JP6432401B2 - 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（ＨＣ）で吸蔵していたＮＯｘを還元浄化により無害化して放出する。このため、触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、ポスト噴射や排気管噴射によって排気をリッチ状態にする所謂ＮＯｘパージを定期的に行う必要がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−２０２４２５号公報 特開２００２−２６６６２９号公報
この種の装置として、ＮＯｘパージを実施する際に、吸入空気量を所定の目標吸気量まで減少させる空気系制御と、燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用して、排気ラムダをＮＯｘパージに必要な所望の目標ラムダまで低下させるものが知られている。
このような空気系制御と噴射系制御とを併用する装置では、空気系制御によって吸入空気量が目標吸気量まで減少する前に、噴射系制御によるリッチ噴射が開始されると、排気を所望の目標ラムダまで効果的に低下させることができず、燃費の悪化を引き起こす課題がある。
開示のシステムは、空気系制御によって吸入空気量が目標吸気量まで低下する前に噴射系制御が開始されることを確実に防止することで、燃費の悪化を効果的に抑制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を浄化するＮＯｘ触媒と、前記内燃機関の空気流量を取得する空気流量取得手段と、前記内燃機関の空気流量を所定の目標空気流量まで減少させる空気系制御と、燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用して、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、を備え、前記触媒再生手段は、前記触媒再生処理を実施する場合に、前記空気系制御から開始し、前記空気流量取得手段によって取得される空気流量が前記目標空気量まで減少すると、前記噴射系制御を開始する。
開示のシステムによれば、空気系制御によって吸入空気量が目標吸気量まで低下する前に噴射系制御が開始されることを確実に防止することで、燃費の悪化を効果的に抑制することができる。
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パージ制御を説明するタイミングチャート図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＭＡＦ追従制御のリーン状態からリッチ状態への切り替えを説明するフロー図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリッチ制御の開始処理を説明するフロー図である。 本実施形態に係るＭＡＦ追従制御のリッチ状態からリーン状態への切り替えを説明するフロー図である。 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の噴射制御や触媒再生処理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パージリーン制御部６０と、ＮＯｘパージリッチ制御部７０と、ＭＡＦ追従制御部８０と、噴射量学習補正部９０と、ＭＡＦ補正係数演算部９５とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
［ＮＯｘパージ制御］
ＮＯｘパージリーン制御部６０及び、ＮＯｘパージリッチ制御部７０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制御（以下、この制御をＮＯｘパージ制御という）を実行する。
ＮＯｘパージ制御による排気リッチ化は、空気系制御によって空気過剰率を定常運転時（例えば、約１．５）から理論空燃比相当値（約１．０）よりもリーン側の第１目標空気過剰率（例えば、約１．３）まで低下させるＮＯｘパージリーン制御と、噴射系制御によって空気過剰率を第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パージリッチ制御とを併用することで実現される。
本実施形態において、ＮＯｘパージ制御は、例えば、エンジン１０の運転状態から単位時間当たりのＮＯｘ排出量を推定し、これを累積計算した推定累積値ΣＮＯｘが所定の閾値を超えた場合、あるいは、エンジン１０の運転状態から推定される触媒上流側のＮＯｘ排出量と、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される触媒下流側のＮＯｘ量とからＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２によるＮＯｘ浄化率を演算し、このＮＯｘ浄化率が所定の判定閾値よりも低くなった場合に、ＮＯｘパージリーンフラグＦＮＰＬをオン（図２の時刻ｔ１参照）にすることで、吸入空気量を減少させるＮＯｘパージリーン制御から開始される。燃料噴射量を増加させるＮＯｘパージリッチ制御は、ＮＯｘパージリーン制御によって空気過剰率が第１目標空気過剰率まで低下すると、ＮＯｘパージリッチフラグＦＮＰＲをオンすることで開始される（図２の時刻ｔ２参照）。
以下、これらＮＯｘパージリーン制御及び、ＮＯｘパージリッチ制御の詳細について説明する。
［ＮＯｘパージリーン制御のＭＡＦ目標値設定］
図３は、ＮＯｘパージリーン制御部６０による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６１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が予め実験等に基づいて設定されている。
まず、第１目標空気過剰率設定マップ６１から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として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６２に入力される。さらに、ＭＡＦ目標値演算部６２では、以下の数式（１）に基づいて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６２によって演算されたＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔは、ＮＯｘパージリーンフラグＦＮＰＬがオン（図２の時刻ｔ１参照）になるとランプ処理部６３に入力される。ランプ処理部６３は、各ランプ係数マップ６３Ａ，Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐをバルブ制御部６４に入力する。
バルブ制御部６４は、ＭＡＦセンサ４０から入力される実ＭＡＦ値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６１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］
図４は、ＮＯｘパージリッチ制御部７０によ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７５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ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７５から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔが読み取られて噴射量目標値演算部７６に入力される。さらに、噴射量目標値演算部７６では、以下の数式（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６２から入力される。また、Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄは後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、ＲｏＦｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ＿ｃｏｒｒは後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。
噴射量目標値演算部７６によって演算される目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔは、ＮＯｘパージリーン制御によってＭＡＦセンサ４０で検出される実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔまで低下し、ＮＯｘパージリッチフラグＦＮＰＲがオンになると、排気管噴射装置３４又は各インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される（図２の時刻ｔ２）。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パージリッチフラグＦＮＰＲがオフ（図２の時刻ｔ３）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７５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。
［ＮＯｘパージ制御の終了判定］
ＮＯｘパージ制御は、（１）ＮＯｘパージリッチフラグＦＮＰＲのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、（２）ＮＯｘパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、（３）エンジン１０の運転状態やＮＯｘ／ラムダセンサ４５のセンサ値等を入力信号として含む所定のモデル式に基づいて演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、ＮＯｘパージリーンフラグＦＮＰＬ及び、ＮＯｘパージリッチフラグＦＮＰＲをオフにして終了される（図２の時刻ｔ３参照）。
このように、本実施形態では、ＮＯｘパージ制御の終了条件に累積噴射量及び、経過時間の上限を設けたことで、ＮＯｘパージが排気温度の低下等によって成功しなかった場合に燃料消費量が過剰になることを確実に防止することができる。
［ＭＡＦ追従制御］
ＭＡＦ追従制御部８０は、（１）通常運転のリーン状態から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（以下、この制御をＭＡＦ追従制御という）を実行する。
ＮＯｘパージリーン制御の空気系動作によってエンジン１０の燃焼室内に大量のＥＧＲガスが導入されると、通常運転のリーン状態と同じ燃料噴射タイミングでは着火遅れが生じる。そのため、リーン状態からリッチ状態に切り替える場合は、噴射タイミングを所定量ほど進角させる必要がある。また、リッチ状態から通常のリーン状態に切り替える際は、噴射タイミングを遅角により通常の噴射タイミングに戻す必要がある。しかしながら、噴射タイミングの進角や遅角は、空気系動作よりも迅速に行われる。このため、空気系動作によって空気過剰率が目標空気過剰率に達する前に噴射タイミングの進角や遅角が完了してしまい、ＮＯｘ発生量や燃焼騒音やトルク等の急増加によるドライバビリティーの悪化を招く課題がある。
このような現象を回避すべく、ＭＡＦ追従制御部８０は、図５，７のフローチャートに示すように、ＭＡＦ変化に応じて噴射タイミングの進角や遅角、噴射量を増減補正するＭＡＦ追従制御を実行する。
まず、図５，６に基づいて、ＮＯｘパージリーン制御開始時のＭＡＦ追従制御及び、ＮＯｘパージリッチ制御の開始処理を説明する。
ステップＳ１００にて、ＮＯｘパージリーンフラグＦＮＰＬがオンにされると、ステップＳ１１０では、吸入空気量を減少させるＮＯｘパージリーン制御が開始される。
ステップＳ１２０では、切り替え後（リッチ状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔから切り替え前（リーン状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔを減算することで、切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔ（＝ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ−ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔ）が演算される。
ステップＳ１３０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏが演算される。より詳しくは、ＭＡＦセンサ４０で検出される現在の実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔから切り替え前のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔを減算することで、ＭＡＦ追従制御の開始から現在までの実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔ（＝ＭＡＦＡｃｔ−ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔ）が演算される。そして、この実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔを切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔで除算することで、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ（＝ΔＭＡＦＡｃｔ／ΔＭＡＦＴｒｇｔ）が演算される。
ステップＳ１４０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏに応じて、各インジェクタ１１の噴射タイミングを進角又は遅角させる係数（以下、噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１と称する）及び、各インジェクタ１１の噴射量を増加又は減少させる係数（以下、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２と称する）が設定される。より詳しくは、ＥＣＵ５０の図示しない記憶部には、予め実験等により作成した実ＭＡＦ変化率ＭＡＦＲａｔｉｏと噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１との関係を規定した噴射タイミング追従係数設定マップＭ１及び、実ＭＡＦ変化率ＭＡＦＲａｔｉｏと噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２との関係を規定した噴射量追従係数設定マップＭ２が記憶されている。噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２は、これらのマップＭ１，Ｍ２から、ステップＳ１３０で演算した実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏに対応する値をそれぞれ読み取ることで設定される。
ステップＳ１５０では、目標進角量に噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１を乗じた分だけ各インジェクタ１１の噴射タイミングが進角されると共に、目標噴射増加量に噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２を乗じた分だけ各インジェクタ１１も燃料噴射量が増加される。
その後、ステップＳ１６０では、ＭＡＦセンサ４０で検出される現在の実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔが切り替え後（リッチ状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに達したか否かが判定される。実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに達していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１７０を経由してステップＳ１３０に戻される。すなわち、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔになるまで、ステップＳ１３０〜Ｓ１５０の処理を繰り返すことで、時々刻々と変化する実ＭＡＦ変化率ＭＡＦＲａｔｉｏに応じた噴射タイミングの進角及び、噴射量の増加が継続される。
ステップＳ１７０では、ＭＡＦ追従制御の開始からタイマによって計時された累積時間ＴＳｕｍが、所定の上限時間ＴＭａｘを超えたか否かが判定される。
リーン状態からリッチ状態に移行する際に、バルブ制御遅れ等の影響で実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔが移行期間中のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ−Ｒ＿Ｔｒｇｔに追いつけず、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ−Ｒ＿Ｔｒｇｔよりも高い状態に維持される場合がある。このような状態でＭＡＦ追従制御を継続すると、実際の燃料噴射量が目標噴射量まで増加されず、エンジン１０の燃焼が不安定になり、トルク変動やドライバビリティーの悪化等を招く可能性がある。
本実施形態では、このような現象を回避すべく、ステップＳ１７０にて、累積時間ＴＳｕｍが上限時間ＴＭａｘを超えたと判定された場合（Ｙｅｓ）、すなわち、実ＭＡＦ値ＭＡＦＲｅｆが所定時間継続して所定値以上変化しなかった場合は、ステップＳ１８０に進み、噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２を強制的に「１」に設定する。これにより、ＭＡＦ追従制御が強制的に終了されて、トルク変動やドライバビリティーの悪化を効果的に防止することができる。
一方、ステップＳ１６０の判定で、実ＭＡＦ値ＭＡＦＲｅｆがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに達すると（Ｙｅｓ）、ＮＯｘパージリッチ制御を開始すべく、ステップＳ１９０に進み、ＮＯｘパージリッチフラグＦＮＰＲがオンにされる。
ＮＯｘパージリッチフラグＦＮＰＲがオンにされると、本制御は図６に示すステップＳ１９１に進む。
ステップＳ１９１では、目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔに基づいて、ポスト噴射や排気管噴射によって燃料噴射量を増加させるＮＯｘパージリッチ制御が開始される。
ステップＳ１９２では、ＮＯｘパージリッチ制御の実施中に、ＭＡＦセンサ４０で検出される実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔが、ＮＯｘパージリーン制御のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ以下に収まっているか否かが判定される。
実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ以下の状態に維持されていれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１９３に進み、ＮＯｘパージリッチ制御が継続される。そして、ステップＳ１９４にて、上述したＮＯｘパージ制御の終了条件が成立するまで、ステップＳ１９２，Ｓ１９３の処理が繰り返し実行される。
一方、ステップＳ１９２にて、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔよりも増加したと判定された場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１９５に進み、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔのＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに対する増加量ΔＭＡＦＩＮＣ（＝ＭＡＦＡｃｔ−ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ）が所定の上限閾値ΔＭＡＦＭＡＸを超えているか否かが判定される。
増加量ΔＭＡＦＩＮＣが上限閾値ΔＭＡＦＭＡＸを超えている場合（Ｙｅｓ）は、ＮＯｘパージリッチ制御を継続しても、排気をＮＯｘパージに必要なラムダまで低下させることができない。この場合は、無駄な燃料消費を抑制すべく、ステップＳ１９６にて、ＮＯｘパージリッチ制御及びＮＯｘパージリーン制御を強制的に終了（又は、中止）させて、本制御は終了する。
一方、増加量ΔＭＡＦＩＮＣが上限閾値ΔＭＡＦＭＡＸの範囲内であれば、ＮＯｘパージリッチ制御を即座に終了させてしまうと、それまでに行った排気リッチ噴射が無駄となり、燃費の悪化を招く可能性がある。この場合は、ＮＯｘパージリッチ制御を継続させるべく、本制御はステップＳ１９３に進む。すなわち、増加量ΔＭＡＦＩＮＣが微量であれば、ＮＯｘパージリッチ制御を継続させるようになっている。
本実施形態では、このように、ＮＯｘパージリーン制御によって、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔまで確実に減少した後に、ＮＯｘパージリッチ制御を開始することで、無駄な排気リッチ噴射を効果的に防止することが可能となり、燃費性能を確実に向上することができる。
また、ＮＯｘパージリッチ制御の開始後に、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔが増加しても、その増加量ΔＭＡＦＩＮＣが微量であれば、ＮＯｘパージリッチ制御を継続させることで、ＮＯｘパージ制御が頻繁に中止されることを確実に防止することができる。
次に、図７に基づいて、ＮＯｘパージ制御の終了によるリッチ状態からリーン状態への切り替え時のＭＡＦ追従制御を説明する。
ステップＳ２００で、ＮＯｘパージリッチフラグＦＮＰＲ及び、ＮＯｘパージリッチフラグＦＮＰＬがオフにされると、ステップＳ２１０では、ＭＡＦ追従制御の経過時間を計測すべくタイマによる計時が開始される。
ステップＳ２２０では、切り替え後（リーン状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔから切り替え前（リッチ状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔを減算することで、切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔ（＝ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔ−ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ）が算出される。
ステップＳ２３０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏが演算される。より詳しくは、ＭＡＦセンサ４０で検出される現在の実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔから切り替え前のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔを減算することで、ＭＡＦ追従制御も開始から現在までの実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔ（＝ＭＡＦＡｃｔ−ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ）が演算される。そして、この実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔを切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔで除算することで、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ（＝ΔＭＡＦＡｃｔ／ΔＭＡＦＴｒｇｔ）が演算される。
ステップＳ２４０では、噴射タイミング追従係数設定マップＭ１から実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏに対応する値が噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１として読み取られると共に、噴射量追従係数設定マップＭ２から実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏに対応する値が噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２として読み取られる。
ステップＳ２５０では、目標遅角量に噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１を乗じた分だけ各インジェクタ１１の噴射タイミングが遅角されると共に、目標噴射減少量に噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２を乗じた分だけ各インジェクタ１１も燃料噴射量が減少される。
その後、ステップＳ２６０では、ＭＡＦセンサ４０で検出される現在の実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔが切り替え後（リーン状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔに達したか否かが判定される。実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔに達していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２７０を経由してステップＳ２３０に戻される。すなわち、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔになるまで、ステップＳ２３０〜Ｓ２５０の処理を繰り返すことで、時々刻々と変化する実ＭＡＦ変化率ＭＡＦＲａｔｉｏに応じた噴射タイミングの遅角及び、噴射量の減少が継続される。ステップＳ２７０の処理についての詳細は後述する。一方、ステップＳ２６０の判定で、実ＭＡＦ値ＭＡＦＲｅｆがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔに達すると（Ｙｅｓ）、本制御は終了する。
ステップＳ２７０では、ＭＡＦ追従制御の開始からタイマによって計時された累積時間ＴＳｕｍが、所定の上限時間ＴＭａｘを超えたか否かが判定される。
リーン状態からリッチ状態に移行する際に、バルブ制御遅れ等の影響で実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔが移行期間中のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ−Ｒ＿Ｔｒｇｔに追いつけず、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ−Ｒ＿Ｔｒｇｔよりも低い状態を維持する場合がある。このような状態でＭＡＦ追従制御を継続すると、実際の燃料噴射量が目標噴射量よりも多くなり、トルク変動やドライバビリティーの悪化等を招く可能性がある。
本実施形態では、このような現象を回避すべく、ステップＳ２７０にて、累積時間ＴＳｕｍが上限時間ＴＭａｘを超えたと判定された場合（Ｙｅｓ）、すなわち、実ＭＡＦ値ＭＡＦＲｅｆが所定時間継続して所定値以上変化しなかった場合は、ステップＳ２８０に進み、噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２を強制的に「１」に設定する。これにより、ＭＡＦ追従制御が強制的に終了されて、トルク変動やドライバビリティーの悪化を効果的に防止することができる。
［噴射量学習補正］
図８に示すように、噴射量学習補正部９０は、学習補正係数演算部９１と、噴射量補正部９２とを有する。
学習補正係数演算部９１は、エンジン１０のリーン運転時にＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔと、推定ラムダ値λＥｓｔとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数ＦＣｏｒｒを演算する。排気がリーン状態のときは、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９１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９１ＡからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔを入力信号として読み取られる。
ステップＳ３２０では、学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔの絶対値｜ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ｜が所定の補正限界値Ａの範囲内にあるか否かが判定される。絶対値｜ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ｜が補正限界値Ａを超えている場合、本制御はリターンされて今回の学習を中止する。
ステップＳ３３０では、学習禁止フラグＦＰｒｏがオフか否かが判定される。学習禁止フラグＦＰｒｏとしては、例えば、エンジン１０の過渡運転時、ＮＯｘパージ制御時（ＦＮＰ＝１）等が該当する。これらの条件が成立する状態では、実ラムダ値λＡｃｔの変化によって誤差Δλが大きくなり、正確な学習を行えないためである。エンジン１０が過渡運転状態にあるか否かは、例えば、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔの時間変化量に基づいて、当該時間変化量が所定の閾値よりも大きい場合に過渡運転状態と判定すればよい。
ステップＳ３４０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照される学習値マップ９１Ｂ（図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９１Ｂ上には、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに応じて区画された複数の学習領域が設定されている。これら学習領域は、好ましくは、使用頻度が多い領域ほどその範囲が狭く設定され、使用頻度が少ない領域ほどその範囲が広く設定されている。これにより、使用頻度が多い領域では学習精度が向上され、使用頻度が少ない領域では未学習を効果的に防止することが可能になる。
ステップＳ３５０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として学習値マップ９１Ｂから読み取った学習値に「１」を加算することで、学習補正係数ＦＣｏｒｒが演算される（ＦＣｏｒｒ＝１＋ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ）。この学習補正係数ＦＣｏｒｒは、図８に示す噴射量補正部９２に入力される。
噴射量補正部９２は、パイロット噴射ＱＰｉｌｏｔ、プレ噴射ＱＰｒｅ、メイン噴射ＱＭａｉｎ、アフタ噴射ＱＡｆｔｅｒ、ポスト噴射ＱＰｏｓｔの各基本噴射量に学習補正係数ＦＣｏｒｒを乗算することで、これら燃料噴射量の補正を実行する。
このように、推定ラムダ値λＥｓｔと実ラムダ値λＡｃｔとの誤差Δλに応じた学習値で各インジェクタ１１に燃料噴射量を補正することで、各インジェクタ１１の経年劣化や特性変化、個体差等のバラツキを効果的に排除することが可能になる。
［ＭＡＦ補正係数］
ＭＡＦ補正係数演算部９５は、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９５によるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒの設定処理を示すブロック図である。補正係数設定マップ９６は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を示すＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒが予め実験等に基づいて設定されている。
ＭＡＦ補正係数演算部９５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として補正係数設定マップ９６からＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒを読み取ると共に、このＭＡＦ補正係数Ｍａｆ＿ｃｏｒｒをＭＡＦ目標値演算部６２及び噴射量目標値演算部７６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 (1)

  1. 内燃機関の排気系に設けられて排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と、
    前記内燃機関の空気流量を取得する空気流量取得手段と、
    前記内燃機関の空気流量を所定の目標空気流量まで減少させる空気系制御と、燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用して、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、を備え、
    前記触媒再生手段は、前記触媒再生処理を実施する場合に、前記空気系制御から開始し、前記空気流量取得手段によって取得される空気流量が前記目標空気流量まで減少すると、前記噴射系制御を開始し、
    前記噴射系制御を開始した後に、前記空気流量取得手段によって取得される空気流量の前記目標空気流量に対する増加量が所定の閾値以下であれば、当該噴射系制御を継続させ、前記空気流量取得手段よって取得される空気流量の前記目標空気流量に対する増加量が所定の閾値を超えた場合は、当該噴射系制御を強制終了させる
    排気浄化システム。
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