JP3867626B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯｘ生成量の推定が可能な内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のＮＯｘ（窒素酸化物）の生成量を推定する装置として、例えば特開平６−１０８９０３号に開示されているように、燃焼温度とＮＯｘ生成量との相関関係に着目し、吸入空気量の検出値等に基づいて内燃機関の最大燃焼温度を取得し、予め求められている最大燃焼温度とＮＯｘ濃度との相関式を利用して、最大燃焼温度に対応するＮＯｘ濃度を推定するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関を開発して市場に送り出す際には、内燃機関の排気ガス、騒音、振動等の特性が各種の規制を満たすような内燃機関の制御則を特定することを目的として、適合と呼ばれる作業が行なわれる。一般に、適合作業は、内燃機関の回転数及び負荷（燃料噴射量、又はトルクで代替されることがある。）を特定の状態に固定し、その状態で排気ガス等の規制対象が所定の目標値を満足するような内燃機関の各種の運転パラメータ（燃料の噴射時期、噴射圧、ＥＧＲ弁の開度、スロットル弁の開度等）の組み合わせを見つけ出すことにより行なわれる。適合作業において設定される機関回転数及び負荷が一定値に固定された状態を定常状態と言い、適合作業で得られた各種のパラメータの値を適合値と言う。適合作業は様々な機関回転数及び負荷に対して行なわれる。そして、一連の適合作業によって見出された各種のパラメータの適合値は、機関回転数及び機関負荷と対応付けた二次元マップ、あるいは演算式として制御装置のＲＯＭに記憶される。内燃機関が実際に運転される際には、それらのマップや演算式が参照されて各種のパラメータが機関回転数及び負荷に応じた値に制御される。
【０００４】
しかしながら、適合作業は内燃機関を定常状態という一種の理想的な状態で運転させて行なわれているので、実際の内燃機関の運転状態は適合時の状態からずれることがある。例えば、加減速時等には、燃料噴射量等の運転パラメータの変化に対して、ＮＯｘ生成量に影響を与える吸気温度やシリンダ壁面温度等の物理量の変化が遅れるため、内燃機関の運転状態が適合時の状態からずれる。このような各種の物理量の応答遅れに起因して、内燃機関が適合時の状態からずれて運転されている状態は過渡状態と呼ばれる。過渡状態では、内燃機関の運転パラメータを適合値に制御しても内燃機関の運転状態が適合時の状態からずれているので、ＮＯｘの排出量が目標値からずれることになる。上述した特開平６−１０８９０３号の装置においても、吸入空気量等から燃焼温度を取得する過程で過渡状態の影響が生じたり、最大燃焼温度をＮＯｘ濃度に変換する相関式が適合状態で得られたものであって過渡状態が考慮されていない等の理由により、過渡状態ではＮＯｘ生成量の推定精度が低下する。
【０００５】
また、適合作業は特定の内燃機関を利用して行なわれるので、製造工程における加工誤差や組み立て誤差に起因する個体差、あるいは内燃機関の径時変化により、内燃機関の運転パラメータを適合値に制御しても内燃機関の運転状態が適合時の状態からずれ、上記と同様にＮＯｘの排出量が目標値からずれることもある。
【０００６】
そして、ＮＯｘ生成量の推定値が不正確になると、その推定量に基づくＮＯｘ排出量の制御を適切に行なうことができず、ＮＯｘの排出量が増加するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、内燃機関の運転状態に拘わりなくＮＯｘを正確に推定することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＮＯｘ生成量に影響する物理量が所定の基本状態にあるときの内燃機関の運転状態と単位燃料当たりの基本ＮＯｘ生成量との対応関係を記述したデータに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対応した基本ＮＯｘ生成量を特定する基本ＮＯｘ生成量特定手段と、前記物理量の前記基本状態と現在の状態との相違に対応した前記基本ＮＯｘ生成量の補正量を特定する補正量特定手段と、前記基本ＮＯｘ生成量特定手段が特定した基本ＮＯｘ生成量、及び前記補正量特定手段が特定した補正量とに基づいて、前記現在の状態に対応するＮＯｘ生成量の推定値を特定する生成量推定手段と、を備えた内燃機関の制御装置により、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００９】
この発明によれば、基本ＮＯｘ生成量特定手段は、ＮＯｘ生成量に影響する物理量が所定の基本状態にあることを前提としたときの運転状態に対応した基本ＮＯｘ生成量を特定し、その一方、補正量特定手段はＮＯｘ生成量に影響する物理量の現在の状態と所定の基本状態との相違に応じた基本ＮＯｘ生成量の補正量を特定する。従って、過渡状態のようにＮＯｘ生成量に影響する物理量の現在の状態が基本状態と一致しない場合でも、その状態の相違に応じて特定される補正量を利用して基本ＮＯｘ生成量を修正し、ＮＯｘ生成量の推定精度を高めることができる。
【００１０】
本発明において、基本ＮＯｘ生成量特定手段は、内燃機関の運転状態を表現する様々なパラメータを考慮して基本ＮＯｘ生成量を特定してよいが、好適には運転状態を機関回転数及び燃料噴射時期にて代表し、これらのパラメータとの関係で基本ＮＯｘ生成量を推定することができる。すなわち、前記基本ＮＯｘ生成量特定手段は、前記物理量が前記基本状態にあるときの機関回転数及び燃料噴射時期と単位燃料当たりの基本ＮＯｘ生成量との対応関係を記述したデータに基づいて、現在の機関回転数及び燃料噴射時期に対応する基本ＮＯｘ生成量を特定してもよい（請求項２）。ＮＯｘ生成量に影響する物理量としては燃焼温度又はこれに相関する物理量を挙げることができる。例えば、前記物理量は、吸気Ｏ２濃度又は吸気温度の少なくともいずれか一方を含むことができる（請求項３）。これらの物理量は燃焼温度に与える影響が比較的大きく、少なくともいずれか一方を考慮して補正量を特定することにより、基本ＮＯｘ生成量の推定精度を効果的に改善することができる。
【００１１】
前記補正量特定手段は、前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータに基づいて、前記物理量の前記基本状態と現在の状態との相違に対応した前記補正量を特定してもよい（請求項４）。この場合には物理量と補正量との関係を予め調べてデータ化しておくことにより、物理量の現在値を与えるだけで補正量を特定することができる。なお、データは関数式、マップ等の各種の形式を含む。
【００１２】
前記補正量特定手段は、前記基本ＮＯｘ生成量に乗算すべき補正係数を前記補正量として特定してもよい（請求項５）。この場合には基本ＮＯｘ生成量に補正係数を乗じることにより、現在の状態を反映したＮＯｘ生成量が求められる。
【００１３】
前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータに基づいて補正量を特定する場合においては、前記物理量が所定状態のときの前記ＮＯｘ生成量の実測値を取得するＮＯｘ生成量検出手段と、前記ＮＯｘ生成量検出手段が検出した前記ＮＯｘ生成量の実測値に基づいて、前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正する学習手段と、を制御装置がさらに備えてもよい（請求項６）。この場合には、物理量と補正量との対応関係について内燃機関の個体差や経年変化によるずれが生じたとしても、ＮＯｘ生成量の実測値に基づいてその対応関係を学習してデータを修正することにより、個々の内燃機関の実態を正確に反映したデータを生成し、補正量の精度を改善してＮＯｘ生成量の推定精度をさらに高めることができる。
【００１４】
また、前記物理量が吸気Ｏ２濃度を含む場合において、前記学習手段は、排気ガスの吸気側への還流状態を所定の状態に設定することにより前記吸気Ｏ２濃度に関する前記所定状態として少なくとも一つの濃度を設定し、その設定された濃度に対応したＮＯｘ生成量の実測値に基づいて前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正してもよい（請求項７）。
【００１５】
吸気系への排気ガスの還流はＥＧＲとして知られており、吸気における酸素の濃度は排気ガスの還流量に応じて変動する。従って、ＥＧＲ量を弁手段等によって意図的に操作することにより、吸気Ｏ２濃度が所定濃度となる状態を意図的に作り出し、その濃度におけるＮＯｘ生成量を実測すれば、吸気Ｏ２濃度に対応した補正量の誤差を特定することができる。
【００１６】
学習手段を設ける場合において、前記物理量が複数種類用意され、前記補正量特定手段は、前記基本ＮＯｘ生成量に乗算すべき補正係数を前記補正量として物理量毎に特定し、前記学習手段は、いずれか一種類の特定の物理量を少なくとも一つの状態に設定したときの単位燃料当たりのＮＯｘ生成量の実測値を、当該ＮＯｘ生成量の実測時における他の物理量に対応した補正係数及び基本ＮＯｘ生成量にて除算して前記特定の物理量に関する前記補正係数を特定し、その特定した値に基づいて前記特定の物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正してもよい（請求項８）。この場合には、複数種類の物理量がＮＯｘ生成量の推定に関して考慮される場合であっても、ＮＯｘ生成量の実測値から、特定の物理量以外の物理量の影響を排除して、特定の物理量に関する補正量（補正係数）を正しく修正することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の制御装置及びそれによって制御される内燃機関の一実施形態を示している。内燃機関１は、例えば自動車に原動機として搭載される直列式の４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１の吸気通路２には、スロットルバルブ４の開度に応じた空気（一次空気）がエアフィルタ３を介して吸入され、その空気はインテークマニホールド５を介して各シリンダ６に取り込まれる。インテークマニホールド５には燃料を噴射するための燃料噴射弁７がシリンダ６毎に設けられている。なお、燃料噴射弁７はシリンダ６内に直接燃料を噴射するものでもよい。
【００１８】
シリンダ６内の燃焼によって生成される排気ガスは排気通路８を経て触媒９に導かれて浄化された後、不図示の消音器を経て大気へ排出される。触媒９はＨＣ、ＣＯを酸化する一方で、ＮＯｘを還元する周知の三元触媒である。排気通路８には、触媒９を通過した排気ガスをインテークマニホールド５に還流させるためのＥＧＲ通路１０が接続される。ＥＧＲ通路１０を通過する排気ガスの流量はＥＧＲ弁１１により調整される。
【００１９】
吸気通路２には吸入空気流量に対応した信号を出力するエアフローメータ１２、吸気温度に対応した信号を出力する吸気温センサ１３、スロットルバルブ４の開度に対応した信号を出力するスロットル開度センサ１４が、排気通路８には排気ガス中のＮＯｘ量に対応した信号を出力するＮＯｘセンサ１５がそれぞれ設けられる。各センサ１２〜１５の出力信号は制御装置としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１６に導かれる。ＥＣＵ１６はマイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺回路を備えたコンピュータとして構成される。ＥＣＵ１６は各種のセンサの出力信号を参照して、内燃機関１の運転制御に必要な各種の演算処理及び各種の機器の動作制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１６はエアフローメータ１２の出力信号を参照して所定の空燃比の混合気が形成されるように燃料噴射弁７の燃料噴射量を制御し、ＮＯｘセンサ１５の出力信号を参照してＥＧＲ弁１１の開度を制御する。ＥＣＵ１６が参照するセンサとしては、上記のセンサ１２〜１５の他にも、内燃機関１の冷却水温度に対応した信号を出力する水温センサ、クランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ等が存在するが、それらの図示は省略した。
【００２０】
ＥＣＵ１６は所定のプログラムを実行することにより、内燃機関１のＮＯｘ生成量を推定する装置として機能する。図２はＮＯｘ生成量の推定時にＥＣＵ１６内に構成されるＮＯｘ生成量推定モデルを示している。この推定モデルは基本ＮＯｘ生成量特定部２１と、吸気Ｏ２濃度補正係数特定部２２と、吸気温度補正係数特定部２３と、ＮＯｘ生成量演算部２４とを含んでいる。基本ＮＯｘ生成量特定部２１は、ＥＣＵ１６が算出した燃料噴射時期、及びクランク角センサの出力信号等に基づいて特定された機関回転数のそれぞれの現在値を入力として受け取り、これらの入力に対応した単位燃料量当たりの基本ＮＯｘ生成量を二次元マップＭ１から特定し、その特定した値を出力する。なお、ここで使用される二次元マップＭ１は、単位燃料量当たりの基本ＮＯｘ生成量を機関回転数（機関回転速度）及び燃料噴射時期と対応付けて特定したものであり、ＥＣＵ１６のＲＯＭに格納されている。二次元マップＭ１は、適合作業において、吸気Ｏ２濃度及び吸気温度を所定の基本状態に設定し、燃料噴射時期及び機関回転数を様々に変化させながらＮＯｘ生成量を測定して得られたものである。その適合時における吸気Ｏ２濃度及び吸気温度の基本状態は例えば吸気Ｏ２濃度が大気中の酸素濃度である２１％に、吸気温度が２５°Ｃにそれぞれ設定される。マップＭ１を燃料噴射時期と対応付けて作成するのは、燃焼温度とＮＯｘ生成量とが相関関係を有し、燃焼温度は燃料噴射時期に応じて変化するためである。また、マップＭ１を機関回転数とも対応付けているのは、燃料噴射時期が同一であっても燃焼の継続時間の長短に応じてＮＯｘ生成量が変化し、燃焼の継続時間は機関回転数に応じて変化するからである。
【００２１】
吸気Ｏ２濃度補正係数特定部２２は、吸気Ｏ２濃度の現在値を入力として受け取り、その現在値に対応する吸気Ｏ２濃度補正係数をマップＭ２から特定し、その特定した補正係数を出力する。入力値としての吸気Ｏ２濃度は、例えばエアフローメータ１２の出力信号から特定される吸入空気の流量と、ＥＣＵ１６からＥＧＲ弁１１に指示した開度（デューティー比）から特定されるＥＧＲガスの流量とから算出される。センサにより実測したＯ２濃度を入力してもよい。マップＭ２は適合時に設定した吸気Ｏ２濃度の基本状態と実際の吸気Ｏ２濃度とのずれに対応して、基本ＮＯｘ生成量と実際のＮＯｘ生成量とのずれを補正するための係数であり、予め実験的に求められてＥＣＵ１６のＲＯＭに格納される。吸気Ｏ２濃度がマップＭ１を作成した適合時の基本状態（例えば２１％）のとき吸気Ｏ２濃度補正係数は１．０であり、その基本状態よりもＯ２濃度が高いほど吸気Ｏ２濃度補正係数は１．０よりも上昇する。吸気内の酸素濃度が高いほどＮＯｘの生成量が増加するためである。
【００２２】
吸気温度補正係数特定部２３は吸気温センサ１３の出力信号に基づいて特定される吸気温の現在値を入力として受け取り、その現在値に対応する吸気温度補正係数をマップＭ３から特定し、その特定した補正係数を出力する。マップＭ３は適合時に設定した吸気温度の基本状態と実際の吸気温度とのずれに対応して基本ＮＯｘ生成量と実際のＮＯｘ生成量とのずれを補正するための係数であり、予め実験的に求められてＥＣＵ１６のＲＯＭに格納される。吸気温度がマップＭ１を作成した適合時の基本状態（例えば２５°Ｃ）のとき吸気温度補正係数は１．０であり、その基本状態よりも吸気温度が高いほど吸気温度補正係数は１．０よりも上昇する。吸気温度が高いほど燃焼温度が上昇してＮＯｘの生成量が増加するためである。
【００２３】
ＮＯｘ生成量演算部２４は、基本ＮＯｘ生成量特定部２１が出力した基本ＮＯｘ生成量に、吸気Ｏ２濃度補正係数特定部２２及び吸気温度補正係数特定部２３がそれぞれ出力した補正係数と、ＥＣＵ１６が算出した燃料噴射弁７からの燃料の噴射量とを乗算し、その積をＮＯｘ生成量の推定値として出力する。
【００２４】
以上のようなＮＯｘ生成量推定モデルがＥＣＵ１６に実装されることにより、ＮＯｘの生成量に影響を与える物理量である吸気Ｏ２濃度又は吸気温度が適合時の基準状態からずれた状態で内燃機関１が運転されている場合でも、基本ＮＯｘ生成量に補正係数が掛け合わされることにより単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量が現在の運転状態に見合った値に修正される。従って、適合時の状態と一致しない状態で内燃機関１が運転されている場合であってもＮＯｘ生成量を高い精度で推定することができる。また、適合によって定めた基本ＮＯｘ生成量を二次元マップＭ１で表現するとともに、吸気Ｏ２濃度及び吸気温度の変化がＮＯｘ生成量に与える影響を一次元マップＭ２、Ｍ３により係数化するだけでよいので、推定モデルを簡略化し、その実装を容易に行なうことができる。
【００２５】
以上の推定モデルにおいて、ＮＯｘの推定精度をさらに向上させるためには、ＮＯｘ生成量に影響する物理量と補正係数との関係を示すマップを学習により補正することが望ましい。
【００２６】
一例として、吸気Ｏ２濃度補正係数のマップＭ２の補正は、図３に示すようにＥＧＲ弁１１を所定開度で開いてＥＧＲを実施した状態と、ＥＧＲ弁１１を閉じてＥＧＲガスをカットした状態とを作り出し、ＥＧＲ実施及びカットの切り替えに伴うＮＯｘ濃度の変化が終了してＮＯｘ濃度が安定した時点で、各状態におけるＮＯｘ濃度ＲＮＯＸ１、ＲＮＯＸ２をＮＯｘセンサ１５の出力信号に基づいて実測することにより行なうことができる。その学習の具体的手順の一例を図４に示す。なお、ＥＧＲカット時の吸気Ｏ２濃度は大気中に含まれる酸素濃度である２１％に一致し、ＥＧＲ実施中のＯ２濃度はそれよりも小さいα％である。α％の値は予め実測しておく。
【００２７】
図４はＥＣＵ１６による吸気Ｏ２濃度補正係数の学習ルーチンを示している。この学習ルーチンは、内燃機関１の運転パラメータ（燃料噴射時期、燃料噴射量、機関回転数）が一定に保持されていると見なせる運転状態、例えばアイドリング安定状態にあるときに行なわれる。
【００２８】
図４の学習ルーチンにおいて、ＥＣＵ１６は、まずＥＧＲ弁１１を吸気Ｏ２濃度α％に対応した開度に設定し、ステップＳ１でＮＯｘセンサ１５の出力信号に基づいてＮＯｘ濃度計測値ＲＮＯＸ１を、エアフローメータ１２の出力信号に基づいて吸入新気量ＧＮ１を、燃料噴射弁７からの燃料供給量Ｑ１をそれぞれ取得する。そして、取得したＮＯｘ濃度計測値ＲＮＯＸ１に吸入新気量ＧＮ１を乗算し、その積を燃料供給量Ｑ１で除算して単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ１を算出する。吸入新気量ＧＮ１はＥＧＲガスを含まない吸気通路２に新たに取り込まれる空気の量である。
【００２９】
次に、吸気温センサ１３の出力信号に基づいて吸気温度ＴＩ１を取得する（ステップＳ２）。そして、マップＭ３から吸気温度ＴＩ１に対応する吸気温度係数ＫＴＩ１を取得する（ステップＳ３）。
【００３０】
次に、ＥＣＵ１６はＥＧＲ弁１１を閉じてＥＧＲガスの供給をカットすることにより、吸気Ｏ２濃度を基準状態の２１％に変更する（ステップＳ４）。続くステップＳ５ではＮＯｘセンサ１５の出力信号に基づいてＮＯｘ濃度計測値ＲＮＯＸ２を、エアフローメータ１２の出力信号に基づいて吸入新気量ＧＮ２を、燃料噴射弁７からの燃料供給量Ｑ２をそれぞれ取得する。そして、取得したＮＯｘ濃度計測値ＲＮＯＸ２に吸入新気量ＧＮ２を乗算し、その積を燃料供給量Ｑ２で除算して単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ２を算出する。次のステップＳ６では吸気温度ＴＩ２を取得し、続くステップＳ７ではマップＭ３から吸気温度ＴＩ２に対応する吸気温度係数ＫＴＩ２を取得する。
【００３１】
次に、ステップＳ８では、吸気Ｏ２濃度がα％のときの単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ１を吸気温度係数ＫＴＩ１で除算して単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ１′を算出するとともに、吸気Ｏ２濃度が２１％のときの単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ２を吸気温度係数ＫＴＩ２で除算して単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ２′を算出する。これらの演算された生成量ＮＯＸ１′、ＮＯＸ２′は、ＮＯｘ生成量の実測値ＮＯＸ１，ＮＯＸ２から吸気温度に対応した補正係数の影響を除去した値である。
【００３２】
次のステップＳ９では現在の機関回転数ＮＥ及び燃料噴射時期ＡＩを取得し、続くステップＳ１０では、二次元マップＭ１から、現在の燃料噴射時期及び機関回転数に対応した単位燃料量当たりの基本ＮＯｘ量ＮＯＸＢを特定する。その後、ステップＳ１１に進み、単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ１′を単位燃料量当たりの基本ＮＯｘ生成量ＮＯＸＢで除算して補正係数ＫＮＯＸ１′を算出する。算出された補正係数ＫＮＯＸ１′は、吸気Ｏ２濃度がα％のときのＮＯｘ生成量の実測値ＮＯＸ１に対応した補正後の吸気Ｏ２濃度補正係数に相当する。同様にして、単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ２′を基本ＮＯｘ生成量ＮＯＸＢで除算して吸気Ｏ２濃度が２１％のときの補正係数ＫＮＯＸ２′を算出する。
【００３３】
ステップＳ１２では、得られた補正係数ＫＮＯＸ１′、ＫＮＯＸ２′を利用してマップＭ２を補正する。すなわち、図５に示すように、吸気Ｏ２濃度と吸気Ｏ２濃度補正係数とを対応付ける学習前の曲線Ｌ１を、吸気Ｏ２濃度がα％及び２１％のときに補正係数ＫＮＯＸ１′、ＫＮＯＸ２′をそれぞれ通過する曲線Ｌ２へと修正する。学習後の曲線Ｌ２は学習前の曲線Ｌ１に対してなるべく近似したカーブを描くようにすればよい。これにより、吸気Ｏ２濃度補正係数のマップＭ２がＮＯｘセンサ１５によるＮＯｘ生成量の実測値に基づいて修正される。
【００３４】
内燃機関１の運転状態がマップＭ２を作成したときの状態と異なっていてもマップＭ２をそのまま使用した場合には補正係数の誤差が増えてＮＯｘ生成量の推定精度が低下するが、上記の学習を行なえば実際のＮＯｘ生成量に基づいてマップＭ２が修正されて内燃機関１の現状を正しく反映した補正係数が与えられる。従って、過渡状態や内燃機関１の個体差、径時変化の如何に拘わりなく、ＮＯｘ生成量の推定精度を高く維持できる。
【００３５】
図４の処理はアイドリング状態に限らず、内燃機関１の運転状態を変化させるために制御される各種の運転パラメータが一定と見なせる状態であれば適宜に実行してよい。例えば車両が一定速度で走行しているときに図４の処理を実行してもよい。図４の処理では吸気Ｏ２濃度を２段階に変化させてＮＯｘ生成量を実測することにより、学習後の曲線Ｌ２が通過すべき２点を特定したが、曲線Ｌ２が通過すべき１点を特定し、その点を曲線Ｌ２が通過するように学習前の曲線Ｌ１を図５の縦軸方向に平行移動させてもよい。
【００３６】
なお、吸気温度と吸気温度補正係数との対応関係を示すマップＭ３についても、マップＭ２と同様の手順で学習して補正することができる。この場合には、吸気Ｏ２濃度、吸気温度、及びＮＯｘ生成量の実測値を取得し、ＮＯｘ生成量の実測値から吸気Ｏ２濃度補正係数による影響を除去し、得られた値を学習時の機関回転数及び燃料噴射時期に対応した基本ＮＯｘ生成量で除算すれば、吸気温度及びＮＯｘ生成量の実測値に対応した吸気温度補正係数を取得でき、その取得した値に従って図５と同様にマップＭ３を修正すればよい。
【００３７】
以上の実施形態においては、ＥＣＵ１６に実装される基本ＮＯｘ生成量特定部２１が基本ＮＯｘ生成量特定手段として、吸気Ｏ２濃度補正係数特定部２２及び吸気温度補正係数特定部２３が補正量特定手段として、ＮＯｘ生成量演算部２４が生成量推定手段としてそれぞれ機能する。また、図４の学習制御ルーチンを実行するＥＣＵ１６が学習手段として機能し、ＮＯｘセンサ１５及びＥＣＵ１６の組み合わせがＮＯｘ生成量検出手段として機能する。但し、本発明はこのような実施形態に限定されることなく種々の形態にて実施可能である。例えば、本発明で使用される各種のデータはマップＭ１〜Ｍ３として記憶されたものに限らず関数式として表現されて記憶されてもよい。吸気Ｏ２濃度としては、ＥＧＲ弁１１の開度等から算出した値に代え、Ｏ２センサ等の実測値を使用してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ＮＯｘ生成量に影響する物理量の現在の状態が基本状態と一致しない過渡状態等においても、その物理量の状態の相違に応じて特定される補正量を利用して基本ＮＯｘ生成量を修正できるので、内燃機関の運転状態に拘わりなくＮＯｘを正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を示す図。
【図２】図１の制御装置のＥＣＵに実装されるＮＯｘ生成量推定モデルの構成を示す図。
【図３】ＮＯｘ生成量の実測値に基づいて吸気Ｏ２濃度補正係数を学習する概念を示す図。
【図４】図１の制御装置のＥＣＵが実行する補正係数学習ルーチンを示すフローチャート。
【図５】図４の補正係数学習ルーチンによるマップの修正を示す図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
８ 排気通路
１１ ＥＧＲ弁
１２ エアフローメータ
１３ 吸気温センサ
１５ ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ生成量検出手段）
１６ エンジンコントロールユニット（制御装置、学習手段、ＮＯｘ生成量検出手段）
２１ 基本ＮＯｘ生成量特定部
２２ 吸気Ｏ２濃度補正係数特定部
２３ 吸気温度補正係数特定部
２４ ＮＯｘ生成量推定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯｘ生成量の推定が可能な内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のＮＯｘ（窒素酸化物）の生成量を推定する装置として、例えば特開平６−１０８９０３号に開示されているように、燃焼温度とＮＯｘ生成量との相関関係に着目し、吸入空気量の検出値等に基づいて内燃機関の最大燃焼温度を取得し、予め求められている最大燃焼温度とＮＯｘ濃度との相関式を利用して、最大燃焼温度に対応するＮＯｘ濃度を推定するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関を開発して市場に送り出す際には、内燃機関の排気ガス、騒音、振動等の特性が各種の規制を満たすような内燃機関の制御則を特定することを目的として、適合と呼ばれる作業が行なわれる。一般に、適合作業は、内燃機関の回転数及び負荷（燃料噴射量、又はトルクで代替されることがある。）を特定の状態に固定し、その状態で排気ガス等の規制対象が所定の目標値を満足するような内燃機関の各種の運転パラメータ（燃料の噴射時期、噴射圧、ＥＧＲ弁の開度、スロットル弁の開度等）の組み合わせを見つけ出すことにより行なわれる。適合作業において設定される機関回転数及び負荷が一定値に固定された状態を定常状態と言い、適合作業で得られた各種のパラメータの値を適合値と言う。適合作業は様々な機関回転数及び負荷に対して行なわれる。そして、一連の適合作業によって見出された各種のパラメータの適合値は、機関回転数及び機関負荷と対応付けた二次元マップ、あるいは演算式として制御装置のＲＯＭに記憶される。内燃機関が実際に運転される際には、それらのマップや演算式が参照されて各種のパラメータが機関回転数及び負荷に応じた値に制御される。
【０００４】
しかしながら、適合作業は内燃機関を定常状態という一種の理想的な状態で運転させて行なわれているので、実際の内燃機関の運転状態は適合時の状態からずれることがある。例えば、加減速時等には、燃料噴射量等の運転パラメータの変化に対して、ＮＯｘ生成量に影響を与える吸気温度やシリンダ壁面温度等の物理量の変化が遅れるため、内燃機関の運転状態が適合時の状態からずれる。このような各種の物理量の応答遅れに起因して、内燃機関が適合時の状態からずれて運転されている状態は過渡状態と呼ばれる。過渡状態では、内燃機関の運転パラメータを適合値に制御しても内燃機関の運転状態が適合時の状態からずれているので、ＮＯｘの排出量が目標値からずれることになる。上述した特開平６−１０８９０３号の装置においても、吸入空気量等から燃焼温度を取得する過程で過渡状態の影響が生じたり、最大燃焼温度をＮＯｘ濃度に変換する相関式が適合状態で得られたものであって過渡状態が考慮されていない等の理由により、過渡状態ではＮＯｘ生成量の推定精度が低下する。
【０００５】
また、適合作業は特定の内燃機関を利用して行なわれるので、製造工程における加工誤差や組み立て誤差に起因する個体差、あるいは内燃機関の径時変化により、内燃機関の運転パラメータを適合値に制御しても内燃機関の運転状態が適合時の状態からずれ、上記と同様にＮＯｘの排出量が目標値からずれることもある。
【０００６】
そして、ＮＯｘ生成量の推定値が不正確になると、その推定量に基づくＮＯｘ排出量の制御を適切に行なうことができず、ＮＯｘの排出量が増加するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、内燃機関の運転状態に拘わりなくＮＯｘを正確に推定することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＮＯｘ生成量に影響する物理量が所定の基本状態にあるときの内燃機関の運転状態と単位燃料当たりの基本ＮＯｘ生成量との対応関係を記述したデータに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対応した基本ＮＯｘ生成量を特定する基本ＮＯｘ生成量特定手段と、前記物理量の前記基本状態と現在の状態との相違に対応した前記基本ＮＯｘ生成量の補正量を特定する補正量特定手段と、前記基本ＮＯｘ生成量特定手段が特定した基本ＮＯｘ生成量、及び前記補正量特定手段が特定した補正量とに基づいて、前記現在の状態に対応するＮＯｘ生成量の推定値を特定する生成量推定手段と、を備えた内燃機関の制御装置により、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００９】
この発明によれば、基本ＮＯｘ生成量特定手段は、ＮＯｘ生成量に影響する物理量が所定の基本状態にあることを前提としたときの運転状態に対応した基本ＮＯｘ生成量を特定し、その一方、補正量特定手段はＮＯｘ生成量に影響する物理量の現在の状態と所定の基本状態との相違に応じた基本ＮＯｘ生成量の補正量を特定する。従って、過渡状態のようにＮＯｘ生成量に影響する物理量の現在の状態が基本状態と一致しない場合でも、その状態の相違に応じて特定される補正量を利用して基本ＮＯｘ生成量を修正し、ＮＯｘ生成量の推定精度を高めることができる。
【００１０】
本発明において、基本ＮＯｘ生成量特定手段は、内燃機関の運転状態を表現する様々なパラメータを考慮して基本ＮＯｘ生成量を特定してよいが、好適には運転状態を機関回転数及び燃料噴射時期にて代表し、これらのパラメータとの関係で基本ＮＯｘ生成量を推定することができる。すなわち、前記基本ＮＯｘ生成量特定手段は、前記物理量が前記基本状態にあるときの機関回転数及び燃料噴射時期と単位燃料当たりの基本ＮＯｘ生成量との対応関係を記述したデータに基づいて、現在の機関回転数及び燃料噴射時期に対応する基本ＮＯｘ生成量を特定してもよい（請求項２）。ＮＯｘ生成量に影響する物理量としては燃焼温度又はこれに相関する物理量を挙げることができる。例えば、前記物理量は、吸気Ｏ２濃度又は吸気温度の少なくともいずれか一方を含むことができる（請求項３）。これらの物理量は燃焼温度に与える影響が比較的大きく、少なくともいずれか一方を考慮して補正量を特定することにより、基本ＮＯｘ生成量の推定精度を効果的に改善することができる。
【００１１】
前記補正量特定手段は、前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータに基づいて、前記物理量の前記基本状態と現在の状態との相違に対応した前記補正量を特定してもよい（請求項４）。この場合には物理量と補正量との関係を予め調べてデータ化しておくことにより、物理量の現在値を与えるだけで補正量を特定することができる。なお、データは関数式、マップ等の各種の形式を含む。
【００１２】
前記補正量特定手段は、前記基本ＮＯｘ生成量に乗算すべき補正係数を前記補正量として特定してもよい（請求項５）。この場合には基本ＮＯｘ生成量に補正係数を乗じることにより、現在の状態を反映したＮＯｘ生成量が求められる。
【００１３】
前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータに基づいて補正量を特定する場合においては、前記物理量が所定状態のときの前記ＮＯｘ生成量の実測値を取得するＮＯｘ生成量検出手段と、前記ＮＯｘ生成量検出手段が検出した前記ＮＯｘ生成量の実測値に基づいて、前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正する学習手段と、を制御装置がさらに備えてもよい（請求項６）。この場合には、物理量と補正量との対応関係について内燃機関の個体差や経年変化によるずれが生じたとしても、ＮＯｘ生成量の実測値に基づいてその対応関係を学習してデータを修正することにより、個々の内燃機関の実態を正確に反映したデータを生成し、補正量の精度を改善してＮＯｘ生成量の推定精度をさらに高めることができる。
【００１４】
また、前記物理量が吸気Ｏ２濃度を含む場合において、前記学習手段は、排気ガスの吸気側への還流状態を所定の状態に設定することにより前記吸気Ｏ２濃度に関する前記所定状態として少なくとも一つの濃度を設定し、その設定された濃度に対応したＮＯｘ生成量の実測値に基づいて前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正してもよい（請求項７）。
【００１５】
吸気系への排気ガスの還流はＥＧＲとして知られており、吸気における酸素の濃度は排気ガスの還流量に応じて変動する。従って、ＥＧＲ量を弁手段等によって意図的に操作することにより、吸気Ｏ２濃度が所定濃度となる状態を意図的に作り出し、その濃度におけるＮＯｘ生成量を実測すれば、吸気Ｏ２濃度に対応した補正量の誤差を特定することができる。
【００１６】
学習手段を設ける場合において、前記物理量が複数種類用意され、前記補正量特定手段は、前記基本ＮＯｘ生成量に乗算すべき補正係数を前記補正量として物理量毎に特定し、前記学習手段は、いずれか一種類の特定の物理量を少なくとも一つの状態に設定したときの単位燃料当たりのＮＯｘ生成量の実測値を、当該ＮＯｘ生成量の実測時における他の物理量に対応した補正係数及び基本ＮＯｘ生成量にて除算して前記特定の物理量に関する前記補正係数を特定し、その特定した値に基づいて前記特定の物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正してもよい（請求項８）。この場合には、複数種類の物理量がＮＯｘ生成量の推定に関して考慮される場合であっても、ＮＯｘ生成量の実測値から、特定の物理量以外の物理量の影響を排除して、特定の物理量に関する補正量（補正係数）を正しく修正することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の制御装置及びそれによって制御される内燃機関の一実施形態を示している。内燃機関１は、例えば自動車に原動機として搭載される直列式の４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１の吸気通路２には、スロットルバルブ４の開度に応じた空気（一次空気）がエアフィルタ３を介して吸入され、その空気はインテークマニホールド５を介して各シリンダ６に取り込まれる。インテークマニホールド５には燃料を噴射するための燃料噴射弁７がシリンダ６毎に設けられている。なお、燃料噴射弁７はシリンダ６内に直接燃料を噴射するものでもよい。
【００１８】
シリンダ６内の燃焼によって生成される排気ガスは排気通路８を経て触媒９に導かれて浄化された後、不図示の消音器を経て大気へ排出される。触媒９はＨＣ、ＣＯを酸化する一方で、ＮＯｘを還元する周知の三元触媒である。排気通路８には、触媒９を通過した排気ガスをインテークマニホールド５に還流させるためのＥＧＲ通路１０が接続される。ＥＧＲ通路１０を通過する排気ガスの流量はＥＧＲ弁１１により調整される。
【００１９】
吸気通路２には吸入空気流量に対応した信号を出力するエアフローメータ１２、吸気温度に対応した信号を出力する吸気温センサ１３、スロットルバルブ４の開度に対応した信号を出力するスロットル開度センサ１４が、排気通路８には排気ガス中のＮＯｘ量に対応した信号を出力するＮＯｘセンサ１５がそれぞれ設けられる。各センサ１２〜１５の出力信号は制御装置としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１６に導かれる。ＥＣＵ１６はマイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺回路を備えたコンピュータとして構成される。ＥＣＵ１６は各種のセンサの出力信号を参照して、内燃機関１の運転制御に必要な各種の演算処理及び各種の機器の動作制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１６はエアフローメータ１２の出力信号を参照して所定の空燃比の混合気が形成されるように燃料噴射弁７の燃料噴射量を制御し、ＮＯｘセンサ１５の出力信号を参照してＥＧＲ弁１１の開度を制御する。ＥＣＵ１６が参照するセンサとしては、上記のセンサ１２〜１５の他にも、内燃機関１の冷却水温度に対応した信号を出力する水温センサ、クランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ等が存在するが、それらの図示は省略した。
【００２０】
ＥＣＵ１６は所定のプログラムを実行することにより、内燃機関１のＮＯｘ生成量を推定する装置として機能する。図２はＮＯｘ生成量の推定時にＥＣＵ１６内に構成されるＮＯｘ生成量推定モデルを示している。この推定モデルは基本ＮＯｘ生成量特定部２１と、吸気Ｏ２濃度補正係数特定部２２と、吸気温度補正係数特定部２３と、ＮＯｘ生成量演算部２４とを含んでいる。基本ＮＯｘ生成量特定部２１は、ＥＣＵ１６が算出した燃料噴射時期、及びクランク角センサの出力信号等に基づいて特定された機関回転数のそれぞれの現在値を入力として受け取り、これらの入力に対応した単位燃料量当たりの基本ＮＯｘ生成量を二次元マップＭ１から特定し、その特定した値を出力する。なお、ここで使用される二次元マップＭ１は、単位燃料量当たりの基本ＮＯｘ生成量を機関回転数（機関回転速度）及び燃料噴射時期と対応付けて特定したものであり、ＥＣＵ１６のＲＯＭに格納されている。二次元マップＭ１は、適合作業において、吸気Ｏ２濃度及び吸気温度を所定の基本状態に設定し、燃料噴射時期及び機関回転数を様々に変化させながらＮＯｘ生成量を測定して得られたものである。その適合時における吸気Ｏ２濃度及び吸気温度の基本状態は例えば吸気Ｏ２濃度が大気中の酸素濃度である２１％に、吸気温度が２５°Ｃにそれぞれ設定される。マップＭ１を燃料噴射時期と対応付けて作成するのは、燃焼温度とＮＯｘ生成量とが相関関係を有し、燃焼温度は燃料噴射時期に応じて変化するためである。また、マップＭ１を機関回転数とも対応付けているのは、燃料噴射時期が同一であっても燃焼の継続時間の長短に応じてＮＯｘ生成量が変化し、燃焼の継続時間は機関回転数に応じて変化するからである。
【００２１】
吸気Ｏ２濃度補正係数特定部２２は、吸気Ｏ２濃度の現在値を入力として受け取り、その現在値に対応する吸気Ｏ２濃度補正係数をマップＭ２から特定し、その特定した補正係数を出力する。入力値としての吸気Ｏ２濃度は、例えばエアフローメータ１２の出力信号から特定される吸入空気の流量と、ＥＣＵ１６からＥＧＲ弁１１に指示した開度（デューティー比）から特定されるＥＧＲガスの流量とから算出される。センサにより実測したＯ２濃度を入力してもよい。マップＭ２は適合時に設定した吸気Ｏ２濃度の基本状態と実際の吸気Ｏ２濃度とのずれに対応して、基本ＮＯｘ生成量と実際のＮＯｘ生成量とのずれを補正するための係数であり、予め実験的に求められてＥＣＵ１６のＲＯＭに格納される。吸気Ｏ２濃度がマップＭ１を作成した適合時の基本状態（例えば２１％）のとき吸気Ｏ２濃度補正係数は１．０であり、その基本状態よりもＯ２濃度が高いほど吸気Ｏ２濃度補正係数は１．０よりも上昇する。吸気内の酸素濃度が高いほどＮＯｘの生成量が増加するためである。
【００２２】
吸気温度補正係数特定部２３は吸気温センサ１３の出力信号に基づいて特定される吸気温の現在値を入力として受け取り、その現在値に対応する吸気温度補正係数をマップＭ３から特定し、その特定した補正係数を出力する。マップＭ３は適合時に設定した吸気温度の基本状態と実際の吸気温度とのずれに対応して基本ＮＯｘ生成量と実際のＮＯｘ生成量とのずれを補正するための係数であり、予め実験的に求められてＥＣＵ１６のＲＯＭに格納される。吸気温度がマップＭ１を作成した適合時の基本状態（例えば２５°Ｃ）のとき吸気温度補正係数は１．０であり、その基本状態よりも吸気温度が高いほど吸気温度補正係数は１．０よりも上昇する。吸気温度が高いほど燃焼温度が上昇してＮＯｘの生成量が増加するためである。
【００２３】
ＮＯｘ生成量演算部２４は、基本ＮＯｘ生成量特定部２１が出力した基本ＮＯｘ生成量に、吸気Ｏ２濃度補正係数特定部２２及び吸気温度補正係数特定部２３がそれぞれ出力した補正係数と、ＥＣＵ１６が算出した燃料噴射弁７からの燃料の噴射量とを乗算し、その積をＮＯｘ生成量の推定値として出力する。
【００２４】
以上のようなＮＯｘ生成量推定モデルがＥＣＵ１６に実装されることにより、ＮＯｘの生成量に影響を与える物理量である吸気Ｏ２濃度又は吸気温度が適合時の基準状態からずれた状態で内燃機関１が運転されている場合でも、基本ＮＯｘ生成量に補正係数が掛け合わされることにより単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量が現在の運転状態に見合った値に修正される。従って、適合時の状態と一致しない状態で内燃機関１が運転されている場合であってもＮＯｘ生成量を高い精度で推定することができる。また、適合によって定めた基本ＮＯｘ生成量を二次元マップＭ１で表現するとともに、吸気Ｏ２濃度及び吸気温度の変化がＮＯｘ生成量に与える影響を一次元マップＭ２、Ｍ３により係数化するだけでよいので、推定モデルを簡略化し、その実装を容易に行なうことができる。
【００２５】
以上の推定モデルにおいて、ＮＯｘの推定精度をさらに向上させるためには、ＮＯｘ生成量に影響する物理量と補正係数との関係を示すマップを学習により補正することが望ましい。
【００２６】
一例として、吸気Ｏ２濃度補正係数のマップＭ２の補正は、図３に示すようにＥＧＲ弁１１を所定開度で開いてＥＧＲを実施した状態と、ＥＧＲ弁１１を閉じてＥＧＲガスをカットした状態とを作り出し、ＥＧＲ実施及びカットの切り替えに伴うＮＯｘ濃度の変化が終了してＮＯｘ濃度が安定した時点で、各状態におけるＮＯｘ濃度ＲＮＯＸ１、ＲＮＯＸ２をＮＯｘセンサ１５の出力信号に基づいて実測することにより行なうことができる。その学習の具体的手順の一例を図４に示す。なお、ＥＧＲカット時の吸気Ｏ２濃度は大気中に含まれる酸素濃度である２１％に一致し、ＥＧＲ実施中のＯ２濃度はそれよりも小さいα％である。α％の値は予め実測しておく。
【００２７】
図４はＥＣＵ１６による吸気Ｏ２濃度補正係数の学習ルーチンを示している。この学習ルーチンは、内燃機関１の運転パラメータ（燃料噴射時期、燃料噴射量、機関回転数）が一定に保持されていると見なせる運転状態、例えばアイドリング安定状態にあるときに行なわれる。
【００２８】
図４の学習ルーチンにおいて、ＥＣＵ１６は、まずＥＧＲ弁１１を吸気Ｏ２濃度α％に対応した開度に設定し、ステップＳ１でＮＯｘセンサ１５の出力信号に基づいてＮＯｘ濃度計測値ＲＮＯＸ１を、エアフローメータ１２の出力信号に基づいて吸入新気量ＧＮ１を、燃料噴射弁７からの燃料供給量Ｑ１をそれぞれ取得する。そして、取得したＮＯｘ濃度計測値ＲＮＯＸ１に吸入新気量ＧＮ１を乗算し、その積を燃料供給量Ｑ１で除算して単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ１を算出する。吸入新気量ＧＮ１はＥＧＲガスを含まない吸気通路２に新たに取り込まれる空気の量である。
【００２９】
次に、吸気温センサ１３の出力信号に基づいて吸気温度ＴＩ１を取得する（ステップＳ２）。そして、マップＭ３から吸気温度ＴＩ１に対応する吸気温度係数ＫＴＩ１を取得する（ステップＳ３）。
【００３０】
次に、ＥＣＵ１６はＥＧＲ弁１１を閉じてＥＧＲガスの供給をカットすることにより、吸気Ｏ２濃度を基準状態の２１％に変更する（ステップＳ４）。続くステップＳ５ではＮＯｘセンサ１５の出力信号に基づいてＮＯｘ濃度計測値ＲＮＯＸ２を、エアフローメータ１２の出力信号に基づいて吸入新気量ＧＮ２を、燃料噴射弁７からの燃料供給量Ｑ２をそれぞれ取得する。そして、取得したＮＯｘ濃度計測値ＲＮＯＸ２に吸入新気量ＧＮ２を乗算し、その積を燃料供給量Ｑ２で除算して単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ２を算出する。次のステップＳ６では吸気温度ＴＩ２を取得し、続くステップＳ７ではマップＭ３から吸気温度ＴＩ２に対応する吸気温度係数ＫＴＩ２を取得する。
【００３１】
次に、ステップＳ８では、吸気Ｏ２濃度がα％のときの単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ１を吸気温度係数ＫＴＩ１で除算して単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ１′を算出するとともに、吸気Ｏ２濃度が２１％のときの単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ２を吸気温度係数ＫＴＩ２で除算して単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ２′を算出する。これらの演算された生成量ＮＯＸ１′、ＮＯＸ２′は、ＮＯｘ生成量の実測値ＮＯＸ１，ＮＯＸ２から吸気温度に対応した補正係数の影響を除去した値である。
【００３２】
次のステップＳ９では現在の機関回転数ＮＥ及び燃料噴射時期ＡＩを取得し、続くステップＳ１０では、二次元マップＭ１から、現在の燃料噴射時期及び機関回転数に対応した単位燃料量当たりの基本ＮＯｘ量ＮＯＸＢを特定する。その後、ステップＳ１１に進み、単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ１′を単位燃料量当たりの基本ＮＯｘ生成量ＮＯＸＢで除算して補正係数ＫＮＯＸ１′を算出する。算出された補正係数ＫＮＯＸ１′は、吸気Ｏ２濃度がα％のときのＮＯｘ生成量の実測値ＮＯＸ１に対応した補正後の吸気Ｏ２濃度補正係数に相当する。同様にして、単位燃料量当たりのＮＯｘ生成量ＮＯＸ２′を基本ＮＯｘ生成量ＮＯＸＢで除算して吸気Ｏ２濃度が２１％のときの補正係数ＫＮＯＸ２′を算出する。
【００３３】
ステップＳ１２では、得られた補正係数ＫＮＯＸ１′、ＫＮＯＸ２′を利用してマップＭ２を補正する。すなわち、図５に示すように、吸気Ｏ２濃度と吸気Ｏ２濃度補正係数とを対応付ける学習前の曲線Ｌ１を、吸気Ｏ２濃度がα％及び２１％のときに補正係数ＫＮＯＸ１′、ＫＮＯＸ２′をそれぞれ通過する曲線Ｌ２へと修正する。学習後の曲線Ｌ２は学習前の曲線Ｌ１に対してなるべく近似したカーブを描くようにすればよい。これにより、吸気Ｏ２濃度補正係数のマップＭ２がＮＯｘセンサ１５によるＮＯｘ生成量の実測値に基づいて修正される。
【００３４】
内燃機関１の運転状態がマップＭ２を作成したときの状態と異なっていてもマップＭ２をそのまま使用した場合には補正係数の誤差が増えてＮＯｘ生成量の推定精度が低下するが、上記の学習を行なえば実際のＮＯｘ生成量に基づいてマップＭ２が修正されて内燃機関１の現状を正しく反映した補正係数が与えられる。従って、過渡状態や内燃機関１の個体差、径時変化の如何に拘わりなく、ＮＯｘ生成量の推定精度を高く維持できる。
【００３５】
図４の処理はアイドリング状態に限らず、内燃機関１の運転状態を変化させるために制御される各種の運転パラメータが一定と見なせる状態であれば適宜に実行してよい。例えば車両が一定速度で走行しているときに図４の処理を実行してもよい。図４の処理では吸気Ｏ２濃度を２段階に変化させてＮＯｘ生成量を実測することにより、学習後の曲線Ｌ２が通過すべき２点を特定したが、曲線Ｌ２が通過すべき１点を特定し、その点を曲線Ｌ２が通過するように学習前の曲線Ｌ１を図５の縦軸方向に平行移動させてもよい。
【００３６】
なお、吸気温度と吸気温度補正係数との対応関係を示すマップＭ３についても、マップＭ２と同様の手順で学習して補正することができる。この場合には、吸気Ｏ２濃度、吸気温度、及びＮＯｘ生成量の実測値を取得し、ＮＯｘ生成量の実測値から吸気Ｏ２濃度補正係数による影響を除去し、得られた値を学習時の機関回転数及び燃料噴射時期に対応した基本ＮＯｘ生成量で除算すれば、吸気温度及びＮＯｘ生成量の実測値に対応した吸気温度補正係数を取得でき、その取得した値に従って図５と同様にマップＭ３を修正すればよい。
【００３７】
以上の実施形態においては、ＥＣＵ１６に実装される基本ＮＯｘ生成量特定部２１が基本ＮＯｘ生成量特定手段として、吸気Ｏ２濃度補正係数特定部２２及び吸気温度補正係数特定部２３が補正量特定手段として、ＮＯｘ生成量演算部２４が生成量推定手段としてそれぞれ機能する。また、図４の学習制御ルーチンを実行するＥＣＵ１６が学習手段として機能し、ＮＯｘセンサ１５及びＥＣＵ１６の組み合わせがＮＯｘ生成量検出手段として機能する。但し、本発明はこのような実施形態に限定されることなく種々の形態にて実施可能である。例えば、本発明で使用される各種のデータはマップＭ１〜Ｍ３として記憶されたものに限らず関数式として表現されて記憶されてもよい。吸気Ｏ２濃度としては、ＥＧＲ弁１１の開度等から算出した値に代え、Ｏ２センサ等の実測値を使用してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ＮＯｘ生成量に影響する物理量の現在の状態が基本状態と一致しない過渡状態等においても、その物理量の状態の相違に応じて特定される補正量を利用して基本ＮＯｘ生成量を修正できるので、内燃機関の運転状態に拘わりなくＮＯｘを正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を示す図。
【図２】図１の制御装置のＥＣＵに実装されるＮＯｘ生成量推定モデルの構成を示す図。
【図３】ＮＯｘ生成量の実測値に基づいて吸気Ｏ２濃度補正係数を学習する概念を示す図。
【図４】図１の制御装置のＥＣＵが実行する補正係数学習ルーチンを示すフローチャート。
【図５】図４の補正係数学習ルーチンによるマップの修正を示す図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
８ 排気通路
１１ ＥＧＲ弁
１２ エアフローメータ
１３ 吸気温センサ
１５ ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ生成量検出手段）
１６ エンジンコントロールユニット（制御装置、学習手段、ＮＯｘ生成量検出手段）
２１ 基本ＮＯｘ生成量特定部
２２ 吸気Ｏ２濃度補正係数特定部
２３ 吸気温度補正係数特定部
２４ ＮＯｘ生成量推定部
Claims (8)
- ＮＯｘ生成量に影響する物理量が所定の基本状態にあるときの内燃機関の運転状態と単位燃料当たりの基本ＮＯｘ生成量との対応関係を記述したデータに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対応した基本ＮＯｘ生成量を特定する基本ＮＯｘ生成量特定手段と、
前記物理量の前記基本状態と現在の状態との相違に対応した前記基本ＮＯｘ生成量の補正量を特定する補正量特定手段と、
前記基本ＮＯｘ生成量特定手段が特定した基本ＮＯｘ生成量、及び前記補正量特定手段が特定した補正量とに基づいて、前記現在の状態に対応するＮＯｘ生成量の推定値を特定する生成量推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記基本ＮＯｘ生成量特定手段は、前記物理量が前記基本状態にあるときの機関回転数及び燃料噴射時期と単位燃料当たりの基本ＮＯｘ生成量との対応関係を記述したデータに基づいて、現在の機関回転数及び燃料噴射時期に対応する基本ＮＯｘ生成量を特定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。
- 前記物理量が、吸気Ｏ２濃度又は吸気温度の少なくともいずれか一方を含む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。
- 前記補正量特定手段は、前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータに基づいて、前記物理量の前記基本状態と現在の状態との相違に対応した前記補正量を特定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。
- 前記補正量特定手段は、前記基本ＮＯｘ生成量に乗算すべき補正係数を前記補正量として特定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記物理量が所定状態のときの前記ＮＯｘ生成量の実測値を取得するＮＯｘ生成量検出手段と、
前記ＮＯｘ生成量検出手段が検出した前記ＮＯｘ生成量の実測値に基づいて、前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正する学習手段と、を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記物理量が吸気Ｏ２濃度を含み、前記学習手段は、排気ガスの吸気側への還流状態を所定の状態に設定することにより前記吸気Ｏ２濃度に関する前記所定状態として少なくとも一つの濃度を設定し、その設定された濃度に対応したＮＯｘ生成量の実測値に基づいて前記物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記物理量が複数種類用意され、前記補正量特定手段は、前記基本ＮＯｘ生成量に乗算すべき補正係数を前記補正量として物理量毎に特定し、前記学習手段は、いずれか一種類の特定の物理量を少なくとも一つの状態に設定したときの単位燃料当たりのＮＯｘ生成量の実測値を、当該ＮＯｘ生成量の実測時における他の物理量に対応した補正係数及び基本ＮＯｘ生成量にて除算して前記実測時の前記特定の物理量に関する前記補正係数を特定し、その特定した値に基づいて前記特定の物理量と前記補正量との対応関係を記述したデータを修正することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
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