(57)【要約】【課題】この発明は、吸気酸素濃度センサを使用しなくても、排気ガス中のＮＯｘ量を推定することを目的とする。【解決手段】ＮＯｘ濃度算出処理は、ＮＯｘ濃度の算出時に補正後推定空燃比を取得する第１のステップと、定常運転時における空燃比が予め記憶された記憶手段から、ＮＯｘ濃度算出時の運転状態に対応する定常時空燃比を取得する第２のステップと、定常時空燃比と補正後推定空燃比とを用いてＡ／Ｆ変化比を算出する第３のステップと、少なくとも燃料噴射量のべき乗及びＡ／Ｆ変化比のべき乗に基いて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出する第４のステップと、を備える。これにより、吸気酸素濃度センサを使用しなくても、ＮＯｘ量を高い精度で安定的に推定することができる。【選択図】図２
2015137642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中のＮＯｘ量を推定するときに、空燃比と相関を有する特定の指標の値を推定時指標値として取得する第１のステップと、
定常運転時における前記指標の値が予め記憶された記憶手段から、ＮＯｘ量を推定するときの運転状態に対応する指標の値を定常時指標値として取得する第２のステップと、
前記定常時指標値に対する前記推定時指標値の比率を指標変化比として算出する第３のステップと、
少なくとも燃料噴射量のべき乗及び前記指標変化比のべき乗に基いて排気ガス中のＮＯｘ量を算出する第４のステップと、
を備えた内燃機関のＮＯｘ量推定方法。
【請求項２】
前記指標は、空燃比センサにより検出した排気ガスの空燃比であり、
前記第３のステップでは、前記定常時指標値となる定常運転時の空燃比と、ＮＯｘ量推定時の空燃比との比率であるＡ／Ｆ変化比を前記指標変化比として算出してなる請求項１に記載の内燃機関のＮＯｘ量推定方法。
【請求項３】
前記指標は、吸気圧センサにより検出した吸気圧であり、
前記第３のステップでは、前記定常時指標値となる定常運転時の吸気圧と、ＮＯｘ量推定時の吸気圧との比率である吸気圧変化比を前記指標変化比として算出するものとし、前記定常運転時の吸気圧と前記ＮＯｘ量推定時の吸気圧とは、少なくとも燃料噴射量が相互に等しい条件下での値を用いてなる請求項１に記載の内燃機関のＮＯｘ量推定方法。
【請求項４】
前記指標は、吸気量センサにより検出した吸気量であり、
前記第３のステップでは、前記定常時指標値となる定常運転時の吸気量と、ＮＯｘ量推定時の吸気量との比率である吸気量変化比を前記指標変化比として算出するものとし、前記定常運転時の吸気量と前記ＮＯｘ量推定時の吸気量とは、少なくとも燃料噴射量が相互に等しい条件下での値を用いてなる請求項１に記載の内燃機関のＮＯｘ量推定方法。
【請求項５】
排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲの停止中には、前記第１乃至第４のステップにより排気ガス中のＮＯｘ量を推定し、
前記ＥＧＲの実行中には、
筒内で燃焼したガスの空燃比を燃焼空燃比として取得する第５のステップと、
前記筒内のガス量に対するＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率と前記燃焼空燃比とに基いて吸気酸素濃度を算出する第６のステップと、
少なくとも燃料噴射量のべき乗及び前記吸気酸素濃度のべき乗に基いて排気ガス中のＮＯｘ量を算出する第７のステップと、
により前記ＮＯｘ量を推定してなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関のＮＯｘ量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関において、排気ガス中のＮＯｘ量を推定するのに好適に用いられる内燃機関のＮＯｘ量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００５−１３９９８４号公報）に開示されているように、排気ガス中のＮＯｘ量を推定する内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、吸気酸素濃度センサにより吸気中の酸素濃度を検出し、筒内酸素濃度のべき乗を含む値に基いてＮＯｘ量を算出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３９９８４号公報
【特許文献２】特開２００７−４０１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、筒内酸素濃度を算出するために、吸気酸素濃度センサを使用している。しかし、このようなセンサを搭載することは、システムのコストアップを招くという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、吸気酸素濃度センサを使用しなくても、排気ガス中のＮＯｘ量を推定することができ、コストダウンを促進することが可能な内燃機関のＮＯｘ量推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、排気ガス中のＮＯｘ量を推定するときに、空燃比と相関を有する特定の指標の値を推定時指標値として取得する第１のステップと、定常運転時における前記指標の値が予め記憶された記憶手段から、ＮＯｘ量を推定するときの運転状態に対応する指標の値を定常時指標値として取得する第２のステップと、前記定常時指標値に対する前記推定時指標値の比率を指標変化比として算出する第３のステップと、少なくとも燃料噴射量のべき乗及び前記指標変化比のべき乗に基いて排気ガス中のＮＯｘ量を算出する第４のステップと、を備えている。
【０００７】
第２の発明によると、前記指標は、空燃比センサにより検出した排気ガスの空燃比であり、前記第３のステップでは、前記定常時指標値となる定常運転時の空燃比と、ＮＯｘ量推定時の空燃比との比率であるＡ／Ｆ変化比を前記指標変化比として算出している。
【０００８】
第３の発明によると、前記指標は、吸気圧センサにより検出した吸気圧であり、前記第３のステップでは、前記定常時指標値となる定常運転時の吸気圧と、ＮＯｘ量推定時の吸気圧との比率である吸気圧変化比を前記指標変化比として算出するものとし、前記定常運転時の吸気圧と前記ＮＯｘ量推定時の吸気圧とは、少なくとも燃料噴射量が相互に等しい条件下での値を用いている。
【０００９】
第４の発明によると、前記指標は、吸気量センサにより検出した吸気量であり、前記第３のステップでは、前記定常時指標値となる定常運転時の吸気量と、ＮＯｘ量推定時の吸気量との比率である吸気量変化比を前記指標変化比として算出するものとし、前記定常運転時の吸気量と前記ＮＯｘ量推定時の吸気量とは、少なくとも燃料噴射量が相互に等しい条件下での値を用いている。
【００１０】
第５の発明は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲの停止中には、前記第１乃至第４のステップにより排気ガス中のＮＯｘ量を推定し、前記ＥＧＲの実行中には、筒内で燃焼したガスの空燃比を燃焼空燃比として取得する第５のステップと、前記筒内のガス量に対するＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率と前記燃焼空燃比とに基いて吸気酸素濃度を算出する第６のステップと、少なくとも燃料噴射量のべき乗及び前記吸気酸素濃度のべき乗に基いて排気ガス中のＮＯｘ量を算出する第７のステップと、により前記ＮＯｘ量を推定している。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、指標変化比は、過渡運転時の吸気酸素濃度に対応した値となるので、吸気酸素濃度が算出できない状態でも、これに代えて指標変化比を用いることにより、過渡運転時のＮＯｘ濃度を精度よく推定することができる。これにより、吸気酸素濃度センサを使用しなくても、定常状態と過渡状態の両方において、ＮＯｘ濃度を安定的に推定することができる。従って、ＮＯｘ濃度を用いる制御の精度を高めることができ、システムのコストダウンを促進することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、Ａ／Ｆ変化比は、過渡運転時の吸気酸素濃度に対応した値となるので、Ａ／Ｆ変化比を用いれば、定常状態と過渡状態の両方において、ＮＯｘ濃度を安定的に推定することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、吸気圧変化比は、過渡運転時の吸気酸素濃度に対応した値となるので、吸気圧変化比を用いれば、定常状態と過渡状態の両方において、ＮＯｘ濃度を安定的に推定することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、吸気量変化比は、過渡運転時の吸気酸素濃度に対応した値となるので、吸気量変化比を用いれば、定常状態と過渡状態の両方において、ＮＯｘ濃度を安定的に推定することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、ＥＧＲ中のＮＯｘ濃度算出処理と、ＥＧＲ停止中のＮＯｘ濃度算出処理とをＥＧＲの有無に応じて切換えることができる。これにより、吸気酸素濃度センサを使用しなくても、ＥＧＲ中とＥＧＲ停止中の両方において、また、定常状態と過渡状態の両方において、ＮＯｘ濃度を安定的に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に適用されるエンジンのシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるＮＯｘ濃度算出処理の一例をフローチャートである。
【図３】多段噴射制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】ＥＧＲの停止中に過渡運転を行った場合のＮＯｘ濃度を示す特性線図である。
【図５】ＥＧＲを停止した状態において、指標変化比を使用せずにＮＯｘ濃度を算出する場合の各定数を例示した説明図である。
【図６】図５中の定数に基いて推定されたＮＯｘ濃度と、実際のＮＯｘ濃度との相関を示す特性図である。
【図７】ＥＧＲを停止した状態において、指標変化比を用いてＮＯｘ濃度を算出する場合の各定数を例示した説明図である。
【図８】図７中の定数に基いて推定されたＮＯｘ濃度と、実際のＮＯｘ濃度との相関を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に適用されるエンジンのシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、例えばディーゼルエンジンからなる内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では、４気筒エンジンを例示したが、本発明は任意の気筒数の内燃機関に適用されるものである。エンジン１０の各気筒には、燃焼室１２内（筒内）に燃料を噴射する燃料噴射弁１４、吸気バルブ１６及び排気バルブ１８が設けられている。
【００１８】
また、エンジン１０は、各気筒に空気を吸入する吸気通路２０と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２２とを備えている。吸気通路２０には、エンジン１０に吸入される空気量（吸気量）を調整する電子制御式のスロットル弁２４が設けられている。排気通路２２には、ＮＯｘ還元触媒等を含む触媒２６が設けられている。また、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機２８と、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ機構３０とを備えている。ＥＧＲ機構３０は、ＥＧＲ通路３２を介して排気通路２２から吸気通路２０に還流されるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲ弁３４を備えている。なお、本発明は、過給機２８及びＥＧＲ機構３０を搭載しないエンジンに適用してもよい。
【００１９】
次に、エンジン１０の制御系統について説明する。本実施の形態のシステムは、エンジン制御等に必要な各種のセンサを含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。センサ系統は、クランク軸の回転に応じた信号を出力するクランク角センサ４０と、吸気量を検出する吸気量センサとしてのエアフローセンサ４２と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ４４と、排気空燃比を検出する空燃比センサ４６と、エンジン１０の吸気圧（過給圧）を検出する吸気圧センサ４８とを備えている。なお、吸気圧センサ４８は、後述する実施の形態２において用いるもので、本実施の形態では必ずしも必要ない。
【００２０】
ＥＣＵ５０は、記憶回路、演算処理装置及び入出力ポートを備え、ＥＣＵ５０の入力側には、センサ系統の各センサが接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、燃料噴射弁１４、スロットル弁２４、ＥＧＲ弁３４等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、センサ系統により検出したエンジン１０の運転情報に基いて、各アクチュエータを駆動することにより運転制御を行う。具体例的には、クランク角センサ４０の出力に基いて、エンジン１０の回転数（機関回転数）とクランク角とを検出すると共に、吸気量、アクセル操作量等に基いて総燃料噴射量を決定する。そして、総燃料噴射量、回転数等に基いて燃料噴射量及び噴射時期を設定し、設定した噴射時期が到来する毎に燃料噴射弁１４を駆動する。燃料噴射弁１４から噴射された燃料は、筒内で圧縮されることにより自着火し、エンジン１０を作動させる。
【００２１】
また、ＥＣＵ５０は、空燃比フィードバック制御と空燃比学習制御とを実行する。空燃比フィードバック制御では、空燃比センサ４６により検出した排気空燃比に基いて吸気量または燃料噴射量をフィードバック制御し、排気空燃比が排気ガスの浄化に適した所定の範囲内に収まるように制御する。また、空燃比学習制御では、エアフローセンサ４２や燃料噴射弁１４の特性ずれ等が反映された空燃比学習補正係数を運転領域毎に算出し、各運転領域の空燃比学習補正係数を学習マップに記憶する。空燃比学習補正係数は、燃料噴射制御等において、学習マップから読出されて燃料噴射量に反映される。なお、運転領域は、例えば機関回転数と吸気量（または燃料噴射量）とに基いて設定される。下記数１の式は、空燃比学習補正係数の算出例を示している。
【００２２】
［数１］
推定空燃比＝吸気量／燃料噴射量
空燃比学習補正係数＝推定空燃比／空燃比センサの出力値
【００２３】
また、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ制御と還元剤添加制御とを実行する。ＥＧＲ制御では、エンジン１０の運転状態に応じてＥＧＲ弁３４の開度を調整し、新気と共に筒内に流入するＥＧＲガスの量を制御する。還元剤添加制御では、下記のＮＯｘ濃度算出処理により推定した排気ガス中のＮＯｘ量に基いて、触媒２６に添加する還元剤の添加量を制御する。
【００２４】
［ＮＯｘ濃度算出処理］
次に、図２を参照しつつ、ＥＣＵ５０により実行されるＮＯｘ濃度算出処理について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるＮＯｘ濃度算出処理の一例をフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。また、以下の説明では、ＮＯｘ量としてＮＯｘ濃度を算出する場合を例示する。
【００２５】
（運転情報の取得）
まず、ステップ１００では、各種のセンサ信号と、当該センサ信号から算出されたパラメータと、各種の制御により設定された指令値とをエンジン１０の運転情報として取得する。運転情報の一例を挙げると、機関回転数、クランク角、吸気量、燃料噴射量、過給圧、吸気湿度、排気圧、排気温度等である。また、システム構成によっては、スワールコントロールバルブの開度、吸気バルブ１６及び排気バルブ１８のバルブの開閉タイミング及びリフト量等も運転情報として取得される。なお、吸気湿度、排気圧、排気温度等は、必ずしもセンサにより検出する必要はなく、運転状態に基いて推定してもよい。
【００２６】
（平均噴射時期の算出）
次に、ステップ１０２では、多段噴射制御を実行するシステムである場合に、ＮＯｘ濃度の算出に用いる平均噴射時期を算出する。ここで、図３は、多段噴射制御の一例を示すタイミングチャートである。この図に示すように、多段噴射制御では、１サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する。図３では、複数回の燃料噴射として、２回のパイロット噴射、メイン噴射、アフター噴射及びポスト噴射を実行する場合を例示している。
【００２７】
ここで、パイロット噴射は、筒内を燃焼に適した温度まで予熱するための噴射であり、メイン噴射及びアフター噴射は、燃焼によりトルクを発生させるための噴射である。但し、アフター噴射は、筒内空間のうちメイン噴射にて使い切れなかった余剰酸素が存在する空間を狙って燃料を噴射する。一方、ポスト噴射は、筒内での燃焼に寄与せずに排出され、触媒２６に還元剤（未燃ガス）を供給するための噴射である。平均噴射時期は、これらの燃料噴射のうち、燃焼に寄与する燃料噴射の燃料噴射時期及び燃料噴射量が反映されたパラメータであり、下記数２の式により算出される。なお、式中の定数Ａは、エンジン毎に異なる特性（具体的には、噴射指令開始から実際の燃料噴射が開始されるまでのタイムラグ）を吸収するものである。
【００２８】
【数２】
2015137642.tif 000003
【００２９】
本願発明者によれば、多段噴射制御を実行するシステムにおいて、排気ガス中のＮＯｘ濃度と平均噴射時期との間には相関があることが見出された。従って、平均噴射時期を用いることにより、ＮＯｘ濃度の推定精度を向上させることができる。なお、多段噴射制御を実行しない（１サイクル中に１回の燃料噴射を実行する）システムにおいては、平均噴射時期に代えて通常の燃料噴射時期を用いればよい。
【００３０】
（補正後推定空燃比の算出）
次に、図２中のステップ１０４では、現時点の運転領域に応じて学習マップを参照することにより、前述の空燃比学習補正係数を取得する。そして、ステップ１０６では、下記数３の式により補正後推定空燃比を算出する。これにより、補正後推定空燃比は、補正前の推定空燃比と比較して、エアフローセンサ４２及び燃料噴射弁１４の特性ずれ等により生じる空燃比の誤差が補正された状態となる。なお、本実施の形態では、空燃比と相関を有する「特定の指標」として、空燃比自体を用いる場合を例示している。
【００３１】
［数３］
補正後推定空燃比＝推定空燃比／空燃比学習補正係数
【００３２】
（ＥＧＲの有無に応じた処理の切換）
次に、ステップ１０８では、ＥＧＲを実行中であるか否かを判定する。そして、ＥＧＲが実行中である場合には、後述のステップ１１０，１１２に移行することにより、ＥＧＲ中のＮＯｘ濃度算出処理を実行する。一方、ＥＧＲが停止中である場合には、ＥＧＲ中のＮＯｘ濃度算出処理を実行すると、後述のような不具合が生じるので、ステップ１１４〜１１８に移行し、ＥＧＲ停止中のＮＯｘ濃度算出処理を実行する。
【００３３】
（吸気酸素濃度の算出）
排気ガス中のＮＯｘ濃度は、筒内の酸素濃度（吸気酸素濃度）と相関を有している。このため、ステップ１１０では、ＥＧＲ中であることを前提として、補正後推定空燃比とＥＧＲ率とに基いて、下記数４の式により吸気酸素濃度[wt%]を算出する。なお、ＥＧＲ率は、筒内のガス量に対するＥＧＲガス量の比率として定義され、例えば機関回転数、吸気量、ＥＧＲ弁３４の開度等に基いて算出することができる。
【００３４】
【数４】
2015137642.tif 000004
【００３５】
上記式において、吸気酸素濃度は、筒内のガス量に対する酸素の割合であり、重量濃度[wt%]として算出される。また、２３．２は、空気中（新気中）に含まれる酸素の濃度[wt%]であり、１４．６は、燃料の諸元から定まる理論空燃比である。これらの数値は一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。
【００３６】
（ＥＧＲ中のＮＯｘ濃度算出）
次に、ステップ１１２では、吸気酸素濃度[wt%]、平均噴射時期[CA]、燃料噴射量[mm3/st]及び機関回転数[rpm]の個々のべき乗に基いて、下記数５の式により排気ガス中のＮＯｘ濃度[ppm]を算出する。なお、この式において、１．５８７は、（ＮＯｘの質量／排気ガスの質量）として与えられる質量比である。また、定数Ｂ０，Ｃ０，Ｄ０，Ｅ０，Ｆ０は、エンジン特性に応じて設定されるものである。
【００３７】
【数６】
2015137642.tif 000005
【００３８】
上記式の分子は、単位質量の燃料から発生するＮＯｘの量[g/g]を表している。また、分母は、ＮＯｘの量を濃度[ppm]に換算するための除算項である。このように、数６の式には補正後推定空燃比が含まれているので、エアフローセンサ４２や燃料噴射弁１４の特性ずれ等が存在する場合でも、ＮＯｘ濃度を高い精度で算出することができる。また、数６の式によれば、過渡運転時に増減する吸気酸素濃度の値をＮＯｘ濃度に反映させることができるので、定常運転時だけでなく、過渡運転時においても、ＮＯｘ濃度を精度よく推定することができる。
【００３９】
（ＥＧＲ停止中の処理）
次に、ＥＧＲ停止中のＮＯｘ濃度算出処理について説明する。ＥＧＲの停止中には、前記数４及びの数６の式において、吸気酸素濃度が一定値（２３．２）となる。このため、上述したＥＧＲ中のＮＯｘ濃度算出処理では、ＮＯｘ濃度を精度よく推定することができないという問題がある。図４は、ＥＧＲの停止中に過渡運転（急加速）を行った場合のＮＯｘ濃度を示す特性線図である。この図に示すように、例えばＥＧＲの停止中に急加速が行われると、ＥＧＲ中のＮＯｘ濃度算出処理により算出されるＮＯｘ濃度（推定ＮＯｘ：細線）は、実際のＮＯｘ濃度（実ＮＯｘ：太線）と比較して誤差が発生する傾向がある。
【００４０】
本願発明者によれば、上述した推定値のずれ量は、定常運転時の空燃比に対する過渡運転時の空燃比の変化量と相関を有することが見出された。このため、ＥＧＲ停止中のＮＯｘ濃度算出処理では、濃度算出時点の空燃比（前記ステップ１０６で算出した補正後推定空燃比）と、定常運転時の空燃比との比率であるＡ／Ｆ変化比を算出し、このＡ／Ｆ変化比に基いてＮＯｘ濃度を算出する。
【００４１】
具体的に述べると、まず、ステップ１１４では、ＥＣＵ５０に予め記憶された定常運転マップから、定常運転時の空燃比である定常時空燃比を算出する。ここで、定常運転とは、機関回転数及び燃料噴射量をある一定値に保持した状態で行われる運転である。定常運転マップは、例えば機関回転数及び燃料噴射量を引数とする２次元のデータマップにより構成され、当該データマップの各格子点には、任意の機関回転数及び燃料噴射量で定常運転を実施した場合の空燃比が予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ濃度の算出時点の運転状態に対応する機関回転数及び燃料噴射量に基いて、定常運転マップから定常時空燃比を取得する。
【００４２】
次に、ステップ１１６では、下記数７の式により、Ａ／Ｆ変化比を算出する。これにより、Ａ／Ｆ変化比は、機関回転数及び燃料噴射量が相互に等しい条件下で得られる定常時空燃比と補正後推定空燃比とに基いて算出されたものとなる。
【００４３】
［数７］
Ａ／Ｆ変化比＝補正後推定空燃比／定常時空燃比
【００４４】
次に、ステップ１１８では、Ａ／Ｆ変化比、平均噴射時期[CA]、燃料噴射量[mm3/st]及び機関回転数[rpm]の個々のべき乗に基いて、下記数８の式によりＮＯｘ濃度を算出する。なお、この式において、１．５８７は前記数６の式と同様の定数であり、定数Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１は、エンジン特性に応じて設定されるものである。
【００４５】
【数８】
2015137642.tif 000006
【００４６】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、ＥＧＲ中には、ＮＯｘの生成量と強い相関を有する吸気酸素濃度及びＥＧＲ率に基いて、排気ガス中のＮＯｘ濃度を精度よく算出することができる。また、過渡運転時には、運転状態の変化を吸気酸素濃度によりＮＯｘ濃度の算出値に反映させることができる。一方、ＥＧＲの停止中には、前記数４の式が機能しなくなるのを考慮して、前記数７及び数８の式によりＡ／Ｆ変化比を用いてＮＯｘ濃度を算出することができる。ＥＧＲが停止中で吸気酸素濃度が一定の状態においては、Ａ／Ｆ変化比は、単位燃料あたりの酸素量の変化を表す。これは筒内で酸素と燃料が反応する速度と相関を有するため、生成されるＮＯｘ量と強い相関を持つ。この場合、Ａ／Ｆ変化比は、過渡運転時の吸気酸素濃度に対応した値となるので、吸気酸素濃度が算出できない状態でも、これに代えてＡ／Ｆ変化比を用いることにより、過渡運転時のＮＯｘ濃度を精度よく推定することができる。
【００４７】
このように、本実施の形態によれば、ＥＧＲ中のＮＯｘ濃度算出処理と、ＥＧＲ停止中のＮＯｘ濃度算出処理とをＥＧＲの有無に応じて切換えることができる。これにより、吸気酸素濃度センサを使用しなくても、ＥＧＲ中とＥＧＲ停止中の両方において、また、定常状態と過渡状態の両方において、ＮＯｘ濃度を安定的に推定することができる。従って、ＮＯｘ濃度を用いる制御の精度を高めることができ、システムのコストダウンを促進することができる。
【００４８】
なお、前記実施の形態１において、図２中のステップ１０４，１０６は、請求項１における第１のステップに相当し、補正後推定空燃比は推定時指標値に相当している。また、ステップ１０４，１０６は、請求項５における第５のステップに相当し、補正後推定空燃比は、燃焼空燃比に相当している。また、ステップ１１０は、請求項５における第６のステップに相当し、ステップ１１２は、第７のステップに相当している。一方、ステップ１１４は、請求項１における第２のステップに相当し、定常時空燃比は、定常時指標値に相当している。また、ステップ１１６は、請求項１における第３のステップに相当し、Ａ／Ｆ変化比は、指標変化比に相当している。さらに、ステップ１１８は、第４のステップに相当している。
【００４９】
また、本発明において、定数Ｂ０，Ｃ０，Ｄ０，Ｅ０，Ｆ０及び定数Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１の値は、エンジン１０の運転領域毎に切換える構成としてもよい。具体的に述べると、本発明では、例えば機関回転数と燃料噴射量とに基いて運転領域を複数の領域に区分し、個々の運転領域毎に前記定数Ｂ０〜Ｆ０及び定数Ｂ１〜Ｆ１を切換える構成としてもよい。これにより、定数Ｂ０〜Ｆ０及び定数Ｂ１〜Ｆ１を各運転領域のエンジン特性に適合させて最適化し、ＮＯｘ濃度の算出精度を向上させることができる。
【００５０】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様のＮＯｘ濃度算出処理において、吸気圧センサにより検出される吸気圧（過給圧）を指標として用いることを特徴としている。
【００５１】
吸気圧は、ＥＧＲが停止した状態において、空燃比と相関を有している。このため、ＥＧＲの停止中には、吸気温度とエンジンの体積効率が一定であると仮定した上で、エンジン１回転当たりの燃料噴射量が等しい条件下で比較すれば、定常運転時の吸気圧[kPA]と、ＮＯｘ濃度算出時の吸気圧[kPA]との比率は、前述のＡ／Ｆ変化比に相当した値となる。この特性に着目して、本実施の形態では、前述のＡ／Ｆ変化比に代えて、下記数９の式により算出される吸気圧変化比を用いる。
【００５２】
［数９］
吸気圧変化比＝ＮＯｘ濃度算出時の吸気圧／定常時吸気圧
【００５３】
ここで、ＮＯｘ濃度算出時の吸気圧は、例えば図２中のステップ１００において、吸気圧センサ４８により検出される。また、定常時吸気圧とは、定常運転時に検出される吸気圧である。定常時吸気圧は、ＥＣＵ５０に予め記憶された定常運転マップから、ＮＯｘ濃度の算出時点の運転状態に対応する機関回転数及び燃料噴射量に基いて取得される。定常運転マップは、前述した空燃比の定常運転マップとほぼ同様に構成され、当該マップの各格子点には、任意の機関回転数及び燃料噴射量で定常運転を実施した場合の吸気圧が予め記憶されている。即ち、ＮＯｘ濃度算出時の吸気圧と定常時吸気圧とは、機関回転数及び燃料噴射量が相互に等しい条件下での値が用いられる。
【００５４】
このように算出した吸気圧変化比に基いて、ＮＯｘ濃度は、下記数１０の式により算出される。なお、この式において、１．５８７は前記数６の式と同様の定数であり、定数Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，Ｅ２，Ｆ２は、エンジン特性に応じて設定されるものである。
【００５５】
【数１０】
2015137642.tif 000007
【００５６】
このように構成される本実施の形態でも、Ａ／Ｆ変化比に代えて吸気圧変化比を用いることにより、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様のＮＯｘ濃度算出処理において、エアフローセンサ４２により検出される吸気量を指標として用いることを特徴としている。
【００５８】
吸気量は、ＥＧＲが停止した状態において、空燃比と相関を有している。このため、ＥＧＲの停止中には、吸気温度とエンジンの体積効率が一定であると仮定した上で、エンジン１回転当たりの燃料噴射量が等しい条件下で比較すれば、定常運転時の吸気量[g/s]と、ＮＯｘ濃度算出時の吸気量[g/s]との比率は、前述のＡ／Ｆ変化比に相当した値となる。この特性に着目して、本実施の形態では、前述のＡ／Ｆ変化比に代えて、下記数１１の式により算出される吸気量変化比を用いる。
【００５９】
［数１１］
吸気量変化比＝ＮＯｘ濃度算出時の吸気量／定常時吸気量
【００６０】
ここで、ＮＯｘ濃度算出時の吸気量は、例えば図２中のステップ１００において、エアフローセンサ４２により検出される。また、定常時吸気量とは、定常運転時に検出される吸気量である。定常時吸気量は、ＥＣＵ５０に予め記憶された定常運転マップから、ＮＯｘ濃度の算出時点の運転状態に対応する機関回転数及び燃料噴射量に基いて取得される。定常運転マップは、前述した空燃比の定常運転マップとほぼ同様に構成され、当該マップの各格子点には、任意の機関回転数及び燃料噴射量で定常運転を実施した場合の吸気量が予め記憶されている。即ち、ＮＯｘ濃度算出時の吸気量と定常時吸気量とは、機関回転数及び燃料噴射量が相互に等しい条件下での値が用いられる。
【００６１】
このように算出した吸気量変化比に基いて、ＮＯｘ濃度は、下記数１２の式により算出される。なお、この式において、１．５８７は前記数６の式と同様の定数であり、定数Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３，Ｅ３，Ｆ３は、エンジン特性に応じて設定されるものである。
【００６２】
【数１２】
2015137642.tif 000008
【００６３】
このように構成される本実施の形態でも、Ａ／Ｆ変化比に代えて吸気量変化比を用いることにより、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
なお、前記実施の形態２で説明した数９及び数１０の式は、例えば図２中のステップ１１４，１１６において、数７及び数８の式に代えて用いられるものである。また、前記実施の形態３で説明した数１１及び数１２の式も同様に、数７及び数８の式に代えて用いられるものである。
【００６５】
ここで、図５乃至図８を参照して、前記実施の形態１乃至３により得られる具体的な効果について説明する。まず、図５は、ＥＧＲを停止した状態において、指標変化比を使用せずにＮＯｘ濃度を算出する場合の各定数を例示した説明図である。また、図６は、図５中の定数に基いて推定されたＮＯｘ濃度と、実際のＮＯｘ濃度との相関を示す特性図である。また、図７は、ＥＧＲを停止した状態において、指標変化比を用いてＮＯｘ濃度を算出する場合の各定数を例示した説明図であり、図８は、これらの定数に基いて推定されたＮＯｘ濃度と、実際のＮＯｘ濃度との相関を示す特性図である。なお、これらの図では、指標変化比として吸気圧変化比を用いた場合を例示している。また、図８は、前記数１０の式を用いてＮＯｘ濃度を算出したものであり、図６は、数１０の式中の（吸気圧変化比）＾Ｃ２を１に置換えた式を用いてＮＯｘ濃度を算出したものである。
【００６６】
図６に示すように、吸気圧変化比を使用せずに算出したＮＯｘ濃度の推定値は、実際のＮＯｘ濃度に対する誤差が比較的大きい。これに対し、図８に示すように、吸気圧変化比を用いて算出したＮＯｘ濃度の推定値は、図６と比較して、ＮＯｘ濃度に対する相関性が高くなり、誤差が減少する。従って、指標変化比を用いてＮＯｘ濃度を算出することにより、ＮＯｘ濃度の推定精度を向上させることができる。
【００６７】
なお、前記実施の形態２，３においても、実施の形態１の場合と同様に、定数Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２，Ｅ２，Ｆ２及び定数Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３，Ｅ３，Ｆ３の値を、エンジン１０の運転領域毎に切換える構成としてもよい。また、前記実施の形態１では、ディーゼルエンジンを例示したが、本発明は、ガソリンエンジンにも適用することができる。また、実施の形態１では、空燃比センサ４６の出力及びその学習値である空燃比学習補正係数を用いて補正後推定空燃比を算出する方法を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、空燃比センサ４６を使用せずに、運転情報に基いて空燃比を算出してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  燃焼室
１４  燃料噴射弁
２０  吸気通路
２２  排気通路
２４  スロットル弁
２８  過給機
３０  ＥＧＲ機構
４０  クランク角センサ
４２  エアフローセンサ（吸気量センサ）
４４  水温センサ
４６  空燃比センサ
４８  吸気圧センサ
５０  ＥＣＵ（記憶手段）
【図１】
2015137642.tif 000009
【図２】
2015137642.tif 000010
【図３】
2015137642.tif 000011
【図４】
2015137642.tif 000012
【図５】
2015137642.tif 000013
【図６】
2015137642.tif 000014
【図７】
2015137642.tif 000015
【図８】
2015137642.tif 000016