JP2017025718A - 排気浄化システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える排気浄化システムにおいて、排気を還流させる流路の汚損を抑制しつつ燃費性能を向上させる。
【解決手段】
エンジン１０の排気通路に設けられるＮＯｘ還元型触媒３２と、エンジン１０に吸入される空気の量を調整する吸気スロットルバルブ１６と、エンジン１０に還流される排気の量を調整するＥＧＲバルブ２４と、吸入空気量を減少させる空気系制御と燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用することで、ＮＯｘ還元型触媒３２の浄化能力を回復させる再生処理を実行するＥＣＵ５０とを備え、ＥＣＵ５０は、排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替える際に、ＥＧＲバルブ２４を閉状態若しくは指定開度で固定するとともに、吸気スロットルバルブ１６によって吸入空気量を調整する。
【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。この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、ポスト噴射や排気管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１参照）。
また、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という）も吸蔵される。この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Ｓ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ＳＯｘ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２参照）。
特開２００８−２０２４２５号公報 特開２００９−４７０８６号公報
上述のＮＯｘパージやＳＯｘパージを、ポスト噴射や排気管噴射による噴射系制御のみで行うと、燃料消費量が過多となり燃費性能を悪化させる。このため、噴射系制御と吸気スロットルバルブやＥＧＲバルブの開度調整により吸入空気量を減少させる空気系制御とを併用することが好ましい。
吸入空気量を減少させるべくＥＧＲガスの還流量を増加させると、ＥＧＲクーラやＥＧＲ流路が汚損される虞があり、この汚損を抑制するためにＥＧＲ触媒を追加する等の対応が必要となる。また、噴射系制御での燃料噴射量を増やして吸入空気量を減少させると、上述のように燃料消費量が過多となって燃費性能を悪化させてしまう。
開示のシステムは、排気を還流させる流路の汚損を抑制しつつ燃費性能を向上させ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中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元型触媒と、前記内燃機関に吸入される空気の量を調整する吸気量調整バルブと、前記内燃機関に還流される排気の量を調整する還流量調整バルブと、吸入空気量を減少させる空気系制御と燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用して排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、前記ＮＯｘ還元型触媒の浄化能力を回復させる再生処理を実行する制御部と、を備える排気浄化システムであって、前記制御部は、前記排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替える際に、前記還流量調整バルブを閉状態若しくは指定開度で固定するとともに、前記吸気量調整バルブによって前記内燃機関に吸入される空気の量を調整する。
開示のシステムによれば、排気を還流させる流路の汚損を抑制しつつ燃費性能を向上させることができる。
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パージ制御時のＭＡＦ目標値に対するランプ適用処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージ制御時のバルブ開閉制御を説明する図であり、（Ａ）はリーン時における吸気スロットルバルブ及びＥＧＲバルブのバルブ開度ＭＡＰを示し、（Ｂ）はリッチ時における吸気スロットルバルブのバルブ開度ＭＡＰを示す。 （Ａ）は本実施形態に係るＳＯｘパージ制御時のＥＧＲ目標値に対するランプ適用処理を示すブロック図、（Ｂ）はリッチ時におけるＥＧＲバルブのバルブ開度制御を示す図である。 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パージ制御時のＭＡＦ目標値に対するランプ適用処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージ制御時のバルブ開閉制御を説明する図であり、（Ａ）はリーン時における吸気スロットルバルブ及びＥＧＲバルブのバルブ開度ＭＡＰを示し、（Ｂ）はリッチ時における吸気スロットルバルブのバルブ開度ＭＡＰを示す。 （Ａ）は本実施形態に係るＮＯｘパージ制御時のＥＧＲ目標値に対するランプ適用処理を示すブロック図、（Ｂ）はリッチ時におけるＥＧＲバルブのバルブ開度制御を示す図である。 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、吸入される空気の量を検出する吸入空気量センサ（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、加給された空気を冷却するインタークーラ１５、エンジン１０に吸入される空気の量を調整する吸気スロットルバルブ１６（本発明の吸気量調整バルブの一例）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（エンジン１０に還流される排気の量）を調整するＥＧＲバルブ２４（本発明の還流量調整バルブの一例）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再生が実行される。フィルタ再生は、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、ＮＯｘパージ制御部７０と、ＭＡＦ追従制御部８０、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再生フラグＦＤＰＦをオンにする（図２の時刻ｔ１参照）。再生フラグＦＤＰＦ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、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。この再生フラグＦＤＰＦ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ｔ２参照）。なお、再生フラグＦＤＰＦをオフにする判定閾値は、例えば、フィルタ再生開始（ＦＤＰＦ＝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、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ＦＳＰは、再生フラグＦＤＰＦのオフと同時にオンにされる（図２の時刻ｔ２参照）。これにより、フィルタ３３の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ＭＡＦＳＰＬ＿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λＳＰＬ＿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λＳＰＬ＿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ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔが演算される。
ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＝λＳＰＬ＿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ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔは、ＳＯｘパージフラグＦＳＰがオン（図２の時刻ｔ２参照）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、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号とし、増加時変化量ＭＡＰ６３Ａから増加時変化量を読み取り、減少時変化量ＭＡＰ６３Ｂから減少時変化量を読み取る。増加時変化量は、リッチ状態からリーン状態へ切り替える際に使用され、ＭＡＦ目標値ＭＡＦに対する単位時間あたりの加算量を示す。減少時変化量は、リーン状態からリッチ状態へ切り替える際に使用され、ＭＡＦ目標値ＭＡＦに対する単位時間あたりの減算量を示す。
図４に示すように、ランプ処理部６３は、ランプ開始終了判定部６３Ｃと、増加目標値演算部６３Ｄと、減少目標値演算部６３Ｅと、目標値選択部６３Ｆと、出力切替部６３Ｇを備える。
ランプ開始終了判定部６３Ｃには、開始指示信号が入力される。開始指示信号は、信号の状態変化によってランプ処理の開始タイミングを示すと共に、リーン状態からリッチ状態への切り替えやリッチ状態からリーン状態への切り替えを識別させる。ランプ開始終了判定部６３Ｃは、ランプ処理の開始タイミングと判定した場合に、許可信号を出力切替部６３Ｇに出力する。この許可信号は、ＭＡＦ目標値演算部６２からのＭＡＦ目標値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔと出力切替部６３Ｇから出力されるＭＡＦ目標値（ＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ）が一致するまで出力される。
増加目標値演算部６３Ｄには、増加時変化量ＭＡＰ６３Ａからの増加時変化量とＭＡＦ目標値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔと出力切替部６３Ｇから出力されるＭＡＦ目標値（更新直前のＭＡＦ目標値）が入力される。増加目標値演算部６３Ｄでは、増加時変化量に計算クロックが乗じられた区間補正値が、出力切替部６３ＧからのＭＡＦ目標値に加算される。そして、この加算値がＭＡＦ目標値演算部６２からのＭＡＦ目標値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔと比較され、小さい方が増加仮ＭＡＦ目標値として目標値選択部６３Ｆに出力される。
減少目標値演算部６３Ｅには、減少時変化量ＭＡＰ６３Ｂからの減少時変化量とＭＡＦ目標値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔと出力切替部６３Ｇから出力されるＭＡＦ目標値（更新直前のＭＡＦ目標値）が入力される。減少目標値演算部６３Ｅでは、減少時変化量に計算クロックが乗じられた区間補正値が、出力切替部６３ＧからのＭＡＦ目標値に減算される。そして、この減算値がＭＡＦ目標値演算部６２からのＭＡＦ目標値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔと比較され、大きい方が減少仮ＭＡＦ目標値として目標値選択部６３Ｆに出力される。
目標値選択部６３Ｆは、増加目標値演算部６３Ｄから出力された増加仮ＭＡＦ目標値と減少目標値演算部６３Ｅから出力された減少仮ＭＡＦ目標値の一方を、リッチ状態とリーン状態の切り替えに応じて選択し、出力切替部６３Ｇに出力する。具体的には、リッチ状態からリーン状態への切り替え時には増加仮ＭＡＦ目標値を選択して出力し、リーン状態からリッチ状態への切り替え時には減少仮ＭＡＦ目標値を選択して出力する。
出力切替部６３Ｇは、ランプ開始終了判定部６３Ｃから許可信号が出力されている期間に亘り、目標値選択部６３Ｆからの増加仮ＭＡＦ目標値或いは減少仮ＭＡＦ目標値を、ＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐとして出力する。また、出力切替部６３Ｇは、許可信号が出力されていない期間は、ＭＡＦ目標値演算部６２からのＭＡＦ目標値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔを出力する。
図３に示すバルブ制御部６４は、ランプ処理部６３から出力されるＭＡＦ目標値（ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ，ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ）、及び、ＭＡＦセンサ４０の検出結果に基づく実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔから、吸気スロットルバルブ１６及びＥＧＲバルブ２４を制御する。
排気空燃比がリーン状態の場合には、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値と一致するようにＰＩＤ制御によってＭＡＦ操作量を定め、図５（Ａ）に示すリーン時バルブ開度ＭＡＰ６４Ａから吸気スロットルバルブ開度ＶＯ＿ｉｔｈ＿ＬとＥＧＲバルブ開度ＶＯ＿ＥＧＲ＿Ｌを読み取り、吸気スロットルバルブ１６及びＥＧＲバルブ２４をフィードバック制御する。
排気空燃比がリッチ状態の場合には、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値と一致するようにＰＩＤ制御によってＭＡＦ操作量を定め、図５（Ｂ）に示すリーン時バルブ開度ＭＡＰ６４Ｂから吸気スロットルバルブ開度ＶＯ＿ｉｔｈ＿Ｒを読み取り、吸気スロットルバルブ１６をフィードバック制御する。本実施形態では、リーン状態からリッチ状態への切り替え時において、フィードバックの積分項を初期値（例えば０）にリセットしている。これにより、リッチ状態でフィードバック制御を行うに際し、リーン状態でのフィードバック制御に起因する影響を抑制できる。
一方、ＥＧＲバルブ２４については、閉状態又は流量を絞った指定開度で固定される。ＥＧＲバルブ２４を閉じる際にはランプ制御を行って、エンジン１０のトルクが変動しないように、緩やかにバルブ開度を変化させている。このため、図６（Ａ）に示すように、バルブ制御部６４は直前目標値保持部６４Ｃと、第１制御量演算部６４Ｄと、第２制御量演算部６４Ｅと、出力目標値保持部６４Ｆと、制御量選択部６４Ｇと、目標値演算部６４Ｈと、出力切替部６４Ｊとを備える。
直前目標値保持部６４Ｃは、変化する直前のＥＧＲ目標値（ＥＧＲバルブ２４におけるバルブ開度の目標値）を保持する。第１制御量演算部６４Ｄは、単位時間あたりのバルブ開度に計算クロックを乗じることで第１制御量を演算する。第２制御量演算部６４Ｄは、ＥＧＲ低下到達値（最終的なバルブ開度）と出力目標値保持部６４Ｆに保持された出力目標値（出力切替部６４Ｊから直前に出力されたＥＧＲ目標値）の差分から第２制御量を演算する。
制御量選択部６４Ｇは、第１制御量演算部６４Ｄで演算された第１制御量と第２制御量演算部６４Ｅで演算された第２制御量の何れか小さい方を制御量として選択する。目標値演算部６４Ｈは、出力目標値保持部６４Ｆに保持された出力目標値から制御量選択部６４Ｇで選択された制御量を減算することで、ＥＧＲ目標値を演算する。出力切替部６４Ｊは、開始指示信号の出力期間に亘って、目標値演算部６４Ｈで演算されたＥＧＲ目標値を出力する。
以上の制御を実行することで、図６（Ｂ）に符号ＶＯ＿ＥＧＲ＿Ｒで示すように、排気空燃比をリーン状態からリッチ状態へ切り替える際に、ＥＧＲ目標値にランプ処理が適用され、ＥＧＲバルブ２４を緩やかに閉じることができる。
上述の制御を行うことで、排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替える際には、ＥＧＲバルブ２４が閉状態若しくは指定開度で固定され、吸気スロットルバルブ１６によってエンジン１０に吸入される空気の量が調整される。ＥＧＲバルブ２４が閉状態若しくは指定開度で固定されるので、ＥＧＲ通路２２やＥＧＲクーラ２３の汚損が抑制できる。また、吸気スロットルバルブ１６によって吸入空気量が調整されるので、リッチ条件を生成するための排気管噴射やポスト噴射による燃料噴射量を低減できる。その結果、ＥＧＲ通路２２等の汚損を抑制しつつ燃費性能を向上させることができる。
また、排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替える際に、単位時間あたり所定のバルブ操作量でＥＧＲバルブ２４を閉じているので、ＳＯｘパージの開始時におけるエンジン１０のトルク変動を抑制でき、ドライバビリティーの悪化を効果的に抑制できる。
同様に、排気空燃比をリーン状態とリッチ状態との間で切り替える際に、単位時間あたり所定のバルブ操作量で吸気スロットルバルブ１６を開閉しているので、ＳＯｘパージの開始時や終了時におけるエンジン１０のトルク変動を抑制でき、ドライバビリティーの悪化を効果的に抑制できる。
また、吸気スロットルバルブ１６のバルブ開度を、エンジン１０の運転状態（エンジン回転数Ｎｅ，アクセル開度Ｑ）に基づくＭＡＦ目標値（ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ，ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ）と、ＭＡＦセンサ４０の検出値に基づく実吸気量ＭＡＦＡｃｔの偏差に基づくＰＩＤ制御によって制御すると共に、リーン状態の制御からリッチ状態の制御に切り替える際に、ＰＩＤ制御の積分項を初期化しているので、リーン状態でのフィードバック制御に起因する影響を抑制できる。
また、ＭＡＦ目標値ＭＡＦＳＰＬ＿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ので、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、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ＭＡＦＳＰＬ＿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、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。
［ＳＯｘパージリッチ制御の燃料噴射量設定］
図７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ＱＳＰＲ＿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λＳＰＲ＿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λＳＰＲ＿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ＱＳＰＲ＿Ｔｒｇｔが演算される。
ＱＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ＝ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ／（λＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ）−Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ・・・（２）
数式（２）において、ＭＡＦＳＰＬ＿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、Ｑｆｎｌ＿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）、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は、振り分けＭＡＰを参照し、振り分け値を読み出す。振り分け値は、排気インジェクタ３４による燃料噴射量と筒内インジェクタ１１による燃料噴射量の比率を示す。噴射量目標値演算部６６は、目標噴射量ＱＳＰＲ＿Ｔｒｇｔに振り分け値を乗じることで、排気インジェクタ３４での燃料噴射量ＱＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ＿ＥＸＴと筒内インジェクタ１１での燃料噴射量ＱＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ＿Ｐｏｓｔを算出する。これらの燃料噴射量は、後述するＳＯｘパージリッチフラグＦＳＰＲがオンになると、排気インジェクタ３４や筒内インジェクタ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λＳＰＲ＿Ｔｒｇｔと、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ＱＳＰＲ＿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、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ＱＳＰＲ＿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、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ｔ２〜ｔ４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ＦＳＰＲ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ＦＳＰＲがオン（ＦＳＰＲ＝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ＴＦ＿ＩＮＪという）。一方、ＳＯｘパージリッチフラグＦＳＰＲ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ＴＦ＿ＩＮＴという）。
本実施形態において、噴射期間ＴＦ＿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ＴＦ＿ＩＮＴは、触媒温度が最も高くなるＳＯｘパージリッチフラグＦＳＰＲ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ＦＳＰＲがオフされた際の目標触媒温度と推定触媒温度との偏差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制御によって処理される。目標触媒温度は、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、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の入口温度と、酸化触媒３１及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の内部でのＨＣ／ＣＯ発熱量、外気への放熱量等に基づいて推定すればよい。
図８の時刻ｔ１に示すように、フィルタ再生の終了（ＦＤＰＦ＝０）によってＳＯｘパージフラグＦＳＰがオンされると、ＳＯｘパージリッチフラグＦＳＰＲ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ＴＦ＿ＩＮＴも一旦リセットされる。すなわち、フィルタ再生直後の初回は、噴射期間設定マップで設定した噴射期間ＴＦ＿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８の時刻ｔ１〜ｔ２参照）。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、噴射期間ＴＦ＿ＩＮＪ＿１の経過によってＳＯｘパージリッチフラグＦＳＰＲ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ＴＦ＿ＩＮＴ＿１が経過するまで、ＳＯｘパージリッチフラグＦＳＰＲはオフとされる（図８の時刻ｔ２〜ｔ３参照）。さらに、インターバルＴＦ＿ＩＮＴ＿１の経過によってＳＯｘパージリッチフラグＦＳＰＲがオンにされると、再び噴射期間ＴＦ＿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８の時刻ｔ３〜ｔ４参照）。その後、これらＳＯｘパージリッチフラグＦＳＰＲ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ＦＳＰがオフ（図８の時刻ｔｎ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ＴＦ＿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ＴＦ＿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ＦＳＰ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ＦＳＰをオフにして終了される（図２の時刻ｔ４、図８の時刻ｔｎ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、排気をリッチ雰囲気にして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ＦＮＰ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９の時刻ｔ１参照）。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ＦＮＰ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１０は、ＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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λＮＰＬ＿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λＮＰＬ＿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ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔが演算される。
ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＝λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ／Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ・・・（３）
数式（３）において、Ｑｆｎｌ＿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）、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７２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９の時刻ｔ１参照）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、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号とし、増加時変化量ＭＡＰ７３Ａから増加時変化量を読み取り、減少時変化量ＭＡＰ７３Ｂから減少時変化量を読み取る。増加時変化量は、リッチ状態からリーン状態へ切り替える際に使用され、ＭＡＦ目標値ＭＡＦに対する単位時間あたりの加算量を示す。減少時変化量は、リーン状態からリッチ状態へ切り替える際に使用され、ＭＡＦ目標値ＭＡＦに対する単位時間あたりの減算量を示す。
図１１に示すように、ランプ処理部７３は、ランプ開始終了判定部７３Ｃと、増加目標値演算部７３Ｄと、減少目標値演算部７３Ｅと、目標値選択部７３Ｆと、出力切替部７３Ｇを備える。
ランプ開始終了判定部７３Ｃには、開始指示信号が入力される。開始指示信号は、信号の状態変化によってランプ処理の開始タイミングを示すと共に、リーン状態からリッチ状態への切り替えやリッチ状態からリーン状態への切り替えを識別させる。ランプ開始終了判定部７３Ｃは、ランプ処理の開始タイミングと判定した場合に、許可信号を出力切替部７３Ｇに出力する。この許可信号は、ＭＡＦ目標値演算部７２からのＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔと出力切替部７３Ｇから出力されるＭＡＦ目標値（ＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ）が一致するまで出力される。
増加目標値演算部７３Ｄには、増加時変化量ＭＡＰ７３Ａからの増加時変化量とＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔと出力切替部７３Ｇから出力されるＭＡＦ目標値（更新直前のＭＡＦ目標値）が入力される。増加目標値演算部７３Ｄでは、増加時変化量に計算クロックが乗じられた区間補正値が、出力切替部７３ＧからのＭＡＦ目標値に加算される。そして、この加算値がＭＡＦ目標値演算部７２からのＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔと比較され、小さい方が増加仮ＭＡＦ目標値として目標値選択部７３Ｆに出力される。
減少目標値演算部７３Ｅには、減少時変化量ＭＡＰ７３Ｂからの減少時変化量とＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔと出力切替部７３Ｇから出力されるＭＡＦ目標値（更新直前のＭＡＦ目標値）が入力される。減少目標値演算部７３Ｅでは、減少時変化量に計算クロックが乗じられた区間補正値が、出力切替部７３ＧからのＭＡＦ目標値に減算される。そして、この減算値がＭＡＦ目標値演算部７２からのＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔと比較され、大きい方が減少仮ＭＡＦ目標値として目標値選択部７３Ｆに出力される。
目標値選択部７３Ｆは、増加目標値演算部７３Ｄから出力された増加仮ＭＡＦ目標値と減少目標値演算部７３Ｅから出力された減少仮ＭＡＦ目標値の一方を、リッチ状態とリーン状態の切り替えに応じて選択し、出力切替部７３Ｇに出力する。具体的には、リッチ状態からリーン状態への切り替え時には増加仮ＭＡＦ目標値を選択して出力し、リーン状態からリッチ状態への切り替え時には減少仮ＭＡＦ目標値を選択して出力する。
出力切替部７３Ｇは、ランプ開始終了判定部７３Ｃから許可信号が出力されている期間に亘り、目標値選択部７３Ｆからの増加仮ＭＡＦ目標値或いは減少仮ＭＡＦ目標値を、ＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐとして出力する。また、出力切替部７３Ｇは、許可信号が出力されていない期間は、ＭＡＦ目標値演算部７２からのＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔを出力する。
図１０に示すバルブ制御部７４は、ランプ処理部７３から出力されるＭＡＦ目標値（ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ，ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ）、及び、ＭＡＦセンサ４０の検出結果に基づく実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔから、吸気スロットルバルブ１６及びＥＧＲバルブ２４を制御する。
排気空燃比がリーン状態の場合には、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値と一致するようにＰＩＤ制御によってＭＡＦ操作量を定め、図１２（Ａ）に示すリーン時バルブ開度ＭＡＰ７４Ａから吸気スロットルバルブ開度ＶＯ＿ｉｔｈ＿ＬとＥＧＲバルブ開度ＶＯ＿ＥＧＲ＿Ｌを読み取り、吸気スロットルバルブ１６及びＥＧＲバルブ２４をフィードバック制御する。
排気空燃比がリッチ状態の場合には、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値と一致するようにＰＩＤ制御によってＭＡＦ操作量を定め、図１２（Ｂ）に示すリーン時バルブ開度ＭＡＰ７４Ｂから吸気スロットルバルブ開度ＶＯ＿ｉｔｈ＿Ｒを読み取り、吸気スロットルバルブ１６をフィードバック制御する。本実施形態では、リーン状態からリッチ状態への切り替え時において、フィードバックの積分項を初期値（例えば０）にリセットしている。これにより、リッチ状態でフィードバック制御を行うに際し、リーン状態でのフィードバック制御に起因する影響を抑制できる。
一方、ＥＧＲバルブ２４については閉状態又は流量を絞った指定開度で固定される。ＥＧＲバルブ２４を閉じる際にはランプ制御を行って、エンジン１０のトルクが変動しないように、緩やかにバルブ開度を変化させている。このため、図１３（Ａ）に示すように、バルブ制御部７４は直前目標値保持部７４Ｃと、第１制御量演算部７４Ｄと、第２制御量演算部７４Ｅと、出力目標値保持部７４Ｆと、制御量選択部７４Ｇと、目標値演算部７４Ｈと、出力切替部７４Ｊとを備える。
直前目標値保持部７４Ｃは、変化する直前のＥＧＲ目標値（ＥＧＲバルブ２４におけるバルブ開度の目標値）を保持する。第１制御量演算部７４Ｄは、単位時間あたりのバルブ開度に計算クロックを乗じることで第１制御量を演算する。第２制御量演算部７４Ｅは、ＥＧＲ低下到達値（最終的なバルブ開度）と出力目標値保持部７４Ｆに保持された出力目標値（出力切替部７４Ｊから直前に出力されたＥＧＲ目標値）の差分から第２制御量を演算する。
制御量選択部７４Ｇは、第１制御量演算部７４Ｄで演算された第１制御量と第２制御量演算部７４Ｅで演算された第２制御量の何れか小さい方を制御量として選択する。目標値演算部７４Ｈは、出力目標値保持部７４Ｆに保持された出力目標値から制御量選択部７４Ｇで選択された制御量を減算することで、ＥＧＲ目標値を演算する。出力切替部７４Ｊは、開始指示信号の出力期間に亘って、目標値演算部７４Ｈで演算されたＥＧＲ目標値を出力する。
以上の制御を実行することで、図１３（Ｂ）に符号ＶＯ＿ＥＧＲ＿Ｒで示すように、排気空燃比をリーン状態からリッチ状態へ切り替える際に、ＥＧＲ目標値にランプ処理が適用され、ＥＧＲバルブ２４を緩やかに閉じることができる。
上述の制御を行うことで、排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替える際には、ＥＧＲバルブ２４が閉状態若しくは指定開度で固定され、吸気スロットルバルブ１６によってエンジン１０に吸入される空気の量が調整される。ＥＧＲバルブ２４が閉状態若しくは指定開度で固定されるので、ＥＧＲ通路２２やＥＧＲクーラ２３の汚損が抑制できる。また、吸気スロットルバルブ１６によって吸入空気量が調整されるので、リッチ条件を生成するための排気管噴射やポスト噴射による燃料噴射量を低減できる。その結果、ＥＧＲ通路２２等の汚損を抑制しつつ燃費性能を向上させることができる。
また、排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替える際に、単位時間あたり所定のバルブ操作量でＥＧＲバルブ２４を閉じているので、ＮＯｘパージの開始時におけるエンジン１０のトルク変動を抑制でき、ドライバビリティーの悪化を効果的に抑制できる。
同様に、排気空燃比をリーン状態とリッチ状態との間で切り替える際に、単位時間あたり所定のバルブ操作量で吸気スロットルバルブ１６を開閉しているので、ＮＯｘパージの開始時や終了時におけるエンジン１０のトルク変動を抑制でき、ドライバビリティーの悪化を効果的に抑制できる。
また、吸気スロットルバルブ１６のバルブ開度を、エンジン１０の運転状態（エンジン回転数Ｎｅ，アクセル開度Ｑ）に基づくＭＡＦ目標値（ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ，ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ）と、ＭＡＦセンサ４０の検出値に基づく実吸気量ＭＡＦＡｃｔの偏差に基づくＰＩＤ制御によって制御すると共に、リーン状態の制御からリッチ状態の制御に切り替える際に、ＰＩＤ制御の積分項を初期化しているので、リーン状態でのフィードバック制御に起因する影響を抑制できる。
また、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ので、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、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、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パージリッチ制御の燃料噴射量設定］
図１４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λＮＰＲ＿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λＮＰＲ＿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ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔが演算される。
ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ＝ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ／（λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ）−Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ・・・（４）
数式（４）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７２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７６は、振り分けＭＡＰを参照し、振り分け値を読み出す。振り分け値は、排気インジェクタ３４による燃料噴射量と筒内インジェクタ１１による燃料噴射量の比率を示す。噴射量目標値演算部６６は、目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔに振り分け値を乗じることで、排気インジェクタ３４での燃料噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ＿ＥＸＴと筒内インジェクタ１１での燃料噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ＿Ｐｏｓｔを算出する。これらの燃料噴射量は、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオンになると、排気インジェクタ３４や筒内インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される（図９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９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λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔと、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、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、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パージ制御の空気系制御禁止］
ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状態が低負荷側の領域では、ＭＡＦセンサ４０のセンサ値に基づいて吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の開度をフィードバック制御している。一方、エンジン１０の運転状態が高負荷側の領域では、ＥＣＵ５０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による過給圧をフィードバック制御している（以下、この領域をブースト圧ＦＢ制御領域という）。
このようなブースト圧ＦＢ制御領域では、吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の制御が可変容量型過給機２０の制御と干渉してしまう現象が生じる。このため、上述の数式（３）で設定されるＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに基づいて空気系をフィードバック制御するＮＯｘパージリーン制御を実行しても、吸入空気量をＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに維持できない課題がある。その結果、ポスト噴射や排気管噴射を実行するＮＯｘパージリッチ制御を開始しても、空気過剰率をＮＯｘパージに必要な第４目標空気過剰率（空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ）まで低下させられない可能性がある。
このような現象を回避すべく、本実施形態のＮＯｘパージ制御部７０は、ブースト圧ＦＢ制御領域では、吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の開度を調整するＮＯｘパージリーン制御を禁止し、排気管噴射又はポスト噴射のみで空気過剰率を第４目標空気過剰率（空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ）まで低下させる。これにより、ブースト圧ＦＢ制御領域においても、ＮＯｘパージを確実に行うことが可能になる。なお、この場合、上述の数式（４）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔには、エンジン１０の運転状態に基づいて設定されるＭＡＦ目標値を適用すればよい。
［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９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、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）を実行する。
［噴射量学習補正］
図１５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、酸化触媒３１でＨＣの酸化反応が生じないため、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。このため、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、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１６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１２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、ＳＯｘパージ制御時（ＦＳＰ＝１）、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１５参照）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１５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に応じた学習値で筒内インジェクタ１１に燃料噴射量を補正することで、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ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔや目標噴射量ＱＳＰＲ＿Ｔｒｇｔの設定及び、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、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、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１７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６２，７２及び噴射量目標値演算部６６，７６に送信する。これにより、ＳＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＳＰＬ＿Ｔｒｇｔや目標噴射量ＱＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ、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 (4)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元型触媒と、前記内燃機関に吸入される空気の量を調整する吸気量調整バルブと、前記内燃機関に還流される排気の量を調整する還流量調整バルブと、吸入空気量を減少させる空気系制御と燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用して排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、前記ＮＯｘ還元型触媒の浄化能力を回復させる再生処理を実行する制御部と、を備える排気浄化システムであって、
    前記制御部は、前記排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替える際に、前記還流量調整バルブを閉状態若しくは指定開度で固定するとともに、前記吸気量調整バルブによって前記内燃機関に吸入される空気の量を調整する
    排気浄化システム。
  2. 前記制御部は、前記排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替える際に、単位時間あたり所定のバルブ操作量で前記還流量調整バルブを閉じる
    請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 前記制御部は、前記排気空燃比をリーン状態とリッチ状態との間で切り替える際に、単位時間あたり所定のバルブ操作量で前記吸気量調整バルブを開閉する
    請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
  4. 前記制御部は、
    前記吸気量調整バルブのバルブ開度を、内燃機関の運転状態に基づく目標吸気量と吸気量センサの検出値に基づく実吸気量の偏差に基づくＰＩＤ制御によって制御すると共に、リーン状態の制御からリッチ状態の制御に切り替える際に、前記ＰＩＤ制御の積分項を初期化する
    請求項１から３の何れか１項に記載の排気浄化システム。
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