WO2016190315A1 - 排気浄化装置、制御装置、及び制御方法 - Google Patents

排気浄化装置、制御装置、及び制御方法 Download PDF

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filter
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昌明 西頭
輝男 中田
隆行 坂本
長岡　大治
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いすゞ自動車株式会社
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    • 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
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    • 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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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device, a control device, and a control method.
  • a NOx occlusion reduction type catalyst is known as a catalyst for reducing and purifying nitrogen compounds (hereinafter referred to as NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
  • NOx nitrogen compounds
  • the NOx occlusion reduction catalyst occludes NOx contained in the exhaust when the exhaust is in a lean atmosphere, and harmless NOx occluded by hydrocarbons contained in the exhaust when the exhaust is in a rich atmosphere. 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).
  • some exhaust purification apparatuses include a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) that collects particulate matter (hereinafter referred to as PM) in exhaust gas. Since the PM trapping capacity of the filter is limited, it is necessary to periodically perform so-called forced filter regeneration that burns and removes the accumulated PM whose exhaust temperature has been raised to the PM combustion temperature when the PM accumulation amount reaches a predetermined value. Yes (see, for example, Patent Document 2).
  • a particulate filter hereinafter simply referred to as a filter
  • PM particulate matter
  • the NOx occlusion capacity of a NOx occlusion reduction type catalyst tends to decrease as the catalyst temperature rises above the active region. For this reason, for example, if filter regeneration for increasing the exhaust gas temperature to the PM combustion temperature is performed in a state where a large amount of NOx is stored in the NOx storage reduction catalyst, NOx is rapidly released from the NOx storage reduction catalyst. Exhaust emissions may be worsened.
  • the exhaust purification device, the control device, and the control method of the present disclosure are intended to effectively prevent NOx release from the NOx storage reduction catalyst due to forced filter regeneration.
  • An exhaust purification device of the present disclosure includes a filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust gas, and a NOx occlusion reduction type catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in exhaust gas. And a filter regeneration process that raises the exhaust gas temperature to a predetermined temperature to burn and remove particulate matter deposited on the filter, and a catalyst that reduces and purifies NOx occluded in the NOx occlusion reduction type catalyst by making the exhaust gas rich.
  • Regeneration control means for executing a regeneration process, and when the filter regeneration process is executed, the regeneration control means starts the filter regeneration process after executing the catalyst regeneration process.
  • a control device of the present disclosure includes a filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust gas, a NOx occlusion reduction type catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in exhaust gas,
  • a control device for an exhaust gas purification device comprising: The control device performs a catalyst regeneration process for reducing and purifying NOx stored in the NOx storage reduction catalyst by making the exhaust rich, and then raising the exhaust temperature to a predetermined temperature and depositing it on the filter A filter regeneration process for burning and removing particulate matter is started.
  • a control method of the present disclosure includes a filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for collecting particulate matter in exhaust gas, a NOx occlusion reduction type catalyst provided in the exhaust passage for reducing and purifying NOx in exhaust gas, A method for controlling an exhaust emission control device comprising: A catalyst regeneration process for reducing and purifying NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst is performed with the exhaust gas rich, and then the exhaust gas temperature is raised to a predetermined temperature to burn particulate matter deposited on the filter. The filter regeneration process to be removed is started.
  • the exhaust purification device the control device, and the control method of the present disclosure, it is possible to effectively prevent NOx release from the NOx occlusion reduction type catalyst due to forced filter regeneration.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an exhaust purification system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the NOx occlusion amount estimation processing according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a timing chart for explaining the NOx purge control according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating processing of NOx purge control and forced filter regeneration control according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing MAF target value setting processing used for NOx purge lean control according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a target injection amount setting process used for NOx purge rich control according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing processing for correcting the injection amount learning of the in-cylinder injector according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining learning correction coefficient calculation processing according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing MAF correction coefficient setting processing according to the present embodiment.
  • each cylinder of a diesel engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 10 is provided with an in-cylinder injector 11 that directly injects high-pressure fuel that is stored in a common rail (not shown) into each cylinder. Yes.
  • the fuel injection amount and fuel injection timing of each in-cylinder injector 11 are controlled according to 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 (Mass Air Flow) sensor) 40, an intake air temperature sensor 48, a compressor 20 ⁇ / b> A of the variable displacement supercharger 20, an intercooler are sequentially provided from the intake upstream side. 15, an intake throttle valve 16 and the like are provided.
  • MAF Mass Air Flow
  • an intake air temperature sensor 48 a compressor 20 ⁇ / b> A of the variable displacement supercharger 20
  • an intercooler are sequentially provided from the intake upstream side.
  • an intake throttle valve 16 and the like are provided in the exhaust passage 13, a turbine 20B of the variable displacement supercharger 20, an exhaust brake valve 17 constituting a part of the exhaust brake device, an exhaust aftertreatment device 30 and the like are provided in order from the exhaust upstream side.
  • reference numeral 41 de
  • 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.
  • the exhaust passage 13 upstream of the oxidation catalyst 31 is provided with an exhaust injector 34 that injects unburned fuel (mainly HC) into the exhaust passage 13 in accordance with an instruction signal input from the ECU 50. Yes.
  • 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 PM in the exhaust gas in the pores and surfaces of the partition walls, and when the estimated amount of PM deposition reaches a predetermined amount, so-called filter forced regeneration is performed in which the PM is burned and removed.
  • Filter forced regeneration is performed by supplying unburned fuel to the upstream side 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.
  • 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 oxidation catalyst 31 and the NOx storage reduction catalyst 32 and detects the exhaust temperature flowing into the NOx storage reduction catalyst 32.
  • 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 ECU 50 performs various controls of the engine 10 and the like, and 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 47 are input to the ECU 50.
  • the ECU 50 includes a filter regeneration control unit 51, a NOx occlusion amount estimation unit 60, 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.
  • a filter regeneration control unit 51 As part of 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 is an example of the regeneration control means of the present invention, and performs filter forced regeneration control that raises the exhaust gas temperature to the PM combustion temperature and burns and removes PM accumulated on the filter 33. More specifically, 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 this PM accumulation estimation amount is a predetermined amount. When the upper limit threshold is exceeded, the filter forced regeneration flag F DPF is turned on. When the filter forced regeneration flag F DPF is turned on, an instruction signal for performing exhaust pipe injection is transmitted to the exhaust injector 34, or an instruction signal for performing post injection is transmitted to each in-cylinder injector 11. The exhaust temperature is raised to the PM combustion temperature (for example, about 550 ° C.). This forced filter regeneration flag F DPF is turned off when the PM accumulation estimation amount falls to a predetermined lower threshold (determination threshold) indicating combustion removal.
  • a predetermined lower threshold determination threshold
  • the NOx purge control which will be described in detail later, is executed in accordance with the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction type catalyst 32 before the start of the forced filter regeneration control.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the NOx occlusion amount estimation value str_est estimation processing by the NOx occlusion amount estimation unit 60.
  • the engine exhaust NOx amount calculation unit 61 calculates the NOx amount discharged from the engine 10 and flowing into the NOx storage reduction catalyst 32 (hereinafter referred to as catalyst inlet NOx amount In_NOx ).
  • the catalyst inlet NOx amount In_NOx may be calculated from, for example, a map or a model equation that is referred to based on the engine speed Ne or the accelerator opening Q.
  • the estimated catalyst temperature calculator 62 calculates the estimated catalyst temperature Temp_LNT of the NOx storage reduction catalyst 32.
  • the estimated catalyst temperature Temp_LNT is, for example, the inlet temperature of the oxidation catalyst 31 detected by the first exhaust temperature sensor 43, the amount of HC / CO generated in the oxidation catalyst 31 and the NOx storage reduction catalyst 32, and the release to the outside air. What is necessary is just to calculate based on the amount of heat.
  • the catalyst storage capacity calculation unit 63 calculates the NOx storage capacity str_vol of the NOx storage reduction catalyst 32 that changes according to the catalyst inlet NOx amount In_NOx and the estimated catalyst temperature Temp_LNT .
  • the NOx occlusion capacity str_vol may be calculated based on, for example, a model formula or map that includes the catalyst inlet NOx amount In_NOx and the estimated catalyst temperature Temp_LNT as input values.
  • NOx storage level calculating unit 64 calculates the current NOx storage levels str _Lvl for NOx storage capacity str _vol.
  • the provisional NOx occlusion amount calculation unit 65 does not take into account the NOx reduction amount rel_NP_ut and the lean NOx release amount rel_lean_ut, which will be described in detail later, and is the total NOx that can be discharged from the engine 10 and occluded in the NOx occlusion reduction type catalyst 32.
  • the amount (hereinafter referred to as the provisional NOx occlusion amount abs_ut ) is calculated.
  • the provisional NOx occlusion amount abs_ut is based on a model equation or map including, as input values, the catalyst inlet NOx amount In_NOx , the estimated catalyst temperature Temp_LNT , the NOx occlusion level str_lvl , the intake air amount detected by the MAF sensor 40, and the like. Calculated.
  • the NOx reduction amount calculation unit 66 calculates the NOx reduction amount rel_NP_ut that is reduced by execution of NOx purge control, which will be described in detail later.
  • the NOx reduction amount rel_NP_ut is a model equation including, as input values, the estimated catalyst temperature Temp_LNT , the NOx occlusion level str_lvl , the intake air amount detected by the MAF sensor 40, the exhaust lambda value detected by the NOx / lambda sensor 45, and the like. And calculations based on maps.
  • the lean NOx release amount calculation unit 67 calculates a lean NOx release amount rel_lean_ut that is released from the NOx occlusion reduction type catalyst 32 during the lean operation in which NOx purge control described later is not performed.
  • the NOx occlusion amount estimated value calculating unit 68 calculates the NOx occlusion amount estimated value str_est stored in the NOx occlusion reduction type catalyst 32.
  • the NOx occlusion amount estimated value str_est is based on the following equation (1) that sums the values per unit time obtained by subtracting the NOx reduction amount rel_ut and the lean NOx release amount rel_lean_ut from the provisional NOx occlusion amount abs_ut. Calculated.
  • str_est ⁇ (abs _ut -rel _NP_ut -rel _lean_ut) ⁇ (1)
  • the NOx occlusion amount estimated value str_est is estimated and calculated in consideration of the lean NOx release amount rel_lean_ut that is released from the NOx occlusion reduction type catalyst 32 during the lean operation.
  • the estimation accuracy can be improved effectively.
  • the NOx purge control unit 70 is an example of the regeneration control means of the present invention.
  • the NOx stored in the NOx occlusion reduction type catalyst 32 is made harmless by reduction purification by releasing the exhaust gas in a rich state, thereby reducing the NOx.
  • a catalyst regeneration process for recovering the NOx storage capability of the storage reduction catalyst 32 (hereinafter, this control is referred to as NOx purge control) is executed.
  • the NOx purge flag F NP is turned on when the predetermined second upper limit threshold th2 is reached. In is started (see time t 1 in FIG. 3).
  • the second upper limit threshold th2 is set to a value equal to or lower than the first upper limit threshold th1 (th1 ⁇ th2).
  • step S10 it is determined whether or not the start request condition for the forced filter regeneration control is satisfied.
  • the start request condition is, for example, when the estimated PM accumulation amount of the filter 33 exceeds a predetermined upper limit threshold or when an interval (time, travel distance, etc.) from the end of the previous filter forced regeneration control reaches a predetermined threshold. Is established. If the condition is satisfied (Yes), the process proceeds to step S11.
  • step S11 it is determined whether or not the current NOx occlusion amount estimated value str_est has reached the second upper limit threshold th2 that causes rapid NOx occlusion from the NOx occlusion reduction type catalyst 32 due to the exhaust gas temperature rise.
  • the process proceeds to step S12 to execute the NOx purge control.
  • the NOx occlusion amount estimated value str_est does not reach the second upper limit threshold th2 (Yes)
  • the process proceeds to step S15 without performing NOx purge control to prevent wasteful fuel consumption.
  • step S12 it is determined whether the estimated catalyst temperature Temp_LNT calculated by the estimated catalyst temperature calculation unit 62 is lower than a predetermined catalyst activation temperature. If the estimated catalyst temperature Temp_LNT is lower than the catalyst activation temperature (Yes), the process proceeds to step S13 to execute the temperature increase control. If the estimated catalyst temperature Temp_LNT is equal to or higher than the catalyst activation temperature (No), the temperature increase control is omitted and the process proceeds to step S14.
  • the in-cylinder injector 11 includes at least one of after-injection or post-injection executed after after-injection in order to raise the exhaust gas temperature and raise the catalyst temperature of the NOx storage reduction catalyst 32 to the activation temperature. Controlled by spray pattern.
  • step S14 it turns on the NOx purge flag F NP, NOx purge control is performed. Further, in step S15, the forced filter regeneration flag F DPF is turned on, and the forced filter regeneration control is executed.
  • the NOx purge control is performed. To reduce the NOx occlusion amount, it is possible to reliably prevent excessive NOx release due to the execution of the filter forced regeneration control.
  • the exhaust gas enrichment by the NOx purge control is performed on the lean side from the theoretical 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 to lower the first target excess air ratio (e.g., about 1.3) and the injection system control to reduce the excess air ratio from the first target excess air ratio to the rich second target excess air ratio (e.g., This is realized by using together with the NOx purge rich control for reducing to about 0.9).
  • the details of the NOx purge lean control and the NOx purge rich control will be described below.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the setting process of the MAF target value MAF NPL_Trgt by the NOx purge lean control unit 70A.
  • 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 at the time of NOx purge lean control based on the following formula (2).
  • MAF NPL_Trgt ⁇ NPL_Trgt ⁇ Q fnl_corrd ⁇ Ro Fuel ⁇ AFR sto / Maf_corr (2)
  • Q fnl_cord is a fuel injection amount (excluding post-injection) of the in-cylinder injector 11 corrected by learning, which will be described later
  • Ro Fuel is fuel specific gravity
  • AFR sto is the theoretical air-fuel ratio
  • Maf_corr is MAF correction described later Each coefficient is shown.
  • 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. 3).
  • the ramp processing unit 73 reads the ramp coefficient from the ramp coefficient maps 73A and 73B using the engine speed Ne and the accelerator opening Q as input signals, and calculates the MAF target ramp value MAF NPL_Trgt_Ramp to which the ramp coefficient is added as a valve control unit 74. To enter.
  • 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 in-cylinder 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. Effects such as deterioration and characteristic changes can be effectively eliminated.
  • FIG. 6 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 by the NOx purge rich control unit 70B.
  • the second target excess air ratio setting map 75 is a map that is referred to based on the engine speed Ne and the accelerator opening Q, and during NOx purge rich control corresponding to the engine speed Ne and the accelerator opening Q.
  • the air excess rate target value ⁇ NPR_Trgt (second target air excess rate) is preset based on experiments or the like.
  • 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 the injection amount target value calculation section 76 is performed. Is input. Further, the injection amount target value calculation unit 76 calculates a target injection amount Q NPR_Trgt at the time of NOx purge rich control based on the following formula (3).
  • MAF NPL_Trgt MAF NPL_Trgt ⁇ Maf_corr / ( ⁇ NPR_Trgt ⁇ Ro Fuel ⁇ AFR sto ) ⁇ Q fnl_corrd (3)
  • 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 the fuel injection amount (excluding post-injection) of the in-cylinder injector 11 before application of learning corrected MAF follow-up control, which will be described later
  • Ro Fuel is fuel specific gravity
  • AFR sto is the stoichiometric air-fuel ratio
  • Maf_corr is described later. MAF correction coefficients are shown respectively.
  • the target injection amount Q NPR_Trgt calculated by the injection amount target value calculation unit 76 is transmitted as an injection instruction signal to the exhaust injector 34 or each in-cylinder injector 11 when the NOx purge flag F NP is turned on (time t in FIG. 3). 1 ).
  • the transmission of the injection instruction signal is continued until the NOx purge flag F NP is turned off (time t 2 in FIG. 3) due to the end determination of NOx purge control described later.
  • 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 75 and the fuel injection amount of each in-cylinder injector 11. It is supposed to be.
  • 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. Effects such as deterioration and characteristic changes can be effectively eliminated.
  • 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) When the NOx occlusion amount estimated value str_est estimated by the NOx occlusion amount estimation unit 60 decreases to a predetermined threshold value indicating successful removal of NOx If any of conditions is satisfied, it is terminated by turning off the NOx purge flag F NP.
  • 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 in-cylinder injector 11 in accordance with the MAF change (referred to as MAF follow-up control) is executed.
  • the injection amount learning correction unit 80 includes a learning correction coefficient calculation unit 81 and an injection amount correction unit 82.
  • a learning correction coefficient calculation unit 81 is configured to calculate a fuel injection amount learning correction coefficient F based on an error ⁇ between the actual lambda value ⁇ Act detected by the NOx / lambda sensor 45 and the estimated lambda value ⁇ Est during lean operation of the engine 10. Calculate Corr .
  • the HC concentration in the exhaust is very low, so that the change in the exhaust lambda value due to the oxidation reaction of HC at the oxidation catalyst 31 is negligibly small. Therefore, 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 matches the estimated lambda value ⁇ Est in the exhaust gas discharged from the engine 10.
  • 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 81A shown in FIG. 7 as the 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 81B (see FIG. 7) 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 82 shown in FIG.
  • the injection amount correction unit 82 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 in-cylinder injector 11 is corrected based on the error ⁇ between the actual lambda value ⁇ Act detected by the NOx / lambda sensor 45 and the estimated lambda value ⁇ Est .
  • the factor of error ⁇ is not necessarily the only effect of the difference between the commanded injection amount and the actual injection amount for each in-cylinder injector 11. That is, there is a possibility that the error of the MAF sensor 40 as well as the in-cylinder injectors 11 affects the lambda error ⁇ .
  • FIG. 9 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 76.
  • 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 device, control device, and control method of the present invention are useful in that NOx release from the NOx occlusion reduction type catalyst due to forced filter regeneration can be effectively prevented.

Abstract

内燃機関１０の排気通路１３に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ３３と、排気通路１３に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２と、排気温度を所定温度まで上昇させてフィルタ３３に堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理及び、排気をリッチ状態にしてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実行する再生制御部５０と、を備え、再生制御部５０は、フィルタ再生処理を実行する場合に、触媒再生処理を実行してからフィルタ再生処理を開始する。

Description

排気浄化装置、制御装置、及び制御方法
　本発明は、排気浄化装置、制御装置、及び制御方法に関する。
　従来、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化する触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が知られている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気がリーン雰囲気のときに排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵すると共に、排気がリッチ雰囲気のときに排気中に含まれる炭化水素で吸蔵していたＮＯｘを還元浄化により無害化して放出する。このため、触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、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）。
　また、排気浄化装置においては、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集するパティキュレイト・フィルタ（以下、単にフィルタ）を備えるものも知られている。フィルタのＰＭ捕集能力には限界があるため、ＰＭ堆積量が所定値に達すると排気温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させた堆積したＰＭを燃焼除去する所謂フィルタ強制再生を定期的に行う必要がある（例えば、特許文献２参照）。
日本国特開２００８－２０２４２５号公報 日本国特開２００２－２２７６８８号公報
　一般的に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力は、触媒温度が活性領域よりも上昇すると低下する傾向がある。このため、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒にＮＯｘが多く吸蔵されている状態で、排気温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させるフィルタ強制再生を実行すると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが急激に放出されて、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。
　本開示の排気浄化装置、制御装置、及び制御方法は、フィルタ強制再生によるＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ放出を効果的に防止することを目的とする。
　本開示の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理及び、排気をリッチ状態にして前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実行する再生制御手段と、を備え、前記再生制御手段は、前記フィルタ再生処理を実行する場合に、前記触媒再生処理を実行してから前記フィルタ再生処理を開始する。
　本開示の制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、を備える排気浄化装置の制御装置であって、
　前記制御装置は、排気をリッチ状態にして前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実行してから、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を開始する。
　本開示の制御方法は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、を備える排気浄化装置の制御方法であって、
　排気をリッチ状態にして前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実行してから、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を開始する。
　本開示の排気浄化装置、制御装置、及び制御方法によれば、フィルタ強制再生によるＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ放出を効果的に防止することができる。
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吸蔵量の推定処理を説明するブロック図である。 図３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４は、本実施形態に係るＮＯｘパージ制御及びフィルタ強制再生制御の処理を説明するフロー図である。 図５は、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。 図６は、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。 図７は、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。 図８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９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、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置、当該排気浄化装置の制御装置、及び制御方法を説明する。
　図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の各気筒には、図示しないコモンレールに畜圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射する筒内インジェクタ１１がそれぞれ設けられている。これら各筒内インジェクタ１１の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０から入力される指示信号に応じてコントロールされる。
　エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには新気を導入する吸気通路１２が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気を外部に導出する排気通路１３が接続されている。吸気通路１２には、吸気上流側から順にエアクリーナ１４、吸入空気量センサ（以下、ＭＡＦ（Mass Air Flow）センサという）４０、吸気温度センサ４８、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、排気ブレーキ装置の一部を構成する排気ブレーキバルブ１７、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は外気温度センサをそれぞれ示している。
　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、酸化触媒３１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２との間に設けられており、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２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、フィルタ再生制御部５１と、ＮＯｘ吸蔵量推定部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、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、本発明の再生制御手段の一例であって、排気温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させてフィルタ３３に堆積したＰＭを燃焼除去するフィルタ強制再生制御を実行する。より詳しくは、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フィルタ強制再生フラグＦＤＰＦをオンにする。フィルタ強制再生フラグＦＤＰＦがオンにされると、排気インジェクタ３４に排気管噴射を実行させる指示信号が送信されるか、あるいは、各筒内インジェクタ１１にポスト噴射を実行させる指示信号が送信されて、排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５５０℃）まで昇温させる。このフィルタ強制再生フラグＦＤＰＦ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。
　なお、本実施形態では、フィルタ強制再生制御の開始前に、詳細を後述するＮＯｘパージ制御がＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量に応じて実行されるようになっている。
　[ＮＯｘ吸蔵量推定]
　図２は、ＮＯｘ吸蔵量推定部６０によるＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔの推定処理を説明するブロック図である。
　エンジン排出ＮＯｘ量演算部６１は、エンジン１０から排出されてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に流入するＮＯｘ量（以下、触媒入口ＮＯｘ量Ｉｎ＿ＮＯｘという）を演算する。触媒入口ＮＯｘ量Ｉｎ＿ＮＯｘは、例えば、エンジン回転数Ｎｅやアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップやモデル式等から演算すればよい。
　触媒推定温度演算部６２は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴを演算する。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、外気への放熱量等に基づいて演算すればよい。
　触媒吸蔵容量演算部６３は、触媒入口ＮＯｘ量Ｉｎ＿ＮＯｘや触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴに応じて変化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵容量ｓｔｒ＿ｖｏｌを演算する。ＮＯｘ吸蔵容量ｓｔｒ＿ｖｏｌは、例えば、触媒入口ＮＯｘ量Ｉｎ＿ＮＯｘや触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴを入力値として含むモデル式やマップ等に基づいて演算すればよい。
　ＮＯｘ吸蔵レベル演算部６４は、ＮＯｘ吸蔵容量ｓｔｒ＿ｖｏｌに対する現在のＮＯｘ吸蔵レベルｓｔｒ＿ｌｖｌを演算する。ＮＯｘ吸蔵レベルｓｔｒ＿ｌｖｌは、ＮＯｘ吸蔵容量ｓｔｒ＿ｖｏｌから後述するＮＯｘ吸蔵量推定値演算部６８によって演算されるＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔを減算した値をＮＯｘ吸蔵容量ｓｔｒ＿ｖｏｌで除算することで求められる（ｓｔｒ＿ｌｖｌ＝（ｓｔｒ＿ｖｏｌ－ｓｔｒ＿ｅｓｔ）／ｓｔｒ＿ｖｏｌ）。
　暫定ＮＯｘ吸蔵量演算部６５は、詳細を後述するＮＯｘ還元量ｒｅｌ＿ＮＰ＿ｕｔやリーン時ＮＯｘ放出量ｒｅｌ＿ｌｅａｎ＿ｕｔを考慮に入れない、エンジン１０から排出されてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵され得る総ＮＯｘ量（以下、暫定ＮＯｘ吸蔵量ａｂｓ＿ｕｔという）を演算する。暫定ＮＯｘ吸蔵量ａｂｓ＿ｕｔは、触媒入口ＮＯｘ量Ｉｎ＿ＮＯｘ、触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴ、ＮＯｘ吸蔵レベルｓｔｒ＿ｌｖｌ、ＭＡＦセンサ４０で検出される吸入空気量等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて演算される。
　ＮＯｘ還元量演算部６６は、詳細を後述するＮＯｘパージ制御の実行によって還元されるＮＯｘ還元量ｒｅｌ＿ＮＰ＿ｕｔを演算する。ＮＯｘ還元量ｒｅｌ＿ＮＰ＿ｕｔは、触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴ、ＮＯｘ吸蔵レベルｓｔｒ＿ｌｖｌ、ＭＡＦセンサ４０で検出される吸入空気量、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される排気ラムダ値等を入力値として含むモデル式やマップに基づいて演算される。
　リーン時ＮＯｘ放出量演算部６７は、後述するＮＯｘパージ制御が実行されていないリーン運転時にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から離脱して放出されるリーン時ＮＯｘ放出量ｒｅｌ＿ｌｅａｎ＿ｕｔを演算する。リーン時ＮＯｘ放出量ｒｅｌ＿ｌｅａｎ＿ｕｔは、触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴ及びＮＯｘ吸蔵レベルｓｔｒ＿ｌｖｌに基づいて参照される放出効率マップのマップ値ｒｅｌ＿ｍａｐに、ＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔを乗算し、さらに、ＮＯｘ放出速度に応じて設定される所定の定数Ｃを乗じることで演算される（ｒｅｌ＿ｌｅａｎ＿ｕｔ＝ｒｅｌ＿ｍａｐ×ｓｔｒ＿ｅｓｔ×Ｃ）。
　ＮＯｘ吸蔵量推定値演算部６８は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔを演算する。ＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔは、暫定ＮＯｘ吸蔵量ａｂｓ＿ｕｔから、ＮＯｘ還元量ｒｅｌ＿ｕｔ及び、リーン時ＮＯｘ放出量ｒｅｌ＿ｌｅａｎ＿ｕｔを減算した単位時間当たり値を総和する以下の数式（１）に基づいて演算される。
　ｓｔｒ＿ｅｓｔ＝Σ（ａｂｓ＿ｕｔ－ｒｅｌ＿ＮＰ＿ｕｔ－ｒｅｌ＿ｌｅａｎ＿ｕｔ）・・・（１）
　本実施形態では、このように、リーン運転時にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から離脱して放出されるリーン時ＮＯｘ放出量ｒｅｌ＿ｌｅａｎ＿ｕｔを考慮に入れて、ＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔを推定演算することで、その推定精度を効果的に向上することができる。
　［ＮＯｘパージ制御］
　ＮＯｘパージ制御部７０は、本発明の再生制御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）を実行する。
　ＮＯｘパージ制御は、（１）ＮＯｘ吸蔵量推定部６０によって推定されるＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔが飽和状態に近づく所定の第１上限閾値ｔｈ１を超えた場合、（２）エンジン排出ＮＯｘ量演算部６１によって推定される触媒入口ＮＯｘ量Ｉｎ＿ＮＯｘと、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される触媒出口ＮＯｘ量とから演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ浄化率が所定の判定閾値よりも低下した場合、あるいは、（３）フィルタ強制再生制御の開始前にＮＯｘ吸蔵量推定部６０によって推定されるＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔが、排気温度上昇によってＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から急激なＮＯｘ放出を生じさせる所定の第２上限閾値ｔｈ２に達している場合に、ＮＯｘパージフラグＦＮＰをオンにすることで開始される（図３の時刻ｔ１参照）。第２上限閾値ｔｈ２は、第１上限閾値ｔｈ１と同等、あるいは、第１上限閾値ｔｈ１よりも低い値で設定される（ｔｈ１≦ｔｈ２）。
　以下、開始条件（３）の詳細を図４に示すフロー図に基づいて説明する。
　ステップＳ１０では、フィルタ強制再生制御の開始要求条件が成立するか否かが判定される。開始要求条件は、例えば、フィルタ３３のＰＭ堆積推定量が所定の上限閾値を超えた場合や、前回のフィルタ強制再生制御終了からのインターバル（時間、走行距離等）が所定の閾値に達した場合に成立する。条件成立の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１１に進む。
　ステップＳ１１では、現在のＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔが、排気温度上昇によってＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から急激なＮＯｘ放出を生じさせる第２上限閾値ｔｈ２に達しているか否かが判定される。ＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔが第２上限閾値ｔｈ２に達している場合（Ｙｅｓ）は、ＮＯｘパージ制御を実行すべくステップＳ１２に進む。ＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔが第２上限閾値ｔｈ２に達していない場合（Ｙｅｓ）は、無駄な燃料消費を防止すべく、ＮＯｘパージ制御を実行することなくステップＳ１５に進む。
　ステップＳ１２では、触媒推定温度演算部６２によって演算される触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴが所定の触媒活性温度未満か否かが判定される。触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴが触媒活性温度未満であれば（Ｙｅｓ）、昇温制御を実行すべくステップＳ１３に進む。触媒推定温度Ｔｅｍｐ＿ＬＮＴが触媒活性温度以上であれば（Ｎｏ）、昇温制御を省略してステップＳ１４に進む。
　ステップＳ１３では、排気温度を上昇させてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の触媒温度を活性温度まで上昇させるべく、筒内インジェクタ１１が、アフタ噴射又は、アフタ噴射後に実行するポスト噴射の少なくとも一方を含むマルチ噴射パターンで制御される。
　ステップＳ１４では、ＮＯｘパージフラグＦＮＰをオンにして、ＮＯｘパージ制御が実行される。さらに、ステップＳ１５では、フィルタ強制再生フラグＦＤＰＦをオンにして、フィルタ強制再生制御が実行される。
　本実施形態では、このように、フィルタ強制再生制御の開始前にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が排気温度上昇によりＮＯｘ放出を引き起こす第２上限閾値ｔｈ２に達していれば、ＮＯｘパージ制御を実行してＮＯｘ吸蔵量を減少させることで、フィルタ強制再生制御の実行による過大なＮＯｘ放出を確実に防止することができる。
　［ＮＯｘパージ制御の空気系制御／噴射系制御］
　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５は、ＮＯｘパージリーン制御部７０Ａによる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（２）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・・・（２）
　数式（２）において、Ｑｆｎｌ＿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）、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３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、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］
　図６は、ＮＯｘパージリッチ制御部７０Ｂによ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。第２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λＮＰＲ＿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（３）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。
　ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ＝ＭＡＦＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ×Ｍａｆ＿ｃｏｒｒ／（λＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ×ＲｏＦｕｅｌ×ＡＦＲｓｔｏ）－Ｑｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ・・・（３）
　数式（３）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追従制御適用前の筒内インジェクタ１１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７６によって演算される目標噴射量ＱＮＰＲ＿Ｔｒｇｔは、ＮＯｘパージフラグＦＮＰ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ｔ１）。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３の時刻ｔ２）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７５から読み取られる空気過剰率目標値λＮＰＲ＿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）ＮＯｘ吸蔵量推定部６０によって推定されるＮＯｘ吸蔵量推定値ｓｔｒ＿ｅｓｔ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。
　［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、各筒内インジェクタ１１の燃料噴射タイミング及び燃料噴射量をＭＡＦ変化に応じて補正する制御（ＭＡＦ追従制御という）を実行する。
　［噴射量学習補正］
　図７に示すように、噴射量学習補正部８０は、学習補正係数演算部８１と、噴射量補正部８２とを有する。
　学習補正係数演算部８１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、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８１による学習補正係数の演算処理を図８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７に示す補正感度係数マップ８１Ａ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８１Ｂ（図７参照）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８１Ｂ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７に示す噴射量補正部８２に入力される。
　噴射量補正部８２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］
　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９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７６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05月28日付で出願された日本国特許出願（特願2015-109171）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。
　本発明の排気浄化装置、制御装置、及び制御方法は、フィルタ強制再生によるＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ放出を効果的に防止することができるという点において有用である。
　１０　エンジン
　１１　筒内インジェクタ
　１２　吸気通路
　１３　排気通路
　１６　吸気スロットルバルブ
　２４　ＥＧＲバルブ
　３１　酸化触媒
　３２　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
　３３　フィルタ
　３４　排気インジェクタ
　４０　ＭＡＦセンサ
　４５　ＮＯｘ／ラムダセンサ
　５０　ＥＣＵ

Claims (5)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
    　前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
    　排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理及び、排気をリッチ状態にして前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実行する再生制御手段と、を備え、
    　前記再生制御手段は、前記フィルタ再生処理を実行する場合に、前記触媒再生処理を実行してから前記フィルタ再生処理を開始する
    　排気浄化装置。
  2. 　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得手段をさらに備え、
    　前記再生制御手段は、前記フィルタ再生処理を実行する場合に、前記触媒温度取得手段によって取得される触媒温度が所定の触媒活性温度未満であれば、触媒温度を前記活性温度まで上昇させる昇温制御を実行した後に前記触媒再生処理を実行する
    　請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 　前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段をさらに備え、
    　前記再生制御手段は、前記フィルタ再生処理を実行する場合に、前記吸蔵量推定手段によって推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値未満であれば、前記触媒再生処理を実行することなく前記フィルタ再生処理を開始する
    　請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
  4. 　内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、を備える排気浄化装置の制御装置であって、
    　排気をリッチ状態にして前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実行してから、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を開始する
    　排気浄化装置の制御装置。
  5. 　内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、を備える排気浄化装置の制御方法であって、
    　排気をリッチ状態にして前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化する触媒再生処理を実行してから、排気温度を所定温度まで上昇させて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を開始する
    　排気浄化装置の制御方法。
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