超えていない場合、ＥＧＲ弁開度を開き側に変更する。より詳しくは、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでのＬＰＰの不偏分散が基準正規母集団の分散よりも所定値以上小さい場合、ＥＧＲ弁開度を開き側に変更する。

制御量計算処理のさらに別の態様として、制御装置１０は、ノックセンサからの情報に基づいて、ノックが開始するクランク角度、又はノックが最大となるクランク角度を制御量として計算してもよい。ノック開始クランク角度及びノック最大クランク角度は燃焼に関係する制御量の１つである。ノック開始クランク角度又はノック最大クランク角度を制御量として用いる場合の操作量変更処理の１つの例では、制御装置１０は、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が正の変更判定閾値を超えておらず、且つ、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が負の変更判定閾値を超えていない場合、ＥＧＲ弁開度を開き側に変更する。より詳しくは、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでのノック開始クランク角度又はノック最大クランク角度の不偏分散が基準正規母集団の分散よりも所定値以上小さい場合、ＥＧＲ弁開度を開き側に変更する。

制御量計算処理のさらに別の態様として、制御装置１０は、ノックセンサからの情報に基づいて、ノック強度又はその対数値を制御量として計算してもよい。ノック強度はノックの最大振幅であって、ノック強度及びその対数値は燃焼に関係する制御量の１つである。ノック強度又はその対数値を制御量として用いる場合の操作量変更処理では、制御装置１０は、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が正の変更判定閾値を超えておらず、且つ、どの燃焼サイクルにおいてもｎサイクル誤差が負の変更判定閾値を超えていない場合、エンジン２の冷却水温度を高温側に変更する（例えば８０℃から９０℃へ変更する）。より詳しくは、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでのノック強度又はその対数値の不偏分散が基準正規母集団の分散よりも所定値以上小さい場合、エンジン２の冷却水温度を高温側に変更する。この処理は、ノックを回避するために冷却水温度が低温化されている場合に有効である。

本発明は、圧縮自着火式エンジンの制御装置にも適用可能である。この場合、制御量としてＣＡ５０やＬＰＰ等を用いることができる。また、操作量として燃料噴射時期やＥＧＲ弁開度等を用いることができる。

２ 内燃機関
４ センサ
１０ 制御装置

Claims (4)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも１つのプロセッサと、
   少なくとも１つのプログラムを含む少なくとも１つのメモリと、を備え、
   前記少なくとも１つのメモリと前記少なくとも１つのプログラムとは、前記少なくとも１つのプロセッサとともに、
   前記内燃機関の状態を検出するセンサからの情報に基づいて、燃焼サイクル毎に前記内燃機関の燃焼に関係する制御量を計算する制御量計算処理と、
   Ｎ（２≦Ｎ）回の燃焼サイクルを１回の変更サイクルとして、前記制御量に作用する操作量を前記変更サイクル毎に変更する操作量変更処理と、を前記制御装置に実行させ、
   前記制御装置は、前記操作量変更処理では、
   前記内燃機関の現在の運転条件のもとでの前記制御量の基準正規母集団を、前記内燃機関の運転条件毎に設定された複数の基準正規母集団の中から選択し、
   前記変更サイクルを構成する１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでの各燃焼サイクルにおいて、
   ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）回目の燃焼サイクルまでの制御量の平均値であるｎサイクル平均値を計算する平均値計算処理と、
   前記基準正規母集団の平均値に対する前記ｎサイクル平均値の誤差であるｎサイクル誤差を計算する誤差計算処理と、
   データ数がｎ個である場合の前記基準正規母集団の標準誤差に基づいて、前記ｎサイクル誤差に対する正の変更判定閾値と負の変更判定閾値とをそれぞれ設定する閾値設定処理と、を実行し、
   どの燃焼サイクルにおいても前記ｎサイクル誤差が前記正の変更判定閾値を超えておらず、且つ、どの燃焼サイクルにおいても前記ｎサイクル誤差が前記負の変更判定閾値を超えていない場合、前記ｎサイクル誤差が前記正の変更判定閾値又は前記負の変更判定閾値に近づくように、前記操作量を変更する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御装置は、前記操作量変更処理では、前記ｎサイクル誤差が前記正の変更判定閾値又は前記負の変更判定閾値に近づくように、前記操作量をステップ的変化で徐々に変更する
   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。
3. 前記制御装置は、前記操作量変更処理では、
   どの燃焼サイクルにおいても前記ｎサイクル誤差が前記正の変更判定閾値を超えておらず、且つ、どの燃焼サイクルにおいても前記ｎサイクル誤差が前記負の変更判定閾値を超えていない場合、１回目の燃焼サイクルからＮ回目の燃焼サイクルまでの制御量の不偏分散を計算し、
   前記基準正規母集団の分散よりも前記不偏分散が所定値以上小さい場合、前記ｎサイクル誤差が前記正の変更判定閾値又は前記負の変更判定閾値に近づくように、前記操作量を変更する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御装置は、
   前記制御量計算処理では、燃焼圧センサからの情報に基づいて燃焼割合が所定割合となるクランク角度を前記制御量として計算し、
   前記操作量変更処理では、前記基準正規母集団の分散よりも前記不偏分散が所定値以上小さい場合、前記内燃機関のＥＧＲ弁開度を開き側に変更する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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