JP6484531B2

JP6484531B2 - 空燃比制御方法及び排気浄化装置

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Publication number: JP6484531B2
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Inventors: 啓高橋
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Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御に係り、特に、排気浄化装置に設けられた触媒再生のためのポスト噴射の噴射効率の向上、安定性、信頼性の向上等を図ったものに関する。

内燃機関においては、排気ガスに対する様々な規制等を充足させ、より清浄な排気とする要請があることから、排気ガス中に含まれる粒子状物質や窒素酸化物（ＮＯｘ）等を除去するため、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）や窒素酸化物吸蔵触媒に代表される様々な排気浄化のための部材からなる排気浄化装置が設けられていることは良く知られている通りである（例えば、特許文献１等参照）。

ところで、内燃機関における燃焼が希薄燃焼（リーン燃焼）状態で継続されると、窒素酸化物吸蔵触媒による窒素酸化物の吸蔵は飽和状態、すなわち、吸蔵限界に達してしまうため、窒素酸化物吸蔵触媒を用いた排気浄化装置にあっては、吸蔵限界に達する前に、過濃燃焼（リッチ燃焼）状態とすることで、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、窒素酸化物吸蔵触媒に吸蔵された窒素酸化物の酸素分子がＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）と結合してＣＯ２（二酸化炭素）やＨ２Ｏとなるような燃焼状態に制御することが必要とされる。

排気ガス中の酸素濃度を低下させてリッチ燃焼とする方策としては、例えば、メイン噴射の後に、エンジントルクへの寄与度が低いポスト噴射と称される噴射を行う方法などが知られている。
このポスト噴射による燃焼状態の制御は、通常、ラムダセンサにより検出された空燃比が所定値となるように、ポスト噴射における噴射量（以下、説明の便宜上「ポスト噴射量」と称する）を制御することでリッチ燃焼状態が確保されるようにしている。
ところで、空燃比検出のために用いられるラムダセンサは、比較的高価なため、通常、装置価格等の観点から、１つのラムダセンサを用いて、その出力に基づいて、各シリンダのポスト噴射量が定められるようになっている。

特開２００６−２４２００９号公報（第５−１５頁、図１−図８）

しかしながら、空燃比は、本来、各シリンダ毎に異なるものであり、一つのラムダセンサによる、いわば代表値に基づく各シリンダのポスト噴射量の制御は、最終的にはラムダセンサにより検出される空燃比が所望の値となるようにフィードバック制御されるが、シリンダ毎には、決して適切なポスト噴射量が設定されるものとはなっていない。そのため、シリンダによっては、過剰なポスト噴射量が供給され、一時的ではあるが、ＨＣ過剰や煤の排出等の望ましくない燃焼結果を招くという問題がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、シリンダ毎にラムダセンサを設けることなく、窒素酸化物吸蔵触媒の再生に必要なポスト噴射における噴射量を、内燃機関のシリンダ毎に適切な値に設定可能とし、従来に比して、噴射効率が良く、安定性の良好な空燃比制御方法及び排気浄化装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る空燃比制御方法は、
内燃機関が排出する窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒の再生のためのポスト噴射が実行可能に構成された排気浄化装置における前記ポスト噴射のための空燃比制御方法であって、
前記内燃機関の各々のシリンダに対して一義的に定められるポスト噴射量である平均ポスト噴射量を、ラムダセンサにより検出された空燃比と目標とする空燃比である目標平均空燃比を入力としたＰＩＤ制御に基づいて取得し、
前記平均ポスト噴射量に対する前記各々のシリンダにおけるポスト噴射量の過不足量に相当するシリンダ別ポスト噴射偏差を、前記各々のシリンダにおける空燃比のばらつきに相当するシリンダ別特性偏差に基づいて算出し、
前記平均ポスト噴射量に、前記シリンダ別ポスト噴射偏差を加算した加算結果を、前記目標平均空燃比を実現するために前記各々のシリンダにおいて必要とされるポスト噴射量に相当するシリンダ別ポスト噴射量としてポスト噴射を行うことで、前記目標平均空燃比の達成を可能とするよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る排気浄化装置は、
内燃機関の排気管に前記内燃機関が排出する窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒が設けられると共に、電子制御ユニットによる前記内燃機関の動作制御により、前記窒素酸化物吸蔵触媒の再生のためのポスト噴射が実行可能に構成されてなる排気浄化装置であって、
前記電子制御ユニットは、
ラムダセンサにより検出された空燃比と目標とする空燃比である目標平均空燃比を基にＰＩＤ制御に基づいて前記内燃機関の各々のシリンダに対して一義的に定められるポスト噴射量である平均ポスト噴射量を算出すると共に、前記平均ポスト噴射量に対する前記各々のシリンダにおけるポスト噴射量の過不足量に相当するシリンダ別ポスト噴射偏差を、前記各々のシリンダにおける空燃比のばらつきに相当するシリンダ別特性偏差に基づいて算出し、
前記平均ポスト噴射量と前記シリンダ別ポスト噴射偏差との加算結果を、前記目標平均空燃比を実現するために前記各々のシリンダにおいて必要とされるポスト噴射量に相当するシリンダ別ポスト噴射量としてポスト噴射の制御を可能に構成されてなり、前記シリンダ別ポスト噴射量でのポスト噴射により前記目標平均空燃比の達成を可能としてなるものである。

本発明によれば、各シリンダの空燃比の推定値に相当する指標値を、各シリンダの排気温度に基づいて取得し、目標空燃比との差に応じてシリンダ毎のポスト噴射量が設定されるようにしたので、ラムダセンサの増設を要することなく、従来と異なり、シリンダ毎に適切なポスト噴射量でのポスト噴射を行うことができ、各シリンダ毎に噴射効率の良好なポスト噴射を行うことができ、従来に比して、より安定性、信頼性の高い排気浄化装置を提供することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における排気浄化装置が設けられた内燃機関に用いられるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図である。本発明の実施の形態における排気浄化装置が設けられる内燃機関の吸排気装置の構成例を示す構成図である。本発明の実施例における排気温度センサの取り付け位置を模式的に示す模式図である。本発明の実施の形態における排気浄化装置において実行される空燃比制御処理の全体な手順を示すサブルーチンフローチャートである。図４に示された空燃比制御処理において実行されるシリンダ別特性偏差算出処理のより具体的な手順を示すサブルーチンフローチャートである。図４に示された空燃比制御処理において実行されるシリンダ別ポスト噴射偏差算出処理のより具体的な手順を示すサブルーチンフローチャートである。図４に示された本発明の実施の形態における空燃比制御処理が電子制御ユニットにおいて実行されるために電子制御ユニットに必要とされる機能を機能ブロックにより示した機能ブロック図である。図７に示された特性偏差算出ブロックのより具体的な機能を示した機能ブロック図である。図７に示されたシリンダ毎のガバナブロックのより具体的な機能を示した機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図９を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における排気浄化装置が設けられた内燃機関に用いられるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧燃料の圧送を行う高圧ポンプ装置５０と、この高圧ポンプ装置５０により圧送された高圧燃料を蓄えるコモンレール１と、このコモンレール１から供給された高圧燃料を内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下「エンジン」と称する）３の気筒（シリンダ）へ噴射供給する複数の燃料噴射弁２−１〜２−ｎと、燃料噴射制御処理や後述する内燃機関の空燃比制御処理などを実行する電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）４を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる構成自体は、従来から良く知られているこの種のコモンレール式燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。

高圧ポンプ装置５０は、供給ポンプ５と、調量弁６と、高圧ポンプ７とを主たる構成要素として公知・周知の構成を有してなるものである。
かかる構成において、燃料タンク９の燃料は、供給ポンプ５により汲み上げられ、調量弁６を介して高圧ポンプ７へ供給されるようになっている。調量弁６には、電磁式比例制御弁が用いられ、その通電量が電子制御ユニット４に制御されることで、高圧ポンプ７への供給燃料の流量、換言すれば、高圧ポンプ７の吐出量が調整されるものとなっている。

なお、供給ポンプ５の出力側と燃料タンク９との間には、戻し弁８が設けられており、供給ポンプ５の出力側の余剰燃料を燃料タンク９へ戻すことができるようになっている。
また、供給ポンプ５は、高圧ポンプ装置５０の上流側に高圧ポンプ装置５０と別体に設けるようにしても、また、燃料タンク９内に設けるようにしても良いものである。
燃料噴射弁２−１〜２−ｎは、エンジン３の気筒毎に設けられており、それぞれコモンレール１から高圧燃料の供給を受け、電子制御ユニット４による噴射制御によって燃料噴射を行うようになっている。

電子制御ユニット４は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎを通電駆動するための回路（図示せず）や、調量弁６等を通電駆動するための回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。

かかる電子制御ユニット４には、コモンレール１の圧力を検出する圧力センサ１１の検出信号が入力される他、エンジン回転数、アクセル開度、外気温度、大気圧などの各種の検出信号が、エンジン３の動作制御や燃料噴射制御、さらには、本発明の実施の形態における空燃比制御処理等に供するために入力されるようになっている。

図２には、本発明の実施の形態における排気浄化装置１０１の構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、その構成等について説明する。
本発明の実施の形態における排気浄化装置１０１は、エンジン３のエミッション低減等のために設けられた排気ガス再循環装置１０２と共に設けられた構成となっているものである。
まず、エンジン３のインテークマニホールド１４ａには、燃料の燃焼のために必要な空気を取り入れる吸気管１２が、また、エキゾーストマニホールド１４ｂには、排気ガスを排気するための排気管１３が、それぞれ接続されている。

そして、排気管１３と吸気管１２を連通する連通路１５が、排気管１３と吸気管１２の適宜な位置に設けられると共に、この連通路１５の途中には、排気管１３側から、通過排気ガスの冷却を行うためのＥＧＲクーラ１７と、連通路１５の連通状態、換言すれば、排気ガスの還流量を調整するためのＥＧＲバルブ１６が順に配設されている。

また、排気管１３において連通路１５より下流側に設けられた可変タービン１９と、吸気管１２において連通路１５より上流側に設けられた圧縮機２０とを主たる構成要素としてなる公知・周知の構成を有する可変ターボチャージャ１８が設けられている。そして、可変タービン１９により得られた回転力により圧縮機２０が回転せしめられて、圧縮された空気が吸入空気としてインテークマニホールド１４ａへ送出されるようになっている。
さらに、吸気管１２には、先に述べた連通路１５と可変ターボチャージャ１８の間の適宜な位置において、吸入空気の冷却を行うインタークーラ２１が設けられている。
そして、このインタークーラ２１と連通路１５との間には、吸入空気の量を調整するためのインテークスロットルバルブ２２が設けられている。

また、吸気管１２の上流側には、吸入空気を清浄するためのフィルタ２３が設けられており、その下流側には、フィルタ２３を介して流入する吸入空気量を検出するためのエアマスセンサ２４が設けられている。
さらに、吸気管１２においては、インタークーラ２１とインテークスロットルバルブ２２との間に、エンジン１の吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ２５が設けられると共に、インテークスロットルバルブ２２の下流側には、インテークマニホルド１４ａの吸気圧を検出する吸気圧センサ２６が設けられている。

一方、排気管１３においては、可変タービン１９の下流側にラムダセンサ２７が設けられている。
そして、ラムダセンサ２７の下流側には、下流側へ向かって窒素酸化物吸蔵触媒３１、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３２が順に設けられている。
窒素酸化物吸蔵触媒３１は、ノックス（ＮＯｘ）吸蔵還元型触媒とも称される従来から良く知られているものである。この窒素酸化物吸蔵触媒３１は、ＮＯｘを吸蔵するものであるが、希薄燃焼状態が継続されたままにすると吸蔵限界となるため、通常、限界に達する前に、ポスト噴射によりリッチ燃焼状態とすることで、ＮＯｘの酸素分子がＣＯやＨＣと結合してＣＯ２やＨ２Ｏとなるようにして、ＮＯｘの吸蔵能力を再生可能としている。

ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３２は、排気ガス中の粒子状物質を捕集する従来同様の構成を有するものである。
また、排気管１３においては、可変タービン１９の上流側の適宜な位置には、排気圧を検出する排気圧センサ２８が設けられている。
さらに、本発明の実施の形態においては、各シリンダ４１−１〜４１−ｎ毎に、それぞれの排気温度を検出するための排気温度センサ２９−１〜２９−ｎが、各シリンダ４１−１〜４１−ｎの排気口の近傍の適宜な位置に設けられている（図３参照）。

これら、エアマスセンサ２４、吸気温度センサ２５、吸気圧センサ２６、ラムダセンサ２７、排気圧センサ２８、及び、排気温度センサ２９−１〜２９−ｎの検出信号は、電子制御ユニット４に入力されて、燃料噴射制御処理や、後述する本発明の実施例における空燃比制御処理等に供されるようになっている。

次に、電子制御ユニット４により実行される本発明の実施の形態における空燃比制御処理について、図４乃至図９を参照しつ説明する。
最初に、本発明の実施の形態における排気浄化装置１０１は、後述する本発明に係る空燃比制御を除いて、窒素酸化物吸蔵触媒３１の再生のためのポスト噴射に必要な空燃比制御が基本的に従来同様に実行可能に構成されたものであることを前提とするものである。
なお、本発明の実施の形態における”ポスト噴射”とは、メイン噴射の後に、エンジントルクの発生に対する寄与度が極小さくなるようなタイミング等で、もっぱら窒素酸化物吸蔵触媒３１の再生のために行われる噴射である。

次に、本発明の実施の形態における空燃比制御処理について概括的に説明すれば、本発明の実施の形態における空燃比制御処理は、窒素酸化物吸蔵触媒３１の再生のためのポスト噴射を行う際に、エンジン３のシリンダ毎の空燃比（ラムダ）に相当する数値を演算算出し、エンジン３の全体として最終的に所望される空燃比に対する偏差を算出し、算出された空燃比の偏差に応じた該当のシリンダにおけるポスト噴射の噴射量（以下、説明の便宜上「ポスト噴射量」と称する）を算出し、シリンダ毎に適切なポスト噴射量でのポスト噴射を可能とすることで、従来に比して、より適切な空燃比制御を実現するものである。

次に、図４を参照しつつ、本発明の実施の形態における空燃比制御処理の全体的な手順について説明する。
電子制御ユニット４による処理が開始されると、最初に、平均ポスト噴射量の算出が行われる（図４のステップＳ１００参照）。
ここで、”平均ポスト噴射量”は、従来の空燃比制御において算出されていたものと同様のもので、全シリンダ４１−１〜４１−ｎのポスト噴射量の平均値である。

すなわち、空燃比は、本来、シリンダ４１−１〜４１−ｎ毎に異なり、それ故、各シリンダ４１−１〜４１−ｎにおける適切なポスト噴射量も異なるものであるが、従来の空燃比制御においては、１つのラムダセンサ２７により検出された空燃比を、各シリンダ４１−１〜４１−ｎのそれぞれの空燃比として用いると共に、ＰＩＤ制御に基づいて一義的に定められるポスト噴射量が、本来は各シリンダ４１−１〜４１−ｎ毎に異なるポスト噴射量の平均値と擬制して用いられるものとなっており、そのような意味で、本発明の実施の形態においては、”平均ポスト噴射量”と称する。

次いで、シリンダ別特性偏差の算出が行われる（図４のステップＳ２００参照）。
シリンダ別特性偏差は、ラムダセンサ２７により検出された空燃比に対する各シリンダ４１−１〜４１−ｎの空燃比のばらつきに相当する指標であり、詳細は後述するような手順により算出されるもので、本発明の実施の形態の空燃比制御における独自のものである。これは、間接的に、各シリンダ４１−１〜４１ーｎの空燃比を把握するためのものである。

次いで、シリンダ別ポスト噴射偏差の算出が行われる（図４のステップＳ３００参照）。
シリンダ別ポスト噴射偏差は、先のシリンダ別特性偏差を基に算出される各シリンダ４１−１〜４１−ｎの本来の所望されるポスト噴射量の、先の平均ポスト噴射量に対する偏差であり、詳細は後述するような手順により算出されるものである。なお、このシリンダ別ポスト噴射偏差も、先のシリンダ別特性偏差同様に本発明の実施の形態の空燃比制御における独自のものである。

次いで、各シリンダ４１−１〜４１−ｎにおけるポスト噴射が、上述のように算出されたシリンダ別ポスト噴射量で実行されることとなる（図４のステップＳ５００参照）。
これら一連の処理は、図示されないメインルーチンにおいて、窒素酸化物吸蔵触媒３１の再生処理の実行時期と判定され場合に、所定時間の間、所定の間隔で繰り返し実行されることとなる。
従来は、ラムダセンサ２７により検出された空燃比を基に一つのポスト噴射量が定められ、この一つのポスト噴射量が各シリンダ４１−１〜４１−ｎにおけるポスト噴射量としてポスト噴射が行われるようになっていた。

これに対して、本発明の実施の形態における空燃比制御は、個々のシリンダ４１−１〜４１−ｎの空燃比に相当するシリンダ別特性偏差を用いて個々のシリンダ４１−１〜４１−ｎのポスト噴射量が算出され、各シリンダ４１−１〜４１−ｎにおいては、それぞれ算出されたポスト噴射量でのポスト噴射が行われることとなる。そのため、従来と異なり、シリンダ４１−１〜４１ーｎ毎にポスト噴射量に過不足が生ずることがなく、それぞれ適切なポスト噴射が行われ、ポスト噴射の際に一時的にＨＣ過剰や煤の排出等の望ましくない燃焼状態が生ずるようなことが確実に回避されることとなる。

図７には、図４を参照しつつ説明した本発明の実施の形態における空燃比制御を電子制御ユニット４で実行するために、電子制御ユニット４に必要とされる機能を説明する機能ブロックが示されており、以下、同図を参照しつつ、その機能について説明する。なお、図７において、機能ブロックについては、図を簡潔にして見易くする等の観点から”ブロック”の文字を省略してある。
まず、プレコントロールブロックＢＬ７−１、及び、ラムダガバナブロックＢＬ７−２と称する部分は、従来の空燃比制御処理における主要部をなす部分である。
プレコントロールブロックＢＬ７−１は、いわゆる学習処理により、空燃比制御における基本的な制御値が逐次、記憶、更新されると共に、読み出し可能に構成されたものである。ここで、基本的な制御値とは、エンジン３の運転状態による空燃比の種々の変化によらず、空燃比制御を行うために最低限必要とされる制御値である。

ラムダガバナブロックＢＬ７−２は、ＰＩＤ(Proportional-Integral-Derivative)制御に基づいて次述するようにプレコントロールブロックＢＬ７−１と共に空燃比制御を行う部分である。
すなわち、電子制御ユニット４においては、エンジン３の動作状況、エンジン回転数やアクセル開度、ラムダセンサ２７の検出値等を基に、従来同様の演算処理によって、現時点で目標とされるべき空燃比（以下、説明の便宜上「目標平均空燃比」と称する）が算出されるようになっている。
ラムダガバナブロックＢＬ７−２には、この目標平均空燃比とラムダセンサ２７により検出された現時点の空燃比（以下、説明の便宜上「実平均空燃比」と称する）との差が入力されるようになっている。

ラムダガバナガバナブロックＢＬ７−２においては、目標平均空燃比と実平均空燃比の差に応じて、先に述べたプレコントロールブロックＢＬ７−１から出力される制御値に加算されるべき制御値（以下、説明の便宜上「ＰＩＤ制御値」と称する）が出力されるものとなっている。
従来の空燃比制御においては、このラムダガバナロックＢＬ７−２により得られたＰＩＤ制御値と、プレコントロールブロックＢＬ７−１により得られた制御値との和が、ポスト噴射量とされてエンジン３におけるポスト噴射が行われるようになっていた。
なお、以下、説明の便宜上、上述のようにＰＩＤ制御値とプレコントロールブロックＢＬ７−１により得られた制御値との和として求められたポスト噴射量を”平均ポスト噴射量 ”と称することとする。

本発明の実施の形態においては、ＰＩＤ制御値と、プレコントロールブロックＢＬ７−１により得られた制御値との和に対して、さらに、次述するように演算処理を施すことで、各シリンダ４１−１〜４１−ｎ毎のポスト噴射量が定められるようになっている。
すなわち、まず、特性偏差算出ブロックＢＬ７−３においては、シリンダ別特性偏差が算出される（図４のステップＳ２００参照）。

一方、図７においては、シリンダ４１−１〜４１−ｎが４つの場合を想定し、その４つのシリンダに対応してシリンダガバナブロックＢＬ７−４ａ〜ＢＬ７−４ｄが設けられた例が示されており、シリンダ別特性偏差に基づいて、４つのシリンダのそれぞれについて平均ポスト噴射量に対する差が算出されるものとなっている。そして、その算出された差と、先の平均ポスト噴射量との加算により、各シリンダ毎のポスト噴射量であるシリンダ別ポスト噴射量が求められ、各シリンダにおいて、それぞれのシリンダ別ポスト噴射量でポスト噴射が行われることで、実平均空燃比が実現されるものとなっている。

次に、シリンダ別特性偏差算出（図４のステップＳ２００参照）の具体的な算出手順について、図５に示されたサブルーチンフローチャートを参照しつつ説明する。
電子制御ユニット４による処理が開始されると、最初に、近似実排気温度偏差の算出が行われる（図５のステップＳ２０２参照）。
ここで、近似実排気温度偏差は、排気温度センサ２９−１〜２９−ｎによって検出された個々のシリンダ４１−１〜４１−ｎの排気温度（以下、説明の便宜上「実排気温度」と称する）と、平均排気温度との差である。
なお、平均排気温度は、排気温度センサ２９−１〜２９−ｎにより検出された排気温度の平均値である。

次いで、標準排気温度偏差の算出が行われる（図５のステップＳ２０４参照）。
ここで、標準排気温度偏差は、エンジン回転数とメイン噴射における噴射量に対してシリンダ４１−１〜４１−ｎ毎に定まる標準排気温度と、各シリンダ４１−１〜４１−ｎの標準排気温度の平均値との差である。
本発明の実施の形態においては、上述の標準排気温度は、エンジン３の仕様と同一の仕様で、かつ、標準的な動作特性を有するエンジンについて、予め試験結果やシュミレーション等によって得られた、エンジン回転数とメイン噴射量の種々の組み合わせに対する排気温度を、エンジン回転数とメイン噴射量の組み合わせを入力パラメータとして、読み出し可能に構成された、いわゆるマップ（以下、説明の便宜上「標準排気温度マップ」）を用いて定められるものとなっている。なお、かかる標準排気温度マップは、各シリンダ４１−１〜４１ーｎ毎に設けられるものである。

次いで、シリンダ別特性偏差の算出が行われる（図５のステップＳ２０６参照）。
すなわち、シリンダ別特性偏差は、シリンダ別特性偏差＝近似実排気温度偏差−標準排気温度として算出されるものとなっている。
ステップＳ２０８においては、全シリンダシリンダ４１−１〜４１−ｎについて、それぞれのシリンダ別特性偏差が算出されたか否かが判定され、全シリンダ４１−１〜４１−ｎについてシリンダ別特性偏差が算出されたと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、一連の処理が終了される一方、未だ全シリンダ４１−１〜４１−ｎについてシリンダ別特性偏差が算出されていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、先のステップＳ２０２へ戻り、一連の処理が繰り返されることとなる。

図８には、図５を参照しつつ説明したシリンダ別偏差算出処理を電子制御ユニット４において実行するために、電子制御ユニット４に必要とされる機能を説明する機能ブロックが示されており、以下、同図を参照しつつ、その機能について説明する。
図８においては、シリンダが４つ場合の例が示されており、各シリンダ（図８においては、それぞれ「Ｃｙｌ．１」、「Ｃｙｌ．２」、「Ｃｙｌ．３」、「Ｃｙｌ．４」と表記）の内、第１のシリンダ（Ｃｙｌ．１）についてのシリンダ別特性偏差を求めるために必要とされる機能が機能ブロックによって示されている。なお、他のシリンダについても基本的に同様であり、図示を省略することとする。

第１平均化演算ブロックＢＬ８−１においては、各シリンダ４１−１〜４１−４の実排気温度を基に、その平均値が算出される一方、第２平均化演算ブロックＢＬ８−２においては、各シリンダ４１−１〜４１−４の標準排気温度を基に、その平均値が算出されるものとなっている。
なお、標準排気温度は、各シリンダ４１−１〜４１−４毎に設けられた標準排気温度マップＢＬ８−３ａ〜ＢＬ８−３ｄから、平均値算出の際のエンジン回転数とメイン噴射量に対応する値が読み出され、第２平均化演算ブロックＢＬ８−２に入力されるようになっている。

しかして、第１のシリンダ４１−１の実排気温度と第１平均化演算ブロックＢＬ８−１において算出された実排気温度の平均値との差である近似実排気温度偏差が算出される一方、第１のシリンダ４１−１の標準排気温度と第２平均化演算ブロックＢＬ８−２において算出された標準排気温度の平均値との差である標準排気温度偏差が算出され、さらに、近似実排気温度偏差と標準排気温度偏差との差が、第１のシリンダ４１−１のシリンダ別特性偏差として算出されるものとなっている。

次に、シリンダ別ポスト噴射偏差算出（図４のステップＳ３００参照）の具体的な処理手順について、図６に示されたサブルーチンフローチャート、及び、図９に示された電子制御ユニット４においてシリンダ別ポスト噴射偏差の算出を実行するために必要とされる機能を機能ブロックで示した機能ブロック図を参照しつつ説明する。

まず、図９は、電子制御ユニット４において、シリンダ別ポスト噴射偏差算出を行うために必要とされる機能を機能ブロックで示した機能ブロック図であるが、特に、シリンダガバナブロックＢＬ７−４ａ〜ＢＬ７−４ｄ（図７参照）の機能をより具体的に表したものである。
なお、図９は、シリンダガバナブロックＢＬ７−４ａ〜ＢＬ７−４ｄの一つについて、その機能を機能ブロックで示したものであり、この機能ブロックは、各シリンダガバナブロックＢＬ７−４ａ〜ＢＬ７−４ｄのそれぞれに必要とされるものである。

しかして、シリンダガバナブロックＢＬ７−４ａ〜ＢＬ７−４ｄは、ＰＩ制御演算ブロックＢＬ９−１と、ＰＩガバナブロックＢＬ９−２ｉと、シリンダ別ＰＩ制御学習マップＢＬ９−３ｉとを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
なお、ＰＩ制御演算ブロックＢＬ９−１は、シリンダガバナブロックＢＬ７−４ａ〜ＢＬ７−４ｄで共用可能であるが、ＰＩガバナブロックＢＬ９−２ｉ、及び、シリンダ別ＰＩ制御学習マップＢＬ９−３ｉは、シリンダガバナブロックＢＬ７−４ａ〜ＢＬ７−４ｄ毎に設けられるものとなっている。

かかる構成において、電子制御ユニット４による処理が開始されると、最初に、ＰＩ制御における制御定数の算出が行われる（図６のステップＳ３０２参照）。
このＰＩ制御における制御定数は、後述するＰＩガバナブロックＢＬ９−２ｉにおけるＰＩ制御において必要とされるＰ項、Ｉ項の制御定数である。

ついで、シリンダ別ＰＩ制御量が算出（図６のステップＳ３０４参照）されると共に、シリンダ別ＰＩ制御学習値の読み出しが行われ（図６のステップＳ３０６参照）、シリンダ別ＰＩ制御量とシリンダ別ＰＩ制御学習値の和として、シリンダ別ポスト噴射量が算出されるものとなっている（図６のステップＳ３０８参照）。

すなわち、本発明の実施の形態におけるシリンダガバナブロックＢＬ７−４ａ〜ＢＬ７−４ｄにおいては、エンジン回転数とメイン噴射量の組み合わせに対して、シリンダ別ＰＩ制御学習値が読み出し可能に構成されたシリンダ別ＰＩ制御学習マップＢＬ９−３ｉが設けられている。このシリンダ別ＰＩ制御学習マップＢＬ９−３ｉは、シリンダ別ポスト噴射量が算出される度に、その算出値がシリンダ別ポスト噴射量の学習値として書き込まれ、更新されるようになっているものである。

ＰＩガバナブロックＢＬ９−２ｉにおいては、シリンダ別ＰＩ制御学習値からの変動分を補償すべく、シリンダ別特性偏差に応じた制御値が算出され、シリンダ別ＰＩ制御学習値に加算されることで、シリンダ別ポスト噴射偏差が求められるようになっている。

ラムダセンサの増設を要することなく、窒素酸化物吸蔵触媒の再生に必要なポスト噴射の安定性、信頼性の向上が所望される車両に適用できる。

１…コモンレール
３…エンジン
４…電子制御ユニット
３１…窒素酸化物吸蔵触媒
３２…ＤＰＦ

Claims

内燃機関が排出する窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒の再生のためのポスト噴射が実行可能に構成された排気浄化装置における前記ポスト噴射のための空燃比制御方法であって、
前記内燃機関の各々のシリンダに対して一義的に定められるポスト噴射量である平均ポスト噴射量を、ラムダセンサにより検出された空燃比と目標とする空燃比である目標平均空燃比を入力としたＰＩＤ制御に基づいて取得し、
前記平均ポスト噴射量に対する前記各々のシリンダにおけるポスト噴射量の過不足量に相当するシリンダ別ポスト噴射偏差を、前記各々のシリンダにおける空燃比のばらつきに相当するシリンダ別特性偏差に基づいて算出し、
前記平均ポスト噴射量に、前記シリンダ別ポスト噴射偏差を加算した加算結果を、前記目標平均空燃比を実現するために前記各々のシリンダにおいて必要とされるポスト噴射量に相当するシリンダ別ポスト噴射量としてポスト噴射を行うことで、前記目標平均空燃比の達成を可能とすることを特徴とする空燃比制御方法。
前記シリンダ別特性偏差は、前記各々のシリンダの排気温度の平均値と、前記シリンダ別特性偏差を求めるシリンダの排気温度との差である近似実排気温度偏差を求める一方、
エンジン回転数と前記内燃機関における主噴射の噴射量である主噴射量とで、前記各々のシリンダ毎に定まる理論上の排気温度である標準排気温度の平均値と、前記シリンダ別特性偏差を求めるシリンダにおける前記標準排気温度との差である標準排気温度偏差を求め、
前記近似実排気温度偏差と前記標準排気温度偏差との差として求められるものであることを特徴とする請求項１記載の空燃比制御方法。
内燃機関の排気管に前記内燃機関が排出する窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒が設けられると共に、電子制御ユニットによる前記内燃機関の動作制御により、前記窒素酸化物吸蔵触媒の再生のためのポスト噴射が実行可能に構成されてなる排気浄化装置であって、
前記電子制御ユニットは、
ラムダセンサにより検出された空燃比と目標とする空燃比である目標平均空燃比を基にＰＩＤ制御に基づいて前記内燃機関の各々のシリンダに対して一義的に定められるポスト噴射量である平均ポスト噴射量を算出すると共に、前記平均ポスト噴射量に対する前記各々のシリンダにおけるポスト噴射量の過不足量に相当するシリンダ別ポスト噴射偏差を、前記各々のシリンダにおける空燃比のばらつきに相当するシリンダ別特性偏差に基づいて算出し、
前記平均ポスト噴射量と前記シリンダ別ポスト噴射偏差との加算結果を、前記目標平均空燃比を実現するために前記各々のシリンダにおいて必要とされるポスト噴射量に相当するシリンダ別ポスト噴射量としてポスト噴射の制御を可能に構成されてなり、前記シリンダ別ポスト噴射量でのポスト噴射により前記目標平均空燃比の達成を可能としたことを特徴とする排気浄化装置。
前記電子制御ユニットは、
前記各々のシリンダの排気温度の平均値と、シリンダ別特性偏差を求めるシリンダの排気温度との差である近似実排気温度偏差を算出する一方、
エンジン回転数と前記内燃機関における主噴射の噴射量である主噴射量の組み合わせに対して、前記各々のシリンダ毎に定まる理論上の排気温度である標準排気温度の平均値と、前記シリンダ別特性偏差を求めるシリンダにおける前記標準排気温度との差である標準排気温度偏差を算出し、
前記近似実排気温度偏差と前記標準排気温度偏差との差として前記シリンダ別特性偏差を算出するよう構成されてなることを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。