WO2016159019A1 - 排気ガス推定装置 - Google Patents

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nox concentration
concentration value
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
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Inventor
良文 花村
佐藤　淳一
ヒューナーズ ホルガー
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas estimation device, and more particularly to an estimation device for a nitrogen compound concentration (hereinafter referred to as engine exhaust NOx concentration) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
  • engine exhaust NOx concentration a nitrogen compound concentration
  • the engine exhaust NOx concentration is generally detected by a NOx sensor provided in the exhaust passage upstream of the NOx catalyst. Further, in order to detect the NOx purification rate of the NOx catalyst, it is necessary to provide NOx sensors on the upstream side and the downstream side of the NOx catalyst, respectively.
  • the NOx sensor has a problem that the NOx concentration cannot be sensed for a predetermined period from the start of the engine to the completion of warm-up.
  • NOx sensors are provided upstream and downstream of the NOx catalyst in order to detect the NOx purification rate of the NOx catalyst, there is a problem that the cost increases due to an increase in the number of sensors.
  • the engine exhaust NOx concentration is estimated based on a map that is referred to based on the engine speed and the fuel injection amount, or a model formula that includes the engine speed and the fuel injection amount as input values. .
  • the estimation accuracy cannot be sufficiently ensured by the method of estimating based only on the engine speed and the fuel injection amount. There are challenges.
  • the exhaust gas estimation device of the present disclosure aims to effectively improve the estimation accuracy of the engine exhaust NOx concentration.
  • An exhaust gas estimation device is an exhaust gas estimation device that estimates NOx concentration in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and is based on the rotational speed and fuel injection amount of the internal combustion engine.
  • a reference NOx concentration value calculating means for calculating a reference NOx concentration value in the exhaust gas discharged, and a predetermined first correction value set based on the fuel injection timing of the internal combustion engine is multiplied by the reference NOx concentration value.
  • an estimated NOx concentration value calculating means for calculating an estimated NOx concentration value in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
  • the exhaust gas estimation device further includes common rail pressure detection means for detecting a pressure of a common rail that supplies pressure-accumulated fuel to an injector of the internal combustion engine, and the estimated NOx concentration value calculation means sets the common rail to the reference NOx concentration value.
  • the estimated NOx concentration value may be calculated by further multiplying a predetermined second correction value set from the common rail pressure detected by the pressure detecting means.
  • the exhaust gas estimation device further includes a cooling water temperature detecting means for detecting a cooling water temperature flowing through the cooling water circulation path of the internal combustion engine, and the estimated NOx concentration value calculating means sets the cooling water temperature detecting means to the reference NOx concentration value.
  • the estimated NOx concentration value may be calculated by further multiplying a predetermined third correction value set from the cooling water temperature detected by the above.
  • An exhaust gas estimation device is an exhaust gas estimation device that estimates the NOx concentration in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and detects the pressure of a common rail that supplies accumulated pressure fuel to an injector of the internal combustion engine.
  • Common rail pressure detecting means reference NOx concentration value calculating means for calculating a reference NOx concentration value in exhaust gas discharged from the internal combustion engine based on the rotational speed and fuel injection amount of the internal combustion engine, and the common rail pressure
  • An estimated NOx concentration value for calculating an estimated NOx concentration value in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine by multiplying the reference NOx concentration value by a predetermined second correction value set from the common rail pressure detected by the detecting means.
  • Value calculating means is an exhaust gas estimation device that estimates the NOx concentration in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and detects the pressure of a common rail that supplies accumulated pressure fuel to an injector of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas estimation device of the present disclosure is an exhaust gas estimation device that estimates the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and detects the coolant temperature that flows through the coolant circulation path of the internal combustion engine.
  • a detecting means a reference NOx concentration value calculating means for calculating a reference NOx concentration value in exhaust gas discharged from the internal combustion engine based on the rotational speed of the internal combustion engine and a fuel injection amount; and the cooling water temperature detecting means.
  • Estimated NOx concentration value calculating means for calculating an estimated NOx concentration value in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine by multiplying the reference NOx concentration value by a predetermined third correction value set from the detected coolant temperature. And comprising.
  • the exhaust gas estimation device further includes oxygen concentration acquisition means for acquiring an oxygen concentration in a cylinder of the internal combustion engine, and the estimated NOx concentration value calculation means acquires the reference NOx concentration value by the oxygen concentration acquisition means.
  • the estimated NOx concentration value may be calculated by further multiplying a predetermined fourth correction value set from the oxygen concentration to be set.
  • the exhaust gas estimation device further includes intake air temperature acquisition means for acquiring the intake air temperature sucked into the cylinder of the internal combustion engine, and the estimated NOx concentration value calculation means sets the intake NOx concentration value to the reference NOx concentration value.
  • the estimated NOx concentration value may be calculated by further multiplying a predetermined fifth correction value set from the intake air temperature acquired by the air temperature acquisition means.
  • the exhaust gas estimation device of the present disclosure it is possible to effectively improve the estimation accuracy of the engine exhaust NOx concentration.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing an intake / exhaust system of an engine to which an exhaust gas estimation device according to an embodiment of the present disclosure is applied.
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating an exhaust gas estimation device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 to which the exhaust gas estimation device of the present embodiment is applied.
  • Each cylinder of the engine 10 is provided with an in-cylinder injector 12 that directly injects the high-pressure fuel pressurized by a fuel pump (not shown) and accumulated in the common rail 11 into each cylinder.
  • the fuel injection amount and injection timing of the in-cylinder injector 12 are controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 50.
  • the common rail 11 is provided with a common rail pressure sensor 40 capable of detecting a common rail pressure corresponding to the fuel injection pressure.
  • the common rail pressure detected by the common rail pressure sensor 40 is input to the electrically connected ECU 50.
  • An intake passage 13 is connected to the intake manifold 10A of the engine 10, and an exhaust passage 20 is connected to the exhaust manifold 10B.
  • an air cleaner 14 In the intake passage 13, an air cleaner 14, a MAF (Mass Air Flow) sensor 41, a compressor 15 ⁇ / b> A of the supercharger 15, an intercooler 16, an intake air temperature sensor 46, and the like are provided in order from the intake upstream side.
  • the intake air amount detected by the MAF sensor 41 and the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 46 are respectively input to the electrically connected ECU 50.
  • a turbine 15 ⁇ / b> B of the supercharger 15 In the exhaust passage 20, a turbine 15 ⁇ / b> B of the supercharger 15, an exhaust aftertreatment device (not shown), and the like are provided in order from the exhaust upstream side.
  • An exhaust gas recirculation (EGR) device 30 includes an EGR passage 31 that circulates part of the exhaust gas to the intake system, an EGR cooler 32 that cools EGR gas, and an EGR valve 33 that adjusts the EGR gas flow rate. It has.
  • An EGR gas temperature sensor 42 that detects the temperature of the EGR gas cooled by the EGR cooler 32 is provided in the EGR passage 31 on the downstream side of the EGR cooler 32. The EGR gas temperature detected by the EGR gas temperature sensor 42 is input to the electrically connected ECU 50.
  • the engine speed sensor 43 detects the speed Ne of a crankshaft (not shown) of the engine 10.
  • the accelerator opening sensor 44 detects an accelerator pedal depression amount corresponding to the fuel injection amount Q of the in-cylinder injector 12.
  • the cooling water temperature sensor 45 detects the temperature T clnt of the cooling water flowing through the engine cooling water circulation path 35, only a part of which is shown in FIG. The sensor values of these sensors 43 to 45 are respectively input to the electrically connected ECU 50.
  • the ECU 50 performs various controls of the engine 10 and includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like. Further, as shown in FIG. 2, the ECU 50 includes a reference NOx concentration value calculation unit 51 and an estimated NOx concentration value calculation unit 52 as some functional elements. In the present embodiment, each of these functional elements is described as being included in the ECU 50 that is integral hardware, but any one of these functional elements may be provided in separate hardware.
  • the reference NOx concentration value calculation unit 51 calculates a reference NOx concentration value NOx ref in the exhaust gas exhausted from the engine 10 based on the operating state of the engine 10. More specifically, in the memory of the ECU 50, a reference NOx concentration value map M1 that is referenced based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q is stored in advance. The reference NOx concentration value calculation unit 51 calculates a reference NOx concentration value NOx ref by reading values corresponding to the sensor values of the engine speed sensor 43 and the accelerator opening sensor 44 from the reference NOx concentration value map M1.
  • the estimated NOx concentration value calculation unit 52 adds the oxygen concentration correction value A, the fuel injection timing correction value B, the common rail pressure correction value C, and the cooling water temperature correction to the reference NOx concentration value NOx ref input from the reference NOx concentration value calculation unit 51.
  • the estimated NOx concentration value NOx ENG_out in the exhaust gas discharged from the engine 10 is calculated based on the following formula (1) that multiplies the value D and the cylinder intake air temperature correction value E.
  • O2 cyl is the current in-cylinder oxygen concentration
  • O2 cyl_ref is the reference in-cylinder oxygen concentration under standard atmospheric pressure conditions
  • ⁇ O2 is the oxygen concentration correction index
  • e is the base of natural logarithm
  • ⁇ soi is the current Fuel injection timing
  • ⁇ soi_ref is a reference fuel injection timing under standard atmospheric pressure conditions
  • ⁇ soi is a fuel injection timing correction coefficient
  • P rail is a current common rail pressure
  • P rail_ref is a reference common rail pressure under standard atmospheric pressure conditions
  • ⁇ rail is the common rail pressure correction coefficient
  • T clnt is the current cooling water temperature
  • T clnt_ref is the reference cooling water temperature under standard atmospheric pressure conditions
  • ⁇ clnt is the cooling water temperature correction coefficient
  • T inm is the current intake air temperature in the intake manifold 10A (hereinafter referred to as “in air intake manifold 10A” , that the cylinder intake air temperature), T inm
  • the oxygen concentration correction value A is the fourth correction value of the present disclosure.
  • the oxygen concentration correction value A is obtained by dividing the current in-cylinder oxygen concentration O2 cyl by the reference in-cylinder oxygen concentration O2 cyl_ref. It is calculated by raising the correction index ⁇ O2 to the power.
  • the current in-cylinder oxygen concentration O2 cyl is estimated based on the intake air amount, EGR gas amount, and the like input from various sensors.
  • the reference in-cylinder oxygen concentration O2 cyl_ref is read from a reference oxygen concentration map M2 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the oxygen concentration correction index ⁇ O2 is read from an oxygen concentration correction index map M3 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the reference oxygen concentration map M2 and the oxygen concentration correction index map M3 are stored in advance in the memory of the ECU 50.
  • the fuel injection timing correction value B is a first correction value of the present disclosure, and as shown in Formula (1), the fuel injection timing correction is performed by subtracting the reference fuel injection timing ⁇ soi_ref from the current fuel injection timing ⁇ soi. It is calculated by raising the base e of the natural logarithm by the value multiplied by the coefficient ⁇ soi .
  • the current fuel injection timing ⁇ soi is read from the value indicated to the in-cylinder injector 12.
  • the reference fuel injection timing ⁇ soi_ref is read from a reference injection timing map M4 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the fuel injection timing correction coefficient ⁇ soi is read from an injection timing correction coefficient map M5 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the reference injection timing map M4 and the injection timing correction coefficient map M5 are stored in advance in the memory of the ECU 50.
  • Common rail pressure correction value C is the second correction value of the present disclosure, as shown in Equation (1), the common rail pressure correction coefficient beta rail to a value obtained by subtracting the reference rail pressure P Rail_ref the current common rail pressure P rail It is calculated by riding.
  • the current common rail pressure P rail is read from the sensor value of the common rail pressure sensor 40.
  • the reference common rail pressure P rail_ref is read from a reference common rail pressure map M6 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the common rail pressure correction coefficient ⁇ rail is read from the common rail pressure correction coefficient map M7 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the reference common rail pressure map M6 and the common rail pressure correction coefficient map M7 are stored in advance in the memory of the ECU 50.
  • the cooling water temperature correction value D is a third correction value of the present disclosure, and as shown in Formula (1), the cooling water temperature correction coefficient ⁇ clnt is obtained by subtracting the reference cooling water temperature T clnt_ref from the current cooling water temperature T clnt. It is calculated by riding.
  • the current coolant temperature T clnt is read from the sensor value of the coolant temperature sensor 45.
  • the reference cooling water temperature T clnt_ref is read from a reference cooling water temperature map M8 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the coolant temperature correction coefficient ⁇ clnt is read from the coolant temperature correction coefficient map M9 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the reference cooling water temperature map M8 and the cooling water temperature correction coefficient map M9 are stored in advance in the memory of the ECU 50.
  • the in-cylinder intake air temperature correction value E is the fifth correction value of the present disclosure.
  • the current in-cylinder intake air temperature T inm is divided by the reference in-cylinder intake air temperature T inm_ref . This value is calculated by raising the in-cylinder intake air temperature correction index ⁇ inm to the power.
  • the current in-cylinder intake air temperature T inm is estimated based on the intake air temperature, EGR gas temperature, and the like input from various sensors.
  • the reference in-cylinder intake air temperature T inm_ref is read from a reference in-cylinder intake air temperature map M10 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the in-cylinder intake air temperature correction index ⁇ inm is read from the in-cylinder intake air temperature correction index map M11 that is referred to based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.
  • the reference in-cylinder intake air temperature map M10 and the in-cylinder intake air temperature correction index map M11 are stored in advance in the memory of the ECU 50.
  • the exhaust gas estimation device of the present embodiment is set to the reference NOx concentration value NOx ref estimated based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Q according to changes in the atmospheric pressure environment.
  • the estimated NOx concentration value NOx is obtained by multiplying the correction values of the oxygen concentration correction value A, fuel injection timing correction value B, common rail pressure correction value C, cooling water temperature correction value D, and cylinder intake air temperature correction value E. It is configured to calculate ENG_out .
  • the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the engine 10 can be estimated with high accuracy without being affected by changes in the atmospheric pressure environment.
  • the engine 10 is not limited to a diesel engine, but can be applied to other engines such as a gasoline engine.
  • the exhaust purification unit of the present disclosure is useful in that the estimation accuracy of the engine exhaust NOx concentration can be effectively improved.

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Abstract

内燃機関１０から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、内燃機関１０の回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて、内燃機関１０から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算部５１と、内燃機関１０の燃料噴射タイミングに基づいて設定される所定の第１補正値を基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、内燃機関１０から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算部５２とを備える。

Description

排気ガス推定装置
　本発明は、排気ガス推定装置に関し、特に、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素化合物濃度（以下、エンジン排出ＮＯｘ濃度という）の推定装置に関する。
　排気エミッション性能の向上を図るには、エンジン排出ＮＯｘ濃度を高精度に検出する必要がある。エンジン排出ＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサによって検出するのが一般的である。また、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率等を検知するには、ＮＯｘ触媒の上流側及び下流側にＮＯｘセンサをそれぞれ設ける必要がある。
　しかしながら、ＮＯｘセンサは、エンジン始動から暖気が完了するまでの所定期間は、ＮＯｘ濃度をセンシング可能な状態にならない課題がある。また、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率等を検知するために、ＮＯｘ触媒の上流及び下流にＮＯｘセンサをそれぞれ設けると、センサ数の増加によってコスト上昇を招く課題もある。
　このため、ＮＯｘセンサを用いることなく、モデル式やマップ等に基づいてエンジン排出ＮＯｘ濃度を高精度に推定する要請がある。
日本国特開２０１３－１０７６３１号公報
　一般的に、エンジン排出ＮＯｘ濃度は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて参照されるマップ、或は、これらエンジン回転数及び燃料噴射量を入力値として含むモデル式等に基づいて推定される。しかしながら、実際のエンジン排出ＮＯｘ濃度は、燃料噴射タイミングやコモンレール圧、冷却水温等に応じて変化するため、エンジン回転数や燃料噴射量のみに基づいて推定する手法では、推定精度を十分に担保できない課題がある。
　本開示の排気ガス推定装置は、エンジン排出ＮＯｘ濃度の推定精度を効果的に向上させることを目的とする。
　本開示の排気ガス推定装置は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、前記内燃機関の燃料噴射タイミングに基づいて設定される所定の第１補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える。
　上記排気ガス推定装置は、前記内燃機関のインジェクタに蓄圧燃料を供給するコモンレールの圧力を検出するコモンレール圧検出手段をさらに備え、前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記コモンレール圧検出手段によって検出されるコモンレール圧から設定される所定の第２補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算するものでもよい。
　上記排気ガス推定装置は、前記内燃機関の冷却水循環路を流れる冷却水温を検出する冷却水温検出手段をさらに備え、前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記冷却水温検出手段によって検出される冷却水温から設定される所定の第３補正値をさらに乗じることで前記推定ＮＯｘ濃度値を演算するものでもよい。
　また、本開示の排気ガス推定装置は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、前記内燃機関のインジェクタに蓄圧燃料を供給するコモンレールの圧力を検出するコモンレール圧検出手段と、前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、前記コモンレール圧検出手段によって検出されるコモンレール圧から設定される所定の第２補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える。
　また、本開示の排気ガス推定装置は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、前記内燃機関の冷却水循環路を流れる冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、前記冷却水温検出手段によって検出される冷却水温から設定される所定の第３補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える。
　上記排気ガス推定装置は、前記内燃機関の筒内の酸素濃度を取得する酸素濃度取得手段をさらに備え、前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記酸素濃度取得手段によって取得される酸素濃度から設定される所定の第４補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算するものでもよい。
　上記排気ガス推定装置は、前記内燃機関の筒内に吸入される吸入空気温度を取得する吸入空気温度取得手段をさらに備え、前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記吸入空気温度取得手段によって取得される吸入空気温度から設定される所定の第５補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算するものでもよい。
　本開示の排気ガス推定装置によれば、エンジン排出ＮＯｘ濃度の推定精度を効果的に向上させることができる。
図１は、本開示の一実施形態に係る排気ガス推定装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る排気ガス推定装置を示す機能ブロック図である。
　以下、添付図面に基づいて、本開示の一実施形態に係る排気ガス推定装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
　図１は、本実施形態の排気ガス推定装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の全体構成図を示している。
　エンジン１０の各気筒には、図示しない燃料ポンプによって加圧されてコモンレール１１内に蓄圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射する筒内インジェクタ１２がそれぞれ設けられている。筒内インジェクタ１２の燃料噴射量や噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０によってコントロールされる。
　コモンレール１１には、燃料の噴射圧に相当するコモンレール圧を検出可能なコモンレール圧センサ４０が設けられている。コモンレール圧センサ４０によって検出されるコモンレール圧は、電気的に接続されたＥＣＵ５０に入力される。
　エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには吸気通路１３が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気通路２０が接続されている。
　吸気通路１３には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１４、ＭＡＦ（Mass Air Flow）センサ４１、過給機１５のコンプレッサ１５Ａ、インタークーラ１６、吸気温度センサ４６等が設けられている。ＭＡＦセンサ４１によって検出される吸気量及び、吸気温度センサ４６によって検出される吸気温度は、電気的に接続されたＥＣＵ５０にそれぞれ入力される。排気通路２０には、排気上流側から順に、過給機１５のタービン１５Ｂ、図示しない排気後処理装置等が設けられている。
　排気再循環（ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation））装置３０は、排気の一部を吸気系に環流するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲバルブ３３とを備えている。ＥＧＲクーラ３２よりも下流側のＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲクーラ３２によって冷却されたＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度センサ４２が設けられている。ＥＧＲガス温度センサ４２によって検出されるＥＧＲガス温度は、電気的に接続されたＥＣＵ５０に入力される。
　エンジン回転数センサ４３は、エンジン１０の図示しないクランク軸の回転数Ｎｅを検出する。アクセル開度センサ４４は、筒内インジェクタ１２の燃料噴射量Ｑに相当するアクセルペダル踏み込み量を検出する。冷却水温センサ４５は、図１中に一部分のみを示すエンジン冷却水循環路３５を流れる冷却水の温度Ｔｃｌｎｔを検出する。これらセンサ４３～４５のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ５０にそれぞれ入力される。
　ＥＣＵ５０は、エンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ５０は、図２に示すように、基準ＮＯｘ濃度値演算部５１と、推定ＮＯｘ濃度値演算部５２とを一部の機能要素として有する。これらの各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
　基準ＮＯｘ濃度値演算部５１は、エンジン１０の運転状態に基づいてエンジン１０から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値ＮＯｘｒｅｆを演算する。より詳しくは、ＥＣＵ５０のメモリには、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準ＮＯｘ濃度値マップＭ１が予め記憶されている。基準ＮＯｘ濃度値演算部５１は、基準ＮＯｘ濃度値マップＭ１からエンジン回転数センサ４３及び、アクセル開度センサ４４のセンサ値に対応する値を読み取ることで、基準ＮＯｘ濃度値ＮＯｘｒｅｆを演算する。
　推定ＮＯｘ濃度値演算部５２は、基準ＮＯｘ濃度値演算部５１から入力される基準ＮＯｘ濃度値ＮＯｘｒｅｆに、酸素濃度補正値Ａ、燃料噴射タイミング補正値Ｂ、コモンレール圧補正値Ｃ、冷却水温補正値Ｄ及び、筒内吸入空気温度補正値Ｅを乗算する以下の数式（１）に基づいて、エンジン１０から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値ＮＯｘＥＮＧ＿ｏｕｔを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　数式（１）において、Ｏ２ｃｙｌは現在の筒内酸素濃度、Ｏ２ｃｙｌ＿ｒｅｆは標準大気圧条件下の基準筒内酸素濃度、αＯ２は酸素濃度補正指数、ｅは自然対数の底、θｓｏｉは現在の燃料噴射タイミング、θｓｏｉ＿ｒｅｆは標準大気圧条件下の基準燃料噴射タイミング、βｓｏｉは燃料噴射タイミング補正係数、Ｐｒａｉｌは現在のコモンレール圧、Ｐｒａｉｌ＿ｒｅｆは標準大気圧条件下の基準コモンレール圧、βｒａｉｌはコモンレール圧補正係数、Ｔｃｌｎｔは現在の冷却水温、Ｔｃｌｎｔ＿ｒｅｆは標準大気圧条件下の基準冷却水温、βｃｌｎｔは冷却水温補正係数、Ｔｉｎｍは現在の吸気マニホールド１０Ａ内の吸気温度（以下、筒内吸入空気温度という）、Ｔｉｎｍ＿ｒｅｆは大気圧条件下の基準筒内吸入空気温度、αｉｎｍは筒内吸入空気温度補正指数をそれぞれ示している。以下、これら各補正値Ａ～Ｅの詳細について説明する。
　［酸素濃度補正値］
　酸素濃度補正値Ａは、本開示の第４補正値であって、数式（１）に示すように、現在の筒内酸素濃度Ｏ２ｃｙｌを基準筒内酸素濃度Ｏ２ｃｙｌ＿ｒｅｆで除算した値を酸素濃度補正指数αＯ２だけ累乗することで算出される。現在の筒内酸素濃度Ｏ２ｃｙｌは、各種センサ類から入力される吸入空気量やＥＧＲガス量等に基づいて推定される。基準筒内酸素濃度Ｏ２ｃｙｌ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準酸素濃度マップＭ２から読み取られる。酸素濃度補正指数αＯ２は、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される酸素濃度補正指数マップＭ３から読み取られる。これら基準酸素濃度マップＭ２及び、酸素濃度補正指数マップＭ３は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
　［燃料噴射タイミング補正値］
　燃料噴射タイミング補正値Ｂは、本開示の第１補正値であって、数式（１）に示すように、現在の燃料噴射タイミングθｓｏｉから基準燃料噴射タイミングθｓｏｉ＿ｒｅｆを減算して燃料噴射タイミング補正係数βｓｏｉを乗じた値だけ自然対数の底ｅを累乗することで算出される。現在の燃料噴射タイミングθｓｏｉは、筒内インジェクタ１２への指示値から読み取られる。基準燃料噴射タイミングθｓｏｉ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準噴射タイミングマップＭ４から読み取られる。燃料噴射タイミング補正係数βｓｏｉは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される噴射タイミング補正係数マップＭ５から読み取られる。これら基準噴射タイミングマップＭ４及び、噴射タイミング補正係数マップＭ５は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
　［コモンレール圧補正値］
　コモンレール圧補正値Ｃは、本開示の第２補正値であって、数式（１）に示すように、現在のコモンレール圧Ｐｒａｉｌから基準コモンレール圧Ｐｒａｉｌ＿ｒｅｆを減算した値にコモンレール圧補正係数βｒａｉｌを乗ることで算出される。現在のコモンレール圧Ｐｒａｉｌは、コモンレール圧センサ４０のセンサ値から読み取られる。基準コモンレール圧Ｐｒａｉｌ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準コモンレール圧マップＭ６から読み取られる。コモンレール圧補正係数βｒａｉｌは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照されるコモンレール圧補正係数マップＭ７から読み取られる。これら基準コモンレール圧マップＭ６及び、コモンレール圧補正係数マップＭ７は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
　［冷却水温補正値］
　冷却水温補正値Ｄは、本開示の第３補正値であって、数式（１）に示すように、現在の冷却水温Ｔｃｌｎｔから基準冷却水温Ｔｃｌｎｔ＿ｒｅｆを減算した値に冷却水温補正係数βｃｌｎｔを乗ることで算出される。現在の冷却水温Ｔｃｌｎｔは、冷却水温センサ４５のセンサ値から読み取られる。基準冷却水温Ｔｃｌｎｔ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準冷却水温マップＭ８から読み取られる。冷却水温補正係数βｃｌｎｔは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される冷却水温補正係数マップＭ９から読み取られる。これら基準冷却水温マップＭ８及び、冷却水温補正係数マップＭ９は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
　［筒内吸入空気温度補正値］
　筒内吸入空気温度補正値Ｅは、本開示の第５補正値であって、数式（１）に示すように、現在の筒内吸入空気温度Ｔｉｎｍを基準筒内吸入空気温度Ｔｉｎｍ＿ｒｅｆで除算した値を筒内吸入空気温度補正指数αｉｎｍだけ累乗することで算出される。現在の筒内吸入空気温度Ｔｉｎｍは、各種センサ類から入力される吸入空気温度やＥＧＲガス温度等に基づいて推定される。基準筒内吸入空気温度Ｔｉｎｍ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準筒内吸入空気温度マップＭ１０から読み取られる。筒内吸入空気温度補正指数αｉｎｍは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される筒内吸入空気温度補正指数マップＭ１１から読み取られる。これら基準筒内吸入空気温度マップＭ１０及び、筒内吸入空気温度補正指数マップＭ１１は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
　以上詳述したように、本実施形態の排気ガス推定装置は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて推定される基準ＮＯｘ濃度値ＮＯｘｒｅｆに、大気圧環境の変化に応じて設定される酸素濃度補正値Ａ、燃料噴射タイミング補正値Ｂ、コモンレール圧補正値Ｃ、冷却水温補正値Ｄ及び、筒内吸入空気温度補正値Ｅの各補正値を乗算することで、推定ＮＯｘ濃度値ＮＯｘＥＮＧ＿ｏｕｔを演算するように構成されている。これにより、エンジン１０から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を大気圧環境の変化の影響を受けることなく高精度に推定することが可能になる。
　なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
　例えば、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも適用することが可能である。
　本出願は、2015年03月30日付で出願された日本国特許出願（特願2015-070100）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示の排気浄化ユニットは、エンジン排出ＮＯｘ濃度の推定精度を効果的に向上させることができるという点において有用である。
　１０　エンジン
　１１　コモンレール
　１２　筒内インジェクタ
　１３　吸気通路
　１４　エアクリーナ
　１５　過給機
　１５Ａ　コンプレッサ
　１５Ｂ　タービン
　１６　インタークーラ
　２０　排気通路
　３０　ＥＧＲ装置
　３１　ＥＧＲ通路
　３２　ＥＧＲクーラ
　３３　ＥＧＲバルブ
　４０　コモンレール圧センサ
　４１　ＭＡＦセンサ
　４２　ＥＧＲガス温度センサ
　４３　エンジン回転数センサ
　４４　アクセル開度センサ
　４５　冷却水温センサ
　４６　吸気温度センサ
　５０　ＥＣＵ
　５１　基準ＮＯｘ濃度値演算部
　５２　推定ＮＯｘ濃度値演算部

Claims (7)

  1. 　内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、
    　前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、
    　前記内燃機関の燃料噴射タイミングに基づいて設定される所定の第１補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える
    　排気ガス推定装置。
  2. 　前記内燃機関のインジェクタに蓄圧燃料を供給するコモンレールの圧力を検出するコモンレール圧検出手段をさらに備え、
    　前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記コモンレール圧検出手段によって検出されるコモンレール圧から設定される所定の第２補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算する
    　請求項１に記載の排気ガス推定装置。
  3. 　前記内燃機関の冷却水循環路を流れる冷却水温を検出する冷却水温検出手段をさらに備え、
    　前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記冷却水温検出手段によって検出される冷却水温から設定される所定の第３補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算する
    　請求項１又は２に記載の排気ガス推定装置。
  4. 　内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、
    　前記内燃機関のインジェクタに蓄圧燃料を供給するコモンレールの圧力を検出するコモンレール圧検出手段と、
    　前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、
    　前記コモンレール圧検出手段によって検出されるコモンレール圧から設定される所定の第２補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える
    　排気ガス推定装置。
  5. 　内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、
    　前記内燃機関の冷却水循環路を流れる冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
    　前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、
    　前記冷却水温検出手段によって検出される冷却水温から設定される所定の第３補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える
    　排気ガス推定装置。
  6. 　前記内燃機関の筒内の酸素濃度を取得する酸素濃度取得手段をさらに備え、
    　前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記酸素濃度取得手段によって取得される酸素濃度から設定される所定の第４補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算する
    　請求項１から５の何れか一項に記載の排気ガス推定装置。
  7. 　前記内燃機関の筒内に吸入される吸入空気温度を取得する吸入空気温度取得手段をさらに備え、
    　前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記吸入空気温度取得手段によって取得される吸入空気温度から設定される所定の第５補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算する
    　請求項１から６の何れか一項に記載の排気ガス推定装置。
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