WO2016133026A1 - 排気浄化システム及びその制御方法 - Google Patents

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WO2016133026A1
WO2016133026A1 PCT/JP2016/054200 JP2016054200W WO2016133026A1 WO 2016133026 A1 WO2016133026 A1 WO 2016133026A1 JP 2016054200 W JP2016054200 W JP 2016054200W WO 2016133026 A1 WO2016133026 A1 WO 2016133026A1
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intake air
nox
exhaust
air amount
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輝男 中田
隆行 坂本
長岡　大治
裕之 遊座
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification system and a control method thereof.
  • a NOx occlusion reduction type catalyst is known as a catalyst for reducing and purifying nitrogen compounds (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
  • NOx nitrogen compounds
  • This NOx occlusion reduction type catalyst occludes NOx contained in the exhaust when the exhaust is in a lean atmosphere, and reduces and purifies NOx occluded by hydrocarbons contained in the exhaust when the exhaust is in a rich atmosphere. Detoxify and release. For this reason, when the NOx occlusion amount of the catalyst reaches a predetermined amount, so-called NOx purge that makes the exhaust rich by post injection or exhaust pipe injection needs to be performed periodically to restore the NOx occlusion capacity ( For example, see Patent Document 1).
  • An object of the present disclosure is to make it possible to perform injection system control in a state in which the amount of intake air is sufficiently reduced.
  • An exhaust purification system of the present disclosure includes a NOx reduction catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and stores NOx in exhaust when the exhaust air-fuel ratio is lean, and an intake air amount that detects an intake air amount of the internal combustion engine
  • the exhaust air-fuel ratio is switched from the lean state to the rich state by using a sensor, air system control for reducing the intake air amount, and injection system control for increasing the fuel injection amount, thereby reducing and purifying the stored NOx.
  • a controller that releases the NOx reduction catalyst from the NOx reduction catalyst wherein the controller includes a first difference value between the lean target first target intake air amount and the rich target second target intake air amount;
  • the start timing of the injection system control is determined based on the ratio of the second difference value between the first target intake air amount and the intake air amount.
  • An exhaust purification system of the present disclosure includes a NOx reduction catalyst that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and stores NOx contained in the exhaust when the exhaust discharged from the internal combustion engine is in a lean state.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled by using an intake air amount sensor for detecting the intake air amount of the internal combustion engine, an air system control for controlling the intake air amount, and an injection system control for controlling the fuel injection amount.
  • An exhaust purification system comprising: a control unit that operates to perform the following process: Catalyst regeneration that switches the air-fuel ratio of the exhaust gas from a lean state to a rich state by executing the air system control and the injection system control, and releases NOx stored in the NOx reduction catalyst from the NOx reduction catalyst processing; A calculation process for calculating a second difference value that is a difference between a first target intake air amount that is a target intake air amount when the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a lean state and an intake air amount of the internal combustion engine; A ratio between a first difference value that is a difference between one target intake air amount and a second target intake air amount that is a target intake air amount when the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a rich state, and the second difference value
  • the determination process which determines the start time of the said injection system control based on this.
  • An exhaust purification system control method is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and stores NOx contained in the exhaust when the exhaust discharged from the internal combustion engine is in a lean state.
  • a control method for an exhaust purification system comprising: an air system control for controlling an intake air amount and an injection system control for controlling a fuel injection amount to change the air-fuel ratio of the exhaust from a lean state to a rich state
  • a catalyst regeneration process for switching and releasing NOx stored in the NOx reduction catalyst from the NOx reduction catalyst; a first target intake air amount that is a target intake air amount when the air-fuel ratio of the exhaust is in a lean state
  • a calculation process for calculating a second difference value which is a difference between the intake air amount of the internal combustion engine and the first target intake air amount and the air-fuel ratio of the exhaust is in a rich state
  • a first difference value that is the difference between the second target intake air amount is an intake air quantity, on the basis of a ratio between the second difference value, including the determination process determines
  • the injection system control can be performed in a state where the intake air amount is sufficiently reduced.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an exhaust purification system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a timing chart for explaining the NOx purge control according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a MAF target value setting process during NOx purge lean control according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a target injection amount setting process during NOx purge rich control according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the processing of the injection system control start determination unit according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the switching from the lean state to the rich state of the MAF tracking control according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining switching from the rich state to the lean state of the MAF tracking control according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the difference between the actual MAF value and the MAF target value when shifting from the lean state to the rich state or from the rich state to the lean state.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the injection amount learning correction processing of the injector according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the learning correction coefficient calculation processing according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the MAF correction coefficient setting process according to the present embodiment.
  • each cylinder of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is provided with an injector 11 that directly injects high-pressure fuel accumulated in a common rail (not shown) into each cylinder.
  • the fuel injection amount and fuel injection timing of each injector 11 are controlled in accordance with an instruction signal input from an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 50.
  • ECU electronice control unit
  • An intake passage 12 for introducing fresh air is connected to the intake manifold 10A of the engine 10, and an exhaust passage 13 for connecting exhaust to the outside is connected to the exhaust manifold 10B.
  • an air cleaner 14 an intake air amount sensor (hereinafter referred to as MAF sensor) 40, a compressor 20A of the variable displacement supercharger 20, an intercooler 15, an intake throttle valve 16 and the like are provided in order from the intake upstream side.
  • MAF sensor 40 intake air amount sensor
  • the exhaust passage 13 is provided with a turbine 20B of the variable displacement supercharger 20, an exhaust aftertreatment device 30 and the like in order from the exhaust upstream side.
  • An engine speed sensor 41, an accelerator opening sensor 42, and a boost pressure sensor 46 are attached to the engine 10.
  • the EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 21 includes an EGR passage 22 that connects the exhaust manifold 10B and the intake manifold 10A, an EGR cooler 23 that cools the EGR gas, and an EGR valve 24 that adjusts the EGR amount.
  • the exhaust aftertreatment device 30 is configured by arranging an oxidation catalyst 31, a NOx occlusion reduction type catalyst 32, and a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 33 in order from the exhaust upstream side in a case 30A. Further, exhaust pipe injection for injecting unburned fuel (mainly hydrocarbon (HC)) into the exhaust passage 13 in the exhaust passage 13 upstream of the oxidation catalyst 31 in response to an instruction signal input from the ECU 50. A device 34 is provided.
  • unburned fuel mainly hydrocarbon (HC)
  • the oxidation catalyst 31 is formed, for example, by carrying an oxidation catalyst component on the surface of a ceramic carrier such as a honeycomb structure.
  • a ceramic carrier such as a honeycomb structure.
  • the NOx occlusion reduction type catalyst 32 is formed, for example, by supporting an alkali metal or the like on the surface of a ceramic carrier such as a honeycomb structure.
  • the NOx occlusion reduction type catalyst 32 occludes NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is in a lean state, and occludes with a reducing agent (HC or the like) contained in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is in a rich state. NOx is reduced and purified.
  • the filter 33 is formed, for example, by arranging a large number of cells partitioned by porous partition walls along the flow direction of the exhaust gas and alternately plugging the upstream side and the downstream side of these cells. .
  • the filter 33 collects particulate matter (hereinafter also referred to as PM) in the exhaust gas in the pores and surfaces of the partition walls, and performs so-called filter regeneration that burns and removes the estimated PM deposition amount when it reaches a predetermined amount. Executed. Filter regeneration is performed by supplying unburned fuel to the upstream oxidation catalyst 31 by exhaust pipe injection or post injection, and raising the exhaust temperature flowing into the filter 33 to the PM combustion temperature.
  • PM particulate matter
  • the first exhaust temperature sensor 43 is provided on the upstream side of the oxidation catalyst 31 and detects the exhaust temperature flowing into the oxidation catalyst 31.
  • the second exhaust temperature sensor 44 is provided between the NOx storage reduction catalyst 32 and the filter 33 and detects the exhaust temperature flowing into the filter 33.
  • the NOx / lambda sensor 45 is provided on the downstream side of the filter 33, and detects the NOx value and lambda value (hereinafter also referred to as excess air ratio) of the exhaust gas that has passed through the NOx storage reduction catalyst 32.
  • the ECU50 is an example of the control part and control unit of this indication, and performs various control of engine 10 grade.
  • the ECU 50 includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like. In order to perform these various controls, the sensor values of the sensors 40 to 46 are input to the ECU 50. Further, the ECU 50 includes a filter regeneration control unit 51, a NOx purge control unit 70, a MAF follow-up control unit 80, an injection amount learning correction unit 90, and a MAF correction coefficient calculation unit 95 as some functional elements. Each of these functional elements will be described as being included in the ECU 50 which is an integral hardware, but any one of these may be provided in separate hardware.
  • the filter regeneration control unit 51 estimates the PM accumulation amount of the filter 33 from the travel distance of the vehicle or the differential pressure across the filter detected by a differential pressure sensor (not shown), and the estimated PM accumulation amount exceeds a predetermined upper limit threshold. Then, an instruction signal for executing exhaust pipe injection is transmitted to the exhaust pipe injection device 34, or an instruction signal for executing post injection is transmitted to each injector 11, and the exhaust temperature is set to the PM combustion temperature (for example, about 550 ° C.).
  • This filter regeneration process is terminated when the PM accumulation estimated amount falls to a predetermined lower threshold (determination threshold) indicating combustion removal. The end determination may be based on the upper limit elapsed time from the start of filter regeneration or the upper limit cumulative injection amount.
  • NOx purge control restores the NOx storage capability of the NOx storage reduction catalyst 32 by making the exhaust atmosphere rich and detoxifying and releasing NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 32 by reduction purification. Control (hereinafter, this control is referred to as NOx purge control) is executed.
  • the NOx purge flag F NP for starting the NOx purge control estimates the NOx emission amount per unit time from the operating state of the engine 10, and the estimated cumulative value ⁇ NOx obtained by accumulating the NOx purge flag FNP has a predetermined threshold value. It is turned on when exceeding (see time t 1 in FIG. 2).
  • the NOx purification rate by the NOx occlusion reduction type catalyst 32 is calculated from the NOx emission amount upstream of the catalyst estimated from the operating state of the engine 10 and the NOx amount downstream of the catalyst detected by the NOx / lambda sensor 45. When the NOx purification rate becomes lower than a predetermined determination threshold, the NOx purge flag F NP is turned on.
  • the enrichment by the NOx purge control is performed on the lean side of the excess air ratio from the stoichiometric air-fuel ratio equivalent value (about 1.0) from the time of steady operation (for example, about 1.5) by the air system control.
  • NOx purge lean control for reducing to 1 target excess air ratio (for example, about 1.3) and injection system control to reduce the excess air ratio from the first target excess air ratio to the second target excess air ratio on the rich side (for example, about 0) .9) and NOx purge rich control for reducing the pressure to 9).
  • the details of the NOx purge lean control and the NOx purge rich control will be described below.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a process for setting the MAF target value MAF NPL_Trgt during the NOx purge lean control.
  • the first target excess air ratio setting map 71 is a map that is referred to based on the engine speed Ne and the accelerator opening Q, and during NOx purge lean control corresponding to the engine speed Ne and the accelerator opening Q.
  • An excess air ratio target value ⁇ NPL_Trgt (first excess air ratio) is set in advance based on experiments or the like.
  • the excess air ratio target value ⁇ NPL_Trgt at the time of NOx purge lean control is read from the first target excess air ratio setting map 71 using the engine speed Ne and the accelerator opening Q as input signals, and is sent to the MAF target value calculation unit 72. Entered. Further, the MAF target value calculation unit 72 calculates the MAF target value MAF NPL_Trgt during NOx purge lean control based on the following formula (1).
  • Equation (1) Q fnl_cord represents a learning-corrected fuel injection amount (excluding post-injection) described later, Ro Fuel represents fuel specific gravity, AFR sto represents a theoretical air-fuel ratio, and Maf_corr represents a MAF correction coefficient described later. Yes.
  • the MAF target value MAF NPL_Trgt calculated by the MAF target value calculation unit 72 is input to the ramp processing unit 73 when the NOx purge flag F NP is turned on (see time t 1 in FIG. 2).
  • the ramp processing unit 73 reads the ramp coefficient from the + ramp coefficient map 73A and the ⁇ ramp coefficient map 73B using the engine speed Ne and the accelerator opening Q as input signals, and obtains the MAF target ramp value MAF NPL_Trgt_Ramp to which the ramp coefficient is added. Input to the valve control unit 74.
  • the valve control unit 74 throttles the intake throttle valve 16 to the close side and opens the EGR valve 24 to the open side so that the actual MAF value MAF Act input from the MAF sensor 40 becomes the MAF target ramp value MAF NPL_Trgt_Ramp. Execute control.
  • the MAF target value MAF NPL_Trgt is set based on the excess air ratio target value ⁇ NPL_Trgt read from the first target excess air ratio setting map 71 and the fuel injection amount of each injector 11,
  • the air system operation is feedback-controlled based on the MAF target value MAF NPL_Trgt .
  • the MAF target value MAF NPL_Trgt can be set by feedforward control, and the aging deterioration and characteristic change of each injector 11 can be achieved. Etc. can be effectively eliminated.
  • FIG. 4 is a block diagram showing processing for setting the target injection amount Q NPR_Trgt (injection amount per unit time) of exhaust pipe injection or post injection in NOx purge rich control.
  • the injection system control start determination unit 75 determines the start timing of the injection system control by the NOx purge control unit 70.
  • a detection signal of the MAF sensor 40 is input to the injection system control start determination unit 75, and the first MAF target value MAF L_Trgt that is the MAF target value before switching from the lean state to the rich state (lean state) is switched.
  • the second MAF target value MAF NPL_Trgt which is the later (rich state) MAF target value, and the determination threshold for determining the arrival of the start timing of the injection system control are referred to.
  • the determination threshold in the present embodiment is stored in a storage unit (not shown) of the ECU 50, and can be changed within the range from the maximum value to the minimum value.
  • the excess air ratio target value ⁇ NPR_Trgt at the time of NOx purge rich control is read using the engine speed Ne and the accelerator opening Q as input signals, and an injection amount target value calculation unit 77 is obtained. Is input.
  • the injection amount target value calculation unit 77 calculates a target injection amount Q NPR_Trgt at the time of NOx purge rich control based on the following mathematical formula (2). This calculation is performed on condition that a start signal from the injection system control start determination unit 75 is input.
  • MAF NPL_Trgt MAF NPL_Trgt ⁇ Maf_corr / ( ⁇ NPR_Trgt ⁇ Ro Fuel ⁇ AFR sto ) ⁇ Q fnl_corrd (2)
  • MAF NPL_Trgt is a NOx purge lean MAF target value, and is input from the above-described MAF target value calculation unit 72.
  • Q fnl_cord is a fuel injection amount (excluding post-injection) before application of learning corrected MAF tracking control described later
  • Ro Fuel is fuel specific gravity
  • AFR sto is a theoretical air-fuel ratio
  • Maf_corr is a MAF correction coefficient described later. Show.
  • the target injection amount Q NPR_Trgt calculated by the injection amount target value calculation unit 77 is transmitted as an injection instruction signal to each injector 11 or the exhaust pipe injection device 34 (time t 2 in FIGS. 2 and 5).
  • the transmission of the injection instruction signal is continued until the NOx purge flag F NP is turned off (time t 4 in FIG. 2) by the end determination of NOx purge control described later.
  • post injection by each injector 11 and exhaust pipe injection by the exhaust pipe injection device 34 are performed.
  • the target achievement level of the MAF value by air system control is determined based on the actual MAF change rate ⁇ MAF Ratio calculated by the injection system control start determination unit 75.
  • the injection system control start determination unit 75 starts injection system control (post injection, exhaust pipe injection) when the actual MAF change rate ⁇ MAF Ratio reaches a predetermined determination threshold.
  • unburned fuel is supplied with the MAF sufficiently lowered.
  • unburned fuel is supplied in a situation where the effect of NOx reduction by rich control can be expected.
  • the injection system control time can be shortened and fuel consumption can be improved.
  • the target injection amount Q NPR_Trgt is set based on the excess air ratio target value ⁇ NPR_Trgt read from the second target excess air ratio setting map 76 and the fuel injection amount of each injector 11. ing.
  • the sensor value of the lambda sensor is not used. It is possible to effectively reduce the exhaust gas to a desired excess air ratio required for NOx purge rich control.
  • the target injection amount Q NPR_Trgt can be set by feedforward control, and the aging deterioration and characteristic change of each injector 11 can be achieved. Etc. can be effectively eliminated.
  • the ECU 50 feedback-controls the opening degree of the intake throttle valve 16 and the EGR valve 24 based on the sensor value of the MAF sensor 40 in the region where the operating state of the engine 10 is on the low load side. On the other hand, in the region where the operating state of the engine 10 is on the high load side, the ECU 50 feedback-controls the supercharging pressure by the variable displacement supercharger 20 based on the sensor value of the boost pressure sensor 46 (hereinafter, this region is referred to as “high”). (Referred to as boost pressure FB control region).
  • the excess air ratio target value ⁇ NPR_Trgt the excess air ratio target value necessary for the NOx purge.
  • the NOx purge control unit 70 of the present embodiment prohibits NOx purge lean control for adjusting the opening of the intake throttle valve 16 and the EGR valve 24 in the boost pressure FB control region, and The excess air ratio is decreased to the second target excess air ratio (the excess air ratio target value ⁇ NPR_Trgt ) only by injection or post injection.
  • the MAF target value set based on the operating state of the engine 10 may be applied to the MAF target value MAF NPL_Trgt of the above-described mathematical formula (2).
  • NOx purge control (1) when the NOx purge flag F NP is turned on, the amount of exhaust pipe injection or post injection is accumulated, and when this cumulative injection amount reaches a predetermined upper limit threshold amount, (2) NOx purge control When the elapsed time counted from the start reaches a predetermined upper threshold time, (3) calculation is performed based on a predetermined model formula including the operating state of the engine 10 and the sensor value of the NOx / lambda sensor 45 as input signals.
  • NOx purge flag F NP is terminated by turning off the (time t 4 in FIG. 2 reference).
  • the cumulative injection amount and the upper limit of the elapsed time are provided in the end condition of the NOx purge control, so that the fuel consumption amount is reduced when the NOx purge is not successful due to a decrease in the exhaust temperature or the like. It is possible to reliably prevent the excess.
  • the MAF follow-up control unit 80 includes (1) a switching period from the lean state in the normal operation to the rich state by the NOx purge control, and (2) a switching period from the rich state to the lean state in the normal operation by the NOx purge control. Control for correcting the fuel injection timing and the fuel injection amount of the injector 11 in accordance with the MAF change (hereinafter, this control is referred to as MAF tracking control) is executed.
  • the MAF follow-up control unit 80 performs MAF follow-up control for correcting the advance / retard of the injection timing and the injection amount according to the change in MAF. Execute.
  • step S140 in accordance with the current actual MAF change rate ⁇ MAF Ratio , a coefficient for advancing or retarding the injection timing of each injector 11 (hereinafter referred to as an injection timing tracking coefficient Comp 1 ) and the injection amount of each injector 11 Is set to increase or decrease (hereinafter referred to as injection amount tracking coefficient Comp 2 ).
  • the storage unit (not shown) of the ECU 50 stores an injection timing follow-up coefficient setting map M1 that defines the relationship between the actual MAF change rate MAF Ratio and the injection timing follow-up coefficient Comp 1 created in advance by experiments and the like, and the actual MAF change.
  • An injection amount follow-up coefficient setting map M2 that defines the relationship between the rate MAF Ratio and the injection amount follow-up coefficient Comp 2 is stored.
  • the injection timing follow-up coefficient Comp 1 and the injection amount follow-up coefficient Comp 2 are set by reading values corresponding to the actual MAF change rate ⁇ MAF Ratio calculated in step S130 from these maps M1 and M2.
  • step S150 the injection timing of each injector 11 is advanced by the amount obtained by multiplying the target advance amount by the injection timing follow-up coefficient Comp 1, and each time by the amount obtained by multiplying the target injection increase amount by the injection amount follow-up coefficient Comp 2.
  • the injector 11 also increases the fuel injection amount.
  • step S160 it is determined whether or not the current actual MAF value MAF Act detected by the MAF sensor 40 has reached the MAF target value MAF NPL_Trgt after switching (rich state). If the actual MAF value MAF Act has not reached the MAF target value MAF NPL_Trgt (No), the process returns to step S130 via step S170. That is, by repeating the processing of steps S130 to S150 until the actual MAF value MAF Act becomes the MAF target value MAF NPL_Trgt , the advance angle of the injection timing corresponding to the actual MAF change rate MAF Ratio that changes from moment to moment, and the injection The increase in quantity continues. Details of the processing in step S170 will be described later. On the other hand, when the actual MAF value MAF Act reaches the MAF target value MAF NPL_Trgt in the determination in step S160 (Yes), this control is finished.
  • step S170 it is determined whether or not the accumulated time T Sum measured by the timer from the start of the MAF follow-up control has exceeded a predetermined upper limit time T Max .
  • the actual MAF value MAF Act cannot catch up with the MAF target value MAF LR_Trgt during the transition period due to the influence of valve control delay, etc.
  • the MAF value MAF Act may be maintained in a state higher than the MAF target value MAF LR_Trgt (see times t 1 to t 2 ). If the MAF follow-up control is continued in such a state, the actual fuel injection amount is not increased to the target injection amount, the combustion of the engine 10 becomes unstable, and there is a possibility that torque fluctuation or drivability deteriorates. is there.
  • step S170 when it is determined in step S170 that the accumulated time T Sum has exceeded the upper limit time T Max (Yes), that is, the actual MAF value MAF Act continues for a predetermined time. If it has not changed more than the predetermined value, the process proceeds to step S180, and the injection timing follow-up coefficient Comp 1 and the injection amount follow-up coefficient Comp 2 are forcibly set to “1”. Thereby, MAF follow-up control is forcibly terminated, and torque fluctuation and drivability deterioration can be effectively prevented.
  • step S240 a value corresponding to the actual MAF change rate ⁇ MAF Ratio is read from the injection timing tracking coefficient setting map M1 as the injection timing tracking coefficient Comp 1 , and also corresponds to the actual MAF change rate ⁇ MAF Ratio from the injection amount tracking coefficient setting map M2. value is read as the injection quantity coefficient of following Comp 2.
  • step S250 the injection timing of each injector 11 is retarded by the target delay amount multiplied by the injection timing follow-up coefficient Comp 1 , and the target injection decrease amount is multiplied by the injection amount follow-up coefficient Comp 2. The fuel injection amount of the injector 11 is also reduced.
  • step S260 it is determined whether or not the current actual MAF value MAF Act detected by the MAF sensor 40 has reached the MAF target value MAF L_Trgt after switching (lean state).
  • the process returns to step S230 via step S270. That is, by repeating the processes of steps S230 to S250 until the actual MAF value MAF Act becomes the MAF target value MAF L_Trgt , the delay of the injection timing corresponding to the actual MAF change rate MAF Ratio that changes from moment to moment, and the injection The amount continues to decrease. Details of the processing in step S270 will be described later.
  • the actual MAF value MAF Act reaches the MAF target value MAF L_Trgt in the determination in step S260 (Yes), this control ends.
  • step S270 it is determined whether or not the accumulated time T Sum measured by the timer from the start of the MAF follow-up control has exceeded a predetermined upper limit time T Max .
  • the actual MAF value MAF Act cannot catch up with the MAF target value MAF LR_Trgt during the transition period due to the influence of valve control delay, etc.
  • the MAF value MAF Act may be kept lower than the MAF target value MAF L-R_Trgt (see times t 1 to t 2 ). If MAF follow-up control is continued in such a state, the actual fuel injection amount becomes larger than the target injection amount, which may cause torque fluctuation, drivability deterioration, and the like.
  • step S270 when it is determined in step S270 that the accumulated time T Sum has exceeded the upper limit time T Max (Yes), that is, the actual MAF value MAF Act continues for a predetermined time. If it has not changed more than the predetermined value, the process proceeds to step S280, and the injection timing follow-up coefficient Comp 1 and the injection amount follow-up coefficient Comp 2 are forcibly set to “1”. Thereby, MAF follow-up control is forcibly terminated, and torque fluctuation and drivability deterioration can be effectively prevented.
  • the MAF follow-up control is prohibited by setting the MAF follow-up coefficients Comp 1 and 2 to “1” in the boost pressure FB control region. Therefore, the torque fluctuation of the engine 10 and the deterioration of drivability caused by inaccurate MAF tracking control are effectively prevented.
  • the injection amount learning correction unit 90 includes a learning correction coefficient calculation unit 91 and an injection amount correction unit 92.
  • the learning correction coefficient calculation unit 91 is based on the error ⁇ between the actual lambda value ⁇ Act detected by the NOx / lambda sensor 45 during the lean operation of the engine 10 and the estimated lambda value ⁇ Est, and the learning correction coefficient F for the fuel injection amount. Calculate Corr .
  • the actual lambda value ⁇ Act in the exhaust gas that passes through the oxidation catalyst 31 and is detected by the downstream NOx / lambda sensor 45 It is considered that the estimated lambda value ⁇ Est in the exhaust discharged from the engine 10 coincides.
  • step S300 based on the engine speed Ne and the accelerator opening Q, it is determined whether or not the engine 10 is in a lean operation state. If it is in the lean operation state, the process proceeds to step S310 to start the calculation of the learning correction coefficient.
  • the estimated lambda value ⁇ Est is estimated and calculated from the operating state of the engine 10 according to the engine speed Ne and the accelerator opening Q. Further, the correction sensitivity coefficient K 2 is read the actual lambda value lambda Act detected by the NOx / lambda sensor 45 from the correction sensitivity coefficient map 91A shown in FIG. 9 as an input signal.
  • step S320 it is determined whether or not the absolute value
  • step S330 it is determined whether the learning prohibition flag FPro is off.
  • Whether or not the engine 10 is in a transient operation state is determined based on, for example, the time change amount of the actual lambda value ⁇ Act detected by the NOx / lambda sensor 45 when the time change amount is larger than a predetermined threshold value. What is necessary is just to determine with a transient operation state.
  • step S340 the learning value map 91B (see FIG. 9) referred to based on the engine speed Ne and the accelerator opening Q is updated to the learning value F CorrAdpt calculated in step S310. More specifically, on the learning value map 91B, a plurality of learning areas divided according to the engine speed Ne and the accelerator opening Q are set. These learning regions are preferably set to have a narrower range as the region is used more frequently and to be wider as a region is used less frequently. As a result, learning accuracy is improved in regions where the usage frequency is high, and unlearning can be effectively prevented in regions where the usage frequency is low.
  • the learning correction coefficient F Corr is input to the injection amount correction unit 92 shown in FIG.
  • the injection amount correction unit 92 multiplies each basic injection amount of pilot injection Q Pilot , pre-injection Q Pre , main injection Q Main , after-injection Q After , and post-injection Q Post by a learning correction coefficient F Corr. The injection amount is corrected.
  • MAF correction coefficient calculating unit 95 calculates the MAF correction coefficient Maf _Corr used to set the MAF target value MAF NPL_Trgt and the target injection amount Q NPR_Trgt during NOx purge control.
  • the fuel injection amount of each injector 11 is corrected based on the error ⁇ between the actual lambda value ⁇ Act and the estimated lambda value ⁇ Est detected by the NOx / lambda sensor 45.
  • the factor of error ⁇ is not necessarily only the effect of the difference between the commanded injection amount and the actual injection amount for each injector 11. That is, there is a possibility that the error of not only each injector 11 but also the MAF sensor 40 affects the lambda error ⁇ .
  • FIG. 11 is a block diagram showing the setting process of the MAF correction coefficient Maf_corr by the MAF correction coefficient calculation unit 95.
  • the correction coefficient setting map 96 is a map that is referred to based on the engine speed Ne and the accelerator opening Q.
  • the MAF indicating the sensor characteristics of the MAF sensor 40 corresponding to the engine speed Ne and the accelerator opening Q.
  • the correction coefficient Maf_corr is set in advance based on experiments or the like.
  • the MAF correction coefficient calculation unit 95 reads the MAF correction coefficient Maf_corr from the correction coefficient setting map 96 using the engine speed Ne and the accelerator opening Q as input signals, and uses the MAF correction coefficient Maf_corr as the MAF target value calculation unit 72 and It transmits to the injection quantity target value calculating part 77.
  • the sensor characteristics of the MAF sensor 40 can be effectively reflected in the settings of the MAF target value MAF NPL_Trgt and the target injection amount Q NPR_Trgt during the NOx purge control.
  • the exhaust purification system and the control method thereof according to the present invention have the effect that the injection system control can be performed in a state where the intake air amount is sufficiently lowered, and the fuel consumption can be improved by reducing the injection system control time It is useful in that respect.

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Abstract

　エンジン１０の排気通路に設けられて排気空燃比がリーン状態では排気中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ還元型触媒３２と、エンジン１０の吸入空気量を検出するＭＡＦセンサ４０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を併用してリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、吸蔵されたＮＯｘを還元浄化してＮＯｘ還元型触媒３２から放出させるＥＣＵ５０を備える排気浄化システムであって、ＥＣＵ５０は、第１ＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔと第２ＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔとの差分値であるＭＡＦ目標値変化量△ＭＡＦＴｒｇｔと、第１ＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔと実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔの差分値である実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔの比率（実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ）に基づき、噴射系制御の開始時期を判定する。

Description

排気浄化システム及びその制御方法
　本発明は、排気浄化システム及びその制御方法に関する。
　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）。
日本国特開２００８－２０２４２５号公報
　上述のＮＯｘパージを、ポスト噴射や排気管噴射による噴射系制御のみで行うと、燃料消費量が過多となり燃費性能を悪化させる。このため、噴射系制御と吸気スロットルバルブやＥＧＲバルブの開度調整により吸入空気量を減少させる空気系制御とを併用することが好ましい。
　噴射系制御と空気系制御を併用する場合、空気系制御で吸入空気量を十分に下げてから噴射系制御を行うことが望ましい。排気の空気過剰率を十分に下げることができ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒によってＮＯｘを確実に還元浄化できるからである。しかしながら、空気系制御によって所望の吸入空気量に下げるための時間にはばらつきがある。このため、吸入空気量が十分に下がっていない状態で噴射系制御を行ってしまう可能性もあり、噴射系制御時間の増加に伴う燃料排出量の増加や燃費の悪化といった課題がある。
　本開示の排気浄化システム及びその制御方法は、吸入空気量が十分に下がった状態で噴射系制御を行えるようにすることを目的とする。
　本開示の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられて排気空燃比がリーン状態では排気中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ還元型触媒と、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、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前記排気空燃比を前記リーン状態からリッチ状態に切り替えることで、吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して前記ＮＯｘ還元型触媒から放出させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記リーン状態の第１目標吸入空気量と前記リッチ状態の第２目標吸入空気量との第１差分値と、前記第１目標吸入空気量と前記吸入空気量との第２差分値の比率に基づき、前記噴射系制御の開始時期を判定する。
　また、本開示の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に配設され、前記内燃機関から排出される排気がリーン状態であるときに、前記排気に含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ還元型触媒と、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、吸入空気量を制御する空気系制御と、燃料噴射量を制御する噴射系制御とを併用することで前記排気の空燃比を制御する制御ユニットとを備える排気浄化システムであって、前記制御ユニットは、以下の処理を実行するように動作する：
  前記空気系制御及び前記噴射系制御を実行することで前記排気の空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えて、前記ＮＯｘ還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを前記ＮＯｘ還元型触媒から放出させる触媒再生処理；
  前記排気の空燃比がリーン状態であるときの目標吸入空気量である第１目標吸入空気量と前記内燃機関の吸入空気量との差分である第２差分値を算出する算出処理；及び
  前記第１目標吸入空気量と、前記排気の空燃比がリッチ状態であるときの目標吸入空気量である第２目標吸入空気量との差分である第１差分値と、前記第２差分値との比率に基づいて、前記噴射系制御の開始時期を判定する判定処理。
　本開示の排気浄化システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に配設され、前記内燃機関から排出される排気がリーン状態であるときに、前記排気に含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ還元型触媒を備える排気浄化システムの制御方法であって、吸入空気量を制御する空気系制御と、燃料噴射量を制御する噴射系制御とを実行することで前記排気の空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えて、前記ＮＯｘ還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを前記ＮＯｘ還元型触媒から放出させる触媒再生処理；前記排気の空燃比がリーン状態であるときの目標吸入空気量である第１目標吸入空気量と前記内燃機関の吸入空気量との差分である第２差分値を算出する算出処理；及び前記第１目標吸入空気量と、前記排気の空燃比がリッチ状態であるときの目標吸入空気量である第２目標吸入空気量との差分である第１差分値と、前記第２差分値との比率に基づいて、前記噴射系制御の開始時期を判定する判定処理、を含む。
　本開示の排気浄化システム及びその制御方法によれば、吸入空気量が十分に下がった状態で噴射系制御を行うことができる。
図１は、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。 図２は、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。 図３は、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。 図４は、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。 図５は、本実施形態に係る噴射系制御開始判定部の処理を模式的に説明する図である。 図６は、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。 図７は、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。 図８は、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。 図９は、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。 図１０は、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。 図１１は、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、本開示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蓄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。エンジン１０には、エンジン回転数センサ４１、アクセル開度センサ４２、ブースト圧センサ４６が取り付けられている。
　なお、本実施形態の説明では、エンジンの吸入空気量（吸気流量(Suction Air Flow)）を測定・検出する吸入空気量センサとして、質量流量(Mass Air Flow)を測定・検出するＭＡＦセンサ４０を用いるものとするが、エンジンの吸気流量を測定・検出することができれば、ＭＡＦセンサ４０とは異なるタイプの流量（Air Flow）センサ、あるいは流量センサに代わる手段を用いてもよい。
　ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）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（主に炭化水素（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、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう）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、本開示の制御部及び制御ユニットの一例であり、エンジン１０等の各種制御を行う。ＥＣＵ５０は、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、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、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、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。このフィルタ再生処理は、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）まで低下すると終了される。なお、終了判定は、フィルタ再生開始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。
　［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２に示すように、ＮＯｘパージ制御を開始するＮＯｘパージフラグＦＮＰ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２の時刻ｔ１参照）。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ＦＮＰ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、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３は、ＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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λＮＰＬ＿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λＮＰＬ＿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（１）に基づいてＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔが演算される。
　ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＝λＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ／Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ・・・（１）
　数式（１）において、Ｑｆｎｌ＿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）、ＲｏＦｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲｓｔｏ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ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔは、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオン（図２の時刻ｔ１参照）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、＋ランプ係数マップ７３Ａ及び－ランプ係数マップ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ＭＡＦＮＰＬ＿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ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦＮＰＬ＿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７１から読み取られる空気過剰率目標値λＮＰＬ＿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ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔを設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄを用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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ＭＡＦＮＰＬ＿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４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ＱＮＰＲ＿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。
　噴射系制御開始判定部７５は、ＮＯｘパージ制御部７０による噴射系制御の開始タイミングを判定する。噴射系制御開始判定部７５には、ＭＡＦセンサ４０の検出信号が入力されると共に、リーン状態からリッチ状態への切り替え前（リーン状態）のＭＡＦ目標値である第１ＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔと、切り替え後（リッチ状態）のＭＡＦ目標値である第２ＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔと、噴射系制御の開始タイミングの到来を判定するための判定用閾値とが参照される。本実施形態における判定用閾値はＥＣＵ５０の記憶部（不図示）に記憶されており、最大値から最小値の範囲内で変更可能である。
　図５の時刻ｔ１に示すように、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオン（ＦＮＰ＝１）にされると、噴射系制御開始判定部７５は、第２ＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔから第１ＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔを減算することで、切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔ（＝ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ－ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔ）を演算する。このＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔは、本開示の第１差分値の一例である。
　次に、噴射系制御開始判定部７５は、ＭＡＦセンサ４０で検出される現在の実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔから第１ＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿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ΔＭＡＦＡｃｔ（＝ＭＡＦＡｃｔ－ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔ）を演算する。この実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔは、本開示の第２差分値の一例である。
　そして、噴射系制御開始判定部７５は、実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔを切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔで除算することで、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ（＝ΔＭＡＦＡｃｔ／ΔＭＡＦＴｒｇｔ）を演算する。この実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏは、本開示の第１差分値と第２差分値の比率の一例である。
　さらに、噴射系制御開始判定部７５は、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏをリアルタイムで演算すると共に判定用閾値と比較し、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏが判定用閾値以上となった場合に、ＭＡＦが十分に下がったとして、噴射量目標値演算部７７に対して開始信号を出力し、噴射系制御の開始を指示する。図５の例では、時刻ｔ２で実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏが判定用閾値に到達したことから、噴射量目標値演算部７７に対して噴射系制御の開始が指示されている。これにより、時刻ｔ２以降にポスト噴射や排気管噴射が行われる。
　第２目標空気過剰率設定マップ７６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λＮＰＲ＿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７６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λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔが読み取られて噴射量目標値演算部７７に入力される。
　噴射量目標値演算部７７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ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔが演算される。この演算は、噴射系制御開始判定部７５からの開始信号が入力されたことを条件に行われる。
　ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ＝ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ／（λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ）－Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ・・・（２）
　数式（２）において、ＭＡＦＮＰＬ＿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、Ｑｆｎｌ＿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）、ＲｏＦｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲｓｔｏ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７７によって演算される目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔは、各インジェクタ１１又は排気管噴射装置３４に噴射指示信号として送信される（図２及び図５の時刻ｔ２）。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ＦＮＰがオフ（図２の時刻ｔ４）にされるまで継続される。これにより、各インジェクタ１１によるポスト噴射や排気管噴射装置３４による排気管噴射が行われる。
　このように、本実施形態では、空気系制御（ＮＯｘパージリーン制御）によるＭＡＦ値の目標到達度を、噴射系制御開始判定部７５で演算された実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏに基づいて判定している。そして、噴射系制御開始判定部７５は、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏが所定の判定用閾値に到達した場合に、噴射系制御（ポスト噴射，排気管噴射）を開始させている。その結果、ＭＡＦが十分に下がった状態で未燃燃料が供給される。言い換えれば、リッチ制御によるＮＯｘ還元の効果が見込める状況下で未燃燃料が供給される。その結果、噴射系制御時間が短縮されて燃費の向上が図れる。
　また、ＥＣＵ５０は、判定用閾値に関し、最大値から最小値までの範囲内で数値を変更可能に記憶しているので、システムに適した判定基準を容易に設定できる。
　また、本実施形態では、第２目標空気過剰率設定マップ７６から読み取られる空気過剰率目標値λＮＰＲ＿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ＱＮＰＲ＿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Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄを用いることで、目標噴射量ＱＮＰＲ＿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（１）で設定されるＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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ＭＡＦＮＰＬ＿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２目標空気過剰率（空気過剰率目標値λＮＰＲ＿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２目標空気過剰率（空気過剰率目標値λＮＰＲ＿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（２）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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ＦＮＰ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ＦＮＰをオフにして終了される（図２の時刻ｔ４参照）。
　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。
　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６，７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。
　まず、図６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、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオン（ＦＮＰ＝１）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ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔから切り替え前（リーン状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔを減算することで、切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔ（＝ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ－ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔ）が演算される。
　ステップＳ１３０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ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ＭＡＦＡｃｔから切り替え前のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿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ΔＭＡＦＡｃｔ（＝ＭＡＦＡｃｔ－ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔ）が演算される。そして、この実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔを切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔで除算することで、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ（＝ΔＭＡＦＡｃｔ／ΔＭＡＦＴｒｇｔ）が演算される。
　ステップＳ１４０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ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Ｃｏｍｐ１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Ｃｏｍｐ２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ＭＡＦＲａｔｉｏと噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１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ＭＡＦＲａｔｉｏと噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２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Ｃｏｍｐ１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２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ΔＭＡＦＲａｔｉｏ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Ｃｏｍｐ１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Ｃｏｍｐ２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ＭＡＦＡｃｔが切り替え後（リッチ状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔに達したか否かが判定される。実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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ＭＡＦＲａｔｉｏ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ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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ＴＳｕｍが、所定の上限時間ＴＭａｘを超えたか否かが判定される。
　図８（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ＭＡＦＡｃｔが移行期間中のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ－Ｒ＿Ｔｒｇｔに追いつけず、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ－Ｒ＿Ｔｒｇｔよりも高い状態に維持される場合がある（時刻ｔ１～ｔ２参照）。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ＴＳｕｍが上限時間ＴＭａｘを超えたと判定された場合（Ｙｅｓ）、すなわち、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔ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Ｃｏｍｐ１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２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７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、ＮＯｘパージフラグＦＮＰがオフ（ＦＮＰ＝０）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ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔから切り替え前（リッチ状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔを減算することで、切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔ（＝ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔ－ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ）が算出される。
　ステップＳ２３０では、現在の実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ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ＭＡＦＡｃｔから切り替え前のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿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ΔＭＡＦＡｃｔ（＝ＭＡＦＡｃｔ－ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ）が演算される。そして、この実ＭＡＦ変化量ΔＭＡＦＡｃｔを切り替え前後のＭＡＦ目標値変化量ΔＭＡＦＴｒｇｔで除算することで、実ＭＡＦ変化率ΔＭＡＦＲａｔｉｏ（＝ΔＭＡＦＡｃｔ／ΔＭＡＦＴｒｇｔ）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ΔＭＡＦＲａｔｉｏに対応する値が噴射タイミング追従係数Ｃｏｍｐ１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ΔＭＡＦＲａｔｉｏに対応する値が噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２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Ｃｏｍｐ１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Ｃｏｍｐ２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ＭＡＦＡｃｔが切り替え後（リーン状態）のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿Ｔｒｇｔに達したか否かが判定される。実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿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ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿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ＭＡＦＲａｔｉｏ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ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ＿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ＴＳｕｍが、所定の上限時間ＴＭａｘを超えたか否かが判定される。
　図８（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ＭＡＦＡｃｔが移行期間中のＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ－Ｒ＿Ｔｒｇｔに追いつけず、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔがＭＡＦ目標値ＭＡＦＬ－Ｒ＿Ｔｒｇｔよりも低い状態を維持する場合がある（時刻ｔ１～ｔ２参照）。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ＴＳｕｍが上限時間ＴＭａｘを超えたと判定された場合（Ｙｅｓ）、すなわち、実ＭＡＦ値ＭＡＦＡｃｔ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Ｃｏｍｐ１及び、噴射量追従係数Ｃｏｍｐ２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Ｃｏｍｐ１，２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９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λＡｃｔと、推定ラムダ値λＥｓｔとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数ＦＣｏｒｒ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λＡｃｔと、エンジン１０から排出された排気中の推定ラムダ値λＥｓｔとは一致すると考えられる。このため、これら実ラムダ値λＡｃｔと推定ラムダ値λＥｓｔ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１０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λＥｓｔからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λＡｃｔを減算した誤差Δλに、学習値ゲインＫ１及び補正感度係数Ｋ２を乗じることで、学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔが演算される（ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ＝（λＥｓｔ－λＡｃｔ）×Ｋ１×Ｋ２）。推定ラムダ値λＥｓｔ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Ｋ２は、図９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λＡｃｔを入力信号として読み取られる。
　ステップＳ３２０では、学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔの絶対値｜ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ｜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｜ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ｜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ＦＰｒｏがオフか否かが判定される。学習禁止フラグＦＰｒｏ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（ＦＮＰ＝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λＡｃｔ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λＡｃｔ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９参照）が、ステップＳ３１０で演算された学習値ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ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ＦＣｏｒｒが演算される（ＦＣｏｒｒ＝１＋ＦＣｏｒｒＡｄｐｔ）。この学習補正係数ＦＣｏｒｒは、図９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ＱＰｉｌｏｔ、プレ噴射ＱＰｒｅ、メイン噴射ＱＭａｉｎ、アフタ噴射ＱＡｆｔｅｒ、ポスト噴射ＱＰｏｓｔの各基本噴射量に学習補正係数ＦＣｏｒｒ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λＥｓｔと実ラムダ値λＡｃｔとの誤差Δλに応じた学習値で各インジェクタ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、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔや目標噴射量ＱＮＰＲ＿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λＡｃｔと推定ラムダ値λＥｓｔ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１１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７２及び噴射量目標値演算部７７に送信する。これにより、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔや目標噴射量ＱＮＰＲ＿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。
　本出願は、2015年02月16日付で出願された日本国特許出願（特願2015-027977）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明の排気浄化システム及びその制御方法は、吸入空気量が十分に下がった状態で噴射系制御を行うことができるという効果を有し、噴射系制御時間を短縮して燃費の向上を実現できるという点において有用である。
　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 (4)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられて排気空燃比がリーン状態では排気中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ還元型触媒と、
    　前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、
    　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前記排気空燃比を前記リーン状態からリッチ状態に切り替えることで、吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して前記ＮＯｘ還元型触媒から放出させる制御部とを備え、
    　前記制御部は、前記リーン状態の第１目標吸入空気量と前記リッチ状態の第２目標吸入空気量との第１差分値と、前記第１目標吸入空気量と前記吸入空気量との第２差分値の比率に基づき、前記噴射系制御の開始時期を判定する
    　排気浄化システム。
  2. 　前記制御部は、数値を変更可能に記憶されている判定用閾値と前記比率とを比較し、前記比率が前記判定用閾値に到達した場合に、前記噴射系制御の開始時期であると判定する
    　請求項１に記載の排気浄化システム。
  3. 　内燃機関の排気通路に配設され、前記内燃機関から排出される排気がリーン状態であるときに、前記排気に含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ還元型触媒と、
    　前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、
    　吸入空気量を制御する空気系制御と、燃料噴射量を制御する噴射系制御とを併用することで前記排気の空燃比を制御する制御ユニットとを備える排気浄化システムであって、
    　前記制御ユニットは、以下の処理を実行するように動作する：
    　前記空気系制御及び前記噴射系制御を実行することで前記排気の空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えて、前記ＮＯｘ還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを前記ＮＯｘ還元型触媒から放出させる触媒再生処理；
    　前記排気の空燃比がリーン状態であるときの目標吸入空気量である第１目標吸入空気量と前記内燃機関の吸入空気量との差分である第２差分値を算出する算出処理；及び
    　前記第１目標吸入空気量と、前記排気の空燃比がリッチ状態であるときの目標吸入空気量である第２目標吸入空気量との差分である第１差分値と、前記第２差分値との比率に基づいて、前記噴射系制御の開始時期を判定する判定処理。
  4. 　内燃機関の排気通路に配設され、前記内燃機関から排出される排気がリーン状態であるときに、前記排気に含まれるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ還元型触媒を備える排気浄化システムの制御方法であって、
    　吸入空気量を制御する空気系制御と、燃料噴射量を制御する噴射系制御とを実行することで前記排気の空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えて、前記ＮＯｘ還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを前記ＮＯｘ還元型触媒から放出させる触媒再生処理；
    　前記排気の空燃比がリーン状態であるときの目標吸入空気量である第１目標吸入空気量と前記内燃機関の吸入空気量との差分である第２差分値を算出する算出処理；及び
    　前記第１目標吸入空気量と、前記排気の空燃比がリッチ状態であるときの目標吸入空気量である第２目標吸入空気量との差分である第１差分値と、前記第２差分値との比率に基づいて、前記噴射系制御の開始時期を判定する判定処理、
    　を含む排気浄化システムの制御方法。
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