JP4782759B2 - 内燃機関制御装置および内燃機関制御システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気系から吸気系に還流するＥＧＲ量を制御する内燃機関制御装置に関する。

従来より、内燃機関の吸排気系には、燃焼室に流入する吸気量を検出する吸気量センサや、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ等の各種センサが取り付けられている。そして、これらのセンサの検出値に基づき内燃機関の運転状態は制御される（例えば特許文献１参照）。

これらのセンサのうち吸気量センサについては、経年劣化が比較的大きく、機差ばらつきも生じ得るため、当該センサを工場出荷した後においてセンサの検出値を補正することが従来より望まれている。
特開２００７−２３１８２９号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、内燃機関に取り付けられた吸気量センサの検出値を補正し、その補正した値を内燃機関の制御に用いるようにした内燃機関制御装置を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、
・内燃機関の吸気系から燃焼室に流入する吸気量を検出する吸気量センサから、その吸気量検出値を取得する吸気量取得手段と、
・燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量又はその噴射量に関連する物理量（以下、単に噴射量と呼ぶ）を検出する噴射量センサから、その噴射量検出値を取得する噴射量取得手段と、
・前記内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサから、その酸素濃度検出値を取得する酸素濃度取得手段と、
・前記吸気量センサ、前記噴射量センサ及び前記酸素濃度センサのうちいずれか１つのセンサの検出対象を、他の２つのセンサの検出値に基づき演算する演算手段と、
・前記演算手段により演算された演算値と前記１つのセンサの検出値との差に基づき、前記吸気量検出値を補正する吸気量補正手段と、
・前記吸気量補正手段により補正された前記吸気量検出値及び前記噴射量検出値に基づき、排気中の酸素濃度を演算する酸素濃度演算手段と、
・前記酸素濃度演算手段により演算された酸素濃度演算値が目標値に近づくよう、前記内燃機関の排気系から吸気系に還流するＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、を備え、
・前記内燃機関は、ディーゼルエンジンであり、燃料を蓄圧するコモンレールから前記燃料噴射弁へ燃料を分配供給するよう構成されており、
・前記噴射量センサは、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記物理量として検出する燃圧センサであるとともに、前記燃料噴射弁の内部に取り付けられ、前記燃料噴射弁の燃料流入口から前記噴射孔に至るまでの内部燃料通路の燃料圧力を検出するよう構成されており、
・前記噴射量取得手段は、前記燃圧センサにより検出された燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力が下降を開始する変化点に対応する噴射率の上昇開始時点、前記燃料圧力が上昇を停止する変化点に対応する噴射率の下降終了時点、及び前記燃料圧力の下降量に対応する噴射率の上昇量をそれぞれ推定し、これらの噴射率の上昇開始時点、下降終了時点、及び上昇量に基づいて噴射率推移波形を算出し、この噴射率推移波形を前記上昇開始時点から前記下降終了時点まで積分演算することにより前記噴射量検出値を取得することを特徴とする。

ここで、上記特許文献１等に開示されている従来の内燃機関は、吸気量センサ及び酸素濃度センサを備えていることは先述した通りである。これに対し本発明では、これらのセンサに加え、燃料の噴射量を検出する噴射量センサを内燃機関に備えさせている。本発明者らは、吸気量センサ、噴射量センサ及び酸素濃度センサのうちいずれか１つのセンサの検出対象を、他の２つのセンサの検出値に基づけば演算することが可能である（詳細は後述する）点に着目して、上述の如く噴射量センサを備えさせることを想起した。そして本発明では、他の２つのセンサの検出値に基づき演算された演算値と１つのセンサの検出値との差に基づき吸気量検出値を補正する吸気量補正手段を備えるので、吸気量センサの検出値を他の検出値（噴射量検出値及び酸素濃度検出値）に基づき補正するといった従来にはない吸気量補正を実現できる。

次に、「吸気量センサ、噴射量センサ及び酸素濃度センサのうちいずれか１つのセンサの検出対象を、他の２つのセンサの検出値に基づけば演算することが可能である」との理由を、図６に例示する内燃機関の場合について後述する数式（１）〜（８），（７’）を参照しながら説明する。なお、図６に示す内燃機関は本発明の一例であり、本発明は当該内燃機関に限定されるものではない。

以下の数式（１）〜（８）中、変数ｘは空気の質量流量（以下、単に空気量と呼ぶ）を示し、変数ｙは酸素濃度を示す。そして、図６に示すように、吸気管５１を流通する新気についての空気量ｘ１及び酸素濃度ｙ１は数式（１）（５）で表すことができる。なお、ｘ１は吸気量センサ４７の検出対象であり、ｙ１は大気中の酸素濃度であるため既知の値である。

ＥＧＲ配管５２を流通する還流排気についての空気量ｘ２及び酸素濃度ｙ２は数式（２）（６）で表すことができる。新気と還流排気とが合流した吸気についての空気量ｘ３及び酸素濃度ｙ３は数式（３）（７）で表すことができる。なお、ｘ３は、燃焼室５０ａの容積及びピストン５０ｂが下降する際の吸入効率等に基づき理論的に算出可能な理論値である。

排気管５３のうちＥＧＲ配管５２の上流部位を流通する排気についての空気量ｘ４及び酸素濃度ｙ４は数式（４）（８）で表すことができる。なお、数式（８）中のＱは、燃焼室５０ａに噴射された燃料の噴射量であり、噴射量センサ２０ａの検出対象である。また、ｙ４は酸素濃度センサ４８の検出対象である。

＜ｘ：空気量について＞
ｘ１＝吸気量センサの検出対象 …（１）
ｘ２＝ｘ３−ｘ１ …（２）
ｘ３＝理論値（燃焼室の容積及び吸入効率等に基づき算出） …（３）
ｘ４＝ｘ３ …（４）

＜ｙ：酸素濃度について＞
ｙ１＝理論値（大気中の酸素濃度） …（５）
ｙ２＝ｙ４ …（６）
ｙ３＝（ｘ１・ｙ１＋ｘ２・ｙ２）÷（ｘ１＋ｘ２） …（７）
ｙ４＝ｆ（ｘ３，ｙ３，Ｑ） …（８）

数式（８）について、ｙ４は、酸素濃度センサ４８の検出対象であるため酸素濃度検出値により明らかとなり、ｘ３は理論値であるため明らかとなり、Ｑは、噴射量センサ２０ａの検出対象であるため噴射量検出値により明らかとなる。このようにｙ４，ｘ３，Ｑが明らかとなるため数式（８）中の残った変数ｙ３も明らかとなる。

一方、数式（７）は、数式（２）を代入することにより以下の数式（７’）で表すことができる。
ｙ３＝（（ｘ１（ｙ１−ｙ２）＋ｘ３・ｙ２）÷ｘ３ …（７’）
数式（７’）について、ｙ３は上述の如く明らかとなり、ｙ１は理論値であるため明らかとなり、ｙ２は、上述のように明らかとなるｙ４と同じであるため明らかとなり、ｘ３は理論値であるため明らかとなる。このようにｙ３，ｙ１，ｙ２，ｘ３が明らかとなるため数式（７’）中の残った変数ｘ１も明らかとなる。

以上により、変数ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｙ１，ｙ２，ｙ３は理論的に明らかとなるため、残りの変数ｘ１（つまり吸気量検出値）、変数Ｑ（つまり噴射量検出値）及び変数ｙ４（つまり酸素濃度検出値）のうちいずれか１つの変数は、他の２つの変数に基づけば演算することが可能である。したがって、「吸気量センサ、噴射量センサ及び酸素濃度センサのうちいずれか１つのセンサの検出対象を、他の２つのセンサの検出値に基づけば演算することが可能である」と言える。このことは、図６に例示されるＥＧＲバルブを備えたディーゼルエンジンに限らず、他の内燃機関についても同様に言える。
さらに、請求項１記載の発明では、前記吸気量補正手段により補正された前記吸気量検出値及び前記噴射量検出値に基づき、排気中の酸素濃度を演算する酸素濃度演算手段と、前記酸素濃度演算手段により演算された酸素濃度演算値が目標値に近づくよう、ＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、を備えることを特徴とする。これによれば、酸素濃度演算手段は、上述のように補正された吸気量検出値を用いて排気中酸素濃度を演算するので、高精度な排気中酸素濃度を取得できる。よって、その酸素濃度を用いたＥＧＲ制御手段によるフィードバック制御も精度を向上できるので、エミッション状態を高精度で制御できる。
ここで、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力は、噴射孔からの燃料噴射に伴い変動する。よって、その変動の形態（燃圧降下量、燃圧降下時間等）を検出すれば実際の噴射量を算出することができる。この点に着目した上記請求項１記載の発明では、噴射量センサとして、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を噴射量に関連する物理量として検出する燃圧センサを採用しているため、上述の如く噴射量を算出することができる。
しかも、燃料噴射弁の内部に取り付ける場合には、燃料流入口に取り付ける場合に比べて燃圧センサの取り付け位置が燃料噴射弁の噴射孔に近い位置となるので、噴射孔での圧力変動をより的確に検出することができる。

請求項２記載の発明では、前記演算手段は、前記噴射量検出値及び前記酸素濃度検出値に基づき前記吸気量を演算し、前記吸気量補正手段は、前記演算手段により演算された吸気量演算値と前記吸気量検出値との差に基づき、前記吸気量検出値を補正することを特徴とする。また、請求項３記載の発明では、前記演算手段は、前記吸気量検出値及び前記噴射量検出値に基づき前記酸素濃度を演算し、前記吸気量補正手段は、前記演算手段により演算された酸素濃度演算値と前記酸素濃度検出値との差に基づき、前記吸気量検出値を補正することを特徴とする。

これら請求項２，３記載の発明の他に「前記演算手段は、前記吸気量検出値及び前記酸素濃度検出値に基づき前記噴射量を演算し、前記吸気量補正手段は、前記演算手段により演算された噴射量演算値と前記噴射量検出値との差に基づき、前記吸気量検出値を補正することを特徴とする。」との発明も挙げられる。

請求項４記載の発明では、前記演算手段により演算された演算値と前記１つのセンサの検出値との差を前記吸気量検出値の誤差とみなし、その誤差の値を、前記吸気量との関係を定めるマップに記憶させる学習手段を備えることを特徴とする。これによれば、吸気量センサの検出レンジ全体についての誤差の値をマップに記憶させて学習させることができるので、前記検出レンジ全体について吸気量検出値を補正することができる。

以降の請求項５〜１１に記載の発明は、内燃機関の運転状態が安定している時（以下、「安定状態時」と呼ぶ）に検出された噴射量検出値、酸素濃度検出値及び吸気量検出値に基づき、演算手段による演算及び吸気量補正手段による補正を実行することを特徴とするので、吸気量演算値と吸気量検出値との差として算出した値に、吸気量検出値の誤差以外の要因（影響）による誤差が含まれてしまうことを抑制できる。よって、吸気量検出値の誤差を精度良く算出することができ、ひいては、吸気量補正手段による補正の精度を向上できる。

すなわち、請求項５記載の発明では、前記ＥＧＲバルブが全閉状態で継続して固定された時を「安定状態時」として前記演算及び前記補正を実行する。これによれば、吸気量演算値と吸気量検出値との差として算出した値からＥＧＲ量による影響を排除できるので、吸気量補正手段による補正の精度を向上できる。

請求項６記載の発明では、前記内燃機関には、前記燃焼室に流入する吸気量を調整するスロットルバルブが備えられており、前記スロットルバルブが全開状態で継続して固定された時を「安定状態時」として前記演算及び前記補正を実行する。これによれば、吸気量演算値と吸気量検出値との差として算出した値からスロットルバルブ開度による影響を排除できるので、吸気量補正手段による補正の精度を向上できる。

請求項７記載の発明では、前記内燃機関には、排気を駆動力として吸気を過給する過給機が備えられており、前記過給機は、排気の流体エネルギを前記駆動力に変換する割合を設定変更可能に構成されており、前記過給機の前記変換割合が所定範囲内に継続して設定された時を「安定状態時」として前記演算及び前記補正を実行する。これによれば、吸気量演算値と吸気量検出値との差として算出した値から過給状態の変化による影響を排除できるので、吸気量補正手段による補正の精度を向上できる。

なお、上記「排気の流体エネルギを駆動力に変換する割合を設定変更可能に構成」の具体例としては、容量可変型のターボチャージャが挙げられ、より具体的には、ターボチャージャを構成するタービンホイールに可変ベーンを設ける構成や、タービンホイールに向けて排気を吹き出す吹出口に吹出量を調整する可変フラップを備える構成等が挙げられる。

請求項８記載の発明では、前記内燃機関には、排気を駆動力として吸気を過給する過給機が備えられており、前記過給機による過給圧が所定時間以上安定している時を「安定状態時」として前記演算及び前記補正を実行する。これによれば、吸気量演算値と吸気量検出値との差として算出した値から過給圧の変化による影響を排除できるので、吸気量補正手段による補正の精度を向上できる。

ここで、吸気量センサの設置位置から燃焼室５０ａまでの吸気管５１の長さが長いほど、吸気量センサの検出応答遅れが大きくなる。また、酸素濃度センサの設置位置から燃焼室５０ａまでの排気管５３の長さが長いほど、酸素濃度センサの検出応答遅れが大きくなる。これに対し請求項９記載の発明では、前記内燃機関の出力軸の回転速度が所定時間以上安定している時を「安定状態時」として前記演算及び前記補正を実行する。これによれば、吸気量演算値と吸気量検出値との差として算出した値から上記応答遅れによる影響を排除できるので、吸気量補正手段による補正の精度を向上できる。

請求項１０記載の発明では、前記吸気量取得手段により検出される吸気量が所定時間以上安定している時を「安定状態時」として前記演算及び前記補正を実行する。これによれば、吸気量演算値と吸気量検出値との差として算出した値から、吸気量センサの検出対象である吸気量の変化による影響を排除できるので、吸気量補正手段による補正の精度を向上できる。

請求項１１記載の発明では、前記噴射量取得手段により検出される噴射量又はその噴射量に関連する物理量が所定時間以上安定している時を「安定状態時」として前記演算及び前記補正を実行する。これによれば、吸気量演算値と吸気量検出値との差として算出した値から、噴射量センサの検出対象である噴射量の変化による影響を排除できるので、吸気量補正手段による補正の精度を向上できる。

ちなみに、噴射量センサとして燃圧センサを適用する以外の適用例としては、燃料噴射弁の弁体リフト量を噴射量に関連する物理量として検出するリフトセンサや、噴射孔に至るまでの燃料供給通路に配置されて燃料流量を噴射量として検出する流量計等が挙げられる。

請求項１２記載の発明では、前記蓄圧容器から前記燃料噴射弁の燃料流入口までの燃料通路には、蓄圧容器内の燃料の圧力脈動を減衰させるオリフィスが備えられており、前記燃圧センサは前記オリフィスの燃料流れ下流側に配置されていることを特徴とする。ここで、前記オリフィスの上流側に燃圧センサを配置した場合には、噴射孔での圧力変動がオリフィスにより減衰してしまった後の圧力変動を検出することとなる。これに対し上記請求項１２記載の発明によれば、オリフィスの下流側に燃圧センサを配置するので、オリフィスにより減衰する前の状態の圧力変動を検出することができ、噴射孔での圧力変動をより的確に検出することができる。

請求項１３記載の発明は、吸気量を検出する吸気量センサ、噴射量又はその噴射量に関連する物理量を検出する噴射量センサ、及び排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、内燃機関制御装置と、を備えることを特徴とする内燃機関制御システムである。この内燃機関制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、吸気量補正装置を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。先ず、本実施形態に係る吸気量補正装置が搭載されるエンジン（内燃機関）の概略について、簡単に説明する。

本実施形態では、４輪自動車用ディーゼルエンジン（内燃機関）を対象にしており、燃焼室に直接的に高圧燃料（例えば噴射圧力「１０００気圧」以上の軽油）を噴射供給（直噴供給）する方式のエンジンである。また、当該エンジンは、多気筒（例えば直列４気筒）の４ストローク、レシプロ式ディーゼルエンジン（内燃機関）を想定しており、４つのシリンダ＃１〜＃４について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程による１燃焼サイクルが「７２０°ＣＡ」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「１８０°ＣＡ」ずらしてシリンダ＃１，＃３，＃４，＃２の順に逐次実行される。

次に、エンジンの燃料系について図１〜図５を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係るコモンレール式燃料噴射システムの構成図である。このシステムに備えられたＥＣＵ３０（電子制御ユニット）は、吸入調整弁１１ｃに対する電流供給量を調整して燃料ポンプ１１の燃料吐出量を所望の値に制御することで、コモンレール１２（蓄圧容器）内の燃料圧力（燃圧センサ２０ａにて測定される時々の燃料圧力）を目標値（目標燃圧）にフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）している。そして、その燃料圧力に基づいて、対象エンジンの所定シリンダに対する燃料噴射量、ひいては同エンジンの出力（出力軸の回転速度やトルク）を所望の大きさに制御している。

燃料供給系を構成する諸々の装置は、燃料上流側から、燃料タンク１０、燃料ポンプ１１、コモンレール１２、及びインジェクタ２０（燃料噴射弁）の順に配設されている。燃料ポンプ１１は、対象エンジンの出力によって駆動される高圧ポンプ１１ａ及び低圧ポンプ１１ｂを有し、低圧ポンプ１１ｂによって上記燃料タンク１０から汲み上げられた燃料を、高圧ポンプ１１ａにて加圧して吐出するように構成されている。そして、高圧ポンプ１１ａに送られる燃料圧送量、ひいては燃料ポンプ１１の燃料吐出量は、燃料ポンプ１１の燃料吸入側に設けられた吸入調整弁（ＳＣＶ：Suction Control Valve）１１ｃによって調量される。すなわち、この燃料ポンプ１１では、吸入調整弁１１ｃの駆動電流量（ひいては弁開度）を調整することで、同ポンプ１１からの燃料吐出量を所望の値に制御する。

低圧ポンプ１１ｂは、例えばトロコイド式のフィードポンプとして構成されている。これに対し高圧ポンプ１１ａは、例えばプランジャポンプからなり、図示しない偏心カムにて所定のプランジャ（例えば３本のプランジャ）をそれぞれ軸方向に往復動させることにより加圧室に送られた燃料を逐次所定のタイミングで圧送するように構成されている。

燃料タンク１０の燃料は、燃料ポンプ１１によりコモンレール１２へ加圧供給（圧送）された後、高圧状態でコモンレール１２に蓄えられる。その後、シリンダ毎に設けられた高圧配管１４を通じて、各シリンダ＃１〜＃４のインジェクタ２０へそれぞれ分配供給される。これらインジェクタ２０（＃１）〜（＃４）の燃料排出口２１は、それぞれ余分な燃料を燃料タンク１０へ戻すための配管１８とつながっている。また、コモンレール１２と高圧配管１４との間には、コモンレール１２から高圧配管１４に流れる燃料の圧力脈動を減衰させるオリフィス１２ａ（燃料脈動軽減手段）が備えられている。

図２に、上記インジェクタ２０の詳細構造を示す。なお、上記４つのインジェクタ２０（＃１）〜（＃４）は基本的には同様の構造（例えば図２に示す構造）となっている。いずれのインジェクタ２０も、燃焼用のエンジン燃料（燃料タンク１０内の燃料）を利用した油圧駆動式の燃料噴射弁であり、燃料噴射に際しての駆動動力の伝達が油圧室Ｃｄ（制御室）を介して行われる。同図２に示されるように、このインジェクタ２０は、非通電時に閉弁状態となるノーマリクローズ型の燃料噴射弁として構成されている。

インジェクタ２０のハウジング２０ｅに形成された燃料流入口２２には、コモンレール１２から送られてくる高圧燃料が流入し、流入した高圧燃料の一部は油圧室Ｃｄに流入し、他は噴射孔２０ｆに向けて流れる。油圧室Ｃｄには制御弁２３により開閉されるリーク孔２４が形成されており、制御弁２３によりリーク孔２４が開放されると、油圧室Ｃｄの燃料はリーク孔２４から燃料排出口２１を経て燃料タンク１０に戻される。

このインジェクタ２０の燃料噴射に際しては、二方電磁弁を構成するソレノイド２０ｂに対する通電状態（通電／非通電）に応じて制御弁２３を作動させることで、油圧室Ｃｄの密閉度合、ひいては同油圧室Ｃｄの圧力（ニードル弁２０ｃの背圧に相当）が増減される。そして、その圧力の増減により、スプリング２０ｄ（コイルばね）の伸張力に従って又は抗して、ニードル弁２０ｃがハウジング２０ｅ内を往復動（上下）することで、噴射孔２０ｆ（必要な数だけ穿設）までの燃料供給通路２５が、その中途（詳しくは往復動に基づきニードル弁２０ｃが着座又は離座するテーパ状のシート面）で開閉される。

ここで、ニードル弁２０ｃの駆動制御は、オンオフ制御を通じて行われる。すなわち、ニードル弁２０ｃの駆動部（上記二方電磁弁）には、ＥＣＵ３０からオンオフを指令するパルス信号（通電信号）が送られる。そして、パルスオン（又はオフ）によりニードル弁２０ｃがリフトアップして噴射孔２０ｆが開放され、パルスオフ（又はオン）によりリフトダウンして噴射孔２０ｆが閉塞される。

ちなみに、上記油圧室Ｃｄの増圧処理は、コモンレール１２からの燃料供給によって行われる。他方、油圧室Ｃｄの減圧処理は、ソレノイド２０ｂへの通電により制御弁２３を作動させてリーク孔２４を開放させることによって行われる。これにより、当該インジェクタ２０と燃料タンク１０とを接続する配管１８（図１）を通じてその油圧室Ｃｄ内の燃料が上記燃料タンク１０へ戻される。つまり、油圧室Ｃｄ内の燃料圧力を制御弁２３の開閉作動により調整することで、噴射孔２０ｆを開閉するニードル弁２０ｃの作動が制御される。

このように、上記インジェクタ２０は、弁本体（ハウジング２０ｅ）内部での所定の往復動作に基づいて噴射孔２０ｆまでの燃料供給通路２５を開閉（開放・閉鎖）することにより当該インジェクタ２０の開弁及び閉弁を行うニードル弁２０ｃを備える。そして、非駆動状態では、定常的に付与される閉弁側への力（スプリング２０ｄによる伸張力）でニードル弁２０ｃが閉弁側へ変位するとともに、駆動状態では、駆動力が付与されることにより上記スプリング２０ｄの伸張力に抗してニードル弁２０ｃが開弁側へ変位する。そしてこの際、それら非駆動状態と駆動状態とでは、ニードル弁２０ｃのリフト量が略対称に変化する。

インジェクタ２０には、燃料圧力を検出する燃圧センサ２０ａ（図１も併せ参照）が取り付けられている。具体的には、ハウジング２０ｅに形成された燃料流入口２２と高圧配管１４とを治具２０ｊで連結させ、この治具２０ｊに燃圧センサ２０ａを取り付けている。このようにインジェクタ２０の燃料流入口２２に燃圧センサ２０ａを取り付けることで、燃料流入口２２における燃料圧力（インレット圧）の随時の検出が可能とされている。具体的には、この燃圧センサ２０ａの出力により、当該インジェクタ２０の噴射動作に伴う燃料圧力の変動波形や、燃料圧力レベル（安定圧力）、燃料噴射圧力等を検出（測定）することができる。

燃圧センサ２０ａは、複数のインジェクタ２０（＃１）〜（＃４）の各々に対して設けられている。そして、これら燃圧センサ２０ａの出力に基づいて、所定の噴射について、インジェクタ２０の噴射動作に伴う燃料圧力の変動波形を高い精度で検出することができるようになっている（詳しくは後述）。

ＥＣＵ３０に搭載されるマイクロコンピュータ（マイコン）は、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ、プログラムメモリとしてのＲＯＭ、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ、バックアップＲＡＭ（ＥＣＵ３０の主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ）等を備えて構成されている。そして、ＲＯＭには、当該燃料噴射制御に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）には、対象エンジンの設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

また、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ４２から入力される検出信号に基づき、対象エンジンの出力軸（クランク軸４１）の回転角度位置や回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）を算出する。また、アクセルセンサ４４から入力される検出信号に基づき、運転者によるアクセルペダルの操作量（踏込み量）が算出される。ＥＣＵ３０は、前記各種センサ４２，４４及び後述する各種センサの検出信号に基づいて対象エンジンの運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記吸入調整弁１１ｃやインジェクタ２０等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジンに係る各種の制御を行っている。

次に、ＥＣＵ３０が実行する燃料系の制御についての概略を説明する。

ＥＣＵ３０のマイコンは、時々のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度ＮＥ）や運転者によるアクセルペダルの操作量等に応じて燃料噴射量を算出し、所望の噴射時期に同期して、その燃料噴射量での燃料噴射を指示する噴射制御信号（噴射指令信号）を上記インジェクタ２０へ出力する。当該噴射制御信号に応じた駆動量（例えば開弁時間）でインジェクタ２０が作動することにより、対象エンジンの出力トルクが目標値へ制御されることになる。

以下、図３を参照して、上記燃料系制御の基本的な処理手順について説明する。なお、この図３の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ３０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ、あるいはバックアップＲＡＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。そして、これら各図の一連の処理は、基本的には、ＥＣＵ３０でＲＯＭに記憶されたプログラムが実行される。

同図３に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ１１で、所定のパラメータ、例えばその時のエンジン回転速度ＮＥ（クランク角センサ４２による実測値）及び燃料圧力（燃圧センサ２０ａによる実測値）、さらには運転者によるその時のアクセル操作量（アクセルセンサ４４による実測値）等を読み込む。

続くステップＳ１２では、上記ステップＳ１１で読み込んだ各種パラメータに基づいて噴射パターンを設定する。例えば単段噴射の場合にはその噴射の噴射量（噴射時間）が、また多段噴射の噴射パターンの場合にはトルクに寄与する各噴射の総噴射量（総噴射時間）が、それぞれ上記出力軸（クランク軸４１）に生成すべきトルク（アクセル操作量等から算出される要求トルク、いわばその時のエンジン負荷に相当）に応じて可変設定される。

この噴射パターンは、例えば上記ＲＯＭに記憶保持された所定のマップ（噴射制御用マップ、数式でも可）及び補正係数に基づいて取得される。詳しくは、例えば予め上記所定パラメータ（ステップＳ１１）の想定される範囲について試験により最適噴射パターン（適合値）を求め、その噴射制御用マップに書き込んでおく。

この噴射パターンは、例えば噴射段数（１燃焼サイクル中の噴射回数）、並びにそれら各噴射の噴射時期（噴射タイミング）及び噴射時間（噴射量に相当）等のパラメータにより定められるものである。こうして、上記噴射制御用マップは、それらパラメータと最適噴射パターンとの関係を示すものとなっている。

そして、この噴射制御用マップで取得された噴射パターンを、別途更新されている補正係数（例えばＥＣＵ３０内のＥＥＰＲＯＭに記憶）に基づいて補正する（例えば「設定値＝マップ上の値／補正係数」なる演算を行う）ことで、その時に噴射すべき噴射パターン、ひいてはその噴射パターンに対応した上記インジェクタ２０に対する噴射指令信号を得る。補正係数（厳密には複数種の係数のうちの所定の係数）は、別途の処理により内燃機関の運転中に逐次更新されている。

なお、上記噴射パターンの設定（ステップＳ１２）には、同噴射パターンの要素（上記噴射段数等）毎に別々に設けられた各マップを用いるようにしても、あるいはこれら噴射パターンの各要素を幾つか（例えば全て）まとめて作成したマップを用いるようにしてもよい。

こうして設定された噴射パターン、ひいてはその噴射パターンに対応する指令値（噴射指令信号）は、続くステップＳ１３で使用される。すなわち、同ステップＳ１３（指令信号出力手段）では、その指令値（噴射指令信号）に基づいて（詳しくは上記インジェクタ２０へその噴射指令信号を出力して）、同インジェクタ２０の駆動を制御する。そして、このインジェクタ２０の駆動制御をもって、図３の一連の処理を終了する。

次に、インジェクタ２０からの燃料噴射量を推定する処理について、図４を用いて説明する。

図４に示す一連の処理は、所定周期（例えば先述のＣＰＵが行う演算周期）又は所定のクランク角度毎に実行される。まずステップＳ２１で、燃圧センサ２０ａの出力値（検出圧力）を取り込む。この取り込み処理は複数の燃圧センサ２０ａの各々について実行される。以下、ステップＳ２１の取り込み処理について、図５を用いて詳細に説明する。

図５（ａ）は、図３のステップＳ１３にてインジェクタ２０に出力される噴射指令信号を示しており、この指令信号のパルスオンによりソレノイド２０ｂが作動して噴射孔２０ｆが開弁する。つまり、噴射指令信号のパルスオン時期ｔ１により噴射開始が指令され、パルスオフ時期ｔ２により噴射終了が指令される。よって、指令信号のパルスオン期間（噴射指令期間）により噴射孔２０ｆの開弁時間Ｔｑを制御することで、噴射量Ｑを制御している。図５（ｂ）は、上記噴射指令に伴い生じる噴射孔２０ｆからの燃料噴射率の変化（推移）を示し、図５（ｃ）は、噴射率の変化に伴い生じる燃圧センサ２０ａの出力値（検出圧力）の変化（変動波形）を示す。

そして、ＥＣＵ３０は、図４の処理とは別のサブルーチン処理により、燃圧センサ２０ａの出力値を検出しており、そのサブルーチン処理では燃圧センサ２０ａの出力値を、該センサ出力で圧力推移波形の軌跡（図５（ｃ）にて例示される軌跡）が描かれる程度に短い間隔（図４の処理周期よりも短い間隔）にて逐次取得している。具体的には、５０μｓｅｃよりも短い間隔（より望ましくは２０μｓｅｃ）でセンサ出力を逐次取得する。

燃圧センサ２０ａの検出圧力の変動と噴射率の変化とは以下に説明する相関があるため、検出圧力の変動波形から噴射率の推移波形を推定することができる。すなわち、先ず、図５（ａ）に示すように噴射開始指令がなされたｔ１時点の後、噴射率がＲ１の時点で上昇を開始して噴射が開始される。一方、検出圧力は、Ｒ１の時点で噴射率が上昇を開始したことに伴い変化点Ｐ１にて下降を開始する。その後、Ｒ２の時点で噴射率が最大噴射率に到達したことに伴い、検出圧力の下降は変化点Ｐ２にて停止する。次に、Ｒ２の時点で噴射率が下降を開始したことに伴い、検出圧力は変化点Ｐ２にて上昇を開始する。その後、Ｒ３の時点で噴射率がゼロになり実際の噴射が終了したことに伴い、検出圧力の上昇は変化点Ｐ３にて停止する。

以上により、燃圧センサ２０ａによる検出圧力の変動のうち変化点Ｐ１及びＰ３を検出することで、噴射率の上昇開始時点Ｒ１（実噴射開始時点）及び下降終了時点Ｒ３（実噴射終了時点）を推定することができる。また、以下に説明する検出圧力の変動と噴射率の変化との相関関係に基づき、検出圧力の変動から噴射率の変化を推定できる。

つまり、検出圧力の変化点Ｐ１からＰ２までの圧力下降率Ｐαと、噴射率の変化点Ｒ１からＲ２までの噴射率上昇率Ｒαとは相関がある。変化点Ｐ２からＰ３までの圧力上昇率Ｐγと変化点Ｒ２からＲ３までの噴射率下降率Ｒγとは相関がある。変化点Ｐ１からＰ２までの圧力下降量Ｐβ（最大落込量）と変化点Ｒ１からＲ２までの噴射率上昇量Ｒβとは相関がある。よって、燃圧センサ２０ａによる検出圧力の変動から圧力下降率Ｐα、圧力上量率Ｐγ及び圧力下降量Ｐβを検出することで、噴射率上昇率Ｒα、噴射率下降率Ｒγ及び噴射率上昇量Ｒβを推定することができる。以上の如く噴射率の各種状態Ｒ１,Ｒ３,Ｒα,Ｒβ,Ｒγを推定することができ、よって、図５（ｂ）に示す燃料噴射率の変化（推移波形）を推定することができる。

さらに、実噴射開始から終了までの噴射率の積分値（斜線を付した符号Ｓに示す部分の面積）は噴射量に相当する。そして、検出圧力の変動波形のうち実噴射開始から終了までの噴射率変化に対応する部分（変化点Ｐ１〜Ｐ３の部分）の圧力の積分値と噴射率の積分値Ｓとは相関がある。よって、燃圧センサ２０ａによる検出圧力の変動から圧力積分値を算出することで、噴射量Ｑに相当する噴射率積分値Ｓを推定することができる。以上により、燃圧センサ２０ａは、インジェクタ２０に供給される燃料の圧力を噴射量に関連する物理量として検出する噴射量センサとして機能していると言える。

図４の説明に戻り、先述のステップＳ２１に続くステップＳ２２において、ステップＳ２１で取得した変動波形から変化点Ｐ１，Ｐ３の出現時期を検出する。具体的には、変動波形の１階微分値を演算し、噴射指令のパルスオン時期ｔ１以降、前記微分値が最初に閾値を超えたことをもってして変化点Ｐ１の出現を検出するようにして好適である。また、変化点Ｐ１の出現以降、前記微分値が閾値内で変動する安定状態となった場合に、その安定状態以前において前記微分値が最後に閾値を下回ったことをもってして変化点Ｐ３の出現を検出するようにして好適である。

続くステップＳ２３では、ステップＳ２１で取得した変動波形から圧力下降量Ｐβを検出する。具体的には、変動波形の変化点Ｐ１からＰ３までにおける検出圧力のピーク値から、変化点Ｐ１時点の検出圧力を減算することにより圧力下降量Ｐβを検出することが挙げられる。

続くステップＳ２４では、ステップＳ２２での検出結果Ｐ１，Ｐ２に基づき噴射率の上昇開始時点Ｒ１（実噴射開始時点）及び下降終了時点Ｒ３（実噴射終了時点）を推定する。また、ステップＳ２３での検出結果Ｐβに基づき噴射率上昇量Ｒβを推定する。そして、少なくともこれらの推定値Ｒ１，Ｒ３，Ｒβに基づき、図５（ｂ）に示すような噴射率の推移波形を算出する。なお、これらの推定値Ｒ１，Ｒ３，Ｒβの他にも、先述の如くＲ２，Ｒα，Ｒγ等の値を推定し、これらの推定値Ｒ２，Ｒα，Ｒγを噴射率推移波形の算出に用いるようにしてもよい。

続くステップＳ２５では、ステップＳ２４にて算出した噴射率推移波形をＲ１からＲ３の区間にて積分演算することにより面積Ｓを算出する。そして、当該面積Ｓを噴射量として推定する。以上により、図４の一連の処理が終了し、ステップＳ２５にて推定された燃料噴射量及びステップＳ２４にて推定された噴射率推移波形は、図３のステップＳ１１で用いる先述の噴射制御用マップの更新（学習）等に用いられる。

次に、エンジンの吸排気系について図６及び図７を用いて説明する。

図６は、図１のエンジンに係る吸排気系システムの構成図である。当該エンジンは、排気系から吸気系に排気を還流させるＥＧＲ配管５２を備えており、排気の一部を吸気管５１に戻すことで、燃焼温度を下げてＮＯＸ低減等を図っている。ＥＧＲ配管５２には、ＥＧＲ量（排気還流量）を調整するＥＧＲバルブ５２ａが備えられている。ＥＧＲバルブ５２ａは電動アクチュエータ５２ｂにより開閉作動し、全開作動時にＥＧＲ量は最大となり、全閉作動時にＥＧＲ量はゼロとなる。また、ＥＧＲ配管５２にはＥＧＲクーラ５２ｃが備えられており、還流させる排気を冷却して体積減少（密度上昇）を図ることで、燃焼室５０ａに流入する吸気の充填効率向上を図っている。

吸気管５１のうち、ＥＧＲ配管５２が接続される部分の上流側には、燃焼室５０ａに流入する吸気のうち新気の流量を調整するスロットルバルブ５１ａが備えられている。スロットルバルブ５１ａは図示しない電動アクチュエータにより開閉作動し、全開作動時に新気量は最大となり、全閉作動時に新気量はゼロとなる。また、吸気管５１のうち、ＥＧＲ配管５２が接続される部分の上流側には、吸気圧（後述するターボチャージャの過給圧でもある）を検出する吸気圧センサ４５と、吸気温度を検出する吸気温センサ４６とが備えられている。これらのセンサ４５，４６の検出信号はＥＣＵ３０に出力される。

吸気管５１と排気管５３との間にはターボチャージャ５４（過給機）が配設されている。ターボチャージャ５４は、吸気管５１に設けられたコンプレッサインペラ５４ａと、排気管５３に設けられたタービンホイール５４ｂとを有し、それらがシャフト５４ｃにて連結されている。ターボチャージャ５４では、排気管５３を流れる排気によってタービンホイール５４ｂが回転し、その回転力がシャフト５４ｃを介してコンプレッサインペラ５４ａに伝達される。そして、コンプレッサインペラ５４ａにより、吸気管５１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。

また、本実施形態に係るターボチャージャ５４には、排気の流体エネルギをシャフト５４ｃの回転駆動力に変換する割合を設定変更可能にする容量可変型のターボチャージャが採用されている。具体的には、タービンホイール５４ｂには、吹き付けられる排気の流速を可変とするための複数の可変ベーン５４ｄが設けられている。これらの可変ベーン５４ｄは互いに同期した状態で開閉動作する。そして、隣り合う可変ベーン５４ｄ間の隙間の大きさ、すなわち可変ベーン５４ｄの開度を変化させることで、前記排気流速を調整し、これによりタービンホイール５４ｂの回転速度が調整される。そして、タービンホイール５４ｂの回転速度が調整されることにより、燃焼室５０ａに強制的に供給される空気の量、すなわち過給圧が調整される。

なお、ターボチャージャ５４にて過給された空気は、インタークーラ５５によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ５５によって吸入空気を冷却して体積減少（密度上昇）を図ることで、燃焼室５０ａに流入する吸気の充填効率向上を図っている。

吸気管５１のうちコンプレッサインペラ５４ａの上流側には、単位時間あたりに流入する吸入空気の質量流量（以下、単に吸入空気量又は吸気量と呼ぶ）を検出するエアフロメータ４７（吸気量センサ）が取り付けられている。本実施形態に係るエアフロメータ４７には、吸気流量に応じて発熱体から奪われる熱量の変化を検出することで吸気量を間接的に検出するホットワイヤ式エアフロメータが採用されている。

排気管５３のうちタービンホイール５４ｂの下流側には、排気を浄化する浄化装置５６が取り付けられている。浄化装置５６の具体例としては、排気中のＰＭを捕集するためのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒や排気中のＨＣやＣＯを浄化する酸化触媒等が挙げられる。

排気管５３のうち浄化装置５６の下流側には、排気中の酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ４８（酸素濃度センサ）が取り付けられている。Ａ／Ｆセンサ４８は、時々の排気中酸素濃度に応じた酸素濃度検出信号を出力する酸素濃度センサである。Ａ／Ｆセンサ４８のセンサ出力としての酸素濃度検出信号は、酸素濃度に応じてリニアに変化するように調整される。なお、Ａ／Ｆセンサ４８に替えて、排気がリッチかリーンかに応じて異なる起電力信号を出力する起電力出力型のＯ２センサを採用してもよい。

次に、ＥＣＵ３０が実行する吸排気系の制御についての概略を説明する。

ＥＣＵ３０のマイコンは、容量可変型ターボチャージャ５４の容量を調整することで過給圧を制御する。すなわち、前述のステップＳ１１で設定された燃料噴射量（噴射指令信号）又はステップＳ２５で検出（推定）した噴射量、及びエンジン回転速度ＮＥ等をパラメータとして、マップ等を用いて可変ベーン５４ｄの目標開度を算出する。そして、目標開度となるよう図示しないアクチュエータを駆動制御することにより、可変ベーン５４ｄが目標開度となるよう制御する。なお、エンジン回転速度ＮＥが高いほど、或いは燃料噴射量が多いほど目標開度は大きく設定され、ひいては過給圧が増加する。

ＥＣＵ３０のマイコンは、ＥＧＲバルブ５２ａの開度を制御する。すなわち、前述のステップＳ１１で設定された燃料噴射量（噴射指令信号）又はステップＳ２５で検出（推定）した噴射量、及びエンジン回転速度ＮＥ等をパラメータとして、マップ等を用いて排気中の酸素濃度（排気酸素濃度）の目標値（目標排気酸素濃度）を算出する。そして、後述する排気酸素濃度予測手段３１（図６参照）により予測された排気酸素濃度が目標排気酸素濃度に近づくよう、ＥＧＲバルブ５２ａの開度を制御（ＥＧＲフィードバック制御）する。さらにＥＣＵ３０のマイコンは、エアフロメータ４７により検出された吸入空気量及びＥＧＲバルブ５２ａの開度等に基づき、スロットルバルブ５１ａの開度を制御する。

ちなみに、ＥＧＲ量が過小の場合には十分なＮＯｘ低減効果が得られず、ＥＧＲ量が過大の場合には、気筒内の酸素が不足してパティキュレート（特にスモーク）が増加する。これを回避するためには、スモーク発生限界ぎりぎりまでＥＧＲ量を増やし、スモークの発生なしでＮＯｘを低減させることが要求される。そこで、上記ＥＧＲフィードバック制御により、パティキュレート、特にスモーク発生量と相関が強い排気酸素濃度を所定値以上とすることでスモーク発生ぎりぎりまでＥＧＲ量を増やすよう、上述の目標排気酸素濃度は設定されている。また、浄化装置５６の状態に応じて目標排気酸素濃度は設定される。

次に、上記ＥＧＲフィードバック制御に関する図６の制御ブロックについて説明する。なお、制御ブロックを構成する図６の各種手段３１，３２，３３，３４，３５は、ＥＣＵ３０のマイコンにより実行される手段である。

排気酸素濃度予測手段３１は、上記ＥＧＲフィードバック制御に用いる排気酸素濃度の予測演算を行う。当該予測手段３１には、吸排気系をモデル化した物理モデルが記憶されており、物理モデルの入力値として以下のパラメータが挙げられる。すなわち、燃圧センサ２０ａの検出圧力に基づきステップＳ２５で推定（検出）した噴射量検出値、エアフロメータ４７により検出された吸気量検出値、前述のステップＳ１１で設定された燃料の要求噴射量、クランク角センサ４２により検出されたエンジン回転速度ＮＥ、吸気圧センサ４５により検出された吸気圧、吸気温センサ４６により検出された吸気温度等が挙げられる。そして、これらの入力値に基づき物理モデルの演算を実行し、その演算の結果、排気酸素濃度を物理モデルの出力値として得ることができる。

ここで、数式（１）〜（８），（７’）を用いて先に説明した本発明者らの知見「吸気量センサ、噴射量センサ及び酸素濃度センサのうちいずれか１つのセンサの検出対象を、他の２つのセンサの検出値に基づけば演算することが可能である」に基づけば、「噴射量検出値及び吸気量検出値に基づけば酸素濃度を演算することが可能である」と言える。上記物理モデルはこの知見に基づき酸素濃度を演算していると言える。つまり、上記物理モデルは、燃圧センサ２０ａによる噴射量検出値及びエアフロメータ４７による吸気量検出値に基づき排気酸素濃度を演算している。

本実施形態では、このように演算された排気酸素濃度演算値と、Ａ／Ｆセンサ４８により検出された実際の排気酸素濃度検出値との差を算出し、当該差を上記物理モデルで用いた吸気量検出値の検出誤差とみなしている。つまり、燃圧センサ２０ａによる噴射量検出値及びＡ／Ｆセンサ４８による酸素濃度検出値に基づき、前記物理モデルを用いて吸気量を演算し、当該吸気量演算値とエアフロメータ４７による吸気量検出値との差を吸気量検出値の検出誤差とみなしている。

誤差学習手段３３は、このように算出されたエアフロメータ４７の検出誤差の値を、吸気量との関係を定めるマップに記憶させることで学習させている。そして、当該マップに基づきエアフロメータ４７の検出値を補正することで、以降の排気酸素濃度予測手段３１による排気酸素濃度の演算処理に上記学習結果を反映させている。

なお、排気酸素濃度演算値と排気酸素濃度検出値との差を算出するにあたり、当該算出処理には、大気学習手段３２により補正された排気酸素濃度検出値を用いている。ここで、実際の排気酸素濃度に対するＡ／Ｆセンサ４８の出力値（出力電圧）は機差によるばらつきを含んでおり、そこで、当該出力値のばらつきを大気状態にて補正する大気学習を大気学習手段３２は実行している。

また、Ａ／Ｆセンサ４８は浄化装置５６の下流側に配置されているため、燃焼室５０ａからＡ／Ｆセンサ４８に至るまでの排気流路長は、前記物理モデルの遅れ要素として無視できない程度に長い。つまり、物理モデルにより演算した排気酸素濃度演算値が実際のＡ／Ｆセンサ４８の検出値に反映されるまでに遅れが生じる。そのため、誤差学習手段３３にてエアフロメータ４７の検出誤差を算出するにあたり、遅れ補償手段３４により前記遅れ要素を補償している。

次に、上記ＥＧＲフィードバック制御に用いる排気酸素濃度の予測値を算出する処理手順、及びエアフロメータ４７の検出誤差を算出して学習させる学習処理手順を、図７を用いて説明する。

図７に示す一連の処理は、所定周期（例えば先述のＣＰＵが行う演算周期）又は所定のクランク角度毎に、ＥＣＵ３０のマイコンが実行する処理である。まずステップＳ３１において、エアフロメータ４７による吸入空気量の検出を実行し、続くステップＳ３２にてエアフロメータ４７から出力された検出値に基づき吸入空気量を算出する。この吸気量は、先述した数式（１）の新気量ｘ１に相当する。よって、以降のステップにおける数式（１）を用いた算出では、エアフロメータ４７による吸空量検出値に基づきステップＳ３２にて算出した新気量ｘ１を用いることができる。

続くステップＳ３３ではＥＧＲ量及び還流排気中の酸素量を算出する。ＥＧＲ量は、先述した数式（２）のｘ２に相当し、数式（１）〜（３）に基づき算出される。また、還流排気中の酸素量は、数式（２）のｙ２に相当する還流排気酸素濃度にＥＧＲ量ｘ２を乗じることで算出される。つまり、還流排気中酸素量ｙ２・ｘ２を数式（１）〜（８）に基づき算出する。

続くステップＳ３４では、筒内空気量、筒内に吸入された筒内酸素量及び燃焼した酸素量を算出する。筒内空気量は、数式（３）のｘ３に相当し、燃焼室５０ａの容積及びピストン５０ｂが下降する際の吸入効率等に基づき理論的に算出される。筒内酸素量は、還流排気及び新気が混合した状態の吸気量（数式（７）のｙ３に相当）に筒内空気量ｘ３を乗じることで算出される。つまり、筒内酸素量ｙ３・ｘ３を、数式（１）〜（８）に基づき算出する。燃焼した酸素量は、噴射量センサ２０ａの検出圧力に基づき推定（検出）された燃料噴射量及び筒内酸素量ｙ３・ｘ３等に基づき理論的に算出される。

続くステップＳ３５では、ステップＳ２５で検出（推定）した燃料噴射量Ｑを取得する。よって、数式（８）を用いた算出では、ステップＳ３５にて取得した噴射量検出値Ｑを用いることができる。続くステップＳ３６では、先述の排気酸素濃度予測手段３１により予測値としての排気酸素濃度を算出する。具体的には、次の数式（９）により排気酸素濃度を算出する。
排気酸素濃度＝（筒内Ｏ２量−燃焼Ｏ２量）／（筒内空気量＋噴射量） …（９）
数式（９）の右辺の各パラメータのうち、筒内Ｏ２量、燃焼Ｏ２量及び筒内空気量にはステップＳ３４で算出した値を代入し、噴射量にはステップＳ３５で取得した噴射量Ｑを代入することにより、数式（９）の左辺である排気酸素濃度が算出される。

続くステップＳ３７では、Ａ／Ｆセンサ４８により検出された実際の排気酸素濃度検出値を取得する。続くステップＳ３８では、ステップＳ３６にて算出された排気酸素濃度演算値と、ステップＳ３７にて取得した排気酸素濃度検出値との差を算出し、当該差を、ステップＳ３１にて行ったエアフロメータ４７による吸入空気量の検出の検出誤差とみなす。

続くステップＳ３９では、ステップＳ３１におけるエアフロメータ４７の検出、及びステップＳ３５における燃圧センサ２０ａの検出が、エンジン運転状態が安定している時に検出されたものであるか否かを判定する。エンジン運転状態が安定しているか否かは、以下の条件（１）〜（７）を満たしているか否かに基づき判定される。
（１）ＥＧＲバルブ５２ａが全閉状態で継続して固定されている。
（２）スロットルバルブ５１ａが全開状態で継続して固定されている。
（３）ターボチャージャ５４による容量（可変ベーン５４ｄ開度）が所定範囲内に継続して設定されている。
（４）ターボチャージャ５４による過給圧が所定時間以上安定している。
（５）エンジン回転速度ＮＥが所定時間以上安定している。
（６）エアフロメータ４７により検出される吸気量検出値が所定時間以上安定している。
（７）燃圧センサ２０ａの検出圧力に基づき推定される噴射量が所定時間以上安定している。

ステップＳ３９にて安定条件（１）〜（７）を全て満たしている、或いは少なくとも１つを満たしていると判定された場合にはステップＳ４０に進み、先述の誤差学習手段３３により、ステップＳ３８にて算出したエアフロメータ４７の吸気量検出誤差の値を、吸気量との関係を定めるマップに記憶させる。

なお、図７に示す処理では、ステップＳ３９による安定条件判定結果に拘わらずステップＳ３１〜Ｓ３８の処理を実行しているが、ステップＳ３１の処理の前に安定条件判定を行い、安定した状態であると判定された場合にステップＳ３１〜Ｓ３８の処理を実行し、安定状態でないと判定された場合にはステップＳ３１〜Ｓ３８の処理を実行しないようにして、マイコンの処理負担軽減を図るようにしてもよい。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

・燃圧センサ２０ａによる噴射量検出値及びエアフロメータ４７による吸気量検出値に基づき物理モデルを用いて排気酸素濃度を演算する。そして、このように演算された排気酸素濃度演算値と、Ａ／Ｆセンサ４８により検出された実際の排気酸素濃度検出値との差を算出し、当該差を上記物理モデルで用いた吸気量検出値の検出誤差とみなす。そして、このようにして得られたエアフロメータ４７の検出誤差の値に基づきエアフロメータ４７の検出値を補正する。つまり、エアフロメータ４７の検出値を他のセンサ２０ａ，４８の検出値（噴射量検出値及び酸素濃度検出値）に基づき補正することができる。

そして、燃圧センサ２０ａ及びＡ／Ｆセンサ４８の検出値はエアフロメータ４７の検出値に比べて検出精度が高いため、エアフロメータ４７の検出値を補正することができる。よって、エアフロメータ４７の検出値を用いて行う排気酸素濃度予測手段３１の予測演算精度を向上できる。また、エアフロメータ４７の検出値を用いた他の制御（例えばスロットルバルブ５１ａ等の制御）を高精度で制御できる。

・エアフロメータ４７の検出誤差の値を、吸気量との関係を定めるマップに記憶させて学習するので、エアフロメータ４７の検出レンジ全体についての誤差の値がマップに記憶されることとなる。よって、エアフロメータ４７の検出レンジ全体について吸気量検出値を補正することができる。

・エアフロメータ４７の検出誤差のうち、内燃機関の運転状態が安定している安定状態時（前記条件（１）〜（７）の全て又は少なくとも１つを満たす時）に検出された噴射量検出値、酸素濃度検出値及び吸気量検出値に基づき算出された誤差についてのみマップに記憶学習させるので、高精度で得られた検出誤差についてのみ記憶学習させることとなり、ひいては、エアフロメータ４７検出値の補正の精度を向上できる。

・ここで、燃焼室５０ａから排出された排気がＡ／Ｆセンサ４８に到達するまでに要する流通時間の分、Ａ／Ｆセンサ４８の検出値には応答遅れが生じる。これに対し本実施形態では、噴射量検出値及び吸気量検出値に基づき演算された酸素濃度演算値を用いてＥＧＲバルブ５２ａの開度をフィードバック制御するので、Ａ／Ｆセンサ４８による排気酸素濃度検出値を用いてフィードバック制御する場合に比べて、高応答でＥＧＲバルブ５２ａを制御できる。

（他の実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・エアフロメータ４７検出誤差を算出するにあたり、上記実施形態では、噴射量検出値及び吸気量検出値に基づき物理モデルを用いて排気酸素濃度を演算し、この演算による排気酸素濃度演算値と実際の排気酸素濃度検出値との差を上記物理モデルで用いた吸気量検出値の検出誤差とみなしている。この場合、物理モデルを用いた排気酸素濃度の演算が特許請求の範囲に記載の「演算手段」に相当することとなる。

これに対し、排気酸素濃度検出値及び吸気量検出値に基づき物理モデルを用いて噴射量を演算し、この演算による噴射量演算値と実際の噴射量検出値との差を上記物理モデルで用いた吸気量検出値の検出誤差とみなしてエアフロメータ４７の検出誤差を算出してもよい。この場合、物理モデルを用いた噴射量の演算が「演算手段」に相当することとなる。

また、噴射量検出値及び排気酸素濃度検出値に基づき物理モデル等を用いて吸気量を直接演算し、この演算による吸気量演算値と実際の吸気量検出値との差をエアフロメータ４７の検出誤差として算出してもよい。この場合、物理モデル等を用いた吸気量の演算が「演算手段」に相当することとなる。

・上記実施形態では、エアフロメータ４７の吸気量検出誤差の値を吸気量と対応付けてマップに記憶させているが、吸気量と対応付けする他に、例えば吸気圧センサ４５による吸気圧や吸気温センサ４６による吸気温度等、他のパラメータと対応付けして吸気量検出誤差をマップに記憶させるようにしてもよい。

・燃圧センサ２０ａをインジェクタ２０に取り付けるにあたり、上記実施形態では、インジェクタ２０の燃料流入口２２に燃圧センサ２０ａを取り付けているが、図２中の一点鎖線２００ａに示すようにハウジング２０ｅの内部に燃圧センサ２００ａを組み付けて、燃料流入口２２から噴射孔２０ｆに至るまでの内部燃料通路２５の燃料圧力を検出するように構成してもよい。

そして、上述の如く燃料流入口２２に取り付ける場合には、ハウジング２０ｅの内部に取り付ける場合に比べて燃圧センサ２０ａの取付構造を簡素にできる。一方、ハウジング２０ｅの内部に取り付ける場合には、燃料流入口２２に取り付ける場合に比べて燃圧センサ２０ａの取り付け位置が噴射孔２０ｆに近い位置となるので、噴射孔２０ｆでの圧力変動をより的確に検出することができる。

・高圧配管１４に燃圧センサ２０ａを取り付けるようにしてもよい。この場合、コモンレール１２から一定距離だけ離間した位置に燃圧センサ２０ａを取り付けることが望ましい。

・コモンレール１２と高圧配管１４との間に、コモンレール１２から高圧配管１４に流れる燃料の流量を制限する流量制限手段を備えてもよい。この流量制限手段は、高圧配管１４やインジェクタ２０等の損傷による燃料漏れにより過剰な燃料流出が発生した時に、流路を閉塞するよう機能するものであり、例えば過剰流量時に流路を閉塞するように作動するボール等の弁体により構成することが具体例として挙げられる。なお、オリフィス１２ａ（燃料脈動軽減手段）と流量制限手段とを一体に構成したフローダンパを採用してもよい。

・また、燃圧センサ２０ａをオリフィス及び流量制限手段の燃料流れ下流側に配置する構成の他に、オリフィス及び流量制限手段の少なくとも一方に対して下流側に配置するよう構成してもよい。

・燃圧センサ２０ａの数は任意であり、例えば１つのシリンダの燃料流通経路に対して２つ以上のセンサを設けるようにしてもよい。また、上記実施形態で説明した燃圧センサ２０ａに加えて、さらにコモンレール１２内の圧力を測定するレール圧センサを備える構成としてもよい。

・図２に例示した電磁駆動式のインジェクタ２０に替えて、ピエゾ駆動式のインジェクタを用いるようにしてもよい。また、リーク孔２４等からの圧力リークを伴わない燃料噴射弁、例えば駆動動力の伝達に油圧室Ｃｄを介さない直動式のインジェクタ（例えば近年開発されつつある直動式ピエゾインジェクタ）等を用いることもできる。そして、直動式のインジェクタを用いた場合には、噴射率の制御が容易となる。

・制御対象とするエンジンの種類やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば、上記実施形態ではディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について言及したが、例えば火花点火式のガソリンエンジン（特に直噴エンジン）等についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射システムでは、燃料（ガソリン）を高圧状態で蓄えるデリバリパイプを備えており、このデリバリパイプに対して燃料ポンプから燃料が圧送されるとともに、同デリバリパイプ内の高圧燃料が複数のインジェクタ２０に分配され、エンジン燃焼室内に噴射供給される。なお、かかるシステムでは、デリバリパイプが蓄圧容器に相当する。また、本発明に係る装置及びシステムは、シリンダ内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁に限らず、エンジンの吸気通路又は排気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁についても適用できる。

一実施形態に係る吸気量補正装置が適用された、燃料系システムの概略を示す構成図。 図１の燃料噴射弁の内部構造を模式的に示す内部側面図。 図１のシステムに係る燃料噴射制御処理の基本的な手順を示すフローチャート。 図１の燃圧センサの検出圧力に基づく燃料噴射量推定の処理手順を示すフローチャート。 図１の燃圧センサによる検出圧力の変動波形と噴射率推移波形との関係を示す、単段噴射実行時におけるタイムチャート。 一実施形態に係る吸気量補正装置が適用された、吸排気系システムの概略を示す構成図。 図６のシステムに係る排気酸素濃度の予測値算出処理手順、及びエアフロメータの検出誤差を算出して学習させる学習処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

２０ａ…燃圧センサ（噴射量センサ）、４７…エアフロメータ（吸気量センサ）、４８…Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ）、Ｓ３１…吸気量取得手段、Ｓ３５…噴射量取得手段、Ｓ３６，３１…排気酸素濃度予測手段（演算手段）、Ｓ３７…酸素濃度取得手段、Ｓ３８，Ｓ４０，３３…誤差学習手段（吸気量補正手段）。

Claims (13)

1. 内燃機関の吸気系から燃焼室に流入する吸気量を検出する吸気量センサから、その吸気量検出値を取得する吸気量取得手段と、
   燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量に関連する物理量を検出する噴射量センサから、その噴射量検出値を取得する噴射量取得手段と、
   前記内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサから、その酸素濃度検出値を取得する酸素濃度取得手段と、
   前記吸気量センサ、前記噴射量センサ及び前記酸素濃度センサのうちいずれか１つのセンサの検出対象を、他の２つのセンサの検出値に基づき演算する演算手段と、
   前記演算手段により演算された演算値と前記１つのセンサの検出値との差に基づき、前記吸気量検出値を補正する吸気量補正手段と、
   前記吸気量補正手段により補正された前記吸気量検出値及び前記噴射量検出値に基づき、排気中の酸素濃度を演算する酸素濃度演算手段と、
   前記酸素濃度演算手段により演算された酸素濃度演算値が目標値に近づくよう、前記内燃機関の排気系から吸気系に還流するＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、を備え、
   前記内燃機関は、ディーゼルエンジンであり、燃料を蓄圧するコモンレールから前記燃料噴射弁へ燃料を分配供給するよう構成されており、
   前記噴射量センサは、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記物理量として検出する燃圧センサであるとともに、前記燃料噴射弁の内部に取り付けられ、前記燃料噴射弁の燃料流入口から噴射孔に至るまでの内部燃料通路の燃料圧力を検出するよう構成されており、
   前記噴射量取得手段は、前記燃圧センサにより検出された燃料圧力に基づいて、前記燃料圧力が下降を開始する変化点に対応する噴射率の上昇開始時点、前記燃料圧力が上昇を停止する変化点に対応する噴射率の下降終了時点、及び前記燃料圧力の下降量に対応する噴射率の上昇量をそれぞれ推定し、これらの噴射率の上昇開始時点、下降終了時点、及び上昇量に基づいて噴射率推移波形を算出し、この噴射率推移波形を前記上昇開始時点から前記下降終了時点まで積分演算することにより前記噴射量検出値を取得することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記演算手段は、前記噴射量検出値及び前記酸素濃度検出値に基づき前記吸気量を演算し、
   前記吸気量補正手段は、前記演算手段により演算された吸気量演算値と前記吸気量検出値との差に基づき、前記吸気量検出値を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記演算手段は、前記吸気量検出値及び前記噴射量検出値に基づき前記酸素濃度を演算し、
   前記吸気量補正手段は、前記演算手段により演算された酸素濃度演算値と前記酸素濃度検出値との差に基づき、前記吸気量検出値を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記演算手段により演算された演算値と前記１つのセンサの検出値との差を前記吸気量検出値の誤差とみなし、その誤差の値を、前記吸気量との関係を定めるマップに記憶させる学習手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
5. 前記ＥＧＲバルブが全閉状態で継続して固定された時に検出された前記噴射量検出値、前記酸素濃度検出値及び前記吸気量検出値に基づき、前記演算手段による演算及び前記吸気量補正手段による補正を実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
6. 前記内燃機関には、前記燃焼室に流入する吸気量を調整するスロットルバルブが備えられており、
   前記スロットルバルブが全開状態で継続して固定された時に検出された前記噴射量検出値、前記酸素濃度検出値及び前記吸気量検出値に基づき、前記演算手段による演算及び前記吸気量補正手段による補正を実行することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
7. 前記内燃機関には、排気を駆動力として吸気を過給する過給機が備えられており、
   前記過給機は、排気の流体エネルギを前記駆動力に変換する割合を設定変更可能に構成されており、
   前記過給機の前記変換割合が所定範囲内に継続して設定された時に検出された前記噴射量検出値、前記酸素濃度検出値及び前記吸気量検出値に基づき、前記演算手段による演算及び前記吸気量補正手段による補正を実行することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
8. 前記内燃機関には、排気を駆動力として吸気を過給する過給機が備えられており、
   前記過給機による過給圧が所定時間以上安定している時に検出された前記噴射量検出値、前記酸素濃度検出値及び前記吸気量検出値に基づき、前記演算手段による演算及び前記吸気量補正手段による補正を実行することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
9. 前記内燃機関の出力軸の回転速度が所定時間以上安定している時に検出された前記噴射量検出値、前記酸素濃度検出値及び前記吸気量検出値に基づき、前記演算手段による演算及び前記吸気量補正手段による補正を実行することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
10. 前記吸気量取得手段により検出される吸気量が所定時間以上安定している時に検出された前記噴射量検出値、前記酸素濃度検出値及び前記吸気量検出値に基づき、前記演算手段による演算及び前記吸気量補正手段による補正を実行することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
11. 前記噴射量取得手段により検出される噴射量に関連する物理量が所定時間以上安定している時に検出された前記噴射量検出値、前記酸素濃度検出値及び前記吸気量検出値に基づき、前記演算手段による演算及び前記吸気量補正手段による補正を実行することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
12. 前記コモンレールから前記燃料噴射弁の燃料流入口までの燃料通路には、コモンレール内の燃料の圧力脈動を減衰させるオリフィスが備えられており、
    前記燃圧センサは前記オリフィスの燃料流れ下流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置。
13. 吸気量を検出する吸気量センサ、噴射量に関連する物理量を検出する噴射量センサ、及び排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、
    請求項１〜１２のいずれか１つに記載の内燃機関制御装置と、
    を備えることを特徴とする内燃機関制御システム。

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