CN104797801A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，考虑到燃料喷射时间的影响而准确且稳定地对废气中的NOx量进行计算。发动机(10)具备燃料喷射阀(14)、NOx还原催化剂(30)、ECU(60)等。ECU(60)根据由有效喷射的喷射时间的乘方、与进气氧浓度的乘方所组成的至少两个参数，而对废气中的NOx量进行计算，其中，所述有效喷射为，对所述缸内的燃烧做出贡献的燃料喷射。有效喷射为主喷射、后喷射以及引燃喷射的统称。由此，能够将与NOx的生成量存在较大关联的有效喷射的喷射时间反映在NOx浓度的计算值上。因此，能够在不被内燃机的机械误差与运转状况等影响的条件下，准确且稳定地对NOx量进行计算。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制装置，尤其涉及一种具备对废气中的NOx量进行计算的功能的内燃机的控制装置。
背景技术
作为现有技术，已知有例如专利文献1(日本特开2005-139984号公报)中所公开的那样的、具备对废气中的NOx量进行计算的功能的内燃机的控制装置。在现有技术中，根据负载指标值、进气氧浓度、燃料喷射量以及燃料喷射压的乘方和最高火焰温度而对NOx量进行计算。
另外，作为与本发明有关的文献，包括上述的文献在内，申请人知晓以下所记载的文献。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-139984号公报
专利文献2：日本特开2009-133285号公报
专利文献3：日本特开2005-264731号公报
专利文献4：日本特开平10-252573号公报
发明内容
本发明所要解决的课题
但是，在上述的现有技术中，作为在NOx量的计算中所使用的参数，使用了负载指标值、进气氧浓度、燃料喷射量、燃料喷射压以及最高火焰温度。但是，根据本申请发明人的实验可知，例如在燃料喷射时间变化的情况下，在使用上述参数来准确计算NOx量方面存在极限，从而在计算方法方面还存在改善的余地。即，根据现有技术的计算方法，存在难以通过运转状态而以较高精度对NOx量进行计算的问题。
本发明是为了解决上述这种课题而完成的发明，本发明的目的在于，提供一种考虑了燃料喷射时间的影响并能够使废气中的NOx量的计算精度提高的内燃机的控制装置。
用于解决本课题的方法
第一发明的特征在于，具备：
燃料喷射阀，其向内燃机的缸内喷射燃料；
喷射控制单元，其对由所述燃料喷射阀实施的燃料的喷射时间进行设定；
氧浓度取得单元，其将被吸入到所述缸内的气体中的氧浓度作为进气氧浓度而取得；
NOx量计算单元，其根据由有效喷射的喷射时间的乘方、与所述进气氧浓度的乘方所组成的至少两个参数，而对废气中的NOx量进行计算，其中，所述有效喷射为，对所述缸内的燃烧做出贡献的燃料喷射。
第二发明为，所述喷射控制单元设为在一个循环中执行多次有效喷射的结构，
具备平均计算单元，其针对各有效喷射中的每一个而对喷射时间与喷射量的乘积值进行计算并对将全部有效喷射的该乘积值进行总计而得的加权喷射时间进行计算，且用所述加权喷射时间除以对所述全部有效喷射的喷射量进行总计而得的总计喷射量来对平均喷射时间进行计算；
所述NOx量计算单元设为如下结构，即，作为所述有效喷射的喷射时间的乘方而使用所述平均喷射时间的乘方。
第三发明设为如下结构，即，所述有效喷射为，在跨越压缩上止点的期间中或膨胀行程中喷射燃料并使该燃料在所述缸内燃烧的燃料喷射。
第四发明设为如下结构，即，所述有效喷射还包括在压缩上止点前结束的燃料喷射。
第五发明具备：
新气量传感器，其对被吸入到所述缸内的新气量进行检测；
空燃比传感器，其对排气空燃比进行检测；
学习存储单元，其对根据所述有效喷射的喷射量和所述新气量而被计算出的空燃比与所述空燃比传感器的检测值的比率、即A/F学习补正系数进行计算，并针对每个运转区域而对该A/F学习补正系数进行存储，
所述NOx量计算单元设为如下的结构，即，根据按照当前时间点的运转区域而从所述学习存储单元中读出的所述A/F学习补正系数，而对补正后推断A/F进行计算，并根据所述至少两个参数和所述补正后推断A/F而对所述NOx量进行计算。
第六发明具备：
新气量传感器，其对被吸入到所述缸内的新气量进行检测；
空燃比传感器，其对排气空燃比进行检测；
学习存储单元，其对根据所述有效喷射的喷射量和所述新气量而被计算出的空燃比与所述空燃比传感器的检测值的比率、即A/F学习补正系数进行计算，并针对每个运转区域而对该A/F学习补正系数进行存储，
所述氧浓度取得单元设为如下的结构，即，将按照当前时间点的运转区域而从所述学习存储单元中读出的所述A/F学习补正系数使用在所述进气氧浓度的计算中。
第七发明具备使废气回流至进气系统中的废气再循环机构，
所述氧浓度取得单元设为如下的结构，即，根据所述A/F学习补正系数、所述新气量及所述有效喷射的喷射量、和由所述废气再循环机构所实现的废气再循环率，而对所述进气氧浓度进行计算。
第八发明为，所述NOx量计算单元设为如下结构，即，根据用所述有效喷射的喷射量的乘方加上所述参数而得的多个参数，而对所述NOx量进行计算。
第九发明为，所述NOx量计算单元设为如下结构，即，根据用内燃机的转速的乘方加上所述参数而得的多个参数，而对所述NOx量进行计算。
第十发明具备根据内燃机的运转状态而对所述参数的乘方的指数进行变更的指数可变单元，
所述NOx量计算单元设为如下的结构，即，使用由所述指数可变单元所设定的所述指数而对所述NOx量进行计算。
第十一发明具备：
NOx还原催化剂，其对废气中的NOx进行还原并净化；
还原剂添加单元，其向所述NOx还原催化剂中添加还原剂；
添加控制单元，其根据由所述NOx量计算单元计算出的所述NOx量而对所述还原剂的添加量进行计算，并根据该计算结果而使所述还原剂添加单元工作。
第十二发明具备：
NOx还原催化剂，其对废气中的NOx进行还原并净化；
NOx传感器，其对流入到所述NOx还原催化剂中的NOx量进行检测；
传感器故障检测单元，其根据由所述NOx传感器获得的NOx量的检测值和由所述NOx量计算单元计算出的所述NOx量的计算值，而对所述NOx传感器的故障进行检测。
第十三发明具备：
节气门，其对被吸入到所述缸内的新气量进行调节；
废气再循环阀，其被设置在用于使废气回流至进气系统中的废气再循环通道上，并对废气的回流量进行调节；
阀故障检测单元，其使所述节气门和所述废气再循环阀的阀开度变化，并根据由该阀开度的变化而产生的所述NOx量的计算值的变化，而对所述节气门和所述废气再循环阀的故障进行检测。
第十四发明具备：
新气量传感器，其对被吸入到所述缸内的新气量进行检测；
空燃比传感器，其对排气空燃比进行检测；
废气再循环机构，其使废气回流至进气系统中；
多级喷射控制单元，其以包括所述喷射控制单元的方式而构成，并在一个循环中多次执行在跨越压缩上止点的期间中或膨胀行程中喷射燃料并使该燃料在所述缸内燃烧的有效喷射；
平均计算单元，其针对各个有效喷射中的每一个而对喷射时间与喷射量的乘积值进行计算并对将全部有效喷射的该乘积值总计而得的加权喷射时间进行计算，且用所述加权喷射时间除以对所述全部有效喷射的喷射量进行总计而得的总计喷射量来对平均喷射时间进行计算；
学习存储单元，其对根据所述有效喷射的喷射量和所述新气量而计算出的空燃比与所述空燃比传感器的检测值的比率、即A/F学习补正系数进行计算，并针对每个运转区域而对该A/F学习补正系数进行存储；
补正后推断A/F计算单元，其根据按照当前时间点的运转区域而从所述学习存储单元中读出的所述A/F学习补正系数、以及当前时间点的所述新气量和所述有效喷射的喷射量，而对补正后推断A/F进行计算；
所述氧浓度取得单元根据所述补正后推断A/F、由所述废气再循环机构所实现的废气再循环率、空气中的氧浓度、以及理论空燃比，而对所述进气氧浓度进行计算，
所述NOx量计算单元设为如下的结构，即，对分子进行计算，所述分子为，所述进气氧浓度的乘方、所述平均喷射时间的乘方、对所述有效喷射的喷射量全部进行总计而得的总计值的乘方、以及内燃机的转速的乘方的乘积，并且根据按照当前时间点的运转区域而从所述学习存储单元中读出的所述补正后推断A/F且通过10-6×1.587×(所述补正后推断A/F+1)的运算来对分母进行计算，并通过用所述分子除以所述分母从而对废气中的NOx浓度进行计算。
发明效果
根据第一发明，由于设为如下结构，即，根据由有效喷射的喷射时间的乘方与所述进气氧浓度的乘方所组成的至少两个参数而对废气中的NOx量进行计算，因此能够使与NOx的生成量关联较大的有效喷射的喷射时间反映在NOx量的计算值中。由此，能够在不受内燃机的机械误差或运转状况等的影响的条件下，准确且稳定地对NOx量进行计算，从而提高使用该计算值的控制的精度。但是，在第一发明中，由于在NOx量的计算中仅使用了对NOx的生成量产生影响的有效喷射(例如主喷射、后喷射和引燃喷射)，因此例如能够通过后喷射的状态来抑制在NOx量的计算值中产生误差的情况。
根据第二发明，即使在实施多次有效喷射的情况下，平均计算单元也能够通过利用喷射量而对各有效喷射中的每一个的喷射时间进行加权，从而对反映全部有效喷射的喷射时间及喷射量的平均喷射时间进行计算。由此，能够使全部有效喷射的喷射时间适当地反映在NOx量的计算值上，从而准确地对多级喷射时的NOx量进行计算。
根据第三发明，作为使燃料在跨越压缩上止点的期间中或膨胀行程中喷射并在缸内使燃料燃烧的喷射，主喷射以及后喷射较适合。因此，NOx量计算单元将给予NOx的生成量特别大影响的主喷射以及后喷射作为对象，从而能够准确地对NOx量进行计算，例如能够通过次后喷射的状态来抑制在NOx量的计算值中产生误差的情况。
根据第四发明，作为在压缩上止点前结束的燃料喷射，引燃喷射较适合。即使在除了主喷射和后喷射以外还将引燃喷射作为有效喷射来进行操作的情况下，较之现有技术也能够更准确地对NOx量进行计算，并能够获得与第一发明大致相同的效果。
根据第五发明，能够根据反映元件的特性偏差的A/F学习补正系数而对补正后推断A/F进行计算，进而根据补正后推断A/F来对NOx量进行计算。由此，能够通过补正后推断A/F来吸收例如新气量传感器以及燃料喷射阀的量产误差、因年月变化等而产生的特性偏差。因此，能够在不被元件的特性偏差影响的条件下，以较长期间而良好地保持NOx量的计算精度。
根据第六发明，氧浓度取得单元能够使用反映元件的特性偏差的A/F学习补正系数而对进气氧浓度进行计算。由此，由于能够在通过A/F学习补正系数来吸收元件的特性偏差的同时准确地对进气氧浓度进行计算，因此能够提高NOx量的计算精度。
根据第七发明，在进气氧浓度的计算时还能够将EGR(废气再循环)率作为参数来使用。由此，即使在执行EGR控制的情况下，也能够使EGR气体的影响准确地反映在进气氧浓度的计算值上，从而能够提高进气氧浓度的计算精度。
根据第八发明，在NOx量的计算时，还能够将有效喷射的喷射量的乘方作为参数来使用。由此，能够使喷射量的变化适当地反映在NOx浓度的计算值上，从而进一步提高计算精度。
根据第九发明，在NOx量的计算时，还能够将转速的乘方作为参数来使用。由此，能够使转速的变化适当地反映在NOx浓度的计算值上，从而进一步提高计算精度。
根据第十发明，指数可变单元能够根据内燃机的运转状态而适当地变更在NOx量的计算中所使用的乘方的指数。由此，能够使NOx量的计算值也适合于运转状态的变化，从而能够进一步提高浓度的计算精度。
根据第十一发明，由于能够通过NOx量计算单元而准确地对废气中的NOx量进行计算，因此即使在添加控制单元中不使用高价的NOx传感器等，也能够根据NOx浓度而添加适当量的还原剂。由此，能够改善排气排放与耗油率，还能够促进成本降低。
根据第十二发明，传感器故障检测单元能够根据由NOx量计算单元所计算出的NOx量的计算值和由NOx传感器所获得的NOx量的检测值，而对NOx传感器的故障进行检测。由此，由于即使不追加故障检测用的特别的机构等也能够进行传感器的故障检测，因此能够在抑制成本上升的同时提高系统的可靠性。
根据第十三发明，能够利用NOx量的计算值而对节气门和EGR阀的故障进行检测。由此，由于即使不追加故障检测用的特别的机构等也能够进行阀的故障检测，因此能够在抑制成本增加的同时提高系统的可靠性。
根据第十四发明，NOx量计算单元能够根据进气氧浓度的乘方、平均喷射时间的乘方、对全部有效喷射的喷射量进行总计而得的总计值的乘方、转速的乘方和补正后推断A/F而对废气中的NOx量进行计算。由此，能够将与NOx的生成量有较大关联的有效喷射的喷射时间反映在NOx量的计算值上，而且还能够将进气氧浓度、有效喷射的喷射量以及转速的变化反映在所述计算值上。而且，由于吸收了新气量传感器或燃料喷射阀的特性偏差的补正后推断A/F也被反映在NOx量的计算值上，因此能够在不被这些特性偏差影响的条件下，以较长期间而准确且稳定地对NOx量进行计算。
附图说明
图1为用于对本发明的实施方式1的系统结构进行说明的整体结构图。
图2为表示多级喷射控制的一个示例的时序图。
图3为定性地表示燃料的喷射时间与喷射燃料的着火延迟之间的关联的特性线图。
图4为定性地表示喷射时间以及着火延迟和燃烧时的缸内容积之间的关联的特性线图。
图5为定性地表示喷射时间以及着火延迟和废气中的NOx浓度之间的关联特性线图。
图6为表示在本发明的实施方式1中通过ECU而被执行的控制的一个示例的流程图。
图7为用于说明在本发明的实施方式2中针对每个运转区域而对NOx浓度的计算中所使用的乘方的指数的进行变更的控制的说明图。
图8为用于对本发明的实施方式3的系统结构进行说明的整体结构图。
图9为表示在本发明的实施方式3中通过ECU而被执行的控制的一个示例的流程图。
图10为表示在本发明的实施方式4中通过ECU而被执行的控制的一个示例的流程图。
具体实施方式
实施方式1.
[实施方式1的结构]
以下，参照图1至图6对本发明的实施方式1进行说明。图1为用于对本发明的实施方式1的系统结构进行说明的整体结构图。本实施方式的系统具备例如由柴油发动机构成的作为内燃机的发动机10。另外，虽然在图1中例示了四气缸发动机，但本发明并不限于此，本发明能够适用于任意气缸数的内燃机中。在发动机10的各个气缸中，通过未图示的活塞而形成有燃烧室12，并且活塞与作为发动机10的输出轴的曲轴连结。此外，各个气缸具备向燃烧室12内(缸内)喷射燃料的燃料喷射阀14、对朝向缸内开口的进气口进行开闭的进气阀16和对朝向缸内开口的排气口进行开闭的排气阀18。
此外，发动机10具备将空气吸入到各个气缸中的进气通道20，进气通道20的下游侧通过与各个气缸的进气口连接的进气歧管22而构成。在进气通道20上设置有经由进气通道20而对被吸入至各个气缸中的新气量(吸入空气量)进行调节的电子控制式的节气门24。此外，发动机10具备从各个气缸中排出废气的排气通道26，排气通道26的上游侧通过与各个气缸的排气口连接的排气歧管28而构成。
在排气通道26上设置有NOx还原催化剂30。NOx还原催化剂30由例如尿素SCR(Selective Catalytic Reduction：选择还原型催化剂)、HC-SCR等构成，并通过将燃料或尿素水作为还原剂来使用，从而对废气中的NOx进行还原并净化。另外，NOx还原催化剂30也可以与对废气中的其他成分进行净化的净化装置组合配置。作为这种净化装置，例如能够列举出三元催化剂、DPF(Diesel Particulate Filter:柴油机颗粒过滤器)等。
另一方面，发动机10具备利用排气压力而对吸入空气进行增压的增压器32和使废气的一部分回流至进气系统中的EGR机构34。EGR机构34具备对进气通道20和排气歧管28进行连接的EGR配管36、和对经由EGR配管36而从排气歧管28回流至进气通道20中的废气(EGR气体)的回流量进行调节的EGR阀38。另外，本发明也可以适用于未搭载增压器32以及EGR机构34的发动机中。
接下来，对发动机10的控制系统进行说明。本实施方式的系统具备传感器系统和ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)60，所述传感器系统包括发动机10与搭载该发动机的车辆的控制所需的各种传感器，所述ECU60对发动机10的运转状态进行控制。首先，如果对传感器系统进行说明，则曲轴转角传感器40为输出与曲轴的旋转相对应的信号的传感器，空气流量计传感器42构成了对吸入空气量(新气量)进行检测的新气量传感器。水温传感器44对发动机的冷却水温进行检测，空燃比传感器46将排气空燃比作为连续值而进行检测，加速器开度传感器48对驾驶员的加速器操作量进行检测。在传感器系统中还包括除此以外的各种传感器。
ECU60例如由微型计算机构成，并且具备由ROM、RAM、非易失性存储器等组成的存储电路61、根据被存储于存储电路61中的计算机程序来实施运算处理的运算处理装置以及多个输入输出端口。在ECU60的输入侧独立地连接有传感器系统中的各个传感器。在ECU60的输出侧独立地连接有包括燃料喷射阀14、节气门24、EGR阀38等在内的各种作动器。此外，存储电路61具备针对每个运转区域而对后述的A/F学习补正系数进行存储的映射图数据(学习映射图)，并构成学习存储单元。
而且，ECU60通过根据由传感器系统所检测出的发动机的运转信息而对各作动器进行驱动，从而实施运转控制。如果列举具体例，则ECU60根据曲轴转角传感器40的输出而对发动机的转速和曲轴转角进行检测，并且根据吸入空气量、加速器操作量等来决定总燃料喷射量。而且，根据总燃料喷射量、转速等而对一个循环中的燃料喷射的次数、各燃料喷射的喷射量以及喷射时间进行设定，并在每次所设定的喷射时间到来时驱动燃料喷射阀14。如此，在本实施方式中，也可以采用通过在一个循环中执行多次燃料喷射从而执行后述的多级喷射控制的结构。而且，通过后述的次后喷射以外的燃料喷射而被喷射的燃料，因在缸内被压缩而在压缩上止点附近自燃，从而使发动机工作。
此外，为了提高废气的净化效率，ECU60执行空燃比反馈控制和空燃比学习控制。空燃比反馈控制根据由空燃比传感器46所检测出的排气空燃比而对燃料喷射量进行反馈控制，并以使排气空燃比收敛于适于废气的净化的预定范围内的方式进行控制。此外，空燃比学习控制为，如后文所述，针对每个运转区域而对反映元件的特性偏差的A/F学习补正系数进行计算，并将各运转区域的A/F学习补正系数存储于存储电路61的学习映射图中的控制。另外，运转区域例如根据转速和吸入空气量(或燃料喷射量)而被确定。以这种方式被存储的A/F学习补正系数，例如在喷射控制中按照当前时间点的运转区域而从学习映射图中被读出，并作为燃料喷射量的补正项而被使用。另一方面，ECU60执行EGR控制，所述EGR控制为，通过根据发动机的运转状态而对EGR阀38的开度进行调节，从而对流入到缸内的EGR气体的量(EGR量)进行控制。
接下来，对与废气中的与NOx有关的控制进行说明。为了提高由NOx还原催化剂30所获得的NOx的还原效率，ECU60将执行NOx量计算控制和还原剂添加控制。在NOx量计算控制中，在考虑多级喷射控制的影响的同时对废气中的NOx量进行计算。此外，在还原剂添加控制中，根据由NOx量计算控制所计算出的NOx量，而对向NOx还原催化剂30中添加的还原剂的添加量进行控制。以下，对由本实施方式实施的多级喷射控制和NOx量计算控制进行说明。另外，在以下的说明中，作为NOx量而例示了对NOx浓度[ppm]进行计算的情况。
(多级喷射控制)
图2为表示多级喷射控制的一个示例的时序图。在该图中，例示了在一个循环中实施五次燃料喷射的情况，即实施主喷射、后喷射、两次引燃喷射以及次后喷射的情况。在各个喷射名的下侧所记载的数字(mm3/st)为，表示该喷射的喷射量的一个示例的数字。此外，图2中的曲轴转角以压缩上止点TDC为基准(0[CA])而进行记载。
主喷射为用于产生转矩的主要的燃料喷射，且在跨越压缩上止点的期间中或膨胀行程中被执行。若进行具体叙述，则虽然例如在转速不那么高的中/低旋转区域中主喷射是在膨胀期间的前半部分中被执行的，但在高旋转区域中主喷射的一部分有时也发生在压缩上止点前的期间(例如，－2～3[CA])。后喷射虽然与主喷射相同也是用于产生转矩的燃料喷射，但在膨胀行程中，所述后喷射是与主喷射隔开时间间隔而被执行的。后喷射为，通过向由主喷射喷射出的喷射燃料因缸内的气流而移动之后的空间喷射燃料，从而使缸内气体与燃料的混合状态均匀化并提高燃烧性的喷射。
另一方面，引燃喷射为，为了提高由主喷射以及后喷射所喷射出的燃料的燃烧性而在这些喷射之前喷射燃料，并将缸内预热至适于燃烧的温度的喷射。在引燃喷射中，较之主喷射以及后喷射而在压缩行程中喷射少量的燃料，并在压缩上止点前结束喷射。另外，由引燃喷射所喷射的燃料对缸内的燃烧以及转矩的产生做出少许贡献。
相对于此，次后喷射为，与主喷射以及后喷射相比而喷射较少量的燃料，并将该燃料作为未燃燃料而向排气通道26供给的喷射。因此，由次后喷射所喷射的燃料几乎没有对缸内的燃烧以及转矩的产生做出贡献。次后喷射在燃烧结束后且靠近排气行程的时间执行，优选为，与排气阀18的开阀时间配合而执行。由次后喷射所产生的未燃燃料作为还原剂而被添加到NOx还原催化剂30中，并在被DPF捕获的颗粒状物质的燃烧中被使用。
上述的主喷射、后喷射、引燃喷射和次后喷射中的、对缸内的燃烧做出较大贡献的燃料喷射即产生转矩的燃料喷射为主喷射和后喷射。而且，如后文所述，NOx的生成量受产生转矩的燃料喷射的喷射时间的影响较大。因此，在以下的说明中，对主喷射和后喷射进行统称并标记为“有效喷射”，引燃喷射不被包含在有效喷射中。另外，由于引燃喷射也对缸内的燃烧以及转矩的产生做出少许贡献，因此在本发明中也可以采用将引燃喷射包含在有效喷射中的结构。在后文中对该结构进行叙述。
(NOx量计算控制)
NOx主要在通过有效喷射而被喷射出的燃料燃烧时生成。由于在产生转矩的燃烧时火焰温度变高，因此促进了NOx的生成。另一方面，由于即使有效喷射的喷射量固定但若喷射时间滞后燃烧时的缸内容积也将增加，因此使缸内的氧密度降低从而使燃烧反应速度变迟缓。其结果为，缸内的最高火焰温度降低，并且NOx的生成量减少。因此，越使喷射时间滞后越会减少NOx的生成量。
图3至图5为用于对NOx浓度与喷射时间之间的关联进行说明的说明图。如果进行详细叙述，则图3为定性地表示燃料的喷射时间与喷射燃料的着火延迟之间的关联特性线图，图4为定性地表示喷射时间以及着火延迟与燃烧时的缸内容积之间的关联特性线图。此外，图5为定性地表示喷射时间以及着火延迟与废气中的NOx浓度之间的关联的特性线图。另外，在这些图中，作为喷射时间而例示了主喷射的喷射时间。以下，参照图3至图5来对NOx浓度与喷射时间之间的关联进行说明。
首先，燃烧时的缸内容积如果定性地来看，则能够认为是燃料的喷射时间的函数。此外，喷射燃料的着火延迟也能够认为是喷射时间的函数，且如图3所示，以具有相对于喷射时间而朝下呈凸形形状的特性的方式变化。如果考虑到这些特性，则可认为燃烧时的缸内容积根据喷射时间以及着火延迟而以图4所示的方式变化。此外，由于废气中的NOx浓度具有燃烧时的缸内容积越大则越增加的趋势，因此当假设与该趋势相对应的关联存在于两者之间并将图4所示的特性线设为上下颠倒时，则能够获得图5所示的特性线。
即，可认为影响NOx的生成量的是考虑了着火延迟的燃烧时的缸内容积，而且，由于缸内容积以及着火延迟如上所述与喷射时间存在关联，因此能够认为在NOx浓度与喷射时间之间存在较大关联。本申请发明人发现如下特性，即，如图5所示，喷射时间越被滞后或者着火延迟越变大，则NOx浓度越朝上呈凸形形状而减少，并且该特性通过实验也能够得以确认。
此外，当将燃料喷射分为主喷射和后喷射来实施时，NOx浓度将存在减少的趋势。即，与仅实施主喷射的情况相比，在实施了主喷射以及后喷射的情况下，在燃烧进行的过程中，缸内容积增加的状态(活塞下降了的状态)下的喷射比例将增加。其结果为，产生了与使喷射时间滞后而仅执行主喷射的情况类似的作用，从而使NOx浓度减少。因此，在NOx浓度的计算时，不仅需要考虑主喷射的影响，而且还需要考虑后喷射的影响。本申请发明人发现，在考虑到这样的多次有效喷射的影响的情况下，如果使用通过喷射量而对各有效喷射的喷射时间进行加权并平均的喷射时间，则能够高精度地对NOx浓度进行计算。
根据以上的观点，在NOx量计算控制中，首先，如下述数学式1的式子所示，对反映全部有效喷射的喷射时间以及喷射量的平均喷射时间进行计算。在该式中，主喷射时间和主喷射量分别表示主喷射的喷射时间和喷射量，后喷射时间和后喷射量分别表示后喷射的喷射时间和喷射量。此外，所谓喷射时间，是作为开始燃料的喷射的曲轴转角而被定义的，例如以压缩上止点为基准而将提前侧定义为负值、将滞后侧定义为正值。
[数学式1]
在上述式子中，A为根据发动机的机型或特性等而被设定的偏置值，且被设定为正值。偏置值A即使因例如主喷射时间被设定在压缩上止点前而为负值，也作为用于使平均喷射时间不至为负值的正偏置而发挥功能。此外，当作为平均喷射时间的计算例而对图2所示的喷射模式的平均喷射时间进行计算时，平均喷射时间＝(主喷射时间5[CA]×主喷射量20[mm3/st]+后喷射时间15[CA]×后喷射量5[mm3/st])/(主喷射量20[mm3/st]+后喷射量5[mm3/st])＝7[CA]。其中，在上述计算例中，省略了偏置值A的加法运算。
另外，在上述数学式1的式子以及图2中，例示了主喷射以及后喷射各自实施一次的情况。但是，本发明是在将包括主喷射以及后喷射在内的、对缸内的燃烧做出贡献的全部喷射定义为有效喷射的基础上，适用于在一个循环中执行一次或多次有效喷射的情况。即，本发明并非被主喷射及后喷射的各自的有无以及喷射次数所限定，例如在执行一次主喷射而不执行后喷射的情况或在主喷射的执行后执行三次以上的后喷射的情况中也能够被适用。
在此，以平均喷射时间的计算方法来对实施多次有效喷射的情况进行说明。在这种情况下，首先，针对构成多次有效喷射的各个喷射的每一个而对喷射时间与喷射量的乘积值进行计算，进而，对全部有效喷射的该乘积值进行总计而得的加权喷射时间进行计算。接下来，对全部有效喷射的喷射量进行总计而得的总计喷射量进行计算，并且只要用所述加权喷射时间除以该总计喷射量而对平均喷射时间进行计算即可。另外，上述的加权喷射时间相当于所述数学式1的式子的分子,总计喷射量相当于数学式1的式子的分母。此外，在一个循环中仅实施一次有效喷射的情况下，该有效喷射的喷射时间仍作为平均喷射时间而被采用。
接下来，对本实施方式中的NOx浓度的具体计算方法进行说明。NOx浓度[ppm]根据由进气氧浓度[wt％]的乘方、平均喷射时间[CA]的乘方、燃料喷射量[mm3/st]的乘方、以及转速[rpm]的乘方所组成的多个参数，并通过下述数学式2的式子而被计算。该式子的分子表示每单位燃料的NOx量[g/g]，而分母则为用于将NOx量[g/g]换算为NOx浓度[ppm]的除数。
[数学式1]
在上述数学式2的式子中，燃料喷射量为全部有效喷射的喷射量的总计值，在图2所示的一个示例中，为对主喷射量和后喷射量进行总计而得的值。此外，该式中的“1.587”表示用NOx的质量除以废气的质量而得的质量比，e表示自然对数的底。另一方面，乘方的指数B、C、D、E、F根据发动机的机型与特性等而被设定。接下来，对上述式中所使用的补正后推断A/F、和进气氧浓度进行说明。
(补正后推断A/F的计算处理)
补正后推断A/F相当于对后述的元件的特性偏差进行了补正后的排气空燃比。补正后推断A/F根据当前时间点的新气量[g/s]以及燃料喷射量[g/s]、和按照当前时间点的运转区域而从学习映射图中读取的A/F学习补正系数，并通过下述数学式3的式子而被计算出。在该式中，燃料喷射量是指，例如将全部有效喷射的喷射量的总计值进行单位换算而得的喷射量。如此，补正后推断A/F为用补正前的推断空燃比(＝新气量/燃料喷射量)除以A/F学习补正系数并进行补正的函数。
[数学式3]
另外，A/F学习补正系数通过前文所述的空燃比学习控制而被设定。在空燃比学习控制中，首先，根据由空气流量计传感器42所检测出的新气量[g/s]、由多级喷射控制所设定的燃料喷射量(有效喷射的喷射量)[g/s]，并通过下述数学式4的式子而对推断空燃比进行计算。在下一处理中，通过下述数学式5的式子，而将空燃比传感器46检测出的实际检测值与所述推断空燃比的比率作为A/F学习补正系数来进行计算。该计算处理针对每个运转区域而被执行，各运转区域的A/F学习补正系数被存储在存储电路61的学习映射图中。
[数学式4]
推断空燃比＝新气量/燃料喷射量
[数学式5]
A/F学习补正系数＝推断空燃比/空燃比传感器的实际检测值
空气流量计传感器42的输出特性与燃料喷射阀14的喷射特性容易因量产误差(元件的个体差)或年月变化等而发生变动。这种部件的特性偏差成为使推断空燃比背离实际空燃比的误差的产生原因。相对于此，如所述数学式5的式子所示，推断空燃比的误差作为A/F学习补正系数而被取得。因此，如果通过所述数学式的式子而对推断空燃比进行补正，则能够对由部件的特性偏差引起的推断空燃比的误差进行补正，从而能够准确地对与实际排气空燃比大致相等的补正后推断A/F进行计算。另外，空燃比传感器46的特性偏差与空气流量计传感器42以及燃料喷射阀14的特性偏差相比而极小。因此，能够利用空燃比传感器46的检测值而对空气流量计传感器42以及燃料喷射阀14的特性偏差进行补正。
(进气氧浓度的计算处理)
接下来，对进气氧浓度的计算处理进行说明。进气氧浓度[wt％]根据补正后推断A/F和由前文所述的EGR控制所设定的EGR率[％]，并通过下述数学式6的式子而被计算出。在该式中，“23.2”表示已知的空气中的氧浓度，“14.6”表示理论空燃比。此外，EGR率作为EGR量/(流入到缸内的新气量+EGR量)而被定义，并且例如能够根据转速、吸入空气量、EGR阀38的开度等而进行计算。
[数学式6]
由于根据上述数学式6的式子，能够使用补正后推断A/F而对进气氧浓度进行补正，因此即使在产生了前文所述的元件部件的特性偏差的情况下，也能够准确地对进气氧浓度进行计算。此外，即使在执行EGR控制的情况下，也能够将该影响准确地反映在进气氧浓度的计算值上。由此，能够提高NOx浓度的计算精度。另外，在未搭载EGR机构的情况以及使EGR阀关闭的情况下，由于在上述数学式6的式中EGR率为0，因此进气氧浓度与空气中的氧浓度相等。因此，本实施方式也被适用于这些情况中。
[用于实现实施方式1的具体处理]
接下来，参照图6对用于实现上述的控制的具体的处理进行说明。图6为表示在本发明的实施方式1中通过ECU而被执行的控制的一个示例的流程图。该图中所示的程序在发动机的运转中被反复执行。在图6所示的程序中，首先，在步骤100中，取得各种传感器信号和通过各种控制而被设定的设定值。在此，在所取得的传感器信号中，至少包括转速、新气量、EGR率、总燃料喷射量、主喷射量、主喷射时间、后喷射量、后喷射时间等。
接下来，在步骤102中，通过按照当前时间点的运转区域来参照学习映射图，从而取得A/F学习补正系数。接下来，在步骤104中，通过所述数学式的式子而对补正后推断A/F进行计算，在步骤106中，通过所述数学式6的式子而对进气氧浓度进行计算。此外，在步骤108中，通过所述数学式1的式子而对平均喷射时间进行计算。而且，在步骤110中，根据这些计算结果，并通过所述数学式2的式子而对NOx浓度进行计算。
接下来，在步骤112、114中，执行还原剂添加控制。即，在步骤112中，根据NOx浓度的计算值而对应该向NOx还原催化剂30中添加的还原剂的添加量进行计算。在该计算处理中，例如只需将针对每个NOx浓度而被设定的、还原剂的适当的添加量的数据映射图预先存储在ECU60的存储电路61中，并根据该数据对映射图添加量而进行设定即可。
接下来，在步骤114中，通过实施次后喷射，从而将通过步骤112而被设定的量的还原剂(燃料)添加到NOx还原催化剂30中。另外，虽然在本实施方式中，如上所述，作为还原剂添加单元而例示了使用次后喷射的情况，但本发明并不限于此，作为还原剂添加单元，也可以采用例如将电磁式的还原剂添加阀设置于排气通道26上，并通过该还原剂添加阀而向催化剂中添加还原剂的结构。而且，在这种情况下，作为还原剂也可以使用尿素水。
如以上详细叙述的那样，根据本实施方式，由于采用了根据由有效喷射的喷射时间的乘方与进气氧浓度的乘方所组成的至少两个参数而对废气中的NOx浓度进行计算的结构，因此能够使与NOx的生成量有较大关联的有效喷射的喷射时间反映在NOx浓度的计算值上。由此，能够在不被发动机的机械误差或运转状况状况等影响的条件下，准确且稳定地对NOx浓度进行计算，并使用该计算值来提高控制精度。因此，在还原剂添加控制中，即使不使用高价的NOx传感器等，也能够根据NOx浓度来添加适当量的还原剂，从而改善排气排放与耗油率，并且能够促进成本降低。
而且，在本实施方式中，由于是将对NOx的生成量影响特别大的主喷射以及后喷射作为有效喷射来处理的，因此能够抑制例如因次后喷射的状态而在NOx浓度的计算值中产生误差的情况。此外，即使在实施多次有效喷射的情况下，也能够通过利用喷射量来对各有效喷射中的每一个喷射时间进行加权，从而对反映全部有效喷射的喷射时间以及喷射量的平均喷射时间进行计算。由此，通过将反映全部有效喷射的喷射时间适当地反映在NOx浓度的计算值上，从而能够准确地对多级喷射时的NOx浓度进行计算。而且，在本实施方式中，由于有效喷射量的乘方以及转速的乘方也作为浓度计算时的参数来使用，因此能够将喷射量以及转速的变化适当地反映在NOx浓度的计算值上，从而进一步提高计算精度。
此外，在本实施方式中，根据通过空燃比学习控制而获得的A/F学习补正系数而对补正后推断A/F进行计算，并根据补正后推断A/F而对NOx浓度进行计算。由此，能够通过补正后推断A/F来吸收空气流量计传感器42以及燃料喷射阀14的特性偏差。此外，由于即使在进气氧浓度的计算时也使用了补正后推断A/F，因此能够抑制因元件的特性偏差而在进气氧浓度上产生误差的情况。因此，能够在不被空气流量计传感器42以及燃料喷射阀14的特性偏差影响的条件下，以较长期间而良好地保持NOx浓度的计算精度。
相对于此，由于在现有技术中并没有认识到燃料的喷射时间与NOx量之间存在关联的情况、和多级喷射中仅有效喷射对NOx量产生影响的情况，因此在多种运转状态下难以始终准确地对NOx量进行计算。此外，由于在现有技术中，在NOx量的计算处理中不存在吸收传感器以及作动器的特性偏差的处理，因此易于因发动机的机械误差或年月变化等而在NOx量的计算值中产生误差，从而也易于使采用NOx量的控制的精度降低。根据本实施方式，能够解决这种现有技术的问题点。
另外，在所述实施方式1中，图2图示了权利要求1、2、14中的喷射控制单元以及多级喷射控制单元的具体示例。此外，图6中的步骤104表示权利要求14中的补正后推断A/F计算单元的具体示例，步骤106表示权利要求1、6、7、14中的氧浓度取得单元的具体示例，步骤110表示权利要求1、5、8～12、14中的NOx量计算单元的具体示例。而且，步骤108表示权利要求2、14中的平均计算单元的具体示例，步骤112、114表示权利要求11中的添加控制单元的具体示例。
此外，虽然在所述实施方式1中，例示了将主喷射和后喷射作为有效喷射来进行处理的情况，但本发明并不限于此，也可以采用还将对缸内的燃烧以及转矩的产生做出少许贡献的引燃喷射包括在有效喷射中的结构。在这种情况下，平均喷射时间使用作为引燃喷射的喷射时间以及喷射量的引燃喷射时间以及引燃喷射量，并通过下述数学式7的式子而进行计算。此外，只需采用在所述数学式2的式中的燃料喷射量中还包括引燃喷射量的结构即可。根据该结构，即使在将引燃喷射作为有效喷射而进行处理的情况下，与现有技术相比，也能够准确地对NOx浓度进行计算，从而能够获得与所述实施方式1大致相同的效果。
[数学式7]
此外，在所述实施方式1中，例示了使用进气氧浓度的乘方、平均喷射时间的乘方、燃料喷射量的乘方、转速的乘方而对NOx浓度进行计算的情况。但是，本发明并不限于此，也可以采用根据由进气氧浓度的乘方与平均喷射时间的乘方所组成的至少两个参数并通过下述数学式8的式子而对NOx浓度进行计算的结构。即使根据该结构，也能够依据喷射时间的变化而准确地对NOx浓度进行计算，从而能够获得与实施方式1大致相同的效果。
[数学式8]
此外，在本发明中，对于所述数学式8的式子，也可以采用通过仅加上燃料喷射量的乘方与转速的乘方中的任意一方的参数的式子，来对NOx浓度进行计算的结构。即，也可以采用将所述数学式8的式子的分子替换为(e^B×进气氧浓度^C×平均喷射时间^D×燃料喷射量^E)、或者将所述分子替换为(e^B×进气氧浓度^C×平均喷射时间^D×转速^F)的式子来对NOx浓度进行计算的结构。
此外，在所述实施方式1中，采用通过所述数学式2的式子而对NOx浓度[ppm]进行计算，并将该计算结果用于控制的结构。但是，本发明并不限定于此，也可以采用仅将所述数学式2的式子的分子作为每单位燃料的NOx量[g/g]而进行计算，并将该NOx量用于控制的结构。
实施方式2.
接下来，参照图7来对本发明的实施方式2进行说明。在本实施方式中，其特征在于，在与所述实施方式1相同的结构以及控制(图1、图6)中，针对每个运转区域而对NOx量的计算中所使用的乘方的指数进行变更。另外，在本实施方式中，对于与实施方式1相同的结构要素标注相同符号，并省略其说明。
[实施方式2的特征]
在所述实施方式1中，例示了根据发动机的机型与特性等而对数学式1、数学式2的式子中所包含的偏置值A以及乘方的指数B、C、D、E、F进行设定的情况。相对于此，在本实施方式中，则采用根据发动机的运转状态而对这些值A～F进行变更的结构。图7为，用于说明在本发明的实施方式2中针对每个运转区域而对NOx浓度的计算中所使用的乘方的指数进行变更的控制的说明图。在该图中，例示了针对根据发动机的转速与前文所述的进气氧浓度而被确定的四个运转区域(1)～(4)而分别对偏置值A以及乘方的指数B～F进行变更的情况。另外，图2图示了权利要求10中的指数可变单元的具体示例。
在以此方式构成的本实施方式中，也能够获得与所述实施方式1大致相同的作用效果。而且，尤其在本实施方式中，能够针对每个运转区域变换而适当地对用于NOx浓度的计算的偏置值A以及乘方的指数B、C、D、E、F进行切换。因此，能够使NOx浓度的计算值适合于运转状态的变化，从而能够进一步提高浓度的计算精度。
另外，在所述实施方式2中，例示了将发动机的整个运转区域分割为根据转速与前文所述的进气氧浓度而被确定的四个运转区域(1)～(4)的情况。但是，本发明并不限定于此，也可以采用将整个运转区域分割为两个、三个或五个以上的运转区域，并针对各个运转区域而对偏置值A以及乘方的指数B～F进行变更的结构。此外，用于对运转区域进行设定的参数并不限定于转速和进气氧浓度，根据需要也能够使用例如包括吸入空气量、燃料喷射量、转矩等在内的任意参数。
此外，在本发明中，不一定必须针对每个运转区域而对偏置值A以及乘方的指数B～F进行变更，也可以采用不对运转区域进行设定的结构。即，在本发明中，也可以采用根据反映内燃机的运转状态的任意的参数(转速、吸入空气量、燃料喷射量、喷射时间、转矩等)而使偏置值A以及乘方的指数B～F的全部或一部分逐渐增减、或者阶段性地对这些值A～F进行切换的结构。
实施方式3.
接下来，参照图8以及图9来对本发明的实施方式3进行说明。在本实施方式中，其特征在于，根据通过与所述实施方式1相同的方法而计算出的NOx量来对NOx传感器的故障进行检测。另外，在本实施方式中，对与实施方式1相同的结构要素标注相同符号，并省略其说明。
[实施方式3的特征]
图8为用于对本发明的实施方式3的系统结构进行说明的整体结构图。如该图所示，虽然本实施方式的系统被构成为与实施方式1大致相同，但具备NOx传感器50。NOx传感器50为，对流入NOx还原催化剂30中的废气中的NOx量进行检测并将与检测结果相对应的信号输出至ECU60的部件。
(NOx传感器的故障检测控制)
在本实施方式中，如图9所示，执行NOx传感器50的故障检测控制。图9为表示在本发明的实施方式3中通过ECU而被执行的控制的一个示例的流程图。该图所示的程序在发动机的运转中被反复执行。在图9所示的程序中，首先，在步骤200～210中，执行与所述实施方式1(图6)的步骤100～110相同的处理，并对废气中的NOx浓度进行计算。
接下来，在步骤212中，根据NOx传感器50的输出而对废气中的NOx浓度进行检测。而且，在步骤214中，根据NOx浓度的计算值与由NOx传感器50检测出的NOx浓度的检测值的背离度，而对NOx传感器50是否发生故障进行判断。在步骤214的判断成立的情况下，即，在NOx浓度的计算值与检测值的背离度收敛于与正常时的背离度相对应的容许范围内的情况下，将向步骤216转移，并将NOx传感器50判断为正常。
另一方面，在步骤214的判断不成立的情况下，即，在NOx浓度的计算值与检测值的背离度偏出了所述容许范围的情况下，将向步骤218转移，并将NOx传感器50判断为故障。在这种情况下，也可以采用例如点亮MIL等的警告灯而向用户通知故障，从而督促进行NOx传感器50的元件交换的结构。此外，在这种情况下，也可以采用无视NOx传感器50的输出而在故障模式下执行使用该输出的控制的结构。
另外，在步骤214中，也可以在例如将NOx浓度的计算值与检测值的差分作为所述背离度而进行计算、且该背离度超出了与所述容许范围相对应的判断值的情况下，判断为传感器的故障。此外，在步骤214中，也可以在将NOx浓度的计算值与检测值的比率(＝检测值/计算值)作为所述背离度而进行计算、且该背离度偏出了所述容许范围的情况下，判断为因例如传感器输出的增益的偏差、偏置的偏差、零堆栈等原因而发生了故障。此外，在步骤214中，也可以在将NOx浓度的计算值的变化速度与检测值的变化速度的比率作为所述背离度而进行计算、且该背离度偏出了所述容许范围的情况下，判断为因传感器的响应性的恶化等而发生了故障。
而且，在本实施方式中，也可以通过组合对NOx浓度的计算值与检测值的差分或比率是否收敛于所述容许范围内进行判断的第一判断、与对所述变化速度的比率是否收敛于所述容许范围内进行判断的第二判断，来构成步骤214的判断处理。如果列举具体示例，则在步骤214中，也可以在所述第一以及第二判断中的至少一方的判断成立的情况下将传感器判断为正常，并在两方的判断均不成立的情况下将传感器判断为故障。
在以此方式构成的本实施方式中，也能够获得与所述实施方式1大致相同的作用效果。尤其是在本实施方式中，能够利用NOx浓度的计算值而对NOx传感器50的故障进行检测。由此，即使不追加故障检测用的特别的机构等，也将由于能够实现传感器的故障检测，而因此能够在抑制成本增加的同时提高系统的可靠性。另外，在所述实施方式3中，图9中的步骤214、216、218表示权利要求12中的传感器故障检测单元的具体示例。
实施方式4.
接下来，参照图10来对本发明的实施方式4进行说明。在本实施方式中，其特征在于，在与所述实施方式1相同的结构(图1)中，根据因节气门以及EGR阀的阀开度的变化而产生的NOx量的计算值的变化，来对所述两个阀的故障进行检测。另外，在本实施方式中，对于与实施方式1相同的结构要素标注相同符号，并省略其说明。
[实施方式4的特征]
在本实施方式中，如图10所示，执行节气门24以及EGR阀38的故障检测控制。图10为表示在本发明的实施方式4中通过ECU而被执行的控制的一个示例的流程图。该图所示的程序在发动机的运转中被反复执行。在图10所示的程序中，首先，在步骤300中，将节气门24以及EGR阀38驱动为预先设定的第一开度，在步骤302中，对第一开度下的废气中的NOx浓度进行计算。在此，节气门24的第一开度也可以为与EGR阀38的第一开度不同的阀开度。此外，在步骤302中，通过与所述实施方式1(图6)的步骤100～110相同的处理而对NOx浓度进行计算。
接下来，在步骤304中，将节气门24以及EGR阀38驱动为第二开度，在步骤306中，与所述步骤302的情况相同，对第二开度下的NOx浓度进行计算。在此，第二开度被预先设定为与所述第一开度不同的阀开度。此外，节气门24的第二开度也可以为与EGR阀38的第二开度不同的阀开度。此外，虽然第一开度和第二开度也可以设定为包括全闭以及全开在内的任意的阀开度，但优选为两者的差分在NOx浓度发生变化的程度中较大。
接下来，在步骤308中，对因节气门24以及EGR阀38的阀开度的变化而产生的NOx浓度的变化是否收敛于与正常状态相对应的容许范围内进行判断。在该判断成立的情况下，即，在NOx浓度的变化收敛于容许范围内的情况下，由于NOx浓度根据阀开度的变化而正常变化，因此向步骤310转移，并将节气门24以及EGR阀38判断为正常。
另一方面，在步骤308的判断不成立的情况下，即，在NOx浓度的变化偏出了所述容许范围的情况下，向步骤312转移，并判断为节气门24与EGR阀38中的至少一方的阀发生了故障。在这种情况下，也可以与所述实施方式3的情况相同地执行警告灯的点亮、故障模式下的控制等。
另外，在步骤308中，作为“NOx浓度的变化”，既可以使用第一开度下的NOx浓度与第二开度下的NOx浓度的差分(变化量)，也可以使用阀开度从第一开度变化为第二开度时的NOx浓度的变化速度。如果进行具体叙述，则在步骤308中，也可以在NOx浓度的变化量偏出了所述容许范围的情况下，判断为例如因节气门24或EGR阀38的粘合、动作范围的异常、全闭时的泄漏等原因而发生了故障。此外，在步骤308中，也可以在NOx浓度的变化速度偏出了所述容许范围的情况下，判断为因节气门24或EGR阀38的响应性的恶化等而发生了故障。
而且，在本实施方式中，也可以通过组合对NOx浓度的变化量是否收敛于所述容许范围内进行判断的第一判断与对NOx浓度的变化速度是否收敛于所述容许范围内进行判断的第二判断来构成步骤308的判断处理。如果列举具体示例，则在步骤308中，也可以在所述第一以及第二判断中的至少一方的判断成立了的情况下，判断为节气门24以及EGR阀38的双方均为正常，而在第一以及第二判断均不成立的情况下，判断为至少一方的阀故障。
在以这种方式构成的本实施方式中，也能够获得与所述实施方式1大致相同的作用效果。尤其是在本实施方式中，能够利用NOx浓度的计算值而对节气门24以及EGR阀38的故障进行检测。由此，即使不追加故障检测用的特别的机构等，也由于能够实现阀的故障检测，而因此能够在抑制成本增加的同时提高系统的可靠性。另外，在所述实施方式4中，图10中的步骤308、310、312表示权利要求13中的阀故障检测单元的具体示例。
另外，在所述实施方式1至4中，分别例示了独立的结构。但是，本发明并不限定于此，也可以相对于实施方式1的结构而通过组合实施方式2、3、4中的多个结构从而实现一个结构。
符号说明
10…发动机(内燃机)；
12…燃烧室；
14…燃料喷射阀；
16…进气阀；
18…排气阀；
20…进气通道；
22…进气歧管；
24…节气门；
26…排气通道；
28…排气歧管；
30…NOx还原催化剂；
32…增压器；
34…EGR机构；
36…EGR配管；
38…EGR阀；
40…曲轴转角传感器；
42…空气流量计传感器(新气量传感器)；
44…水温传感器；
46…空燃比传感器；
48…加速器开度传感器；
50…NOx传感器；
60…ECU；
61…存储电路(学习存储单元)。

Claims (14)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
燃料喷射阀，其向内燃机的缸内喷射燃料；
喷射控制单元，其对由所述燃料喷射阀实施的燃料的喷射时间进行设定；
氧浓度取得单元，其将被吸入到所述缸内的气体中的氧浓度作为进气氧浓度而取得；
NOx量计算单元，其根据由有效喷射的喷射时间的乘方、与所述进气氧浓度的乘方所组成的至少两个参数，而对废气中的NOx量进行计算，其中，所述有效喷射为，对所述缸内的燃烧做出贡献的燃料喷射。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，
所述喷射控制单元设为在一个循环中执行多次有效喷射的结构，
具备平均计算单元，其针对各有效喷射中的每一个而对喷射时间与喷射量的乘积值进行计算并对将全部有效喷射的该乘积值进行总计而得的加权喷射时间进行计算，且用所述加权喷射时间除以对所述全部有效喷射的喷射量进行总计而得的总计喷射量来对平均喷射时间进行计算；
所述NOx量计算单元设为如下结构，即，作为所述有效喷射的喷射时间的乘方而使用所述平均喷射时间的乘方。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，
所述有效喷射为，在跨越压缩上止点的期间中或膨胀行程中喷射燃料并使该燃料在所述缸内燃烧的燃料喷射。
4.如权利要求3所述的内燃机的控制装置，其中，
设为如下结构，即，所述有效喷射还包括在压缩上止点前结束的燃料喷射。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
具备：
新气量传感器，其对被吸入到所述缸内的新气量进行检测；
空燃比传感器，其对排气空燃比进行检测；
学习存储单元，其对根据所述有效喷射的喷射量和所述新气量而被计算出的空燃比与所述空燃比传感器的检测值的比率、即A/F学习补正系数进行计算，并针对每个运转区域而对该A/F学习补正系数进行存储，
所述NOx量计算单元设为如下的结构，即，根据按照当前时间点的运转区域而从所述学习存储单元中读出的所述A/F学习补正系数，而对补正后推断A/F进行计算，并根据所述至少两个参数和所述补正后推断A/F而对所述NOx量进行计算。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
具备：
新气量传感器，其对被吸入到所述缸内的新气量进行检测；
空燃比传感器，其对排气空燃比进行检测；
学习存储单元，其对根据所述有效喷射的喷射量和所述新气量而被计算出的空燃比与所述空燃比传感器的检测值的比率、即A/F学习补正系数进行计算，并针对每个运转区域而对该A/F学习补正系数进行存储，
所述氧浓度取得单元设为如下的结构，即，将按照当前时间点的运转区域而从所述学习存储单元中读出的所述A/F学习补正系数使用在所述进气氧浓度的计算中。
7.如权利要求6所述的内燃机的控制装置，其中，
具备使废气回流至进气系统中的废气再循环机构，
所述氧浓度取得单元设为如下的结构，即，根据所述A/F学习补正系数、所述新气量及所述有效喷射的喷射量、和由所述废气再循环机构所实现的废气再循环率，而对所述进气氧浓度进行计算。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述NOx量计算单元设为如下结构，即，根据用所述有效喷射的喷射量的乘方加上所述参数而得的多个参数，而对所述NOx量进行计算。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述NOx量计算单元设为如下结构，即，根据用内燃机的转速的乘方加上所述参数而得的多个参数，而对所述NOx量进行计算。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
具备根据内燃机的运转状态而对所述参数的乘方的指数进行变更的指数可变单元，
所述NOx量计算单元设为如下的结构，即，使用由所述指数可变单元所设定的所述指数而对所述NOx量进行计算。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的内燃机的控制装置，具备：
NOx还原催化剂，其对废气中的NOx进行还原并净化；
还原剂添加单元，其向所述NOx还原催化剂中添加还原剂；
添加控制单元，其根据由所述NOx量计算单元计算出的所述NOx量而对所述还原剂的添加量进行计算，并根据该计算结果而使所述还原剂添加单元工作。
12.如权利要求1至10中的任一项所述的内燃机的控制装置，具备：
NOx还原催化剂，其对废气中的NOx进行还原并净化；
NOx传感器，其对流入到所述NOx还原催化剂中的NOx量进行检测；
传感器故障检测单元，其根据由所述NOx传感器获得的NOx量的检测值和由所述NOx量计算单元计算出的所述NOx量的计算值，而对所述NOx传感器的故障进行检测。
13.如权利要求1至12中的任一项所述的内燃机的控制装置，具备：
节气门，其对被吸入到所述缸内的新气量进行调节；
废气再循环阀，其被设置在用于使废气回流至进气系统中的废气再循环通道上，并对废气的回流量进行调节；
阀故障检测单元，其使所述节气门和所述废气再循环阀的阀开度变化，并根据由该阀开度的变化而产生的所述NOx量的计算值的变化，而对所述节气门和所述废气再循环阀的故障进行检测。
14.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，具备：
新气量传感器，其对被吸入到所述缸内的新气量进行检测；
空燃比传感器，其对排气空燃比进行检测；
废气再循环机构，其使废气回流至进气系统中；
多级喷射控制单元，其以包括所述喷射控制单元的方式而构成，并在一个循环中多次执行在跨越压缩上止点的期间中或膨胀行程中喷射燃料并使该燃料在所述缸内燃烧的有效喷射；
平均计算单元，其针对各个有效喷射中的每一个而对喷射时间与喷射量的乘积值进行计算并对将全部有效喷射的该乘积值总计而得的加权喷射时间进行计算，且用所述加权喷射时间除以对所述全部有效喷射的喷射量进行总计而得的总计喷射量来对平均喷射时间进行计算；
学习存储单元，其对根据所述有效喷射的喷射量和所述新气量而计算出的空燃比与所述空燃比传感器的检测值的比率、即A/F学习补正系数进行计算，并针对每个运转区域而对该A/F学习补正系数进行存储；
补正后推断A/F计算单元，其根据按照当前时间点的运转区域而从所述学习存储单元中读出的所述A/F学习补正系数、以及当前时间点的所述新气量和所述有效喷射的喷射量，而对补正后推断A/F进行计算；
所述氧浓度取得单元根据所述补正后推断A/F、由所述废气再循环机构所实现的废气再循环率、空气中的氧浓度、以及理论空燃比，而对所述进气氧浓度进行计算，
所述NOx量计算单元设为如下的结构，即，对分子进行计算，所述分子为，所述进气氧浓度的乘方、所述平均喷射时间的乘方、对所述有效喷射的喷射量全部进行总计而得的总计值的乘方、以及内燃机的转速的乘方的乘积，并且根据按照当前时间点的运转区域而从所述学习存储单元中读出的所述补正后推断A/F且通过10-6×1.587×(所述补正后推断A/F+1)的运算来对分母进行计算，并通过用所述分子除以所述分母从而对废气中的NOx浓度进行计算。
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