JP2016153631A - 排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】アイドル運転時に触媒保温制御を実施する際の触媒温度推定精度を効果的に向上する
【解決手段】排気を浄化する触媒３１，３２を含む排気後処理装置３０と、アイドル運転時に吸入空気量を減少させて触媒３１，３２の温度低下を抑制する触媒保温制御を実施する触媒保温制御部５２と、アイドル運転状態で触媒保温制御が実施された際に内燃機関１０から排出されるＨＣ量及びＣＯ量を予め取得して記憶した排出量記憶部８４Ａ，Ｂと、触媒保温制御の実施時に排出量記憶部８４Ａ，Ｂから読み取られるＨＣ量及びＣＯ量に基づいて、触媒３１，３２のＨＣ発熱量及びＣＯ発熱量を推定する発熱量推定部８８Ａ，Ｂと、発熱量推定部８８Ａ，Ｂで推定されるＨＣ発熱量及びＣＯ発熱量に基づいて触媒３１，３２の温度を推定する触媒温度推定部８８Ｃ，Ｄとを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、排気浄化システムに関する。

従来、内燃機関の排気浄化装置として、排気中の窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化するＮＯｘ触媒や酸化触媒等を備えるものが知られている。ＮＯｘ触媒や酸化触媒は、その触媒温度が活性温度以上にならないと、十分な浄化性能を発揮することができない。このため、アイドル運転時や車両減速走行時等、排気温度が低下する状況においては、吸入空気量（排気流量）を減少させて、低温排気の触媒への流れ込みを効果的に抑制することで、触媒を保温する所謂触媒保温制御を実施することが好ましい（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１０−１１６８４４号公報 特開２００５−２８２５４５号公報

ところで、触媒温度を高精度に推定するには、エンジンから排出されて触媒内部で反応する炭化水素（以下、ＨＣ）や一酸化炭素（以下、ＣＯ）の発熱量を考慮する必要がある。特に、吸入空気量を絞る触媒保温制御をアイドル運転時に実施する場合は、通常のリーン運転時や触媒再生処理時とはエンジンから排出されるＨＣ・ＣＯ量が異なってくる。このため、触媒温度の推定精度を確保するには、エンジンから排出されるＨＣ・ＣＯ量を各運転状態に応じて効果的に推定することが好ましい。

開示のシステムは、アイドル運転時に触媒保温制御を実施する際の触媒温度推定精度を効果的に向上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て排気を浄化する触媒を含む排気後処理装置と、前記内燃機関のアイドル運転時に吸入空気量を減少させて前記触媒の温度低下を抑制する触媒保温制御を実施する触媒保温制御手段と、前記内燃機関がアイドル運転状態で前記触媒保温制御が実施された際に当該内燃機関から排出される炭化水素量及び一酸化炭素量の少なくとも一方を予め取得して記憶した第１排出量記憶手段と、前記触媒保温制御の実施時に前記第１排出量記憶手段から読み取られる炭化水素量及び一酸化炭素量の少なくとも一方に基づいて、前記触媒の炭化水素発熱量及び一酸化炭素発熱量の少なくとも一方を推定する発熱量推定手段と、前記発熱量推定手段で推定される炭化水素発熱量及び一酸化炭素発熱量の少なくとも一方に基づいて前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、を備える。

開示のシステムによれば、アイドル運転時に触媒保温制御を実施する際の触媒温度推定精度を効果的に向上することができる。

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ＳＯｘ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ＳＯｘパージリーン制御時の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ＳＯｘパージリッチ制御時の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ＳＯｘパージ制御の触媒温度調整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パージリーン制御時の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パージリッチ制御時の目標噴射量の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係る触媒保温制御の処理を示すブロック図である。 本実施形態に係る触媒温度推定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係る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、吸気温度センサ４８、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、排気ブレーキ装置の一部を構成する排気ブレーキバルブ１７、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、符号４７は外気温度センサ、符号４９は車速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、酸化触媒３１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２との間に設けられており、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２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４０〜４８のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ５０は、フィルタ再生制御部５１と、ＳＯｘパージ制御部６０と、ＮＯｘパージ制御部７０と、触媒保温制御部５２と、触媒温度推定部８０と、ＭＡＦ追従制御部９８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。

［フィルタ再生制御］
フィルタ再生制御部５１は、車両の走行距離、あるいは図示しない差圧センサで検出されるフィルタ前後差圧からフィルタ３３のＰＭ堆積量を推定すると共に、このＰＭ堆積推定量が所定の上限閾値を超えると強制再生フラグＦ_ＤＰＦをオンにする（図２の時刻ｔ_１参照）。強制再生フラグＦ_ＤＰＦがオンにされると、排気インジェクタ３４に排気管噴射を実行させる指示信号が送信されるか、あるいは、各筒内インジェクタ１１にポスト噴射を実行させる指示信号が送信されて、排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５５０℃）まで昇温させる。この強制再生フラグＦ_ＤＰＦは、ＰＭ堆積推定量が燃焼除去を示す所定の下限閾値（判定閾値）まで低下するとオフにされる（図２の時刻ｔ_２参照）。強制再生フラグＦ_ＤＰＦをオフにする判定閾値は、例えば、フィルタ強制再生開始（Ｆ_ＤＰＦ＝１）からの上限経過時間や上限累積噴射量を基準にしてもよい。

本実施形態において、フィルタ強制再生時の燃料噴射量は、詳細を後述する参照温度選択部８９（図１０参照）によって適宜選択される酸化触媒温度又は、ＮＯｘ触媒温度の何れかに基づいてフィードバック制御されるようになっている。

［ＳＯｘパージ制御］
ＳＯｘパージ制御部６０は、本発明の触媒再生手段の一例であって、排気をリッチ状態にして排気温度を硫黄離脱温度（例えば、約６００℃）まで上昇させて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２をＳＯｘ被毒から回復させる制御（以下、この制御をＳＯｘパージ制御という）を実行する。

図２は、本実施形態のＳＯｘパージ制御のタイミングチャートを示している。図２に示すように、ＳＯｘパージ制御を開始するＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰは、強制再生フラグＦ_ＤＰＦのオフと同時にオンにされる（図２の時刻ｔ_２参照）。これにより、フィルタ３３の強制再生によって排気温度を上昇させた状態からＳＯｘパージ制御に効率よく移行することが可能となり、燃料消費量を効果的に低減することができる。

本実施形態において、ＳＯｘパージ制御によるリッチ化は、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ＳＯｘ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ＳＯｘパージリッチ制御とを併用することで実現される。以下、ＳＯｘパージリーン制御及び、ＳＯｘパージリッチ制御の詳細について説明する。

［ＳＯｘパージリーン制御の空気系制御］
図３は、ＳＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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（エンジン１０の燃料噴射量）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ＳＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＬ＿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ＳＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＬ＿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ＳＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}＝λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ／Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}・・・（１）
数式（１）において、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正された燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏ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ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}は、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（図２の時刻ｔ_２参照）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ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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λ_{ＳＰＬ＿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ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}を設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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ＳＯｘ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Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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、個体差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ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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。

［ＳＯｘパージリッチ制御の燃料噴射量設定］
図４は、ＳＯｘパージリッチ制御における排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿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ＳＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＲ＿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ＳＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＲ＿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ＳＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}＝ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}・・・（２）
数式（２）において、ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}はＳＯｘパージリーン時の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、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏ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によって演算された目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、後述するＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲ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。

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λ_{ＳＰＲ＿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Ｑ_{ＳＰＲ＿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ＳＯｘ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Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿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。

［ＳＯｘパージ制御の触媒温度調整制御］
ＳＯｘパージ制御中にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に流入する排気温度（以下、触媒温度ともいう）は、図２の時刻ｔ_２〜ｔ_４に示すように、排気管噴射又はポスト噴射を実行するＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲのオン・オフ（リッチ・リーン）を交互に切り替えることで制御される。ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオン（Ｆ_ＳＰＲ＝１）にされると、排気管噴射又はポスト噴射によって触媒温度は上昇する（以下、この期間を噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}という）。一方、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフにされると、排気管噴射又はポスト噴射の停止によって触媒温度は低下する（以下、この期間をインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}という）。

本実施形態において、噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}は、予め実験等により作成した噴射期間設定マップ（不図示）からエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに対応する値を読み取ることで設定される。この噴射時間設定マップには、予め実験等によって求めた排気の空気過剰率を第２目標空気過剰率まで確実に低下させるのに必要となる噴射期間が、エンジン１０の運転状態に応じて設定されている。

インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}は、触媒温度が最も高くなるＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンからオフに切り替えられた際に、フィードバック制御によって設定される。具体的には、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフされた際の触媒目標温度と触媒推定温度との偏差ΔＴに比例して入力信号を変化させる比例制御と、偏差ΔＴの時間積分値に比例して入力信号を変化させる積分制御と、偏差ΔＴの時間微分値に比例して入力信号を変化させる微分制御とで構成されるＰＩＤ制御によって処理される。触媒目標温度は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２からＳＯｘを離脱可能な温度で設定され、触媒推定温度は、詳細を後述する参照温度選択部８９（図１０参照）によって適宜選択される酸化触媒温度又は、ＮＯｘ触媒温度の何れかで設定されるようになっている。

図５の時刻ｔ_１に示すように、フィルタ強制再生の終了（Ｆ_ＤＰＦ＝０）によってＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオンされると、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲもオンにされ、さらに前回のＳＯｘパージ制御時にフィードバック計算されたインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}も一旦リセットされる。すなわち、フィルタ強制再生直後の初回は、噴射期間設定マップで設定した噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿１}に応じて排気管噴射又はポスト噴射が実行される（図５の時刻ｔ_１〜ｔ_２参照）。このように、ＳＯｘパージリーン制御を行うことなくＳＯｘパージリッチ制御からＳＯｘパージ制御を開始するので、フィルタ強制再生で上昇した排気温度を低下させることなく、速やかにＳＯｘパージ制御に移行され、燃料消費量を低減することができる。

次いで、噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿１}の経過によってＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフになると、ＰＩＤ制御によって設定されたインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ＿１}が経過するまで、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲはオフとされる（図５の時刻ｔ_２〜ｔ_３参照）。さらに、インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ＿１}の経過によってＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンにされると、再び噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿２}に応じた排気管噴射又はポスト噴射が実行される（図５の時刻ｔ_３〜ｔ_４参照）。その後、これらＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲのオン・オフの切り替えは、後述するＳＯｘパージ制御の終了判定によってＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオフ（図５の時刻ｔ_ｎ参照）にされるまで繰り返し実行される。

このように、本実施形態では、触媒温度を上昇させると共に空気過剰率を第２目標空気過剰率まで低下させる噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}をエンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップから設定すると共に、触媒温度を降下させるインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}をＰＩＤ制御によって処理するようになっている。これにより、ＳＯｘパージ制御中の触媒温度をパージに必要な所望の温度範囲に効果的に維持しつつ、空気過剰率を目標過剰率まで確実に低下させることが可能になる。

［ＳＯｘパージ制御の終了判定］
ＳＯｘパージ制御は、（１）ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ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）ＳＯｘ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ＳＯｘ吸着量がＳＯｘ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、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰをオフにして終了される（図２の時刻ｔ_４、図５の時刻ｔ_ｎ参照）。

このように、本実施形態では、ＳＯｘ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、ＳＯｘパージが排気温度の低下等によって進捗しなかった場合に、燃料消費量が過剰になることを効果的に防止することができる。

［ＮＯｘパージ制御］
ＮＯｘパージ制御部７０は、本発明の触媒再生手段の一例であって、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制御（以下、この制御をＮＯｘパージ制御という）を実行する。

ＮＯｘパージ制御を開始するＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰは、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るとオンにされる（図６の時刻ｔ_１参照）。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、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰはオンにされる。

本実施形態において、ＮＯｘパージ制御によるリッチ化は、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３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３目標空気過剰率からリッチ側の第４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、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パージリーン制御のＭＡＦ目標値設定］
図７は、ＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}の設定処理を示すブロック図である。第３目標空気過剰率設定マップ７１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λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}（第３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３目標空気過剰率設定マップ７１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λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて、ＭＡＦ目標値演算部７２に入力される。さらに、ＭＡＦ目標値演算部７２では、以下の数式（３）に基づいてＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}＝λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ／Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}・・・（３）
数式（３）において、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正された燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏ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７２によって演算されたＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（図６の時刻ｔ_１参照）になるとランプ処理部７３に入力される。ランプ処理部７３は、各ランプ係数マップ７３Ａ，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ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ}をバルブ制御部７４に入力する。

バルブ制御部７４は、ＭＡＦセンサ４０から入力される実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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３目標空気過剰率設定マップ７１から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＮＰＬ＿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ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}を設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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８は、ＮＯｘパージリッチ制御における排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿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４目標空気過剰率設定マップ７５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λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（第４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４目標空気過剰率設定マップ７５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λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて噴射量目標値演算部７６に入力される。さらに、噴射量目標値演算部７６では、以下の数式（４）に基づいてＮＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}＝ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}・・・（４）
数式（４）において、ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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７２から入力される。また、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏ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７６によって演算される目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＳＰ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６の時刻ｔ_１）。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Ｆ_ＮＰがオフ（図６の時刻ｔ_２）にされるまで継続される。

このように、本実施形態では、第４目標空気過剰率設定マップ７５から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿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Ｑ_{ＮＰＲ＿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Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿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パージ制御の終了判定］
ＮＯｘパージ制御は、（１）ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰ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Ｆ_ＮＰをオフにして終了される（図６の時刻ｔ_２参照）。

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。

［触媒保温制御（ＭＡＦ絞り制御）］
図９は、触媒保温制御部５２による触媒保温制御処理を示すブロック図である。

アイドル運転検出部５３は、各種センサ４１，４２，４９から入力されるセンサ値に基づいて、エンジン１０がアイドル運転状態にあるか否かを検出する。

モータリング検出部５４は、各種センサ４１，４２，４９から入力されるセンサ値に基づいて、エンジン１０が所定回転数以上で筒内インジェクタ１１の燃料噴射を停止させるモータリング状態にあるか否かを検出する。

排気ブレーキ作動検出部５５は、排気ブレーキバルブ１７の閉弁により排気圧力を上昇させてエンジン１０の回転速度を低下させる排気ブレーキ装置の作動有無を検出する。排気ブレーキ装置の作動有無は、図示しない車両運転室に設けられた排気ブレーキスイッチ５６のオン／オフ操作に基づいて検出すればよい。

ＭＡＦ絞り制御部５７は、本発明の触媒保温制御手段であって、以下の条件が成立する場合に、吸気スロットルバルブ１６（又は、排気スロットルバルブの少なくとも一方）の開度を閉側に絞って吸入空気量を減少させることにより、各触媒３１，３２への低温排気の流入を抑止する触媒保温制御（以下、ＭＡＦ絞り制御ともいう）を実行する。（１）アイドル運転検出部５３によってエンジン１０のアイドル運転状態が検出された場合。（２）モータリング検出部５４によってエンジン１０のモータリング状態が検出された場合。なお、ＭＡＦ絞り制御時のバルブ開度は、通常のリーン運転時よりも低い所定の目標ＭＡＦ値と、ＭＡＦセンサ４０のセンサ値（実ＭＡＦ値）との偏差に基づいてフィードバック制御される。所定の目標ＭＡＦ値は、例えば、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるベースマップ（不図示）に、吸気温度及び大気圧に応じた補正係数を乗じることで設定されるようになっている。

ＭＡＦ絞り制御禁止部５５Ａは、モータリング検出部５４によってモータリング状態が検出されても、排気ブレーキ作動検出部５５が排気ブレーキ装置の作動を検出した場合は、ブレーキ力を確保すべくＭＡＦ絞り制御の実施を禁止する。

このように、本実施形態では、アイドル運転時やモータリング時等、排気温度の低下によって触媒温度が活性温度よりも低く冷却され得る状況で、吸入空気量を絞る触媒保温制御を実施することにより、各触媒３１，３２を活性状態に効果的に維持することが可能になる。また、モータリング状態であっても、排気ブレーキ装置の作動時は、触媒保温制御の実施を禁止することにより、ブレーキ力を効果的に確保することが可能になる。

［触媒温度推定］
図１０は、触媒温度推定部８０による酸化触媒温度及び、ＮＯｘ触媒温度の推定処理を示すブロック図である。

リーン時ＨＣマップ８１Ａ（本発明の第２排出量記憶手段）は、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、リーン運転時にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、リーン時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。アイドル運転検出部５３（図９参照）によってアイドル運転が検出されず、且つ、強制再生フラグＦ_ＤＰＦ、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰの何れもがオフ（Ｆ_ＤＰＦ＝０，Ｆ_ＳＰ＝０，Ｆ_ＮＰ＝０）の場合は、リーン時ＨＣマップ８１Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたリーン時ＨＣ排出量が各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

リーン時ＣＯマップ８１Ｂ（本発明の第２排出量記憶手段）は、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、リーン運転時にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、リーン時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。アイドル運転検出部５３（図９参照）によってアイドル運転が検出されず、且つ、強制再生フラグＦ_ＤＰＦ、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰの何れもがオフ（Ｆ_ＤＰＦ＝０，Ｆ_ＳＰ＝０，Ｆ_ＮＰ＝０）の場合は、リーン時ＣＯマップ８１Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたリーン時ＣＯ排出量が各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

長時間ＮＯｘパージ時ＨＣマップ８２Ａは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、ＮＯｘパージ制御の目標実行時間が所定時間以上となる長時間ＮＯｘパージを実施した際にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、長時間ＮＯｘパージ時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（Ｆ_ＮＰ＝１）且つ、ＮＯｘパージ制御の目標実行時間が所定時間以上となる場合は、ＮＯｘパージ時ＨＣマップ８２Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られた長時間ＮＯｘパージ時ＨＣ排出量に、エンジン１０の運転状態に応じた所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

ＮＯｘパージ時ＣＯマップ８２Ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、ＮＯｘパージ制御の目標実行時間が所定時間以上となる長時間ＮＯｘパージを実施した際にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、長時間ＮＯｘパージ時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（Ｆ_ＮＰ＝１）且つ、ＮＯｘパージ制御の目標実行時間が所定時間以上となる場合は、ＮＯｘパージ時ＣＯマップ８２Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られた長時間ＮＯｘパージ時ＣＯ排出量に、エンジン１０の運転状態に応じた所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

短時間ＮＯｘパージ時ＨＣ推定部８３Ａは、ＮＯｘパージ制御の目標実行時間が所定時間未満となる短時間ＮＯｘパージを実施する際に、リーン時ＨＣマップ８１Ａ（又は、長時間ＮＯｘパージ時ＨＣマップ８２Ａ）からエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られるＨＣ排出量に所定の補正係数を乗じることで、短時間ＮＯｘパージ制御時にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、短時間ＮＯｘパージ時ＨＣ排出量という）を推定演算する。演算される短時間ＮＯｘパージ時ＨＣ排出量は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（Ｆ_ＮＰ＝１）且つ、ＮＯｘパージ制御の目標実行時間が所定時間未満の場合に、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

短時間ＮＯｘパージ時ＣＯ推定部８３Ｂは、ＮＯｘパージ制御の目標実行時間が所定時間未満となる短時間ＮＯｘパージを実施する際に、リーン時ＣＯマップ８１Ｂ（又は、長時間ＮＯｘパージ時ＣＯマップ８２Ｂ）からエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られるＣＯ排出量に所定の補正係数を乗じることで、短時間ＮＯｘパージ制御時にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、短時間ＮＯｘパージ時ＣＯ排出量という）を推定演算する。演算される短時間ＮＯｘパージ時ＣＯ排出量は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（Ｆ_ＮＰ＝１）且つ、ＮＯｘパージ制御の目標実行時間が所定時間未満の場合に、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

アイドルＭＡＦ絞り時ＨＣマップ８４Ａ（本発明の第１排出量記憶手段）は、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、上述の触媒保温制御（ＭＡＦ絞り制御）時にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、アイドルＭＡＦ絞り時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。アイドル運転状態で触媒保温制御が実行され、且つ、強制再生フラグＦ_ＤＰＦ、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰの何れもがオフ（Ｆ_ＤＰＦ＝０，Ｆ_ＳＰ＝０，Ｆ_ＮＰ＝０）の場合は、アイドルＭＡＦ絞り時ＨＣマップ８４Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びＭＡＦセンサ値に基づいて読み取られたアイドルＭＡＦ絞り時ＨＣ排出量が各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

アイドルＭＡＦ絞り時ＨＣマップ８４Ｂ（本発明の第１排出量記憶手段）は、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、上述の触媒保温制御（ＭＡＦ絞り制御）時にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、アイドルＭＡＦ絞り時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。アイドル運転状態で触媒保温制御が実行され、且つ、強制再生フラグＦ_ＤＰＦ、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰの何れもがオフ（Ｆ_ＤＰＦ＝０，Ｆ_ＳＰ＝０，Ｆ_ＮＰ＝０）の場合は、アイドルＭＡＦ絞り時ＣＯマップ８４Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びＭＡＦセンサ値に基づいて読み取られたアイドルＭＡＦ絞り時ＣＯ排出量が各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

フィルタ強制再生時ＨＣマップ８５Ａは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、フィルタ強制再生制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、フィルタ再生時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。強制再生フラグＦ_ＤＰＦがオン（Ｆ_ＤＰＦ＝１）の場合は、フィルタ強制再生時ＨＣマップ８５Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたフィルタ再生時ＨＣ排出量に、エンジン１０の運転状態に応じた所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

フィルタ強制再生時ＣＯマップ８５Ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、フィルタ強制再生制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、フィルタ再生時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。強制再生フラグＦ_ＤＰＦがオン（Ｆ_ＤＰＦ＝１）の場合は、フィルタ強制再生時ＣＯマップ８５Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたフィルタ再生時ＣＯ排出量に、エンジン１０の運転状態に応じた所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

第１ＳＯｘパージ時ＨＣマップ８６Ａは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、筒内インジェクタ１１の噴射パターンにアフタ噴射が含まれる状態でＳＯｘパージ制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、第１ＳＯｘパージ時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（Ｆ_ＳＰ＝１）且つ、筒内インジェクタ１１の噴射パターンがアフタ噴射を含む場合は、第１ＳＯｘパージ時ＨＣマップ８６Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られた第１ＳＯｘパージ時ＨＣ排出量に、所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

第２ＳＯｘパージ時ＨＣマップ８６Ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、筒内インジェクタ１１の噴射パターンにアフタ噴射が含まれない状態でＳＯｘパージ制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、第２ＳＯｘパージ時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（Ｆ_ＳＰ＝１）且つ、筒内インジェクタ１１の噴射パターンがアフタ噴射を含まない場合は、第２ＳＯｘパージ時ＨＣマップ８６Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られた第２ＳＯｘパージ時ＨＣ排出量に、所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

第１ＳＯｘパージ時ＣＯマップ８７Ａは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、筒内インジェクタ１１の噴射パターンにアフタ噴射が含まれる状態でＳＯｘパージ制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、第１ＳＯｘパージ時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（Ｆ_ＳＰ＝１）且つ、筒内インジェクタ１１の噴射パターンがアフタ噴射を含む場合は、第１ＳＯｘパージ時ＣＯマップ８７Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られた第１ＳＯｘパージ時ＣＯ排出量に、所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

第２ＳＯｘパージ時ＣＯマップ８７Ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、筒内インジェクタ１１の噴射パターンにアフタ噴射が含まれない状態でＳＯｘパージ制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、第２ＳＯｘパージ時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（Ｆ_ＳＰ＝１）且つ、筒内インジェクタ１１の噴射パターンがアフタ噴射を含まない場合は、第２ＳＯｘパージ時ＣＯマップ８７Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られた第２ＳＯｘパージ時ＣＯ排出量に、所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部８８Ａ，Ｂに送信されるようになっている。

なお、ＳＯｘパージ用のＨＣ・ＣＯマップ８６Ａ〜８７Ｂは、アフタ噴射の有無に応じた各２種類のマップに限定されず、パイロット噴射やプレ噴射の有無、各噴射の噴射タイミングに応じた複数のマップを備えるように構成してもよい。

酸化触媒発熱量推定部８８Ａは、本発明の発熱量推定手段であって、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰ、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、強制再生フラグＦ_ＤＰＦ、アイドル時のＭＡＦ絞りの有無、ＮＯｘパージの実行時間長短等に応じて、各マップ８１Ａ〜８７Ｂや推定部８３Ａ，Ｂから入力されるＨＣ・ＣＯ排出量に基づいて、酸化触媒３１内部でのＨＣ・ＣＯ発熱量（以下、酸化触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量という）を推定する。酸化触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量は、例えば、各マップ８１Ａ〜８３Ｂや推定部８３Ａ，Ｂから送信されるＨＣ・ＣＯ排出量等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて推定演算すればよい。

ＮＯｘ触媒発熱量推定部８８Ｂは、本発明の発熱量推定手段であって、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰ、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、強制再生フラグＦ_ＤＰＦ、アイドル時のＭＡＦ絞りの有無、ＮＯｘパージの実行時間長短等に応じて、各マップ８１Ａ〜８７Ｂや推定部８３Ａ，Ｂから入力されるＨＣ・ＣＯ排出量に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２内部のＨＣ・ＣＯ発熱量（以下、ＮＯｘ触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量という）を推定する。ＮＯｘ触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量は、例えば、各マップ８１Ａ〜８６Ｂや推定部８７Ａ，Ｂから送信されるＨＣ・ＣＯ排出量を入力値として含むモデル式やマップに基づいて推定演算すればよい。

酸化触媒温度推定部８８Ｃは、本発明の触媒温度推定手段であって、第１排気温度センサ４３によって検出される酸化触媒入口温度、酸化触媒発熱量推定部８８Ａから入力される酸化触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量、ＭＡＦセンサ４０のセンサ値、外気温度センサ４７又は吸気温度センサ４８のセンサ値から推定される外気への放熱量等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて、酸化触媒３１の触媒温度（以下、酸化触媒温度という）を推定演算する。

なお、エンジン１０が燃料噴射を停止させるモータリング時は、酸化触媒３１内部におけるＨＣ・ＣＯの発熱反応がなくなるか、あるいは、無視できるほど低下する。このため、モータリング時は、酸化触媒発熱量推定部８８Ａから入力される酸化触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量を用いることなく、酸化触媒入口温度、ＭＡＦセンサ値、外気への放熱量に基づいて、酸化触媒温度を推定演算するように構成されている。

ＮＯｘ触媒温度推定部８８Ｄは、本発明の触媒温度推定手段であって、酸化触媒温度推定部８８Ａから入力される酸化触媒温度（以下、ＮＯｘ触媒入口温度ともいう）、ＮＯｘ触媒発熱量推定部８８Ｂから入力されるＮＯｘ触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量、外気温度センサ４７又は吸気温度センサ４８のセンサ値から推定される外気への放熱量等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度（以下、ＮＯｘ触媒温度という）を推定演算する。

なお、エンジン１０が燃料噴射を停止させるモータリング時は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２内部におけるＨＣ・ＣＯの発熱反応がなくなるか、あるいは、無視できるほど低下する。このため、これらモータリング時は、ＮＯｘ触媒発熱量推定部８８Ｂから入力されるＮＯｘ触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量を用いることなく、ＮＯｘ触媒入口温度、ＭＡＦセンサ値、外気への放熱量に基づいて、ＮＯｘ触媒温度を推定演算するように構成されている。

このように、本実施形態では、ＨＣ・ＣＯ排出量がそれぞれ異なる通常のリーン運転時、触媒保温制御（ＭＡＦ絞り）が実施されるアイドル運転時、フィルタ強制再生時、ＳＯｘパージ時、ＮＯｘパージ時等の各運転状態に応じてＨＣ・ＣＯマップ８１Ａ〜８７Ｂ等を適宜切り替えることで、これら運転状態に応じた触媒内部におけるＨＣ・ＣＯ発熱量を精度よく演算することが可能となり、各触媒３１，３２の温度推定精度を効果的に向上することができる。

また、ＳＯｘパージ時は、各触媒３１，３２におけるＨＣ・ＣＯ発熱量が多くなるアフタ噴射実施等、筒内インジェクタ１１のマルチ噴射パターンに応じて各マップ８６Ａ〜８７Ｂを適宜切り替えることにより、これらマルチ噴射パターンに応じたＨＣ・ＣＯ発熱量を精度よく演算することが可能となり、ＳＯｘパージ時の触媒温度推定精度を効果的に向上することができる。

また、ＮＯｘパージ時は、その実行時間に応じて、例えば、長時間ＮＯｘパージ時はマップ８２Ａ，Ｂを用いると共に、マップ化が困難な短時間ＮＯｘパージ時はリーン時マップ８１Ａ，Ｂの値に係数を乗じる手法を併用することにより、ＮＯｘパージ時間の長短に応じたＨＣ・ＣＯ発熱量を精度よく演算することが可能となり、ＮＯｘパージ時の触媒温度推定精度を効果的に向上することができる。

また、モータリング時は、ＨＣ・ＣＯ発熱量を考慮することなく、触媒入口温度、ＭＡＦ値及び、外部への放熱量に基づいて触媒温度を演算することにより、モータリング時も各触媒３１，３２の温度を効果的に推定することが可能になる。

[ＦＢ制御参照温度選択]
図１０に示す参照温度選択部８９は、上述したフィルタ強制再生やＳＯｘパージの温度フィードバック制御に用いる参照温度を選択する。

酸化触媒３１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２とを備える排気浄化システムにおいては、触媒の発熱特性等に応じて各触媒３１，３２におけるＨＣ・ＣＯ発熱量が異なってくる。このため、温度フィードバック制御の参照温度としては、発熱量が多い方の触媒温度を選択することが制御性を向上するうえで好ましい。

参照温度選択部８９は、酸化触媒温度及び、ＮＯｘ触媒温度のうち、そのときのエンジン１０の運転状態から推定される発熱量が多い方の触媒温度を一つ選択して、フィルタ再生制御部５１及びＳＯｘパージ制御部６０に温度フィードバック制御の参照温度として送信するように構成されている。より詳しくは、排気中の酸素濃度が比較的高く、酸化触媒３１のＨＣ・ＣＯ発熱量が増加するフィルタ強制再生時は、酸化触媒温度推定部８８Ａから入力される酸化触媒温度が温度フィードバック制御の参照温度として選択される。一方、排気中の酸素濃度の低下によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２におけるＨＣ・ＣＯ発熱量が増加するＳＯｘパージリッチ制御やＮＯｘパージリッチ制御時は、ＮＯｘ触媒温度推定部８８Ｂから入力されるＮＯｘ触媒温度が温度フィードバック制御の参照温度として選択されるようになっている。

このように、本実施形態では、ＨＣ・ＣＯ発熱量が多くなる方の触媒温度を温度フィードバック制御の参照温度として選択することで、制御性を効果的に向上することが可能になる。

［ＭＡＦ追従制御］
ＭＡＦ追従制御部９８は、（１）通常運転のリーン状態からＳＯｘパージ制御又は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）ＳＯｘパージ制御又は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制御（ＭＡＦ追従制御という）を実行する。

［噴射量学習補正］
図１１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λ_Ａｃｔと、推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒ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λ_Ａｃｔと、エンジン１０から排出された排気中の推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとは一致すると考えられる。このため、これら実ラムダ値λ_Ａｃｔと推定ラムダ値λ_Ｅｓｔ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１２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λ_ＥｓｔからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔを減算した誤差Δλに、学習値ゲインＫ_１及び補正感度係数Ｋ_２を乗じることで、学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}が演算される（Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}＝（λ_Ｅｓｔ−λ_Ａｃｔ）×Ｋ_１×Ｋ_２）。推定ラムダ値λ_Ｅｓｔ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Ｋ_２は、図１１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λ_Ａｃｔを入力信号として読み取られる。

ステップＳ３２０では、学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}の絶対値｜Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}｜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｜Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}｜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Ｆ_Ｐｒｏがオフか否かが判定される。学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏとしては、例えば、エンジン１０の過渡運転時、ＳＯｘパージ制御時（Ｆ_ＳＰ＝１）、ＮＯｘパージ制御時（Ｆ_ＮＰ＝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λ_Ａｃｔ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λ_Ａｃｔ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１１参照）が、ステップＳ３１０で演算された学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}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Ｆ_Ｃｏｒｒが演算される（Ｆ_Ｃｏｒｒ＝１＋Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}）。この学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒは、図１１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Ｑ_{Ｐｉｌｏｔ}、プレ噴射Ｑ_Ｐｒｅ、メイン噴射Ｑ_Ｍａｉｎ、アフタ噴射Ｑ_{Ａｆｔｅｒ}、ポスト噴射Ｑ_Ｐｏｓｔの各基本噴射量に学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒ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λ_Ｅｓｔと実ラムダ値λ_Ａｃｔ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、ＳＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿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λ_Ａｃｔと推定ラムダ値λ_Ｅｓｔ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１３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、ＳＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿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て排気を浄化する触媒を含む排気後処理装置と、
   前記内燃機関のアイドル運転時に吸入空気量を減少させて前記触媒の温度低下を抑制する触媒保温制御を実施する触媒保温制御手段と、
   前記内燃機関がアイドル運転状態で前記触媒保温制御が実施された際に当該内燃機関から排出される炭化水素量及び一酸化炭素量の少なくとも一方を予め取得して記憶した第１排出量記憶手段と、
   前記触媒保温制御の実施時に前記第１排出量記憶手段から読み取られる炭化水素量及び一酸化炭素量の少なくとも一方に基づいて、前記触媒の炭化水素発熱量及び一酸化炭素発熱量の少なくとも一方を推定する発熱量推定手段と、
   前記発熱量推定手段で推定される炭化水素発熱量及び一酸化炭素発熱量の少なくとも一方に基づいて前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、を備える
   排気浄化システム。
2. 前記内燃機関のリーン運転時に当該内燃機関から排出される炭化水素量及び一酸化炭素量の少なくとも一方を予め取得して記憶した第２排出量記憶手段をさらに備え、
   前記発熱量推定手段は、前記内燃機関のリーン運転時は前記第２排出量記憶手段から読み取られる炭化水素量及び一酸化炭素量の少なくとも一方に基づいて前記触媒の炭化水素発熱量及び一酸化炭素発熱量の少なくとも一方を推定し、前記内燃機関のアイドル運転時に前記触媒保温制御が開始されると、前記第１排出量記憶手段から読み取られる炭化水素量及び一酸化炭素量の少なくとも一方に基づいて前記触媒の炭化水素発熱量及び一酸化炭素発熱量の少なくとも一方の推定を開始する
   請求項２に記載の排気浄化システム。

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