WO2025215736A1

WO2025215736A1 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: WO2025215736A1
Application number: PCT/JP2024/014389
Authority: WO
Inventors: 雅彦井上; 邦彦鈴木
Original assignee: Astemo Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2024-04-09
Filing date: 2024-04-09
Publication date: 2025-10-16
Anticipated expiration: 2026-10-09

Abstract

本発明の課題は、排気のＨＣ濃度をセンサレスでモデル計算により推定し、排気のＮＨ３濃度及びＮＯｘ濃度を補正し、リアルタイムで高精度にモニタリングできるようにする内燃機関の制御装置を得ること。本発明は、内燃機関（１）の触媒の下流にＮＨ３センサ（２２）を備えた内燃機関の制御装置２９であって、排気のＨＣ濃度を内燃機関の運転条件に基づいたモデル計算によって推定するＨＣ濃度推定部（Ｓ１１０１）と、ＨＣ濃度推定部により推定されたＨＣ濃度推定値を用いて、ＮＨ３センサにより検出されたＮＨ３センサ検出値を補正するＮＨ３補正部（Ｓ１１０２）と、を有することを特徴とする。

Description

内燃機関の制御装置

　本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

　近年、自動車の排出ガス規制が年々厳しくなってきており、内燃機関から排出される有害物質の規制に該当する複数の規制排出ガス成分（エミッション）をＥＣＵ内でリアルタイムにモニタリングする、Ｏｎ　Ｂｏａｒｄ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ（以下「ＯＢＭ」と略称する）の実現が求められている。ＯＢＭでは、触媒下流のエミッションをリアルタイム且つ高精度に測定し、且つ、該測定した情報を自動車利用者へ呈示（現示）することが求められている。測定した情報の自動車利用者へ呈示（現示）は、例えば、異常ランプを点灯する等が想定される。
　欧州における次期排出ガス規制Ｅｕｒｏ７のＯＢＭ規制の第一フェーズではＮＨ３センサとＮＯｘセンサが車載化される見込みである。

特開２０１８－１１２０９４号公報

　特許文献１にはディーゼルエンジンを対象としたＮＨ３センサのキャリブレーション方法に関する技術が記載されているが、オフラインでのセンサ出力特性の傾きについて改善を図ろうとするものであり、リアルタイムでの補正を意図したものではない。

　自動車に搭載されるセンサに関して、触媒が活性温度以下の状態ではＮＨ３センサにはＨＣによる測定誤差が大きくなり、ＮＯｘセンサにはＮＨ３による測定誤差が大きくなるといった問題が生じる。ここで、ＨＣのリアルタイム測定には、従来、典型的な研究開発用途で用いられるような、非常に高価かつ大型な排気分析装置が必要とされており、そのような高価かつ大型な排気分析装置を一般公道上（路上）で用いられる自動車に搭載（車載）することは現実的に不可能である。

　このように、ＯＢＭ規制において、ＮＨ３センサとＮＯｘセンサによるモニタリングが必要となるが、触媒が活性温度以下の状態ではＮＨ３センサ検出値へのＨＣによる誤差が大きくなり、また、ＮＯｘセンサ検出値へのＮＨ３による誤差が大きくなるという課題がある。

　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、排気のＨＣ濃度をセンサレスでモデル計算により推定し、排気のＮＨ３濃度及びＮＯｘ濃度を補正し、リアルタイムで高精度にモニタリングすることを目的とする。

　上記課題を解決する本発明の内燃機関の制御装置は、
　内燃機関の触媒の下流にＮＨ３センサを備えた内燃機関の制御装置であって、
　排気のＨＣ濃度を前記内燃機関の運転条件に基づいたモデル計算によって推定するＨＣ濃度推定部と、
　該ＨＣ濃度推定部により推定されたＨＣ濃度推定値を用いて、前記ＮＨ３センサにより検出されたＮＨ３センサ検出値を補正するＮＨ３補正部と、
　を有することを特徴とする。

　本発明によれば、ＮＮモデルを用いることによりセンサ検出と実質同等並みの高精度ＨＣ濃度推定を実現することで、ＨＣセンサレスのＮＨ３検出値の高精度なリアルタイム補正を可能にし、ＯＢＭ排ガス規制に対応することが可能になる。
　本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る内燃機関制御システムの全体概略構成図である。本発明の一実施例に係る燃料噴射装置の縦断面図と，この燃料噴射装置に接続される駆動回路及びＥＣＵの構成を示す図である。本発明の一実施例に係る燃料噴射装置の駆動部構造の断面拡大図を示した図である。本発明の一実施例に係るモデル構成を説明するための図である。本発明の一実施例に係るＮＮモデルを説明するための図である。本発明の一実施例に係る点火時期における筒内平均温度のＣＦＤによるシミュレーション結果とＮＮモデルによる推定結果との相関を示す図である。本発明の一実施例に係る点火時期におけるピストン付着量のＣＦＤによるシミュレーション結果とＮＮモデルによる推定結果との相関を示す図である。本発明の一実施例に係る点火時期におけるボア付着量のＣＦＤによるシミュレーション結果とＮＮモデルによる推定結果との相関を示す図である。本発明の一実施例に係る点火時期における燃料浮遊液滴のＣＦＤによるシミュレーション結果とＮＮモデルによる推定結果との相関を示す図である。本発明の一実施例に係るＨＣの実機による実験結果とＮＮモデルによる推定結果との相関を示す図である。本発明の一実施例に係るフローチャートを示すブロック図である。ＨＣ濃度とＮＨ３センサ検出値の関係を示す図である。ＮＨ３濃度とＮＯｘセンサ検出値の関係を示す図である。本発明の一実施例に係る触媒暖機後のＨＣ濃度推定とＮＨ３及びＮＯｘセンサの補正を説明するための図である。

［第１実施例］
　図１は、内燃機関制御システムの全体概略構成図である。
　内燃機関制御システムは、内燃機関（以下、エンジンと称することもある）１と、内燃機関１に添設されるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２９を備えている。ＥＣＵ２９は、内燃機関１を構成する各種のセンサやアクチュエータ等へ電気的に接続されており、内燃機関１を制御する内燃機関制御装置の一例である。

　内燃機関１は、流量センサ２（エアフローセンサ）、ターボ過給機３、エアバイパス弁４、インタークーラ５、過給温度センサ６、スロットル弁７、吸気マニホールド８、過給圧センサ９、流動強化弁１０、吸気バルブ１１、バルブ開閉位相センサ１２、排気バルブ１３、バルブ開閉位相センサ１４、燃料噴射弁１５、点火プラグ１６、ノックセンサ１７、クランク角度センサ１８、ウェイストゲート弁１９、ＴＷＣ（Ｔｈｒｅｅ　Ｗａｙ　Ｃａｔａｌｙｓｔ、三元触媒）２０、ＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）２１、ＮＨ３センサ２２、ＮＯｘセンサ２３、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔｅｄ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）管２４、ＥＧＲクーラ２５、ＥＧＲ弁２６、排ガス温度センサ２７、差圧センサ２８を備えている。内燃機関１の吸気流路に設けられた流量センサ２には、不図示の吸気温度センサが組付けられている。吸気温度センサは、吸気温度を計測する。

　ターボ過給機３は、吸気流路を臨むコンプレッサ翼を備えているコンプレッサ３ａと、該コンプレッサ３ａと一体的に回転するように連結されて排気流路を臨むタービン翼を備えているタービン３ｂとによって構成される。コンプレッサ３ａとタービン３ｂは、ターボ過給機３内部において回転自在に軸支されている。そして、タービン３ｂは、内燃機関１からの排出ガスの有するエネルギを回転エネルギに変換する。タービン３ｂと連結されているコンプレッサ３ａは、タービン３ｂの回転エネルギによって、吸気流路から流入した吸入空気を圧縮する。

　内燃機関１の吸気流路において、インタークーラ５は、ターボ過給機３のコンプレッサ３ａの下流に設けられ、コンプレッサ３ａにより断熱圧縮されて上昇した吸入空気の吸気温度を冷却する。過給温度センサ６は、インタークーラ５の下流に組み付けられ、インタークーラ５によって冷却された吸入空気の温度（過給温度）を計測する。

　スロットル弁７は、インタークーラ５の下流に設けられ、吸気流路を絞り、内燃機関１のシリンダに流入する吸入空気量を制御する。スロットル弁７は、ＥＣＵ２９による弁開度の制御が可能な電子制御式バタフライ弁により構成される。スロットル弁７の下流には、過給圧センサ９が組み付けられた吸気マニホールド８が連通している。

　なお、スロットル弁７の下流に設けられた吸気マニホールド８とインタークーラ５とを一体化させる構成としてもよい。この場合、コンプレッサ３ａの下流からシリンダに至るまでの容積を小さくできるので、加減速の応答性向上や制御性向上が可能になる。

　流動強化弁１０は、吸気マニホールド８の下流に配置され、シリンダに吸入される吸入空気に偏流を生じさせることによって、シリンダ内部の流れの乱れを強化させる。後述する排ガス再循環燃焼を実施する際に、ＥＣＵ２９により流動強化弁１０を閉じることで乱流燃焼を促進させ、燃焼室内で発生する燃焼を安定化させることができる。

　吸気バルブ１１及び排気バルブ１３は、バルブ開閉の位相を連続的に可変とするための可変動弁機構をそれぞれ有している。吸気バルブ１１及び排気バルブ１３の可変動弁機構には、バルブの開閉位相を検知するためのバルブ開閉位相センサ１２，１４がそれぞれ組み付けられている。内燃機関１のシリンダには、シリンダの燃焼室内に、不図示の燃料ポンプによって加圧された燃料を噴射する直接噴射方式の燃料噴射弁１５が備えられている。なお、燃料噴射弁１５は、吸気流路内に燃料を噴射するポート噴射方式であってもよい。あるいは、燃料噴射弁１５は、シリンダ毎に複数個の直接噴射方式やポート噴射方式の燃料噴射弁１５を併用するようにしてもよい。燃料噴射弁１５は図１に図示しない駆動回路を介してＥＣＵ２９に接続されている。

　内燃機関１のシリンダには、シリンダ内に電極部を露出させ、スパークによって可燃混合気を点火する点火プラグ１６が組み付けられている。ノックセンサ１７は、シリンダブロックに設けられ、燃焼室内で発生する燃焼圧力振動を起因として生じるシリンダブロック振動を検出することで、ノックの有無を検出する。クランク角度センサ１８は、クランク軸に組み付けられ、クランク軸の回転角度に応じた信号をＥＣＵ２９へ出力する。

　ＴＷＣ２０は、ターボ過給機３のタービン３ｂの下流に設置され、排ガス中の一酸化炭素、窒素化合物及び未燃炭化水素等の有害排出ガス成分を触媒反応によって浄化する。さらに、ＴＷＣ２０の下流にはＧＰＦ２１が設置され、排ガス中の粒子状物質を捕集する。ＧＰＦ２１の下流には、排ガス中のアンモニアを検出するＮＨ３センサ２２と排ガス中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ２３が取り付けられており、それらの検出値をＥＣＵ２９に送信する。

　ターボ過給機３には、エアバイパス弁４及びウェイストゲート弁１９が備えられている。エアバイパス弁４は、コンプレッサ３ａの下流からスロットル弁７の上流部までの圧力が過剰に上昇することを防ぐために、吸気流路においてコンプレッサ３ａの上流と下流とを結ぶ吸気バイパス流路上に配置される。例えば、過給状態でスロットル弁７が急激に閉止された場合には、ＥＣＵ２９の制御に従ってエアバイパス弁４が開かれることにより、コンプレッサ３ａの下流部の圧縮された吸入空気がバイパス流路を通ってコンプレッサ３ａの上流部に逆流される。その結果、過給圧を直ちに低下させることで、サージングとよばれる現象を防止でき、コンプレッサ３ａの破損を適切に防止する。

　ウェイストゲート弁１９は、排気流路においてタービン３ｂの上流と下流とを結ぶ排気バイパス流路上に配置される。ウェイストゲート弁１９は、ＥＣＵ２９の制御によって、過給圧に対して自由に弁開度が制御可能な電動式の弁である。過給圧センサ９により検知された過給圧に基づいてＥＣＵ２９によってウェイストゲート弁１９の開度が調整されると、排ガスの一部がバイパス流路を通過することにより、排ガスがタービン３ｂに与えるエネルギを減じることができる。その結果、ウェイストゲート弁１９は、過給圧を目標圧に調整することができる。

　ＥＧＲ管２４は、ＧＰＦ２１の下流部の排気流路と、コンプレッサ３ａの上流部の吸気流路とを連通し、ＧＰＦ２１の下流から排ガスを分流して、コンプレッサ３ａの上流部へ還流する。ＥＧＲ管２４に備えられたＥＧＲクーラ２５は、分流した排ガスを冷却する。ＥＧＲ弁２６は、ＥＧＲ管２４においてＥＧＲクーラ２５とコンプレッサ３ａの上流部との間に備えられ、コンプレッサ３ａの上流部へ還流する排ガスの流量を制御する。また、ＥＧＲ管２４には、ＥＧＲ弁２６の上流部の排ガスの排ガス温度を検出する排ガス温度センサ２７と、ＥＧＲ弁２６の上流と下流との差圧を検出する差圧センサ２８とが設けられている。

　ＥＣＵ２９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器、ドライバ回路等を有し、内燃機関１の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行したりする制御装置である。ＥＣＵ２９は、例えば、スロットル弁７、燃料噴射弁１５、吸気バルブ１１及び排気バルブ１３の可変動弁機構、ＥＧＲ弁２６等のアクチュエータの動作を制御する。また、ＥＣＵ２９は、各種センサから入力された信号に基づいて、内燃機関１の運転状態を検知して、運転状態に応じて決定したタイミングで点火プラグ１６に点火させる。また、ＥＣＵ２９は、ＮＨ３センサ２２及びＮＯｘセンサ２３の検出値をモニタリングし、エミッションが悪化した場合には異常ランプを点灯させる等により自動車利用者に呈示する機能を有する。

　次に，燃料噴射装置及びその制御装置の構成と基本的な動作を説明する。
　図２は，燃料噴射装置２００の構成の一例を示す図である。
　燃料噴射装置２００は、駆動回路１０３によって駆動され、駆動回路１０３は、ＥＣＵ２９によって制御される。ＥＣＵ２９では，内燃機関１の状態を示す信号を各種センサから取り込み，内燃機関１の運転条件に応じて燃料噴射装置２００から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。

　また，ＥＣＵ２９には，各種センサからの信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器とＩ／Ｏポートが備えられている。ＥＣＵ２９より出力された噴射パルスは，信号線１１０を通して燃料噴射装置２００の駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は，ソレノイド２０５に印加する電圧を制御し，電流を供給する。ＥＣＵ２９は，通信ライン１１１を通して，駆動回路１０３と通信を行っており，燃料噴射装置２００に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動回路１０３によって生成する駆動電流を切替えることや，電流および時間の設定値を変更することが可能である。

　次に，図２の燃料噴射装置２００の縦断面と図３の可動子２０２および弁体２１４の近傍を拡大した断面図を用いて，燃料噴射装置２００の構成と動作について説明する。
　図２および図３に示した燃料噴射装置２００は、通常時閉型の電磁弁（電磁式燃料噴射装置）であり，ソレノイド２０５に通電されていない状態では，第１のばねであるスプリング２１０によって弁体２１４が閉弁方向に付勢され，弁体２１４は弁座２１８に密着して閉弁状態となっている。

　閉弁状態においては，可動子２０２には，開弁方向にかかる第２のばねの戻しばね２１２による力が作用する。このとき，弁体２１４に作用するスプリング２１０による力のほうが，戻しばね２１２による力に比べて大きいため，可動子２０２の端面３０２が弁体２１４に接触し，可動子２０２は静止している。

　また，弁体２１４と可動子２０２とは相対変位可能に構成されており，ノズルホルダ２０１に内包されている。また，ノズルホルダ２０１は，戻しばね２１２のばね座となる端面３０３を有している。スプリング２１０による力は，固定コア２０７の内径に固定されるバネ押さえ２２４の押し込み量によって組み立て時に調整されている。

　また，燃料噴射装置２００は，固定コア２０７，可動子２０２，ノズルホルダ２０１，ハウシング２０３とで磁気回路を構成しており，可動子２０２と固定コア２０７との間に空隙を有している。ノズルホルダ２０１の可動子２０２と固定コア２０７との間の空隙に対応する部分には磁気絞り２１１が形成されている。ソレノイド２０５はボビン２０４に巻き付けられた状態でノズルホルダ２０１の外周側に取り付けられている。

　弁体２１４の弁座２１８側の先端部の近傍にはロッドガイド２１５がノズルホルダ２０１に固定されるようにして設けられている。弁体２１４は弁体２１４のばね台座２０７とロッドガイド２１５との２つの摺動箇所により，弁軸方向の動きをガイドされている。ノズルホルダ２０１の先端部には，弁座２１８と燃料噴射孔２１９とが形成されたオリフィス２１６が固定され，可動子２０２と弁体２１４との間に設けられた内部空間（燃料通路）を外部から封止している。

　燃料噴射装置２００に供給される燃料は，燃料噴射装置２００の上流に設けられた図示しないレール配管から供給され，第一の燃料通路孔２３１を通って弁体２１４の先端まで流れ，弁体２１４の弁座２１８側の端部に形成されたシート部と弁座２１８とで燃料をシールしている。閉弁時には，燃料圧力によって弁体２１４の上部と下部の差圧が生じ，燃料圧力と弁座位置におけるシート内径の受圧面積とを乗じて求まる差圧力およびスプリング２１０の荷重によって弁体１１４が閉弁方向に押されている。

　閉弁状態からソレノイド２０５に電流が供給されると，磁気回路に磁界が生じ，固定コア２０７と可動子２０２との間に磁束が通過して，可動子２０２に磁気吸引力が作用する。可動子２０２に作用する磁気吸引力が，差圧力とセットスプリング２１０による荷重を越えるタイミングで，可動子２０２は，固定コア２０７の方向に変位を開始する。

　弁体２１４が開弁動作を開始した後，可動子２０２は固定コア２０７の位置まで移動し，可動子２０２が固定コア２０７に衝突する。この可動子２０２が固定コア２０７に衝突した後には，可動子２０２は固定コア２０７からの反力を受けて跳ね返る動作をするが，可動子２０２に作用する磁気吸引力によって可動子２０２は固定コア２０７に吸引され，やがて停止する。

　このとき，可動子２０２には戻しばね２１２によって固定コア２０７の方向に力が作用しているため，跳ね返りが収束するまでの時間を短縮できる。跳ね返り動作が小さいことで，可動子２０２と固定コア２０７の間のギャップが大きくなってしまう時間が短くなり，より小さい噴射パルス幅に対しても安定した動作が行えるようになる。

　このようにして開弁動作を終えた可動子２０２および弁体２１４は，開弁状態で静止する。開弁状態では，弁体２１４と弁座２１８の間には隙間が生じており，燃料噴射孔２１９より燃料が噴射されている。燃料は固定コア２０７に設けられた中心孔と，可動子２０２に設けられた下部燃料通路孔３０５を通過して下流方向へ流れるようになっている。

　ソレノイド２０５への通電が断たれると，磁気回路中に生じていた磁束が消滅し，磁気吸引力も消滅する。可動子２０２に作用する磁気吸引力が消滅することによって，可動子２０２および弁体２１４はスプリング２１０の荷重と，差圧力によって，弁座２１８に接触する閉弁位置に押し戻される。

　また，弁体２１４が開弁状態から閉弁する際に，弁体２１４が弁座２１８と接触した後，可動子２０２が弁体２１４から分離して閉弁方向に移動して，一定時間運動した後，戻しばね２１２によって，閉弁状態の初期位置まで戻される。弁体２１４が開弁完了する瞬間に可動子２０２が，弁体２１４から離間することで，弁体２１４が弁座２１８と衝突する瞬間の可動部材の質量を可動子２０２の質量分だけ低減することができるため，弁座２１８と衝突する際の衝突エネルギを小さくすることができ，弁体２１４が弁座２１８に衝突することによって生じる弁体２１４のバウンドを抑制できる。

　本実施例の燃料噴射装置２００では，弁体２１４と可動子２０２とは，開弁時に可動子２０２が固定コア２０７と衝突した瞬間と，閉弁時に弁体２１４が弁座２１８と衝突した瞬間の短い時間，相対的な変位を生じることにより，可動子２０２の固定コア２０７に対するバウンドや弁体２１４の弁座２１８に対するバウンドを抑制する効果を奏する。

　図４を用いて本実施例におけるＨＣ濃度推定のモデル構成を示す。
　本実施例の燃料噴射装置２００は、排気のＨＣ濃度を内燃機関１の運転条件に基づいてモデル計算によって推定し、その推定したＨＣ濃度を用いてＮＨ３センサ検出値を補正し、補正済みのＮＨ３センサ検出値を用いてＮＯｘセンサ検出値を補正する処理を行う。

　まず、排気のＨＣ濃度を内燃機関の運転条件に基づいてモデル計算によって推定する。
　本実施例の燃料噴射装置２００では，内燃機関１の冷機始動時において、噴射燃料の筒内壁面付着を低減するために多段噴射制御が行われる（Ｓ４０１）。そして、多段噴射制御のパラメータを用いて、燃料の筒内壁面付着をニューラルネットワーク（Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ、以下、「ＮＮ」と略称する）モデルにより推定する壁面付着ＮＮ推定が行われる（Ｓ４０２）。次に、その推定した燃料の筒内壁面付着量を用いて排気のＨＣ濃度をＮＮモデルにより推定するＨＣ濃度ＮＮ推定が行われる（Ｓ４０３）。つまり、二段構成のＮＮモデルを用いてＨＣ濃度を推定する仕組みとなっている。

　次に図５を用いて本発明の一実施例におけるＮＮモデルの構成について説明する。壁面付着ＮＮ推定Ｓ４０２のＮＮモデルは、内燃機関１の運転条件に相当するエンジンタイプ５０１、回転速度５０２、充填効率５０３、吸気温５０４、冷却水温５０５、燃料圧力５０６、噴射段数５０７、点火時期５０８、噴射開始時期５０９－５１１、噴射割合５１２－５１４を入力条件とし、点火時期における筒内ガス温度５１５、ピストン付着量５１６、ボア付着量５１７、浮遊液滴量５１８を算出するブロックを有する。

　エンジンタイプ５０１は、エンジンのボア、ストローク、燃料噴射方式の違いなどにより分類されている。ピストン付着量５１６は、筒内壁面の一部を構成するピストンヘッドに付着する燃料付着量であり、ボア付着量５１７は、筒内壁面の一部を構成するボア内周面に付着する燃料付着量である。浮遊液滴量５１８は、燃焼室内に浮遊する燃料の液滴量である。噴射段数５０７は、爆発工程前に燃料を噴射する回数であり、本実施例では、噴射開始時期５０９－５１１、噴射割合５１２－５１４にしめすように、３回に分けて燃料噴射を行う例を示している。

　筒内ガス温度５１５、ピストン付着量５１６、ボア付着量５１７、浮遊液滴量５１８を算出するＮＮモデルの各ブロックは、エンジンタイプ５０１、回転速度５０２、充填効率５０３、吸気温５０４、冷却水温５０５、燃料圧力５０６、噴射段数５０７、点火時期５０８、噴射開始時期５０９－５１１、噴射割合５１２－５１４の運転条件を入力として、同条件におけるＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃ）による筒内シミュレーションにより求めた点火時期における筒内ガス温度５１５、ピストン付着量５１６、ボア付着量５１７、浮遊液滴量５１８の解析結果をそれぞれ出力とした教師データによる機械学習を行った結果を用いている。

　続いて、ＨＣ濃度ＮＮ推定Ｓ４０３のＮＮモデルでは、エンジンタイプ５０１、回転速度５０２、点火時期５０８、および、壁面付着ＮＮ推定Ｓ４０２の各ブロックにより求めた点火時期における筒内ガス温度５１５、ピストン付着量５１６、ボア付着量５１７、浮遊液滴量５１８を入力条件とし、排気のＨＣ濃度を推定するＨＣ濃度推定５１９を行う。

　ここで、ＨＣ濃度ＮＮ推定Ｓ４０３のＮＮモデルは、エンジンタイプ５０１、回転速度５０２、点火時期５０８とＣＦＤにより求めた筒内ガス温度５１５、ピストン付着量５１６、ボア付着量５１７、浮遊液滴量５１８を入力とし、実機により測定されたＨＣ濃度を出力とした教師データにより機械学習を行った結果を用いている。

　なお、燃料に関して、通常のガソリンの他にバイオ燃料や合成燃料といったカーボンニュートラル燃料の使用を考慮して、各ＮＮモデルの入力である運転条件５０１－５１４に燃料種別を追加することも可能である。それにより、燃料性状に応じた評価を行うことができるようになる。

　以下ではＮＮモデルの各ブロックについて、計算結果の一例をそれぞれ示す。

　図６は点火時期における筒内ガス温度の結果である。横軸にＣＦＤによるシミュレーション結果を取り、縦軸にＮＮモデルによる計算結果を取って、データをプロットしたものである。ＣＦＤの結果とＮＮモデルの結果に高い相関が見られ、ＮＮモデルにより妥当な結果が得られることを示している。

　同様に図７に点火時期における燃料のピストン付着量の結果を示す。ＣＦＤによるシミュレーション結果とＮＮモデルによる計算結果は高い相関を示しており、ＮＮモデルにより評価が可能であると言える。

　同様に図８に点火時期におけるボア付着量の結果について示す。ＣＦＤによるシミュレーション結果とＮＮモデルによる計算結果は高い相関を示しており、ＮＮモデルによる評価が妥当であることを示している。

　同様に図９に点火時期における浮遊液滴量の結果について示す。浮遊液滴とは筒内壁面に付着せずに浮遊している燃料液滴のことである。こちらもＣＦＤによるシミュレーション結果とＮＮモデルによる計算結果は高い相関が得られており、ＮＮモデルによる結果の妥当性を示している。

　また、計算時間に関して、ＣＦＤによる所謂筒内シミュレーションでは、１回の計算に数時間を要するのが通常であるのに対して、ＮＮモデルでは一旦、機械学習を行ってしまえば、ほぼリアルタイムで実行することが可能である。

　最後に図１０に内燃機関を用いた実験による排気のＨＣ濃度の測定結果とＮＮモデルによるＨＣ濃度の計算結果との相関を示す。両者はほぼ等しい結果となっており、ＮＮモデルによりＨＣ濃度推定が可能であることがわかる。

　図１１に本発明の一実施例におけるフローチャートを示す。
　ＥＣＵ２９は、メモリ内のソフトウエアプログラムをＣＰＵにより実行することにより具現化される各部機能として、ＨＣ濃度推定手段と、ＮＨ３補正手段と、ＮＯｘ補正手段と、モニタリング装置出力手段を有する。

　ＨＣ濃度推定手段は、内燃機関１の燃料噴射制御パラメータである噴射段数及び噴射位相及び燃圧と、冷却水温または筒内壁温と、負荷情報である充填効率とに基づいて、点火時期における筒内の燃料壁面付着量を推定し、その推定した燃料壁面付着量と内燃機関１の回転速度と点火時期とに基づいて、ＨＣ濃度を推定する

　ＮＨ３補正手段は、ＨＣ濃度推定手段により推定したＨＣ濃度を用いてＮＨ３センサ検出値を補正することにより補正済みＮＨ３濃度であるＮＨ３補正値を算出する。ＮＯｘ補正手段は、ＮＨ３補正手段により算出したＮＨ３補正値を用いてＮＯｘセンサ検出値を補正することにより補正済みＮＯｘ濃度であるＮＯｘ補正値を算出する。モニタリング装置出力手段は、ＮＨ３補正値とＮＯｘ補正値をオンボードモニタリング結果としてモニタリング装置に出力する処理を行う。

　ＥＣＵ２９は、内燃機関１の運転条件（噴射段数、噴射位相（噴射時期）、燃圧、筒内壁温等）を入力として、ＮＮモデルによるＨＣ濃度推定手段（ＨＣ濃度推定部）によりＨＣ濃度推定値を出力する（Ｓ１１０１）。

　次に、ＮＨ３センサ検出値とＨＣ濃度推定値を入力として、ＮＨ３補正手段（ＮＨ３補正部）により、ＨＣ濃度推定値を用いてＮＨ３センサ検出値を補正して補正済みＮＨ３濃度（ＮＨ３補正値）を出力する（Ｓ１１０２）。ここで、ＨＣ濃度推定値をＣ_ＨＣとし、ＮＨ３センサ検出値をＣ_ＮＨ３ｄとすると、補正済みＮＨ３濃度Ｃ_ＮＨ３ｃは例えば式（１）で表される。
　C_NH3c= C_NH3d－k_{NH3_HC}×C_HC…式（１）

　ｋ_{ＮＨ３＿ＨＣ}はＮＨ３センサで検知されるＨＣの感度係数を示し、図１２に示すようにＨＣ濃度とＮＨ３センサ検出値の傾きとして与えられる。

　続いて、ＮＯｘセンサ検出値及び補正済みＮＨ３濃度を入力として、ＮＯｘ補正手段（ＮＯｘ補正部）により、補正済みＮＨ３濃度を用いてＮＯｘセンサ検出値を補正して補正済みＮＯｘ濃度（ＮＯｘ補正値）を出力する（Ｓ１１０３）。ここで、ＮＯｘセンサ検出値をＣ_ＮＯｘｄとして、補正済みＮＯｘ濃度Ｃ_ＮＯｘｃは例えば式（２）で表される。
　C_NOxc= C_NOxd－k_{NOx_NH3}×C_NH3c…式（２）

　ｋ_{ＮＯｘ＿ＮＨ３}はＮＯｘセンサで検知されるＮＨ３の感度係数を示し、図１３に示すようにＮＨ３濃度とＮＯｘセンサ検出値の傾きとして与えられる。最終的に補正済みＮＨ３濃度と補正済みＮＯｘ濃度はモニタリング装置（ＯＢＭ）に出力される（Ｓ１１０４）。以上により、モニタリング装置（ＯＢＭ）は、リアルタイムで高精度に補正されたＮＨ３濃度とＮＯｘ濃度をモニタリングすることが可能となる。

　本実施例の内燃機関の制御装置によれば、ＮＮモデルを用いることによりセンサ検出と実質同等並みの高精度のＨＣ濃度推定を実現することができる。したがって、ＨＣセンサレスのＮＨ３検出値及びＮＯｘ検出値の高精度なリアルタイム補正を可能にし、ＯＢＭ排ガス規制に対応することが可能になる。

［第２実施例］
　次に、本発明の第２実施例について図１４を用いて説明する。
　本実施例において特徴的なことは、触媒暖機後もＮＮモデルを用いて触媒下流のＨＣ濃度を推定してＮＨ３、ＮＯｘセンサの検出値を補正する構成としたことである。

　冷機始動状態で触媒が活性温度以下の状況ではエンジンから排出されるＨＣがほぼそのままの濃度でＮＨ３センサに誤差を与えることになるが、触媒暖機後においてはＨＣが浄化されるため、その影響が小さくなる。

　この場合、図１４に示すように、排ガス温度と排ガス空燃比を取得し（Ｓ１４０１）、その取得した排ガス温度と排ガス空燃比に基づいて、触媒温度と酸素ストレージ率を求め（Ｓ１４０２）、これら触媒温度と酸素ストレージ率により触媒浄化効率を求める（Ｓ１４０３）。

　そして、エンジンアウトにおけるＨＣ濃度推定結果（Ｓ１４０４）、つまり、内燃機関１から排出されるＨＣを上述のＮＮモデルを用いたモデル計算により推定したＨＣ濃度推定結果に対して、Ｓ１４０３の触媒浄化効率を考慮することにより、触媒暖機後の触媒下流におけるＨＣ濃度である触媒暖機後触媒下流ＨＣ推定濃度を推定する（Ｓ１４０５）。そして、触媒暖機後触媒下流ＨＣ推定濃度に基づいてＮＨ３センサ検出値及びＮＯｘセンサ検出値を補正する（Ｓ１４０６）。

　したがって、触媒暖機後においても高精度のＨＣ濃度推定を実現することができ、ＮＨ３検出値及びＮＯｘ検出値の高精度なリアルタイム補正を可能にし、ＯＢＭ排ガス規制に対応することが可能になる。

　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１・・・内燃機関
２９・・・ＥＣＵ（制御装置）
Ｓ１１０１・・・ＨＣ濃度推定手段（ＨＣ濃度推定部）
Ｓ１１０２・・・ＮＨ３補正手段（ＮＨ３補正部）
Ｓ１１０３・・・ＮＯｘ補正手段（ＮＯｘ補正部）
Ｓ１１０４・・・モニタリング装置出力

Claims

　内燃機関の触媒の下流にＮＨ３センサを備えた内燃機関の制御装置であって、
　前記内燃機関から排出される排気のＨＣ濃度を前記内燃機関の運転条件に基づいたモデル計算によって推定するＨＣ濃度推定部と、
　該ＨＣ濃度推定部により推定されたＨＣ濃度推定値を用いて、前記ＮＨ３センサにより検出されたＮＨ３センサ検出値を補正するＮＨ３補正部と、
　を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
　前記内燃機関は、前記触媒の下流にＮＯｘセンサを備え、
　前記制御装置は、前記ＮＨ３補正部により補正されたＮＨ３補正値を用いて、前記ＮＯｘセンサにより検出したＮＯｘセンサ検出値を補正するＮＯｘ補正部を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
　前記ＨＣ濃度推定部は、
　前記内燃機関の燃料噴射制御パラメータである噴射段数及び噴射位相及び燃圧と、冷却水温または筒内壁温と、負荷情報である充填効率とに基づいて、点火時期における筒内の燃料壁面付着量を推定し、該推定した燃料壁面付着量と前記内燃機関の回転速度と前記点火時期とに基づいて、前記ＨＣ濃度を推定す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。
　前記ＨＣ濃度推定部は、ニューラルネットワークモデルを用いて前記燃料壁面付着量を推定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
　前記ＨＣ濃度推定部は、ニューラルネットワークモデルを用いて前記ＨＣ濃度推定値を算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
　前記ＮＨ３補正値及び前記ＮＯｘ補正部により補正されたＮＯｘ補正値をオンボードモニタリング結果としてモニタリング装置に出力することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
　前記内燃機関の排ガス温度と排ガス空燃比を取得し、
　該排ガス温度と排ガス空燃比を用いて前記触媒の触媒温度と酸素ストレージ率を算出し、
　該触媒の触媒温度と酸素ストレージ率に基づいて前記触媒の触媒浄化効率を算出し、
　該触媒浄化効率と前記モデル計算によって推定したＨＣ濃度推定値を用いて触媒暖機後の触媒下流のＨＣ濃度推定値を算出し、
　前記ＮＨ３補正部は、前記触媒暖機後の触媒下流のＨＣ濃度推定値を用いて前記ＮＨ３センサにより検出された前記ＮＨ３センサ検出値を補正し、
　前記ＮＯｘ補正部は、前記ＮＨ３補正部により補正されたＮＨ３補正値を用いて、前記ＮＯｘセンサにより検出したＮＯｘセンサ検出値を補正することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。