JP2004316610A - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタやＮＯｘトラップ触媒等のトラップを過大な熱負荷をかけることなく再生させる。
【解決手段】再生時において、電子制御ユニットのモジュールＭ３は、再生モードに応じた目標空気過剰率ｔｌａｍｂを設定する。モジュールＭ５は、ｔｌａｍｂに基づいて吸気絞り弁開度及び燃料噴射量等の空燃比に関連する第１のエンジン制御量を演算する。一方、モジュールＭ９は、再生モードに応じた目標排気ガス温度ｔＴｅｘｈを達成するため、メイン噴射時期等の燃焼期間に関連する第２のエンジン制御量を演算する。モジュールＭ９の動作に合わせ、モジュールＭ５は、パイロット噴射時期を演算する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に関し、詳細には、排気ガスからパティキュレートを除去するためのパティキュレートフィルタや、排気ガスから窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）を除去するためのＮＯｘトラップ触媒に対して、それらの機能再生時に過大な熱負荷がかかることを防止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガスからその特定成分を除去するトラップとして、パティキュレートフィルタやＮＯｘトラップ触媒が知られている。パティキュレートフィルタは、セラミックをハニカム状モノリスに成型するなどして作製したフィルタエレメントを内蔵し、これにより排気ガスをろ過してパティキュレートを除去する。一方、ＮＯｘトラップ触媒は、空燃比に応じて性質を異にし、空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘをトラップして除去する。ＮＯｘトラップ触媒は、ＮＯｘ以外に排気ガス中の硫黄分もトラップする。
【０００３】
これらパティキュレートフィルタ及びＮＯｘトラップ触媒は、パティキュレート等の除去対象物の蓄積量が規定量に達したときに、機能再生のために各々所定の再生処理を行う必要がある。これを行わずに運転を継続したとすれば、エンジン背圧が過剰に上昇したり、ＮＯｘが除去されないまま排気ガスが大気中に放出されることになるからである。ＮＯｘトラップ触媒は、トラップしたＮＯｘのほかに硫黄分についての再生処理（以下「脱硫再生処理」という。）を行う必要がある。
【０００４】
パティキュレートフィルタの再生処理として、酸化雰囲気のもとで排気ガス温度を通常時よりも高い温度に上昇させ、堆積しているパティキュレートを焼却することが知られている。また、ＮＯｘトラップ触媒の再生処理として、空燃比を一時的にリッチに転じ、トラップしているＮＯｘ及び硫黄分を放出させることが知られている。放出される際に、ＮＯｘ及び硫黄分は、排気ガス中の還元剤により浄化される。ここで、硫黄分は、ＮＯｘと比較して安定した状態で蓄積するので、これを放出させるには、空燃比をリッチに転じるばかりでなく、排気ガス温度を通常時よりも高い温度に上昇させることが必要である（特許文献１）。
【０００５】
このようにパティキュレートフィルタ及びＮＯｘトラップ触媒の再生処理では、再生させる対象に応じて空燃比を異ならせることになるが、いずれにせよ排気ガス温度を正確に制御する必要がある。ここで、排気ガス温度を上昇させる手段として、メイン噴射時期を遅角させること、ポスト噴射を実施すること及び排気還流（以下「ＥＧＲ」という。）ガス量を増大することなどが知られている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１５５７９３号公報（段落番号０１１６〜０１２０）
【特許文献２】
特開２０００−１７９３２６号公報（段落番号００２５〜００２７）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、パティキュレートフィルタやＮＯｘトラップ触媒の再生処理では、再生させる対象に応じて空燃比を異ならせることになる。しかしながら、それぞれの場合で空燃比が定まるのは、パティキュレートフィルタの再生処理では、排気ガス温度を目標温度に到達させるべくポスト噴射を実施するなどしたことの結果であり、ＮＯｘトラップ触媒の脱硫再生処理では、ポスト噴射の実施等により排気ガス温度を上昇させたうえで還元剤を供給したことの結果である。すなわち、再生処理の一環として空燃比を積極的に制御する試みは、これまでになされていない。
【０００８】
ここで、パティキュレートフィルタの再生処理中に運転条件が変化し、燃料噴射量が増大した場合を考える。空燃比が低下して排気ガス温度が上昇し、パティキュレートの燃焼が急峻となると、パティキュレートフィルタに過大な熱負荷がかかるおそれがある。また、燃料噴射量の増大が更に大きい場合は、排出された燃料がパティキュレートフィルタを冷却し、再生の進行が妨げられるおそれがある。
【０００９】
また、ＮＯｘトラップ触媒の脱硫再生処理についても同様に、運転条件の変化により排気ガス温度が上昇し、ＮＯｘトラップ触媒に過大な熱負荷がかかることが考えられる。また、ＮＯｘトラップ触媒の脱硫再生処理は還元雰囲気のもとで行われるため、再生処理中に何らかの原因で空燃比がリーンに転じると、それまでに供給された還元剤が触媒内部で激しく反応し、ＮＯｘトラップ触媒に過大な熱負過がかかるおそれがある。ＮＯｘトラップ触媒は、高温に曝すことによる機能劣化が著しく、耐熱性を高めることも構造上難しいので、熱負荷から保護することが特に重要である。
【００１０】
そこで、本発明は、パティキュレートフィルタやＮＯｘトラップ触媒等の再生処理において、処理の一環として空燃比を所定の値に実質的に維持する制御を行うことで、過大な熱負荷をかけることなくこれらのトラップを再生させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気ガスからその特定成分を除去するトラップを備えるエンジンの排気ガス浄化装置を提供する。通常時は、このトラップにより前記特定成分を除去する。一方、除去した特定成分の蓄積に対してこのトラップを再生させるか否かを判定し、再生させると判定したときは、再生処理として、目標空燃比を設定するとともに、空燃比を設定された目標空燃比に実質的に維持した状態で燃焼期間を制御して、排気ガス温度を通常時よりも高い温度に上昇させる。
【００１２】
このようにすれば、パティキュレートフィルタやＮＯｘトラップ触媒等の再生処理中に運転条件が変化したとしても、空燃比の変化を抑制し、そのときの排気ガス温度を維持することができるので、これらのトラップに過大な熱負荷がかかることを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る直噴ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という。）１の構成を示している。
【００１４】
吸気通路１１の導入部には、エアクリーナ１２が取り付けられており、エアクリーナ１２により吸入空気中の粉塵が除去される。エアクリーナ１２の下流には、エアフローメータ１３が設置されており、エアフローメータ１３により吸入空気量が測定される。エアクリーナ１２及びエアフローメータ１３を通過した吸入空気は、コレクタ１４に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。
【００１５】
エンジン１は、可変ノズルターボチャージャ１５を備えており、コンプレッサ部１５ａがコレクタ１４の上流に設置されている。コンプレッサ部１５ａとコレクタ１４との間には、インタークーラ１６が設置されており、インタークーラにより圧縮された吸入空気が冷却される。コレクタ１４の上流には、吸気絞り弁１７が設置されており、吸気絞り弁１７により吸入空気量が調節される。また、ポート部には、スワール制御弁１８が設置されており、スワール制御弁１８により筒内におけるガス流動が制御される。吸気絞り弁１７及びスワール制御弁１８は、後述する電子制御ユニットからの信号に応じて作動する。
【００１６】
エンジン本体において、インジェクタ２１は、気筒毎に燃焼室上部に臨ませてシリンダヘッドに固定されている。エンジン１の燃料系は、コモンレール２２を含んで構成され、燃料ポンプ２３により圧送された燃料が、コモンレール２２を介して規定圧力で各インジェクタ２１に供給される。インジェクタ２１は、電子制御ユニットからの信号により作動する。インジェクタ２１による燃料噴射は、複数回に分けて行われ、インジェクタ２１は、エンジン１のトルクを制御するためのメイン噴射以外に、メイン噴射よりも早い時期にパイロット噴射を行う。パイロット噴射の実施により、パティキュレートの発生が抑制されるとともに、燃焼騒音が低減される。
【００１７】
一方、排気通路３１において、マニホールド部の下流には、流入する排気ガスの空燃比に応じて、ＮＯｘをトラップし又はトラップしたＮＯｘを還元して放出するＮＯｘトラップ触媒３２が設置されている。ＮＯｘトラップ触媒３２の下流には、パティキュレートフィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ３３が設置されている。通常のリーン運転時において、排気ガス中のＮＯｘ及びパティキュレートは、ＮＯｘトラップ触媒３２及びディーゼルパティキュレートフィルタ３３を通過する際に排気ガスから除去される。ＮＯｘトラップ触媒３２は、通常時において、排気ガス中の硫黄分も同時にトラップする。
【００１８】
排気通路３１と吸気通路１１とは、ＥＧＲ管４１により接続されており、ＥＧＲ管４１には、ＥＧＲ弁４２が設置されている。ＥＧＲ弁４２が電子制御ユニットからの信号により作動することで、開度に応じた適量の排気ガスが吸気通路１１に還流される。ＥＧＲ弁４２の上流には、ＥＧＲガスクーラ４３が設置されており、ＥＧＲガスクーラによりＥＧＲガスが冷却される。
【００１９】
ＮＯｘトラップ触媒３２の上流において、排気通路３１とＥＧＲ管４１との接続部よりも下流には、ターボチャージャ１５のタービン部１５ｂが設置されている。タービン部１５ｂのノズル開度は、電子制御ユニットからの信号に応じて作動して、タービン部１５ｂの可動ベーンを駆動するアクチュエータ５１により制御される。
【００２０】
以上のように構成されるエンジン１の排気ガス浄化装置は、ＮＯｘトラップ触媒３２と、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３と、その再生装置としての機能を備える電子制御ユニット６１及び各種センサとを含んで構成される。ここでいうセンサには、エアフローメータ１３、エンジン冷却水の温度Ｔｗを検出するセンサ７１、ＮＯｘトラップ触媒３２への流入前の排気ガスの空気過剰率ｌａｍｂを検出するセンサ７２、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３の上流における排気ガス温度Ｔｅｘｈを検出するセンサ７３、及びディーゼルパティキュレートフィルタ前後の差圧ΔＰｄｐｆを検出するセンサ７４が含まれる。
【００２１】
図８は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）６１の構成を機能的に示すブロック図である。
モジュールＭ１は、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを設定し、運転モードを通常モードと再生モードとの間で切り換える。再生モードには、ＮＯｘ再生モード、脱硫再生モード及びフィルタ再生モードが含まれる。モジュールＭ２は、シリンダ吸入空気量ＱａｃやＥＧＲ率Ｒｅｇｒ等のエンジン１の内部状態量を演算する。モジュールＭ３は、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅに応じた目標空気過剰率ｔｌａｍｂを演算する。モジュールＭ４は、センサ７２からの信号に基づいて排気ガスの実際の空気過剰率ｌａｍｂを演算する。モジュールＭ５は、目標空気過剰率ｔｌａｍｂを達成するように目標とするＥＧＲ率、タービンノズル開度、吸気絞り弁開度及び燃料噴射量等を演算する。なお、これらＥＧＲ率等の空燃比に関連するエンジン制御量は、第１のエンジン制御量に相当する。モジュールＭ６は、目標空気過剰率ｔｌａｍｂと空気過剰率ｌａｍｂとの差を算出し、これに基づいて実際の空気過剰率を目標空気過剰率ｔｌａｍｂに近付けるように燃料噴射量又は吸気絞り弁開度のフィードバック補正量を演算する。モジュールＭ７は、再生モードが選択されたときに、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅに応じた目標排気ガス温度ｔＴｅｘｈが達成されるようにメイン噴射時期を補正する。また、スモークの発生を抑制し、燃焼騒音を低減するためにパイロット噴射時期を補正する。なお、メイン噴射時期及びパイロット噴射時期は、第２のエンジン制御量に相当する。第２のエンジン制御量として、パイロット噴射量を採用することも可能である。モジュールＭ８は、センサ７３からの信号に基づいて排気ガス温度Ｔｅｘｈを演算する。モジュールＭ９は、目標排気ガス温度ｔＴｅｘｈと排気ガス温度Ｔｅｘｈとの差を減少させるようにメイン噴射時期を補正する。
【００２２】
以下に、ＥＣＵ６１の動作をモジュールＭ１〜Ｍ９毎に説明する。
−モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅの設定−
図３は、モード判別値設定ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ１により実行される。
【００２３】
Ｓ１０１では、水温Ｔｗ、排気ガス流量Ｑｅｘｈ、エンジン回転数Ｎｅ及び排気ガス温度Ｔｅｘｈを読み込む。Ｓ１０２では、水温Ｔｗが所定温度Ｔｗ１以上であるか否かを判定する。Ｔｗ１未満であるときは、Ｓ１０３ヘ進み、Ｔｗ１以上であるときは、Ｓ１０４へ進む。Ｓ１０３では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを０に設定し、このルーチンをリターンする。Ｓ１０４では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを１に設定する。
【００２４】
Ｓ１０５では、排気ガス流量Ｑｅｘｈに基づいて単位時間当たりにエンジン１から排出されるＮＯｘの量ＮＯＸを算出する。Ｓ１０６では、ＮＯｘ排出量ＮＯＸを積分し、得た値をＮＯｘトラップ触媒３２にトラップされているＮＯｘの量（以下「ＮＯｘトラップ量」という。）ΣＮＯＸとして記憶する。また、Ｓ１０７では、ＮＯｘトラップ触媒３２にトラップされている硫黄分の量（以下「硫黄分トラップ量」という。）ΣＳＯＸをエンジン回転数Ｎｅの積算値として算出し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３に堆積しているパティキュレートの量（以下「パティキュレート堆積量」という。）ΣＰＭをエンジン回転数Ｎｅの積算値として算出する。
【００２５】
Ｓ１０８では、ＮＯｘトラップ量ΣＮＯＸが所定量ＮＯＸ１以上であるか否かを判定する。ＮＯＸ１以上であるときは、同様の判定が所定時間継続していることを条件にＳ１０９へ進み、ＮＯＸ未満であるときは、Ｓ１１０へ進む。Ｓ１０９では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを２に設定し、このルーチンをリターンする。
【００２６】
Ｓ１１０では、排気ガス温度Ｔｅｘｈが所定温度Ｔｅｘｈ１以上であるか否かを判定する。Ｔｅｘｈ１以上であるときは、Ｓ１１１へ進み、Ｔｅｘｈ１未満であるときは、モード判別値ＡＳＴｓｔａｔｅを１としたままこのルーチンをリターンする。
【００２７】
Ｓ１１１では、硫黄分トラップ量ΣＳＯＸが所定量ＳＯＸ１以上であるか否かを判定する。ＳＯＸ１以上であるときは、Ｓ１１２へ進み、ＳＯＸ１未満であるときは、Ｓ１１３へ進む。Ｓ１１２では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを３に設定し、このルーチンをリターンする。
【００２８】
Ｓ１１３では、パティキュレート堆積量ΣＰＭが所定量ＰＭ１以上であるか否かを判定する。ＰＭ１以上であるときは、Ｓ１１４へ進み、ＰＭ１未満であるときは、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを１としたままこのルーチンをリターンする。Ｓ１１４では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを４に設定し、このルーチンをリターンする。
【００２９】
以上のようにモード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅが３又は４に設定されたときは、まず、排気ガス昇温モードとして、空気過剰率がストイキ又はその近傍である状態で排気ガス温度を上昇させる制御を行う。そして、排気ガス温度が目標温度に達した後、ＡＴＳｓｔａｔｅが３であるときは、脱硫再生モードとして、空気過剰率をリッチに転じ、ＮＯｘトラップ触媒３２からトラップしている硫黄分を放出させる制御を行う。また、ＡＴＳｓｔａｔｅが４であるときは、フィルタ再生モードとして、空気過剰率をリーンに転じ、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３に堆積しているパティキュレートを焼却する制御を行う。再生処理を進めている途中で排気ガス温度が所定温度Ｔｅｘｈ１よりも高い第２の所定温度Ｔｅｘｈ２に達した場合は、ＮＯｘトラップ触媒３２の機能劣化又はディーゼルパティキュレートフィルタ３３の焼損を防止するため、故障回避モードにより空気過剰率をリーンに制御することにより排気ガス温度を低下させ、再生処理を中断させる。
−内部状態量の演算−
図４は、目標アクセル要求噴射量演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ２により実行される。
【００３０】
Ｓ２０１では、エンジン回転数Ｎｅ及びコントロールレバー開度ＡＰＯを読み込む。Ｓ２０２では、Ｎｅ及びＡＰＯにより図５に示すマップを検索し、アクセル要求噴射量基本値Ｍｑｄｒｖを算出する。Ｓ２０２では、アイドル回転補正量Ｑｆｉｓｃを算出し、これをアクセル要求噴射量基本値Ｍｑｄｒｖに加算して、目標アクセル要求噴射量Ｑｆｄｒｖを算出する。
【００３１】
図６は、吸気系応答時定数演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ２により実行される。
Ｓ２１１では、エンジン回転数Ｎｅ、目標アクセル要求噴射量Ｑｆｄｒｖ、吸気管内圧力Ｐｉｎｔ及び目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒｄ_ｎ−１を読み込む。なお、現状に応じた目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを一次遅れさせた値Ｍｅｇｒｄが実際のＥＧＲ率に等しいものと近似している。符号ｎ−１は、このルーチンを前回に実行した際に算出したものであることを示す。Ｓ２１２では、Ｎｅ及びＱｆｄｒｖにより図７に示すマップを検索し、体積効率基本値Ｋｉｎｂを算出するとともに、Ｐｉｎｔにより図８に示すマップを検索し、体積効率補正値Ｋｉｎｈを算出する。Ｓ２１３では、Ｋｉｎｂ，Ｋｉｎｈ及びＭｅｇｒｄ_ｎ−１に基づいて下式（１）により体積効率Ｋｉｎを算出する。Ｓ２１４では、Ｋｉｎに容積比ＫＶＯＬ＃を乗算し、吸気系応答時定数Ｋｋｉｎ（＝Ｋｉｎ×ＫＶＯＬ＃）を算出する。なお、容積比ＫＶＯＬ＃は、マニホールド部（コレクタ１４を含む。）の容積Ｖｍとピストンの行程容積Ｖｃとの比（＝Ｖｃ／Ｖｍ）である。
【００３２】
Ｋｉｎ＝Ｋｉｎｂ×Ｋｉｎｈ×（１／（１＋Ｍｅｇｒｄ_ｎ−１））・・・（１）
図９は、シリンダ吸入空気量演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ２により実行される。
【００３３】
Ｓ２２１では、エアフローメータ１３からの出力ＡＦＭ、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気系応答時定数Ｋｋｉｎを読み込む。Ｓ２２２では、ＡＦＭを図１０に示すテーブルにより吸入空気量Ｑａｓに換算する。Ｓ２２３では、Ｑａｓに加重平均処理を施し、得た値をＱａｓ０とする。Ｓ２２４では、Ｑａｓ０を下式（２）により１シリンダ、かつ１ストローク当たりの吸入空気量Ｑａｃ０に換算する。なお、ＫＣＯＮ＃を単位換算係数とする。Ｓ２２５では、Ｑａｃ０にｎ回演算分の遅れ処理を施し、コレクタ１４の入口部における吸入空気量Ｑａｃｎ（＝Ｑａｃ０_ｎ−ｋ）を算出する。Ｓ２２６では、Ｑａｃｎに吸気系応答時定数Ｋｋｉｎを用いた下式（３）による遅れ処理を施し、シリンダ吸入新気量Ｑａｃを算出する。
【００３４】
Ｑａｃ０＝（Ｑａｓ０／Ｎｅ）×ＫＣＯＮ＃ ・・・（２）
Ｑａｃ＝Ｑａｃ_ｎ−１×（１−Ｋｋｉｎ）＋Ｑａｃｎ×Ｋｋｉｎ ・・・（３）
図１１は、排気ガス流量演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ２により実行される。
【００３５】
Ｓ２３１では、吸入空気量Ｑａｃ、ＥＧＲガス量Ｑｅｃ（＝ｔＱｅｃ０）、目標アクセル要求噴射量Ｑｆｄｒｖ及びエンジン回転数Ｎｅを読み込む。Ｓ２３２，２３３及び２３４では、単位換算係数ＫＣＯＮ＃を用いて下式（４．１）〜（４．３）により目標アクセル要求噴射量Ｑｆｄｒｖ、シリンダ吸入空気量Ｑａｃ及びＥＧＲガス量Ｑｅｃをそれぞれ単位時間当たりの量Ｑｆ，Ｑａ及びＱｅに換算する。Ｓ２３５では、Ｑｆ，Ｑａ及びＱｅに基づいて下式（５）により排気ガス流量Ｑｅｘｈを算出する。なお、ＧＫＱＦ＃を反映係数とする。
【００３６】
Ｑｆ＝Ｑｆｄｒｖ×Ｎｅ／ＫＣＯＮ＃ ・・・（４．１）
Ｑａ＝Ｑａｃ×Ｎｅ／ＫＣＯＮ＃ ・・・（４．２）
Ｑｅ＝Ｑｅｃ×Ｎｅ／ＫＣＯＮ＃ ・・・（４．３）
Ｑｅｘｈ＝Ｑａ＋Ｑｅ＋Ｑｆ×ＧＫＱＦ＃ ・・・（５）
図１２は、ＥＧＲ率演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ２により実行される。
【００３７】
前述のように、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを一次遅れさせた値が実際のＥＧＲ率と等しいものと近似している。すなわち、Ｓ２４１では、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ_ｎ−１、目標ＥＧＲガス量ｔＱｅｃｄ_ｎ−１を読み込む。Ｓ２４２では、Ｍｅｇｒ_ｎ−１にＥＧＲ系応答時定数ＴＣＥＧＲ＃を用いた下式（６）による遅れ処理を施し、得た値をＭｅｇｒｄとして記憶する。Ｓ２４３では、ｔＱｅｃｄ_ｎ−１をＱａｃで除算し、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出する。
【００３８】
Ｍｅｇｒｄ＝（１−ＴＣＥＧＲ＃）×Ｍｅｇｒｄ_ｎ−１＋ＴＣＥＧＲ＃×Ｍｅｇｒ_ｎ−１ ・・・（６）
Ｒｅｇｒ＝ｔＱｅｃｄ_ｎ−１／Ｑａｃ ・・・（７）
図１３は、タービンノズル開度演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ２により実行される。
【００３９】
目標タービンノズル開度Ｔｒａｖを一次遅れさせた値が実際のタービンノズル開度に等しいものと近似している。すなわち、Ｓ２５１では、目標タービンノズル開度Ｔｒａｖｆｆ_ｎ−１を読み込む。Ｓ２５２では、Ｔｒａｖｆｆ_ｎ−１に駆動系応答時定数ＴＣＶＧＴ＃を用いた下式（８）による遅れ処理を施し、タービンノズル開度Ｒｖｇｔを算出する。
【００４０】
Ｒｖｇｔ＝（１−ＴＣＶＧＴ＃）×Ｒｖｇｔ_ｎ−１＋ＴＣＶＧＴ＃×Ｔｒａｖｆｆ_ｎ−１ ・・・（８）
図１４は、ＥＧＲガス流速演算するルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ２により実行される。
【００４１】
ＥＧＲガス流速Ｃｑｅは、吸気管内圧力Ｐｉｎｔ、排気管内圧力Ｐｅｘｈ及び排気ガス比重ρに基づいて下式（９）により算出することができる。しかしながら、Ｐｉｎｔ及びＰｅｘｈを正確に測定することが困難であるので、次に示す方法によりＥＧＲガス流速Ｃｑｅを推定する。
【００４２】
Ｃｑｅ＝√（２ρ×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）） ・・・（９）
Ｓ２６１では、ＥＧＲガス量Ｑｅｃ（＝ｔＱｅｃｄ）、吸入空気量Ｑａｃｎ、タービンノズル開度Ｒｖｇｔ及び吸気絞り弁開度ＴＶＯを読み込む。Ｓ２６２では、Ｑｅｃ及びＴＶＯにより図１５に示すマップを検索し、流速基本値Ｃｑｅ０を算出する。Ｓ２６３では、Ｑａｃｎ及びＲｖｇｔにより図１６に示すマップを検索し、流速補正値Ｋｃｑｅを算出する。Ｓ２６４では、Ｃｑｅ０にＫｃｑｅを乗算し、ＥＧＲガス流速Ｃｑｅ（＝Ｃｑｅ０×Ｋｃｑｅ）を算出する。
−目標空燃比の設定−
図１７は、目標空気過剰率演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ３により実行される。
【００４３】
Ｓ３０１及び３０２では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを読み込み、ＡＴＳｓｔａｔｅに対応するマップを検索し、運転モードに応じた目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０を設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが０であるときは、低温時用マップを検索し、Ｔｌａｍｂ０をストイキを示す１に設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが１であるときは、図１８に示す通常時用マップを検索し、Ｔｌａｍｂ０をリーンを示す１．４以上の値に設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが２であるときは、リッチスパイク制御のためにＴｌａｍｂ０をリッチを示す０．９に設定する。ＡＴＳｓｔａｔが３のときは、脱硫再生時用マップを検索し、Ｔｌａｍｂ０をリッチを示す０．９９に設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが４のときは、フィルタ再生時用マップを検索し、Ｔｌａｍｂ０をリーンを示す１．２に設定する。
【００４４】
なお、ＡＴＳｓｔａｔｅが３又は４のときは、脱硫再生モード又はフィルタ再生モードの実施に先立って排気ガス昇温モードを行うが、このときの目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０は、ストイキを示す１に設定する。また、排気ガス温度が過度に上昇したとして再生処理を中断させるときは、Ｔｌａｍｂ０は、リーンを示す１．３以上の値に設定する。すなわち、故障回避モードでは、Ｔｌａｍｂ０は、フィルタ再生モードにおけるよりも大きな値に設定する。
【００４５】
Ｓ３０３では、設定した目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０に吸気系応答時定数Ｋｋｉｎを用いた下式（１０）による遅れ処理を施し、目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを算出する。
【００４６】
Ｔｌａｍｂ＝Ｔｌａｍｂ_ｎ−１×（１−Ｋｋｉｎ）＋Ｔｌａｍｂ０×Ｋｋｉｎ ・・・（１０）
−空気過剰率の演算−
図１９は、空気過剰率演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ４により実行される。
【００４７】
Ｓ４０１では、センサ７２からのポンプ電流ｉｐを読み込む。Ｓ４０２では、ｉｐを図２０に示すテーブルにより空気過剰率ｌａｍｂ０に換算する。Ｓ４０３では、ｌａｍｂ０に加重平均処理を施し、得た値を空気過剰率ｌａｍｂとする。
−エンジン制御量の設定−
図２１は、トルク補正係数演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。トルク補正係数Ｋａは、目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ及びメイン噴射時期ＭＩＴｆに応じた値に設定され、後述する目標吸入空気量演算ルーチン及び目標燃料噴射量演算ルーチンで用いられる。
【００４８】
Ｓ５０１では、目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ、エンジン回転数Ｎｅ及びメイン噴射時期ＭＩＴｆを読み込む。Ｓ５０２では、Ｔｌａｍｂ，Ｎｅ及びＭＩＴｆにより図２２に示すマップを検索し、トルク補正係数ＫａＬＡＭＢ，ＫａＭＩＴを算出する。トルク補正係数ＫａＬＡＭＢは、再生時における目標空気過剰率Ｔｌａｍｂの変化に対して設定されるものであり、１．４よりも小さな値のＴｌａｍｂに対して１よりも大きな値として設定され、かつＴｌａｍｂを大きく減少させたときほど大きな値として設定される。ＫａＬＡＭＢは、Ｔｌａｍｂが１．４以上であるときは、１に設定される。トルク補正係数ＫａＭＩＴは、再生時におけるメイン噴射時期ＭＩＴｆの変化に対して設定されるものであり、通常時よりも遅角させたＭＩＴｆに対して１よりも大きな値として設定され、かつＭＩＴｆを大きく遅角させたときほど大きな値として設定される。ＫａＭＩＴは、通常時は、１に設定される。Ｓ５０３では、ＫａＬＡＭＢとＫａＭＩＴとを乗算し、トルク補正係数Ｋａ（＝ＫａＬＡＭＢ×ＫａＭＩＴ）を算出する。
【００４９】
図２３は、目標吸入空気量演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
Ｓ５１１では、目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ、目標アクセル要求噴射量Ｑｆｄｒｖ及びトルク補正係数Ｋａを読み込む。Ｓ５１２では、Ｔｌａｍｂ，Ｑｆｄｒｖ及びＫａに基づいて下式（１１）により目標吸入空気量基本値ｔＱａｃ０を算出する。なお、Ｂｌａｍｂ＃は、理論空燃比相当値（＝１４．７）である。Ｓ５１３では、ｔＱａｃ０に加重平均処理を施し、目標吸入空気量ｔＱａｃを算出する。
【００５０】
ｔＱａｃ０＝Ｔｌａｍｂ×Ｑｆｄｒｖ×Ｂｌａｍｂ＃×Ｋａ ・・・（１１）
図２４は、目標燃料噴射量演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
【００５１】
Ｓ５２１では、目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ、吸入空気量Ｑａｃ、目標アクセル要求噴射量Ｑｆｄｒｖ、トルク補正係数Ｋａ及びモード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを読み込む。Ｓ５２２では、ＡＴＳｓｔａｔｅが０，２又は３であるか否かを判定する。ＡＴＳｓｔａｔｅがこれらのいずれかであるときは、空燃比がリッチ又はストイキに制御されるので、エンジントルクは、主に吸入新気量に依存する。Ｓ５２３では、Ｑａｃに基づいて下式（１２）により目標燃料噴射量ｔＱｆを算出する。一方、ＡＴＳｓｔａｔｅが０，２及び３のいずれでもないときは、空燃比がリーンに制御されるので、エンジントルクに対して燃料噴射量の影響が支配的となる。このため、Ｓ５２４へ進み、Ｑｆｄｒｖに基づいて下式（１３）により目標燃料噴射量ｔＱｆを算出する。
【００５２】
ｔＱｆ＝Ｑａｃ／（Ｔｌａｍｂ×Ｂｌａｍｂ＃）×Ｋａ ・・・（１２）
ｔＱｆ＝Ｑｆｄｒｖ×Ｋａ ・・・（１３）
図２５は、吸気絞り弁開度演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
【００５３】
Ｓ５３１では、エンジン回転数Ｎｅ、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ及び目標吸入空気量ｔＱａｃを読み込む。Ｓ５３２では、Ｎｅにより図２６に示すテーブルを検索し、最大作動ガス量Ｑｇｍａｘを算出する。Ｓ５３３では、Ｑｇｍａｘに基づいて下式（１４）により目標作動ガス量比ｔＱｈ０を算出する。なお、ピストンの行程容積をＶＣＥ＃とする。
【００５４】
ｔＱｈ０＝ｔＱａｃ×（１＋Ｍｅｇｒ）／ＶＣＥ＃／Ｑｇｍａｘ ・・・（１４）
Ｓ５３４では、算出したｔＱｈ０を図２７に示すテーブルにより目標空気流量比ｔＤＮＶに換算する。Ｓ５３５では、ｔＤＮＶ及びＮｅに基づいて下式（１５）により目標開口面積基本値ｔＡｔｖｏｂを算出する。Ｓ５３６では、ｔＡｔｖｏｂ及びＭｅｇｒに基づいて下式（１６）により目標吸気絞り弁開口面積ｔＡｔｖｏを算出する。ｔＡｔｖｏは、作動ガス全体に関する目標開口面積であるｔＡｔｖｏｂに対して目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒによる補正を施したものである。Ｓ５３７では、ｔＡｔｖｏを図２８に示すマップにより吸気絞り弁開度ＥＴＣに換算する。ＥＣＵ６１は、ＥＴＣに応じた信号を吸気絞り弁１７のアクチュエータに出力し、吸気絞り弁１７を制御する。
【００５５】
ｔＡｔｖｏｂ＝ｔＤＮＶ×Ｎｅ×ＶＯＬ＃ ・・・（１５）
ｔＡｔｖｏ＝ｔＡｔｖｏｂ×１／（１＋Ｍｅｇｒ） ・・・（１６）
図２９は、目標ＥＧＲ率基本値演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
【００５６】
Ｓ５４１及び５４２では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを読み込み、ＡＴＳｓｔａｔｅに対応するマップを検索し、運転モードに応じた目標ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０を設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが１であるときは、図３０に示す基準マップを検索し、通常時目標ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０を設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが０であるときは、基準マップから得たＭｅｇｒ０に補正係数として０．２を乗算し、低温時目標ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０（＝Ｍｅｇｒ０×０．２）を設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが２であるときは、基準マップから得たＭｅｇｒ０に補正係数として０．８を乗算し、ＮＯｘ再生時目標ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０（＝Ｍｅｇｒ０×０．８）を設定する。ＡＴＳｓｔａｔが３であるときは、基準マップから得たＭｅｇｒ０に補正係数として０を乗算し、脱硫再生時目標ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０（＝Ｍｅｇｒ０×０）を設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが４であるときは、基準マップから得たＭｅｇｒ０に補正係数として０．５を乗算し、フィルタ再生時目標ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０（＝Ｍｅｇｒ０×０．５）を設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが３又は４であり、脱硫再生モード又はフィルタ再生モードを行う場合に、排気ガス昇温モードでは、基準マップから得たＭｅｇｒ０に補正係数として０を乗算し、ＥＧＲを停止させる。故障回避モードでは、基準マップから得たＭｅｇｒ０に補正係数として０．８を乗算し、故障回避時目標ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０（＝Ｍｅｇｒ０×０．８）を設定する。
【００５７】
図３１は、目標ＥＧＲ率演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
Ｓ５５１では、目標ＥＧＲ率基本値Ｍｅｇｒ０及び吸気系応答時定数Ｋｋｉｎを読み込む。Ｓ５５２では、Ｍｅｇｒ０にＫｋｉｎを用いた下式（１７）による遅れ処理を施し、得た値をＭｅｇｒｄとして記憶する。Ｓ５５３では、ＭｅｇｒｄにＧＫｅｅｇｒを係数とした下式（１８）による進み処理を施し、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを算出する。
【００５８】
Ｍｅｇｒｄ＝Ｍｅｇｒｄ_ｎ−１×（１−Ｋｋｉｎ）＋Ｍｅｇｒ０×Ｋｋｉｎ ・・・（１７）
Ｍｅｇｒ＝ＧＫｅｅｇｒ×Ｍｅｇｒ０−（ＧＫｅｅｇｒ−１）×Ｍｅｇｒｄ ・・・（１８）
図３２は、目標ＥＧＲガス量演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
【００５９】
Ｓ５６１では、目標吸入空気量ｔＱａｃ、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ及び吸気系応答時定数Ｋｋｉｎを読み込む。Ｓ５６２では、ｔＱａｃとＭｅｇｒとを乗算し、目標ＥＧＲガス量基本値Ｑｅｃ０（＝ｔＱａｃ×Ｍｅｇｒ）を算出する。Ｓ５６３では、Ｑｅｃ０にＫｋｉｎを用いた下式（１９）による遅れ処理を施し、得た値をｔＱｅｃｄとして記憶する。Ｓ５６４では、ｔＱｅｃｄにＧＫｑｅｃを係数とした下式（２０）による進み処理を施し、目標ＥＧＲガス量ｔＱｅｃを算出する。
【００６０】
ｔＱｅｃｄ＝ｔＱｅｃｄ_ｎ−１×（１−Ｋｋｉｎ）＋ｔＱｅｃ０×Ｋｋｉｎ ・・・（１９）
ｔＱｅｃ＝ＧＫｑｅｃ×ｔＱｅｃ０−（ＧＫｑｅｃ−１）×ｔＱｅｃｄ ・・・（２０）
図３３は、目標ＥＧＲ弁開度演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
【００６１】
Ｓ５７１では、目標ＥＧＲガス量ｔＱｅｃ及びＥＧＲガス流速Ｃｑｅを読み込む。Ｓ５７２では、ｔＱｅｃをＣｑｅで除算し、目標ＥＧＲ弁開度基本値ｔＡｅｇｒ０（＝ｔＱｅｃ／Ｃｑｅ）を算出する。Ｓ５７３では、ｔＡｅｇｒ０に基づいて下式（２１）により目標ＥＧＲ弁開度ｔＡｅｇｒを算出する。目標ＥＧＲ弁開度ｔＡｅｇｒの演算は、ベンチュリモデルに基づく計算方法による。なお、ＥＧＲ通路代表面積をＡＥＧＲＢ＃とする。Ｓ５７４では、ｔＡｅｇｒを図３４に示すテーブルによりＥＧＲ弁ステップ数ＳＴＥＰＥＧＲに換算する。
【００６２】
ｔＡｅｇｒ＝ｔＡｅｇｒ０／｛√（１−（ｔＡｅｇｒ０／ＡＥＧＲＢ＃）^２）｝・・・（２１）
図３５は、目標タービンノズル開度演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
【００６３】
Ｓ５８１では、エンジン回転数Ｎｅ、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ及び目標アクセル要求噴射量Ｑｆｄｒｖを読み込む。Ｓ５８２では、Ｎｅ及びＭｅｒｇにより図３６に示すマップを検索し、目標空気過剰率Ｔｌａｍｂと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとを達成するためのタービンノズル開度基本値Ｔｒａｖ０を算出する。Ｓ５８３では、Ｎｅ及びＱｆｄｒｖにより図３７に示すマップを検索し、タービンノズル開度補正値Ｔｒａｖｑを算出する。Ｓ５８４では、Ｔｒａｖ０とＴｒａｖｑとを加算し、目標タービンノズル開度Ｔｒａｖ（＝Ｔｒａｖ０＋Ｔｒａｖｑ）を算出する。
【００６４】
図３８は、目標タービンノズル開度Ｔｒａｖの応答遅れ補償ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
可変ノズルターボチャージャ１５では、ガス流動の応答遅れ（コンプレッサ部１５ａ及びタービン部１５ｂの作動遅れを含むものとし、排気ガス流量Ｑｅｘｈに応じて変化する。）と、タービン部１５ｂの可動ベーンを駆動するアクチュエータ５１の作動遅れ（運転条件によらず一定である。）とが存在する。このため、Ｓ５９３及び５９４で前者の遅れを、Ｓ５９６及び５９７で後者の遅れを補償する。Ｓ５９１では、目標タービンノズル開度Ｔｒａｖ及び排気ガス流量Ｑｅｘｈを読み込む。Ｓ５９２では、Ｑｅｘｈにより図３９に示すテーブルを検索し、排気系応答時定数Ｔｃｖｇｔを設定するとともに、Ｑｅｘｈにより図４０に示すマップを検索し、進み補償係数ＧＫｖｇｔを設定する。Ｓ５９３では、ＭｅｇｒにＴｃｖｇｔを用いた下式（２２）による遅れ処理を施し、得た値をＴｒａｖｄとして記憶する。Ｓ５６４では、ＴｒａｖにＧｋｖｇｔを用いた下式（２３）による進み処理を施し、得た値をＴｒａｖｆｆとして記憶する。Ｓ５９５では、ＴｒａｖｆｆにＴｒａｖｆｂを加算し、得た値をＴｒａｖｃ（＝Ｔｒａｖｄ＋Ｔｒａｖｆｂ）として記憶する。なお、Ｔｒａｖｆｂは、目標吸入空気量ｔＱａｃと吸入空気量Ｑａｃとに基づいて算出されるフィードバック補正量である。
【００６５】
Ｔｒａｖｄ＝Ｔｒａｖｄ_ｎ−１×（１−Ｔｃｖｇｔ）＋Ｔｒａｖ×Ｔｃｖｇｔ ・・・（２２）
Ｔｒａｖｆｆ＝Ｇｋｖｇｔ×Ｔｒａｖ−（Ｇｋｖｇｔ−１）×Ｔｒａｖｄ ・・・（２３）
Ｓ５９６では、Ｔｒａｖｃに駆動系応答時定数ＴＣＡＣＴ＃を用いた下式（２４）による遅れ処理を施し、得た値をＴｒａｖｃｄとして記憶する。Ｓ５６７では、ＴｒａｖｃにＧＫＡＣＴ＃を係数とした下式（２５）による進み処理を施し、目標タービンノズル開度Ｔｒａｖｆを算出する。
【００６６】
Ｔｒａｖｃｄ＝Ｔｒａｖｃｄ_ｎ−１×（１−ＴＣＡＣＴ＃）＋Ｔｒａｖｃ×ＴＣＡＣＴ＃ ・・・（２４）
Ｔｒａｖｆ＝ＧＫＡＣＴ＃×Ｔｒａｖｃ−（ＧＫＡＣＴ＃−１）×Ｔｒａｖｃｄ ・・・（２５）
図４１は、目標デューティ比演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
【００６７】
Ｓ６０１では、目標タービンノズル開度Ｔｒａｖｆを読み込む。Ｓ６０２では、Ｔｒａｖｆにより図４２に示すマップを検索し、アクチュエータ５１を駆動する信号の目標デューティ比ＶＮｄｕｔｙを設定する。
【００６８】
図４３は、目標メイン噴射時期演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ５により実行される。
Ｓ６１１及び６１２では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを読み込み、ＡＴＳｓｔａｔｅに対応するマップを検索し、運転モードに応じた目標メイン噴射時期基本値ＭＩＴ０を設定する。本実施形態では、再生処理を行うときに、基準となる通常時用マップを検索して得たＭＩＴ０を目標排気ガス温度に応じて補正し、再生時目標メイン噴射時期基本値ＭＩＴ０を設定する。再生時目標メイン噴射時期基本値ＭＩＴ０は、上死点よりも遅角側に設定される。たとえば、ＡＴＳｓｔａｔｅが１であるときは、図４４に示す基準マップを検索し、通常時目標メイン噴射時期ＭＩＴ０を設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが２であるときは、基準マップから得たＭＩＴ０をクランク角で１０°遅らせ、ＮＯｘ再生時目標メイン噴射時期基本値ＭＩＴ０（＝ＭＩＴ０＋１０°ＣＡ）を設定する。ＡＴＳｓｔａｔが３のときは、基準マップから得たＭＩＴ０をクランク角で１０°遅らせ、脱硫再生時目標メイン噴射時期基本値ＭＩＴ０（＝ＭＩＴ０＋１０°ＣＡ）を設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが４のときは、基準マップから得たＭＩＴ０をクランク角で６°遅らせ、フィルタ再生時目標メイン噴射時期基本値ＭＩＴ０（＝ＭＩＴ０＋１０°ＣＡ）を設定する。なお、ＡＴＳｓｔａｔｅが３又は４であり、脱硫再生モード又はフィルタ再生モードを行う場合に、排気ガス昇温モードでは、基準マップから得たＭＩＴ０をクランク角で１０°遅らせ、排気ガス昇温時目標メイン噴射時期基本値ＭＩＴ０（＝ＭＩＴ０＋１０°ＣＡ）を設定する。故障回避モードでは、基準マップから得たＭＩＴ０をクランク角で６°遅らせ、故障回避時目標メイン噴射時期基本値ＭＩＴ０（＝ＭＩＴ０＋６°ＣＡ）を設定する。
【００６９】
Ｓ６１３では、吸気系応答時定数Ｋｋｉｎを読み込み、ＭＩＴ０にＫｋｉｎを用いた下式（２６）による遅れ処理を施し、目標メイン噴射時期ＭＩＴを算出する。Ｓ６１４では、ＭＩＴに、排気ガス温度Ｔｅｘｈに応じた後述するメイン噴射時期補正値ＭＩＴｆｂを加算し、メイン噴射時期ＭＩＴｆ（＝ＭＩＴ＋ＭＩＴｆｂ）を設定する。
【００７０】
ＭＩＴ＝ＭＩＴ_ｎ−１×（１−Ｋｋｉｎ）＋ＭＩＴ０×Ｋｋｉｎ ・・・（２６）
なお、ＡＴＳｓｔａｔｅ＝０であるときは、別に設けられる低温時点火制御ルーチンでメイン噴射時期ＭＩＴが設定される。
【００７１】
モジュールＭ５では、以上のようにメイン噴射時期を遅角させて排気ガス温度を上昇させるとともに、パイロット噴射時期を通常時よりも進角させることで、スモークの発生を抑制し、燃焼騒音を低減させる。パイロット噴射時期の設定は、メイン噴射時期についてのものと同様であってよく、基準となる通常時用マップを検索して得たパイロット噴射時期基本値をクランク角で所定の角度進め、これに遅れ処理を施すことにより行うことができる。
−空燃比のフィードバック制御−
図４５は、空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ６により実行される。
【００７２】
本実施形態では、比例積分微分補償器の下式（２７）に示すＰＩＤアルゴリズムに従っているが、他のアルゴリズムを採用してもよい。なお、操作量をｕ（ｔ）、比例ゲインをＫＰ、積分時定数をＫＩ、微分時定数をＫＤ、偏差をｅ（ｔ）、初期値をｕ（ｔ０）とする。
【００７３】
【数１】

Ｓ７０１では、目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ、空気過剰率ｌａｍｂ及びモード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを読み込む。Ｓ７０２では、Ｔｌａｍｂとｌａｍｂとの乖離量δｌａｍｂ（＝ｌａｍｂ−Ｔｌａｍｂ）を演算する。Ｓ７０３では、ＡＴＳｓｔａｔｅが０，２又は３であるか否かを判定する。ＡＴＳｓｔａｔｅがこれらのいずれかであるときは、Ｓ７０４へ進み、これらのいずれでもないときは、Ｓ７１１へ進む。Ｓ７０４，７１１では、ｌａｍｂにより図４６に示すマップを検索し、比例、積分及び微分の各補償ゲインＫＰｌａｍｂ，ＫＩｌａｍｂ，ＫＤｌａｍｂを設定する。Ｓ７０５，７１２では、下式（２８）により積分補正値Ｉｌａｍｂを算出する。Ｓ７０６，７１３では、Ｉｌａｍｂの大きさを所定の範囲内に制限する。Ｓ７０７，７１４では、下式（２９）により微分補正値Ｄｌａｍｂを算出する。Ｓ７０８，７１５では、下式（３０）により比例項を含めたＰＩＤ補正量Ｑｆｆｂ，ＥＴＣｆｂを算出する。なお、各補正量の初期値をＫｌａｍｂｆ０＃，Ｋｌａｍｂａ０＃とする。Ｓ７０９では、このルーチンを前回に実行した際に算出したＥＴＣｆｂ_ｎ−１をＥＴＣｆｂに代入する。Ｓ７１０では、目標燃料噴射量ｔＱｆにＱｆｆｂを加算し、最終的な燃料噴射量Ｑｆｄｅｓ（＝ｔＱｆ＋Ｑｆｆｂ）を算出する。Ｓ７１６では、このルーチンを前回に実行した際に算出したＱｆｆｂ_ｎ−１をＱｆｆｂに代入する。Ｓ７１７では、吸気絞り弁開度ＥＴＣにＥＴＣｆｂを加算し、最終的な吸気絞り弁開度ＥＴＣｆ（＝ＥＴＣ＋ＥＴＣｆｂ）を算出する。
【００７４】

−目標排気ガス温度の演算−
図４７は、目標排気ガス温度演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ７により実行される。
【００７５】
Ｓ８０１及び８０２では、モード判別値ＡＴＳｓｔａｔｅを読み込み、ＡＴＳｓｔａｔｅに対応するマップを選択し、再生モードに応じた目標排気ガス温度基本値ｔＴｅｘｈ０を演算する。ＡＴＳｓｔａｔｅが３であるときは、脱硫再生時目標排気ガス温度基本値ｔＴｅｘｈ０を７３０℃に設定する。ＡＴＳｓｔａｔｅが４であるときは、フィルタ再生時目標排気ガス温度基本値ｔＴｅｘｈ０を６７０℃に設定する。排気ガス昇温時目標排気ガス温度基本値ｔＴｅｘｈ０は、７００℃に設定する。Ｓ８０３では、ｔＴｅｘｈ０に吸気系応答時定数Ｋｋｉｎを用いた下式（３１）による遅れ処理を施し、目標排気ガス温度ｔＴｅｘｈを設定する。
【００７６】
ｔＴｅｘｈ＝ｔＴｅｘｈ_ｎ−１×（１−Ｋｋｉｎ）＋ｔＴｅｘｈ０×Ｋｋｉｎ ・・・（３１）
−排気ガス温度の演算−
図４８は、排気ガス温度演算ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ８により実行される。
【００７７】
Ｓ９０１では、センサ７３からの出力ｖＴｅｘｈを読み込む。Ｓ９０２では、ｖＴｅｘｈを図４９に示すテーブルにより排気ガス温度Ｔｅｘｈ０に換算する。Ｓ９０３では、Ｔｅｘｈ０に加重平均処理を施し、得た値を排気ガス温度Ｔｅｘｈとする。
−排気ガス温度のフィードバック制御−
図５０は、排気ガス温度フィードバック制御ルーチンのフローチャートであり、モジュールＭ９により実行される。
【００７８】
本実施形態では、比例積分微分補償器の下式（３２）に示すＰＩＤアルゴリズムに従っているが、他のアルゴリズムを採用してもよい。なお、操作量をｕ（ｔ）、比例ゲインをＫＰ、積分時定数をＫＩ、微分時定数をＫＤ、偏差をｅ（ｔ）、初期値をｕ（ｔ０）とする。
【００７９】
【数２】

Ｓ１００１では、目標排気ガス温度ｔＴｅｘｈ及び排気ガス温度Ｔｅｘｈを読み込む。Ｓ１００２では、ｔＴｅｘｈとＴｅｘｈとの乖離量δｔｅｘｈ（＝ｔＴｅｘｈ−Ｔｅｘｈ）を演算する。Ｓ１００３では、空気過剰率ｌａｍｂにより図５１に示すマップを検索し、比例、積分及び微分の各補償ゲインを演算する。Ｓ１００４では、下式（３３）により積分補正値Ｉｔｅｘｈを演算する。Ｓ１００５では、Ｉｔｅｘｈの大きさを所定の範囲内に制限する。Ｓ１００６では、下式（３４）により微分補正値Ｄｔｅｘｈを演算する。Ｓ１００７では、下式（３５）により比例項を含めたメイン噴射時期のＰＩＤ補正量ＭＩＴｆｂを演算する。なお、初期値をＫｔｅｘｈ０＃とする。Ｓ１００８では、メイン噴射時期ＭＩＴにＭＩＴｆｂを加算し、最終的なメイン噴射時期ＭＩＴｆ（＝ＭＩＴ＋ＭＩＴｆｂ）を算出する。
【００８０】

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００８１】
ＮＯｘトラップ触媒３２の脱硫再生処理及びディーゼルパティキュレートフィルタ３３のフィルタ再生処理では、排気ガス温度Ｔｅｘｈを通常時よりも高い目標温度ｔＴｅｘｈに上昇させ、かつその際に、空気過剰率ｌａｍｂを再生モードに応じた目標空気過剰率ｔｌａｍｂに維持する。このため、加速等により運転条件が変化したり、走行環境が変化したとしても、これに応じて空気過剰率ｌａｍｂが変化することを防止し、ＮＯｘトラップ触媒３２を劣化させたり、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３にフィルタエレメントの割れ等の故障が生じることを防止することができる。
【００８２】
図５２は、空燃比と排気ガス温度、ＣＯ排出量及びＨＣ排出量との関係を示している。ＣＯ排出量、ＨＣ排出量とは、エンジン１から単位時間当たりに排出される一酸化炭素又は炭化水素の量をいう。脱硫再生処理では、ＮＯｘトラップ触媒３２がトラップしている硫黄分を分解するために空燃比をストイキ又はリッチに転じる。ここで、排気ガス温度には、空燃比の低下により大きく上昇する特性があり、運転条件等の変化により空燃比が目標範囲を外れて低下したときは、排気ガス温度が過剰に上昇し、ＮＯｘトラップ触媒３２に過大な熱負荷がかかるおそれがある。また、空燃比をストイキ又はリッチに制御しているときは、ＣＯ排出量及びＨＣ排出量が多く、何らかの原因で空燃比が目標範囲を外れて増大したときは、一酸化炭素等の還元剤が触媒内部で激しく反応し、ＮＯｘトラップ触媒３２に過大な熱負荷がかかるおそれがある。ＮＯｘトラップ触媒３２は、本来耐熱性が低く、これを高めることも構造上困難である（特開２００２−１５５７９３号公報）。図５３は、ＮＯｘトラップ触媒３２の加熱温度と、その温度に加熱した後のＮＯｘトラップ触媒３２のＮＯｘ転換率との関係を示している。ＮＯｘトラップ触媒３２は、過大な熱負荷がかかると性能が著しく劣化する。本実施形態によれば、脱硫再生モードにおいて、運転条件等が変化したとしても空気過剰率ｌａｍｂが一定に維持されるので、ＮＯｘトラップ触媒３２に過大な熱負荷がかかり、性能が劣化することを防止することができる。なお、脱硫再生時目標排気ガス温度ｔＴｅｘｈは、７５０℃以下に設定するのが好ましく、上限温度は、８００℃程度である。
【００８３】
図５４は、空燃比と排気ガス温度及びパティキュレート燃焼速度との関係を示している。パティキュレート燃焼速度とは、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３に堆積しているパティキュレートのうち、燃焼により単位時間当たりに減少するものの量をいう。フィルタ再生処理では、空気過剰率ｌａｍｂをリーンに制御し、パティキュレートの燃焼を良好な状態に抑制する。パティキュレート燃焼速度は、空燃比に対する変化が大きく、空燃比の上昇に応じて増大する特性があるからである。一方、運転条件等の変化により空燃比が目標範囲を外れて低下したときは、排気ガス温度の上昇によりディーゼルパティキュレートフィルタ３３に過大な熱負荷がかかり、図５５（ｂ）に示すフィルタエレメント３３１の割れＡや、同図（ｃ）に示す目封じ３３２の外れＢ等の故障を来すおそれがある。燃料噴射量の増大分が更に大きいときは、排出された燃料がディーゼルパティキュレートフィルタ３３を冷却し、再生が妨げられるおそれがある。本実施形態によれば、フィルタ再生モードにおいて、空気過剰率ｌａｍｂが一定に維持されるので、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３に過大な熱負荷がかかり、あるいは再生が妨げられることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る直噴ディーゼルエンジンの構成
【図２】同上実施形態に係る電子制御ユニットの構成
【図３】モード判別値設定ルーチンのフローチャート
【図４】目標アクセル要求噴射量演算ルーチンのフローチャート
【図５】目標アクセル要求噴射量マップ
【図６】吸気系応答時定数演算ルーチンのフローチャート
【図７】体積効率基本値マップ
【図８】体積効率補正値テーブル
【図９】シリンダ吸入空気量演算ルーチンのフローチャート
【図１０】電圧−空気量換算テーブル
【図１１】排気ガス流量演算ルーチンのフローチャート
【図１２】ＥＧＲ率演算ルーチンのフローチャート
【図１３】タービンノズル開度演算ルーチンのフローチャート
【図１４】ＥＧＲガス流速演算ルーチンのフローチャート
【図１５】流速基本値マップ
【図１６】流速補正値マップ
【図１７】再生時目標空気過剰率演算ルーチンのフローチャート
【図１８】目標空気過剰率基本値マップ
【図１９】空気過剰率演算ルーチンのフローチャート
【図２０】ポンプ電流−空気過剰率換算テーブル
【図２１】トルク補正係数演算ルーチンのフローチャート
【図２２】トルク補正係数マップ
【図２３】目標吸入空気量演算ルーチンのフローチャート
【図２４】目標燃料噴射量演算ルーチンのフローチャート
【図２５】吸気絞り弁開度演算ルーチンのフローチャート
【図２６】最大作動ガス量テーブル
【図２７】吸入空気量比テーブル
【図２８】開口面積−弁開度換算テーブル
【図２９】目標ＥＧＲ率基本値演算ルーチンのフローチャート
【図３０】目標ＥＧＲ率基本値マップ
【図３１】目標ＥＧＲ率演算ルーチンのフローチャート
【図３２】目標ＥＧＲガス量演算ルーチンのフローチャート
【図３３】目標ＥＧＲ弁開度演算ルーチンのフローチャート
【図３４】弁開度−ステップ数換算テーブル
【図３５】目標タービンノズル開度演算ルーチンのフローチャート
【図３６】タービンノズル開度基本値マップ
【図３７】タービンノズル開度補正値マップ
【図３８】目標タービンノズル開度遅れ補償ルーチンのフローチャート
【図３９】排気系応答時定数テーブル
【図４０】進み補償係数テーブル
【図４１】目標デューティ比演算ルーチンのフローチャート
【図４２】ノズル開度−デューティ比換算テーブル
【図４３】メイン噴射時期演算ルーチンのフローチャート
【図４４】メイン噴射時期基本値マップ
【図４５】空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチャート
【図４６】補償ゲインテーブル
【図４７】目標排気ガス温度演算ルーチンのフローチャート
【図４８】排気ガス温度演算ルーチンのフローチャート
【図４９】電圧−温度換算マップ
【図５０】排気ガス温度フィードバック制御ルーチンのフローチャート
【図５１】補償ゲインテーブル
【図５２】空燃比と排気ガス温度、ＣＯ排出量及びＨＣ排出量との関係
【図５３】ＮＯｘトラップ触媒の加熱温度とＮＯｘ転換率との関係
【図５４】空燃比と排気ガス温度及びパティキュレート燃焼速度との関係
【図５５】ディーゼルパティキュレートフィルタの故障の態様
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン、１１…吸気通路、１２…エアクリーナ、１３…エアフローメータ、１４…コレクタ、１５…可変ノズルターボチャージャ、１６…インタークーラ、１７…吸気絞り弁、２１…インジェクタ、２２…コモンレール、３１…排気通路、３２…ＮＯｘトラップ触媒、３３…パティキュレートフィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ、４１…ＥＧＲ管、４２…ＥＧＲ弁、６１…電子制御ユニット、７１…水温センサ、７２…空気過剰率センサ、７３…排気ガス温度センサ、７４…フィルタ前後差圧センサ。

Claims (13)

1. エンジンの排気通路に介装され、排気ガスからその特定成分を除去する排気ガス浄化手段と、
   除去した特定成分の蓄積に対して排気ガス浄化手段を再生させる時期を判定する再生時期判定手段と、
   排気ガス浄化手段を再生させるときの目標空燃比を設定する再生時目標空燃比設定手段と、
   設定された目標空燃比に基づいて空燃比に関連する第１のエンジン制御量を設定する第１のエンジン制御量設定手段と、
   排気ガス浄化手段を再生させるときに、第１のエンジン制御量以外のエンジン制御量のうち燃焼期間に関連する第２のエンジン制御量を、通常時とは異なる値に設定する第２のエンジン制御量設定手段と、を含んで構成されるエンジンの排気ガス浄化装置。
2. 第２のエンジン制御量設定手段は、第２のエンジン制御量を変更して排気ガス温度を通常時よりも高い温度に上昇させる請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
3. 第２のエンジン制御量設定手段は、第２のエンジン制御量としてメイン噴射時期、パイロット噴射量及びパイロット噴射時期のうち少なくとも１つを変更する請求項１又は２に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
4. 第２のエンジン制御量設定手段は、メイン噴射時期を遅角させて上死点以降に設定するとともに、パイロット噴射時期を通常時よりも進角させる請求項３に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
5. 排気ガス温度を検出する手段を更に含んで構成され、
   第２のエンジン制御量設定手段は、第２のエンジン制御量の通常時とは異なる基本値を設定するとともに、これを検出された排気ガス温度に基づいて補正して、第２のエンジン制御量を設定する請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
6. 再生時目標空燃比設定手段は、再生させるときの目標空燃比を通常時よりもリッチ側に設定する請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
7. 排気ガス浄化手段は、排気ガス中のパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタである請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
8. 排気ガス浄化手段は、流入する排気ガスの空燃比に応じて、排気ガス中のＮＯｘをトラップし又はトラップしたＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ触媒である請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
9. 空燃比を検出する手段を更に含んで構成され、
   第１のエンジン制御量設定手段は、設定された目標空燃比に応じた第１のエンジン制御量の基本値を設定するとともに、これを検出された空燃比に基づいて補正して、第１のエンジン制御量を設定する請求項１〜８のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
10. 第１のエンジン制御量設定手段は、設定された目標空燃比がストイキ又はリッチであるときに、前記基本値を検出された空燃比に基づいて補正して、燃料噴射量を変化させる請求項９に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
11. 第１のエンジン制御量設定手段は、設定された目標空燃比がリーンであるときに、前記基本値を検出された空燃比に基づいて補正して、吸入空気量を変化させる請求項９に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
12. 第１のエンジン制御量設定手段は、設定された第２のエンジン制御量に基づいて第１のエンジン制御量を補正する手段を含んで構成される請求項１〜１１のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
13. 排気通路に設置され、排気ガスからその特定成分を除去するトラップを含んで構成され、
    通常時において、このトラップにより前記特定成分を除去する一方、
    除去した特定成分の蓄積に対してこのトラップを再生させるか否かを判定し、再生させると判定したときは、再生させるための処理として、目標空燃比を設定するとともに、空燃比を設定した目標空燃比に実質的に維持した状態で燃焼期間を制御して、排気ガス温度を通常時よりも高い温度に上昇させるエンジンの排気ガス浄化装置。

Images