JP5902727B2 - Exhaust gas purification system for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、排気管内に設けられた排気浄化触媒と、排気浄化触媒の上流側に燃料を噴射する排気燃料インジェクタとを備えた、所謂排気燃料噴射式の排気浄化システムに関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine. More particularly, the present invention relates to a so-called exhaust fuel injection type exhaust purification system including an exhaust purification catalyst provided in an exhaust pipe and an exhaust fuel injector that injects fuel upstream of the exhaust purification catalyst.

図33は、排気燃料噴射式の排気浄化システム100の構成を示す図である。排気浄化システム100は、排気管101内に燃料を噴射する排気燃料インジェクタ102と、リーン運転中に排気に含まれるNOxを吸蔵し、インジェクタ102から燃料が噴射されると、これを還元剤としてNOxを還元する排気浄化触媒(以下、LNT(Lean NOx Trap)という)104と、LNT104の下流側の排気の空燃比を検出するLAFセンサ105と、を備える。   FIG. 33 is a diagram showing a configuration of an exhaust fuel injection type exhaust gas purification system 100. The exhaust purification system 100 stores an exhaust fuel injector 102 that injects fuel into the exhaust pipe 101, and NOx contained in the exhaust during lean operation. When fuel is injected from the injector 102, this is used as a reducing agent for NOx. An exhaust purification catalyst (hereinafter referred to as LNT (Lean NOx Trap)) 104 and a LAF sensor 105 that detects the air-fuel ratio of exhaust on the downstream side of the LNT 104.

近年では、インジェクタ102から燃料を5Hz以上の周期で間欠的に噴射すると、LNT104では炭化水素由来の中間生成物が生成され、この中間生成物によって高い浄化率でNOxを連続的に浄化できることが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。   In recent years, when fuel is intermittently injected from the injector 102 at a period of 5 Hz or more, an intermediate product derived from hydrocarbons is generated in the LNT 104, and NOx can be continuously purified at a high purification rate by this intermediate product. (For example, see Patent Documents 1 and 2).

図34は、排気燃料噴射量(上記間欠噴射によってインジェクタ102から単位時間当たりに噴射される燃料量)と、LNT104によるNOx浄化率、LNT104からのHCスリップ量、及びLNT104における中間生成物の生成量との関係を示す図である。図34に示すように、排気燃料噴射量を増やすとNOx浄化率も上昇する。しかしながら、LNT104における中間生成物の生成量には限りがあることから、排気燃料噴射量が、生成量の増加が鈍化し始める量を超えると、NOxの浄化に寄与する中間生成物になれなかった燃料がHCとしてLNT104の下流側へ排出される。このため、NOx浄化率をできるだけ高くしながら、かつHCスリップ量をできるだけ抑制するためには、排気燃料噴射量は、HCスリップが開始するG2で示す量か又はG2よりもやや多い量に制御することが好ましい。   FIG. 34 shows the exhaust fuel injection amount (the amount of fuel injected from the injector 102 per unit time by the intermittent injection), the NOx purification rate by the LNT 104, the HC slip amount from the LNT 104, and the intermediate product generation amount in the LNT 104. It is a figure which shows the relationship. As shown in FIG. 34, increasing the exhaust fuel injection amount also increases the NOx purification rate. However, since the production amount of the intermediate product in the LNT 104 is limited, if the exhaust fuel injection amount exceeds the amount where the increase in the production amount starts to slow down, it cannot become an intermediate product that contributes to NOx purification. Fuel is discharged to the downstream side of the LNT 104 as HC. For this reason, in order to suppress the HC slip amount as much as possible while increasing the NOx purification rate as much as possible, the exhaust fuel injection amount is controlled to the amount indicated by G2 at which the HC slip starts or slightly larger than G2. It is preferable.

図34において、G2又はG2よりもやや大きな領域に排気燃料噴射量を制御するためには、誤って過大なHCスリップが発生するのを防止するため、HCスリップを検出できるセンサが必要となるが、現存する車載センサには排気中のHCを検出できるものは存在しない。このため従来は、排気燃料噴射量をG2又はG2よりもやや大きな領域へ積極的に制御することはできず、過大なHCスリップの発生を確実に防止できるようにG2よりも少ないG1程度まで抑制せざるを得なかった。   In FIG. 34, in order to control the exhaust fuel injection amount in a region slightly larger than G2 or G2, in order to prevent an excessively large HC slip from occurring, a sensor capable of detecting the HC slip is required. None of the existing in-vehicle sensors can detect HC in the exhaust. For this reason, conventionally, the exhaust fuel injection amount cannot be actively controlled to a region slightly larger than G2 or G2, and is suppressed to about G1, which is smaller than G2, so as to reliably prevent the occurrence of excessive HC slip. I had to do it.

図35は、LNTの酸化能力と、NOx浄化率及び中間生成物の生成量との関係を示す図である。なお図35の例では、排気燃料噴射量を一定に保ちながらLNTの酸化能力のみを変化させた場合を示す。図35に示すように、中間生成物の生成量とNOx浄化率とはほぼ同じ変化を示す。すなわち、LNTにおけるNOx浄化率は、中間生成物の生成量が増加するほど高くなる。   FIG. 35 is a diagram showing the relationship between the oxidation ability of LNT, the NOx purification rate, and the amount of intermediate products generated. The example of FIG. 35 shows a case where only the oxidation ability of LNT is changed while keeping the exhaust fuel injection amount constant. As shown in FIG. 35, the production amount of the intermediate product and the NOx purification rate show substantially the same change. That is, the NOx purification rate in the LNT increases as the amount of intermediate product generated increases.

LNTの酸化能力が図35のハッチングで示す領域Ox_opより弱くなると、LNTにおける中間生成物の生成量は減少する。また、LNTの酸化能力が同じ領域Ox_opより強くなった場合も、LNTにおける中間生成物の生成量は減少する。これは、酸化能力が強くなると、供給された燃料がLNTにおいてCOとHOに直接酸化されてしまうからである。このため、排気燃料噴射量を一定に保ちながら酸化能力のみを変化させると、中間生成物の生成量は図35に示すように上に凸の特性を示す。 When the oxidation ability of LNT becomes weaker than the region Ox_op indicated by hatching in FIG. 35, the amount of intermediate products generated in LNT decreases. Also, when the oxidation ability of LNT becomes stronger than the same region Ox_op, the amount of intermediate product produced in LNT is reduced. This is because when the oxidizing ability becomes strong, the supplied fuel is directly oxidized into CO 2 and H 2 O in the LNT. For this reason, if only the oxidation ability is changed while keeping the exhaust fuel injection amount constant, the amount of intermediate product produced shows upwardly convex characteristics as shown in FIG.

また、中間生成物の生成量が最大近傍となる領域Ox_opの位置は、排気燃料噴射量に応じて変化する。このため、NOx浄化率が高い状態を維持するためには、LNTの酸化能力を、排気燃料噴射量に応じて定まる最適な領域Ox_op内に制御する必要があるが、LNTの酸化能力はその劣化度合いや担体温度等によって変化するため、困難である。   Further, the position of the region Ox_op where the production amount of the intermediate product is close to the maximum changes according to the exhaust fuel injection amount. For this reason, in order to maintain a state where the NOx purification rate is high, it is necessary to control the oxidation capacity of the LNT within an optimum region Ox_op determined according to the exhaust fuel injection amount, but the oxidation capacity of the LNT is deteriorated. This is difficult because it varies depending on the degree and the carrier temperature.

また、中間生成物の生成量が最大近傍となる領域Ox_opは、上述のようにLNTの酸化性能と排気燃料噴射量との関係で定まることから、HCスリップが開始する排気燃料噴射量G2(上述の図34参照)は、LNTの酸化性能に応じて変化することを意味する。このため、LNTの下流側に設けられたLAFセンサの出力を用いたフィードバック制御によって、LNTの酸化能力を考慮しながら、排気燃料噴射量をHCスリップが開始するG2又はG2よりもやや多い量に制御することが考えられる。   Further, since the region Ox_op where the production amount of the intermediate product is in the vicinity of the maximum is determined by the relationship between the oxidation performance of the LNT and the exhaust fuel injection amount as described above, the exhaust fuel injection amount G2 at which the HC slip starts (described above) 34 in FIG. 34) means that it changes depending on the oxidation performance of LNT. For this reason, the feedback control using the output of the LAF sensor provided on the downstream side of the LNT makes the exhaust fuel injection amount slightly larger than the G2 or G2 at which the HC slip starts, taking into account the oxidation capability of the LNT. It is possible to control.

特開2013−15117号公報JP 2013-15117 A 特開2012−62864号公報JP 2012-62864 A

ところが、インジェクタから排気中に燃料を数Hz程度の噴射周期で間欠噴射する場合、以下のような課題がある。
図36は、間欠噴射を行った場合におけるLAFセンサの出力値の変化を示す図である。図36の最上段に示すような態様でインジェクタから燃料を間欠噴射すると、図36の上から2段目に示すように、このインジェクタより下流側に設けられるLAFセンサの出力値も大きく変化してしまう。このため、LAFセンサの出力を用いたフィードバック制御を構築する場合、フィルタを用いることによってLAFセンサの出力値から間欠噴射に起因する余計な出力変動を抑制する必要がある。
However, when the fuel is intermittently injected into the exhaust gas from the injector at an injection cycle of about several Hz, there are the following problems.
FIG. 36 is a diagram illustrating a change in the output value of the LAF sensor when intermittent injection is performed. When the fuel is intermittently injected from the injector in the mode shown in the uppermost stage of FIG. 36, the output value of the LAF sensor provided downstream from the injector also changes greatly as shown in the second stage from the top of FIG. End up. For this reason, when constructing feedback control using the output of the LAF sensor, it is necessary to suppress an extra output fluctuation caused by intermittent injection from the output value of the LAF sensor by using a filter.

図36の上から3段目及び4段目は、それぞれバンドパスフィルタ及びローパスフィルタを通して得られたLAFセンサの出力を示す図である。間欠噴射の噴射周波数が阻止帯域に含まれるようにバンドパスフィルタ及びローパスフィルタを調整しても、図36に示すように、間欠噴射による変動成分を取り除くことはできない。これは、燃料を間欠的に噴射した結果、LAFセンサの出力値は噴射周波数に応じた正弦波というよりものこぎり波に近くなってしまうためであると考えられる。   The third and fourth stages from the top of FIG. 36 are diagrams showing the outputs of the LAF sensors obtained through the band pass filter and the low pass filter, respectively. Even if the band-pass filter and the low-pass filter are adjusted so that the injection frequency of the intermittent injection is included in the stop band, the fluctuation component due to the intermittent injection cannot be removed as shown in FIG. This is considered to be because the output value of the LAF sensor becomes closer to a sawtooth wave rather than a sine wave corresponding to the injection frequency as a result of intermittent injection of fuel.

本発明は、燃料が間欠噴射されるインジェクタの下流側に設けられた空燃比センサの出力値から、間欠噴射に起因する変動成分を除去し、安定した出力の下でフィードバック制御を行うことができる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。   The present invention can remove a fluctuation component caused by intermittent injection from an output value of an air-fuel ratio sensor provided downstream of an injector through which fuel is intermittently injected, and perform feedback control with a stable output. An object is to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.

(1)本発明の内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の排気浄化システム(例えば、後述の排気浄化システム2,2B)は、内燃機関の排気通路(例えば、後述の排気通路11)に設けられた触媒(例えば、後述のLNT)の上流側に燃料を間欠噴射するインジェクタ(例えば、後述の排気燃料インジェクタ452)と、当該インジェクタよりも下流側の排気の空燃比に応じた信号を発生する空燃比センサ(例えば、後述の触媒後LAFセンサ52)と、前記空燃比センサの出力値を所定のサンプリング周期(例えば、後述の制御周期ΔTex)で取得するサンプリング手段(例えば、後述のECU3,3B)と、当該サンプリング手段によって取得された出力値(AFact_ds)の所定の移動平均区間にわたる平均値を算出する移動平均値算出手段(例えば、後述のECU3,3B)と、前記平均値(AFact_mav_ds)に基づいて前記インジェクタの燃料噴射量を算出する噴射量算出手段(例えば、後述のECU3,3B)と、前記サンプリング周期の整数倍に設定された噴射周期(Tfuel_ex)及び前記算出された燃料噴射量(Gfuel_ex)に応じて前記インジェクタを駆動する間欠噴射実行手段(例えば、後述のECU3,3B)と、を備える。   (1) An exhaust purification system (for example, exhaust purification systems 2 and 2B to be described later) of an internal combustion engine (for example, engine 1 to be described later) of the present invention is provided in an exhaust passage (for example, an exhaust passage 11 to be described later) of the internal combustion engine. An injector (for example, an exhaust fuel injector 452 to be described later) for intermittently injecting fuel upstream of the catalyst (for example, an LNT described later), and a signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the injector An air-fuel ratio sensor (for example, a post-catalyst LAF sensor 52 described later) and sampling means for acquiring an output value of the air-fuel ratio sensor at a predetermined sampling cycle (for example, control cycle ΔTex described later) (for example, ECU 3, 3B described later) ) And a moving average value calculating means for calculating an average value over a predetermined moving average section of the output value (AFact_ds) acquired by the sampling means ( For example, an ECU 3, 3B described later, an injection amount calculating means (for example, ECU 3, 3B described later) for calculating the fuel injection amount of the injector based on the average value (AFact_mav_ds), and an integral multiple of the sampling period Intermittent injection execution means (for example, ECU3, 3B described later) for driving the injector in accordance with the set injection cycle (Tfuel_ex) and the calculated fuel injection amount (Gfuel_ex).

(2)この場合、前記排気浄化システムは、前記サンプリング周期(ΔTex)に所定の整数である噴射周期パラメータ(Nex)を乗じたものを前記間欠噴射の噴射周期として算出する噴射周期算出手段(例えば、後述のECU3,3B)と、前記機関を搭載した車両の状態(例えば、触媒の温度、排気ボリューム、触媒の劣化度合い、及びエンジンの負荷等)に応じて前記噴射周期パラメータをステップ状に変化させる噴射周期パラメータ設定手段(例えば、後述のECU3,3B)をさらに備え、前記移動平均値算出手段は、前記噴射周期パラメータを前記移動平均区間に対応するタップ数として平均値を算出することが好ましい。   (2) In this case, the exhaust purification system calculates an injection cycle calculating means (for example, an intermittent injection cycle) obtained by multiplying the sampling cycle (ΔTex) by an injection cycle parameter (Nex) which is a predetermined integer. , ECU3, 3B, which will be described later, and the injection cycle parameter change stepwise according to the state of the vehicle equipped with the engine (for example, catalyst temperature, exhaust volume, catalyst deterioration degree, engine load, etc.) It is preferable to further include an injection cycle parameter setting unit (for example, ECUs 3 and 3B described later) for causing the moving average value calculating unit to calculate an average value using the injection cycle parameter as the number of taps corresponding to the moving average section. .

(3)この場合、前記排気浄化システムは、前記触媒のHC酸化能力を推定する推定手段(例えば、後述のECU3,3B)と、前記噴射周期パラメータ設定手段は、前記推定手段による推定結果(例えば、後述の酸化能力パラメータ)に応じて前記噴射周期パラメータをステップ状に変化させることが好ましい。   (3) In this case, the exhaust purification system uses an estimation unit (for example, ECU3, 3B described later) for estimating the HC oxidation ability of the catalyst, and the injection cycle parameter setting unit uses an estimation result (for example, the estimation unit). It is preferable to change the injection cycle parameter in a step-like manner according to an oxidation capacity parameter (to be described later).

(1)インジェクタから燃料を所定の噴射周波数(又は噴射周期)で間欠噴射すると、その下流側に設けられた空燃比センサの生の出力は、噴射周波数の単純な正弦波というよりも、矩形波やのこぎり波に近くなる(上述の図36参照)。すなわち、間欠噴射下における空燃比センサの生の出力は、噴射周波数成分だけでなく、様々な周波数成分を含んだものとなっている。本発明では、空燃比センサの出力値を所定のサンプリング周期で取得し、取得した値の所定の移動平均区間にわたる平均値を算出し、この平均値を用いてインジェクタの燃料噴射量を算出する。これに加えて本発明では、上記サンプリング周期の整数倍を間欠噴射の噴射周期とする。すなわち本発明では、空燃比センサの移動平均フィルタに関する制御パラメータとインジェクタの間欠噴射に関する制御パラメータとを、組み合わせて設定することにより、空燃比センサの出力に含まれている余分な変動成分を除去できる。またこのような変動成分が除去された平均値を用いることにより、触媒におけるNOx浄化率及び下流側へのHC排出量が最適化されるように安定して燃料噴射量を算出することができる。   (1) When fuel is intermittently injected from the injector at a predetermined injection frequency (or injection cycle), the raw output of the air-fuel ratio sensor provided downstream thereof is a rectangular wave rather than a simple sine wave of the injection frequency. It becomes close to a sawtooth wave (see FIG. 36 described above). That is, the raw output of the air-fuel ratio sensor under intermittent injection includes not only the injection frequency component but also various frequency components. In the present invention, the output value of the air-fuel ratio sensor is acquired at a predetermined sampling period, the average value of the acquired value over a predetermined moving average section is calculated, and the fuel injection amount of the injector is calculated using this average value. In addition to this, in the present invention, an integral multiple of the sampling period is set as the injection period of intermittent injection. That is, according to the present invention, by setting the control parameter relating to the moving average filter of the air-fuel ratio sensor and the control parameter relating to intermittent injection of the injector in combination, an extra fluctuation component included in the output of the air-fuel ratio sensor can be removed. . Further, by using the average value from which such fluctuating components are removed, the fuel injection amount can be stably calculated so that the NOx purification rate and the downstream HC emission amount in the catalyst are optimized.

(2)本発明では、サンプリング周期に噴射周期パラメータを乗じたものを間欠噴射の噴射周期とし、さらにこの噴射周期の長さを指定する噴射周期パラメータと移動平均を算出するためのタップ数とする。このように、噴射周期とタップ数とを整数の噴射周期パラメータで関連付けることにより、空燃比センサの余分な変動成分を除去できる。また本発明では、車両の状態に応じて噴射周期パラメータをステップ状に変化させる。これにより、噴射周期を車両の状態に応じた長さに可変させながら、同時に空燃比センサの余分な変動成分を除去できる。   (2) In the present invention, the sampling cycle multiplied by the injection cycle parameter is used as the intermittent injection cycle, and the injection cycle parameter for designating the length of this injection cycle and the number of taps for calculating the moving average are used. . Thus, by associating the injection cycle and the number of taps with an integer injection cycle parameter, it is possible to remove excess fluctuation components of the air-fuel ratio sensor. In the present invention, the injection cycle parameter is changed in a step shape according to the state of the vehicle. This makes it possible to remove excess fluctuation components of the air-fuel ratio sensor at the same time while varying the injection cycle to a length corresponding to the state of the vehicle.

(3)本発明では、触媒のHC酸化能力に応じて噴射周期パラメータをステップ状に変化させる。これにより、触媒のHC酸化能力の変化に応じて、間欠噴射の噴射周期と移動平均区間とを同時にステップ状に変化させることができる。これにより、間欠噴射の噴射周期及び燃料噴射量を、触媒のHC酸化能力の変化に応じて適切に制御でき、ひいては触媒におけるNOx浄化率及び下流側へのHC排出量を最適化できる。   (3) In the present invention, the injection cycle parameter is changed stepwise according to the HC oxidation ability of the catalyst. Thereby, according to the change of the HC oxidation ability of the catalyst, the injection cycle of the intermittent injection and the moving average section can be changed simultaneously in steps. Thereby, the injection cycle of intermittent injection and the fuel injection amount can be appropriately controlled according to the change in the HC oxidation ability of the catalyst, and the NOx purification rate and the downstream HC discharge amount in the catalyst can be optimized.

本発明の第1実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine which concerns on 1st Embodiment of this invention, and its exhaust gas purification system. 本発明のフィルタリング方法によって得られるLAFセンサのフィルタ値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the filter value of the LAF sensor obtained by the filtering method of this invention. 排気燃料噴射システムによってNOxを浄化している時における排気燃料噴射量と、LNTのNOx浄化率と、LNTからのHCスリップ量と、LNTにおける中間生成物の生成量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amount of exhaust fuel injection when purifying NOx by the exhaust fuel injection system, the NOx purification rate of LNT, the amount of HC slip from LNT, and the amount of intermediate products generated in LNT. . 触媒後LAFセンサの出力値(縦軸)と、その真値(横軸)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output value (vertical axis) of a post-catalyst LAF sensor, and its true value (horizontal axis). NOx浄化パラメータを利用したフィードバック制御の概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of the feedback control using a NOx purification parameter. 各気筒の燃料噴射弁による燃料噴射態様を決定する筒内燃料噴射制御の具体的な手順を示すメインフローチャートである。It is a main flowchart which shows the specific procedure of the cylinder fuel injection control which determines the fuel-injection aspect by the fuel-injection valve of each cylinder. ストイキ運転条件判断処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of stoichi operating condition judgment processing. ストイキモードフラグを更新するためのマップ(三元浄化モード時用)の一例である。It is an example of the map (for the ternary purification mode) for updating the stoichiometric mode flag. ストイキモードフラグを更新するためのマップ(併用モード時用)の一例である。It is an example of the map (for combined mode) for updating a stoichiometric mode flag. 付加噴射燃料量算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of an additional injection fuel amount calculation process. 付加噴射燃料量を決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines the additional injection fuel amount. 付加噴射比率を決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines an additional injection ratio. 目標触媒前空燃比算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the target pre-catalyst air fuel ratio calculation process. 排気燃料噴射浄化運転中における目標触媒前空燃比を決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines the target pre-catalyst air fuel ratio in exhaust fuel injection purification operation. 空燃比補正係数を決定する触媒前空燃比フィードバック演算の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the pre-catalyst air fuel ratio feedback calculation which determines an air fuel ratio correction coefficient. 目標触媒後空燃比を決定する触媒後空燃比フィードバック演算の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the post-catalyst air-fuel ratio feedback calculation which determines a target post-catalyst air-fuel ratio. 弱リッチモードの下で目標触媒後空燃比を決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines a target post-catalyst air fuel ratio under weak rich mode. 三元浄化目標空燃比を決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines a ternary purification target air fuel ratio. 還元処理完了フラグを更新する弱リッチモード終了判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the weak rich mode completion | finish determination process which updates a reduction process completion flag. 弱リッチモード終了判定処理の具体例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the specific example of weak rich mode completion | finish determination processing. 排気燃料インジェクタによる排気燃料の噴射態様を決定する排気燃料噴射制御の具体的な手順を示すメインフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the main flowchart which shows the specific procedure of the exhaust fuel injection control which determines the injection aspect of the exhaust fuel by an exhaust fuel injector. 図21のフローチャートの続きである。It is a continuation of the flowchart of FIG. 基準排気燃料噴射量を決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines the reference | standard exhaust fuel injection amount. 間欠噴射パラメータ設定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of an intermittent injection parameter setting process. 噴射周期パラメータを決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines an injection period parameter. 適応係数算出処理(HCスリップフィードバック制御時用)の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of an adaptive coefficient calculation process (for the time of HC slip feedback control). NOx量用重み関数値(上段)及びLNT温度用重み関数値(下段)を算出するためのマップの一例である。It is an example of the map for calculating the weight function value for NOx amount (upper stage) and the weight function value for LNT temperature (lower stage). 適応係数算出処理(HCスリップ抑制モード時用)の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of an adaptive coefficient calculation process (for HC slip suppression mode). 排気燃料噴射システムの故障判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the failure determination process of an exhaust fuel injection system. 間欠噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of intermittent injection control. 間欠噴射制御の具体例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the specific example of intermittent injection control. 本発明の第2実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine which concerns on 2nd Embodiment of this invention, and its exhaust gas purification system. 従来の排気燃料噴射式の排気浄化システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional exhaust fuel injection type exhaust gas purification system. 排気燃料噴射量と、NOx浄化率、HCスリップ量、及び中間生成物の生成量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amount of exhaust fuel injection, the NOx purification rate, the amount of HC slip, and the production amount of an intermediate product. LNTの酸化能力と、NOx浄化率及び中間生成物の生成量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the oxidation capability of LNT, the NOx purification rate, and the production amount of an intermediate product. 間欠噴射を行った場合におけるLAFセンサの出力値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the output value of a LAF sensor at the time of performing intermittent injection.

以下、本発明の第1実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)1及びその排気浄化システム2の構成を示す図である。エンジン1は、燃焼空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 and its exhaust purification system 2 according to the present embodiment. The engine 1 is based on so-called lean combustion in which the combustion air-fuel ratio is leaner than stoichiometric, more specifically, a diesel engine, a lean burn gasoline engine, or the like.

排気浄化システム2は、エンジン1の排気通路11に設けられたリーンNOx触媒(以下、「LNT」という)41及び排気浄化フィルタ43と、排気通路11中に燃料を噴射する排気燃料噴射装置45と、エンジン1及び排気燃料噴射装置45を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)3と、を含んで構成される。   The exhaust purification system 2 includes a lean NOx catalyst (hereinafter referred to as “LNT”) 41 and an exhaust purification filter 43 provided in the exhaust passage 11 of the engine 1, an exhaust fuel injection device 45 that injects fuel into the exhaust passage 11, And an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 3 that controls the engine 1 and the exhaust fuel injection device 45.

エンジン1には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁13が設けられている。これら燃料噴射弁13は、図示しない駆動装置を介してECU3に接続される。ECU3は、後に図6〜20を参照して説明する筒内燃料噴射制御によって燃料噴射弁13からの燃料噴射量及び燃料噴射時期等を決定し、駆動装置は、決定された燃料噴射態様が実現されるように燃料噴射弁13を駆動する。   The engine 1 is provided with a fuel injection valve 13 for injecting fuel into each cylinder. These fuel injection valves 13 are connected to the ECU 3 via a driving device (not shown). The ECU 3 determines the fuel injection amount and fuel injection timing from the fuel injection valve 13 by in-cylinder fuel injection control which will be described later with reference to FIGS. 6 to 20, and the drive device realizes the determined fuel injection mode. The fuel injection valve 13 is driven as described above.

LNT41は、酸化機能と、DeNOx機能と、三元浄化機能との少なくとも3つの機能を備える。ここで酸化機能とは、燃焼空燃比をストイキよりリーンとするリーン運転中において、排気に含まれるHC及びCOを酸化する機能をいう。DeNOx機能とは、排気の空燃比がストイキよりリーンであるときに排気に含まれるNOxを吸蔵し、排気燃料噴射装置45からの排気燃料噴射や燃料噴射弁13からのポスト噴射等によって排気中に燃料が供給されると、これを還元剤としてNOxを還元する機能をいう。また三元浄化機能とは、燃焼空燃比をストイキにするストイキ運転中に、排気に含まれるHC、CO及びNOxを合わせて浄化する機能をいう。   The LNT 41 has at least three functions of an oxidation function, a DeNOx function, and a ternary purification function. Here, the oxidation function refers to a function of oxidizing HC and CO contained in exhaust gas during a lean operation in which the combustion air-fuel ratio is leaner than stoichiometric. The DeNOx function stores NOx contained in exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than stoichiometric, and enters the exhaust gas by exhaust fuel injection from the exhaust fuel injection device 45, post injection from the fuel injection valve 13, or the like. When fuel is supplied, it refers to the function of reducing NOx using this as a reducing agent. The three-way purification function refers to a function for purifying HC, CO, and NOx contained in exhaust gas together during a stoichiometric operation in which the combustion air-fuel ratio is stoichiometric.

以上のように、排気中のNOxは、リーン運転中はLNT41のDeNOx機能を利用して浄化でき、ストイキ運転中はLNT41の三元浄化機能を利用して浄化できる。ここで、DeNOx機能を利用してNOxを浄化した場合と、三元浄化機能を利用してNOxを浄化した場合とを比較すると、三元浄化機能を利用した場合の方が効率的にNOxを浄化できる。そこで、例えば高負荷運転時であってエンジン1から排出されるNOx量が多くなる場合や、LNT41が活性に達しておらず十分にDeNOx機能を発揮できない場合等には、三元浄化機能を利用して排気を浄化すべく、リーン運転からストイキ運転に切り替えられる(例えば、後述の図7等参照)。   As described above, the NOx in the exhaust gas can be purified using the DeNOx function of the LNT 41 during the lean operation, and can be purified using the three-way purification function of the LNT 41 during the stoichiometric operation. Here, comparing the case where NOx is purified using the DeNOx function and the case where NOx is purified using the three-way purification function, the case where the three-way purification function is used is more efficient for NOx. It can be purified. Therefore, for example, when the amount of NOx discharged from the engine 1 increases during high-load operation, or when the DeNOx function cannot be fully exhibited because the LNT 41 has not reached its activity, the three-way purification function is used. In order to purify the exhaust gas, the lean operation is switched to the stoichiometric operation (see, for example, FIG. 7 described later).

排気浄化フィルタ43は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするPMを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、チタン酸アルミニウムやコージェライトなどを材料とした多孔質体が使用される。また、LNT41からスリップしたHCが排気浄化システム2の外へ排出されるのを防止するため、排気浄化フィルタ43のフィルタ壁には、排気中のHCを酸化するHC酸化触媒を設けられる。以下では、このような触媒が担持された排気浄化フィルタ43について、「CSF」との略称を用いる。   When the exhaust gas passes through fine holes in the filter wall, the exhaust gas purification filter 43 collects PM mainly composed of carbon in the exhaust gas by depositing it on the surface of the filter wall and the holes in the filter wall. As a constituent material of the filter wall, for example, a porous body made of aluminum titanate or cordierite is used. Further, in order to prevent HC slipped from the LNT 41 from being discharged out of the exhaust purification system 2, an HC oxidation catalyst that oxidizes HC in the exhaust is provided on the filter wall of the exhaust purification filter 43. Hereinafter, the abbreviation “CSF” is used for the exhaust purification filter 43 on which such a catalyst is supported.

ところで、排気通路11は、図示しないエンジンルーム内に位置する区間(エンジン直下区間)と、図示しない車両の床下に位置する区間(床下区間)とに分けられる。直下区間は、床下区間よりもエンジン1に近い。したがって、直下区間は、床下区間よりも平均温度が高くまたエンジン1の始動後の温度上昇も速やかである。そこで、上記酸化機能、三元浄化機能、及びDeNOx機能をできるだけ有利に発揮させるため、LNT41は、排気通路11のうち直下区間内に設けられる。   By the way, the exhaust passage 11 is divided into a section located in an engine room (not shown) (a section directly under the engine) and a section (under the floor section) located under the floor of a vehicle (not shown). The section immediately below is closer to the engine 1 than the section below the floor. Accordingly, the average temperature in the section immediately below is higher than that in the section under the floor, and the temperature rise after the start of the engine 1 is quicker. Therefore, the LNT 41 is provided in the section immediately below the exhaust passage 11 in order to exhibit the above-described oxidation function, three-way purification function, and DeNOx function as advantageously as possible.

CSF43の捕集能力の限界までPMを捕集すると、圧損が大きくなる。このため、捕集したPMを燃焼除去し、CSF43のフィルタ機能を再生する強制再生処理が適宜実行される。この強制再生処理では、例えばポスト噴射や排気燃料噴射装置45からの燃料噴射を実行し、CSF43に流入する排気を昇温することにより、堆積していたPMを短時間で燃焼除去する。   When PM is collected to the limit of the collection ability of CSF43, pressure loss becomes large. For this reason, the forced regeneration process which burns and removes the collected PM and regenerates the filter function of the CSF 43 is appropriately executed. In this forced regeneration process, for example, post injection or fuel injection from the exhaust fuel injection device 45 is executed, and the exhaust gas flowing into the CSF 43 is heated to burn and remove the accumulated PM in a short time.

排気燃料噴射装置45は、燃料が貯蔵される燃料タンク451と、排気通路11のうちLNT11の上流側に設けられた排気燃料インジェクタ452と、燃料タンク451内の燃料をインジェクタ452に圧送する加圧ポンプ453と、を備える。この排気燃料インジェクタ452は、図示しない駆動装置を介して、ECU3に電磁的に接続されている。ECU3は、LNT41のDeNOx機能を利用して排気を浄化する場合には、例えば後述の図21,22に示す排気燃料噴射制御によって排気燃料インジェクタ452からの単位時間当たりの燃料噴射量及び噴射周期等の排気燃料噴射態様を決定し、駆動装置は、決定された排気燃料噴射態様が実現するように排気燃料インジェクタ452を駆動する。   The exhaust fuel injection device 45 includes a fuel tank 451 in which fuel is stored, an exhaust fuel injector 452 provided on the upstream side of the LNT 11 in the exhaust passage 11, and pressurization for pressure-feeding the fuel in the fuel tank 451 to the injector 452. A pump 453. The exhaust fuel injector 452 is electromagnetically connected to the ECU 3 via a drive device (not shown). When the ECU 3 purifies exhaust using the DeNOx function of the LNT 41, the fuel injection amount per unit time from the exhaust fuel injector 452, the injection cycle, etc. by exhaust fuel injection control shown in FIGS. The exhaust fuel injection mode is determined, and the drive device drives the exhaust fuel injector 452 so that the determined exhaust fuel injection mode is realized.

ところで、近年では、排気燃料インジェクタ452から燃料を噴射し、LNT41のDeNOx機能を利用してNOxを還元する際、排気燃料インジェクタ452からの排気燃料噴射量を、後述の図31に示すように5Hz以上の周期で所定の範囲内で増減し、LNT41に流入する排気の炭化水素濃度を振動させると、LNT上では炭化水素由来の中間生成物が生成され、この中間生成物によって高い浄化率で排気中のNOxを連続的に浄化できることが知られている。ただし、LNT41の担体温度が約350℃以下である状態で上述のような態様で燃料を噴射すると、NOxの浄化に寄与しない不必要な成分(例えば、NO)が生成され、LNT41の下流側へ排出してしまう場合がある。そこで、排気燃料噴射制御では、LNT41の担体温度が約350℃以上であって、630〜700℃程度の上限温度以下である場合にのみ、上述のように燃料を間欠噴射する。 By the way, in recent years, when fuel is injected from the exhaust fuel injector 452 and NOx is reduced using the DeNOx function of the LNT 41, the exhaust fuel injection amount from the exhaust fuel injector 452 is 5 Hz as shown in FIG. When the hydrocarbon concentration of the exhaust gas flowing into the LNT 41 is oscillated within the predetermined range at the above cycle, an intermediate product derived from hydrocarbons is generated on the LNT, and the exhaust gas is exhausted at a high purification rate by this intermediate product. It is known that NOx therein can be continuously purified. However, when fuel is injected in the above-described manner with the carrier temperature of LNT41 being about 350 ° C. or lower, unnecessary components (for example, N 2 O) that do not contribute to NOx purification are generated, and downstream of LNT41 May be discharged to the side. Therefore, in the exhaust fuel injection control, the fuel is intermittently injected as described above only when the carrier temperature of the LNT 41 is about 350 ° C. or more and not more than the upper limit temperature of about 630 to 700 ° C.

なお以下では、排気燃料噴射装置45とLNT41とを合わせたものを総称して排気燃料噴射システムという。また、上述のように排気燃料インジェクタ452から燃料を間欠的に噴射することによって、LNT41において中間生成物を生成させながら、LNT41に流入する排気中のNOxを連続的に浄化することを排気燃料噴射浄化運転という。   Hereinafter, a combination of the exhaust fuel injection device 45 and the LNT 41 is collectively referred to as an exhaust fuel injection system. Further, by intermittently injecting fuel from the exhaust fuel injector 452 as described above, it is possible to continuously purify NOx in the exhaust gas flowing into the LNT 41 while generating an intermediate product in the LNT 41. It is called purification operation.

ECU3には、排気通路11内の状態やエンジン1の状態を検出するためのセンサとして、触媒前LAFセンサ51、触媒後LAFセンサ52、触媒前温度センサ53、触媒後温度センサ54、クランク角度位置センサ55、アクセル開度センサ56、エアフローセンサ57、及び大気温度センサ58等が接続されている。   The ECU 3 includes a pre-catalyst LAF sensor 51, a post-catalyst LAF sensor 52, a pre-catalyst temperature sensor 53, a post-catalyst temperature sensor 54, a crank angle position as sensors for detecting the state in the exhaust passage 11 and the state of the engine 1. A sensor 55, an accelerator opening sensor 56, an air flow sensor 57, an atmospheric temperature sensor 58, and the like are connected.

触媒前LAFセンサ51は、排気通路11のうちLNT41及び排気燃料インジェクタ452より上流側に設けられる。触媒前LAFセンサ51は、LNT41の上流側であって、排気燃料インジェクタ452から燃料が噴射される前の排気の空燃比(排気中の酸素に対する燃料成分の比)を検出し、検出値に略比例した信号をECU3に送信する。触媒後LAFセンサ52は、排気通路11のうちLNT41とCSF43との間に設けられる。触媒後LAFセンサ52は、LNT41とCSF43の間の排気の空燃比を検出し、検出値に略比例した信号をECU3に送信する。なおこれらLAFセンサ51,52から出力される信号は、リッチな領域からリーンな領域までの間でリニアな特性を有する。   The pre-catalyst LAF sensor 51 is provided upstream of the LNT 41 and the exhaust fuel injector 452 in the exhaust passage 11. The pre-catalyst LAF sensor 51 detects the air-fuel ratio (ratio of fuel component to oxygen in the exhaust gas) upstream of the LNT 41 and before the fuel is injected from the exhaust fuel injector 452. A proportional signal is transmitted to the ECU 3. The post-catalyst LAF sensor 52 is provided between the LNT 41 and the CSF 43 in the exhaust passage 11. The post-catalyst LAF sensor 52 detects the air-fuel ratio of the exhaust gas between the LNT 41 and the CSF 43 and transmits a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 3. The signals output from these LAF sensors 51 and 52 have a linear characteristic from a rich area to a lean area.

これらLAFセンサ51,52の検出素子51a,52aには、素子51a,52aを加熱するヒータ(図示せず)が内蔵されている。ECU3は、後述の排気燃料噴射制御(図21参照)によって触媒前LAFセンサ51の目標温度(Tcmd_laf_up)及び触媒後LAFセンサ52の目標温度(Tcmd_laf_ds)をそれぞれ独立して設定するとともに、図示しない温度制御処理によって上記設定された目標温度が実現するように各々のヒータ電流値を制御する。また、これら検出素子51a,52aの表層には、排気中のHC酸化機能を有する白金等の酸化材が設けられている。   The detection elements 51a and 52a of these LAF sensors 51 and 52 incorporate a heater (not shown) for heating the elements 51a and 52a. The ECU 3 independently sets the target temperature (Tcmd_laf_up) of the pre-catalyst LAF sensor 51 and the target temperature (Tcmd_laf_ds) of the post-catalyst LAF sensor 52 by exhaust gas fuel injection control (see FIG. 21), which will be described later. Each heater current value is controlled so that the set target temperature is realized by the control process. Further, an oxidizing material such as platinum having an HC oxidation function in exhaust gas is provided on the surface layer of the detection elements 51a and 52a.

触媒前温度センサ53は、排気通路11のうちLNT41より上流側に設けられ、触媒後温度センサ54は、排気通路11のうちLNT41より下流側に設けられる。これら温度センサ53,54は、それぞれLNT41に流入する排気及びLNT41から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU3に送信する。両センサ54,54の間に設けられるLNT41の担体温度の推定値は、ECU3によって、例えばこれら温度センサ53,54の出力の重み付き平均値として算出される。   The pre-catalyst temperature sensor 53 is provided upstream of the LNT 41 in the exhaust passage 11, and the post-catalyst temperature sensor 54 is provided downstream of the LNT 41 in the exhaust passage 11. These temperature sensors 53 and 54 detect the temperatures of the exhaust gas flowing into the LNT 41 and the exhaust gas flowing out of the LNT 41, respectively, and transmit a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 3. The estimated value of the carrier temperature of the LNT 41 provided between the sensors 54 and 54 is calculated by the ECU 3 as a weighted average value of the outputs of the temperature sensors 53 and 54, for example.

クランク角度位置センサ55は、エンジン1のクランク軸の回転角度を検出するとともに、所定のクランク角ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をECU3に送信する。エンジン1の回転数は、このパルス信号に基づいてECU3により算出される。アクセル開度センサ56は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量(以下、「アクセル開度」という)を検出し、検出値に略比例した検出信号をECU3に送信する。ECU3は、これらアクセル開度及びエンジン回転数等に応じて、ドライバ要求トルクを算出する。エアフローメータ57は、吸気通路12に設けられる。エアフローメータ57は、吸気通路12を流通する吸入空気量を検出し、検出値に略比例した信号をECU3に送信する。ECU3は、この吸入空気量に応じて排気ボリュームを算出する。   The crank angle position sensor 55 detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, generates a pulse for each predetermined crank angle, and transmits the pulse signal to the ECU 3. The rotational speed of the engine 1 is calculated by the ECU 3 based on this pulse signal. The accelerator opening sensor 56 detects a depression amount (hereinafter referred to as “accelerator opening”) of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle, and transmits a detection signal substantially proportional to the detected value to the ECU 3. The ECU 3 calculates the driver request torque according to the accelerator opening and the engine speed. The air flow meter 57 is provided in the intake passage 12. The air flow meter 57 detects the amount of intake air flowing through the intake passage 12 and transmits a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 3. The ECU 3 calculates the exhaust volume according to the intake air amount.

次に、上述のような間欠噴射を行う排気燃料噴射システムに固有の課題と、この課題を解決する方法について、図36及び図2を参照して説明する。
図36は、排気燃料インジェクタによって5Hz以上の噴射周期で間欠噴射を行った場合における触媒後LAFセンサの出力値の変動を示す図である。図36の最上段は、単位時間当たりに排気燃料インジェクタから噴射される燃料量である排気燃料噴射量[mg/sec]を示し、上から2段目以下はLNTの下流側の空燃比[A/F]に相当する触媒後LAFセンサの出力値を示す。上から2段目はフィルタ無しの出力(AFact_ds)、上から3段目及び最下段は後述のフィルタを通した出力(AFact_flt_ds)を示す。なお図36には、触媒後LAFセンサの出力値を実線で示し、混合気の空燃比を破線で示す。また図36に示す例では、混合気の空燃比を一定に保ったまま、時刻t1において噴射時間(1噴射周期に噴射される燃料量)を増加させ、さらに時刻t2,t3において噴射周期を短くした場合を示す。
Next, problems unique to the exhaust fuel injection system that performs intermittent injection as described above and a method for solving this problem will be described with reference to FIGS. 36 and 2. FIG.
FIG. 36 is a diagram showing fluctuations in the output value of the post-catalyst LAF sensor when intermittent injection is performed with an injection period of 5 Hz or more by the exhaust fuel injector. 36 shows the exhaust fuel injection amount [mg / sec], which is the amount of fuel injected from the exhaust fuel injector per unit time, and the second and lower stages from the top indicate the air-fuel ratio [A / F] represents the output value of the post-catalyst LAF sensor. The second row from the top shows the output without the filter (AFact_ds), and the third row and the bottom row from the top show the output through the filter described later (AFact_flt_ds). In FIG. 36, the output value of the post-catalyst LAF sensor is indicated by a solid line, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is indicated by a broken line. In the example shown in FIG. 36, the injection time (the amount of fuel injected in one injection cycle) is increased at time t1 while the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is kept constant, and the injection cycle is shortened at times t2 and t3. Shows the case.

LNTにおいてNOxの浄化に寄与する中間生成物が生成されるように、5Hz程度の低い周波数で燃料を間欠的に噴射すると、排気燃料インジェクタより下流側の排気中には燃料の濃い部分と薄い部分とが交互に表れる。そしてこの間欠噴射に起因する燃料の濃淡は、LNTを通過した後の排気中にも表れ、結果として図36において上から2段目に示すような空燃比の変動として触媒後LAFセンサによって検出される。LNTにおいて中間生成物を生成しながら排気中のNOxを連続的に還元するためには、このような大きな空燃比変動を伴う間欠噴射を行う必要がある。   When fuel is intermittently injected at a frequency as low as about 5 Hz so that an intermediate product that contributes to NOx purification is generated in the LNT, a fuel rich portion and a light portion are present in the exhaust downstream of the exhaust fuel injector. And appear alternately. The concentration of the fuel resulting from the intermittent injection also appears in the exhaust gas after passing through the LNT, and as a result, it is detected by the post-catalyst LAF sensor as an air-fuel ratio fluctuation as shown in the second stage from the top in FIG. The In order to continuously reduce NOx in the exhaust gas while generating an intermediate product in the LNT, it is necessary to perform intermittent injection with such a large air-fuel ratio fluctuation.

ところが、LAFセンサの出力値に間欠噴射に起因する変動成分が残ったままであると、LAFセンサの出力値に基づいて後述のHCフィードバック制御を精度良く行うことができず、結果として十分な効率でNOxを浄化することができなくなってしまう。そこで、このHCフィードバック制御を行う場合には、LAFセンサの出力から間欠噴射に起因する空燃比変動を除去し、図36において一点鎖線で示すような安定した出力を得る必要がある。なお、図36中の一点鎖線は、間欠的に噴射された燃料が排気管内及びLNT上で十分に混合したと仮定した場合におけるLNTの下流側の排気の空燃比であり、後述の理想排気空燃比に相当する。   However, if the fluctuation component resulting from intermittent injection remains in the output value of the LAF sensor, the HC feedback control described later cannot be performed accurately based on the output value of the LAF sensor, resulting in sufficient efficiency. NOx cannot be purified. Therefore, when performing this HC feedback control, it is necessary to remove the air-fuel ratio fluctuation caused by the intermittent injection from the output of the LAF sensor and obtain a stable output as shown by a one-dot chain line in FIG. 36 shows the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the LNT when it is assumed that the fuel injected intermittently is sufficiently mixed in the exhaust pipe and on the LNT. Corresponds to the fuel ratio.

このようなLAFセンサの出力の変動を抑制する手段として、間欠噴射の噴射周波数(Ffuel_ex)近傍の成分を遮断するバンドパスフィルタや、噴射周波数以上の成分を遮断するローパスフィルタを用いることが考えられる。これらフィルタは、LAFセンサの出力AFact_dsに下記式(1)に示す演算を施すことによって実現できる。下記式(1)において、AFact_flt_dsはフィルタ値であり、a1,a2,b1,b2は所望のフィルタ特性を得るために調整されるフィルタ係数であり、mは排気燃料噴射システムの制御時刻である。なお、排気燃料噴射システムの制御周期、すなわちECUによるLAFセンサの出力値のサンプリング周期ΔTexは、例えば10〜50[msec]であり、噴射周期よりも短い。

Figure 0005902727
As means for suppressing such fluctuations in the output of the LAF sensor, it is conceivable to use a band-pass filter that blocks components near the injection frequency (Ffuel_ex) of intermittent injection or a low-pass filter that blocks components above the injection frequency. . These filters can be realized by performing the calculation shown in the following formula (1) on the output AFact_ds of the LAF sensor. In the following equation (1), AFact_flt_ds is a filter value, a1, a2, b1, and b2 are filter coefficients adjusted to obtain desired filter characteristics, and m is a control time of the exhaust fuel injection system. The control cycle of the exhaust fuel injection system, that is, the sampling cycle ΔTex of the output value of the LAF sensor by the ECU is, for example, 10 to 50 [msec], which is shorter than the injection cycle.
Figure 0005902727

図36の上から3段目及び最下段は、上記式(1)によって得られるフィルタ値を示す。図36に示すように、バンドパスフィルタを用いても、LAFセンサの出力から周期的な変動成分を除去することはできない。これは、図36の上から2段目に示すように、LAFセンサの出力AFact_dsが、噴射周波数の単純な正弦波というよりも、様々な周波数成分を含んだのこぎり波となっているためであると考えられる。   The third and bottom stages from the top of FIG. 36 show the filter values obtained by the above equation (1). As shown in FIG. 36, even if a band-pass filter is used, periodic fluctuation components cannot be removed from the output of the LAF sensor. This is because the output AFact_ds of the LAF sensor is a sawtooth wave including various frequency components rather than a simple sine wave of the injection frequency, as shown in the second stage from the top in FIG. it is conceivable that.

また、ローパスフィルタを用いた場合、バンドパスフィルタを用いた場合よりも高周波数成分を除去できる。しかしながら、このフィルタ値をフィードバック制御に用いるためには大きな位相遅れが生じないようにしなければならないが、この点を考慮するとカットオフ周波数を過剰に下げることはできず、結果として図36に示すように噴射周波数程度の変動成分を十分に除去することはできない。   Further, when the low pass filter is used, higher frequency components can be removed than when the band pass filter is used. However, in order to use this filter value for feedback control, it is necessary to prevent a large phase delay, but considering this point, the cutoff frequency cannot be excessively lowered, and as a result, as shown in FIG. In addition, the fluctuation component of the injection frequency cannot be sufficiently removed.

次に、このような課題を解決する本発明のフィルタリング方法について説明する。
第1に、本発明のフィルタリング方法では、2つの独立したパラメータであるサンプリング周期ΔTexと排気燃料噴射周期Tfuel_ex(m)又は排気燃料噴射周波数Ffuel_ex(m)(=1/Tfuel_ex(m))とを、1より大きな正の整数である噴射周期パラメータNex(m)によって関連付ける。換言すれば、排気燃料噴射システムにおいて触媒後LAFセンサの出力値を取得する周期ΔTexに、整数Nex(m)を乗じたものを間欠噴射の噴射周期Tfuel_ex(m)として設定する。

Figure 0005902727
Next, the filtering method of the present invention that solves such problems will be described.
First, in the filtering method of the present invention, two independent parameters, sampling period ΔTex and exhaust fuel injection period Tfuel_ex (m) or exhaust fuel injection frequency Ffuel_ex (m) (= 1 / Tfuel_ex (m)) The injection period parameter Nex (m), which is a positive integer greater than 1, is related. In other words, in the exhaust fuel injection system, the cycle ΔTex for obtaining the output value of the post-catalyst LAF sensor multiplied by the integer Nex (m) is set as the injection cycle Tfuel_ex (m) for intermittent injection.
Figure 0005902727

例えば、制御周期ΔTexを10[msec]とし噴射周期パラメータNexを20とした場合、噴射周期Tfuel_exは200[msec]となり噴射周波数Ffuel_exは5[Hz]となる。また、制御周期ΔTexを10[msec]とし噴射周期パラメータNexを18とした場合、噴射周期Tfuel_exは180[msec]となり噴射周波数Ffuel_exは5.555...[Hz]となる。   For example, when the control cycle ΔTex is 10 [msec] and the injection cycle parameter Nex is 20, the injection cycle Tfuel_ex is 200 [msec] and the injection frequency Ffuel_ex is 5 [Hz]. Further, when the control cycle ΔTex is 10 [msec] and the injection cycle parameter Nex is 18, the injection cycle Tfuel_ex is 180 [msec] and the injection frequency Ffuel_ex is 5.555.

第2に、本発明のフィルタリング方法では、排気燃料噴射周期Tfuel_ex(m)を設定するために導入される噴射周期パラメータNex(m)をタップ数とした移動平均フィルタによって、LAFセンサの出力値AFact_ds(m)のフィルタ値AFact_mav_ds(m)を算出する(下記式(3))参照。

Figure 0005902727
Secondly, in the filtering method of the present invention, the output value AFact_ds of the LAF sensor is obtained by a moving average filter using the injection cycle parameter Nex (m) introduced to set the exhaust fuel injection cycle Tfuel_ex (m) as the number of taps. The filter value AFact_mav_ds (m) of (m) is calculated (see the following formula (3)).
Figure 0005902727

第3に、本発明のフィルタリング方法では、正の整数である噴射周期パラメータNexをステップ状に変化させることによって、噴射周期Tfuel_exもステップ状に変化させる。これによって、常に上記式(2)が成立するように噴射周期パラメータNex及び噴射周期Tfuel_exを変化させる。   Thirdly, in the filtering method of the present invention, the injection cycle Tfuel_ex is also changed stepwise by changing the injection cycle parameter Nex, which is a positive integer, stepwise. Thus, the injection cycle parameter Nex and the injection cycle Tfuel_ex are changed so that the above formula (2) always holds.

図2は、本発明のフィルタリング方法によって得られるLAFセンサのフィルタ値AFact_mav_dsの変化を示す図である。なお、排気燃料噴射量は図36に示す例と同じように変化させた。図2に示すように、本発明のフィルタリング方法によれば、間欠噴射に起因する変動成分は完全に除去され、破線で示す理想排気空燃比とほぼ一致する。特に、時刻t1、t2では理想排気空燃比が変化し、時刻t2、t3では噴射周波数が変化するが、フィルタ値AFact_mav_dsはこれらの変化に対し大きく遅れることなく追従する。以上のようなフィルタリング方法によって得られるLAFセンサの出力を用いたフィードバック制御の具体例については、後に図21,22等を参照して説明する。   FIG. 2 is a diagram showing changes in the filter value AFact_mav_ds of the LAF sensor obtained by the filtering method of the present invention. The exhaust fuel injection amount was changed in the same manner as in the example shown in FIG. As shown in FIG. 2, according to the filtering method of the present invention, the fluctuation component caused by intermittent injection is completely removed, and substantially coincides with the ideal exhaust air / fuel ratio indicated by the broken line. In particular, the ideal exhaust air-fuel ratio changes at times t1 and t2, and the injection frequency changes at times t2 and t3, but the filter value AFact_mav_ds follows these changes without much delay. A specific example of feedback control using the output of the LAF sensor obtained by the filtering method as described above will be described later with reference to FIGS.

次に、図3〜図5を参照して本発明の排気燃料噴射制御の概念について説明する。
図3は、排気燃料噴射浄化運転によってNOxを浄化している時における排気燃料噴射量と、LNTのNOx浄化率と、LNTからのHCスリップ量と、LNTにおける中間生成物の生成量との関係を示す図である。
Next, the concept of the exhaust fuel injection control of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows the relationship between the exhaust fuel injection amount when purifying NOx by the exhaust fuel injection purification operation, the NOx purification rate of LNT, the HC slip amount from LNT, and the amount of intermediate product produced in LNT FIG.

図34を参照して説明したように、従来ではLNTの下流へのHCスリップ量を検出又は推定する手段が存在しなかったため、排気燃料噴射量をHCスリップが発生し始める量G2又はこのG2よりも大きな量へ積極的に制御することができなかった。本発明の排気燃料噴射制御では、LNTの下流側へのHCスリップ量に対して0よりも僅かに大きな目標値を設定するとともに(図3中、破線参照)、後に図4及び5を参照して説明する方法によってLNTの下流側へのHCスリップ量を推定し、当該推定したHCスリップ量が上記目標値に維持されるように排気燃料噴射量を制御する。換言すれば、本発明の排気燃料噴射制御では、排気燃料噴射量を、量G2よりも大きくかつHCスリップ量の目標値に対応する量G4へ制御する。   As described with reference to FIG. 34, conventionally, since there is no means for detecting or estimating the HC slip amount downstream of the LNT, the exhaust fuel injection amount is determined from the amount G2 at which HC slip starts to occur or from this G2. Even a large amount could not be actively controlled. In the exhaust fuel injection control of the present invention, a target value slightly larger than 0 is set with respect to the HC slip amount downstream of the LNT (see the broken line in FIG. 3), and later referring to FIGS. The amount of HC slip downstream of the LNT is estimated by the method described below, and the exhaust fuel injection amount is controlled so that the estimated amount of HC slip is maintained at the target value. In other words, in the exhaust fuel injection control of the present invention, the exhaust fuel injection amount is controlled to the amount G4 that is larger than the amount G2 and corresponds to the target value of the HC slip amount.

ここで、HCスリップ量を0よりも僅かに大きな目標値に維持することの効果について説明する。図35を参照して説明したように、HCスリップが発生し始める噴射量G2やG4は、その時のLNTの酸化性能に応じて変化する。しかしながら、LNTから僅かにHCがスリップした状態では、LNTにおける中間生成物の生成量がほぼ最大化され、その時のLNTのNOx浄化率がほぼ最大化されることは、LNTの酸化性能が変化しても変わらないと考えられる。したがって、HCスリップ量を目標値に維持するように排気燃料噴射量を制御することにより、LNTの温度や劣化度合いによって変化するLNTの酸化能力に応じた排気燃料噴射量の最適量の演算を経ることなく、常にNOx浄化率が最大化された状態を維持することができる。   Here, the effect of maintaining the HC slip amount at a target value slightly larger than 0 will be described. As described with reference to FIG. 35, the injection amounts G2 and G4 at which HC slip starts to occur vary according to the oxidation performance of the LNT at that time. However, when the HC slips slightly from the LNT, the amount of intermediate products generated in the LNT is almost maximized, and the NOx purification rate of the LNT at that time is almost maximized, which changes the oxidation performance of the LNT. It is thought that it will not change. Therefore, by controlling the exhaust fuel injection amount so that the HC slip amount is maintained at the target value, the optimal amount of the exhaust fuel injection amount is calculated in accordance with the oxidation capacity of the LNT that changes depending on the temperature and the degree of deterioration of the LNT. Therefore, the state in which the NOx purification rate is always maximized can be maintained.

次に、本発明におけるHCスリップ量を推定する手段について説明する。
図4は、触媒後LAFセンサの出力値(縦軸)と、その真値(横軸)すなわち当該触媒後LAFセンサの検出箇所における実際の排気の空燃比との関係を示す図である。図4には、排気の空燃比を一定にしたまま、排気中のHC濃度が変化した場合における触媒後LAFセンサの出力値の変化を示す。
Next, means for estimating the HC slip amount in the present invention will be described.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the output value (vertical axis) of the post-catalyst LAF sensor and its true value (horizontal axis), that is, the actual air-fuel ratio of the exhaust gas at the detection location of the post-catalyst LAF sensor. FIG. 4 shows the change in the output value of the post-catalyst LAF sensor when the HC concentration in the exhaust gas changes with the air-fuel ratio of the exhaust gas kept constant.

排気中には混合気の燃焼過程で燃え残った燃料成分としてHCが含まれる。LAFセンサは、検出素子の周囲のHCを酸化し、残った酸素の量に略比例した信号を排気の空燃比として出力する。一般的なLAFセンサは、HCの酸化を促進するため、検出素子の表層に酸化材を設け、さらにヒータによって検出素子を昇温する。このため、図4の左側に示すように、LAFセンサの酸化性能が十分に高い場合には、排気中のHC濃度が変化してもその出力値はほとんど変化しない。   The exhaust gas contains HC as a fuel component left unburned during the combustion of the air-fuel mixture. The LAF sensor oxidizes HC around the detection element and outputs a signal substantially proportional to the amount of remaining oxygen as the air-fuel ratio of the exhaust. In general LAF sensors, in order to promote HC oxidation, an oxidizing material is provided on the surface layer of the detection element, and the temperature of the detection element is raised by a heater. Therefore, as shown on the left side of FIG. 4, when the oxidation performance of the LAF sensor is sufficiently high, the output value hardly changes even if the HC concentration in the exhaust gas changes.

これに対し、図4の右側に示すように、LAFセンサの酸化性能が低い場合には、検出素子の周囲には酸化されなかったHCが存在するため、LAFセンサの検出値はその分だけリーン方向へシフトする。LAFセンサによって酸化できなかったHCが多く存在するほど、その分だけ酸素が余剰となるからである。また排気中のHC濃度に対するLAFセンサの出力値のオフセットの大きさは、LAFセンサの酸化性能が低くなるほど大きくなる。なお、以上のように排気中にHCが存在することによってLAFセンサの出力値にずれが生じる現象は、例えば特開2007−40130号公報や、特開2011−58440号公報に記載されているように公知である。   On the other hand, as shown on the right side of FIG. 4, when the oxidation performance of the LAF sensor is low, HC that has not been oxidized exists around the detection element. Shift in the direction. This is because the more HC that could not be oxidized by the LAF sensor, the more oxygen there is. Further, the magnitude of the offset of the output value of the LAF sensor with respect to the HC concentration in the exhaust gas increases as the oxidation performance of the LAF sensor decreases. As described above, the phenomenon in which the output value of the LAF sensor is shifted due to the presence of HC in the exhaust gas is described in, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-40130 and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-58440. It is well known.

このように、LNTの下流側に設けられたLAFセンサの出力値とその真値との差には、排気中のHC濃度と相関があるから、LNTの下流側の空燃比の真値に相当する値が得られれば、LNTのHC濃度(すなわち、HCスリップ量)を推定できる。また、このようなLAFセンサの出力値のオフセット現象を利用してHCスリップ量を推定する場合において、下流側のLAFセンサの酸化性能を低くする手段、及びLNTの下流側の排気の空燃比の真値に相当する値を推定する手段には、それぞれ幾つかの態様が考えられる。   Thus, since the difference between the output value of the LAF sensor provided downstream of the LNT and its true value has a correlation with the HC concentration in the exhaust, it corresponds to the true value of the air-fuel ratio downstream of the LNT. If the value to be obtained is obtained, the HC concentration of LNT (that is, the HC slip amount) can be estimated. In addition, when estimating the HC slip amount using the offset phenomenon of the output value of the LAF sensor, the means for reducing the oxidation performance of the downstream LAF sensor and the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the LNT There are several possible modes for estimating the value corresponding to the true value.

LAFセンサの酸化性能を低くする手段としては、具体的には例えば以下のTYPE−A,Bの2つが挙げられる。
TYPE−Aでは、センサヒータを利用して、下流側のLAFセンサの検出素子を、上流側のLAFセンサの検出素子の温度より低い温度に制御する。
TYPE−Bでは、下流側のLAFセンサの検出素子の素子表層の酸化材の単位面積当たりの量を、上流側のLAFセンサの検出素子の素子表層の酸化材の単位面積当たりの量よりも少なくする。又は、酸化材は、上流側のLAFセンサの検出素子のみに担持させ、下流側のLAFセンサの検出素子に担持させない。
Specific examples of means for reducing the oxidation performance of the LAF sensor include the following TYPE-A and B.
In TYPE-A, a sensor heater is used to control the detection element of the downstream LAF sensor to a temperature lower than the temperature of the detection element of the upstream LAF sensor.
In TYPE-B, the amount per unit area of the oxide material of the element surface layer of the detection element of the downstream LAF sensor is smaller than the amount per unit area of the oxide material of the element surface layer of the detection element of the upstream LAF sensor. To do. Alternatively, the oxidizing material is supported only on the detection element of the upstream LAF sensor and is not supported on the detection element of the downstream LAF sensor.

以下では、TYPE−Aによって下流側のLAFセンサの酸化性能を意図的に低くする場合について説明するが、本発明はこれに限らない。TYPE−B又はTYPE−A,Bの組み合わせによって酸化性能を低くしてもよい。   Hereinafter, a case where the oxidation performance of the downstream LAF sensor is intentionally lowered by TYPE-A will be described, but the present invention is not limited to this. The oxidation performance may be lowered by TYPE-B or a combination of TYPE-A and B.

また、LNTの下流側の排気の空燃比を推定する手段としては、大きく分けて以下のTYPE1と2の2つが挙げられる。   Further, as means for estimating the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the LNT, the following two types TYPE 1 and 2 can be roughly classified.

TYPE1では、LNTの上流側に設けられた触媒前LAFセンサの出力値AFact_upと各種演算値を利用して、LNTの下流側の排気空燃比を推定する。より具体的には、離散化した制御時刻m-1からmまでの間に筒内へ噴射された燃料をGfuel_tm(m)とし、時刻mにおける触媒前LAFセンサの出力値をAFact_up(m)とすると、この触媒前LAFセンサの出力をベースとした新気量Gair_ex(m)は、下記式(4−1)によって表される。なお式(4−1)における時間dc_iは、気筒内で燃焼した混合気が排気燃料インジェクタに到達するまでの時間に相当する。この気筒−インジェクタ到達時間dc_iは、予め定められた固定値、又は排気ボリューム、エンジン負荷パラメータ、及びエンジン回転数等によって可変設定された値でもよい。また、このLAFセンサベースの新気量Gair_exと、排気燃料噴射量Gfuel_exとを用いると、理論上は、時刻mにおけるLNTの上流側(排気燃料インジェクタ近傍)の排気空燃比AF_exh_id_up(m)は、下記式(4−2)によって表される。ここで、燃料量Gfuel_tm及び排気燃料噴射量Gfuel_exは、後述の筒内燃料噴射制御及び排気燃料噴射制御における演算値を用いて算出される。   In TYPE1, the exhaust air-fuel ratio on the downstream side of the LNT is estimated using the output value AFact_up of the pre-catalyst LAF sensor provided on the upstream side of the LNT and various calculated values. More specifically, the fuel injected into the cylinder between the discretized control times m-1 to m is Gfuel_tm (m), and the output value of the pre-catalyst LAF sensor at time m is AFact_up (m). Then, the new air amount Gair_ex (m) based on the output of the pre-catalyst LAF sensor is represented by the following equation (4-1). The time dc_i in the equation (4-1) corresponds to the time until the air-fuel mixture burned in the cylinder reaches the exhaust fuel injector. The cylinder-injector arrival time dc_i may be a predetermined fixed value, or a value variably set according to the exhaust volume, the engine load parameter, the engine speed, and the like. Further, when the LAF sensor-based fresh air amount Gair_ex and the exhaust fuel injection amount Gfuel_ex are used, theoretically, the exhaust air / fuel ratio AF_exh_id_up (m) upstream of the LNT at the time m (near the exhaust fuel injector) is It is represented by the following formula (4-2). Here, the fuel amount Gfuel_tm and the exhaust fuel injection amount Gfuel_ex are calculated using calculation values in the in-cylinder fuel injection control and the exhaust fuel injection control described later.

なお式(4−2)のように、供給した燃料量及び新気量から算出した計算上の排気の空燃比を総称して、以下では理想排気空燃比という。また、LNTへの燃料の付着や酸素の吸蔵等の誤差を除けば、LNTの上流側の理想排気空燃比AF_exh_id_upと下流側の理想排気空燃比AF_exh_id_dsとは等しい。従って、排気が排気燃料インジェクタからLNTの下流側へ到達するまでの時間をdLNTとすると、時刻mにおけるLNTの下流側の理想排気空燃比AF_exh_id_ds(m)は、下記式(4−3)で表される。なお、式(4−3)における時間dLNTは、上記時間dc_iと同様に固定値又は可変設定値としてもよい。TYPE1では、式(4−1)〜(4−3)によって算出される理想排気空燃比AF_exh_id_dsを、LNTの下流側の排気空燃比の推定値、すなわちLNTの下流側に設けられた触媒後LAFセンサの出力値AFact_ds(又はそのフィルタ値AFact_mav_ds)に対する真値として利用する。

Figure 0005902727
Note that the calculated exhaust air-fuel ratio calculated from the supplied fuel amount and the fresh air amount as in equation (4-2) is generically referred to as an ideal exhaust air-fuel ratio hereinafter. Except for errors such as fuel adhering to the LNT and oxygen storage, the ideal exhaust air / fuel ratio AF_exh_id_up on the upstream side of the LNT and the ideal exhaust air / fuel ratio AF_exh_id_ds on the downstream side are equal. Accordingly, assuming that the time until the exhaust reaches the downstream side of the LNT from the exhaust fuel injector is dLNT, the ideal exhaust air-fuel ratio AF_exh_id_ds (m) on the downstream side of the LNT at time m is expressed by the following equation (4-3). Is done. Note that the time dLNT in the equation (4-3) may be a fixed value or a variable set value, similar to the time dc_i. In TYPE1, the ideal exhaust air-fuel ratio AF_exh_id_ds calculated by the equations (4-1) to (4-3) is used as an estimated value of the exhaust air-fuel ratio downstream of the LNT, that is, the post-catalyst LAF provided downstream of the LNT. This is used as a true value for the sensor output value AFact_ds (or its filter value AFact_mav_ds).
Figure 0005902727

TYPE2では、上記TYPE1と異なり、触媒前LAFセンサの出力値AFact_upを利用せずに他のセンサの出力値及び各種演算値に基づいてLNTの下流側の排気の空燃比を推定する。より具体的には、TYPE2では、時刻m-1からmまでの間に筒内へ噴射された燃料量をGfuel_tm(m)とし、時刻m-1からmまでの間に排気燃料インジェクタから噴射された燃料量をGfuel_ex(m)とし、時刻m-1からmまでの間に筒内に吸入された新気量の推定値をGair_cyl_hat_tm(m)として、下記式(5−1)によって時刻mにおけるLNTの上流側の理想排気空燃比AF_ex_id_up(m)を算出する。ここで、新気量の推定値Gair_cyl_hat_tmは、例えばエアフローメータの出力に基づいて算出される。従って、排気が排気燃料インジェクタからLNTの下流側へ到達するまでの時間をdLNTとすると、時刻mにおけるLNTの下流側の理想排気空燃比AF_exh_id_ds(m)は、下記式(5−2)で表される。TYPE2では、式(5−1)〜(5−2)によって算出される理想排気空燃比AF_exh_id_dsを、LNTの下流側の排気空燃比の推定値として利用する。

Figure 0005902727
In TYPE2, unlike the TYPE1, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the LNT is estimated based on the output values of various sensors and various calculation values without using the output value AFact_up of the pre-catalyst LAF sensor. More specifically, in TYPE2, the amount of fuel injected into the cylinder from time m-1 to m is Gfuel_tm (m), and is injected from the exhaust fuel injector from time m-1 to m. Let Gfuel_ex (m) be the amount of fuel consumed, and Gair_cyl_hat_tm (m) be the estimated value of the amount of fresh air drawn into the cylinder from time m-1 to m at time m according to the following equation (5-1). The ideal exhaust air / fuel ratio AF_ex_id_up (m) upstream of the LNT is calculated. Here, the estimated value Gair_cyl_hat_tm of the fresh air amount is calculated based on the output of the air flow meter, for example. Accordingly, assuming that the time required for the exhaust to reach the downstream side of the LNT from the exhaust fuel injector is dLNT, the ideal exhaust air-fuel ratio AF_exh_id_ds (m) on the downstream side of the LNT at time m is expressed by the following equation (5-2). Is done. In TYPE2, the ideal exhaust air / fuel ratio AF_exh_id_ds calculated by the equations (5-1) to (5-2) is used as an estimated value of the exhaust air / fuel ratio downstream of the LNT.
Figure 0005902727

なお、TYPE1では、新気量を排気通路に設けられた触媒前LAFセンサを利用して算出するのに対し、TYPE2では、新気量を吸気通路に設けられたエアフローメータを利用して算出する。このため、TYPE1とTYPE2とを比較すれば、触媒前LAFセンサよりも上流側の各種装置の誤差が除かれる分だけ、TYPE1の方が推定精度は高いといえる。なお以下では、触媒前LAFセンサを利用するTYPE1によって下流側の空燃比を推定する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。触媒前LAFセンサを備えない場合であっても、上記TYPE2によって下流側の空燃比を推定できる。   In TYPE1, the new air amount is calculated using a pre-catalyst LAF sensor provided in the exhaust passage, whereas in TYPE2, the new air amount is calculated using an air flow meter provided in the intake passage. . For this reason, when TYPE1 and TYPE2 are compared, it can be said that TYPE1 has higher estimation accuracy to the extent that errors of various devices upstream from the pre-catalyst LAF sensor are removed. In the following, a case where the downstream air-fuel ratio is estimated by TYPE 1 using the pre-catalyst LAF sensor will be described, but the present invention is not limited to this. Even when the pre-catalyst LAF sensor is not provided, the downstream air-fuel ratio can be estimated by the TYPE2.

図4に戻って、本発明では、上記TYPE1,2の何れかの手段で触媒後LAFセンサの酸化性能を意図的に低下させることによって、その出力値AFact_dsを図4の右側に示すように真値からHC濃度に応じたずれを生じさせる。さらに本発明では、上記TYPE1,2の何れかの手段でLNTの下流側の排気の理想排気空燃比AF_exh_id_dsを算出し、これを真値として用いることによって、LNTの下流側のHCスリップ量に相当するLNTのNOx浄化パラメータP_LNTを算出する。より具体的には、この浄化パラメータP_LNTは、HC濃度に応じて出力がオフセットする触媒後LAFセンサの出力値AFact_dsから、式(4−3)又は(5−2)によって算出される理想排気空燃比AF_exh_id_dsを減算して得られる空燃比差として定義される(下記式(6)参照)。

Figure 0005902727
Returning to FIG. 4, in the present invention, the output value AFact_ds is true as shown on the right side of FIG. 4 by intentionally lowering the oxidation performance of the post-catalyst LAF sensor by any one of the above TYPEs 1 and 2. Deviation according to the HC concentration is caused from the value. Furthermore, in the present invention, the ideal exhaust air-fuel ratio AF_exh_id_ds of the exhaust on the downstream side of the LNT is calculated by any one of the above TYPEs 1 and 2, and this is used as a true value, which corresponds to the HC slip amount on the downstream side of the LNT. The NOx purification parameter P_LNT of the LNT to be calculated is calculated. More specifically, the purification parameter P_LNT is an ideal exhaust air space calculated from the output value AFact_ds of the post-catalyst LAF sensor whose output is offset according to the HC concentration by the equation (4-3) or (5-2). It is defined as an air-fuel ratio difference obtained by subtracting the fuel ratio AF_exh_id_ds (see the following formula (6)).
Figure 0005902727

なお、実際の触媒後LAFセンサの出力値AFact_dsは間欠噴射の影響によってのこぎり状となることから、浄化パラメータP_LNTは、図2を参照して説明したフィルタリング方法を利用して得られる下記式(7)で定義されるものを用いることが好ましい。ここで、触媒前LAFセンサは排気燃料インジェクタより上流側に設けられることから、下記式(7)に示すように、必ずしもLNTの上流側の排気空燃比AF_exh_id_up(m)に本発明のフィルタリング方法を適用する必要はない。しかしながら、触媒後LAFセンサの出力に移動平均フィルタを設けることによって生じる位相遅れを補償するためには、下記式(7−3)に示すように排気空燃比AF_exh_id_up(m)に対しても同等の移動平均フィルタを設ける方が好ましい。

Figure 0005902727
Since the actual output value AFact_ds of the post-catalyst LAF sensor has a saw-like shape due to the influence of intermittent injection, the purification parameter P_LNT is expressed by the following equation (7) obtained using the filtering method described with reference to FIG. It is preferable to use those defined by Here, since the pre-catalyst LAF sensor is provided on the upstream side of the exhaust fuel injector, the filtering method of the present invention is not necessarily applied to the exhaust air-fuel ratio AF_exh_id_up (m) upstream of the LNT, as shown in the following formula (7). There is no need to apply. However, in order to compensate for the phase lag caused by providing the moving average filter in the output of the post-catalyst LAF sensor, the exhaust air / fuel ratio AF_exh_id_up (m) is equivalent as shown in the following equation (7-3). It is preferable to provide a moving average filter.
Figure 0005902727

図5は、NOx浄化パラメータP_LNTを利用した本発明のフィードバック制御の概念を説明するための図である。
図5に示すように、NOx浄化パラメータP_LNTは、LNTの下流側のHC濃度(すなわち、HCスリップ量)にほぼ比例する特性がある。したがって、NOx浄化パラメータP_LNTを0でない所定の目標値P_LNT_cmdに制御することは、直接検出できないHCスリップ量を仮想的な目標値HC_SLP_CMDに維持することと等価である。本発明では、NOx浄化パラメータP_LNTを目標値P_LNT_cmdに制御することによって、HCスリップ量をLNTの下流側のCSFで処理可能な量を上回らない程度の量に抑制しながら、LNTのNOx浄化率がほぼ最大化された状態(すなわち、中間生成物の生成量がほぼ最大化された状態)を実現する。なお以下では、LNTの下流側へ僅かながらも積極的なHCのスリップを伴う、パラメータP_LNTを利用したフィードバック制御のことを、HCスリップフィードバック制御という。
FIG. 5 is a diagram for explaining the concept of feedback control of the present invention using the NOx purification parameter P_LNT.
As shown in FIG. 5, the NOx purification parameter P_LNT has a characteristic that is substantially proportional to the HC concentration (that is, the HC slip amount) on the downstream side of the LNT. Therefore, controlling the NOx purification parameter P_LNT to a predetermined target value P_LNT_cmd that is not 0 is equivalent to maintaining the HC slip amount that cannot be directly detected at the virtual target value HC_SLP_CMD. In the present invention, by controlling the NOx purification parameter P_LNT to the target value P_LNT_cmd, the NOx purification rate of the LNT is suppressed while suppressing the HC slip amount to an amount that does not exceed the amount that can be processed by the CSF downstream of the LNT. A substantially maximized state (that is, a state in which the amount of intermediate products generated is substantially maximized) is realized. In the following, the feedback control using the parameter P_LNT accompanied by a slight but aggressive HC slip to the downstream side of the LNT is referred to as HC slip feedback control.

次に、筒内燃料噴射制御及び排気燃料噴射制御を実現する具体的な手順について、図6〜31を参照しながら説明する。
図6は、各シリンダの燃料噴射弁による燃料噴射態様を決定する筒内燃料噴射制御の具体的な手順を示すメインフローチャートである。図6に示す処理は、ECUにおいて1燃焼サイクルごとに各気筒のTDCタイミングと同期して実行される。なお以下では、ECUにおいてTDC同期で更新又はサンプリングされる値については、括弧書きで符号”k”を付す。
Next, specific procedures for realizing in-cylinder fuel injection control and exhaust fuel injection control will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a main flowchart showing a specific procedure of in-cylinder fuel injection control for determining the fuel injection mode by the fuel injection valve of each cylinder. The processing shown in FIG. 6 is executed in the ECU in synchronism with the TDC timing of each cylinder for each combustion cycle. In the following description, values that are updated or sampled in TDC synchronization in the ECU will be denoted by parenthesized symbols “k”.

図6等を参照して具体的な手順を説明する前に、筒内燃料噴射制御及び排気燃料噴射制御において定義されている3種類の主な運転モードについて説明する。運転モードは、リーン運転モードと、ストイキ運転モードと、排気燃料噴射浄化運転モードとに分けられる。以下では、これら3つの運転モードのうち、どの運転モードが実行されているか又はどの運転モードの実行が要求された状態であるかを明示するため、排気燃料噴射浄化運転モードフラグF_ExINJ_modeと、ストイキモードフラグF_Stoic_modeとの2種類のフラグを定義する。なお、フラグF_ExINJ_modeは、後述の図21〜22に示す排気燃料噴射制御によって更新され、フラグF_Stoic_modeは、後述の図7に示す処理によって更新される。   Before describing specific procedures with reference to FIG. 6 and the like, three main operation modes defined in in-cylinder fuel injection control and exhaust fuel injection control will be described. The operation mode is divided into a lean operation mode, a stoichiometric operation mode, and an exhaust fuel injection purification operation mode. In the following, in order to clearly indicate which of these three operation modes is being executed or which operation mode is being requested, the exhaust fuel injection purification operation mode flag F_ExINJ_mode, and the stoichiometric mode are described. Two types of flags, the flag F_Stoic_mode, are defined. The flag F_ExINJ_mode is updated by the exhaust fuel injection control shown in FIGS. 21 to 22 described later, and the flag F_Stoic_mode is updated by the process shown in FIG. 7 described later.

リーン運転モードとは、混合気の空燃比をストイキよりリーンにする運転モードである。なお、リーン運転モードが要求されている場合又はリーン運転モードを実行している場合には、2つのフラグF_ExINJ_mode及びF_Stoic_modeは両方とも”0”に設定される。なおリーン運転モード中は、所定の周期で定期的にポスト噴射や排気燃料インジェクタからの燃料噴射を行い一時的にLNT上の排気を還元雰囲気にすることにより、LNTに吸着又は吸蔵された酸素やNOxを還元する。   The lean operation mode is an operation mode in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made leaner than stoichiometric. Note that when the lean operation mode is requested or when the lean operation mode is being executed, the two flags F_ExINJ_mode and F_Stoic_mode are both set to “0”. During the lean operation mode, the post-injection and fuel injection from the exhaust fuel injectors are periodically performed at a predetermined cycle, and the exhaust on the LNT is temporarily brought into a reducing atmosphere, so that the oxygen adsorbed or stored in the LNT NOx is reduced.

ストイキ運転モードとは、触媒前LAFセンサ及び触媒後LAFセンサの出力を利用したフィードバック制御を実行することによって、LNTの三元浄化機能を利用して排気を浄化する運転モードである。なお、ストイキ運転モードが実行されている場合又はストイキ運転モードの実行が要求されている場合には、フラグF_Stoic_modeは”1”に設定される。   The stoichiometric operation mode is an operation mode in which exhaust control is performed using the three-way purification function of the LNT by executing feedback control using the outputs of the pre-catalyst LAF sensor and the post-catalyst LAF sensor. Note that the flag F_Stoic_mode is set to “1” when the stoichiometric operation mode is being executed or when execution of the stoichiometric operation mode is requested.

排気燃料噴射浄化運転モードとは、図3〜図5を参照して説明したHCスリップフィードバック制御によって排気燃料噴射量を決定し、当該決定された量の燃料を上述のように排気燃料インジェクタから間欠的に噴射することによって、LNTにおける中間生成物の生成量を最大化しながら、LNTに流入する排気中のNOxを連続的に浄化する運転モードである。なお、排気燃料噴射浄化運転モードが要求されている場合又は排気燃料噴射浄化運転モードが実行されている場合には、フラグF_ExINJ_modeは”1”に設定される。   In the exhaust fuel injection purification operation mode, the exhaust fuel injection amount is determined by the HC slip feedback control described with reference to FIGS. 3 to 5, and the determined amount of fuel is intermittently supplied from the exhaust fuel injector as described above. This operation mode continuously purifies NOx in the exhaust gas flowing into the LNT while maximizing the amount of intermediate products generated in the LNT. Note that the flag F_ExINJ_mode is set to “1” when the exhaust fuel injection purification operation mode is requested or when the exhaust fuel injection purification operation mode is executed.

S1では、エンジンの運転状態に応じて予め定められたマップ(図示せず)を検索することによって、基本燃料噴射量Gfuel_bs(k)を決定し、S2に移る。この基本燃料噴射量とは、例えばリーン運転時における筒内燃料噴射量に相当する(後述のS13参照)。後に詳述するようにストイキ運転時及び排気燃料噴射浄化運転時は、基本燃料噴射量には、触媒前LAFセンサ及び触媒後LAFセンサの出力に基づいて算出される空燃比補正係数KAF(k)が乗算される(後述のS10参照)。また、エンジンの運転状態を示すものであって、基本燃料噴射量を決定するために用いられる入力パラメータとしては、例えば、ドライバ要求トルク及びエンジン回転数等が挙げられる。   In S1, the basic fuel injection amount Gfuel_bs (k) is determined by searching a predetermined map (not shown) according to the operating state of the engine, and the process proceeds to S2. The basic fuel injection amount corresponds to, for example, an in-cylinder fuel injection amount during lean operation (see S13 described later). As will be described in detail later, during the stoichiometric operation and the exhaust fuel injection purification operation, the basic fuel injection amount is calculated based on the outputs of the pre-catalyst LAF sensor and the post-catalyst LAF sensor, and the air-fuel ratio correction coefficient KAF (k). Is multiplied (see S10 described later). Moreover, it shows the operating state of the engine, and examples of the input parameters used for determining the basic fuel injection amount include a driver request torque and an engine speed.

S2では、筒内燃料噴射制御及び排気燃料噴射制御に関わる装置が正常であるか否かを判別する。S2における判別に係る装置とは、例えばインテークスロットル及びEGRバルブや(図示せず)、ストイキ運転を行うために必要となる触媒前LAFセンサ、触媒後LAFセンサ、及び温度センサ等である。S2の判別がYESである場合(装置は正常である場合)にはS3に移り、NOである場合(装置は正常でない場合)にはS13に移り、2つのフラグの状態によらずリーン運転を実行する。   In S2, it is determined whether or not the devices related to the in-cylinder fuel injection control and the exhaust fuel injection control are normal. The devices related to the determination in S2 are, for example, an intake throttle and an EGR valve (not shown), a pre-catalyst LAF sensor, a post-catalyst LAF sensor, a temperature sensor, and the like that are necessary for performing stoichiometric operation. If the determination in S2 is YES (when the device is normal), the process proceeds to S3. If NO (the device is not normal), the process proceeds to S13, and the lean operation is performed regardless of the state of the two flags. Run.

S3では、LNTは活性状態であるか否かを判別する。より具体的には、S3では、LNTの担体温度の推定値を算出し、当該推定値が所定の活性温度(例えば200℃)以上である場合には活性状態であると判断し、それ以外の場合には、活性状態でないと判断する。S3の判別がYESである場合にはS5に移り、NOである場合には、S13に移り、リーン運転を実行する。   In S3, it is determined whether or not the LNT is in an active state. More specifically, in S3, an estimated value of the carrier temperature of LNT is calculated, and when the estimated value is equal to or higher than a predetermined active temperature (for example, 200 ° C.), it is determined that the active state is established. In the case, it is determined that it is not in an active state. If the determination in S3 is YES, the process proceeds to S5, and if NO, the process proceeds to S13 and the lean operation is executed.

S5では、ストイキ運転の実行の可否を判断するストイキ運転条件判断処理を実行し、S6に移る。このストイキ運転条件判断処理では、エンジンの運転状態や排気通路内のLNTの状態等に応じてストイキ運転を行うのに適した状態であるか否かが判断される(後述の図7参照)。この処理の結果、ストイキ運転を行うのに適した状態であると判断された場合には、ストイキモードフラグF_Stoic_mode(k)は”1”に設定され、それ以外の場合にはフラグF_Stoic_mode(k)は”0”に設定される。   In S5, a stoichiometric operation condition determination process for determining whether or not the stoichiometric operation can be executed is executed, and the process proceeds to S6. In this stoichiometric operation condition determination process, it is determined whether or not the engine is in a state suitable for performing the stoichiometric operation according to the engine operating state, the state of the LNT in the exhaust passage, and the like (see FIG. 7 described later). As a result of this processing, when it is determined that the state is suitable for performing stoichiometric operation, the stoichiometric mode flag F_Stoic_mode (k) is set to “1”, otherwise the flag F_Stoic_mode (k) Is set to “0”.

S6では、2つのフラグF_Stoic_mode(k)及びF_ExINJ_mode(k)の何れかが”1”であるか否かを判別する。S6の判別がYESである場合には、S7に移り、NOである場合には、S13に移り、リーン運転を実行する。   In S6, it is determined whether any of the two flags F_Stoic_mode (k) and F_ExINJ_mode (k) is “1”. If the determination in S6 is YES, the process moves to S7, and if NO, the process moves to S13 and the lean operation is executed.

S7では、後述の付加噴射燃料量算出処理を実行し、S8に移る。ここで、付加噴射とは、アフター噴射と排気燃料噴射との総称をいう。後に図10を参照して詳細に説明するように、この付加噴射燃料量算出処理では、ストイキ運転時又は排気燃料噴射浄化運転時におけるアフター噴射量Gfuel_aft(k)及び排気燃料噴射量Gfuel_ex_add(k)を決定する。   In S7, an additional injection fuel amount calculation process described later is executed, and the process proceeds to S8. Here, the additional injection is a general term for after injection and exhaust fuel injection. As will be described in detail later with reference to FIG. 10, in this additional injection fuel amount calculation processing, the after injection amount Gfuel_aft (k) and the exhaust fuel injection amount Gfuel_ex_add (k) during the stoichiometric operation or the exhaust fuel injection purification operation To decide.

S8では、パイロット噴射によって供給する燃料量Gfuel_pi(k)(以下、「パイロット噴射量」という)を算出し、S9に移る。なおこのパイロット噴射量Gfuel_pi(k)は、エンジン回転数及び負荷パラメータ(例えば、BMEP。その他、要求トルク、燃料噴射量、エンジントルク推定値、及び排気ボリュームなどのエンジンの負荷に比例して大きくなるパラメータが用いられる)等を入力として、マップ検索等の既知の方法によって算出される。   In S8, a fuel amount Gfuel_pi (k) (hereinafter referred to as “pilot injection amount”) supplied by pilot injection is calculated, and the process proceeds to S9. The pilot injection amount Gfuel_pi (k) increases in proportion to the engine load such as the engine speed and load parameters (for example, BMEP. In addition, required torque, fuel injection amount, engine torque estimated value, exhaust volume, etc. Etc.) are input by a known method such as map search.

S9では、後述の目標触媒前空燃比演算を実行し、S10に移る。この目標触媒前空燃比演算では、触媒前LAFセンサの出力値AFcmd_up(k)に対する目標値AFcmd(k)及び筒内燃料噴射量の暫定値Gfuel_cyl(k)を決定する(後述の図13参照)。ここで「筒内燃料噴射量」とは、1燃焼サイクルの間に気筒内における燃焼に供される燃料の総量であり、パイロット噴射、メイン噴射、及びアフター噴射によって噴射される燃料を全て合わせたものに相当する。すなわち、この筒内燃料噴射量に、排気燃料インジェクタから噴射される燃料量は含まれていない。   In S9, a target pre-catalyst air-fuel ratio calculation which will be described later is executed, and the process proceeds to S10. In this target pre-catalyst air-fuel ratio calculation, the target value AFcmd (k) and the provisional value Gfuel_cyl (k) of the in-cylinder fuel injection amount with respect to the output value AFcmd_up (k) of the pre-catalyst LAF sensor are determined (see FIG. 13 described later). . Here, “in-cylinder fuel injection amount” is the total amount of fuel used for combustion in the cylinder during one combustion cycle, and all the fuels injected by pilot injection, main injection, and after injection are combined. It corresponds to a thing. That is, the in-cylinder fuel injection amount does not include the fuel amount injected from the exhaust fuel injector.

S10では、後述の触媒前空燃比フィードバック演算を実行し、S11に移る。この触媒前空燃比フィードバック演算では、触媒前LAFセンサの出力値AFcmd_up(k)をS7で算出された目標値AFcmd(k)に制御するための空燃比補正係数KAF(k)を算出する。   In S10, a pre-catalyst air-fuel ratio feedback calculation described later is executed, and the process proceeds to S11. In the pre-catalyst air / fuel ratio feedback calculation, an air / fuel ratio correction coefficient KAF (k) for controlling the output value AFcmd_up (k) of the pre-catalyst LAF sensor to the target value AFcmd (k) calculated in S7 is calculated.

S11では、空燃比補正係数KAF(k)をS10で算出された筒内燃料噴射量の暫定値Gfuel_cyl(k)に乗算することによって、最終的な筒内燃料噴射量Gfuel(k)を決定し(下記式(8)参照)、S12に移る。

Figure 0005902727
In S11, the final in-cylinder fuel injection amount Gfuel (k) is determined by multiplying the air-fuel ratio correction coefficient KAF (k) by the provisional value Gfuel_cyl (k) of the in-cylinder fuel injection amount calculated in S10. (Refer to the following formula (8)), the process proceeds to S12.
Figure 0005902727

S12では、筒内燃料噴射量Gfuel(k)から、上記S7で決定されたアフター噴射量Gfuel(k)及びS8で決定されたパイロット噴射量Gfuel_pi(k)を減算することによって、メイン噴射によって供給する燃料量Gfuel_main(k)(以下、「メイン噴射量」という)を算出し(下記式(9)参照)、この処理を終了する。

Figure 0005902727
In S12, the main fuel injection is supplied by subtracting the after-injection amount Gfuel (k) determined in S7 and the pilot injection amount Gfuel_pi (k) determined in S8 from the in-cylinder fuel injection amount Gfuel (k). The fuel amount Gfuel_main (k) (hereinafter referred to as “main injection amount”) to be calculated is calculated (see the following equation (9)), and this process is terminated.
Figure 0005902727

S13では、S1で得られた基本燃料噴射量Gfuel_bs(k)をリーン運転時における最終的な筒内燃料噴射量Gfuel(k)として決定し、S14に移る。S14では、リーン運転モード時用に定められた所定のアルゴリズム(図示せず)に従って燃料噴射態様を決定し、この処理を終了する。   In S13, the basic fuel injection amount Gfuel_bs (k) obtained in S1 is determined as the final in-cylinder fuel injection amount Gfuel (k) during the lean operation, and the process proceeds to S14. In S14, the fuel injection mode is determined according to a predetermined algorithm (not shown) defined for the lean operation mode, and this process is terminated.

図7は、ストイキモードフラグF_Stoic_modeを更新するストイキ運転条件判断処理の具体的な手順を示すフローチャートである。換言すれば、図7は、ストイキ運転を行うかリーン運転を行うかを決定するフローチャートである。図7に示す処理は、図6に示すメイン処理のサブルーチンとして、同じ周期(TDC同期)で実行される。   FIG. 7 is a flowchart showing a specific procedure of stoichiometric operation condition determination processing for updating the stoichiometric mode flag F_Stoic_mode. In other words, FIG. 7 is a flowchart for determining whether to perform stoichiometric operation or lean operation. The process shown in FIG. 7 is executed at the same cycle (TDC synchronization) as a subroutine of the main process shown in FIG.

S21では、LNTを熱から保護するために設定された所定のLNT保護条件を満たすか否かを判別する。ストイキ運転を実行すると、排気温度が上昇し、排気通路内の触媒の担体温度も上昇する。LNTはエンジンに近いため、ストイキ運転実行時の温度上昇も大きい。LNT保護条件とは、温度上昇によってLNTが劣化するのを防止するために設定される条件である。より具体的には、S21では、LNTの担体温度の推定値を算出し、当該推定値が、例えば630〜700℃程度に設定された所定のLNT保護温度未満である場合には保護条件を満たすと判断し、それ以外の場合には保護条件を満たさないと判断する。S21の判別がNOである場合には、S22に移り、ストイキ運転を禁止すべくフラグF_Stoic_modeを”0”にセットし、図6のS6に戻る。S21の判別がYESである場合には、S23に移る。   In S21, it is determined whether or not a predetermined LNT protection condition set for protecting the LNT from heat is satisfied. When the stoichiometric operation is executed, the exhaust temperature rises and the carrier temperature of the catalyst in the exhaust passage also rises. Since the LNT is close to the engine, the temperature rise during the stoichiometric operation is large. The LNT protection condition is a condition set to prevent the LNT from deteriorating due to a temperature rise. More specifically, in S21, an estimated value of the carrier temperature of LNT is calculated, and when the estimated value is less than a predetermined LNT protection temperature set to, for example, about 630 to 700 ° C., the protection condition is satisfied. Otherwise, it is determined that the protection condition is not satisfied. If the determination in S21 is NO, the process moves to S22, the flag F_Stoic_mode is set to “0” to prohibit the stoichiometric operation, and the process returns to S6 in FIG. If the determination in S21 is YES, the process moves to S23.

S23では、LNTが活性状態に達したか否かを判別する。より具体的には、S23では、LNTの担体温度の推定値が、例えば200℃程度に設定された所定の活性温度以上であるか否かを判別する。S23の判別がNOである場合には、S22に移り、ストイキ運転を禁止すべくフラグF_Stoic_modeを”0”にセットし、図6のS6に戻る。S23の判別がYESである場合には、S24に移る。   In S23, it is determined whether or not the LNT has reached an active state. More specifically, in S23, it is determined whether or not the estimated value of the carrier temperature of LNT is equal to or higher than a predetermined activation temperature set to about 200 ° C., for example. If the determination in S23 is NO, the process moves to S22, the flag F_Stoic_mode is set to “0” to prohibit the stoichiometric operation, and the process returns to S6 in FIG. If the determination in S23 is YES, the process moves to S24.

S24では、排気燃料噴射浄化運転モードフラグF_ExINJ_modeは”1”であるか否かを判別する。S23の判別がYESである場合には、S22に移り、ストイキ運転を禁止すべくフラグF_Stoic_modeを”0”にセットし、図6のS6に戻る。S24の判別がNOである場合には、S25に移る。   In S24, it is determined whether or not the exhaust fuel injection purification operation mode flag F_ExINJ_mode is “1”. If the determination in S23 is YES, the process moves to S22, the flag F_Stoic_mode is set to “0” to prohibit the stoichiometric operation, and the process returns to S6 in FIG. If the determination in S24 is no, the process moves to S25.

S25では、排気燃料噴射システムによるNOx浄化可能条件を満たすか否かを判別する。このNOx浄化可能条件とは、排気燃料噴射システムによって、LNTから不必要な成分(例えば、NO等)を排出することなく、かつ適切な浄化効率で排気中のNOxを浄化できる状態であるか否かを判別するための条件である。より具体的には、S25では、LNTの担体温度の推定値が、例えば350〜400℃程度に設定された浄化可能温度以上である場合には、NOx浄化可能条件を満たすと判断する。なお、S25の判別がNOである場合とは、例えばエンジン始動開始直後の暖機過程中である場合や、市街地走行中であってLNTが低温化した場合等が想定される。 In S25, it is determined whether or not the NOx purification possible condition by the exhaust fuel injection system is satisfied. This NOx purifiable condition is a state where the exhaust fuel injection system can purify NOx in the exhaust gas without discharging unnecessary components (for example, N 2 O) from the LNT and with an appropriate purification efficiency. This is a condition for determining whether or not. More specifically, in S25, when the estimated value of the carrier temperature of LNT is equal to or higher than the purifiable temperature set at, for example, about 350 to 400 ° C., it is determined that the NOx purifiable condition is satisfied. Note that the case where the determination in S25 is NO includes, for example, a case where the engine is warming up immediately after the start of engine start, a case where the vehicle is running in an urban area, and the temperature of the LNT is lowered.

S25の判別がNOである場合には、S26に移り、排気燃料噴射システムによるNOx浄化よりも、LNTの三元浄化機能を利用した排気浄化に重点を置いた三元浄化モード時用のマップを用いてストイキモードフラグF_Stoic_mode(k)を更新する。より具体的には、エンジン回転数及びエンジンの負荷パラメータ(例えば、BMEP等)を取得し、これらを入力パラメータとして図8に示すような三元浄化モード時用のマップを検索することによって、フラグF_Stoic_mode(k)の値を決定する。図8において破線で示すように、エンジンの運転状態を大まかに4つの領域に分けると、エンジンから排出され、LNTに流入するNOx量が多い低回転−高負荷領域、高回転−低負荷領域、及び高回転−高負荷領域の3つの領域ではストイキ運転が選択され(F_Stoic_mode←1)、LNTに流入するNOx量が少ない低回転−低負荷領域ではリーン運転が選択される(F_Stoic_mode←0)。   If the determination in S25 is NO, the process moves to S26, and a map for the three-way purification mode is put on the exhaust purification using the three-way purification function of the LNT rather than the NOx purification by the exhaust fuel injection system. To update the stoichiometric mode flag F_Stoic_mode (k). More specifically, the engine speed and the engine load parameters (for example, BMEP) are acquired, and these are used as input parameters to search the map for the three-way purification mode as shown in FIG. Determine the value of F_Stoic_mode (k). As shown by broken lines in FIG. 8, when the engine operating state is roughly divided into four regions, a low rotation-high load region, a high rotation-low load region, where the amount of NOx discharged from the engine and flowing into the LNT is large, The stoichiometric operation is selected in the three regions of the high rotation and high load region (F_Stoic_mode ← 1), and the lean operation is selected in the low rotation and low load region where the amount of NOx flowing into the LNT is small (F_Stoic_mode ← 0).

S25の判別がYESである場合には、S27に移り、排気燃料噴射システムによるNOx浄化とLNTの三元浄化機能を利用した排気浄化との併用モード時用のマップを用いてストイキモードフラグF_Stoic_mode(k)を更新する。より具体的には、エンジン回転数及び負荷パラメータを取得し、これら入力パラメータとして図9に示すような併用モード時用のマップを検索することによって、フラグF_Stoic_mode(k)の値を決定する。なお図8の三元浄化モード時用のマップと図9の併用モード時用マップとを比較すると、ストイキ運転が選択される領域(F_Stoic_mode←1)は、図9の併用モード時用マップの方が狭い。これは、S25の判別がYESである場合は、NOである場合よりも排気燃料噴射システムによって浄化できるNOx量が多いからである。   If the determination in S25 is YES, the process moves to S27, and a stoichiometric mode flag F_Stoic_mode () is used using a map for combined use mode of NOx purification by the exhaust fuel injection system and exhaust purification using the LNT three-way purification function. Update k). More specifically, the value of the flag F_Stoic_mode (k) is determined by acquiring the engine speed and the load parameter and searching a map for the combined mode as shown in FIG. 9 as these input parameters. When the map for the three-way purification mode in FIG. 8 is compared with the map for the combined mode in FIG. 9, the region where the stoichiometric operation is selected (F_Stoic_mode ← 1) is the map for the combined mode in FIG. Is narrow. This is because when the determination in S25 is YES, the amount of NOx that can be purified by the exhaust fuel injection system is larger than when NO.

図10は、付加噴射燃料量算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図10に示す処理は、図6に示すメイン処理のサブルーチンとして、ストイキ運転又は排気燃料噴射浄化運転中に同じ周期(TDC同期)で実行される。この付加噴射燃料量算出処理では、アフター噴射によって供給する燃料量であるアフター噴射量Gfuel_aft(k)と、アフター噴射の代替として排気燃料インジェクタから噴射する燃料量に相当する追加排気燃料噴射量Gfuel_ex_add(k)とを決定する。   FIG. 10 is a flowchart showing a specific procedure of the additional injection fuel amount calculation process. The process shown in FIG. 10 is executed at the same cycle (TDC synchronization) during the stoichiometric operation or the exhaust fuel injection purification operation as a subroutine of the main process shown in FIG. In this additional injection fuel amount calculation processing, the after-injection amount Gfuel_aft (k) which is the amount of fuel supplied by after-injection, and the additional exhaust fuel injection amount Gfuel_ex_add (corresponding to the amount of fuel injected from the exhaust fuel injector as an alternative to after-injection) k).

S31では、アフター噴射量と追加排気燃料噴射量とを合わせた量である付加噴射燃料量Gaddを算出し、S32に移る。より具体的には、S31では、エンジン回転数及び負荷パラメータ等を入力として、マップ検索等の既知の方法によって算出する。   In S31, an additional injection fuel amount Gadd, which is a sum of the after injection amount and the additional exhaust fuel injection amount, is calculated, and the process proceeds to S32. More specifically, in S31, calculation is performed by a known method such as map search using the engine speed and load parameters as inputs.

図11は、付加噴射燃料量Gadd(k)を決定するマップの一例である。図11に示すように、付加噴射燃料量Gaddは、エンジン回転数が高くなるほど、又はエンジン負荷が大きくなるほど大きな値に設定される。   FIG. 11 is an example of a map for determining the additional injected fuel amount Gadd (k). As shown in FIG. 11, the additional injected fuel amount Gadd is set to a larger value as the engine speed increases or the engine load increases.

S32では、排気燃料噴射システムが故障した状態であることを示す故障フラグF_ExINJ_NGが”0”であるか否かを判別する。この故障フラグF_ExINJ_NGは、後述の図29に示す処理によって更新される。排気燃料噴射システムが正常である場合にはF_ExINJ_NG=0であり、故障した場合にはF_ExINJ_NG=1のである。S32の判別がNOであり、排気燃料インジェクタから燃料を噴射できない状態である場合には、S33に移る。S33では、下記式(10)に示すように、S31で決定した付加噴射燃料量Gadd(k)の全てをアフター噴射に振り分ける。

Figure 0005902727
In S32, it is determined whether or not a failure flag F_ExINJ_NG indicating that the exhaust fuel injection system has failed is “0”. This failure flag F_ExINJ_NG is updated by a process shown in FIG. 29 described later. F_ExINJ_NG = 0 when the exhaust fuel injection system is normal, and F_ExINJ_NG = 1 when a failure occurs. If the determination in S32 is NO and the fuel cannot be injected from the exhaust fuel injector, the process proceeds to S33. In S33, as shown in the following formula (10), all of the additional injected fuel amount Gadd (k) determined in S31 is distributed to after injection.
Figure 0005902727

S32の判別がYESであり、排気燃料インジェクタから燃料を噴射できる状態である場合には、S34に移る、S34では、LNTの担体温度の推定値Tcc_hat(k)を算出し、この推定値Tcc_hat(k)に基づいてアフター噴射量と追加排気燃料噴射量との比である付加噴射比率Radd(k)を算出し、S35に移る。   If the determination in S32 is YES and the fuel can be injected from the exhaust fuel injector, the process proceeds to S34. In S34, an estimated value Tcc_hat (k) of the carrier temperature of the LNT is calculated, and this estimated value Tcc_hat ( Based on k), an additional injection ratio Radd (k), which is a ratio between the after injection amount and the additional exhaust fuel injection amount, is calculated, and the process proceeds to S35.

図12は、付加噴射比率Radd(k)を決定するマップの一例である。LNTの担体温度が低い状態で排気燃料インジェクタから燃料を噴射すると、LNTでは不必要な中間生成物であるNOが生成されやすい。このため、図12に示すように、LNTの担体温度の推定値が約400℃より低い場合には、比率Radd(k)を0とし、排気燃料インジェクタからは必要以上に燃料を噴射しないようにする。また、LNTの担体温度の推定値が約400℃以上である場合には、担体温度が高くなるほど比率Radd(k)を徐々に大きくする。 FIG. 12 is an example of a map for determining the additional injection ratio Radd (k). When fuel is injected from an exhaust fuel injector in a state where the carrier temperature of the LNT is low, an unnecessary intermediate product N 2 O is likely to be generated in the LNT. For this reason, as shown in FIG. 12, when the estimated value of the carrier temperature of LNT is lower than about 400 ° C., the ratio Radd (k) is set to 0 so that fuel is not injected more than necessary from the exhaust fuel injector. To do. In addition, when the estimated value of the carrier temperature of LNT is about 400 ° C. or higher, the ratio Radd (k) is gradually increased as the carrier temperature increases.

図10に戻って、S35では、下記式(11)に示すように、S34で決定した比率Radd(k)に応じて付加噴射燃料量Gadd(k)をアフター噴射と排気燃料噴射とに振り分け、この処理を終了する。

Figure 0005902727
Returning to FIG. 10, in S35, as shown in the following equation (11), the additional injected fuel amount Gadd (k) is divided into after injection and exhaust fuel injection in accordance with the ratio Radd (k) determined in S34. This process ends.
Figure 0005902727

図13は、目標触媒前空燃比演算の具体的な手順を示すフローチャートである。図13に示す処理は、図6に示すメイン処理のサブルーチンとして、ストイキ運転又は排気燃料噴射浄化運転中に同じ周期(TDC同期)で実行される。この目標触媒前空燃比演算では、ストイキ運転中又は排気燃料噴射浄化運転中における触媒前LAFセンサの出力に対する目標値に相当する目標触媒前空燃比AFcmd(k)と、筒内燃料噴射量Gfuel_cyl(k)とを決定する。   FIG. 13 is a flowchart showing a specific procedure for calculating the target pre-catalyst air-fuel ratio. The process shown in FIG. 13 is executed at the same cycle (TDC synchronization) during the stoichiometric operation or the exhaust fuel injection purification operation as a subroutine of the main process shown in FIG. In the target pre-catalyst air-fuel ratio calculation, the target pre-catalyst air-fuel ratio AFcmd (k) corresponding to the target value for the output of the pre-catalyst LAF sensor during the stoichiometric operation or the exhaust fuel injection purification operation and the in-cylinder fuel injection amount Gfuel_cyl ( k).

S41では、排気燃料噴射浄化運転モードフラグF_ExINJ_modeが”1”であるか否かを判別する。S41の判別がYESである場合(排気燃料噴射浄化運転中である場合)には、S42に移り、エンジン回転数及び負荷パラメータ等を入力として、マップ検索等の既知の方法によって目標触媒前空燃比AFcmd(k)を決定し、S43に移る。   In S41, it is determined whether or not the exhaust fuel injection purification operation mode flag F_ExINJ_mode is “1”. If the determination in S41 is YES (when the exhaust fuel injection purification operation is being performed), the process proceeds to S42, and the target pre-catalyst air-fuel ratio is input by a known method such as map search using the engine speed and load parameters as inputs. AFcmd (k) is determined, and the process proceeds to S43.

図14は、排気燃料噴射浄化運転中における目標触媒前空燃比AFcmdを決定するマップの一例を示す図である。LNTに流入する排気の酸素濃度が低くなるほど、LNTではHCが直接酸化し水と二酸化炭素が生成される確率が低くなるので、NOxの浄化に寄与する中間生成物の生成効率は高くなる。よって、排気ボリュームやLNTに流入する排気のNOx濃度が高くなり、LNTでは効率的なNOx浄化が要求されるような運転状態(高回転域又は高負荷域)では、LNTに流入する排気の酸素濃度を低くする方が好ましい。本発明ではこれを実現するため、図14に示すように、目標触媒前空燃比AFcmdを高回転又は高負荷になるほどリッチになるように設定する。   FIG. 14 is a diagram showing an example of a map for determining the target pre-catalyst air-fuel ratio AFcmd during the exhaust fuel injection purification operation. The lower the concentration of oxygen in the exhaust gas flowing into the LNT, the lower the probability that LNT will directly oxidize HC and produce water and carbon dioxide, so the production efficiency of intermediate products that contribute to NOx purification increases. Therefore, the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the exhaust volume and the LNT becomes high, and the oxygen in the exhaust gas flowing into the LNT in an operating state (high rotation range or high load range) where efficient NOx purification is required in the LNT. It is preferable to lower the concentration. In order to achieve this in the present invention, as shown in FIG. 14, the target pre-catalyst air-fuel ratio AFcmd is set to become richer as the engine speed increases or the load increases.

図13に戻って、S43では、下記式(12)に従い、図6のS1で決定した基本燃料噴射量Gfuel_bs(k)及び目標触媒前空燃比AFcmd(k)に基づいて筒内燃料噴射量の暫定値Gfuel_cyl(k)を算出し、図6のS10に戻る。ここで、下記式(12)におけるαstは、理論空燃比であり使用する燃料に応じた値(例えば、14.5)に設定される。

Figure 0005902727
Returning to FIG. 13, in S43, the in-cylinder fuel injection amount is determined based on the basic fuel injection amount Gfuel_bs (k) and the target pre-catalyst air-fuel ratio AFcmd (k) determined in S1 of FIG. The provisional value Gfuel_cyl (k) is calculated, and the process returns to S10 of FIG. Here, αst in the following equation (12) is a theoretical air-fuel ratio, and is set to a value (for example, 14.5) corresponding to the fuel used.
Figure 0005902727

S41の判別がNOである場合(ストイキ運転中である場合)には、S45に移り、下記式(13)に従い、図6のS1で決定した基本燃料噴射量Gfuel_bs(k)と、後述の図16の処理に従って10〜50msec周期で更新される目標触媒後空燃比AFcmd_dsをリサンプリングして得られる目標値AFcmd_ds_tdc(k)とに基づいて要求燃料量Gfuel_rq(k)を算出し、S46に移る。この目標値AFcmd_ds_tdc(k)は、排気燃料インジェクタより下流側のLNTにおける排気空燃比に対する目標に相当する。従って、下記式(13)で得られる要求燃料量Gfuel_rq(k)は、筒内に噴射する燃料と排気燃料インジェクタから噴射する燃料とを合わせた総燃料量に対する要求値に相当する。

Figure 0005902727
If the determination in S41 is NO (when the stoichiometric operation is in progress), the process proceeds to S45, and the basic fuel injection amount Gfuel_bs (k) determined in S1 of FIG. The required fuel amount Gfuel_rq (k) is calculated based on the target value AFcmd_ds_tdc (k) obtained by resampling the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds updated in a cycle of 10 to 50 msec according to the process of No. 16, and the process proceeds to S46. This target value AFcmd_ds_tdc (k) corresponds to a target for the exhaust air / fuel ratio in the LNT downstream of the exhaust fuel injector. Therefore, the required fuel amount Gfuel_rq (k) obtained by the following equation (13) corresponds to a required value for the total fuel amount that is the sum of the fuel injected into the cylinder and the fuel injected from the exhaust fuel injector.
Figure 0005902727

S46では、要求燃料量Gfuel_rq(k)から排気燃料噴射量Gfuel_ex(k)を減算することにより、筒内燃料噴射量の暫定値Gfuel_cyl(k)を算出し(下記式(14)参照)、S47に移る。

Figure 0005902727
In S46, the provisional value Gfuel_cyl (k) of the in-cylinder fuel injection amount is calculated by subtracting the exhaust fuel injection amount Gfuel_ex (k) from the required fuel amount Gfuel_rq (k) (see the following equation (14)), and S47 Move on.
Figure 0005902727

S47では、図示しない処理によって算出された気筒内の新気量の推定値Gair_cyl_hatを筒内燃料噴射量の暫定値Gfuel_cyl(k)で除算することにより、目標触媒前空燃比AFcmd(k)を算出し(下記式(15)参照)、図6のS10に戻る。

Figure 0005902727
In S47, the target pre-catalyst air-fuel ratio AFcmd (k) is calculated by dividing the estimated value Gair_cyl_hat of the in-cylinder fresh air amount calculated by a process (not shown) by the provisional value Gfuel_cyl (k) of the in-cylinder fuel injection amount. Then (see the following formula (15)), the process returns to S10 of FIG.
Figure 0005902727

図15は、空燃比補正係数KAFを決定する触媒前空燃比フィードバック演算の具体的な手順を示すフローチャートである。図15に示す処理は、図6に示すメイン処理のサブルーチンとして、ストイキ運転又は排気燃料噴射浄化運転中に同じ周期(TDC同期)で実行される。   FIG. 15 is a flowchart showing a specific procedure of the pre-catalyst air-fuel ratio feedback calculation for determining the air-fuel ratio correction coefficient KAF. The process shown in FIG. 15 is executed at the same cycle (TDC synchronization) during the stoichiometric operation or the exhaust fuel injection purification operation as a subroutine of the main process shown in FIG.

S51では、触媒前LAFセンサが活性に達したか否かを判別する。S51の判別がNOである場合には、以下のフィードバック演算を行うことなく補正係数KAF(k)=1とし(S52)、図6のS11に戻る。   In S51, it is determined whether or not the pre-catalyst LAF sensor has reached activity. If the determination in S51 is NO, the correction coefficient KAF (k) = 1 is set without performing the following feedback calculation (S52), and the process returns to S11 in FIG.

S51の判別がYESである場合には、触媒前LAFセンサの出力値AFact_up(k)と、図13の処理によって決定された目標値AFcmd(k)との偏差E_af(k)(下記式(16−1)参照)が0になるように既知のフィードバックアルゴリズムを利用して補正係数KAF(k)を決定し(S53)、図6のS11に戻る。S53における演算の一例として、下記式(16−1)〜(16−3)には、スライディングモードアルゴリズムを利用して補正係数KAF(k)を決定する場合の演算式を示す。式(16−2)において、”Pole_af”は、切換関数設定パラメータであり、-1より大きく0より小さな値(例えば、-0.65)に設定される。また、式(16−3)において2つのフィードバックゲイン”Krch_af”及び”Kadp_af”は、負の値に設定される。なお、S53における触媒前フィードバックの偏差の補償速度は、後述の図16における触媒後フィードバックの速度よりも速く設定することが好ましい。

Figure 0005902727
If the determination in S51 is YES, the deviation E_af (k) between the output value AFact_up (k) of the pre-catalyst LAF sensor and the target value AFcmd (k) determined by the processing of FIG. The correction coefficient KAF (k) is determined using a known feedback algorithm so that (see -1)) becomes 0 (S53), and the process returns to S11 of FIG. As an example of the calculation in S53, the following formulas (16-1) to (16-3) show calculation formulas when the correction coefficient KAF (k) is determined using the sliding mode algorithm. In Expression (16-2), “Pole_af” is a switching function setting parameter, and is set to a value larger than −1 and smaller than 0 (for example, −0.65). In the equation (16-3), the two feedback gains “Krch_af” and “Kadp_af” are set to negative values. Note that the compensation speed of the deviation of the pre-catalyst feedback in S53 is preferably set higher than the speed of the post-catalyst feedback in FIG.
Figure 0005902727

図16は、目標触媒後空燃比AFcmd_dsを決定する触媒後空燃比フィードバック演算の具体的な手順を示すフローチャートである。図16に示す処理は、ECUにおいて排気燃料噴射システムの制御周期ΔTex(10〜50msec)で実行される。なお以下では、周期ΔTexで更新又はサンプリングされる値については、括弧書きで符号”m”を付す。なお、図13の処理で説明したように、図16の処理で算出される目標触媒後空燃比AFcmd_dsは、排気燃料インジェクタの下流側のLNTにおける排気空燃比の目標値として用いられる。   FIG. 16 is a flowchart showing a specific procedure of post-catalyst air-fuel ratio feedback calculation for determining the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds. The processing shown in FIG. 16 is executed in the ECU at a control cycle ΔTex (10 to 50 msec) of the exhaust fuel injection system. In the following description, a value that is updated or sampled at the period ΔTex is denoted by “m” in parentheses. As described in the process of FIG. 13, the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds calculated in the process of FIG. 16 is used as the target value of the exhaust air-fuel ratio in the LNT on the downstream side of the exhaust fuel injector.

S61では、触媒前LAFセンサが活性に達したか否かを判別する。S61の判別がNOである場合には、以下のフィードバック演算を行うことなく、目標値AFcmd_ds(m)を所定の基準値AFcmd_bs(固定値であり、例えば14.5)とし(S62)、この処理を終了する。S61の判別がYESである場合には、S63に移る。   In S61, it is determined whether or not the pre-catalyst LAF sensor has reached activity. If the determination in S61 is NO, the target value AFcmd_ds (m) is set to a predetermined reference value AFcmd_bs (a fixed value, for example, 14.5) without performing the following feedback calculation (S62). Exit. If the determination in S61 is yes, the process moves to S63.

S63では、ストイキモードフラグF_Stoic_mode(m)が1であるか否かを判別する。S63の判別がYESである場合には、S64に移り、NOである場合には、S62に移り、上述のようにAFcmd_ds(m)=AFcmd_bsとする。   In S63, it is determined whether or not the stoichiometric mode flag F_Stoic_mode (m) is 1. If the determination in S63 is YES, the process proceeds to S64. If the determination is NO, the process proceeds to S62, and AFcmd_ds (m) = AFcmd_bs is set as described above.

S64では、後述の還元処理完了フラグF_CRD_Done(m)が”1”であるか否かを判別する。上述のように、リーン運転中にストイキモードフラグF_Stoic_mode(m)が”0”から”1”となることに伴って、ストイキ運転が開始する。ただし、これまでリーン運転を行っていたことにより、LNTには酸素が多く吸蔵されており、ストイキ運転を開始しても直ちにLNTの三元浄化機能を発揮できない。このため、フラグF_Stoic_mode(m)が”0”から”1”になった直後は、所定の期間にわたって空燃比をストイキよりもややリッチ側(所謂、弱リッチ)に偏らせることにより、LNTに吸蔵されていた酸素を短時間で放出させる還元処理を実行する。この還元処理完了フラグF_CRD_Done(m)は、ストイキ運転の開始直後の還元処理が終了したことを示すフラグであり、後述の図19に示す弱リッチモード終了判定処理によって更新される。以下では、ストイキ運転開始直後に直下触媒の還元を促進する運転モードを「弱リッチモード」という。また、ストイキ運転中に、触媒後LAFセンサの出力に基づいて目標触媒後空燃比AFcmd_ds(m)を決定する運転モードを「触媒後空燃比フィードバックモード」という。   In S64, it is determined whether or not a reduction process completion flag F_CRD_Done (m) described later is “1”. As described above, the stoichiometric operation starts when the stoichiometric mode flag F_Stoic_mode (m) is changed from “0” to “1” during the lean operation. However, since the lean operation has been performed so far, the LNT stores a large amount of oxygen, and even if the stoichiometric operation is started, the LNT's three-way purification function cannot immediately be exhibited. For this reason, immediately after the flag F_Stoic_mode (m) changes from “0” to “1”, the air-fuel ratio is biased slightly to the rich side (so-called weakly rich) from stoichiometric over a predetermined period, so that the LNT occludes it. A reduction process for releasing the oxygen that has been performed in a short time is executed. This reduction process completion flag F_CRD_Done (m) is a flag indicating that the reduction process immediately after the start of the stoichiometric operation has ended, and is updated by a weak rich mode end determination process shown in FIG. 19 described later. Hereinafter, the operation mode that promotes the reduction of the direct catalyst immediately after the start of the stoichiometric operation is referred to as “weakly rich mode”. An operation mode in which the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds (m) is determined based on the output of the post-catalyst LAF sensor during the stoichiometric operation is referred to as “post-catalyst air-fuel ratio feedback mode”.

S64の判別がNOの場合にはS65に移り、弱リッチモードの下で目標触媒後空燃比AFcmd_ds(m)を決定する。より具体的には、S65では、LNTの担体温度の推定値Tcc_hat(m)及び排気ボリュームの推定値Gex_hat(m)を取得し、これら2つの推定値Tcc_hat(m)及びGex_hat(m)に基づいて、予め定められたマップを検索することによって目標触媒後空燃比AFcmd_ds(m)を決定し、この処理を終了する。   When the determination in S64 is NO, the process proceeds to S65, and the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds (m) is determined under the weak rich mode. More specifically, in S65, the estimated value Tcc_hat (m) of the carrier temperature of the LNT and the estimated value Gex_hat (m) of the exhaust volume are obtained, and based on these two estimated values Tcc_hat (m) and Gex_hat (m). Thus, the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds (m) is determined by searching a predetermined map, and this process is terminated.

図17は、弱リッチモードの下で目標触媒後空燃比AFcmd_dsを決定するマップの一例である。図17に示すように、弱リッチモードでは、目標触媒後空燃比AFcmd_dsは、弱リッチの領域(約14.5〜13.5程度)内で、担体温度の推定値Tcc_hat及び排気ボリュームの推定値Gex_hatに応じた値に設定される。より具体的には、目標触媒後空燃比AFcmd_dsは、LNTの担体温度が高くなるほど又は排気ボリュームが小さくなるほど、弱リッチの領域内でリッチ側に設定される。   FIG. 17 is an example of a map for determining the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds under the weak rich mode. As shown in FIG. 17, in the weak rich mode, the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds corresponds to the estimated value Tcc_hat of the carrier temperature and the estimated value Gex_hat of the exhaust volume within the weakly rich region (about 14.5 to 13.5). Set to a value. More specifically, the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds is set to the rich side in the weakly rich region as the carrier temperature of the LNT increases or the exhaust volume decreases.

図16に戻ってS64の判別がYESの場合には、S66に移り、触媒後ストイキフィードバックモードの下で目標触媒後空燃比AFcmd_ds(m)を決定する。S66では、LNTの担体温度の推定値Tcc_hat(m)及び排気ボリュームの推定値Gex_hat(m)を取得し、これら2つの推定値Tcc_hat(m)及びGex_hat(m)に基づいて、予め定められたマップを検索することによって、三元浄化目標空燃比AFcmd_ds_twc(m)を決定し、S67に移る。   Returning to FIG. 16, if the determination in S64 is YES, the process proceeds to S66, and the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds (m) is determined under the post-catalyst stoichiometric feedback mode. In S66, the estimated value Tcc_hat (m) of the carrier temperature of the LNT and the estimated value Gex_hat (m) of the exhaust volume are acquired, and predetermined based on these two estimated values Tcc_hat (m) and Gex_hat (m). By searching the map, the three-way purification target air-fuel ratio AFcmd_ds_twc (m) is determined, and the process proceeds to S67.

図18は、三元浄化目標空燃比AFcmd_ds_twc(m)を決定するマップの一例である。図18に示すように、三元浄化目標空燃比AFcmd_ds_twc(m)は、理論空燃比14.5の近傍に設定される。この三元浄化目標空燃比AFcmd_ds_twc(m)は、LNTの担体温度が高くなるほどリッチ側に補正される。また排気ボリュームが大きくなるほど(換言すれば、負荷が高くなるほど)、エンジンから排出されるNOx量が増加するとともに、LNTにおける排気通過速度が増加するため、結果としてLNTにおけるNOx浄化率が低下する。このようなNOx浄化率の低下を補償すべく、三元浄化目標空燃比AFcmd_ds_twc(m)は、図18に示すように排気ボリュームが大きくなるほどリッチ側に補正し、LNT上でのCO、H、NH等の還元剤の生成量を増加させる。 FIG. 18 is an example of a map for determining the three-way purification target air-fuel ratio AFcmd_ds_twc (m). As shown in FIG. 18, the three-way purification target air-fuel ratio AFcmd_ds_twc (m) is set in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio 14.5. The ternary purification target air-fuel ratio AFcmd_ds_twc (m) is corrected to the rich side as the carrier temperature of the LNT increases. Further, as the exhaust volume increases (in other words, as the load increases), the amount of NOx discharged from the engine increases and the exhaust passage speed in the LNT increases. As a result, the NOx purification rate in the LNT decreases. In order to compensate for such a decrease in the NOx purification rate, the three-way purification target air-fuel ratio AFcmd_ds_twc (m) is corrected to the rich side as the exhaust volume increases as shown in FIG. 18, and CO, H 2 on the LNT is corrected. Increase the amount of reducing agent such as NH 3 produced.

図16に戻ってS67では、触媒後LAFセンサの出力値AFact_ds(m)と、その三元浄化目標空燃比AFcmd_ds_twc(m)との偏差E_ds(m)(下記式(17−1)参照)が0になるように、既知のフィードバックアルゴリズムを利用して目標触媒後空燃比AFcmd_ds(m)を決定し、この処理を終了する。S67におけるフィードバック演算の一例として、下記式(17−1)〜(17−3)には、スライディングモードアルゴリズムを利用して目標触媒後空燃比AFcmd_ds(m)を決定する場合の演算式を示す。式(17−2)において、”Pole_ds”は、切換関数設定パラメータであり、-1より大きく0より小さな値(例えば、-0.85)に設定される。また、式(17−3)において2つのフィードバックゲイン”Krch_ds”及び”Kadp_ds”は、負の値に設定される。

Figure 0005902727
Returning to FIG. 16, in S67, the deviation E_ds (m) between the output value AFact_ds (m) of the post-catalyst LAF sensor and the ternary purification target air-fuel ratio AFcmd_ds_twc (m) (see the following equation (17-1)) The target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds (m) is determined using a known feedback algorithm so as to be 0, and this processing is terminated. As an example of the feedback calculation in S67, the following formulas (17-1) to (17-3) show calculation formulas when the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds (m) is determined using the sliding mode algorithm. In Expression (17-2), “Pole_ds” is a switching function setting parameter, and is set to a value larger than −1 and smaller than 0 (for example, −0.85). In the equation (17-3), the two feedback gains “Krch_ds” and “Kadp_ds” are set to negative values.
Figure 0005902727

図19は、還元処理完了フラグF_CRD_Doneを更新する弱リッチモード終了判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図19に示す処理は、ECUにおいて図16の触媒後空燃比フィードバック演算と同じ制御周期ΔTex(10〜50msec)で実行される。図19の弱リッチモード終了判定処理では、触媒後LAFセンサの出力に基づいて還元処理完了フラグF_CRD_Doneを更新する。   FIG. 19 is a flowchart illustrating a specific procedure of weak rich mode end determination processing for updating the reduction processing completion flag F_CRD_Done. The process shown in FIG. 19 is executed in the ECU at the same control cycle ΔTex (10 to 50 msec) as the post-catalyst air-fuel ratio feedback calculation of FIG. In the weak rich mode end determination process of FIG. 19, the reduction process completion flag F_CRD_Done is updated based on the output of the post-catalyst LAF sensor.

S71では、ストイキモードフラグF_Stoic_mode(m)が”0”でありかつ排気燃料噴射浄化運転モードフラグF_ExINJ_mode(m)が”0”であるか否かを判別する。S71の判別がYESである場合、すなわちストイキ運転中でも排気燃料噴射浄化運転中でもない場合には、S72に移り、還元処理完了フラグF_CRD_Done(m)=0とし、この処理を終了する。   In S71, it is determined whether or not the stoichiometric mode flag F_Stoic_mode (m) is “0” and the exhaust fuel injection purification operation mode flag F_ExINJ_mode (m) is “0”. If the determination in S71 is YES, that is, if neither the stoichiometric operation nor the exhaust fuel injection purification operation is performed, the process proceeds to S72, the reduction process completion flag F_CRD_Done (m) = 0 is set, and this process ends.

S71の判別がNOである場合、すなわちストイキ運転中であるか又は排気燃料噴射浄化運転中である場合には、S73に移り、触媒後LAFセンサの出力値AFact_ds(m)が、所定の反転判定閾値AF_lnより大きいか否かを判別する。図16〜18を参照して説明したように、ストイキ運転の開始直後は、空燃比は弱リッチに設定され、LNTに吸蔵されていた酸素が放出されるとともに、弱リッチ化により供給された還元剤の酸化に使用される。したがって、この還元処理が終了したか否かは、触媒後LAFセンサの出力値AFact_ds(m)が反転判定閾値AF_lnを超えたか否かによって判別できる。なお、この反転判定閾値AF_lnは、理論空燃比αstよりもやや大きな値(例えば、14.6)に設定される。   If the determination in S71 is NO, that is, if the stoichiometric operation is being performed or if the exhaust fuel injection purification operation is being performed, the process proceeds to S73, where the output value AFact_ds (m) of the post-catalyst LAF sensor is a predetermined inversion determination. It is determined whether or not the threshold value AF_ln is greater. As described with reference to FIGS. 16 to 18, immediately after the start of the stoichiometric operation, the air-fuel ratio is set to be slightly rich, and the oxygen stored in the LNT is released and the reduction supplied by the weak enrichment. Used to oxidize agents. Therefore, whether or not the reduction process is completed can be determined by whether or not the output value AFact_ds (m) of the post-catalyst LAF sensor exceeds the inversion determination threshold value AF_ln. The inversion determination threshold value AF_ln is set to a value (for example, 14.6) that is slightly larger than the theoretical air-fuel ratio αst.

S73の判別がNOである場合には、フラグF_CRD_Doneを更新することなくこの処理を終了する。S73の判別がYESである場合には、S74に移り、還元処理が完了したことを明示すべくフラグF_CRD_mode(m)=1とし、この処理を終了する。   If the determination in S73 is NO, this process ends without updating the flag F_CRD_Done. If the determination in S73 is YES, the process moves to S74, the flag F_CRD_mode (m) = 1 is set to clearly indicate that the reduction process is completed, and this process ends.

図20は、図16〜19の処理の具体例を示すタイムチャートである。図20には、上段から順に、ストイキモードフラグF_Stoic_mode、還元処理完了フラグF_CRD_Done、目標触媒後空燃比AFcmd_ds、LNTに供給される還元剤量の積算値、及び触媒後LAFセンサの出力値AFact_dsを示す。図20には、時刻t1においてストイキモードフラグF_Stoic_modeが”0”から”1”になった場合を示す。   FIG. 20 is a time chart showing a specific example of the processing of FIGS. FIG. 20 shows the stoichiometric mode flag F_Stoic_mode, the reduction process completion flag F_CRD_Done, the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds, the integrated value of the reducing agent amount supplied to the LNT, and the post-catalyst LAF sensor output value AFact_ds in order from the top. . FIG. 20 shows a case where the stoichiometric mode flag F_Stoic_mode is changed from “0” to “1” at time t1.

図16を参照して説明したように、ストイキ運転開始直後(図20中、時刻t1)は、目標触媒後空燃比AFcmd_dsは弱リッチに設定される(図16のS65参照)。従って時刻t1以降、LNTには余分な燃料が還元剤として供給され、これによってLNTに吸蔵されていた酸素が放出される。   As described with reference to FIG. 16, immediately after the start of the stoichiometric operation (time t1 in FIG. 20), the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds is set to be slightly rich (see S65 of FIG. 16). Therefore, after time t1, excess fuel is supplied to the LNT as a reducing agent, thereby releasing the oxygen stored in the LNT.

その後、LNTに吸蔵されていた酸素が放出され切ったことに応じて、時刻t2では、触媒後LAFセンサの出力値AFact_dsが反転判定閾値AF_lnを超える(図19のS73参照)。これによって、還元処理完了フラグF_CRD_Doneは0から1に切り替わり、弱リッチモードが終了し、触媒後空燃比フィードバックモードが開始する(図16のS64参照)。また、この触媒後空燃比フィードバックモードでは、触媒後LAFセンサの出力値AFact_dsが、マップによって算出された三元浄化目標空燃比AFcmd_ds_twcになるように、目標触媒後空燃比AFcmd_dsが決定される(図16のS67参照)。   Thereafter, in response to the fact that the oxygen stored in the LNT is completely released, the output value AFact_ds of the post-catalyst LAF sensor exceeds the inversion determination threshold AF_ln at time t2 (see S73 in FIG. 19). As a result, the reduction process completion flag F_CRD_Done switches from 0 to 1, the weak rich mode ends, and the post-catalyst air-fuel ratio feedback mode starts (see S64 in FIG. 16). In this post-catalyst air-fuel ratio feedback mode, the target post-catalyst air-fuel ratio AFcmd_ds is determined so that the output value AFact_ds of the post-catalyst LAF sensor becomes the three-way purification target air-fuel ratio AFcmd_ds_twc calculated by the map (FIG. 16 S67).

図21及び22は、排気燃料インジェクタによる排気燃料の噴射態様を決定する排気燃料噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図21及び22に示す処理は、ECUにおいて図16の触媒後空燃比フィードバック演算と同じ制御周期tm(10〜50msec)で実行される。図21及び22に示すように、排気燃料噴射制御は、2つのLAFセンサの目標温度を設定するステップ(S92,S98,S100)と、間欠噴射に必要なパラメータを決定するステップ(S115)と、排気燃料噴射量を決定するステップ(S93,S99,S107,S111)と、システムの劣化を検知するステップ(S108)と、排気燃料噴射浄化運転モードフラグF_ExINJ_modeを更新するステップ(S94,S109)と、を含む。   FIGS. 21 and 22 are flowcharts showing a specific procedure of the exhaust fuel injection control for determining the exhaust fuel injection mode by the exhaust fuel injector. The processing shown in FIGS. 21 and 22 is executed in the ECU at the same control cycle tm (10 to 50 msec) as the post-catalyst air-fuel ratio feedback calculation of FIG. As shown in FIGS. 21 and 22, the exhaust fuel injection control includes a step of setting target temperatures of the two LAF sensors (S92, S98, S100), a step of determining parameters required for intermittent injection (S115), A step of determining an exhaust fuel injection amount (S93, S99, S107, S111), a step of detecting system deterioration (S108), a step of updating an exhaust fuel injection purification operation mode flag F_ExINJ_mode (S94, S109), including.

S91では、排気燃料噴射システムが正常であるか否か(後述の故障フラグF_ExINJ_NG=0であるか否か)を判別する。S91の判別がYESである場合には、S95に移る。S91の判別がNOであり、排気燃料インジェクタから燃料を噴射できない状態である場合には、S92に移る。S92では、触媒前LAFセンサ及び触媒後LAFセンサのHCずれの大きさが等しくかつできるだけ小さくなるように、触媒前LAFセンサの検出素子の目標温度Tcmd_laf_up(m)と触媒後LAFセンサの検出素子の目標温度Tcmd_laf_ds(m)とを、共に所定の高温側目標値Tcmd_laf_highに設定し(Tcmd_laf_up(m)=Tcmd_laf_ds(m)=Tcmd_laf_high)、S93に移る。このように、排気燃料噴射システムが正常でない場合には、LAFセンサの温度を触媒前と触媒後で等しくすることにより、HCずれのない正確なLAFセンサの出力の下でストイキ運転を行うことができる。またS93では、排気燃料インジェクタから燃料を噴射できない状態であると判断されたことに応じて排気燃料噴射量Gfuel_ex(m)=0とし、S94では排気燃料噴射浄化運転モードフラグF_ExINJ_mode(m)=0とし、この処理を終了する。   In S91, it is determined whether or not the exhaust fuel injection system is normal (whether or not a failure flag F_ExINJ_NG = 0 described later). If the determination in S91 is YES, the process moves to S95. If the determination in S91 is NO and the fuel cannot be injected from the exhaust fuel injector, the process proceeds to S92. In S92, the target temperature Tcmd_laf_up (m) of the detection element of the pre-catalyst LAF sensor and the detection element of the post-catalyst LAF sensor are set so that the HC deviations of the pre-catalyst LAF sensor and post-catalyst LAF sensor are as small as possible. The target temperature Tcmd_laf_ds (m) is set to a predetermined high temperature side target value Tcmd_laf_high (Tcmd_laf_up (m) = Tcmd_laf_ds (m) = Tcmd_laf_high), and the process proceeds to S93. As described above, when the exhaust fuel injection system is not normal, the stoichiometric operation can be performed under the accurate output of the LAF sensor without HC deviation by equalizing the temperature of the LAF sensor before and after the catalyst. it can. Further, in S93, the exhaust fuel injection amount Gfuel_ex (m) = 0 is set in response to the determination that the fuel cannot be injected from the exhaust fuel injector, and in S94, the exhaust fuel injection purification operation mode flag F_ExINJ_mode (m) = 0. And the process is terminated.

S95では、LNTを熱から保護するために設定されたLNT保護条件を満たすか否かを判別する。なお、このLNT保護条件の具体的な内容及び具体的な判別方法は、図7のS21と同じであるので、詳細な説明を省略する。S95の判別がYESであり、LNT保護条件を満たす場合には、S96に移る。S96では、排気燃料噴射システムの所定のNOx浄化可能条件を満たすか否かを判別する。なお、このNOx浄化可能条件の具体的な内容及び具体的な判別方法は、図7のS25と同じであるので、詳細な説明を省略する。S96の判別がYESであり、排気燃料噴射システムのNOx浄化可能条件を満たす場合には、S97に移る。   In S95, it is determined whether or not the LNT protection condition set for protecting the LNT from heat is satisfied. Note that the specific contents and specific determination method of the LNT protection conditions are the same as S21 in FIG. If the determination in S95 is YES and the LNT protection condition is satisfied, the process proceeds to S96. In S96, it is determined whether or not a predetermined NOx purification condition for the exhaust fuel injection system is satisfied. In addition, since the specific content and specific determination method of this NOx purification possible condition are the same as S25 of FIG. 7, detailed description is abbreviate | omitted. If the determination in S96 is YES and the NOx purification possible condition of the exhaust fuel injection system is satisfied, the process proceeds to S97.

S97では、弱リッチモード完了フラグF_CRD_Doneが”1”であるか否かを判別する。弱リッチモード完了フラグF_CRD_Doneが”1”でない状態とは、図16を参照して説明したLNTの還元処理が完了していない状態である。LNTの還元処理が完了していない状態では、排気燃料インジェクタから燃料を噴射しても、十分な効率でNOxを浄化することができない。したがって、S97の判別がYESである場合にのみS115に移り、排気燃料噴射浄化運転モードの下で排気燃料噴射量を決定する。   In S97, it is determined whether or not the weak rich mode completion flag F_CRD_Done is “1”. The state where the weak rich mode completion flag F_CRD_Done is not “1” is a state where the LNT reduction process described with reference to FIG. 16 is not completed. In a state where the reduction process of LNT is not completed, NOx cannot be purified with sufficient efficiency even if fuel is injected from the exhaust fuel injector. Therefore, the process proceeds to S115 only when the determination in S97 is YES, and the exhaust fuel injection amount is determined under the exhaust fuel injection purification operation mode.

S95〜S97の判別のうち何れかがNOである場合には、S98に移る。ここで、S95〜S97の判別のうち何れかがNOである場合とは、排気燃料インジェクタから燃料を噴射できる状態であるが、排気燃料噴射システムを利用して排気を浄化できない状態に相当する。この場合、図10を参照して説明したように、ストイキ運転中にアフター噴射の代替として燃料噴射インジェクタからの燃料噴射が要求される場合がある。S98では、S92と同様に、触媒前LAFセンサ及び触媒後LAFセンサの目標温度を所定の高温側目標値に設定し、S99に移る。S99では、図10の処理によってTDC周期で算出される追加排気燃料噴射量をリサンプリングし(Gfuel_ex_add(k)→Gfuel_ex_add(m))、リサンプリングによって得られた値を排気燃料噴射量とし(Gfuel_ex(m)=Gfuel_ex_add(m))、S94に移る。S94では、排気燃料噴射浄化運転モードフラグF_ExINJ_mode(m)=0とし、この処理を終了する。   If any of the determinations in S95 to S97 is NO, the process proceeds to S98. Here, the case where any of the determinations of S95 to S97 is NO corresponds to a state where fuel can be injected from the exhaust fuel injector, but the exhaust cannot be purified using the exhaust fuel injection system. In this case, as described with reference to FIG. 10, fuel injection from the fuel injection injector may be required as an alternative to after injection during the stoichiometric operation. In S98, similarly to S92, the target temperatures of the pre-catalyst LAF sensor and the post-catalyst LAF sensor are set to predetermined high-temperature side target values, and the process proceeds to S99. In S99, the additional exhaust fuel injection amount calculated in the TDC cycle by the process of FIG. 10 is resampled (Gfuel_ex_add (k) → Gfuel_ex_add (m)), and the value obtained by the resampling is set as the exhaust fuel injection amount (Gfuel_ex (m) = Gfuel_ex_add (m)), the process proceeds to S94. In S94, the exhaust fuel injection purification operation mode flag F_ExINJ_mode (m) = 0 is set, and this process ends.

S115では、間欠噴射の実行に必要な噴射周期Tfuel_ex(m)及び噴射周期パラメータNex(m)を設定する間欠噴射パラメータ設定処理を実行し、S100に移る。この間欠噴射パラメータ設定の具体的な手順については、後に図24を参照して説明する。   In S115, an intermittent injection parameter setting process for setting the injection cycle Tfuel_ex (m) and the injection cycle parameter Nex (m) necessary for the execution of intermittent injection is executed, and the process proceeds to S100. A specific procedure for setting the intermittent injection parameter will be described later with reference to FIG.

S100では、触媒前LAFセンサ及び触媒後LAFセンサを利用して、LNTの下流へのHCスリップを検出可能な状態にすべく、触媒後LAFセンサの検出素子の温度を触媒前LAFセンサの検出素子の温度よりも低くし、S101に移る。より具体的には、触媒前LAFセンサの検出素子の目標温度Tcmd_laf_up(m)を高温側目標値Tcmd_laf_highに設定し(Tcmd_laf_up(m)=Tcmd_laf_high)、触媒後LAFセンサの検出素子の目標温度Tcmd_laf_ds(m)を上記高温側目標値Tcmd_laf_highより小さな所定の低温側目標値Tcmd_laf_lowに設定する(Tcmd_laf_ds(m)=Tcmd_laf_low)。   In S100, the temperature of the detection element of the post-catalyst LAF sensor is set to the detection element of the pre-catalyst LAF sensor so that the HC slip downstream of the LNT can be detected using the pre-catalyst LAF sensor and the post-catalyst LAF sensor. The temperature is lowered to S101, and the process proceeds to S101. More specifically, the target temperature Tcmd_laf_up (m) of the detection element of the pre-catalyst LAF sensor is set to the high-temperature side target value Tcmd_laf_high (Tcmd_laf_up (m) = Tcmd_laf_high), and the target temperature Tcmd_laf_ds ( m) is set to a predetermined low temperature side target value Tcmd_laf_low smaller than the high temperature side target value Tcmd_laf_high (Tcmd_laf_ds (m) = Tcmd_laf_low).

S101では、LNTに流入するNOx量の推定値Gnox_hat(m)及びLNTの担体温度の推定値Tcc_hat(m)を取得し、これら2つの推定値Gnox_hat(m)及びTcc_hat(m)に基づいて、排気燃料噴射量の基準値となる基準排気燃料噴射量Gfuel_ex_bs(m)を決定し、S102に移る。ここで、LNTに流入するNOx量の推定値Gnox_hat(m)は、例えば、エンジン回転数及び負荷パラメータに基づいて所定のマップ(図示せず)を検索することによって算出できる。この他、LNTの上流側にNOxセンサを設け、このNOxセンサの出力に基づいて算出したり、エンジン回転数、及び負荷パラメータ等を入力としたニューラルネットワークの出力に基づいて算出したりしてもよい。   In S101, an estimated value Gnox_hat (m) of the amount of NOx flowing into the LNT and an estimated value Tcc_hat (m) of the carrier temperature of the LNT are acquired, and based on these two estimated values Gnox_hat (m) and Tcc_hat (m), A reference exhaust fuel injection amount Gfuel_ex_bs (m) serving as a reference value for the exhaust fuel injection amount is determined, and the process proceeds to S102. Here, the estimated value Gnox_hat (m) of the NOx amount flowing into the LNT can be calculated by searching a predetermined map (not shown) based on the engine speed and the load parameter, for example. In addition, a NOx sensor may be provided on the upstream side of the LNT, and the calculation may be performed based on the output of the NOx sensor, or may be performed based on the output of the neural network that receives the engine speed, load parameters, and the like. Good.

図23は、基準排気燃料噴射量Gfuel_ex_bsを決定するマップの一例である。図23に示すように、噴射量Gfuel_ex_bsは、LNTに流入するNOx量が多くなるほど大きな値に設定される。また、噴射量Gfuel_ex_bsは、LNTの担体温度が高くなるほど大きな値に設定される。   FIG. 23 is an example of a map for determining the reference exhaust fuel injection amount Gfuel_ex_bs. As shown in FIG. 23, the injection amount Gfuel_ex_bs is set to a larger value as the amount of NOx flowing into the LNT increases. The injection amount Gfuel_ex_bs is set to a larger value as the carrier temperature of the LNT increases.

図22に戻ってS102では、所定のHCスリップフィードバック制御実行条件を満たすか否かを判別する。ここでHCスリップフィードバック制御実行条件の内容について説明する。先ず、図5を参照して説明したように、HCスリップフィードバック制御は、LNTの下流側へ僅かであっても積極的なHCのスリップを伴う。すなわち、HCスリップフィードバック中は、HCのスリップが0となるように定められた噴射量(図5におけるG2)と比較すれば、HCのスリップを伴う分だけ余分に燃料を噴射する必要がある。   Returning to FIG. 22, in S102, it is determined whether or not a predetermined HC slip feedback control execution condition is satisfied. Here, the contents of the HC slip feedback control execution condition will be described. First, as described with reference to FIG. 5, the HC slip feedback control involves a positive HC slip even if it is slightly downstream of the LNT. That is, during the HC slip feedback, it is necessary to inject extra fuel by an amount corresponding to the HC slip as compared with the injection amount (G2 in FIG. 5) determined so that the HC slip becomes zero.

例えばLNTの担体温度が比較的低温の領域(例えば、350〜400℃未満の領域)では、LNTでは噴射した燃料からNOが生成されやすくなっている。NOはNOxの浄化に寄与する中間生成物ではないので、その生成はできるだけ少なくする方が好ましい。したがって、このような低温域では、NOの生成リスクが高くなっているため、HCがスリップするほど余分な燃料を噴射するのは好ましくない。 For example, in a region where the carrier temperature of LNT is relatively low (for example, a region below 350 to 400 ° C.), L 2 tends to generate N 2 O from the injected fuel. Since N 2 O is not an intermediate product that contributes to the purification of NOx, it is preferable to reduce its generation as much as possible. Therefore, in such a low temperature range, since the risk of N 2 O generation is high, it is not preferable to inject extra fuel to the extent that HC slips.

また、LNTの担体温度が比較的高温の領域(例えば、550℃以上の領域)では、噴射した燃料の多くが直接酸化されてしまい、NOxの浄化に寄与する中間生成物の生成効率が低下する。したがって、このような高温域では、LNTに供給した燃料のNOx浄化率の向上に寄与する度合いが小さくなっているため、HCがスリップするほど余分な燃料を噴射するのは好ましくない。   Further, in a region where the carrier temperature of LNT is relatively high (for example, a region of 550 ° C. or higher), most of the injected fuel is directly oxidized, and the production efficiency of intermediate products contributing to NOx purification is reduced. . Therefore, in such a high temperature range, the degree of contribution to the improvement of the NOx purification rate of the fuel supplied to the LNT is small, so it is not preferable to inject extra fuel as HC slips.

以上のように、低温域及び高温域におけるHCスリップフィードバック制御は、燃料の無駄が多い。したがって、これら低温域及び高温域では、HCスリップフィードバック制御を実行することによって排気燃料噴射量をHCスリップが発生するような量(図5中、G4参照)にするよりも、あえてHCスリップが発生しない程度の量(図5中、G2よりもやや少ない量)まで抑制する方が好ましい。以下では、このようにHCスリップが発生しない程度の量まで排気燃料噴射量を意図的に抑制する制御を、HCスリップ抑制モードという。   As described above, the HC slip feedback control in the low temperature region and the high temperature region is wasteful of fuel. Therefore, in these low temperature range and high temperature range, the HC slip is generated rather than making the exhaust fuel injection amount to an amount that generates the HC slip (see G4 in FIG. 5) by executing the HC slip feedback control. It is preferable to suppress the amount to a level that does not occur (a little less than G2 in FIG. 5). Hereinafter, the control for intentionally suppressing the exhaust fuel injection amount to such an amount that HC slip does not occur is referred to as an HC slip suppression mode.

S102におけるHCスリップフィードバック制御実行条件とは、以上のようなHCスリップフィードバック制御を実行するのに好ましい状態であるか否かを判別するための条件である。より具体的には、HCスリップフィードバック制御実行条件とは、例えば、LNTの担体温度の推定値が400〜550℃の範囲内であること、である。S102の判別がYESである場合には、HCスリップフィードバック制御を実行すべく、S103に移る。S102の判別がNOである場合には、HCスリップ抑制モードを実行すべく、S110に移る。   The HC slip feedback control execution condition in S102 is a condition for determining whether or not the HC slip feedback control execution condition is preferable for executing the HC slip feedback control as described above. More specifically, the HC slip feedback control execution condition is, for example, that the estimated value of the carrier temperature of LNT is within a range of 400 to 550 ° C. If the determination in S102 is YES, the process proceeds to S103 to execute HC slip feedback control. If the determination in S102 is NO, the process proceeds to S110 to execute the HC slip suppression mode.

次に、HCスリップフィードバック制御の具体的な手順(S103〜S108)について説明する。HCスリップフィードバック制御中において、最終的な排気燃料噴射量Gfuel_ex(m)は、S101で算出した基準排気燃料噴射量Gfuel_ex_bs(m)に比例する基本項(右辺第1項)と、触媒後LAFセンサの出力値AFact_ds(m)に基づいて算出される補正値DGfuel_ex(m)に比例するフィードバック補正項(右辺第2項)とを合算することによって算出される(下記式(18)、及び後述のS107参照)。また、この基本項は、マップ(図23参照)を用いて算出される基準排気燃料噴射量Gfuel_ex_bs(m)に、後述の適応補正マップに従って算出される適応係数Kff_ex(m)を乗算したもので定義される。

Figure 0005902727
Next, a specific procedure (S103 to S108) of HC slip feedback control will be described. During the HC slip feedback control, the final exhaust fuel injection amount Gfuel_ex (m) is proportional to the reference exhaust fuel injection amount Gfuel_ex_bs (m) calculated in S101, and the post-catalyst LAF sensor. Is calculated by adding the feedback correction term (second term on the right side) proportional to the correction value DGfuel_ex (m) calculated based on the output value AFact_ds (m) of (See S107). This basic term is obtained by multiplying a reference exhaust fuel injection amount Gfuel_ex_bs (m) calculated using a map (see FIG. 23) by an adaptive coefficient Kff_ex (m) calculated according to an adaptive correction map described later. Defined.
Figure 0005902727

HCスリップフィードバック制御は、補正値DGfuel_ex(m)を算出するステップ(S103〜S105)と、適応係数Kff_ex(m)を算出するステップ(S106)と、式(18)によって最終的な排気燃料噴射量Gfuel_ex(m)を決定するステップ(S107)と、排気燃料噴射システムの故障を判定するステップ(S108)と、で構成される。   The HC slip feedback control includes a step of calculating a correction value DGfuel_ex (m) (S103 to S105), a step of calculating an adaptive coefficient Kff_ex (m) (S106), and a final exhaust fuel injection amount by equation (18). It comprises a step of determining Gfuel_ex (m) (S107) and a step of determining a failure of the exhaust fuel injection system (S108).

始めにS103では、S115で設定された噴射周期パラメータNex(m)をタップ数とした移動平均フィルタを用いて、触媒後LAFセンサの出力のフィルタ値AFact_mav_ds(m)と理想排気空燃比AF_exh_id_mav_up(m)とを算出し、HCスリップ量に比例したNOx浄化パラメータP_LNT(m)を算出する(下記式(19)参照)。

Figure 0005902727
First, in S103, the filter value AFact_mav_ds (m) of the post-catalyst LAF sensor output and the ideal exhaust air-fuel ratio AF_exh_id_mav_up (m ) And a NOx purification parameter P_LNT (m) proportional to the HC slip amount is calculated (see the following equation (19)).
Figure 0005902727

S104では、NOx浄化パラメータP_LNT(m)と、その目標値P_LNT_cmd(m)との偏差E_LNT(m)を算出し(下記式(20)参照)、S105に移る。HCスリップフィードバック制御中は、NOx浄化パラメータの目標値P_LNT_cmd(m)に比例した量のHCがLNTの下流側へ定常的にスリップする。また、図1に示す排気浄化システムでは、LNTからスリップしたHCは、その下流側に設けられたCSFに設けられた酸化触媒よって酸化処理される。したがって、この目標値P_LNT_cmd(m)は、0よりも僅かに大きな値、又はHC酸化触媒としてのCSFのHC酸化処理能力に応じて設定される上限値より小さな値に設定される。またこの目標値P_LNT_cmd(m)は、上述のような制限の下で、例えばエンジン回転数、負荷パラメータ、排気ボリューム、エンジンから排出されるNOx量、及びLNTの担体温度等に応じて可変させてもよい。

Figure 0005902727
In S104, a deviation E_LNT (m) between the NOx purification parameter P_LNT (m) and the target value P_LNT_cmd (m) is calculated (see the following equation (20)), and the process proceeds to S105. During the HC slip feedback control, an amount of HC proportional to the target value P_LNT_cmd (m) of the NOx purification parameter slips steadily to the downstream side of the LNT. In the exhaust purification system shown in FIG. 1, HC slipped from the LNT is oxidized by an oxidation catalyst provided in a CSF provided downstream thereof. Therefore, the target value P_LNT_cmd (m) is set to a value slightly larger than 0 or a value smaller than the upper limit value set according to the HC oxidation treatment capability of the CSF as the HC oxidation catalyst. Also, this target value P_LNT_cmd (m) can be varied according to the engine speed, load parameters, exhaust volume, NOx amount discharged from the engine, carrier temperature of LNT, etc. Also good.
Figure 0005902727

S105では、偏差E_LNT(m)が”0”になるように既知のフィードバックアルゴリズムを利用して排気燃料噴射量の補正値DGfuel_ex(m)を算出する。S105における演算の一例として、下記式(21−1)及び(21−2)には、スライディングモードアルゴリズムを利用して補正値DGfuel_exを決定する場合の演算式を示す。下記式(21−1)において、”Pole_LNT”は、切換関数設定パラメータであり、-1より大きく0より小さな値(例えば、-0.85)に設定される。また、式(21−2)において2つのフィードバックゲイン”Krch_LNT”及び”Kadp_LNT”は、負の値に設定される。

Figure 0005902727
In S105, the correction value DGfuel_ex (m) of the exhaust fuel injection amount is calculated using a known feedback algorithm so that the deviation E_LNT (m) becomes “0”. As an example of the calculation in S105, the following formulas (21-1) and (21-2) show calculation formulas when the correction value DGfuel_ex is determined using the sliding mode algorithm. In the following formula (21-1), “Pole_LNT” is a switching function setting parameter, and is set to a value larger than −1 and smaller than 0 (for example, −0.85). In the equation (21-2), the two feedback gains “Krch_LNT” and “Kadp_LNT” are set to negative values.
Figure 0005902727

S106では、HCスリップフィードバック制御時用の適応係数算出処理を実行し、S107に移る。後に図26を参照して説明するように、この適応係数算出処理では、後述の適応補正マップによって適応係数Kff_ex(m)を算出するとともに、式(18)のフィードバック補正項が0になるように当該適応補正マップを学習する。S107では、基準排気燃料噴射量Gfuel_ex_bs(m)に適応係数Kff_ex(m)を乗算することによって算出される基本項と、補正値DGfuel_ex(m)とを合算することによって、排気燃料噴射量Gfuel_ex(m)を算出し(上記式(18)参照)、S108に移る。S108では、後に図29を参照して説明する排気燃料噴射システムの故障判定処理を実行し、S109に移る。S109では、排気燃料噴射浄化運転中であることを明示すべくフラグF_ExINJ_mode(m)=1とし、この処理を終了する。   In S106, an adaptive coefficient calculation process for HC slip feedback control is executed, and the process proceeds to S107. As will be described later with reference to FIG. 26, in this adaptive coefficient calculation process, an adaptive coefficient Kff_ex (m) is calculated using an adaptive correction map, which will be described later, and the feedback correction term in equation (18) becomes zero. The adaptive correction map is learned. In S107, the exhaust gas injection amount Gfuel_ex () is obtained by adding the basic term calculated by multiplying the reference exhaust fuel injection amount Gfuel_ex_bs (m) by the adaptation coefficient Kff_ex (m) and the correction value DGfuel_ex (m). m) is calculated (see the above equation (18)), and the process proceeds to S108. In S108, the failure determination process of the exhaust fuel injection system which will be described later with reference to FIG. 29 is executed, and the process proceeds to S109. In S109, the flag F_ExINJ_mode (m) = 1 is set to clearly indicate that the exhaust fuel injection purification operation is being performed, and this process is terminated.

次に、HCスリップ抑制制御の具体的な手順(S110〜S111)について説明する。HCスリップ抑制制御の目的は、燃料の無駄な消費をできるだけ避けるため、排気燃料噴射量をHCスリップが発生しない程度まで抑制することである。しかしながら排気燃料噴射量を過剰に抑制すると、NOx浄化率も大幅に低下してしまう。したがって、HCスリップ抑制制御における排気燃料噴射量の目標は、図5でいえば、G2よりやや少ない量である。しかしながら、HCスリップが発生しない領域ではNOx浄化パラメータP_LNTは、一律で0となる。このため、上述のHCスリップフィードバック制御と同様にして、浄化パラメータP_LNTに基づいて、排気燃料噴射量を上述のような目標に制御することはできない。   Next, a specific procedure (S110 to S111) of the HC slip suppression control will be described. The purpose of the HC slip suppression control is to suppress the exhaust fuel injection amount to such an extent that HC slip does not occur in order to avoid unnecessary fuel consumption. However, if the exhaust fuel injection amount is suppressed excessively, the NOx purification rate is also greatly reduced. Therefore, the target of the exhaust fuel injection amount in the HC slip suppression control is slightly smaller than G2 in FIG. However, in the region where no HC slip occurs, the NOx purification parameter P_LNT is uniformly zero. For this reason, the exhaust fuel injection amount cannot be controlled to the target as described above based on the purification parameter P_LNT in the same manner as the HC slip feedback control described above.

一方、HCスリップフィードバック制御中は、S106に示す処理によって、式(18)の右辺第2項のフィードバック補正項が0になるように、基本項の適応係数Kff_exの算出アルゴリズムを学習する。このため、HCスリップフィードバック制御を繰り返し実行すれば、浄化パラメータP_LNTやフィードバック補正項の演算を経ることなく、HCスリップフィードバック制御時と同等の排気燃料噴射量(例えば、図5中、G4に相当)を、基本項のみによって再現できる。浄化パラメータP_LNTを用いることができないHCスリップ抑制制御中は、このように学習を経た基本項によって算出される排気燃料噴射量に、1より小さな減量係数を乗算することによって、HCスリップフィードバック制御時よりも適度に抑制された排気燃料噴射量(例えば、図5中、G2よりもやや少ない量)を算出する。   On the other hand, during the HC slip feedback control, the calculation algorithm of the adaptive coefficient Kff_ex of the basic term is learned so that the feedback correction term of the second term on the right side of Expression (18) becomes 0 by the process shown in S106. Therefore, if the HC slip feedback control is repeatedly executed, the exhaust fuel injection amount equivalent to that at the time of the HC slip feedback control (for example, corresponding to G4 in FIG. 5) is not obtained without performing the calculation of the purification parameter P_LNT and the feedback correction term. Can be reproduced only by the fundamental terms. During the HC slip suppression control in which the purification parameter P_LNT cannot be used, the exhaust fuel injection amount calculated by the basic term that has been learned in this way is multiplied by a reduction coefficient smaller than 1 so that the HC slip feedback control is performed. Also, an exhaust fuel injection amount that is moderately suppressed (for example, an amount slightly smaller than G2 in FIG. 5) is calculated.

S110では、後に図28を参照して説明するHCスリップ抑制制御時用の適応係数算出処理を実行することによって、適応係数Kff_ex(m)を算出し、S111に移る。S111では、下記式(22)に示すように、減量係数を0.9として、この減量係数を式(18)の基本項に乗算することによって、排気燃料噴射量Gfuel_ex(m)を算出し、S109に移る。S109では、排気燃料噴射浄化運転中であることを明示すべく、フラグF_ExINJ_mode(m)=1とし、この処理を終了する。

Figure 0005902727
In S110, an adaptive coefficient Kff_ex (m) is calculated by executing an adaptive coefficient calculation process for HC slip suppression control described later with reference to FIG. 28, and the process proceeds to S111. In S111, an exhaust fuel injection amount Gfuel_ex (m) is calculated by multiplying the basic term of the equation (18) by setting the reduction factor to 0.9 as shown in the following equation (22), The process moves to S109. In S109, the flag F_ExINJ_mode (m) = 1 is set to clearly indicate that the exhaust fuel injection purification operation is being performed, and this process is terminated.
Figure 0005902727

図24は、間欠噴射パラメータ設定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図24に示す処理は、図21のメイン処理のサブルーチンとして制御周期ΔTexで実行される。   FIG. 24 is a flowchart showing a specific procedure of the intermittent injection parameter setting process. The process shown in FIG. 24 is executed in the control cycle ΔTex as a subroutine of the main process in FIG.

S151では、LNTのHC酸化能力を示す酸化能力パラメータを取得し、S152に移る。この酸化能力パラメータとしては、例えば、LNTの担体温度の推定値Tcc_hat(m)及び負荷パラメータ(例えば、BMEP。その他、要求トルク、燃料噴射量、エンジントルク推定値、及び排気ボリュームなどのエンジンの負荷に比例して大きくなるパラメータが用いられる)の組み合わせが用いられるが、本発明はこれに限らない。LNTのHC酸化能力は、温度及び負荷パラメータの組み合わせによって特定されるLNTの環境の他、LNTの劣化度合いや個体ばらつき等によっても変化する。したがって、この酸化能力パラメータは、このような劣化度合いや個体ばらつき等も考慮して数値化したものを用いてもよい。   In S151, an oxidation capability parameter indicating the HC oxidation capability of LNT is acquired, and the process proceeds to S152. As the oxidation capacity parameter, for example, an estimated value Tcc_hat (m) of an LNT carrier temperature and a load parameter (for example, BMEP. Other engine loads such as required torque, fuel injection amount, estimated engine torque, and exhaust volume) Is used), but the present invention is not limited to this. The HC oxidation capacity of LNT varies depending on the LNT environment specified by the combination of temperature and load parameters, as well as the degree of LNT degradation, individual variations, and the like. Therefore, the oxidation ability parameter may be a numerical value taking into account such a degree of deterioration and individual variation.

S152では、S151で取得した酸化能力パラメータを入力として、マップ検索等の既知の方法によって1より大きな整数である噴射周期パラメータNex(m)を算出し、S153に移る。   In S152, using the oxidation capacity parameter acquired in S151 as an input, an injection cycle parameter Nex (m) that is an integer greater than 1 is calculated by a known method such as map search, and the process proceeds to S153.

図25は、噴射周期パラメータNexを決定するマップの一例である。間欠噴射によって供給された燃料が、NOxの浄化に寄与せずにLNTにおいて直接酸化しないようにするためには、LNTの酸化能力が高くなるほど噴射周期を長くし、一周期中に噴射される燃料の量を多くする方が好ましい。従って噴射周期パラメータNexは、LNTのHC酸化能力が高くなるほど大きな値に設定される。また、上述のように噴射周期パラメータNexは、1より大きな整数である。従って、噴射周期パラメータNexは、図25に示すようにLNTの酸化能力に応じてステップ状に変化させることが好ましい。   FIG. 25 is an example of a map for determining the injection cycle parameter Nex. In order to prevent the fuel supplied by intermittent injection from being directly oxidized in the LNT without contributing to the purification of NOx, the fuel is injected during one cycle by increasing the injection period as the oxidizing ability of the LNT increases. It is preferable to increase the amount. Therefore, the injection cycle parameter Nex is set to a larger value as the HC oxidation capability of LNT increases. Further, as described above, the injection cycle parameter Nex is an integer larger than 1. Therefore, it is preferable to change the injection cycle parameter Nex in a step shape according to the oxidation ability of the LNT as shown in FIG.

図24に戻って、S153では、制御周期ΔTexに整数である噴射周期パラメータNex(m)を乗じたものを間欠噴射の噴射周期Tfuel_ex(m)として算出し(下記式(23)参照)、この処理を終了する。

Figure 0005902727
Returning to FIG. 24, in S153, the control cycle ΔTex multiplied by an integer injection cycle parameter Nex (m) is calculated as the injection cycle Tfuel_ex (m) of intermittent injection (see the following equation (23)). The process ends.
Figure 0005902727

図26は、HCスリップフィードバック制御時用の適応係数算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図26に示す処理は、図22のメイン処理のサブルーチンとして、HCスリップフィードバック制御の実行中に制御周期ΔTexで実行される。   FIG. 26 is a flowchart showing a specific procedure of adaptive coefficient calculation processing for HC slip feedback control. The process shown in FIG. 26 is executed at the control cycle ΔTex during the execution of the HC slip feedback control as a subroutine of the main process of FIG.

図26を参照して適応係数算出処理の具体的な手順を説明する前に、適応係数Kff_exを算出する算出アルゴリズムと、当該算出アルゴリズムの学習手順の内容を説明する。適応係数算出処理では、下記式(24)に示すように、LNTに流入するNOx量の推定値Gnox_hat(m)及びLNTの担体温度の推定値Tcc_hat(m)を入力として、適応補正マップ(後述の式(25)等)によって算出されるマップ値M_tcc_nox(m)と、適応係数Kff_exの初期値である”1”と、を合算することによって、適応係数Kff_ex(m)を算出する。

Figure 0005902727
Before describing the specific procedure of the adaptive coefficient calculation process with reference to FIG. 26, the calculation algorithm for calculating the adaptive coefficient Kff_ex and the contents of the learning procedure of the calculation algorithm will be described. In the adaptive coefficient calculation process, as shown in the following equation (24), an estimated value Gnox_hat (m) of the NOx amount flowing into the LNT and an estimated value Tcc_hat (m) of the carrier temperature of the LNT are input, and an adaptive correction map (described later) The adaptive coefficient Kff_ex (m) is calculated by adding the map value M_tcc_nox (m) calculated by the equation (25) and the like and the initial value “1” of the adaptive coefficient Kff_ex.
Figure 0005902727

下記式(25)は、適応補正マップの具体的な構成を示す式、すなわちマップ値M_tcc_nox(m)の具体的な演算式である。下記式(25)において、値Wex_nox_i(m)(i=1,2,3)は、NOx量の推定値Gnox_hat(m)を入力として、図27の上段に示すような重み関数マップによって算出される3種類のNOx量用重み関数の値である。値Wex_tlnt_j(m)(j=1,2,3)は、担体温度の推定値Tcc_hat(m)を入力として、図27の下段に示すような重み関数マップによって算出される3種類のLNT温度用重み関数の値である。また、9つの係数Dkff_ij(m)(i又はj=1,2,3)は、9種類の重み関数の組み合わせに付随して定められる領域適応更新値である。これら9つの領域適応更新値Dkff_ij(m)は、重み関数の組み合わせの寄与度、換言すれば当該重み関数の組み合わせの高さを指定する値である。すなわち、領域適応更新値Dkff_ij(m)の値を変化させることは、直感的には、マップ値M_tcc_nox(m)を算出するための適応補正マップの形状を変化させることに相当する。図26の適応係数算出処理では、式(18)のフィードバック補正項(DGfuel_ex(m))の絶対値が小さくなるように領域適応更新値Dkff_ij(m)を変化させる。

Figure 0005902727
The following formula (25) is a formula showing a specific configuration of the adaptive correction map, that is, a specific calculation formula of the map value M_tcc_nox (m). In the following equation (25), the value Wex_nox_i (m) (i = 1, 2, 3) is calculated by a weight function map as shown in the upper part of FIG. 27 with the estimated NOx amount Gnox_hat (m) as an input. Are the three types of NOx amount weight function values. The values Wex_tlnt_j (m) (j = 1, 2, 3) are input for the three types of LNT temperatures calculated by the weight function map as shown in the lower part of FIG. 27 with the estimated carrier temperature value Tcc_hat (m) as an input. The value of the weight function. Nine coefficients Dkff_ij (m) (i or j = 1, 2, 3) are region adaptive update values that are determined in association with combinations of nine types of weight functions. These nine area adaptive update values Dkff_ij (m) are values that specify the contribution of the combination of weight functions, in other words, the height of the combination of the weight functions. That is, changing the value of the region adaptive update value Dkff_ij (m) intuitively corresponds to changing the shape of the adaptive correction map for calculating the map value M_tcc_nox (m). In the adaptive coefficient calculation process of FIG. 26, the region adaptive update value Dkff_ij (m) is changed so that the absolute value of the feedback correction term (DGfuel_ex (m)) in Expression (18) becomes small.
Figure 0005902727

なお、3つの重み関数Wex_nox_1〜Wex_nox_3は、NOx量の推定値Gnox_hatに対して定義され、3つの重み関数Wex_tlnt_1〜Wex_tlnt_3は、担体温度の推定値Tcc_hatに対して定義される。またこれら重み関数は、図27に示すように全重み関数値の総和がどのような温度又はNOx量に対しても1になるように正規化される。   The three weight functions Wex_nox_1 to Wex_nox_3 are defined for the NOx amount estimated value Gnox_hat, and the three weight functions Wex_tlnt_1 to Wex_tlnt_3 are defined for the carrier temperature estimated value Tcc_hat. These weight functions are normalized so that the total sum of all weight function values becomes 1 for any temperature or NOx amount as shown in FIG.

図26に戻って、S121では、NOx量の推定値Gnox_hat(m)及び担体温度の推定値Tcc_hat(m)を取得し、これら推定値に基づいて図27に示すようなマップを検索することによって、3つのNOx量用重み関数値Wex_nox_i(m)及び3つのLNT温度用重み関数値Wex_tlnt_j(m)を算出し、S122に移る。   Returning to FIG. 26, in S121, the estimated value Gnox_hat (m) of the NOx amount and the estimated value Tcc_hat (m) of the carrier temperature are obtained, and a map as shown in FIG. 27 is searched based on these estimated values. Three NOx amount weight function values Wex_nox_i (m) and three LNT temperature weight function values Wex_tlnt_j (m) are calculated, and the process proceeds to S122.

S122では、図22のS105で算出された補正値DGfuel_ex(m)に”-1”を乗算することにより適応誤差信号Eadp_ex(m)を算出し(下記式(26−1)参照)、S123に移る。S123では、下記式(26−2)に従って9つの重み付適応誤差信号WEadp_ex_ij(m)(i又はj=1,2,3)を算出し、S124に移る。S124では、各重み付適応誤差信号WEadp_ex_ij(m)に負のゲインKadp_ffを乗じたものを積分することによって、各領域適応更新値Dkff_ij(m)を算出し(下記式(26−3)参照)、S125に移る。すなわち、以上のS121〜S124の処理によって、補正値DGfuel_ex(m)の絶対値が小さくなるように領域適応更新値Dkff_ij(m)が算出される。したがって、S121〜S124の処理が適応補正マップを補正する基本項補正手段を構成する。S125では、以上のようにして算出された複数の重み関数値及び領域適応更新値を式(25)の適応補正マップに入力することによってマップ値M_tcc_nox(m)を算出し、さらに式(24)によって適応係数Kff_ex(m)を算出し、図22のS107に戻る。

Figure 0005902727
In S122, the adaptive error signal Eadp_ex (m) is calculated by multiplying the correction value DGfuel_ex (m) calculated in S105 of FIG. 22 by “−1” (see the following equation (26-1)), and in S123 Move. In S123, nine weighted adaptive error signals WEadp_ex_ij (m) (i or j = 1, 2, 3) are calculated according to the following equation (26-2), and the process proceeds to S124. In S124, each region adaptive update value Dkff_ij (m) is calculated by integrating each weighted adaptive error signal WEadp_ex_ij (m) multiplied by a negative gain Kadp_ff (see the following equation (26-3)). To S125. In other words, the region adaptive update value Dkff_ij (m) is calculated so that the absolute value of the correction value DGfuel_ex (m) is reduced by the processing of S121 to S124 described above. Therefore, the processing of S121 to S124 constitutes a basic term correction means for correcting the adaptive correction map. In S125, the map value M_tcc_nox (m) is calculated by inputting the plurality of weight function values and region adaptive update values calculated as described above to the adaptive correction map of Expression (25), and further, Expression (24) To calculate the adaptive coefficient Kff_ex (m), and the process returns to S107 in FIG.
Figure 0005902727

図28は、HCスリップ抑制制御時用の適応係数算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図28に示す処理は、図22のメイン処理のサブルーチンとして、HCスリップ抑制制御中に制御周期ΔTexで実行される。   FIG. 28 is a flowchart showing a specific procedure of adaptive coefficient calculation processing for HC slip suppression control. The process shown in FIG. 28 is executed at the control cycle ΔTex during the HC slip suppression control as a subroutine of the main process of FIG.

S131では、NOx量の推定値Gnox_hat(m)及び担体温度の推定値Tcc_hat(m)を取得し、これら推定値に基づいて図27に示すようなマップを検索することによって、各NOx量用重み関数値Wex_nox_i(m)及び各LNT温度用重み関数値Wex_tlnt_j(m)を算出し、S132に移る。S132では、以上のようにして算出された複数の重み関数値と、HCスリップフィードバック制御中に式(26−1)〜(26−3)の学習処理によって算出された領域適応更新値Dkff_ij(m)を用いて、上記式(24)及び(25)に従って適応係数Kff_ex(m)を算出し、図22のS109に戻る。   In S131, the estimated value Gnox_hat (m) of the NOx amount and the estimated value Tcc_hat (m) of the carrier temperature are obtained, and by searching a map as shown in FIG. 27 based on these estimated values, the weight for each NOx amount is obtained. The function value Wex_nox_i (m) and each LNT temperature weight function value Wex_tlnt_j (m) are calculated, and the process proceeds to S132. In S132, the plurality of weight function values calculated as described above and the region adaptive update value Dkff_ij (m calculated by the learning processing of Expressions (26-1) to (26-3) during the HC slip feedback control. ), The adaptive coefficient Kff_ex (m) is calculated according to the above equations (24) and (25), and the process returns to S109 of FIG.

図29は、排気燃料噴射システムの故障判定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図29に示す処理は、図22のメイン処理のサブルーチンとして、HCスリップフィードバック制御中に制御周期ΔTexで実行される。この故障判定処理では、HCスリップフィードバック制御中に算出される補正値DGfuel_ex(m)及び領域適応更新値Dkff_ij(m)と各々に対して設定された閾値との比較によって、排気燃料噴射システムが故障しているか否かを判定する。   FIG. 29 is a flowchart showing a specific procedure of the failure determination process of the exhaust fuel injection system. The process shown in FIG. 29 is executed in the control cycle ΔTex during the HC slip feedback control as a subroutine of the main process in FIG. In this failure determination process, the exhaust fuel injection system fails by comparing the correction value DGfuel_ex (m) and the region adaptive update value Dkff_ij (m) calculated during the HC slip feedback control with the threshold values set for each. It is determined whether or not.

S141では、補正値DGfuel_ex(m)が所定の下限故障閾値DG_Low_NGより小さいか否かを判別する。S141の判別がNOである場合にはS142に移る。S142では、9つの領域適応更新値Dkff_ij(m)のうち何れかが所定の下限故障閾値DKFF_Low_NGより小さいか否かを判別する。S142の判別がNOである場合にはS145に移る。また、S141及びS142の何れかの判別がYESである場合には、排気燃料噴射システムは故障したと判断し、S143に移り、故障フラグF_ExINJ_NG(m)=1とし、さらに図示しない警告灯を点灯し(S144)、図22のS109に移る。   In S141, it is determined whether or not the correction value DGfuel_ex (m) is smaller than a predetermined lower limit failure threshold DG_Low_NG. If the determination in S141 is no, the process proceeds to S142. In S142, it is determined whether any of the nine area adaptive update values Dkff_ij (m) is smaller than a predetermined lower limit failure threshold DKFF_Low_NG. If the determination in S142 is no, the process moves to S145. If the determination in either S141 or S142 is YES, it is determined that the exhaust fuel injection system has failed, the process proceeds to S143, the failure flag F_ExINJ_NG (m) = 1 is set, and a warning lamp (not shown) is turned on. Then (S144), the process proceeds to S109 in FIG.

ここで、S141及びS142の処理によって排気燃料噴射システムの故障を判定できる理由を説明する。HCスリップフィードバック制御中の排気燃料噴射量は、HCスリップが発生するように定められる。S141の判別で用いる補正値DGfuel_ex(m)が小さくなるほど、最終的な排気燃料噴射量Gfuel_ex(m)は小さな値に補正される(式(18)参照)。また、S142の判別で用いる領域適応更新値Dkff_ij(m)が小さくなるほど、適応係数Kff_ex(m)は小さくなり(式(24)、(25)参照)、最終的な排気燃料噴射量Gfuel_ex(m)は小さな値に補正される(式(18)参照)。したがって、これら補正値又は領域適応更新値が各々の閾値より小さくなった状態とは、HCスリップを発生させるために必要な排気燃料噴射量が正常時よりも少なくなった状態であるといえる。   Here, the reason why a failure of the exhaust fuel injection system can be determined by the processing of S141 and S142 will be described. The exhaust fuel injection amount during HC slip feedback control is determined so that HC slip occurs. As the correction value DGfuel_ex (m) used in the determination in S141 becomes smaller, the final exhaust fuel injection amount Gfuel_ex (m) is corrected to a smaller value (see Expression (18)). Further, as the region adaptive update value Dkff_ij (m) used in the determination in S142 becomes smaller, the adaptation coefficient Kff_ex (m) becomes smaller (see equations (24) and (25)), and the final exhaust fuel injection amount Gfuel_ex (m ) Is corrected to a small value (see equation (18)). Therefore, it can be said that the state in which the correction value or the region adaptive update value is smaller than the respective threshold values is a state in which the amount of exhaust fuel injection necessary for generating the HC slip is smaller than that in the normal state.

S141又はS142の判別によれば、LNTの酸化能力が正常時よりも低下する故障を特定することができる。LNTの酸化能力が低下すると、中間生成物が生成されにくくなってしまい、排気燃料インジェクタから供給した燃料の多くがLNT上での中間生成物の生成に寄与せず、HCとして下流側に排出されるからである。また、S141又はS142の判別がYESである場合は、中間生成物の生成量が本来の量よりも少ないので、NOx浄化率も本来よりも低下している。なお、このようなLNTの酸化能力の低下は、例えばLNTの劣化によって生じ得る。   According to the determination in S141 or S142, it is possible to specify a failure in which the oxidation ability of LNT is lower than that in the normal state. When the oxidation capacity of LNT decreases, intermediate products are less likely to be produced, and much of the fuel supplied from the exhaust fuel injector does not contribute to the production of intermediate products on the LNT and is discharged downstream as HC. This is because that. Further, when the determination in S141 or S142 is YES, the amount of intermediate product produced is smaller than the original amount, and therefore the NOx purification rate is also lowered than the original. Such a decrease in the oxidation ability of LNT can be caused by, for example, deterioration of LNT.

S145では、補正値DGfuel_ex(m)が所定の上限故障閾値DG_High_NGより大きいか否かを判別する。S145の判別がNOである場合にはS146に移る。S146では、9つの領域適応更新値Dkff_ij(m)のうち何れかが所定の上限故障閾値DKFF_Low_NGより大きいか否かを判別する。S146の判別がYESである場合には、排気燃料噴射システムは正常であると判断し、故障フラグF_ExINJ_NG(m)=0とし(S147)、図22のS109に移る。またS145及びS146のうちの何れかの判別がYESである場合には、排気燃料噴射システムは故障したと判断し、故障フラグF_ExINJ_NG(m)=1とし(S143)、さらに警告灯を点灯し(S144)、図22のS109に移る。これら補正値又は領域適応更新値が各々の閾値より大きくなった状態とは、上述のS141及びS142の場合とは逆に、HCスリップを発生させるために必要な排気燃料噴射量が正常時よりも多くなった状態であるといえる。   In S145, it is determined whether or not the correction value DGfuel_ex (m) is greater than a predetermined upper limit failure threshold DG_High_NG. If the determination in S145 is no, the process moves to S146. In S146, it is determined whether any of the nine area adaptive update values Dkff_ij (m) is larger than a predetermined upper limit failure threshold DKFF_Low_NG. If the determination in S146 is YES, it is determined that the exhaust fuel injection system is normal, the failure flag F_ExINJ_NG (m) = 0 is set (S147), and the process proceeds to S109 in FIG. If the determination in any one of S145 and S146 is YES, it is determined that the exhaust fuel injection system has failed, the failure flag F_ExINJ_NG (m) = 1 is set (S143), and a warning lamp is lit ( S144), the process proceeds to S109 in FIG. The state in which the correction value or the region adaptive update value is larger than the respective threshold values is contrary to the above-described cases of S141 and S142, and the exhaust fuel injection amount necessary for generating the HC slip is more than normal. It can be said that the situation has increased.

S145又はS146の判別によれば、LNTの酸化能力が正常時よりも上昇する故障を特定することができる。LNTの酸化能力が高くなると、排気燃料インジェクタから供給した燃料の多くは、LNT上で中間生成物の生成に寄与することなく、直接酸化してしまうからである。また、S145又はS146の判別がYESである場合も、中間生成物の生成量が本来よりも少ないので、NOx浄化率も本来よりも低下している。なお、このようなLNTの酸化能力の上昇は、燃料に金属系(例えば、Pt)の添加剤が加えられた場合や、排気燃料インジェクタから噴射される燃料の粒径が、正常な状態よりも小さくなった場合等に生じ得る。   According to the determination in S145 or S146, it is possible to identify a failure in which the oxidation ability of LNT is higher than that in the normal state. This is because when the oxidation capacity of the LNT increases, most of the fuel supplied from the exhaust fuel injector is directly oxidized on the LNT without contributing to the generation of intermediate products. In addition, when the determination in S145 or S146 is YES, the amount of intermediate product produced is smaller than the original amount, so the NOx purification rate is also lower than the original. Such an increase in the oxidation capacity of LNT is caused when a metal-based (for example, Pt) additive is added to the fuel or when the particle size of the fuel injected from the exhaust fuel injector is smaller than normal. It can occur when it becomes smaller.

図30は、図21及び22の処理によって設定された排気燃料噴射量Gfuel_ex及び噴射周期Tfuel_exの下で行う間欠噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図31は、図30のフローチャートによって実現される間欠噴射制御の具体例を示すタイムチャートである。図30に示す処理は、排気燃料噴射浄化運転モードフラグF_ExINJ_modeが”1”であり排気燃料インジェクタからの燃料の間欠噴射が要求されている時に、制御周期ΔTexよりも十分に短い周期ΔTinj(例えば、数μ秒〜数十μ秒)で実行される。なお以下では、周期ΔTinjで更新又はサンプリングされる値については、括弧書きで符号”j”を付す。   FIG. 30 is a flowchart showing a specific procedure of intermittent injection control performed under the exhaust fuel injection amount Gfuel_ex and the injection cycle Tfuel_ex set by the processing of FIGS. 21 and 22. FIG. 31 is a time chart showing a specific example of intermittent injection control realized by the flowchart of FIG. 30. In the process shown in FIG. 30, when the exhaust fuel injection purification operation mode flag F_ExINJ_mode is “1” and the intermittent injection of fuel from the exhaust fuel injector is requested, the cycle ΔTinj (for example, sufficiently shorter than the control cycle ΔTex) (Several microseconds to several tens of microseconds). In the following description, a value updated or sampled with a period ΔTinj is denoted by “j” in parentheses.

S161では、図24の処理によって周期ΔTexで更新される噴射周期をオーバーサンプリングし(Tfuel_ex(m)→Tfuel_ex(j))、噴射制御タイマTM_INJ(j)は噴射周期Tfuel_ex(j)より大きいか否かを判別する。この噴射制御タイマTM_INJ(j)は、制御周期ΔTinj毎に経過した時間が加算され(後述のS168参照)、噴射周期Tfuel_ex(j)毎にリセットされる(後述のS162参照)。S161の判別がYESである場合には、噴射制御タイマTM_INJ(j)を”0”にリセットした後(S162)、S163に移る。S161の判別がNOである場合には、タイマをリセットせずにS163に移る。   In S161, the injection cycle updated at the cycle ΔTex by the process of FIG. 24 is oversampled (Tfuel_ex (m) → Tfuel_ex (j)), and whether the injection control timer TM_INJ (j) is larger than the injection cycle Tfuel_ex (j). Is determined. The injection control timer TM_INJ (j) is incremented by the time elapsed every control cycle ΔTinj (see S168 described later), and reset every injection cycle Tfuel_ex (j) (refer to S162 described later). If the determination in S161 is YES, the injection control timer TM_INJ (j) is reset to “0” (S162), and then the process proceeds to S163. If the determination in S161 is NO, the process proceeds to S163 without resetting the timer.

S163では、図22の処理によって周期ΔTexで更新される排気燃料噴射量をオーバーサンプリングし(Gfuel_ex(m)→Gfuel_ex(j))、この単位時間当たりの噴射量Gfuel_ex(j)を、一噴射周期の間に排気燃料インジェクタで燃料噴射を実行する時間(すなわち、開弁時間)に相当する排気燃料噴射時間Tfuel_inj(j)に換算し、S164に移る。この噴射量から時間への換算は、例えば、下記式(27)によって実現される。下記式において、Ginjは、周期ΔTinjの間に排気燃料インジェクタから噴射される燃料量に相当する。

Figure 0005902727
In S163, the exhaust fuel injection amount updated at the period ΔTex by the process of FIG. 22 is oversampled (Gfuel_ex (m) → Gfuel_ex (j)), and the injection amount Gfuel_ex (j) per unit time is calculated as one injection cycle. In the meantime, it is converted into the exhaust fuel injection time Tfuel_inj (j) corresponding to the time for which fuel injection is performed by the exhaust fuel injector (that is, the valve opening time), and the process proceeds to S164. The conversion from the injection amount to time is realized by the following equation (27), for example. In the following equation, Ginj corresponds to the amount of fuel injected from the exhaust fuel injector during the period ΔTinj.
Figure 0005902727

S164及びS165では、噴射制御タイマTM_INJ(j)が、所定の噴射可能期間Tfuel_max(j)及び噴射時間Tfuel_inj(j)の何れかを超えたか否かを判別する。この噴射可能期間Tfuel_max(j)は、図31に示すように確実に間欠噴射が実行されるように定められる噴射制御タイマTM_INJ(j)に対する上限であり、噴射周期Tfuel_ex(j)より小さな値(例えば、Tfuel_max(j)=Tfuel_ex(j)/2)に設定される。   In S164 and S165, it is determined whether or not the injection control timer TM_INJ (j) has exceeded one of a predetermined injectable period Tfuel_max (j) and injection time Tfuel_inj (j). This injectable period Tfuel_max (j) is an upper limit for the injection control timer TM_INJ (j) that is determined so that intermittent injection is reliably performed as shown in FIG. 31, and is a value smaller than the injection cycle Tfuel_ex (j) ( For example, Tfuel_max (j) = Tfuel_ex (j) / 2) is set.

S164及びS165の判別の両方がNOである場合には、排気燃料噴射を実行(排気燃料インジェクタを開弁駆動)し(S166参照)、S168に移る。S164及びS165の判別の何れかがYESである場合には、排気燃料噴射を停止(排気燃料インジェクタを閉弁駆動)し(S167参照)、S168に移る。S168では、噴射制御タイマTM_INJ(j)を更新し(TM_INJ(j)←TM_INJ(j)+ΔTinj)、この処理を終了する。   If both S164 and S165 are NO, exhaust fuel injection is executed (exhaust fuel injector is opened) (see S166), and the process proceeds to S168. If either of the determinations at S164 and S165 is YES, the exhaust fuel injection is stopped (the exhaust fuel injector is driven to close the valve) (see S167), and the process proceeds to S168. In S168, the injection control timer TM_INJ (j) is updated (TM_INJ (j) ← TM_INJ (j) + ΔTinj), and this process ends.

なお、S164の判別がYESである場合、実質的な噴射時間Tfuel_inj(j)は、噴射可能期間Tfuel_max(j)に制限されてしまうため、実際に排気燃料インジェクタから単位時間当たりに噴射される燃料量は、図22の処理で定めた量から所定量ΔGだけ減少する(Gfuel_ex→Gfuel_ex-ΔG)。したがってこの点を考慮して、S164の判別がYESとなった場合には、例えば、図22の処理において式(4−2)又は(5−1)によって算出される理想排気空燃比AF_ex_id_upは、それぞれ下記式(28−1)又は(28−2)で置き換えてもよい。

Figure 0005902727
Note that if the determination in S164 is YES, the actual injection time Tfuel_inj (j) is limited to the injectable period Tfuel_max (j), and therefore the fuel that is actually injected from the exhaust fuel injector per unit time. The amount decreases by a predetermined amount ΔG from the amount determined in the process of FIG. 22 (Gfuel_ex → Gfuel_ex−ΔG). Therefore, in consideration of this point, when the determination in S164 is YES, for example, the ideal exhaust air-fuel ratio AF_ex_id_up calculated by the equation (4-2) or (5-1) in the processing of FIG. Each may be replaced by the following formula (28-1) or (28-2).
Figure 0005902727

次に、本発明の第2実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図32は、本実施形態に係るエンジン1及びその排気浄化システム2Bの構成を示す図である。図32の排気浄化システム2Bは、図1に示す第1実施形態の排気浄化システム2と、触媒前LAFセンサ51Bを設ける位置と、筒内燃料噴射制御及び排気燃料噴射制御を実行するECU3Bの構成が異なる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 32 is a diagram showing a configuration of the engine 1 and its exhaust purification system 2B according to the present embodiment. The exhaust purification system 2B of FIG. 32 includes the exhaust purification system 2 of the first embodiment shown in FIG. 1, the position where the pre-catalyst LAF sensor 51B is provided, and the configuration of the ECU 3B that performs in-cylinder fuel injection control and exhaust fuel injection control Is different.

触媒前LAFセンサ51Bは、排気通路11のうちLNT41と排気燃料インジェクタ452との間に設けられる。この場合、図1のシステム2と異なり、LAFセンサ51Bの出力値AFact_up’は、排気燃料インジェクタ452からの間欠噴射の影響を直接受けることとなるが、以下に示す処理を変更すれば、図6〜31に示す筒内燃料噴射制御及び排気燃料噴射制御を排気浄化システム2Bでも実行できる。   The pre-catalyst LAF sensor 51B is provided between the LNT 41 and the exhaust fuel injector 452 in the exhaust passage 11. In this case, unlike the system 2 of FIG. 1, the output value AFact_up ′ of the LAF sensor 51B is directly affected by the intermittent injection from the exhaust fuel injector 452, but if the processing shown below is changed, FIG. The in-cylinder fuel injection control and the exhaust fuel injection control shown in FIG.

第1に、触媒前LAFセンサ51Bを排気燃料インジェクタ452の下流側に設けることにより、この触媒前LAFセンサ51Bの出力値AFact_up’(m)を、そのままLNTの上流側の理想排気空燃比AF_exh_id_up(m)として利用できる。すなわち、排気浄化システム2Bでは、式(4−1)〜(4−2)は下記式(29)に置き換えられる。

Figure 0005902727
First, by providing the pre-catalyst LAF sensor 51B on the downstream side of the exhaust fuel injector 452, the output value AFact_up '(m) of the pre-catalyst LAF sensor 51B is directly used as the ideal exhaust air-fuel ratio AF_exh_id_up (upstream of the LNT). Available as m). That is, in the exhaust purification system 2B, the expressions (4-1) to (4-2) are replaced with the following expression (29).
Figure 0005902727

しかしながら、図2及び図36を参照して説明したように、排気燃料インジェクタで間欠噴射を行うと、触媒後LAFセンサ52の出力値AFact_dsと同様に触媒前LAFセンサ51Bの出力値AFact_up’ものこぎり波状となってしまう。したがって、図32の排気浄化システム2Bでは、間欠噴射を行っている間は、触媒前LAFセンサ51Bの出力値AFact_up’に対しても式(3)と同様の移動平均フィルタを適用する必要がある。より具体的には、例えば、理想排気空燃比AF_exh_id_upの演算式(29)は下記式(30)に置き換えられる。

Figure 0005902727
However, as described with reference to FIGS. 2 and 36, when intermittent injection is performed by the exhaust fuel injector, the output value AFact_up ′ of the pre-catalyst LAF sensor 51B is sawed similarly to the output value AFact_ds of the post-catalyst LAF sensor 52. It will be wavy. Therefore, in the exhaust purification system 2B of FIG. 32, during the intermittent injection, it is necessary to apply a moving average filter similar to the equation (3) to the output value AFact_up ′ of the pre-catalyst LAF sensor 51B. . More specifically, for example, the arithmetic expression (29) of the ideal exhaust air / fuel ratio AF_exh_id_up is replaced with the following expression (30).
Figure 0005902727

また、式(30)で算出される理想排気空燃比AF_exh_id_upは、既に移動平均による位相遅れを含んだものとなっていることから、浄化パラメータP_LNTの演算式(7)は、下記式(31)に置き換えられる。

Figure 0005902727
Since the ideal exhaust air / fuel ratio AF_exh_id_up calculated by the equation (30) already includes the phase delay due to the moving average, the equation (7) for the purification parameter P_LNT is expressed by the following equation (31): Is replaced by
Figure 0005902727

第2に、図13の目標触媒前空燃比演算のS45〜S47の処理は、以下のように変更される。図1の排気浄化システム2では、触媒前LAFセンサ51を排気燃料インジェクタ452の上流側に設けられることから、図16の処理に従って算出される目標値AFcmd_ds_tdc(k)から、排気燃料噴射量Gfuel_ex(k)の影響を除いた上で、触媒前LAFセンサ51の出力値AFact_up(k)に対する目標値AFcmd(k)を算出した(式(12)〜(15)参照)。これに対し図32の排気浄化システム2Bでは、触媒前LAFセンサ51Bは排気燃料インジェクタ452の下流側に設けられることから、触媒LAFセンサ51Bの出力値AFact_up’(k)の目標値AFcmd’(k)を算出するにあたり、排気燃料噴射量Gfuel_ex(k)の影響を除く必要がない。すなわち、排気浄化システム2Bでは、式(14)は、下記式(32)に置き換えられる。図32の排気浄化システム2Bによれば、以上の置き換えによって図1の排気浄化システム2とほぼ同じ効果を奏する。

Figure 0005902727
Secondly, the processing of S45 to S47 of the target pre-catalyst air-fuel ratio calculation of FIG. 13 is changed as follows. In the exhaust purification system 2 of FIG. 1, the pre-catalyst LAF sensor 51 is provided on the upstream side of the exhaust fuel injector 452, and therefore, the exhaust fuel injection amount Gfuel_ex () is calculated from the target value AFcmd_ds_tdc (k) calculated according to the processing of FIG. After removing the influence of k), the target value AFcmd (k) for the output value AFact_up (k) of the pre-catalyst LAF sensor 51 was calculated (see equations (12) to (15)). In contrast, in the exhaust purification system 2B of FIG. 32, the pre-catalyst LAF sensor 51B is provided on the downstream side of the exhaust fuel injector 452, and therefore the target value AFcmd '(k) of the output value AFact_up' (k) of the catalyst LAF sensor 51B. ) Need not be excluded from the influence of the exhaust fuel injection amount Gfuel_ex (k). That is, in the exhaust purification system 2B, the expression (14) is replaced with the following expression (32). According to the exhaust gas purification system 2B of FIG. 32, the above-described replacement has substantially the same effect as the exhaust gas purification system 2 of FIG.
Figure 0005902727

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明は、排気中の燃料成分全体の濃度が一定にもかかわらず、空燃比センサの出力値と真値との差がHC濃度によって変化する現象を利用したものである。そして上記実施形態では、このような本発明を具現化したものとして、図4を参照して説明したように排気中のHC濃度が高くなるほどその出力値が真値に対してリーン側にシフトする特性を有する空燃比センサを触媒の下流側の触媒後空燃比センサ52(図1参照)に用いた場合について詳細に説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、排気中のHC濃度の増加に応じてその出力値と真値との差がリッチ側に変化する特性を有する空燃比センサがあれば、このような空燃比センサを触媒後空燃比センサ52に用いても、上記実施形態に係る発明と同じ目的及び効果を達成することができる。なおこのように図4とは逆の方向へ出力値がシフトする空燃比センサを用いた場合、上記式(6)又は(7)によって定義されるNOx浄化パラメータP_LNTの符号が逆になり、ひいてはこのNOx浄化パラメータP_LNTに対する目標値P_LNT_cmdの符号も逆になる点に注意すべきである。このようにNOx浄化パラメータP_LNTの符号が逆になることを考慮すれば、図6〜31を参照して説明した具体的な制御手順は、出力値のシフト方向が図4とは逆の空燃比センサを触媒後空燃比センサ52に用いた排気浄化システムにも適用することができる。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. The present invention utilizes a phenomenon in which the difference between the output value of the air-fuel ratio sensor and the true value varies depending on the HC concentration even though the concentration of the entire fuel component in the exhaust gas is constant. In the above embodiment, as described above with reference to FIG. 4, as the embodiment of the present invention is realized, the output value shifts to the lean side with respect to the true value as the HC concentration in the exhaust gas becomes higher. Although the case where the air-fuel ratio sensor having characteristics is used in the post-catalyst air-fuel ratio sensor 52 (see FIG. 1) on the downstream side of the catalyst has been described in detail, the present invention is not limited to this. For example, if there is an air-fuel ratio sensor having a characteristic that the difference between the output value and the true value changes to the rich side as the HC concentration in the exhaust gas increases, such an air-fuel ratio sensor is used as the post-catalyst air-fuel ratio sensor 52. Even if it uses for, it can achieve the same objective and effect as the invention which concerns on the said embodiment. When the air-fuel ratio sensor whose output value shifts in the direction opposite to that in FIG. 4 is used in this way, the sign of the NOx purification parameter P_LNT defined by the above formula (6) or (7) is reversed, and consequently It should be noted that the sign of the target value P_LNT_cmd with respect to the NOx purification parameter P_LNT is also reversed. Considering that the sign of the NOx purification parameter P_LNT is reversed as described above, the specific control procedure described with reference to FIGS. 6 to 31 is the air-fuel ratio in which the shift direction of the output value is opposite to that in FIG. The sensor can also be applied to an exhaust purification system using the post-catalyst air-fuel ratio sensor 52.

1…エンジン(内燃機関)
11…排気通路
2,2B…排気浄化システム
3,3B…ECU(サンプリング手段、移動平均値算出手段、噴射量算出手段、間欠噴射実行手段、噴射周期算出手段、推定手段、噴射周期パラメータ設定手段)
41…LNT(触媒)
452…排気燃料インジェクタ(インジェクタ)
52…触媒後LAFセンサ(空燃比センサ)
1. Engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Exhaust passage 2, 2B ... Exhaust gas purification system 3, 3B ... ECU (Sampling means, moving average value calculation means, injection amount calculation means, intermittent injection execution means, injection cycle calculation means, estimation means, injection cycle parameter setting means)
41 ... LNT (catalyst)
452 ... Exhaust fuel injector (injector)
52 ... LAF sensor after catalyst (air-fuel ratio sensor)

Claims (3)

内燃機関の排気通路に設けられた触媒の上流側に燃料を間欠噴射するインジェクタと、当該インジェクタよりも下流側の排気の空燃比に応じた信号を発生する空燃比センサと、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記空燃比センサの出力値を所定のサンプリング周期で取得するサンプリング手段と、
当該サンプリング手段によって取得された出力値の所定の移動平均区間にわたる平均値を算出する移動平均値算出手段と、
前記平均値に基づいて前記インジェクタの燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、
前記サンプリング周期の整数倍に設定された噴射周期及び前記算出された燃料噴射量に応じて前記インジェクタを駆動する間欠噴射実行手段と、
前記サンプリング周期に所定の整数である噴射周期パラメータを乗じたものを前記間欠噴射の噴射周期として算出する噴射周期算出手段と、
前記内燃機関を搭載した車両の状態に応じて前記噴射周期パラメータをステップ状に変化させる噴射周期パラメータ設定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
An internal combustion engine comprising: an injector that intermittently injects fuel upstream of a catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine; and an air-fuel ratio sensor that generates a signal corresponding to the air-fuel ratio of exhaust downstream of the injector An exhaust purification system of
Sampling means for acquiring an output value of the air-fuel ratio sensor at a predetermined sampling period;
A moving average value calculating means for calculating an average value over a predetermined moving average section of the output value acquired by the sampling means;
An injection amount calculating means for calculating a fuel injection amount of the injector based on the average value;
Intermittent injection execution means for driving the injector according to the injection period set to an integral multiple of the sampling period and the calculated fuel injection amount;
Injection cycle calculating means for calculating the sampling cycle multiplied by an injection cycle parameter that is a predetermined integer as the injection cycle of the intermittent injection;
An exhaust purification system for an internal combustion engine , comprising : an injection cycle parameter setting unit that changes the injection cycle parameter in a step-like manner according to a state of a vehicle on which the internal combustion engine is mounted .
記移動平均値算出手段は、前記噴射周期パラメータを前記移動平均区間に対応するタップ数として平均値を算出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。 Before Symbol moving average value calculating means, an internal combustion engine exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that to calculate the average value of the injection cycle parameters as the number of taps corresponding to the moving average section. 前記触媒のHC酸化能力を推定する推定手段と、
前記噴射周期パラメータ設定手段は、前記推定手段による推定結果に応じて前記噴射周期パラメータをステップ状に変化させることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。

Estimating means for estimating the HC oxidation ability of the catalyst;
3. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the injection cycle parameter setting unit changes the injection cycle parameter in a step shape according to an estimation result by the estimation unit.

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