(57)【要約】【課題】高い精度で内燃機関のトルクを推定可能とし、且つそのトルク推定手法の汎用化を図ることができる内燃機関のトルク推定装置を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジンにおけるトルクを以下の（１）により推定する（ＳＴ２）。  正味トルク＝Ａ×エンジン回転数＋Ｂ×燃料噴射量    …（１）  Ａ＝実験またはシミュレーションにより求められた機種毎に応じた定数  Ｂ＝５．２  燃料噴射量が所定量以下である場合（ＳＴ３でＹＥＳ判定）、推定された図示トルクから図示出力を求める（ＳＴ４）。求められた各トルクおよび図示出力に基づきエンジンの制御パラメータを補正する（ＳＴ６）。【選択図】図７
2013224616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮自着火式内燃機関の筒内に向けて燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼する際における内燃機関のトルクを推定する装置であって、
上記内燃機関の機関回転数と、上記燃料噴射弁からの燃料噴射量をパラメータとする以下の式（１）
正味トルク＝Ａ×機関回転数＋Ｂ×燃料噴射量    …（１）
Ａ＝実験またはシミュレーションにより求められた機種毎に応じた定数
Ｂ＝５．２
によって、５．２×燃料噴射量に相当する図示トルクを推定する構成となっていることを特徴とする内燃機関のトルク推定装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関のトルク推定装置において、
上記式（１）による図示トルクの推定は、燃料噴射量が、筒内での燃焼場において酸素不足を招くことのない範囲内にある場合にのみ行われることを特徴とする内燃機関のトルク推定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関のトルク推定装置において推定された図示トルクに基づき、以下の式（３）
図示出力＝５．２×燃料噴射量×（機関回転数×２π／６０）／１０００  …（３）
によって図示出力を推定し、
この推定図示出力に基づいて燃料噴射圧力および筒内のガス充填量の少なくとも一方を調整する構成となっていることを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関のトルク（例えば図示トルク）を推定するトルク推定装置、および、推定されたトルクに基づいて内燃機関の運転制御を行う運転制御装置に係る。特に、本発明は、トルク推定手法の汎用化を図るための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から周知のように、自動車用エンジンとして使用されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ場合もある）では、排出ガス特性、燃料消費特性、燃焼安定性および動力性能等のエンジン特性がさまざまな要求を満たすべく、複雑な制御が行われる。
【０００３】
具体的には、エンジンの回転数や負荷に基づき決定されるエンジンの運転状態に応じた最適な燃料噴射量等の各制御パラメータの適合値を制御用マップとして予め設定して、これをエンジン制御用の電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）に記憶させておく。そして、この制御用マップ上の適合値を参照しつつ、エンジンＥＣＵがエンジンの制御を行うようになっている。
【０００４】
例えば、運転者の要求する動力性能を得るためには、燃焼室内での燃料の燃焼によって発生しているトータルトルク（以下、「図示トルク」という場合もある）を正確に認識しておき、この図示トルクが適正に得られるようにエンジンの制御パラメータを調整する必要がある。
【０００５】
この図示トルクを算出する手法として、下記の特許文献１および特許文献２が提案されている。
【０００６】
特許文献１には、エンジン回転数と吸気負圧とに基づいて基準運転状態での基準図示トルクを算出し、エンジンの実際の運転状態と基準運転状態との相違に基づき基準図示トルクを補正して実図示トルクを算出することが開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、エンジン回転数と吸気の充填効率とに基づいて図示トルクを算出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１２０８０１号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記各特許文献にも開示されているように、エンジンのフリクショントルクやポンピングロス等の損失分を上記図示トルクから減算したトルクが正味トルク（実際にエンジンから出力されるトルク）となっている。このため、図示トルクを推定する手法として、正味トルクを実測し、この実測正味トルクから図示トルクを推定することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、この実測正味トルクは燃料噴射量に対して非線形であるため、実測正味トルクから図示トルクを推定する場合、その精度が十分に得られないといったことが懸念される。つまり、従来のトルク推定手法では、燃料噴射量から図示トルクを推定する場合に、高い推定精度を確保することが難しく、また、その推定手法の汎用化を図ることが難しかった。このため、エンジンの種類毎に、燃料噴射量から図示トルクを推定するための実験値を求めておかねばならず、作業の煩雑化やコストの高騰を招くものとなっていた。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い精度で内燃機関のトルクを推定可能とし、且つそのトルク推定手法の汎用化を図ることができる内燃機関のトルク推定装置、および、その推定されたトルクに基づいて内燃機関を制御する運転制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、内燃機関の機関回転数および燃料噴射量に基づいて正味トルクおよび図示トルクの推定を可能にしている。また、燃料噴射量と図示トルクのとの関係を規定することで、図示トルクの推定手法の汎用化を図っている。
【００１３】
−解決手段−
具体的に、本発明は、圧縮自着火式内燃機関の筒内に向けて燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼する際における内燃機関のトルクを推定する装置を前提とする。この内燃機関のトルク推定装置に対し、上記内燃機関の機関回転数と、上記燃料噴射弁からの燃料噴射量をパラメータとする以下の式（１）
正味トルク＝Ａ×機関回転数＋Ｂ×燃料噴射量    …（１）
Ａ＝実験またはシミュレーションにより求められた機種毎に応じた定数
Ｂ＝５．２
によって、５．２×燃料噴射量に相当する図示トルクを推定する構成としている。
【００１４】
このように、燃料噴射量と図示トルクとの関係を一義的に規定して図示トルクを推定しているため、図示トルクおよび正味トルクを高い精度で推定することが可能であり、また、トルク推定手法の汎用化を図ることができる。
【００１５】
また、上記式（１）による図示トルクの推定を、燃料噴射量が、筒内での燃焼場において酸素不足を招くことのない範囲内にある場合にのみ行うようにしている。
【００１６】
燃料噴射量が上記所定量を超えた場合には、筒内での燃焼場において酸素不足を招いてしまい、燃料噴射量に応じた図示トルクが発生しない可能性がある。つまり、燃料噴射量がこの所定量を超えた場合には、正味トルクの推定値と実際の正味トルクとの間にズレが生じることになる。従って、上記式（１）による図示トルクの推定を行う燃料噴射量の範囲を制限することによって、図示トルクおよび正味トルクの推定精度を確保することが可能になる。
【００１７】
また、上述の如く推定された図示トルクから図示出力を推定して内燃機関の制御パラメータを調整するものとして以下の構成が挙げられる。
【００１８】
つまり、図示出力を、以下の式（３）
図示出力＝５．２×燃料噴射量×（機関回転数×２π／６０）／１０００  …（３）
によって推定し、
この推定図示出力に基づいて燃料噴射圧力および筒内のガス充填量の少なくとも一方を調整する構成としたものである。
【００１９】
これにより、推定されたトルクおよび推定された図示出力に応じて制御パラメータの最適化を図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、内燃機関の機関回転数と燃料噴射量とをパラメータとして内燃機関のトルクを推定している。これにより、内燃機関のトルクを高い精度で推定でき、且つ図示トルクの推定手法の汎用化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】エンジン回転数と各トルクとの関係を示す概念図である。
【図５】実験装置上でエンジンを運転させた場合のエンジン回転数と正味トルクとの関係を示す図である。
【図６】燃料噴射量と正味トルクとの関係を示す図である。
【図７】トルク推定動作および制御パラメータ補正動作の手順を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００２３】
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジン１の燃焼室３およびその周辺部を示す断面図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００２５】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、機関燃料通路２７等を備えて構成されている。
【００２６】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３，２３，…に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
【００２７】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。
【００２８】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３が接続されている。また、この排気通路には排気浄化ユニット７７が配設されている。この排気浄化ユニット７７には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ触媒(排気浄化触媒)７５およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７６が備えられている。なお、排気浄化ユニット７７としてＤＰＮＲ触媒を適用してもよい。
【００２９】
上記ＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記インジェクタ２３からの燃料噴射動作（ポスト噴射）や吸気絞り弁６２の開度制御によって行うようになっている。
【００３０】
また、ＤＰＦ７６は、例えば多孔質セラミック構造体で成り、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）を捕集するようになっている。また、このＤＰＦ７６には、ＤＰＦ再生運転時に、上記捕集したＰＭを酸化・燃焼するための触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００３１】
ここで、エンジン１の燃焼室３およびその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００３２】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００３３】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。
【００３４】
また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００３５】
上記シリンダヘッド１５には、上記吸気ポート１５ａおよび上記排気ポート７１がそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射する。
【００３６】
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００３７】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。
【００３８】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ生成量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路８を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００３９】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００４０】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂは、ＮＳＲ触媒７５の上流側および下流側にそれぞれ配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。なお、Ａ／Ｆセンサの配設位置としては、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。排気温センサ４５ａ，４５ｂは、同じくＮＳＲ触媒７５の上流側および下流側にそれぞれ配設され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。なお、排気温センサの配設位置も、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。
【００４１】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。
【００４２】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、ＥＧＲバルブ８１、および、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４が接続されている。
【００４３】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ＲＯＭに記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。
【００４４】
例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とを実行する。
【００４５】
上記パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。
【００４６】
上記メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数（エンジン回転速度）、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数；エンジン回転速度）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
【００４７】
具体的な燃料噴射形態の一例としては、ピストン１３が圧縮上死点に達する前に上記パイロット噴射（インジェクタ２３に形成された複数の噴孔からの燃料噴射）が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て、ピストン１３が圧縮上死点近傍に達した時点で上記メイン噴射が実行されることになる。これにより燃料が自己着火によって燃焼し、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン１３を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。
【００４８】
燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。なお、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。
【００４９】
なお、上述したパイロット噴射およびメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これらの噴射の機能は周知である。特に、ポスト噴射は、ＮＯｘ還元処理、Ｓ被毒回復制御、ＤＰＦ再生処理に利用される。
【００５０】
また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度を制御し、吸気マニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。このＥＧＲ量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて上記ＲＯＭに記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。このＥＧＲマップは、エンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を決定するためのマップである。
【００５１】
また、ＥＣＵ１００は、後述するトルク推定を行い、この推定したトルクに応じて燃料噴射圧力などの制御パラメータの補正を行う。以下、このトルク推定について説明する。
【００５２】
−トルク推定−
本実施形態の特徴は、筒内での燃料の燃焼にともなって発生するトルク（トータルトルク）である図示トルクの推定にある。以下、エンジン１のトルク推定の概要について説明する。
【００５３】
エンジン１のトルク推定は、エンジン回転数、および、インジェクタ２３からの燃料噴射量を利用して行われる。具体的には、上記クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数、および、インジェクタ２３に対する噴射量指令値により指示される燃料噴射量をパラメータとする下記の式（１）により、図示トルクの推定が行われる。また、この式（１）により正味トルクの推定も行われる。
【００５４】
なお、ここでいう燃料噴射量は、エンジン１のトルク発生に寄与する燃料の量であって、具体的には、上記パイロット噴射およびメイン噴射の総量に相当する。また、メイン噴射での噴射量のみを、ここでいう燃料噴射量として規定するようにしてもよい。
【００５５】
また、エンジン１の正味トルクは、筒内での燃料の燃焼にともなって発生するトルクである上記図示トルクから、エンジン１のフリクショントルク、ポンピングロス、補機類の負荷トルク等の機械的な損失（以下、単に「機械損失」という）を減算（負の値を加算）したトルクである。つまり、正味トルクは、エンジン１から変速機（図示省略）に伝達されるトルクとして算出される。
【００５６】
このため、これらパラメータには以下の式（１）の関係が成立している。
【００５７】
正味トルク＝Ａ×エンジン回転数＋Ｂ×燃料噴射量    …（１）
ここで、Ａは実験またはシミュレーションにより求められた機種毎に応じた定数である。また、Ｂは燃料噴射量（ｍｍ3）から図示トルク（Ｎｍ）を得るための定数であって「５．２」となっている。この定数Ｂについては後述する。
【００５８】
上記機械損失は、エンジン回転数に比例する。つまり、エンジン回転数の上昇にともないエンジン１内部での摺動部分における機械損失は増大していく。このため、図４に示すエンジン回転数とトルクとの関係において、機械損失モデルとしては、原点を通り（エンジン回転数が「０」のとき、機械損失（負のトルク）も「０」である）、エンジン回転数が高くなるに従って負側に大きく（絶対値が大きく）なっていく。また、この機械損失はエンジン回転数に対して略線形となっている。
【００５９】
また、上記図示トルクは燃料噴射量に比例する。つまり、燃料噴射量が一定であればエンジン回転数が変化したとしても、図示トルクは変化することがない。これは、エンジン１の実用運転領域の範囲内における燃料噴射量では燃焼効率は殆ど変化しないためである。このため、図４に示すエンジン回転数とトルクとの関係において、燃料噴射量が一定であれば図示トルク（図示トルクモデル）は不変となっている。
【００６０】
そして、上述した如く正味トルクは、図示トルクから機械損失を減算（負のトルクを加算）したトルクであるため、図４にあっては、エンジン回転数が低い状況では、正味トルクが図示トルクに略一致しており、エンジン回転数が高くなるに従って、機械損失の増加にともない正味トルクは低下していく。この場合のエンジン回転数の上昇量に対する正味トルクの低下量（正味トルクの減少勾配）は、上記機械損失モデルにおける低下量（機械損失の増加勾配：負側の増加勾配）と一致している。このため、図４では、これら正味トルクモデルと機械損失モデルとは平行となっている。また、これら正味トルクモデルと機械損失モデルとの差は燃料噴射量によって決定される。つまり、燃料噴射量が多いほど、正味トルクモデルと機械損失モデルとの差は大きくなる。
【００６１】
以上のことを踏まえた上で、図示トルクおよび正味トルクの実験式について以下に説明する。
【００６２】
実験装置（エンジンベンチ試験器）上でエンジン１を運転させる場合のモータリングトルク（エンジン１を連続回転させるために必要なトルク）の実測値は、図５に示すエンジン回転数と正味トルクとの関係を示すグラフにあっては、原点（エンジン回転数が「０」）を通り、エンジン回転数が高くなるに従って負側に大きくなっていく直線に近似される。この場合、モータリングトルクは機械損失（摩擦トルク等）と見なされることになるので、以下の式（２）が成立する。
【００６３】
機械損失＝モータリングトルク推定値＝Ａ×エンジン回転数    …（２）
Ａは上述した如く、エンジンの機種毎に応じた（機種毎の機械損失に応じた）定数である。
【００６４】
この図５に示す特性を有するエンジン１にあっては、定数Ａは「−０．０３０８」となっている。この定数Ａは、エンジン１の種類の固有の値であり、図５におけるモータリングトルクの変化を示す直線の傾きに相当する。つまり、エンジン１内部での摺動抵抗等が大きいほど定数Ａの絶対値は大きな値となる。
【００６５】
そして、正味トルクは、図５にあっては、傾きが上記モータリングトルクと同一であり、トルクの大きさは燃料噴射量に比例する直線に近似される。つまり、各エンジン回転数それぞれの正味トルクは、燃料噴射量が多いほど高くなっており、且つエンジン回転数の変化に対して略線形となっている。
【００６６】
図５では燃料噴射量を異ならせた場合における正味トルクをａ〜ｄで示している。例えば、図中に実線で示す直線ａはパイロット噴射およびメイン噴射の総量が４０ｍｍ3である場合を、破線で示す直線ｂはパイロット噴射およびメイン噴射の総量が３５ｍｍ3である場合を、一点鎖線で示す直線ｃはパイロット噴射およびメイン噴射の総量が３０ｍｍ3である場合を、二点鎖線で示す直線ｄはパイロット噴射およびメイン噴射の総量が２５ｍｍ3である場合をそれぞれ示している。
【００６７】
以上のことから上記式（１）が成立し、この式（１）の右辺の第１項が、モータリングトルク推定値、つまり、エンジン１の機械損失に相当する値となる。つまり、この右辺の第１項が、エンジン回転数の変化にともなう正味トルクの減少勾配を決定する項となる。また、式（１）の右辺の第２項が図示トルクに相当する値となる。つまり、この右辺の第２項が、機械損失によって減少した正味トルクの燃料噴射量に応じた値を決定する項となる。
【００６８】
そして、この式（１）における定数Ｂは、燃料噴射量（ｍｍ3）と図示トルク（Ｎｍ）との相関を示す値であって、上述した如く「５．２」として得られている。この値は、燃料（軽油）が燃焼する際において単位燃料当たりに発生する図示トルクであって、図５における正味トルクの変化を示す直線にあっては、燃料噴射量が１ｍｍ3である場合での縦軸（正味トルク軸）上の切片に対応する。このため、この値は汎用的な値である。つまり、エンジン１の種類に関わらず、燃料噴射量と図示トルクとの間には、一定の関係式が成立することになる。
【００６９】
但し、この式（１）が成立するのは、燃料噴射量が所定量以下である運転領域に限られる。これは、燃料噴射量が所定量を超えた場合には、筒内での燃焼場において酸素不足を招いてしまい、燃料噴射量に応じた図示トルクが発生しない状況となるためである。つまり、燃料噴射量がこの所定量を超えた場合には、正味トルクの推定値と実際の正味トルクとの間にズレが生じることになる。従って、燃料噴射量の上記所定量（式（１）が成立する燃料噴射量の上限値）は、筒内での酸素不足を招かない範囲の燃料噴射量の最大値として規定されることになる。
【００７０】
図６は、このように燃料噴射量が所定量以下である範囲における燃料噴射量と正味トルクとの関係を示す図である。このように、燃料噴射量が所定量以下である場合、正味トルクは燃料噴射量の変化に対して略線形となっている。このため、図５に示す各噴射量毎の正味トルクを示す直線ａ〜ｄは互いに等間隔となっている。
【００７１】
以上のようにしてＥＣＵ１００ではトルク推定が行われるようになっており、これによりトルク推定装置が構成されている。そして、このトルク推定装置が上記ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納され、エンジン１の運転状態においてトルク推定動作が行われるようになっている。
【００７２】
また、本実施形態では、上記図示トルクを用いて図示出力を以下の式（３）によって算出し、この算出された図示出力（ｋＷ）に基づいて燃料噴射圧力および筒内のガス充填量を調整するようにしている。この式（３）では、図示トルク（５．２×燃料噴射量）とエンジン回転数（ｒｐｍ）とをパラメータとして図示出力（ｋＷ）を算出する。
【００７３】
図示出力＝５．２×燃料噴射量×
（エンジン回転数×２π／６０）／１０００  …（３）
−トルク推定動作および制御パラメータの補正動作−
次に、トルク推定動作および制御パラメータの補正動作の手順について図７のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートはエンジン１の始動後、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００７４】
先ず、ステップＳＴ１において、エンジン回転数および燃料噴射量を取得する。エンジン回転数は、上記クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出される。また、燃料噴射量は、インジェクタ２３に対するＥＣＵ１００からの噴射量指令値（パイロット噴射指令値およびメイン噴射指令値）により認識される。
【００７５】
その後、ステップＳＴ２に移り、上記式（１）から図示トルクおよび正味トルクをそれぞれ推定する。つまり、エンジン回転数および燃料噴射量をパラメータとして図示トルクおよび正味トルクをそれぞれ推定する。
【００７６】
また、ステップＳＴ３では、上記ステップＳＴ１で取得された燃料噴射量が所定量α以下であるか否かを判定する。つまり、上述した如く、筒内での酸素不足を招かない範囲の燃料噴射量であって、上記式（１）で求められる正味トルクにズレが生じることのない範囲であるか否かを判定する。
【００７７】
そして、燃料噴射量が所定量α以下であり、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ４に移り、上記式（３）によって図示出力を算出する。
【００７８】
このようにして、図示トルク、正味トルク、図示出力を算出した後、ステップＳＴ６に移り、エンジン１の制御パラメータの補正が行われる。この制御パラメータの補正としては、燃料噴射圧力や筒内のガス充填量の調整が行われる。具体的に、燃料噴射圧力の調整は、上記目標レール圧が変更され、それに伴ってサプライポンプ２１の燃料吐出量が調整されることにより行われる。また、筒内のガス充填量の調整は、目標吸気圧が変更され、それに伴ってターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構５４が調整されることにより行われる。例えば、推定された図示出力等が要求値よりも小さい場合には、燃料噴射圧力の増大補正やガス充填量の増大補正などが行われる。この場合の補正量は、予め実験やシミュレーションによって決定されている。
【００７９】
一方、燃料噴射量が所定量αを超えており、ステップＳＴ３でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ５に移り、上記式（１）により求められた図示トルクおよび正味トルクそれぞれに対して、予め実験またはシミュレーションによって求められた補正係数を乗算することで、適正な図示トルクおよび正味トルクが求められる。この場合、燃焼場における酸素不足にともなって燃料噴射量に応じて推定される図示トルクよりも実際の図示トルクが低くなっているため、式（１）で算出された図示トルクおよび正味トルクに対して「１」未満の正の数を乗算することによって図示トルクおよび正味トルクが補正されることになる。この際の補正係数は、実験またはシミュレーションにより、燃料噴射量に応じて予め求められている。
【００８０】
そして、この求められた図示トルクおよび正味トルクを利用し、ステップＳＴ４において、上記式（３）により図示出力を算出する。
【００８１】
このようにして、補正後の図示トルク、正味トルク、図示出力を算出した後、ステップＳＴ６に移り、上述と同様にしてエンジン１の制御パラメータの補正が行われる。
【００８２】
このような制御パラメータの補正が行われることにより、エンジン出力の適正化が図れることになる。
【００８３】
なお、本発明の発明者らは、本発明の汎用性を確認するために、他の機種のエンジン（排気量が異なるエンジン等）について、同様の図示トルクおよび正味トルクの推定動作によって推定トルクと実際のトルクとを比較する検証を行った。具体的には、モータリングトルクに図示トルクを加算して正味トルクを推定し、正味トルクの実測値との比較による検証を行った。その結果、何れの機種についても、高い精度で図示トルクおよび正味トルクが推定されていることを確認している。
【００８４】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【００８５】
また、上記実施形態では、本発明に係るトルク推定装置を車載のＥＣＵ１００のＲＯＭに格納し、エンジン１の運転状態においてトルク推定を行うようにしていた。本発明はこれに限らず、実験装置（エンジンベンチ試験器）に上記トルク推定装置を備えさせ、エンジン１の設計段階において、この実験装置上でエンジン１を試験運転させる際にトルク推定を行うといった使用形態に適用することも可能である。
【００８６】
また、上記実施形態では、推定された図示トルクから図示出力を算出し、それに基づいてエンジン１の制御パラメータ（燃料噴射圧力およびガス充填量）を補正するものとしていた。本発明はこれに限らず、推定された図示トルクに基づいてエンジン１の制御パラメータを補正するようにしてもよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、図示トルクの推定に適用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１      エンジン（内燃機関）
１２    シリンダボア
２３    インジェクタ（燃料噴射弁）
３      燃焼室
４０    クランクポジションセンサ
１００  ＥＣＵ
【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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