JP2006097577A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、排気通路に設けられた排気浄化装置の排気浄化能力を再生させるときに副燃料噴射を行うことで該排気浄化装置を昇温させる内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置を昇温させるときの目標温度を変化させる場合であっても、より好適に排気浄化装置の温度を目標温度に制御する。
【解決手段】 排気通路に設けられた排気浄化装置を目標温度に昇温させるべく副燃料噴射を行う場合、排気浄化装置を目標温度に昇温させるために必要なエネルギー量である目標昇温エネルギー量を算出し（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）、算出された目標昇温エネルギー量を副燃料噴射による燃料噴射量に換算することで排気浄化装置昇温制御における副燃料噴射量を算出する（Ｓ１０７）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する排気浄化装置を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）のような、内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する排気浄化装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気浄化装置の排気浄化能力を再生するために該排気浄化装置を昇温させる排気浄化装置昇温制御が行われている。

排気浄化装置昇温制御では、気筒内において、１燃焼サイクル（吸気、圧縮、膨張、排気行程が一回りするサイクル）中における主燃料噴射より後の時期であって膨張行程または排気行程で副燃料噴射を行う場合がある。例えば、噴射された燃料が主に気筒内において燃焼するタイミングで副燃料噴射を実行した場合、内燃機関から排出される排気の温度を上昇させることが出来、それによって排気浄化装置を昇温させることが出来る。また、噴射された燃料が主に未燃の状態で内燃機関から排出されるタイミングで副燃料噴射を実行した場合、排気浄化装置より上流側の排気通路に設けられた前段触媒に未燃燃料を供給することが出来、供給された未燃燃料が前段触媒において酸化することで発生する酸化熱によって排気浄化装置を昇温させることが出来る。

また、排気通路にフィルタを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタに堆積したＰＭを酸化・除去して該フィルタの排気浄化能力を再生させるべく副燃料噴射を実行するときに、副燃料噴射によって噴射される燃料噴射量を目標噴射量に向けて次第に増加させると共に、副燃料噴射の実行タイミングを目標噴射時期に向けて次第に遅角させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２８５８９６号公報 特開平７−８３０３９号公報 特開平１０−２８８０３１号公報 特開２００２−２４２７３２号公報 特開２００１−３２３８３５号公報

内燃機関の排気浄化システムにおいて、副燃料噴射を実行することによって排気浄化装置昇温制御が行われる場合、該排気浄化装置昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎に副燃料噴射によって噴射される燃料噴射量（以下、単に副燃料噴射量と称する。）を制御することで排気浄化装置の温度を目標温度に制御する。

この場合、内燃機関の運転状態および目標温度、副燃料噴射量の関係を実験等によって予め求めておく。そして、求められたこれらの関係をマップとして記憶しておき、このマップから副燃料噴射量を導出して、排気浄化装置の温度を目標温度とすべく副燃料噴射を実行する。

しかしながら、排気浄化装置昇温制御における排気浄化装置の目標温度を排気浄化装置の状態等に応じて変化させる場合、目標温度を変化させる毎に内燃機関の運転状態および目標温度、副燃料噴射量の関係を実験によって求めたり、または、内燃機関の運転状態お
よび副燃料噴射量、目標温度の関係を定めたマップを目標温度の変化に応じて予め複数記憶させておいたりする必要がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、排気通路に設けられた排気浄化装置の排気浄化能力を再生させるときに副燃料噴射を行うことで該排気浄化装置を昇温させる内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置を昇温させるときの目標温度を変化させる場合であっても、より好適に排気浄化装置の温度を目標温度に制御することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、排気通路に設けられた排気浄化装置を目標温度に昇温させるべく副燃料噴射を行う場合、排気浄化装置を目標温度に昇温させるために必要なエネルギー量である目標昇温エネルギー量を算出し、算出された目標昇温エネルギー量を副燃料噴射による燃料噴射量に換算することで排気浄化装置昇温制御における副燃料噴射量を算出するものである。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する排気浄化装置と、
該排気浄化装置より上流側の前記排気通路内の排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気浄化装置に流入する排気流量を検出する排気流量検出手段と、を備え、
該排気浄化装置の排気浄化能力を再生させるときに、前記内燃機関の気筒内において、圧縮行程上死点近傍で行われる主燃料噴射に加え該主燃料噴射後の膨張行程または排気行程で副燃料噴射を行うことで、前記排気浄化装置を目標温度に昇温させる排気浄化装置昇温制御を実行する内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記排気温度検出手段によって検出される排気温度および前記排気流量検出手段によって検出される排気流量に基づいて、前記排気浄化装置昇温制御の実行時に前記排気浄化装置を前記目標温度に昇温させるために必要な１燃焼サイクル毎のエネルギー量である目標昇温エネルギー量を算出する目標昇温エネルギー量算出手段と、
該目標昇温エネルギー量算出手段によって算出された目標昇温エネルギー量を１燃焼サイクル毎に前記副燃料噴射によって噴射する燃料噴射量に換算することで、前記排気浄化装置昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎に前記副燃料噴射によって噴射する燃料噴射量である副燃料噴射量を算出する副燃料噴射量算出手段と、
をさらに備えることを特徴とする。

ここで、目標温度とは、排気浄化装置の排気浄化能力を再生させるのに好適な温度であって、排気浄化触媒の種類等に応じて異なる値である。また、本発明においては、この目標温度が、排気浄化装置昇温制御を実行する時の排気浄化装置の状態等に応じて変更される。

本発明では、排気浄化装置昇温制御の実行時においては、排気浄化装置の温度を目標温度とするために、１燃焼サイクル毎に発生させるべきエネルギー量である目標昇温エネルギー量が算出される。そして、この目標昇温エネルギー量が１燃焼サイクル毎に副燃料噴射によって噴射する燃料噴射量に換算される。

排気浄化装置昇温制御における排気浄化装置の目標温度が変化した場合であっても、排気の温度と流量とに基づいて本発明に係る目標昇温エネルギー量を算出することは可能である。そのため、本発明によれば、排気浄化装置昇温制御における排気浄化装置の目標温度を変化させる場合であっても、内燃機関の運転状態および目標温度、副燃料噴射量の関係を再度実験によって求めたり、内燃機関の運転状態および目標温度、副燃料噴射量の関
係を定めたマップを予め複数記憶させたりすることなしに、排気浄化装置昇温制御の実行時における副燃料噴射量、即ち排気浄化装置を目標温度とするために必要な副燃料噴射量を算出することが出来る。

従って、本発明によれば、排気浄化装置昇温制御において、目標温度を変化させる場合であっても、より好適に排気浄化装置の温度を目標温度に制御することが出来る。

本発明においては、排気浄化装置昇温制御における副燃料噴射を、噴射された燃料が主に気筒内で燃焼して排気温度が上昇するタイミングで行われるアフター燃料噴射としても良い。

この場合、排気温度検出手段によって検出されるアフター燃料噴射開始前の排気温度と目標温度との差および排気流量検出手段によって検出される排気流量に基づいて、排気温度検出手段によって排気温度が検出される地点における排気温度を目標温度に昇温させるために必要な１燃焼サイクル毎のエネルギー量である排気昇温エネルギー量を算出しても良い。

ここで、排気温度検出手段によって排気温度が検出される地点とは、排気温度検出手段が排気温度センサである場合は、この排気温度センサが設置された地点のことである。また、排気温度検出手段が、吸入空気量および主燃料噴射量に基づいて内燃機関から排出される排気の温度を推定するものである場合は、排気通路における内燃機関との接続部のことである。

そして、さらに、１燃焼サイクル毎に発生するエネルギー量のうち、排気温度検出手段によって排気温度が検出される地点から排気浄化装置までの間の排気通路における排気からの放熱によって放出される分のエネルギー量である放熱エネルギー量を算出しても良い。

そして、前記排気昇温エネルギー量と前記放熱エネルギー量とを算出した場合、これらの和を目標昇温エネルギー量として目標昇温エネルギー量算出手段が算出する。

副燃料噴射をアフター燃料噴射とした場合、内燃機関から排出される排気を昇温させることによって排気浄化装置を昇温させる。そのため、排気浄化装置に流入する排気の温度を目標温度とする必要がある。

上記によれば、副燃料噴射をアフター燃料噴射とした場合において、排気浄化装置昇温制御における目標温度が変化した場合であっても、排気温度検出手段によって排気温度が検出される地点における排気温度を目標温度に昇温させるために必要な排気昇温エネルギー量を算出することが出来る。

しかしながら、アフター燃料噴射を実行することで、排気温度検出手段によって排気温度が検出される地点の排気温度を目標温度に上昇させたとしても、排気温度検出手段によって排気温度が検出される地点から排気浄化装置に流入するまでの間に放熱よって排気温度が低下する虞がある。

そこで、上記によれば、１燃焼サイクル毎に発生するエネルギー量のうち、この排気からの放熱によって放出される分のエネルギー量である放熱エネルギー量を算出し、排気昇温エネルギー量にこの放熱エネルギー量を加算することで目標昇温エネルギー量を算出する。これにより、目標昇温エネルギー量をより精度良く算出することが出来る。その結果、排気浄化装置を目標温度とするために必要な副燃料噴射量（この場合は、排気浄化装置
昇温制御の実行時において、１燃焼サイクル毎にアフター燃料噴射によって噴射する燃料噴射量）をより精度良く算出することが可能となる。

従って、上記によれば、副燃料噴射をアフター燃料噴射とした場合において、排気浄化装置昇温制御における目標温度を変化させる場合であっても、排気浄化装置の温度をより精度良く目標温度に制御することが可能となる。

本発明において、副燃料噴射をアフター燃料噴射とした場合、アフター燃料噴射によって噴射された燃料は気筒内で燃焼するため内燃機関のトルクの上昇を招く虞がある。

そこで、上記のように副燃料噴射をアフター燃料噴射とした場合、排気浄化装置昇温制御を実行したときは、アフター燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼によって上昇する内燃機関のトルクの上昇分を１燃焼サイクル毎に主燃料噴射によって噴射される燃料噴射量に換算する。そして、この換算値を排気浄化装置昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎に主燃料噴射によって噴射される燃料噴射量である主燃料噴射量から減算することで前記排気浄化装置昇温制御の実行時における主燃料噴射量を減量補正するのが好ましい。

このように、排気浄化装置昇温制御の実行時における主燃料噴射量を減量補正することで、排気浄化装置昇温制御の実行前後における内燃機関のトルクの変動を抑制することが出来る。

また、本発明においては、排気浄化装置より上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒をさらに備えた場合、排気浄化装置昇温制御における副燃料噴射を、前段触媒が活性化状態にあるときに、噴射された燃料が主に未燃燃料として該前段触媒に供給されるタイミングで行われるポスト燃料噴射としても良い。

この場合、排気温度検出手段によって検出される排気温度と目標温度との差および排気流量検出手段によって検出される排気流量に基づいて目標昇温エネルギー量を目標昇温エネルギー量算出手段が算出しても良い。

そして、さらに、目標昇温エネルギー量算出手段によって算出された前記目標昇温エネルギー量を１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射によって噴射する燃料噴射量に換算すると共に、この換算値から、１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射以外の内燃機関での燃料噴射によって前段触媒に供給される未燃燃料量を減算することで、副燃料噴射量を副燃料噴射量算出手段が算出しても良い。

副燃料噴射をポスト燃料噴射とした場合、該ポスト燃料噴射によって噴射された燃料が未燃の状態で前段触媒に供給され、この未燃燃料が前段触媒で酸化することで発生する酸化熱によって排気浄化装置を昇温させる。

上記によれば、副燃料噴射をポスト燃料噴射とした場合において、排気浄化装置昇温制御における目標温度が変化した場合であっても、目標昇温エネルギー量を算出することが出来る。さらに、この目標昇温エネルギー量を１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射によって噴射する燃料噴射量に換算することが出来る。

しかしながら、未燃燃料は必ずしもポスト燃料噴射によってのみ供給されるわけではなく、例えば、主燃料噴射によって噴射された燃料の一部も未燃燃料として前段触媒に供給される場合がある。

そこで、上記によれば、目標昇温エネルギー量を１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射によって噴射する燃料噴射量に換算した換算値から、１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射以外の内燃機関での燃料噴射によって前段触媒に供給される未燃燃料量を減算することで副燃料噴射量（この場合は、排気浄化装置昇温制御の実行時において、１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射によって噴射する燃料噴射量）を算出する。これにより、目標昇温エネルギー量をより精度良く算出することが出来ると共に、排気浄化装置を目標温度とするために必要な副燃料噴射量をより精度良く算出することが可能となる。

従って、上記によれば、副燃料噴射をポスト燃料噴射とした場合において、排気浄化装置昇温制御における目標温度を変化させる場合であっても、排気浄化装置の温度をより精度良く目標温度に制御することが可能となる。

また、本発明において、副燃料噴射量算出手段によって算出された副燃料噴射量が規定最小噴射量より少ない場合、副燃料噴射の実行を次回以降の燃焼サイクルに順次繰り越すのが好ましい。そして、副燃料噴射の実行を繰り越す毎に前記副燃料噴射量を積算し、該副燃料噴射量の積算量が規定最小噴射量以上となる毎にその積算量を副燃料噴射によって噴射する。

ここで、規定最小噴射量とは、気筒内に安定して噴射されることが可能な燃料噴射量の下限値以上の値であって、燃料噴射弁の性能等に応じて予め定められる値である。

副燃料噴射量を、気筒内に安定して噴射されることが可能な燃料噴射量の下限値より少ない量として、１燃焼サイクル毎に副燃料噴射を行った場合、副燃料噴射によって実際に気筒内に噴射される燃料量のばらつきが許容範囲を越える虞がある。その結果、排気浄化装置の温度をより精度良く目標温度とすることが困難となる。

そこで、上記によれば、副燃料噴射量算出手段によって算出された副燃料噴射量が規定最小噴射量より少ない場合、副燃料噴射の実行を次回以降の燃焼サイクルに順次繰り越すことで、１燃焼サイクル毎ではなく複数の燃焼サイクル毎に副燃料噴射を実行する。そして、副燃料噴射を繰り越す毎に副燃料噴射量を積算し、その積算量が規定最小噴射量以上となったときに副燃料噴射を実行すると共に、このときの副燃料噴射によって噴射する燃料噴射量を、これまでに積算した副燃料噴射量の積算量とする。

これにより、副燃料噴射実行毎に噴射される燃料噴射量を規定最小噴射量以上とすることが出来る。従って、副燃料噴射によって気筒内に噴射される燃料噴射量をより精度良く制御することが出来、以って、排気浄化装置昇温制御において排気浄化装置の温度をより精度良く目標温度に制御することが可能となる。

尚、内燃機関が複数の気筒を有する場合、次回以降の燃焼サイクルが、異なる気筒での燃焼サイクルであっても良い。つまり、いずれかの気筒での副燃料噴射を行わずに、その気筒の次以降に副燃料噴射が行われる気筒へ副燃料噴射の実行を順次繰り越しても良い。

本発明に係る内燃機関の排気浄化システムによれば、排気通路に設けられた排気浄化装置の排気浄化能力を再生させるときに副燃料噴射を行うことで該排気浄化装置を昇温させる内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置を昇温させるときの目標温度を変化させる場合であっても、より好適に排気浄化装置の温度を目標温度に制御することが出来る。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関及びその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼル機関である。内燃機関１の気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。吸気ポート４および排気ポート５は、それぞれ吸気通路８および排気通路９に接続されている。また、気筒２には、該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。

吸気通路８には、吸入空気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１６が設けられている。排気通路９には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ１１が設けられており、該フィルタ１１にはＮＯｘ触媒が担持されている。このフィルタ１１が本発明に係る排気浄化装置を構成する。排気通路８におけるフィルタ１１より上流側には酸化触媒１２が設けられている。酸化触媒１２より上流側の排気通路９には排気の温度に対応じた電気信号を出力する排気温度センサ１３が設けられている。尚、酸化触媒１２は酸化機能を有していれば良く、例えば、ＮＯｘ触媒等であっても良い。

以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するためのＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１６や、排気温度センサ１３、内燃機関１のクランク角に応じた電気信号を出力するクランクポジションセンサ１４、アクセル開度に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ１５、大気の温度に対応した電気信号を出力する大気温度センサ１７等の各種センサが電気配線を介して接続されており、これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１０が電気的に接続されており、ＥＣＵ２０によって、この燃料噴射弁１０からの燃料噴射時期や燃料噴射量が制御される。

＜第一のフィルタ昇温制御＞
次に、本実施例において、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去して該フィルタ１１の排気浄化能力を再生させるべく行われるフィルタ昇温制御について説明する。

本実施例に係るフィルタ昇温制御においては、圧縮行程上死点近傍の時期に燃料噴射弁１０から燃料を噴射することで行われる主燃料噴射に加え、アフター燃料噴射を実行することで、内燃機関１から排出される排気を昇温させる。

アフター燃料噴射は、主燃料噴射後の膨張行程または排気行程であって、噴射された燃料が主に気筒２内で燃焼し、それによって排気温度が上昇するタイミングで燃料噴射弁１０から燃料を噴射することで行われる。

そして、フィルタ昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎にアフター燃料噴射によって噴射する燃料噴射量Ｑａｆ（以下、アフター燃料噴射量Ｑａｆと称する）を調整することで、フィルタ１１に流入する排気（以下、流入排気と称する）の温度を目標温度Ｔｔに上昇させ、それによってフィルタ１１の温度を目標温度Ｔｔに上昇させる。

ここで、目標温度Ｔｔとは、フィルタ１１に堆積したＰＭの酸化・除去が促進される温度であって、且つ、フィルタ１１の劣化や溶損が抑制される温度である。また、本実施例においては、この目標温度Ｔｔがフィルタ１１でのＰＭ堆積量に応じて変更される。その
ため、目標温度Ｔｔが変化する毎にその目標温度Ｔｔに対応したアフター燃料噴射量Ｑａｆを算出する必要がある。

＜アフター燃料噴射量算出方法＞
ここで、本実施例に係るアフター燃料噴射量算出方法について説明する。本実施例では、下記式（１）によって、フィルタ昇温制御におけるアフター燃料噴射量Ｑａｆが算出される。
Ｑａｆ＝｛（Ｔｔ−Ｔｇａｓ）×Ｇｎ×ａ＋Ｅｈｒ｝×ｂ・・・（１）

式（１）において、Ｔｇａｓは、排気温度センサ１３によって検出されるアフター燃料噴射実行開始前の排気温度を表し、Ｇｎは、エアフローメータ１６の検出値に基づいて推定される排気流量を表している。また、Ｅｈｒは、１燃焼サイクル毎に発生するエネルギーのうち、排気温度センサ１３が設置された地点、即ち、排気温度が検出される地点（以下、排気温度検出地点と称する）からフィルタ１１までの間の排気通路９における排気からの放熱によって放出される分のエネルギー量である放熱エネルギー量を表している。この放熱エネルギー量Ｅｈｒは、大気温度および排気通路９の熱容量に基づいて算出される。また、ａ、ｂはそれぞれ後述する係数を表している。

上記式（１）によれば、排気温度検出地点におけるアフター燃料噴射実行開始前の排気温度Ｔｇａｓを目標温度Ｔｔから減算し、この減算値に排気流量Ｇｎと係数ａとを乗算することで、排気温度検出地点における排気温度を目標温度Ｔｔに昇温させるために必要な１燃焼サイクル毎のエネルギー量である排気昇温エネルギー量Ｅｕｐｇａｓを算出する。つまり、係数ａは、排気温度検出地点におけるアフター燃料噴射実行開始前の排気温度Ｔｇａｓを目標温度Ｔｔから減算した減算値に排気流量Ｇｎを乗算した値をフィルタ昇温制御実行時における１燃焼サイクル毎のエネルギー量に換算する換算係数である。この換算係数ａは予め定められた値である。

さらに、上記式（１）によれば、排気昇温エネルギー量Ｅｕｐｇａｓに放熱エネルギー量Ｅｈｒを加算する。この排気昇温エネルギー量Ｅｕｐｇａｓと放熱エネルギー量Ｅｈｒとの和が、フィルタ１１の温度を目標温度Ｔｔとするために必要な目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔとなる。

そして、この目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔに係数ｂを乗算することでアフター燃料噴射量Ｑａｆを算出する。つまり、係数ｂは、エネルギー量をアフター燃料噴射による燃料噴射量に換算する換算係数である。この換算係数ｂも予め定められた値である。

本実施例においては、排気温度センサ１３によって排気温度が検出されるが、排気温度検出地点とフィルタ１１との間の排気通路９において排気からの放熱があるため、流入排気の温度は排気温度検出地点の排気温度よりも排気通路９での放熱分だけ低くなる虞がある。

そのため、本実施例では、上記式（１）に示すように、排気昇温エネルギー量Ｅｕｐｇａｓと放熱エネルギー量Ｅｈｒとの和を目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔとして算出する。これにより、目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔをより精度良く算出することが出来る。そして、この目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔをアフター燃料噴射による燃料噴射量に換算することでアフター燃料噴射量Ｑａｆを算出する。これによって、アフター燃料噴射量Ｑａｆをより精度良く算出することが可能となる。

また、上記式（１）によれば、フィルタ昇温制御における目標温度Ｔｔが変化した場合であっても、目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔを算出することが出来、以って、アフター燃
料噴射量Ｑａｆを算出することが出来る。

そのため、アフター燃料噴射を実行することでフィルタ昇温制御を行う場合において、フィルタ昇温制御における目標温度Ｔｔを変化させた場合であっても、内燃機関１の運転状態および目標温度Ｔｔ、アフター燃料噴射量Ｑａｆの関係を再度実験によって求めたり、内燃機関１の運転状態および目標温度Ｔｔ、アフター燃料噴射量Ｑａｆの関係を定めたマップを目標温度Ｔｔに応じて予め複数ＥＣＵ２０に記憶させたりすることなしに、アフター燃料噴射量Ｑａｆを算出することが出来る。

尚、本実施例においては、排気温度センサ１３を設けずに、吸入空気量および主燃料噴射量に基づいて内燃機関１から排出される排気の温度を推定し、この温度を排気温度Ｔｇａｓとしても良い。この場合、排気温度検出地点は、排気通路９における内燃機関１との接続部となる。

＜第一のフィルタ昇温制御ルーチン＞
以下、本実施例に係る、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去すべく行われるフィルタ昇温制御の制御ルーチンについて図２に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する毎に実行されるルーチンである。尚、上記式（１）によるアフター燃料噴射量Ｑａｆの算出は、本ルーチンにおけるＳ１０４からＳ１０７によって実現される。

本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、フィルタ昇温制御の実行条件が成立したか否かを判別する。フィルタ昇温制御の実行条件としては、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去すべく行った前回のフィルタ昇温制御の終了時点から、内燃機関１の運転時間が規定時間以上となった場合や、内燃機関１を搭載した車両の走行距離が規定距離以上となった場合等を例示することが出来る。Ｓ１０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、フィルタ１１における現時点でのＰＭ堆積量から目標温度Ｔｔを設定する。ここでは、ＰＭ堆積量と目標温度Ｔｔとの関係を定めたマップから目標温度Ｔｔを設定しても良い。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、現時点での排気温度Ｔｇａｓおよび排気流量Ｇｎ、大気温度Ｔａｉｒを読み込む。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４に進み、上記アフター燃料噴射量算出方法において説明したように、目標温度Ｔｔおよび排気温度Ｔｇａｓ、排気流量Ｇｎから排気昇温エネルギー量Ｅｕｐｇａｓを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、上記アフター燃料噴射量算出方法において説明したように、大気温度Ｔａｉｒおよび排気通路９の熱容量から放熱エネルギー量Ｅｈｒを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６に進み、上記アフター燃料噴射量算出方法において説明したように、排気昇温エネルギー量Ｅｕｐｇａｓおよび放熱エネルギー量Ｅｈｒから目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７に進み、上記アフター燃料噴射量算出方法において説明
したように、目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔからアフター燃料噴射量Ｑａｆを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０８に進み、アフター燃料噴射の実行を開始して本ルーチンの実行を終了する。

以上説明した制御ルーチンによれば、アフター燃料噴射を実行することでフィルタ昇温制御を行う場合において、フィルタ昇温制御における目標温度Ｔｔを変化させる場合であっても、より好適に、また、より精度良くフィルタ１１の温度を目標温度Ｔｔとすることが出来る。

＜第一のフィルタ昇温制御ルーチンの変形例＞
次に、本実施例に係るフィルタ昇温制御の制御ルーチンの変形例について図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンも、前記と同様、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する毎に実行されるルーチンである。尚、本ルーチンに係るＳ１０１からＳ１０７までは図２に示す制御ルーチンと同様であるためその説明を省略する。

フィルタ昇温制御においてアフター燃料噴射を実行した場合、アフター燃料噴射によって噴射された燃料が気筒２内で燃焼することによって内燃機関１のトルクが上昇する虞がある。

そこで、本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７の次にＳ２０８に進む。そして、Ｓ２０８において、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７にて算出されたアフター燃料噴射量Ｑａｆに係数ｃを乗算することで、アフター燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼によって上昇する内燃機関１のトルクの上昇分を１燃焼サイクル毎に主燃料噴射によって噴射される燃料噴射量に換算した値Ｑｍａｉｎｄを算出する。即ち、係数ｃは、アフター燃料噴射量Ｑａｆを内燃機関１のトルクの上昇分に換算し、さらに、このトルクの上昇分を１燃焼サイクル毎に主燃料噴射によって噴射される燃料噴射量に換算する換算係数である。この換算係数ｃは、上記係数ａ、ｂと同様、予め定められた値である。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０９に進み、減量補正をしないと仮定した場合にフィルタ昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎に主燃料噴射によって噴射される主燃料噴射量Ｑｍａｉｎ０からＱｍａｉｎｄを減算することで、フィルタ昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎に主燃料噴射によって噴射する燃料噴射量である主燃料噴射量Ｑｍａｉｎを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２１０に進み、アフター燃料噴射の実行を開始すると共に、主燃料噴射量をＳ２０９にて算出されたＱｍａｉｎに減量補正する。その後、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。

以上説明した制御ルーチンによれば、フィルタ昇温制御の実行時における主燃料噴射量を減量補正することで、フィルタ昇温制御の実行前後における内燃機関１のトルクの変動を抑制することが出来る。

尚、本実施例においては、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去するときのフィルタ昇温制御について説明したが、フィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元するために行われるフィルタ昇温制御も同様にアフター燃料噴射によって行う場合がある。この場合においても、本実施例に係るアフター燃料噴射量算出方法を適用することが出来る。

本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成は、上述した実施例１と同様であるためその説明を省略する。

＜第二のフィルタ昇温制御＞
次に、本実施例に係るフィルタ昇温制御について説明する。本実施例に係るフィルタ昇温制御においては、圧縮行程上死点近傍の時期に燃料噴射弁１０から燃料を噴射することで行われる主燃料噴射に加え、ポスト燃料噴射を実行することで酸化触媒１２に未燃燃料を供給する。そして、この未燃燃料が酸化触媒１２において酸化することで発生する酸化熱によってフィルタ１１を昇温させる。

ポスト燃料噴射は、酸化触媒１２が活性化状態にあるときに、主燃料噴射後の膨張行程または排気行程であって、噴射された燃料が主に未燃燃料として内燃機関１から排出されて酸化触媒１２に供給されるタイミングで燃料噴射弁１０から燃料を噴射することで行われる。

そして、フィルタ昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射によって噴射する燃料噴射量Ｑｐ（以下、ポスト燃料噴射量Ｑｐと称する）を調整することで、フィルタ１１の温度を目標温度Ｔｔとする。

また、本実施例に係るフィルタ昇温制御においても、上述した実施例１と同様、フィルタ１１でのＰＭ堆積量に応じて目標温度Ｔｔを変更する。そのため、目標温度Ｔｔが変化する毎にその目標温度Ｔｔに対応したポスト燃料噴射量Ｑｐを算出する必要がある。

＜ポスト燃料噴射量算出方法＞
ここで、本実施例に係るポスト燃料噴射量算出方法について説明する。本実施例では、下記式（２）によって、フィルタ昇温制御におけるポスト燃料噴射量Ｑｐは算出される。
Ｑｐ＝（Ｔｔ−Ｔｇａｓ）×Ｇｎ×ａ´×ｂ´−Ｑｕ・・・（２）

式（２）において、Ｔｇａｓは、排気温度センサ１３によって検出されるポスト燃料噴射実行開始前の排気温度を表し、Ｇｎは、エアフローメータ１６の検出値に基づいて推定される排気流量を表している。また、Ｑｕは、フィルタ昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射以外の内燃機関１での燃料噴射によって酸化触媒１２に供給される未燃燃料量を表している。この未燃燃料量Ｑｕは、内燃機関１の機関回転数および機関負荷に基づいて算出される。また、ａ´、ｂ´はそれぞれ後述する係数を表している。

上記式（２）によれば、排気温度検出地点における排気温度Ｔｇａｓを目標温度Ｔｔから減算し、この減算値に排気流量Ｇｎと係数ａ´とを乗算することで、フィルタ１１を目標温度Ｔｔに昇温させるために必要な１燃焼サイクル毎のエネルギー量である目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔを算出する。つまり、係数ａ´は、排気温度検出地点における排気温度Ｔｇａｓを目標温度Ｔｔから減算した減算値に排気流量Ｇｎを乗算した値をフィルタ昇温制御実行時における１燃焼サイクル毎のエネルギー量に換算する換算係数である。この換算係数ａ´は予め定められた値である。

ポスト燃料噴射によってフィルタ昇温制御を行う場合、アフター燃料噴射によってフィルタ昇温制御を行う場合のように内燃機関１から排出される排気を昇温させることでフィルタ１１を昇温させるわけではないため上記実施例１にて説明したような放熱エネルギー量Ｅｈｒを考慮する必要がない。そのため、目標温度Ｔｔおよび排気温度Ｔｇａｓ、排気流量Ｇｎに基づいて上記のように算出したエネルギー量を目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔ
とすることが出来る。

さらに、上記式（２）によれば、目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔに係数ｂ´を乗算することで、この目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔを１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射によって噴射される燃料噴射量に換算する。つまり、係数ｂ´は、エネルギー量をポスト燃料噴射による燃料噴射量に換算する換算係数である。この換算係数ｂ´も予め定められた値である。尚、目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔを１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射によって噴射される燃料噴射量に換算することで算出された値を換算ポスト燃料噴射量Ｑｐｃと称する。

そして、この換算ポスト燃料噴射量Ｑｐｃから、１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射以外の内燃機関１での燃料噴射によって酸化触媒１２に供給される未燃燃料量Ｑｕを減算することでポスト燃料噴射量Ｑｐを算出する。

本実施例においては、ポスト燃料噴射によって前段触媒１２に未燃燃料が供給されるが、未燃燃料はポスト燃料噴射によってのみ供給されるわけではなく、例えば、主燃料噴射によって噴射された燃料の一部も未燃燃料として前段触媒に供給される場合がある。

そのため、本実施例では、上記式（２）に示すように、１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射以外の内燃機関１での燃料噴射によって酸化触媒１２に供給される未燃燃料量Ｑｕを換算ポスト燃料噴射量Ｑｐｃから減算してポスト燃料噴射量Ｑｐを算出する。これによって、ポスト燃料噴射量Ｑｐをより精度良く算出することが出来る。

また、上記式（２）によれば、フィルタ昇温制御における目標温度Ｔｔが変化した場合であっても、目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔを算出することが出来、以って、換算ポスト燃料噴射量Ｑｐｃ、さらにはポスト燃料噴射量Ｑｐを算出することが出来る。

そのため、ポスト燃料噴射を実行することでフィルタ昇温制御を行う場合において、フィルタ昇温制御における目標温度Ｔｔを変化させた場合であっても、内燃機関１の運転状態および目標温度Ｔｔ、ポスト燃料噴射量Ｑｐの関係を再度実験によって求めたり、内燃機関１の運転状態および目標温度Ｔｔ、ポスト燃料噴射量Ｑｐの関係を定めたマップを目標温度Ｔｔに応じて予め複数ＥＣＵ２０に記憶させたりすることなしに、ポスト燃料噴射量Ｑｐを算出することが出来る。

尚、本実施例においても、上述した実施例１と同様、排気温度センサ１３を設けずに、吸入空気量および主燃料噴射量に基づいて内燃機関１から排出される排気の温度を推定し、この温度を排気温度Ｔｇａｓとしても良い。

＜第二のフィルタ昇温制御ルーチン＞
以下、本実施例に係る、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去すべく行われるフィルタ昇温制御の制御ルーチンについて図４に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する角毎に実行されるルーチンである。尚、本ルーチンおけるＳ１０１およびＳ１０２は図２に示す制御ルーチンと同様であるためその説明を省略する。また、上記式（２）によるポスト燃料噴射量Ｑｐの算出は、本ルーチンにおけるＳ３０４からＳ３０７によって実現される。

本ルーチンでは、Ｓ１０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０２に進む。Ｓ３０２において、ＥＣＵ２０は、酸化触媒１２が活性化状態にあるか否かを判別する。このＳ３０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判
定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。

また、本ルーチンでは、Ｓ１０２の次に、ＥＣＵ２０はＳ３０３に進む。Ｓ３０３において、ＥＣＵ２０は、現時点での排気温度Ｔｇａｓおよび排気流量Ｇｎ、内燃機関１の機関回転数ｎ、内燃機関１の機関負荷Ｑを読み込む。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０４に進み、上記ポスト燃料噴射量算出方法において説明したように、目標温度Ｔｔおよび排気温度Ｔｇａｓ、排気流量Ｇｎから目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０５に進み、上記ポスト燃料噴射量算出方法において説明したように、目標昇温エネルギー量Ｅｕｐｔから換算ポスト燃料噴射量Ｑｐｃを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０６に進み、フィルタ昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎にポスト燃料噴射以外の内燃機関１での燃料噴射によって酸化触媒１２に供給される未燃燃料量Ｑｕを機関回転数ｎおよび機関負荷Ｑから算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０７に進み、上記ポスト燃料噴射量算出方法において説明したように、換算ポスト燃料噴射量Ｑｐｃおよび未燃燃料量Ｑｕからポスト燃料噴射量Ｑｐを算出する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０８に進み、ポスト燃料噴射の実行を開始して本ルーチンの実行を終了する。

以上説明した制御ルーチンによれば、ポスト燃料噴射を実行することでフィルタ昇温制御を行う場合において、フィルタ昇温制御における目標温度Ｔｔを変化させる場合であっても、より好適に、また、より精度良くフィルタ１１の温度を目標温度Ｔｔとすることが出来る。

尚、本実施例においては、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去するときのフィルタ昇温制御について説明したが、フィルタ１１に担持されているＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元するために行われるフィルタ昇温制御も同様にポスト燃料噴射によって行う場合がある。この場合においても、本実施例に係るポスト燃料噴射量算出方法を適用することが出来る。

本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成は、上述した実施例１と同様であるためその説明を省略する。また、本実施例においては、上述した実施例１と同様、主燃料噴射に加えてアフター燃料噴射を実行することでフィルタ昇温制御を行う。

＜アフター燃料噴射制御＞
次に、本実施例に係るアフター燃料噴射制御について説明する。本実施例においては、フィルタ昇温制御実行条件が成立した場合、上述した実施例１と同様の方法によってアフター燃料噴射量Ｑａｆを算出する。しかしながら、アフター燃料噴射量Ｑａｆが、燃料噴射弁１０によって安定して噴射することが可能な燃料噴射量の下限値より小さい値として算出された場合、このアフター燃料噴射量Ｑａｆをアフター燃料噴射として燃料噴射弁１０から噴射しようとすると、アフター燃料噴射として実際に気筒２内に噴射される燃料量のばらつきが許容範囲を越える虞がある。

そこで、本実施例においては、アフター燃料噴射量Ｑａｆが規定最小噴射量Ｑｍｉｎより
小さい値として算出された場合、いずれかの気筒２でのアフター燃料噴射を行わずに、その気筒２の次以降にアフター燃料噴射が行われる気筒２にアフター燃料噴射の実行を順次繰り越すように各気筒２における燃料噴射を制御する。

ここで、規定最小噴射量Ｑｍｉｎとは、燃料噴射弁１０によって安定して噴射することが可能な燃料噴射量の下限値以上の値であって、燃料噴射弁１０の性能等に応じて予め定められる値である。

そして、アフター燃料噴射を繰り越す毎にアフター燃料噴射量Ｑａｆを積算し、その積算量が規定最小噴射量Ｑｍｉｎ以上となったときにアフター燃料噴射を実行する。そして、このときのアフター燃料噴射によって噴射する燃料噴射量をそれまでに積算したアフター燃料噴射量Ｑａｆの積算量とする。

このようなアフター燃料噴射制御によれば、アフター燃料噴射量Ｑａｆが規定最小噴射量Ｑｍｉｎより小さい値となったときは、各気筒２において１燃焼サイクル毎にアフター燃料噴射が行われるのではなく、アフター燃料噴射量Ｑａｆの積算量が最小噴射量Ｑｍｉｎ以上となる毎（即ち、複数の燃焼サイクル毎）にアフター燃料噴射が行われることになる。

そして、このときのアフター燃料噴射によって噴射する燃料噴射量をそれまでに積算したアフター燃料噴射量Ｑａｆの積算量とすることで、アフター燃料噴射実行毎に燃料噴射弁１０から噴射する燃料噴射量を最小噴射量Ｑｍｉｎ以上とすることが出来る。

従って、本実施例によれば、アフター燃料噴射によって気筒２内に噴射される燃料噴射量をより精度良く制御することが出来、以って、フィルタ昇温制御において、フィルタ１１の温度をより精度良く目標温度に制御することが可能となる。

尚、本実施例においては、副燃料噴射をアフター燃料噴射とした場合について説明したが、副燃料噴射をポスト噴射とした場合にも本実施例と同様の制御を適用することが出来る。

本発明の実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成図。 本発明の実施例１に係るフィルタ昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の実施例１に係るフィルタ昇温制御の制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。 本発明の実施例２に係るフィルタ昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
９・・・排気通路
１０・・燃料噴射弁
１１・・パティキュレートフィルタ
１２・・酸化触媒
１３・・排気温度センサ
１６・・エアフローメータ
２０・・ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する排気浄化装置と、
   該排気浄化装置より上流側の前記排気通路内の排気温度を検出する排気温度検出手段と、
   前記排気浄化装置に流入する排気流量を検出する排気流量検出手段と、を備え、
   該排気浄化装置の排気浄化能力を再生させるときに、前記内燃機関の気筒内において、圧縮行程上死点近傍で行われる主燃料噴射に加え該主燃料噴射後の膨張行程または排気行程で副燃料噴射を行うことで、前記排気浄化装置を目標温度に昇温させる排気浄化装置昇温制御を実行する内燃機関の排気浄化システムにおいて、
   前記排気温度検出手段によって検出される排気温度および前記排気流量検出手段によって検出される排気流量に基づいて、前記排気浄化装置昇温制御の実行時に前記排気浄化装置を前記目標温度に昇温させるために必要な１燃焼サイクル毎のエネルギー量である目標昇温エネルギー量を算出する目標昇温エネルギー量算出手段と、
   該目標昇温エネルギー量算出手段によって算出された目標昇温エネルギー量を、１燃焼サイクル毎に前記副燃料噴射によって噴射する燃料噴射量に換算することで、前記排気浄化装置昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎に前記副燃料噴射によって噴射する燃料噴射量である副燃料噴射量を算出する副燃料噴射量算出手段と、
   をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記排気浄化装置昇温制御において、前記副燃料噴射を、噴射された燃料が主に前記気筒内で燃焼して排気温度が上昇するタイミングで行われるアフター燃料噴射とした場合であって、
   前記排気温度検出手段によって検出される前記アフター燃料噴射開始前の排気温度と前記目標温度との差および前記排気流量検出手段によって検出される排気流量に基づいて、前記排気温度検出手段によって排気温度が検出された地点における排気温度を前記目標温度に昇温させるために必要な１燃焼サイクル毎のエネルギー量である排気昇温エネルギー量を算出し、
   さらに、１燃焼サイクル毎に発生するエネルギー量のうち、前記排気温度検出手段によって排気温度が検出される地点から前記排気浄化装置までの間の前記排気通路における排気からの放熱によって放出される分のエネルギー量である放熱エネルギー量を算出し、前記排気昇温エネルギー量と該放熱エネルギー量との和を前記目標昇温エネルギー量として前記目標昇温エネルギー量算出手段が算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記排気浄化装置昇温制御を実行したときは、前記アフター燃料噴射によって噴射される燃料が前記気筒内で燃焼することによって上昇する前記内燃機関のトルクの上昇分を１燃焼サイクル毎に前記主燃料噴射によって噴射される燃料噴射量に換算し、この換算値を前記排気浄化装置昇温制御の実行時において１燃焼サイクル毎に前記主燃料噴射によって噴射される燃料噴射量である主燃料噴射量から減算することで前記排気浄化装置昇温制御の実行時における前記主燃料噴射量を減量補正することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記排気浄化装置より上流側の前記排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒をさらに備え、
   前記排気浄化装置昇温制御において、前記副燃料噴射を、前記前段触媒が活性化状態にあるときに、噴射された燃料が主に未燃燃料として前記前段触媒に供給されるタイミングで行われるポスト燃料噴射とした場合であって、
   前記排気温度検出手段によって検出される排気温度と前記目標温度との差および前記排気流量検出手段によって検出される排気流量に基づいて前記目標昇温エネルギー量を前記
   目標昇温エネルギー量算出手段が算出し、
   さらに、前記目標昇温エネルギー量算出手段によって算出された前記目標昇温エネルギー量を１燃焼サイクル毎に前記ポスト燃料噴射によって噴射する燃料噴射量に換算すると共に、この換算値から、１燃焼サイクル毎に前記ポスト燃料噴射以外の前記内燃機関での燃料噴射によって前記前段触媒に供給される未燃燃料量を減算することで、前記副燃料噴射量を前記副燃料噴射量算出手段が算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記副燃料噴射量算出手段によって算出された前記副燃料噴射量が規定最小噴射量より少ない場合、前記副燃料噴射の実行を次回以降の燃焼サイクルに順次繰り越すと共に前記副燃料噴射の実行を繰り越す毎に前記副燃料噴射量を積算し、該副燃料噴射量の積算量が前記規定最小噴射量以上となる毎にその積算量を前記副燃料噴射によって噴射することで前記副燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。

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