JP 2019-19783 A 2019.2.7(57)【要約】【課題】エンジンモデルを用いて空気過剰率を推定し、推定した空気過剰率に基づいてエンジンを制御することによりエンジン性能を非定常状態においても最大効率に維持することができるエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法、エンジン制御プログラム及びエンジン制御装置を提供すること。
【解決手段】排気弁６と燃料調節手段１６を備えたエン
ジン１をエンジンモデルによりエンジン状態を推定する
エンジン状態観測器１５を用いて制御するエンジン制御方法であって、少なくともエンジンの回転数ｎｅを検出してエンジン状態観測器１５に入力し、エンジン状態観測器１５でエンジン状態として少なくとも空気過剰率λを推定し、推定した空気過剰率λに基づいて制御対象として少なくとも排気弁６を制御する。
【選択図】図２

(2)JP 2019-19783 A 2019.2.7【特許請求の範囲】【請求項１】
排気弁と燃料調節手段を備えたエンジンをエンジンモデルによりエンジン状態を推定す
るエンジン状態観測器を用いて制御するエンジン制御方法であって、少なくとも前記エンジンの回転数を検出して前記エンジン状態観測器に入力し、前記エンジン状態観測器で前記エンジン状態として少なくとも空気過剰率を推定し、推定した前記空気過剰率に基づいて制御対象として少なくとも前記排気弁を制御することを特徴とするエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項２】
前記エンジン状態観測器で前記エンジン状態として前記エンジンの負荷を推定し、推定した前記負荷に基づいて前記排気弁を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項３】
前記空気過剰率が下がった場合に、前記排気弁の閉弁タイミングを早めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項４】
前記空気過剰率に基づいて前記制御対象として前記燃料調節手段を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項５】
前記燃料調節手段による燃料調節量と前記排気弁のリフト量及び／又は動作タイミングを検出して前記エンジン状態観測器に入力し、前記空気過剰率を含む前記エンジン状態の推定に利用することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエンジン
状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項６】
前記エンジン状態観測器の前記エンジンモデルに回転数を含む状態初期値を設定し、少なくとも入力された前記状態初期値に基づいて、前記空気過剰率を含む前記エンジン状態を推定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエンジン状態
観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項７】
前記エンジン状態の推定結果に基づいて前記エンジンモデルの観測パラメータを更新することを特徴とする請求項６に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項８】
前記エンジン状態の推定結果に基づいて前記制御対象を制御し、前記エンジンモデルによる前記エンジン状態の推定を行ない、推定結果に基づいてエンジンモデルパラメータを更新し、更新した前記エンジンモデルパラメータに基づいて前記エンジン状態の推定を行うことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン
制御方法。
【請求項９】
前記エンジン状態観測器における前記エンジン状態の推定には、拡張カルマンフィルタ
ー又はアンセンテッドカルマンフィルターを使用することを特徴とする請求項６から請求
項８のいずれか１項に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項１０】
前記状態初期値の設定状況に基づいて前記拡張カルマンフィルター又は前記アンセンテ
ッドカルマンフィルターを選択することを特徴とする請求項９に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項１１】
前記拡張カルマンフィルター又は前記アンセンテッドカルマンフィルターを予め選択し、前記エンジン状態観測器に設定することを特徴とする請求項１０に記載のエンジン状態
観測器を用いたエンジン制御方法。

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JP 2019-19783 A 2019.2.7【請求項１２】
前記エンジンは船舶に搭載され、前記船舶を推進するプロペラを駆動することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項１３】
前記エンジン状態観測器は、前記プロペラの状態も考慮して前記エンジン状態を推定することを特徴とする請求項１２に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法。
【請求項１４】
排気弁と燃料調節手段を備えたエンジンをエンジンモデルによりエンジン状態を推定す
るエンジン状態観測器を用いて制御するエンジン制御プログラムであって、コンピュータに、エンジンモデルの回転数を含む状態初期値を取得する状態初期値取得ス
テップと、少なくとも前記エンジンの回転数を取得するセンサ値取得ステップと、少なくとも入力された前記回転数と前記状態初期値に基づいて少なくとも前記空気過剰率を含む
前記エンジン状態を推定するエンジン状態推定ステップと、少なくとも前記空気過剰率を含む前記エンジン状態の推定結果に基づいて、制御対象として少なくとも前記排気弁を制御する制御ステップとを実行させることを特徴とするエンジン状態観測器を用いたエンジン制御プログラム。
【請求項１５】
前記エンジン状態推定ステップにおける前記エンジン状態の推定結果に基づいて前記エンジンモデルの観測パラメータを更新する観測パラメータ更新ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御プログラム。
【請求項１６】
前記制御ステップによる前記制御対象として前記排気弁を制御し、前記エンジンモデル
による前記エンジン状態の推定を行ない、前記エンジン状態の推定結果に基づいてエンジンモデルパラメータを更新するエンジンモデルパラメータ更新ステップをさらに備え、更新した前記エンジンモデルパラメータに基づいて前記エンジン状態の推定を行うことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御プ
ログラム。
【請求項１７】
前記エンジン状態推定ステップにおいて、拡張カルマンフィルター又はアンセンテッド
カルマンフィルターを使用することを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１
項に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御プログラム。
【請求項１８】
前記状態初期値の設定状況に基づいて前記拡張カルマンフィルター又は前記アンセンテ
ッドカルマンフィルターを選択する選択ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１７に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御プログラム。
【請求項１９】
請求項１４から請求項１８のいずれか１項に記載のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御プログラムを利用したエンジン制御装置であって、前記エンジン状態観測器を含む
コンピュータと、前記エンジンモデルの回転数を含む前記状態初期値を設定する入力手段と、少なくとも前記エンジンの回転数を取得するセンサ値取得手段と、少なくとも前記排気弁を制御する制御出力手段とを備えたことを特徴とするエンジン状態観測器を用いたエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本発明は、排気弁と燃料調節手段を備えたエンジンを、エンジンモデルによりエンジン
状態を推定するエンジン状態観測器を用いて制御するエンジン制御方法、エンジン制御プ
ログラム及びエンジン制御装置に関する。

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JP 2019-19783 A 2019.2.7【背景技術】【０００２】
近年、船舶推進プラントに対する環境規制が益々強化され、さらにＥＥＤＩ（エネルギー 効 率 設 計 指 標 ） に 代 表 さ れ る Ｃ Ｏ 2削 減 規 制 の 強 化 等 も 行 わ れ て い る 。 推 進 プ ラ ン ト にはこれらの規制に対応するための各種対策装置が必要となり、システムが複雑化しているが、推進プラントとして、安全性と省エネ運航の更なる追求の両立が求められる。このため、推進プラントに対する高度な実海域自動適用制御技術が必要となっている。
実海域自動適用制御技術には、推進プラントのシミュレータで仮想プラントを作成し、実際のプラントと比較することで、推進プラントの制御を行うものがある。推進プラントの中核となるのはエンジンであり、エンジンモデルが実エンジンを忠実に代表し、しかもリアルタイムの制御を行えるように計算が簡単なモデルである必要がある。
【０００３】
エンジン性能で最も重要な状態パラメータは、燃料量とその燃焼に必要な空気量であり、エンジンの効率を上げたり排気に含まれる汚染物質を低減したりするためには、空気過剰率（空燃比）を適正に制御することが必要である。しかし、従来はいずれのパラメータも特に非定常状態において正確に計測することが出来ず、制御に用いることができていな
い。
【０００４】
また、エンジン性能を最大効率に維持するためには、エンジン状態パラメータを与えられた運転状態で最適値に保つ必要がある。エンジン性能を制御する従来の制御方法は二つあり、一つはオープンループ制御、もう一つはクローズドループ制御である。
オープンループ制御は、制御アクションと状態パラメータの関係を定常状態のマップで予め作成しておき制御に利用する方法である。オープンループ制御は単純であるが、経年劣化等によりエンジン状態が変わった場合はマップを適用できないため、複雑な制御を必要とするエンジン性能の制御には適用できない。
クローズドループ制御は、現在最も使われている。クローズドループ制御は、エンジン
状態パラメータ（最も簡単にはエンジン回転数）を計測し、最適設定値との差を最小にする制御である。しかしながら、従来のクローズドループ制御の代表とも言えるＰＩＤ制御
は線形制御であるが、実際のエンジン状態は非線形であり、線形制御を使う方法は最適とは言えない。これを補うためには、オープンループ制御と同様に予めマップを作成しておき、エンジン状態に応じて使う必要があるが、マップを作成するためにはあらゆる運転状
態に応じたパラメータを計算しておく必要があるため膨大な時間がかかる。しかも、作成したマップがエンジン固有の非線形をカバーしていると保障できるものではない。さらに、問題を複雑にするものとして計測センサの信頼性があり、劣化に伴う間違った計測や、計測できても多くの雑音を含むことがあり、精度の高い制御ができない。
【０００５】
ここで、特許文献１には、エンジンのセンサにより取得した温度等のパラメータの値を
拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）が実装された状態推定器に入力し、入力されたパラメー
タの値とエンジンの予測モデルを用いて、非計測又は非感知パラメータを推定することによりエンジンの状態を推定し、最適化アルゴリズムを用いて、状態に基づきアクチュエー
タ向けのコマンドを生成し、そのコマンドをエンジンに送ることによりエンジン性能を最適化する方法が開示されている。
また、特許文献２には、マニホールドに連結されている複数のシリンダと、マニホール
ドの下流で空燃比を推定する検出器と、拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）が実装された推定器とを有し、エンジン回転数及びクランク軸の角度等によって定まる遅延時間と空燃比を推定器に入力し、個別のシリンダの空燃比を推定する方法が開示されている。
また、特許文献３には、エンジンのクランクシャフトのクランク角度を測定し、クラン
ク角速度推定誤差とクランク角度推定誤差を演算し、非線形カルマンフィルタを用いてエンジントルクを推定する方法が開示されている。
また、特許文献４には、外部環境等によって変化する油水温や給気圧力に応じて、燃焼

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室の所定の密閉期間（排気弁が閉じた後、吸気弁が開弁するまでの燃焼室が密閉された期間）、吸気弁閉時期、密閉期間中燃料噴射量などを補正するバルブタイミング制御装置が開示されている。
【先行技術文献】【特許文献】【０００６】【特許文献１】特開２００５−２４８９４６号公報【特許文献２】特開２００６−３３６６４５号公報【特許文献３】特開２０１７−８２６６２号公報【特許文献４】特開２００２−１２９９９１号公報【発明の概要】【発明が解決しようとする課題】【０００７】
しかしながら、エンジン性能で最も重要な状態パラメータである空気過剰率を非定常状態においても正確に推定することでエンジン状態を把握し、推定した空気過剰率に基づいてエンジンの制御を効率的に行う技術はこれまで提案されていない。
【０００８】
そこで本発明は、エンジンモデルを用いて空気過剰率を推定し、推定した空気過剰率に基づいてエンジンを制御することによりエンジン性能を非定常状態においても最大効率に維持することができる、エンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法、エンジン制御プ
ログラム及びエンジン制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】【０００９】
請求項１記載に対応したエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法においては、排気弁と燃料調節手段を備えたエンジンをエンジンモデルによりエンジン状態を推定するエンジン状態観測器を用いて制御するエンジン制御方法であって、少なくともエンジンの回転数を検出してエンジン状態観測器に入力し、エンジン状態観測器でエンジン状態として少なくとも空気過剰率を推定し、推定した空気過剰率に基づいて制御対象として少なくとも排気弁を制御することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、非定常状態においても確実かつ正確に計測できるエンジン回転数に基づいて空気過剰率を推定するため、推定した空気過剰率の精度が高い。
また、エンジン状態を把握する上で重要な空気過剰率を推定して排気弁を制御するため、エンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。ここで、空気過剰率は正確に推定された真の空気過剰率であることが好ましい。真の空気過剰率とは予めエンジンの掃気効率を、実際対象とするエンジンで計測したデータ、数値流体力学（ＣＦＤ）計算をした結果等に基づき、より詳細に把握して推定したエンジンシリンダ内の空気過剰率をいう。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、エンジン状態観測器でエンジン状態としてエンジンの負荷を推定し、推定した負荷に基づいて排気弁を制御することを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、空気過剰率に加えてエンジンの負荷も推定して排気弁を制御するため、非定常状態においても、さらにエンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【００１１】
請求項３記載の本発明は、空気過剰率が下がった場合に、排気弁の閉弁タイミングを早めることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、空気過剰率を効果的に回復でき、さらにエンジン性
能を最大効率に維持しやすくなる。
【００１２】
請求項４記載の本発明は、空気過剰率に基づいて制御対象として燃料調節手段を制御することを特徴とする。

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請求項４に記載の本発明によれば、排気弁に加えて燃料調節手段も制御するため、さらにエンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【００１３】
請求項５記載の本発明は、燃料調節手段による燃料調節量と排気弁のリフト量及び／又は動作タイミングを検出してエンジン状態観測器に入力し、空気過剰率を含むエンジン状態の推定に利用することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、エンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００１４】
請求項６記載の本発明は、エンジン状態観測器のエンジンモデルに回転数を含む状態初期値を設定し、少なくとも入力された状態初期値に基づいて、空気過剰率を含むエンジン状態を推定することを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、状態初期値を設定することによりエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００１５】
請求項７記載の本発明は、エンジン状態の推定結果に基づいてエンジンモデルの観測パ
ラメータを更新することを特徴とする
請求項７に記載の本発明によれば、最新の観測パラメータを用いることでエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００１６】
請求項８記載の本発明は、エンジン状態の推定結果に基づいて制御対象を制御し、エンジンモデルによるエンジン状態の推定を行ない、推定結果に基づいてエンジンモデルパラ
メータを更新し、更新したエンジンモデルパラメータに基づいてエンジン状態の推定を行うことを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、エンジンモデルパラメータの誤差を小さくしてエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００１７】
請求項９記載の本発明は、エンジン状態観測器におけるエンジン状態の推定には、拡張
カルマンフィルター又はアンセンテッドカルマンフィルターを使用することを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、非線形カルマンフィルターを用いることで、エンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００１８】
請求項１０記載の本発明は、状態初期値の設定状況に基づいて拡張カルマンフィルター又はアンセンテッドカルマンフィルターを選択することを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、エンジンモデルの状態に応じて、エンジン状態の推定を的確に行うことができる。
【００１９】
請求項１１記載の本発明は、拡張カルマンフィルター又はアンセンテッドカルマンフィ
ルターを予め選択し、エンジン状態観測器に設定することを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、エンジン状態の推定を迅速に行うことができる。
【００２０】
請求項１２記載の本発明は、エンジンは船舶に搭載され、船舶を推進するプロペラを駆動することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、船舶に搭載されたエンジンを最大効率で運用することができる。
【００２１】
請求項１３記載の本発明は、エンジン状態観測器は、プロペラの状態も考慮してエンジン状態を推定することを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、プロペラモデルを用いてエンジン状態の推定精度を高めることができる。

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JP 2019-19783 A 2019.2.7【００２２】
請求項１４記載に対応したエンジン状態観測器を用いたエンジン制御プログラムは、排気弁と燃料調節手段を備えたエンジンをエンジンモデルによりエンジン状態を推定するエンジン状態観測器を用いて制御するエンジン制御プログラムであって、コンピュータに、
エンジンモデルの回転数を含む状態初期値を取得する状態初期値取得ステップと、少なく
ともエンジンの回転数を取得するセンサ値取得ステップと、少なくとも入力された回転数と状態初期値に基づいて少なくとも空気過剰率を含むエンジン状態を推定するエンジン状
態推定ステップと、少なくとも空気過剰率を含むエンジン状態の推定結果に基づいて、制御対象として少なくとも排気弁を制御する制御ステップとを実行させることを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、状態初期値と、非定常状態においても確実かつ正確に計測できるエンジン回転数に基づいて空気過剰率を推定するため、推定した空気過剰率の精度が高い。また、エンジン状態を把握する上で重要な空気過剰率を推定して排気弁を制御するため、非定常状態においても、エンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【００２３】
請求項１５記載の本発明は、エンジン状態推定ステップにおけるエンジン状態の推定結果に基づいてエンジンモデルの観測パラメータを更新する観測パラメータ更新ステップをさらに備えたことを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、最新の観測パラメータを用いることでエンジン状
態の推定精度を高めることができる。
【００２４】
請求項１６記載の本発明は、制御ステップによる制御対象として排気弁を制御し、エンジンモデルによるエンジン状態の推定を行ない、エンジン状態の推定結果に基づいてエンジンモデルパラメータを更新するエンジンモデルパラメータ更新ステップをさらに備え、更新したエンジンモデルパラメータに基づいてエンジン状態の推定を行うことを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、エンジンモデルパラメータの誤差を小さくしてエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００２５】
請求項１７記載の本発明は、エンジン状態推定ステップにおいて、拡張カルマンフィル
ター又はアンセンテッドカルマンフィルターを使用することを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、非線形カルマンフィルターを用いることで、エンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００２６】
請求項１８記載の本発明は、状態初期値の設定状況に基づいて拡張カルマンフィルター又はアンセンテッドカルマンフィルターを選択する選択ステップをさらに備えたことを特徴とする。
請求項１８に記載の本発明によれば、エンジンモデルの状態に応じて、エンジン状態の推定を的確に行うことができる。
【００２７】
請求項１９記載に対応したエンジン状態観測器を用いたエンジン制御装置は、エンジン
状態観測器を用いたエンジン制御プログラムを利用したエンジン制御装置であって、エンジン状態観測器を含むコンピュータと、エンジンモデルの回転数を含む状態初期値を設定する入力手段と、少なくともエンジンの回転数を取得するセンサ値取得手段と、少なくとも排気弁を制御する制御出力手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１９に記載の本発明によれば、非定常状態においても確実かつ正確に計測できる
エンジン回転数に基づいて空気過剰率を推定するため、推定した空気過剰率の精度が高い。また、エンジン状態を把握する上で重要な空気過剰率を推定して排気弁を制御するため、非定常状態においても、エンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【発明の効果】

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JP 2019-19783 A 2019.2.7【００２８】
本発明のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法によれば、非定常状態においても確実かつ正確に計測できるエンジン回転数に基づいて空気過剰率を推定するため、推定した空気過剰率の精度が高い。また、エンジン状態を把握する上で重要な空気過剰率を推定して排気弁を制御するため、エンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【００２９】
また、エンジン状態観測器でエンジン状態としてエンジンの負荷を推定し、推定した負荷に基づいて排気弁を制御する場合には、空気過剰率に加えてエンジンの負荷も推定して排気弁を制御するため、非定常状態においても、さらにエンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【００３０】
また、空気過剰率が下がった場合に、空気過剰率を効果的に回復でき、さらにエンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【００３１】
また、空気過剰率に基づいて制御対象として燃料調節手段を制御する場合には、排気弁に加えて燃料調節手段も制御するため、さらにエンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【００３２】
また、燃料調節手段による燃料調節量と排気弁のリフト量及び／又は動作タイミングを検出してエンジン状態観測器に入力し、空気過剰率を含むエンジン状態の推定に利用する
場合には、エンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００３３】
また、エンジン状態観測器のエンジンモデルに回転数を含む状態初期値を設定し、少な
くとも入力された状態初期値に基づいて、空気過剰率を含むエンジン状態を推定する場合には、状態初期値を設定することによりエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００３４】
また、エンジン状態の推定結果に基づいてエンジンモデルの観測パラメータを更新する
場合には、最新の観測パラメータを用いることでエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００３５】
また、エンジン状態の推定結果に基づいて制御対象を制御し、エンジンモデルによるエンジン状態の推定を行ない、推定結果に基づいてエンジンモデルパラメータを更新し、更新したエンジンモデルパラメータに基づいてエンジン状態の推定を行う場合には、エンジンモデルパラメータの誤差を小さくしてエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００３６】
また、エンジン状態観測器におけるエンジン状態の推定には、拡張カルマンフィルター又はアンセンテッドカルマンフィルターを使用する場合には、非線形カルマンフィルターを用いることで、エンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００３７】
また、状態初期値の設定状況に基づいて拡張カルマンフィルター又はアンセンテッドカ
ルマンフィルターを選択する場合には、エンジンモデルの状態に応じて、エンジン状態の推定を的確に行うことができる。
【００３８】
また、拡張カルマンフィルター又はアンセンテッドカルマンフィルターを予め選択し、エンジン状態観測器に設定する場合には、エンジン状態の推定を迅速に行うことができる。
【００３９】
また、エンジンは船舶に搭載され、船舶を推進するプロペラを駆動する場合には、船舶に搭載されたエンジンを最大効率で運用することができる。
【００４０】

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また、エンジン状態観測器は、プロペラの状態も考慮してエンジン状態を推定する場合には、プロペラモデルを用いてエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００４１】
また、本発明のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御プログラムによれば、状態初期値と、非定常状態においても確実かつ正確に計測できるエンジン回転数に基づいて空気過剰率を推定するため、推定した空気過剰率の精度が高い。また、エンジン状態を把握する上で重要な空気過剰率を推定して排気弁を制御するため、非定常状態においても、エンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【００４２】
また、エンジン状態推定ステップにおけるエンジン状態の推定結果に基づいてエンジン
モデルの観測パラメータを更新する観測パラメータ更新ステップをさらに備えた場合には、最新の観測パラメータを用いることでエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００４３】
また、制御ステップによる制御対象として排気弁を制御し、エンジンモデルによるエンジン状態の推定を行ない、エンジン状態の推定結果に基づいてエンジンモデルパラメータを更新するエンジンモデルパラメータ更新ステップをさらに備え、更新したエンジンモデ
ルパラメータに基づいてエンジン状態の推定を行う場合には、エンジンモデルパラメータの誤差を小さくしてエンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００４４】
また、エンジン状態推定ステップにおいて、拡張カルマンフィルター又はアンセンテッ
ドカルマンフィルターを使用する場合には、非線形カルマンフィルターを用いることで、エンジン状態の推定精度を高めることができる。
【００４５】
また、状態初期値の設定状況に基づいて拡張カルマンフィルター又はアンセンテッドカ
ルマンフィルターを選択する選択ステップをさらに備えた場合には、エンジンモデルの状態に応じて、エンジン状態の推定を的確に行うことができる。
【００４６】
また、本発明のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御装置によれば、非定常状態においても確実かつ正確に計測できるエンジン回転数に基づいて空気過剰率を推定するため、推定した空気過剰率の精度が高い。また、エンジン状態を把握する上で重要な空気過剰率を推定して排気弁を制御するため、非定常状態においても、エンジン性能を最大効率に維持しやすくなる。
【図面の簡単な説明】【００４７】【図１】本実施形態によるエンジン状態観測器を用いたエンジン制御装置の概念図【図２】同エンジン状態観測器を用いた制御の概念図【図３】同エンジン、制御部及び負荷の構成及び関係を示す構成図【図４】同排気弁の制御系の機能ブロック図【図５】同排気弁開度と空気過剰率との関係を示す図【図６】同エンジンモデルパラメータの設定とカルマンフィルターの選択方法を示すフロ
ーチャート【図７】同エンジン状態の推定方法を示すフローチャート【図８】同エンジン状態の推定誤差を示す図【発明を実施するための形態】【００４８】
以下に、本発明の実施形態によるエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法、エンジン制御プログラム及びエンジン制御装置について説明する。
【００４９】
図１は、本実施形態によるエンジン状態観測器を用いたエンジン制御装置の概念図であ
る。

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エ ン ジ ン 制 御 装 置 １ ０ は 、 波 や 風 の 状 態 と い っ た 実 海 域 を 代 表 す る 外 乱 （ Actual Sea C
ondition） を 考 慮 し た プ ロ ペ ラ モ デ ル 、 及 び エ ン ジ ン モ デ ル の 各 モ ジ ュ ー ル を 組 み 込 ん だ
推 進 プ ラ ン ト の シ ミ ュ レ ー タ で あ り 、 い わ ゆ る 仮 想 プ ラ ン ト （ Virtual Plant） を 作 成 し、 実 際 の プ ラ ン ト （ Real Plant） と 比 較 検 討 し 、 オ フ ラ イ ン あ る い は オ ン ラ イ ン で エ ン ジンモデルパラメータを修正し、シミュレータの精度を上げ、エンジンに対しきめ細かい制
御を行う。
エンジン制御装置１０は、エンジン状態観測器１５を用いたエンジン制御プログラムを利用して、排気弁と燃料調節手段とを備えたエンジンを制御する。エンジンは、船舶に搭載されており、負荷として船舶を推進するプロペラを駆動するものである。
エンジン制御装置１０は、エンジン状態観測器１５を含むコンピュータ１１と、エンジンの回転数を含む状態初期値を設定する入力手段１２と、エンジンの回転数、燃料調節手段による燃料調節量、排気弁のリフト量、及び排気弁の動作タイミングを取得するセンサ
値取得手段１３と、排気弁及び燃料調節手段（燃料ポンプラック）を制御する制御出力手段１４とを備える。入力手段１２は、制御盤、マウス、キーボード又はタッチパネル等である。なお、排気弁については、閉弁、開弁のタイミング、弁リフト量を単独又は組み合
わせてセンサ値取得手段１３で取得できる。
【００５０】
図２は本実施形態によるエンジン状態観測器を用いた制御の概念図である。
エンジン制御装置１０は、プロペラ２を駆動するエンジン１の回転数ｎｅを検出器等のセンサ値取得手段１３で取得し、エンジン状態観測器１５に入力する。エンジン状態観測器１５は、入力された回転数ｎｅを用いてエンジンモデルによりエンジン状態として空気過剰率λとエンジンの負荷ｑｐを推定する。そして、エンジン制御装置１０は、最適なゲインを計算し、排気弁開度ＥＶＣ（閉弁タイミング）と燃料ポンプラックｈｐの制御更新
信号を送出する。エンジン制御装置１０は、送出された信号に基づき、制御出力手段１４によって排気弁開度ＥＶＣ及び燃料ポンプラックｈｐを調節する。なお、排気弁開度ＥＶＣの調節は、排気弁の閉弁タイミングの他、開弁タイミング、弁リフト量やこれらを組み合わせたものであってもよい。また、燃料調節手段の調節は、燃料ポンプラックｈｐの他、燃料ポンプのタイミング、電子ガバナー、燃料調節機構等であってもよい。
ここで空気過剰率λの推定に当っては、予め実験やＣＦＤシミュレーション等により、求めたエンジン１の掃気効率を利用する。特に、２ストロークエンジンの掃気過程において、供給された全給気のうち一部分はシリンダを素通りし、残りの給気は掃気が終わった
後もシリンダ内に残る。このときシリンダ内には前サイクルの燃焼ガスなどからなる残留排気が存在するので、掃気後のシリンダ内全ガス量は残留給気と残留排気を加えたものになる。掃気完了後の残留給気の質量とシリンダ内全ガス量との質量の割合を掃気効率といい、掃気作用の良否を示す値である。掃気効率はシリンダ内の給気濃度を表し、エンジン
出力に直結する値であるが、エンジン１の掃気方式によりその到達レベルが異なる。このため、エンジン１の正しい掃気効率を把握しておかないと真の空気過剰率λは導出できな
く、空気過剰率λに基づいてエンジン性能を真に最大効率に維持することもできない。
このように、少なくともエンジン１の回転数ｎｅを検出してエンジン状態観測器１５に入力し、エンジン状態観測器１５でエンジン状態として掃気効率に基づいた真の空気過剰率λとエンジンの負荷ｑｐを推定し、推定した真の空気過剰率λに基づいて制御対象として排気弁及び燃料調節手段を制御する。確実かつ正確に計測できるエンジン１の回転数ｎｅに基づいて、また掃気効率に基づいて空気過剰率λを推定するため、推定に用いるパラメータ数を少なくしつつ、空気過剰率λを精度よく推定できる。また、エンジン状態を把握する上で重要な空気過剰率λを推定して排気弁及び燃料調節手段を制御するため、船舶に搭載されたエンジン１の性能を最大効率に維持して運用しやすくなる。
なお、排気弁のリフト量（開度）又は動作タイミングの少なくとも一方と、燃料調節手段による燃料調節量とをセンサ値取得手段１３で取得して、エンジン状態観測器１５に入力し、空気過剰率λを含むエンジン状態の推定に利用することで、エンジン状態の推定精度を高めることができる。

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また、エンジン状態観測器１５が、プロペラモデルによりプロペラ２の状態も考慮してエンジン状態を推定することで、エンジン状態の推定精度をさらに高めることができる。
【００５１】
図３は、エンジン、制御部及び負荷の構成及び関係を示す構成図である。
エンジン１は、２ストロークのジーゼルエンジンを想定しており、エンジン本体３、過給機４、給気管、インタークーラー５、掃気レシーバ２０、排気弁６、排気レシーバ７、
排気管、燃料調節手段１６（燃料ポンプ１６ａ、電子ガバナー１６ｂ、燃料調節機構１６ｃ）及びコントローラ１７（排気弁タイミング変更機構１７ａ，排気弁駆動ポンプ１７ｂ）を含んで構成される。
【００５２】
エンジン本体３は、シリンダ３ａ、ピストン３ｂ、クランク３ｃ等を含んで構成される。エンジン本体３では、シリンダ３ａ内におけるピストン３ｂの往復運動に応じてシリン
ダ３ａに対する空気の給気及び掃気が行われる。また、シリンダ３ａ内には、燃料調節手段１６によって燃料が供給され、燃料と空気の混合気に点火及び燃焼・爆発が行われ、そのエネルギーがピストン３ｂを駆動させる。ピストン３ｂへ与えられた駆動力は、クラン
ク３ｃを介して負荷へ伝達される。本実施形態における主たる負荷は、船舶推進用のプロペラ２であり、波風による外乱や船速の変化によりプロペラ２の負荷変動を生じ、エンジン１の非定常状態が発生する。
【００５３】
過給機４は、圧縮機Ｃ及びタービンＴを含んで構成される。過給機４では、エンジン本体３からの排気ガスのエネルギー（温度及び圧力）を利用してタービンＴを高速回転させ、その回転力によって圧縮機Ｃを駆動することによって圧縮した空気をエンジン本体３のシリンダ３ａ内へ供給する。すなわち、過給機４は、圧縮した空気をエンジン本体３に送り込み、エンジン１の本来の給気量を超える混合気を吸入・爆発させることで見かけの排気量を超える出力を与える。
【００５４】
過給機４において圧縮された空気は、ディフューザ等を介して給気管に送り込まれる。
給気管には、インタークーラー５が設けられる。インタークーラー５は、圧縮空気を中間冷却する。インタークーラー５を通った圧縮空気は掃気レシーバ２０に送り込まれて貯められる。掃気レシーバ２０に貯められた圧縮空気は、エンジン本体３のピストン３ｂが下死点付近にあるときに開状態となる掃気ポートからエンジン本体３のシリンダ３ａ内に送り込まれる。燃料調節手段１６は、燃料ポンプ１６ａ、電子ガバナー１６ｂ及び燃料調節機構１６ｃを含んで構成される。電子ガバナー１６ｂは、クランク３ｃの回転数を示す回
転数信号Ｎｅを受けて、燃料ポンプ１６ａの駆動タイミングを制御する。燃料ポンプ１６ａは、電子ガバナー１６ｂの制御により所望のタイミングで燃料をシリンダ３ａ内に噴射させる。エンジン本体３のシリンダ３ａ内には、燃料調節手段１６から燃料が供給されて混合気となり、ピストン３ｂにより圧縮されて混合気が燃焼させられる。燃焼によりピストン３ｂに駆動力が与えられる。
【００５５】
エンジン本体３での燃焼により発生した排気ガスは、排気弁６が開状態となると共に掃気レシーバ２０に貯められた圧縮空気によって掃気されて排気レシーバ７に送り込まれる。排気レシーバ７に貯められた排気ガスは、過給機４のタービンＴに導かれて回転力を与えた後に排気される。
【００５６】
本実施形態では、排気弁６を閉状態から開状態にする開弁タイミング及び開状態から閉状態にする閉弁タイミングは制御部１８によって制御される。具体的には、制御部１８が排気弁タイミング制御装置として機能し、排気弁タイミング変更機構１７ａを制御することによって排気弁６の作動タイミング及び開度（リフト量）が制御される。排気弁タイミ
ング変更機構１７ａは、排気弁駆動ポンプ１７ｂにより発生した油圧を利用して、排気弁６を押す油圧アクチュエータに設けられた電磁式のリリーフバルブにより排気弁６を開く

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圧力を調整して排気弁６を制御する。排気弁６の制御については後述する。なお、排気弁６の制御は、作動タイミングのみでもよく、開度（リフト量）のみでもよく、これらを組
み合わせてもよいが、作動タイミングのみの制御が排気弁タイミング変更機構１７ａの構成が簡略化できるため好ましい。
【００５７】
また、本実施の形態では、掃気レシーバ２０に掃気バイパス管１９が接続される。掃気バイパス管１９には流量センサ１９ａと取出弁１９ｂが設けられる。取出弁１９ｂを開状態にすることによって、掃気レシーバ２０に送り込まれた圧縮空気の一部が空気潤滑用の供給管（図示せず）へ送り込まれる。一方、取出弁１９ｂを閉状態とすることによって、掃気レシーバ２０に送り込まれた圧縮空気は供給管に送り込まれない状態となる。取出弁
１９ｂの開度は、流量センサ１９ａの信号も利用し、制御部１８によって制御される。
【００５８】
図４は、排気弁の制御系の機能ブロック図を示す。本実施形態における船舶は、過給機４の近傍から加圧空気（掃気）を取り出して船体周囲に気泡を噴出させることによって空気潤滑を行い船舶の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減装置を搭載している。この空気潤滑を行う際に掃気を取り出した場合も、非定常状態に該当する。
エンジン状態観測器１５は、センサ値取得手段１３である回転数センサ１３ａ、燃料調節量センサ１３ｂ及び排気弁センサ１３ｃからそれぞれエンジン１の回転数ｎｅ、燃料ポ
ンプラックｈｐ及び排気弁開度ＥＶＣの情報を取得する。回転数センサ１３ａはエンジン
本体３に設けられ、燃料調節量センサ１３ｂは燃料調節手段１６に設けられ、排気弁セン
サ１３ｃは排気弁６又は排気弁タイミング変更機構１７ａに設けられている。そして、回転数センサ１３ａによりエンジン１の回転数ｎｅを検出し、燃料調節量センサ１３ｂにより燃料ポンプラックｈｐを検出し、排気弁センサ１３ｃにより排気弁開度ＥＶＣを検出する。
エンジン状態観測器１５は、入力されたエンジン１の回転数ｎｅ、燃料ポンプラックｈｐ及び排気弁開度ＥＶＣを用いてエンジンモデルによりエンジン状態として空気過剰率λとエンジン１の負荷ｑｐを推定し、最適なゲインを計算し、排気弁開度ＥＶＣと燃料ポン
プラックｈｐの制御更新信号を制御出力手段１４へ送出する。
制御出力手段１４は、制御部（排気弁タイミング制御装置）１８に対して排気弁開度Ｅ
ＶＣの制御設定信号を送出する。排気弁開度ＥＶＣの制御設定信号を受信した制御部（排気弁タイミング制御装置）１８は、排気弁６を開閉させるタイミング及び開度（リフト量）を制御する。具体的には、排気弁タイミング変更機構１７ａにより排気弁６の作動タイ
ミング及び開度（リフト量）が調整される。排気弁タイミング変更機構１７ａは、制御部（排気弁タイミング制御装置）１８からの制御信号に応じて排気弁６を押す油圧アクチュ
エータに設けられた電磁式のリリーフバルブを制御し、それにより排気弁６を開く圧力を調整して排気弁６の作動タイミング及び開度（リフト量）を調整する。
また、制御出力手段１４は、燃料調節手段１６に対して燃料ポンプラックｈｐの制御設
定信号を送出する。燃料ポンプラックｈｐの制御設定信号を受信した燃料調節手段１６は、制御設定信号に応じて燃料量を調節する。
【００５９】
本実施形態では、非定常状態として空気潤滑のための取出空気の取り出し状態に応じて少なくとも排気弁６の制御が行われる。空気潤滑のために必要な気泡として生成される空気の噴出量に関連して、掃気の取出空気の量が変更される。すなわち、掃気バイパス管１９から取出弁１９ｂ介して取り出される取出空気（掃気）の量が制御される。
【００６０】
なお、取出空気の取り出し割合は、取出弁１９ｂにより制御される。ここで、図４に示した、掃気バイパス管１９に設けられた流量センサ１９ａにより掃気からの取出空気の取り出し量を検出し、エンジン１の回転数ｎｅからエンジン１への空気量を算出し、取出空
気の取り出し割合を求めることができる。なお、流量センサ１９ａを用いる代わりに取出
弁１９ｂの開度（変位）に基づいて取出空気の取り出し量を求めてもよい。

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なお、取り出し割合とは、例えば過給機４から供給される加圧空気（掃気）と取出空気との量の比をいう。この際、量は質量流量であることが好ましく、他の比のとり方であってもエンジン本体３に供給される掃気の量が確保される比であることが好ましい。実際の制御に当たっては、エンジン本体３に供給される掃気の量は、直接、流量を計測してもよいし、掃気圧等で代用してもよい。
【００６２】
一方、取出空気の取り出し割合に応じてエンジン１における掃気圧が低下し、エンジン
１の性能が低下する。また、排気ガス中の有害物質の量が増加するおそれがある。そこで、制御部１８では、取出空気の量に応じてエンジン１の排気弁６をまず制御する。具体的には、制御部１８は、取出空気に応じて排気弁６の閉弁タイミングを制御する。これにより、制御部１８は、タイミング制御手段として機能する。
エンジン状態観測器１５は、エンジン１の回転数ｎｅ、燃料ポンプラックｈｐ及び排気
弁開度ＥＶＣを用いてエンジンモデルによりエンジン状態として空気過剰率λとエンジン
１の負荷ｑｐを推定し、空気取り出しに合った最適なゲインを計算し、排気弁開度ＥＶＣと燃料ポンプラックｈｐの制御設定信号を制御出力手段１４へ送出する。
先に制御した排気弁６の閉弁タイミングは、エンジン状態観測器１５の制御設定信号である排気弁開度ＥＶＣとしての閉弁タイミングと差がある場合は、制御設定信号に従って修正される。
なお、上記の例では空気潤滑用の加圧空気として掃気を取り出す例を示したが、加圧空気として過給機４とインタークーラー５の間から給気を取り出して利用したり、排気レシーバ７から排気を取り出して利用してもよい。また、掃気、給気、排気を組み合わせて取り出して利用することも可能である。
【００６３】
図５は、排気弁開度と空気過剰率との関係を示す図である。図５（ａ）は、当初の排気弁 開 度 （ Ｅ Ｖ Ｃ ̲０ ） 、 第 １ の 排 気 弁 開 度 （ Ｅ Ｖ Ｃ ̲１ ） 、 及 び 第 ２ の 排 気 弁 開 度 （ Ｅ Ｖ Ｃ
̲２ ） の 閉 弁 タ イ ミ ン グ を 示 し て い る 。
空気過剰率λは、実海域の波や風の状況が悪い非定常時や、過給機の性能劣化、また上記した掃気の取り出し状態等により低下するが、排気弁開度ＥＶＣが当初の状態（ＥＶＣ̲０ ） の ま ま で は 元 の 最 適 な 空 気 過 剰 率 λ の 値 を 回 復 で き な い 。 こ の た め 、 図 ５ （ ｂ ） に示すように、エンジン制御装置１０は、エンジン状態観測器１５が推定した空気過剰率λに 応 じ て 、 排 気 弁 開 度 Ｅ Ｖ Ｃ を 第 １ の 排 気 弁 開 度 （ Ｅ Ｖ Ｃ ̲１ ） 、 又 は 第 ２ の 排 気 弁 開 度（ Ｅ Ｖ Ｃ ̲２ ） に 変 え 、 元 の 最 適 な 空 気 過 剰 率 λ の 値 を 回 復 す る よ う に 制 御 す る 。 こ れ により、エンジン性能を最大効率に維持することができる。
【００６４】
次に、図６から図８を用いて、エンジン制御プログラムにおけるエンジン状態の推定方法について説明する。
本実施形態において、エンジン状態観測器１５におけるエンジン状態の推定には、拡張
カルマンフィルター（ＥＫＦ）、又はアンセンテッドカルマンフィルター（ＵＫＦ）を使用する。
【００６５】
下式（１）は、エンジン状態パラメータと空気過剰率λの非線形な関係式である。
【数１】

ここで、λは空気過剰率、Ｇａは空気量、Ｇｆは燃料量、ＥＶＣは排気弁開度、ｎｔｃは過 給 機 回 転 数 、 ｐ ｓ は 掃 気 圧 力 、 Ｔ ｅ は 排 気 温 度 、 Ｐ eは 排 気 圧 力 、 ｎ ｅ は エ ン ジ ン 回 転

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数、ｈｐは燃料ポンプラックである。
【００６６】
また、下式（２）は、エンジン動的モデルの非線形状態空間方程式を表す。エンジンの回 転 数 ｎ ｅ 、 過 給 機 回 転 数 ｎ ｔ ｃ 、 掃 気 圧 力 ｐ ｓ 、 排 気 温 度 Ｔ ｅ 、 排 気 圧 力 Ｐ eの 状 態 パ
ラメータが、燃料ポンプラックｈｐ、エンジンの負荷ｑｐの制御更新によってどのように変化するかの状態空間方程式を示す。
【数２】

ここで、Ａｉ，Ｂｉはエンジンダイナミクスの非線形関数、ＳＡｉ，ＳＢｉは特定のエンジンに対するエンジンモデルパラメータの設定値である。
【００６７】
また、下式（３）は、エンジン負荷ｑｐが不明の場合のエンジン動的モデルの非線形状
態空間方程式を表し、アンセンテッドカルマンフィルター（ＵＫＦ）用のものである。
【数３】【００６８】ま た 、 下 式 （ ４ ） は 、 拡 張 カ ル マ ン フ ィ ル タ ー （ Ｅ Ｋ Ｆ ） 用 の Ｌ Ｔ Ｉ （ Linear time invariant） モ デ ル で あ る 。 こ の 線 形 モ デ ル を 使 用 す る こ と に よ り 、 計 算 速 度 を 上 げ る こ と
ができる。
【数４】

【００６９】
図６は、エンジンモデルパラメータの設定とカルマンフィルターの選択方法を示すフロ
ーチャートである。
まず、特定のエンジンに対するエンジンモデルパラメータＳＡｎ，ＳＢｎを設定することにより、特定のエンジンに合う非線形モデルが作られる（非線形モデル作成ステップＳ
１）。
非線形モデル作成ステップＳ１の後、作成したモデルが不確かか否かを判断する（判断

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ステップＳ２）。
判断ステップＳ２において、作成したモデルが不確かだと判断された場合は、式（３）を用いるアンセンテッドカルマンフィルター（ＵＫＦ）が選択される（ＵＫＦ選択ステッ
プＳ３）。
判断ステップＳ２において、作成したモデルが確かだと判断された場合は、式（４）を用いる拡張カルマンフィルター（ＥＫＦ）が選択される（ＥＫＦ選択ステップＳ４）。
このように、アンセンテッドカルマンフィルター（ＵＫＦ）と拡張カルマンフィルター（ＥＫＦ）のどちらかを、エンジンモデルパラメータが不確かか否かによって選択するア
ルゴリズムがオフラインで予め作成される。
なお、図１に示すように、設定したエンジンモデルパラメータは、実際のプラントと比較して、必要に応じてオフラインで更新することができる。
また、これらオフラインのステップや更新は、オンラインで行うこともできる。
【００７０】
図７は、エンジン状態の推定方法を示すフローチャートである。図７のフローチャート
においては、エンジン状態がリアルタイムで所定の時間毎（例えば２００Ｈｚ）にオンラ
インで推定される。
まず、エンジンの回転数ｎｅ、過給機回転数ｎｔｃ、掃気圧力ｐｓ、排気温度Ｔｅ、エンジンの負荷ｑｐ、排気圧力Ｐｅを状態初期値として取得する（状態初期値取得ステップＳ１０）。状態初期値を取得して設定することによりエンジン状態の推定精度を高めることができる。
状態初期値取得ステップＳ１０の後、センサ値取得手段１３から、時刻ｋにおけるエン
ジ ン の 回 転 数 ｎ ｅ (ｋ )、 燃 料 ポ ン プ ラ ッ ク ｈ ｐ (ｋ )、 及 び 排 気 弁 開 度 Ｅ Ｖ Ｃ (ｋ )を 取 得 する （ セ ン サ 値 取 得 ス テ ッ プ Ｓ １ １ ） 。 な お 、 エ ン ジ ン の 回 転 数 ｎ ｅ (ｋ )の み を 取 得 す る よ
うにしてもよい。
センサ値取得ステップＳ１１の後、センサ値取得ステップＳ１１で取得した時刻ｋに
お け る エ ン ジ ン の 回 転 数 ｎ ｅ (ｋ )、 燃 料 ポ ン プ ラ ッ ク ｈ ｐ (ｋ )、 及 び 排 気 弁 開 度 Ｅ Ｖ Ｃ (ｋ )と 、 状 態 初 期 値 取 得 ス テ ッ プ Ｓ １ ０ で 取 得 し た 状 態 初 期 値 に 基 づ い て 、 エ ン ジ ン 状 態
観測器１５が、エンジン状態として観測パラメータを推定し、空気過剰率λを推定する（
エンジン状態推定ステップＳ１２）。推定する観測パラメータは、エンジンの回転数ｎｅ、過給機回転数ｎｔｃ、掃気圧力ｐｓ、排気温度Ｔｅ、エンジンの負荷ｑｐ、排気圧力Ｐｅである。エンジン状態観測器１５におけるエンジン状態の推定には、拡張カルマンフィ
ルター（ＥＫＦ）又はアンセンテッドカルマンフィルター（ＵＫＦ）を使用することで、エンジン状態の推定精度を高めることができる。どちらを使用するかは図４を用いて説明
した選択手順に従う。なお、拡張カルマンフィルター（ＥＫＦ）又はアンセンテッドカル
マンフィルター（ＵＫＦ）を予め選択し、エンジン状態観測器１５に設定しておいてもよい。この場合は、エンジン状態の推定をさらに迅速に行うことができる。
【００７１】
エンジン状態推定ステップＳ１２の後、燃料ポンプラックｈｐ、及び排気弁開度ＥＶＣを推定された条件に基づいた制御の入力として、燃料調節手段１６及び排気弁を制御する（制御ステップＳ１３）。これにより、エンジン性能を最大効率に維持することができる。
制御ステップＳ１３の後、時刻ｋの次の所定時間である時刻ｋ＋１におけるエンジンの回 転 数 ｎ ｅ (ｋ ＋ １ )、 燃 料 ポ ン プ ラ ッ ク ｈ ｐ (ｋ ＋ １ )、 及 び 排 気 弁 開 度 Ｅ Ｖ Ｃ (ｋ ＋ １ )を取得し（次時刻センサ値取得ステップＳ１４）、エンジン状態推定ステップＳ１２に戻る。
また、エンジン状態推定ステップＳ１２で観測パラメータを推定した後、推定結果に基づいて、エンジンモデルの観測パラメータを更新する（観測パラメータ更新ステップＳ１５）。
このように、エンジン状態観測器１５は、エンジン状態の推定とエンジンモデルの観測
パラメータの更新を繰り返し行う。

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JP 2019-19783 A 2019.2.7【００７２】
また、図８は、エンジン状態の推定誤差を示す図である。図８において、縦軸は誤差、
横軸は時間であり、点線でエンジン状態の推定誤差の許容範囲を示し、実線でエンジン状
態の誤差推定値を示している。
エンジン制御装置１０は、エンジン状態観測器１５によるエンジン状態の推定誤差を追跡し、予め定めた許容範囲から逸脱した場合は、エンジンモデルパラメータを更新する（
エンジンモデルパラメータ更新ステップＳ１６）。
そして、更新したエンジンモデルパラメータに基づき、エンジン状態推定ステップＳ１
２においてエンジン状態の推定を行う。これにより、エンジンモデルパラメータの誤差を小さくしてエンジン状態の誤差推定精度を高め、信頼性を向上させることができる。
なお、エンジンモデルパラメータの更新に当っては、予め定めた許容範囲から複数回逸脱した場合に更新することや、誤差を時間的に積分して所定の条件に達したら更新する等、各種の方法が採用できる。
【００７３】
以上説明したように、クローズド、オープンループ制御を用いた従来の制御方法の問題を解決する手段として、本実施形態では、制御のための多くの計測センサを用いずに、エンジンモデルの状態に応じて、ソフトセンサと呼ばれる非線形カルマンフィルターのアン
センテッドカルマンフィルター（ＵＫＦ）、又は拡張カルマンフィルター（ＥＫＦ）を用いる観測器を使用する。
この数学モデルが二つの部分からできていることに大きな意味がある。すなわち、ａ）
特定のエンジンに適合する非線形モデルと、ｂ）その非線形モデルに完全に結び付けられる線形モデルである。これにより、アンセンテッドカルマンフィルター（ＵＫＦ）を用いるエンジン状態観測器１５、又は拡張カルマンフィルター（ＥＫＦ）を用いるエンジン状態観測器１５を使用して、エンジンの非線形プロセスを効果的に追跡することが可能となる。さらに、通常は計測できないエンジン内部の状態を推定することが可能となる。特にエンジン性能で重要な真の空気過剰率λとエンジンの負荷ｑｐ（プロペラ負荷）を推定でき、制御の入力に使用できる。これにより、エンジン状態の現在の運転状況を推定するだけではなく、近い将来のエンジン状態を的確に予測することができ、最適で安全な運転が可能となる。
なお、エンジン状態パラメータは、およそ的確に空気過剰率λを推定できるものであれ
ば他パラメータや組み合わせでもよく、また、観測パラメータは制御対象、制御項目等に応じて他のパラメータや組み合わせを任意に選択できる。
【産業上の利用可能性】【００７４】
本発明のエンジン状態観測器を用いたエンジン制御方法、エンジン制御プログラム及びエンジン制御装置は、船舶推進プラントのエンジンの制御に好適に利用できる。特に２ストロークエンジンのシリンダ内の空気過剰率を最適に保ち、エンジン性能を最大効率に維持することができる。また、少なくとも空気過剰率が制御に必要な排気弁と燃料調整手段を備えたあらゆるエンジンの制御に利用できる。例えば、より細かい制御が必要なガスエンジンの制御に利用することもできる。
【符号の説明】【００７５】
１ エンジン
２ プロペラ６ 排気弁
１０ エンジン制御装置
１１ コンピュータ
１２ 入力手段
１３ センサ値取得手段
１４ 制御出力手段

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１５ エンジン状態観測器
１６ 燃料調節手段
Ｓ３、Ｓ４ 選択ステプ
Ｓ１０ 状態初期値取得ステップ
Ｓ１１ センサ値取得ステップ
Ｓ１２ エンジン状態推定ステップ
Ｓ１３ 制御ステップ
Ｓ１５ 観測パラメータ更新ステップ
λ 空気過剰率ｑｐ エンジンの負荷
ｎｅ エンジンの回転数【図１】

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【図２】

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【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

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【図７】

【図８】

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フロントページの続き(51)Int.Cl.

ＦＩ(72)発明者 ボンダレンコ

テーマコード（参考）
Ｆ０２Ｄ

45/00

３６４Ａ

Ｆ０２Ｄ

41/04

３８０Ａ

オレクシー

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号(72)発明者 福田国立研究開発法人

海上・港湾・航空技術研究所内哲吾

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号
Ｆターム(参考) 3G092 AA02

AA03

AA11 AA18

国立研究開発法人

海上・港湾・航空技術研究所内

AC10

BB01

DA03

EA08

EC06

FA02

HB01Z HD10Z HE01Z
3G301 HA02

HA03

HA26 JA01

LB11

MA11

NA08

ND45

PB03Z PE01Z

AA26

BA09 BA13

BA26

DA01

DA62

EA26

ED06

PE10Z
3G384 AA03

FA14Z FA37Z FA49Z FA56Z

ED07