JP2016133050A - 排気浄化システム - Google Patents

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Teruo Nakada
輝男 中田
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隆行 坂本
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裕之 遊座
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Abstract

【課題】排気インジェクタの最大限界噴射量から推定される到達可能ラムダに応じてＮＯｘパージの実施を禁止することで、燃費の悪化を効果的に防止すること。【解決手段】内燃機関１０の排気通路１３に設けられ、排気リーン状態で排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、排気リッチ状態で吸蔵されていたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側の排気通路１３に設けられた排気インジェクタ３４と、排気インジェクタ３４の燃料噴射によって排気を所定の目標ラムダまで低下させることで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘパージを実施するＮＯｘパージ制御部６０と、排気インジェクタ３４の最大限界噴射量で燃料噴射を実施しても排気を目標ラムダまで低下させられない場合は、ＮＯｘパージの実施を禁止するＮＯｘパージ禁止処理部７０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化システムに関する。
従来、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を還元浄化する触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が知られている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気がリーン雰囲気のときに排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵すると共に、排気がリッチ雰囲気のときに排気中に含まれる炭化水素で吸蔵していたＮＯｘを還元浄化により無害化して放出する。このため、触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、排気管噴射やポスト噴射によって排気をリッチ状態にする所謂ＮＯｘパージを定期的に行う必要がある（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００８−２０２４２５号公報 特開２００７−１６７１３号公報
一般的に、ＮＯｘパージは、排気をパージに必要な所望のラムダまで低下させる目標燃料噴射量を設定すると共に、設定した目標燃料噴射量に基づいて排気インジェクタの燃料噴射を制御することで実施される。しかしながら、排気インジェクタには最大限界噴射量があるため、目標燃料噴射量が最大限界噴射量よりも多く設定された場合は、排気管噴射を実施しても排気を所望のラムダまで低下させられない可能性がある。このような状態で、ＮＯｘパージを実施しても、排気管噴射が無駄となり、燃費の悪化を招く課題がある。
開示のシステムは、排気インジェクタの最大限界噴射量から推定される到達可能ラムダに応じてＮＯｘパージの実施を禁止することで、燃費の悪化を効果的に防止することを目的とする。
開示のシステムは、内燃機関の排気通路に設けられ、排気リーン状態で排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、排気リッチ状態で吸蔵されていたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側の排気通路に設けられて、当該排気通路内に燃料を噴射する排気インジェクタと、少なくとも前記排気インジェクタの燃料噴射によって排気を所定の目標ラムダまで低下させることで、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、前記排気インジェクタの最大限界噴射量で燃料噴射を実施しても排気を前記目標ラムダまで低下させられない場合は、前記触媒再生手段による触媒再生処理の実施を禁止する禁止手段と、を備える。
開示のシステムによれば、排気インジェクタの最大限界噴射量から推定される到達可能ラムダに応じてＮＯｘパージの実施を禁止することで、燃費の悪化を効果的に防止することができる。
本実施形態に係る排気浄化システムを示す全体構成図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージ制御を説明するタイミングチャート図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリーン制御に用いるＭＡＦ目標値の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリッチ制御に用いる目標噴射量の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージ制御の禁止処理を示すブロック図である。 本実施形態に係る禁止判定マップの一例を示す図である。 本実施形態に係る筒内インジェクタの噴射量学習補正の処理を示すブロック図である。 本実施形態に係る学習補正係数の演算処理を説明するフロー図である。 本実施形態に係るＭＡＦ補正係数の設定処理を示すブロック図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の各気筒には、図示しないコモンレールに畜圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射する筒内インジェクタ１１がそれぞれ設けられている。これら各筒内インジェクタ１１の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０から入力される指示信号に応じてコントロールされる。
エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには新気を導入する吸気通路１２が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気を外部に導出する排気通路１３が接続されている。吸気通路１２には、吸気上流側から順にエアクリーナ１４、吸入空気量センサ（以下、ＭＡＦセンサという）４０、可変容量型過給機２０のコンプレッサ２０Ａ、インタークーラ１５、吸気スロットルバルブ１６等が設けられている。排気通路１３には、排気上流側から順に可変容量型過給機２０のタービン２０Ｂ、排気後処理装置３０等が設けられている。なお、図１中において、符号４１はエンジン回転数センサ、符号４２はアクセル開度センサ、符号４６はブースト圧センサをそれぞれ示している。
ＥＧＲ装置２１は、排気マニホールド１０Ｂと吸気マニホールド１０Ａとを接続するＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ２４とを備えている。
排気後処理装置３０は、ケース３０Ａ内に排気上流側から順に酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）３３を配置して構成されている。また、酸化触媒３１よりも上流側の排気通路１３には、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じて、排気通路１３内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する排気インジェクタ３４が設けられている。
酸化触媒３１は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒３１は、排気インジェクタ３４の排気管噴射又は筒内インジェクタ１１のポスト噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にアルカリ金属等を担持して形成されている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２は、排気空燃比がリーン状態のときに排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、排気空燃比がリッチ状態のときに排気中に含まれる還元剤（ＨＣ等）で吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。
フィルタ３３は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ３３は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆるフィルタ強制再生が実行される。フィルタ強制再生は、排気管噴射又はポスト噴射によって上流側の酸化触媒３１に未燃燃料を供給し、フィルタ３３に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。
第１排気温度センサ４３は、酸化触媒３１よりも上流側に設けられており、酸化触媒３１に流入する排気温度を検出する。第２排気温度センサ４４は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２とフィルタ３３との間に設けられており、フィルタ３３に流入する排気温度を検出する。ＮＯｘ／ラムダセンサ４５は、フィルタ３３よりも下流側に設けられており、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を通過した排気のＮＯｘ値及びラムダ値（以下、空気過剰率ともいう）を検出する。
ＥＣＵ５０は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ５０にはセンサ類４０〜４６のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘパージ制御部６０と、ＮＯｘパージ禁止処理部７０と、ＭＡＦ追従制御部８０と、噴射量学習補正部９０と、ＭＡＦ補正係数演算部９５とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
［ＮＯｘパージ制御］
ＮＯｘパージ制御部６０は、本発明の触媒再生手段であって、排気をリッチ状態にしてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化により無害化して放出することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる触媒再生処理（以下、この制御をＮＯｘパージ制御という）を実行する。
ＮＯｘパージ制御の「開始要求」は、例えば、エンジン１０の運転状態から単位時間当たりのＮＯｘ排出量を推定し、これを累積計算した推定累積値ΣＮＯｘが所定の閾値を超えた場合、あるいは、エンジン１０の運転状態から推定される触媒上流側のＮＯｘ排出量と、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される触媒下流側のＮＯｘ量とからＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２によるＮＯｘ浄化率を演算し、このＮＯｘ浄化率が所定の判定閾値よりも低くなった場合に成立する。詳細を後述する禁止フラグＦＰｒｏ＿ＮＰがオフの状態で「開始要求」が成立すると、ＮＯｘパージ制御を実施するＮＯｘパージフラグＦＮＰはオン（ＦＮＰ＝１）にされる（図２の時刻ｔ１参照）。
本実施形態において、ＮＯｘパージ制御による排気のリッチ化は、空気系制御によって空気過剰率を定常運転時（例えば、約１．５）から理論空燃比相当値（約１．０）よりもリーン側の第１目標空気過剰率（例えば、約１．３）まで低下させるＮＯｘパージリーン制御と、噴射系制御によって空気過剰率を第１目標空気過剰率からリッチ側の第２目標空気過剰率（例えば、約０．９）まで低下させるＮＯｘパージリッチ制御とを併用することで実現される。以下、これらＮＯｘパージリーン制御及び、ＮＯｘパージリッチ制御の詳細について説明する。
［ＮＯｘパージリーン制御］
図３は、ＮＯｘパージリーン制御部６０ＡによるＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔの設定処理を示すブロック図である。第１目標空気過剰率設定マップ６１は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ（第１目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。
まず、第１目標空気過剰率設定マップ６１から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔが読み取られて、ＭＡＦ目標値演算部６２に入力される。さらに、ＭＡＦ目標値演算部６２では、以下の数式（１）に基づいてＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔが演算される。
ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＝λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ／Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ・・・（１）
数式（１）において、Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄは後述する学習補正された筒内インジェクタ１１の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、ＲｏＦｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ＿ｃｏｒｒは後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。
ＭＡＦ目標値演算部６２によって演算されたＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔは、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオン（図２の時刻ｔ１参照）になるとランプ処理部６３に入力される。ランプ処理部６３は、各ランプ係数マップ６３Ａ，Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐをバルブ制御部６４に入力する。
バルブ制御部６４は、ＭＡＦセンサ４０から入力される実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐとなるように、吸気スロットルバルブ１６を閉側に絞ると共に、ＥＧＲバルブ２４を開側に開くフィードバック制御を実行する。
このように、本実施形態では、第１目標空気過剰率設定マップ６１から読み取られる空気過剰率目標値λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔと、各筒内インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいてＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔを設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに基づいて空気系動作をフィードバック制御するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＮＯｘパージリーン制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。
また、各筒内インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄを用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔをフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各筒内インジェクタ１１の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。
また、ＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔにエンジン１０の運転状態に応じて設定されるランプ係数を付加することで、吸入空気量の急激な変化によるエンジン１０の失火やトルク変動によるドライバビリティーの悪化等を効果的に防止することができる。
［ＮＯｘパージリッチ制御の燃料噴射量設定］
図４は、ＮＯｘパージリッチ制御部６０Ｂによる排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ（単位時間当たりの噴射量）の設定処理を示すブロック図である。第２目標空気過剰率設定マップ６５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ（第２目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。
まず、第２目標空気過剰率設定マップ６５から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔが読み取られて噴射量目標値演算部６６に入力される。さらに、噴射量目標値演算部６６では、以下の数式（２）に基づいてＮＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔが演算される。
ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ＝ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ／（λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ）−Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ・・・（２）
数式（２）において、ＭＡＦＮＰＬ＿ＴｒｇｔはＮＯｘパージリーンＭＡＦ目標値であって、前述のＭＡＦ目標値演算部６２から入力される。また、Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄは後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の筒内インジェクタ１１の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、ＲｏＦｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ＿ｃｏｒｒは後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。
噴射量目標値演算部６６によって演算される目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔは、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオンになると、排気インジェクタ３４又は各筒内インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される（図２の時刻ｔ１）。この噴射指示信号の送信は、後述するＮＯｘパージ制御の終了判定によってＮＯｘパージフラグＦＮＰがオフ（図２の時刻ｔ２）にされるまで継続される。
このように、本実施形態では、第２目標空気過剰率設定マップ６５から読み取られる空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔと、各筒内インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいて目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔを設定するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＮＯｘパージリッチ制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。
また、各筒内インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄを用いることで、目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔをフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各筒内インジェクタ１１の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。
[ＮＯｘパージ制御の禁止処理]
図５は、ＮＯｘパージ禁止処理部７０による禁止処理を示すブロック図である。ＮＯｘパージ禁止処理部７０は、本発明の禁止手段であって、以下の禁止条件（１）〜（８）の何れかが成立すると、ＮＯｘパージ禁止フラグＦＰｒｏ＿ＮＰをオン（ＦＰｒｏ＿ＮＰ＝１）にして、ＮＯｘパージ制御の実施を禁止する。
（１）エンジン回転数Ｎｅが所定の上限回転数閾値Ｎｅ＿ｍａｘよりも高い場合。
（２）エンジン回転数Ｎｅが所定の下限回転数閾値Ｎｅ＿ｍｉｎよりも低い場合。
（３）筒内インジェクタ１１の燃料噴射量Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ（ポスト噴射除く）が所定の上限噴射量閾値Ｑ＿ｍａｘよりも多い場合。
（４）筒内インジェクタ１１の燃料噴射量Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ（ポスト噴射除く）が所定の下限噴射量閾値Ｑ＿ｍｉｎよりも少ない場合。
（５）エンジン１０が所定の高負荷運転状態となり、ブースト圧フィードバック制御（空気系オープンループ制御）が実施される場合。
（６）ＮＯｘパージ制御の開始直後にエンジン１０が燃料噴射を停止させるモータリング状態になる可能性がある場合。
（７）排気インジェクタ３４の最大限界噴射量Ｑｅｘｈ＿ｍａｘから推定される到達可能な排気空気過剰率推定値λｅｓｔ＿ｍａｘが、上述のＮＯｘパージリッチ制御部６０Ｂによって設定される空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ（第２目標空気過剰率）よりも高くなる場合。
（８）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度が所定の触媒活性温度未満の場合。
以下、これら禁止条件（１）〜（８）の詳細について説明する。
禁止条件（１）〜（４）については、予めＥＣＵ５０のメモリに格納された図６に示す禁止判定マップに基づいて判定される。この禁止判定マップは、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑ（アクセル開度）に基づいて参照される二次元マップであって、予め実験等により取得した上限回転数閾値ラインＮｅ＿ｍａｘ＿Ｌ、下限回転数閾値ラインＮｅ＿ｍｉｎ＿Ｌ、上限噴射量閾値ラインＱ＿ｍａｘ＿Ｌ及び、下限噴射量閾値ラインＱ＿ｍｉｎ＿Ｌが固定値（一定値）として設定されている。すなわち、これら４本の上下限ラインによって囲まれる略矩形状の領域がＮＯｘパージ許可領域αに設定されている。エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量ＱがＮＯｘパージ可能領域αから外れた場合は、ＮＯｘパージ制御の実施が禁止されるようになっている。
本実施形態では、このように、エンジン回転数Ｎｅが上限回転数閾値Ｎｅ＿ｍａｘよりも高い場合や、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量が上限噴射量閾値Ｑ＿ｍａｘよりも多い場合にＮＯｘパージ制御の実施を禁止することで、エンジン温度の急上昇を効果的に防止することができる。また、エンジン回転数Ｎｅが下限回転数閾値Ｎｅ＿ｍｉｎよりも低い場合にＮＯｘパージ制御の実施を禁止することで、ＨＣスリップの増加を効果的に防止することができる。また、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量が下限噴射量閾値Ｑ＿ｍｉｎよりも少ない場合にＮＯｘパージ制御を禁止することで、排気ラムダが下がりにくい状態で無駄なＮＯｘパージ制御の実施を確実に抑止することが可能となり、燃費の悪化を効果的に防止することができる。
禁止条件（５）についても、禁止条件（１）〜（４）と同様に、図６に示す禁止判定マップに基づいて判定される。禁止判定マップには、上述の４本の上下限ラインに加え、さらにブースト圧フィードバック制御ラインＦＢ＿ｍａｘ＿Ｌが設定されている。ブースト圧フィードバック制御ラインＦＢ＿ｍａｘ＿Ｌよりも燃料噴射量Ｑが多くなる領域では、ブースト圧センサ４６のセンサ値に基づいて可変容量型過給機２０の開度をフィードバック制御するブース圧フィードバック制御（空気系はオープンループ制御）が実施されるようになっている。
ブースト圧フィードバック制御ラインＦＢ＿ｍａｘ＿Ｌは、エンジン高回転側にてエンジン回転数Ｎｅの上昇に伴い燃料噴射量Ｑを次第に減少させるように設定され、少なくともその一部がＮＯｘパージ許可領域α内の高負荷領域に含まれるようになっている。すなわち、燃料噴射量Ｑが上限噴射量閾値Ｑ＿ｍａｘ以下となるＮＯｘパージ許可領域α内に、ブース圧フィードバック制御が実施される領域βが設定されている。この領域βでＮＯｘパージ制御を実施すると、空気系制御が互いに干渉することになり、実ＭＡＦを目標ＭＡＦ値に一致させられず、排気リッチ噴射量が不適切になる可能性がある。
本実施形態では、このような実ＭＡＦと目標ＭＡＦ値とが一致しない領域βをＮＯｘパージ制御の禁止領域に設定することで、排気リッチ噴射量が不適切になることで引き起こされる燃費の悪化や排気過昇温を確実に防止するようになっている。
禁止条件（６）については、上述したＮＯｘパージ制御の「開始要求」が成立した際の筒内インジェクタ１１の燃料噴射量変化に基づいて判定される。より詳しくは、ＮＯｘパージ制御の「開始要求」が成立した際に、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄと、噴射量微分値ΔＱに所定の時間定数Ｋを乗じた値との総和がゼロ未満（負の値）となる以下の条件式（３）を満たす場合は、エンジン１０が短時間内にモータリング状態になると判定して、ＮＯｘパージ制御の実施を禁止するようになっている。
Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ−ΔＱ×Ｋ＜０・・・（３）
このように、ＮＯｘパージ制御の開始直後にエンジン１０がモータリング状態になる可能性がある場合は、ＮＯｘパージ制御の実施を禁止することにより、無駄な燃料消費を効果的に防止することができる。
禁止条件（７）については、予めＥＣＵ５０のメモリに格納された排気インジェクタ３４の最大限界噴射量Ｑｅｘｈ＿ｍａｘに基づいて判定される。より詳しくは、ＮＯｘパージ制御の「開始要求」が成立した際に、排気インジェクタ３４の最大限界噴射量Ｑｅｘｈ＿ｍａｘに基づいて、ＮＯｘパージ制御を実施した場合の到達可能な排気空気過剰率推定値λｅｓｔ＿ｍａｘを演算すると共に、この排気空気過剰率推定値λｅｓｔ＿ｍａｘがＮＯｘパージリッチ制御の空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ（第２目標空気過剰率）よりも高い場合（λｅｓｔ＿ｍａｘ＞λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ）は、ＮＯｘパージ制御の実施を禁止するようになっている。
このように、ＮＯｘパージ制御を実施しても、排気インジェクタ３４の最大限界噴射量Ｑｅｘｈ＿ｍａｘの制限によって排気を所望の空気過剰率まで低下させられない場合はＮＯｘパージ制御の実施を禁止することにより、無駄な燃料消費を効果的に防止することが可能になる。
禁止条件（８）については、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の推定触媒温度に基づいて判定される。推定触媒温度は、例えば、第１排気温度センサ４３で検出される酸化触媒３１の入口温度、酸化触媒３１及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の内部での発熱反応等に基づいて推定され、推定触媒温度が所定の触媒活性温度未満の場合は、ＮＯｘパージ制御を禁止するようになっている。
このように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度が触媒活性温度未満のときはＮＯｘパージを禁止することにより、白煙の発生等を効果的に防止することが可能になる。
［ＮＯｘパージ制御の終了判定］
ＮＯｘパージ制御は、（１）ＮＯｘパージフラグＦＮＰのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、（２）ＮＯｘパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、（３）エンジン１０の運転状態やＮＯｘ／ラムダセンサ４５のセンサ値等を入力信号として含む所定のモデル式に基づいて演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、ＮＯｘパージフラグＦＮＰをオフにして終了される（図２の時刻ｔ２参照）。
このように、本実施形態では、ＮＯｘパージ制御の終了条件に累積噴射量及び、経過時間の上限を設けたことで、ＮＯｘパージが排気温度の低下等によって成功しなかった場合に燃料消費量が過剰になることを確実に防止することができる。
［ＭＡＦ追従制御］
ＭＡＦ追従制御部８０は、（１）通常運転のリーン状態からＮＯｘパージ制御によるリッチ状態への切り替え期間及び、（２）ＮＯｘパージ制御によるリッチ状態から通常運転のリーン状態への切り替え期間に、各筒内インジェクタ１１の燃料噴射タイミング及び燃料噴射量をＭＡＦ変化に応じて補正するＭＡＦ追従制御を実行する。
［噴射量学習補正］
図７に示すように、噴射量学習補正部９０は、学習補正係数演算部９１と、噴射量補正部９２とを有する。
学習補正係数演算部９１は、エンジン１０のリーン運転時にＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔと、推定ラムダ値λＥｓｔとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数ＦＣｏｒｒを演算する。排気がリーン状態のときは、排気中のＨＣ濃度が非常に低いので、酸化触媒３１でＨＣの酸化反応による排気ラムダ値の変化は無視できるほど小さい。このため、酸化触媒３１を通過して下流側のＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される排気中の実ラムダ値λＡｃｔと、エンジン１０から排出された排気中の推定ラムダ値λＥｓｔとは一致すると考えられる。すなわち、これら実ラムダ値λＡｃｔと推定ラムダ値λＥｓｔとに誤差Δλが生じた場合は、各筒内インジェクタ１１に対する指示噴射量と実噴射量との差によるものと仮定することができる。以下、この誤差Δλを用いた学習補正係数演算部９１による学習補正係数の演算処理を図８のフローに基づいて説明する。
ステップＳ３００では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて、エンジン１０がリーン運転状態にあるか否かが判定される。リーン運転状態にあれば、学習補正係数の演算を開始すべく、ステップＳ３１０に進む。
ステップＳ３１０では、推定ラムダ値λＥｓｔからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔを減算した誤差Δλに、学習値ゲインＫ１及び補正感度係数Ｋ２を乗じることで、学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔが演算される（ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ＝（λＥｓｔ−λＡｃｔ）×Ｋ１×Ｋ２）。推定ラムダ値λＥｓｔは、エンジン回転数Ｎｅやアクセル開度Ｑに応じたエンジン１０の運転状態から推定演算される。また、補正感度係数Ｋ２は、図７に示す補正感度係数マップ９１ＡからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔを入力信号として読み取られる。
ステップＳ３２０では、学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔの絶対値｜ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ｜が所定の補正限界値Ａの範囲内にあるか否かが判定される。絶対値｜ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ｜が補正限界値Ａを超えている場合、本制御はリターンされて今回の学習を中止する。
ステップＳ３３０では、学習禁止フラグＦＰｒｏがオフか否かが判定される。学習禁止フラグＦＰｒｏとしては、例えば、エンジン１０の過渡運転時、ＮＯｘパージ制御時（ＦＮＰ＝１）等が該当する。これらの条件が成立する状態では、実ラムダ値λＡｃｔの変化によって誤差Δλが大きくなり、正確な学習を行えないためである。エンジン１０が過渡運転状態にあるか否かは、例えば、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔの時間変化量に基づいて、当該時間変化量が所定の閾値よりも大きい場合に過渡運転状態と判定すればよい。
ステップＳ３４０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照される学習値マップ９１Ｂ（図７参照）が、ステップＳ３１０で演算された学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔに更新される。より詳しくは、この学習値マップ９１Ｂ上には、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに応じて区画された複数の学習領域が設定されている。これら学習領域は、好ましくは、使用頻度が多い領域ほどその範囲が狭く設定され、使用頻度が少ない領域ほどその範囲が広く設定されている。これにより、使用頻度が多い領域では学習精度が向上され、使用頻度が少ない領域では未学習を効果的に防止することが可能になる。
ステップＳ３５０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として学習値マップ９１Ｂから読み取った学習値に「１」を加算することで、学習補正係数ＦＣｏｒｒが演算される（ＦＣｏｒｒ＝１＋ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ）。この学習補正係数ＦＣｏｒｒは、図７に示す噴射量補正部９２に入力される。
噴射量補正部９２は、パイロット噴射ＱＰｉｌｏｔ、プレ噴射ＱＰｒｅ、メイン噴射ＱＭａｉｎ、アフタ噴射ＱＡｆｔｅｒ、ポスト噴射ＱＰｏｓｔの各基本噴射量に学習補正係数ＦＣｏｒｒを乗算することで、これら燃料噴射量の補正を実行する。
このように、推定ラムダ値λＥｓｔと実ラムダ値λＡｃｔとの誤差Δλに応じた学習値で各筒内インジェクタ１１に燃料噴射量を補正することで、各筒内インジェクタ１１の経年劣化や特性変化、個体差等のバラツキを効果的に排除することが可能になる。
［ＭＡＦ補正係数］
ＭＡＦ補正係数演算部９５は、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔや目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔの設定に用いられるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒを演算する。
本実施形態において、各筒内インジェクタ１１の燃料噴射量は、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔと推定ラムダ値λＥｓｔとの誤差Δλに基づいて補正される。しかしながら、ラムダは空気と燃料の比であるため、誤差Δλの要因が必ずしも各筒内インジェクタ１１に対する指示噴射量と実噴射量との差の影響のみとは限らない。すなわち、ラムダの誤差Δλには、各筒内インジェクタ１１のみならずＭＡＦセンサ４０の誤差も影響している可能性がある。
図９は、ＭＡＦ補正係数演算部９５によるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒの設定処理を示すブロック図である。補正係数設定マップ９６は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を示すＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒが予め実験等に基づいて設定されている。
ＭＡＦ補正係数演算部９５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として補正係数設定マップ９６からＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒを読み取ると共に、このＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒをＭＡＦ目標値演算部６２及び噴射量目標値演算部６６に送信する。これにより、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔや目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔの設定に、ＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を効果的に反映することが可能になる。
［その他］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
１０ エンジン
１１ 筒内インジェクタ
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１６ 吸気スロットルバルブ
２４ ＥＧＲバルブ
３１ 酸化触媒
３２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
３３ フィルタ
３４ 排気インジェクタ
４０ ＭＡＦセンサ
４５ ＮＯｘ／ラムダセンサ
５０ ＥＣＵ

Claims (2)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気リーン状態で排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、排気リッチ状態で吸蔵されていたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
    前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側の排気通路に設けられて、当該排気通路内に燃料を噴射する排気インジェクタと、
    少なくとも前記排気インジェクタの燃料噴射によって排気を所定の目標ラムダまで低下させることで、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、
    前記排気インジェクタの最大限界噴射量で燃料噴射を実施しても排気を前記目標ラムダまで低下させられない場合は、前記触媒再生手段による触媒再生処理の実施を禁止する禁止手段と、を備える
    排気浄化システム。
  2. 前記禁止手段は、前記排気インジェクタの最大限界噴射量に基づいて到達可能な排気ラムダを推定すると共に、当該推定した排気ラムダが前記目標ラムダよりも高い場合に、前記触媒再生手段による触媒再生処理の実施を禁止する
    請求項１に記載の排気浄化システム。









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