(57)【要約】【課題】演算負荷を抑制しつつＳｏｏｔ排出量又はＮＯｘ排出量を高精度に推定することのできる内燃機関のエミッション推定装置を提供する。【解決手段】オンボードエミッション推定モデルを用いてＳｏｏｔ排出量またはＮＯｘ排出量を推定する。この際、吸気Ｏ２濃度を用いて特定される運転領域において、吸気Ｏ２濃度の変化に対するエミッション排出量の感度が大きいＡ領域に属する場合には、吸気Ｏ２濃度が絶対湿度に応じて変化することによるエミッション排出量の変化を補正する吸気Ｏ２濃度補正を行う。一方、現在の運転領域がＡ領域に属さない場合には、筒内に吸入されるガスの比熱が絶対湿度に応じて変化することによるエミッション排出量の変化を補正する比熱補正を行う。【選択図】図８
2016160855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転条件に基づいて、前記内燃機関の筒内から排出されるＮＯｘ又はＳｏｏｔのうち何れか一方のエミッション排出量を推定するエミッション排出量推定手段を備え、
前記エミッション排出量推定手段は、
前記内燃機関に吸入される新気の湿度を検出する湿度検出手段と、
前記筒内に吸入されるガスに含まれる酸素の濃度である吸気Ｏ２濃度が絶対湿度に応じて変化することによる前記エミッション排出量の変化を補正する吸気Ｏ２濃度補正を行う吸気Ｏ２濃度補正手段と、
前記筒内に吸入されるガスの比熱が絶対湿度に応じて変化することによる前記エミッション排出量の変化を補正する比熱補正を行う比熱補正手段と、を含み、
前記吸気Ｏ２濃度を用いて特定される運転領域において、現在の運転領域が、前記吸気Ｏ２濃度の変化に対する前記エミッション排出量の変化量が相対的に大きい第１運転領域に属する場合には、前記吸気Ｏ２濃度補正を行うとともに前記比熱補正を制限し、現在の運転領域が、前記吸気Ｏ２濃度の変化に対する前記エミッション排出量の変化量が相対的に小さい第２運転領域に属する場合には、前記比熱補正を行うとともに前記吸気Ｏ２濃度補正を制限するように構成されていることを特徴とする内燃機関のエミッション推定装置。
【請求項２】
前記エミッション排出量は、前記内燃機関の筒内から排出されるＳｏｏｔの量であるＳｏｏｔ排出量であり、
前記吸気Ｏ２濃度と当量比とを用いて特定される運転領域において、前記第１運転領域は、前記吸気Ｏ２濃度又は当量比の変化に対する前記Ｓｏｏｔ排出量の変化量が相対的に大きい領域であり、前記第２運転領域は、前記吸気Ｏ２濃度又は当量比の変化に対する前記Ｓｏｏｔ排出量の変化量が相対的に小さい領域であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のエミッション推定装置。
【請求項３】
前記エミッション排出量推定手段は、
前記内燃機関の機関回転速度と指令燃料噴射量に基づいて、前記内燃機関の定常状態でのＳｏｏｔ排出量である基本Ｓｏｏｔ排出量を算出する基本Ｓｏｏｔ排出量算出手段と、
前記内燃機関の機関回転速度と指令燃料噴射量に基づいて、前記内燃機関の定常状態での空燃比である基本空燃比を算出する基本空燃比算出手段と、
前記内燃機関の機関回転速度と指令燃料噴射量に基づいて、前記内燃機関の定常状態での吸気Ｏ２濃度である基本吸気Ｏ２濃度を算出する基本吸気Ｏ２濃度算出手段と、
吸入空気量と指令燃料噴射量に基づいて、現在の空燃比の推定値である推定空燃比を算出する推定空燃比算出手段と、
吸入空気量と指令燃料噴射量に基づいて、現在の吸気Ｏ２濃度の推定値である推定吸気Ｏ２濃度を算出する推定吸気Ｏ２濃度算出手段と、
前記基本空燃比に対する前記推定空燃比の比率、及び前記基本吸気Ｏ２濃度に対する前記推定吸気Ｏ２濃度の比率に基づいて、前記基本Ｓｏｏｔ排出量を補正する過渡補正手段と、を含み、
前記吸気Ｏ２濃度補正手段は、絶対湿度による前記吸気Ｏ２濃度の変化度合が反映された補正値である吸気Ｏ２濃度補正値を算出し、当該吸気Ｏ２濃度補正値を用いて、前記推定吸気Ｏ２濃度を補正するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のエミッション推定装置。
【請求項４】
前記比熱補正手段は、絶対湿度に基づいて、前記比熱の増減を前記Ｓｏｏｔ排出量に反映させるための補正係数である比熱補正係数を算出し、当該比熱補正係数を用いて、前記Ｓｏｏｔ排出量を補正するように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関のエミッション推定装置。
【請求項５】
前記エミッション排出量は、前記内燃機関の筒内から排出されるＮＯｘの量であるＮＯｘ排出量であり、
前記吸気Ｏ２濃度を用いて特定される運転領域において、前記第１運転領域は前記吸気Ｏ２濃度が所定濃度よりも大きい領域であり、前記第２運転領域は前記吸気Ｏ２濃度が所定濃度以下となる領域であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のエミッション推定装置。
【請求項６】
前記エミッション排出量推定手段は、
吸入空気量と指令燃料噴射量に基づいて、現在の吸気Ｏ２濃度の推定値である推定吸気Ｏ２濃度を算出する推定吸気Ｏ２濃度算出手段と、
前記内燃機関の機関回転速度と指令燃料噴射量と平均噴射時期と前記推定吸気Ｏ２濃度に基づいて、前記ＮＯｘ排出量を算出する基本ＮＯｘ排出量算出手段と、を含み、
前記吸気Ｏ２濃度補正手段は、絶対湿度による前記吸気Ｏ２濃度の変化度合が反映された補正値である吸気Ｏ２濃度補正値を算出し、当該吸気Ｏ２濃度補正値を用いて、前記推定吸気Ｏ２濃度を補正するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のエミッション推定装置。
【請求項７】
前記比熱補正手段は、絶対湿度に基づいて、前記比熱の増減を前記ＮＯｘ排出量に反映させるための補正係数である比熱補正係数を算出し、当該前記比熱補正係数を用いて、前記ＮＯｘ排出量を補正するように構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関のエミッション推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内から排出されるＳｏｏｔ又はＮＯｘの排出量を推定するエミッション制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の筒内から排出されるガスには、Ｓｏｏｔ（煤）やＮＯｘ（窒素酸化物）等のエミッションが含まれている。近年の内燃機関では、これらのエミッションの排出を抑制するために、内燃機関の筒内から排出されるエミッションの発生量をモデルによって推定し、推定されたエミッション発生量を用いて触媒再生、エミッション浄化等の触媒制御や、触媒の故障診診断等の触媒ＯＢＤ制御が行われている。この場合、エミッション推定モデルの推定精度を向上させることが、これらの制御を精度よく行う上で重要となる。
【０００３】
ＳｏｏｔやＮＯｘ等のエミッション発生量を推定する技術は、例えば特開２００６−２７４９９１号公報に開示されている。この技術では、より具体的には、噴射期間を３つの期間に均等に区分し、それぞれの期間の噴射に基づく混合気を個別に扱い、それぞれの混合気の燃焼に起因して発生するエミッション発生量を個別に推定することが行われる。これにより、エミッション発生度合の不均一性が考慮されるので、これらのエミッションの総発生量がそれぞれ精度よく推定され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７４９９１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４３１３６号公報
【特許文献３】特開２００１−８２２３３号公報
【特許文献４】特開２０１４−１３７００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、筒内から排出されるＳｏｏｔ排出量は吸入空気の湿度によって変化する。上記従来の技術では、湿度の影響についての考察がなされていないため、Ｓｏｏｔ排出量を高精度に推定できないおそれがある。ただし、湿度によるＳｏｏｔ排出量の変化の主因は複数存在し、これらの主因のうち何れが支配的であるかは運転条件によって異なる。このため、湿度によるＳｏｏｔ排出量の変化を補正するためには、これらの主因のうちの何れが支配的であるかを特定した上で、当該特定された主因に対して補正を行うことが、演算負荷を抑制しつつ推定精度を向上させる上で効果的である。なお、湿度による筒内から排出されるＮＯｘ排出量の変化についても同様の課題が当てはまる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、演算負荷を抑制しつつＳｏｏｔ排出量又はＮＯｘ排出量を高精度に推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、エミッション推定装置であって、
内燃機関の運転条件に基づいて、前記内燃機関の筒内から排出されるＮＯｘ又はＳｏｏｔのうち何れか一方のエミッション排出量を推定するエミッション排出量推定手段を備え、
前記エミッション排出量推定手段は、
前記内燃機関に吸入される新気の湿度を検出する湿度検出手段と、
前記筒内に吸入されるガスに含まれる酸素の濃度である吸気Ｏ２濃度が絶対湿度に応じて変化することによる前記エミッション排出量の変化を補正する吸気Ｏ２濃度補正を行う吸気Ｏ２濃度補正手段と、
前記筒内に吸入されるガスの比熱が絶対湿度に応じて変化することによる前記エミッション排出量の変化を補正する比熱補正を行う比熱補正手段と、を含み、
前記吸気Ｏ２濃度を用いて特定される運転領域において、現在の運転領域が、前記吸気Ｏ２濃度の変化に対する前記エミッション排出量の変化量が相対的に大きい第１運転領域に属する場合には、前記吸気Ｏ２濃度補正を行うとともに前記比熱補正を制限し、現在の運転領域が、前記吸気Ｏ２濃度の変化に対する前記エミッション排出量の変化量が相対的に小さい第２運転領域に属する場合には、前記比熱補正を行うとともに前記吸気Ｏ２濃度補正を制限するように構成されていることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記エミッション排出量は、前記内燃機関の筒内から排出されるＳｏｏｔの量であるＳｏｏｔ排出量であり、
前記吸気Ｏ２濃度と当量比とを用いて特定される運転領域において、前記第１運転領域は、前記吸気Ｏ２濃度又は当量比の変化に対する前記Ｓｏｏｔ排出量の変化量が相対的に大きい領域であり、前記第２運転領域は、前記吸気Ｏ２濃度又は当量比の変化に対する前記Ｓｏｏｔ排出量の変化量が相対的に小さい領域であることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、
前記エミッション排出量推定手段は、
前記内燃機関の機関回転速度と指令燃料噴射量に基づいて、前記内燃機関の定常状態でのＳｏｏｔ排出量である基本Ｓｏｏｔ排出量を算出する基本Ｓｏｏｔ排出量算出手段と、
前記内燃機関の機関回転速度と指令燃料噴射量に基づいて、前記内燃機関の定常状態での空燃比である基本空燃比を算出する基本空燃比算出手段と、
前記内燃機関の機関回転速度と指令燃料噴射量に基づいて、前記内燃機関の定常状態での吸気Ｏ２濃度である基本吸気Ｏ２濃度を算出する基本吸気Ｏ２濃度算出手段と、
吸入空気量と指令燃料噴射量に基づいて、現在の空燃比の推定値である推定空燃比を算出する推定空燃比算出手段と、
吸入空気量と指令燃料噴射量に基づいて、現在の吸気Ｏ２濃度の推定値である推定吸気Ｏ２濃度を算出する推定吸気Ｏ２濃度算出手段と、
前記基本空燃比に対する前記推定空燃比の比率、及び前記基本吸気Ｏ２濃度に対する前記推定吸気Ｏ２濃度の比率に基づいて、前記基本Ｓｏｏｔ排出量を補正する過渡補正手段と、を含み、
前記吸気Ｏ２濃度補正手段は、絶対湿度による前記吸気Ｏ２濃度の変化度合が反映された補正値である吸気Ｏ２濃度補正値を算出し、当該吸気Ｏ２濃度補正値を用いて、前記推定吸気Ｏ２濃度を補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第２又は第３の発明において、
前記比熱補正手段は、絶対湿度に基づいて、前記比熱の増減を前記Ｓｏｏｔ排出量に反映させるための補正係数である比熱補正係数を算出し、当該比熱補正係数を用いて、前記Ｓｏｏｔ排出量を補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
第５の発明は、第１の発明において、
前記エミッション排出量は、前記内燃機関の筒内から排出されるＮＯｘの量であるＮＯｘ排出量であり、
前記吸気Ｏ２濃度を用いて特定される運転領域において、前記第１運転領域は前記吸気Ｏ２濃度が所定濃度よりも大きい領域であり、前記第２運転領域は前記吸気Ｏ２濃度が所定濃度以下となる領域であることを特徴としている。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明において、
前記エミッション排出量推定手段は、
吸入空気量と指令燃料噴射量に基づいて、現在の吸気Ｏ２濃度の推定値である推定吸気Ｏ２濃度を算出する推定吸気Ｏ２濃度算出手段と、
前記内燃機関の機関回転速度と指令燃料噴射量と平均噴射時期と前記推定吸気Ｏ２濃度に基づいて、前記ＮＯｘ排出量を算出する基本ＮＯｘ排出量算出手段と、を含み、
前記吸気Ｏ２濃度補正手段は、絶対湿度による前記吸気Ｏ２濃度の変化度合が反映された補正値である吸気Ｏ２濃度補正値を算出し、当該吸気Ｏ２濃度補正値を用いて、前記推定吸気Ｏ２濃度を補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１３】
第７の発明は、第５又は第６の発明において、
前記比熱補正手段は、絶対湿度に基づいて、前記比熱の増減を前記ＮＯｘ排出量に反映させるための補正係数である比熱補正係数を算出し、当該前記比熱補正係数を用いて、前記ＮＯｘ排出量を補正するように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、筒内から排出されるＮＯｘ又はＳｏｏｔの量であるエミッション排出量を推定する場合に、吸気Ｏ２濃度を用いて特定される運転領域が、吸気Ｏ２濃度の変化に対するエミッション排出量の変化量が相対的に大きい第１領域に属する場合に、絶対湿度により吸気Ｏ２濃度が変化することによるエミッション排出量の影響が補正され、吸気Ｏ２濃度の変化に対するエミッション排出量の変化量が相対的に小さい第２運転領域に属する場合には、絶対湿度により比熱が変化することによるエミッション排出量の影響が補正される。このため、本発明によれば、湿度によるエミッション排出量の変化の主因を特定して、当該主因に対する補正を行うことができるので、演算負荷を抑制しつつエミッション排出量の推定精度を高めることが可能となる。
【００１５】
第２の発明によれば、筒内から排出されるＳｏｏｔ排出量を推定する場合に、吸気Ｏ２濃度と当量比とを用いて特定される現在の運転領域が、吸気Ｏ２濃度又は当量比の変化に対するエミッション排出量の変化量が相対的に大きい第１運転領域に属する場合に、湿度により吸気Ｏ２濃度が変化することによるエミッション排出量の影響が補正され、吸気Ｏ２濃度又は当量比の変化に対するエミッション排出量の変化量が相対的に小さい第２運転領域に属する場合に、湿度により比熱が変化することによるエミッション排出量の影響が補正される。このため、本発明によれば、湿度によるＳｏｏｔ排出量の変化の主因を特定して、当該主因に対する補正を行うことができるので、演算負荷を抑制しつつＳｏｏｔ排出量の推定精度を高めることが可能となる。
【００１６】
第３の発明によれば、Ｓｏｏｔ排出量を推定する際に用いられる現在の吸気Ｏ２濃度の推定値に対して、絶対湿度による吸気Ｏ２濃度の変化度合を反映させるための補正が施される。このため、本発明によれば、吸気Ｏ２濃度の変化によるＳｏｏｔ排出量の変化が支配的な運転領域において、吸気Ｏ２濃度に対して補正を行うことができるので、演算負荷を抑制しつつＳｏｏｔ排出量の推定精度を高めることが可能となる。
【００１７】
第４の発明によれば、Ｓｏｏｔ排出量を推定する際に、絶対湿度による比熱の増減をＳｏｏｔ排出量に反映させるための補正が施される。このため、本発明によれば、吸入空気の比熱の変化によるＳｏｏｔ排出量の変化が支配的な運転領域において、比熱の変化をＳｏｏｔ排出量に反映させることができるので、演算負荷を抑制しつつＳｏｏｔ排出量の推定精度を高めることが可能となる。
【００１８】
第５の発明によれば、筒内から排出されるＮＯｘ排出量を推定する場合に、吸気Ｏ２濃度を用いて特定される現在の運転領域が、吸気Ｏ２濃度が所定濃度よりも大きい第１運転領域に属する場合に、湿度により吸気Ｏ２濃度が変化することによるエミッション排出量の影響が補正され、吸気Ｏ２濃度が所定濃度以下となる第２運転領域に属する場合に、湿度により比熱が変化することによるエミッション排出量の影響が補正される。このため、本発明によれば、湿度によるＮＯｘ排出量の変化の主因を特定して、当該主因に対する補正を行うことができるので、演算負荷を抑制しつつＮＯｘ排出量の推定精度を高めることが可能となる。
【００１９】
第６の発明によれば、ＮＯｘ排出量を推定する際に用いられる現在の吸気Ｏ２濃度の推定値に対して、絶対湿度による吸気Ｏ２濃度の変化度合を反映させるための補正が施される。このため、本発明によれば、吸気Ｏ２濃度の変化によるＮＯｘ排出量の変化が支配的な運転領域において、吸気Ｏ２濃度に対して補正を行うことができるので、演算負荷を抑制しつつＮＯｘ排出量の推定精度を高めることが可能となる。
【００２０】
第７の発明によれば、ＮＯｘ排出量を推定する際に、絶対湿度による比熱の増減をＮＯｘ排出量に反映させるための補正が施される。このため、本発明によれば、吸入空気の比熱の変化によるＮＯｘ排出量の変化が支配的な運転領域において、比熱の変化をＮＯｘ排出量に反映させることができるので、演算負荷を抑制しつつＮＯｘ排出量の推定精度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】ＥＣＵが備える制御機能のうち、エミッション排出量を推定するための機能ブロックと、触媒制御を行うための機能ブロックとを抽出した制御ブロック図である。
【図３】エミッション推定モデルが備える推定機能のうち、筒内から排出されるＳｏｏｔ排出量を推定するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。
【図４】エンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対する目標新気量の関係を規定したマップの一例を示す図である。
【図５】エンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対する目標ＥＧＲ率の関係を規定したマップの一例を示す図である。
【図６】Ａ／Ｆ比と吸気Ｏ２濃度比から過渡補正係数を特定するマップの一例を示す図である。
【図７】吸気Ｏ２濃度及び当量比に対するＳｏｏｔ排出量を示す図である。
【図８】湿度補正部において実行される湿度補正動作のルーチンを示すフローチャートである。
【図９】湿度補正部が備える機能のうち、吸気Ｏ２濃度補正値を算出するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。
【図１０】湿度補正部が備える機能のうち、比熱補正値を算出するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。
【図１１】エンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対するベース吸気ガス比熱の関係を規定したマップの一例を示す図である。
【図１２】比熱補正値に対する比熱補正係数の関係を規定した比熱補正値マップの一例を示す図である。
【図１３】吸気Ｏ２濃度に対するＮＯｘ排出量の関係を示す図である。
【図１４】エミッション推定モデルが備える推定機能のうち、筒内から排出されるＮＯｘ排出量を推定するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２３】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関は、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と称する）である。エンジンの本体２には４つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとに燃料噴射弁８が設けられている。エンジン本体２にはインテークマニホールド４とエキゾーストマニホールド６が取り付けられている。インテークマニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボ過給機のコンプレッサ１４が取り付けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４の下流にはディーゼルスロットル２４が設けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４とディーゼルスロットル２４との間にはインタークーラ２２が備えられている。エキゾーストマニホールド６にはエンジン本体２から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボ過給機のタービン１６が取り付けられている。ターボ過給機は可変容量型であって、タービン１６には可変ノズル１８が備えられている。排気通路１２においてタービン１６の下流には排気ガスを浄化するための酸化触媒２５、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２６、及びＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）２７，２８が設けられている。
【００２４】
本実施の形態に係るエンジンは、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるディーゼルスロットル２４の下流の位置とエキゾーストマニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続している。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０においてＥＧＲ弁３２の排気側にはＥＧＲクーラ３４が備えられている。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲクーラ３４をバイパスするバイパス通路３６が設けられている。ＥＧＲ通路３０から分岐したバイパス通路３６が再びＥＧＲ通路３０に合流する箇所には、排気ガスが流れる方向を切り替えるバイパス弁３８が設けられている。
【００２５】
本実施の形態に係るエンジンシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、エンジンシステムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ５０の一つの機能として具現化されている。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。エアクリーナ２０の下流の吸気通路１０には、吸入空気量“Ga”及び吸入された空気の絶対湿度“AH”を検出するための湿度センサ付きのエアフローメータ５４が取り付けられている。また、クランク軸の回転速度を検出する回転速度センサ５２や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ５６、ＤＰＦ２６の前後差圧を検出するための差圧センサ５８なども取り付けられている。さらに排気通路１２には、ＤＰＦ２６とＳＣＲ２７の間に空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサが、ＳＣＲ２８の下流側にＮＯｘセンサ６２とＰＭセンサが、それぞれ配置されている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、可変ノズル１８、燃料噴射弁８、ＥＧＲ弁３２、ディーゼルスロットル２４などが含まれている。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００２７】
［実施の形態１の動作］
ＥＣＵ５０により実行されるエンジン制御には、運転中に各気筒内から排出されるエミッション（ＮＯｘ及びＳｏｏｔ）の排出量を、仮想的に構築されたオンボード推定モデルを用いて推定するエミッション排出量推定制御と、推定されたエミッション排出量を用いて触媒再生やエミッション浄化、故障診断等を行う触媒制御とが含まれる。図２は、ＥＣＵ５０が備える制御機能のうち、エミッション排出量を推定するための機能ブロックと、触媒制御を行うための機能ブロックとを抽出した制御ブロック図である。この図に示すエミッション推定モデル１００は、本実施の形態のエミッション排出量推定制御が行われる機能ブロックである。エミッション推定モデル１００では、エンジン回転速度、燃料噴射量、吸気Ｏ２濃度、比熱、及び空燃比等の運転条件の入力を受けてモデル演算を行い、ＳｏｏｔやＮＯｘの排出量を推定することが行われる。また、この図に示す触媒制御ブロック３００は、本実施の形態の触媒制御を行うための機能ブロックである。触媒制御ブロック３００では、エミッション排出量推定制御によって推定されたＳｏｏｔの排出量を利用して、ＤＰＦ２６の再生制御や故障診断が行われる。また、触媒制御ブロック３００では、エミッション排出量推定制御によって推定されたＮＯｘ排出量を利用して、ＳＣＲ２７，２８の故障診断や尿素添加制御が行われる。なお、これらの触媒制御については、既に多くの公知文献においてその手法が提案されているため、本明細書ではその詳細な説明を省略する。
【００２８】
（Ｓｏｏｔ排出量推定制御）
本実施の形態のエミッション推定モデル１００には、運転中に筒内から排出される単位時間当たりＳｏｏｔ排出量（mg/s）を推定する機能が含まれる。図３は、エミッション推定モデル１００が備える推定機能のうち、筒内から排出されるＳｏｏｔ排出量を推定するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。以下、図３を参照して、Ｓｏｏｔ排出量を推定するためのモデル構成について詳細に説明する。
【００２９】
図３に示すエミッション推定モデル１００は、ベースＳｏｏｔマップ１０１、ベースＡ／Ｆ算出部１０２、現在Ａ／Ｆ算出部１０３、ベース吸気Ｏ２濃度算出部１０４、現在吸気Ｏ２濃度算出部１０５、過渡補正係数算出部１０６、比熱補正係数算出部１０７、環境補正部１０８、及び演算部１１１，１１２，１１３，１１４，１１５を備えている。
【００３０】
ベースＳｏｏｔマップ１０１は、回転速度センサ５２を用いて検出されるエンジン回転速度“Ne”と燃料噴射弁８の指令燃料噴射量“Q”とを引数として、現在の運転領域（すなわち燃料噴射量“Q”とエンジン回転速度“Ne”とで規定される運転領域）において筒内から排出されるＳｏｏｔの量の基本値（すなわち定常状態での値）であるベースＳｏｏｔ排出量を算出する。
【００３１】
別モジュールに備えられた目標新気量マップ１５０では、エンジン回転速度“Ne”と指令燃料噴射量“Q”とを引数として、現在の運転領域（すなわち燃料噴射量“Q”とエンジン回転速度“Ne”とで規定される運転領域）において目標とする新気量が算出される。図４は、エンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対する目標新気量の関係を規定したマップの一例を示す図である。目標新気量マップ１５０には、例えば図４に示すマップが記憶されており、このマップを用いて、入力されたエンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対する目標新気量が算出される。
【００３２】
ベースＡ／Ｆ算出部１０２は、目標新気量マップ１５０において算出された目標新気量を入力値として、次式（１）を用いることにより、現在の（すなわち、ベースＳｏｏｔ排出量の算出時の）運転領域において基準となるベースＡ／Ｆ（基本空燃比）を算出する。なお、ベースＡ／Ｆ算出部１０２は、エンジン回転速度“Ne”と指令燃料噴射量“Q”とを引数として、現在の運転領域において基準となるベースＡ／Ｆを算出するように構成されていてもよい。
【００３３】
【数１】
2016160855.tif 000003
【００３４】
現在Ａ／Ｆ算出部１０３は、エアフローメータ５４によって計測される吸入空気量“Ga”と指令燃料噴射量“Q”とを入力値として、現在の空燃比の推定値である現在Ａ／Ｆ（推定空燃比）を次式（２）を用いて算出する。なお、エンジン本体２に経年劣化が生じている場合等には、現在Ａ／Ｆが実際のＡ／Ｆから乖離することがある。そこで、現在Ａ／Ｆ算出部１０３は、空燃比センサによって検出された実際のＡ／Ｆと現在Ａ／Ｆとの差が無くなるようにするためのＡ／Ｆ学習値を現在Ａ／Ｆに反映させる。
【００３５】
【数２】
2016160855.tif 000004
【００３６】
別モジュールに備えられた目標ＥＧＲ率マップ１５１では、エンジン回転速度“Ne”と指令燃料噴射量“Q”とを引数として、現在の運転領域（すなわち燃料噴射量“Q”とエンジン回転速度“Ne”とで規定される運転領域）において目標とする目標ＥＧＲ率が算出される。なお、ＥＧＲ率とは、筒内に充填される筒内ガス量（新気量とＥＧＲガス量の和）に対するＥＧＲガス量の比率として定義される値である。図５は、エンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対する目標ＥＧＲ率の関係を規定したマップの一例を示す図である。目標新気量マップ１５０には、例えば図５に示すマップが記憶されており、このマップを用いて、入力されたエンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対する目標ＥＧＲ率が算出される。
【００３７】
ベース吸気Ｏ２濃度算出部１０４は、目標ＥＧＲ率マップ１５１にて算出された目標ＥＧＲ率とベースλとを入力値として、次式（３）を用いることにより、現在の（すなわち、ベースＳｏｏｔ排出量を算出する時の）運転領域における吸気中の酸素濃度の基本値であるベース吸気Ｏ２濃度（wt%）を算出する。ベースλは、ベースＡ／Ｆ算出部１０２において算出されたベースＡ／Ｆを理論空燃比で除算することにより算出される。なお、ベース吸気Ｏ２濃度算出部１０４は、エンジン回転速度“Ne”と指令燃料噴射量“Q”とを引数として、現在の運転領域におけるベース吸気Ｏ２濃度を算出するように構成されていてもよい。
【００３８】
【数３】
2016160855.tif 000005
【００３９】
別モジュールに備えられたＥＧＲ率算出部１５２は、エアフローメータ５４によって計測される吸入空気量“Ga”と、公知の任意の手法で取得した筒内ガス量“Gcyl”とを入力値として、次式（４）を用いることによりＥＧＲ率を算出する。
【００４０】
【数４】
2016160855.tif 000006
【００４１】
現在吸気Ｏ２濃度算出部１０５は、現在Ａ／Ｆ算出部において算出された現在Ａ／ＦとＥＧＲ率算出部１５２において算出されたＥＧＲ率とを入力値として、次式（５）を用いることにより、現在の吸気Ｏ２濃度の推定値である現在吸気Ｏ２濃度“D”を算出する。現在のλは、現在Ａ／Ｆ算出部１０３において算出された現在Ａ／Ｆを理論空燃比で除算することにより算出される。
【００４２】
【数５】
2016160855.tif 000007
【００４３】
さらに、演算部１１１では、過渡補正係数算出部１０６の入力として用いられるＡ／Ｆ比が算出される。Ａ／Ｆ比は、ベースＡ／Ｆ算出部１０２により算出されたベースＡ／Ｆに対する、現在Ａ／Ｆ算出部１０３により算出された現在Ａ／Ｆとの比として算出される。
【００４４】
別モジュールに備えられた湿度補正部１６０は、湿度に応じて吸気Ｏ２濃度を補正するための吸気Ｏ２濃度補正値と湿度に応じて比熱を補正するための比熱補正値を算出する。なお、湿度補正部１６０の機能については詳細を後述する。
【００４５】
また、演算部１１２は、現在吸気Ｏ２濃度算出部１０５において算出された現在吸気Ｏ２濃度に、湿度補正部１６０において算出された吸気Ｏ２濃度補正値を乗算することにより補正後吸気Ｏ２濃度を算出する。また、演算部１１３では、過渡補正係数算出部１０６の入力として用いられる吸気Ｏ２濃度比が算出される。吸気Ｏ２濃度比は、ベース吸気Ｏ２濃度算出部１０４において算出されたベース吸気Ｏ２濃度に対する、演算部１１２において算出された補正後吸気Ｏ２濃度の比として算出される。
【００４６】
過渡補正係数算出部１０６は、演算部１１１において演算されたＡ／Ｆ比と演算部１１３において演算された吸気Ｏ２濃度比とを入力値として、エンジンが定常状態にある時の値（ベースＳｏｏｔ排出量）に対する過渡時のＳｏｏｔ排出量の増減を補正するための過渡補正係数を算出する。図６は、Ａ／Ｆ比と吸気Ｏ２濃度比から過渡補正係数を特定するマップの一例を示す図である。ここでは、例えば図６に示すマップに従い過渡補正係数を算出する。また、比熱補正係数算出部１０７は、湿度補正部１６０において算出された比熱補正値の入力を受けて比熱補正係数を算出する。なお、比熱補正係数算出部１０７の機能については、後に詳細に説明する。
【００４７】
演算部１１４では、ベースＳｏｏｔマップ１０１において算出されたベースＳｏｏｔ排出量に過渡補正係数算出部１０６において算出された過渡補正係数を乗算することにより過渡補正後のＳｏｏｔ排出量が算出される。より具体的には、ベースＡ／Ｆおよびベース吸気Ｏ２濃度をそれぞれ基準としたＡ／Ｆ比および吸気Ｏ２濃度比に基づく過渡補正係数を利用することで、ベースＳｏｏｔ排出量を基礎としつつ過渡的な空燃比および吸気Ｏ２濃度の変化の影響が考慮されたＳｏｏｔ排出量を算出することができる。
【００４８】
演算部１１５では、演算部１１４において演算された過渡補正後のＳｏｏｔ排出量に比熱補正係数算出部１０７において算出された比熱補正係数が乗算される。環境補正部１０８では、冷却水温や気圧等の環境条件をＳｏｏｔ排出量に反映させる為の補正が行われ、最終的なＳｏｏｔ排出量が算出される。
【００４９】
（Ｓｏｏｔ排出量の湿度補正について）
次に、湿度補正部１６０が備える湿度補正機能について詳細に説明する。筒内から排出されるＳｏｏｔ排出量は、筒内に吸入される吸気の湿度に応じて変化する。湿度によるＳｏｏｔ排出量の変化の主因としては、筒内に吸入される吸入吸気に含まれる酸素濃度である吸気Ｏ２濃度の変化と、吸入空気の比熱の変化との２つが挙げられる。図７は、吸気Ｏ２濃度及び当量比に対するＳｏｏｔ排出量を示す図である。この図に示すように、燃料１ｇ当たりのＳｏｏｔ排出量（g/g）は、吸気Ｏ２濃度及び当量比の変化に対して感度を有している。一方において、Ｓｏｏｔ排出量は、比熱の変化に対して特段の感度を有していないことが知られている。このため、吸気Ｏ２濃度の変化に対してＳｏｏｔ排出量の感度が大きい領域は、Ｓｏｏｔ排出量の変化に対して吸気Ｏ２濃度の変化が支配的であり、比熱の変化の影響は相対的に小さいものとなる。これに対して、吸気Ｏ２濃度の変化に対してＳｏｏｔ排出量の感度が小さい領域は、湿度変化によって吸気Ｏ２濃度が変化してもＳｏｏｔ排出量は殆ど変わらない。このような領域は、Ｓｏｏｔ排出量の変化に対して比熱の変化が支配的となり、吸気Ｏ２濃度変化の影響は相対的に小さいものとなる。
【００５０】
Ｓｏｏｔ排出量に対する湿度の影響を補正する方法として、例えば、吸気Ｏ２濃度、比熱、及び当量比等の運転条件の変化に対するＳｏｏｔ排出量の変化の関係を、関数又は多次元マップ等を用いて算出することが考えられる。しかしながら、このような高度な演算は演算負荷の増大を招いてしまう。また、吸気Ｏ２濃度が変化すると比熱も変化するため、吸気Ｏ２濃度の湿度補正と比熱の湿度補正を同時に行うと湿度の影響が重複して補正され、結果的に誤補正を招くおそれがある。このため、Ｓｏｏｔ排出量の感度に対してより支配的なパラメータを選択して補正することができれば、演算負荷を軽減しつつＳｏｏｔ排出量の推定精度を向上することが可能となる。
【００５１】
そこで、本実施の形態のＳｏｏｔ排出量推定制御では、吸気Ｏ２濃度と比熱とにより特定される図７に示す運転領域が、吸気Ｏ２濃度又は比熱の変化に対するＳｏｏｔ排出量の感度の高いＡ領域と、吸気Ｏ２濃度又は比熱の変化に対するＳｏｏｔ排出量の感度の低いＢ領域とに区分される。そして、湿度補正部１６０は、現在の運転領域がＡ領域に属する場合には、吸気Ｏ２濃度に対する湿度の影響を補正するとともに比熱に対する補正を制限する。また、湿度補正部１６０は、現在の運転領域がＢ領域に属する場合には、比熱に対する湿度の影響を補正するとともに吸気Ｏ２濃度に対する補正は制限する。このような制御によれば、Ｓｏｏｔ排出量推定制御において、湿度の影響を補正する対象を、Ｓｏｏｔ排出量の感度に対してより支配的な対象に切り替えることが行われるので、演算負荷を抑制しつつＳｏｏｔ排出量の推定精度を高めることができる。また、吸気Ｏ２濃度が変化すると比熱も変化する。本実施の形態のＳｏｏｔ排出量推定制御では、湿度の影響を補正する対象を、Ｓｏｏｔ排出量の感度に対してより支配的な対象に切り替えることが行われるので、湿度の影響が重複して補正されることができる。
【００５２】
次に、フローチャートを参照して、湿度補正部１６０において実行される湿度補正動作の具体的処理について説明する。図８は、湿度補正部１６０において実行される湿度補正動作のルーチンを示すフローチャートである。なお、湿度補正部１６０には、吸気Ｏ２濃度補正値を算出するための機能と比熱補正値を算出するための機能が含まれる。図９は、湿度補正部１６０が備える機能のうち、吸気Ｏ２濃度補正値を算出するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。また、図１０は、湿度補正部１６０が備える機能のうち、比熱補正値を算出するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。以下、図９及び図１０も適宜参照して、図８に示すルーチンにおいて実行される制御の詳細について説明する。
【００５３】
図８に示すステップＳ１では、湿度センサ付きエアフローメータ５４によって計測される吸入空気量“Ga”と絶対湿度“AH”、現在吸気Ｏ２濃度算出部１０５において算出された現在吸気Ｏ２濃度“D”、現在Ａ／Ｆ算出部１０３において算出された現在Ａ／Ｆから得られる当量比“Φ”、ＥＧＲ率算出部１５２において算出されたＥＧＲ率“EGR”が湿度補正部１６０に入力される。次のステップＳ２では、現在の運転条件のうち、吸気Ｏ２濃度と当量比とから特定される運転領域が図７に示すＡ領域に属するか否かが判定される。その結果、現在の運転条件がＡ領域に属すると判定された場合には、吸気Ｏ２濃度に対して湿度補正を行うべきと判断されて、次のステップＳ３へ移行する。一方、現在の運転条件がＢ領域に属すると判定された場合には、比熱に対して湿度補正を行うべきと判断されて、次のステップＳ４へ移行する。
【００５４】
ステップＳ３では、吸気Ｏ２濃度補正値が算出される。ここでは、より詳しくは、湿度補正部１６０が備える機能のうち、図９に示す機能ブロックによる演算が実行される。図９に示す機能ブロックは、乾燥空気量算出部１２１、乾燥吸気Ｏ２濃度算出部１２２、ベース吸気Ｏ２濃度マップ１２３、及び吸気Ｏ２濃度補正値算出部１２４により構成されている。
【００５５】
乾燥空気量算出部１２１は、湿度センサ付きのエアフローメータ５４により計測された吸入空気量“Ga”と絶対湿度“AH”を入力値として、次式（６）を用いることにより、乾燥空気量“AirD”［g/s］を算出する。
【００５６】
【数６】
2016160855.tif 000008
【００５７】
乾燥吸気Ｏ２濃度算出部１２２は、乾燥空気量算出部１２１において算出された乾燥空気量“AirD”、公知の任意の手法で取得した筒内ガス量“Gcyl”、及び現在Ａ／Ｆから得られる空気過剰率“λ”を入力値として、次式（７）を用いることにより、乾燥吸気Ｏ２濃度“O2inD”を算出する。
【００５８】
【数７】
2016160855.tif 000009
【００５９】
また、ベース吸気Ｏ２濃度マップ１２３は、回転速度センサ５２を用いて検出されるエンジン回転速度“Ne”と燃料噴射弁８の指令燃料噴射量“Q”とを引数として、現在の運転領域（すなわち燃料噴射量“Q”とエンジン回転速度“Ne”とで規定される運転領域）において吸気Ｏ２濃度の基本値（すなわち定常状態での値）であるベース吸気Ｏ２濃度“O2inbse”を算出する。
【００６０】
吸気Ｏ２濃度補正値算出部１２４は、乾燥吸気Ｏ２濃度“O2inD”及びベース吸気Ｏ２濃度“O2inbse”を入力値として、次式（８）を用いることにより、ベース吸気Ｏ２濃度“O2inbse”に対する乾燥吸気Ｏ２濃度“O2inD”の割合として定義される吸気Ｏ２濃度補正値を算出する。
【００６１】
【数８】
2016160855.tif 000010
【００６２】
上記ステップＳ２において現在の運転領域がＡ領域であることが判定されて上記ステップＳ３の処理が実行されると、次にステップＳ５へと移行する。ステップＳ５では、エミッション推定モデル１００に入力される吸気Ｏ２濃度補正値に、ステップＳ３において算出された吸気Ｏ２濃度補正値（O2inD/O2inbse）が反映されるとともに、エミッション推定モデル１００に入力される比熱補正値に無効値が反映される。エミッション推定モデル１００の演算部１１２では、入力された吸気Ｏ２濃度補正値（O2inD/O2inbse）を用いて、現在吸気Ｏ２濃度を補正する。一方、エミッション推定モデル１００の比熱補正係数算出部１０７では、比熱補正値としての無効値の入力を受けて比例補正係数として定数“１”を出力する。この場合、演算部１１５では、Ｓｏｏｔ排出量に比例補正係数“１”が乗算されるため、Ｓｏｏｔ排出量に対する比熱補正は行われない。
【００６３】
また、ステップＳ４では、比熱補正値が算出される。ここでは、より詳しくは、湿度補正部１６０が備える機能のうち、図１０に示す機能ブロックによる演算が実行される。図１０に示す機能ブロックは、吸入湿潤空気分子量算出部１３１、吸入湿潤空気比熱算出部１３２、吸気ガス分子量算出部１３３、吸気ガス比熱算出部１３４、ベース比熱マップ１３５、及び比熱補正値算出部１３６により構成されている。
【００６４】
吸入湿潤空気分子量算出部１３１は、湿度センサ付きのエアフローメータ５４により計測された吸入空気量“Ga”と絶対湿度“AH”を入力値として、次式（９）を用いることにより、吸入湿潤空気の分子量“Mair_w”を算出する。
【００６５】
【数９】
2016160855.tif 000011
【００６６】
吸入湿潤空気比熱算出部１３２は、吸入湿潤空気分子量算出部１３１において算出された吸入湿潤空気の分子量“Mair_w”、乾燥空気比熱“Cvair_d”、及び水比熱“Cvw”を入力値として、次式（１０）を用いることにより、吸入湿潤空気の比熱“Cvair_w”を算出する。
【００６７】
【数１０】
2016160855.tif 000012
【００６８】
また、吸気ガス分子量算出部１３３は、吸入湿潤空気分子量算出部１３１において算出された吸入湿潤空気の分子量“Mair_w”、ＥＧＲガスの分子量“Megr”を入力値として、次式（１１）を用いることにより、吸入湿潤空気とＥＧＲガスとの和である吸気ガスの分子量“Mgas”を算出する。
【００６９】
【数１１】
2016160855.tif 000013
【００７０】
次の吸気ガス比熱算出部１３４は、吸入湿潤空気の比熱“Cvair_w”、吸入湿潤空気の分子量“Mair_w”、ＥＧＲガスの比熱“Cvegr”、及び吸気ガスの分子量“Mgas”を入力値として、次式（１２）を用いることにより、吸気ガスの比熱“Cvgas”を算出する。
【００７１】
【数１２】
2016160855.tif 000014
【００７２】
ベース比熱マップ１３５は、回転速度センサ５２を用いて検出されるエンジン回転速度“Ne”と燃料噴射弁８の指令燃料噴射量“Q”とを引数として、現在の運転領域（すなわち燃料噴射量“Q”とエンジン回転速度“Ne”とで規定される運転領域）において吸気ガスの比熱の基本値（すなわち定常状態での値）であるベース吸気ガス比熱“Cvgasbse”を算出する。図１１は、エンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対するベース吸気ガス比熱の関係を規定したマップの一例を示す図である。ベース比熱マップ１３５には、例えば図１１に示すマップが記憶されており、このマップを用いて、入力されたエンジン回転速度及び指令燃料噴射量に対するベース吸気ガス比熱が算出される。
【００７３】
比熱補正値算出部１３６は、吸気ガスの比熱“Cvgas”及びベース吸気ガス比熱“Cvbse”を入力値として、次式（１３）を用いることにより、ベース吸気ガス比熱“Cvbse”に対する吸気ガスの比熱“Cvgas”の割合として定義される比熱補正値を算出する。
【００７４】
【数１３】
2016160855.tif 000015
【００７５】
上記ステップＳ２において現在の運転領域がＡ領域ではない（すなわちＢ領域である）ことが判定されて上記ステップＳ４の処理が実行されると、次にステップＳ６へと移行する。ステップＳ６では、エミッション推定モデル１００に入力される比熱補正値にステップＳ４において算出された比熱補正値（Cvgas/Cvbse）が反映されるとともに、エミッション推定モデル１００に入力される吸気Ｏ２濃度補正値に定数“１”が反映される。エミッション推定モデル１００の比熱補正係数算出部１０７では、入力された比熱補正値（Cvgas/Cvbse）を用いて比熱補正係数が算出される。図１２は、比熱補正値に対する比熱補正係数の関係を規定した比熱補正値マップの一例を示す図である。比熱補正係数算出部１０７では、例えば図１２に示す比熱補正値マップを用いて、入力された比熱補正値に対応する比熱補正係数が算出される。算出された比熱補正係数は演算部１１５に入力される。演算部１１５では、過渡補正後のＳｏｏｔ排出量に比熱補正係数を乗算して得られた値を比熱補正後のＳｏｏｔ排出量として出力する。一方、演算部１１２には、吸気Ｏ２濃度補正値として定数“１”が入力される。この場合、演算部１１２では、現在吸気Ｏ２濃度に定数“１”が乗算されるため、現在吸気Ｏ２濃度に対する吸気Ｏ２濃度補正は行われない。
【００７６】
このように、本実施の形態のエミッション推定モデル１００によれば、Ｓｏｏｔ排出量の推定制御において、湿度の影響によるＳｏｏｔ排出量の変化の主因を特定して当該主因に対して補正を施すことができるので、演算負荷を抑制しつつＳｏｏｔ排出量の推定精度を高めることができる。
【００７７】
ところで、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００７８】
上述の実施の形態１では、湿度センサ付きエアフローメータ５４を用いて絶対湿度と吸入空気量を検出することとしたが、湿度センサをエアフローメータから独立して設ける構成でもよい。また、湿度センサは、絶対湿度を検出する湿度センサに限らず、相対湿度を検出する湿度センサを用いて、このことは、後述する実施の形態２についても適用される。
【００７９】
なお、上述した実施の形態１では、エミッション推定モデル１００が上記第１の発明の「エミッション推定装置」に相当し、Ｓｏｏｔ排出量が上記第１の発明の「エミッション排出量」に相当し、湿度センサ付きエアフローメータ５４が上記第１の発明の「湿度検出手段」に相当し、領域Ａが上記第１の発明の「第１運転領域」に相当し、領域Ｂが上記第１の発明の「第２運転領域」に相当し、湿度補正部１６０及び演算部１１２が上記第１の発明の「吸気Ｏ２濃度補正手段」に相当し、湿度補正部１６０、比熱補正係数算出部１０７及び演算部１１５が上記第１の発明の「比熱補正手段」に相当している。また、上述した実施の形態１では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ２、Ｓ３及びＳ５又はステップＳ２、Ｓ４及びＳ６の処理を実行することにより上記第１の発明における「エミッション排出量推定手段」が実現されている。
【００８０】
また、上述した実施の形態１では、Ｓｏｏｔ排出量が上記第２の発明の「Ｓｏｏｔ排出量」に相当している。
【００８１】
また、上述した実施の形態１では、ベースＳｏｏｔマップ１０１が上記第３の発明の「基本Ｓｏｏｔ排出量算出手段」に相当し、ベースＡ／Ｆ算出部１０２が上記第３の発明の「基本空燃比算出手段」に相当し、ベース吸気Ｏ２濃度算出部１０４が上記第３の発明の「基本吸気Ｏ２濃度算出手段」に相当し、現在Ａ／Ｆ算出部１０３が上記第３の発明の「推定空燃比算出手段」に相当し、過渡補正係数算出部１０６及び演算部１１４が上記第３の発明の「過渡補正手段」に相当している。
【００８２】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、エミッション推定モデル１００が備える機能のうち、湿度補正を行うことによりＳｏｏｔ排出量を高精度に推定する機能について説明した。本実施の形態２では、エミッション推定モデル１００が備える推定機能のうち、湿度補正を行うことにより筒内から排出されるＮＯｘ排出量を高精度に推定する機能について説明する。なお、以下の説明で用いるＮＯｘ排出量は、燃料１ｇ当たり筒内から排気されるＮＯｘ量（g/g）を指すものとする。
【００８３】
（ＮＯｘ排出量の湿度補正について）
筒内から排出されるＮＯｘ排出量は、筒内に吸入される吸気の湿度に応じて変化する。このことは上述したＳｏｏｔ排出量と同様であり、その主因が筒内に吸入される吸入吸気に含まれる酸素濃度である吸気Ｏ２濃度の変化と、吸入空気の比熱の変化である点も同様である。但し、Ｓｏｏｔ排出量が吸気Ｏ２濃度と当量比によって表される運転領域において感度分布を有していたのに対し、ＮＯｘ排出量は吸気Ｏ２濃度の大きさのみによって所定の感度分布を有する。
【００８４】
図１３は、吸気Ｏ２濃度に対するＮＯｘ排出量の関係を示す図である。この図に示すように、ＮＯｘ排出量は、吸気Ｏ２濃度が大きくなるにつれてその感度が増大している。一方において、ＮＯｘ排出量は、比熱の変化に対して変化するものの吸気Ｏ２濃度の変化に対する感度ほどの有意な感度を有していないことが知られている。このため、吸気Ｏ２濃度の変化に対してＮＯｘ排出量の感度が大きい領域は、ＮＯｘ排出量の変化に対して吸気Ｏ２濃度の変化が支配的であり、比熱の変化の影響は相対的に小さいものとなる。これに対して、吸気Ｏ２濃度の変化に対してＮＯｘ排出量の感度が小さい領域は、湿度変化によって吸気Ｏ２濃度が変化してもＮＯｘ排出量は殆ど変わらない。このような領域は、ＮＯｘ排出量の変化に対して比熱の変化が支配的となり、吸気Ｏ２濃度変化の影響は相対的に小さいものとなる。このため、Ｓｏｏｔ排出量の場合と同様に、ＮＯｘ排出量の感度に対してより支配的なパラメータを選択して補正することができれば、演算負荷を軽減しつつＮＯｘ排出量の推定精度を向上することが可能となる。
【００８５】
そこで、本実施の形態のＮＯｘ排出量推定制御では、吸気Ｏ２濃度により特定される図１３に示す運転領域が、吸気Ｏ２濃度の変化に対するＮＯｘ排出量の感度の高いＡ領域と、吸気Ｏ２濃度の変化に対するＮＯｘ排出量の感度の低いＢ領域とに区分される。より詳しくは、吸気Ｏ２濃度が所定濃度より大きい領域がＡ領域とされ、吸気Ｏ２濃度が所定濃度以下の領域がＢ領域とされる。なお、所定濃度は、例えば、吸気Ｏ２濃度に対するＮＯｘ濃度の変化量が感度が高いことを示す所定の値となる濃度に設定される。そして、湿度補正部１６０は、現在の運転領域がＡ領域に属する場合には、吸気Ｏ２濃度に対する湿度の影響を補正するとともに比熱に対する補正を制限する。また、湿度補正部１６０は、現在の運転領域がＢ領域に属する場合には、比熱に対する湿度の影響を補正するとともに吸気Ｏ２濃度に対する補正は制限する。このような制御によれば、ＮＯｘ排出量推定制御において、湿度の影響を補正する対象を、ＮＯｘ排出量の感度に対してより支配的な対象に切り替えることが行われるので、演算負荷を抑制しつつＮＯｘ排出量の推定精度を高めることができる。また、吸気Ｏ２濃度が変化すると比熱も変化する。本実施の形態のＮＯｘ排出量推定制御では、湿度の影響を補正する対象を、ＮＯｘ排出量の感度に対してより支配的な対象に切り替えることが行われるので、湿度の影響が重複して補正されることができる。なお、湿度補正部１６０において実行される湿度補正動作の具体的処理については、図７のマップに代えて図１４のマップを用いること以外は上述した実施の形態１における処理と同様のため、その説明を省略する。
【００８６】
（ＮＯｘ排出量推定制御）
本実施の形態のエミッション推定モデル１００には、運転中に筒内から排出されるＮＯｘ排出量を推定する機能が含まれる。図１５は、エミッション推定モデル１００が備える推定機能のうち、筒内から排出されるＮＯｘ排出量を推定するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。以下、図１５を参照して、ＮＯｘ排出量を推定するためのモデル構成について詳細に説明する。
【００８７】
図１５に示すエミッション推定モデル１００は、補正前吸気Ｏ２濃度算出部２１１、平均噴射時期算出部２１２、ＮＯｘ排出量算出部２１３、比熱補正係数算出部２１４、及び演算部２２１，２２２を備えている。
【００８８】
補正前吸気Ｏ２濃度算出部２１１は、上述した現在Ａ／Ｆ算出部１０３及び現在吸気Ｏ２濃度算出部１０５と同様の演算を行い補正前の現在の吸気Ｏ２濃度である補正前吸気Ｏ２濃度を算出する。演算部２２１は、補正前吸気Ｏ２濃度算出部２１１において算出された補正前吸気Ｏ２濃度に、湿度補正部１６０において算出された吸気Ｏ２濃度補正値を乗算することにより補正後吸気Ｏ２濃度を算出する。平均噴射時期算出部２１２は、公知の手法を用いて全ての有効噴射の噴射時期及び噴射量が反映された平均噴射時期を算出する。
【００８９】
演算部２２１において演算された補正後吸気Ｏ２濃度及び平均噴射時期算出部２１２において算出された平均噴射時期、噴射量及びエンジン回転速度はＮＯｘ排出量算出部２１３に入力される。ＮＯｘ排出量算出部２１３は、補正後吸気Ｏ２濃度のべき乗と、平均噴射時期のべき乗と噴射量のべき乗とエンジン回転速度べき乗からなる以下の式（１）に基づいて、ＮＯｘ排出量を算出する。なお、次式（１）におけるべき乗の指数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、エンジンの機種や特性に応じて設定される。
ＮＯｘ排出量＝exp^Ａ×（補正後吸気Ｏ２濃度）^Ｂ×（平均噴射時期）^Ｃ×（噴射量）^Ｄ×（エンジン回転速度）^Ｅ    ・・・（１）
【００９０】
比熱補正係数算出部２１４は、上述した比熱補正係数算出部１０７と同様の演算を行うことにより比熱補正係数を算出する。演算部２２２では、ＮＯｘ排出量算出部２１３において算出されたＮＯｘ排出量に比熱補正係数算出部２１４において算出された比熱補正係数が乗算される。これにより、最終的なＮＯｘ排出量が算出される。
【００９１】
このように、本実施の形態のエミッション推定モデル１００によれば、ＮＯｘ排出量の推定制御において、湿度の影響によるＮＯｘ排出量の変化の主因を特定して当該主因に対して補正を施すことができるので、演算負荷を抑制しつつＮＯｘ排出量の推定精度を高めることができる。
【００９２】
なお、上述した実施の形態２では、エミッション推定モデル１００が上記第１の発明の「エミッション推定装置」に相当し、ＮＯｘ排出量が上記第１の発明の「エミッション排出量」に相当し、湿度センサ付きエアフローメータ５４が上記第１の発明の「絶対湿度検出手段」に相当し、領域Ａが上記第１の発明の「第１運転領域」に相当し、領域Ｂが上記第１の発明の「第２運転領域」に相当し、湿度補正部１６０及び演算部２２１が上記第１の発明の「吸気Ｏ２濃度補正手段」に相当し、湿度補正部１６０、比熱補正係数算出部２１４及び演算部２２２が上記第１の発明の「比熱補正手段」に相当している。また、上述した実施の形態２では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ２、Ｓ３及びＳ５又はステップＳ２、Ｓ４及びＳ６の処理を実行することにより上記第１の発明における「エミッション排出量推定手段」が実現されている。
【００９３】
また、上述した実施の形態２では、ＮＯｘ排出量が上記第５の発明の「ＮＯｘ排出量」に相当している。
【００９４】
また、上述した実施の形態２では、補正前吸気Ｏ２濃度算出部２１１が上記第６の発明の「推定吸気Ｏ２濃度算出手段」に相当し、ＮＯｘ排出量算出部２１３が上記第６の発明の「基本ＮＯｘ排出量算出手段」に相当している。
【符号の説明】
【００９５】
２  エンジン本体
４  インテークマニホールド
６  エキゾーストマニホールド
８  燃料噴射弁
１０  吸気通路
１２  排気通路
１４  コンプレッサ
１６  タービン
１８  可変ノズル
２０  エアクリーナ
２２  インタークーラ
２４  ディーゼルスロットル
２５  酸化触媒
３０  ＥＧＲ通路
３２  ＥＧＲ弁
３４  ＥＧＲクーラ
３６  バイパス通路
３８  バイパス弁
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
５２  回転速度センサ
５４  エアフローメータ
５６  アクセル開度センサ
５８  差圧センサ
６２  ＮＯｘセンサ
６４  ＰＭセンサ
１００  エミッション推定モデル
１０１  ベースＳｏｏｔマップ
１０２  ベースＡ／Ｆ算出部
１０３  現在Ａ／Ｆ算出部
１０４  ベース吸気Ｏ２濃度算出部
１０５  現在吸気Ｏ２濃度算出部
１０６  過渡補正係数算出部
１０７  比熱補正係数算出部
１０８  環境補正部
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５  演算部
１２１  乾燥空気量算出部
１２２  乾燥吸気Ｏ２濃度算出部
１２３  ベース吸気Ｏ２濃度マップ
１２４  吸気Ｏ２濃度補正値算出部
１３１  吸入湿潤空気分子量算出部
１３２  吸入湿潤空気比熱算出部
１３３  吸気ガス分子量算出部
１３４  吸気ガス比熱算出部
１３５  ベース比熱マップ
１３６  比熱補正値算出部
１５０  目標新気量マップ
１５１  目標ＥＧＲ率マップ
１５２  ＥＧＲ率算出部
１６０  湿度補正部
２１１  補正前吸気Ｏ２濃度算出部
２１２  平均噴射時期算出部
２１３  ＮＯｘ排出量算出部
２１４  比熱補正係数算出部
２２１，２２２  演算部
３００  触媒制御ブロック
【図１】
2016160855.tif 000016
【図２】
2016160855.tif 000017
【図３】
2016160855.tif 000018
【図４】
2016160855.tif 000019
【図５】
2016160855.tif 000020
【図６】
2016160855.tif 000021
【図７】
2016160855.tif 000022
【図８】
2016160855.tif 000023
【図９】
2016160855.tif 000024
【図１０】
2016160855.tif 000025
【図１１】
2016160855.tif 000026
【図１２】
2016160855.tif 000027
【図１３】
2016160855.tif 000028
【図１４】
2016160855.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月21日(2015.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内から排出されるＳｏｏｔ又はＮＯｘの排出量を推定するエミッション推定装置に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、演算負荷を抑制しつつＳｏｏｔ排出量又はＮＯｘ排出量を高精度に推定することのできる内燃機関のエミッション推定装置を提供することを目的とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本実施の形態に係るエンジンシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、エンジンシステムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る推定装置はＥＣＵ５０の一つの機能として具現化されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
そこで、本実施の形態のＮＯｘ排出量推定制御では、吸気Ｏ２濃度により特定される図１３に示す運転領域が、吸気Ｏ２濃度の変化に対するＮＯｘ排出量の感度の高いＡ領域と、吸気Ｏ２濃度の変化に対するＮＯｘ排出量の感度の低いＢ領域とに区分される。より詳しくは、吸気Ｏ２濃度が所定濃度より大きい領域がＡ領域とされ、吸気Ｏ２濃度が所定濃度以下の領域がＢ領域とされる。なお、所定濃度は、例えば、吸気Ｏ２濃度に対するＮＯｘ濃度の変化量が感度が高いことを示す所定の値となる濃度に設定される。そして、湿度補正部１６０は、現在の運転領域がＡ領域に属する場合には、吸気Ｏ２濃度に対する湿度の影響を補正するとともに比熱に対する補正を制限する。また、湿度補正部１６０は、現在の運転領域がＢ領域に属する場合には、比熱に対する湿度の影響を補正するとともに吸気Ｏ２濃度に対する補正は制限する。このような制御によれば、ＮＯｘ排出量推定制御において、湿度の影響を補正する対象を、ＮＯｘ排出量の感度に対してより支配的な対象に切り替えることが行われるので、演算負荷を抑制しつつＮＯｘ排出量の推定精度を高めることができる。また、吸気Ｏ２濃度が変化すると比熱も変化する。本実施の形態のＮＯｘ排出量推定制御では、湿度の影響を補正する対象を、ＮＯｘ排出量の感度に対してより支配的な対象に切り替えることが行われるので、湿度の影響が重複して補正されることができる。なお、湿度補正部１６０において実行される湿度補正動作の具体的処理については、図７のマップに代えて図１３のマップを用いること以外は上述した実施の形態１における処理と同様のため、その説明を省略する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
（ＮＯｘ排出量推定制御）
本実施の形態のエミッション推定モデル１００には、運転中に筒内から排出されるＮＯｘ排出量を推定する機能が含まれる。図１４は、エミッション推定モデル１００が備える推定機能のうち、筒内から排出されるＮＯｘ排出量を推定するための機能ブロックを抽出した制御ブロック図である。以下、図１４を参照して、ＮＯｘ排出量を推定するためのモデル構成について詳細に説明する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
図１４に示すエミッション推定モデル１００は、補正前吸気Ｏ２濃度算出部２１１、平均噴射時期算出部２１２、ＮＯｘ排出量算出部２１３、比熱補正係数算出部２１４、及び演算部２２１，２２２を備えている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
演算部２２１において演算された補正後吸気Ｏ２濃度及び平均噴射時期算出部２１２において算出された平均噴射時期、噴射量及びエンジン回転速度はＮＯｘ排出量算出部２１３に入力される。ＮＯｘ排出量算出部２１３は、補正後吸気Ｏ２濃度のべき乗と、平均噴射時期のべき乗と噴射量のべき乗とエンジン回転速度べき乗からなる以下の式（１４）に基づいて、ＮＯｘ排出量を算出する。なお、次式（１４）におけるべき乗の指数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、エンジンの機種や特性に応じて設定される。
ＮＯｘ排出量＝exp^Ａ×（補正後吸気Ｏ２濃度）^Ｂ×（平均噴射時期）^Ｃ×（噴射量）^Ｄ×（エンジン回転速度）^Ｅ    ・・・（１４）