JP6550996B2 - 吸蔵量推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸蔵量推定装置に関し、特に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量の推定に関する。

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吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、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。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を離脱させて硫黄被毒から回復させるべく、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）。

特開２００８−２０２４２５号公報 特開２００９−４７０８６号公報

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、ＳＯｘ吸蔵量の増加に伴ってＮＯｘ吸蔵特性が損なわれる。このＮＯｘ吸蔵特性は、ＳＯｘ吸蔵量の他、触媒温度によっても変化するという知見が得られた。すなわち、ＳＯｘ吸蔵量が変わらなくても、触媒温度に応じてＮＯｘ吸蔵特性が変化するという知見が、実験によって得られた。

開示の装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量の推定の精度を向上させることを目的とする。

開示の装置は、内燃機関の排気系に設けられ、排気リーン状態で排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、排気リッチ状態で吸蔵されていたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵量推定装置であって、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＳＯｘのＮＯｘ当量を取得するＮＯｘ当量取得手段と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に蓄積されているＮＯｘの量と前記ＮＯｘ当量に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されている総ＮＯｘ吸蔵量を推定する総ＮＯｘ吸蔵量推定手段と、を備える。

開示の装置によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量の推定の精度を向上させることができる。

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ＳＯｘ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／終了処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘ吸蔵量演算部のＮＯｘ蓄積率演算処理を示すブロック図である。 本実施形態に係る触媒温度とＮＯｘ当量の換算率を模式的に示すＭＡＰの概念図である。 本実施形態に係るＮＯｘ吸蔵量演算部の総ＮＯｘ吸蔵量演算処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘ蓄積率と第２吸蔵効率の関係を模式的に示すＭＡＰの概念図である。 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。 本実施形態に係る筒内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。 本実施形態に係る筒内インジェクタの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吸蔵量推定装置及び、当該吸蔵量推定装置が適用された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筒内インジェクタ１１がそれぞれ設けられている。これら各筒内インジェクタ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）を噴射する排気インジェクタ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、排気インジェクタ３４の排気管噴射又は筒内インジェクタ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、排気管噴射あるいは、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、排気インジェクタ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、各筒内インジェクタ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。

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、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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。

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、排気インジェクタ３４又は、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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の内部での発熱反応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］
図６は、ＳＯｘパージ制御の終了処理を示すブロック図である。ＳＯｘ吸蔵量演算部６７は、以下の数式（３）に基づいて、排気中に発生してその全量がＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の吸蔵材に吸蔵されるものと仮定した場合の総ＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ_＿ＴＴＬ（ｇ）を演算する。

数式（３）で示すように、総ＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ__ＴＴＬは、燃料由来のＳＯｘ量ＳＯｘ_{＿Ｆｕｅｌ}（ｇ／ｓ）とエンジンオイル由来のＳＯｘ量ＳＯｘ_＿ｏｉｌ（ｇ／ｓ）とＳＯｘ放出量ＳＯｘ_{_ｏｕｔ}（ｇ／ｓ）との総和を積分したものである。ここで、燃料由来のＳＯｘ量ＳＯｘ_{＿Ｆｕｅｌ}とエンジンオイル由来のＳＯｘ量ＳＯｘ_＿ｏｉｌとは、内燃機関の運転状態に基づいて演算される。ＳＯｘ放出量ＳＯｘ_{_ｏｕｔ}は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度等に基づいて演算される。触媒温度は、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、外部への放熱量等に基づいて推定すればよい。ＳＯｘ放出量ＳＯｘ_{_ｏｕｔ}は負の値で表現されている。

ところで、排気中に発生したＳＯｘは、その全量（すなわち、総ＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ__ＴＴＬ）がＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の吸蔵材に吸蔵されているわけではなく、吸蔵材以外の他材や貴金属に吸蔵されている。

そこで、本実施形態において、ＳＯｘ吸蔵量演算部６７は、以下の数式（４）に示すように、総ＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ__ＴＴＬに対して、所定の吸蔵割合係数Ｃ（０＜Ｃ＜１）を乗じた値を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の吸蔵材におけるＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ_＿ＳＴＲ（ｇ）と推定している。

ここで、吸蔵割合係数Ｃは、予め実験等により求めた定数であってもよく、触媒温度と熱履歴とによって参照されるマップから読みだされる変数等であってもよい。

このように、吸蔵材以外へのＳＯｘ吸着量を考慮して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の吸蔵材におけるＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ_＿ＳＴＲを推定しているので、より高精度にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の吸蔵材におけるＳＯｘ吸蔵量を推定することができる。

ＳＯｘパージ制御終了指示部６８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）ＳＯｘ吸蔵量演算部６７により演算されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の吸蔵材におけるＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ_＿ＳＴＲ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ＳＯｘパージ制御を終了させる（図２の時刻ｔ_４、図５の時刻ｔ_ｎ参照）。

本実施形態では、上述のように、精度よくＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ_＿ＳＴＲを推定することができるので、ＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ_＿ＳＴＲを用いた制御を行うことにより、ＳＯｘパージ処理の終了を適切に制御することができる。

また、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。

図８は、ＮＯｘパージ制御の開始／終了処理を示すブロック図である。同図に示すように、ＮＯｘ吸蔵量演算部７７は、第１演算部７７ａと第２演算部７７ｃを備えており、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されたＳＯｘの量（ＳＯｘ吸蔵量）を考慮した総ＮＯｘ吸蔵量（ＮＯｘ_＿ＳＴＲ，図１１参照）を推定する。

図９に示すように、第１演算部７７ａは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＳＯｘ吸蔵量（ＳＯｘ_＿ＳＴＲ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に蓄積されたＮＯｘの量（ＮＯｘ蓄積量ＮＯｘ_{＿ＳＴＲ＿ｏｌｄ}）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２における最大ＮＯｘ吸蔵量に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されているＮＯｘ蓄積率（ＮＯｘ_＿ＬＥＶ）を取得する。

ＮＯｘ蓄積率の取得に際し、第１演算部７７ａ（本発明のＮＯｘ当量取得手段の一例）は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されているＳＯｘのＮＯｘ等量を取得する。ＮＯｘ等量とは、ＳＯｘ吸蔵量と等価なＮＯｘ吸蔵量を意味する。

ＮＯｘ当量は、ＳＯｘ吸蔵量が一定であっても触媒温度に応じて変化する。このため、第１演算部７７ａは、換算率ＭＡＰ７７ｂを参照し、触媒温度に応じたＮＯｘ等量を取得する。図１０に示すように、換算率ＭＡＰ７７ｂは、ＳＯｘ吸蔵量のＮＯｘ当量への換算率と触媒温度の関係を規定している。この例では、触媒温度ａ℃に対応する換算率が０．５となっている。第１演算部７７ａは、ＳＯｘ吸蔵量にその触媒温度における換算率を乗じることでＮＯｘ等量を取得する。触媒温度がａ℃、ＳＯｘ吸蔵量が１ｇ／Ｌであった場合、第１演算部７７ａは、ＮＯｘ等量として０．５ｇ／Ｌを取得する。

図９に示すように、第１演算部７７ａは、ＮＯｘ蓄積率の取得に際してＮＯｘ蓄積量（ＮＯｘ_{＿ＳＴＲ＿ｏｌｄ}）を用いる。このＮＯｘ蓄積量は、総ＮＯｘ吸蔵量からＮＯｘ還元量を減算することで演算される。なお、ここで使用される総ＮＯｘ吸蔵量は、ＮＯｘ吸蔵量演算部７７で演算された総ＮＯｘ吸蔵量の前回値である。また、ＮＯｘ還元量は、ＮＯｘパージ制御時の空気流量とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ還元効率の積である。本実施形態では、還元効率を規定するモデル式やＭＡＰを、実測データ等に基づいて作成してＮＯｘ還元効率を取得する。

第１演算部７７ａは、ＮＯｘ蓄積量とＮＯｘ当量と最大ＮＯｘ吸蔵量に基づいてＮＯｘ蓄積率を演算する。例えば、第１演算部７７ａは、ＮＯｘ蓄積量とＮＯｘ当量の加算値を求め、求めた加算値の最大ＮＯｘ吸蔵量に対する比率をＮＯｘ蓄積率として取得する。ここで、最大ＮＯｘ吸蔵量もまた触媒温度に応じて変化する。このため、第１演算部７７ａは、触媒温度に応じた最大ＮＯｘ吸蔵量をモデル式やＭＡＰから取得する。

図１１に示すように、第２演算部７７ｃは、触媒温度、ＭＡＦ値、ＮＯｘ蓄積率（ＮＯｘ_＿ＬＥＶ）、エンジン出口ＮＯｘ量に基づいて、総ＮＯｘ吸蔵量（ＮＯｘ_＿ＳＴＲ）を推定する。例えば、第２演算部７７ｃは、触媒温度及びＭＡＦ値と第１吸蔵効率の関係を規定する第１吸蔵効率ＭＡＰ７７ｄを参照することで、触媒温度と吸入空気量に基づく第１吸蔵効率を取得する。同様に、第２演算部７７ｃは、ＮＯｘ蓄積率度及びＭＡＦ値と第２吸蔵効率の関係を規定する第２吸蔵効率ＭＡＰ７７ｅを参照することで、ＮＯｘ蓄積率度とＭＡＦ値に基づく第２吸蔵効率を取得する。さらに、第２演算部７７ｃは、エンジン出口ＮＯｘ量に対して、第１吸蔵効率及び第２吸蔵効率を乗算することにより、総ＮＯｘ吸蔵量を推定する。

図１２に示すように、符号ｂのＮＯｘ蓄積率は、ＮＯｘ蓄積量とＮＯｘ当量が加算された加算値に基づいて定められたものである。これに対し、符号ｂ´のＮＯｘ蓄積率は、ＮＯｘ当量を考慮せずにＮＯｘ蓄積量のみに基づいて定められたものである。すなわち、ＮＯｘ蓄積率ｂとＮＯｘ蓄積率ｂ´の差がＮＯｘ当量（ＳＯｘ被毒）に起因する蓄積率の変化分に相当する。従って、符号ｃの第２吸蔵効率は、符号ｃ´の第２吸蔵効率よりも、触媒温度に応じたＳＯｘ被毒量が考慮されている分だけ精度が高いといえる。

このように、本実施形態では、第２演算部７７ｃと第１演算部７７ａの組（本発明の総ＮＯｘ吸蔵量推定手段の一例）が、ＮＯｘ蓄積量（ＮＯｘ_{＿ＳＴＲ＿ｏｌｄ}）とＮＯｘ当量に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されている総ＮＯｘ吸蔵量を推定している。そして、ＮＯｘ当量は、ＳＯｘ吸蔵量と触媒温度に基づいて定められていることから、触媒温度に応じた適切な値を取得できる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２におけるＮＯｘ吸蔵量の推定精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、総ＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ__ＴＴＬではなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の吸蔵材に吸蔵されていると推定されるＳＯｘ吸蔵量ＳＯｘ__ＳＴＲを演算に用いているので、この点でもＮＯｘ吸蔵量の推定精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、触媒温度に対応するＮＯｘ当量への換算率を換算率ＭＡＰ７７ｂから取得し、取得した換算率にＳＯｘ吸蔵量を乗じることでＮＯｘ等量を取得しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、換算率ＭＡＰを、触媒温度及びＳＯｘ吸蔵量を入力とする３次元ＭＡＰとしてもよい。このように構成すると、触媒温度とＳＯｘ吸蔵量のそれぞれを考慮したＮＯｘ当量を取得でき、ＮＯｘ吸蔵量の推定精度を一層向上させることができる。

ＮＯｘパージ開始／終了指示部７８は、以下の（１）〜（３）の場合に、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰをオンにしてＮＯｘパージ制御を開始させる。（１）エンジン１０の運転状態から推定される単位時間当たりのＮＯｘ排出量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（図７の時刻ｔ_１参照）。（２）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量とから演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２によるＮＯｘ浄化率が、所定の判定閾値よりも低くなった場合。（３）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘ_＿ＳＴＲが所定の閾値を超えた場合。

本実施形態では、上述のように、精度よくＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘ_＿ＳＴＲを推定することができるので、このＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘ_＿ＳＴＲを用いた制御を行うことにより、ＮＯｘパージ処理の開始を適切に制御することができる。

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１３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（５）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。

数式（５）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７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，７３Ｂ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、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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１４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（６）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。

数式（６）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_ＮＰがオンになると、排気インジェクタ３４又は各筒内インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される（図７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７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、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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（５）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（５）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パージ開始／終了指示部７８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）ＮＯｘ吸蔵量演算部７７により演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘ__ＳＴＲ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ＮＯｘパージ処理を終了させる（図７の時刻ｔ_２参照）。

本実施形態では、上述のように、精度よくＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘ_＿ＳＴＲを推定することができるので、このＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘ_＿ＳＴＲを用いた制御を行うことにより、ＮＯｘパージ処理の終了を適切に制御することができる。

また、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、各筒内インジェクタ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。

［筒内インジェクタの噴射量学習補正］
図１５に示すように、筒内インジェクタ学習補正部９０は、学習補正係数演算部９１と、噴射量補正部９２と、学習補正禁止部９３とを備えている。

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、各筒内インジェクタ１１の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、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。すなわち、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、各筒内インジェクタ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。

学習補正係数演算部９１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}を演算する（Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}＝（λ_Ｅｓｔ−λ_Ａｃｔ）×Ｋ_１×Ｋ_２）。本実施形態において、補正感度係数Ｋ_２は、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。また、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の運転状態等から推定演算すればよい。

学習補正係数演算部９１によって演算された学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}は、学習値マップ９１Ｂに送信されて、後述する学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏがオフ（Ｆ_Ｐｒｏ＝０）の時に学習値マップ９１Ｂの更新が実行される。

学習値マップ９１Ｂ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、そのマップ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、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ると共に、使用頻度が少ない領域では未学習が効果的に防止されるようになっている。

学習補正禁止部９３は、排気のラムダ値が一定期間継続して所定範囲内に収まらないラムダ不安定状態になると、学習値マップ９１Ｂの更新を禁止する学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏをオン（Ｆ_Ｐｒｏ＝１）にする。

本実施形態において、学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏは、（１）ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン、（２）ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン、（３）フィルタ再生フラグＦ_ＤＰＦがオン又は、（４）エンジン１０の運転状態が過渡運転の何れかの条件が成立する期間はオンにされる。これらの条件が成立する状態では、実ラムダ値λ_Ａｃｔの変化によって誤差Δλが大きくなり、正確な学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}に基づいた学習値マップ９１Ｂの更新の更新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。

なお、本実施形態では、学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏのオン時に学習値マップ９１Ｂの更新を禁止するものとして説明したが、学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}の演算を禁止するように構成してもよい。

次に、図１６に基づいて、本実施形態に係る筒内インジェクタ１１の噴射量学習補正の制御フローを説明する。

ステップＳ３００では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑ等に基づいて、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）。

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、学習補正禁止部９３による学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏがオフにされているか否かが判定される。学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏがオフの場合（Ｙｅｓ）、本制御は学習値マップ９１Ｂの更新を実行すべくステップＳ３４０に進む。一方、学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏがオンの場合（Ｎｏ）、本制御は学習値マップ９１Ｂの更新を行うことなくリターンされる。

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１５参照）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１５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筒内インジェクタ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、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、各筒内インジェクタ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筒内インジェクタ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、各筒内インジェクタ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１７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 筒内インジェクタ
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 排気インジェクタ
４０ ＭＡＦセンサ
４５ ＮＯｘ／ラムダセンサ
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、排気リーン状態で排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、排気リッチ状態で吸蔵されていたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵量推定装置であって、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＳＯｘのＮＯｘ当量を取得するＮＯｘ当量取得手段と、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に蓄積されているＮＯｘの量と前記ＮＯｘ当量に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されている総ＮＯｘ吸蔵量を推定する総ＮＯｘ吸蔵量推定手段と、を備える
   吸蔵量推定装置。
2. 前記ＮＯｘ当量取得手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度に応じた値に定められ、前記ＳＯｘの吸蔵量を前記ＮＯｘ当量に換算する換算率に基づいて、前記ＮＯｘ当量を取得する
   請求項１に記載の吸蔵量推定装置。
3. 前記総ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、前記ＮＯｘの蓄積量と前記ＮＯｘ当量とを加算した加算値と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の最大ＮＯｘ吸蔵量に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ蓄積率を取得し、当該ＮＯｘ蓄積率に基づいて前記総ＮＯｘ吸蔵量を推定する
   請求項１又は２に記載の吸蔵量推定装置。
4. 前記総ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、前記ＮＯｘ蓄積率と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度と、吸入空気量と、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ排出量に基づいて、前記総ＮＯｘ吸蔵量を推定する
   請求項３に記載の吸蔵量推定装置。

Images