(57)【要約】  エンジンシリンダー内のエンジンガス組成物を同定する方法及び装置は，シリンダー圧力センサーからシリンダー圧力の測度を取得する工程と，前記測度からポリトロープ指数を算出する工程と，そこからエンジンガス組成物量の測度を取得する工程とを含む。【選択図】  図２
2009524770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダー圧力センサーからシリンダー圧力の測度（ｍｅａｓｕｒｅ）を得る工程と，
前記測度からポリトロープ指数を導き出す工程と，それからエンジンガス成分量の測度を得る工程と，
を含む，
エンジンシリンダー中のエンジンガス組成物を同定する方法。
【請求項２】
熱損失の測度を得る工程と，
前記熱損失と前記ポリトロープ指数から前記エンジンガス成分量の測度を得る工程と，
をさらに含む，請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱損失の測度は，
エンジン吸気温度を含む，
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エンジンガス成分量の測度は，
成分濃度を含む，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記濃度は，
質量比または体積比のうち１つを含む，
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エンジンガス成分量の測度は，
ルックアップテーブルから得られる，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項７】
エンジンが，多シリンダーを有し，
前記エンジンガス成分量の測度は，
それぞれのシリンダーについて得られる，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリトロープ指数は，
ＰSens及びＶCylサンプル領域にわたって，次式から求められる，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【数１】
2009524770.tif 000045
【請求項９】
前記ポリトロープ指数は，
１回の反複工程により直接推定される，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ポリトロープ指数は，
最小化技術を用いて繰り返し推定される，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１１】
複数のシリンダー圧力センサー値（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｏｒ  ｖａｌｕｅｓ）は，
エンジンサイクルごとに得られ，
前記エンジンガス成分量の測度は，
前記複数の値から線形回帰によって得られる，
請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
シリンダー圧力センサー値は，
１回のエンジンサイクルの間に得られる，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１３】
前記シリンダー圧力センサー値は，
複数回のサイクルの間に得られる，
請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記シリンダー圧力センサー値は，
オフセットを適用する前は修正されない，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１５】
前記エンジンガス成分は，
Ｏ２，空気，及び／又は再循環排ガスのうち１つを含む，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１６】
前記測定量の測度を変化させるために，前記測定されたエンジンガス成分測定量に基づいてエンジン吸気ガスを制御する工程をさらに含む，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１７】
前記エンジン吸気ガスは，
再循環排ガスの取り込みを制御することによって管理される，
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ＥＧＲバルブ，スロットル，可変容量ターボチェンジャー，可変容量コンプレッサー，または他の同様の手段を介して，バルク充填量を制御することによってエンジン吸気ガスを制御する工程を含む，
請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
吸気及び／もしくは排気ポート値，又はスロットル，又は他の同様の手段によって，個々のシリンダー充填物を制御することによってエンジン吸気ガスを制御する工程を含む，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項２０】
前記エンジンガス成分は，
Ｏ２を含み，
多シリンダーエンジンにおいて，前記測度は，
算出バルクＯ２吸気値に対する各シリンダーの前記測度合計との比較から修正される，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項２１】
前記Ｏ２量の測度は，
個々のシリンダーＯ２質量の測度と比較することによってさらに修正される，
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記個々のシリンダーＯ２質量の測度は，
シリンダー圧力測度から算出される，
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記シリンダー圧力の測度は，
前記検知圧力及びオフセット圧力の関数として得られる，請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記オフセット圧力は，
前記ポリトロープ指数の関数として得られる，
請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ポリトロープ指数値に対する前記エンジンガス成分量の測度は，
キャリブレーション段階で得られる，
前記いずれかの請求項に記載の方法。
【請求項２６】
シリンダー圧力センサーから前記シリンダー圧力の測度を得る工程と，
多シリンダー圧力センサー値を算出し，及び線形回帰を適用する次式からポリトロープ指数を算出する前記いずれかの請求項に記載の方法からポリトロープ指数を得る工程を含む，エンジンシリンダー中のガスのポリトロープ指数を得る方法。
【数２】
2009524770.tif 000046
【請求項２７】
シリンダー圧力センサーからシリンダー圧力の測度を得る工程と，
請求項２５に記載の方法に従って前記ポリトロープ指数を算出する工程と，
前記ポリトロープ指数の関数としてオフセット圧力値を算出する工程と，
を含む，エンジンシリンダー中のシリンダー圧力センサーオフセット値を得る方法。
【請求項２８】
キャリブレーション段階に，
ピストン上死点を同定する工程と，
検知圧力から最大圧力を推定する工程と，
上死点（ＴＤＣ）と最大圧力間のオフセット値を同定する工程と，
前記オフセット値をエンジン条件の関数として保存する工程と，
を含む，シリンダー圧力センサーで検知された圧力の関数としてエンジンシリンダー中のピストン上死点（ＴＤＣ）を同定する方法。
【請求項２９】
前記補正値は，
シリンダーごとのエンジン条件または全体的なエンジン条件のうち１つの関数として保存される，
請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記エンジン条件は，
ポリトロープ指数または熱損失の測度のうち１つを含む，
請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３１】
最大検知圧力で真のＴＤＣと角度の間の補正角度を得る工程と，
前記補正を前記圧力が検出される角度に適用する工程と，
を含むエンジンシリンダー中のピストン上死点を補正する方法。
【請求項３２】
シリンダー圧力の測度を取得できるように配置されたシリンダー圧力センサーと，
前記測度からポリトロープ指数を算出し，そこからエンジンガス成分量の測度を得ることができるように配置されたプロセッサと，
を含むエンジンシリンダー中のエンジンガス組成物を同定する装置。
【請求項３３】
請求項３１に記載のエンジンガス組成物を同定する装置と，
前記プロセッサの制御下で作動可能であり，前記吸気ガスの組成物を変化させるための，少なくとも１つのアクチュエータと，
を含むエンジンガス組成物を制御する装置。
【請求項３４】
前記アクチュエータは，
バルクエンジン吸気ガスを制御できるように配置される，
請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記アクチュエータは，
ＥＧＲバルブ，スロットル，可変容量ターボチャージャー，可変容量コンプレッサー，またはその他の同様のアクチュエータのうち１つを含む，
請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記アクチュエータは，シリンダー吸気を制御するために配置される，
請求項３２に記載の装置。
【請求項３７】
前記アクチュエータは，
吸気ポート及び／もしくは排気ポートバルブまたはスロットルまたはその他の同様のアクチュエータのうち１つを含む，
請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
請求項１〜３０のいずれかの請求項に記載の方法を実行するように実装されたエンジン制御装置。
【請求項３９】
請求項１〜３０のいずれかの請求項に記載の前記方法を実装するように設定された一連の指示を含む，
コンピュータ読み取り可能な情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，エンジンガス組成物の同定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低燃費への要望，及び厳しい排出ガス削減のため，後処理システムの開発が望まれる。しかしながら，ディーゼルエンジンに必要なそのようなシステムは費用がかかる。そのため導入が遅れており，エンジン外排出（ｅｎｇｉｎｅ−ｏｕｔ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を削減する新しい方法が注目をあびている。エンジンのシリンダー（気管）内部での燃焼持続期間は，シリンダーの充填量（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｎｔｅｎｔ）と強い相関があることが確立されている。従来と異なる燃焼モードを実現するために，温度及び燃焼率を制御するためのＥＧＲ（排気再循環）が通常採用されている。
【０００３】
一般的に，不活性ガス量（ＥＧＲ）が高くなると，燃焼率がより遅く，より制御されたものとなり，そのためにＮＯｘ排出が少なくなり，エンジンがより冷却される。しかしながら，個々のエンジンシリンダー間のＥＧＲ，空気，Ｏ2の分布は，もっと重要になる。ディーゼルエンジンを例にあげると，全てのシリンダーはスモーク排出量を制御するために通常等量の燃料を入れる（逆に回転力を減少させる）。しかし，総合的なエンジンの性能は，過渡条件又は定常状態条件におけるスピーシーズのひとつが最も少ないか又は最も多く含む“元凶となる（ｃｕｌｐｒｉｔ）”シリンダーにより，しばしば制限されてしまう。
【０００４】
たとえば，ＥＣＵ（エンジン制御装置）など，燃料をシリンダーごとに制御する技術やバルブの作動技術の進歩により，それぞれのシリンダー内部のガスの組成物を推定することは，よりいっそう現実的に必要になってきている。
【０００５】
ある公知のアプローチは，シリンダー圧力信号からの熱放出率を求める。そして，経験に基づいたルックアップテーブルからＡＦＲ（空気／燃料率）及びＥＧＲを推定するためのこの熱放出率を用いる。しかしながら，これは，充填量が少量のとき又はやや複雑な多噴射燃料注入システムを用いるときに，誤差を生じやすい。
【０００６】
他の公知のアプローチは，個々のシリンダー圧力センサーデータに基づくものである。しかし，エンジンを制御する目的のために，ＥＣＵに渡す十分に正確なデータを得ることに問題がある。ＵＳ６４８６９４では，検出マニホルド圧力にしたがって，シリンダー圧力センサードリフトを補正する。これはテスト段階での周知技術である。しかし，量産車のエンジンなど，シリンダーとシリンダーの相互作用やシグナルノイズが存在する現実のエンジンにはそれほど理想的ではない。これはセンサーの質があまり良くないため，又は過渡制御を必要とするためである。国際公開０２／０９５１９１号パンフレットでは，３つの圧力センサーサンプルに基づいてポリトロープ指数を推定しており，不正確およびノイズの問題がある。シリンダーの充填量を推定する目的で，特開２００１−１５２９３号公報には，シリンダー内部の全ガス組成物を推定するためにシリンダー圧力を用いることが記載されている。しかしながら，個々のスピーシーズを考慮していない。空気またはＯ２含量は，ディーゼルエンジンにおいてスモーク排出を制御するために重要である。ＵＳ５６１１３１１は，ＴＤＣ（上死点）の推定及び補正を開示しており，シリンダー圧力は，システム中の熱損失を考慮することなく，オーバーラン（無燃料）中の最大値において検討されており，これにより検討が不正確となる。これは瞬間圧力および体積の両方を含む計算によるシリンダー圧力フィードバック制御に特に問題となる。
【特許文献１】米国特許公報６４８６９４号
【特許文献２】国際公開０２／０９５１９１号パンフレット
【特許文献３】特開２００１−１５２９３号公報
【特許文献４】米国特許公報５６１１３１１号
【０００７】
本発明は，請求項中に規定されるとおりである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図を参照して，本発明の実施例を説明する。
【図１】図１Ａは，ポリトロープ指数および吸気マニホルド温度に対してＯ2充填濃度をプロットした，定常状態のテストベッド結果を示すプロットである。  図１Ｂは，検証目的で対応するテストベッド結果に対して，図１Ａのキャリブレーションマップから求められた，推定Ｏ2濃度のプロットを示す。
【図２】図２は，存在する全スピーシーズ（ａｌｌ  ｓｐｅｃｉｅｓ）の濃度関数を取得するためにテストベッドを実装する装置の概略図を示す。
【図３】図３は，吸気温度（Ｔint）及びポリトロープ指数（Ｎpoly）の関数としてスピーシーズ濃度（Ｚspecies）を示す２Ｄルックアップテーブルである；
【図４】図４は，ディーゼルエンジン装置の概略図を示す；
【図５】図５は，閉ループフィードバック制御を利用するエンジンの実システムフローチャートを概略的に示す。
【０００９】
本発明は，密閉系におけるガスのポロトロープ指数（Ｎpoly）は，その熱損失及び構成要素であるスピーシーズの濃度に密接に関連するという知見に基づくものである。十分にウォームアップしたエンジンにおいて，この熱損失は吸気マニホルド温度と密接に関連する。このことは定常状態のテストベッド結果である図１Ａ及び１Ｂにより裏付けられる。図１Ａは圧縮行程の間に推定された吸気マニホルド温度及びポリトロープ指数に対してプロットされた充填Ｏ２濃度を示す。その３Ｄ局面によって示されるモデルには，それらの点をフィットさせたものが図１Bに示されており，テストベットの結果とよく一致する。このモデルの正確性は，それらの点が４５度線に近接していることにより示されている。熱損失は吸気温度Ｔintの形で可能検知値（ｓｅｎｓａｂｌｅ  ｖａｌｕｅ）関数として導き出され，Ｎpolyは個々のシリンダー圧力の検知値関数として導き出されるので，構成要素であるスピーシーズ濃度を，このようにシリンダーごとに導き出すことができ，その後適切な補正が適用されえる。以下に，より詳細を論じたとおり，導き出される値は，従来のアプローチの正確性を改善し，リアルタイム操作を可能にするのに最大限利用される。
【００１０】
キャリブレーション段階では，そのため，各スピーシーズ濃度に対してテストベッド結果が取得され，テストベッド結果はポリトロープ指数及び吸気マニホルド温度に対してプロットされる。図２は，４シリンダー４行程（ストローク）エンジンに存在する全スピーシーズの濃度関数を求めるためのテストベッドの概略図を示す。エンジンブロック２００は，ピストン２０４，吸気バルブ２０６及び排気バルブ２０８をそれぞれ有するシリンダー２０２を４つ含む。通常操作においては，空気２１０はシステムに入り，そして制御装置２１６によって操作されるバルブ２１２によって空気が再循環排ガス２１４と混合される。吸気マニホルド空気温度は，吸気段階の間に，それが４つのシリンダーのうちの１つに入る時に，センサー２１８によって測定される。シリンダー内圧力は，エンジン操作の圧縮行程の間に，センサー２２０によって測定され，吸気温度センサーからのデータと一緒に，ＥＣＵ２２２に送り返され，そしてデータロガー（ｄａｔａ  ｌｏｇｇｅｒ）２２４に保存される。
【００１１】
ガススピーシーズ濃度は吸気ポート２２５で吸気混合気の一部を取り出すことによってサンプリングされる。これらも排気ポート２２６に設置されたＥＧＯ（排気ガス酸素）センサーからの過剰空気率（ラムダ）の測定結果と比較される。どちらのデータも，テストベッドデータ取得システム２２７によって記録されてもよい。ポリトロープ指数Ｎpolyは，圧力シグナルから直接算出される。そして，吸気マニホルド温度と一緒に，実システム（ｒｅａｌ−ｗｏｒｌｄ  ｓｙｓｔｅｍ）のＥＣＵ内部に保存された図３中に示した２−Ｄルックアップテーブルに組み入れることができる。ここで，ＮpolyおよびＴintをそれぞれ導入すると，次式となる。
【数３】
2009524770.tif 000003
【００１２】
濃度ＺO2，ＺEGRなどはすべてキャリブレーション段階で求められ，それぞれのルックアップテーブルに保存される。これらの濃度は，適切なパラメータに基づくものであり，パラメータとしてたとえば体積や質量などがあげられるが，これらに限定されない。エンジンが実際の条件下で稼働しているとき，Ｚｘを求めることが望まれ，２段階で算出が行われる。点火前の圧縮行程の間のシリンダー中の空気，燃料および不活性ガスの一定質量に，エネルギー平衡を適用することによって，圧力シグナル補正値及びポリトロープ指数を求めることができるようになる。第１段階では，Ｎpolyを推定し，Ｔintをサンプリングする。式（１）で表わされるキャリブレーション段階で導き出された２Ｄルックアップテーブルからスピーシーズ濃度Ｚｘを概算するために，好ましくはあるシリンダーのみに注目する。第２段階では，リアルタイム圧力測定結果（検知圧力及び算出補正値）によって，各シリンダー中に存在する特定のスピーシーズの質量を導き出すために使用されるＺｘを，さらに補正することができる。次に，この情報を各種の制御に利用するためにＥＣＵにフィードバックする。この制御対象として例えば点火，ＥＧＲフィードバック又は個々のシリンダーへの燃料注入があげられるが，これらに限定されない。
【００１３】
図４に示したディーゼルエンジンにおいて，外気４００は空気フィルター４０２，（好ましくは可変形状の）ターボチャージャーのタービン部４０６と接続されたコンプレッサー部４０４，インタークーラー４１０，スロットル４１１，及び吸気マニホルド４１２を通って運ばれる。ＥＧＲフィードバック経路４１４によって，吸気バルブ４１８が開口しているとき，エンジン操作の吸気段階の間中，４つのシリンダー４１６それぞれに導入するための吸気マニホルド内部で，空気と再循環排ガスのバルク充填混合が可能になる。圧力センサー４２０及び温度センサー４２２を吸気マニホルド内に設置し，リアルタイムサンプルをＥＣＵ（示さず）に提供することができるタイプのシリンダー内圧力センサー４２４を各シリンダー内に設置する。各シリンダーの排気バルブ４２６はＥＧＲフィードバック経路４１４に通じている排気装置４０８の中へ開き，再循環しない排ガスを（好ましくは可変形状である）ターボチャージャーのタービン部４０６を通って好ましく排出することができる
【００１４】
シリンダーごとの充填量を監視するために十分なデータをサンプリングするために，吸気マニホルドセンサー４２０（圧力）及び４２２（温度）及びシリンダー内圧力センサー４２４を配置する。このために，ＥＣＵがＴintを求め，Ｎpolyを推定し，Ｚｘを求め，さらにＺｘを精緻化する手段を提供する。その結果，吸気マニホルド４１２内部のＥＧＲバルク充填率を変更するためにＥＧＲバルブ４２８を，個々のシリンダー充填量を変更するために吸気バルブ４１８及び排気バルブ４２８を，性能，排気及び低燃費間で最適な妥協点に達するように燃料噴出器４３０を制御する手段がＥＣＵによって提供されることになる。
【００１５】
シリンダーごとの充填量を常に監視するために，上記に示したように取得データをリアルタイムで操作する。この工程のステージ１は１つのシリンダーに対してポリプロトープ指数を推定する工程を含む。ポリトロープ気体の法則ＰＶＮ＝一定をシリンダー充填に適用すると，次式で表わされる。
【数４】
2009524770.tif 000004
【００１６】
一度Ｐoffsetが明らかになれば，圧縮行程にわたって，全サンプル，好ましくは３以上を利用する線形回避（Ｌｉｎｅａｒ−Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）によって対数的にポロトロープ指数を推定してもよい。しかしながら，吸気マニホルド圧力センサーを利用するＰoffsetの直接の測定値は，ＩＶＣ（吸気バルブ閉弁）付近の圧力変動及びセンサーノイズのために明白ではなく，しばしばポリトロープ指数に誤差が生じる。そのため代わりのアプローチを以下に記載する。
【００１７】
本発明は，本明細書においてＮpoly及びＰoffsetを明確に導く方法を開示する。
【００１８】
第一にＮpolyのことを考えると，Ｎpolyは各シリンダーについて，ＩＶＣの後，約２０°まででＴＤＣの前に得られた圧力サンプルと関連した一次式から求めることができる。システム遅延（たとえば熱力学的損失，プロセッサ遅延，センサーの位相遅延，及びアナログ／デジタルフィルタがあげられるが，これらに限定されない）を考慮した各シリンダーの正確なＴＤＣポイントは，好ましくは製造時にテストベッドに基づいてキャリブレーションされ，熱力学的損失角として保存され，エンジン条件に対してマッピングされる。これにより，これがなければ引き起こされるであろう，制御システムのタイミングとエンジンサイクル／ピストン位置との間の不正確さをもたらす，環境系への非断熱的な熱損失や，シリンダー内でピストンのＴＤＣとピーク圧力とが一致しないことによるシステム遅延によっても正確さを維持できることとなる。
【００１９】
エネルギー平衡を連続時間領域中の捕獲された物質の質量（ｔｒａｐｐｅｄ  ｍａｓｓ）（シリンダー内）に適用すると次式で表わすことができる。
【数５】
2009524770.tif 000005
【００２０】
温度Ｔの時，一定質量ｍのガスに対して，内部エネルギーの変化率は次式で表わされる。
【数６】
2009524770.tif 000006
ここでｃｖは，体積一定の時のガスの比熱容量である。理想気体の法則ＰＶ＝ｍＲＴを適用すると，次式で表わすことができる。
【００２１】
【数７】
2009524770.tif 000007
ここでＰ及びＶは，密閉されたガスの圧力及び体積であり，Ｒは気体定数である。ｃｖ／Ｒ＝１／（γ−１）であり，ここで，γは比熱率であって，これが一定であると仮定すると，式（５）は次式のように書き換えられる。
【００２２】
【数８】
2009524770.tif 000008
その環境においてガスによってなされた仕事率は次式で表わされる。
【００２３】
【数９】
2009524770.tif 000009
式（６）及び式（７）を式（３）に代入すると次式となる。
【００２４】
【数１０】
2009524770.tif 000010
【００２５】
これを時間に対して積分すると以下のとおりとなる。
【００２６】
【数１１】
2009524770.tif 000011
ここで下付数字“０”は，初期条件を示す。
【００２７】
熱変換率は，ポリトロープ指数Ｎpolyで示されるポリトロープガスとの関係によって支配されると仮定すると，式（９）を次式のように近似することができる。
【数１２】
2009524770.tif 000012
ここで，最左項は，式（９）の右辺の閉積分によって表される熱移動を含む。
【００２８】
圧力検出時の固有誤差を考慮すると，検知圧力Ｐsensは補正値Ｐoffsetによって修正された実圧力Ｐと等しい。
【数１３】
2009524770.tif 000013
そして，エンジンの圧縮行程中の補正値が一定であると仮定すると，式（１０）は次のように修正される。
【００２９】
【数１４】
2009524770.tif 000014
これを整理しなおすと次式になる。
【００３０】
【数１５】
2009524770.tif 000015
または，
【００３１】
【数１６】
2009524770.tif 000016
【００３２】
（１４）を離散的なクランク同期領域に変換し，そして台形積分を適用することで，各サンプルｉについて，次式のように近似することができる。
【００３３】
【数１７】
2009524770.tif 000017
ここで，
【数１８】
2009524770.tif 000018
【００３４】
Ｖiはクランク（またはピストン）位置及びシリンダーの既知体積Ｖ０から直接導き出せるので，Ｖiはどのポイントでもわかる。そして，（１５）中のＫ1及びＫ2は，次式を利用して線形回帰を解いて（すなわち，複数の値であるＸi，Ｙi，およびＷiに対する最適の解答を求めて），数値が得られるということは明らかである。
【数１９】
2009524770.tif 000019
ここで，Ｘi，Ｙi及びＷiは，各サンプルｉ＝１，２，．．．，Ｎについて算出される。式（１４）を整理しなおして，Ｋ1及びＫ2を次式で表してもよい。
【００３５】
【数２０】
2009524770.tif 000020
その結果，実測値Ｔint及び導き出したＮpolyから，シリンダーに対してのＺｘの換算値は，図３のルックアップテーブルから得ることができる。加えて，下記に述べるように最適化に使用されるＰoffsetは，次式から得ることができる。
【００３６】
【数２１】
2009524770.tif 000021
【００３７】
注目すべきは，線形回帰は“最良適合”を求めるあるひとつの方法のみを提案するものに過ぎないということである。非線形回帰である最尤法及びベイズ統計など多くの別の方法が存在する。反復アプローチとしては，例えば次式で示されるような各反復ｊでペナルティ関数Ｅｊを構成することがあげられる。
【００３８】
【数２２】
2009524770.tif 000022
ここで，Ｋ1,j及びＫ2,jは，最終的に次式のように，Ｅが最小となるように各反復で算出される値である。
【００３９】
【数２３】
2009524770.tif 000023
【００４０】
有限反復数後に高収束が起こる。高収束は最急降下法及びシンプレックス法などの周知の最小化アルゴリズムを用いて達成されうる。あらゆるケースにおいて，各エンジンサイクル内部で反復を複数回行うことによるコンピュータ  オーバーヘッド（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  ｏｖｅｒｈｅａｄ）は，例えば，１サイクル中の３反復後，Ｋ1及びＫ2の計算値が次に持ち越されうるように，複数回のサイクルの間に反復回数を増やすことによって軽減されうる。そのため，収束は複数回のエンジンサイクル後に起こる。サイクル毎の最大反復数は，特に過渡中に，確実に全体の収束が起こるように選定される。
【００４１】
工程のステージ２は，Ｚｘの推定値を得る工程を含む。使用中の圧力センサーの規格に応じて，２つの方法のうち１つを採用し，ステージ２を実行してもよい。説明として，以下の例は，追加情報が吸気マニホルド（２６）中の酸素質量という形で利用できるという事実を使用するＺO2に関する。質量が各シリンダー中で同じであると仮定すると，方法ＡによってシリンダーＯ2濃度の分布が推定される。そして，方法ＢによってＯ2濃度の分布の改善推定値が得られ，加えて，それぞれの質量が推定される。シリンダー間で導入混合気（ｉｎｄｕｃｔｅｄ  ｍｉｘｔｕｒｅ）の吸気温度の差異は，絶対温度と比較して小さいと仮定される。
【００４２】
方法Ａ：シリンダーＯ2濃度分布の改善推定値
シリンダーＯ2濃度の第１推定値は上記したように式（１）から求められる。
【００４３】
【数２４】
2009524770.tif 000024
吸気マニホルド温度は，全シリンダーで同じであると仮定される。
【００４４】
得られたこの第１推定値は，図３のルックアップテーブルをキャリブレーションしたテストベッドモデルからの経験値である。個々のシリンダーの濃度は，吸気マニホルド中のＯ2濃度の知見から質量平衡に対して補正される。共通の比例補正因子αを適用すると，次のように定義される。
【００４５】
【数２５】
2009524770.tif 000025
ここで，ＺO2Indiはシリンダーｉの補正酸素濃度である。
【００４６】
質量平衡関係は次式のようになる。
【００４７】
【数２６】
2009524770.tif 000026
ここで，ＭO2Intはサイクルごとの酸素吸気マニホルド質量であり，ＭO2Indiは４シリンダーエンジンのうちのシリンダーｉに導入された酸素質量である。
【００４８】
【数２７】
2009524770.tif 000027
式（２０）を適用し，整理しなおすと次式となる。
【００４９】
【数２８】
2009524770.tif 000028
この式は，シリンダーｉに対しては次式のようになる。
【００５０】
【数２９】
2009524770.tif 000029
【００５１】
【数３０】
2009524770.tif 000030
【００５２】
バルクＯ2濃度ＺO2Intは，希薄混合気に適用される次式で表わされる既知の定常状態式によって近似される。
【００５３】
【数３１】
2009524770.tif 000031
現在のＥＣＵの一部では平均値モデルなどのような既知のオブザーバーモデルを，ＺEGRを求めるために適用することができる。過剰空気率λはＥＧＯセンサーから求めることができる。
【００５４】
式（１５−１８）において，ポリトロープ指数ＮPolyは，センサー増幅率または補正値を考慮している絶対圧力測定値（ｒｅａｄｉｎｇ）を必要とせず，検知圧力測定値ＰSensから求められた。スピーシーズ濃度式（２５）は，圧力センサーが真の測定値を反映するかぎり，オフセットに関係なく当てはまる。加えて，シリンダー圧力は圧縮行程にわたってクランク角と一緒で単調であるので，シリンダー圧力はヒステリシスに影響されない。
【００５５】
方法Ｂ：Ｏ2濃度及び質量分布の改善された推定方法
本発明は，方法Ａから求められるＯ2濃度により正確な修正を加えても良い。すなわち（２５）に基づく仮定を用いることなく，シリンダー間の総充填質量の差異をさらに考慮する方法を，適用してもよい。
【００５６】
（２４）を用いると以下のとおりとなる。
【００５７】
【数３２】
2009524770.tif 000032
【００５８】
Ｏ2質量は次式によって表わされる。
【００５９】
【数３３】
2009524770.tif 000033
ここで，バルク推定値Ｍintは，現在のＥＣＵの既知のオブザーバーモデルから求められる。
【００６０】
個々のシリンダー質量は，次のようにシリンダー圧力センサーから直接求められる。
シリンダーｉの導入質量は次式で表すことができる。
【００６１】
【数３４】
2009524770.tif 000034
ここで，ＰintおよびＴintは全シリンダーで同じであると仮定され，気体特性によるＲの変化量は無視できると仮定される。
【００６２】
例えば「テイラー，Ｃ．，内部燃焼エンジンの理論と実際（Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ  ｉｎ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ），１巻，ＭＩＴ出版，１９８５」など，バルブオーバーラップ期間は無視できると仮定することによって，次式で示されるようにシリンダー圧力から体積効率を直接推定することができるということを示すことができる。
【００６３】
【数３５】
2009524770.tif 000035
【００６４】
式（２８）中のηVoliに式（２９）を代入すると，ＰintおよびＶCylDispが消去され，次式のように表すことができる。
【００６５】
【数３６】
2009524770.tif 000036
ここで
【００６６】
【数３７】
2009524770.tif 000037
シリンダー圧力は，次式のように補正される。
【００６７】
【数３８】
2009524770.tif 000038
ここで，ＰOffsetはステージ１から求められる。
【００６８】
あるいは，これを吸気マニホルド圧力Ｐintと関連付けることができる。即ち，
【００６９】
【数３９】
2009524770.tif 000039
ここで，ＰIVCLRはステージ１で適合した線形回帰から得たＩＶＣ圧力の第１推定値である。
【００７０】
式（３０）を式（２７）に適用すると，シリンダーＯ2質量は次式で表わされる。
【００７１】
【数４０】
2009524770.tif 000040
【００７２】
もし吸気温度センサーを全シリンダーの吸気ポート間の中間に設置するならば，ΔＴi（ｉ＝１，．．．，４）のどの差異もＴintと比較して小さいと仮定することができる。この重要な仮定によって，結果として，シリンダーiの導入Ｏ2質量ＭO2Indiに対して次式が得られる。
【００７３】
【数４１】
2009524770.tif 000041
ここでバルク推定値Ｍintは，現在のＥＣＵの一部に見られる既知のオブザーバーモデルから求められる。他のすべての変数は，ここで記述されるように，既知であるか，または測定可能であるかのどちらかである。
【００７４】
方法Ａと異なって，この方法は，絶対圧力が必要であり，ステージ１で検出されたような検知値および補正値から導き出されるので，シリンダー圧力の増幅率のキャリブレーションが必要である。
【００７５】
【数４２】
2009524770.tif 000042
【００７６】
さらに，当然のことながら，存在する他のスピーシーズの濃度は，上記ステージ２に記載されたＯ2の推定と同様の原理を用いて推定してもよい。
【００７７】
例えば式（１６），式（２９）及び式（３１）中など，瞬間シリンダー圧力及び体積を用いて計算を行うとき，クランクシャフトの各位置でかなり正確に圧力がわかるように，圧力及び体積に対してクランク角は，できるだけ厳密に一致させる方が好ましい。上記のように，正確さは，圧力トレース中にＴＤＣが生じるところを正確に知ることに依存している。実際に，ＥＣＵによって「予想される（ｓｅｅｎ）」ＴＤＣと，クランクセンサーオフセットによる正確な位置との間には小さいけれども顕著なオフセットがある。さらに，これは，各ピストンのクランクピンオフセットのために，しかもクランクシャフトのフレキシビリティーのために，各シリンダーにとって，わずかな差異である。ここで記載した制御システムに対して，センサーレスポンス時間などの一連の測定による遅延，未補正の圧力シグナルのフィルタリング中の位相のずれ，シグナル取得遅延のために，さらにオフセットが生じうることが明らかである。説明すべきさらなる効果は熱力学的損失角である。エンクローズド・ガス混合気とシリンダー壁との間に熱移動がないという理想的なケース（例えば，断熱圧縮）では，最大圧力値はＴＤＣで生じる。実際には，熱移動のために，この最大値は，熱力学的損失角とよばれる量に基づいて，いつもＴＤＣの前に生じる。この角度はエンジンスピード及び壁温度で変わり，後者はシリンダー間に顕著な差異を生じる結果となりうる。そのため，この影響に対応するために，ＴＤＣ位置へのさらなる補正が必要である。従って，全補正は次式で表わされる。
【００７８】
【数４３】
2009524770.tif 000043
【００７９】
もし，圧力サンプルｉにおいて，対応クランク角がθｉであるとすると，全角度について，ｉ＝１〜Ｎに対して，次式の補正を適用する必要がある。
【００８０】
【数４４】
2009524770.tif 000044
【００８１】
ここで，ΔθOffset,kはｋ番目のエンジンサイクル中で計算されたＴＤＣ補正値であり，βは確実にこれらの修正が段階的におこるようにするための１以下の同調定数である。
【００８２】
図５は，閉ループフィードバック制御を利用するエンジンの実システム制御ダイアグラムを示す。エンジンとして，たとえば図４に示したエンジンがあげられるが，これに限定されない。エンジン５００が使用可能であるとき，センサー５０２は，リアルタイムでデータを定期的に監視する。データとして，たとえば吸気マニホルド圧力及び温度，個々のシリンダー内圧力があげられるが，これらに限定されない。ＥＣＵ５０４はセンサーデータを受け取る。その方法のステージ１（５０６）は，ポリトロープ指数を推定する工程を含む。ステージ２（５１６）はルックアップテーブル５０８から，特定のガススピーシーズ濃度の第１推定値Ｚx*を得る工程を含む。ガススピーシーズとしては，例えば個々のシリンダー内部に存在する空気，Ｏ２またはＥＧＲがあげられるが，これらに限定されない。個々のシリンダーＯ2濃度についての経験に基づいた第１推定値（方程式１９）は，質量平衡（方程式２４及び２５）に対して修正されることが好ましい。このスピーシーズ濃度データは，必要に応じて補正され，望ましい効果を達成するために，コントローラー５１４を用いて燃料噴射装置５１０及び／又はＥＧＲバルブ５１２を制御するために使用されてもよい。望ましい効果としては，排出量の削減および／または燃費効率上昇があげられるが，これらに限定されない。もしシリンダー内圧力センサーが適切な規格であるならば，方法Ｂのステージ２（５１６）は，ステージ１の代わりに採用されるのが好ましく，ステージ１から求められる制御データの質をさらに高めるために，個々のシリンダー内部に存在するスピーシーズの質量を計算してもよい（方程式３０を用いた方程式３３）。
【００８３】
上記したように本発明は一連の解決法を共通のエンジン問題に提供することがわかる。本発明のステージ１及び２に記載した手順とともに，スピーシーズごと及びシリンダーごとの基準（ｂａｓｉｓ）に基づいて，状況によっては，線形回帰によって導き出された正確なＰOffset値を含み，エンジンパラメータをさらに制御することができるデータが，パラメータの測定値によって提供される。パラメータとしては，例えば各それぞれのシリンダー内に存在するスピーシーズの体積及び圧力があげられるが，これらに限定されない。いずれか１つのシリンダー内部でＥＧＲの比率などの変数は，常に，特にディーゼルエンジンの場合において排出量削減という利点をもたらす。燃料注入を改善することによって，燃費効率の上昇につながる最適ＡＦＲ又はＯ２／燃料率が可能になる。そして，ディーゼルエンジンの場合において，排出規制に適合させるための高価なアドオン洗浄システムを装着しなくてもよいことになる，排ガスの微粒子量の削減が可能になる。例えば可変バルブアクチュエーション（ＶＶＡ）によるＥＧＲ制御など，どの適切な方法でも制御は可能になる。
【００８４】
個々のシリンダーでのアプローチのさらなる利点は，１つの「元凶となる」シリンダーが，同じように他の全てのシリンダーの燃料注入，点火，ＥＧＲ，空気含量などのような変数の制御に影響することを避けることができることである。
【００８５】
当然のことながら，本明細書に記載したエンジンガス組成物を同定する２ステージの方法は，他のエンジン構造及びタイプに同様に適用されてもよい。他のエンジン構造及びタイプとして，たとえばロータリーなどのエンジンタイプの相違，ストローク回数の相違および採用されるシリンダー数の相違，ディーゼルまたはガソリンなどの燃料タイプの相違があげられるが，これらに限定されない。点火は，取得したデータの結果として，付加的に制御されてもよい。
【００８６】
さらに当然のことながら，シリンダー内圧力を直接検知することと同様に，スパークプラグウォッシャー，ガスケット排気センサー又は組み入れられたグロープラグの形で，圧力センサーをシリンダーの外部に設けることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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