CN107075999A - 排气净化系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种排气净化系统及其控制方法，其不使用排气的λ值就有效地进行NOx清除时或SOx清除时的空气系统控制。具有设置于内燃机(10)的排气系统中而对排气中的NOx进行还原净化的NOx还原型催化剂(32)、使排气的空气过剩率降低至规定的目标空气过剩率而使NOx还原型催化剂(32)的NOx净化能力恢复的再生处理部(60、70)，再生处理部(60、70)包含：目标设定部(62、72)，其基于内燃机(10)的燃料喷射量，设定使排气成为目标空气过剩率所需的目标吸入空气量；以及空气系统控制部(64、74)，其根据从目标设定部(62、72)输入的目标吸入空气量控制吸入空气量及排气再循环量的至少一方。

Description

排气净化系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种排气净化系统及其控制方法。
背景技术
以往，作为对从内燃机排出的排气中的氮化合物(NOx)进行还原净化的催化剂，公知有NOx吸收还原型催化剂。该NOx吸收还原型催化剂在排气是稀燃环境时吸收包含于排气中的NOx，并且在排气是浓燃环境时利用包含于排气中的碳氢化合物对吸收的NOx进行还原净化从而使其无害化并排放。因此，在催化剂的NOx吸收量达到规定量的情况下，为了使NOx吸收能力恢复，需要定期进行利用远后喷射(ポスト噴射)、或排气管喷射使排气处于浓燃状态的所谓NOx清除(例如，参照专利文献1)。
另外，NOx吸收还原型催化剂还吸收包含于排气中的硫氧化物(以下，称为SOx)。存在如果该SOx吸收量增加，则NOx吸收还原型催化剂的NOx净化能力降低的课题。因此，在SOx吸收量达到规定量的情况下，为了使SOx从NOx吸收还原型催化剂脱离而从S催化剂中毒恢复，需要定期进行利用远后喷射、或排气管喷射向上游侧的氧化催化剂供应未燃燃料而使排气温度上升至SOx脱离温度的所谓SOx清除(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－202425号公报
专利文献2：日本特开2009－47086号公报
专利文献3：日本特开2009－4203866号公报
专利文献4：日本特开2003－090250号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，如果仅利用基于排气管喷射或远后喷射的燃料喷射系统进行上述NOx清除或SOx清除，则燃料消耗量过多并且使油耗性能恶化。因此，优选并用调整吸气节流阀或EGR阀的开度而使吸入空气量减少的空气系统控制、和利用远后喷射或排气管喷射使排气处于浓燃状态的喷射系统控制。
一般来说，在并用空气系统控制和喷射系统控制而使排气降低至规定的目标空气过剩率的情况下，基于配置于NOx吸收还原型催化剂的上游侧的λ传感器的传感器值，反馈控制EGR阀或吸气节流阀的开度、远后喷射量或排气管喷射量等。
但是，λ传感器存在在由远后喷射或排气管喷射供应的供应燃料没有被排气热充分氧化的状态下，不能确保其测定精度的课题。因此，在使用λ传感器的手法中，存在不能将排气控制为NOx清除或SOx清除所需的目标空气过剩率的可能性。
本发明的系统以不使用排气的λ值而有效地进行NOx清除时或SOx清除时的空气系统控制为目的。
用于解决课题的手段
公开的系统是具有设置于内燃机的排气系统中而对排气中的NOx进行还原净化的NOx还原型催化剂、和使排气的空气过剩率降低至规定的目标空气过剩率而使所述NOx还原型催化剂的NOx净化能力恢复的再生处理部的排气净化系统，所述再生处理部包含：目标设定部，其基于所述内燃机的燃料喷射量，设定使排气成为所述目标空气过剩率所需的目标吸入空气量；以及空气系统控制部，其根据从所述目标设定部输入的目标吸入空气量，控制所述内燃机的吸入空气量及排气再循环量的至少一方。
附图说明
图1是表示本实施方式的排气净化系统的整体结构图。
图2是说明本实施方式的SOx清除控制的时序图。
图3是表示本实施方式的SOx清除稀燃控制时的MAF目标值的设定处理的框图。
图4是表示本实施方式的SOx清除浓燃控制时的目标喷射量的设定处理的框图。
图5是说明本实施方式的SOx清除控制的催化剂温度调整控制的时序图。
图6是说明本实施方式的NOx清除控制的时序图。
图7是表示本实施方式的NOx清除稀燃控制时的MAF目标值的设定处理的框图。
图8是表示本实施方式的NOx清除浓燃控制时的目标喷射量的设定处理的框图。
图9是表示本实施方式的喷射器的喷射量学习修正的处理的框图。
图10是说明本实施方式的学习修正系数的运算处理的流程图。
图11是表示本实施方式的MAF修正系数的设定处理的框图。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的一实施方式的排气净化系统进行说明。
如图1所示，在柴油引擎(以下，仅称为引擎)10的各气缸中分别设置将蓄压于未图示的共轨中的高压燃料直接喷射到各气缸内的喷射器11。根据从电子控制单元(以下，称为ECU)50输入的指示信号控制这些各喷射器11的燃料喷射量或燃料喷射时间。
导入新空气的吸气通道12与引擎10的吸气歧管10A连接，将排气向外部导出的排气通道13与排气歧管10B连接。在吸气通道12中，从吸气上游侧依次设置有空气过滤器14、吸入空气量传感器(以下，称为MAF传感器)40、可变容量型增压器20的压缩机20A、中冷器15、吸气节流阀16等。在排气通道13中，从排气上游侧依次设置有可变容量型增压器20的涡轮20B、排气后处理装置30等。需要说明的是，在图1中，附图标记41表示引擎转速传感器，附图标记42表示油门开度传感器，附图标记46表示增压压力(ブース圧)传感器。
EGR装置21具有：将排气歧管10B和吸气歧管10A连接的EGR通道22；冷却EGR气体的EGR冷却器23；调整EGR量的EGR阀24。
排气后处理装置30构成为在壳体30A内从排气上游侧起依次配置氧化催化剂31、NOx吸收还原型催化剂32、微粒过滤器(以下，仅称为过滤器)33。另外，在氧化催化剂31的上游侧的排气通道13中设置有排气管喷射装置34，该排气管喷射装置34根据从ECU50输入的指示信号，向排气通道13内喷射未燃燃料(主要是HC)。
氧化催化剂31例如在蜂窝结构体等陶瓷制载体表面载置氧化催化剂成分而形成。如果通过排气管喷射装置34或喷射器11的远后喷射被供应未燃燃料，则氧化催化剂31将其氧化而使排气温度上升。
NOx吸收还原型催化剂32例如在蜂窝结构体等陶瓷制载体表面载置碱金属等而形成。该NOx吸收还原型催化剂32在排气空燃比为稀燃状态时吸收排气中的NOx，并且在排气空燃比为浓燃状态时利用包含于排气中的还原剂(HC等)对吸收的NOx进行还原净化。
过滤器33将例如由多孔性的隔墙划分的多个单元沿排气的流动方向配置，并且将这些单元的上游侧和下游侧交替地孔封闭而形成。过滤器33将排气中的PM捕集到隔墙的细孔或表面上，并且如果PM堆积推定量达到规定量，则实施将其燃烧去除的所谓的过滤器强制再生。通过排气管喷射或远后喷射向上游侧的氧化催化剂31供应未燃燃料，并且使流入过滤器33的排气温度升温至PM燃烧温度，从而进行过滤器强制再生。
第一排气温度传感器43设置于氧化催化剂31的上游侧，检测流入氧化催化剂31的排气温度。第二排气温度传感器44设置在氧化催化剂31与NOx吸收还原型催化剂32之间，检测流入NOx吸收还原型催化剂32的排气温度。NOx/λ传感器45设置于过滤器33的下游侧，检测通过NOx吸收还原型催化剂32的排气的NOx值及λ值(以下，也称为空气过剩率)。
ECU50进行引擎10等的各种控制，构成为具有公知的CPU、ROM、RAM、输入端口、输出端口等。为了进行这些各种控制，向ECU50输入传感器类40～45的传感器值。另外，ECU50具有过滤器强制再生控制部51、SOx脱离处理部60、NOx脱离处理部70、MAF追踪控制部80、喷射量学习修正部90、MAF修正系数运算部95作为一部分的功能元件。这些各功能元件作为包含于一体的硬件即ECU50的部件进行说明，但是也能够将其中任一部分设置为其他硬件。
[过滤器强制再生控制]
过滤器强制再生控制部51根据由车辆的行驶距离、或者未图示的差压传感器检测出的过滤器前后差压推定过滤器33的PM堆积量，并且如果该PM堆积推定量超过规定的上限阈值则将强制再生标志FDPF开启(参照图2的时刻t1)。如果强制再生标志FDPF被开启，则向排气管喷射装置34发送使其执行排气管喷射的指示信号，或者向各喷射器11发送使其执行远后喷射的指示信号，从而使排气温度升温至PM燃烧温度(例如，约550℃)。如果PM堆积推定量降低至表示燃烧去除的规定的下限阈值(判定阈值)则该强制再生标志FDPF被关闭(参照图2的时刻t2)。需要说明的是，将强制再生标志FDPF关闭的判定阈值例如可以将从过滤器强制再生开始(FDPF＝1)起的上限经过时间或上限累积喷射量为基准。
[SOx清除控制]
SOx脱离处理部60是本发明的再生处理部的一个例子，实施使排气为浓燃状态而使排气温度上升至硫脱离温度(例如，约600℃)，从而使NOx吸收还原型催化剂32从SOx催化剂中毒恢复的控制(以下，将该控制称为SOx清除控制)。
图2表示本实施方式的SOx清除控制的时序图。如图2所示，开始SOx清除控制的SOx清除标志FSP与强制再生标志FDPF的关闭同时被开启(参照图2的时刻t2)。由此，能够有效地从利用过滤器33的强制再生使排气温度上升的状态转移至SOx清除控制，能够有效降低燃料消耗量。
在本实施方式中，通过并用利用空气系统控制使空气过剩率从稳定运转时(例如，约1.5)降低至相比于理论空燃比相当值(约1.0)更靠稀燃侧的第一目标空气过剩率(例如，约1.3)的SOx清除稀燃控制、和利用喷射系统控制使空气过剩率从第一目标空气过剩率降低至浓燃侧的第二目标空气过剩率(例如，约0.9)的SOx清除浓燃控制，实现SOx清除控制所带来的浓燃化。以下，对SOx清除稀燃控制以及SOx清除浓燃控制的详细情况进行说明。
[SOx清除稀燃控制的空气系统控制]
图3是表示SOx清除稀燃控制时的MAF目标值MAFSPL Trgt的设定处理的框图。第一目标空气过剩率设定图61是基于引擎转速Ne及油门开度Q(引擎10的燃料喷射量)而被参照的图，预先基于实验等设定与这些引擎转速Ne和油门开度Q对应的SOx清除稀燃控制时的空气过剩率目标值λSPL Trgt(第一目标空气过剩率)。
首先，将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号而从第一目标空气过剩率设定图61读取SOx清除稀燃控制时的空气过剩率目标值λSPL Trgt，并且将其输入MAF目标值运算部62。而且，在MAF目标值运算部62，基于以下的数学式(1)运算SOx清除稀燃控制时的MAF目标值MAFSPL Trgt。
MAFSPL Trgt＝λSPL Trgt×Qfnl corrd×RoFuel×AFRsto/Mafcorr…(1)
在数学式(1)中，Qfnl corrd表示后述的被学习修正的燃料喷射量(除了远后喷射)，RoFuel表示燃料比重，AFRsto表示理论空燃比，Mafcorr表示后述的MAF修正系数。
如果SOx清除标志FSP开启(参照图2的时刻t2)，则向斜坡(ランプ)处理部63输入由MAF目标值运算部62运算出的MAF目标值MAFSPL Trgt。斜坡处理部63将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号而从各斜坡系数图63A、B读取斜坡系数，并且将附加了该斜坡系数的MAF目标斜坡值MAFSPL Trgt Ramp输入到阀控制部64。
阀控制部64是本发明的空气系统控制部的一个例子，其实施反馈控制，将吸气节流阀16关到关闭侧、并且将EGR阀24打开到打开侧，以使从MAF传感器40输入的实际MAF值MAFAct成为MAF目标斜坡值MAFSPL Trgt Ramp。
由此，在本实施方式中，基于从第一目标空气过剩率设定图61读取的空气过剩率目标值λSPL Trgt和各喷射器11的燃料喷射量设定MAF目标值MAFSPL Trgt，并且基于该MAF目标值MAFSPL Trgt对空气系统动作进行反馈控制。由此，不用在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置λ传感器，或者即使在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置了λ传感器的情况下也不使用该λ传感器的传感器值，能够使排气有效降低至SOx清除稀燃控制所需的所希望的空气过剩率。另外，通过使用学习修正后的燃料喷射量Qfnl corrd作为各喷射器11的燃料喷射量，能够利用前馈控制设定MAF目标值MAFSPL Trgt，并且能够有效地排除各喷射器11的老化、特性变化、个体差异等的影响。
另外，通过在MAF目标值MAFSPL Trgt附加根据引擎10的运转状态设定的斜坡系数，能够有效地防止因吸入空气量的急剧变化带来的引擎10的熄火或转矩变动带来的驾驶性能的恶化等。
[SOx清除浓燃控制的燃料喷射量设定]
图4是表示SOx清除浓燃控制的排气管喷射或远后喷射的目标喷射量QSPR Trgt(单位时间的喷射量)的设定处理的框图。第二目标空气过剩率设定图65是基于引擎转速Ne及油门开度Q而被参照的图，预先基于实验等，设定与这些引擎转速Ne和油门开度Q对应的SOx清除浓燃控制时的空气过剩率目标值λSPR Trgt(第二目标空气过剩率)。
首先，将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号来从第二目标空气过剩率设定图65读取SOx清除浓燃控制时的空气过剩率目标值λSPR Trgt，将其输入喷射量目标值运算部66。而且，在喷射量目标值运算部66，基于以下的数学式(2)运算SOx清除浓燃控制时的目标喷射量QSPR Trgt。
QSPR Trgt＝MAFSPL Trgt×Mafcorr/(λSPR Target×RoFuel×AFRsto)－Qfnl corrd…(2)
在数学式(2)中，MAFSPL Trgt是SOx清除稀燃时的MAF目标值，从上述MAF目标值运算部62输入。另外，QfnlRaw corrd表示后述的被学习修正的应用MAF追踪控制前的燃料喷射量(除了远后喷射)，RoFuel表示燃料比重，AFRsto表示理论空燃比，Mafcorr表示后述的MAF修正系数。
如果后述的SOx清除浓燃标志FSPR开启，则将由喷射量目标值运算部66运算出的目标喷射量QSPR Trgt作为喷射指示信号发送至排气管喷射装置34或各喷射器11。
由此，在本实施方式中，基于从第二目标空气过剩率设定图65读取的空气过剩率目标值λSPR Trgt、各喷射器11的燃料喷射量设定目标喷射量QSPR Trgt。由此，不用在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置λ传感器，或者即使在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置λ传感器的情况下也不使用该λ传感器的传感器值，能够使排气有效地降低至SOx清除浓燃控制所需的所希望的空气过剩率。
另外，通过使用学习修正后的燃料喷射量Qfnl corrd作为各喷射器11的燃料喷射量，能够利用前馈控制设定目标喷射量QSPR Trgt，并且能够有效地排除各喷射器11的老化、特性变化等的影响。
[SOx清除控制的催化剂温度调整控制]
如图2的时刻t2～t4所示，通过交替地切换执行排气管喷射或远后喷射的SOx清除浓燃标志FSPR的开启、关闭(浓燃、稀燃)，从而控制在SOx清除控制中流入NOx吸收还原型催化剂32的排气温度(以下，称为催化剂温度)。如果SOx清除浓燃标志FSPR被开启(FSPR＝1)，则利用排气管喷射或远后喷射使催化剂温度上升(以下，将该期间称为喷射期间TF INJ)。另一方面，如果SOx清除浓燃标志FSPR被关闭，则催化剂温度因排气管喷射或远后喷射的停止而降低(以下，将该期间称为间隔TF INT)。
在本实施方式中，从预先通过实验等制成的喷射期间设定图(未图示)读取与引擎转速Ne及油门开度Q对应的值，从而设定喷射期间TF INJ。在该喷射时间设定图中，根据引擎10的运转状态，设定使由预先实验等求出的排气的空气过剩率可靠地下降至第二目标空气过剩率所需的喷射期间。
在催化剂温度变成最高的SOx清除浓燃标志FSPR从开启被切换为关闭时，通过反馈控制设定间隔TF INT。具体而言，通过PID控制来进行处理，所述PID控制由与SOx清除浓燃标志FSPR被关闭时的目标催化剂温度与推定催化剂温度之间的偏差ΔT成比例地使输入信号变化的比例控制、与偏差ΔT的时间积分值成比例地使输入信号变化的积分控制、与偏差ΔT的时间微分值成比例地使输入信号变化的微分控制构成。利用能够使SOx从NOx吸收还原型催化剂32脱离的温度来设定目标催化剂温度，并基于例如由第一排气温度传感器43检测出的氧化催化剂31的入口温度、氧化催化剂31及NOx吸收还原型催化剂32的内部的发热反应等来推定推定催化剂温度即可。
如图5的时刻t1所示，如果利用过滤器强制再生的结束(FDPF＝0)使SOx清除标志FSP被开启，则SOx清除浓燃标志FSPR也被开启，而且上一次SOx清除控制时被反馈计算的间隔TF INT也暂时复位。即，刚刚进行过滤器强制再生后的第一次，根据由喷射期间设定图设定的喷射期间TF INJ 1执行排气管喷射或远后喷射(参照图5的时刻t1～t2)。由此，因为不进行SOx清除稀燃控制而从SOx清除浓燃控制开始SOx清除控制，所以不会使因过滤器强制再生而上升的排气温度降低，能够迅速地转移到SOx清除控制，并且降低燃料消耗量。
接着，如果SOx清除浓燃标志FSPR由于经过喷射期间TF INJ 1使关闭，则直至由PID控制设定的间隔TF INT 1经过为止，SOx清除浓燃标志FSPR被关闭(参照图5的时刻t2～t3)。而且，如果SOx清除浓燃标志FSPR由于经过间隔TF INT 1而被开启，则再次执行与喷射期间TF INJ 2对应的排气管喷射或远后喷射(参照图5的时刻t3～t4)。之后，重复执行这些SOx清除浓燃标志FSPR的开启、关闭的切换，直至SOx清除标志FSP因后述的SOx清除控制的结束判定而关闭(参照图5的时刻tn)。
由此，在本实施方式中，根据基于引擎10的运转状态而被参照的图来设定使催化剂温度上升并且使空气过剩率降低至第二目标空气过剩率的喷射期间TF INJ，并且通过PID控制来处理使催化剂温度下降的间隔TF INT。由此，能够将SOx清除控制中的催化剂温度有效地维持在清除所需的所希望的温度范围，并且能够使空气过剩率可靠地降低至目标过剩率。
[SOx清除控制的结束判定]
如果(1)从SOx清除标志FSP的开启开始累积排气管喷射或远后喷射的喷射量，并且该累积喷射量达到规定的上限阈值量的情况、(2)从SOx清除控制的开始计时的经过时间达到规定的上限阈值时间的情况、(3)将基于包含引擎10的运转状态或NOx/λ传感器45的传感器值等作为输入信号的规定的模型式而运算出的NOx吸收还原型催化剂32的SOx吸附量降低至表示SOx去除成功的规定的阈值的情况中任一条件成立，则关闭SOx清除标志FSP而结束SOx清除控制(参照图2的时刻t4、图5的时刻tn)。
由此，在本实施方式中，通过对SOx清除控制的结束条件设置累积喷射量以及经过时间的上限，从而能够在SOx清除因排气温度的降低等而没有进展的情况下，有效地防止燃料消耗量过剩。
[NOx清除控制]
NOx脱离处理部70是本发明的再生处理部的一个例子，实施通过使排气为浓燃环境而对被NOx吸收还原型催化剂32吸收的NOx进行还原净化并使其无害化地排放，从而执行使NOx吸收还原型催化剂32的NOx吸收能力恢复的控制(以下，将该控制称为NOx清除控制)。
如果从引擎10的运转状态推定单位时间的NOx排出量并且对其进行累积计算而得的推定累积值ΣNOx超过规定的阈值，则开始NOx清除控制的NOx清除标志FNP被开启(参照图6的时刻t1)。或者，在从引擎10的运转状态推定的催化剂上游侧的NOx排出量、由NOx/λ传感器45检测出的催化剂下游侧的NOx量运算NOx吸收还原型催化剂32的NOx净化率，并且该NOx净化率低于规定的判定阈值的情况下，NOx清除标志FNP被开启。
在本实施方式中，通过并用利用空气系统控制使空气过剩率从稳定运转时(例如，约1.5)降低至比理论空燃比相当值(约1.0)更靠稀燃侧的第三目标空气过剩率(例如，约1.3)的NOx清除稀燃控制、利用喷射系统控制使空气过剩率从第四目标空气过剩率降低至浓燃侧的第二目标空气过剩率(例如，约0.9)的NOx清除浓燃控制，实现基于NOx清除控制的浓燃化。以下，对NOx清除稀燃控制以及NOx清除浓燃控制的详细情况进行说明。
[NOx清除稀燃控制的MAF目标值设定]
图7是表示NOx清除稀燃控制时的MAF目标值MAFNPL Trgt的设定处理的框图。第三目标空气过剩率设定图71是基于引擎转速Ne及油门开度Q而被参照的图，预先基于实验等，设定与这些引擎转速Ne和油门开度Q对应的NOx清除稀燃控制时的空气过剩率目标值λNPL Trgt(第三目标空气过剩率)。
首先，将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号来从第三目标空气过剩率设定图71读取NOx清除稀燃控制时的空气过剩率目标值λNPL Trgt，并将其输入MAF目标值运算部72。而且，在MAF目标值运算部72中，基于以下的数学式(3)运算NOx清除稀燃控制时的MAF目标值MAFNPL Trgt。
MAFNPL Trgt＝λNPL Trgt×Qfnl corrd×RoFuel×AFRsto/Mafcorr( (3)
在数学式(3)中，Qfnl corrd表示后述的被学习修正的燃料喷射量(除了远后喷射)，RoFuel表示燃料比重，AFRsto表示理论空燃比，Mafcorr表示后述的MAF修正系数。
如果NOx清除标志FSP开启(参照图6的时刻t1)，则将由MAF目标值运算部72运算出的MAF目标值MAFNPL Trgt输入斜坡处理部73。斜坡处理部73从各斜坡系数图73A、B将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号来读取斜坡系数，并且将附加了该斜坡系数的MAF目标斜坡值MAFNPL Trgt Ramp输入阀控制部74。
阀控制部74是本发明的空气系统控制部的一个例子，其执行反馈控制将吸气节流阀16关到关闭侧，并且将EGR阀24打开到打开侧，以使从MAF传感器40输入的实际MAF值MAFAct变为MAF目标斜坡值MAFNPL Trgt Ramp。
由此，在本实施方式中，基于从第三目标空气过剩率设定图71读取的空气过剩率目标值λNPL Trgt、和各喷射器11的燃料喷射量来设定MAF目标值MAFNPL Trgt，并且基于该MAF目标值MAFNPL Trgt对空气系统动作进行反馈控制。由此，不用在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置λ传感器，或者即使在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置了λ传感器的情况下也不使用该λ传感器的传感器值，能够将排气有效地降低至NOx清除稀燃控制所需的所希望的空气过剩率。
另外，由于使用学习修正后的燃料喷射量Qfnl corrd作为各喷射器11的燃料喷射量，所以能够利用前馈控制设定MAF目标值MAFNPL Trgt，并且能够有效地排除各喷射器11的经年老化或特性变化等的影响。
另外，由于对MAF目标值MAFNPL Trgt附加根据引擎10的运转状态设定的斜坡系数，所以能够有效地防止因吸入空气量的急激变化导致的引擎10的熄火或转矩变动导致的驾驶性能的恶化等。
[NOx清除浓燃控制的燃料喷射量设定]
图8是表示NOx清除浓燃控制中的排气管喷射或远后喷射的目标喷射量QNPR Trgt(单位时间的喷射量)的设定处理的框图。第四目标空气过剩率设定图75是基于引擎转速Ne及油门开度Q而被参照的图，预先基于实验等，设定与这些引擎转速Ne和油门开度Q对应的NOx清除浓燃控制时的空气过剩率目标值λNPR Trgt(第四目标空气过剩率)。
首先，将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号来从第四目标空气过剩率设定图75读取NOx清除浓燃控制时的空气过剩率目标值λNPR Trgt，并将其输入喷射量目标值运算部76。而且，在喷射量目标值运算部76中，基于以下的数学式(4)运算NOx清除浓燃控制时的目标喷射量QNPR Trgt。
QNPR Trgt＝MAFNPL Trgt×Mafcorr/(λNPR Target×RoFuel×AFRsto)－Qfnl corrd( (4)
在数学式(4)中，MAFNPL Trgt是NOx清除稀燃MAF目标值，从所述MAF目标值运算部72输入。另外，QfnlRaw corrd表示后述的被学习修正的应用MAF追踪控制前的燃料喷射量(除了远后喷射)，RoFuel表示燃料比重，AFRsto表示理论空燃比，Mafcorr表示后述的MAF修正系数。
如果NOx清除标志FSP开启，则由喷射量目标值运算部76运算出的目标喷射量QNPR Trgt作为喷射指示信号被发送到排气管喷射装置34或各喷射器11(图6的时刻t1)。持续该喷射指示信号的发送，直至NOx清除标志FNP因后述的NOx清除控制的结束判定而被关闭(图6的时刻t2)。
由此，在本实施方式中，基于从第四目标空气过剩率设定图75读取的空气过剩率目标值λNPR Trgt、各喷射器11的燃料喷射量来设定目标喷射量QNPR Trgt。由此，不用在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置λ传感器，或者即使在NOx吸收还原型催化剂32的上游侧设置了λ传感器的情况下也不使用该λ传感器的传感器值，从而能够使排气有效地降低至NOx清除浓燃控制所需的所希望的空气过剩率。
另外，由于利用学习修正后的燃料喷射量Qfnl corrd作为各喷射器11的燃料喷射量，所以能够利用前馈控制设定目标喷射量QNPR Trgt，并且能够有效地排除各喷射器11的经年老化或特性变化等的影响。
[NOx清除控制的空气系统控制禁止]
ECU50在引擎10的运转状态为低负载侧的区域中，基于MAF传感器40的传感器值对吸气节流阀16或EGR阀24的开度进行反馈控制。另一方面，在引擎10的运转状态为高负载侧的区域中，ECU50基于增压压力传感器46的传感器值对可变容量型增压器20的增压压力进行反馈控制(以下，将该区域称为增压压力FB控制区域)。
在这样的增压压力FB控制区域中，产生吸气节流阀16或EGR阀24的控制干扰可变容量型增压器20的控制的现象。因此，存在如下课题，即使实施基于由上述数学式(3)设定的MAF目标值MAFNPL Trgt对空气系统进行反馈控制的NOx清除稀燃控制，也不能将吸入空气量维持在MAF目标值MAFNPL Trgt的课题。其结果是，即使开始执行远后喷射或排气管喷射的NOx清除浓燃控制，也存在不能使空气过剩率降低至NOx清除所需的第四目标空气过剩率(空气过剩率目标值λNPR Trgt)的可能性。
为了避免这样的现象，本实施方式的NOx脱离处理部70在增压压力FB控制区域中，禁止调整吸气节流阀16或EGR阀24的开度的NOx清除稀燃控制，并且仅利用排气管喷射或远后喷射使空气过剩率降低至第四目标空气过剩率(空气过剩率目标值λNPR Trgt)。由此，在增压压力FB控制区域中，也能够可靠地进行NOx清除。需要说明的是，在该情况下，可以将基于引擎10的运转状态设定的MAF目标值应用到上述数学式(4)的MAF目标值MAFNPL Trgt。
[NOx清除控制的结束判定]
如果(1)从NOx清除标志FNP的开启开始累积排气管喷射或远后喷射的喷射量，并且该累积喷射量达到规定的上限阈值量的情况、(2)从NOx清除控制的开始起计时的经过时间达到规定的上限阈值时间的情况、(3)基于包含引擎10的运转状态或NOx/λ传感器45的传感器值等作为输入信号的规定的典型式而运算出的NOx吸收还原型催化剂32的NOx吸收量降低至表示NOx去除成功的规定的阈值的情况中的任一个条件成立，则关闭NOx清除标志FNP而结束NOx清除控制(参照图6的时刻t2)。
由此，在本实施方式中，由于对NOx清除控制的结束条件设置累积喷射量及经过时间的上限，从而能够在NOx清除因排气温度的降低等而不成功的情况下可靠地防止燃料消耗量过剩。
[MAF追踪控制]
MAF追踪控制部80在(1)从通常运转的稀燃状态向SOx清除控制或NOx清除控制带来的浓燃状态切换的期间、以及(2)从SOx清除控制或NOx清除控制带来的浓燃状态向通常运转的稀燃状态切换的期间，执行根据MAF变化修正各喷射器11的燃料喷射时间及燃料喷射量的控制(以下，将该控制称为MAF追踪控制)。
[喷射量学习修正]
如图9所示，喷射量学习修正部90具有学习修正系数运算部91、喷射量修正部92。
学习修正系数运算部91基于引擎10的稀燃运转时由NOx/λ传感器45检测出的实际λ值λAct与推定λ值λEst之间的误差Δλ运算燃料喷射量的学习修正系数FCorr。在排气为稀燃状态时，由于没有通过氧化催化剂31产生HC的氧化反应，所以认为通过氧化催化剂31由下游侧的NOx/λ传感器45检测出的排气中的实际λ值λAct与从引擎10排出的排气中的推定λ值λEst一致。因此，在这些实际λ值λAct与推定λ值λEst之间产生误差Δλ的情况下，能够假定是针对各喷射器11的指示喷射量与实际喷射量的差引起的。以下，基于图10的流程，对使用该误差Δλ的学习修正系数运算部91所进行的学习修正系数的运算处理进行说明。
在步骤S300中，基于引擎转速Ne及油门开度Q，判定引擎10是否处于稀燃运转状态。如果处于稀燃运转状态，则为了开始学习修正系数的运算，进入步骤S310。
在步骤S310中，通过将从推定λ值λEst减去由NOx/λ传感器45检测出的实际λ值λAct而得的误差Δλ乘以学习值增益K1及修正灵敏度系数K2，从而运算出学习值FCorrAdpt(FCorrAdpt＝(λEst－λAct)×K1×K2)。从与引擎转速Ne或油门开度Q对应的引擎10的运转状态推定运算出推定λ值λEst。另外，将由NOx/λ传感器45检测出的实际λ值λAct作为输入信号而从图9所示的修正灵敏度系数图91A读取修正灵敏度系数K2。
在步骤S320中，判定学习值FCorrAdpt的绝对值|FCorrAdpt|是否处于规定的修正极限值A的范围内。在绝对值|FCorrAdpt|超过修正极限值A的情况下，本控制返回而中止本次学习。
在步骤S330中，判定学习禁止标志FPro是否关闭。作为学习禁止标志FPro，例如相当于在引擎10的过渡运转时、SOx清除控制时(FSP＝1)、NOx清除控制时(FNP＝1)等。这是因为，在这样的条件成立的状态下，误差Δλ由于实际λ值λAct的变化而增大，不能进行准确的学习。对于引擎10是否处于过渡运转状态，基于例如由NOx/λ传感器45检测出的实际λ值λAct的时间变化量，在该时间变化量大于规定的阈值的情况下，判定为过渡运转状态即可。
在步骤S340中，将基于引擎转速Ne及油门开度Q而被参照的学习值图91B(参照图9)更新为由步骤S310运算出的学习值FCorrAdpt。更详细地说，在该学习值图91B的基础上，设定根据引擎转速Ne及油门开度Q划分的多个学习区域。这些学习区域优选被设定为使用频率越多的区域其范围越狭窄，并且被设定为使用频率越少的区域其范围越宽。由此，能够在使用频率高的区域提高学习精度，在使用频率低的区域有效地防止未学习。
在步骤S350中，通过在将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号而从学习值图91B读取的学习值加上“1”，从而运算出学习修正系数FCorr(FCorr＝1+FCorrAdpt)。将该学习修正系数FCorr输入图9所示的喷射量修正部92。
喷射量修正部92将先导喷射QPilot、预喷射QPre、主喷射QMain、后喷射QAfter、远后喷射QPost的各基本喷射量乘以学习修正系数FCorr，从而执行这些燃料喷射量的修正。
由此，通过利用与推定λ值λEst与实际λ值λAct之间的误差Δλ对应的学习值对各喷射器11修正燃料喷射量，从而能够有效地排除各喷射器11的经年老化或特性变化、个体差等的波动。
[MAF修正系数]
MAF修正系数运算部95运算出用于SOx清除控制时的MAF目标值MAFSPL Trgt或目标喷射量QSPR Trgt的设定、以及NOx清除控制时的MAF目标值MAFNPL Trgt或目标喷射量QNPR Trgt的设定的MAF修正系数Mafcorr。
在本实施方式中，基于由NOx/λ传感器45检测出的实际λ值λAct与推定λ值λEst之间的误差Δλ修正各喷射器11的燃料喷射量。但是，由于λ是空气与燃料的比，所以误差Δλ的主要原因未必仅限于针对各喷射器11的指示喷射量与实际喷射量之间的差的影响。即，存在不仅各喷射器11而且MAF传感器40的误差也对λ的误差Δλ产生影响的可能性。
图11是表示MAF修正系数运算部95的MAF修正系数Mafcorr的设定处理的框图。修正系数设定图96是基于引擎转速Ne及油门开度Q而被参照的图，预先基于实验等，设定表示与这些引擎转速Ne和油门开度Q对应的MAF传感器40的传感器特性的MAF修正系数Mafcorr。
MAF修正系数运算部95将引擎转速Ne及油门开度Q作为输入信号而从修正系数设定图96读取MAF修正系数Mafcorr，并且将该MAF修正系数Mafcorr发送到MAF目标值运算部62、72及喷射量目标值运算部66、76。由此，能够将MAF传感器40的传感器特性有效地反应到SOx清除控制时的MAF目标值MAFSPL Trgt或目标喷射量QSPR Trgt、NOx清除控制时的MAF目标值MAFNPL Trgt或目标喷射量QNPR Trgt的设定。
[其他]
需要说明的是，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适宜地变形来实施。

Claims (8)

1.一种排气净化系统，其具有被设置于内燃机的排气系统中而对排气中的NOx进行还原净化的NOx还原型催化剂、和使排气的空气过剩率降低至规定的目标空气过剩率而使所述NOx还原型催化剂的NOx净化能力恢复的再生处理部，所述排气净化系统的特征在于，
所述再生处理部包含：
目标设定部，其基于所述内燃机的燃料喷射量，设定使排气成为所述目标空气过剩率所需的目标吸入空气量；以及
空气系统控制部，其根据从所述目标设定部输入的目标吸入空气量，控制所述内燃机的吸入空气量以及排气再循环量的至少一方。
2.如权利要求1所述的排气净化系统，其特征在于，
所述目标设定部将对所述目标空气过剩率乘以所述内燃机的燃料喷射量、燃料比重及理论空燃比而得的值设定为所述目标吸入空气量。
3.如权利要求1或2所述的排气净化系统，其特征在于，还具有：
λ传感器，其设置于所述内燃机的排气系统中；以及
喷射量修正部，其基于从所述内燃机的运转状态推定的推定λ值与由所述λ传感器检测出的实际λ值之间的差修正所述内燃机的燃料喷射量；
所述目标设定部利用通过所述喷射量修正部修正后的燃料喷射量作为所述内燃机的燃料喷射量来设定所述目标吸入空气量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的排气净化系统，其特征在于，
还具有斜坡处理部，所述斜坡处理部对从所述目标设定部输入的目标吸入空气量附加根据所述内燃机的运转状态的斜坡系数后输出到所述空气系统控制部。
5.如权利要求1至4中任一项所述的排气净化系统，其特征在于，
所述目标空气过剩率基于所述内燃机的运转状态而被设定。
6.一种排气净化系统的控制方法，所述排气净化系统具有被设置于内燃机的排气系统中而对排气中的NOx进行还原净化的NOx还原型催化剂、和使排气的空气过剩率降低至规定的目标空气过剩率而使所述NOx还原型催化剂的NOx净化能力恢复的再生处理部，所述控制方法的特征在于，
基于所述内燃机的燃料喷射量，设定使排气成为所述目标空气过剩率所需的目标吸入空气量，并且根据该目标吸入空气量控制所述内燃机的吸入空气量及排气再循环量的至少一方。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，
将对所述目标空气过剩率乘以所述内燃机的燃料喷射量、燃料比重及理论空燃比而得的值设定为所述目标吸入空气量。
8.如权利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，
基于设置于所述内燃机的排气系统中的λ传感器的传感器值与从所述内燃机的运转状态推定的推定λ值之间的差修正所述内燃机的燃料喷射量，并且利用修正后的燃料喷射量设定所述目标吸入空气量。
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