JP2016169720A - 排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】触媒再生処理の開始から速やかに、触媒温度を最終目標温度に加熱する。
【解決手段】内燃機関１０の排気系に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化すると共に、硫黄を離脱させる最終目標温度に維持されることでＳＯｘ被毒から回復されるＮＯｘ還元型触媒３２と、ＮＯｘ還元型触媒３２の目標温度を最終目標温度まで一定の温度変化率で上昇させるように設定すると共に、ＮＯｘ還元型触媒３２を目標温度に加熱すべく燃料を噴射させる噴射系制御を少なくとも行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２をＳＯｘ被毒から回復させる触媒再生処理を実施するＳＯｘパージ制御部６０を備える。
【選択図】図４

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（以下、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。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、排気中に含まれる硫黄酸化物（以下、ＳＯｘ）も吸蔵される。ＳＯｘ吸蔵量が増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を低下させる課題がある。このため、ＳＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＳＯｘを離脱させてＳＯｘ被毒から回復させるべく、ポスト噴射や排気管噴射によって上流側の酸化触媒に未燃燃料を供給して排気温度を硫黄離脱温度まで上昇させる所謂ＳＯｘパージを定期的に行う必要がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−４７０８６号公報

ＳＯｘパージ（以下、単に触媒再生処理ともいう）では、再生処理の開始時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の最終目標温度として硫黄離脱温度が設定される。ここで、処理開始時におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度と最終目標温度との差が大きすぎる場合には、単位時間あたりの制御量も大きくなり、オーバーシュート等によってＮＯｘ還元型触媒の温度が最終目標温度と揃うまでに長時間を要してしまう課題がある。

開示のシステムは、ＮＯｘ還元型触媒の温度を最終目標温度まで速やかに加熱することを目的とする。

開示のシステムは、内燃機関の排気系に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化すると共に、硫黄を離脱させる最終目標温度に維持されることでＳＯｘ被毒から回復されるＮＯｘ還元型触媒と、前記ＮＯｘ還元型触媒の目標温度を前記最終目標温度まで一定の温度変化率で上昇させるように設定すると共に、前記ＮＯｘ還元型触媒を前記目標温度に加熱すべく燃料を噴射させる噴射系制御を少なくとも行って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒をＳＯｘ被毒から回復させる触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、を備える。

開示のシステムによれば、ＮＯｘ還元型触媒の温度を硫黄離脱温度まで速やかに加熱することができる。

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、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の目標温度、及び推定ＮＯｘ触媒温度を示す図である。 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インジェクタ１１がそれぞれ設けられている。これら各インジェクタ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）を噴射する排気管噴射装置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、排気管噴射装置３４又はインジェクタ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（粒子状物質）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、フィルタ再生制御部５１と、ＳＯｘパージ制御部６０と、触媒温度推定部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。

［フィルタ強制再生制御］
フィルタ再生制御部５１は、本発明のフィルタ強制再生手段の一例であって、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、各インジェクタ１１にポスト噴射を実行させる指示信号が送信されるか、あるいは、排気管噴射装置３４に排気管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。図２では、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの期間でポスト噴射の実行が指示され、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの期間で排気管噴射の実行が指示されている。排気温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させることで、フィルタ３３に堆積されたＰＭを燃焼除去するフィルタ強制再生処理が実施される。

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_３参照）。なお、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。

［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最終目標温度（例えば、硫黄離脱温度である約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触媒再生制御（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_３参照）。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}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_３参照）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、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、触媒温度調整部６７に入力される。触媒温度調整部６７は、エンジン１０の運転状態や触媒温度推定部８０で推定されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の温度（以下、推定ＮＯｘ触媒温度ともいう）などに基づいて、後述するＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲのオン・オフを制御する。ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンになると、排気管噴射装置３４又は、各インジェクタ１１に噴射指示信号として送信され、排気管噴射又はポスト噴射が実施される。一方、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフになると、排気管噴射又はポスト噴射が停止される。

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パージ制御中において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の温度（以下、触媒温度ともいう）は、図２の時刻ｔ_３〜ｔ_５に示すように、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、言い換えれば燃料を複数回間欠的に噴射す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ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に流入する排気温度が上昇し、触媒温度も上昇する（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（Ｆ_ＳＰＲ＝０）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）。

触媒温度調整部６７は、噴射期間設定マップ６８を参照することで噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}を設定する。この噴射期間設定マップ６８には、予め実験等によって求めた噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}がエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに対応付けられて記憶されている。また、噴射期間設定マップ６８には、ＳＯｘパージ制御の開始時から触媒温度を最終目標温度まで昇温させるまでの昇温期間に適用される噴射期間（以下、昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ}ともいう）も記憶されている。昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ}は、触媒温度が最終目標温度に近づくほどに一回の噴射期間が短くなるように定められている。このため、噴射期間設定マップ６８には、触媒温度と最終目標温度の差に適した昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ}の数値が予め実験等に基づいて設定されている。

また、触媒温度調整部６７は、温度変化率マップ６９を参照することで温度変化率Ｘを取得する。温度変化率Ｘは、昇温期間における目標温度の上昇率を規定するものである。温度変化率マップ６９には、触媒温度推定部８０で推定されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度（以下、推定ＮＯｘ触媒温度ともいう）と最終目標温度の温度差△Ｔ_＿ｉｎｉ（図５参照）に適した数値が予め実験等に基づいて設定されている。本実施形態では、温度差△Ｔ_＿ｉｎｉが小さいほど短時間で温度を上昇させるように温度変化率Ｘが設定されている。これは、温度差△Ｔ_＿ｉｎｉが小さければ昇温速度を高めてもオーバーシュート等の不具合が生じ難く、触媒温度を早期に最終目標温度まで昇温できるという考え方に基づいている。触媒温度調整部６７は、取得した温度変化率Ｘと、フィルタ強制再生処理の終了時における推定ＮＯｘ触媒温度と、最終目標温度に基づいて昇温期間におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の目標温度を設定する。

また、触媒温度調整部６７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インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}を設定する。具体的には、触媒温度調整部６７は、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフされた際の目標温度と推定ＮＯｘ触媒温度との偏差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、インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}を設定する。

以下、図５を参照し、触媒温度調整部６７によるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の温度調整処理について具体的に説明する。本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の昇温期間における処理に特徴を有している。このため、昇温期間の処理を中心に説明を行う。

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。

温度変化率マップ６９は、時刻ｔ_１における推定ＮＯｘ触媒温度Ｔ_{ＮＯｘ＿Ｅｓｔ}と最終目標温度（硫黄離脱温度）との温度差△Ｔ_＿ｉｎｉに対応する温度変化率Ｘを、触媒温度調整部６７に出力する。触媒温度調整部６７は、図５に破線で示すように、時刻ｔ_１における推定ＮＯｘ触媒温度Ｔ_{ＮＯｘ＿Ｅｓｔ}を始点とし、温度変化率Ｘで最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}まで昇温する昇温時目標温度Ｔ_{ＬＲ＿Ｔｒｇｔ}を設定する。

噴射期間設定マップ６８は、時刻ｔ_１の温度差△Ｔ_＿ｉｎｉに対応する昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ１}を触媒温度調整部６７に出力する。触媒温度調整部６７は、昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ１}に亘って目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}で燃料が噴射されるように、インジェクタ１１や排気管噴射装置３４に指示信号を出力する（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、昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ１}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）。このＰＩＤ制御における目標温度は、昇温時目標温度Ｔ_{ＬＲ＿Ｔｒｇｔ}が用いられる。

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、再び昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ２}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）。この昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ２}は、時刻ｔ_３における推定ＮＯｘ触媒温度Ｔ_{ＮＯｘ＿Ｅｓｔ}と最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}との温度差△Ｔ_＿ｉｎｉに対応した数値であり、昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ１}よりも短い期間に設定される。

その後、推定ＮＯｘ触媒温度Ｔ_{ＮＯｘ＿Ｅｓｔ}が最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}に達するまでは、これらの制御が繰り返し行われる。そして、推定ＮＯｘ触媒温度Ｔ_{ＮＯｘ＿Ｅｓｔ}が最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}に達した後は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに対応する噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}による燃料の噴射制御が行われる。また、インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}は、最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}と推定ＮＯｘ触媒温度Ｔ_{ＮＯｘ＿Ｅｓｔ}の温度差に対応する時間に定められる。

このように、本実施形態では、ＮＯｘ還元型触媒３２の昇温時目標温度Ｔ_{ＬＲ＿Ｔｒｇｔ}を、フィルタ強制再生処理の終了時における推定ＮＯｘ触媒温度Ｔ_{ＮＯｘ＿Ｅｓｔ}から最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}まで所定の温度変化率Ｘで上昇させるように設定しているので、触媒温度のオーバーシュートを効果的に防止することができ、ＮＯｘ還元型触媒３２を速やかに最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}まで加熱できる。

また、本実施形態では、昇温時噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿ＵＰ}に関し、触媒温度（推定ＮＯｘ触媒温度Ｔ_{ＮＯｘ＿Ｅｓｔ}）が最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}に近づくほど短くしているので、触媒温度が最終目標温度Ｔ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}に近づくほど噴射期間とインターバルとが短時間で交互に入れ替わる。この点でも、触媒温度のオーバーシュートを効果的に防止することができる。

また、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の運転状態など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_５、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。

［触媒温度推定］
図６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。

フィルタ強制再生時ＨＣマップ８１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８１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８５，８６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８２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８２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８５，８６に送信されるようになっている。

ＳＯｘパージ時ＨＣマップ８３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、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、ＳＯｘ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）の場合に、ＳＯｘパージ時ＨＣマップ８３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ＳＯｘ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８５，８６に送信されるようになっている。

ＳＯｘパージ時ＣＯマップ８４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、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、ＳＯｘ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）の場合に、ＳＯｘパージ時ＣＯマップ８４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ＳＯｘ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８５，８６に送信されるようになっている。

酸化触媒発熱量推定部８５は、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、強制再生フラグＦ_ＤＰＦ等に応じて、各マップ８１〜８４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８１〜８４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８６は、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、強制再生フラグＦ_ＤＰＦ等に応じて、各マップ８１〜８４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８１〜８４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８７は、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８５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の触媒温度を推定演算する。推定演算された酸化触媒温度は、フィルタ再生制御部５１、ＳＯｘパージ制御部６０にて参照される。

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８７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８８は、酸化触媒温度推定部８７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８５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の触媒温度を推定演算する。推定演算されたＮＯｘ触媒温度（推定ＮＯｘ触媒温度）は、フィルタ再生制御部５１、ＳＯｘパージ制御部６０にて参照される。

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８６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。

［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）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７参照）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インジェクタ１１に燃料噴射量を補正することで、各インジェクタ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、ＳＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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 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 排気管噴射装置
４０ ＭＡＦセンサ
４５ ＮＯｘ／ラムダセンサ
５０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気系に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化すると共に、硫黄を離脱させる最終目標温度に維持されることでＳＯｘ被毒から回復されるＮＯｘ還元型触媒と、
   前記ＮＯｘ還元型触媒の目標温度を前記最終目標温度まで一定の温度変化率で上昇させるように設定すると共に、前記ＮＯｘ還元型触媒を前記目標温度に加熱すべく燃料を噴射させる噴射系制御を少なくとも行って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒をＳＯｘ被毒から回復させる触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、
   を備える
   排気浄化システム。
2. 前記内燃機関の排気系に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタに堆積された前記粒子状物質を燃焼除去するフィルタ強制再生処理を実施するフィルタ強制再生手段と、をさらに備え、
   前記触媒再生手段は、前記フィルタ強制再生処理に続けて前記触媒再生処理を実施し、前記ＮＯｘ還元型触媒の触媒温度を、前記フィルタ強制再生処理の終了時温度から前記最終目標温度まで、温度差に応じた一定の温度変化率で上昇させるように設定する
   請求項１に記載の排気浄化システム。
3. 前記触媒再生手段は、前記ＮＯｘ還元型触媒の目標温度を前記最終目標温度まで一定の温度変化率で上昇させる昇温期間に前記燃料を間欠的に複数回噴射させ、且つ、前記ＮＯｘ還元型触媒の目標温度が前記最終目標温度に近づくほど一回の噴射期間を短く定める
   請求項１又は２に記載の排気浄化システム。

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