JP6476930B2 - 排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化システムに関する。

従来、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を還元浄化する触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が知られている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気がリーン雰囲気のときに排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵すると共に、排気がリッチ雰囲気のときに排気中に含まれる炭化水素で吸蔵していたＮＯｘを還元浄化により無害化して放出する。このため、触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、ポスト噴射や排気管噴射によって排気をリッチ状態にする所謂ＮＯｘパージを定期的に行う必要がある（例えば、特許文献１参照）。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、排気中に含まれる硫黄酸化物（以下、ＳＯｘという）も吸蔵される。このＳＯｘ吸蔵量が増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を低下させる課題がある。このため、ＳＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＳＯｘを離脱させてＳ被毒から回復させるべく、ポスト噴射や排気管噴射によって上流側の酸化触媒に未燃燃料を供給して排気温度をＳＯｘ離脱温度まで上昇させる所謂ＳＯｘパージを定期的に行う必要がある（例えば、特許文献２参照）。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、フィルタ、酸化触媒、空燃比センサを備え、空燃比センサからの検出値を目標空燃比とするフィードバック制御を行うとともに、空燃比センサからの検出値が変動する場合にはフィードバック制御を行わないようにする技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と触媒の上流側に配置された空燃比センサと触媒の下流側に配置された酸素センサとを有し、空燃比センサの検出値に基づいて燃料噴射量を補正するメインフィードバック制御と、酸素センサの検出値に基づいて空燃比を補正するサブフィードバック制御を行う技術も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

また、空燃比補正手段により空気過剰率センサの検出値による空燃比を補正し、補正後の空燃比に基づいて補正後燃料流量を算出する技術も提案されている（例えば、特許文献５参照）。

特開２００８−２０２４２５号公報 特開２００９−４７０８６号公報 特開２００５−９０２７５号公報 特開２０１０−７５６１号公報 特開２０１１−１８５０９７号公報

上述のＮＯｘパージやＳＯｘパージでは、ポスト噴射や排気管噴射による噴射系制御が行われるが、未燃燃料の噴射量が多すぎるとＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が過度に上昇してしまい、噴射量が少なすぎるとＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が過度に低下してしまう。この場合、ＮＯｘパージやＳＯｘパージ、すなわちＮＯｘ還元型触媒の再生処理が適正に行われない。

未燃燃料の過不足は、未燃燃料を噴射するインジェクタへの指示噴射量と実噴射量との差に起因する。指示噴射量と実噴射量の差を補正するため、この差を学習して指示噴射量に反映させることが考えられる。指示噴射量と実噴射量の差は、エンジン回転数及びアクセル開度に基づいて推定された推定空気過剰率と空気過剰率センサで検出された実空気過剰率の差に対応するので、推定空気過剰率と実空気過剰率の差を学習することで、指示噴射量と実噴射量の差を補正できる。

ここで、空気過剰率センサに故障が生じていた場合など、空気過剰率センサから誤った実空気過剰率が検出される場合が想定される。そして、誤った実空気過剰率で学習が行われると、ＮＯｘ還元型触媒の再生処理の実行時における燃料噴射量に過不足が生じ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が不適正となってしまう。

開示のシステムは、ＮＯｘ還元型触媒の再生処理において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度を適正化することを目的とする。

開示のシステムは、内燃機関の排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元型触媒と、前記ＮＯｘ還元型触媒を通過した排気の空気過剰率を検出する空気過剰率センサと、吸入空気量を減少させる空気系制御と燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用して排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、前記ＮＯｘ還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる再生処理を実行する制御部と、を備える排気浄化システムであって、前記制御部は、学習禁止条件が成立しなかった場合に、推定空気過剰率と前記空気過剰率センサで検出された実空気過剰率との差に応じた学習値を取得し、取得した前記学習値に基づいて前記噴射系制御における燃料噴射量を補正し、前記学習禁止条件が成立した場合に前記学習値を取得しない。

開示のシステムによれば、ＮＯｘ還元型触媒の再生処理において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度を適正化できる。

本実施形態に係る排気浄化システムを示す全体構成図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージ制御を説明するタイミングチャート図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージ制御の触媒温度調整制御を説明するタイミングチャート図である。 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。 リーン状態からリッチ状態又はリッチ状態からリーン状態に移行する際の実ＭＡＦ値とＭＡＦ目標値とのずれを説明する図である。 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再生が実行される。フィルタ再生は、排気管噴射又はポスト噴射によって上流側の酸化触媒３１に未燃燃料を供給し、フィルタ３３に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。

第１排気温度センサ４３は、酸化触媒３１よりも上流側に設けられており、酸化触媒３１に流入する排気温度を検出する。第２排気温度センサ４４は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２とフィルタ３３との間に設けられており、フィルタ３３に流入する排気温度を検出する。ＮＯｘ／ラムダセンサ４５は、フィルタ３３よりも下流側に設けられており、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を通過した排気のＮＯｘ値及びラムダ値（以下、空気過剰率ともいう）を検出する。

ＥＣＵ５０は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ５０にはセンサ類４０〜４６のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ５０は、フィルタ再生制御部５１と、ＳＯｘパージ制御部６０と、ＮＯｘパージ制御部７０と、ＭＡＦ追従制御部８０、噴射量学習補正部９０と、ＭＡＦ補正係数演算部９５とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

［フィルタ再生制御］
フィルタ再生制御部５１は、車両の走行距離、あるいは図示しない差圧センサで検出されるフィルタ前後差圧からフィルタ３３のＰＭ堆積量を推定すると共に、このＰＭ堆積推定量が所定の上限閾値を超えると再生フラグＦ_ＤＰＦをオンにする（図２の時刻ｔ_１参照）。再生フラグＦ_ＤＰＦがオンにされると、排気管噴射装置３４に排気管噴射を実行させる指示信号が送信されるか、あるいは、各インジェクタ１１にポスト噴射を実行させる指示信号が送信されて、排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５５０℃）まで昇温させる。この再生フラグＦ_ＤＰＦは、ＰＭ堆積推定量が燃焼除去を示す所定の下限閾値（判定閾値）まで低下するとオフにされる（図２の時刻ｔ_２参照）。なお、再生フラグＦ_ＤＰＦをオフにする判定閾値は、例えば、フィルタ再生開始（Ｆ_ＤＰＦ＝１）からの上限経過時間や上限累積噴射量を基準にしてもよい。

［ＳＯｘパージ制御］
ＳＯｘパージ制御部６０は、排気をリッチ状態にして排気温度を硫黄離脱温度（例えば、約６００℃）まで上昇させて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２をＳＯｘ被毒から回復させる制御（以下、この制御をＳＯｘパージ制御という）を実行する。

図２は、本実施形態のＳＯｘパージ制御のタイミングチャートを示している。図２に示すように、ＳＯｘパージ制御を開始するＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰは、再生フラグＦ_ＤＰＦのオフと同時にオンにされる（図２の時刻ｔ_２参照）。これにより、フィルタ３３の再生によって排気温度を上昇させた状態からＳＯｘパージ制御に効率よく移行することが可能となり、燃料消費量を効果的に低減することができる。

本実施形態において、ＳＯｘパージ制御によるリッチ化は、空気系制御によって空気過剰率を定常運転時（例えば、約１．５）から理論空燃比相当値（約１．０）よりもリーン側の第１目標空気過剰率（例えば、約１．３）まで低下させるＳＯｘパージリーン制御と、噴射系制御によって空気過剰率を第１目標空気過剰率からリッチ側の第２目標空気過剰率（例えば、約０．９）まで低下させるＳＯｘパージリッチ制御とを併用することで実現される。以下、ＳＯｘパージリーン制御及び、ＳＯｘパージリッチ制御の詳細について説明する。

［ＳＯｘパージリーン制御の空気系制御］
図３は、ＳＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}の設定処理を示すブロック図である。第１目標空気過剰率設定マップ６１は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑ（エンジン１０の燃料噴射量）に基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＳＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}（第１目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。

まず、第１目標空気過剰率設定マップ６１から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＳＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて、ＭＡＦ目標値演算部６２に入力される。さらに、ＭＡＦ目標値演算部６２では、以下の数式（１）に基づいてＳＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}＝λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ／Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}・・・（１）
数式（１）において、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正された燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}は後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。

ＭＡＦ目標値演算部６２によって演算されたＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}は、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（図２の時刻ｔ_２参照）になるとランプ処理部６３に入力される。ランプ処理部６３は、各ランプ係数マップ６３Ａ，Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ}をバルブ制御部６４に入力する。

バルブ制御部６４は、ＭＡＦセンサ４０から入力される実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ}となるように、吸気スロットルバルブ１６を閉側に絞ると共に、ＥＧＲバルブ２４を開側に開くフィードバック制御を実行する。

このように、本実施形態では、第１目標空気過剰率設定マップ６１から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}と、各インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいてＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}を設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に基づいて空気系動作をフィードバック制御するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＳＯｘパージリーン制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。

また、各インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}をフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各インジェクタ１１の経年劣化や特性変化、個体差等の影響を効果的に排除することができる。

また、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}にエンジン１０の運転状態に応じて設定されるランプ係数を付加することで、吸入空気量の急激な変化によるエンジン１０の失火やトルク変動によるドライバビリティーの悪化等を効果的に防止することができる。

［ＳＯｘパージリッチ制御の燃料噴射量設定］
図４は、ＳＯｘパージリッチ制御における排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（単位時間当たりの噴射量）の設定処理を示すブロック図である。第２目標空気過剰率設定マップ６５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＳＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（第２目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。

まず、第２目標空気過剰率設定マップ６５から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＳＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて、噴射量目標値演算部６６に入力される。さらに、噴射量目標値演算部６６では、以下の数式（２）に基づいてＳＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}＝ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}・・・（２）
数式（２）において、ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}はＳＯｘパージリーン時のＭＡＦ目標値であって、前述のＭＡＦ目標値演算部６２から入力される。また、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}は後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。

噴射量目標値演算部６６によって演算された目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、後述するＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンになると、排気管噴射装置３４又は、各インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される。

このように、本実施形態では、第２目標空気過剰率設定マップ６５から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}と、各インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいて目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を設定するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＳＯｘパージリッチ制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。

また、各インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}をフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各インジェクタ１１の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。

［ＳＯｘパージ制御の触媒温度調整制御］
ＳＯｘパージ制御中にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に流入する排気温度（以下、触媒温度ともいう）は、図２の時刻ｔ_２〜ｔ_４に示すように、排気管噴射又はポスト噴射を実行するＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲのオン・オフ（リッチ・リーン）を交互に切り替えることで制御される。ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオン（Ｆ_ＳＰＲ＝１）にされると、排気管噴射又はポスト噴射によって触媒温度は上昇する（以下、この期間を噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}という）。一方、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフにされると、排気管噴射又はポスト噴射の停止によって触媒温度は低下する（以下、この期間をインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}という）。

本実施形態において、噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}は、予め実験等により作成した噴射期間設定マップ（不図示）からエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに対応する値を読み取ることで設定される。この噴射時間設定マップには、予め実験等によって求めた排気の空気過剰率を第２目標空気過剰率まで確実に低下させるのに必要となる噴射期間が、エンジン１０の運転状態に応じて設定されている。

インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}は、触媒温度が最も高くなるＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンからオフに切り替えられた際に、フィードバック制御によって設定される。具体的には、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフされた際の目標触媒温度と推定触媒温度との偏差ΔＴに比例して入力信号を変化させる比例制御と、偏差ΔＴの時間積分値に比例して入力信号を変化させる積分制御と、偏差ΔＴの時間微分値に比例して入力信号を変化させる微分制御とで構成されるＰＩＤ制御によって処理される。目標触媒温度は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２からＳＯｘを離脱可能な温度で設定され、推定触媒温度は、例えば、第１排気温度センサ４３で検出される酸化触媒３１の入口温度と、酸化触媒３１及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の内部でのＨＣ／ＣＯ発熱量、外気への放熱量等に基づいて推定すればよい。

図５の時刻ｔ_１に示すように、フィルタ再生の終了（Ｆ_ＤＰＦ＝０）によってＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオンされると、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲもオンにされ、さらに前回のＳＯｘパージ制御時にフィードバック計算されたインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}も一旦リセットされる。すなわち、フィルタ再生直後の初回は、噴射期間設定マップで設定した噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿１}に応じて排気管噴射又はポスト噴射が実行される（図５の時刻ｔ_１〜ｔ_２参照）。このように、ＳＯｘパージリーン制御を行うことなくＳＯｘパージリッチ制御からＳＯｘパージ制御を開始するので、フィルタ再生で上昇した排気温度を低下させることなく、速やかにＳＯｘパージ制御に移行され、燃料消費量を低減することができる。

次いで、噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿１}の経過によってＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフになると、ＰＩＤ制御によって設定されたインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ＿１}が経過するまで、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲはオフとされる（図５の時刻ｔ_２〜ｔ_３参照）。さらに、インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ＿１}の経過によってＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンにされると、再び噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿２}に応じた排気管噴射又はポスト噴射が実行される（図５の時刻ｔ_３〜ｔ_４参照）。その後、これらＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲのオン・オフの切り替えは、後述するＳＯｘパージ制御の終了判定によってＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオフ（図５の時刻ｔ_ｎ参照）にされるまで繰り返し実行される。

このように、本実施形態では、触媒温度を上昇させると共に空気過剰率を第２目標空気過剰率まで低下させる噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}をエンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップから設定すると共に、触媒温度を降下させるインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}をＰＩＤ制御によって処理するようになっている。これにより、ＳＯｘパージ制御中の触媒温度をパージに必要な所望の温度範囲に効果的に維持しつつ、空気過剰率を目標過剰率まで確実に低下させることが可能になる。

［ＳＯｘパージ制御の終了判定］
ＳＯｘパージ制御は、（１）ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、（２）ＳＯｘパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、（３）エンジン１０の運転状態やＮＯｘ／ラムダセンサ４５のセンサ値等を入力信号として含む所定のモデル式に基づいて演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＳＯｘ吸着量がＳＯｘ除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰをオフにして終了される（図２の時刻ｔ_４、図５の時刻ｔ_ｎ参照）。

このように、本実施形態では、ＳＯｘパージ制御の終了条件に累積噴射量及び、経過時間の上限を設けたことで、ＳＯｘパージが排気温度の低下等によって進捗しなかった場合に、燃料消費量が過剰になることを効果的に防止することができる。

［ＮＯｘパージ制御］
ＮＯｘパージ制御部７０は、排気をリッチ雰囲気にしてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化により無害化して放出することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる制御（以下、この制御をＮＯｘパージ制御という）を実行する。

ＮＯｘパージ制御を開始するＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰは、エンジン１０の運転状態から単位時間当たりのＮＯｘ排出量を推定し、これを累積計算した推定累積値ΣＮＯｘが所定の閾値を超えるとオンにされる（図６の時刻ｔ_１参照）。あるいは、エンジン１０の運転状態から推定される触媒上流側のＮＯｘ排出量と、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される触媒下流側のＮＯｘ量とからＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２によるＮＯｘ浄化率を演算し、このＮＯｘ浄化率が所定の判定閾値よりも低くなった場合に、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰはオンにされる。

本実施形態において、ＮＯｘパージ制御によるリッチ化は、空気系制御によって空気過剰率を定常運転時（例えば、約１．５）から理論空燃比相当値（約１．０）よりもリーン側の第３目標空気過剰率（例えば、約１．３）まで低下させるＮＯｘパージリーン制御と、噴射系制御によって空気過剰率を第３目標空気過剰率からリッチ側の第４目標空気過剰率（例えば、約０．９）まで低下させるＮＯｘパージリッチ制御とを併用することで実現される。以下、ＮＯｘパージリーン制御及び、ＮＯｘパージリッチ制御の詳細について説明する。

［ＮＯｘパージリーン制御のＭＡＦ目標値設定］
図７は、ＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}の設定処理を示すブロック図である。第３目標空気過剰率設定マップ７１は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}（第３目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。

まず、第３目標空気過剰率設定マップ７１から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて、ＭＡＦ目標値演算部７２に入力される。さらに、ＭＡＦ目標値演算部７２では、以下の数式（３）に基づいてＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}＝λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ／Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}・・・（３）
数式（３）において、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正された燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}は後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。

ＭＡＦ目標値演算部７２によって演算されたＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（図６の時刻ｔ_１参照）になるとランプ処理部７３に入力される。ランプ処理部７３は、各ランプ係数マップ７３Ａ，Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ}をバルブ制御部７４に入力する。

バルブ制御部７４は、ＭＡＦセンサ４０から入力される実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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３目標空気過剰率設定マップ７１から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}と、各インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいてＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}を設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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８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Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（単位時間当たりの噴射量）の設定処理を示すブロック図である。第４目標空気過剰率設定マップ７５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（第４目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。

まず、第４目標空気過剰率設定マップ７５から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて噴射量目標値演算部７６に入力される。さらに、噴射量目標値演算部７６では、以下の数式（４）に基づいてＮＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}＝ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}・・・（４）
数式（４）において、ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}は後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。

噴射量目標値演算部７６によって演算される目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＳＰ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６の時刻ｔ_１）。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Ｆ_ＮＰがオフ（図６の時刻ｔ_２）にされるまで継続される。

このように、本実施形態では、第４目標空気過剰率設定マップ７５から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}と、各インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいて目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿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Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿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パージ制御の空気系制御禁止］
ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状態が低負荷側の領域では、ＭＡＦセンサ４０のセンサ値に基づいて吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の開度をフィードバック制御している。一方、エンジン１０の運転状態が高負荷側の領域では、ＥＣＵ５０はブースト圧センサ４６のセンサ値に基づいて可変容量型過給機２０による過給圧をフィードバック制御している（以下、この領域をブースト圧ＦＢ制御領域という）。

このようなブースト圧ＦＢ制御領域では、吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の制御が可変容量型過給機２０の制御と干渉してしまう現象が生じる。このため、上述の数式（３）で設定されるＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に基づいて空気系をフィードバック制御するＮＯｘパージリーン制御を実行しても、吸入空気量をＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に維持できない課題がある。その結果、ポスト噴射や排気管噴射を実行するＮＯｘパージリッチ制御を開始しても、空気過剰率をＮＯｘパージに必要な第４目標空気過剰率（空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}）まで低下させられない可能性がある。

このような現象を回避すべく、本実施形態のＮＯｘパージ制御部７０は、ブースト圧ＦＢ制御領域では、吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の開度を調整するＮＯｘパージリーン制御を禁止し、排気管噴射又はポスト噴射のみで空気過剰率を第４目標空気過剰率（空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}）まで低下させる。これにより、ブースト圧ＦＢ制御領域においても、ＮＯｘパージを確実に行うことが可能になる。なお、この場合、上述の数式（４）のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}には、エンジン１０の運転状態に基づいて設定されるＭＡＦ目標値を適用すればよい。

［ＮＯｘパージ制御の終了判定］
ＮＯｘパージ制御は、（１）ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、（２）ＮＯｘパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、（３）エンジン１０の運転状態やＮＯｘ／ラムダセンサ４５のセンサ値等を入力信号として含む所定のモデル式に基づいて演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰをオフにして終了される（図６の時刻ｔ_２参照）。

このように、本実施形態では、ＮＯｘパージ制御の終了条件に累積噴射量及び、経過時間の上限を設けたことで、ＮＯｘパージが排気温度の低下等によって成功しなかった場合に燃料消費量が過剰になることを確実に防止することができる。

［ＭＡＦ追従制御］
ＭＡＦ追従制御部８０は、（１）通常運転のリーン状態からＳＯｘパージ制御又はＮＯｘパージ制御によるリッチ状態への切り替え期間及び、（２）ＳＯｘパージ制御又はＮＯｘパージ制御によるリッチ状態から通常運転のリーン状態への切り替え期間に、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。

ＳＯｘパージリーン制御や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９，１０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。なお、ＳＯｘパージ制御及び、ＮＯｘパージ制御ともに、ＭＡＦ追従制御は同様のフローで処理されるため、以下、ＳＯｘパージ制御についてのみ説明し、ＮＯｘパージ制御については説明を省略する。

まず、図９に基づいて、リーン状態からリッチ状態への切り替え期間のＭＡＦ追従制御を説明する。

ステップＳ１００で、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオンにされると、ステップＳ１１０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Ｓ１２０では、切り替え後（リッチ状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}から切り替え前（リーン状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ＿Ｔｒｇｔ}を減算することで、切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦ_Ｔｒｇｔ（＝ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}−ＭＡＦ_{Ｌ＿Ｔｒｇｔ}）が演算される。

ステップＳ１３０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}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ＭＡＦ_Ａｃｔから切り替え前のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ＿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ΔＭＡＦ_Ａｃｔ（＝ＭＡＦ_Ａｃｔ−ＭＡＦ_{Ｌ＿Ｔｒｇｔ}）が演算される。そして、この実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦ_Ａｃｔを切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦ_Ｔｒｇｔで除算することで、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}（＝ΔＭＡＦ_Ａｃｔ／ΔＭＡＦ_Ｔｒｇｔ）が演算される。

ステップＳ１４０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}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Ｃｏｍｐ_１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Ｃｏｍｐ_２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ＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}と噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ_１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ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}と噴射量追従係数Ｃｏｍｐ_２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Ｃｏｍｐ_１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ_２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ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}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Ｃｏｍｐ_１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Ｃｏｍｐ_２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ＭＡＦ_Ａｃｔが切り替え後（リッチ状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に達したか否かが判定される。実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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ＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}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の処理についての詳細は後述する。一方、ステップＳ１６０の判定で、実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に達すると（Ｙｅｓ）、本制御は終了する。

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Ｔ_Ｓｕｍが、所定の上限時間Ｔ_Ｍａｘを超えたか否かが判定される。

図１１（Ａ）に示すように、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ＭＡＦ_Ａｃｔが移行期間中のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ−Ｒ＿Ｔｒｇｔ}に追いつけず、実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ−Ｒ＿Ｔｒｇｔ}よりも低い状態に維持される場合がある（時刻ｔ_１〜ｔ_２参照）。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Ｔ_Ｓｕｍが上限時間Ｔ_Ｍａｘを超えたと判定された場合（Ｙｅｓ）、すなわち、実ＭＡＦ値ＭＡＦ_Ａｃｔ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Ｃｏｍｐ_１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ_２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。

次に、図１０に基づいて、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、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ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ＭＡＦ_{Ｌ＿Ｔｒｇｔ}から切り替え前（リッチ状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}を減算することで、切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦ_Ｔｒｇｔ（＝ＭＡＦ_{Ｌ＿Ｔｒｇｔ}−ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}）が算出される。

ステップＳ２３０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}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ＭＡＦ_Ａｃｔから切り替え前のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿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ΔＭＡＦ_Ａｃｔ（＝ＭＡＦ_Ａｃｔ−ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}）が演算される。そして、この実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦ_Ａｃｔを切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦ_Ｔｒｇｔで除算することで、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}（＝ΔＭＡＦ_Ａｃｔ／ΔＭＡＦ_Ｔｒｇｔ）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ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}に対応する値が噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ_１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ΔＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}に対応する値が噴射量追従係数Ｃｏｍｐ_２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Ｃｏｍｐ_１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Ｃｏｍｐ_２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ＭＡＦ_Ａｃｔが切り替え後（リーン状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ＿Ｔｒｇｔ}に達したか否かが判定される。実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ＿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ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ＿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ＭＡＦ_{Ｒａｔｉｏ}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ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ＿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Ｔ_Ｓｕｍが、所定の上限時間Ｔ_Ｍａｘを超えたか否かが判定される。

図１１（Ｂ）に示すように、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ＭＡＦ_Ａｃｔが移行期間中のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ−Ｒ＿Ｔｒｇｔ}に追いつけず、実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{Ｌ−Ｒ＿Ｔｒｇｔ}よりも高い状態を維持する場合がある（時刻ｔ_１〜ｔ_２参照）。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Ｔ_Ｓｕｍが上限時間Ｔ_Ｍａｘを超えたと判定された場合（Ｙｅｓ）、すなわち、実ＭＡＦ値ＭＡＦ_Ａｃｔ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Ｃｏｍｐ_１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ_２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。

［ＭＡＦ追従制御の禁止］
上述したように、ブースト圧ＦＢ制御領域では、ＭＡＦセンサ４０のセンサ値に基づいて空気系をフィードバック制御するＮＯｘパージリーン制御を禁止している。ＭＡＦ追従制御も吸入空気量の変化率に応じて噴射タイミングの進角や噴射量の増加を制御しているため、ブースト圧ＦＢ制御領域では正確な制御を行えない可能性がある。

そこで、本実施形態は、ブースト圧ＦＢ制御領域ではＭＡＦ追従係数Ｃｏｍｐ_１，２を「１」に設定することで、ＭＡＦ追従制御の実行を禁止するようになっている。これにより、ＭＡＦ追従制御が不正確になることで引き起こされるエンジン１０のトルク変動やドライバビリティーの悪化が効果的に防止される。

［噴射量学習補正］
図１２に示すように、噴射量学習補正部９０は、学習補正係数演算部９１と、噴射量補正部９２とを有する。

学習補正係数演算部９１は、エンジン１０のリーン運転時にＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔと、推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒを演算する。排気がリーン状態のときは、酸化触媒３１でＨＣの酸化反応が生じないため、酸化触媒３１を通過して下流側のＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される排気中の実ラムダ値λ_Ａｃｔと、エンジン１０から排出された排気中の推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとは一致すると考えられる。このため、これら実ラムダ値λ_Ａｃｔと推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとに誤差Δλが生じた場合は、各インジェクタ１１に対する指示噴射量と実噴射量との差によるものと仮定することができる。以下、この誤差Δλを用いた学習補正係数演算部９１による学習補正係数の演算処理を図１３のフローに基づいて説明する。

ステップＳ３００では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて、エンジン１０がリーン運転状態にあるか否かが判定される。リーン運転状態にあれば、学習補正係数の演算を開始すべく、ステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０では、推定ラムダ値λ_ＥｓｔからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔを減算した誤差Δλに、学習値ゲインＫ_１及び補正感度係数Ｋ_２を乗じることで、学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}が演算される（Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}＝（λ_Ｅｓｔ−λ_Ａｃｔ）×Ｋ_１×Ｋ_２）。推定ラムダ値λ_Ｅｓｔは、エンジン回転数Ｎｅやアクセル開度Ｑに応じたエンジン１０の運転状態から推定演算される。また、補正感度係数Ｋ_２は、図１２に示す補正感度係数マップ９１ＡからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔを入力信号として読み取られる。

ステップＳ３２０では、学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}の絶対値｜Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}｜が所定の補正限界値Ａの範囲内にあるか否かが判定される。絶対値｜Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}｜が補正限界値Ａを超えている場合、本制御はリターンされて今回の学習を中止する。

ステップＳ３３０では、学習禁止条件の成立／非成立が判定される。学習禁止条件が成立している場合には学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏが「１」に設定され、成立していない場合には学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏが「０」に設定される。

学習禁止条件としては、例えば、エンジン１０の過渡運転時、ＳＯｘパージ制御時（Ｆ_ＳＰ＝１）、ＮＯｘパージ制御時（Ｆ_ＮＰ＝１）等が該当する。これらの条件が成立する状態では、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔの変化によって誤差Δλが大きくなり、正確な学習を行えないためである。エンジン１０が過渡運転状態にあるか否かは、例えば、実ラムダ値λ_Ａｃｔの時間変化量に基づいて、当該時間変化量が所定の閾値よりも大きい場合に過渡運転状態と判定すればよい。

また、他の学習禁止条件としては、例えば、センサのエラー情報がある。これは、学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}が実ラムダ値λ_Ａｃｔと推定ラムダ値λ_Ｅｓｔの差（誤差Δλ）に基づいて演算されており、実ラムダ値λ_Ａｃｔを検出するＮＯｘ／ラムダセンサ４５に異常が生じていると学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}の精度が損なわれ、正確な学習を行えないためである。

さらに他の学習禁止条件としては、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔの非妥当性がある。すなわち、過度に大きい実ラムダ値λ_Ａｃｔ、過度に小さい実ラムダ値λ_Ａｃｔ、或いは、出力のばらつきが過度に大きい実ラムダ値λ_Ａｃｔ、故障と見なせる程度に出力変動が小さい実ラムダ値λ_Ａｃｔ、で燃料流量の学習補正が行われると、その後のＳＯｘパージやＮＯｘパージで燃料噴射量に過不足が生じ、触媒温度が過度に上昇或いは低下する虞がある。

そこで、実ラムダ値λ_Ａｃｔについて上限過剰率閾値と下限過剰率閾値、実ラムダ値λ_Ａｃｔの偏差について上限偏差閾値と下限偏差閾値を設定している。そして、実ラムダ値λ_Ａｃｔについて上限過剰率閾値よりも高くなった場合、下限過剰率閾値よりも低くなった場合、実ラムダ値λ_Ａｃｔの偏差について上限偏差閾値よりも大きくなった場合、下限偏差閾値よりも小さくなった場合には、学習禁止条件が成立したとして学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏ＝１にする。一方、上記の条件を満たさなかった場合には、学習禁止条件が成立しなかったとして学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏ＝０にする。

これにより、（１）実ラムダ値λ_Ａｃｔが過度に大きい場合、（２）実ラムダ値λ_Ａｃｔが過度に小さい場合、（３）ＮＯｘ／ラムダセンサ４５の出力が、学習に適さない程度に不安定な（ばらついている）場合、（４）ＮＯｘ／ラムダセンサ４５の出力が、センサの故障と見なせる程度に小さい（変動がない）場合に、学習禁止フラグがオン（Ｆ_Ｐｒｏ＝１）される。

ステップＳ３４０では、学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏがオフか否かが判定される。オフ（Ｆ_Ｐｒｏ＝０）の場合にはステップＳ３５０の処理を行い、オン（Ｆ_Ｐｒｏ＝１）の場合には本制御はリターンされて今回の学習を中止する。これにより、その後のＳＯｘパージやＮＯｘパージにおいて燃料噴射量を適正化でき、触媒温度を適正範囲に維持できる。

ステップＳ３５０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照される学習値マップ９１Ｂ（図１２参照）が、ステップＳ３１０で演算された学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}に更新される。より詳しくは、この学習値マップ９１Ｂ上には、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに応じて区画された複数の学習領域が設定されている。これら学習領域は、好ましくは、使用頻度が多い領域ほどその範囲が狭く設定され、使用頻度が少ない領域ほどその範囲が広く設定されている。これにより、使用頻度が多い領域では学習精度が向上され、使用頻度が少ない領域では未学習を効果的に防止することが可能になる。

ステップＳ３６０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として学習値マップ９１Ｂから読み取った学習値に「１」を加算することで、学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒが演算される（Ｆ_Ｃｏｒｒ＝１＋Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}）。この学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒは、図１２に示す噴射量補正部９２に入力される。

噴射量補正部９２は、パイロット噴射Ｑ_{Ｐｉｌｏｔ}、プレ噴射Ｑ_Ｐｒｅ、メイン噴射Ｑ_Ｍａｉｎ、アフタ噴射Ｑ_{Ａｆｔｅｒ}、ポスト噴射Ｑ_Ｐｏｓｔの各基本噴射量に学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒを乗算することで、これら燃料噴射量の補正を実行する。これにより学習補正後の燃料噴射量Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}が演算される。

このように、推定ラムダ値λ_Ｅｓｔと実ラムダ値λ_Ａｃｔとの誤差Δλに応じた学習値で各インジェクタ１１の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。

また、エンジン１０の過渡運転時、ＳＯｘパージ制御時（Ｆ_ＳＰ＝１）、ＮＯｘパージ制御時（Ｆ_ＮＰ＝１）、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５の異常時（センサエラー時）、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔの非妥当時（実ラムダ値λ_Ａｃｔが過剰率の上下限閾値を超えている場合、実ラムダ値λ_Ａｃｔの偏差が偏差の上下限閾値を超えている場合）に学習を禁止しているので、学習の精度を高めることができる。その結果、ＳＯｘパージやＮＯｘパージにおいて燃料噴射量を適正化でき、触媒温度を適正範囲に維持できる。

［ＭＡＦ補正係数］
ＭＡＦ補正係数演算部９５は、ＳＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}の設定及び、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}の設定に用いられるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}を演算する。

本実施形態において、各インジェクタ１１の燃料噴射量は、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔと推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとの誤差Δλに基づいて補正される。しかしながら、ラムダは空気と燃料の比であるため、誤差Δλの要因が必ずしも各インジェクタ１１に対する指示噴射量と実噴射量との差の影響のみとは限らない。すなわち、ラムダの誤差Δλには、各インジェクタ１１のみならずＭＡＦセンサ４０の誤差も影響している可能性がある。

図１４は、ＭＡＦ補正係数演算部９５によるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}の設定処理を示すブロック図である。補正係数設定マップ９６は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を示すＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}が予め実験等に基づいて設定されている。

ＭＡＦ補正係数演算部９５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として補正係数設定マップ９６からＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}を読み取ると共に、このＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}をＭＡＦ目標値演算部６２，７２及び噴射量目標値演算部６６，７６に送信する。これにより、ＳＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}の設定に、ＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を効果的に反映することが可能になる。

［その他］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

１０ エンジン
１１ インジェクタ
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１６ 吸気スロットルバルブ
２４ ＥＧＲバルブ
３１ 酸化触媒
３２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
３３ フィルタ
３４ 排気管噴射装置
４０ ＭＡＦセンサ
４５ ＮＯｘ／ラムダセンサ
５０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に、排気上流側から順に、排気中の未燃燃料を酸化する酸化触媒及び、排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元型触媒を配置した排気後処理装置と、前記酸化触媒及び、前記ＮＯｘ還元型触媒を通過した排気の空気過剰率を検出する空気過剰率センサと、吸入空気量を減少させる空気系制御と燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用して排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、前記ＮＯｘ還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる再生処理を実行する制御部と、を備える排気浄化システムであって、
   前記制御部は、前記内燃機関のリーン運転時に前記内燃機関の運転状態に基づいて推定した推定空気過剰率と前記空気過剰率センサで検出された実空気過剰率との差に応じた学習値を演算すると共に、学習禁止条件が成立しなかった場合には、前記学習値に基づいて前記噴射系制御における燃料噴射量を補正し、前記学習禁止条件が成立した場合には、前記補正を実行しない
   排気浄化システム。
2. 前記制御部は、前記実空気過剰率が所定の上限過剰率閾値以下であって所定の下限過剰率閾値以上の場合に前記学習禁止条件が成立しなかったと判定し、前記実空気過剰率が前記所定の上限過剰率閾値或いは前記所定の下限過剰率閾値を超えた場合に前記学習禁止条件が成立したと判定する
   請求項１に記載の排気浄化システム。
3. 前記制御部は、前記実空気過剰率の偏差が所定の上限偏差閾値以下であって所定の下限偏差閾値以上の場合に前記学習禁止条件が成立しなかったと判定し、前記実空気過剰率の偏差が前記所定の上限偏差閾値を超えた場合又は前記所定の下限偏差閾値未満であった場合に前記学習禁止条件が成立したと判定する
   請求項１又は２に記載の排気浄化システム。

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