JP2016223294A - 排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたＮＯｘを効果的に浄化する。【解決手段】エンジン１０の排気通路１３に設けられて排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２と、燃料噴射量を増加させる噴射系制御を少なくとも行わせて排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ浄化能力を回復させるパージ制御を行わせる制御部５０と、を備える排気浄化システムであって、排気通路１３におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２よりも排気下流側に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたＮＯｘ、及び、リッチ状態でＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を通過した炭化水素を捕集するゼオライト担持触媒３３が配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化システムに関する。

従来、ディーゼルエンジン等の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）。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、排気中に含まれる硫黄酸化物（以下、ＳＯｘという）も吸蔵される。このＳＯｘ吸蔵量が増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を低下させる課題がある。このため、ＳＯｘ吸蔵量が所定量に達した場合は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＳＯｘを離脱させてＳＯｘ被毒から回復させるべく、ポスト噴射や排気管噴射によって上流側の酸化触媒に未燃燃料を供給して排気温度をＳＯｘ離脱温度まで上昇させる所謂ＳＯｘパージを定期的に行う必要がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２０２４２５号公報 特開２００９−４７０８６号公報

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、高温域においてＮＯｘ吸蔵効率が低下する特性を備えている。高温域におけるＮＯｘ吸蔵効率の低下は、ＳＯｘによる被毒劣化が進行するほど顕著に現れる。そして、ＮＯｘ吸蔵効率の低下に伴って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘが排出されてしまったり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵できずにＮＯｘが排出されてしまったりする。

開示のシステムは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から排出されたＮＯｘを効果的に浄化することを目的とする。

開示のシステムは、内燃機関の排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、燃料噴射量を増加させる噴射系制御を少なくとも行わせて排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、前記ＮＯｘ還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる触媒再生処理を行わせる制御部と、を備える排気浄化システムであって、前記排気通路における前記ＮＯｘ還元型触媒よりも排気下流側に、前記ＮＯｘ還元型触媒から排出されたＮＯｘ、及び、前記リッチ状態で前記ＮＯｘ還元型触媒を通過した炭化水素を捕集する捕集部材が配置されている。

開示のシステムによれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から排出されたＮＯｘを効果的に浄化できる。

本実施形態に係る排気浄化システムを示す全体構成図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージ制御を説明するタイミングチャート図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＳＯｘパージ制御の触媒温度調整制御を説明するタイミングチャート図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージ制御を説明するタイミングチャート図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量の設定処理を示すブロック図である。 本実施形態に係るＮＯｘパージリッチ制御時のＮＯｘ濃度、ＮＨ_３濃度及び、ゼオライト担持触媒でのＮＯｘ浄化率の経時変化を説明する図である。 本実施形態に係る筒内インジェクタの噴射量学習補正の処理を示すブロック図である。 本実施形態に係る学習補正係数の演算処理を説明するフロー図である。 本実施形態に係るＭＡＦ補正係数の設定処理を示すブロック図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。

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。筒内インジェクタ１１の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０から入力される指示信号に応じてコントロールされる。

エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには新気を導入する吸気通路１２が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気を外部に導出する排気通路１３が接続されている。吸気通路１２には、吸気上流側から順にエアクリーナ１４、吸入空気量センサ（以下、ＭＡＦセンサという）４０、可変容量型過給機２０のコンプレッサ２０Ａ、インタークーラ１５、吸気スロットルバルブ１６等が設けられている。排気通路１３には、排気上流側から順に可変容量型過給機２０のタービン２０Ｂ、排気後処理装置３０等が設けられている。なお、図１中において、符号４１はエンジン回転数センサ、符号４２はアクセル開度センサ、符号４６はブースト圧センサをそれぞれ示している。

ＥＧＲ装置２１は、排気マニホールド１０Ｂと吸気マニホールド１０Ａとを接続するＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ２４とを備えている。

排気後処理装置３０は、ケース３０Ａ内に排気上流側から順に酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２、ゼオライト担持触媒３３、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）３４を配置して構成されている。また、酸化触媒３１よりも上流側の排気通路１３には、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じて、排気通路１３内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する排気管噴射装置３５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３５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。

ゼオライト担持触媒３３は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にゼオライト、例えばβゼオライトやＺＳＭ−５型ゼオライトを担持して形成されている。このゼオライト担持触媒３３は、本発明に係る捕集部材の一例であり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたＮＯｘ、リッチ状態でＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２をスリップ（通過）した炭化水素（ＨＣ）、及び、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたアンモニア（ＮＨ_３）を捕集する。また、ゼオライト担持触媒３３は、ＮＨ_３やＨＣを還元剤とするＮＨ_３−ＳＣＲ（選択的触媒還元）効果やＨＣ−ＳＣＲ効果によって、捕集したＮＯｘを還元浄化する。

フィルタ３４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３４は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆるフィルタ再生が実行される。フィルタ再生は、排気管噴射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３４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、ゼオライト担持触媒３３とフィルタ３４との間に設けられており、フィルタ３４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３４よりも下流側に設けられており、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２及びゼオライト担持触媒３３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、本発明に係る制御部の一例である。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、ＳＯｘパージ制御部６０と、ＮＯｘパージ制御部７０と、ＭＡＦ追従制御部８０、噴射量学習補正部９０と、ＭＡＦ補正係数演算部９５とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ５０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

［フィルタ再生制御］
フィルタ再生制御部５１は、車両の走行距離、あるいは図示しない差圧センサで検出されるフィルタ前後差圧からフィルタ３４のＰＭ堆積量を推定すると共に、このＰＭ堆積推定量が所定の上限閾値を超えると再生フラグＦ_ＤＰＦをオンにする（図２の時刻ｔ_１参照）。再生フラグＦ_ＤＰＦがオンにされると、排気管噴射装置３５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、筒内インジェクタ１１にポスト噴射を実行させる指示信号が送信されて、排気温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約５５０℃）まで昇温させる。この再生フラグＦ_ＤＰＦは、ＰＭ堆積推定量が燃焼除去を示す所定の下限閾値（判定閾値）まで低下するとオフにされる（図２の時刻ｔ_２参照）。なお、再生フラグＦ_ＤＰＦをオフにする判定閾値は、例えば、フィルタ再生開始（Ｆ_ＤＰＦ＝１）からの上限経過時間や上限累積噴射量を基準にしてもよい。

［ＳＯｘパージ制御］
ＳＯｘパージ制御部６０は、排気をリッチ状態にして排気温度を硫黄離脱温度（例えば、約６００℃）まで上昇させて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２をＳＯｘ被毒から回復させる制御（以下、この制御をＳＯｘパージ制御という）を実行する。ＳＯｘ被毒からの回復によって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ浄化能力も回復される。このため、排気をリッチ状態にして排気温度を硫黄離脱温度まで上昇させるＳＯｘパージは、本発明に係る触媒再生処理の一例である。

図２は、本実施形態のＳＯｘパージ制御のタイミングチャートを示している。図２に示すように、ＳＯｘパージ制御を開始するＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰは、再生フラグＦ_ＤＰＦのオフと同時にオンにされる（図２の時刻ｔ_２参照）。これにより、フィルタ３４の再生によって排気温度を上昇させた状態からＳＯｘパージ制御に効率よく移行することが可能となり、燃料消費量を効果的に低減することができる。

本実施形態において、ＳＯｘパージ制御によるリッチ化は、空気系制御によって空気過剰率を定常運転時（例えば、約１．５）から理論空燃比相当値（約１．０）よりもリーン側の第１目標空気過剰率（例えば、約１．３）まで低下させるＳＯｘパージリーン制御と、噴射系制御によって空気過剰率を第１目標空気過剰率からリッチ側の第２目標空気過剰率（例えば、約０．９）まで低下させるＳＯｘパージリッチ制御とを併用することで実現される。以下、ＳＯｘパージリーン制御及び、ＳＯｘパージリッチ制御の詳細について説明する。

［ＳＯｘパージリーン制御の空気系制御］
図３は、ＳＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}の設定処理を示すブロック図である。第１目標空気過剰率設定マップ６１は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑ（エンジン１０の燃料噴射量）に基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＳＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}（第１目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。

まず、第１目標空気過剰率設定マップ６１から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＳＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて、ＭＡＦ目標値演算部６２に入力される。さらに、ＭＡＦ目標値演算部６２では、以下の数式（１）に基づいてＳＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}＝λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ／Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}・・・（１）
数式（１）において、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正された燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}は後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。

ＭＡＦ目標値演算部６２によって演算されたＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}は、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオン（図２の時刻ｔ_２参照）になるとランプ処理部６３に入力される。ランプ処理部６３は、各ランプ係数マップ６３Ａ，６３Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ}をバルブ制御部６４に入力する。

バルブ制御部６４は、ＭＡＦセンサ４０から入力される実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ}となるように、吸気スロットルバルブ１６を閉側に絞ると共に、ＥＧＲバルブ２４を開側に開くフィードバック制御を実行する。

このように、本実施形態では、第１目標空気過剰率設定マップ６１から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}と、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいてＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}を設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に基づいて空気系動作をフィードバック制御するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＳＯｘパージリーン制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。

また、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}をフィードフォワード制御で設定することが可能となり、筒内インジェクタ１１の経年劣化や特性変化、個体差等の影響を効果的に排除することができる。

また、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}にエンジン１０の運転状態に応じて設定されるランプ係数を付加することで、吸入空気量の急激な変化によるエンジン１０の失火やトルク変動によるドライバビリティーの悪化等を効果的に防止することができる。

［ＳＯｘパージリッチ制御の燃料噴射量設定］
図４は、ＳＯｘパージリッチ制御における排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（単位時間当たりの噴射量）の設定処理を示すブロック図である。第２目標空気過剰率設定マップ６５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＳＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（第２目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。

まず、第２目標空気過剰率設定マップ６５から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＳＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて、噴射量目標値演算部６６に入力される。さらに、噴射量目標値演算部６６では、以下の数式（２）及び（２）’に基づいてＳＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}＝ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}・・・（２）
Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}＝（ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}）×Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}・・・（２）’
数式（２）及び（２）’において、ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}はＳＯｘパージリーン時のＭＡＦ目標値であって、前述のＭＡＦ目標値演算部６２から入力される。また、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}は後述するＭＡＦ補正係数、Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}は増量係数をそれぞれ示している。

数式（２）は、ＳＯｘパージ（触媒再生処理）に必要な目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を演算しており、数式（２）’は、ＳＯｘパージに必要な量よりも多く定められた目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を演算している。

増量係数Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}は、ＳＯｘパージリッチ制御の開始初期における目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を、ＳＯｘパージに必要な量よりも増加させるために用いられる係数であり、「１」よりも大きな数に定められる。数式（２）’において、増量係数Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}が乗算される部分（ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}）は、数式（２）と同じ内容である。増量係数Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}が１よりも大きいことから、数式（２）’で算出される目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、数式（２）で算出される目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}よりも多くなる。

噴射量目標値演算部６６によって演算された目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、後述するＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンになると、排気管噴射装置３５又は、筒内インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される。

増量タイマ６６ａは、ＳＯｘパージリッチ制御の開始初期に亘って計時を行うものであり、ＳＯｘパージリッチ制御の開始タイミングから計時を開始し、所定期間が経過すると計時を終了する。増量タイマ６６ａは、計時中に亘って計時フラグをオンにする。噴射量目標値演算部６６は、増量タイマ６６ａからの計時フラグに基づいて、ＳＯｘパージリッチ制御の開始初期であるか否かを認識する。

そして、噴射量目標値演算部６６は、ＳＯｘパージリッチ制御の開始初期において、数式（２）’で算出された目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を噴射指示信号として送信し、その後、数式（２）で算出された目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を噴射指示信号として送信する。その結果、ＳＯｘパージリッチ制御の開始初期において、燃料の噴射量がＳＯｘパージに必要な量よりも増加される。

噴射された燃料の一部は、酸化触媒３１で酸化されて排気温度が上昇される。排気温度の上昇に伴ってＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２も昇温されるが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２は、ＳＯｘパージやＤＰＦ再生を実施する高温域において、ＮＯｘ吸蔵効率が低下してしまう。

図１に示すように、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２よりも排気下流側にゼオライト担持触媒３３を配置しているので、ＮＯｘ吸蔵効率の低下に伴ってＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されたＮＯｘの一部が排出されたとしても、排出されたＮＯｘがゼオライト担持触媒３３で捕集（吸着）される。同様に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の飽和によって吸蔵できずに排出されたＮＯｘについても、ゼオライト担持触媒３３で捕集（吸着）される。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２では、水（Ｈ_２Ｏ）がＣＯやＨＣによって分解され、水素（Ｈ_２）が生成される。ＮＯｘを構成する酸素（Ｏ）がＨ_２と置換され、ＮＨ_３が生成される。このＮＨ_３は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されてゼオライト担持触媒３３に捕集される。

噴射された燃料の一部は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を通過（スリップ）してゼオライト担持触媒３３へ到達する。ゼオライト担持触媒３３では、ＮＨ_３や燃料等のＨＣが還元剤となり、ＮＨ_３−ＳＣＲ効果やＨＣ−ＳＣＲ効果によって、捕集したＮＯｘが還元浄化される。従って、高温域においてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵効率が低下しても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたＮＯｘをゼオライト担持触媒３３によって還元浄化できる。

また、ＳＯｘパージリッチ制御の開始初期における燃料噴射量をＳＯｘパージで必要な量よりも増加させているので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２にて燃料をスリップさせることができ、ゼオライト担持触媒３３での還元剤として確実に使用できる。

また、本実施形態では、第２目標空気過剰率設定マップ６５から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}と、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいて目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を設定するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＳＯｘパージリッチ制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。

また、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}をフィードフォワード制御で設定することが可能となり、筒内インジェクタ１１の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。

［ＳＯｘパージ制御の触媒温度調整制御］
ＳＯｘパージ制御中にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に流入する排気温度（以下、触媒温度ともいう）は、図２の時刻ｔ_２〜ｔ_４に示すように、排気管噴射又はポスト噴射を実行するＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲのオン・オフ（リッチ・リーン）を交互に切り替えることで制御される。ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオン（Ｆ_ＳＰＲ＝１）にされると、排気管噴射又はポスト噴射によって触媒温度は上昇する（以下、この期間を噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}という）。一方、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフにされると、排気管噴射又はポスト噴射の停止によって触媒温度は低下する（以下、この期間をインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}という）。

本実施形態において、噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}は、予め実験等により作成した噴射期間設定マップ（不図示）からエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに対応する値を読み取ることで設定される。この噴射時間設定マップには、予め実験等によって求めた排気の空気過剰率を第２目標空気過剰率まで確実に低下させるのに必要となる噴射期間が、エンジン１０の運転状態に応じて設定されている。

インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}は、触媒温度が最も高くなるＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンからオフに切り替えられた際に、フィードバック制御によって設定される。具体的には、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフされた際の目標触媒温度と推定触媒温度との偏差ΔＴに比例して入力信号を変化させる比例制御と、偏差ΔＴの時間積分値に比例して入力信号を変化させる積分制御と、偏差ΔＴの時間微分値に比例して入力信号を変化させる微分制御とで構成されるＰＩＤ制御によって処理される。目標触媒温度は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２からＳＯｘを離脱可能な温度で設定され、推定触媒温度は、例えば、第１排気温度センサ４３で検出される酸化触媒３１の入口温度と、酸化触媒３１及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の内部でのＨＣ／ＣＯ発熱量、外気への放熱量等に基づいて推定すればよい。

図５の時刻ｔ_１に示すように、フィルタ再生の終了（Ｆ_ＤＰＦ＝０）によってＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオンされると、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲもオンにされ、さらに前回のＳＯｘパージ制御時にフィードバック計算されたインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}も一旦リセットされる。すなわち、フィルタ再生直後の初回は、噴射期間設定マップで設定した噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿１}に応じて排気管噴射又はポスト噴射が実行される（図５の時刻ｔ_１〜ｔ_２参照）。このように、ＳＯｘパージリーン制御を行うことなくＳＯｘパージリッチ制御からＳＯｘパージ制御を開始するので、フィルタ再生で上昇した排気温度を低下させることなく、速やかにＳＯｘパージ制御に移行され、燃料消費量を低減することができる。

次いで、噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿１}の経過によってＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオフになると、ＰＩＤ制御によって設定されたインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ＿１}が経過するまで、ＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲはオフとされる（図５の時刻ｔ_２〜ｔ_３参照）。さらに、インターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ＿１}の経過によってＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲがオンにされると、再び噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ＿２}に応じた排気管噴射又はポスト噴射が実行される（図５の時刻ｔ_３〜ｔ_４参照）。その後、これらＳＯｘパージリッチフラグＦ_ＳＰＲのオン・オフの切り替えは、後述するＳＯｘパージ制御の終了判定によってＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオフ（図５の時刻ｔ_ｎ参照）にされるまで繰り返し実行される。

このように、本実施形態では、触媒温度を上昇させると共に空気過剰率を第２目標空気過剰率まで低下させる噴射期間Ｔ_{Ｆ＿ＩＮＪ}をエンジン１０の運転状態に基づいて参照されるマップから設定すると共に、触媒温度を降下させるインターバルＴ_{Ｆ＿ＩＮＴ}をＰＩＤ制御によって処理するようになっている。これにより、ＳＯｘパージ制御中の触媒温度をパージに必要な所望の温度範囲に効果的に維持しつつ、空気過剰率を目標過剰率まで確実に低下させることが可能になる。

［ＳＯｘパージ制御の終了判定］
ＳＯｘパージ制御は、（１）ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、（２）ＳＯｘパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、（３）エンジン１０の運転状態やＮＯｘ／ラムダセンサ４５のセンサ値等を入力信号として含む所定のモデル式に基づいて演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＳＯｘ吸着量がＳＯｘ除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、ＳＯｘパージフラグＦ_ＳＰをオフにして終了される（図２の時刻ｔ_４、図５の時刻ｔ_ｎ参照）。

このように、本実施形態では、ＳＯｘパージ制御の終了条件に累積噴射量及び、経過時間の上限を設けたことで、ＳＯｘパージが排気温度の低下等によって進捗しなかった場合に、燃料消費量が過剰になることを効果的に防止することができる。

［ＮＯｘパージ制御］
ＮＯｘパージ制御部７０は、排気をリッチ雰囲気にしてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化により無害化して放出することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる制御（以下、この制御をＮＯｘパージ制御という）を実行する。ＮＯｘ吸蔵能力の回復によって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ浄化能力も回復される。このため、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を還元浄化するＮＯｘパージは、本発明に係る触媒再生処理の一例である。

ＮＯｘパージ制御を開始するＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰは、エンジン１０の運転状態から単位時間当たりのＮＯｘ排出量を推定し、これを累積計算した推定累積値ΣＮＯｘが所定の閾値を超えるとオンにされる（図６の時刻ｔ_１参照）。あるいは、エンジン１０の運転状態から推定される触媒上流側のＮＯｘ排出量と、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される触媒下流側のＮＯｘ量とからＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２によるＮＯｘ浄化率を演算し、このＮＯｘ浄化率が所定の判定閾値よりも低くなった場合に、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰはオンにされる。

本実施形態において、ＮＯｘパージ制御によるリッチ化は、空気系制御によって空気過剰率を定常運転時（例えば、約１．５）から理論空燃比相当値（約１．０）よりもリーン側の第３目標空気過剰率（例えば、約１．３）まで低下させるＮＯｘパージリーン制御と、噴射系制御によって空気過剰率を第３目標空気過剰率からリッチ側の第４目標空気過剰率（例えば、約０．９）まで低下させるＮＯｘパージリッチ制御とを併用することで実現される。以下、ＮＯｘパージリーン制御及び、ＮＯｘパージリッチ制御の詳細について説明する。

［ＮＯｘパージリーン制御のＭＡＦ目標値設定］
図７は、ＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}の設定処理を示すブロック図である。第３目標空気過剰率設定マップ７１は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}（第３目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。

まず、第３目標空気過剰率設定マップ７１から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリーン制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて、ＭＡＦ目標値演算部７２に入力される。さらに、ＭＡＦ目標値演算部７２では、以下の数式（３）に基づいてＮＯｘパージリーン制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}＝λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ／Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}・・・（３）
数式（３）において、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正された燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}は後述するＭＡＦ補正係数をそれぞれ示している。

ＭＡＦ目標値演算部７２によって演算されたＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオン（図６の時刻ｔ_１参照）になるとランプ処理部７３に入力される。ランプ処理部７３は、各ランプ係数マップ７３Ａ，７３Ｂからエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ}をバルブ制御部７４に入力する。

バルブ制御部７４は、ＭＡＦセンサ４０から入力される実ＭＡＦ値ＭＡＦ_ＡｃｔがＭＡＦ目標ランプ値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ＿Ｒａｍｐ}となるように、吸気スロットルバルブ１６を閉側に絞ると共に、ＥＧＲバルブ２４を開側に開くフィードバック制御を実行する。

このように、本実施形態では、第３目標空気過剰率設定マップ７１から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}と、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいてＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}を設定し、このＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に基づいて空気系動作をフィードバック制御するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＮＯｘパージリーン制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。

また、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}をフィードフォワード制御で設定することが可能となり、筒内インジェクタ１１の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。

また、ＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}にエンジン１０の運転状態に応じて設定されるランプ係数を付加することで、吸入空気量の急激な変化によるエンジン１０の失火やトルク変動によるドライバビリティーの悪化等を効果的に防止することができる。

［ＮＯｘパージリッチ制御の燃料噴射量設定］
図８は、ＮＯｘパージリッチ制御における排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（単位時間当たりの噴射量）の設定処理を示すブロック図である。第４目標空気過剰率設定マップ７５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}（第４目標空気過剰率）が予め実験等に基づいて設定されている。

まず、第４目標空気過剰率設定マップ７５から、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号としてＮＯｘパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が読み取られて噴射量目標値演算部７６に入力される。さらに、噴射量目標値演算部７６では、以下の数式（４）に基づいてＮＯｘパージリッチ制御時の目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}が演算される。

Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}＝（ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}）×Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}・・・（４）
数式（４）において、ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}はＮＯｘパージリーンＭＡＦ目標値であって、前述のＭＡＦ目標値演算部７２から入力される。また、Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}は後述する学習補正されたＭＡＦ追従制御適用前の燃料噴射量（ポスト噴射を除く）、Ｒｏ_Ｆｕｅｌは燃料比重、ＡＦＲ_ｓｔｏは理論空燃比、Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}は後述するＭＡＦ補正係数、Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}は増量係数をそれぞれ示している。

増量係数Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}は、ＮＯｘパージリッチ制御の開始初期における目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を、ＮＯｘパージ（触媒再生処理）に必要な量よりも増加させるために用いられる係数であり、「１」よりも大きな数に定められる。数式（４）において、増量係数Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}が乗算される部分（ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}×Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}／（λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}×Ｒｏ_Ｆｕｅｌ×ＡＦＲ_ｓｔｏ）−Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}）は、ＮＯｘパージに必要な目標噴射量を演算している。このため、数式（４）で演算される目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、ＮＯｘパージに必要な量よりも多くなる。

噴射量目標値演算部７６によって演算される目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}は、ＮＯｘパージフラグＦ_ＳＰがオンになると、排気管噴射装置３５又は筒内インジェクタ１１に噴射指示信号として送信される（図６の時刻ｔ_１）。この噴射指示信号の送信は、後述するＮＯｘパージ制御の終了判定によってＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰがオフ（図６の時刻ｔ_２）にされるまで継続される。

噴射指示信号の受信に伴って排気管噴射装置３５や筒内インジェクタ１１は、燃料の噴射を行う。前述したように、目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}の演算時に増量係数が乗算されていることから、ＮＯｘパージに必要な量よりも多い量の燃料が噴射される。噴射された燃料の一部は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２でのＮＯｘパージに使用される。

ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２が高温域（例えば４００℃以上）まで昇温されてしまうと、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２におけるＮＯｘ吸蔵効率が低下してしまう。

図１に示すように、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２よりも排気下流側にゼオライト担持触媒３３を配置しているので、ＮＯｘ吸蔵効率の低下に伴ってＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２に吸蔵されたＮＯｘの一部が排出されたとしても、排出されたＮＯｘがゼオライト担持触媒３３で捕集（吸着）される。同様に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の飽和によって吸蔵できずに排出されたＮＯｘについても、ゼオライト担持触媒３３で捕集される。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２では、Ｈ_２ＯがＣＯやＨＣによって分解されてＨ_２が生成される。このＨ_２はＮＯｘを構成するＯと置換され、ＮＨ_３が生成される。生成されたＮＨ_３は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出され、ゼオライト担持触媒３３に捕集される。

さらに、噴射された燃料の一部は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を通過してゼオライト担持触媒３３へ到達する。

ゼオライト担持触媒３３では、ＮＨ_３や燃料等のＨＣが還元剤となり、ＮＨ_３−ＳＣＲ効果やＨＣ−ＳＣＲ効果によって、捕集したＮＯｘが還元浄化される。従って、高温域においてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵効率が低下しても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたＮＯｘをゼオライト担持触媒３３によって捕集して還元浄化できる。

図９は、ＮＯｘパージリッチ制御時のＮＯｘ濃度、ＮＨ_３濃度、ＮＯｘ浄化率の経時変化を説明する図である。以下、図９を参照して、ＮＯｘの還元浄化について説明する。

図９において縦軸の最上段は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の下流端から排出されるＮＯｘ濃度（ＬＮＴ出口ＮＯｘ濃度）を示し、最上段から２段目は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の下流端から排出されるＮＨ_３濃度（ＬＮＴ出口ＮＨ_３濃度）を示している。最上段から３段目は、ゼオライト担持触媒３３の下流端から排出されるＮＯｘ濃度（ゼオライト出口ＮＯｘ濃度）を示し、最上段から４段目は、ゼオライト担持触媒３３におけるＮＯｘの浄化率（ゼオライト触媒浄化率）を示している。なお、最下段は、リッチフラグのオンタイミングを示している。

時刻ｔ_１でリッチフラグがオンになると、ＬＮＴ出口ＮＯｘ濃度が急上昇する。これは、リッチ制御によってエンジン１０からの排気に含まれるＮＯｘ濃度が急上昇し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２からＮＯｘが排出されたためである。

また、ＬＮＴ出口ＮＯｘ濃度と共にＬＮＴ出口ＮＨ_３濃度も急上昇している。これは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２で生成されたＮＨ_３が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたためである。

時刻ｔ_１から時刻ｔ_２に亘ってゼオライト出口ＮＯｘ濃度は、ＬＮＴ出口ＮＯｘ濃度よりも十分に小さい。これは、ゼオライト担持触媒３３で捕集（吸着）したＮＯｘが、ＮＨ_３を還元剤とするＮＨ_３−ＳＣＲ効果、及び、ＨＣを還元剤とするＨＣ−ＳＣＲ効果によって還元浄化されたためである。従って、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２におけるゼオライト触媒浄化率は、ＬＮＴ出口ＮＯｘ濃度の急上昇に伴って一旦は低下するが短時間で回復し、概ね高い浄化率が得られている。

時刻ｔ_２から時刻ｔ_３に亘って、ＬＮＴ出口ＮＯｘ濃度には上昇傾向が見られる。これは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２で吸蔵されなかったＮＯｘが増加していることを示している。一方で、ＬＮＴ出口ＮＨ_３濃度は十分に低い。これは、Ｈ_２が生成されていないことを示している。

ＮＨ_３の濃度が十分に低いにもかかわらず、ゼオライト出口ＮＯｘ濃度は低く、ゼオライト担持触媒３３でＮＯｘの還元浄化が行われていることを示している。このことから、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３においては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を通過したＨＣがゼオライト担持触媒３３に捕集され、ＨＣ−ＳＣＲ効果によってＮＯｘが還元浄化されていることが理解できる。

なお、以上は時刻ｔ_１から時刻ｔ_３までの期間について説明したが、時刻ｔ_３から時刻ｔ_５までの期間、及び、時刻ｔ_５から時刻ｔ_７までの期間についても、同様の傾向が確認できる。

このように、ＮＯｘパージリッチ制御においても、ゼオライト担持触媒３３では、ＮＨ_３や燃料等のＨＣが還元剤となり、ＮＨ_３−ＳＣＲ効果やＨＣ−ＳＣＲ効果によって捕集したＮＯｘが還元浄化される。従って、高温域においてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵効率が低下しても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたＮＯｘをゼオライト担持触媒３３によって還元浄化できる。

また、ＮＯｘパージリッチ制御における燃料噴射量をＮＯｘパージで必要な量よりも増加させているので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２にて燃料をスリップさせることができ、ゼオライト担持触媒３３での還元剤として確実に使用できる。

また、本実施形態では、第４目標空気過剰率設定マップ７５から読み取られる空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}と、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量とに基づいて目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}を設定するようになっている。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をＮＯｘパージリッチ制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。

また、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Ｑ_{ｆｎｌ＿ｃｏｒｒｄ}を用いることで、目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}をフィードフォワード制御で設定することが可能となり、筒内インジェクタ１１の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。

［ＮＯｘパージ制御の空気系制御禁止］
ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状態が低負荷側の領域では、ＭＡＦセンサ４０のセンサ値に基づいて吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の開度をフィードバック制御している。一方、エンジン１０の運転状態が高負荷側の領域では、ＥＣＵ５０はブースト圧センサ４６のセンサ値に基づいて可変容量型過給機２０による過給圧をフィードバック制御している（以下、この領域をブースト圧ＦＢ制御領域という）。

このようなブースト圧ＦＢ制御領域では、吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の制御が可変容量型過給機２０の制御と干渉してしまう現象が生じる。このため、上述の数式（３）で設定されるＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に基づいて空気系をフィードバック制御するＮＯｘパージリーン制御を実行しても、吸入空気量をＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}に維持できない課題がある。その結果、ポスト噴射や排気管噴射を実行するＮＯｘパージリッチ制御を開始しても、空気過剰率をＮＯｘパージに必要な第４目標空気過剰率（空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}）まで低下させられない可能性がある。

このような現象を回避すべく、本実施形態のＮＯｘパージ制御部７０は、ブースト圧ＦＢ制御領域では、吸気スロットルバルブ１６やＥＧＲバルブ２４の開度を調整するＮＯｘパージリーン制御を禁止し、排気管噴射又はポスト噴射のみで空気過剰率を第４目標空気過剰率（空気過剰率目標値λ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}）まで低下させる。これにより、ブースト圧ＦＢ制御領域においても、ＮＯｘパージを確実に行うことが可能になる。なお、この場合、上述の数式（４）のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}には、エンジン１０の運転状態に基づいて設定されるＭＡＦ目標値を適用すればよい。

［ＮＯｘパージ制御の終了判定］
ＮＯｘパージ制御は、（１）ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、（２）ＮＯｘパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、（３）エンジン１０の運転状態やＮＯｘ／ラムダセンサ４５のセンサ値等を入力信号として含む所定のモデル式に基づいて演算されるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、ＮＯｘパージフラグＦ_ＮＰをオフにして終了される（図６の時刻ｔ_２参照）。

このように、本実施形態では、ＮＯｘパージ制御の終了条件に累積噴射量及び、経過時間の上限を設けたことで、ＮＯｘパージが排気温度の低下等によって成功しなかった場合に燃料消費量が過剰になることを確実に防止することができる。

［ＭＡＦ追従制御］
ＭＡＦ追従制御部８０は、（１）通常運転のリーン状態からＳＯｘパージ制御又はＮＯｘパージ制御によるリッチ状態への切り替え期間及び、（２）ＳＯｘパージ制御又はＮＯｘパージ制御によるリッチ状態から通常運転のリーン状態への切り替え期間に、各筒内インジェクタ１１の燃料噴射タイミング及び燃料噴射量をＭＡＦ変化に応じて補正するＭＡＦ追従制御を実行する。

［噴射量学習補正］
図１０に示すように、噴射量学習補正部９０は、学習補正係数演算部９１と、噴射量補正部９２とを有する。

学習補正係数演算部９１は、エンジン１０のリーン運転時にＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔと、推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒを演算する。排気がリーン状態のときは、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λ_Ａｃｔと、エンジン１０から排出された排気中の推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとは一致すると考えられる。このため、これら実ラムダ値λ_Ａｃｔと推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとに誤差Δλが生じた場合は、筒内インジェクタ１１に対する指示噴射量と実噴射量との差によるものと仮定することができる。以下、この誤差Δλを用いた学習補正係数演算部９１による学習補正係数の演算処理を図１１のフローに基づいて説明する。

ステップＳ３００では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて、エンジン１０がリーン運転状態にあるか否かが判定される。リーン運転状態にあれば、学習補正係数の演算を開始すべく、ステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０では、推定ラムダ値λ_ＥｓｔからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔを減算した誤差Δλに、学習値ゲインＫ_１及び補正感度係数Ｋ_２を乗じることで、学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}が演算される（Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}＝（λ_Ｅｓｔ−λ_Ａｃｔ）×Ｋ_１×Ｋ_２）。推定ラムダ値λ_Ｅｓｔは、エンジン回転数Ｎｅやアクセル開度Ｑに応じたエンジン１０の運転状態から推定演算される。また、補正感度係数Ｋ_２は、図１０に示す補正感度係数マップ９１ＡからＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔを入力信号として読み取られる。

ステップＳ３２０では、学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}の絶対値｜Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}｜が所定の補正限界値Ａの範囲内にあるか否かが判定される。絶対値｜Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}｜が補正限界値Ａを超えている場合、本制御はリターンされて今回の学習を中止する。

ステップＳ３３０では、学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏがオフか否かが判定される。学習禁止フラグＦ_Ｐｒｏとしては、例えば、エンジン１０の過渡運転時、ＳＯｘパージ制御時（Ｆ_ＳＰ＝１）、ＮＯｘパージ制御時（Ｆ_ＮＰ＝１）等が該当する。これらの条件が成立する状態では、実ラムダ値λ_Ａｃｔの変化によって誤差Δλが大きくなり、正確な学習を行えないためである。エンジン１０が過渡運転状態にあるか否かは、例えば、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔの時間変化量に基づいて、当該時間変化量が所定の閾値よりも大きい場合に過渡運転状態と判定すればよい。

ステップＳ３４０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照される学習値マップ９１Ｂ（図１０参照）が、ステップＳ３１０で演算された学習値Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}に更新される。より詳しくは、この学習値マップ９１Ｂ上には、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに応じて区画された複数の学習領域が設定されている。これら学習領域は、好ましくは、使用頻度が多い領域ほどその範囲が狭く設定され、使用頻度が少ない領域ほどその範囲が広く設定されている。これにより、使用頻度が多い領域では学習精度が向上され、使用頻度が少ない領域では未学習を効果的に防止することが可能になる。

ステップＳ３５０では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として学習値マップ９１Ｂから読み取った学習値に「１」を加算することで、学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒが演算される（Ｆ_Ｃｏｒｒ＝１＋Ｆ_{ＣｏｒｒＡｄｐｔ}）。この学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒは、図１０に示す噴射量補正部９２に入力される。

噴射量補正部９２は、パイロット噴射Ｑ_{Ｐｉｌｏｔ}、プレ噴射Ｑ_Ｐｒｅ、メイン噴射Ｑ_Ｍａｉｎ、アフタ噴射Ｑ_{Ａｆｔｅｒ}、ポスト噴射Ｑ_Ｐｏｓｔの各基本噴射量に学習補正係数Ｆ_Ｃｏｒｒを乗算することで、これら燃料噴射量の補正を実行する。

このように、推定ラムダ値λ_Ｅｓｔと実ラムダ値λ_Ａｃｔとの誤差Δλに応じた学習値で筒内インジェクタ１１に燃料噴射量を補正することで、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、ＳＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}の設定及び、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}の設定に用いられるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}を演算する。

本実施形態において、筒内インジェクタ１１の燃料噴射量は、ＮＯｘ／ラムダセンサ４５で検出される実ラムダ値λ_Ａｃｔと推定ラムダ値λ_Ｅｓｔとの誤差Δλに基づいて補正される。しかしながら、ラムダは空気と燃料の比であるため、誤差Δλの要因が必ずしも筒内インジェクタ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、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１２は、ＭＡＦ補正係数演算部９５によるＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}の設定処理を示すブロック図である。補正係数設定マップ９６は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ｑとに対応したＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を示すＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}が予め実験等に基づいて設定されている。

ＭＡＦ補正係数演算部９５は、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｑを入力信号として補正係数設定マップ９６からＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}を読み取ると共に、このＭＡＦ補正係数Ｍａｆ_{＿ｃｏｒｒ}をＭＡＦ目標値演算部６２，７２及び噴射量目標値演算部６６，７６に送信する。これにより、ＳＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＳＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＳＰＲ＿Ｔｒｇｔ}、ＮＯｘパージ制御時のＭＡＦ目標値ＭＡＦ_{ＮＰＬ＿Ｔｒｇｔ}や目標噴射量Ｑ_{ＮＰＲ＿Ｔｒｇｔ}の設定に、ＭＡＦセンサ４０のセンサ特性を効果的に反映することが可能になる。

［その他］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、捕集部材に関し、上述の実施形態ではゼオライト担持触媒３３を例示したが、ゼオライト担持触媒３３に限定されるものではない。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２よりも排気下流側に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から排出されたＮＯｘやリッチ状態でＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を通過した炭化水素を捕集する部材であれば、捕集部材として使用できる。

ＳＯｘパージ制御部６０に関し、上述の実施形態では増量係数Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}と増量タイマ６６ａを用いてＳＯｘパージリッチ制御の開始初期における燃料噴射量を、このリッチ制御に必要な量よりも増加させていたが、この構成に限定されるものではない。開始初期における燃料噴射量を増加させることができれば、他の構成であってもよい。

ＮＯｘパージ制御部７０に関し、上述の実施形態では増量係数Ｆ_{Ｉｎｃ＿ｃｏｅ}を用いてＮＯｘパージリッチ制御における燃料噴射量を、このリッチ制御に必要な量よりも増加させていたが、この構成に限定されるものではない。燃料噴射量を増加させることができれば、他の構成であってもよい。

ＳＯｘパージ制御及びＮＯｘパージ制御に関し、上述の実施形態では空気系制御と噴射系制御を併用していたが、少なくとも噴射系制御を行うシステムであれば、本発明を適用できる。

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 ゼオライト担持触媒
３４ フィルタ
３５ 排気管噴射装置
４０ ＭＡＦセンサ
４５ ＮＯｘ／ラムダセンサ
５０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられて排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、燃料噴射量を増加させる噴射系制御を少なくとも行わせて排気空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えることで、前記ＮＯｘ還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる触媒再生処理を行わせる制御部と、を備える排気浄化システムであって、
   前記排気通路における前記ＮＯｘ還元型触媒よりも排気下流側に、前記ＮＯｘ還元型触媒から排出されたＮＯｘ、及び、前記リッチ状態で前記ＮＯｘ還元型触媒を通過した炭化水素を捕集する捕集部材が配置されている
   排気浄化システム。
2. 前記捕集部材は、担体にゼオライトを担持させたゼオライト担持触媒である
   請求項１に記載の排気浄化システム。
3. 前記制御部は、前記ＮＯｘ還元型触媒の再生に必要な量よりも多い量の燃料を、前記触媒再生処理で噴射させる
   請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
   

Images