JP7019983B2 - 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。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などの所定条件が成立した場合には、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、排気管噴射やポスト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１，２参照）。

特開２００８－２０２４２５号公報 特開２００７－１６７１３号公報

前述のＮＯｘパージは、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させる目的で行われる。このため、ＮＯｘパージの実施条件には、所定量以上のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたことが含まれている。また、ＮＯｘパージの実施条件には、触媒温度が活性温度以上であることや、エンジンが所定の運転状態で出力トルクを安定させていること等も含まれるのが一般的である。このため、例え排気の空気過剰率がＮＯｘパージの実施に適した状態になっていても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達していない場合には、ＮＯｘパージは行われず、ＮＯｘ吸蔵能力を効率よく回復できる機会を逃しているという課題がある。

本開示の技術は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を効率よく回復させることを目的とする。

本開示の技術は、車両に搭載された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吸蔵還元型触媒と、前記車両が加速走行状態にあるか否かを取得する加速走行取得手段と、前記加速走行取得手段により前記車両の加速走行状態が取得された際に排気をリッチ状態にすることで、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化させる触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度を推定する触媒温度推定手段をさらに備え、前記触媒再生手段は、前記触媒温度推定手段により推定される前記触媒温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触の触媒活性温度以上であり、且つ、前記加速走行取得手段により前記車両の加速走行状態が取得され際に前記触媒再生処理を実施することが好ましい。

また、前記加速走行取得手段は、前記車両の車速を取得すると共に、該車速の変化量から前記車両が加速走行状態にあるか否かを取得してもよい。

本開示の技術によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を効率よく回復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ＮＯｘパージ制御部を示す機能ブロック図である。 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パージリーン制御に用いる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パージリッチ制御に用いる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ＮＯｘパージ制御の実施判定処理を示すブロック図である。 第３実施条件の成立により実施される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及び、その制御方法を説明する。

図１は、本実施形態の車両１に搭載されたディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。エンジン１０の各気筒には、図示しないコモンレールに蓄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、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１０の図示しないクランクシャフトからエンジン回転数Ｎｅを取得するエンジン回転数センサ、符号４２は図示しないアクセルペダルの踏み込み量から筒内インジェクタ１１への指示燃料噴射量Ｑを取得するアクセル開度センサ（加速走行取得手段の一例）、符号４６はコンプレッサ２０Ａにより加圧された吸気圧を取得するブースト圧センサ、符号４７は図示しないプロペラシャフトから車両１の車速を取得する車速センサ（加速走行取得手段の一例）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４０～４７のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘパージ制御部６０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パージ制御部６０は、本発明の触媒再生手段の一例であって、排気をリッチ状態にして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触媒再生処理（以下、この制御をＮＯｘパージ制御という）を実施する。ＮＯｘパージ制御は、詳細を後述するＮＯｘパージ実施判定処理部７０によりＮＯｘパージの実施条件が成立すると判定されると、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰをオン（Ｆ_ＮＰ＝１）にすることで開始される（図３の時刻ｔ_１参照）。

図２に示すように、ＮＯｘパージ制御部６０は、ＮＯｘパージリーン制御部６０Ａと、ＮＯｘパージリッチ制御部６０Ｂと、ＮＯｘパージ実施判定処理部７０とを一部の機能要素として備えている。本実施形態において、ＮＯｘパージ制御による排気のリッチ化は、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。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］
図４は、ＮＯｘパージリーン制御部６０ＡによるＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿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λ_{ＮＰＬ＿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ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}＝λ_{ＮＰＬ＿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筒内インジェクタ１１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。

ＭＡＦ目標値演算部６２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３の時刻ｔ_１参照）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_{ＮＰＬ＿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_{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_{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５は、ＮＯｘパージリッチ制御部６０Ｂによ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ＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿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}・・・（２）
数式（２）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６２から入力される。また、Ｑ_{ｆｎｌＲａｗ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の筒内インジェクタ１１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３の時刻ｔ_１）。この噴射指示信号の送信は、後述するＮＯｘパージの終了条件が成立することにより、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオフ（図３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_{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パージ実施判定処理]
図６は、ＮＯｘパージ実施判定処理部７０による判定処理を示すブロック図である。ＮＯｘパージ実施判定処理部７０は、実施判定部７１と、ＮＯｘ吸蔵量推定部７２と、吸蔵量閾値マップ７３と、触媒温度推定部（触媒温度推定手段の一例）７４と、吸蔵量閾値補正部７５と、浄化率演算部７６と、劣化度合推定部７７とを一部の機能要素として有する。

実施判定部７１は、次の条件（１）～（３）の何れかが成立した場合に、ＮＯｘパージ制御を実施すると判定し、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰをオン（Ｆ_ＮＰ＝１）に設定する。

実施判定部７１で判定される実施条件は、（１）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度が所定の活性温度以上で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ_＿ＮＯｘが所定の吸蔵量閾値ＳＴＲ_{＿ｔｈｒ＿ＮＯｘ}以上に達した第１実施条件、（２）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度が所定の活性温度以上で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２によるＮＯｘ浄化率ＮＯｘ_{＿ｐｕｒ％}が所定の浄化率閾値以下に低下した第２実施条件、（３）ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度が所定の活性温度以上で、車両１が加速走行状態である第３実施条件の３つである。これら３つの実施条件の何れかが成立すると、実施判定部７１は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰをオン（Ｆ_ＮＰ＝１）にしてＮＯｘパージ制御を開始させる。

第１実施条件の判定に用いるＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ_＿ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵量推定部７２によって推定される。ＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ_＿ＮＯｘは、例えば、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マップやモデル式等に基づいて演算すればよい。ＮＯｘ吸蔵量閾値ＳＴＲ_{＿ｔｈｒ＿ＮＯｘ}は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒推定温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴに基づいて参照される吸蔵量閾値マップ７３で設定される。触媒推定温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴは、触媒温度推定部７４によって推定される。触媒推定温度Ｔｅｍｐ_＿ＬＮＴ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、酸化触媒３１及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の内部でのＨＣ・ＣＯ発熱量等に基づいて推定すればよい。第１実施条件の成立によりオンにされたＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰは、ＮＯｘ吸蔵量推定値ｍ_＿ＮＯｘがＮＯｘ除去成功を示す所定値まで低下するとオフ（Ｆ_ＮＰ＝０）にされる。

なお、吸蔵量閾値マップ７３に基づいて設定されたＮＯｘ吸蔵量閾値ＳＴＲ_{＿ｔｈｒ＿ＮＯｘ}は、吸蔵量閾値補正部７５によって補正されるようになっている。吸蔵量閾値補正部７５は、ＮＯｘ吸蔵量閾値ＳＴＲ_{＿ｔｈｒ＿ＮＯｘ}に、劣化度合推定部７７によって求められる劣化補正係数（劣化度合）を乗算することで行われる。劣化補正係数は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２内部でのＨＣ・ＣＯ発熱量低下、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の熱履歴、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ浄化率低下、車両走行距離等に基づいて求められる。

第２実施条件の判定に用いるＮＯｘ浄化率ＮＯｘ_{＿ｐｕｒ％}は、浄化率演算部７６によって演算される。ＮＯｘ浄化率ＮＯｘ_{＿ｐｕｒ％}は、例えば、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される触媒下流側のＮＯｘ量を、エンジン１０の運転状態等から推定される触媒上流側のＮＯｘ排出量で除算することで求められる。第２実施条件の成立によりオンにされたＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰは、ＮＯｘ浄化率ＮＯｘ_{＿ｐｕｒ％}が浄化率回復を示す所定値まで上昇するとオフ（Ｆ_ＮＰ＝０）にされる。

第３実施条件は、運転者のアクセルペダルの踏み込み操作により筒内インジェクタ１１の燃料噴射量が増加し、これに伴い車両１が加速走行している状態にあるか否かで判定される。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度が所定の活性温度以上の状態で、車速センサ４７のセンサ値を微分して得られる車両１の加速度が車両１の加速走行を示す所定の加速度閾値以上であり、且つ、アクセル開度センサ４２のセンサ値に基づいた筒内インジェクタ１１への指示燃料噴射量がエンジン１０の負荷運転状態を示す所定の噴射量閾値以上の場合に、実施判定部７１は、車両１が所定の加速走行状態（停車状態からの発進加速及び、減速状態からの再加速を含む）にあると判定し、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰをオン（Ｆ_ＮＰ＝１）にする。第３実施条件の成立により実施されるＮＯｘパージ制御は、空気系制御と噴射系制御とを併用するものでもよく、或は、エンジン１０の負荷状態に応じ、噴射系制御のみを用いるものであってもよい。

第３実施条件の成立によりオンにされたＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰは、車速センサ４７のセンサ値から得られる車両１の加速度が所定値まで低下した場合、アクセル開度センサ４２のセンサ値に基づいた筒内インジェクタ１１の燃料指示噴射量が所定の閾値以下に低下した場合、或いは、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰのオンから所定の上限閾値時間が経過するとオフ（Ｆ_ＮＰ＝０）にされる。

このように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量に関係なく、触媒温度が活性温度以上の状態で車両１が加速走行する都度、ＮＯｘパージ制御を実施することにより、図７のＴ_１～Ｔ_ｎに示すように、ＮＯｘパージの実行頻度が効果的に確保されるようになる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を効率よく回復させることが可能になる。

また、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量増加により排気ラムダが下がりやすい（リッチ雰囲気になりやすい）車両加速時にＮＯｘパージを実施することで、ＮＯｘパージに用いられる燃料の消費量が効果的に抑えられるようになり、燃費性能を確実に向上することができる。

また、振動や騒音の少ないエンジン１０の出力トルクが安定した状態でＮＯｘパージを行う従前の技術では、排気のリッチ化に伴うエンジン回転数（出力トルク）の変動等により運転者に違和感を与える虞があるが、本実施形態のように、エンジン１０の出力トルクが変動する車両１の加速走行時にＮＯｘパージ制御を行うことにより、トルク変動等を起因とする運転者の違和感が効果的に低減されるようになり、ドライバビリティーの悪化を確実に防止することができる。

［ＭＡＦ追従制御］
図１に戻り、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。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。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７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がオフか否かが判定される。学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏ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（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８参照）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７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。

［ＭＡＦ補正係数］
図１に戻り、ＭＡＦ補正係数演算部９５は、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６６に送信する。これにより、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
４２ アクセル開度センサ
４５ ＮＯｘ／ラムダセンサ
４７ 車速センサ
５０ ＥＣＵ
６０ ＮＯｘパージ制御部

Claims (2)

1. 車両に搭載された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吸蔵還元型触媒と、
   前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射部と、
   前記内燃機関の内燃機関回転数を取得する内燃機関回転数取得手段と、
   前記車両が加速走行状態にあるか否かを示す情報、アクセル開度、及び前記アクセル開度に基づく前記燃料噴射部に噴射させる前記燃料の指示燃料噴射量を取得する加速走行取得手段と、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過した排気の空気過剰率を取得する空気過剰率取得手段と、
   前記指示燃料噴射量を補正する噴射量学習補正手段と、
   前記加速走行取得手段により前記車両が加速走行状態にあることを示す情報が取得された際に、前記噴射量学習補正手段が前記指示燃料噴射量を補正した補正燃料噴射量に対応する燃料を前記燃料噴射部に噴射させて排気をリッチ状態にすることで、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化させる触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、
   前記内燃機関の排気系における前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側に設けられ、前記燃料噴射部が噴射した前記燃料を酸化する酸化触媒と、
   前記内燃機関の排気系における前記酸化触媒よりも上流側に設けられ、前記酸化触媒に流入する前記排気の温度を取得する排気温度取得手段と、
   前記排気温度取得手段が取得した前記排気の温度、並びに前記酸化触媒及び前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の内部でのＨＣ及びＣＯを含む可燃分の発熱量に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、を備え、
   前記噴射量学習補正手段は、
   前記排気リーン状態のときに、前記空気過剰率取得手段が取得した空気過剰率と、前記内燃機関回転数取得手段が取得した前記内燃機関回転数及び前記加速走行取得手段が取得した前記アクセル開度に基づいて演算される推定空気過剰率との誤差に基づいて前記指示燃料噴射量の学習補正係数を演算する学習補正係数演算手段と、
   前記学習補正係数演算手段が演算した前記学習補正係数に基づいて前記指示燃料噴射量を補正して前記補正燃料噴射量を算出する噴射量補正手段と、を有し、
   前記触媒再生手段は、前記触媒温度推定手段により推定される前記触媒温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒活性温度以上であり、且つ、前記加速走行取得手段により前記車両が加速走行状態にあることを示す情報が取得された際に前記触媒再生処理を実施する
   ことを特徴とする排気浄化システム。
2. 前記加速走行取得手段は、前記車両の車速を取得すると共に、該車速の変化量から前記車両が加速走行状態にあるか否かを示す情報を取得する
   請求項１に記載の排気浄化システム。
   

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