JP6418014B2 - 排気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化システムに関する。
従来、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を還元浄化する触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が知られている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気がリーン雰囲気のときに排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵すると共に、排気がリッチ雰囲気のときに排気中に含まれる炭化水素で吸蔵していたＮＯｘを還元浄化により無害化して放出する。このため、触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、ポスト噴射や排気管噴射によって排気をリッチ状態にする所謂ＮＯｘパージを定期的に行う必要がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−２０２４２５号公報 特開２０１４−１２５９７５号公報 特開２００６−３３６５１８号公報
ところで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の上限閾値以上になった場合は、短期間に頻繁にＮＯｘパージを実施することにより、ＮＯｘ浄化率が低下した状態から早期に脱することができる。しかしながら、このような制御を触媒温度が活性温度よりも低下した状態で行うと、未燃燃料の過剰供給によって白煙発生や燃費の悪化を招く課題がある。
開示のシステムは、触媒が未活性状態の場合にＮＯｘパージのインターバル時間をＮＯｘ吸蔵量に応じて適宜補正することで、白煙発生や燃費の悪化を効果的に防止することを目的とする。
開示のシステムは、内燃機関の排気系に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度を取得する温度取得手段と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、排気をリッチ状態にして前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる触媒再生を実施する触媒再生手段と、前記触媒再生手段による触媒再生の終了から次の触媒再生開始までの目標インターバル時間を設定する目標インターバル時間設定手段と、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段によって推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値以上となり、且つ、前記触媒再生手段による触媒再生終了からの経過時間が前記目標インターバル時間に達すると、前記触媒再生手段に次の触媒再生を開始させる触媒再生開始処理手段と、前記温度取得手段によって取得される触媒温度が所定の触媒活性温度未満の場合に、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段によって推定されるＮＯｘ吸蔵量に基づいて前記目標インターバル時間を延長補正する目標インターバル時間補正手段と、を備える。
開示のシステムによれば、触媒が未活性状態の場合にＮＯｘパージのインターバル時間をＮＯｘ吸蔵量に応じて適宜補正することで、白煙発生や燃費の悪化を効果的に防止することができる。
本実施形態に係る排気浄化システムを示す全体構成図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージ制御部を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージ制御を説明するタイミングチャート図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージ制御の開始処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージ制御の終了処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るインジェクタの噴射量学習補正の処理を示すブロック図である。 本実施形態に係る学習補正係数の演算処理を説明するフロー図である。 本実施形態に係るＭＡＦ補正係数の設定処理を示すブロック図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の各気筒には、図示しないコモンレールに畜圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射するインジェクタ１１がそれぞれ設けられている。これら各インジェクタ１１の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０から入力される指示信号に応じてコントロールされる。
エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには新気を導入する吸気通路１２が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気を外部に導出する排気通路１３が接続されている。吸気通路１２には、吸気上流側から順にエアクリーナ１４、吸入空気量センサ（以下、ＭＡＦセンサという）４０、可変容量型過給機２０のコンプレッサ２０Ａ、インタークーラ１５、吸気スロットルバルブ１６等が設けられている。排気通路１３には、排気上流側から順に可変容量型過給機２０のタービン２０Ｂ、排気後処理装置３０等が設けられている。なお、図１中において、符号４１はエンジン回転数センサ、符号４２はアクセル開度センサ、符号４６はブースト圧センサをそれぞれ示している。
ＥＧＲ装置２１は、排気マニホールド１０Ｂと吸気マニホールド１０Ａとを接続するＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ２４とを備えている。
排気後処理装置３０は、ケース３０Ａ内に排気上流側から順に酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）３３を配置して構成されている。また、酸化触媒３１よりも上流側の排気通路１３には、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じて、排気通路１３内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する排気管噴射装置３４が設けられている。
酸化触媒３１は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒３１は、排気管噴射装置３４又はインジェクタ１１のポスト噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にアルカリ金属等を担持して形成されている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２は、排気空燃比がリーン状態のときに排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、排気空燃比がリッチ状態のときに排気中に含まれる還元剤（ＨＣ等）で吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。
フィルタ３３は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ３３は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆるフィルタ強制再生が実行される。フィルタ強制再生は、排気管噴射又はポスト噴射によって上流側の酸化触媒３１に未燃燃料を供給し、フィルタ３３に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。
第１排気温度センサ４３は、酸化触媒３１よりも上流側に設けられており、酸化触媒３１に流入する排気温度を検出する。第２排気温度センサ４４は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２とフィルタ３３との間に設けられており、フィルタ３３に流入する排気温度を検出する。ＮＯｘ／ラムダセンサ４５は、フィルタ３３よりも下流側に設けられており、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を通過した排気のＮＯｘ値及びラムダ値（以下、空気過剰率ともいう）を検出する。
ＥＣＵ５０は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ５０にはセンサ類４０〜４６のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘパージ制御部１００と、ＭＡＦ追従制御部２００、噴射量学習補正部３００と、ＭＡＦ補正係数演算部４００とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
［ＮＯｘパージ制御］
ＮＯｘパージ制御部１００は、本発明の触媒再生手段であって、排気をリッチ雰囲気にしてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化により無害化して放出することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる再生処理制御（以下、この制御をＮＯｘパージ制御という）を実行する。本実施形態において、ＮＯｘパージ制御部１００は、図２に示すように、ＮＯｘパージ開始処理部１１０と、空気系制御部１３０と、噴射系制御部１４０と、ＮＯｘパージ終了処理部１５０とを一部の機能要素として備えている。以下、これら各機能要素の詳細について説明する。
［ＮＯｘパージ制御の開始処理］
図４は、ＮＯｘパージ開始処理部１１０による開始処理を示すブロック図である。
ＮＯｘパージ開始判定部１１１は、（１）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ＿ＮＯｘが所定のＮＯｘ吸蔵量閾値ＳＴＲ＿ｔｈｒ＿ＮＯｘ以上となる第１条件、又は、（２）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ浄化率Ｐｕｒ＿ＮＯｘ％が所定の浄化率閾値Ｐｕｒ＿ｔｈｒ＿ＮＯｘ％まで低下する第２条件の何れかが成立するＮＯｘパージ開始要求、及び、（３）前回のＮＯｘパージ制御終了からＥＣＵ内蔵のタイマによって計時される経過時間Ｉｎｔ＿Ｔｉｍｅが所定のインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒに達する第３条件が成立すると、ＮＯｘパージフラグＦＮＰをオン（ＦＮＰ＝１）にしてＮＯｘパージ制御を開始させる（図３の時刻ｔ１参照）。
第１条件の判定に用いるＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ＿ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵量推定部１１３によって推定される。ＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ＿ＮＯｘは、例えば、エンジン１０の運転状態やＮＯｘ／ラムダセンサ４５のセンサ値等を入力信号として含むマップやモデル式等に基づいて演算すればよい。ＮＯｘ吸蔵量閾値ＳＴＲ＿ｔｈｒ＿ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴに基づいて参照される吸蔵量閾値マップ１１４で設定される。触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴは、触媒温度推定部１１５によって推定される。触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴは、例えば、第１排気温度センサ４３で検出される酸化触媒３１の入口温度、酸化触媒３１及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２内部でのＨＣ・ＣＯ発熱量、外気への放熱量等に基づいて推定すればよい。なお、吸蔵量閾値マップ１１４に基づいて設定されたＮＯｘ吸蔵量閾値ＳＴＲ＿ｔｈｒ＿ＮＯｘは、詳細を後述する吸蔵量閾値補正部１１６によって補正されるようになっている。
第２条件の判定に用いるＮＯｘ浄化率ＮＯｘ＿ｐｕｒ％は、浄化率演算部１１７によって演算される。ＮＯｘ浄化率ＮＯｘ＿ｐｕｒ％は、例えば、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される触媒下流側のＮＯｘ量を、エンジン１０の運転状態等から推定される触媒上流側のＮＯｘ排出量で除算することで求めればよい。
第３条件の判定に用いるインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒは、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるインターバル目標値マップ１１８により設定される。このインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒは、詳細を後述するインターバル目標値補正部１１９によって補正されるようになっている。
［吸蔵量閾値補正］
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力は、経年劣化や熱劣化等の進行に伴い低下する。このため、ＮＯｘ吸蔵量閾値ＮＯｘ＿ｔｈｒ＿ｖａｌを固定値にすると、経年劣化や熱劣化等に応じたＮＯｘパージの実行頻度を確保できなくなり、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。
吸蔵量閾値補正部１１６は、このような排気エミッションの悪化を防止すべく、吸蔵量閾値マップ１１４により設定されるＮＯｘ吸蔵量閾値ＮＯｘ＿ｔｈｒ＿ｖａｌをＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の劣化度合が大きくなるほど減少させる減少補正を実行する。
より詳しくは、この減少補正は、ＮＯｘ吸蔵量閾値ＮＯｘ＿ｔｈｒ＿ｖａｌに、劣化度合推定部１２０によって求められる劣化補正係数（劣化度合）を乗算することで行われる。劣化補正係数は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２内部でのＨＣ・ＣＯ発熱量低下、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の熱履歴、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ浄化率低下、車両走行距離等に基づいて求めればよい。
［インターバル目標値補正］
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ吸蔵量閾値ＮＯｘ＿ｔｈｒ＿ｖａｌ以上にある場合は、短い期間に頻繁にＮＯｘパージを実施することで、ＮＯｘ浄化率が低下した状態から早期に脱することができる。しかしながら、このような制御を触媒温度が活性温度未満の状態で行うと、未燃燃料の過剰供給による白煙発生や燃費の悪化を招く課題がある。
インターバル目標値補正部１１９は、このような白煙発生や燃費の悪化等を防止すべく、インターバル目標値マップ１１８によって設定されるインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒを、ＮＯｘパージ開始要求（上述の第１又は第２条件）が成立した際の「触媒温度」及び「ＮＯｘ吸蔵量比」に応じて補正するインターバル補正を実施する。以下、インターバル補正の詳細について説明する。
インターバル補正係数マップ１１９Ａは、ＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ＿ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵量閾値ＮＯｘ＿ｔｈｒ＿ｖａｌで除算（＝ｍ＿ＮＯｘ／ＮＯｘ＿ｔｈｒ＿ｖａｌ）したＮＯｘ吸蔵量比、及び、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度に基づいて参照されるマップであって、これらＮＯｘ吸蔵量比や触媒温度及び、インターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒに乗算する補正係数Ｉｎｔ＿Ｃｏｒｒの関係が予め設定されている。
より詳しくは、触媒温度推定部１１５から入力される触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴが所定の触媒活性温度未満の場合、補正係数Ｉｎｔ＿Ｃｏｒｒは、「１」よりも大きく、且つ、ＮＯｘ吸蔵量比が小さくなるほどインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒを長く延長する補正係数として設定される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度が活性温度未満の状態において、ＮＯｘ吸蔵量が少ない場合はインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒの延長期間を長く設定し、ＮＯｘ吸蔵量が多い場合はインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒの延長期間を短く設定するようになっている。
一方、触媒温度推定部１１５から入力される触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴが触媒活性温度以上の場合、補正係数Ｉｎｔ＿Ｃｏｒｒは「１」に設定される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度が活性温度以上にあれば、インターバル補正を行うことなく、インターバル目標値マップ１１８によって設定されるインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒがＮＯｘパージ開始判定部１１１に送信されるようになっている。
本実施形態では、このように、ＮＯｘパージ開始要求が成立した際に、触媒温度が活性温度よりも低い状態にあれば、ＮＯｘ吸蔵量比に応じてインターバル目標値Ｉｎｔ＿ｔｇｒを延長補正するように構成されている。これにより、触媒未活性状態でＮＯｘパージが頻繁に行われることを確実に防止することが可能となり、過白煙発生や燃費の悪化を効果的に抑制することができる。
［ＮＯｘパージ制御の終了処理］
図５は、ＮＯｘパージ終了処理部１５０による終了処理を示すブロック図である。ＮＯｘパージ終了判定部１５１は、（１）ＮＯｘ吸蔵量推定部１１３（図４参照）によって演算されるＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ＿ＮＯｘが所定の吸蔵量下限閾値まで低下する第１終了条件、（２）ＮＯｘパージ制御の開始から累積した排気管噴射又はポスト噴射の総噴射量が所定の上限噴射量に達する第２終了条件、（３）ＮＯｘパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限時間に達する第３終了条件又は、（４）ＮＯｘパージ制御の開始からタイマによって計時される経過時間が所定のＮＯｘパージ目標時間ＮＰ＿Ｔｉｍｅ＿ｔｒｇに達する第４終了条件の何れかが成立すると、ＮＯｘパージフラグＦＮＰをオフ（ＦＮＰ＝０）にしてＮＯｘパージ制御を終了させる（図３の時刻ｔ１参照）。
第４終了条件の判定に用いるＮＯｘパージ目標時間ＮＰ＿Ｔｉｍｅ＿ｔｒｇは、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるＮＯｘパージ目標時間マップ１５３により設定される。ＮＯｘパージ目標時間ＮＰ＿Ｔｉｍｅ＿ｔｒｇは、詳細を後述するＮＯｘパージ目標時間補正部１５４によって補正される。
ＮＯｘパージ終了禁止部１５５は、ＮＯｘパージ制御の開始から計時される経過時間が所定の必要最小時間に達するまで、ＮＯｘパージ終了判定部１５２によるＮＯｘパージ制御の終了を禁止する。この必要最小時間は、後述する空気系制御やＭＡＦ追従制御による制御動作が完了する時間よりも長く、且つ、上述の終了条件（３）の判定で用いる上限時間よりも短い時間で設定される。
このように、本実施形態では、終了条件（１）〜（４）が成立しても、ＮＯｘパージ制御開始からの経過時間が必要最小時間に達するまではＮＯｘパージ制御の実施を継続させるようになっている。これにより、ＮＯｘパージのために開始した空気系制御や噴射系制御、ＭＡＦ追従制御等の各種制御動作が未完の状態で停止されて引き起こされる誤動作等を確実に防止することが可能になる。
［ＮＯｘパージ目標時間補正］
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力は、経年劣化や熱劣化等の進行に伴い低下するため、ＮＯｘパージ目標時間ＮＰ＿Ｔｉｍｅ＿ｔｒｇに触媒の劣化度合を反映させないと、燃料供給量が余剰となり、所謂ＨＣスリップを引き起こす可能性がある。
ＮＯｘパージ目標時間補正部１５４は、このようなＨＣスリップを防止すべく、ＮＯｘパージ目標時間マップ１５３により設定されるＮＯｘパージ目標時間ＮＰ＿Ｔｉｍｅ＿ｔｒｇをＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の劣化度合が大きくなるほど短縮させる短縮補正を実行する。より詳しくは、この短縮補正は、ＮＯｘパージ目標時間ＮＰ＿Ｔｉｍｅ＿ｔｒｇに、劣化度合推定部１２０（図４参照）によって求められる劣化補正係数を乗算することで行われる。
［ＮＯｘパージリーン制御］
空気系制御部１３０は、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオンにされると、空気過剰率を定常運転時（例えば、約１．５）から理論空燃比相当値（約１．０）よりもリーン側の第１目標空気過剰率（例えば、約１．３）まで低下させるＮＯｘパージリーン制御を実行する。以下、ＮＯｘパージリーン制御の詳細について説明する。
図６は、ＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔの設定処理を示すブロック図である。第１目標空気過剰率設定マップ１３１は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ（第１目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。
まず、第１目標空気過剰率設定マップ１３１から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔが読み取られて、ＭＡＦ目標値演算部１３２に入力される。さらに、ＭＡＦ目標値演算部１３２では、以下の数式（１）に基づいてＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔが演算される。
ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＝λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ／Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ・・・（１）
数式（１）において、Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄは後述する学習補正された燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、ＲｏＦｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ＿ｃｏｒｒは後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。
ＭＡＦ目標値演算部１３２によって演算されたＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔは、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオン（図３の時刻ｔ１参照）になるとランプ処理部１３３に入力される。ランプ処理部１３３は、各ランプ係数マップ１３３Ａ，Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐをバルブ制御部１３４に入力する。
バルブ制御部１３４は、ＭＡＦセンサ４０から入力される実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐとなるように、吸気スロットルバルブ１６を閉側に絞ると共に、ＥＧＲバルブ２４を開側に開くフィードバック制御を実行する。
このように、本実施形態では、第１目標空気過剰率設定マップ１３１から読み取られる空気過剰率目標値λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔと、各インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいてＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔを設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに基づいて空気系動作をフィードバック制御するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＮＯｘパージリーン制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。
また、各インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄを用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔをフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各インジェクタ１１の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。
また、ＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔにエンジン１０の運転状態に応じて設定されるランプ係数を付加することで、吸入空気量の急激な変化によるエンジン１０の失火やトルク変動によるドライバビリティーの悪化等を効果的に防止することができる。
［ＮＯｘパージリッチ制御の燃料噴射量設定］
噴射系制御部１４０は、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオンにされると、空気過剰率を第１目標空気過剰率からリッチ側の第２目標空気過剰率（例えば、約０．９）まで低下させるＮＯｘパージリッチ制御を実行する。以下、ＮＯｘパージリッチ制御による詳細について説明する。
図７は、ＮＯｘパージリッチ制御における排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ（単位時間当たりの噴射量）の設定処理を示すブロック図である。第２目標空気過剰率設定マップ１４５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ（第２目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。
まず、第２目標空気過剰率設定マップ１４５から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔが読み取られて噴射量目標値演算部１４６に入力される。さらに、噴射量目標値演算部１４６では、以下の数式（２）に基づいてＮＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔが演算される。
ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ＝ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ／（λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ）−Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ・・・（２）
数式（２）において、ＭＡＦＮＰＬ＿ＴｒｇｔはＮＯｘパージリーンＭＡＦ目標値であって、前述のＭＡＦ目標値演算部７２から入力される。また、Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄは後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、ＲｏＦｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ＿ｃｏｒｒは後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。
噴射量目標値演算部１４６によって演算される目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔは、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオンになると、排気管噴射装置３３又は各インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される（図３の時刻ｔ１）。この噴射指示信号の送信は、後述するＮＯｘパージ制御の終了判定によってＮＯｘパージフラグＦＮＰがオフ（図３の時刻ｔ２）にされるまで継続される。
このように、本実施形態では、第２目標空気過剰率設定マップ１４５から読み取られる空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔと、各インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいて目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔを設定するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＮＯｘパージリッチ制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。
また、各インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄを用いることで、目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔをフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各インジェクタ１１の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。
［ＭＡＦ追従制御］
ＭＡＦ追従制御部８０は、（１）通常運転のリーン状態からＮＯｘパージ制御によるリッチ状態への切り替え期間及び、（２）ＮＯｘパージ制御によるリッチ状態から通常運転のリーン状態への切り替え期間に、各インジェクタ１１の燃料噴射タイミング及び燃料噴射量をＭＡＦ変化に応じて補正する制御（ＭＡＦ追従制御）を実行する。
［噴射量学習補正］
図８に示すように、噴射量学習補正部３００は、学習補正係数演算部３１０と、噴射量補正部３２０とを有する。
学習補正係数演算部３１０は、エンジン１０のリーン運転時にＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔと、推定ラムダ値λＥｓｔとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数ＦＣｏｒｒを演算する。排気がリーン状態のときは、排気中のＨＣ濃度が非常に低いので、酸化触媒３１でＨＣの酸化反応による排気ラムダ値の変化は無視できるほど小さい。このため、酸化触媒３１を通過して下流側のＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される排気中の実ラムダ値λＡｃｔと、エンジン１０から排出された排気中の推定ラムダ値λＥｓｔとは一致すると考えられる。すなわち、これら実ラムダ値λＡｃｔと推定ラムダ値λＥｓｔとに誤差Δλが生じた場合は、各インジェクタ１１に対する指示噴射量と実噴射量との差によるものと仮定することができる。以下、この誤差Δλを用いた学習補正係数演算部３１０による学習補正係数の演算処理を図９のフローに基づいて説明する。
ステップＳ３００では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて、エンジン１０がリーン運転状態にあるか否かが判定される。リーン運転状態にあれば、学習補正係数の演算を開始すべく、ステップＳ３１０に進む。
ステップＳ３１０では、推定ラムダ値λＥｓｔからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔを減算した誤差Δλに、学習値ゲインＫ１及び補正感度係数Ｋ２を乗じることで、学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔが演算される（ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ＝（λＥｓｔ−λＡｃｔ）×Ｋ１×Ｋ２）。推定ラムダ値λＥｓｔは、エンジン回転数Ｎｅやアクセル開度Ｑに応じたエンジン１０の運転状態から推定演算される。また、補正感度係数Ｋ２は、図８に示す補正感度係数マップ３１０ＡからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔを入力信号として読み取られる。
ステップＳ３２０では、学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔの絶対値｜ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ｜が所定の補正限界値Ａの範囲内にあるか否かが判定される。絶対値｜ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ｜が補正限界値Ａを超えている場合、本制御はリターンされて今回の学習を中止する。
ステップＳ３３０では、学習禁止フラグＦＰｒｏがオフか否かが判定される。学習禁止フラグＦＰｒｏとしては、例えば、エンジン１０の過渡運転時やＮＯｘパージ制御時（ＦＮＰ＝１）等が該当する。これらの条件が成立する状態では、実ラムダ値λＡｃｔの変化によって誤差Δλが大きくなり、正確な学習を行えないためである。エンジン１０が過渡運転状態にあるか否かは、例えば、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔの時間変化量に基づいて、当該時間変化量が所定の閾値よりも大きい場合に過渡運転状態と判定すればよい。
ステップＳ３４０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照される学習値マップ３１０Ｂ（図８参照）が、ステップＳ３１０で演算された学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔに更新される。より詳しくは、この学習値マップ３１０Ｂ上には、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに応じて区画された複数の学習領域が設定されている。これら学習領域は、好ましくは、使用頻度が多い領域ほどその範囲が狭く設定され、使用頻度が少ない領域ほどその範囲が広く設定されている。これにより、使用頻度が多い領域では学習精度が向上され、使用頻度が少ない領域では未学習を効果的に防止することが可能になる。
ステップＳ３５０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として学習値マップ３１０Ｂから読み取った学習値に「１」を加算することで、学習補正係数ＦＣｏｒｒが演算される（ＦＣｏｒｒ＝１＋ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ）。この学習補正係数ＦＣｏｒｒは、図８に示す噴射量補正部３２０に入力される。
噴射量補正部３２０は、パイロット噴射ＱＰｉｌｏｔ、プレ噴射ＱＰｒｅ、メイン噴射ＱＭａｉｎ、アフタ噴射ＱＡｆｔｅｒ、ポスト噴射ＱＰｏｓｔの各基本噴射量に学習補正係数ＦＣｏｒｒを乗算することで、これら燃料噴射量の補正を実行する。
このように、推定ラムダ値λＥｓｔと実ラムダ値λＡｃｔとの誤差Δλに応じた学習値で各インジェクタ１１に燃料噴射量を補正することで、各インジェクタ１１の経年劣化や特性変化、個体差等のバラツキを効果的に排除することが可能になる。
［ＭＡＦ補正係数］
ＭＡＦ補正係数演算部４００は、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔや目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔの設定に用いられるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒを演算する。
本実施形態において、各インジェクタ１１の燃料噴射量は、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔと推定ラムダ値λＥｓｔとの誤差Δλに基づいて補正される。しかしながら、ラムダは空気と燃料の比であるため、誤差Δλの要因が必ずしも各インジェクタ１１に対する指示噴射量と実噴射量との差の影響のみとは限らない。すなわち、ラムダの誤差Δλには、各インジェクタ１１のみならずＭＡＦセンサ４０の誤差も影響している可能性がある。
図１０は、ＭＡＦ補正係数演算部４００によるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒの設定処理を示すブロック図である。補正係数設定マップ４１０は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を示すＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒが予め実験等に基づいて設定されている。
ＭＡＦ補正係数演算部４００は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として補正係数設定マップ４１０からＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒを読み取ると共に、このＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒをＭＡＦ目標値演算部１３２及び噴射量目標値演算部１４６に送信する。これにより、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔや目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔの設定にＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を効果的に反映することが可能になる。
［その他］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
１０ エンジン
１１ インジェクタ
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１６ 吸気スロットルバルブ
２４ ＥＧＲバルブ
３１ 酸化触媒
３２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
３３ フィルタ
３４ 排気管噴射装置
４０ ＭＡＦセンサ
４５ ＮＯｘ／ラムダセンサ
５０ ＥＣＵ

Claims (2)

  1. 内燃機関の排気系に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
    前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度を取得する温度取得手段と、
    前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、
    排気をリッチ状態にして前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる触媒再生を実施する触媒再生手段と、
    前記触媒再生手段による触媒再生の終了から次の触媒再生開始までの目標インターバル時間を設定する目標インターバル時間設定手段と、
    前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段によって推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値以上となり、且つ、前記触媒再生手段による触媒再生終了からの経過時間が前記目標インターバル時間に達すると、前記触媒再生手段に次の触媒再生を開始させる触媒再生開始処理手段と、
    前記温度取得手段によって取得される触媒温度が所定の触媒活性温度未満の場合に、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段によって推定されるＮＯｘ吸蔵量に基づいて前記目標インターバル時間を延長補正する目標インターバル時間補正手段と、を備える
    排気浄化システム。
  2. 前記目標インターバル時間補正手段は、
    前記温度取得手段によって取得される触媒温度が所定の触媒活性温度未満の場合に、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段によって推定されるＮＯｘ吸蔵量の前記閾値に対する比が小さくなるほど前記目標インターバル時間を長く延長補正する
    請求項１に記載の排気浄化システム。
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