(57)【要約】【課題】エンジン排出ＮＯｘ濃度の推定精度を効果的に向上させる。【解決手段】内燃機関１０から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、内燃機関１０の回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて、内燃機関１０から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算部５１と、内燃機関１０の燃料噴射タイミングに基づいて設定される所定の第１補正値を基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、内燃機関１０から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算部５２とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、
前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、
前記内燃機関の燃料噴射タイミングに基づいて設定される所定の第１補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える
排気ガス推定装置。
【請求項２】
前記内燃機関のインジェクタに蓄圧燃料を供給するコモンレールの圧力を検出するコモンレール圧検出手段をさらに備え、
前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記コモンレール圧検出手段によって検出されるコモンレール圧から設定される所定の第２補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算する
請求項１に記載の排気ガス推定装置。
【請求項３】
前記内燃機関の冷却水循環路を流れる冷却水温を検出する冷却水温検出手段をさらに備え、
前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記冷却水温検出手段によって検出される冷却水温から設定される所定の第３補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算する
請求項１又は２に記載の排気ガス推定装置。
【請求項４】
内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、
前記内燃機関のインジェクタに蓄圧燃料を供給するコモンレールの圧力を検出するコモンレール圧検出手段と、
前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、
前記コモンレール圧検出手段によって検出されるコモンレール圧から設定される所定の第２補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える
排気ガス推定装置。
【請求項５】
内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、
前記内燃機関の冷却水循環路を流れる冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、
前記冷却水温検出手段によって検出される冷却水温から設定される所定の第３補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える
排気ガス推定装置。
【請求項６】
前記内燃機関の筒内の酸素濃度を取得する酸素濃度取得手段をさらに備え、
前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記酸素濃度取得手段によって取得される酸素濃度から設定される所定の第４補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算する
請求項１から５の何れか一項に記載の排気ガス推定装置。
【請求項７】
前記内燃機関の筒内に吸入される吸入空気温度を取得する吸入空気温度取得手段をさらに備え、
前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記吸入空気温度取得手段によって取得される吸入空気温度から設定される所定の第５補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算する
請求項１から６の何れか一項に記載の排気ガス推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス推定装置に関し、特に、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素化合物濃度（以下、エンジン排出ＮＯｘ濃度という）の推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気エミッション性能の向上を図るには、エンジン排出ＮＯｘ濃度を高精度に検出する必要がある。エンジン排出ＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられたＮＯｘセンサによって検出するのが一般的である。また、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率等を検知するには、ＮＯｘ触媒の上流側及び下流側にＮＯｘセンサをそれぞれ設ける必要がある。
【０００３】
しかしながら、ＮＯｘセンサは、エンジン始動から暖気が完了するまでの所定期間は、ＮＯｘ濃度をセンシング可能な状態にならない課題がある。また、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率等を検知するために、ＮＯｘ触媒の上流及び下流にＮＯｘセンサをそれぞれ設けると、センサ数の増加によってコスト上昇を招く課題もある。
【０００４】
このため、ＮＯｘセンサを用いることなく、モデル式やマップ等に基づいてエンジン排出ＮＯｘ濃度を高精度に推定する要請がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０７６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、エンジン排出ＮＯｘ濃度は、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて参照されるマップ、或は、これらエンジン回転数及び燃料噴射量を入力値として含むモデル式等に基づいて推定される。しかしながら、実際のエンジン排出ＮＯｘ濃度は、燃料噴射タイミングやコモンレール圧、冷却水温等に応じて変化するため、エンジン回転数や燃料噴射量のみに基づいて推定する手法では、推定精度を十分に担保できない課題がある。
【０００７】
開示の装置は、エンジン排出ＮＯｘ濃度の推定精度を効果的に向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示の装置は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、前記内燃機関の燃料噴射タイミングに基づいて設定される所定の第１補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備える。
【０００９】
前記内燃機関のインジェクタに蓄圧燃料を供給するコモンレールの圧力を検出するコモンレール圧検出手段をさらに備え、前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記コモンレール圧検出手段によって検出されるコモンレール圧から設定される所定の第２補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算するものでもよい。
【００１０】
前記内燃機関の冷却水循環路を流れる冷却水温を検出する冷却水温検出手段をさらに備え、前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記冷却水温検出手段によって検出される冷却水温から設定される所定の第３補正値をさらに乗じることで前記推定ＮＯｘ濃度値を演算するものでもよい。
【００１１】
開示の装置は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、前記内燃機関のインジェクタに蓄圧燃料を供給するコモンレールの圧力を検出するコモンレール圧検出手段と、前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、前記コモンレール圧検出手段によって検出されるコモンレール圧から設定される所定の第２補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備えるものでもよい。
【００１２】
開示の装置は、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定する排気ガス推定装置であって、前記内燃機関の冷却水循環路を流れる冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、前記内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて、当該内燃機関から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値を演算する基準ＮＯｘ濃度値演算手段と、前記冷却水温検出手段によって検出される冷却水温から設定される所定の第３補正値を前記基準ＮＯｘ濃度値に乗じることで、前記内燃機関から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値を演算する推定ＮＯｘ濃度値演算手段と、を備えるものでもよい。
【００１３】
前記内燃機関の筒内の酸素濃度を取得する酸素濃度取得手段をさらに備え、前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記酸素濃度取得手段によって取得される酸素濃度から設定される所定の第４補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算するものでもよい。
【００１４】
前記内燃機関の筒内に吸入される吸入空気温度を取得する吸入空気温度取得手段をさらに備え、前記推定ＮＯｘ濃度値演算手段は、前記基準ＮＯｘ濃度値に、前記吸入空気温度取得手段によって取得される吸入空気温度から設定される所定の第５補正値をさらに乗じることで、前記推定ＮＯｘ濃度値を演算するものでもよい。
【発明の効果】
【００１５】
開示の装置によれば、エンジン排出ＮＯｘ濃度の推定精度を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ガス推定装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排気ガス推定装置を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気ガス推定装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１８】
図１は、本実施形態の排気ガス推定装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の全体構成図を示している。
【００１９】
エンジン１０の各気筒には、図示しない燃料ポンプによって加圧されてコモンレール１１内に蓄圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射する筒内インジェクタ１２がそれぞれ設けられている。筒内インジェクタ１２の燃料噴射量や噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０によってコントロールされる。
【００２０】
コモンレール１１には、燃料の噴射圧に相当するコモンレール圧を検出可能なコモンレール圧センサ４０が設けられている。コモンレール圧センサ４０によって検出されるコモンレール圧は、電気的に接続されたＥＣＵ５０に入力される。
【００２１】
エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには吸気通路１３が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気通路２０が接続されている。
【００２２】
吸気通路１３には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１４、ＭＡＦセンサ４１、過給機１５のコンプレッサ１５Ａ、インタークーラ１６、吸気温度センサ４６等が設けられている。ＭＡＦセンサ４１によって検出される吸気量及び、吸気温度センサ４６によって検出される吸気温度は、電気的に接続されたＥＣＵ５０にそれぞれ入力される。排気通路２０には、排気上流側から順に、過給機１５のタービン１５Ｂ、図示しない排気後処理装置等が設けられている。
【００２３】
排気再循環（ＥＧＲ）装置３０は、排気の一部を吸気系に環流するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲバルブ３３とを備えている。ＥＧＲクーラ３２よりも下流側のＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲクーラ３２によって冷却されたＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度センサ４２が設けられている。ＥＧＲガス温度センサ４２によって検出されるＥＧＲガス温度は、電気的に接続されたＥＣＵ５０に入力される。
【００２４】
エンジン回転数センサ４３は、エンジン１０の図示しないクランク軸の回転数Ｎｅを検出する。アクセル開度センサ４４は、筒内インジェクタ１２の燃料噴射量Ｑに相当するアクセルペダル踏み込み量を検出する。冷却水温センサ４５は、図１中に一部分のみを示すエンジン冷却水循環路３５を流れる冷却水の温度Ｔｃｌｎｔを検出する。これらセンサ４３〜４５のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ５０にそれぞれ入力される。
【００２５】
ＥＣＵ５０は、エンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ５０は、図２に示すように、基準ＮＯｘ濃度値演算部５１と、推定ＮＯｘ濃度値演算部５２とを一部の機能要素として有する。これらの各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２６】
基準ＮＯｘ濃度値演算部５１は、エンジン１０の運転状態に基づいてエンジン１０から排出される排気ガス中の基準ＮＯｘ濃度値ＮＯｘｒｅｆを演算する。より詳しくは、ＥＣＵ５０のメモリには、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準ＮＯｘ濃度値マップＭ１が予め記憶されている。基準ＮＯｘ濃度値演算部５１は、基準ＮＯｘ濃度値マップＭ１からエンジン回転数センサ４３及び、アクセル開度センサ４４のセンサ値に対応する値を読み取ることで、基準ＮＯｘ濃度値ＮＯｘｒｅｆを演算する。
【００２７】
推定ＮＯｘ濃度値演算部５２は、基準ＮＯｘ濃度値演算部５１から入力される基準ＮＯｘ濃度値ＮＯｘｒｅｆに、酸素濃度補正値Ａ、燃料噴射タイミング補正値Ｂ、コモンレール圧補正値Ｃ、冷却水温補正値Ｄ及び、筒内吸入空気温度補正値Ｅを乗算する以下の数式（１）に基づいて、エンジン１０から排出される排気ガス中の推定ＮＯｘ濃度値ＮＯｘＥＮＧ＿ｏｕｔを演算する。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
数式（１）において、Ｏ２ｃｙｌは現在の筒内酸素濃度、Ｏ２ｃｙｌ＿ｒｅｆは標準大気圧条件下の基準筒内酸素濃度、αＯ２は酸素濃度補正指数、ｅは自然対数の底、θｓｏｉは現在の燃料噴射タイミング、θｓｏｉ＿ｒｅｆは標準大気圧条件下の基準燃料噴射タイミング、βｓｏｉは燃料噴射タイミング補正係数、Ｐｒａｉｌは現在のコモンレール圧、Ｐｒａｉｌ＿ｒｅｆは標準大気圧条件下の基準コモンレール圧、βｒａｉｌはコモンレール圧補正係数、Ｔｃｌｎｔは現在の冷却水温、Ｔｃｌｎｔ＿ｒｅｆは標準大気圧条件下の基準冷却水温、βｃｌｎｔは冷却水温補正係数、Ｔｉｎｍは現在の吸気マニホールド１０Ａ内の吸気温度（以下、筒内吸入空気温度という）、Ｔｉｎｍ＿ｒｅｆは大気圧条件下の基準筒内吸入空気温度、αｉｎｍは筒内吸入空気温度補正指数をそれぞれ示している。以下、これら各補正値Ａ〜Ｅの詳細について説明する。
【００３０】
［酸素濃度補正値］
酸素濃度補正値Ａは、本発明の第４補正値であって、数式（１）に示すように、現在の筒内酸素濃度Ｏ２ｃｙｌを基準筒内酸素濃度Ｏ２ｃｙｌ＿ｒｅｆで除算した値を酸素濃度補正指数αＯ２だけ累乗することで算出される。現在の筒内酸素濃度Ｏ２ｃｙｌは、各種センサ類から入力される吸入空気量やＥＧＲガス量等に基づいて推定される。基準筒内酸素濃度Ｏ２ｃｙｌ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準酸素濃度マップＭ２から読み取られる。酸素濃度補正指数αＯ２は、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される酸素濃度補正指数マップＭ３から読み取られる。これら基準酸素濃度マップＭ２及び、酸素濃度補正指数マップＭ３は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
【００３１】
［燃料噴射タイミング補正値］
燃料噴射タイミング補正値Ｂは、本発明の第１補正値であって、数式（１）に示すように、現在の燃料噴射タイミングθｓｏｉから基準燃料噴射タイミングθｓｏｉ＿ｒｅｆを減算して燃料噴射タイミング補正係数βｓｏｉを乗じた値だけ自然対数の底ｅを累乗することで算出される。現在の燃料噴射タイミングθｓｏｉは、筒内インジェクタ１２への指示値から読み取られる。基準燃料噴射タイミングθｓｏｉ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準噴射タイミングマップＭ４から読み取られる。燃料噴射タイミング補正係数βｓｏｉは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される噴射タイミング補正係数マップＭ５から読み取られる。これら基準噴射タイミングマップＭ４及び、噴射タイミング補正係数マップＭ５は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
【００３２】
［コモンレール圧補正値］
コモンレール圧補正値Ｃは、本発明の第２補正値であって、数式（１）に示すように、現在のコモンレール圧Ｐｒａｉｌから基準コモンレール圧Ｐｒａｉｌ＿ｒｅｆを減算した値にコモンレール圧補正係数βｒａｉｌを乗ることで算出される。現在のコモンレール圧Ｐｒａｉｌは、コモンレール圧センサ４０のセンサ値から読み取られる。基準コモンレール圧Ｐｒａｉｌ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準コモンレール圧マップＭ６から読み取られる。コモンレール圧補正係数βｒａｉｌは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照されるコモンレール圧補正係数マップＭ７から読み取られる。これら基準コモンレール圧マップＭ６及び、コモンレール圧補正係数マップＭ７は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
【００３３】
［冷却水温補正値］
冷却水温補正値Ｄは、本発明の第３補正値であって、数式（１）に示すように、現在の冷却水温Ｔｃｌｎｔから基準冷却水温Ｔｃｌｎｔ＿ｒｅｆを減算した値に冷却水温補正係数βｃｌｎｔを乗ることで算出される。現在の冷却水温Ｔｃｌｎｔは、冷却水温センサ４５のセンサ値から読み取られる。基準冷却水温Ｔｃｌｎｔ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準冷却水温マップＭ８から読み取られる。冷却水温補正係数βｃｌｎｔは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される冷却水温補正係数マップＭ９から読み取られる。これら基準冷却水温マップＭ８及び、冷却水温補正係数マップＭ９は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
【００３４】
［筒内吸入空気温度補正値］
筒内吸入空気温度補正値Ｅは、本発明の第５補正値であって、数式（１）に示すように、現在の筒内吸入空気温度Ｔｉｎｍを基準筒内吸入空気温度Ｔｉｎｍ＿ｒｅｆで除算した値を筒内吸入空気温度補正指数αｉｎｍだけ累乗することで算出される。現在の筒内吸入空気温度Ｔｉｎｍは、各種センサ類から入力される吸入空気温度やＥＧＲガス温度等に基づいて推定される。基準筒内吸入空気温度Ｔｉｎｍ＿ｒｅｆは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される基準筒内吸入空気温度マップＭ１０から読み取られる。筒内吸入空気温度補正指数αｉｎｍは、エンジン回転数Ｎｅ及び、燃料噴射量Ｑに基づいて参照される筒内吸入空気温度補正指数マップＭ１１から読み取られる。これら基準筒内吸入空気温度マップＭ１０及び、筒内吸入空気温度補正指数マップＭ１１は、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶されている。
【００３５】
以上詳述したように、本実施形態の排気ガス推定装置は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて推定される基準ＮＯｘ濃度値ＮＯｘｒｅｆに、大気圧環境の変化に応じて設定される酸素濃度補正値Ａ、燃料噴射タイミング補正値Ｂ、コモンレール圧補正値Ｃ、冷却水温補正値Ｄ及び、筒内吸入空気温度補正値Ｅの各補正値を乗算することで、推定ＮＯｘ濃度値ＮＯｘＥＮＧ＿ｏｕｔを演算するように構成されている。これにより、エンジン１０から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を大気圧環境の変化の影響を受けることなく高精度に推定することが可能になる。
【００３６】
なお、本発明は、上述の実施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、適宜変形して実施することが可能である。
【００３７】
例えば、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  エンジン
１１  コモンレール
１２  筒内インジェクタ
１３  吸気通路
１４  エアクリーナ
１５  過給機
１５Ａ  コンプレッサ
１５Ｂ  タービン  
１６  インタークーラ
２０  排気通路
３０  ＥＧＲ装置
３１  ＥＧＲ通路
３２  ＥＧＲクーラ
３３  ＥＧＲバルブ
４０  コモンレール圧センサ
４１  ＭＡＦセンサ
４２  ＥＧＲガス温度センサ
４３  エンジン回転数センサ
４４  アクセル開度センサ
４５  冷却水温センサ
４６  吸気温度センサ
５０  ＥＣＵ
５１  基準ＮＯｘ濃度値演算部
５２  推定ＮＯｘ濃度値演算部
【図１】
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【図２】
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