(57)【要約】【課題】  ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量を考慮してＮＯｘ排出量を精度良く推定できるＮＯｘ排出量推定方法を提供すること。【解決手段】  この方法は、燃焼室内に吸入された吸気中の各ガス成分（酸素分子、ＮＯｘ等）は同燃焼室内全域に渡ってそれぞれ均一に分布するとの仮定のもと、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」に対する「燃焼により消費される酸素の質量」の割合を利用して、同燃焼室を、燃焼領域（Ｂ領域）と非燃焼領域（Ａ領域）とに区別する。そして、燃焼後においてＢ領域には燃焼により発生した燃焼発生ＮＯｘ量が残存するともに、Ａ領域ではＥＧＲガスの還流により燃焼前に存在していたＡ領域還流ＮＯｘ量がそのまま燃焼後も保存されるとの仮定のもと、Ｂ領域にて発生する燃料発生ＮＯｘ量のみならず前記Ａ領域還流ＮＯｘ量をも考慮して、排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ排出量を計算する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路を流れる排ガスの一部を同内燃機関の吸気通路へ還流せしめるＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用されるＮＯｘ排出量推定方法であって、
燃焼室内における燃焼により発生するＮＯｘ量と、前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量とを利用して、前記排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量を推定する内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。
【請求項２】
内燃機関の排気通路を流れる排ガスの一部を同内燃機関の吸気通路へ還流せしめるＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用されるＮＯｘ排出量推定方法であって、
燃焼室内において燃焼が発生する領域である燃焼領域を推定するとともに、
前記燃焼領域内にて燃焼により発生する燃焼発生ＮＯｘ量と、前記燃焼室内における前記燃焼領域を除いた領域である非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とを推定し、
前記燃焼発生ＮＯｘ量と、前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて、前記排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量を推定する内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量を推定するにあたり、
前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に前記非燃焼領域内に存在する非燃焼領域還流ＮＯｘ量を、同非燃焼領域内におけるＮＯｘ量として推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記燃焼発生ＮＯｘ量を推定するにあたり、
前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に前記燃焼領域内に存在する燃焼領域還流ＮＯｘ量と、前記燃焼発生ＮＯｘ量のうち大きい方を同燃焼発生ＮＯｘ量として推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ量を推定するにあたり、
前記燃焼発生ＮＯｘ量と前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて排ガス中のＮＯｘ濃度を推定するとともに、同ＮＯｘ濃度に前記排気通路から外部へ排出される排ガス量を乗じた値を前記排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ量として推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記吸気通路に吸入される新気量を前記排気通路から外部へ排出される排ガス量として推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。
【請求項７】
請求項２乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記燃焼領域を推定するにあたり、
前記燃焼室内に吸入された酸素量と、燃焼により消費される酸素量とを推定するとともに、前記燃焼室内に吸入された酸素量に対する前記燃焼により消費される酸素量の割合を利用して前記燃焼領域を推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。
【請求項８】
請求項２乃至請求項７の何れか一項に記載の内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法において、
前記内燃機関が一作動サイクル中において少なくとも１回燃料をパイロット噴射した後に同燃料をメイン噴射するように構成されている場合、
前記燃焼発生ＮＯｘ量を推定するにあたり、前記パイロット噴射により発生する不活性ガスの影響を更に考慮して同燃焼発生ＮＯｘ量を推定することを特徴とする内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路を流れる排ガスの一部を吸気通路へ還流せしめるＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、同排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量を推定するＮＯｘ排出量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式内燃機関、ディーゼル機関等の内燃機関においては、排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量（以下、「ＮＯｘ排出量」と云うこともある。）を低減する必要がある。ＮＯｘ排出量を低減するためには、例えば、ＥＧＲ装置により還流されるＥＧＲガス量を増大させること、或いは、燃料噴射時期を遅らせること等により最高火炎温度（最高燃焼温度）を低下させることが有効である。
【０００３】
しかしながら、一方では、ＮＯｘ排出量を低減するためにＥＧＲガス量を増大させていくと（ディーゼル機関において）微粒子状物質（パティキュレート・マター、ＰＭ）の排出量が増大していくというトレードオフがあり、また、ＮＯｘ排出量を低減するために燃料噴射時期を遅らせていくと燃費が悪化していくというトレードオフがあることが知られている。
【０００４】
従って、ＰＭ排出量の増大の抑制、燃費の悪化の抑制等を考慮した上でＮＯｘ排出量を出来る限り低減するためには、同ＮＯｘ排出量を機関の運転状態に応じた所定の目標値に制御することが好ましい。ＮＯｘ排出量を所定の目標値に精度良く制御するためには同ＮＯｘ排出量を精度良く推定する必要がある。
【０００５】
このため、下記特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、燃焼圧力、及び吸気酸素濃度を、筒内圧力センサ、及び吸気酸素濃度センサによりそれぞれ検出するとともに、これらに基づいて算出した燃焼温度、及び混合気濃度とに基づいて、代表的な公知の燃焼モデルの一つである拡大ゼルドビッチ（ＺＥＬＤＯＶＩＣＨ）機構を用いて燃焼により発生するＮＯｘ量（以下、「燃焼発生ＮＯｘ量」と称呼する。）を推定する。そして、推定された燃焼発生ＮＯｘ量が所定の燃焼発生ＮＯｘ量目標値になるようにＥＧＲガス量、或いは燃料噴射時期等を制御することで、ＮＯｘ排出量を所定の目標値に制御するようになっている。
【特許文献１】特開２００２−３７１８９３号公報
【０００６】
ところで、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関においては、ＥＧＲ装置を介してＥＧＲガス中のＮＯｘが燃焼室内に還流してくる。加えて、上記燃焼発生ＮＯｘ量は、燃焼室の一部であって燃焼が発生する領域（以下、「燃焼領域」と称呼する。）内において発生するＮＯｘの量である。従って、燃焼室内における燃焼領域を除いた領域（以下、「非燃焼領域」と称呼する。）においては燃焼後においても前記還流されてきたＮＯｘが残存しているから、ＮＯｘ排出量を精度良く推定するためには、上記燃焼発生ＮＯｘ量のみならず、前記「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」をも考慮することが必要である。
【０００７】
これに対して、上記従来の装置においては、「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ」に対する考慮が全くなされていない。従って、かかる従来の装置をＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用した場合、ＮＯｘ排出量を精度良く推定することができず、この結果、同ＮＯｘ排出量を所定の目標値に精度良く制御することができないという問題があった。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、かかる課題に対処するためになされたものであって、その目的は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用されるＮＯｘ排出量推定方法であって、非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量を考慮して排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ排出量を精度良く推定することができるものを提供することにある。
【０００９】
本発明による内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、燃焼室内における燃焼により発生するＮＯｘ量（即ち、上記燃焼発生ＮＯｘ量）と、前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量とを利用して、機関の排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量（即ち、上記ＮＯｘ排出量）を推定する方法である。
【００１０】
ＥＧＲ装置を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量（の一部）は、燃焼後において上述した「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」となり得る。従って、これによれば、上記燃焼発生ＮＯｘ量のみならず、「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」が考慮されてＮＯｘ排出量が推定され得る。従って、ＮＯｘ排出量を精度良く推定することができる。
【００１１】
本発明によるより具体的なＮＯｘ排出量推定方法は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、燃焼室内において燃焼が発生する領域である燃焼領域を推定するとともに、前記燃焼領域内にて燃焼により発生する燃焼発生ＮＯｘ量と、前記燃焼室内における前記燃焼領域を除いた領域である非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とを推定し、前記燃焼発生ＮＯｘ量と、前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて、前記排気通路から外部へ排出される排ガス中のＮＯｘ量を推定する方法である。
【００１２】
これによっても、推定された燃焼領域内にて燃焼により発生する上記燃焼発生ＮＯｘ量のみならず、（燃焼後における）非燃焼領域内におけるＮＯｘ量、従って、上述した「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」が考慮されてＮＯｘ排出量が推定され得る。従って、ＮＯｘ排出量を精度良く推定することができる。
【００１３】
この場合、前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量を推定するにあたり、前記ＥＧＲ装置を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に前記非燃焼領域内に存在する非燃焼領域還流ＮＯｘ量を、同非燃焼領域内におけるＮＯｘ量として推定することが好適である。
【００１４】
燃焼室内における燃焼は燃焼領域内でのみ発生し、非燃焼領域では燃焼が発生しないことから、ＥＧＲ装置を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前（燃焼開始前）に同非燃焼領域内に存在する非燃焼領域還流ＮＯｘ量は、燃焼後においてもそのまま保存（保持）され得ると考えることができる。換言すれば、非燃焼領域還流ＮＯｘ量は、そのまま上述した「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」となり得る。従って、上記のように構成すれば、簡易な構成（燃焼モデル）で、且つ精度良く「非燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量」を推定することができ、この結果、簡易な計算でＮＯｘ排出量を正確に推定することができる。
【００１５】
更には、前記燃焼発生ＮＯｘ量を推定するにあたり、前記ＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に前記燃焼領域内に存在する燃焼領域還流ＮＯｘ量と、（燃焼後に発生する）前記燃焼発生ＮＯｘ量のうち大きい方を（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）同燃焼発生ＮＯｘ量として推定することが好適である。
【００１６】
燃焼領域では、燃焼開始前においてはＥＧＲ装置を介して前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ（従って、前記燃焼領域還流ＮＯｘ量）が存在する一方で、燃焼後においては燃焼により燃焼発生ＮＯｘ量が発生する。ここで、一般に、窒素分子Ｎ２とＮＯｘ（特に、一酸化炭素ＮＯ）とは可逆反応により互いに生成され合う物質であって、化学反応後のガス中のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）は、同化学反応前のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）にかかわらず、同化学反応後のガスの温度に応じて（ガス温度が高くなるほど大きくなるように）、化学平衡により逐次決定されていく値である。
【００１７】
また、通常の機関の運転状態では、燃焼により高温となったガス中で発生する上記燃焼発生ＮＯｘ量の方が上記燃焼領域還流ＮＯｘ量よりも著しく大きくなる場合が多い。従って、原則的には、燃焼により発生した燃焼発生ＮＯｘ量が、そのまま（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）燃焼発生ＮＯｘ量に略一致し得ると考えることができる。
【００１８】
しかしながら、例えば、ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度が非常に高く、且つ、アクセル開度が非常に小さくて燃料噴射量が非常に少ないような場合、上記燃焼領域還流ＮＯｘ量が大きくなる一方で、燃焼によるガス温度の上昇が小さいことに起因して上記燃焼発生ＮＯｘ量が小さくなる。この結果、燃焼領域還流ＮＯｘ量の方が燃焼発生ＮＯｘ量よりも大きくなることがある。このような場合、燃焼発生ＮＯｘ量よりも燃焼領域還流ＮＯｘ量の方が、（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）燃焼発生ＮＯｘ量をより正確に表す値になり得ると考えられる。
【００１９】
換言すれば、上記燃焼領域還流ＮＯｘ量と、（燃焼後に発生する）前記燃焼発生ＮＯｘ量のうち大きい方を（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）燃焼発生ＮＯｘ量として推定することが好ましい。従って、上記のように構成すれば、簡易な構成（燃焼モデル）で、且つ精度良く、（燃焼後に燃焼領域内に残存しているＮＯｘ量としての）燃焼発生ＮＯｘ量を推定することができ、この結果、簡易な計算でＮＯｘ排出量を正確に推定することができる。
【００２０】
上記本発明による何れかのＮＯｘ排出量推定方法においては、前記ＮＯｘ排出量を推定するにあたり、前記燃焼発生ＮＯｘ量と前記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて排ガス中のＮＯｘ濃度を推定するとともに、同ＮＯｘ濃度に前記排気通路から外部へ排出される排ガス量を乗じた値を同ＮＯｘ排出量として推定することが好適である。
【００２１】
機関の排気弁から排気通路に排出される際の排ガス中のＮＯｘ濃度は、燃焼室内の総ガス量に対する、「上記燃焼発生ＮＯｘ量と上記非燃焼領域内におけるＮＯｘ量の和」の割合として容易に計算することができる。また、排気通路を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度は同排気通路全域に渡って一定であると仮定すると、機関の排気弁から排気通路に排出される際の排ガス中のＮＯｘ濃度は、同排気通路から外部に排出される際の排ガス中のＮＯｘ濃度と等しくなる。
【００２２】
従って、上記のように、燃焼発生ＮＯｘ量と非燃焼領域内におけるＮＯｘ量とに基づいて計算され得る（機関の排気弁から排気通路に排出される際の）排ガス中のＮＯｘ濃度に排気通路から外部へ排出される排ガス量を乗じることで、同排気通路から外部へ排出されるＮＯｘ量であるＮＯｘ排出量を簡易、且つ精度良く推定することができる。
【００２３】
この場合、前記吸気通路に吸入される新気量（以下、「吸入新気量」と云うこともある。）を前記排気通路から外部へ排出される排ガス量として推定することが好適である。一般に、内燃機関の吸気通路には同吸気通路に吸入される新気量を計測するためのエアフローメータ等の吸入新気量計測装置が備えられている。また、通常の機関の運転状態（特に、定常運転状態）においては、排気通路から外部へ排出される排ガス量は吸入新気量と略等しくなる。
【００２４】
従って、これによれば、排気通路から外部へ排出される排ガス量を計測するための新たな装置を設けることなく、簡易な構成で、且つ正確に、排気通路から外部へ排出される排ガス量を推定することができ、この結果、ＮＯｘ排出量を簡易な構成で、且つ正確に推定することができる。
【００２５】
また、上記本発明による何れかのＮＯｘ排出量推定方法においては、前記燃焼領域を推定するにあたり、前記燃焼室内に吸入された酸素量と、燃焼により消費される酸素量とを推定するとともに、前記燃焼室内に吸入された酸素量に対する前記燃焼により消費される酸素量の割合を利用して前記燃焼領域を推定することが好適である。
【００２６】
ここにおいて、燃焼室内に吸入された酸素量は、例えば、吸気弁から燃焼室に吸入されてくるガス（以下、「吸気」と云うこともある。）中の酸素濃度（吸気酸素濃度）を計測する吸気酸素濃度センサにより計測される同吸気酸素濃度に、吸入された燃焼室内の総ガス量（以下、「筒内総ガス量」と云うこともある。）を乗じた値として求めることができる。また、燃焼により消費される酸素量は、例えば、噴射された燃料の総てが理論空燃比をもって完全燃焼すると仮定することで求めることができる。
【００２７】
燃焼室内に吸入された吸気中の酸素分子、ＮＯｘを含む各ガスの成分は同燃焼室内全域に渡ってそれぞれ均一に分布すると仮定すると、「燃焼室内に吸入された酸素量」に対する「燃焼により消費される酸素量」の割合（以下、「酸素量割合」と称呼する。）は、燃焼室の体積に対する燃焼領域の体積の割合、従って、燃焼室内に吸入された（ＥＧＲ装置を介して還流してきた）全ＮＯｘ量に対する、燃焼前に燃焼領域に存在するＮＯｘ量の割合を精度良く表す値となり得る。
【００２８】
従って、上記酸素量割合を利用して前記燃焼領域を推定するように構成すれば、前記燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前に燃焼領域内に存在する燃焼領域還流ＮＯｘ量、及び、燃焼前に非燃焼領域内に存在する非燃焼領域還流ＮＯｘ量をより一層精度良く求めることができる。
【００２９】
また、上記本発明による何れかのＮＯｘ排出量推定方法において、前記内燃機関が一作動サイクル中において少なくとも１回燃料をパイロット噴射した後に同燃料をメイン噴射するように構成されている場合、（メイン噴射による燃料の燃焼終了後において発生している）前記燃焼発生ＮＯｘ量を推定するにあたり、前記パイロット噴射により発生する不活性ガスの影響を更に考慮して同燃焼発生ＮＯｘ量を推定することが好適である。
【００３０】
１回、或いは複数回のパイロット噴射を行った後にメイン噴射を行う場合、メイン噴射による燃料が燃焼領域において燃焼を開始する時点において、パイロット噴射による燃料の燃焼により発生した不活性ガスが同燃焼領域内に残存していて、この結果、同燃焼領域内の酸素濃度が低下する。また、上記燃焼領域内に残存している不活性ガスの熱容量によりメイン噴射による燃料の最高燃焼温度が低下する。
【００３１】
以上のことから、燃焼領域内において燃焼により発生する燃焼発生ＮＯｘ量は、内燃機関が一作動サイクル中において、１回で必要な量の燃料を噴射するように構成されている場合よりも、パイロット噴射とメイン噴射とに分けて同量の燃料を噴射する場合の方が小さくなる。
【００３２】
従って、上記のように、少なくとも１回のパイロット噴射を行った後にメイン噴射を行う場合、パイロット噴射により発生する不活性ガスの影響を更に考慮して燃焼発生ＮＯｘ量を推定するように構成すれば、同不活性ガスの影響による燃焼発生ＮＯｘ量の低下を考慮することで同燃焼発生ＮＯｘ量をより一層精度良く推定することができる。ここで、不活性ガスの影響による燃焼発生ＮＯｘ量の低下量は、例えば、パイロット噴射による燃料噴射量、或いは、同パイロット噴射の時期等の関数として計算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法を実施する内燃機関（ディーゼル機関）の制御装置について図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１は、係る内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室（筒内）にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。
【００３５】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁（噴射弁、インジェクタ）２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ２２は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（後述する基本燃料噴射圧力Pcrbaseに応じた指令信号）により燃料の実際の噴射圧力（吐出圧力）が同基本燃料噴射圧力Pcrbaseになるように同燃料を昇圧するようになっている。
【００３６】
これにより、燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から前記基本燃料噴射圧力Pcrbaseまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（後述する燃料噴射量qfinに応じた指令信号）により所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記基本燃料噴射圧力Pcrbaseにまで昇圧された燃料を前記燃料噴射量qfinだけ直接噴射するようになっている。
【００３７】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に順に介装されたインタクーラー３４と過給機３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６とを含んでいる。
【００３８】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設された過給機３５のタービン３５ｂ、及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。
【００３９】
ＤＰＮＲ４３は、コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタ４３ａを備え、通過する排気ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィルタである。ＤＰＮＲ４３は、担体としてのアルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、ＮＯｘを吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになっている。
【００４０】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し得るようになっている。
【００４１】
電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。
【００４２】
インターフェース６５は、空気流量（新気流量）計測手段であって吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ７３、クランクポジションセンサ７４、アクセル開度センサ７５、及び、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気酸素濃度センサ７６と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、燃料噴射用ポンプ２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００４３】
熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気（新気）の質量流量（単位時間あたりの吸入新気量）を計測し、同質量流量Ga（吸入新気流量Ga）を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ７２は、前述した吸気の温度を検出し、同吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ７３は、吸気の圧力（即ち、吸気管圧力）を検出し、同吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。
【００４４】
クランクポジションセンサ７４は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、クランク角度CAを表すとともにエンジン１０の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ７５は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル操作量Accpを表す信号を発生するようになっている。吸気酸素濃度センサ７６は、吸気中の酸素濃度（即ち、吸気酸素濃度）を検出し、同吸気酸素濃度RO2_inを表す信号を発生するようになっている。
【００４５】
（ＮＯｘ排出量推定方法の概要）
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置（以下、「本装置」と云うこともある。）による本発明の実施形態に係るＮＯｘ排出量推定方法の概要について説明する。図２は、機関１０の或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールド３１からガス（即ち、吸気）が吸入され、筒内に吸入されたガス（筒内ガス）が排気マニホールド４１へ排出される様子を模式的に示した図である。
【００４６】
図２に示したように、吸気（従って、筒内ガス）には、吸気管３２の先端部からスロットル弁３３を介して吸入された新気と、排気還流管５１からＥＧＲ制御弁５２を介して吸入されたＮＯｘを含むＥＧＲガスが含まれる。吸入される新気量（新気質量）と吸入されるＥＧＲガス量（ＥＧＲガス質量）の和に対するＥＧＲガス質量の割合（即ち、ＥＧＲ率）は、運転状態に応じて電気制御装置６０（ＣＰＵ６１）により適宜制御されるスロットル弁３３の開度、及びＥＧＲ制御弁５２の開度に応じて変化する。
【００４７】
吸気（即ち、新気、及びＮＯｘを含むＥＧＲガスから構成されるガス）は、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストンの下降に伴って筒内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが下死点に達した時点（以下、「ATDC-180°」と称呼する。）で吸気弁Vinが閉弁することにより筒内に密閉され、その後の圧縮行程においてピストンの上昇に伴って圧縮される。そして、ピストンが上死点近傍に達っすると（具体的には、後述する最終燃料噴射時期finjfinが到来すると）、本装置は、前記燃料噴射量qfinに応じた所定時間だけ燃料噴射弁２１を開弁することで燃料を筒内に直接噴射する。この結果、噴射された燃料は、時間の経過に伴って同筒内ガスと混ざり合いながら混合気となって筒内において拡散していき、所定のタイミングにて自己着火が発生することに起因して燃焼する。
【００４８】
係る燃焼は、本実施例では、後述するように推定される燃焼領域（以下、「Ｂ領域」と云うこともある。図２を参照。）においてのみ発生し、燃焼室内におけるＢ領域を除いた領域である非燃焼領域（以下、「Ａ領域」と云うこともある。図２を参照。）では発生しないと仮定する。そして、燃焼後に燃焼室内に存在する筒内ガスは、排ガスとなって、排気行程において開弁している排気弁Voutを介してピストンの上昇に伴って排気マニホールド４１へ排出され、係る排ガスは、排気管４２を介して外部へと排出されていく。
【００４９】
以下、このようなＥＧＲ装置５０を備えた内燃機関１０に適用される、本装置が実施する具体的なＮＯｘ排出量推定方法について説明していく。このＮＯｘ排出量推定方法では、燃料が噴射される対象となる気筒（以下、「燃料噴射気筒」と称呼する。）について上記最終燃料噴射時期finjfinが到来する毎に、その直後の排気行程において同燃料噴射気筒の排気弁Voutから排気通路を介して外部へ排出されることになる排ガス中のＮＯｘの質量（即ち、ＮＯｘ排出量。実ＮＯｘ排出量NOxact。）が推定されていく。
【００５０】
この方法では、実ＮＯｘ排出量NOxactを推定するにあたり、燃焼室内に吸入されたＮＯｘの全質量に対する上記燃焼前に上記Ｂ領域に存在するＮＯｘの質量の割合（以下、「ＮＯｘ量割合RatioNOx」と称呼する。）、上記燃焼後に上記Ａ領域内に残存するＮＯｘ質量、及び、上記燃焼後に上記Ｂ領域内に残存するＮＯｘ質量をそれぞれ推定する必要がある。従って、先ず、これらの求め方について図２を参照しながら説明する。
【００５１】
<ＮＯｘ量割合RatioNOxの求め方>
燃焼室内に吸入された吸気（筒内ガス）中の酸素分子、ＮＯｘを含む各ガスの成分は同燃焼室内全域に渡ってそれぞれ均一に分布するものと仮定する。また、この状態においてＢ領域内に存在する酸素は総て燃焼により消費されると仮定する。そうすると、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」に対する「燃焼により消費される酸素の質量」の割合（即ち、前記酸素量割合）は、燃焼室の体積に対するＢ領域の体積の割合を表すとともに、燃焼室内に吸入されたＮＯｘの全質量に対する、燃焼前にＢ領域に存在するＮＯｘの質量の割合（従って、上記ＮＯｘ量割合RatioNOx）をも表すことになる。換言すれば、上記酸素量割合を利用してＢ領域が推定され得る。
【００５２】
従って、ＮＯｘ量割合RatioNOxを求めるためには上記酸素量割合を求めればよく、このためには、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」と「燃焼により消費される酸素の質量」とを求める必要がある。
【００５３】
ここで、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」は、吸入された燃焼室内の総ガス質量（以下、「筒内総ガス量Gcyl」と称呼する。）に、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度を乗じることで求めることができる。筒内総ガス量Gcylは、ATDC-180°における気体の状態方程式に基づく下記(1)式に従って求めることができる。
【００５４】
Gcyl＝(Pa0・Va0)/(R・Ta0)  ・・・(1)
【００５５】
上記(1)式において、Pa0は、ATDC-180°における下死点時筒内ガス圧力である。ATDC-180°において筒内ガス圧力は吸気管圧力Pbと略等しいと考えられるから、下死点時筒内ガス圧力Pa0は、ATDC-180°において吸気管圧力センサ７３により検出される吸気管圧力Pbとして取得することができる。Va0は、ATDC-180°における下死点時燃焼室内容積である。燃焼室内容積Vaは機関１０の設計諸元に基づいてクランク角度CAの関数として表すことができるから、この関数に基づいて下死点時燃焼室内容積Va0も求めることができる。Ta0は、ATDC-180°における下死点時筒内ガス温度である。ATDC-180°において筒内ガス温度は吸気温度Tbと略等しいと考えられるから、下死点時筒内ガス温度Ta0は、ATDC-180°において吸気温センサ７２により検出される吸気温度Tbとして取得することができる。Rは筒内ガスのガス定数である。
【００５６】
また、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度はATDC-180°における吸気酸素濃度RO2_inと略等しいと考えられるから、燃焼前の筒内ガスの酸素濃度は、ATDC-180°において吸気酸素濃度センサ７６により検出される下死点時吸気酸素濃度RO20_inとして取得することができる。以上より、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」は「Gcyl・RO20_in」と表すことができる。
【００５７】
一方、「燃焼により消費される酸素の質量」は、噴射された燃料の総て（即ち、前記燃料噴射量qfinの燃料）が理論空燃比stoichをもって完全燃焼するとの仮定のもと、「K・Qfuel」と表すことができる。ここで、Kは所定の係数であって、例えば、大気中に含まれる酸素の質量割合０．２３に理論空燃比stoich（例えば、１４．６）を乗じた値「０．２３・stoich」である。Qfuelは前記燃料噴射量qfinと等しい値である。以上のことから、ＮＯｘ量割合RatioNOxは、下記(2)式に従って求めることができる。
【００５８】
RatioNOx＝(K・Qfuel)/(Gcyl・RO20_in)  ・・・(2)
【００５９】
<燃焼後にＡ領域内に残存するＮＯｘ質量の求め方>
上述のごとく、本実施例では燃焼室内における燃焼はＢ領域内でのみ発生し、Ａ領域では燃焼が発生しないと仮定するから、ＥＧＲ装置５０を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前にＡ領域内に存在するＮＯｘの質量（以下、「Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxA」と称呼する。）は、燃焼後においてもそのままＡ領域内に保存（保持）されると考えることができる。換言すれば、Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxAは、そのまま「燃焼後にＡ領域内に残存するＮＯｘ質量」となる。
【００６０】
ここで、燃焼室内に吸入されたＮＯｘの全質量に対する上記燃焼前に上記Ａ領域に存在するＮＯｘの質量の割合は、上記ＮＯｘ量割合RatioNOxを用いて「1-RatioNOx」と表すことができるから、Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxAは、上記筒内総ガス量Gcylに、燃焼前の筒内ガスのＮＯｘ濃度と（1-RatioNOx）とを乗じることで求めることができる。燃焼前の筒内ガスのＮＯｘ濃度は吸気中のＮＯｘ濃度（吸気ＮＯｘ濃度RNOx_in）と略等しいと考えられるから、Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxAは、下記(3)式にて表すことができる。
【００６１】
NOxA＝RNOx_in・(1-RatioNOx)・Gcyl  ・・・(3)
【００６２】
上記(3)式において、吸気ＮＯｘ濃度RNOx_inは、上記筒内総ガス量Gcylに対する、ＥＧＲ装置５０から還流されてきたＥＧＲガス中のＮＯｘ質量の質量割合である。ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度は前回（の燃料噴射時期に）演算された後述する排気ＮＯｘ濃度RNOx_exと等しいと仮定すると、吸気ＮＯｘ濃度RNOx_inは下記(4)式に従って求めることができる。
【００６３】
RNOx_in＝(RNOx_ex・Gegr)/Gcyl  ・・・(4)
【００６４】
上記(4)式において、Gegrは今回の吸気行程で吸気の一部としてＥＧＲ装置５０から燃焼室内に吸入されてきたＥＧＲガスの質量であって、下記(5)式に従って取得され得る。
【００６５】
Gegr＝Gcyl-Gm  ・・・(5)
【００６６】
上記(5)式において、Gmは今回の吸気行程で吸気管３２の先端部から吸気の一部として燃焼室内に吸入された新気の質量（吸入新気量）であって、エアフローメータ７１により計測される単位時間あたりの吸入新気量（吸入新気流量Ga）と、クランクポジションセンサ７４の出力に基づくエンジン回転速度NEと、吸入新気流量Ga及びエンジン回転速度NEを引数とする一吸気行程あたりの吸入新気量を求めるための関数ｆ(Ga,NE)とに基づいて計算される。吸入新気流量Ga及びエンジン回転速度NEとしては、ATDC-180°において各センサにより取得される下死点時吸入新気流量Ga0、及び下死点時エンジン回転速度NE0がそれぞれ使用される。以上のように、Ａ領域還流ＮＯｘ量NOxA、従って、「燃焼後にＡ領域内に残存するＮＯｘ質量」は上記(3)式に従って求めることができる。
【００６７】
<燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量の求め方>
ＥＧＲ装置５０を介して燃焼室内に還流してきたＮＯｘ量のうち燃焼前にＢ領域内に存在するＮＯｘの質量（以下、「Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2」と称呼する。）は、上記(3)式にて表されるＡ領域還流ＮＯｘ量NOxAと同様にして、下記(6)式にて表すことができる。
【００６８】
NOxB2＝RNOx_in・RatioNOx・Gcyl  ・・・(6)
【００６９】
一方、燃焼後においてはＢ領域において燃焼により燃焼発生ＮＯｘ量（以下、「Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1」と称呼する。）が発生する。Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1は、例えば、単位燃料量あたりの燃焼発生ＮＯｘ量（以下、「燃焼発生ＮＯｘ率RNOx_burn」と称呼する。）に上記燃料噴射量Qfuelを乗じた値として、下記(7)式に従って求めることができる。燃焼発生ＮＯｘ率RNOx_burnは、例えば、上記燃料噴射量Qfuelと、エンジン回転速度NEと、燃料噴射量Qfuel及びエンジン回転速度NEを引数とする燃焼発生ＮＯｘ率を求めるための関数ｇ(Qfuel,NE)とに基づいて計算される。
【００７０】
NOxB1＝RNOx_burn・Qfuel  ・・・(7)
【００７１】
ここで、先に説明したように、燃焼後のガス中のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）は、同燃焼前のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）にかかわらず、同燃焼後のガスの温度に応じて（ガス温度が高くなるほど大きくなるように）、化学平衡により逐次決定されていく値である。
【００７２】
従って、通常の機関の運転状態では、燃焼により高温となったガス中で発生する上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1の方が上記Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2よりも著しく大きくなる場合が多い。よって、原則的に、上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1がそのまま「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」に略一致し得ると考えることができる。
【００７３】
しかしながら、例えば、ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度（従って、前回の燃料噴射時期に演算された後述する排気ＮＯｘ濃度RNOx_ex）が非常に高く、且つ、アクセル操作量Accpが非常に小さくて燃料噴射量qfin(＝Qfuel)が非常に少ないような場合、上記Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2が大きくなる一方で、燃焼によるガス温度の上昇が小さいことに起因して上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1が小さくなる。この結果、Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2の方がＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1よりも大きくなることがある。このような場合、Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2の方がＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1よりも「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」をより正確に表す値になり得ると考えられる。
【００７４】
以上のことから、「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」は、上記(7)式に従って求められるＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1と、上記(6)式に従って求められるＢ領域還流ＮＯｘ量NOxB2のうち大きい方の値（Ｂ領域最終ＮＯｘ量NOxB）として求めることができる。
【００７５】
このようにして、「燃焼後にＡ領域内に残存するＮＯｘ質量」であるＡ領域還流ＮＯｘ量NOxA、及び、「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」であるＢ領域最終ＮＯｘ量NOxBが求められると、燃焼後に燃焼室内に残存するＮＯｘの全質量は「NOxA＋NOxB」として求めることができる。また、燃焼後に燃焼室内に残存するガスの全質量は、「Gcyl＋Qfuel」と表すことができる。
【００７６】
従って、排気行程において燃焼室から排気弁Voutを介して排気通路（排気マニホールド４１）に排出される排ガス中のＮＯｘ濃度（排気ＮＯｘ濃度RNOx_ex）は、「燃焼後に燃焼室内に残存するガスの全質量」に対する、「燃焼後に燃焼室内に残存するＮＯｘの全質量」の質量割合であって、下記(8)式に従って求めることができる。
【００７７】
RNOx_ex＝(NOxA＋NOxB)/(Gcyl＋Qfuel)  ・・・(8)
【００７８】
上記(8)式に従って求められる排気ＮＯｘ濃度RNOx_exの前回値は、排気通路（排気マニホールド４１）を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度が排気還流管５１内を流れるＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度に等しいとの仮定のもと、前述のごとく、上記吸気ＮＯｘ濃度RNOx_in（の
今回値）を求める際に上記(4)式にて使用される。
【００７９】
また、排気通路（排気マニホールド４１、及び排気管４２）を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度は同排気通路全域に渡って一定であると仮定すると、上記排気ＮＯｘ濃度RNOx_exの値は、排気通路（具体的には、排気管４２の端部）から外部に排出される際の排ガス中のＮＯｘ濃度と等しくなる。
【００８０】
更には、通常の機関１０の運転状態（特に、定常運転状態）においては、排気通路（排気管４２）から外部へ排出される一作動サイクル（一排気行程）あたりの排ガスの質量は上記吸入新気量Gmと略等しくなる。以上のことから、排気通路を介して外部へ排出される排ガス中の一作動サイクルあたりのＮＯｘの質量（上記実ＮＯｘ排出量NOxact）は、下記(9)式に従って求めることができる。これにより、ＥＧＲガス量Gegrが増加すると吸入新気量Gmが減少することで実ＮＯｘ排出量NOxactが低下することになる。従って、ＥＧＲガス量Gegrが増加すると実ＮＯｘ排出量NOxactが低下するという現象が的確に表され得る。
【００８１】
NOxact＝RNOx_ex・Gm  ・・・(9)
【００８２】
以上、(1)〜(9)式を利用して、本装置は、燃料噴射気筒についての上記最終燃料噴射時期finjfinが到来する毎に、その直後の排気行程において同燃料噴射気筒の排気弁Voutから排出されることになるＮＯｘの質量、即ち実ＮＯｘ排出量NOxactを推定する。以上が、ＮＯｘ排出量推定方法の概要である。
【００８３】
（燃料噴射制御の概要）
上記ＮＯｘ排出量推定方法を実施する本装置は、一作動サイクルあたりの目標ＮＯｘ排出量NOxtを、上記燃料噴射量qfinとエンジン回転速度NEとに基づいて逐次計算する。そして、本装置は、前回推定された実ＮＯｘ排出量NOxactが目標ＮＯｘ排出量NOxtに一致するように、最終燃料噴射開始時期finjfin、及びＥＧＲ制御弁５２の開度をフィードバック制御する。
【００８４】
具体的には、前回推定された上記実ＮＯｘ排出量NOxactの値が上記目標ＮＯｘ排出量NOxtよりも大きいとき、今回の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfinを基本燃料噴射時期finjbaseよりも所定量だけ遅らせ、且つ、ＥＧＲ制御弁５２の開度を現時点での値から所定開度だけ大きくする。これにより、今回の燃料噴射気筒についての最高火炎温度が低くなるように制御され、この結果、今回の燃料噴射気筒から外部へ排出される実ＮＯｘ排出量NOxactが上記目標ＮＯｘ排出量NOxtに一致せしめられる。
【００８５】
一方、前回推定された上記実ＮＯｘ排出量NOxactの値が上記目標ＮＯｘ排出量NOxtよりも小さいとき、今回の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfinを基本燃料噴射時期finjbaseよりも所定量だけ早め、且つ、ＥＧＲ制御弁５２の開度を現時点での値から所定開度だけ小さくする。これにより、今回の燃料噴射気筒についての最高火炎温度が高くなるように制御され、この結果、今回の燃料噴射気筒から外部へ排出される実ＮＯｘ排出量NOxactが上記目標ＮＯｘ排出量NOxtに一致せしめられる。以上が、燃料噴射制御の概要である。
【００８６】
（実際の作動）
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置の実際の作動について説明する。
<燃料噴射量等の制御>
ＣＰＵ６１は、図３にフローチャートにより示した燃料噴射量等の制御を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ３００から処理を開始し、ステップ３０５に進んでアクセル開度Accp、エンジン回転速度NE、及び図４に示したテーブル（マップ）Mapqfinから燃料噴射量qfinを求める。テーブルMapqfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと燃料噴射量qfinとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００８７】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ３１０に進み、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図５に示したテーブルMapfinjbaseから基本燃料噴射時期finjbaseを決定する。テーブルMapfinjbaseは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと基本燃料噴射時期finjbaseとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００８８】
その後、ＣＰＵ６１はステップ３１５に進んで、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図６に示したテーブルMapPcrbaseから基本燃料噴射圧力Pcrbaseを決定する。テーブルMapPcrbaseは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと基本燃料噴射圧力Pcrbaseとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００８９】
次に、ＣＰＵ６１はステップ３２０に進み、燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図７に示したテーブルMapNOxtから目標ＮＯｘ排出量NOxtを決定する。テーブルMapNOxtは、燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと目標ＮＯｘ排出量NOxtとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００９０】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ３２５に進んで、前記決定した目標ＮＯｘ排出量NOxtから後述するルーチンにより求められている最新の（具体的には、前回の燃料噴射時期に演算された）実ＮＯｘ排出量NOxactを減じた値をＮＯｘ排出量偏差ΔNOxとして格納する。
【００９１】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ３３０に進んで、噴射時期補正値Δθを、前記ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxと図８に示したテーブルMapΔθとから決定する。テーブルMapΔθは、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxと噴射時期補正値Δθとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【００９２】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ３３５に進み、基本噴射時期finjbaseを噴射時期補正値Δθで補正して最終燃料噴射時期finjfinを決定する。これにより、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxに応じて噴射時期が補正されることになる。この場合、図８から明らかなように、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxが正の大きい値になるほど噴射時期補正値Δθが正の大きな値となって最終燃料噴射時期finjfinが進角側となり、同ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxが負の大きい値（絶対値が大きい値）になるほど噴射時期補正値Δθは負の大きな値となって最終燃料噴射時期finjfinが遅角側に移行される。
【００９３】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ３４０に進み、燃料噴射気筒についての噴射開始時期（即ち、上記決定された最終燃料噴射時期finjfin）が到来したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合はステップ３９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９４】
一方、ステップ３４０の判定において「Ｙｅｓ」と判定する場合、ＣＰＵ６１はステップ３４５に進んで上記決定された燃料噴射量qfinの燃料を燃料噴射気筒についての燃料噴射弁２１から上記決定された基本燃料噴射圧力Pcrbaseをもって噴射するとともに、続くステップ３５０にて上記ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxが正の値であるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合、ステップ３５５に進んでＥＧＲ制御弁５２の開度を現時点での値よりも所定開度だけ小さくした後、ステップ３７０に進む。
【００９５】
ステップ３５０の判定において「Ｎｏ」と判定する場合、ＣＰＵ６１はステップ３６０に進み、上記ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxが負の値であるか否かを判定する。ステップ３６０の判定において、ＣＰＵ６１は「Ｙｅｓ」と判定する場合、ＥＧＲ制御弁５２の開度を現時点での値よりも所定開度だけ大きくした後にステップ３７０に進む一方、「Ｎｏ」と判定する場合（即ち、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxの値が「０」のとき）、ＥＧＲ制御弁５２の開度を変更することなくステップ３７０に進む。
【００９６】
このようにして、ＮＯｘ排出量偏差ΔNOxに応じてＥＧＲ制御弁５２の開度が変更される。そして、ステップ３７０に進むと、ＣＰＵ６１は実際に噴射した上記燃料噴射量qfinの値を値Qfuelとして格納した後、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、及びＥＧＲ制御弁５２の開度の制御が達成される。
【００９７】
<ＮＯｘ排出量の計算>
また、ＣＰＵ６１は、図９にフローチャートにより示した実ＮＯｘ排出量NOxactの計算を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んで現時点がATDC-180°に一致しているか否かを判定する。
【００９８】
いま、現時点がATDC-180°より前であるものとして説明を続けると、ＣＰＵ６１はステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９３５に直ちに進み、燃料噴射気筒についての燃料噴射開始時期（即ち、上記最終燃料噴射時期finjfin）が到来したか否かを判定する。現時点はATDC-180°よりも前であるから、ＣＰＵ６１はステップ９３５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９９】
以降、ＣＰＵ６１はATDC-180°が到来するまでの間、ステップ９００、９０５、９３５、９９５の処理を繰り返し実行する。そして、ATDC-180°が到来すると、ＣＰＵ６１はステップ９０５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進むようになり、ステップ９１０にて、吸気温センサ７２、吸気管圧力センサ７３、エアフローメータ７１、及びクランクポジションセンサ７４によりそれぞれ検出される現時点（即ち、ATDC-180°）での吸気温度Tb、吸気管圧力Pb、吸入新気流量Ga、及びエンジン回転速度NEを、それぞれ、下死点時筒内ガス温度Ta0、下死点時筒内ガス圧力Pa0、下死点時吸入新気流量Ga0、及び下死点時エンジン回転速度NE0として格納する。
【０１００】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ９１５に進み、吸気酸素濃度センサ７６により検出される現時点（即ち、ATDC-180°）での吸気酸素濃度RO2_inを下死点時吸気酸素濃度RO20_inとして格納し、続くステップ９２０にて、上記(1)式に従って筒内総ガス量Gcylを求める。ここで、下死点時筒内ガス圧力Pa0、及び下死点時筒内ガス温度Ta0としては、ステップ９１０にて格納されている値が用いられる。
【０１０１】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ９２５に進んで、上記下死点時吸入新気流量Ga0と、上記下死点時エンジン回転速度NE0と、上記関数ｆとに基づいて吸入新気量Gmを求め、続くステップ９３０にて、ステップ９２０にて求めた筒内総ガス量Gcylと、前記吸入新気量Gmと、上記(5)式とに基づいてＥＧＲガス量Gegrを求める。そして、ＣＰＵ６１はステップ９３５に進んで「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０２】
以降、ＣＰＵ６１は燃料噴射時期（即ち、上記最終燃料噴射時期finjfin）が到来するまでの間、ステップ９００、９０５、９３５、９９５の処理を再び繰り返し実行する。そして、上記最終燃料噴射時期finjfinが到来すると、ＣＰＵ６１はステップ９３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９４０に進むようになり、ステップ９４０にて上記(4)式に従って吸気ＮＯｘ濃度RNOx_inを求める。ここで、ＥＧＲガス量Gegr、及び筒内総ガス量Gcylとして、ステップ９３０、及びステップ９２０にて求められた値がそれぞれ使用される。排気ＮＯｘ濃度RNOx_exとしては、前回の燃料噴射開始時期において後述するステップ９７５にて求められている値が使用される。
【０１０３】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ９４５に進んで、上記(2)式、及び上記(3)式に相当するステップ９４５内に記載の式に基づいてＡ領域還流ＮＯｘ量NOxAを求める。ここで、値Qfuelとしては、図３のステップ３７０にて格納されている最新の値が使用される。次に、ＣＰＵ６１はステップ９５０に進み、前記値Qfuelと、現時点でのエンジン回転速度NEと、上記関数ｇとに基づいて燃焼発生ＮＯｘ率RNOx_burnを求め、続くステップ９５５にて上記(7)式に従ってＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1を求める。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ９６０に進んで、上記(2)式、及び上記(6)式に相当するステップ９６０内に記載の式に基づいてＢ領域還流ＮＯｘ量NOxB2を求め、続くステップ９６５にて上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1と、上記Ｂ領域還流ＮＯｘ量NOxB2の大きい方の値をＢ領域最終ＮＯｘ量NOxBとして格納する。
【０１０５】
次に、ＣＰＵ６１はステップ９７０に進み、上記(8)式に従って排気ＮＯｘ濃度RNOx_exを求めるとともに、続くステップ９７５にて上記(9)式に従って実ＮＯｘ排出量NOxactを求め、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以降、ＣＰＵ６１は次の燃料噴射気筒についてのATDC-180°が到来するまでの間、ステップ９００、９０５、９３５、９９５の処理を繰り返し実行する。
【０１０６】
以上のようにして、新たな実ＮＯｘ排出量NOxactが燃料噴射開始時期が到来する毎に求められていく。そして、この新たな実ＮＯｘ排出量NOxactは、前述のごとく、図３のステップ３２５にて使用され、この結果、次の燃料噴射気筒についての最終燃料噴射開始時期finjfin、及びＥＧＲ制御弁５２の開度が同新たな実ＮＯｘ排出量NOxactに基づいてフィードバック制御されていく。
【０１０７】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法によれば、燃焼室内に吸入された吸気中の各ガス成分（酸素分子、ＮＯｘ等）は同燃焼室内全域に渡ってそれぞれ均一に分布するとの仮定のもと、「燃焼室内に吸入された酸素の全質量」に対する「燃焼により消費される酸素の質量」の割合を利用して、同燃焼室が、燃焼領域（Ｂ領域）と非燃焼領域（Ａ領域）とに区別される。そして、燃焼後において、Ｂ領域には燃焼により発生した燃焼発生ＮＯｘ量（実際には、上記Ｂ領域最終ＮＯｘ量NOxB）が残存するともに、Ａ領域では燃焼前に存在していたＡ領域還流ＮＯｘ量NOxAがそのまま燃焼後も保存される（残存する）との仮定のもと、Ｂ領域にて発生する燃料発生ＮＯｘ量のみならずＡ領域還流ＮＯｘ量NOxAをも考慮して、排気通路から外部へ排出される排ガス中の実ＮＯｘ排出量NOxactが計算される。従って、実ＮＯｘ排出量NOxactが精度良く推定された。
【０１０８】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、機関１０の運転状態にかかわらず燃料噴射開始時期が到来する毎にＮＯｘ排出量（実ＮＯｘ排出量NOxact）を計算しているが、機関１０が所定の定常運転状態にある場合に限りＮＯｘ排出量を計算するように構成してもよい。
【０１０９】
また、上記実施形態においては、「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」として、上記(7)式に従って求められるＢ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1と、上記(6)式に従って求められるＢ領域還流ＮＯｘ量NOxB2のうち大きい方の値（Ｂ領域最終ＮＯｘ量NOxB）を採用しているが、「燃焼後にＢ領域内に残存するＮＯｘ質量」として、常に上記Ｂ領域燃焼発生ＮＯｘ量NOxB1を採用してもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態においては、機関１０が、一作動サイクル中において１回で必要な量（燃料噴射量qfin）の燃料を噴射するように構成されているが、一作動サイクル中においてパイロット噴射とメイン噴射とに分けて同量の燃料を噴射するように構成されている場合、パイロット噴射により発生する不活性ガスの影響を考慮して、例えば、パイロット噴射による燃料噴射量、或いは、同パイロット噴射の時期等に基づいて上記燃焼発生ＮＯｘ率RNOx_burnの値を所定量だけ小さくなる方向に補正するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関のＮＯｘ排出量推定方法を実施する内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。
【図２】或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールドからガスが吸入され、筒内に吸入された筒内ガスが排気マニホールドへ排出される様子を模式的に示した図である。
【図３】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射量等を制御するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図４】図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する燃料噴射量を決定するためのテーブルである。
【図５】図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する基本燃料噴射時期を決定するためのテーブルである。
【図６】図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する基本燃料噴射圧力を決定するためのテーブルである。
【図７】図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する目標ＮＯｘ排出量を決定するためのテーブルである。
【図８】図１に示したＣＰＵが図３に示したルーチンを実行する際に参照する噴射時期補正値を決定するためのテーブルである。
【図９】図１に示したＣＰＵが実行するＮＯｘ排出量の計算を実行するためのルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１２】
２１…燃料噴射弁、２２…燃料噴射用ポンプ、３１…吸気マニホールド、３２…吸気管、４１…排気マニホールド、４２…排気管、５０…ＥＧＲ装置、５２…ＥＧＲ制御弁、６０…電気制御装置、６１…ＣＰＵ、７１…エアフローメータ、７２…吸気温センサ、７３…吸気管圧力センサ、７４…クランクポジションセンサ、７６…吸気酸素濃度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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