(57)【要約】【課題】ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲバルブの開度を制御する場合に、このＥＧＲ制御に用いるＮＯｘ濃度を時々刻々算出するために、予め実験的に同定された幾つかの物理量(パラメータ)を用いてＮＯｘ濃度算出値を算出するＮＯｘ濃度モデルにおいて、モデル化の誤差を解消し、また、センサ群の経時変化にも対応できて、精度良いＮＯｘ濃度算出値を得て精度良いＥＧＲ制御を行うことができる内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ制御方法を提供する。【解決手段】複数の物理量Ｃｄを用いてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出するＮＯｘ濃度モデル５０の最適化に多変数システムに対する最適化法で確率近似アルゴリズムを用いる同時摂動確率近似（ＳＰＳＡ）アルゴリズムを用いる。【選択図】図２
2017218974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応して前記ＥＧＲバルブの開度を制御する制御装置を備えた内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、
前記制御装置が、複数の物理量を用いてＮＯｘ濃度算出値を算出するＮＯｘ濃度モデルを備えて構成されていると共に、前記ＮＯｘ濃度モデルの最適化に多変数システムに対する最適化法で確率近似アルゴリズムを用いる同時摂動確率近似アルゴリズムを用いるように構成されていることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項２】
前記ＮＯｘ濃度モデルが、複数の物理量として、シリンダ内酸素濃度、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、エンジン冷却水の水温、吸気マニホールド温度、エンジン回転数、及び、燃料噴射量を入力して、ＮＯｘ濃度算出値を出力とするように構成されている請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御システムを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応して前記ＥＧＲバルブの開度を制御する制御装置を備えた内燃機関のＥＧＲ制御方法において、
複数の物理量を用いてＮＯｘ濃度算出値を算出するＮＯｘ濃度モデルの最適化に多変数システムに対する最適化法で確率近似アルゴリズムを用いる同時摂動確率近似アルゴリズムを用いることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御方法。
【請求項５】
前記ＮＯｘ濃度モデルで、複数の物理量として、シリンダ内酸素濃度、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、エンジン冷却水の水温、吸気マニホールド温度、エンジン回転数、及び、燃料噴射量を入力して、ＮＯｘ濃度算出値を出力する請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応してＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関には、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を一定濃度以下に制御するために、ＥＧＲシステムが備えられる。図１に示すように、このＥＧＲシステム２０は、内燃機関１０の排気通路１３と吸気通路１２を接続するＥＧＲ通路１４と、このＥＧＲ通路１４に設けられるＥＧＲクーラー１５、ＥＧＲバルブ１６等により構成されるシステムである。このＥＧＲシステム２０により、排気通路１３を通過する排気ガスＧの一部（ＥＧＲガス）Ｇｅを、ＥＧＲ通路１４を経由して吸気通路１２に還流させて、新気Ａと共に気筒の燃焼室１１ａ内に供給することで、燃焼室１１ａ内での燃焼温度を低下させ、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの濃度を制御している。一般的に、燃焼室１１ａ内での燃焼温度が低下するにつれて、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの濃度が低減することが知られている。
【０００３】
また、これに関連して、内燃機関の負荷にかかわらず低圧ＥＧＲの流量を一定となるようにフィードフォワード制御するとともに、排気中の酸素濃度が一定となるように、高圧ＥＧＲの流量をその目標値にフィードバック制御する内燃機関の排気還流制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、本発明者らは、図６に示すようなＥＧＲ制御システム４０Ｘで、エンジン回転数及び燃料噴射量等のエンジン運転状態に基づいて算出される基準ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ０に、実際の排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度がなるように、気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御することを考えてきた。
【０００５】
すなわち、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する目標開度の制御量Ｃは、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを基に第４制御部４４のフィードフォワード制御で算出される基本制御量（プリ制御量）Ｃａに、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度の計算値Ｄｃとの差（誤差）ΔＤ（＝Ｄｔ−Ｄｃ）を基に第５制御部４５のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）で算出される補正制御量Ｃｂを加算してバルブ制御量Ｃが算出される（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）。
【０００６】
より詳細に説明すると、吸気流量センサ２１、吸気圧力センサ２２、吸気温度センサ２３などの吸気系センサ群Ｓｇ１からの検出値群と、排気ラムダセンサ２４からの検出値を基に、第１制御部４１Ｘで、図７に示すようなＮＯｘ濃度モデル５０Ｘで、シリンダ内酸素濃度Ｄ、燃料噴射時期ｔｆ、燃料噴射圧力Ｐｃｒ、吸気マニホールド温度Ｔｉ、エンジン冷却水の水温Ｔｃ、エンジン回転数Ｎｅ，燃料噴射量Ｑを入力して、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃが算出される。それと共に、ＮＯｘ濃度センサ２５で検出されるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄを基本として、このＮＯｘ濃度算出値Ｎｃによる算出値を補正する値を用いて制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、ＮＯｘ補正部４６で、ＮＯｘ濃度センサ２５の検出値であるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄが入力され、このＮＯｘ濃度検出値ＮｄとＮＯｘ濃度算出値ＮｃとからＮＯｘ補正係数（補正比率）Ｎｃｆ＝Ｎｄ／Ｎｃが算出される。
【０００７】
一方、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいてマップデータを参照する等して、基準ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ０が算出され、この基準ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ０に対して、第２制御部４２Ｘで、スモークリミットを考慮してＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ１が算出され、更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数Ｎｃｆを乗じて、ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ（＝Ｎｔ１×Ｎｃｆ＝Ｎｔ１×Ｎｄ／Ｎｃ）が算出される。また、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行わず、補正比率を１として、ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔが算出される（Ｎｔ＝Ｎｔ１×１＝Ｎｔ１）。
【０００８】
このＮＯｘ濃度目標値Ｎｔに対して、第３制御部４３で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔが算出され、第４制御部４４でフィードフォワード制御（プリ制御）の目標値である基本制御量（プリ制御量）Ｃａが算出される。それと共に、第５制御部４５で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと第１制御部４１Ｘで算出された気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとを入力して、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の目標値である補正制御量Ｃｂが算出される。加算部４７で、この基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂとが加算されてバルブ制御量Ｃが算出される。このバルブ制御量ＣでＥＧＲバルブ１６の開度が調整制御される。
【０００９】
上記の第１制御部４１Ｘでは、このＥＧＲ制御に用いるＮＯｘ濃度を算出するために、図７に示すようなＮＯｘ濃度モデル５０Ｘを備えている。このＮＯｘ濃度モデル５０Ｘでは、予め実験的に同定された幾つかの物理量(パラメータ)Ｃｄである、シリンダ内酸素濃度Ｄ、燃料噴射時期ｔｆ、燃料噴射圧力Ｐｃｒ、吸気マニホールド温度Ｔｉ、エンジン冷却水の水温Ｔｃ、エンジン回転数Ｎｅ，燃料噴射量Ｑを入力して、時々刻々のＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出している。
【００１０】
しかしながら、ＮＯｘ濃度モデル５０Ｘを作成する際の誤差や、この入力する物理量Ｃｄを検出するセンサの経時変化などによるセンサの検出値の誤差などにより、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃにおける誤差が拡大してしまうという問題がある。
【００１１】
この対策として、図６に示すＮＯｘ制御システム４０Ｘでは、ＮＯｘ濃度センサ２５を装着して、ＮＯｘ補正部４６で、第１制御部４１で算出されたＮＯｘ濃度算出値ＮｃとＮＯｘ濃度センサ２５で検出されたＮＯｘ濃度検出値Ｎｄとを比較して、制御に使用するＮＯｘ濃度算出値ＮｃをＮＯｘ補正係数（補正比率）Ｎｃｆ＝Ｎｄ／Ｎｃで補正して、ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔを算出しているが、ＮＯｘ濃度センサ２５の応答が遅いため、定常状態でしかＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を使用することができず、過渡期には、このＮＯｘ補正係数Ｎｃｆを使用できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１２−２３７２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲバルブの開度を制御する場合に、このＥＧＲ制御に用いるＮＯｘ濃度を時々刻々算出するために、予め実験的に同定された幾つかの物理量(パラメータ)を用いてＮＯｘ濃度算出値を算出するＮＯｘ濃度モデルにおいて、ＮＯｘ濃度モデルの各パラメータをオンライン学習で補正することで、モデル化の誤差を解消し、また、センサ群の経時変化にも対応できて、精度良いＮＯｘ濃度算出値を得て精度良いＥＧＲ制御を行うことができる内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システムは、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応して前記ＥＧＲバルブの開度を制御する制御装置を備えた内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、前記制御装置が、複数の物理量を用いてＮＯｘ濃度算出値を算出するＮＯｘ濃度モデルを備えて構成されていると共に、前記ＮＯｘ濃度モデルの最適化に多変数システムに対する最適化法で確率近似アルゴリズムを用いる同時摂動確率近似アルゴリズムを用いるように構成されている。
【００１５】
この構成によれば、ＳＰＳＡ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎＳｔｏｃｈａｓｔｉｃ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）と呼ばれる同時摂動確率近似(以下、ＳＰＳＡという)のアルゴリズムでは、未知のパラメータの数に依存せずに、損失関数を僅か２回または１回評価しただけで、すべてのパラメータを一度に更新することができるという特徴を持っているので、計算効率が高く、ＮＯｘ濃度モデルの最適化が短時間でできるので、過渡状態においても時々刻々の変化に迅速に対応でき、ＥＧＲ制御をより適正化できる。
【００１６】
ここで、ＳＰＳＡについてより詳細に説明すると、最適化の手法の一つに勾配法のＦＤＳＡ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ  Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）と呼ばれる勾配法のアルゴリズムでは、最適化パラメータθに対する損失関数Ｌ（θ）において、勾配ΔＬ／Δθ＝０となる最小値θ’を求める問題を解く方法であり、勾配を両側差分で近似するため、各々のパラメータθに、一つずつ正負の微小摂動を与えながら勾配を評価し、パラメータθを更新する。この場合に、更新するのに、ｐ次元の多変数システムでは、更新１回につき損失関数の評価回数が２ｐとなり、パラメータθの数ｐに比例して計算が増える。
【００１７】
これに対して、このＳＰＳＡでは、パラメータθに摂動を与えるベクトルを乱数で同時に与えることにより、パラメータθの数ｐに依存せずに、損失関数Ｌ（θ）を２回評価するだけで、全てのパラメータθを一度に更新するので、更新回数は１／ｐとなる。なお、この乱数ベクトルは、ベルヌーイ分布のような、「０(ゼロ)」要素を含まない、期待値が「０(ゼロ)」の対称な分布を持つ有界なｐ次元乱数ベクトルであり、例えば、ランダム・バイナリ・シーケンスで与えられる。
【００１８】
より具体的には、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、前記ＮＯｘ濃度モデルが、複数の物理量として、シリンダ内酸素濃度、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、エンジン冷却水の水温、吸気マニホールド温度、エンジン回転数、及び、燃料噴射量を入力して、ＮＯｘ濃度算出値を出力とするように構成されている。
【００１９】
そして、上記の目的を達成するための内燃機関は、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムを備えて構成され、上記の内燃機関のＥＧＲシステムと同様の作用効果を奏することができる。
【００２０】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ制御方法は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応して前記ＥＧＲバルブの開度を制御する制御装置を備えた内燃機関のＥＧＲ制御方法において、複数の物理量を用いてＮＯｘ濃度算出値を算出するＮＯｘ濃度モデルの最適化に多変数システムに対する最適化法で確率近似アルゴリズムを用いる同時摂動確率近似アルゴリズムを用いることを特徴とする方法である。
【００２１】
また、より具体的には、上記の内燃機関のＥＧＲ制御方法において、前記ＮＯｘ濃度モデルで、複数の物理量として、シリンダ内酸素濃度、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、エンジン冷却水の水温、吸気マニホールド温度、エンジン回転数、及び、燃料噴射量を入力して、ＮＯｘ濃度算出値を出力する。
【００２２】
これらの方法によれば、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムと同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法によれば、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲバルブの開度を制御する場合に、このＥＧＲ制御に用いるＮＯｘ濃度を時々刻々算出するために、予め実験的に同定された幾つかの物理量(パラメータ)を用いてＮＯｘ濃度算出値を算出するＮＯｘ濃度モデルにおいて、ＮＯｘ濃度モデルの各パラメータをオンライン学習で補正することで、モデル化の誤差を解消し、また、センサ群の経時変化にも対応できて、精度良いＮＯｘ濃度算出値を得て精度良いＥＧＲ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関、及び、ＥＧＲシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システムで用いているＮＯｘ濃度モデルの構成を示す図である。
【図３】図２のＮＯｘ濃度モデルにおけるシリンダ内酸素濃度の補正マップの例を示す図である。
【図４】図２のＮＯｘ濃度モデルにおける適応関数のマップの例を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システムの構成を示す図である。
【図６】先行技術の内燃機関のＥＧＲ制御システムの構成を示す図である。
【図７】図６の内燃機関のＥＧＲ制御システムの第１制御部におけるＮＯｘ濃度モデルの出入力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関１０は、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム２０を備えて構成され、後述する内燃機関のＥＧＲ制御システム２０が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
【００２６】
図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関（以下エンジン）１０は、エンジン本体１１と吸気通路１２と排気通路１３とＥＧＲ通路１４を備えている。このＥＧＲ通路１４は、排気通路１３と吸気通路１２とを接続して設けられ、上流側より順に、エンジン冷却水を冷却媒体とするＥＧＲクーラー１５、ＥＧＲバルブ１６が設けられており、エンジン１０はＥＧＲシステム２０を備えて構成されている。
【００２７】
そして、大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、ＥＧＲ通路１４から吸気通路１２に流入するＥＧＲガスＧｅを伴って、気筒（シリンダ）内の燃焼室１１ａに送られ、燃焼室１１ａにて燃料噴射装置（図示しない）より噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン１０に動力を発生させる。そして、エンジン１０で燃焼により発生した排気ガスＧが、排気通路１３に流出するが、その一部はＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、排気通路１３に設置された排気浄化処理装置（図示しない）により浄化処理された後、マフラー（図示しない）を経由して大気へ放出される。
【００２８】
また、吸気通路１２には、吸気系センサ群Ｓｇ１を構成する、吸気流量Ｖｉを検出する吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）２１、吸気圧力Ｐｉを検出する吸気圧力センサ２２及び吸気温度Ｔｉを検出する吸気温度センサ２３が設けられるとともに、排気通路１３には、排気系センサ群Ｓｇ２を構成する、排気ガスＧの空気過剰率λを検出する排気ラムダセンサ（排気空気過剰率センサ）２４と、排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ２５とが設けられている。これらのセンサ２１〜２５の信号は、予め設定された制御時間毎に、後述する制御装置３０に送信される。
【００２９】
また、本発明の内燃機関のＥＧＲシステム２０を制御する制御装置３０が備えられる。この制御装置３０は、上記のセンサ２１〜２５より送信された信号に基づいて、予め設定された制御時間毎に、センサ２１〜２５の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータを記憶し、これらのデータを用いて、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値Ｎｔを算出して、このＮＯｘ濃度目標値Ｎｔに対応してＥＧＲバルブ１６の開度を制御する。この制御装置３０は、通常は、エンジン１０の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれるが、独立して設けてもよい。
【００３０】
従って、このエンジン１０は、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム２０を備えたエンジン１０となり、このエンジン１０における内燃機関のＥＧＲ制御システム４０は、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値Ｎｔに対応してＥＧＲバルブ１６の開度を制御する制御装置３０を備えた内燃機関のＥＧＲ制御システム４０となる。
【００３１】
そして、本発明においては、内燃機関のＥＧＲ制御システム４０の制御装置３０は、複数の物理量Ｃｄを用いてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出するＮＯｘ濃度モデル５０を備えて構成されていると共に、ＮＯｘ濃度モデル５０のパラメータθの最適化に多変数システムに対する最適化法で確率近似アルゴリズムを用いる同時摂動確率近似（ＳＰＳＡ）アルゴリズムを用いるように構成されている。
【００３２】
このＮＯｘ濃度のソフトセンサと言えるＮＯｘ濃度モデル５０の構造を図２に示す。ＮＯｘ濃度モデル５０は、算出値演算部５１、遅れ演算部５２、エラー演算部５３、損失関数演算部５４、ＳＰＳＡ演算部５５、パラメータ演算部５６、補正部５７、補正係数演算部５８、補正値演算部５９を有して構成されている。
【００３３】
このＮＯｘ制御に用いるＮＯｘ濃度モデル５０には、高速な演算が求められるため、実験式を用いる。先ず、このＮＯｘ濃度モデル５０には、エンジン１０の運転状態を示すエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑが算出値演算部５１と補正係数演算部５８と補正値演算部５９に入力される。算出値演算部５１では、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑから基準ＮＯｘ濃度Ｎｔ０が算出される。なお、この基準ＮＯｘ濃度Ｎｔ０は、ＮＯｘ濃度モデル５０以外の制御装置３０の演算部(図示しない)で計算されて、算出値演算部５１に入力されるように構成してもよい。
【００３４】
また、この算出値演算部５１では、シリンダ内酸素濃度Ｄ、燃料噴射時期ｔｆ、燃料噴射圧力Ｐｃｒ、エンジン冷却水の水温Ｔｃ、吸気マニホールド温度Ｔｉ、エンジン回転数Ｎｅ、及び、燃料噴射量Ｑ等の物理量Ｃｄを入力して、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出する。
【００３５】
より具体的には、算出値演算部５１では、基準ＮＯｘ濃度Ｎｔ０に対して、補正値演算部５９から入力される酸素濃度補正値Ｃｏ２、噴射時期補正値Ｃｔｆ、レール圧補正値Ｃｐｒ、冷却水補正値Ｃｔｃ、吸気マニホールド温度補正値Ｃｔｉ等の補正値（総称として補正値Ｃｘ）を乗じて、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出する。この算出は、予め実験などにより設定される値である、補正指数のα２、αＴ、補正係数のβｆ、βｃｒ、βｃ（総称として補正用係数α（αｘ、αSPSA））を用いて、実験式である「Ｎｃ＝Ｎｔ０×Ｃｏ２×Ｃｔｆ×Ｃｐｒ×Ｃｔｃ×Ｃｔｉ」を用いて、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出する。
【００３６】
この酸素濃度補正値Ｃｏ２は、ＥＧＲバルブ１６の弁開度の変化によるシリンダ内酸素濃度の変化に基づく補正を行うもので、シリンダ内酸素濃度をＤ、基準シリンダ内酸素濃度をＤ０として、酸素濃度補正値Ｃｏ２を、「Ｃｏ２＝（Ｄ／Ｄ０）α2」とする。
【００３７】
また、噴射時期補正値Ｃｔｆは、燃料噴射時期の変化に基づく補正を行うもので、燃料噴射時期をｔｆ、基準燃料時期をｔｆ０とすると、遅延量Δｔｆは「Δｔｆ＝ｔｆ−ｔｆ０」となり、噴射時期補正値Ｃｔｆを、「Ｃｔｆ＝ｅｘｐ（βｆ×（ｔｆ−ｔｆ０））＝ｅｘｐ（βｆ×Δｔｆ）」とする。
【００３８】
また、レール圧補正値Ｃｐｒは、コモンレール圧の変化に基づく補正を行うもので、燃料噴射圧力をＰｃｒ、基準燃料噴射圧力をＰｃｒ０とすると、圧力低下量ΔＰｃｒは「ΔＰｃｒ＝Ｐｃｒ−Ｐｃｒ０」となり、レール圧補正値Ｃｐｒを、「Ｃｐｒ＝βｃｒ×（Ｐｃｒ−Ｐｃｒ０）＋１＝βｃｒ×ΔＰｃｒ＋１」とする。
【００３９】
また、冷却水補正値Ｃｔｃは、エンジンの冷却水の温度の変化に基づく補正を行うもので、エンジン冷却水の水温をＴｃ、基準水温をＴｃ０とすると、水温差ΔＴｃは「ΔＴｃ＝Ｔｃ−Ｔｃ０」となり、冷却水補正値Ｃｔｃを、「Ｃｔｃ＝βｃ×（Ｔｃ−Ｔｃ０）＋１」としている。
【００４０】
また、吸気マニホールド温度補正値Ｃｔｉは、吸入ガスの温度の変化に基づく補正を行うものであり、吸気マニホールド温度をＴｉ、基準吸気マニホールド温度をＴｉ０とし、吸気マニホールド温度補正値Ｃｔｉを、「Ｃｔｉ＝（Ｔｉ／Ｔｉ０）αT」としている。
【００４１】
これら各補正値Ｃｘを用いて、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを、実験式の「Ｎｃ＝Ｎｔ０×Ｃｏ２×Ｃｔｆ×Ｃｐｒ×Ｃｔｃ×Ｃｔｉ」で算出する。つまり、これらの各補正値Ｃｘは、ＮＯｘ濃度に大きな影響を及ぼす状態量・制御量の変化に対する補正係数である。
【００４２】
一方、このこれらの基準シリンダ内酸素濃度Ｄ０、基準燃料時期ｔｆ０、基準燃料噴射圧力Ｐｃｒ０、エンジン冷却水の基準水温Ｔｃ０、基準吸気マニホールド温度Ｔｉ０は、標準大気環境条件下における各状態量・制御量の通常時の値（ノミナル値）、即ち、基準となる量を示している。これらは、エンジン回転数Ｎｅや燃料噴射量Ｑなどのエンジン１０の運転条件によって変わるため、各運転条件において定常運転で求めた２次元マップ状のテーブル関数にして算出値演算部５１に記憶されている。
【００４３】
また、補正指数のα２、αＴ、補正係数のβｆ、βｃｒ、βｃは、定常状態(ノミナル状態)から変化した場合の補正用係数αであり、運転条件による２次元マップ上のテーブル関数で補正係数演算部５８に記憶されている。これらの補正係数演算部５８から出力される補正用係数αは、定常状態では、すべて、「１」となり、計算結果は定常値(基準値)そのものとなる。
【００４４】
そして、ＮＯｘに影響を与える因子が定常値に対して偏差があった場合に、予め、補正用係数αによって、フィードフォワード的に補正される。この場合、しかし、固定した補正マップでは、エンジン１０ごとの個体差や経年変化による特性変動に対応できない。
【００４５】
そこで、本発明においては、この補正用係数αをＳＰＳＡ演算部５５のＳＰＳＡアルゴリズムで適応させる。つまり、このＮＯｘ濃度モデル５０にＳＰＳＡアルゴリズムで補正用係数αを補正する。
【００４６】
しかしながら、実験式「Ｎｃ＝Ｎｔ０×Ｃｏ２×Ｃｔｆ×Ｃｐｒ×Ｃｔｃ×Ｃｔｉ」で計算されるソフトセンサの出力であるＮＯｘ濃度算出値Ｎｃは、応答遅れや遅延を含んでおらず、そのままではハードセンサ（ＮＯｘ濃度センサ２５）の応答であるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄと比較することができない。
【００４７】
そこで、遅れ演算部５２で、ハードセンサの仕様及び予備実験で得られたデータから、ハードセンサのＮＯｘ濃度センサ２５の応答遅れであるダイナミックスＧｈ「Ｇｈ＝ｅｘｐ（−０．２５６ｓ）〔（１／（１．４５ｓ＋１）〕を演算して、この応答遅れの時間を考慮した上で、算出値演算部５１のＮＯｘ濃度算出値Ｎｃをフィルタリングして補正した後、エラー演算部５３で、ハードセンサの値であるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄと比較して、エラー「ｅ」を計算する。なお、この「ｅｘｐ（−０．２５６ｓ）〔（１／（１．４５ｓ＋１）〕」は、一例の数値であり、より正確には、センサ特性や制御対象に依存して異なるので、「ｅｘｐ（−a×ｓ）×１／（ｂ×ｓ＋１）」のように係数ａ、ｂを用いて記号式で表す方がより適切となる。
【００４８】
損失関数演算部５４で、このエラー「ｅ」により計算された損失関数Ｌ（θ）により、ＳＰＳＡ演算部５５のＳＰＳＡアルゴリズムで適応パラメータαcomp（θ）を決定し、パラメータ演算部５６に記憶して、この適応パラメータαcomp（θ）を基に、最初の補正値Ｃｘを、補正部５７で、補正係数演算部５８から出力される補正用係数αｘとから算出し、それ以後のＳＰＳＡアルゴリズムの評価では、直接適応パラメータαcomp（θ）の変更に従って補正値演算部５９の補正値ＣSPSAを変更する。そして、この補正値演算部５９の補正値ＣSPSAを用いて、このソフトセンサのＮＯｘ濃度モデル５０の出力であるＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを更新する。
【００４９】
つまり、算出値演算部５１、遅れ演算部５２、エラー演算部５３、損失関数演算部５４、ＳＰＳＡ演算部５５、パラメータ演算部５６、補正部５７、補正係数演算部５８、補正値演算部５９のループにより、ＳＰＳＡアルゴリズムに従って、適応パラメータαcomp（θ）の更新しながら、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出する。
【００５０】
次に、ＳＰＳＡ演算部５５のＳＰＳＡアルゴリズムの適応演算における、適応パラメータαcomp（θ）の更新方法について説明する。このシステムの特徴として、以下の三つの特徴がある。一つの目の特徴は、補正マップＮＯｘの値はエンジン１０の運転状態により変わることである。二つ目の特徴は、ソフトセンサのＮＯｘ濃度モデル５０のＮＯｘ濃度算出値Ｎｃが、ハードセンサのＮＯｘ濃度センサ２５のＮＯｘ濃度検出値Ｎｄと比較されるまでには時間的遅れ（遅延）があり、この時間的遅れは運転状態の変動より遅いことである。そして、三つ目の特徴は、補正マップＮＯｘは、定常状態に対して最適化されており、内燃機関１０の個体差や経年変化がある場合や、内燃機関１０が過渡運転状態にあるときでも準最適値と考えられることである。
【００５１】
これらの特徴から、内燃機関１０の過渡運転状態においては、各運転状態でフィードバック制御しても、時々刻々のその制御の時点では、内燃機関１０の運転状態が変化しているので間に合わない。そこで、補正マップ全体を適応させる仕組みとする。先ず、適応パラメータ関数αｃｏｍｐを２変数（エンジン回転数Ｎｅ、エンジン回転数Ｑ）の３次曲面で表す。
【００５２】
これを式で表示すると、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数Ｑの３次式表示で、ａij、ｂij、ｃi及びｂを３次元の曲面を決定する１０個のパラメータとすると、「αｃｏｍｐ＝ａ11×Ｎｅ3＋３×ａ12×Ｎｅ2×Ｑ＋３×ａ21×Ｎｅ×Ｑ2＋ａ22×Ｑ3＋３×ｂ11×Ｎｅ2＋６×ｂ12×Ｎｅ×Ｑ＋３×ｂ22×Ｑ2＋３×ｃ1×Ｎｅ＋３×ｃ2×Ｑ＋ｄ」となる。
【００５３】
これをＳＰＳＡアルゴリズムにより最適化する。ここでは、５つの補正値（Ｃｏ２、Ｃｔｆ、Ｃｐｒ、Ｃｔｃ、Ｃｔｉ)のうち、冷却水補正値Ｃｔｃを除いて、４つの補正値（Ｃｏ２、Ｃｔｆ、Ｃｐｒ、Ｃｔｉ）の補正マップを適応させる。そのため、１つの補正値あたり、１０個のパラメータθを用いるので、４つの補正値ではパラメータθの数の合計は４０となる。これらのパラメータθをＳＰＳＡアルゴリズムの適応化により一度に更新する。
【００５４】
図３及び図４に適応の概念図を示す。ここでは、図３に、酸素濃度補正値Ｃｏ２の補正マップを示し、図４に３次の曲面を示すパラメータを適当に決めた場合の適応マップの例を示す。図３に図４を掛け合わせることにより、図３の補正マップが微修正されることになる。
【００５５】
次に、上記のＮＯｘ濃度モデル５０を用いた、本願発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０について説明する。この内燃機関のＥＧＲ制御システム４０は、図５に示すように、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する目標開度の制御量Ｃは、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを基に第４制御部４４のフィードフォワード制御で算出される基本制御量（プリ制御量）Ｃａに、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度の計算値Ｄｃとの差（誤差）ΔＤ（＝Ｄｔ−Ｄｃ）を基に第５制御部４５のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）で算出される補正制御量Ｃｂを加算してバルブ制御量Ｃが算出される（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）。
【００５６】
つまり、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム２０を備えたエンジン１０で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値Ｎｔに対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する制御装置３０を備えた内燃機関のＥＧＲ制御システム４０である。
【００５７】
より詳細に説明すると、第１制御部４１では、上記のＮＯｘ濃度モデル５０を備えており、吸気流量センサ２１、吸気圧力センサ２２、吸気温度センサ２３などの吸気系センサ群Ｓｇ１からの検出値群と、排気ラムダセンサ２４の検出値を基に、ＮＯｘ濃度モデル５０でＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出する。また、並行して、シリンダ内酸素濃度算出値Ｄｃを算出する。
【００５８】
このシリンダ内酸素濃度算出値Ｄｃの算出に際しては内部ＥＧＲガスを考慮することが好ましい。つまり、気筒内で発生するＮＯｘ量に関係するのは、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Ｄｃであるので、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを、吸気量と酸素濃度、外部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度内部だけで算出せずに、内部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度と考慮に入れて、気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを算出することが好ましい。
【００５９】
一方、排気ラムダセンサ２４の検出値と、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいてマップデータを参照する等して、基準ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ０が算出され、この基準Ｎｔ０が入力される第２制御部４２では、エンジン１０の運転状態が定常状態では、排気ラムダセンサ２４の検出値を入力して、この基準ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ０ではスモークが発生することが、予め設定してある計算式やマップデータ等から予測される場合には、スモークが発生しないようなＮＯｘ濃度をＮＯｘ濃度目標値Ｎｔとする。所謂スモークリミットを行う。なお、スモークが発生する可能性が無い場合は、そのまま、基準ＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ０をＮＯｘ濃度目標値Ｎｔとする。これによりＮＯｘ濃度目標値Ｎｔを算出する。
【００６０】
そして、第３制御部４３では、吸気圧力センサ２２及び吸気温度センサ２３の検出値を入力して、このＮＯｘ濃度目標値Ｎｔに対して、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを算出する。第４制御部４４で、この算出された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに対して、フィードフォワード制御（プリ制御）の目標値である基本制御量（プリ制御量）Ｃａを算出する。この基本制御量Ｃａの算出に際しても、内部ＥＧＲガスを考慮することが好ましい。
【００６１】
なお、この第４制御部４４では、ＥＧＲバルブ１６の前後に設けた差圧センサ（図示しない）で検出したＥＧＲバルブ１６の前後差圧、ＥＧＲバルブ１６の下流のＥＧＲ通路１４に設けた温度センサ（図示しない）で検出したＥＧＲガスＧｅの温度等を用いて、より正確なＥＧＲガスＧｅの流量とＥＧＲバルブ１６の開度の関係を求めておくことが好ましい。
【００６２】
つまり、気筒内で発生するＮＯｘ量に関係する気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを、気筒内の排気ガス量と酸素濃度が、内部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度と、外部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度と決まることを利用して、気筒内の酸素濃度の目標値である気筒内酸素濃度目標値Ｄｔから、外部ＥＧＲの酸素濃度目標値Ｄｔｏを算出し、外部ＥＧＲにおけるＥＧＲガス量Ｇｅを算出して、このＥＧＲガス量Ｇｅを供給できるＥＧＲバルブ１６の開度をプリ制御量Ｃａとする。
【００６３】
また、それと並行して、第５制御部４５で、第３制御部４３でＮＯｘ濃度目標値Ｎｔに対して算出された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと第１制御部４１で算出された気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとを入力して、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の目標値である補正制御量Ｃｂを算出する。そして、加算部４７で、この基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂとを加算してバルブ制御量Ｃを算出する。このバルブ制御量ＣでＥＧＲバルブ１６の開度を調整制御する。
【００６４】
次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御方法について説明する。この内燃機関のＥＧＲ制御方法は、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム２０を備えたエンジン（内燃機関）１０で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値Ｎｔに対応してＥＧＲバルブ１６の開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御方法であり、この内燃機関のＥＧＲ制御方法において、複数の物理量Ｃｄを用いてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出するＮＯｘ濃度モデル５０の最適化に多変数システムに対する最適化法で確率近似アルゴリズムを用いる同時摂動確率近似（ＳＰＳＡ）アルゴリズムを用いることを特徴とする方法である。
【００６５】
また、より具体的には、上記の内燃機関のＥＧＲ制御方法において、ＮＯｘ濃度モデル５０で、複数の物理量Ｃｄとして、シリンダ内酸素濃度Ｄ、燃料噴射時期ｔｆ、燃料噴射圧力Ｐｃｒ、エンジン冷却水の水温Ｔｃ、吸気マニホールド温度Ｔｉ、エンジン回転数Ｎｅ、及び、燃料噴射量Ｑを入力して、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを出力する。
【００６６】
上記の構成の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０、エンジン（内燃機関）１０、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法によれば、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム２０を備えたエンジン１０で、エンジン１０の運転状態に応じたＥＧＲバルブ１６の開度を制御する場合に、このＥＧＲ制御に用いるＮＯｘ濃度を時々刻々算出するために、予め実験的に同定された幾つかの物理量Ｃｄを用いてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出するＮＯｘ濃度モデル５０において、ＮＯｘ濃度モデル５０の各パラメータθをオンライン学習で補正することで、モデル化の誤差を解消し、また、センサ群の経時変化にも対応できて、精度良いＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを得て精度良いＥＧＲ制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  エンジン本体
１１ａ  燃焼室
１２  吸気通路
１３  排気通路
１４  ＥＧＲ通路
１５  ＥＧＲクーラー
１６  ＥＧＲバルブ
２０  ＥＧＲシステム
２１  吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）
２２  吸気圧力センサ
２３  吸気温度センサ
２４  排気ラムダセンサ（排気過剰率センサ）
２５  ＮＯｘ濃度センサ
３０  制御装置
４０、４０Ｘ  内燃機関のＥＧＲ制御システム
４１、４１Ｘ  第１制御部
４２、４２Ｘ  第２制御部
４３  第３制御部
４４  第４制御部
４５  第５制御部
４６  ＮＯｘ補正部
４７  加算部
５０、５０Ｘ  ＮＯｘ濃度モデル
５１  算出値演算部
５２  遅れ演算部
５３  エラー演算部
５４  損失関数演算部
５５  ＳＰＳＡ演算部
５６  パラメータ演算部
５７  補正部
５８  補正係数演算部
５９  補正値演算部
Ａ  新気
Ｃ  ＥＧＲバルブの開度の制御量
Ｃｘ  補正値
Ｇ、Ｇａ  排気ガス
Ｃｄ  物理量
Ｇｅ  ＥＧＲガス
Ｎｃ  ＮＯｘ濃度算出値
Ｎｄ  ＮＯｘ濃度検出値
Ｎｔ  ＮＯｘ濃度目標値
Ｓｇ１  吸気系センサ群
α、αｘ、αSPSA  補正用係数
【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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【図６】
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【図７】
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