(57)【要約】【課題】ＮＯｘ排出量を精度良く推定する。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００が、気筒１０内の燃焼領域における当量比を所定当量比としたときの最高筒内温度に基づいてＮＯｘ排出量を算出するＮＯｘ排出量算出部と、機関運転状態に基づいて基準図示平均有効圧力を算出する基準図示平均有効圧力算出部と、筒内圧力に基づいて図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧力算出部と、を備える。ＮＯｘ排出量算出部は、所定当量比を基準当量比として最高筒内温度を算出すると共に、当該最高筒内温度に基づいて算出されたＮＯｘ排出量を、図示平均有効圧力が基準図示平均有効圧力よりも高くなるほど少なくするか、又は所定当量比を、図示平均有効圧力が基準図示平均有効圧力よりも高くなるほど基準当量比よりも小さい当量比として最高筒内温度を算出し、当該最高筒内温度に基づいてＮＯｘ排出量を算出するように構成される。【選択図】図１
2017172541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の気筒の筒内圧力を検出するための筒内圧力センサと、
を備え、
前記気筒内で予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記気筒内の燃焼領域における当量比を所定当量比としたときの当該気筒内の１サイクル中における最高筒内温度に基づいて、当該気筒から排出されるＮＯｘ排出量を算出するＮＯｘ排出量算出部と、
機関運転状態に基づいて、前記気筒内の燃焼領域における当量比を予め決められた基準当量比としたときの基準図示平均有効圧力を算出する基準図示平均有効圧力算出部と、
前記筒内圧力に基づいて、図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧力算出部と、
を備え、
前記ＮＯｘ排出量算出部は、
前記所定当量比を前記基準当量比として前記最高筒内温度を算出すると共に、当該最高筒内温度に基づいて算出された前記ＮＯｘ排出量を、前記図示平均有効圧力が前記基準図示平均有効圧力よりも高くなるほど少なくするか、又は
前記所定当量比を、前記図示平均有効圧力が前記基準図示平均有効圧力よりも高くなるほど前記基準当量比よりも小さい当量比として前記最高筒内温度を算出し、当該最高筒内温度に基づいて前記ＮＯｘ排出量を算出するように構成される、
内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、気筒内の燃焼領域における当量比φが任意の当量比で均質であると仮定して気筒内の最高筒内温度を算出し、当該最高筒内温度に基づいて気筒内から排出される排気中のＮＯｘ量（以下「ＮＯｘ排出量」という。）を推定するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０２１４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで前述した従来の内燃機関の制御装置は、気筒内で拡散燃焼を実施することを前提とし、気筒内の燃焼領域における当量比φが１であると仮定して気筒内の最高筒内温度を算出していた。しかしながら、気筒内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合は、気筒内の燃焼領域における当量比が１よりも小さくなると共に、機関運転状態に応じて気筒内の燃焼領域における当量比も大きく変化する。そのため、前述した従来の内燃機関の制御装置では、気筒内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合のＮＯｘ排出量の推定精度が悪化するおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、気筒内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合であっても、ＮＯｘ排出量を精度良く推定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の気筒の筒内圧力を検出するための筒内圧力検出センサと、を備え、気筒内で予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、気筒内の燃焼領域における当量比を所定当量比としたときの当該気筒内の１サイクル中における最高筒内温度に基づいて、当該気筒から排出されるＮＯｘ排出量を算出するＮＯｘ排出量算出部と、機関運転状態に基づいて、気筒内の燃焼領域における当量比を予め決められた基準当量比としたときの基準図示平均有効圧力を算出する基準図示平均有効圧力算出部と、筒内圧力に基づいて、図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧力算出部と、を備える。そしてＮＯｘ濃度算出部は、所定当量比を基準当量比として最高筒内温度を算出すると共に、当該最高筒内温度に基づいて算出されたＮＯｘ排出量を、図示平均有効圧力が基準図示平均有効圧力よりも高くなるほど少なくするか、又は所定当量比を、図示平均有効圧力が基準図示平均有効圧力よりも高くなるほど基準当量比よりも小さい当量比として最高筒内温度を算出し、当該最高筒内温度に基づいてＮＯｘ排出量を算出するように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様によれば、気筒内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合であっても、ＮＯｘ排出量を精度良く推定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態による内燃機関の運転領域を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態によるＮＯｘ排出量推定制御について説明するフローチャートである。
【図４】図４は、最高筒内温度に基づいて、ＮＯｘ排出量を算出するためのテーブルである。
【図５】図５は、実図示有効平均圧力から基準図示平均有効圧力を減じた差分値に基づいて、ＮＯｘ補正量を算出するためのテーブルである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態によるＮＯｘ排出量推定制御について説明するフローチャートである。
【図７】図７は、実図示有効平均圧力と、基準図示平均有効圧力と、に基づいて、気筒内の燃焼領域における実当量比を算出するためのマップである。
【図８】図８は、実当量比に基づいてＮＯｘ補正量を算出するためのテーブルである。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態によるＮＯｘ排出量推定制御について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。
【００１１】
内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。
【００１２】
本実施形態による内燃機関は、各気筒１０内で予混合気（均質予混合気又は成層予混合気）を圧縮自着火燃焼させる予混合圧縮自着火燃焼と、各気筒１０内で圧縮空気に燃料を噴射して当該燃料を空気と混合させながら燃焼させる拡散燃焼と、を選択的に実施して機関本体１の運転を行うことできるように構成される。以下、内燃機関の各構成部品の詳細について説明する。
【００１３】
機関本体１は、各気筒１０内で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。また機関本体１には、各気筒１０の筒内圧力を検出するための筒内圧力センサ２１０が、気筒毎に１つ設けられる。
【００１４】
燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、を備える。
【００１５】
燃料噴射弁２０は、各気筒１０の燃焼室に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から気筒１０内に直接燃料が噴射される。
【００１６】
デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から気筒内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０から気筒内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。
【００１７】
サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。
【００１８】
吸気装置３は、各気筒１０内に吸気を導くための装置であって、各気筒１０内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。
【００１９】
吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。
【００２０】
エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に各気筒１０内に吸入される空気の流量（以下「筒内吸入空気量」という。）を検出する。
【００２１】
コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。
【００２２】
インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２３】
スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。
【００２４】
吸気マニホールド３１は、機関本体１に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を機関本体１に形成された吸気ポートを介して各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、各気筒１０内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、各気筒１０内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。
【００２５】
ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。
【００２６】
ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２７】
ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。
【００２８】
排気装置４は、各気筒１０内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。
【００２９】
排気マニホールド４１は、機関本体１に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。
【００３０】
排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。
【００３１】
タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。
【００３２】
タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
【００３３】
排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
【００３４】
吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を吸気行程中に開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような吸気動弁装置５として、電子制御ユニット２００によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒１０の吸気弁５０を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、吸気弁５０の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。
【００３５】
排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような排気動弁装置６として、電子制御ユニット２００によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒１０の排気弁６０を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、排気弁６０の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。
【００３６】
なお、吸気動弁装置５及び排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えば油圧等によってカムプロフィールを変更することで吸気弁５０及び排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更する動弁装置を採用することもできる。
【００３７】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００３８】
入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１、エアフローメータ２１２、スロットルセンサ２１３、吸気圧センサ２１４、吸気温センサ２１５などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また、入力ポート２０５には、アクセルペダル２２１の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。さらに入力ポート２０５には、機関回転速度を算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００３９】
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、吸気動弁装置５の各電磁アクチュエータ、排気動弁装置６の各電磁アクチュエータ、燃料噴射弁２０、サプライポンプ２２、スロットルアクチュエータ３６ａ、ＥＧＲ弁３８及び可変ノズル７２ｃなどに接続される。
【００４０】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
【００４１】
電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを予混合圧縮自着火燃焼モード、又は拡散燃焼モードのいずれかに切り替える。
【００４２】
具体的には電子制御ユニット２００は、図２に示すように、機関運転状態が低回転低負荷側の第１運転領域内にあれば、運転モードを予混合圧縮自着火燃焼モードに切り替える。また電子制御ユニット２００は、機関運転状態が高回転高負荷側の第２運転領域内にあれば、運転モードを拡散燃焼モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた燃焼制御を実施する。
【００４３】
電子制御ユニット２００は、運転モードが予混合圧縮自着火燃焼モードのときには、基本的に気筒１０内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気（均質混合気又は成層混合気）を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。
【００４４】
また電子制御ユニット２００は、運転モードが拡散燃焼モードのときには、気筒１０内で高温高圧となった圧縮空気に燃料を噴射し、当該燃料を空気と混合させながら燃焼させる拡散燃焼を実施して機関本体１の運転を行う。
【００４５】
ところで、各気筒１０から排出される排気中のＮＯｘ量（ＮＯｘ排出量）を精度良く推定できれば、ＮＯｘセンサを用いることなく、例えば排気浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元触媒やＮＯｘ選択還元触媒を使用している場合に、推定したＮＯｘ排出量に基づいて、ＮＯｘを還元するために必要な量の還元剤を各触媒に正確に添加することができる。そのため、コストの増加を抑制しつつ、外気に排出されるＮＯｘ量を所望の排出量以下に制御できるので排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００４６】
各気筒１０から排出されるＮＯｘ排出量は、各気筒１０の１サイクル中における最高筒内温度（燃焼ガスの温度）と相関があり、最高筒内温度が高い場合と比べて低いときのほうが、少なくなる。
【００４７】
そのため従来から、気筒１０の１サイクル中における最高筒内温度を算出し、当該最高筒内温度に基づいて気筒１０から排出されるＮＯｘ排出量を推定することが行われている。この場合、気筒１０内の１サイクル中における最高筒内温度を算出する必要があり、気筒１０内で拡散燃焼を実施した場合の最高筒内温度を算出する方法が公知である。具体的には、気筒１０内を２つの領域、すなわち、燃焼が行われている領域（以下「燃焼領域」という。）と燃焼が行われていない領域（以下「未燃領域」という。）とに分けて考え、燃焼領域における当量比（局所当量比）φが任意の当量比で均質であると仮定して気筒１０内の最高筒内温度を算出する方法が公知である。
【００４８】
ここで、気筒１０内で拡散燃焼を実施する場合であれば、気筒１０内全体で考えれば希薄なものの、燃焼領域における当量比φは概ね１と仮定することができる。そのため、公知の方法で気筒１０内の最高筒内温度を精度良く算出することができる。
【００４９】
しかしながら、気筒１０内で予混合圧縮自着火燃焼を実施する場合は、気筒１０内に拡散した燃料が多点で同時期に自着火を起こすために、気筒１０内の燃焼領域における当量比が１よりも小さくなる。また、機関運転状態に応じて気筒１０内の燃焼領域における当量比も大きく変化する。そのため、公知の方法では気筒１０内の最高筒内温度を精度良く算出することができず、結果としてＮＯｘ排出量の推定精度が悪化する。具体的には、気筒１０内で予混合圧縮自着火燃焼を実施する場合は、気筒１０内の燃焼領域における当量比が１よりも小さくなって燃焼が希薄化するため、拡散燃焼を実施した場合よりも燃焼ガスの燃焼温度が低下する。そのため、公知の方法で算出した最高筒内温度は、実際の最高筒内温度よりも高くなる傾向にあり、結果として推定されたＮＯｘ排出量が実際のＮＯｘ排出量よりも多くなる傾向にある。
【００５０】
このように、ＮＯｘ排出量の推定値が実際のＮＯｘ排出量よりも多くなると、例えば排気浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元触媒やＮＯｘ選択還元触媒を使用して、推定したＮＯｘ排出量に基づいて還元剤の添加量を制御している場合には、還元剤の添加量が過剰になる。その結果、余剰な還元剤が外気に排出されるために排気エミッションが悪化することになる。
【００５１】
ここで、気筒１０内の燃焼領域における当量比φが小さくなるほど、燃焼ガスの燃焼温度が低下して燃焼領域の比熱比κが増加するので、機関熱効率が増加する。そして、気筒１０内で予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合は、前述した通り燃焼領域における当量比φが１よりも小さくなるので、拡散燃焼を実施した場合よりも機関熱効率が増加する。
【００５２】
したがって、拡散燃焼を実施した場合の機関熱効率、すなわち気筒１０内の燃焼領域における当量比φを１と仮定したときの機関熱効率を基準として、この基準となる機関熱効率よりも予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合の実際の機関熱効率がどの程度大きいかを判断すれば、気筒１０内の燃焼領域における当量比φがどの程度１よりも小さくなっているかを判断することができる。すなわち、基準となる機関熱効率よりも実際の機関熱効率がどの程度大きいかを判断すれば、気筒１０内の燃焼領域における実際の当量比（以下「実当量比」という。）φｒを推定できると共に、燃焼ガスの燃焼温度がどの程度低下して、その結果としてＮＯｘ排出量がどの程度減少するのかを判断することができる。
【００５３】
よって、基準となる機関熱効率よりも実際の機関熱効率がどの程度大きいかを判断すれば、前述した公知の方法で算出したＮＯｘ排出量を、その判断結果に基づいて補正することができ、実際のＮＯｘ排出量を精度良く算出することができる。
【００５４】
そこで本実施形態では、機関熱効率を表す指標の１つである図示平均有効圧力を筒内圧力に基づいて算出し、これを基準となる基準平均有効圧力と比較することで、前述した公知の方法で算出したＮＯｘ排出量を、その比較結果に基づいて補正することとした。以下、この本実施形態によるＮＯｘ排出量推定制御について説明する。
【００５５】
図３は、本実施形態によるＮＯｘ排出量推定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実施する。
【００５６】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【００５７】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予めＲＯＭ２０２に記憶されたＩＭＥＰ算出マップを参照し、機関運転状態に基づいて基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔを算出する。ＩＭＥＰ算出マップは、気筒１０内の燃焼領域における当量比φを予め決められた基準当量比φｔとしたときに、当該気筒１０で発生するはずの図示平均有効圧力（すなわち基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔ）を、機関運転状態毎に予め実験等によって求めてマップ化したものである。本実施形態では、基準当量比φｔを１としている。
【００５８】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、筒内圧力センサによって検出された筒内圧力Ｐに基づいて、燃焼が行われた気筒１０の実際の図示平均有効圧力（以下「実図示有効平均圧力」という）ＩＭＥＰｇを算出する。
【００５９】
具体的には、まず電子制御ユニット２００は、圧縮行程中の筒内圧力Ｐの変化（指圧）に基づいて、下記の式（１）から圧縮行程中の図示仕事ＩＷｃを算出すると共に、膨張行程中の筒内圧力Ｐの変化に基づいて、下記の式（２）から膨張行程中の図示仕事ＩＷｅを算出する。なお、Ｐθｉはクランク角θｉでの筒内圧力であり、Ｐθｉ＋１はクランク角θｉ＋１での筒内圧力である。Ｖθｉはクランク角θｉでの筒内容積であり、Ｖθｉ＋１はクランク角θｉ＋１での筒内容積である。
【数１】
2017172541.tif 000003
【００６０】
次に電子制御ユニット２００は、圧縮行程中の図示仕事ＩＷｃ、膨張行程中の図示仕事ＩＷｅ、及び筒内容積Ｖに基づいて、下記の式（３）から実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇを算出する。
【数２】
2017172541.tif 000004
【００６１】
ステップＳ４からステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、前述した公知の方法で最高筒内温度を算出する。以下、各ステップの具体的な処理内容について説明する。
【００６２】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、予めＲＯＭに記憶されたマップ等を参照し、エアフローメータ２１２によって検出された筒内吸入空気量と、機関運転状態に応じて予め設定されているＥＧＲ率とに基づいて、筒内ガス量Ｇｃと、筒内酸素濃度Ｏ２ｉｎと、を算出する。
【００６３】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、吸気行程中の任意のクランク角θにおける筒内圧力Ｐθ及び筒内容積Ｖθと、筒内ガス量Ｇｃと、ガス定数Ｒとに基づいて、下記の気体の状態方程式（４）から筒内平均温度Ｔｃを算出する。
【数３】
2017172541.tif 000005
【００６４】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、燃焼領域のガス量（以下「燃焼ガス量（既燃ガス量）」という。）Ｇｂを算出する。具体的には、まず電子制御ユニット２００は、熱力学の第１法則に基づいた下記の式（５）からクランク角θごとの熱発生率（ｄＱ／ｄθ）を算出し、この熱発生率を下記の式（６）の通り積分することで熱発生量Ｑを算出する。なお、式（５）のκは比熱比である。
【００６５】
次に電子制御ユニット２００は、算出した熱発生量Ｑに基づいて、下記の式（７）から燃焼ガス量Ｇｂを算出する。ここで熱発生量Ｑは、気筒１０内で燃料が燃焼することによって生じたものである。そして単位量の燃料が燃焼したときの単位発熱量Ｈｕは燃料の物性値であり、既知の値である。したがって、熱発生量Ｑを単位発熱量Ｈｕで除することで気筒１０内の燃料量を算出することができる。そのため、下記の式（７）によって燃焼ガス量Ｇｂを算出することができる。なお、式（７）の２１は、空気中の酸素濃度である。またＡＦＲは、使用燃料に応じた理論空燃比である。このように本実施形態ではＡＦＲを理論空燃比としているため、式（７）によって算出される燃焼ガス量Ｇｂは、気筒１０内の燃焼領域における当量比φが１であると仮定したときの燃焼ガス量となる。
【数４】
2017172541.tif 000006
【００６６】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、未燃領域のガス温度（以下「未燃ガス温度」という。）Ｔｕを算出する。具体的には電子制御ユニット２００は、気筒１０内が断熱変化（等エントロピー変化）すると仮定して、下記の式（８）から未燃ガス温度Ｔｕを算出する。なお、式（８）のＰθｉｖｃは、吸気弁閉時期θｉｖｃにおける筒内圧力であり、吸気弁閉時期θｉｖｃに筒内圧力センサによって検出された筒内圧力を用いることができる。またＴθｉｖｃは、吸気弁閉時期θｉｖｃにおける筒内温度であり、筒内圧力Ｐθｉｖｃと、吸気弁閉時期θｉｖｃにおける筒内容積Ｖθｉｖｃと、筒内ガス量Ｇｃと、ガス定数Ｒとに基づいて、気体の状態方程式によって算出したものを用いることができる。
【数５】
2017172541.tif 000007
【００６７】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、燃焼領域のガス温度（以下「燃焼ガス温度」という。）Ｔｂを算出する。具体的には電子制御ユニット２００は、未燃領域及び燃焼領域の内部エネルギの和が、筒内平均温度Ｔｃに基づいて得られる筒内全体の内部エネルギの和に等しいと仮定して、下記の（９）式から燃焼ガス温度Ｔｂを算出する。
【数６】
2017172541.tif 000008
【００６８】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、１サイクル中における燃焼ガス温度Ｔｂの最大値を最高筒内温度Ｔｂｍａｘとする。
【００６９】
ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、予めＲＯＭ２０２に記憶された図４に示すテーブルを参照し、最高筒内温度Ｔｂｍａｘに基づいて、ＮＯｘ排出量を算出する。
【００７０】
ステップＳ１１からステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど、ステップＳ１０で算出されたＮＯｘ排出量を少なくする補正を実施する。以下、各ステップの具体的な処理内容について説明する。
【００７１】
ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、予めＲＯＭ２０２に記憶された図５のテーブルを参照し、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇから基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔを減じた差分値Ｘに基づいて、ＮＯｘ補正量を算出する。図５に示すように、ＮＯｘ補正量は、差分値Ｘが大きくなるほど多くなる。これは、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど、気筒１０内の燃焼領域における実際の当量比（以下「実当量比」という。）φｒが基準当量比φｔよりも小さくなっていると判断でき、当量比φの低下量に応じてＮＯｘ排出量も減少していると判断できるためである。
【００７２】
ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ１０で算出したＮＯｘ排出量を、ＮＯｘ補正量に基づいて補正する。具体的には電子制御ユニット２００は、ステップＳ１０で算出したＮＯｘ排出量からＮＯｘ補正量を減じる補正を実施して、最終的なＮＯｘ排出量を算出する。
【００７３】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の気筒１０の筒内圧力を検出するための筒内圧力センサ２１０と、を備え、気筒１０内で予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）が、気筒１０内の燃焼領域における当量比を所定当量比としたときの当該気筒１０内の１サイクル中における最高筒内温度に基づいて、当該気筒１０から排出されるＮＯｘ排出量を算出するＮＯｘ排出量算出部と、機関運転状態に基づいて、気筒１０内の燃焼領域における当量比を予め決められた基準当量比としたときの基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔを算出する基準図示平均有効圧力算出部と、筒内圧力に基づいて、実図示平均有効圧力ＩＭＥＰｇを算出する図示平均有効圧力算出部と、を備える。そしてＮＯｘ排出量算出部は、所定当量比を基準当量比として最高筒内温度を算出すると共に、当該最高筒内温度に基づいて算出されたＮＯｘ排出量を、実図示平均有効圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど少なくするように構成されている。
【００７４】
気筒１０内の燃焼領域における実当量比φｒは、実図示平均有効圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど基準当量比φｔよりも小さくなる。そのため、実際の最高筒内温度も、実図示平均有効圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど、気筒１０内の燃焼領域における当量比を基準当量比としたときの最高筒内温度よりも低くなる。したがって本実施形態のように、気筒１０内の燃焼領域における当量比を基準当量比としたときの最高筒内温度に基づいて算出されたＮＯｘ排出量を、実図示平均有効圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど少なくすることで、実当量比φｒに応じたＮＯｘ排出量を算出することができる。よって本実施形態によれば、気筒１０内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合であっても、ＮＯｘ排出量を精度良く推定することができる。
【００７５】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、ＮＯｘ補正量の算出方法が第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
【００７６】
前述した第１実施形態では、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇと基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔとから直接的にＮＯｘ補正量を算出していたが、本実施形態ではそれらから間接的にＮＯｘ補正量を算出する。具体的には、本実施形態では、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇと、基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔと、に基づいて、まず気筒１０内の燃焼領域における実当量比φｒを算出する。そして、この実当量比φに基づいて、ＮＯｘ補正量を算出する。
【００７７】
このように実当量比φｒを算出することで、例えばマップ等を参照して機関運転状態に応じた気筒１０内の燃焼領域における目標当量比を算出できるようにしておけば、実当量比φｒが目標当量比となるように、例えば燃料噴射圧などをフィードバック制御することができる。これにより、実当量比φｒが目標当量比から外れている場合には、素早く実当量比φｒが目標当量比に制御することができる。以下、この本実施形態によるＮＯｘ排出量推定制御について説明する。
【００７８】
図６は、本実施形態によるＮＯｘ排出量推定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実施する。
【００７９】
ステップＳ１からステップＳ１０、ステップＳ１２の処理内容は、前述した第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００８０】
ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されてＲＯＭ２０２に記憶された図７のマップを参照し、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇと、基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔと、に基づいて、気筒１０内の燃焼領域における実当量比φｒを算出する。
【００８１】
図７のマップに示すように、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇと、基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔと、が一致しているとき、すなわち実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇから基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔを減じた差分値Ｘがゼロのときは、実当量比φｒが基準当量比φｔ（＝１）となる。そして、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど、すなわち、差分値Ｘが大きくなるほど、実当量比φｒが基準当量比φｔよりも小さくなる。
【００８２】
ステップＳ２２において、図８のテーブルを参照し、実当量比φｒに基づいて、ＮＯｘ補正量を算出する。図８に示すように、ＮＯｘ補正量は、実当量比φｒが小さくなるほど多くなる。
【００８３】
このように本実施形態においても、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも大きくなるほど、ステップＳ１０で算出されたＮＯｘ排出量を少なくする補正が実施される。そのため、本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
また本実施形態によれば、実当量比φｒが目標当量比から外れている場合には、素早く実当量比φｒが目標当量比に制御することができる。そのため、実当量比φｒが目標当量比から外れたまま機関本体の運転が行われ、燃費や排気エミッションが悪化するのを抑制できる。
【００８５】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、気筒１０内の燃焼領域における当量比を実当量比φｒとしたときの当該気筒内の１サイクル中における最高筒内温度を算出し、当該最高筒内温度に基づいてＮＯｘ排出量を直接精度良く推定する点で、第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
【００８６】
図９は、本実施形態によるＮＯｘ排出量推定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実施する。
【００８７】
ステップＳ１からステップＳ５、及びステップＳ７からステップＳ１０の処理内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００８８】
ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、前述した図７のマップを参照し、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇと、基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔと、に基づいて、気筒１０内の燃焼領域における実当量比φｒを算出する。前述したように、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど、実当量比φｒは基準当量比φｔ（＝１）よりも小さくなる。
【００８９】
ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、前述した式（５）及び式（６）から熱発生量Ｑを算出する。そして電子制御ユニット２００は、算出した熱発生量Ｑに基づいて、本実施形態では下記の式（７’）から燃焼ガス量Ｇｂを算出する。
【数７】
2017172541.tif 000009
【００９０】
式（７’）に示すように本実施形態では、使用燃料に応じた理論空燃比ＡＦＲを、ステップＳ３１で算出した実当量比φｒで除算して実際の空燃比とする。これにより、式（７’）によって算出される燃焼ガス量Ｇｂは、気筒１０内の燃焼領域における当量比φを実当量比φｒとしたときの燃焼ガス量となる。
【００９１】
そのため、ステップＳ８において、この燃焼ガス量Ｇｂを用いて前述した式（９）によって算出される燃焼ガス温度Ｔｂも、気筒１０内の燃焼領域における当量比φを実当量比φｒとしたときの燃焼ガス温度となる。したがって、ステップＳ９で算出される最高筒内温度Ｔｂｍａｘも、気筒１０内の燃焼領域における当量比φを実当量比φｒとしたときの最高筒内温度となる。
【００９２】
このように本実施形態では、実図示有効平均圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど実当量比φｒが基準当量比φｔ（＝１）よりも小さくなることを利用して、気筒１０内の燃焼領域における当量比を、図示平均有効圧力が基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも高くなるほど、基準当量比φｔよりも小さい当量比として最高筒内温度を算出する。そのため本実施形態では、予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合においても、機関運転状態に応じた当量比φの変化に併せて、最高筒内温度Ｔｂｍａｘを精度良く推定できる。そのため、ステップＳ１０において、ステップＳ９で算出した最高筒内温度Ｔｂｍａｘから、ＮＯｘ排出量を直接精度良く算出することができる。
【００９３】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体と、機関本体の気筒１０の筒内圧力を検出するための筒内圧力センサと、を備え、気筒１０内で予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な内燃機関を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）が、気筒１０内の燃焼領域における当量比を所定当量比としたときの当該気筒１０内の１サイクル中における最高筒内温度に基づいて、当該気筒１０から排出されるＮＯｘ排出量を算出するＮＯｘ排出量算出部と、筒内圧力に基づいて、実図示平均有効圧力ＩＭＥＰｇを算出する図示平均有効圧力算出部と、機関運転状態に基づいて、気筒１０内の燃焼領域における当量比を予め決められた基準当量比としたときの基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔを算出する基準図示平均有効圧力算出部と、を備える、そしてＮＯｘ濃度算出部は、所定当量比を、実図示平均有効圧力ＩＭＥＰｇが基準図示平均有効圧力ＩＭＥＰｔよりも大きくなるほど基準当量比よりも小さい当量比として最高筒内温度を算出し、当該最高筒内温度に基づいてＮＯｘ排出量を算出するように構成される。
【００９４】
このように構成しても、第１実施形態と同様に、実当量比φｒに応じたＮＯｘ排出量を算出することができる。よって，気筒１０内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合であっても、ＮＯｘ排出量を精度良く推定することができる。
【００９５】
また本実施形態によれば、前述した図５や図８のようなＮＯｘ補正量を算出するためのテーブルが不要となり、算出した最高筒内温度ＴｂｍａｘからＮＯｘ排出量を直接精度良く推定することができる。そのため、テーブルの作成等にかかる工数を削減できる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００９７】
例えば上記の各実施形態における内燃機関１００は、第１運転領域で予混合圧縮自着火燃焼を実施し、第２運転領域で拡散燃焼を実施して機関本体の運転を行うことができるように構成されていた。しかしながら、少なくとも一部の運転領域において、予混合圧縮自着火燃焼を実施して機関本体の運転を行うことができるように構成された内燃機関において、上記の各実施形態で説明したＮＯｘ排出量推定制御を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００９８】
１    機関本体
１０    気筒
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
２１０    筒内圧力センサ
【図１】
2017172541.tif 000010
【図２】
2017172541.tif 000011
【図３】
2017172541.tif 000012
【図４】
2017172541.tif 000013
【図５】
2017172541.tif 000014
【図６】
2017172541.tif 000015
【図７】
2017172541.tif 000016
【図８】
2017172541.tif 000017
【図９】
2017172541.tif 000018