JP5426520B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室に吸入される吸入ガスの流量や酸素濃度に応じて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、この種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関の吸気通路には、ＥＧＲ通路が接続されており、このＥＧＲ通路を介して、排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気通路に還流する。また、制御装置では、内燃機関の燃焼室に吸入される吸入ガス中の酸素濃度（以下「吸入ガス酸素濃度」という）が、推定されるとともに、推定された吸入ガス酸素濃度がその目標値になるように、吸気通路へのＥＧＲガスの還流量（以下「ＥＧＲガス量」という）が制御される。

さらに、上記の吸入ガス酸素濃度の推定は、次のように行われる。すなわち、まず、センサで検出された新気の流量や燃料噴射量などに応じて、排ガス中の酸素濃度（以下「排ガス酸素濃度」という）が算出されるとともに、算出された排ガス酸素濃度に基づいて、ＥＧＲガス中の酸素濃度（以下「ＥＧＲガス酸素濃度」という）が算出される。次いで、算出されたＥＧＲガス酸素濃度や、新気の流量、算出された実際のＥＧＲガス量などに応じて、吸気通路のＥＧＲ通路との接続部におけるガス中の酸素濃度（以下「接続部酸素濃度」という）が算出される。そして、算出された接続部酸素濃度に、所定のディレイ係数を乗算することによって、吸入ガス酸素濃度が算出される。

このディレイ係数は、吸気マニホルドの容積、気筒の総容積、気筒数および内燃機関の回転数に応じて算出される。また、上記の排ガス酸素濃度、ＥＧＲガス酸素濃度、接続部酸素濃度およびディレイ係数の算出は、所定の物理式に従って行われる。以上のように、この従来の制御装置では、排ガス酸素濃度から、ＥＧＲガス酸素濃度および接続部酸素濃度を経て、吸入ガス酸素濃度が推定され、酸素濃度の推定が上流側から下流側に向かって順に行われる。

特開２００８−００８１８１号公報

内燃機関が非線形系であるのに対し、この従来の制御装置では、上述したように排ガス酸素濃度、ＥＧＲガス酸素濃度および接続部酸素濃度の算出を、単に、物理式に従って行うに過ぎないので、吸入ガス酸素濃度を精度良く推定することができず、ひいては、吸入ガス酸素濃度に基づくＥＧＲガス量を介した内燃機関の制御を適切に行うことができない。同様に、従来の制御装置では、ディレイ係数の算出を、吸気マニホルドの容積、気筒の総容積、気筒数および内燃機関の回転数に応じ、物理式に従って行うに過ぎないので、吸気通路のＥＧＲ通路との接続部から燃焼室に吸入ガスが到達するまでのむだ時間を、吸入ガス酸素濃度の算出に良好に反映させることができず、このことによっても、吸入ガス酸素濃度を精度良く推定することができない。以上のような不具合は、内燃機関が過渡運転状態にあるときには、内燃機関における非線形性が強くなるので、より顕著になる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において、燃焼室に吸入される吸入ガスの流量および酸素濃度を精度良く推定することができ、それにより、内燃機関を適切に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関３の制御装置１は、内燃機関３の吸気通路５および排気通路６に接続され、内燃機関３の燃焼室から排気通路６に排出されたガスである排ガスの一部を、吸気通路５に還流させるための第１ＥＧＲ通路（実施形態における（以下、本項において同じ）低圧ＥＧＲ通路１６ａ）と、吸気通路５、排気通路６および第１ＥＧＲ通路を含むガス通路の互いに異なる複数の部位のそれぞれにおける複数のガスの流量（低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲ、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧ、吸入ガス流量ＦＩＮＧ）を推定するための複数のニューラルネットワーク（第１流量推定部２ａ、第２流量推定部２ｃ、第３流量推定部２ｄ、第４流量推定部２ｅ）を有するガス流量推定手段（ＥＣＵ２、ステップ１、３、４、５）と、を備え、複数のニューラルネットワークのうちの、吸気通路５の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位におけるガスの流量を推定するためのニューラルネットワークは、当該ニューラルネットワークによりガスの流量が推定される部位よりも上流側の部位における、他のニューラルネットワークにより推定されたガスの流量の今回値および過去値を入力とし、当該推定されるガスの流量を出力として構築されており、ガス流量推定手段は、複数のニューラルネットワークを用いて、複数のガスの流量をガス通路の上流側から下流側に向かって順に推定することにより、少なくとも１つの部位のうちの最も下流側の部位におけるガスの流量として、燃焼室に吸入されるガスである吸入ガスの流量（吸入ガス流量ＦＩＮＧ）を推定することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、燃焼室から排気通路に排出された排ガスの一部が、第１ＥＧＲ通路を介して、吸気通路に還流する（以下、請求項１〜５の説明において、還流する排ガスを「第１ＥＧＲガス」という）。また、吸気通路、排気通路および第１ＥＧＲ通路を含むガス通路の互いに異なる複数の部位のそれぞれにおける複数のガスの流量が、ガス流量推定手段の複数のニューラルネットワークによってそれぞれ推定される。また、複数のニューラルネットワークのうちの、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位におけるガスの流量を推定するためのニューラルネットワークは、当該ニューラルネットワークによりガスの流量が推定される部位よりも上流側の部位における、他のニューラルネットワークにより推定されたガスの流量の今回値および過去値を入力とし、当該推定されるガスの流量を出力として構築されている。

ガスの流量は、内燃機関が定常運転状態にあるときには、安定しており、その今回値が過去値とほぼ同じになる一方、過渡運転状態にあるときには、非線形的に変化し、今回値が過去値と異なるようになる。このように、ガスの流量の今回値および過去値の間の関係は、内燃機関が定常運転状態または過渡運転状態のいずれの状態にあるかを良好に表す。また、ニューラルネットワークは、入力および出力の間の関係を、入力される複数のパラメータの間の関係を加味しながら、適切にモデル化できるという特性を有しており、この場合、これらの入力および出力の間の関係が、線形または非線形であるかを問わない。

この制御装置によれば、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位におけるガスの流量を推定するためのニューラルネットワークが、より上流側の部位における、他のニューラルネットワークにより推定されたガスの流量の今回値および過去値の双方を入力として構築されている。したがって、内燃機関の定常運転状態における上流側および下流側のガスの流量の間の関係はもとより、過渡運転状態における上流側および下流側のガスの流量の間の関係についても、上流側のガスの流量が変化してからそれに応じて下流側のガスの流量が変化するまでのむだ時間を良好に反映させながら、適切にモデル化でき、ニューラルネットワークを適切に構築することができる。

さらに、この制御装置によれば、そのように適切に構築されたニューラルネットワークを含む複数のニューラルネットワークを用いて、複数のガスの流量を上流側から下流側に向かって順に推定することにより、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位のうちの最も下流側の部位におけるガスの流量として、吸入ガスの流量を推定するので、内燃機関の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。特に、内燃機関が過渡運転状態にあるときには、上記のむだ時間による影響が大きくなることによって、吸入ガスの流量は、吸気通路における上流側のガスの流量と大きく異なるのに対し、この制御装置によれば、上記から明らかなように、過渡運転状態にあるときでも、むだ時間を良好に反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。

また、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の部位におけるガスの流量を、より上流側の部位におけるガスの流量をニューラルネットワークに入力することによって推定するので、むだ時間に加え、第１ＥＧＲガスによる影響をも反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。以上のように、この制御装置によれば、内燃機関の過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において、吸入ガスの流量を精度良く推定することができ、それにより、内燃機関を適切に制御することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、吸気通路５の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられ、吸入ガスを冷却するための冷却装置（インタークーラ１３）をさらに備え、少なくとも１つの部位におけるガスの流量は、吸気通路５の冷却装置よりも下流側の部位におけるガスの流量（吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧ）をさらに含むことを特徴とする。

この構成によれば、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられた冷却装置によって、吸入ガスが冷却される。また、吸気通路の冷却装置よりも下流側の部位におけるガスの流量が推定されるとともに、請求項１の説明から明らかなように、推定された冷却装置よりも下流側の部位におけるガスの流量に応じて、さらに下流側の部位におけるガスの流量が推定され、ひいては、吸入ガスの流量が推定される。したがって、冷却装置におけるガスの温度変化による影響をも反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の制御装置１において、吸気通路５の冷却装置よりも下流側に設けられ、吸入ガスの流量を変更するためのスロットル弁１４をさらに備え、吸気通路５の冷却装置よりも下流側の部位におけるガスの流量は、吸気通路５のスロットル弁１４よりも下流側の部位におけるガスの流量（吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧ）であることを特徴とする。

この構成によれば、吸気通路の冷却装置よりも下流側に設けられたスロットル弁によって、吸入ガスの流量が変更される。また、吸気通路のスロットル弁よりも下流側の部位におけるガスの流量が推定されるとともに、請求項１および２の説明から明らかなように、推定されたスロットル弁よりも下流側の部位におけるガスの流量に応じて、さらに下流側の部位におけるガスの流量が推定され、ひいては、吸入ガスの流量が推定される。この場合、スロットル弁が吸気通路の冷却装置よりも下流側に設けられているので、冷却装置におけるガスの温度変化による影響に加え、スロットル弁による影響をも反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の制御装置１において、排気通路６に設けられたタービン１２ｂ、および吸気通路５の冷却装置よりも上流側に設けられたコンプレッサ１２ａを有し、燃焼室に吸入ガスを過給するための過給装置１２をさらに備え、第１ＥＧＲ通路は、排気通路６のタービン１２ｂよりも下流側と、吸気通路５のコンプレッサ１２ａよりも上流側とに接続されており、複数のガスの流量は、第１ＥＧＲ通路におけるガスの流量（低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ）を含むことを特徴とする。

この構成によれば、排気通路に設けられたタービン、および吸気通路の冷却装置よりも上流側に設けられたコンプレッサを有する過給装置によって、吸入ガスが燃焼室に過給される。また、第１ＥＧＲ通路は、排気通路のタービンよりも下流側と、吸気通路のコンプレッサよりも上流側とに接続されている。このため、この内燃機関では、第１ＥＧＲ通路を介して還流する第１ＥＧＲガスと新気が混合したガスが流れる吸気通路の部分が長く、それにより、第１ＥＧＲガスの応答遅れは比較的大きい。

これに対して、上述した構成によれば、第１ＥＧＲ通路におけるガスの流量が推定されるとともに、請求項１および２の説明から明らかなように、推定された第１ＥＧＲ通路におけるガスの流量に応じて、さらに下流側の部位におけるガスの流量が推定され、ひいては、吸入ガスの流量が推定される。したがって、大きな応答遅れを有する第１ＥＧＲガスによる影響をより良好に反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。

また、請求項２の説明で述べたように、吸気通路の冷却装置よりも下流側の部位におけるガスの流量が推定されるとともに、推定されたガスの流量に応じて、さらに下流側の部位におけるガスの流量が推定され、ひいては、吸入ガスの流量が推定される。この場合、コンプレッサは、吸気通路の冷却装置よりも上流側に設けられているので、冷却装置における吸入ガスの温度変化による影響と、大きな応答遅れを有する第１ＥＧＲガスによる影響に加え、コンプレッサにおけるガスの圧力変化による影響をも反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の内燃機関３の制御装置１において、吸気通路５の冷却装置よりも下流側に設けられ、吸入ガスの流量を変更するためのスロットル弁１４と、排気通路６のタービン１２ｂよりも上流側と、吸気通路５のスロットル弁１４よりも下流側とに接続され、排ガスの一部を吸気通路５に還流させるための第２ＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路１７ａ）と、をさらに備え、吸気通路５の冷却装置よりも下流側の部位におけるガスの流量は、吸気通路５のスロットル弁１４よりも下流側の部位におけるガスの流量（吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧ）であり、複数のガスの流量は、吸入ガスの流量、吸気通路のスロットル弁１４よりも下流側の部位におけるガスの流量、および第１ＥＧＲ通路におけるガスの流量に加えて、第２ＥＧＲ通路におけるガスの流量（高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲ）のみであり、推定された吸入ガスの流量に応じて内燃機関３を制御する制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１０、１１）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、吸気通路の冷却装置よりも下流側に設けられたスロットル弁によって、吸入ガスの流量が変更される。また、吸気通路のスロットル弁よりも下流側の部位におけるガスの流量が推定されるとともに、請求項１、２および４の説明から明らかなように、推定されたスロットル弁よりも下流側の部位におけるガスの流量に応じて、より下流側の部位におけるガスの流量が推定され、ひいては、吸入ガスの流量が推定される。この場合、スロットル弁が吸気通路の冷却装置よりも下流側に設けられていることと、請求項４の説明から明らかなように、冷却装置における吸入ガスの温度変化による影響と、大きな応答遅れを有する第１ＥＧＲガスによる影響と、コンプレッサにおける吸入ガスの圧力変化による影響に加え、スロットル弁による影響をも反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。

さらに、排気通路のタービンよりも上流側と吸気通路のスロットル弁よりも下流側とに接続された第２ＥＧＲ通路を介して、排ガスの一部が吸気通路に還流する（以下、本項の説明において、還流する排ガスを「第２ＥＧＲガス」という）。また、第２ＥＧＲ通路におけるガスの流量が推定されるとともに、請求項１、２および４の説明から明らかなように、推定された第２ＥＧＲ通路におけるガスの流量に応じて、より下流側の部位におけるガスの流量が推定され、ひいては、吸入ガスの流量が推定される。したがって、第２ＥＧＲガスによる影響を反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。

さらに、吸入ガスの流量の推定を、推定された第１および第２ＥＧＲ通路におけるガスの流量の双方に応じて行うので、第１ＥＧＲガスと第２ＥＧＲガスとの干渉による影響をも反映させながら、吸入ガスの流量を精度良く推定することができる。また、ガスの流量を推定する複数のニューラルネットワークとして、吸入ガスの流量、スロットル弁よりも下流側の部位におけるガスの流量、第１ＥＧＲ通路におけるガスの流量、および第２ＥＧＲ通路におけるガスの流量を推定する４つのニューラルネットワークを構築するだけでよいので、制御装置を容易に設計できるとともに、その演算負荷を低減することができる。さらに、推定された吸入ガスの流量に応じ、制御手段によって、内燃機関が制御されるので、この制御を適切に行うことができる。

前記目的を達成するため、請求項６に係る発明による内燃機関３の制御装置１は、内燃機関３の吸気通路５および排気通路６に接続され、内燃機関３の燃焼室から排気通路６に排出されたガスである排ガスの一部を、吸気通路５に還流させるための第１ＥＧＲ通路（実施形態における（以下、本項において同じ）低圧ＥＧＲ通路１６ａ）と、吸気通路５、排気通路６および第１ＥＧＲ通路を含むガス通路を流れるガスの流量を表すガス流量パラメータ（低圧ＥＧＲ制御弁開度ＬＰＶＴ、低圧スロットル弁開度ＬＰＴＨ、高圧ＥＧＲ制御弁開度ＨＰＶＴ、スロットル弁開度ＴＨ、排気温ＴＥＸＧ、低下温度ＤＴＧ、新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＴＲＥＱ）を検出するガス流量パラメータ検出手段（クランク角センサ２１、エアフローセンサ２３、ＬＰＴＨ開度センサ２４、ＴＨ開度センサ２５、排気温センサ２７、ＬＰＥＧＲ開度センサ２８、ＨＰＥＧＲ開度センサ２９、ＥＣＵ２、低下温度推定部２ｂ）と、ガス通路の互いに異なる複数の部位のそれぞれにおける複数のガス中の酸素濃度（低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲ、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲ、吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧ、吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧ）を推定するための複数のニューラルネットワーク（第１酸素濃度推定部２ｆ、第２酸素濃度推定部２ｇ、第３酸素濃度推定部２ｈ、第４酸素濃度推定部２ｉ）を有するガス酸素濃度推定手段（ＥＣＵ２、ステップ６〜９）と、を備え、複数のニューラルネットワークのうちの、吸気通路５の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位におけるガス中の酸素濃度を推定するためのニューラルネットワークは、当該ニューラルネットワークによりガス中の酸素濃度が推定される部位よりも上流側の部位における、他のニューラルネットワークにより推定されたガス中の酸素濃度の今回値および過去値と、ガス流量パラメータの今回値および過去値とを入力とし、当該推定されるガス中の酸素濃度を出力として構築されており、ガス酸素濃度推定手段は、複数のニューラルネットワークを用いて、複数のガス中の酸素濃度をガス通路の上流側から下流側に向かって順に推定することにより、少なくとも１つの部位のうちの最も下流側の部位におけるガス中の酸素濃度として、燃焼室に吸入されるガスである吸入ガス中の酸素濃度（吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧ）を推定することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、燃焼室から排気通路に排出された排ガスの一部が、第１ＥＧＲ通路を介して、吸気通路に還流する（以下、請求項６〜１０の説明において、還流する排ガスを「第１ＥＧＲガス」という）。また、吸気通路、排気通路および第１ＥＧＲ通路を含むガス通路を流れるガスの流量を表すガス流量パラメータが、ガス流量パラメータ検出手段によって検出される。さらに、ガス通路の互いに異なる複数の部位のそれぞれにおける複数のガス中の酸素濃度が、ガス酸素濃度推定手段の複数のニューラルネットワークによってそれぞれ推定される。また、これらの複数のニューラルネットワークのうちの、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位におけるガス中の酸素濃度を推定するためのニューラルネットワークは、当該ニューラルネットワークによりガス中の酸素濃度が推定される部位よりも上流側の部位における、他のニューラルネットワークにより推定されたガス中の酸素濃度の今回値および過去値と、ガス流量パラメータの今回値および過去値とを入力とし、当該推定されるガス中の酸素濃度を出力として構築されている。

ガス中の酸素濃度は、内燃機関が定常運転状態にあるときには、安定しており、その今回値が過去値とほぼ同じになる一方、過渡運転状態にあるときには、非線形的に変化し、今回値が過去値と異なるようになる。このように、ガス中の酸素濃度の今回値および過去値の間の関係は、内燃機関が定常運転状態または過渡運転状態のいずれの状態にあるかを良好に表す。また、請求項１の説明で述べたように、ニューラルネットワークは、入力および出力の間の関係を、入力される複数のパラメータの間の関係を加味しながら、適切にモデル化できるという特性を有しており、この場合、入力および出力の間の関係が線形または非線形であるかを問わない。

この制御装置によれば、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位におけるガス中の酸素濃度を推定するためのニューラルネットワークが、より上流側の部位における、他のニューラルネットワークにより推定されたガス中の酸素濃度の今回値および過去値の双方を入力として構築されている。したがって、内燃機関の定常運転状態における上流側および下流側のガス中の酸素濃度の間の関係はもとより、過渡運転状態における上流側および下流側のガス中の酸素濃度の間の関係についても、上流側のガス中の酸素濃度が変化してからそれに応じて下流側のガス中の酸素濃度が変化するまでのむだ時間を良好に反映させながら、適切にモデル化でき、ニューラルネットワークを適切に構築することができる。さらに、ガス中の酸素濃度に加え、ガス流量パラメータの今回値および過去値の双方を入力としてニューラルネットワークを構築するので、ガスの流量の変化による影響をも反映させながら、ニューラルネットワークを適切に構築することができる。

さらに、この制御装置によれば、そのように適切に構築されたニューラルネットワークを含む複数のニューラルネットワークを用いて、複数のガス中の酸素濃度を上流側から下流側に向かって順に推定することにより、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位のうちの最も下流側の部位におけるガス中の酸素濃度として、吸入ガス中の酸素濃度を推定するので、内燃機関の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。特に、内燃機関が過渡運転状態にあるときには、上記のむだ時間による影響が大きくなることによって、吸入ガス中の酸素濃度は、吸気通路における上流側のガス中の酸素濃度と大きく異なるのに対し、この制御装置によれば、上記から明らかなように、過渡運転状態にあるときでも、むだ時間を良好に反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。

また、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度を、より上流側の部位におけるガス中の酸素濃度をニューラルネットワークに入力することによって推定するので、むだ時間に加え、第１ＥＧＲガスによる影響をも反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。以上のように、この制御装置によれば、内燃機関の過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができ、それにより、内燃機関を適切に制御することができる。

なお、特許請求の範囲および本明細書における「ガス流量パラメータ」は、ガスの流量と密接な相関関係にあるパラメータに加え、ガスの流量そのものも含む。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の内燃機関３の制御装置１において、吸気通路５の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられ、吸入ガスを冷却するための冷却装置（インタークーラ１３）をさらに備え、少なくとも１つの部位におけるガス中の酸素濃度は、吸気通路５の冷却装置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度（吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧ）をさらに含むことを特徴とする。

この構成によれば、吸気通路の第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられた冷却装置によって、吸入ガスが冷却される。また、吸気通路の冷却装置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定されるとともに、請求項６の説明から明らかなように、推定された冷却装置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度に応じて、さらに下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定され、ひいては、吸入ガス中の酸素濃度が推定される。したがって、冷却装置におけるガスの温度変化による影響をも反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の内燃機関３の制御装置１において、吸気通路５の冷却装置よりも下流側に設けられ、吸入ガスの流量を変更するためのスロットル弁１４をさらに備え、吸気通路５の冷却装置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度は、吸気通路５のスロットル弁１４よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度（吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧ）であることを特徴とする。

この構成によれば、吸気通路の冷却装置よりも下流側に設けられたスロットル弁によって、吸入ガスの流量が変更される。また、吸気通路のスロットル弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定されるとともに、請求項６および７の説明から明らかなように、推定されたスロットル弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度に応じて、さらに下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定され、ひいては、吸入ガス中の酸素濃度が推定される。この場合、スロットル弁が吸気通路の冷却装置よりも下流側に設けられているので、冷却装置におけるガスの温度変化による影響に加え、スロットル弁におけるガスの流量の変化による影響をも反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。

請求項９に係る発明は、請求項７に記載の内燃機関３の制御装置１において、排気通路６に設けられたタービン１２ｂ、および吸気通路５の冷却装置よりも上流側に設けられたコンプレッサ１２ａを有し、燃焼室に吸入ガスを過給するための過給装置１２をさらに備え、第１ＥＧＲ通路は、排気通路６のタービン１２ｂよりも下流側と、吸気通路５のコンプレッサ１２ａよりも上流側とに接続されており、複数のガス中の酸素濃度は、第１ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度（低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲ）を含むことを特徴とする。

この構成によれば、排気通路に設けられたタービン、および吸気通路の冷却装置よりも上流側に設けられたコンプレッサを有する過給装置によって、吸入ガスが燃焼室に過給される。また、第１ＥＧＲ通路は、排気通路のタービンよりも下流側と、吸気通路のコンプレッサよりも上流側とに接続されている。このため、この内燃機関では、第１ＥＧＲ通路を介して還流する第１ＥＧＲガスと新気が混合したガスが流れる吸気通路の部分が長く、それにより、第１ＥＧＲガスの応答遅れは比較的大きい。

これに対して、上述した構成によれば、第１ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度が推定されるとともに、請求項６および７の説明から明らかなように、推定された第１ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度に応じて、さらに下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定され、ひいては、吸入ガス中の酸素濃度が推定される。したがって、大きな応答遅れを有する第１ＥＧＲガスによる影響をより良好に反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。

また、請求項７の説明で述べたように、吸気通路の冷却装置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定されるとともに、推定されたガス中の酸素濃度に応じて、さらに下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定され、ひいては、吸入ガス中の酸素濃度が推定される。この場合、コンプレッサは、吸気通路の冷却装置よりも上流側に設けられているので、冷却装置における吸入ガスの温度変化による影響と、大きな応答遅れを有する第１ＥＧＲガスによる影響に加え、コンプレッサにおけるガスの圧力変化による影響をも反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。

請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の内燃機関３の制御装置１において、吸気通路５の冷却装置よりも下流側に設けられ、吸入ガスの流量を変更するためのスロットル弁１４と、排気通路６のタービン１２ｂよりも上流側と、吸気通路５のスロットル弁１４よりも下流側とに接続され、排ガスの一部を吸気通路５に還流させるための第２ＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路１７ａ）と、をさらに備え、吸気通路５の冷却装置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度は、吸気通路５のスロットル弁１４よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度（吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧ）であり、複数のガス中の酸素濃度は、吸入ガス中の酸素濃度、吸気通路５のスロットル弁１４よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度、および第１ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度に加えて、第２ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度（高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲ）のみであり、推定された吸入ガス中の酸素濃度に応じて内燃機関３を制御する制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１０、１１）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、吸気通路の冷却装置よりも下流側に設けられたスロットル弁によって、吸入ガスの流量が変更される。また、吸気通路のスロットル弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定されるとともに、請求項６、７および９の説明から明らかなように、推定されたスロットル弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度に応じて、より下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定され、ひいては、吸入ガス中の酸素濃度が推定される。この場合、スロットル弁が吸気通路の冷却装置よりも下流側に設けられていることと、請求項９の説明から明らかなように、冷却装置における吸入ガスの温度変化による影響と、大きな応答遅れを有する第１ＥＧＲガスによる影響と、コンプレッサにおける吸入ガスの圧力変化による影響に加え、スロットル弁における流量の変化による影響をも反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。

さらに、排気通路のタービンよりも上流側と吸気通路のスロットル弁よりも下流側とに接続された第２ＥＧＲ通路を介して、排ガスの一部が吸気通路に還流する（以下、本項の説明において、還流する排ガスを「第２ＥＧＲガス」という）。また、第２ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度が推定されるとともに、請求項６、７および９の説明から明らかなように、推定された第２ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度に応じて、より下流側の部位におけるガス中の酸素濃度が推定され、ひいては、吸入ガス中の酸素濃度が推定される。したがって、第２ＥＧＲガスによる影響を反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。

さらに、吸入ガス中の酸素濃度の推定を、推定された第１および第２ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度の双方に応じて行うので、第１ＥＧＲガスと第２ＥＧＲガスとの干渉による影響をも反映させながら、吸入ガス中の酸素濃度を精度良く推定することができる。また、ガス中の酸素濃度を推定する複数のニューラルネットワークとして、吸入ガス中の酸素濃度、スロットル弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度、第１ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度、および第２ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度を推定する４つのニューラルネットワークを構築するだけでよいので、制御装置を容易に設計できるとともに、その演算負荷を低減することができる。さらに、推定された吸入ガス中の酸素濃度に応じ、制御手段によって、内燃機関が制御されるので、この制御を適切に行うことができる。

本実施形態による制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 制御装置のＥＣＵなどを示すブロック図である。 内燃機関の燃焼室に吸入されるガスである吸入ガスの流量を推定するための吸入ガス流量推定部を示すブロック図である。 吸入ガス流量推定部および図９の吸入ガス酸素濃度推定部で用いられる階層型のニューラルネットワークを概略的に示す図である。 吸入ガス流量推定部のうちの第１流量推定部を示すブロック図である。 吸入ガス流量推定部のうちの第２流量推定部を示すブロック図である。 吸入ガス流量推定部のうちの第３流量推定部を示すブロック図である。 吸入ガス流量推定部のうちの第４流量推定部を示すブロック図である。 吸入ガス中の酸素濃度を推定するための吸入ガス酸素濃度推定部を示すブロック図である。 吸入ガス酸素濃度推定部のうちの第１酸素濃度推定部を示すブロック図である。 吸入ガス酸素濃度推定部のうちの第２酸素濃度推定部を示すブロック図である。 吸入ガス酸素濃度推定部のうちの第３酸素濃度推定部を示すブロック図である。 吸入ガス酸素濃度推定部のうちの第４酸素濃度推定部を示すブロック図である。 内燃機関の燃料噴射弁による燃料噴射を制御するための処理を示すフローチャートである。 吸入ガス流量推定部によって推定された吸入ガスの流量を、実際の吸入ガスの流量、第１および第２比較例とともに示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、４つの気筒３ａを有する４サイクルタイプのディーゼルエンジンであり、車両（図示せず）に動力源として搭載されている。各気筒３ａのピストンとシリンダヘッドとの間には、燃焼室（いずれも図示せず）が形成されている。

また、エンジン３には、クランク角センサ２１および水温センサ２２（図２参照）が設けられている。このクランク角センサ２１は、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を制御装置１の後述するＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。上記のＴＤＣ信号は、ピストンが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。上記の水温センサ２２は、エンジン３を冷却する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、各気筒３ａには、燃料噴射弁４（図２に１つのみ図示）が設けられており、これらの燃料噴射弁４によって、燃料が燃焼室に噴射される。各燃料噴射弁４の開弁時間すなわち燃料噴射量は、ＥＣＵ２によって制御される。さらに、エンジン３には、４つの気筒３ａの燃焼室に新気を含むガスを導入するための吸気通路５と、燃焼室での燃焼により生成された既燃ガスを排出するための排気通路６が設けられている。

吸気通路５は、その下流部に、吸気チャンバ５ｂと４つの分岐通路５ｃで構成された吸気マニホルド５ａを有しており、これらの４つの分岐通路５ｃは、４つの気筒３ａにそれぞれ接続されている。また、吸気通路５の吸気マニホルド５ａよりも上流側の部位には、上流側から順に、エアフローセンサ２３、低圧スロットル弁１１、過給装置１２、インタークーラ１３およびスロットル弁１４が設けられている。

低圧スロットル弁１１は、バタフライ弁で構成されている。低圧スロットル弁１１には、電動機で構成されたＬＰＴＨアクチュエータ１１ａが連結されている。低圧スロットル弁１１の開度（以下「低圧スロットル弁開度」という）は、ＥＣＵ２によって変更され、それにより、低圧スロットル弁１１よりも下流側の吸気通路５内の圧力が制御される。また、低圧スロットル弁開度ＬＰＴＨは、ＬＰＴＨ開度センサ２４によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。さらに、エアフローセンサ２３は、低圧スロットル弁１１を通過する新気の流量（以下「新気流量」という）ＱＩＮを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

過給装置１２は、吸気通路５の低圧スロットル弁１１よりも下流側に設けられたコンプレッサ１２ａと、排気通路６に設けられ、コンプレッサ１２ａと一体に回転するタービン１２ｂと、複数の可変ベーン１２ｃ（２つのみ図示）と、可変ベーン１２ｃを駆動するベーンアクチュエータ１２ｄなどで構成されている。

この過給装置１２では、燃焼室から排気通路６に排出されたガスである排ガスによってタービン１２ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサ１２ａも同時に回転することにより、吸気通路５内のガスが加圧されることによって、各気筒３ａの燃焼室に吸入されるガスである吸入ガスが過給される。

また、可変ベーン１２ｃは、過給装置１２が発生する過給圧を変化させるためのものであり、タービン１２ｂを収容するハウジングに回動自在に取り付けられている。可変ベーン１２ｃは、ＥＣＵ２に接続されたベーンアクチュエータ１２ｄに連結されている。ＥＣＵ２は、ベーンアクチュエータ１２ｄを介して可変ベーン１２ｃの開度を変化させ、タービン１２ｂに吹き付けられる排ガス量を変化させることによって、タービン１２ｂの回転数すなわちコンプレッサ１２ａの回転数を変化させ、それにより、過給圧を制御する。

また、インタークーラ１３は、水冷式のものであり、過給装置１２の過給動作により吸気通路５を流れるガスの温度が上昇したときなどに、ガスを冷却し、それにより吸入ガスが冷却される。さらに、インタークーラ１３の冷却水は、エンジン３の冷却水として兼用されている。

さらに、スロットル弁１４は、前述した低圧スロットル弁１１と同様、バタフライ弁で構成されている。スロットル弁１４には、電動機で構成されたＴＨアクチュエータ１４ａが連結されている。このスロットル弁１４の開度（以下「スロットル弁開度」という）は、ＥＣＵ２によって変更され、それにより、吸入ガスの流量が制御されるとともに、前述した吸気チャンバ５ｂ内の圧力が制御される。また、スロットル弁開度ＴＨは、ＴＨ開度センサ２５によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、排気通路６は、その下流部の排気マニホルド６ａを介して４つの気筒３ａに接続されている。排気通路６の排気マニホルド６ａよりも下流側には、上流側から順に、前記タービン１２ｂ、ＬＡＦセンサ２６、排ガス浄化装置１５および排気温センサ２７が設けられている。

上記のＬＡＦセンサ２６は、排ガス中の酸素濃度（以下「排ガス酸素濃度」という）Ｏ２ＥＸＧをリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、排ガス浄化装置１５は、排ガスを浄化するものであり、酸化触媒やフィルタ（Diesel particulate filter ）の組み合わせで構成されている。また、排気温センサ２７は、排ガス浄化装置１５を通過した排ガスの温度（以下「排気温」という）ＴＥＸＧを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

エンジン３にはさらに、低圧ＥＧＲ装置１６および高圧ＥＧＲ装置１７が設けられている。この低圧ＥＧＲ装置１６は、排気通路６を流れる排ガスの一部を吸気通路５に還流させるものであり、吸気通路５と排気通路６に接続された低圧ＥＧＲ通路１６ａと、低圧ＥＧＲ通路１６ａを流れる還流ガス（以下「低圧ＥＧＲガス」という）を冷却する低圧ＥＧＲクーラ１６ｂと、この低圧ＥＧＲ通路１６ａを開閉する低圧ＥＧＲ制御弁１６ｃなどで構成されている。低圧ＥＧＲ通路１６ａの一端は、排気通路６の排ガス浄化装置１５よりも下流側に接続され、他端は、吸気通路５の低圧スロットル弁１１とコンプレッサ１２ａの間に接続されている。

低圧ＥＧＲ制御弁１６ｃは、その開度が最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成されており、低圧ＥＧＲ制御弁１６ｃの開度（以下「低圧ＥＧＲ制御弁開度」という）は、ＥＣＵ２によって変更される。前述した低圧スロットル弁開度ＬＰＴＨの変更による吸気通路５内の圧力の制御によって、低圧ＥＧＲ制御弁１６ｃよりも上流側と下流側の間の差圧が制御されることと、この低圧ＥＧＲ制御弁開度が変更されることとの協働によって、低圧ＥＧＲガスの還流量（以下「低圧ＥＧＲガス流量」という）が制御される。また、低圧ＥＧＲ制御弁開度ＬＰＶＴは、ＬＰＥＧＲ開度センサ２８によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

以上の構成により、この低圧ＥＧＲ装置１６では、低圧ＥＧＲガスは、排気通路６の排ガス浄化装置１５の下流側の部分から低圧ＥＧＲ通路１６ａに流入し、図１に矢印Ｘ１で示す向きに流れ、低圧ＥＧＲクーラ１６ｂおよび低圧ＥＧＲ制御弁１６ｃを通過した後、吸気通路５に流入する。そして、低圧ＥＧＲガスは、新気とともに、コンプレッサ１２ａ、インタークーラ１３およびスロットル弁１４を通過した後、吸気マニホルド５ａを介して、各気筒３ａの燃焼室に流入する。

また、高圧ＥＧＲ装置１７も、低圧ＥＧＲ装置１６と同様に、排気通路６を流れる排ガスの一部を吸気通路５に還流させるものであり、吸気通路５と排気通路６に接続された高圧ＥＧＲ通路１７ａと、高圧ＥＧＲ通路１７ａ内を流れる還流ガス（以下「高圧ＥＧＲガス」という）を冷却する高圧ＥＧＲクーラ１７ｂと、この高圧ＥＧＲ通路１７ａを開閉する高圧ＥＧＲ制御弁１７ｃなどで構成されている。高圧ＥＧＲ通路１７ａの一端は、排気通路６の排気マニホルド６ａに接続されており、他端は、吸気通路５の吸気チャンバ５ｂに接続されている。

高圧ＥＧＲ制御弁１７ｃは、その開度が最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成されており、高圧ＥＧＲ制御弁１７ｃの開度（以下「高圧ＥＧＲ制御弁開度」という）は、ＥＣＵ２によって変更される。前述したスロットル弁開度ＴＨの変更による吸気チャンバ５ｂ内の圧力の制御によって、高圧ＥＧＲ制御弁１７ｃよりも上流側と下流側の間の差圧が制御されることと、この高圧ＥＧＲ制御弁開度が変更されることとの協働によって、高圧ＥＧＲガスの還流量（以下「高圧ＥＧＲガス流量」という）が制御される。また、高圧ＥＧＲ制御弁開度ＨＰＶＴは、ＨＰＥＧＲ開度センサ２９によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

以上の構成により、この高圧ＥＧＲ装置１７では、高圧ＥＧＲガスは、排気マニホルド６ａから高圧ＥＧＲ通路１７ａに流入し、図１に矢印Ｘ２で示す向きに流れ、高圧ＥＧＲクーラ１７ｂおよび高圧ＥＧＲ制御弁１７ｃを通過した後、吸気チャンバ５ｂに流入する。そして、高圧ＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲガスおよび新気とともに、吸気チャンバ５ｂおよび分岐通路５ｃを介して、各気筒３ａの燃焼室に流入する。

ＥＣＵ２にはさらに、大気温センサ３０から、エンジン３の周囲の大気の温度（以下「大気温」という）ＴＡを表す検出信号が、アクセル開度センサ３１から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、出力される。

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。さらに、ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜３１からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、エンジン３を制御する。

具体的には、ＥＣＵ２は、燃焼室に吸入される吸入ガスの流量（以下「吸入ガス流量」という）ＦＩＮＧ、および吸入ガス中の酸素濃度（以下「吸入ガス酸素濃度」という）Ｏ２ＩＮＧを推定するとともに、推定された吸入ガス流量ＦＩＮＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧに応じて、燃料噴射弁４による燃料噴射量を制御する。また、これらの燃料噴射量の制御、吸入ガス流量ＦＩＮＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧの推定は、気筒３ａごとに行われる。

図３は、吸入ガス流量ＦＩＮＧを推定するための吸入ガス流量推定部を示している。この吸入ガス流量推定部は、第１流量推定部２ａ、低下温度推定部２ｂ、第２流量推定部２ｃ、第３流量推定部２ｄ、および第４流量推定部２ｅを有しており、ＥＣＵ２によって構成されている。

この第１流量推定部２ａは、図１に示す点Ａにおける低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲを、すなわち、低圧ＥＧＲ通路１６ａの低圧ＥＧＲ制御弁１６ｃよりもすぐ下流側の部位における低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲを、ニューラルネットワークを用いて推定するものである。第１流量推定部２ａで用いられるニューラルネットワークは、図４に示す３階層型のニューラルネットワークＮＮであり、入力層はｍ（ｍは２以上の整数）個のニューロン（３つのみ図示）を、中間層はｍ×（ｎ−１）［ｎは２以上の整数］個のニューロン（６つのみ図示）を、出力層はｍ＋１個のニューロンをそれぞれ備えている。

このニューラルネットワークＮＮでは、入力Ｕが次式（１）に示すように定義される。また、入力層では、入力Ｕに基づき、値Ｖ１ｊが、ｊ＝１〜ｍとして、次式（２）〜（４）により算出されるとともに、中間層に出力される。

上記式（３）において、ｆは、シグモイド関数であり、上記式（４）で定義される。また、式（４）において、βはシグモイド関数の傾きゲインを、εはシグモイド関数のオフセット値を、それぞれ表している。また、上記式（１）〜（３）や後述する式における記号（ｋ）付きのデータは、前述したＴＤＣ信号の発生に同期して繰り返しサンプリングまたは算出されたデータであることを示しており、記号ｋ（ｋは正の整数）は、各データのサンプリングまたは算出サイクルの順番を表している。この場合、（ｋ）付きのデータは、当該データの今回値であり、（ｋ−１）付きのデータは、１回前にサンプリングまたは算出された値、すなわち前回値である。なお、以下の説明および図面において、今回値および前回値であることを表す記号（ｋ）および（ｋ−１）の表記を適宜、省略する。

また、中間層では、入力された値Ｖ１ｊに基づき、値Ｖｉｊが、ｉ＝２〜ｎとして、次式（５）および（６）により算出されるとともに、出力層に出力される。この式（５）において、ωは重み係数である。

また、出力層では、入力された値Ｖｉｊに基づき、出力Ｙが、次式（７）〜（９）によって算出される。

上記式（８）において、ｇは、シグモイド関数であり、上記式（９）で定義される。また、式（９）において、αはシグモイド関数の出力ゲインを、γはシグモイド関数の傾きゲインを、δはシグモイド関数のオフセット値を、それぞれ表している。

より具体的には、図５に示すように、第１流量推定部２ａには、検出された低圧ＥＧＲ制御弁開度の今回値ＬＰＶＴ（ｋ）、その前回値ＬＰＶＴ（ｋ−１）、低圧スロットル弁開度の今回値ＬＰＴＨ（ｋ）、その前回値ＬＰＴＨ（ｋ−１）、排気温の今回値ＴＥＸＧ（ｋ）、その前回値ＴＥＸＧ（ｋ−１）、新気流量の今回値ＱＩＮ（ｋ）、その前回値ＱＩＮ（ｋ−１）、算出されたエンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）、その前回値ＮＥ（ｋ−１）、要求トルクの今回値ＴＲＥＱ（ｋ）、および、その前回値ＴＲＥＱ（ｋ−１）が入力される。この要求トルクＴＲＥＱは、運転者からエンジン３に要求されるトルクであり、エンジン回転数ＮＥおよび検出されたアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。また、第１流量推定部２ａへの入力として、上記の低圧ＥＧＲ制御弁開度ＬＰＶＴや新気流量ＱＩＮなどの複数のパラメータを用いるのは、これらの複数のパラメータが低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲと密接な相関関係にあるためである。

第１流量推定部２ａは、入力された上記の複数のパラメータに応じ、上述した図４と同様の３階層型のニューラルネットワークを用いて、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲを次のようにして算出する。まず、入力層では、上記の複数のパラメータ（ＬＰＶＴ（ｋ）、ＬＰＶＴ（ｋ−１）、ＬＰＴＨ（ｋ）、ＬＰＴＨ（ｋ−１）、ＴＥＸＧ（ｋ）、ＴＥＸＧ（ｋ−１）、ＱＩＮ（ｋ）、ＱＩＮ（ｋ−１）、ＮＥ（ｋ）、ＮＥ（ｋ−１）、ＴＲＥＱ（ｋ）、ＴＲＥＱ（ｋ−１））を入力Ｕａとして、値Ｖａ１ｊを、次式（１０）〜（１３）により算出するとともに、中間層に出力する。

上記式（１２）において、ｆａは、上記式（１３）で定義されるシグモイド関数である。また、この式（１３）において、βａおよびεａは、シグモイド関数ｆａの傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。これらの値βａおよびεａは、次のようにして設定される。すなわち、車両の出荷前または出荷後の点検時にサービス工場において、低圧ＥＧＲ通路１６ａの点Ａに示す位置に、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲを検出するための流量センサを取り付けるとともに、この流量センサで検出された低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲの検出値を教師信号として、バックプロパゲーション法により学習することにより、傾きゲインβａおよびオフセット値εａは予め設定される。また、傾きゲインβａおよびオフセット値εａの学習は、エンジン３の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において行われる。なお、バックプロパゲーション法による学習は、周知のものなので、その詳細な説明については省略する。さらに、上記の流量センサは、傾きゲインβａおよびオフセット値εａの設定が完了したときに、取り外される。

また、中間層では、入力された値Ｖａ１ｊに基づき、値Ｖａｉｊを、次式（１４）および（１５）により算出するとともに、出力層に出力する。この式（１４）において、ωａは、重み係数であり、傾きゲインβａおよびオフセット値εａと同様にして設定される。

また、出力層では、入力された値Ｖａｉｊに基づき、次式（１６）〜（１８）によって、出力Ｙａを算出する。

上記式（１７）において、ｇａは、上記式（１８）で定義されるシグモイド関数である。また、この式（１８）において、αａ、γａおよびδａは、シグモイド関数ｇａの出力ゲイン、傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。これらの値αａ，γａ，δａも、傾きゲインβａおよびオフセット値εａと同様にして設定される。

また、算出された出力Ｙａ（ｋ）は、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ（ｋ）として設定されるとともに、低下温度推定部２ｂおよび第３流量推定部２ｄに入力される。

低下温度推定部２ｂは、インタークーラ１３の冷却によるガスの温度低下分を低下温度ＤＴＧとして推定するものである。低下温度推定部２ｂには、上述した低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ（ｋ）に加え、検出された排気温ＴＥＸＧ（ｋ）、エンジン水温ＴＷ（ｋ）、新気流量ＱＩＮ（ｋ）、および大気温ＴＡ（ｋ）が入力される。

低下温度推定部２ｂは、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ（ｋ）および新気流量ＱＩＮ（ｋ）に応じ、所定の演算式に従って、インタークーラ１３に流入するガスの流量を算出するとともに、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ（ｋ）、排気温ＴＥＸＧ（ｋ）、新気流量ＱＩＮ（ｋ）および大気温ＴＡ（ｋ）に応じ、所定の演算式に従って、インタークーラ１３に流入するガスの温度を算出する。また、エンジン水温ＴＷが前述したようにインタークーラ１３の冷却水の温度を表すことから、エンジン水温ＴＷ（ｋ）、算出されたインタークーラ１３に流入するガスの流量および温度に応じ、所定の演算式に従って、低下温度ＤＴＧ（ｋ）を算出する。算出された低下温度ＤＴＧ（ｋ）は、第３流量推定部２ｄに入力される。

第２流量推定部２ｃは、図１に示す点Ｂにおける高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲを、すなわち、高圧ＥＧＲ通路１７ａの高圧ＥＧＲ制御弁１７ｃよりもすぐ下流側の部位における高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲを、ニューラルネットワークを用いて推定するものである。図６に示すように、第２流量推定部２ｃには、検出された高圧ＥＧＲ制御弁開度の今回値ＨＰＶＴ（ｋ）、その前回値ＨＰＶＴ（ｋ−１）、スロットル弁開度の今回値ＴＨ（ｋ）、その前回値ＴＨ（ｋ−１）、排気温の今回値ＴＥＸＧ（ｋ）、その前回値ＴＥＸＧ（ｋ−１）、新気流量の今回値ＱＩＮ（ｋ）、その前回値ＱＩＮ（ｋ−１）、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）、その前回値ＮＥ（ｋ−１）、要求トルクの今回値ＴＲＥＱ（ｋ）、およびその前回値ＴＲＥＱ（ｋ−１）が入力される。また、第２流量推定部２ｃへの入力として、これらの高圧ＥＧＲ制御弁開度ＨＰＶＴや新気流量ＱＩＮなどの複数のパラメータを用いるのは、これらの複数のパラメータが高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲと密接な相関関係にあるためである。

第２流量推定部２ｃは、入力された上記の複数のパラメータ（ＨＰＶＴ（ｋ）、ＨＰＶＴ（ｋ−１）、ＴＨ（ｋ）、ＴＨ（ｋ−１）、ＴＥＸＧ（ｋ）、ＴＥＸＧ（ｋ−１）、ＱＩＮ（ｋ）、ＱＩＮ（ｋ−１）、ＮＥ（ｋ）、ＮＥ（ｋ−１）、ＴＲＥＱ（ｋ）、ＴＲＥＱ（ｋ−１））に応じ、図４と同様の３階層型のニューラルネットワークを用いて、出力Ｙｂ（ｋ）を、次式（１９）〜（２７）により算出する。算出された出力Ｙｂ（ｋ）は、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲ（ｋ）として設定されるとともに、第３流量推定部２ｄに入力される。

上記式（２２）および（２３）において、βｂおよびεｂは、式（２２）で定義されるシグモイド関数ｆｂの傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表しており、ωｂは、重み係数を表している。また、式（２７）において、αｂ、γｂおよびδｂは、同式で定義されるシグモイド関数ｇｂの出力ゲイン、傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。

さらに、これらの値βｂ、εｂ、ωｂ、αｂ、γｂおよびδｂは、次のようにして設定される。すなわち、車両の出荷前または出荷後の点検時にサービス工場において、高圧ＥＧＲ通路１７ａの点Ｂに示す位置に、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲを検出するための流量センサを取り付けるとともに、この流量センサで検出された高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲの検出値を教師信号として、バックプロパゲーション法により学習することにより、値βｂ、εｂ、ωｂ、αｂ、γｂおよびδｂは予め設定される。また、値βｂ、εｂ、ωｂ、αｂ、γｂおよびδｂの学習は、エンジン３の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において行われる。なお、バックプロパゲーション法による学習の詳細な説明については省略する。さらに、上記の流量センサは、値βｂ、εｂ、ωｂ、αｂ、γｂおよびδｂの設定が完了したときに、取り外される。

第３流量推定部２ｄは、図１に示す点Ｃを流れるガスの流量を、すなわち、吸気チャンバ５ｂを流れるガスの流量（以下「吸気チャンバガス流量」という）ＦＩＣＨＧを、ニューラルネットワークを用いて推定するものである。図７に示すように、第３流量推定部２ｄには、前述した低圧ＥＧＲガス流量の今回値ＦＬＥＧＲ（ｋ）、低下温度ＤＴＧ（ｋ）および高圧ＥＧＲガス流量の今回値ＦＨＥＧＲ（ｋ）に加え、低圧ＥＧＲガス流量の前回値ＦＬＥＧＲ（ｋ−１）、高圧ＥＧＲガス流量の前回値ＦＨＥＧＲ（ｋ−１）、スロットル弁開度の今回値ＴＨ（ｋ）、その前回値ＴＨ（ｋ−１）、新気流量の今回値ＱＩＮ（ｋ）、その前回値ＱＩＮ（ｋ−１）、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）、その前回値ＮＥ（ｋ−１）、要求トルクの今回値ＴＲＥＱ（ｋ）、およびその前回値ＴＲＥＱ（ｋ−１）が入力される。また、第３流量推定部２ｄへの入力として、これらの複数のパラメータを用いるのは、これらの複数のパラメータが吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧと密接な相関関係にあるためである。

第３流量推定部２ｄは、入力された上記の複数のパラメータ（ＦＬＥＧＲ（ｋ）、ＦＬＥＧＲ（ｋ−１）、ＦＨＥＧＲ（ｋ）、ＦＨＥＧＲ（ｋ−１）、ＤＴＧ（ｋ）、ＴＨ（ｋ）、ＴＨ（ｋ−１）、ＱＩＮ（ｋ）、ＱＩＮ（ｋ−１）、ＮＥ（ｋ）、ＮＥ（ｋ−１）、ＴＲＥＱ（ｋ）、ＴＲＥＱ（ｋ−１））に応じ、図４と同様の３階層型のニューラルネットワークを用いて、出力Ｙｃ（ｋ）を、次式（２８）〜（３６）により算出する。算出された出力Ｙｃ（ｋ）は、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧ（ｋ）として設定されるとともに、第４流量推定部２ｅに入力される。

上記式（３１）および（３２）において、βｃおよびεｃは、式（３１）で定義されるシグモイド関数ｆｃの傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表しており、ωｃは重み係数を表している。また、式（３６）において、αｃ、γｃおよびδｃは、同式で定義されるシグモイド関数ｇｃの出力ゲイン、傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。

さらに、これらの値βｃ、εｃ、ωｃ、αｃ、γｃおよびδｃは、次のようにして設定される。すなわち、車両の出荷前または出荷後の点検時にサービス工場において、吸気チャンバ５ｂの点Ｃに示す位置に、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧを検出するための流量センサを取り付けるとともに、この流量センサで検出された吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧの検出値を教師信号として、バックプロパゲーション法により学習することにより、値βｃ、εｃ、ωｃ、αｃ、γｃおよびδｃは予め設定される。また、値βｃ、εｃ、ωｃ、αｃ、γｃおよびδｃの学習は、エンジン３の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において行われる。なお、バックプロパゲーション法による学習の詳細な説明については省略する。さらに、上記の流量センサは、値βｃ、εｃ、ωｃ、αｃ、γｃおよびδｃの設定が完了したときに、取り外される。

第４流量推定部２ｅは、図１に示す点Ｄを流れるガスの流量を、すなわち、分岐通路５ｃを流れるガスの流量を吸入ガス流量ＦＩＮＧとして、ニューラルネットワークを用いて推定するものである。図８に示すように、第４流量推定部２ｅには、上述した吸気チャンバガス流量の今回値ＦＩＣＨＧ（ｋ）に加え、その前回値ＦＩＣＨＧ（ｋ−１）、新気流量の今回値ＱＩＮ（ｋ）、その前回値ＱＩＮ（ｋ−１）、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）、その前回値ＮＥ（ｋ−１）、要求トルクの今回値ＴＲＥＱ（ｋ）、およびその前回値ＴＲＥＱ（ｋ−１）が入力される。また、第４流量推定部２ｅへの入力として、これらの吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧおよび新気流量ＱＩＮを用いるのは、これらの複数のパラメータが吸入ガス流量ＦＩＮＧと密接な相関関係にあるためである。

第４流量推定部２ｅは、入力された上記の複数のパラメータ（ＦＩＣＨＧ（ｋ）、ＦＩＣＨＧ（ｋ−１）、ＱＩＮ（ｋ）、ＱＩＮ（ｋ−１）、ＮＥ（ｋ）、ＮＥ（ｋ−１）、ＴＲＥＱ（ｋ）、ＴＲＥＱ（ｋ−１））に応じ、図４と同様の３階層型のニューラルネットワークを用いて、出力Ｙｄ（ｋ）を、次式（３７）〜（４５）により算出するとともに、吸入ガス流量ＦＩＮＧ（ｋ）として設定する。

上記式（４０）および（４１）において、βｄおよびεｄは、式（４０）で定義されるシグモイド関数ｆｄの傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表しており、ωｄは重み係数を表している。また、式（４５）において、αｄ、γｄおよびδｄは、同式で定義されるシグモイド関数ｇｄの出力ゲイン、傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。

さらに、これらの値βｄ、εｄ、ωｄ、αｄ、γｄおよびδｄは、次のようにして設定される。すなわち、車両の出荷前または出荷後の点検時にサービス工場において、分岐通路５ｃの点Ｄに示す位置に、吸入ガス流量ＦＩＮＧを検出するための流量センサを取り付けるとともに、この流量センサで検出された吸入ガス流量ＦＩＮＧの検出値を教師信号として、バックプロパゲーション法により学習することにより、値βｄ、εｄ、ωｄ、αｄ、γｄおよびδｄは予め設定される。また、値βｄ、εｄ、ωｄ、αｄ、γｄおよびδｄの学習は、エンジン３の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において行われる。なお、バックプロパゲーション法による学習の詳細な説明については省略する。さらに、上記の流量センサは、値βｄ、εｄ、ωｄ、αｄ、γｄおよびδｄの設定が完了したときに、取り外される。

図９は、前記吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧを推定するための吸入ガス酸素濃度推定部を示している。この吸入ガス酸素濃度推定部は、第１酸素濃度推定部２ｆ、第２酸素濃度推定部２ｇ、第３酸素濃度推定部２ｈおよび第４酸素濃度推定部２ｉを有しており、ＥＣＵ２によって構成されている。

この第１酸素濃度推定部２ｆは、図１に示す点Ａにおける低圧ＥＧＲガス中の酸素濃度を、すなわち、低圧ＥＧＲ通路１６ａの低圧ＥＧＲ制御弁１６ｃよりもすぐ下流側の部位における低圧ＥＧＲガス中の酸素濃度（以下「低圧ＥＧＲガス酸素濃度」という）Ｏ２ＬＥＧＲを、ニューラルネットワークを用いて推定するものである。図１０に示すように、第１酸素濃度推定部２ｆには、低圧ＥＧＲ制御弁開度の今回値ＬＰＶＴ（ｋ）、その前回値ＬＰＶＴ（ｋ−１）、低圧スロットル弁開度の今回値ＬＰＴＨ（ｋ）、その前回値ＬＰＴＨ（ｋ−１）、排気温の今回値ＴＥＸＧ（ｋ）、その前回値ＴＥＸＧ（ｋ−１）、新気流量の今回値ＱＩＮ（ｋ）、その前回値ＱＩＮ（ｋ−１）、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）、その前回値ＮＥ（ｋ−１）、要求トルクの今回値ＴＲＥＱ（ｋ）、その前回値ＴＲＥＱ（ｋ−１）、検出された排ガス酸素濃度の今回値Ｏ２ＥＸＧ（ｋ）、およびその前回値Ｏ２ＥＸＧ（ｋ−１）が入力される。

また、第１酸素濃度推定部２ｆへの入力として、低圧ＥＧＲ制御弁開度ＬＰＶＴ、低圧スロットル弁開度ＬＰＴＨ、排気温ＴＥＸＧ、新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥ、および要求トルクＴＲＥＱを用いるのは、これらのパラメータが、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲと密接な相関関係にあるためであり、換言すれば、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲを表すためである。また、第１酸素濃度推定部２ｆへの入力として、排ガス酸素濃度Ｏ２ＥＸＧを用いるのは、排ガスの一部が低圧ＥＧＲ通路１６ａを介して低圧ＥＧＲガスとして還流するためである。

第１酸素濃度推定部２ｆは、入力された上記の複数のパラメータ（ＬＰＶＴ（ｋ）、ＬＰＶＴ（ｋ−１）、ＬＰＴＨ（ｋ）、ＬＰＴＨ（ｋ−１）、ＴＥＸＧ（ｋ）、ＴＥＸＧ（ｋ−１）、ＱＩＮ（ｋ）、ＱＩＮ（ｋ−１）、ＮＥ（ｋ）、ＮＥ（ｋ−１）、ＴＲＥＱ（ｋ）、ＴＲＥＱ（ｋ−１）、Ｏ２ＥＸＧ（ｋ）、Ｏ２ＥＸＧ（ｋ−１））に応じ、図４と同様の３階層型のニューラルネットワークを用いて、出力Ｙｅ（ｋ）を、次式（４６）〜（５４）により算出する。算出された出力Ｙｅ（ｋ）は、低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲ（ｋ）として設定されるとともに、第３酸素濃度推定部２ｈに入力される。

上記式（４９）および（５０）において、βｅおよびεｅは、式（４９）で定義されるシグモイド関数ｆｅの傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表しており、ωｅは重み係数を表している。また、式（５４）において、αｅ、γｅおよびδｅは、同式で定義されるシグモイド関数ｇｅの出力ゲイン、傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。

さらに、これらの値βｅ、εｅ、ωｅ、αｅ、γｅおよびδｅは、次のようにして設定される。すなわち、車両の出荷前または出荷後の点検時にサービス工場において、低圧ＥＧＲ通路１６ａの点Ａに示す位置に、低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲを検出するための酸素濃度センサを取り付けるとともに、この酸素濃度センサで検出された低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲの検出値を教師信号として、バックプロパゲーション法により学習することにより、値βｅ、εｅ、ωｅ、αｅ、γｅおよびδｅは予め設定される。また、値βｅ、εｅ、ωｅ、αｅ、γｅおよびδｅの学習は、エンジン３の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において行われる。なお、バックプロパゲーション法による学習の詳細な説明については省略する。さらに、上記の酸素濃度センサは、値βｅ、εｅ、ωｅ、αｅ、γｅおよびδｅの設定が完了したときに、取り外される。

第２酸素濃度推定部２ｇは、図１に示す点Ｂにおける高圧ＥＧＲガス中の酸素濃度を、すなわち、高圧ＥＧＲ通路１７ａの高圧ＥＧＲ制御弁１７ｃよりもすぐ下流側の部位における高圧ＥＧＲガス中の酸素濃度（以下「高圧ＥＧＲガス酸素濃度」という）Ｏ２ＨＥＧＲを、ニューラルネットワークを用いて推定するものである。図１１に示すように、第２酸素濃度推定部２ｇには、高圧ＥＧＲ制御弁開度の今回値ＨＰＶＴ（ｋ）、その前回値ＨＰＶＴ（ｋ−１）、スロットル弁開度の今回値ＴＨ（ｋ）、その前回値ＴＨ（ｋ−１）、排気温の今回値ＴＥＸＧ（ｋ）、その前回値ＴＥＸＧ（ｋ−１）、新気流量の今回値ＱＩＮ（ｋ）、その前回値ＱＩＮ（ｋ−１）、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）、その前回値ＮＥ（ｋ−１）、要求トルクの今回値ＴＲＥＱ（ｋ）、その前回値ＴＲＥＱ（ｋ−１）、検出された排ガス酸素濃度の今回値Ｏ２ＥＸＧ（ｋ）、およびその前回値Ｏ２ＥＸＧ（ｋ−１）が入力される。

また、第２酸素濃度推定部２ｇへの入力として、これらの高圧ＥＧＲ制御弁開度ＨＰＶＴ、スロットル弁開度ＴＨ、排気温ＴＥＸＧ、新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥ、および要求トルクＴＲＥＱを用いるのは、これらのパラメータが、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲと密接な相関関係にあるためであり、換言すれば、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲを表すためである。また、第２酸素濃度推定部２ｇへの入力として、排ガス酸素濃度Ｏ２ＥＸＧを用いるのは、排ガスの一部が高圧ＥＧＲ通路１７ａを介して高圧ＥＧＲガスとして還流するためである。

第２酸素濃度推定部２ｇは、入力された上記の複数のパラメータ（ＨＰＶＴ（ｋ）、ＨＰＶＴ（ｋ−１）、ＴＨ（ｋ）、ＴＨ（ｋ−１）、ＴＥＸＧ（ｋ）、ＴＥＸＧ（ｋ−１）、ＱＩＮ（ｋ）、ＱＩＮ（ｋ−１）、ＮＥ（ｋ）、ＮＥ（ｋ−１）、ＴＲＥＱ（ｋ）、ＴＲＥＱ（ｋ−１）、Ｏ２ＥＸＧ（ｋ）、Ｏ２ＥＸＧ（ｋ−１））に応じ、図４と同様の３階層型のニューラルネットワークを用いて、出力Ｙｆ（ｋ）を、次式（５５）〜（６３）により算出する。算出された出力Ｙｆ（ｋ）は、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲ（ｋ）として設定されるとともに、第３酸素濃度推定部２ｈに入力される。

上記式（５８）および（５９）において、βｆおよびεｆは、式（５８）で定義されるシグモイド関数ｆｆの傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表しており、ωｆは重み係数を表している。また、式（６３）において、αｆ、γｆおよびδｆは、同式で定義されるシグモイド関数ｇｆの出力ゲイン、傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。

さらに、これらの値βｆ、εｆ、ωｆ、αｆ、γｆおよびδｆは、次のようにして設定される。すなわち、車両の出荷前または出荷後の点検時にサービス工場において、高圧ＥＧＲ通路１７ａの点Ｂに示す位置に、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲを検出するための酸素濃度センサを取り付けるとともに、この酸素濃度センサで検出された高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲの検出値を教師信号として、バックプロパゲーション法により学習することにより、値βｆ、εｆ、ωｆ、αｆ、γｆおよびδｆは予め設定される。また、値βｆ、εｆ、ωｆ、αｆ、γｆおよびδｆの学習は、エンジン３の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において行われる。なお、バックプロパゲーション法による学習の詳細な説明については省略する。上記の酸素濃度センサは、値βｆ、εｆ、ωｆ、αｆ、γｆおよびδｆの設定が完了したときに、取り外される。

第３酸素濃度推定部２ｈは、図１に示す点Ｃを流れるガス中の酸素濃度を、すなわち、吸気チャンバ５ｂを流れるガス中の酸素濃度（以下「吸気チャンバガス酸素濃度」という）Ｏ２ＩＣＨＧを、ニューラルネットワークを用いて推定するものである。図１２に示すように、第３酸素濃度推定部２ｈには、前述した低圧ＥＧＲガス酸素濃度の今回値Ｏ２ＬＥＧＲ（ｋ）および高圧ＥＧＲガス酸素濃度の今回値Ｏ２ＨＥＧＲ（ｋ）に加え、両者の前回値Ｏ２ＬＥＧＲ（ｋ−１）、Ｏ２ＨＥＧＲ（ｋ−１）、低下温度推定部２ｂで算出された低下温度ＤＴＧ（ｋ）、スロットル弁開度の今回値ＴＨ（ｋ）、その前回値ＴＨ（ｋ−１）、新気流量の今回値ＱＩＮ（ｋ）、その前回値ＱＩＮ（ｋ−１）、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）、その前回値ＮＥ（ｋ−１）、要求トルクの今回値ＴＲＥＱ（ｋ）、およびその前回値ＴＲＥＱ（ｋ−１）が入力される。

また、第３酸素濃度推定部２ｈへの入力として、これらの低下温度ＤＴＧ、スロットル弁開度ＴＨ、新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＴＲＥＱを用いるのは、これらのパラメータが、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧと密接な相関関係にあるためであり、換言すれば、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧを表すためである。さらに、第３酸素濃度推定部２ｈへの入力として、低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲおよび高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲを用いるのは、低圧ＥＧＲガスと新気を混合したガスと、高圧ＥＧＲガスが、吸気チャンバ５ｂに流入するためである。

第３酸素濃度推定部２ｈは、入力された上記の複数のパラメータ（Ｏ２ＬＥＧＲ（ｋ）、Ｏ２ＬＥＧＲ（ｋ−１）、Ｏ２ＨＥＧＲ（ｋ）、Ｏ２ＨＥＧＲ（ｋ−１）、ＤＴＧ（ｋ）、ＴＨ（ｋ）、ＴＨ（ｋ−１）、ＱＩＮ（ｋ）、ＱＩＮ（ｋ−１）、ＮＥ（ｋ）、ＮＥ（ｋ−１）、ＴＲＥＱ（ｋ）、ＴＲＥＱ（ｋ−１））に応じ、図４と同様の３階層型のニューラルネットワークを用いて、出力Ｙｇ（ｋ）を、次式（６４）〜（７２）により算出する。算出された出力Ｙｇ（ｋ）は、吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧ（ｋ）として設定されるとともに、第４酸素濃度推定部２ｉに入力される。

上記式（６７）および（６８）において、βｇおよびεｇは、式（６７）で定義されるシグモイド関数ｆｇの傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表しており、ωｇは重み係数を表している。また、式（７２）において、αｇ、γｇおよびδｇは、同式で定義されるシグモイド関数ｇｇの出力ゲイン、傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。

さらに、これらの値βｇ、εｇ、ωｇ、αｇ、γｇおよびδｇは、次のようにして設定される。すなわち、車両の出荷前または出荷後の点検時にサービス工場において、吸気チャンバ５ｂの点Ｃに示す位置に、吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧを検出するための酸素濃度センサを取り付けるとともに、この酸素濃度センサで検出された吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧの検出値を教師信号として、バックプロパゲーション法により学習することにより、値βｇ、εｇ、ωｇ、αｇ、γｇおよびδｇは予め設定される。また、値βｇ、εｇ、ωｇ、αｇ、γｇおよびδｇの学習は、エンジン３の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において行われる。なお、バックプロパゲーション法による学習の詳細な説明については省略する。さらに、上記の酸素濃度センサは、値βｇ、εｇ、ωｇ、αｇ、γｇおよびδｇの設定が完了したときに、取り外される。

第４酸素濃度推定部２ｉは、図１に示す点Ｄを流れるガス中の酸素濃度を、すなわち、分岐通路５ｃを流れるガス中の酸素濃度を吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧとして、ニューラルネットワークを用いて推定するものである。図１３に示すように、第４酸素濃度推定部２ｉには、上述した吸気チャンバ酸素濃度の今回値Ｏ２ＩＣＨＧ（ｋ）に加え、その前回値Ｏ２ＩＣＨＧ（ｋ−１）、新気流量の今回値ＱＩＮ（ｋ）、その前回値ＱＩＮ（ｋ−１）、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）、その前回値ＮＥ（ｋ−１）、要求トルクの今回値ＴＲＥＱ（ｋ）、およびその前回値ＴＲＥＱ（ｋ−１）が入力される。

また、第４酸素濃度推定部２ｉへの入力として、これらの新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱの今回値および前回値を用いるのは、これらのパラメータが、吸入ガス流量ＦＩＮＧと密接な相関関係にあるためであり、換言すれば、吸入ガス流量ＦＩＮＧを表すためである。さらに、第４酸素濃度推定部２ｉへの入力として、吸気チャンバ酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧを用いるのは、ガスが吸気チャンバ５ｂを介して分岐通路５ｃに流入するためである。

第４酸素濃度推定部２ｉは、入力された上記の複数のパラメータ（Ｏ２ＩＣＨＧ（ｋ）Ｏ２ＩＣＨＧ（ｋ−１）、ＱＩＮ（ｋ）、ＱＩＮ（ｋ−１）、ＮＥ（ｋ）、ＮＥ（ｋ−１）、ＴＲＥＱ（ｋ）、ＴＲＥＱ（ｋ−１））に応じ、図４と同様の３階層型のニューラルネットワークを用いて、出力Ｙｈ（ｋ）を、次式（７３）〜（８１）により算出するとともに、吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧ（ｋ）として設定する。

上記式（７６）および（７７）において、βｈおよびεｈは、式（７６）で定義されるシグモイド関数ｆｈの傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表しており、ωｈは重み係数を表している。また、式（８１）において、αｈ、γｈおよびδｈは、同式で定義されるシグモイド関数ｇｈの出力ゲイン、傾きゲインおよびオフセット値を、それぞれ表している。

さらに、これらの値βｈ、εｈ、ωｈ、αｈ、γｈおよびδｈは、次のようにして設定される。すなわち、車両の出荷前または出荷後の点検時にサービス工場において、分岐通路５ｃの点Ｄに示す位置に、吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧを検出するための酸素濃度センサを取り付けるとともに、この酸素濃度センサで検出された吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧの検出値を教師信号として、バックプロパゲーション法により学習することにより、値βｈ、εｈ、ωｈ、αｈ、γｈおよびδｈは予め設定される。また、値βｈ、εｈ、ωｈ、αｈ、γｈおよびδｈの学習は、エンジン３の定常運転状態および過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において行われる。なお、バックプロパゲーション法による学習の詳細な説明については省略する。さらに、上記の酸素濃度センサは、値βｈ、εｈ、ωｈ、αｈ、γｈおよびδｈの設定が完了したときに、取り外される。

図１４は、上述した吸入ガス流量ＦＩＮＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧに応じて燃料噴射弁４による燃料噴射を制御するための処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して繰り返し実行される。まず、図１４のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、低圧ＥＧＲ制御弁開度ＬＰＶＴなどに応じ、前述した第１流量推定部２ａの説明で述べたようにして、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲを算出する。次いで、算出された低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲなどに応じ、前述した低下温度推定部２ｂの説明で述べたようにして、低下温度ＤＴＧを算出する（ステップ２）。

次に、高圧ＥＧＲ制御弁開度ＨＰＶＴなどに応じ、前述した第２流量推定部２ｃの説明で述べたようにして、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲを算出する（ステップ３）。次いで、上記ステップ１および３でそれぞれ算出された低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲおよび高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲなどに応じ、前述した第３流量推定部２ｄの説明で述べたようにして、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧを算出する（ステップ４）。次に、算出された吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧなどに応じ、前述した第４流量推定部２ｅの説明で述べたようにして、吸入ガス流量ＦＩＮＧを算出する（ステップ５）。

次いで、低圧ＥＧＲ制御弁開度ＬＰＶＴなどに応じ、前述した第１酸素濃度推定部２ｆの説明で述べたようにして、低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲを算出する（ステップ６）。次に、高圧ＥＧＲ制御弁開度ＨＰＶＴなどに応じ、前述した第２酸素濃度推定部２ｇの説明で述べたようにして、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲを算出する（ステップ７）。

次いで、上記ステップ６および７でそれぞれ算出された低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲおよび高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲなどに応じ、前述した第３酸素濃度推定部２ｈの説明で述べたようにして、吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧを算出する（ステップ８）。次に、算出された吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧなどに応じ、前述した第４酸素濃度推定部２ｉの説明で述べたようにして、吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧを算出する（ステップ９）。

次に、前記ステップ５および９でそれぞれ算出された吸入ガス流量ＦＩＮＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧに応じて、燃料噴射弁４による燃料の噴射モードを決定する（ステップ１０）とともに、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出し（ステップ１１）、本処理を終了する。この噴射モードには、燃料の噴射を１燃焼サイクル中に１回行う単噴射モードと、複数回（例えば３回）に分けて行う分割噴射モードが含まれる。このステップ１０では、そのときの要求トルクＴＲＥＱ（ｋ）、吸入ガス流量ＦＩＮＧ（ｋ）および吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧ（ｋ）に応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、単噴射モードおよび分割噴射モードの一方が選択され、噴射モードとして決定される。これにより、エンジン３の良好な排ガス特性が得られる噴射モードが選択される。

また、上記ステップ１１による燃料噴射量ＴＯＵＴ（ｋ）の算出は、具体的には次のようにして行われる。すなわち、まず、要求トルクＴＲＥＱ（ｋ）に応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、基本噴射量を算出するとともに、吸入ガス流量ＦＩＮＧ（ｋ）および吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧ（ｋ）に応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、補正項を算出する。そして、算出された基本噴射量を補正項で補正することによって、燃料噴射量ＴＯＵＴ（ｋ）を算出する。さらに、ステップ１１の実行に伴い、燃料噴射量ＴＯＵＴ（ｋ）に基づく駆動信号が燃料噴射弁４に出力され、それにより、燃料噴射弁４による燃料噴射量が制御される。

また、図１５は、図３に示す吸入ガス流量推定部で推定された吸入ガス流量ＦＩＮＧ（実線）と、実際の吸入ガス流量ＦＩＮＧＡ（破線）との関係を、第１および第２比較例とともに示している。この第１比較例は、第３流量推定部を、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧではなく、吸気通路５の低圧ＥＧＲ通路１６ａとの接続部とコンプレッサ１２ａとの間を流れるガスの流量を推定するように構成するとともに、第４流量推定部を、この第３流量推定部で推定されたガスの流量と、第２流量推定部２ｃで推定された高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲとを入力として吸入ガス流量を推定するように構成した場合を示している。また、図１５のＦＩＮＧ１（一点鎖線）は、この第１比較例における吸入ガス流量である。

さらに、第２比較例は、第３流量推定部を、吸気通路５のインタークーラ１３とスロットル弁１４との間を流れるガスの流量を推定するように構成するとともに、第４流量推定部を、この第３流量推定部で推定されたガスの流量と高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲを入力として吸入ガス流量を推定するように構成した場合を示している。また、図１５のＦＩＮＧ２（二点鎖線）は、この第２比較例における吸入ガス流量である。

図１５に示すように、第１比較例では、吸入ガス流量ＦＩＮＧ１は、実際の吸入ガス流量ＦＩＮＧＡに対して大きくずれている。これは、次の理由による。すなわち、上述したように、第１比較例では、吸気通路５のコンプレッサ１２ａよりも上流側の部位におけるガスの流量が第３流量推定部で算出されるとともに、算出されたガスの流量と高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲが第４流量推定部に入力されることによって、吸入ガス流量ＦＩＮＧ１が算出される。これにより、吸入ガス流量ＦＩＮＧ１に、コンプレッサ１２ａにおけるガスの圧力変化、インタークーラ１３におけるガスの温度変化、およびスロットル弁１４による影響が良好に反映されないためである。

また、上述したように、第２比較例では、吸気通路５のインタークーラ１３とスロットル弁１４との間を流れるガスの流量が第３流量推定部で算出されるとともに、算出されたガスの流量と高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲが第４流量推定部に入力されることによって、吸入ガス流量ＦＩＮＧ２が算出される。これにより、吸入ガス流量ＦＩＮＧ２に、コンプレッサ１２ａにおけるガスの圧力変化とインタークーラ１３におけるガスの温度変化による影響は良好に反映されるものの、スロットル弁１４による影響については、良好に反映されない。その結果、図１５に示すように、吸入ガス流量ＦＩＮＧ２は、実際の吸入ガス流量ＦＩＮＧＡに対してずれており、そのずれは、第１比較例における吸入ガス流量ＦＩＮＧ１よりも小さい。

これに対して、本実施形態によれば、算出された吸入ガス流量ＦＩＮＧは、実際の吸入ガス流量ＦＩＮＧＡに対してほとんどずれておらず、吸入ガス流量ＦＩＮＧＡとほぼ同じになっており、その精度は非常に高い。

また、本実施形態における各種の要素と、本発明における各種の要素との対応関係は次のとおりである。すなわち、本実施形態におけるインタークーラ１３、低圧ＥＧＲ通路１６ａおよび高圧ＥＧＲ通路１７ａが、本発明における冷却装置、第１ＥＧＲ通路および第２ＥＧＲ通路にそれぞれ相当するとともに、本実施形態におけるクランク角センサ２１、エアフローセンサ２３、ＬＰＴＨ開度センサ２４、ＴＨ開度センサ２５、排気温センサ２７、ＬＰＥＧＲ開度センサ２８、およびＨＰＥＧＲ開度センサ２９が、本発明におけるガス流量パラメータ検出手段に相当する。また、本実施形態におけＥＣＵ２が、本発明におけるガス流量推定手段、制御手段、ガス流量パラメータ検出手段、およびガス酸素濃度推定手段に相当する。さらに、本実施形態における第１〜第４流量推定部２ａ、２ｃ〜２ｅ、および第１〜第４酸素濃度推定部２ｆ〜２ｉが、本発明における複数のニューラルネットワークに相当するとともに、本実施形態における低下温度推定部２ｂが、本発明におけるガス流量パラメータ検出手段に相当する。

また、本実施形態における低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲ、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧ、および吸入ガス流量ＦＩＮＧが、本発明における複数のガスの流量に相当するとともに、本実施形態における低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲおよび高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲが、第１および第２ＥＧＲ通路におけるガスの流量にそれぞれ相当する。さらに、本実施形態における吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧが、吸気通路の冷却装置よりも下流側の部位におけるガスの流量および吸気通路のスロットル弁よりも下流側の部位におけるガスの流量に相当するとともに、本実施形態における吸入ガス流量ＦＩＮＧが、本発明における吸入ガスの流量に相当する。

また、本実施形態における低圧ＥＧＲ制御弁開度ＬＰＶＴ、低圧スロットル弁開度ＬＰＴＨ、高圧ＥＧＲ制御弁開度ＨＰＶＴ、スロットル弁開度ＴＨ、排気温ＴＥＸＧ、低下温度ＤＴＧ、新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥ、および要求トルクＴＲＥＱが、本発明におけるガス流量パラメータに相当する。さらに、本実施形態における低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲ、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲ、吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧが、本発明における複数のガス中の酸素濃度に相当する

また、本実施形態における低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲおよび高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲが、本発明における第１および第２ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度にそれぞれ相当する。さらに、本実施形態における吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧが、本発明における吸気通路の冷却装置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度および吸気通路のスロットル弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度に相当するとともに、本実施形態における吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧが、本発明における吸入ガス中の酸素濃度に相当する。

以上のように、本実施形態によれば、低圧ＥＧＲ通路１６ａを流れる低圧ＥＧＲガスの流量である低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ、および、高圧ＥＧＲ通路１７ａを流れる高圧ＥＧＲガスの流量である高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲが、第１および第２流量推定部２ａ，２ｃのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。また、推定された低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲおよび高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲの今回値・前回値を第３流量推定部２ｄのニューラルネットワークに入力することによって、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧが推定される。この吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧは、吸気通路５のコンプレッサ１２ａ、インタークーラ１３およびスロットル弁１４よりも下流側に設けられた吸気チャンバ５ｂを流れるガスの流量である。

さらに、推定された吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧの今回値・前回値を第４流量推定部２ｅのニューラルネットワークに入力することによって、吸気通路５の最も下流側の部位である分岐通路５ｃを流れるガスの流量が、燃焼室に吸入される吸入ガスの流量である吸入ガス流量ＦＩＮＧとして推定される。以上により、上流側のガスの流量が変化してから下流側のガスの流量が変化するまでのむだ時間と、コンプレッサ１２ａにおけるガスの圧力変化による影響と、インタークーラ１３におけるガスの温度変化による影響と、スロットル弁１４による影響と、低圧ＥＧＲガスによる影響と、高圧ＥＧＲガスによる影響と、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの干渉による影響とを反映させながら、吸入ガス流量ＦＩＮＧを精度良く推定することができる。

同様に、低圧ＥＧＲガス中の酸素濃度である低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲ、および、高圧ＥＧＲガス中の酸素濃度である高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲが、第１および第２酸素濃度推定部２ｆ，２ｇのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。また、推定された低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲの今回値・前回値と、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲの今回値・前回値と、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧを表すパラメータ（ＤＴＧ、ＴＨ、ＱＩＮ、ＮＥ、ＴＲＥＱ）の今回値・前回値とを第３酸素濃度推定部２ｈのニューラルネットワークに入力することによって、吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧが推定される。この吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧは、吸気チャンバ５ｂを流れるガス中の酸素濃度である。

さらに、推定された吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧの今回値・前回値と、吸入ガス流量ＦＩＮＧを表すパラメータ（ＱＩＮ、ＮＥ、ＴＲＥＱ）の今回値・前回値とを第４酸素濃度推定部２ｉのニューラルネットワークに入力することによって、分岐通路５ｃを流れるガス中の酸素濃度が、吸入ガス中の酸素濃度である吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧとして推定される。以上により、上流側のガス中の酸素濃度が変化してから下流側のガス中の酸素濃度が変化するまでのむだ時間と、ガスの流量の変化による影響と、コンプレッサ１２ａにおけるガスの圧力変化による影響と、インタークーラ１３におけるガスの温度変化による影響と、スロットル弁１４におけるガスの流量の変化による影響と、低圧ＥＧＲガスによる影響と、高圧ＥＧＲガスによる影響と、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの干渉による影響とを反映させながら、吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧを精度良く推定することができる。また、推定された吸入ガス流量ＦＩＮＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧに応じて、噴射モードを決定するとともに、燃料噴射量を制御するので、エンジン３を適切に制御することができ、良好な排ガス特性を得ることができる。

さらに、ガスの流量については第１〜第４ガス流量推定部２ａ、２ｃ〜２ｅの４つのニューラルネットワークを、ガス中の酸素濃度については第１〜第４酸素濃度推定部２ｆ〜２ｉの４つのニューラルネットワークを、それぞれ構築するだけでよいので、制御装置１を容易に設計できるとともに、その演算負荷を低減することができる。

また、インタークーラ１３の冷却によるガスの温度低下分を低下温度ＤＴＧとして算出するとともに、算出された低下温度ＤＴＧを、第３流量推定部２ｄおよび第３酸素濃度推定部２ｈへの入力として用いるので、インタークーラ１３におけるガスの温度変化による影響をより良好に反映させながら、吸入ガス流量ＦＩＮＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧをより精度良く推定することができる。

なお、本実施形態では、第３流量推定部２ｄおよび第３酸素濃度推定部２ｈへの入力として、低下温度の今回値ＤＴＧ（ｋ）を用いているが、今回値ＤＴＧ（ｋ）に加え、前回以前に算出された１つ以上の過去値（ＤＴＧ（ｋ−１）、ＤＴＧ（ｋ−２）……ＤＴＧ（ｋ−ｑ））を用いてもよい。また、本実施形態では、第１〜第４流量推定部２ａ、２ｃ〜２ｅ、第１および第２酸素濃度推定部２ｆ，２ｇへの入力として、新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱを用いているが、これらのパラメータを適宜、省略してもよく、この場合、これらのパラメータの前回値（ｋ−１）のみを省略してもよい。

さらに、本実施形態では、第１流量推定部２ａおよび第１酸素濃度推定部２ｆへの入力として、低圧ＥＧＲ制御弁開度ＬＰＶＴおよび低圧スロットル弁開度ＬＰＴＨの今回値・前回値を用いているが、両パラメータＬＰＶＴ，ＬＰＴＨの少なくとも一方の前回値を省略してもよい。また、本実施形態では、第２流量推定部２ｃおよび第２酸素濃度推定部２ｇへの入力として、高圧ＥＧＲ制御弁開度ＨＰＶＴおよびスロットル弁開度ＴＨの今回値・前回値を用いているが、両パラメータＨＰＶＴ，ＴＨの少なくとも一方の前回値を省略してもよい。さらに、本実施形態では、低下温度ＤＴＧを推定しているが、これを省略してもよい。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、複数のガスパラメータとして、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲおよび吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧを推定しているが、これらのパラメータＦＬＥＧＲ、ＦＨＥＧＲおよびＦＩＣＨＧを、本発明の趣旨の範囲内で適宜、省略してもよい。また、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲおよび吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧの少なくとも１つに代えて、またはこれらの少なくとも１つとともに、吸気通路５、低圧ＥＧＲ通路１６ａ、高圧ＥＧＲ通路１７ａおよび排気通路６における他の適当な部位におけるガスの流量を推定してもよい。この場合の他の部位として、例えば、次の部位（ａ）〜（ｊ）が挙げられる。以上については、低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲ、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲおよび吸気チャンバ酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧについても同様に当てはまる。

（ａ）吸気通路５の低圧スロットル弁１１からコンプレッサ１２ａまでの部位
（ｂ）吸気通路５のコンプレッサ１２ａからインタークーラ１３までの部位
（ｃ）吸気通路５のインタークーラ１３からスロットル弁１４までの部位
（ｄ）低圧ＥＧＲ通路１６ａの低圧ＥＧＲクーラ１６ｂから低圧ＥＧＲ制御弁１６ｃまでの部位
（ｅ）低圧ＥＧＲ通路１６ａの低圧ＥＧＲクーラ１６ｂよりも上流側における部位
（ｆ）高圧ＥＧＲ通路１７ａの高圧ＥＧＲクーラ１７ｂから高圧ＥＧＲ制御弁１７ｃまでの部位
（ｇ）高圧ＥＧＲ通路１７ａの高圧ＥＧＲクーラ１７ｂよりも上流側における部位
（ｈ）排気通路６のタービン１２ｂよりも上流側における部位
（ｉ）排気通路６のタービン１２ｂから排ガス浄化装置１５までの部位
（ｊ）排気通路６の排ガス浄化装置１５よりも下流側における部位

なお、上記の部位（ｉ）における排ガス中の酸素濃度については、本実施形態では、ＬＡＦセンサ２６によって排ガス酸素濃度Ｏ２ＥＸＧとして検出されるので不要であるものの、そのような排ガス中の酸素濃度を検出するセンサが設けられていない場合には、有用である。また、部位（ｈ）における排ガスの流量および酸素濃度（以下、それぞれ「第１排ガス流量」「第１排ガス酸素濃度」という）を推定する場合には、これらの第１排ガス流量および第１排ガス酸素濃度は、吸入ガス流量の過去値ＦＩＮＧ（ｋ−ｑ）および吸入ガス酸素濃度の過去値Ｏ２ＩＮＧ（ｋ−ｑ）をそれぞれ入力とする２つのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。さらに、部位（ｊ）における排ガスの流量および酸素濃度（以下、それぞれ「第２排ガス流量」「第２排ガス酸素濃度」という）を推定する場合には、これらの第２排ガス流量および第２排ガス酸素濃度は、第１排ガス流量および第１排ガス酸素濃度をそれぞれ入力とする２つのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。あるいは、第１および第２排ガス酸素濃度は、排ガス酸素濃度Ｏ２ＥＸＧを入力とする２つのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。

また、第１排ガス流量および第１排ガス酸素濃度を推定する場合には、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲおよび高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲは、推定された第１排ガス流量および第１排ガス酸素濃度をそれぞれ入力とする２つのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。さらに、第２排ガス流量および第２排ガス酸素濃度を推定する場合には、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲおよび低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲは、推定された第２排ガス流量および第２排ガス酸素濃度をそれぞれ入力とする２つのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。

また、第１排ガス流量および第１排ガス酸素濃度を推定せずに、第２排ガス流量および第２排ガス酸素濃度を推定する場合には、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲおよび高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲは、推定された第２排ガス流量および第２排ガス酸素濃度をそれぞれ入力とする２つのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。あるいは、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲは、実施形態の場合と同様、排ガス酸素濃度Ｏ２ＥＸＧを入力とするニューラルネットワークを用いて推定される。さらに、第２排ガス流量および第２排ガス酸素濃度を推定せずに、第１排ガス流量および第１排ガス酸素濃度を推定する場合には、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲおよび低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲは、推定された第１排ガス流量および第１排ガス酸素濃度をそれぞれ入力とする２つのニューラルネットワークを用いてそれぞれ推定される。あるいは、低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲは、実施形態の場合と同様、排ガス酸素濃度Ｏ２ＥＸＧを入力とするニューラルネットワークを用いて推定される。

また、吸気通路５を流れるガスの流量について、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧに加え、上記の部位（ａ）〜（ｃ）におけるガスの流量を推定する場合には、これらのガスの流量は、より上流側の部位におけるガスの流量を入力とするニューラルネットワークを用いて、吸気通路５の上流側から下流側に向かって順に推定される。このことは、吸気通路５を流れるガス中の酸素濃度について、吸気チャンバガス酸素濃度Ｏ２ＩＣＨＧに加え、上記の部位（ａ）〜（ｃ）におけるガス中の酸素濃度を推定する場合にも同様に当てはまる。さらに、低圧ＥＧＲ通路１６ａを流れるガスの流量について、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲに加え、前記部位（ｄ）および（ｅ）におけるガスの流量を推定する場合には、これらのガスの流量は、より上流側の部位におけるガスの流量を入力とするニューラルネットワークを用いて、低圧ＥＧＲ通路１６ａの上流側から下流側に向かって順に推定される。このことは、低圧ＥＧＲ通路１６ａを流れるガス中の酸素濃度について、低圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＬＥＧＲに加え、前記部位（ｄ）および（ｅ）におけるガス中の酸素濃度を推定する場合にも同様に当てはまる。

また、高圧ＥＧＲ通路１７ａを流れるガスの流量について、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲに加え、前記部位（ｆ）および（ｇ）におけるガスの流量を推定する場合には、これらのガスの流量は、より上流側の部位におけるガスの流量を入力とするニューラルネットワークを用いて、高圧ＥＧＲ通路１７ａの上流側から下流側に向かって順に推定される。このことは、高圧ＥＧＲ通路１７ａを流れるガス中の酸素濃度について、高圧ＥＧＲガス酸素濃度Ｏ２ＨＥＧＲに加え、前記部位（ｆ）および（ｇ）におけるガス中の酸素濃度を推定する場合についても同様に当てはまる。

さらに、実施形態では、吸入ガス流量ＦＩＮＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧの双方を推定しているが、両パラメータＦＩＮＧおよびＯ２ＩＮＧの一方を推定してもよい。また、実施形態では、第３酸素濃度推定部２ｈに入力されるガス流量パラメータとして、低下温度ＤＴＧ、スロットル弁開度ＴＨ、新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱを用いるとともに、第４酸素濃度推定部２ｉに入力されるガス流量パラメータとして、新気流量ＱＩＮ、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱを用いているが、これらのパラメータを、本発明の趣旨の範囲内で適宜、省略してもよい。あるいは、これらのパラメータの少なくとも１つに代えて、またはこれらのパラメータの少なくとも１つとともに、ガスの流量を表す他の適当なパラメータを用いてもよく、当然のことながら、ガスの流量そのものを用いてもよい。この場合、例えば、第３酸素濃度推定部２ｈへの入力として、低圧ＥＧＲガス流量ＦＬＥＧＲ、高圧ＥＧＲガス流量ＦＨＥＧＲ、および吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧの少なくとも１つを用いてもよい。また、第４酸素濃度推定部２ｉへの入力として、吸気チャンバガス流量ＦＩＣＨＧおよび吸入ガス流量ＦＩＮＧの少なくとも一方を用いてもよい。

さらに、実施形態では、第１〜第４流量推定部２ａ、２ｃ〜２ｅおよび第１〜第４酸素濃度推定部２ｆ〜２ｉにそれぞれ入力される各種のパラメータの過去値として、前回値（ｋ−１）を用いているが、これに代えて、またはこれとともに、前々回以前にサンプリングまたは算出された１つ以上の過去値（（ｋ−２）、（ｋ−３）……（ｋ−ｑ））を用いてもよい。

また、実施形態では、ニューラルネットワークとして、シグモイド関数を用いたタイプのものを用いているが、動径基底関数を用いた、いわゆるＲＢＦ（Radial Basis Function ）ネットワークや、リカレント型ニューラルネットワークを用いてもよい。さらに、実施形態では、推定された吸入ガス流量ＦＩＮＧおよび吸入ガス酸素濃度Ｏ２ＩＮＧに応じて、燃料噴射弁４による燃料噴射を制御しているが、これに代えて、またはこれとともに、エンジン３を制御するための制御パラメータ、例えば、低圧ＥＧＲガスの流量、高圧ＥＧＲガスの流量、過給装置１２の過給圧、および吸入ガスの流量などの少なくとも１つを制御してもよい。

また、実施形態は、過給装置１２、スロットル弁１４および高圧ＥＧＲ装置１７がいずれも設けられたエンジン３に本発明による制御装置を適用した例であるが、制御装置は、これに限らず、過給装置１２、スロットル弁１４および高圧ＥＧＲ装置１７の少なくとも１つが設けられていない内燃機関にも適用可能である。それに加え、制御装置は、車両用のディーゼルエンジンであるエンジン３に代えて、ガソリンエンジンや、ＬＰＧエンジン、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンなど、産業用の各種の内燃機関に適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（ガス流量推定手段、制御手段、ガス流量パラメータ検出手段、ガ ス酸素濃度推定手段）
２ａ 第１流量推定部（複数のニューラルネットワーク）
２ｂ 低下温度推定部（ガス流量パラメータ検出手段）
２ｃ 第２流量推定部（複数のニューラルネットワーク）
２ｄ 第３流量推定部（複数のニューラルネットワーク）
２ｅ 第４流量推定部（複数のニューラルネットワーク）
２ｆ 第１酸素濃度推定部（複数のニューラルネットワーク）
２ｇ 第２酸素濃度推定部（複数のニューラルネットワーク）
２ｈ 第３酸素濃度推定部（複数のニューラルネットワーク）
２ｉ 第４酸素濃度推定部（複数のニューラルネットワーク）
３ エンジン
５ 吸気通路
６ 排気通路
１２ 過給装置
１２ａ コンプレッサ
１２ｂ タービン
１３ インタークーラ（冷却装置）
１４ スロットル弁
１６ａ 低圧ＥＧＲ通路（第１ＥＧＲ通路）
１７ａ 高圧ＥＧＲ通路（第２ＥＧＲ通路）
２１ クランク角センサ（ガス流量パラメータ検出手段）
２３ エアフローセンサ（ガス流量パラメータ検出手段）
２４ ＬＰＴＨ開度センサ（ガス流量パラメータ検出手段）
２５ ＴＨ開度センサ（ガス流量パラメータ検出手段）
２７ 排気温センサ（ガス流量パラメータ検出手段）
２８ ＬＰＥＧＲ開度センサ（ガス流量パラメータ検出手段）
２９ ＨＰＥＧＲ開度センサ（ガス流量パラメータ検出手段）
ＦＬＥＧＲ 低圧ＥＧＲガス流量（複数のガスの流量、第１ＥＧＲ通路におけるガスの 流量）
ＦＨＥＧＲ 高圧ＥＧＲガス流量（複数のガスの流量、第２ＥＧＲ通路におけるガスの 流量）
ＦＩＣＨＧ 吸気チャンバガス流量（複数のガスの流量、吸気通路の冷却装置よりも下 流側の部位におけるガスの流量、吸気通路のスロットル弁よりも下流側の 部位におけるガスの流量）
ＦＩＮＧ 吸入ガス流量（複数のガスの流量、吸入ガスの流量）
ＬＰＶＴ 低圧ＥＧＲ制御弁開度（ガス流量パラメータ）
ＬＰＴＨ 低圧スロットル弁開度（ガス流量パラメータ）
ＨＰＶＴ 高圧ＥＧＲ制御弁開度（ガス流量パラメータ）
ＴＨ スロットル弁開度（ガス流量パラメータ）
ＴＥＸＧ 排気温（ガス流量パラメータ）
ＤＴＧ 低下温度（ガス流量パラメータ）
ＱＩＮ 新気流量（ガス流量パラメータ）
ＮＥ エンジン回転数（ガス流量パラメータ）
ＴＲＥＱ 要求トルク（ガス流量パラメータ）
Ｏ２ＬＥＧＲ 低圧ＥＧＲガス酸素濃度（複数のガス中の酸素濃度、第１ＥＧＲ通路にお けるガス中の酸素濃度）
Ｏ２ＨＥＧＲ 高圧ＥＧＲガス酸素濃度（複数のガス中の酸素濃度、第２ＥＧＲ通路にお けるガス中の酸素濃度）
Ｏ２ＩＣＨＧ 吸気チャンバガス酸素濃度（複数のガス中の酸素濃度、吸気通路の冷却装 置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度、吸気通路のスロットル 弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度）
Ｏ２ＩＮＧ 吸入ガス酸素濃度（複数のガス中の酸素濃度、吸入ガス中の酸素濃度）

Claims (10)

1. 内燃機関の吸気通路および排気通路に接続され、前記内燃機関の燃焼室から前記排気通路に排出されたガスである排ガスの一部を、前記吸気通路に還流させるための第１ＥＧＲ通路と、
   前記吸気通路、前記排気通路および前記第１ＥＧＲ通路を含むガス通路の互いに異なる複数の部位のそれぞれにおける複数のガスの流量を推定するための複数のニューラルネットワークを有するガス流量推定手段と、を備え、
   前記複数のニューラルネットワークのうちの、前記吸気通路の前記第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位におけるガスの流量を推定するためのニューラルネットワークは、当該ニューラルネットワークによりガスの流量が推定される部位よりも上流側の部位における、他のニューラルネットワークにより推定されたガスの流量の今回値および過去値を入力とし、当該推定されるガスの流量を出力として構築されており、
   前記ガス流量推定手段は、前記複数のニューラルネットワークを用いて、前記複数のガスの流量を前記ガス通路の上流側から下流側に向かって順に推定することにより、前記少なくとも１つの部位のうちの最も下流側の部位におけるガスの流量として、前記燃焼室に吸入されるガスである吸入ガスの流量を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気通路の前記第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられ、吸入ガスを冷却するための冷却装置をさらに備え、
   前記少なくとも１つの部位におけるガスの流量は、前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側の部位におけるガスの流量をさらに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。
3. 前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側に設けられ、吸入ガスの流量を変更するためのスロットル弁をさらに備え、
   前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側の部位における前記ガスの流量は、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の部位におけるガスの流量であることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気通路に設けられたタービン、および前記吸気通路の前記冷却装置よりも上流側に設けられたコンプレッサを有し、前記燃焼室に吸入ガスを過給するための過給装置をさらに備え、
   前記第１ＥＧＲ通路は、前記排気通路の前記タービンよりも下流側と、前記吸気通路の前記コンプレッサよりも上流側とに接続されており、
   前記複数のガスの流量は、前記第１ＥＧＲ通路におけるガスの流量を含むことを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側に設けられ、吸入ガスの流量を変更するためのスロットル弁と、
   前記排気通路の前記タービンよりも上流側と、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側とに接続され、排ガスの一部を前記吸気通路に還流させるための第２ＥＧＲ通路と、をさらに備え、
   前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側の部位における前記ガスの流量は、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の部位におけるガスの流量であり、
   前記複数のガスの流量は、前記吸入ガスの流量、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の部位における前記ガスの流量、および前記第１ＥＧＲ通路における前記ガスの流量に加えて、前記第２ＥＧＲ通路におけるガスの流量のみであり、
   前記推定された吸入ガスの流量に応じて前記内燃機関を制御する制御手段をさらに備え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。
6. 内燃機関の吸気通路および排気通路に接続され、前記内燃機関の燃焼室から前記排気通路に排出されたガスである排ガスの一部を、前記吸気通路に還流させるための第１ＥＧＲ通路と、
   前記吸気通路、前記排気通路および前記第１ＥＧＲ通路を含むガス通路を流れるガスの流量を表すガス流量パラメータを検出するガス流量パラメータ検出手段と、
   前記ガス通路の互いに異なる複数の部位のそれぞれにおける複数のガス中の酸素濃度を推定するための複数のニューラルネットワークを有するガス酸素濃度推定手段と、を備え、
   前記複数のニューラルネットワークのうちの、前記吸気通路の前記第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側の少なくとも１つの部位におけるガス中の酸素濃度を推定するためのニューラルネットワークは、当該ニューラルネットワークによりガス中の酸素濃度が推定される部位よりも上流側の部位における、他のニューラルネットワークにより推定されたガス中の酸素濃度の今回値および過去値と、前記ガス流量パラメータの今回値および過去値とを入力とし、当該推定されるガス中の酸素濃度を出力として構築されており、
   前記ガス酸素濃度推定手段は、前記複数のニューラルネットワークを用いて、前記複数のガス中の酸素濃度を前記ガス通路の上流側から下流側に向かって順に推定することにより、前記少なくとも１つの部位のうちの最も下流側の部位におけるガス中の酸素濃度として、前記燃焼室に吸入されるガスである吸入ガス中の酸素濃度を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 前記吸気通路の前記第１ＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられ、吸入ガスを冷却するための冷却装置をさらに備え、
   前記少なくとも１つの部位におけるガス中の酸素濃度は、前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側に設けられ、吸入ガスの流量を変更するためのスロットル弁をさらに備え、
   前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側の部位における前記ガス中の酸素濃度は、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度であることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記排気通路に設けられたタービン、および前記吸気通路の前記冷却装置よりも上流側に設けられたコンプレッサを有し、前記燃焼室に吸入ガスを過給するための過給装置をさらに備え、
   前記第１ＥＧＲ通路は、前記排気通路の前記タービンよりも下流側と、前記吸気通路の前記コンプレッサよりも上流側とに接続されており、
   前記複数のガス中の酸素濃度は、前記第１ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度を含むことを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側に設けられ、吸入ガスの流量を変更するためのスロットル弁と、
    前記排気通路の前記タービンよりも上流側と、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側とに接続され、排ガスの一部を前記吸気通路に還流させるための第２ＥＧＲ通路と、をさらに備え、
    前記吸気通路の前記冷却装置よりも下流側の部位における前記ガス中の酸素濃度は、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の部位におけるガス中の酸素濃度であり、
    前記複数のガス中の酸素濃度は、前記吸入ガス中の酸素濃度、前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側の部位における前記ガス中の酸素濃度、および前記第１ＥＧＲ通路における前記ガス中の酸素濃度に加えて、前記第２ＥＧＲ通路におけるガス中の酸素濃度のみであり、
    前記推定された吸入ガス中の酸素濃度に応じて前記内燃機関を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載の内燃機関の制御装置。

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