JP6071636B2

JP6071636B2 - 内燃機関の制御装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP6071636B2
Application number: JP2013035203A
Authority: JP
Inventors: 洋平中本; 恒高柳; 賢二平岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: JP2014163295A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置およびその制御方法に関し、特には、排気中のＮＯｘを処理する後処理装置のためのＮＯｘ排出量の推定に好適な内燃機関の制御装置およびその制御方法に関するものである。

近年、ディーゼルエンジンの排ガス規制（ＮＯｘ、ＰＭ規制）をクリアするために、エンジンのハードウェアや制御によるＮＯｘとＰＭ低減を、後処理装置により排ガスを浄化することが行われている。後処理装置には、粒子状物質、すなわちＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）を捕集するＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）、ＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒を用いることがしばしば行われている。

ＳＣＲ触媒では、例えば以下のようにＮＯｘを浄化している。
（１）ＳＣＲ上流のＮＯｘ量（センサで計測、あるいは予測した）や、ＳＣＲ触媒温度、排ガス流量などに応じて、ＳＣＲ触媒上流で尿素を噴射する。
（２）噴射された尿素は、アンモニア（ＮＨ_３）に分解され、ＳＣＲ触媒に吸着される。
（３）排ガス中のＮＯｘはＳＣＲ触媒を通過する際に、吸着したＮＨ_３により浄化される。

上述のように、ＳＣＲ触媒によってＮＯｘを浄化するためには、予めエンジンから排気されたＮＯｘ量を知っておく必要がある。
ＮＯｘ値が実際の値と比較して誤差が大きければ、誤差が蓄積され、ＮＨ_３スリップあるいはＮＯｘ浄化率の低下が生じるという問題がある。
また、ＮＯｘセンサは非常に高価であり、製品のコスト抑制の観点から、極力、ＮＯｘセンサの代わりにＮＯｘ量を推定する手法を用いるほうが望ましい。

例えば、特許文献１で示される内燃機関の制御装置では、内燃機関の運転状態にかかわりなくＮＯｘを正確に推定するとしている。
すなわちかかる内燃機関の制御装置では、ＮＯｘ生成量に影響する物理量が所定の基本状態にあるときの内燃機関の運転状態と単位燃料当たりの基本ＮＯｘ生成量との対応関係を記述したデータに基づいて、内燃機関の運転状態に対応した基本ＮＯｘ生成量を特定する基本ＮＯｘ生成量特定部と、物理量の基本状態と現在の状態との相違に対応した基本ＮＯｘ生成量の補正量を特定する補正量特定部と、基本ＮＯｘ生成量特定部が特定した基本ＮＯｘ生成量、及び補正量特定部が特定した補正量とに基づいて、現在の状態に対応するＮＯｘ生成量の推定値を特定する生成量推定部とを備えるとしている。

また、特許文献２で開示される内燃機関のＮＯｘ生成量推定装置では、過渡状態のＮＯｘ生成量の推定精度を向上させつつ、実機への搭載性の向上を図るようにしている。
すなわち、特許文献２では、内燃機関の定常状態における機関回転速度及び気筒内への燃料噴射量に基づき、気筒内から排気通路に排出された定常状態のＮＯｘ生成量を演算する定常ＮＯｘ生成量演算手段と、排気通路から吸気通路を介して気筒内への排気還流の導入に伴う吸気通路内の吸気酸素濃度に基づき、気筒内から排気通路に排出された内燃機関の過渡状態のＮＯｘ生成率を演算する過渡ＮＯｘ生成率演算手段と、定常状態のＮＯｘ生成量を過渡状態のＮＯｘ生成率で補正することにより、過渡状態のＮＯｘ生成量を推定するとしている。

特許文献２によれば、定常状態のＮＯｘ生成量に基づいて過渡状態のＮＯｘ生成量を推定するのではなく、排気還流の導入に伴う吸気通路内の吸気酸素濃度に応じて過渡状態のＮＯｘ生成率を求め、この過渡状態のＮＯｘ生成率で定常状態のＮＯｘ生成量を補正し、この補正後のＮＯｘ生成量を過渡状態のＮＯｘ生成量として推定するようにしたので、過渡状態のＮＯｘ生成量の推定精度が向上し、排気中のＮＯｘを処理する後処理装置の信頼性の向上に寄与するとしている。
また、筒内圧センサによる筒内圧を用いずに、吸気通路内の吸気酸素濃度のみを用いて過渡状態のＮＯｘ生成量を推定するので、従来に比して簡素な構成となり、実機への搭載性も向上するとしている。

また、特許文献３で開示される内燃機関の制御装置では、ＮＯｘトラップ触媒再生時期判定に用いるＮＯｘトラップ総量を、過渡運転時にも高精度に推定するようにしている。
ここでは、吸入空気量に基づいて単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を演算し、これに機関出力を乗じて単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を演算し、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量に、単位時間当たりのＮＯｘ排出量による補正係数、触媒担体温度による補正係数、現在までのＮＯｘトラップ総量による補正係数を積算して得た最終の補正係数を乗じて補正したものを積算することにより、ＮＯｘトラップ触媒へのＮＯｘトラップ総量を高精度に推定するとしている。

かかる特許文献３においては、単位出力単位時間当たりに機関から排出されるＮＯｘ量は、機関に流入する作動ガス中の空気量に相関し、該空気量は過渡運転時に大きく変化する。したがって、該作動ガス中の空気量に応じて算出した単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量から求められる単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて、過渡運転時でも精度良くＮＯｘトラップ総量を推定できる。これにより、排気空燃比リッチ制御によるＮＯｘの還元処理を開始するタイミングを適切に設定でき、排気浄化性能が向上する。また、ＮＯｘ排出量をＮＯｘトラップ量とみなすことで、ＮＯｘトラップ総量を容易に推定することができる。
また、ＮＯｘトラップ触媒は、排気中のＮＯｘを硫酸塩として化学的にトラップするため、ＮＯｘトラップ総量の増加に伴い、単位時間にトラップできるＮＯｘ量も減少する。そこで、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、ＮＯｘトラップ総量の大きさに応じて補正することにより精度良く推定することができるとしている。

また、特許文献４で開示される内燃機関の排ガス浄化装置では、上流側に触媒が設けられている場合でも、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘ量を精度良く推定でき、それに応じて、ＮＯｘ触媒に還元剤を過不足なく供給でき、排ガス特性および燃費を向上させるとしている。
そのために、特許文献４では、排気系に設けられ、ＮＯｘの浄化機能を有する触媒および酸化雰囲気下でＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒と、排ガス中のＮＯｘ量ＱＮＯｘを推定する手段と、触媒によるＮＯｘの浄化性能を算出し、浄化性能に応じて、ＮＯｘ排出量を補正し、補正したＮＯｘ排出量に応じて、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘ量を算出する手段と、ＮＯｘ捕捉量に応じて、触媒の上流側に還元剤を供給し、ＮＯｘ触媒にＮＯｘの還元動作を行わせる手段と、を備えるとしている。
これにより、触媒によるＮＯｘの浄化性能を反映させながら、実際のＮＯｘ捕捉量を精度良く算出でき、算出されたＮＯｘ捕捉量に応じて、ＮＯｘ還元制御手段による還元制御の実行タイミングを適切に設定できる。さらに、酸素濃度に応じて還元剤量積算値を算出し、還元剤量積算値が還元剤量判定値よりも大きくなったときに、ＮＯｘ還元制御を終了するので、還元剤をＮＯｘ触媒に過不足なく供給でき、それにより、ＮＯｘの還元不足やＨＣおよびＣＯの過多が生じることなく、排ガス特性および燃費を向上させることができるとしている。

さらに、本出願人は、特許文献５に開示される内燃機関の燃焼制御方法において、吸気弁などの経年変化による劣化があっても、またＰＣＩ燃焼を採用していても、常に安定した燃焼を行えるようにすることを目的として、以下の制御方法を開示している。
すなわち、特許文献５では、試運転時に取得したコントローラによる操作量と、運転状態観測値と、筒内圧力センサからの測定値に基づいて算出した燃焼特徴量とからなる実機運転データに基づき、ＰＭ濃度予測値、ＮＯｘ濃度予測値、Ｐｍａｘ予測値、ＰｍｉＣＯＶそれぞれを推定する予測モデル式を予め作成し、その予測モデル式により算出される値の許容される範囲を定めた制約条件に基づいて燃焼可能領域マップを作成して、実機運転データで算出した燃焼ポイントが燃焼可能領域マップから外れる方向に相対変位したとき、燃料噴射量、燃料噴射時期、吸気弁開度、ＥＧＲ率、空燃比のうちから選んだ２つ以上のパラメータを変化させ、燃焼ポイントを相対的に燃焼可能領域内側に戻るよう補正制御した。

特許第３８６７６２６号公報特開２００６−２７４９０５号公報特許第３９２５２７３号公報特許第４７４７０７９号公報特開２００９−２７５６９１号公報

しかしながら、上述の特許文献１では、基本ＮＯｘ生成量特定部と、補正量特定部と、生成量推定部とを具備し、インテークマニホルド手前の吸気通路における酸素濃度を吸気酸素濃度センサで検出して燃焼温度及び混合気濃度を求めてＮＯｘ生成量を推定しているため、吸気酸素濃度がＥＧＲガスを還流した混合ガスも含むとの記載があるものの、エンジン本体直前のインテークマニホルド内の温度については、触れられていない。すなわち、吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との関係をみると、インテークマニホルド内の温度によって変動し、かかるインテークマニホルド内温度を考慮することは、より高精度にＮＯｘ排出量を推定する上で、不可欠のファクタであるからである。
ここでのエンジンの構造として、エンジン本体直前のインテークマニホルドには、いったん排気された燃焼ガスの一部がＥＧＲ通路を通じて再循環されており、インテークマニホルド手前の吸気通路からの吸気と再循環排ガスとの混合で、インテークマニホルド内の温度は高温化している。
なお、特許文献２においても、「排気通路から吸気通路を介して気筒内への排気還流の導入に伴う吸気通路内の吸気酸素濃度に基づき、」の記載はあるものの、かかる記載から、インテークマニホルド内の温度に基づいてＮＯｘ排出量の推定を行う旨の手法は示唆されない。
すなわち、本発明は、以上のような知見から提案されたものであって、単にインテークマニホルド手前の吸気通路における酸素濃度に基づいてＮＯｘ生成量の推定を行うのではなく、インテークマニホルド手前の吸気通路からの吸気と再循環排ガスとの混合温度を考慮に入れることで、ＮＯｘ排出量の推定精度を高めた、内燃機関の制御装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明では、内燃機関の排気管内に尿素水を噴射することで、前記排気管を流れる排気中のＮＯｘを浄化する尿素噴射部を有する排気浄化装置と、前記内燃機関の吸排気系統からのセンサ出力により、所定の信号処理、演算処理、ＮＯｘ排出量を推定する手順を行う排出量推定制御部を具備するＥＣＵを備えた内燃機関の制御装置において、排出量推定制御部は、定常時の内燃機関回転数および燃料噴射量からＮＯｘ排出量の仮推定量を求めるＮＯｘ量仮推定部と、過渡時の内燃機関回転数と、燃料噴射量と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度を変数とする吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との相関関係に基づき、ＮＯｘ排出量の補正値を求める補正値特定部と、ＮＯｘ量仮推定部によるＮＯｘ量の仮推定量と、補正値特定部によるＮＯｘ排出量の補正値とから、過渡時のＮＯｘ排出量の推定量を求めるＮＯｘ量推定部と、を具備し、前記ＮＯｘ量推定部により求められた推定量に基づいて、前記尿素噴射部からの前記尿素水の噴射量が制御されることを特徴とする。

先ず、第１段階として、ＮＯｘ量仮推定部において、定常時の内燃機関回転数および燃料噴射量からＮＯｘ排出量の仮推定量を求める。
次いで、第２段階として、補正値特定部において、過渡時の内燃機関回転数と、燃料噴射量と、吸気酸素濃度と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度とから、ＮＯｘ排出量の補正値を求める。
そして、ＮＯｘ量推定部において、ＮＯｘ量仮推定部によるＮＯｘ量の仮推定量と、補正値特定部によるＮＯｘ排出量の補正値とから、過渡時のＮＯｘ排出量の推定量を求めることができる。

また、請求項２記載の本発明では、ＮＯｘ量仮推定部は、定常時の内燃機関回転数と燃料噴射量により決定される定常時のＮＯｘ排出量を求める仮推定量演算部を具備することを特徴とする。

これにより、内燃機関の定常動作時のＮＯｘ排出量を仮推定量演算部において所定の演算により、容易に求めることができる。

また、請求項３記載の本発明では、補正値特定部は、過渡時の内燃機関回転数と燃料噴射量と、吸気酸素濃度と、吸気酸素濃度と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度とから、ＮＯｘ排出量の補正値を求める補正値演算部を具備することを特徴とする。

補正値特定部において、ＮＯｘ排出量の変動要素である、過渡期の内燃機関回転数と燃料噴射量と、吸気酸素濃度と、吸気酸素濃度と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度とから、補正値演算部において、ＮＯｘ排出量の補正値を求めて、この補正値に基づいて定常時のＮＯｘ排出量に補正をかけて、高精度な過渡期のＮＯｘ排出量の推定に供することができる。

さらに、請求項４にかかる本発明では、内燃機関の吸排気系統からのセンサ出力により、所定の信号処理、演算処理、ＮＯｘ排出量を推定する手順を行う、内燃機関の排気管内に尿素水を噴射することで、前記排気管を流れる排気中のＮＯｘを浄化する内燃機関の制御方法であって、定常時の内燃機関回転数および燃料噴射量からＮＯｘ排出量の仮推定量を求める工程と、過渡時の内燃機関回転数と、燃料噴射量と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度を変数とする吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との相関関係に基づき、ＮＯｘ排出量の補正値を求める工程と、ＮＯｘ量の仮推定量と、ＮＯｘ排出量の補正値とから、過渡時のＮＯｘ排出量の推定量を求める工程と、前記求められた推定量に基づいて、前記尿素水の噴射量を制御する工程と、を具備することを特徴とする。

これにより、ＮＯｘ排出量の変動に係わる、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度、すなわち、インテークマニホルドの温度を考慮に入れて、ＮＯｘ排出量の仮推定量に補正をかけるため、高精度な過渡期のＮＯｘ排出量の推定が可能となる。

本発明によれば、ＮＯｘ排出量を高精度に推定することができるので、ＳＣＲ触媒における尿素噴射量も正確に制御することができ、過渡時のＮＨ_３スリップあるいはＮＯｘ浄化率低下を防ぐことができる。

本発明にかかる内燃機関の制御装置およびその制御方法を実行するための一例を示した、要部ブロック構成図である。図１に示す内燃機関のＥＣＵにおいて、ＮＯｘ排出量を推定する手順を実行する排出量推定制御部のブロック構成図である。吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフである。

以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置およびその制御方法について、実施形態を挙げ、添付の図面に基づいて以下説明する。

図１に本発明にかかる内燃機関の制御装置を実施するための、内燃機関１の一例を示す。
内燃機関１は、エンジン本体２に吸気管３、排気管４、ＥＧＲ配管５が接続された吸排気系統を具備する。吸気管３上流側とエンジン出口近傍の排気管４の流路中には、過給器６のコンプレッサ、タービンが介装され、吸気管３にはインタークーラ７が設けられる。なお、吸気管３において、インタークーラ７が設けられる部位から、吸気管３とＥＧＲ配管５の合流部位、エンジン本体２入口直前までの部位は、インテークマニホルドＩ．Ｍ．を構成している。
さらに、吸気管３には吸気スロットルバルブ８が設けられ、ＥＧＲ配管５には、ＥＧＲバルブ９が設けられる。そして、排気管４には、排気ガスの後処理装置としての排気浄化装置１０が連通接続されている。

かかるエンジン本体２の吸排気系統に対し、電気系統を構成する部品として、エンジン本体２並びに吸気管３、排気管４、ＥＧＲ配管５、および排気浄化装置１０に配設された各種センサ（後述）からのセンサ出力他、アクセル入力信号、その他の信号を受け入れ、所定の信号処理、演算処理、さらには本発明の要旨であるＮＯｘ排出量を推定する手順を行うＥＣＵ１１（電子制御部、すなわちエンジンコントロールユニット）が配設される。

エンジン本体２には、ＥＣＵ１１との信号授受を行うものとして、例えばインジェクタ、コモンレール圧センサ、燃温センサ、クランクセンサ、カムセンサ、水温センサ、油圧スイッチ（いずれも図示省略）が配設される。
その他吸気管３の上流側にはエアフローメータ、吸気温度センサ、吸気管３の下流側、すなわちエンジン本体２の入口側には、吸気スロットルバルブ８、吸気絶対圧力センサ、吸気温度センサＳｉｎｔ、が配設される。
ＥＧＲ配管５には、ＥＧＲバルブ９が配設される。

そして排気管４の下流側の排気浄化装置１０は、エンジン本体２に接続された排気通路を構成する排気管４の、先ず上流側に配設された酸化触媒２０（ここでは、ＤＯＣ：ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ）を有する。
また排気浄化装置１０は、該酸化触媒２０の下流側に配設され、エンジン本体２の排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒２１と、該ＳＣＲ触媒２１の下流側に配設され、ＳＣＲ触媒２１から排出される余剰のアンモニアを除去するための酸化触媒２２とを具備する。
さらに、酸化触媒２０と酸化触媒２０の下流側のＳＣＲ触媒２１間には、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタとしてのＤＰＦ２３（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）を配設することができる。
また、ＤＰＦ２３の下流側、且つＳＣＲ触媒２１の上流側には、尿素水を噴射する尿素噴射部２４が設けられる。尿素噴射部２４は詳細は図示しないが、排気管４内に噴射ノズルを臨入させた電磁式噴射弁２４ｖと、尿素水を貯留するタンク部２４ｔとを備える。
かかる尿素噴射部２４において、電磁式噴射弁２４ｖを通じて尿素水が排気管４内に噴射されると、排気熱による蒸発から加水分解にいたる化学反応によって直接的な還元剤となるアンモニアＮＨ_３が生成される。排気中のＮＨ_３とＮＯｘは、ＳＣＲ触媒２１を通過する間に反応し、窒素Ｎ_２と水Ｈ_２Ｏに変化するという反応でＮＯｘ浄化が行われるようになっている。

そして、ＳＣＲ触媒２１の下流側にはＮＯｘセンサＳｎが配設される。ＮＯｘセンサＳｎからの検知信号は、ＥＣＵ１１に取り込まれるようになっており、作動温度やエンジンスピードなどの重要なエンジンパラメータに合わせて尿素水溶液の噴射量が制御される構成である。
ＥＣＵ１１においては、以上のような内燃機関１において、エンジン本体２並びに吸気管３、排気管４、ＥＧＲ配管５、および排気浄化装置１０に配設された各種センサからのセンサ出力他、アクセル入力信号により、所定の信号処理、演算処理、さらには、詳細は後述するが、本発明の要旨であるＮＯｘ排出量を推定する手順を行うようになっている。

そこで、ＥＣＵ１１について説明する。
ＥＣＵ１１は、ＮＯｘ排出量を推定する手順を実行する排出量推定制御部３０を備えている。
また、ＥＣＵ１１はＮＯｘ浄化処理の手順を実行するための排気浄化コントローラ部１１ｃを備えている。
排出量推定制御部３０は、図２に示すように、定常時のエンジン回転数および燃料噴射量からＮＯｘ排出量の仮推定量を求めるＮＯｘ量仮推定部３１を有する。ＮＯｘ量仮推定部３１は、例えば定常時のエンジン回転数および燃料噴射量を変数として、定常時のＮＯｘ排出量を導出する仮推定量演算部（図示省略）が搭載されている。
ここで定常時とは、例えば吸気スロットルバルブ８を動かしてエンジン回転数を変動させることなく、燃料噴射量も一定状態を保った状態をいう。

また、排出量推定制御部３０は、過渡時のエンジン回転数と、燃料噴射量と、吸気酸素濃度と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度とから、ＮＯｘ排出量の補正値を求める補正値特定部３２を有する。
補正値特定部３２は、例えば過渡時のエンジン回転数と、燃料噴射量と、吸気酸素濃度と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度とを変数として、ＮＯｘ排出量の補正値を導出する補正値演算部（図示省略）が搭載されている。
ここで過渡時とは、例えば、吸気スロットルバルブ８を動かしてエンジン回転数を変動させ、燃料噴射量も変化させる状態を意味する。すなわち、エンジン回転数、燃料噴射量を変動させると、エンジンの出力、燃焼状態が変わり、燃焼排ガスの温度が変わり、推定対象であるＮＯｘの生成量が変わるからである。
なお、インテークマニホルドＩ．Ｍ．内の、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度は、図１で示すように、インテークマニホルドＩ．Ｍ．における、ＥＧＲ配管５との合流点より、エンジン本体２直前の部位に配置された吸気温度センサＳｉｎｔで検知される。エンジン本体２直前の部位は、吸気管３からの吸気とＥＧＲ配管５を通じて還流された排ガスが混合し、高温化している。したがって、還流された排ガスは、エンジン本体２の運転状況により温度、噴出量が変動し、インテークマニホルド温度を正確に把握しなければ、正確なＮＯｘの排出量の推定はできないからである。
参考までに、図３に吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との関係を示す。
すなわち、図３では、インテークマニホルド温度（Ｔｉｎｍ）が、ある温度範囲、例えば、３５５Ｋ＜Ｔｉｎｍ＜３６０Ｋ、３６５Ｋ＜Ｔｉｎｍ＜３７０Ｋ、３７０Ｋ＜Ｔｉｎｍ＜３７５Ｋ、３７５Ｋ＜Ｔｉｎｍ＜３８０Ｋ、にあるときの、それぞれの温度範囲における吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との関係を示している。
図３からも容易に解るように、ＮＯｘ排出量は、インテークマニホルド温度（Ｔｉｎｍ）、すなわち、エンジン本体２入口近傍のインテークマニホルドＩ．Ｍ．内の、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度によってＮＯｘ排出量が変わることがわかる。

さらに、排出量推定制御部３０は、ＮＯｘ量仮推定部３１によるＮＯｘ排出量の仮推定量と、補正値特定部３２によるＮＯｘ排出量の補正値とから、過渡時のＮＯｘ排出量の推定量を求めるＮＯｘ量推定部３３を有する。
すなわち、ＮＯｘ量推定部３３は、ＮＯｘ量仮推定部３１で求められる定常時のＮＯｘ排出量の仮推定量に対し、補正値特定部３２によるＮＯｘ排出量の補正値を所定の演算により加味することで、過渡時のＮＯｘ排出量の推定量を求めるようにしている。

本発明にかかる内燃機関の制御装置および制御方法を実施する第１実施形態は以上のとおりであり、次に、かかる内燃機関１の一連の動作と共に排気浄化装置１０のＮＯｘ浄化処理の手順について説明する。内燃機関１の一連の動作は、本願発明の要旨とするところではないので、概略的に説明する。
キースイッチ（図示省略）のオンにより、車載バッテリー（図示省略）からＥＣＵ１１に通電され、スタータモータ（図示省略）を駆動することで、エンジン本体２のクランクシャフトが回される。これにより、ＥＣＵ１１からの指令でコモンレールＣｒ、燃料噴射弁Ｖｆを通じてシリンダ内に燃料が噴射され、エンジンがスタートする。このとき、吸気管３を通じて吸気された燃焼用空気は、過給器６のコンプレッサにより高圧高温の空気となり、インタークーラ７により冷やされて、エンジン本体２内のシリンダ内に送り込まれる一方、高圧の燃料がコモンレールＣｒ、燃料噴射弁Ｖｆを通じてシリンダ内に噴射され、燃焼が開始される。
燃焼ガスは、過給器６のタービンを回しながら、排気管４を通じて排気浄化装置１０に排気される。また、排気ガスの一部はＥＧＲ配管５を通じてエンジン本体２のシリンダ内に再循環され、再度燃焼に供される。

排気管４を通じて排気浄化装置１０に送られた排気は、順次、酸化触媒であるＤＯＣ２０、ＤＰＦ２３を通過し、それぞれ排気中のＰＭ中の未燃分を燃焼させ、ＰＭを除去してＳＣＲ触媒２１を通過することで排気中のＮＯｘが浄化され、ＳＣＲ触媒２１の下流側の酸化触媒２２にて、ＳＣＲ触媒２１から排出される余剰のアンモニアを除去し、排出される。
ＳＣＲ触媒２１を通過する際は、尿素噴射部２４において、電磁式噴射弁２４ｖを通じて尿素水が排気管４内に噴射され、排気熱による蒸発から加水分解にいたる化学反応によって直接的な還元剤となるアンモニアＮＨ_３が生成される。排気中のＮＨ_３とＮＯｘは、ＳＣＲ触媒２１を通過する間に反応し、窒素Ｎ_２と水Ｈ_２Ｏに変化するという反応でＮＯｘを浄化することができる。

排気が排気浄化装置１０のＤＯＣ２０、ＤＰＦ２３を通過する際、ＤＯＣ２０に配設された温度センサ、ＤＰＦ２３に配設された入口温度センサ、差圧センサ、出口温度センサにて排気の温度が検知され、逐次、ＥＣＵ１１に送り込まれる。そして、排気がＳＣＲ触媒２１を通過する際、ＳＣＲ触媒２１下流側のＮＯｘセンサＳｎからの検知信号は、ＥＣＵ１１に取り込まれる。

ＥＣＵ１１の排気浄化コントローラ部１１ｃでは、排出量推定制御部３０で推定されたＮＯｘ量と、取り込まれた各検知信号に基づき、ＮＯｘ浄化処理を行うことができる。
かかるＮＯｘ浄化処理では、例えばＳＣＲ触媒２１において、ＮＯｘの浄化に供されるＮＨ_３吸着量を計算する。なお、ＮＨ_３吸着量は、
ＮＨ_３吸着量推定値（ｇ）＝∫（ＳＣＲ触媒へのＮＨ_３供給量−ＮＨ_３消費量）
によって得られる。ここでＳＣＲ触媒へのＮＨ_３供給量は、ＳＣＲ触媒２１の上流側の尿素噴射部２４からＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ_３量で、ＮＨ_３消費量は、浄化に必要なＮＨ_３量である。所定の演算によって求められる。

同時に、排出量推定制御部３０は、以下の手順で、図２に示すようにＳＣＲ触媒２１に至るＮＯｘ量の推定量を求める。
排出量推定制御部３０は、先ず、第１段階として、ＮＯｘ量仮推定部３１において、定常時の内燃機関回転数および燃料噴射量からＮＯｘ排出量の仮推定量を求める。
次いで、第２段階として、補正値特定部３２において、過渡時の内燃機関回転数と、燃料噴射量と、吸気酸素濃度と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度とから、ＮＯｘ排出量の補正値を求める。
そして、ＮＯｘ量推定部３３において、ＮＯｘ量仮推定部によるＮＯｘ量の仮推定量と、補正値特定部によるＮＯｘ排出量の補正値とから、過渡時のＮＯｘ排出量の推定量を求めることができる。

以上のように本実施形態によれば、吸気酸素濃度の補正に際して、インテークマニホルド温度の影響も考慮することで、補正精度が向上する。
したがって、補正精度が向上することにより、ＳＣＲ触媒へのＮＨ_３供給量も正確に制御され、過渡時のＮＨ_３スリップやＮＨ_３浄化率低下を防ぐことができる。

以上、本発明にかかる内燃機関の制御装置およびその制御方法について、実施形態を挙げ、説明した。
本発明は、排出量推定制御部３０において、図３に示しているとおり、吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との関係から、エンジン本体２入口近傍のインテークマニホルドＩ．Ｍ．内の、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度によってＮＯｘ排出量が変わることから、補正値特定部３２において、混合気温度を考慮においた吸気酸素濃度補正マップと定常吸気酸素濃度マップとを用いて、ＮＯｘ値の補正値を求めることもできる。

本発明は、様々な内燃機関の排気浄化装置として適用され得る。

１内燃機関
２エンジン本体
３吸気管
４排気管
５ＥＧＲ配管
６過給器
７インタークーラ
８吸気スロットルバルブ
９ＥＧＲバルブ
１０排気浄化装置
１１ＥＣＵ
１１ｃ排気浄化コントローラ部
２０酸化触媒
２１ＳＣＲ触媒
２２酸化触媒
２３ＤＰＦ
２４尿素噴射部
２４ｖ電磁式噴射弁
２４ｔタンク部
３０排出量推定制御部
３１ＮＯｘ量仮推定部
３２補正値特定部
３３ＮＯｘ量推定部
Ｉ.Ｍ．インテークマニホルド

Claims

内燃機関の排気管内に尿素水を噴射することで、前記排気管を流れる排気中のＮＯｘを浄化する尿素噴射部を有する排気浄化装置と、前記内燃機関の吸排気系統からのセンサ出力により、所定の信号処理、演算処理、ＮＯｘ排出量を推定する手順を行う排出量推定制御部を具備するＥＣＵと、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記排出量推定制御部は、定常時の内燃機関回転数および燃料噴射量からＮＯｘ排出量の仮推定量を求めるＮＯｘ量仮推定部と、
過渡時の内燃機関回転数と、燃料噴射量と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度を変数とする吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との相関関係に基づき、ＮＯｘ排出量の補正値を求める補正値特定部と、
前記ＮＯｘ量仮推定部によるＮＯｘ量の仮推定量と、前記補正値特定部によるＮＯｘ排出量の補正値とから、過渡時のＮＯｘ排出量の推定量を求めるＮＯｘ量推定部と、
を具備し、
前記ＮＯｘ量推定部により求められた推定量に基づいて、前記尿素噴射部からの前記尿素水の噴射量が制御されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記ＮＯｘ量仮推定部は、定常時の内燃機関回転数と燃料噴射量により決定される定常時のＮＯｘ排出量を求める仮推定量演算部を具備することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記補正値特定部は、過渡時の内燃機関回転数と燃料噴射量と、吸気酸素濃度と、吸気酸素濃度と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度とから、ＮＯｘ排出量の補正値を求める補正値演算部を具備することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関の排気管内に尿素水を噴射することで、前記排気管を流れる排気中のＮＯｘを浄化する内燃機関の制御方法であって、
定常時の内燃機関回転数および燃料噴射量からＮＯｘ排出量の仮推定量を求める工程と、
過渡時の内燃機関回転数と、燃料噴射量と、吸気とＥＧＲガスとの混合気温度を変数とする吸気酸素濃度とＮＯｘ排出量との相関関係に基づき、ＮＯｘ排出量の補正値を求める工程と、
前記ＮＯｘ量の仮推定量と、前記ＮＯｘ排出量の補正値とから、過渡時のＮＯｘ排出量の推定量を求める工程と、
前記求められた推定量に基づいて、前記尿素水の噴射量を制御する工程と、
を具備することを特徴とする内燃機関の制御方法。