JP6589372B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。

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吸蔵還元型触媒や選択型還元触媒（ＳＣＲ触媒）が知られており、これらの還元触媒を備える排気浄化装置が使用されている。

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ものである。

ＳＣＲ触媒は、尿素水をＳＣＲ触媒よりも排気上流に供給し、排気の熱でアンモニアを生成し、このアンモニアとＳＣＲ触媒によってＮＯｘを還元して浄化するものである（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２０２４２５号公報 特開２０００−３０３８２６号公報

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＳＣＲ触媒といった還元触媒には、ＮＯｘの還元浄化効率の高い活性温度領域がある。このため、冷間始動時など、触媒温度が活性温度領域よりも低い低温状態では、ＮＯｘを十分に還元浄化できない。そこで、触媒の低温時には速やかに触媒温度を上昇させ、ＮＯｘの還元浄化が行える状態にすることが求められる。

一方、排気浄化装置には、ＮＯｘセンサなど、ヒータ等の加熱部が付属され、加熱部の加熱状態で動作をする検出素子が用いられている。この検出素子を保護すべく、排気が所定温度に到達するまでの期間に亘って、加熱部による加熱動作が禁止される。加熱部による加熱動作が禁止されている場合、排気浄化装置が備える制御部は排気温度を監視し、排気が所定温度に到達した場合に加熱部の加熱動作を開始させている。また、制御部は、加熱部の加熱動作が開始されたことを条件に、還元触媒に対する昇温制御を開始させ、触媒温度を活性温度領域まで上昇させている。

このように、従来の排気浄化装置では、検出素子を保護する観点から、排気が所定温度に到達するまで、加熱部の加熱動作と還元触媒の昇温制御の両方が禁止される。これにより、還元触媒の温度が活性温度領域に到達するまでに時間を要するという課題があった。

開示の装置は、還元触媒の温度を早期に上昇させることを目的とする。

開示の装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、所定の動作温度に昇温された状態で前記排気に含まれるＮＯｘを還元浄化する還元触媒と、前記排気通路に設けられて、加熱部によって加熱された状態で対象を検出する検出素子と、前記排気通路を流れる前記排気の温度を検出する排気温度検出部と、前記排気温度検出部によって検出された排気温度が所定の温度閾値未満である場合には、前記加熱部による加熱を禁止させた状態で前記還元触媒を昇温させる昇温制御手段と、を備える。

開示の装置によれば、還元触媒の温度を早期に上昇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。 本実施形態に係る触媒昇温制御部を示すブロック図である。 本実施形態に係る排気浄化装置の冷間始動時における動作を説明する図であり、（Ａ）はエンジンからの排気温度とＮＯｘ吸蔵還元型触媒の推定触媒温度の経時変化を説明する図、（Ｂ）はＮＯｘ／ラムダセンサの正常時における制御内容を説明するタイミングチャート図、（Ｃ）はＮＯｘ／ラムダセンサの異常時における制御内容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。 本実施形態に係る触媒温度推定処理を示すブロック図である。 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筒内インジェクタ１１がそれぞれ設けられている。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、制御部としての電子制御ユニット（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。例えば、ＥＣＵ５０は、各筒内インジェクタ１１に、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射を実施させることができる。そして、ポスト噴射と他の噴射を組み合わせた燃料の多段噴射、すなわちポスト噴射を含むマルチ噴射を行うことにより、排気中の未燃燃料濃度を上昇させることができる。後述するように、排気中の未燃燃料は、還元触媒の一例で或るＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の昇温に用いることができるため、筒内インジェクタ１１とＥＣＵ５０の組は、昇温制御手段の一例である。

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、符号４７は冷却水温度センサ、符号４８Ａは外気温度センサ、符号４８Ｂは吸気温度センサ、符号４９は燃料温度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。この排気管噴射装置３４の燃料噴射量や燃料噴射タイミングもまたＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じてコントロールされる。排気管噴射装置３４による燃料噴射により、排気中の未燃燃料濃度が上昇する。この未燃燃料もまた、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の昇温に用いることができるため、排気管噴射装置３４とＥＣＵ５０の組も昇温制御手段の一例である。

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（粒子状物質）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１排気温度センサ４３は、排気通路１３を流れる排気の温度を検出する排気温度検出部の一例である。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。このＮＯｘ／ラムダセンサ４５には、加熱部の一例であるヒータ４５ａが設けられており、検出動作に適する動作温度範囲まで加熱される。すなわち、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５は、ヒータ４５ａによって加熱された状態でＮＯｘ値や空気過剰率を検出する。このＮＯｘ／ラムダセンサ４５は、加熱部付の検出素子の一例である。

また、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５は、センサの温度が検出動作に適する動作温度範囲の下限閾値未満の場合やセンサ自体に何らかの異常がある場合には、ＮＯｘセンサ異常フラグ（図３（Ｂ），（Ｃ）参照）をオン（＝１）にする。このＮＯｘセンサ異常フラグは、ＥＣＵ５０（触媒昇温制御部５１）に出力される。

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４０〜４９のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ５０は、触媒昇温制御部５１と、フィルタ再生制御部５５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と、噴射量学習補正部９０と、触媒温度推定部１００と、ＭＡＦ補正係数演算部９５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。

［触媒昇温制御］
触媒昇温制御部５１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の温度（以下、触媒温度ともいう）が低く、ＮＯｘパージ等を実施できない場合に、触媒の昇温制御を行う。図２に示すように、触媒昇温制御部５１は、冷間始動判定部５２と、噴射制御部５３と、タイマ５４とを備える。

冷間始動判定部５２は、エンジン１０の始動後に、エンジン１０が冷間始動されたか否かを判定する。この冷間始動判定部５２には、冷却水温度センサ４７、外気温度センサ４８Ａ及び、燃料温度センサ４９からの検出信号が入力されており、冷却水温度、外気温度、燃料温度を認識する。冷間始動判定部５２は、エンジン１０の始動直後と見なせる所定の判定期間内に冷間始動判定処理を行う。この判定処理では、冷却水温度と外気温度の差、冷却水温度と燃料温度の差、外気温度と燃料温度の差を求め、これらの各温度差が予め設定した閾値以下である場合に、冷間始動であると判定する。冷間始動判定部５２による判定結果は、噴射制御部５３に出力される。

冷間始動直後は、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５の温度が低く、水の蒸発量が少ない。このため、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５の内部に水が浸入してしまうと、浸入した水は長期間に亘って留まる。従って、冷間始動からしばらくの期間は、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５を保護する観点からヒータ４５ａへの通電が禁止され、非加熱状態とされる。また、第１排気温度センサ３１で検出される排気温度も所定の温度閾値（温度閾値ＴＨＲ１，図３（Ａ）参照）未満である。

噴射制御部５３には、冷間始動判定部５２からの判定信号に加え、第１排気温度センサ４３からの検出信号、触媒温度推定部１００からの推定触媒温度（詳しくは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の推定触媒温度）、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５からの検出信号やＮＯｘセンサ異常フラグが入力されている。また、噴射制御部５３は、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５が備えるヒータ４５ａへの通電を制御する。

噴射制御部５３は、冷間始動判定部５２によって冷間始動であると判定された場合、第１排気温度センサ４３からの検出信号に基づいて排気温度を監視する。そして、排気温度が所定の温度閾値（温度閾値ＴＨＲ１）未満であることから、ヒータ４５ａへの通電が禁止される。

また、噴射制御部５３は、リッチ不許可フラグＦ_{ｐｒｏ＿Ｆ}をオン（Ｆ_{ｐｒｏ＿Ｆ}＝１）にセットして、ＳＯｘパージ制御部６０やＮＯｘパージ制御部７０によるリッチ制御を禁止する。すなわち、ＳＯｘパージ制御部６０やＮＯｘパージ制御部７０は、リッチ不許可フラグＦ_{ｐｒｏ＿Ｆ}がオンの場合、ＳＯｘパージの要求の有無を示すＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージの要求の有無を示すＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（Ｆ_ＳＰ＝１，Ｆ_ＮＰ＝１）であっても、ＳＯｘパージ制御やＮＯｘパージ制御を実施しない。

一方で、噴射制御部５３は、ＮＯｘセンサ異常フラグがオンになっていても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を昇温させるための燃料噴射制御を実施する。本実施形態において噴射制御部５３は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を昇温させるべく、筒内インジェクタ１１にポスト噴射を含むマルチ噴射を実施させる。ポスト噴射を含むマルチ噴射が行われることで、排気通路１３の排気に含まれる未燃燃料の濃度が増加され、未燃燃料の酸化によって酸化触媒３１が発熱し、排気温度が上昇する。そして、酸化触媒３１から排出される排気や排気中の未燃燃料の酸化によって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２が速やかに昇温される。

噴射制御部５３は、第１排気温度センサ４３で検出される排気温度が温度閾値ＴＨＲ１に到達した場合、すなわちＮＯｘ／ラムダセンサ４５に浸入していた水が蒸発し、ヒータ４５ａに通電しても支障がないと見なせる温度に到達した場合に、ヒータ４５ａへの通電を指示する指示信号を出力する。この指示信号に応じてヒータ４５ａへの通電が実施される。

なお、温度閾値ＴＨＲ１については、例えば、冷却水温度センサ４７、外気温度センサ４８Ａ及び、燃料温度センサ４９からの各検出信号を入力信号とするＭＡＰとし、実験等によって予め取得してＥＣＵ５０内に格納しておけばよい。

また、噴射制御部５３は、（１）第１排気温度センサ４３で検出される排気温度が温度閾値ＴＨＲ２以上に上昇し、（２）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の推定触媒温度が温度閾値ＴＨ３以上に上昇したこと、或いは、（３）燃料噴射制御の開始から所定の噴射制御期間が経過したことを条件に、燃料噴射制御（ポスト噴射を含むマルチ噴射）を終了する。

燃料噴射制御を終了させた後、噴射制御部５３は、リッチ制御の開始条件が成立したことを条件に、リッチ制御を実施させる。例えば、噴射制御部５３は、（１）リッチ開始要求がなされており、（２）前回リッチ終了からの経過時間が所定の経過時間閾値以上であり、（３）低温リッチ禁止フラグなどのリッチ禁止フラグがオフであることを条件に、リッチ制御を実施させる。

タイマ５４は、先に行われたポスト噴射を含むマルチ噴射から次に行われるポスト噴射を含むマルチ噴射までの間に一定時間を確保すべく、所定のインターバル期間を計時する。そして、インターバル期間の経時中は、噴射禁止フラグＦ_{ＲＳＴ＿ＴＭ}がオン（Ｆ_{ＲＳＴ＿ＴＭ}＝１）になり、噴射制御部５３に入力される。噴射制御部５３は、噴射禁止フラグＦ_{ＲＳＴ＿ＴＭ}がオンである期間に亘って燃料噴射制御を実施しない。

次に図３を参照し、触媒昇温制御部５１による触媒昇温制御並びにＮＯｘパージ制御部７０によるリッチ制御の具体例について説明する。まず図３（Ａ），（Ｂ）を参照し、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５が正常である場合の制御について説明する。

図３（Ａ）において、縦軸のＴＭ１〜ＴＭ６は、排気温度又は推定触媒温度である。ＴＨＲ１は、ヒータ４５ａへの通電開始を判定するための温度閾値である。ＴＨＲ２は、燃料噴射制御の停止を判定する際に参照される排気温度の閾値であり、ＴＨＲ３は、同じく燃料噴射制御の停止を判定する際に参照される推定触媒温度の閾値である。ＴＨＲ４は、リッチ制御の開始を判定する際に参照される触媒温度の閾値である。なお、この具体例では、ＴＨＲ１とＴＨＲ２が同じ値に定められ、ＴＨＲ３とＴＨＲ４が同じ値に定められている。

時刻ｔ_１でエンジン１０が始動されると、冷間始動判定部５２は、エンジン１０が冷間始動されたか否かを判定する。例えば、冷却水温度と外気温度の差、冷却水温度と燃料温度の差、外気温度と燃料温度の差を求め、これらの各温度差が予め設定した閾値以下である場合に、冷間始動されたと判定する。

この具体例では、冷間始動と判定され、その旨を示す判定信号が噴射制御部５３に出力されたものとする。冷間始動されたことから、図３（Ａ）に示すように、時刻ｔ_１では、排気温度Ｔｅｍｐ_{＿ＥＸＧＡＳ}及び触媒推定温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴの何れも、温度閾値ＴＨＲ１〜３よりも低い温度ＴＭ１になっている。

また、図３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ_１では、触媒推定温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴが温度閾値ＴＨＲ４よりも低いことから低温リッチ禁止フラグがオンになっている。また、排気温度Ｔｅｍｐ_{＿ＥＸＧＡＳ}が温度閾値ＴＨＲ１よりも低いことから、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５のヒータ４５ａへの通電状況（加熱有無）を示すＮＯｘセンサヒータフラグがオフになっている。加えて、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５の温度が検出動作に適する動作温度範囲の下限閾値未満であることから、ＮＯｘセンサの異常を示すＮＯｘセンサ異常フラグがオンになっている。

噴射制御部５３は、ＮＯｘセンサ異常フラグがオンになっているが、時刻ｔ_１から燃料噴射制御（ポスト噴射を含むマルチ噴射）を開始させる。これにより、図３（Ａ）に示すように、排気温度Ｔｅｍｐ_{＿ＥＸＧＡＳ}及び触媒推定温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴが、エンジン１０のアイドリングだけで昇温される場合よりも高い速度で昇温される。

時刻ｔ_２でリッチ開始要求（例えばＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰ＝１）がなされているが、時刻ｔ_２では低温リッチ禁止フラグがオンであることから、リッチ制御の開始条件は不成立となり、リッチ制御は実施されない（リッチ不許可フラグＦ_{ｐｒｏ＿Ｆ}＝１）。

時刻ｔ_３において、排気温度Ｔｅｍｐ_{＿ＥＸＧＡＳ}が温度閾値ＴＨＲ１（温度ＴＭ４）に達したことから、噴射制御部５３は、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５が備えるヒータ４５ａへの通電を開始させる。これにより、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５が加熱される。ＮＯｘ／ラムダセンサ４５は自己診断を行っており、動作温度まで加熱された状態で異常がなければ、ＮＯｘセンサ異常フラグをオフにセットする。図３（Ｂ）の例では、時刻ｔ_４でＮＯｘセンサ異常フラグがオフにセットされている。

噴射制御部５３は、燃料噴射制御を開始した後、この制御の終了条件を監視している。時刻ｔ_６では、（１）排気温度Ｔｅｍｐ_{＿ＥＸＧＡＳ}が温度閾値ＴＨＲ２よりも高い温度ＴＭ６まで上昇しており、（２）触媒温度推定部１００が推定する触媒温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴが温度閾値ＴＨＲ３（温度ＴＭ５）に達したことから、噴射制御部５３は燃料噴射制御を終了する。燃料噴射制御の終了に伴い、タイマ５４は噴射禁止フラグＦ_{ＲＳＴ＿ＴＭ}を時刻ｔ_６からｔ_７に亘ってオン（Ｆ_{ＲＳＴ＿ＴＭ}＝１）にする。さらに、噴射制御部５３は、触媒温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴが温度閾値ＴＨＲ４（温度ＴＭ５）に達したことから、低温リッチ禁止フラグをオフにする。

噴射制御部５３は、リッチ制御の実施許可条件が成立したか否かについても監視している。そして、時刻ｔ_６では、（１）リッチ開始要求がなされており、（２）前回リッチ終了からの経過時間が所定の経過時間閾値以上であり、（３）低温リッチ禁止フラグ及び他のリッチ禁止フラグがオフであることから、噴射制御部５３はリッチ制御の実施を許可する。例えば、噴射制御部５３は、リッチ不許可フラグをオフ（Ｆ_{ｐｒｏ＿Ｆ}＝０）に設定することで、リッチ制御の実施を許可する。これにより、ＮＯｘパージ制御部７０によるＮＯｘパージ制御が時刻ｔ_８までの期間に亘って実施される。

次に図３（Ａ），（Ｃ）を参照し、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５に異常が生じている場合の触媒昇温制御並びにリッチ制御について説明する。なお、先に説明した制御と共通の内容については説明を省略して要点を説明する。

時刻ｔ_１でエンジン１０が始動されると、冷間始動判定部５２は、エンジン１０が冷間始動されたか否かを判定する。冷間始動されたことから、低温リッチ禁止フラグがオンとされ、ＮＯｘセンサヒータフラグがオフとされ、ＮＯｘセンサ異常フラグがオンとされる。

噴射制御部５３は、ＮＯｘセンサ異常フラグがオンになっているが、時刻ｔ_１から燃料噴射制御（ポスト噴射を含むマルチ噴射）を開始させ、排気温度Ｔｅｍｐ_{＿ＥＸＧＡＳ}及び触媒推定温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴを早期に上昇させる。

時刻ｔ_３において、排気温度Ｔｅｍｐ_{＿ＥＸＧＡＳ}が温度閾値ＴＨＲ１（温度ＴＭ４）に達したことから、噴射制御部５３は、ヒータ４５ａへの通電を開始させる。これにより、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５が加熱される。

図３（Ｃ）の例でも、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５は自己診断を行っている。この例では、動作温度まで加熱されているが、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５に異常があることから、ＮＯｘセンサ異常フラグはオンのまま維持される。

時刻ｔ_６では、（１）排気温度Ｔｅｍｐ_{＿ＥＸＧＡＳ}が温度閾値ＴＨＲ２よりも高い温度ＴＭ６まで上昇しており、（２）触媒温度推定部１００が推定する触媒温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴが温度閾値ＴＨＲ３（温度ＴＭ５）に達したことから、噴射制御部５３は燃料噴射制御を終了する。また、噴射制御部５３は、触媒温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴが温度閾値ＴＨＲ４（温度ＴＭ５）に達したことから、低温リッチ禁止フラグをオフにする。

ここで、図３（Ｃ）の例では、ＮＯｘセンサ異常フラグがオンであることから、リッチ禁止フラグもオンになる。このため、噴射制御部５３はリッチ制御の実施を不許可にする。例えば、噴射制御部５３は、リッチ不許可フラグをオン（Ｆ_{ｐｒｏ＿Ｆ}＝１）のまま維持することで、リッチ制御の実施を不許可にする。これにより、リッチ開始要求があっても、ＮＯｘパージ制御部７０によるＮＯｘパージ制御は実施されない。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５のヒータ４５ａに通電できない触媒低温状態であっても、ポスト噴射を含むマルチ噴射（多段噴射）による触媒昇温処理を開始させているので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を早期に昇温させることができ、ＮＯｘパージやＳＯｘパージといった触媒再生処理の要求があっても、速やかに対応することができる。

なお、上述の例では燃料噴射を、ポスト噴射を含むマルチ噴射で行っているが、これに限定されるものではない。例えば、排気管噴射装置３４による排気管噴射で行ってもよい。

［フィルタ再生制御］
フィルタ再生制御部５５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４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４の時刻ｔ_２参照）。

フィルタ再生をポスト噴射で実施する場合の噴射量指示値（以下、フィルタ再生ポスト噴射量指示値Ｑ_{ＤＰＦ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}という）は、触媒発熱量推定のために、詳細を後述する触媒温度推定部１００にも送信される。

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４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４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４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５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４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６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}（単位時間あたりの噴射量）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指示値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指示値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、各筒内インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される（以下、筒内インジェクタ１１に送信されるポスト噴射の噴射量指示値をＳＯｘパージリッチ・ポスト噴射量指示値Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}という）。ＳＯｘパージリッチ・ポスト噴射量指示値Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}は、触媒発熱量推定のために、詳細を後述する触媒温度推定部１００にも送信される。

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指示値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、目標噴射量指示値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４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、詳細を後述する参照温度選択部１０８（図１３参照）によって適宜選択される酸化触媒温度又は、ＮＯｘ触媒温度の何れかで設定されるようになっている。

図７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７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７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７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７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４の時刻ｔ_４、図７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８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９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８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１０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指示値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指示値Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、図８の時刻ｔ_１に示すように、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオンになると、排気管噴射装置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（以下、特に筒内インジェクタ１１に送信されるポスト噴射の噴射量指示値をＮＯｘパージリッチ・ポスト噴射量指示値Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}という）。ＮＯｘパージリッチ・ポスト噴射量指示値Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}は、触媒発熱量推定のために、詳細を後述する触媒温度推定部１００にも送信される。

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（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８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ＭＡＦ追従制御を実行する。

［噴射量学習補正］
図１１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、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。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。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１２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１１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、学習禁止フラグＦ_{Ｐｒｏ＿S}がオフか否かが判定される。学習禁止フラグＦ_{Ｐｒｏ＿S}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、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、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。

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１１参照）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１１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、各筒内インジェクタ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。

［触媒温度推定］
図１３は、触媒温度推定部１００による酸化触媒温度及び、ＮＯｘ触媒温度の推定処理を示すブロック図である。触媒温度推定部１００は、排気に含まれる未燃燃料の量と酸化触媒３１やＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の発熱量に基づいて触媒温度を推定する。

リーン時ＨＣマップ１０１Ａは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、リーン運転時にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、リーン時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。フィルタ再生フラグＦ_ＤＰＦ、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰの何れもがオフ（Ｆ_ＤＰＦ＝０，Ｆ_ＳＰ＝０，Ｆ_ＮＰ＝０）の場合は、リーン時ＨＣマップ１０１Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたリーン時ＨＣ排出量が各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

リーン時ＣＯマップ１０１Ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、リーン運転時にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、リーン時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。フィルタ再生フラグＦ_ＤＰＦ、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰの何れもがオフ（Ｆ_ＤＰＦ＝０，Ｆ_ＳＰ＝０，Ｆ_ＮＰ＝０）の場合は、リーン時ＣＯマップ１０１Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたリーン時ＣＯ排出量が各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

フィルタ再生時ＨＣマップ１０２Ａは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、フィルタ再生制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、フィルタ再生時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。フィルタ再生フラグＦ_ＤＰＦがオン（Ｆ_ＤＰＦ＝１）の場合は、フィルタ再生時ＨＣマップ１０２Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたフィルタ再生時ＨＣ排出量に、エンジン１０の運転状態に応じた所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

フィルタ再生時ＣＯマップ１０２Ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、フィルタ再生制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、フィルタ再生時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。フィルタ再生フラグＦ_ＤＰＦがオン（Ｆ_ＤＰＦ＝１）の場合は、フィルタ再生時ＣＯマップ１０２Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたフィルタ再生時ＣＯ排出量に、エンジン１０の運転状態に応じた所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

ＮＯｘパージ時ＨＣマップ１０３Ａは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、ＮＯｘパージ制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、ＮＯｘパージ時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（Ｆ_ＮＰ＝１）の場合は、ＮＯｘパージ時ＨＣマップ１０３Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたＮＯｘパージ時ＨＣ排出量に、エンジン１０の運転状態に応じた所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

ＮＯｘパージ時ＣＯマップ１０３Ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、ＮＯｘパージ制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、ＮＯｘパージ時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（Ｆ_ＮＰ＝１）の場合は、ＮＯｘパージ時ＣＯマップ１０３Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたＮＯｘパージ時ＣＯ排出量に、エンジン１０の運転状態に応じた所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

ＳＯｘパージ時ＨＣマップ１０４Ａは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、ＳＯｘパージ制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＨＣ量（以下、ＳＯｘパージ時ＨＣ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（Ｆ_ＳＰ＝１）の場合は、ＳＯｘパージ時ＨＣマップ１０４Ａからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたＳＯｘパージ時ＨＣ排出量に、所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

ＳＯｘパージ時ＣＯマップ１０４Ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップであって、ＳＯｘパージ制御を実施した際にエンジン１０から排出されるＣＯ量（以下、ＳＯｘパージ時ＣＯ排出量という）が予め実験等により設定されている。ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（Ｆ_ＳＰ＝１）の場合は、ＳＯｘパージ時ＣＯマップ１０４Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて読み取られたＳＯｘパージ時ＣＯ排出量に、所定の補正係数が乗じられて、各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

ポスト噴射量指示値補正部１０５は、ＳＯｘパージリッチ制御、ＮＯｘパージリッチ制御又は、フィルタ再生制御がポスト噴射によって実施される場合に、触媒発熱量推定に用いるポスト噴射量指示値を上述の学習補正係数演算部９１から入力される学習補正係数によって補正するポスト噴射量指示値補正を実施する。

より詳しくは、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンとなり、且つ、ＳＯｘパージリッチ制御がポスト噴射で実施される場合は、噴射量目標値演算部６６（ＳＯｘパージ制御部６０）から入力されるＳＯｘパージリッチ・ポスト噴射量指示値Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}に学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒを乗じた補正後のポスト噴射量指示値Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｃｏｒｒ}（＝Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}×Ｆ_Ｃｏｒｒ）が各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

また、ＮＯｘパージリッチフラグＦ_ＮＰＲがオンとなり、且つ、ＮＯｘパージリッチ制御がポスト噴射で実施される場合は、噴射量目標値演算部７６（ＮＯｘパージ制御部７０）から入力されるＮＯｘパージリッチ・ポスト噴射量指示値Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}に学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒを乗じた補正後のポスト噴射量指示値Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｃｏｒｒ}（＝Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}×Ｆ_Ｃｏｒｒ）が各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

また、フィルタ再生フラグＦ_ＤＰＦがオンとなり、且つ、フィルタ再生制御がポスト噴射で実施される場合は、フィルタ再生制御部５１から入力されるフィルタ再生ポスト噴射量指示値Ｑ_{ＤＰＦ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}に学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒを乗じた補正後のポスト噴射量指示値Ｑ_{ＤＰＦ＿Ｐｏｓｔ＿Ｃｏｒｒ}（＝Ｑ_{ＤＰＦ＿Ｐｏｓｔ＿Ｔｒｇｔ}×Ｆ_Ｃｏｒｒ）が各発熱量推定部１０６Ａ，１０６Ｂに送信されるようになっている。

酸化触媒発熱量推定部１０６Ａは、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰ、フィルタ再生フラグＦ_ＤＰＦのオン／オフに応じて各マップ１０１Ａ〜１０４Ｂから入力されるＨＣ・ＣＯ排出量及び、排気管噴射／ポスト噴射の選択に応じてポスト噴射量指示値補正部１０５から入力される補正後のポスト噴射量指示値等に基づいて、酸化触媒３１内部でのＨＣ・ＣＯ発熱量（以下、酸化触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量という）を推定する。酸化触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量は、例えば、ＨＣ・ＣＯ排出量や補正後のポスト噴射量指示値を入力値として含むモデル式やマップに基づいて推定演算する。

ＮＯｘ触媒発熱量推定部１０６Ｂは、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰ、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰ、フィルタ再生フラグＦ_ＤＰＦのオン／オフに応じて各マップ１０１Ａ〜１０４Ｂから入力されるＨＣ・ＣＯ排出量及び、排気管噴射／ポスト噴射の選択に応じてポスト噴射量指示値補正部１０５から入力される補正後のポスト噴射量指示値等に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２内部のＨＣ・ＣＯ発熱量（以下、ＮＯｘ触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量という）を推定する。ＮＯｘ触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量は、例えば、ＨＣ・ＣＯ排出量や補正後のポスト噴射量指示値を入力値として含むモデル式やマップに基づいて推定演算する。

酸化触媒温度推定部１０７Ａは、第１排気温度センサ４３によって検出される酸化触媒入口温度、酸化触媒発熱量推定部１０６Ａから入力される酸化触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量、ＭＡＦセンサ４０のセンサ値、外気温度センサ４８Ａ又は吸気温度センサ４８Ｂのセンサ値から推定される外気への放熱量等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて、酸化触媒３１の触媒温度を推定演算する。

ＮＯｘ触媒温度推定部１０７Ｂは、酸化触媒温度推定部１０７Ａから入力される酸化触媒温度（以下、ＮＯｘ触媒入口温度ともいう）、ＮＯｘ触媒発熱量推定部１０６Ｂから入力されるＮＯｘ触媒ＨＣ・ＣＯ発熱量、外気温度センサ４８Ａ又は吸気温度センサ４８Ｂのセンサ値から推定される外気への放熱量等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度を推定演算する。

以上詳述したように、本実施形態では、ＳＯｘパージ制御、ＮＯｘパージ制御、フィルタ再生制御がポスト噴射で実施される場合は、各触媒３１，３２の発熱量推定演算に学習補正値が反映された補正後のポスト噴射量指示値を用いるように構成されている。これにより、筒内インジェクタ１１の経年劣化等の影響を考慮した触媒発熱量を高精度に演算することが可能となり、各触媒３１，３２の温度推定精度を確実に向上することができる。

また、ＨＣ・ＣＯ排出量がそれぞれ異なる通常のリーン運転時、フィルタ再生時、ＳＯｘパージ時、ＮＯｘパージ時等の各運転状態に応じてＨＣ・ＣＯマップ１０１Ａ〜１０４Ｂ等を適宜切り替えることで、これら運転状態に応じた触媒内部におけるＨＣ・ＣＯ発熱量を精度よく演算することが可能となり、各触媒３１，３２の温度推定精度を効果的に向上することができる。

[ＦＢ制御参照温度選択]
図１３に示す参照温度選択部１０８は、上述したフィルタ再生やＳＯｘパージの温度フィードバック制御に用いる参照温度を選択する。

酸化触媒３１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２とを備える排気浄化システムにおいては、触媒の発熱特性等に応じて各触媒３１，３２におけるＨＣ・ＣＯ発熱量が異なってくる。このため、温度フィードバック制御の参照温度としては、発熱量が多い方の触媒温度を選択することが制御性を向上するうえで好ましい。

参照温度選択部１０８は、酸化触媒温度及び、ＮＯｘ触媒温度のうち、そのときのエンジン１０の運転状態から推定される発熱量が多い方の触媒温度を一つ選択して、フィルタ再生制御部５５、ＳＯｘパージ制御部６０、ＮＯｘパージ制御部７０に温度フィードバック制御の参照温度として送信するように構成されている。

より詳しくは、排気中の酸素濃度が比較的高く、酸化触媒３１のＨＣ・ＣＯ発熱量が増加するフィルタ再生時は、酸化触媒温度推定部１０７Ａから入力される酸化触媒温度が温度フィードバック制御の参照温度として選択される。一方、排気中の酸素濃度の低下によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２におけるＨＣ・ＣＯ発熱量が増加するＳＯｘパージリッチ制御やＮＯｘパージリッチ制御時は、ＮＯｘ触媒温度推定部１０７Ｂから入力されるＮＯｘ触媒温度が温度フィードバック制御の参照温度として選択されるようになっている。

このように、本実施形態では、ＨＣ・ＣＯ発熱量が多くなる方の触媒温度を温度フィードバック制御の参照温度として選択することで、制御性を効果的に向上することが可能になる。

なお、参照温度選択部１０８は、触媒昇温制御部５１に対してＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の推定触媒温度を出力している。

［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}や目標噴射量指示値Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量指示値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。

例えば、本発明の適用対象になる還元触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に限られない。選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）など、所定の動作温度に昇温されて排気に含まれるＮＯｘを還元浄化するものであれば、他の種類の触媒であってもよい。

また、加熱部付の検出素子に関してもＮＯｘ／ラムダセンサ４５に限られない。ヒータ等の加熱部を備えており、加熱部によって加熱された状態で対象を検出する検出素子であればよい。例えば、排気に含まれるＰＭ（粒子状物質）を検出するＰＭセンサであってもよい。

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 排気管噴射装置
４０ ＭＡＦセンサ
４５ ＮＯｘ／ラムダセンサ
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、所定の動作温度に昇温された状態で前記排気に含まれるＮＯｘを還元浄化する還元触媒と、
   前記排気通路に設けられて、加熱部によって加熱された状態でＮＯｘ値及び空気過剰率を検出する検出素子と、
   前記排気通路を流れる前記排気の温度を検出する排気温度検出部と、
   前記還元触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
   前記還元触媒を昇温させる昇温制御手段と、
   を備え、
   前記昇温制御手段は、前記排気温度検出部によって検出された排気温度が第１の温度閾値未満である場合には、前記検出素子が異常と判定されている場合であっても前記加熱部による加熱を禁止させた状態で前記還元触媒を昇温させる昇温制御を行い、前記排気温度が前記第１の温度閾値以上となった場合に前記加熱部による加熱を開始し、前記検出素子が動作温度に加熱され前記異常との判定が解除されれば、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が第２の温度閾値以上になることを条件に前記昇温制御を終了させると共に、リッチ制御を開始し、
   前記検出素子が動作温度に加熱されても前記前記異常との判定が解除されなければ、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が前記第２の温度閾値以上になって前記昇温制御を終了させても前記リッチ制御を開始しない
   排気浄化装置。
2. 前記昇温制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時において、前記加熱部による加熱を禁止させた状態で前記還元触媒を昇温する
   請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記昇温制御手段は、前記内燃機関にポスト噴射を含む燃料の多段噴射を行わせることで、前記排気に含まれる前記未燃燃料の濃度を増加させる
   請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記還元触媒は、前記排気がリーン雰囲気のときに前記排気に含まれるＮＯｘを吸蔵し、前記排気がリッチ雰囲気のときに吸蔵していた前記ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒である、
   請求項１から３の何れか１項に記載の排気浄化装置。

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