JP3642171B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの排気浄化装置、特に排気通路に設けたＮＯｘ還元触媒（以下、単にＮＯｘ触媒という）に対して、排気中の未燃ＨＣを還元剤として供給するようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＯｘ触媒を排気通路に装着し、このＮＯｘ触媒によりＮＯｘを還元浄化しようとする場合、還元剤としてのＨＣを必要とするのであるが、一般的にディーゼルエンジンにおいてはＮＯｘ排出量に対してＨＣ排出量が比較的少ない（一般的にＨＣ／ＮＯｘの比は１以下のレベル）ため、コモンレール式の燃料噴射装置を用いて、主噴射とは別に各気筒の膨張行程もしくは排気行程で小量の燃料を後噴射し、この小量の燃料をＨＣの状態のままＮＯｘ触媒に導くようにしたものが各種提案されている（特開平３−２５３７１３号公報、特開平６−２１２９６１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、運転中の主噴射時期が、基準となる主噴射時期に対して、運転中の空燃比が、基準となる空燃比に対して、運転中の水温が、基準となる水温に対して、ＥＧＲ制御を行う場合の運転中のＥＧＲ率が、基準となるＥＧＲ率に対してそれぞれずれることがあり、この場合には要求ＨＣ量が基準値より変化する。
【０００４】
しかしながら、従来装置のように、後噴射量をエンジンの回転数と負荷等の運転条件からマップ検索により求めるだけでは、この運転中の主噴射時期、空燃比、水温、ＥＧＲ制御を行う場合のＥＧＲ率の各ずれに対応できず、後噴射により供給されるＨＣ量に過不足を生じる。ＨＣ量が過多となるときは燃費の悪化やＨＣ量の増加を招き、またＨＣ量が不足するときは触媒のＮＯｘ還元効率を最大限に引き出すことができない。
【０００５】
また、特にＥＧＲを行う場合に、ＥＧＲ量に応じて排気流量が変化し、触媒を通過する排気の質量流量と触媒表面積との比であるＳＶ比が大きく変化する。このＳＶ比の変化により、図８３に示したように触媒の還元性能と触媒活性温度が変化するため、ＳＶ比の大きくなる領域においても後噴射を行ったのでは、所望のＮＯｘの還元が行われないだけでなく、後噴射によるＨＣの過剰供給による白煙の発生や燃費の悪化が生じるおそれがある。
【０００６】
そこで本発明は、運転中の主噴射時期、空燃比、水温が、またＥＧＲ制御を行う場合の運転中のＥＧＲ率が、これに対応する基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、基準となるＥＧＲ率に対してそれぞれずれることがあっても、要求ＨＣ量を過不足なく与えることを第１の目的とし、またＳＶ比の大きな領域では後噴射を中止することにより、後噴射燃料の過剰供給による排気・燃費の悪化を防ぐことを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量ＭＨＣと基準ＮＯｘ排出量ＭＮＯｘを演算する手段と、これら基準排出量に対して噴射時期補正値ＫＩＴＨＣ、ＫＩＴＮＯｘ、空燃比補正値ＫＡＦＨＣ、ＫＡＦＮＯＸ、水温補正値ＫＴＷＨＣ、ＫＴＷＮＯｘ、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＣ、ＫＥＧＲＮＯｘの少なくとも一つを演算する手段と、この少なくとも一つの補正値で該補正値と同一のエンジン回転数とエンジン負荷で演算される前記基準排出量を補正（この補正には、基準ＨＣ排出量と基準ＮＯｘ排出量のそれぞれを補正値で補正する場合のほか、基準ＨＣ排出量と基準ＮＯｘ排出量の一方だけを補正値で補正する場合を含む。）して基本ＨＣ排出量ＨＣＢと基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢを演算する手段と、前記基本排出量の比である実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算する手段と、この実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差または比に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算する手段と、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて後噴射量Ｑfaf0を演算する手段とを設けた。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明においてＳＶ比がしきい値ＴＳＶ＃より大きいとき後噴射を中止する。
【０００９】
第３の発明では、第２の発明において前記ＳＶ比をモデル規範制御により予測する。
【００１０】
第４の発明では、第１から第３までのいずれか一つの発明においてＥＧＲ制御を行う場合に、後噴射量Ｑfaf0を排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じて補正する。
【００１１】
第５の発明では、第４の発明において前記排気中の酸素濃度をモデル規範制御により予測する。
【００１２】
第６の発明では、第１から第５までのいずれか一つの発明において前記触媒の前方または内部にＨＣ吸着剤を設け、前記触媒を通過する排気の温度Ｔexhcからこの吸着剤へのＨＣ吸着量またはこの吸着剤からのＨＣ脱離量ＨＣＡＢを演算し、このＨＣ吸着量またはＨＣ脱離量ＨＣＡＢに応じて前記要求ＨＣ量ＨＣ０を補正する。
【００１３】
第７の発明では、第６の発明において前記触媒を流れる排気の温度Ｔexhcをモデル規範制御により予測する。
【００１４】
第８の発明では、第４から第７までのいずれか一つの発明において前記ＥＧＲ制御をモデル規範制御により行う。
【００１５】
第９の発明では、第７または第８の発明において前記触媒を流れる排気の温度Ｔexhcより一次遅れで前記触媒の表面温度Ｔexhbdを演算する手段と、この触媒表面温度Ｔexhbdが所定のしきい値ＴＥＸＨＢＤ＃以下のとき後噴射を中止する手段とを設けた。
【００１６】
第１０の発明では、第９の発明において前記触媒表面温度Ｔexhbdが触媒表面の活性温度しきい値Ｔ２＃よりわずかに低いとき主噴射時期を遅角補正する。
【００１７】
第１１の発明では、第７または第８の発明において前記触媒を流れる排気の温度Ｔexhcが所定のしきい値ＴＥＸＨＣ＃以下のとき後噴射を中止する。
【００１８】
第１２の発明では、第１１の発明において前記触媒を流れる排気の温度Ｔexcdが触媒の活性温度しきい値Ｔ１＃よりわずかに低いとき主噴射時期を遅角補正する。
【００１９】
第１３の発明は、燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するとともに、エンジン出口と前記触媒との間にタービンを有するターボチャージャを備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記エンジン出口の排気温度Ｔ exh を演算する手段と、このエンジン出口の排気温度Ｔ exh に対し前記タービンの効率相当値η t と前記タービン出口より前記触媒入口までの排気温度の低下とを考慮して前記触媒を通過する排気の温度Ｔexhcを予測する手段と、この触媒を通過する排気の温度Ｔexhcに応じて後噴射時期ＩＴafterを演算する手段とを設けた。
【００２０】
第１４の発明は、図８５に示すように、燃料を噴射供給する装置８１を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置８１により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁８２と、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段８３と、この目標ＥＧＲ率に基づいて前記ＥＧＲ弁８２の開度を制御する手段８４と、前記触媒の上流のＮＯｘ濃度を検出するセンサ８５と、このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを演算する手段８６と、前記触媒の上流のＨＣ濃度を検出するセンサ８７と、このセンサ検出値に基づいて実測ＨＣ排出量ＲＨＣを演算する手段８８と、この実測ＨＣ排出量ＲＨＣと前記実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘとの比である実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算する手段８９と、この実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差または比に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算する手段９０と、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて前記後噴射の燃料量Ｑfaf0を演算する手段９１と、前記実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘが目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘと一致するように前記目標ＥＧＲ率をフィードバック制御する手段９２とを設けた。
【００２１】
第１５の発明は、図８６に示すように、燃料を噴射供給する装置８１を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置８１により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁８２と、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段８３と、この目標ＥＧＲ率に基づいて前記ＥＧＲ弁８２の開度を制御する手段８４と、前記触媒の上流のＮＯｘ濃度を検出するセンサ８５と、このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを演算する手段８６と、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量ＭＨＣを演算する手段１０１と、これらに対して少なくとも噴射時期補正値ＫＩＴＨＣ、空燃比補正値ＫＡＦＨＣ、水温補正値ＫＴＷＨＣ、ＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＣの少なくとも一つを演算する手段１０２と、これら補正値で前記基準値を補正して基本ＨＣ排出量ＨＣＢを演算する手段１０３と、この基本ＨＣ排出量ＨＣＢと前記実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘとの比である実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算する手段１０４と、この実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差または比に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算する手段９０と、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて前記後噴射の燃料量Ｑfaf0を演算する手段９１と、前記実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘが目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘと一致するように前記目標ＥＧＲ率をフィードバック制御する手段９２とを設けた。
【００２２】
第１６の発明では、第１４または第１５の発明において前記ＮＯｘ濃度センサ８５の検出遅れを一次遅れとみなし、前記ＮＯｘ濃度センサ検出値に対して時定数相当値分だけの進み処理を行う。
【００２３】
【発明の効果】
第１の発明では、実際のＨＣ／ＮＯｘ比と目標ＨＣ／ＮＯｘ比の差または比に応じて要求ＨＣ量を演算するので、運転中の主噴射時期、空燃比、水温、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ率が基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、ＥＧＲ制御を行う場合は基準となるＥＧＲ率に対してずれることがあっても、要求ＨＣ量を過不足なく求めることができ、これによってエンジン回転数とエンジン負荷からマップを検索して後噴射量を求めるものよりも、必要なＨＣ量だけを精度良く供給できる。
【００２４】
第２の発明では、ＮＯｘ転換率が低下するＳＶ比の大きい領域で後噴射を中止するので、この領域でも後噴射を実行することによる燃費の悪化やＨＣの増大を防止できる。
【００２５】
ＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度（あるいは空気過剰率）に応じてＨＣを酸化してしまう作用があるため（図６２参照）、ＮＯｘを還元するためには排気中の酸素濃度に応じてＨＣが酸化される以上のＨＣを供給する必要があるのであるが、第４の発明では、排気中の酸素濃度に応じて後噴射量を補正するので、触媒が排気中の酸素濃度に応じてＨＣを酸化する場合であっても、後噴射量を正確に算出できる。
【００２６】
第６の発明では、吸着剤にＨＣが吸着されたり、吸着剤よりＨＣが脱離したりする状態でも、要求ＨＣを正確に与えることができる。
【００２７】
第８の発明では、精密なＥＧＲ量の予測と制御が可能となる。
【００２８】
第９の発明では、触媒表面温度がしきい値以下のとき後噴射を中止するので、触媒表面温度がしきい値以下のときにも後噴射を行うことによる燃費の悪化やＨＣの増大を防止できる。
【００２９】
第１０の発明では触媒表面温度が触媒表面の活性温度しきい値よりわずかに低いとき、また第１２の発明では触媒を流れる排気の温度が触媒の活性温度しきい値よりわずかに低いとき主噴射時期の遅角補正により排気温度を上昇させるので、触媒の活性域が拡大する。
【００３０】
第１３の発明では、モデル規範制御により応答遅れなく触媒を通過する排気の温度を予測できるので、応答遅れの大きい排気温度センサにより後噴射時期を決定するものに比して、過渡時の後噴射時期を適切に与えることができる。
【００３１】
第１４と第１５の各発明では、触媒上流側に設けたＮＯｘ濃度センサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量を演算し、この実測ＮＯｘ排出量に基づいて実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算するとともに、実測ＮＯｘ排出量が目標ＮＯｘ排出量と一致するように目標ＥＧＲ率をフィードバック制御するので、ＮＯｘ排出量の制御精度が高まり、これによってモデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるＨＣ量の過不足を抑制して、ＨＣとＮＯｘの各排出量をさらに低減することができる。また、ＮＯｘ濃度センサを触媒の下流に設ける場合に比べて制御応答がよく、かつ低濃度型のセンサでなくともよいので、検出精度の確保や生産バラツキの抑制が可能である。
【００３２】
第１６の発明では、ＮＯｘ濃度センサに過渡時の遅れがあっても、実測ＮＯｘ排出量を精度良く求めることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１において、排気通路５３にＮＯｘ触媒１を備える。これはたとえば銅系ゼオライト触媒（ＣＵ／ＺＳＭ−５）である。
【００３４】
エンジンには公知のコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。
【００３５】
これを図２により概説すると（詳細は特開昭９−１１２２５１号公報参照）、この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク１１、燃料供給通路１２、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられる燃料噴射弁１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は燃料供給通路１５を介してコモンレール１６にいったん蓄えられたあと、コモンレール１６の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁１７に分配される。
【００３６】
噴射ノズル１７は、針弁１８、ノズル室１９、ノズル室１９への燃料供給通路２０、リテーナ２１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で下方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピストン２２への燃料供給通路２４、この通路２４に介装される三方弁（電磁弁）２５などからなり、バルブボディ内の通路２０と２４が連通して油圧ピストン２２上部とノズル室１９にともに高圧燃料が導かれる三方弁２５のＯＦＦ時（ポートＡとＢが連通、ポートＢとＣが遮断）には、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の受圧面積より大きいことから、針弁１８が着座状態にあるが、三方弁２５がＯＮ状態（ポートＡとＢが遮断、ポートＢとＣが連通）になると、油圧ピストン２２上部の燃料が戻し通路２８を介して燃料タンク１１に戻され、油圧ピストン２２に作用する燃料圧力が低下する。これによって針弁１８が上昇して噴射弁先端の噴孔より燃料が噴射される。三方弁２５をふたたびＯＦＦ状態に戻せば、油圧ピストン２２に蓄圧室１６の高圧燃料が導びかれて燃料噴射が終了する。つまり、三方弁２５のＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。２６は逆止弁、２７はオリフィスである。
【００３７】
この燃料噴射装置１０にはさらに、コモンレール圧力を制御するため、サプライポンプ１４から吐出された燃料を戻す通路１３に圧力制御弁３１を備える。この圧力制御弁３１はコントロールユニット４１からのデューティ信号に応じて通路１３の流路面積を変えるためのもので、コモンレール１６への燃料吐出量を調整することによりコモンレール圧力を制御する。コモンレール１６の燃料圧力によっても燃料噴射量は変化し、三方弁２５のＯＮ時間が同じであれば、コモンレール１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００３８】
コモンレール圧力ＰＣＲ１を検出するセンサ３２からの信号が、アクセル開度センサ３３（アクセルペダルの踏み込み量に比例した出力Ｌを発生）、クランク角センサ３４（エンジン回転数とクランク角度を検出）、クランク角センサ３５（気筒判別を行う）、水温センサ３６とともに入力されるコントロールユニット４１では、エンジン回転数とアクセル開度に応じて主噴射の目標燃料噴射量Ｑfとコモンレール１６の目標圧力を演算し、圧力センサ３２により検出されるコモンレール圧力がこの目標圧力と一致するように圧力制御弁３１を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴射量Ｑfに対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、主噴射とは別に各気筒の膨張行程もしくは排気行程で後噴射を行って未燃ＨＣをＮＯｘ触媒１に供給する。
【００３９】
エンジンにはまた排気還流装置（ＥＧＲ装置）を備える。これを図３で説明すると、５１はディーゼルエンジンの本体、５２は吸気通路、５３は排気通路、５４は排気通路５３の排気の一部を吸気通路に還流するための通路（ＥＧＲ通路）である。
【００４０】
吸気通路５２は吸入空気量を計測するためのエアフローメータ５５が設置され、その下流に吸入空気を２段階に絞り込む吸気絞り弁５６が設けられる。この吸気絞り弁５６の下流側に前記したＥＧＲ通路５４が接続され、またＥＧＲ通路５４の途中には排気還流量をコントロールするための弁（ＥＧＲ弁）５７が介装される。
【００４１】
したがって、排気通路５３から吸気通路５２に流れる排気の還流量は、吸気絞り弁５６の開度に応じて発生する吸入負圧と、排気通路５３との排気圧力との差圧に応じるとともに、そのときのＥＧＲ弁５７の開度に対応して決定される。
【００４２】
前記吸気絞り弁５６は負圧アクチュエータ５６ａにより開度が２段階に制御され、負圧アクチュエータ５６ａには第１の電磁弁６１を介して図示しないバキュームポンプからの負圧を導く第１負圧通路６２と、第２の電磁弁６３を介して同じく負圧を導く第２負圧通路６４とが接続され、これら電磁弁６１、６２によって調圧された負圧により、吸気絞り弁５６の開度を２段階に制御し、その下流に発生する吸入負圧をコントロールするようになっている。
【００４３】
たとえば、第１の電磁弁６１が負圧導入をやめ、大気圧を導入し、第２の電磁弁６３が負圧を導入しているときは、負圧アクチュエータ５６ａの負圧は弱く、吸気絞り弁５６の開度は比較的大きくなり、これに対して、第１の電磁弁６１も負圧を導入しているときは負圧が強く、吸気絞り弁５６の開度は小さくなる。また、第１、第２の電磁弁６１、６３がともに大気圧を導入しているときは、吸気絞り弁５６はリターンスプリングにより、全開位置に保持される。
【００４４】
前記ＥＧＲ弁５７はステップモータ５７ａの回転によってリフト量が変化し、その開度が調整され、この開度に応じてＥＧＲ通路５４を通って吸気中に流入する排気還流量が増減する。なお、５７ｂはＥＧＲ弁５７の開度を検出する手段である。
【００４５】
コントロールユニット４１では、前記した第１、第２電磁弁６１、６３とステップモータ５７ａの作動を制御し、排気還流量を制御する。
【００４６】
図１に戻り、２は排気タービン２ａと吸気コンプレッサ２ｂとが同軸配置されるターボチャージャ、３は吸気コンプレッサ２ｂの下流かつコレクタ５２ａの上流の吸気通路に設けられるインタークーラ、４はスワール制御弁である。
【００４７】
さて、運転中の主噴射時期が、基準となる主噴射時期に対して、運転中の空燃比が、基準となる空燃比に対して、運転中の水温が、基準となる水温に対して、ＥＧＲ制御を行う場合の運転中のＥＧＲ率が、基準となるＥＧＲ率に対してそれぞれずれることがあり、この場合には要求ＨＣ量が基準値より変化する。
【００４８】
しかしながら、従来装置のように、後噴射量をエンジンの回転数と負荷等の運転条件からマップ検索により求めるだけでは、この運転中の主噴射時期、空燃比、水温、ＥＧＲ制御を行う場合のＥＧＲ率の各ずれに対応できず、後噴射により供給されるＨＣ量に過不足を生じる。
【００４９】
これに対処するため、本発明の第１実施形態では、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量ＭＨＣと基準ＮＯｘ排出量ＭＮＯｘを演算し、これらに対して噴射時期補正値ＫＩＴＨＣ、ＫＩＴＮＯｘ、空燃比補正値ＫＡＦＨＣ、ＫＡＦＮＯＸ、水温補正値ＫＴＷＨＣ、ＫＴＷＮＯｘ、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＣ、ＫＥＧＲＮＯｘを演算し、これら補正値でこれに対応する前記基準値を補正して基本ＨＣ排出量ＨＣＢと基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢを演算し、これらの比である実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算し、この実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算し、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて後噴射量Ｑfaf0を演算する。
【００５０】
コントロールユニット４１で行われるこの制御を次に詳述する。
【００５１】
ＥＧＲ制御について、その制御の大まかなブロック図を図４に、詳細なフローチャートおよびそのフローに使うマップやテーブルを図５〜図２８に（図５〜図２１については特願平９−１２５８９２号によりすでに提案している）、また後噴射の噴射時期および後噴射量の各制御について、その制御の大まかなブロック図を図２９に、詳細なフローチャートおよびそのフローに使うマップやテーブルを図３０〜図５８にそれぞれ示す。
【００５２】
ここで、コントロールユニット４１で行われる制御方法はモデル規範制御（多変数入力制御系のモデルを用いた制御の一つ）である。
【００５３】
このため、アクセル開度センサ３３、クランク角センサ３４、３５、水温センサ３６以外のセンサといえば、エアフローメータ５５とこのエアフローメータ５５近傍に設けた吸気温度センサ７１だけで、制御上で必要となる各種のパラメータ（たとえば後述する吸気圧、排気圧など）はコントロールユニット４１内ですべて予測演算することになる。なお、モデル規範制御のイメージは、たとえば図４や図２９において各ブロックが、その各ブロックに与えられた演算を、回りのブロックとの間でパラメータの授受を行いつつ瞬時に行うというものである。近年、モデル規範制御の理論的解析が急速に進んだことから、エンジン制御への適用が可能となり、現在、実用上も問題ないレベルにあることを実験により確認している。
【００５４】
以下、ＥＧＲ制御について先願装置と同様の部分を先に説明し、その後に本願発明部分の説明に移る。
【００５５】
まず図５は吸気圧（吸気マニホールド内）の演算フローで、Ｒef信号（クランク角の基準位置信号）に同期して実行する。
【００５６】
ステップ１ではシリンダ吸入新気量Ｑacとシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑec、吸入新気温度Ｔa、ＥＧＲ温度Ｔe、体積効率相当値Ｋinを読み込むが、これら５つの各パラメータの演算については、それぞれ別のフローにしたがって後で詳しく説明する。
【００５７】
ステップ２ではこれらのパラメータに基づいて
ただし、Ｒ ： 気体定数
Ｋvol ： １シリンダ容積／吸気系容積
Ｋpm、Ｏpm ： 定数
の式（理論式）により吸気圧Ｐmを計算する。なお、Ｐmの初期値はＲＯＭに記憶させておく。
【００５８】
図６は排気圧（ＥＧＲ取り出し口）の演算フローである。
【００５９】
ステップ１ではシリンダから排出される排気量Ｑexh、排気温度Ｔexh、エンジン回転数Ｎeを読み込む。ただし、排気量Ｑexhと排気温度Ｔexhの各パラメータの演算については、別のフローにより後で詳しく説明する。
【００６０】
ステップ２では排気圧Ｐexhを
Ｐexh＝（Ｑexh×Ｎe／Ｋcon）2×Ｔexh×Ｋpexh＋Ｏpexh … （２）
ただし、Ｋcon、Ｋpexh、Ｏpexh：定数
の式（次元解析より求めた実験式）により計算する。なお、Ｐexhの初期値はＲＯＭに記憶させておく。
【００６１】
次に上記した各パラメータの演算方法について説明する。
【００６２】
まず、図７はシリンダ吸入新気量Ｑacを演算するフローである。ステップ１ではエアフローメータＡＭＦの出力電圧を読み込み、ステップ２でこの出力電圧からテーブル変換により吸気量を演算する。ステップ３では吸気脈動の影響をならすためこの吸気量演算値に対して加重平均処理を行う。
【００６３】
ステップ４ではエンジン回転数Ｎeを読み込み、ステップ５においてこの回転数Ｎeと前記した吸気量の加重平均値Ｑas0とから、１シリンダ当たりの吸気量Ｑac0を、
Ｑac0＝（Ｑas0／Ｎe）×ＫＣＯＮ ＃
ただし、ＫＣＯＮ ＃： 定数
の式により計算する。
【００６４】
ステップ６ではこのＱac0のｎ回演算分のディレイ処理を行い、このディレイ処理後の値Ｑac0・Ｚ-nをコレクタ５２ａ入口の新気量Ｑacｎとして算出する。これはエアフローメータ５５からコレクタ５２ａ入口までの吸入空気の遅れを考慮したものである。
【００６５】
ステップ７では容積比Ｋvolと体積効率相当値Ｋinを用い、上記のコレクタ５２ａ入口の新気量Ｑacｎから
Ｑac＝Ｑacn-1×（１−Ｋvol×Ｋin）＋Ｑacｎ×Ｋvol×Ｋin … （３）
ただし、Ｑacn-1：Ｑacの前回値
の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入新気量（シリンダに吸入される新気量）Ｑacを求める。これはコレクタ５２ａ入口からシリンダまでの吸入空気の遅れを考慮したものである。
【００６６】
図８はシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを演算するフローである。
【００６７】
この演算内容は上記図７に示したシリンダ吸入新気量Ｑacの演算方法と同様である。ステップ１で後述（図１６参照）のようにして求めるＥＧＲ量Ｑeを読み込み、ステップ２でエンジン回転数Ｎeを読み込む。ステップ３でＱeに対して加重平均処理を行い、ステップ４ではＱeの加重平均値であるＱes0とＮeと定数ＫＣＯＮ ＃ とからコレクタ５２ａ入口かつ１シリンダ当たりの吸入ＥＧＲ量Ｑecｎを計算する。さらに、ステップ５でこのコレクタ５２ａ入口かつ１シリンダ当たりの吸入ＥＧＲ量Ｑecｎと容積比Ｋvol、体積効率相当値Ｋinを用いて、
Ｑec＝Ｑecn-1×（１−Ｋvol×Ｋin）＋Ｑecｎ×Ｋvol×Ｋin … （４）
ただし、Ｑecn-1：Ｑecの前回値
の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを計算する。これはコレクタ５２ａ入口からシリンダまでのＥＧＲガスの遅れを考慮したものである。
【００６８】
図９は吸入新気温度Ｔaを演算するフローである。ステップ１では吸気圧の前回値Ｐmn-1と吸気温度検出値Ｔa0を読み込み、この吸気圧の前回値Ｐmn-1に基づいてステップ２で圧力補正係数Ｋtmpiを、Ｋtmpi＝Ｐmn-1×ＰＡ ＃ の式より計算する。ただし、ＰＡ ＃ は定数である。
【００６９】
そして、ステップ３ではこの圧力補正係数Ｋtmpiに基づいてコレクタ５２ａ入口での吸入新気温度Ｔaを、Ｔa＝Ｔa0×Ｋtmpi＋ＴＯＦＦ ＃ の式（近似式）により計算する。ただし、ＴＯＦＦ ＃ は定数である。ＴＯＦＦ ＃ は水温や車速等により補正してもよい。
【００７０】
図１０はコレクタ５２ａ入口のＥＧＲガス温度Ｔeを演算するフローである。ステップ１で排気温度ＴexhとＥＧＲ通路内での排気温度降下係数ＫＴＬＯＳ ＃を読み込み、コレクタ入口５２ａのＥＧＲガス温度Ｔeを、Ｔe＝Ｔexh×ＫＴＬＯＳ ＃ の式により計算する。これはＥＧＲ取り出し口よりコレクタ入口までの温度降下を考慮したものである。なお排気温度Ｔexhの演算については後述する。
【００７１】
図１１は上記した体積効率相当値Ｋinを演算するフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑac、主噴射の目標燃料噴射量（以下単に燃料噴射量という）Ｑf、エンジン回転数Ｎeを読み込む（ただし、燃料噴射量Ｑfについては図１９により後述する）。ステップ２、３ではシリンダ吸入新気量Ｑacと回転数Ｎeとから図１２を内容とするマップを検索して体積効率基本値ＫinＨ１を、また燃料噴射量Ｑfと回転数Ｎeから図１３を内容とするマップを検索して体積効率負荷補正値ＫinＨ２を求め、ステップ４においてこれらＫinＨ１とＫinＨ２を乗算して体積効率相当値Ｋinを求める。
【００７２】
図１４は排気温度Ｔexhを演算するフローである。ステップ１、２では燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0とシリンダ吸気温度のサイクル処理値Ｔn0を読み込む（ただし、いずれも図１８により後述する）。さらに、ステップ３で排気圧の前回値Ｐexhn-1を読み込む。
【００７３】
ステップ４では燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0から図１５を内容とするテーブルを検索して排気温度基本値Ｔexhbを求める。
【００７４】
ステップ５で前記した吸気温度のサイクル処理値Ｔn0から排気温度の吸気温度補正係数Ｋtexh1を、Ｋtexh1＝（Ｔn0／ＴＡ ＃ ）KN # の式により計算する。ただし、ＴＡ ＃、 ＫＮ ＃ は定数である。
【００７５】
次に、ステップ６で排気温度の排気圧力補正係数Ｋtexh2を、排気圧の前回値Ｐexhn-1から、Ｋtexh2＝（Ｐexhn-1／ＰＡ ＃ ）( # Ke-1)/ # Keの式により計算する。ただし、ＰＡ ＃、＃ Ｋeは定数である。
【００７６】
そして、ステップ７では、排気温度基本値Ｔexhbに各補正係数Ｋtexh1、Ｋtexh2を乗じて排気温度Ｔexhを計算する。
【００７７】
図１６はＥＧＲ量Ｑeを演算するフローである。ステップ１では上記した吸気圧Ｐm、排気圧Ｐexh、ＥＧＲ弁実開度としてのＥＧＲ弁実リフト量Ｌiftsを読み込む。あるいは、ステップモータのように目標値を与えれば実際のＥＧＲ弁リフト量が一義に決まる場合は、目標ＥＧＲ弁リフト量でもよい。
【００７８】
ステップ２では、このＥＧＲ弁実リフト量Ｌiftsから図１７を内容とするテーブルを検索して、ＥＧＲ弁流路面積Ａveを求める。
【００７９】
そして、ステップ３において、ＥＧＲ流量Ｑeを、これら吸気圧Ｐmと排気圧Ｐexh、ＥＧＲ弁流路面積Ａveとから、Ｑe＝Ａve×（Ｐexh−Ｐm）1/2×ＫＲ ＃ の式により計算する。ただし、ＫＲ ＃ は定数で、ほぼ２× ρ （ρは排気密度）に等しい。
【００８０】
図１８はシリンダ吸入新気量、燃料噴射量、シリンダ吸気温度のサイクル処理のフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑac、燃料噴射量Ｑf、シリンダ吸気温度Ｔnを読み込む。なお、シリンダ吸気温度Ｔnは、シリンダに吸入される新気とＥＧＲガスとの混合ガスの平均温度、つまりＴn＝（Ｑac×Ｔa＋Ｑec×Ｔe）／（Ｑac＋Ｑec）の式により計算している（図２８により後述する）。
【００８１】
ステップ２ではこれらＱac、Ｑf、Ｔnを用いてＱexh＝Ｑac・Ｚ-(CYLN#-1)、Ｑf0＝Ｑf・Ｚ-(CYLN#-2)、Ｔn0＝Ｔn・Ｚ-(CYLN#-1)の式によりサイクル処理を施すが、これらはエアフローメータの読み込みタイミングに対しての位相差に基づく補正を行うものである。ただし、ＣＹＬＮ＃はシリンダ数である。たとえば４気筒エンジンでは、燃料の噴射は、エアフローメータの読み込みタイミングに対して１８０ＣＡ×（気筒数−２）ずれるので、シリンダ数から２引いた分だけディレイ処理を行う。
【００８２】
図１９は燃料噴射量Ｑfを演算するフローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎeとコントロールレバー開度（アクセルペダル開度により定まる）ＣＬを読み込み、ステップ２でこれらＮeとＣＬから図２０を内容とするマップを検索して基本燃料噴射量Ｍqdrvを求める。
【００８３】
ステップ３ではこの基本燃料噴射量に対してエンジン冷却水温等に基づいて各種の補正を行い、この補正後の値Ｑf1に対してさらにステップ４で図２１を内容とするマップに基づいて、燃料噴射量の最大値Ｑf1MAXによる制限を行い、制限後の値を燃料噴射量Ｑfとして演算する。
【００８４】
これで先願装置と同様の部分の説明を終える。
【００８５】
次に、図２２はＥＧＲ弁指令開度としてのＥＧＲ弁指令リフト量Ｌifttを演算するフローである。ステップ１では吸気圧Ｐm、排気圧Ｐexh、要求ＥＧＲ量Ｔqe（図２４により後述する）を読み込む。ステップ２ではＥＧＲ弁要求流路面積Ｔavを、Ｔav＝ ｛ （Ｐexh−Ｐm）×ＫＲ ＃｝ 1/2の式（流体力学の法則）で計算する。ただし、ＫＲ ＃ は補正係数である。ステップ３ではこのＥＧＲ弁要求流路面積Ｔavより図２３を内容とするテーブルを検索して目標ＥＧＲ弁開度としてのＥＧＲ弁目標リフト量Ｍliftを求め、この目標リフト量Ｍliftに対して、ステップ４において、ＥＧＲ弁の作動遅れ分の進み処理を行い、その進み処理後の値をＥＧＲ弁指令リフト量Ｌifttとして求める。
【００８６】
このようにして求められたＥＧＲ弁指令リフト量Ｌifttが図示しないフローによりステップモータ５７ａへと出力され、ＥＧＲ弁５７が駆動される。
【００８７】
図２４は上記の要求ＥＧＲ量Ｔqeの演算フローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎe、目標ＥＧＲ率Ｍegr（図２５により後述する）、シリンダ吸入新気量Ｑac、燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0を読み込み、ステップ２でシリンダ吸入新気量Ｑacに目標ＥＧＲ率Ｍegrを乗ずることで目標吸入ＥＧＲ量Ｔqec0を計算する。
【００８８】
ステップ３ではこの目標吸入ＥＧＲ量Ｔqec0に対して
Ｔqec＝Ｔqecn-1・（１−Ｋin・Ｋvol）＋Ｔqec0・Ｋin・Ｋvol … （５）
ただし、Ｔqecn-1：Ｔqecｎの前回値
の式により吸気系容量分の進み処理を行って目標シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｔqec（１シリンダ当たり）を求める。
【００８９】
ステップ４ではこの目標シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｔqecと回転数Ｎeと定数ＫＣＯＮ＃とから要求ＥＧＲ流量Ｔqe（全気筒分）を、Ｔqe＝（Ｔqec／Ｎe）×ＫＣＯＮ＃の式により計算する。
【００９０】
図２５は上記の目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算するフローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎeと燃料噴射量Ｑfとシリンダ吸気温度Ｔn（図２８により後述する）を読み込み、このうちＮeとＱfとから図２６を内容とするマップを検索して、目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0を求める。
【００９１】
ステップ３ではシリンダ吸入ガス温度Ｔintから図２７を内容とするテーブルを検索して目標ＥＧＲ率補正値Ｈegr1を求め、この目標ＥＧＲ率補正値Ｈegr1を目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0に乗ずることによって目標ＥＧＲ率Ｍegrを計算する。
【００９２】
図２８は上記のシリンダ吸気温度Ｔnを演算するフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑacと吸入新気温度Ｔaとシリンダ吸入ＥＧＲ量ＱecとＥＧＲガス温度Ｔeを読み込み、これらからＴn＝（Ｑac×Ｔa＋Ｑec×Ｔe）／（Ｑac＋Ｑec）の式によりシリンダ吸入新気とシリンダ吸入ＥＧＲガスの平均温度を求めてこれをシリンダ吸気温度Ｔnとする。
【００９３】
次に、ＮＯｘ触媒１にＨＣを供給するための後噴射の時期と量の制御について説明する。
【００９４】
図３０はターボチャージャ２のタービン２ｂ出口温度相当値Ｔexhcbを演算するフローである。ステップ１で排気圧（タービン入口圧でもある）Ｐexhと排気温度（タービン入口温度でもある）Ｔexhと排気流量Ｑexhを読み込み、ステップ２において排気流量Ｑexhと排気温度Ｔexhから図３１を内容とするマップを検索して基準タービン回転数Ｎtを、また排気流量Ｑexhから図３２を内容とするテーブルを検索してタービン出口排気圧（＝触媒入口排気圧）Ｐexhcを求める。
【００９５】
ステップ３では排気圧Ｐexhとこのタービン出口排気圧Ｐexhcの圧力比であるＰexh／Ｐexhcとタービン回転数Ｎtから図３３を内容とするマップ（タービン単体の圧力比、効率性能図より設定する）を検索して効率相当値ηtを求める。
【００９６】
ステップ４ではこのようにして求めた効率相当値ηtを排気温度Ｔexhに乗じた値をタービン出口温度相当値Ｔexhcbとして求める。
【００９７】
図３４は触媒入口温度相当値Ｔexhcを演算するフローである。ステップ１で上記のタービン出口温度相当値Ｔexhcbと排気量Ｑexhと車速ＶＳＰとを読み込み、ステップ２において、車速ＶＳＰから図３５を内容とするテーブルを検索して、車速による排気管表面からの車速温度降下係数ＫＴＥＬＯＳ１を、また同じく排気量Ｑ exhから図３６を内容とするテーブルを検索して、排気流速による排気管面への伝熱割合を示す排気流量降下係数ＫＴＥＬＯＳ２を求める。
【００９８】
そして、ステップ３ではこれら係数ＫＴＥＬＯＳ１とＫＴＥＬＯＳ２をタービン出口温度相当値Ｔexhcbに乗じた値を触媒入口排気温度相当値Ｔexhcとして計算する。これは、タービン２ｂ出口より触媒１入口までの排気温度の低下を考慮するものである。
【００９９】
図３７は、目標後噴射時期（目標とする後噴射開始時期）ＩＴafterの演算フローである。ステップ１で上記の触媒入口温度相当値Ｔexhcを読み込み、ステップ２においてこの触媒入口温度相当値Ｔexhcから図３８を内容とするテーブルを検索して目標後噴射時期ＩＴafterを求める。図３８において触媒入口温度相当値Ｔexhcが小さい温度域（つまり低負荷域）が主に使う領域であり、触媒入口温度相当値Ｔexhcが大きくなる領域（つまり高負荷域）で遅角させているのは、Ｔexhcが大きいとＨＣが燃えてしまうので、これを避けるためである。
【０１００】
図３９は触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdの演算フローである。ステップ１で上記の触媒入口温度相当値Ｔexhcを読み込み、ステップ２において、
Ｔexhbd＝Ｔexhbdn-1×ＴＤＢＥＤ＃＋Ｔexhc×（１−ＴＤＢＥＤ＃）… （６）
ただし、Ｔexhbdn-1：Ｔexhbdの前回値
ＴＤＢＥＤ＃：定数（昇温時定数相当値）
の式（一次遅れの式）より触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdを計算する。これは、触媒入口温度に対して応答遅れをもって触媒ベッド温度が変化するので、これを考慮したものである。なお、Ｔexhbdの初期値は一定値でよい。
【０１０１】
図４０は触媒１表面積と触媒１を通過するガスの質量流量との比であるＳＶ比の演算フローである。ステップ１で排気量Ｑexhを読み込み、ステップ２においてＳＶ比＝Ｑexh×ρ／ＳＣＡＴ＃の式よりＳＶ比を計算する。ただし、ρは排気代表比重、ＳＣＡＴ＃は触媒総表面積である。
【０１０２】
図４１は触媒１を通過する排気中の酸素濃度ＥＸo2の演算フローである。ステップ１で排気量Ｑexh、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑec、シリンダ吸入新気量Ｑac、エンジン回転数Ｎe、燃料噴射量Ｑfを読み込み、ステップ２で排気量Ｑexhと回転数Ｎeを用いて
Ｑdry＝Ｑexh／ ｛ ＭＯＬＡＩＲ＃×（Ｎe／2）×ＮＣＹＬ＃×60×1000 ｝… （７）
ただし、ＭＯＬＡＩＲ＃：空気の見かけの分子量
ＮＣＹＬ＃：気筒数
の式より乾燥空気流量Ｑdryを求め、ステップ３で燃料噴射量Ｑfを用いて
ただし、ＨＦ＃：Ｈの質量比
ＣＦ＃：Ｃの質量比
ＡＣ＃：Ｃの原子量
ＡＨ＃：Ｈの原子量
の式より要求酸素量Ｑoを計算し、これら乾燥空気流量Ｑdry、要求酸素量Ｑoを用い、ステップ４において
ただし、Ｏ２ＡＩＲ＃：大気の酸素濃度
の式により酸素濃度Ｃeo2を計算する。
【０１０３】
ステップ５では、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecとシリンダ吸入新気量Ｑacを用いて実ＥＧＲ率相当値Ｒegrを、Ｒegr＝（Ｑec／Ｑac）×100の式により計算し、この実ＥＧＲ率相当値Ｒegrと上記の酸素濃度Ｃeo2を用い、ステップ６において、
の式により排気中の酸素濃度ＥＸo2を計算する。
【０１０４】
図４２は排気中のＨＣ／ＮＯｘ比の演算フローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑac、エンジン回転数Ｎe、燃料噴射量Ｑf、目標主噴射時期（目標とする主噴射の開始時期）ＩＴs、実ＥＧＲ率相当値Ｒegrを読み込み、ステップ２でシリンダ吸入新気量Ｑacと燃料噴射量Ｑfを用いて空燃比Ｌambdaを、Ｌambda＝Ｑac／（ＴＨＡＦ＃×Ｑf）の式より計算する。ただし、ＴＨＡＦ＃は定数である。
【０１０５】
ステップ３ではＱfとＮeから図４３と図４４を内容とするマップを検索して基準ＮＯｘ排出量ＭＮＯｘと基準ＨＣ排出量ＭＨＣを求める。
【０１０６】
ステップ４から７まではこれらに対する各種補正値を演算する部分である。すなわち、ステップ４で目標主噴射時期ＩＴsから図４５を内容とするテーブルを検索することにより、基準となる噴射時期に対して運転中の噴射時期がずれている分だけＭＮＯｘとＭＨＣを補正するための値ＫＩＴＮＯＸとＫＩＴＨＣを、ステップ５で空燃比Ｌambdaから図４６を内容とするテーブルの検索により、基準となる空燃比に対して、運転中の空燃比がずれている分だけＭＮＯｘとＭＨＣを補正するための値ＫＡＦＮＯＸとＫＡＦＨＣを、ステップ６で実ＥＧＲ率相当値Ｒegrから図４７を内容とするテーブルの検索により、基準となるＥＧＲ率に対して、運転中のＥＧＲ率がずれている分だけＭＮＯｘとＭＨＣを補正するための値ＫＥＧＲＮＯＸとＫＥＧＲＨＣを、ステップ７で冷却水温Ｔwから図４８を内容とするテーブルの検索により、基準となる冷却水温に対して、運転中の冷却水温がずれている分だけＭＮＯｘとＭＨＣを補正するための値ＫＴＷＮＯＸとＫＴＷＨＣをそれぞれ求める。
【０１０７】
ここで、基準となる噴射時期、基準となる空燃比、基準となるＥＧＲ率、基準となる冷却水温とは、標準状態（吸気温度、冷却水温、大気圧）において、エンジン回転数と負荷（燃料噴射量）で設定される定常運転時の制御目標の値のことである。
【０１０８】
これら補正値を用い、ステップ８では
の式により基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢと基本ＨＣ排出量ＨＣＢを計算し、これら２つの値ＮＯｘＢとＨＣＢから、ステップ９で実際のＨＣ／ＮＯｘ比であるＩ ＨＮrを、Ｉ ＨＮr＝ＨＣＢ／ＮＯｘＢの式により計算する。
【０１０９】
図４９は要求ＨＣ量ＨＣ０の演算フローである。ステップ１で燃料噴射量Ｑfとエンジン回転数Ｎeを読み込み、ステップ２でＱfとＮeから図５０を内容とするマップを検索して目標ＨＣ／ＮＯｘ比であるＴ ＨＮrを求め、ステップ３では
ＨＣ０＝（Ｔ ＨＮr−Ｉ ＨＮr）×ＨＣＢ … （１３）
の式より要求ＨＣ量ＨＣ０を計算する。
【０１１０】
通常、目標ＨＣ／ＮＯｘ比であるＴ ＨＮrより実際のＨＣ／ＮＯｘ比であるＩ ＨＮrのほうが小さいので、その差に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を求め、この値に基づいて後噴射量を演算（図５３により後述する）することで、エンジン回転数とエンジン負荷からマップ検索により後噴射量を求めるだけの従来装置と比較して、必要なＨＣ量だけを精度良く供給できるのである。
【０１１１】
図５１はＮＯｘ触媒１の前方もしくは内部にＨＣ吸着剤を装着した場合に、そのＨＣ吸着剤におけるＨＣの吸着・脱離量の演算フローである。ステップ１で触媒入口温度相当値Ｔexhcを読み込み、このＴexhcからステップ２において図５２を内容とするテーブルを検索して、ＨＣの吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴを求め、ステップ３においては
ＨＣＡＢ＝ＨＣＡＢn-1＋ＧＫＣＡＴ … （１４）
ただし、ＨＣＡＢn-1：ＨＣＡＢの前回値
の式により総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢを計算する。
【０１１２】
ここで、吸着剤にＨＣが吸着されるときは、吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴが正となるため、総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢがプラス側に増加し、この逆に吸着剤よりＨＣが脱離するときは、吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴが負となるため総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢがマイナス側に減少する。つまり、ＨＣＡＢは吸着剤に吸着されているＨＣの総量に相当するわけである（ただし下限値は０）。
【０１１３】
ステップ４ではＧＫＣＡＴ ＜ ０（つまりＨＣの脱離モード）でかつ総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢが０（つまりＨＣが全く吸着されていない）であるかどうか、また、ステップ５ではＧＫＣＡＴ ＞ ＨＣ（つまりＨＣの吸着モード）でかつ総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢがＦＵＬＬ（つまり吸着剤へのＨＣ吸着量が満タン）であるかどうかみる。
【０１１４】
ＨＣ脱離モードでかつＨＣが全く吸着されていないときと、吸着モードでかつ吸着剤へのＨＣ吸着量が満タンのときとはステップ７に進んで、上記の要求ＨＣ量ＨＣ０をそのまま目標ＨＣ量であるＴ ＨＣとする。
【０１１５】
これに対して、上記２つのケース以外のとき（吸着剤への吸着量が満タンでなくＨＣが吸着されている状態や吸着剤にＨＣが存在し、そのＨＣが脱離している状態のとき）は、ステップ４、５よりステップ６に進んで、
Ｔ ＨＣ＝ＨＣ０＋ＧＫＣＡＴ×ＫＡＢ＃ … （１５）
ただし、ＫＡＢ＃：ＨＣ量への換算係数
の式により目標ＨＣ量Ｔ ＨＣを計算する。
【０１１６】
この（１５）式によれば、吸着剤にＨＣが吸着されるときは、吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴが正となって目標ＨＣ量Ｔ ＨＣが増量補正され、この逆に吸着剤よりＨＣが脱離するときは吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴが負となって目標ＨＣ量Ｔ ＨＣが減量補正される。これは、吸着剤にＨＣが吸着されるときは、その分のＨＣが触媒１に供給されない（つまり後噴射量が不足する）ことになり、また吸着剤からＨＣが脱離するときは、その分のＨＣが触媒１に余計に供給される（つまり後噴射量が多すぎる）ことになるので、これを修正するようにしたものである。
【０１１７】
図５３は後噴射量の演算フローである。ステップ１で触媒入口温度相当値Ｔexhc、触媒ベッド温度相当値Ｔexhbd、ＳＶ比、燃料噴射量Ｑf、エンジン回転数Ｎeを読み込む。
【０１１８】
ステップ２からステップ１３までは後噴射量を行う条件であるかどうかを判定する部分で、次の条件
〈１〉 フラグＦＴＥＸＨＣ＝１（つまり触媒入口温度相当値Ｔexhcがそのしきい値以上）である、
〈２〉 フラグＦＴＥＸＢＤ＝１（つまり触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdがそのしきい値以上）である、
〈３〉 ＳＶ比がそのしきい値ＴＳＶ＃以下である（ステップ１２）、
〈４〉 回転数Ｎeがそのしきい値ＴＮＥ ＃ 以上かつ燃料噴射量Ｑfがそのしきい値ＴＱf＃以上である（ステップ１３）
の全てを満足するとき（後噴射条件の成立時）、ステップ１４以降に進んで後噴射量を算出し、上記いずれかの条件でも満足しないとき（後噴射条件の非成立時）にはステップ１８に進んで後噴射量を算出しない（後噴射量Ｑfaf＝０）。
【０１１９】
上記 〈１〉 と 〈２〉 は触媒１が活性化しているかどうかを確認するためのもので、触媒１が活性化していないのに後噴射を行ったのでは、燃費の悪化やＨＣの増大を招くので、これを防止するため、 〈１〉 と 〈２〉 を条件としたわけである。
【０１２０】
ここで、上記フラグＦＴＥＸＨＣとフラグＦＴＥＸＢＤは、触媒入口温度相当値Ｔexhcと触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdに対するしきい値にヒステリシスを設けたために必要となるものである。２つのフラグＦＴＥＸＨＣとＦＴＥＸＢＤの設定方法は同様なので、フラグＦＴＥＸＨＣのほうで代表して述べると、フラグＦＴＥＸＨＣ＝１の状態で触媒入口温度相当値Ｔexhcが高い状態にあり、この状態から温度低下してきて第１温度しきい値Ｔtexhc1 ＃ を下回った段階ではフラグＦＴＥＸＨＣを “ ０ ” に切換えず、さらに温度低下して第２温度しきい値Ｔtexhc2 ＃ （Ｔtexhc2 ＃＜ Ｔtexhc1 ＃ ）を下回ったときやっとフラグＦＴＥＸＨＣを “ ０ ” に切換える（ステップ２、３、４）。この逆にフラグＦＴＥＸＨＣ＝０の状態で触媒入口温度相当値Ｔexhcが低く、この状態から温度上昇しても第２温度しきい値Ｔtexhc2 ＃ を上回った段階ではフラグＦＴＥＸＨＣを“ １ ” に切換えず、さらに温度上昇して第１温度しきい値Ｔtexhc1 ＃ を超えるとフラグＦＴＥＸＨＣを “ １ ” に切換える（ステップ２、５、６）のである。
【０１２１】
さて、後噴射条件の成立時は、ステップ１４で目標ＨＣ量であるＴ ＨＣと排気中の酸素濃度ＥＸo2を読み込み、このうち酸素濃度ＥＸo2からステップ１５において図５４を内容とするテーブルを検索して、ＨＣ量補正係数Ｋqfを求め、またステップ１６において図５５を内容とするテーブルを用いて目標ＨＣ量で有るＴ ＨＣを基本後噴射量Ｑfaf0に変換する。ステップ１７ではこの基本噴射量Ｑfaf0に上記のＨＣ量補正係数Ｋqfを乗じて目標後噴射量Ｑfaf1を算出する。
【０１２２】
触媒１は排気中の酸素濃度（あるいは空気過剰率）に応じてＨＣを酸化してしまう作用があるため（図８４参照）、ＮＯｘを還元するためには排気中の酸素濃度に応じてＨＣが酸化される以上のＨＣを供給する必要があるのであるが、このように、排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じて基本後噴射量Ｑfaf0を補正することで、触媒１が排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じてＨＣを酸化する場合であっても、後噴射量を正確に算出できることになる。
【０１２３】
次に、図５６は主噴射時期の排気温度補正フローである。ステップ１で目標主噴射時期ＩＴsb、触媒入口温度相当値Ｔexhc、触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdを読み込む。なお、目標主噴射時期ＩＴsbはエンジンの回転数と負荷より基本的に定まり、この基本値がＮＯｘ排出量や水温などにより補正されて求められる値である。
【０１２４】
ステップ２では、触媒活性排気温度しきい値Ｔ１＃と触媒入口温度相当値Ｔexhcの差ｄＴ１および触媒ベッド活性温度しきい値Ｔ２＃と触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdの差ｄＴ２をそれぞれ計算し、ステップ３においてこれら温度差ｄＴ１とｄＴ２より図５７と図５８を内容とするテーブルを検索して主噴射時期の排気温度補正値ＩＴh1と主噴射時期の触媒表面温度補正値ＩＴh2を求める。ステップ４では目標主噴射時期ＩＴsbからこれら２つの補正値ＩＴh1とＩＴh2を差し引いた値を指令主噴射時期ＩＴsとすることによって、主噴射時期を遅角補正する。
【０１２５】
なお、ＩＴsという記号は、図５５までにおいては目標主噴射時期として述べているので紛らわしいが、図５５までにおいて述べた目標主噴射時期ＩＴsは図５６のＩＴsbとＩＴsのいずれであってもかまわない。
【０１２６】
ここで、主噴射時期が遅角補正されるのは、触媒活性排気温度しきい値Ｔ１＃に対して触媒入口温度相当値Ｔexhcがわずかに下回る場合や触媒ベッド活性温度しきい値Ｔ２＃に対して触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdがわずかに下回る場合である。
【０１２７】
これを図５９を参照しながら具体的に説明すると、車速ＶＳＰの変化に対して、触媒入口温度相当値Ｔexhcのほうは応答良く変化するものの、触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdのほうは遅れをもって変化している。この結果、両者がともに温度しきい値を超えるのは図示のＡ区間となり、図５３によればこのＡ区間でだけ後噴射が行われる（この後噴射によるＨＣのＮＯｘ触媒への供給によりＮＯｘの還元浄化が精度良く行われる）。
【０１２８】
この場合、Ａ区間に隣接するＢ区間やＣ区間は触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdや触媒入口温度相当値Ｔexhcがこれに対応する温度しきい値を少し下回っているだけであるから、排気温度を少し高めてやりさえすれば、触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdと触媒入口温度相当値Ｔexhcがともに温度しきい値を超えることになり（つまり後噴射条件が成立し）、後噴射が行われてＮＯｘ還元効率が高められる。
【０１２９】
そこで、触媒入口温度相当値Ｔexhcや触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdがこれに対応する温度しきい値をわずかに下回る場合は、主噴射時期を遅角補正することにより、排気温度を上昇させて触媒１の活性域を拡大し、これによってＮＯｘ還元浄化を一段と進めるようにしたのである。
【０１３０】
このように、本発明の実施形態では、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量ＭＨＣと基準ＮＯｘ排出量ＭＮＯｘを演算し、これらに対して噴射時期補正値ＫＩＴＨＣ、ＫＩＴＮＯｘ、空燃比補正値ＫＡＦＨＣ、ＫＡＦＮＯＸ、水温補正値ＫＴＷＨＣ、ＫＴＷＮＯｘ、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＣ、ＫＥＧＲＮＯｘを演算し、これら補正値でこれに対応する前記基準値を補正して基本ＨＣ排出量ＨＣＢと基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢを演算し、これらの比である実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算し、この実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算し、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて後噴射量Ｑfaf0を演算するので、運転中の主噴射時期、空燃比、水温、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ率が基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、ＥＧＲ制御を行う場合は基準となるＥＧＲ率に対してそれぞれずれることがあっても、要求ＨＣ量を過不足なく求めることができ、これによってエンジン回転数とエンジン負荷からマップを検索して後噴射量を求めるものよりも、必要なＨＣ量だけを精度良く供給できる。
【０１３１】
この結果、図６０に示すように従来装置（図ではマップ制御で表示）に比べて後噴射による無駄なＨＣの供給を抑制できるとともに飛躍的に過渡運転時のＮＯｘ還元性能が向上することになった。
【０１３２】
また、特にＥＧＲ制御を行う場合に、ＮＯｘ転換率が低下するＳＶ比の大きい領域で後噴射を中止するので、この領域でも後噴射を実行することに伴うＨＣの過剰供給による白煙の発生や燃費の悪化を抑制することができる。
【０１３３】
図６１〜図８２は第２実施形態で、第１実施形態との関係は次の通りである。
【０１３４】
▲１▼図６１が図１に、図６２が図４に、図６３が図２５に、図７０が図２９に、図７１が図４２に、図７８〜図８１が図４９、図５０にそれぞれ対応する。
【０１３５】
▲２▼図２、図３、図５〜図２４、図２６〜図２８、図３０〜図４１、図５１〜図５９は第２実施形態でもそのまま用いる。図４３〜図４８は第２実施形態では用いない。
【０１３６】
▲３▼図６４〜図６９、図７２〜図７７を追加して設ける。
【０１３７】
さて、第１実施形態は、モデル規範制御によりＮＯｘ排出量を予測するものである。このため、系を物理則を用いて記述しているのであるが、その記述（モデル）が実際と合わない領域（たとえば、自動変速機付き車両によりモード走行を行わせる場合に車速を増すときシフトアップが行われるが、このシフトアップ時）があり、その領域で後噴射によるＨＣ量の過不足が生じ、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量がわずかながら増えることがわかっている。
【０１３８】
一方、従来、車両に適用できる小型で信頼性が高くかつ安価なＮＯｘ濃度センサがなかったため、ＮＯｘセンサを実車に適用した例がほとんどみあたらなかったが、近年のＮＯｘ濃度センサの研究、製造技術の発展により、実車に適用しうるセンサが開発されつつある（たとえば、ＳＡＥ９６０３４４で示される固体電解質タイプのＮＯｘ濃度センサや特開平７−３２５０５９号公報に示される単結晶様構造をもつ物質をＮＯｘ感応体としてＮＯｘ濃度を検出するものなど）。
【０１３９】
そこで、こうしたＮＯｘ濃度センサを用いてＮＯｘ排出量をフィードバック制御することが考えられる。
【０１４０】
この場合、制御したい量は触媒出口のＮＯｘ排出量であるから、ＮＯｘ濃度センサをＮＯｘ触媒１の下流に設け、このセンサ検出値に基づいてフィードバック制御しても、触媒自体が大きな遅れ要素となるので、フィードバック制御の制御ゲインを大きくとれない。このため、制御応答が悪くなるほか、制御精度もよくない。また、触媒により浄化されたガスを検出しなければならないため低濃度型のセンサが必要となり、検出精度の確保や生産バラツキの抑制、コスト抑制が困難である。
【０１４１】
そこで第２実施形態では、ＮＯｘ触媒１の上流にＮＯｘ濃度センサを設け、このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量を演算し、この実測ＮＯｘ排出量を第１実施形態におけるＮＯｘ排出量の予測値に代えて用いるとともに、実測ＮＯｘ排出量が目標ＮＯｘ排出量と一致するように目標ＥＧＲ率をフィードバック制御することにより、モデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるＨＣ量の過不足を抑制して、ＨＣとＮＯｘの各排出量をさらに低減するとともに、ＮＯｘ濃度センサを用いていても、制御応答を高め、かつ高価な低濃度型のセンサを用いなくともよいようにしたものである。
【０１４２】
具体的には、まず触媒１の上流側に設けたＮＯｘ濃度センサ７２（図１参照）からのセンサ検出値を用いたＮＯｘ排出量のフィードバック制御について説明する。
【０１４３】
図６４は目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘを演算するフローである。ステップ１で燃料噴射量Ｑfとエンジン回転数Ｎeを読み込み、これらから図６５を内容とするマップを検索して目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘを求める。
【０１４４】
図６６は実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを演算するフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑacと燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0を読み込み、これらを用い、ステップ２において吸気乾燥モル流量Ｍ Ｑacを
ただし、ＭＯＬＡＩＲ＃：空気の見かけの分子量
ＨＦ＃：Ｈの質量比
ＣＦ＃：Ｃの質量比
ＡＨ＃：Ｈの原子量
の式により計算する。
【０１４５】
ステップ３ではエンジン回転数Ｎeを読み込む。ステップ４でＮＯｘ濃度センサ７２の出力電圧ＮＯｘ ioを読み込み、このセンサ出力電圧ＮＯｘ ioからステップ５においてセンサ出力電圧とＮＯｘ濃度の関係を与えたテーブルを検索して、ＮＯｘ濃度Ｃ ＮＯｘを求め、さらにステップ７では、このＮＯｘ濃度Ｃ ＮＯｘ、上記の吸気乾燥モル流量Ｍ Ｑac、エンジン回転数Ｎeを用いて、定常状態でのＮＯｘ排出量（質量流量）ＲＮＯｘ０を
ただし、ＡＮ：Ｎの分子量
ＡＯ：Ｏの分子量
ＮＣＹＬ＃：気筒数
の式により計算する。
【０１４６】
ステップ８では、ＮＯｘ濃度センサ７２の検出遅れを一次遅れとみなし、
ただし、ＲＮＯｘn-1：ＲＮＯｘの前回値
Ｋ ＮＯｘｉ＃：時定数相当値
の式により時定数相当値分だけの進み処理を行った値を実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘとして求める。なお、ＲＮＯｘの初期値は固定値（ ≒ １）である。
【０１４７】
図６７は目標ＥＧＲ率のフィードバック補正量Ｈegr2を演算するフローである。ステップ１で上記の目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘ、実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘ、目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0を読み込み、ステップ２において実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘと目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘの差ｄＮＯｘ（＝ＴＮＯｘ−ＲＮＯｘ）を計算し、この差ｄＮＯｘからステップ３において図６８を内容とするテーブルを検索して、基本ＥＧＲ率フィードバック補正量ＫＥＧＲＨを求める。ステップ４では、図６９を内容とするテーブルを検索して、フィードバック補正ゲインＧＥＧＲＨを求め、ステップ５においてこの補正ゲインＧＥＧＲＨを基本ＥＧＲ率フィードバック補正量ＫＥＧＲＨに乗じて、目標ＥＧＲ率のフィードバック補正量Ｈegr2を計算する。
【０１４８】
そして、図６３のステップ３に示したように、この目標ＥＧＲ率のフィードバック補正量Ｈegr2をＨegr1×Ｍegr0にさらに乗じることによって、目標ＥＧＲ率をフィードバック制御する。
【０１４９】
ここで、図６８に示したように、ＲＮＯｘがＴＮＯｘより少ない（つまりｄＮＯｘが正）ときは、基本ＥＧＲ率フィードバック補正量ＫＥＧＲＨに１．０を超える値を与えて目標ＥＧＲ率Ｍegrを大きく（ＮＯｘ排出量が増える側に補正）し、この逆にＲＮＯｘがＴＮＯｘより多い（つまりｄＮＯｘが負）ときは、基本ＥＧＲ率フィードバック補正量ＫＥＧＲＨに１．０を下回る値を与えて目標ＥＧＲ率Ｍegrを小さく（ＮＯｘ排出量が減る側に補正）するのである。なお、ＮＯｘ濃度センサ７２により保証されるＮＯｘ濃度検出範囲に図６８に示した不感帯を設けて、ＮＯｘ濃度センサ７２の検出精度以上での誤ったフィードバック制御の防止と、前述の目標ＥＧＲ率のフィードバック制御との干渉を回避している。
【０１５０】
また、図６９のように、目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0が小さくなるほどフィードバック補正ゲインＧＥＧＲＨを小さくしているのは、一般的にＥＧＲ量が少ない運転条件ほどＥＧＲ率の増減によるＮＯｘ排出量の変化感度が大きいので、ＥＧＲ量が少ない運転条件ではフィードバック制御の制御感度を鈍くすることで、ＮＯｘ排出量が大きく変化することがないようにするためである。
【０１５１】
次に、図７１は排気中の実測ＨＣ／ＮＯｘ比を演算するフローである。ステップ１で上記の実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘ（ＮＯｘ濃度センサ７２に基づいて演算される）、実測ＨＣ排出量ＲＨＣ（ＨＣ濃度センサ７３（図１参照）に基づいて演算される）を読み込み、ステップ２で実測ＨＣ／ＮＯｘ比であるＩ ＨＮrをＩ ＨＮr＝ＲＨＣ／ＲＮＯｘの式により計算する。
【０１５２】
なお、エンジンの仕様によっては、ＨＣ濃度センサ７３なしでも、図７２に示すフローとこれに用いる図７３〜図７７の特性に従えばエンジンアウトのＨＣ排出量を予測することが可能である。なお、図７２〜図７７は図４２〜図４８より基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢについての演算部分を削除して再構成したものであるため、説明は省略する。
【０１５３】
図７８は要求ＨＣ量ＨＣ０の演算フローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎe、燃料噴射量Ｑf、空燃比Ｌambda、実ＥＧＲ率相当値Ｒegr、実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮr、を読み込み、このうちＮeとＱfとからステップ２において図７９を内容とするマップを検索して、目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrを求める。
【０１５４】
ステップ３では空燃比Ｌambdaと実ＥＧＲ率相当値Ｒegrから図８０と図８１を内容とするテーブルを検索して、目標ＨＣ／ＮＯｘ比の空燃比補正値ＫＡＦＨＮとＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＮを求め、これら補正値を上記の目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrに乗じた値を、ステップ４において改めて目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrとする。
【０１５５】
ここで、空燃比補正値ＫＡＦＨＮは図８０に示したように空燃比のリッチ側で小さくなる値である。これは、図７９の目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrをマッチングしたときの空燃比（基準空燃比）よりリッチ側の空燃比のとき、基準空燃比の場合よりＨＣ増加 ＞ ＮＯｘ増加となるので、空燃比補正値ＫＡＦＨＮによりＴ ＨＮrをＨＣの減量側に補正するためである。
【０１５６】
ＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＮは図８１のように実ＥＧＲ率相当値Ｒegrの小さくなる側で大きくなる値である。これは、図７９の目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrをマッチングしたときのＥＧＲ率（基準ＥＧＲ率）より小さなＥＧＲ率のとき、基準ＥＧＲ率の場合よりＨＣ増加 ＜ ＮＯｘ増加となるので、ＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＮによりＴ ＨＮrをＨＣの増量側に補正するためである。
【０１５７】
ステップ５では
ＨＣ０＝（Ｔ ＨＮr−Ｉ ＨＮr）×ＲＨＣ …（１９）
の式より要求ＨＣ量ＨＣ０を計算する。
【０１５８】
また、ＨＣ濃度センサ７３を設けることなく、前述の図７２に示すフローによりエンジンアウトのＨＣ排出量を予測するときは、（１９）に代えて
ＨＣ０＝（Ｔ ＨＮr−Ｉ ＨＮr）×ＨＣＢ … （２０）
を用いる。
【０１５９】
このように第２実施形態では、触媒１の上流にＮＯｘ濃度センサ７２を設け、このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを演算し、この実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを第１実施形態におけるＮＯｘ排出量の予測値に代えて用いるとともに、実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘが目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘと一致するように目標ＥＧＲ率をフィードバック制御するようにしたので、モデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるＨＣ量の過不足を抑制して、ＨＣとＮＯｘの各排出量をさらに低減することができる。
【０１６０】
図８２は同一の走行モードで試験したときの排気特性である。図示のように、第２実施形態によれば、同じ走行モードで比較したとき、第１実施形態よりもさらにＨＣとＮＯｘの各排出量が低減されている。
【０１６１】
また、ＮＯｘ濃度センサを触媒の下流に設ける場合に比べて制御応答がよく、かつ低濃度型のセンサでなくともよいので、検出精度の確保や生産バラツキの抑制が可能である。
【０１６２】
実施形態では、実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算する場合で説明したが、実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrに応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算してもかまわない。Ｔ ＨＮrは簡単には一定値でもよい。
【０１６３】
実施形態では、排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じて基本後噴射量Ｑfaf0を補正する場合で説明したが、排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じてＭＮＯｘ、ＭＨＣを補正することもできる。ＳＶ比はＥＧＲ制御を行わない場合にも用いることができる。
【０１６４】
実施形態では、コモンレール式燃料噴射装置を用いた場合で説明したが、これに限定されるものでない。たとえばユニットインジェクタを用いる場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】コモンレール式燃料噴射装置のシステム図。
【図３】ＥＧＲ制御システム図。
【図４】ＥＧＲ制御システムのブロック図。
【図５】吸気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図６】排気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図７】シリンダ吸入新気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図８】シリンダ吸入ＥＧＲ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図９】吸気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図１０】ＥＧＲ温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図１１】体積効率相当値の演算を説明するためのフローチャート。
【図１２】体積効率基本値の特性図。
【図１３】体積効率負荷補正値の特性図。
【図１４】排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図１５】排気温度基本値の特性図。
【図１６】ＥＧＲ流量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１７】ＥＧＲ弁流路面積の特性図。
【図１８】サイクル処理を説明するためのフローチャート。
【図１９】燃料噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図２０】主噴射の基本燃料噴射量の特性図。
【図２１】主噴射の最大噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図２２】ＥＧＲ弁指令リフト量の演算を説明するためのフローチャート。
【図２３】ＥＧＲ弁目標リフト量の特性図。
【図２４】要求ＥＧＲ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図２５】目標ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図２６】目標ＥＧＲ率基本値の特性図。
【図２７】目標ＥＧＲ率補正値の特性図。
【図２８】シリンダ吸気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図２９】後噴射の量と時期の制御システムのブロック図。
【図３０】タービン出口排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図３１】基準タービン回転数の特性図。
【図３２】タービン出口排気圧の特性図。
【図３３】効率の特性図。
【図３４】触媒入口排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図３５】車速温度降下係数の特性図。
【図３６】排気流量効果係数の特性図。
【図３７】後噴射時期の演算を説明するためのフローチャート。
【図３８】目標後噴射時期の特性図。
【図３９】触媒ベッド温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図４０】ＳＶ比の演算を説明するためのフローチャート。
【図４１】排気中の酸素濃度の演算を説明するためのフローチャート。
【図４２】ＨＣ／ＮＯｘ比の演算を説明するためのフローチャート。
【図４３】基準ＮＯｘ排出量特性図。
【図４４】基準ＨＣ排出量の特性図。
【図４５】噴射時期補正値の特性図。
【図４６】空燃比補正値の特性図。
【図４７】ＥＧＲ補正値の特性図。
【図４８】水温補正値の特性図。
【図４９】要求ＨＣ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図５０】目標ＨＣ／ＮＯｘ比の特性図。
【図５１】ＨＣ吸着・脱離量の演算を説明するためのフローチャート。
【図５２】吸着・脱離ゲインの特性図。
【図５３】後噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図５４】ＨＣ量補正係数の特性図。
【図５５】基本後噴射量の特性図。
【図５６】主噴射時期の排気温度補正を説明するためのフローチャート。
【図５７】主噴射時期の排気温度補正値の特性図。
【図５８】主噴射時期の触媒表面温度補正値の特性図。
【図５９】加速時の触媒入口温度と触媒ベッド温度の変化を示す波形図。
【図６０】第１実施形態の効果を説明するための波形図。
【図６１】第２実施形態の制御システム図。
【図６２】第２実施形態のＥＧＲ制御システムのブロック図。
【図６３】第２実施形態の目標ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図６４】第２実施形態の目標ＮＯｘ排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図６５】第２実施形態の目標ＮＯｘ排出量の特性図。
【図６６】第２実施形態の実測ＮＯｘ排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図６７】第２実施形態の目標ＥＧＲ率のフィードバック補正量の演算を説明するためのフローチャート。
【図６８】第２実施形態の基本ＥＧＲ率補正量の特性図。
【図６９】第２実施形態の補正ゲインの特性図。
【図７０】第２実施形態の後噴射の量と時期の制御システムのブロック図。
【図７１】第２実施形態の実測ＨＣ／ＮＯｘ比の演算を説明するためのフローチャート。
【図７２】第２実施形態の実測ＨＣ排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図７３】第２実施形態の基準ＨＣ排出量の特性図。
【図７４】第２実施形態の噴射時期補正値の特性図。
【図７５】第２実施形態の空燃比補正値の特性図。
【図７６】第２実施形態のＥＧＲ補正値の特性図。
【図７７】第２実施形態の水温補正値の特性図。
【図７８】第２実施形態の要求ＨＣ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図７９】第２実施形態の目標ＨＣ／ＮＯｘ比の特性図。
【図８０】第２実施形態の空燃比補正値の特性図。
【図８１】第２実施形態のＥＧＲ補正値の特性図。
【図８２】第１実施形態との違いを説明するための排気特性図。
【図８３】ＳＶ比を変化させたときのＮＯｘ転換率の特性図。
【図８４】排気酸素濃度に対するＮＯｘ転換率、ＨＣ転換率の特性図。
【図８５】第１４の発明のクレーム対応図。
【図８６】第１５の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
１ エンジン本体
１０ コモンレール式燃料噴射装置
１６ コモンレール
１７ 燃料噴射弁
４１ 電子制御ユニット
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの排気浄化装置、特に排気通路に設けたＮＯｘ還元触媒（以下、単にＮＯｘ触媒という）に対して、排気中の未燃ＨＣを還元剤として供給するようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＯｘ触媒を排気通路に装着し、このＮＯｘ触媒によりＮＯｘを還元浄化しようとする場合、還元剤としてのＨＣを必要とするのであるが、一般的にディーゼルエンジンにおいてはＮＯｘ排出量に対してＨＣ排出量が比較的少ない（一般的にＨＣ／ＮＯｘの比は１以下のレベル）ため、コモンレール式の燃料噴射装置を用いて、主噴射とは別に各気筒の膨張行程もしくは排気行程で小量の燃料を後噴射し、この小量の燃料をＨＣの状態のままＮＯｘ触媒に導くようにしたものが各種提案されている（特開平３−２５３７１３号公報、特開平６−２１２９６１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、運転中の主噴射時期が、基準となる主噴射時期に対して、運転中の空燃比が、基準となる空燃比に対して、運転中の水温が、基準となる水温に対して、ＥＧＲ制御を行う場合の運転中のＥＧＲ率が、基準となるＥＧＲ率に対してそれぞれずれることがあり、この場合には要求ＨＣ量が基準値より変化する。
【０００４】
しかしながら、従来装置のように、後噴射量をエンジンの回転数と負荷等の運転条件からマップ検索により求めるだけでは、この運転中の主噴射時期、空燃比、水温、ＥＧＲ制御を行う場合のＥＧＲ率の各ずれに対応できず、後噴射により供給されるＨＣ量に過不足を生じる。ＨＣ量が過多となるときは燃費の悪化やＨＣ量の増加を招き、またＨＣ量が不足するときは触媒のＮＯｘ還元効率を最大限に引き出すことができない。
【０００５】
また、特にＥＧＲを行う場合に、ＥＧＲ量に応じて排気流量が変化し、触媒を通過する排気の質量流量と触媒表面積との比であるＳＶ比が大きく変化する。このＳＶ比の変化により、図８３に示したように触媒の還元性能と触媒活性温度が変化するため、ＳＶ比の大きくなる領域においても後噴射を行ったのでは、所望のＮＯｘの還元が行われないだけでなく、後噴射によるＨＣの過剰供給による白煙の発生や燃費の悪化が生じるおそれがある。
【０００６】
そこで本発明は、運転中の主噴射時期、空燃比、水温が、またＥＧＲ制御を行う場合の運転中のＥＧＲ率が、これに対応する基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、基準となるＥＧＲ率に対してそれぞれずれることがあっても、要求ＨＣ量を過不足なく与えることを第１の目的とし、またＳＶ比の大きな領域では後噴射を中止することにより、後噴射燃料の過剰供給による排気・燃費の悪化を防ぐことを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量ＭＨＣと基準ＮＯｘ排出量ＭＮＯｘを演算する手段と、これら基準排出量に対して噴射時期補正値ＫＩＴＨＣ、ＫＩＴＮＯｘ、空燃比補正値ＫＡＦＨＣ、ＫＡＦＮＯＸ、水温補正値ＫＴＷＨＣ、ＫＴＷＮＯｘ、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＣ、ＫＥＧＲＮＯｘの少なくとも一つを演算する手段と、この少なくとも一つの補正値で該補正値と同一のエンジン回転数とエンジン負荷で演算される前記基準排出量を補正（この補正には、基準ＨＣ排出量と基準ＮＯｘ排出量のそれぞれを補正値で補正する場合のほか、基準ＨＣ排出量と基準ＮＯｘ排出量の一方だけを補正値で補正する場合を含む。）して基本ＨＣ排出量ＨＣＢと基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢを演算する手段と、前記基本排出量の比である実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算する手段と、この実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差または比に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算する手段と、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて後噴射量Ｑfaf0を演算する手段とを設けた。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明においてＳＶ比がしきい値ＴＳＶ＃より大きいとき後噴射を中止する。
【０００９】
第３の発明では、第２の発明において前記ＳＶ比をモデル規範制御により予測する。
【００１０】
第４の発明では、第１から第３までのいずれか一つの発明においてＥＧＲ制御を行う場合に、後噴射量Ｑfaf0を排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じて補正する。
【００１１】
第５の発明では、第４の発明において前記排気中の酸素濃度をモデル規範制御により予測する。
【００１２】
第６の発明では、第１から第５までのいずれか一つの発明において前記触媒の前方または内部にＨＣ吸着剤を設け、前記触媒を通過する排気の温度Ｔexhcからこの吸着剤へのＨＣ吸着量またはこの吸着剤からのＨＣ脱離量ＨＣＡＢを演算し、このＨＣ吸着量またはＨＣ脱離量ＨＣＡＢに応じて前記要求ＨＣ量ＨＣ０を補正する。
【００１３】
第７の発明では、第６の発明において前記触媒を流れる排気の温度Ｔexhcをモデル規範制御により予測する。
【００１４】
第８の発明では、第４から第７までのいずれか一つの発明において前記ＥＧＲ制御をモデル規範制御により行う。
【００１５】
第９の発明では、第７または第８の発明において前記触媒を流れる排気の温度Ｔexhcより一次遅れで前記触媒の表面温度Ｔexhbdを演算する手段と、この触媒表面温度Ｔexhbdが所定のしきい値ＴＥＸＨＢＤ＃以下のとき後噴射を中止する手段とを設けた。
【００１６】
第１０の発明では、第９の発明において前記触媒表面温度Ｔexhbdが触媒表面の活性温度しきい値Ｔ２＃よりわずかに低いとき主噴射時期を遅角補正する。
【００１７】
第１１の発明では、第７または第８の発明において前記触媒を流れる排気の温度Ｔexhcが所定のしきい値ＴＥＸＨＣ＃以下のとき後噴射を中止する。
【００１８】
第１２の発明では、第１１の発明において前記触媒を流れる排気の温度Ｔexcdが触媒の活性温度しきい値Ｔ１＃よりわずかに低いとき主噴射時期を遅角補正する。
【００１９】
第１３の発明は、燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するとともに、エンジン出口と前記触媒との間にタービンを有するターボチャージャを備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記エンジン出口の排気温度Ｔ exh を演算する手段と、このエンジン出口の排気温度Ｔ exh に対し前記タービンの効率相当値η t と前記タービン出口より前記触媒入口までの排気温度の低下とを考慮して前記触媒を通過する排気の温度Ｔexhcを予測する手段と、この触媒を通過する排気の温度Ｔexhcに応じて後噴射時期ＩＴafterを演算する手段とを設けた。
【００２０】
第１４の発明は、図８５に示すように、燃料を噴射供給する装置８１を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置８１により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁８２と、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段８３と、この目標ＥＧＲ率に基づいて前記ＥＧＲ弁８２の開度を制御する手段８４と、前記触媒の上流のＮＯｘ濃度を検出するセンサ８５と、このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを演算する手段８６と、前記触媒の上流のＨＣ濃度を検出するセンサ８７と、このセンサ検出値に基づいて実測ＨＣ排出量ＲＨＣを演算する手段８８と、この実測ＨＣ排出量ＲＨＣと前記実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘとの比である実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算する手段８９と、この実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差または比に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算する手段９０と、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて前記後噴射の燃料量Ｑfaf0を演算する手段９１と、前記実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘが目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘと一致するように前記目標ＥＧＲ率をフィードバック制御する手段９２とを設けた。
【００２１】
第１５の発明は、図８６に示すように、燃料を噴射供給する装置８１を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置８１により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁８２と、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段８３と、この目標ＥＧＲ率に基づいて前記ＥＧＲ弁８２の開度を制御する手段８４と、前記触媒の上流のＮＯｘ濃度を検出するセンサ８５と、このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを演算する手段８６と、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量ＭＨＣを演算する手段１０１と、これらに対して少なくとも噴射時期補正値ＫＩＴＨＣ、空燃比補正値ＫＡＦＨＣ、水温補正値ＫＴＷＨＣ、ＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＣの少なくとも一つを演算する手段１０２と、これら補正値で前記基準値を補正して基本ＨＣ排出量ＨＣＢを演算する手段１０３と、この基本ＨＣ排出量ＨＣＢと前記実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘとの比である実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算する手段１０４と、この実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差または比に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算する手段９０と、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて前記後噴射の燃料量Ｑfaf0を演算する手段９１と、前記実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘが目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘと一致するように前記目標ＥＧＲ率をフィードバック制御する手段９２とを設けた。
【００２２】
第１６の発明では、第１４または第１５の発明において前記ＮＯｘ濃度センサ８５の検出遅れを一次遅れとみなし、前記ＮＯｘ濃度センサ検出値に対して時定数相当値分だけの進み処理を行う。
【００２３】
【発明の効果】
第１の発明では、実際のＨＣ／ＮＯｘ比と目標ＨＣ／ＮＯｘ比の差または比に応じて要求ＨＣ量を演算するので、運転中の主噴射時期、空燃比、水温、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ率が基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、ＥＧＲ制御を行う場合は基準となるＥＧＲ率に対してずれることがあっても、要求ＨＣ量を過不足なく求めることができ、これによってエンジン回転数とエンジン負荷からマップを検索して後噴射量を求めるものよりも、必要なＨＣ量だけを精度良く供給できる。
【００２４】
第２の発明では、ＮＯｘ転換率が低下するＳＶ比の大きい領域で後噴射を中止するので、この領域でも後噴射を実行することによる燃費の悪化やＨＣの増大を防止できる。
【００２５】
ＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度（あるいは空気過剰率）に応じてＨＣを酸化してしまう作用があるため（図６２参照）、ＮＯｘを還元するためには排気中の酸素濃度に応じてＨＣが酸化される以上のＨＣを供給する必要があるのであるが、第４の発明では、排気中の酸素濃度に応じて後噴射量を補正するので、触媒が排気中の酸素濃度に応じてＨＣを酸化する場合であっても、後噴射量を正確に算出できる。
【００２６】
第６の発明では、吸着剤にＨＣが吸着されたり、吸着剤よりＨＣが脱離したりする状態でも、要求ＨＣを正確に与えることができる。
【００２７】
第８の発明では、精密なＥＧＲ量の予測と制御が可能となる。
【００２８】
第９の発明では、触媒表面温度がしきい値以下のとき後噴射を中止するので、触媒表面温度がしきい値以下のときにも後噴射を行うことによる燃費の悪化やＨＣの増大を防止できる。
【００２９】
第１０の発明では触媒表面温度が触媒表面の活性温度しきい値よりわずかに低いとき、また第１２の発明では触媒を流れる排気の温度が触媒の活性温度しきい値よりわずかに低いとき主噴射時期の遅角補正により排気温度を上昇させるので、触媒の活性域が拡大する。
【００３０】
第１３の発明では、モデル規範制御により応答遅れなく触媒を通過する排気の温度を予測できるので、応答遅れの大きい排気温度センサにより後噴射時期を決定するものに比して、過渡時の後噴射時期を適切に与えることができる。
【００３１】
第１４と第１５の各発明では、触媒上流側に設けたＮＯｘ濃度センサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量を演算し、この実測ＮＯｘ排出量に基づいて実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算するとともに、実測ＮＯｘ排出量が目標ＮＯｘ排出量と一致するように目標ＥＧＲ率をフィードバック制御するので、ＮＯｘ排出量の制御精度が高まり、これによってモデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるＨＣ量の過不足を抑制して、ＨＣとＮＯｘの各排出量をさらに低減することができる。また、ＮＯｘ濃度センサを触媒の下流に設ける場合に比べて制御応答がよく、かつ低濃度型のセンサでなくともよいので、検出精度の確保や生産バラツキの抑制が可能である。
【００３２】
第１６の発明では、ＮＯｘ濃度センサに過渡時の遅れがあっても、実測ＮＯｘ排出量を精度良く求めることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１において、排気通路５３にＮＯｘ触媒１を備える。これはたとえば銅系ゼオライト触媒（ＣＵ／ＺＳＭ−５）である。
【００３４】
エンジンには公知のコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。
【００３５】
これを図２により概説すると（詳細は特開昭９−１１２２５１号公報参照）、この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク１１、燃料供給通路１２、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられる燃料噴射弁１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は燃料供給通路１５を介してコモンレール１６にいったん蓄えられたあと、コモンレール１６の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁１７に分配される。
【００３６】
噴射ノズル１７は、針弁１８、ノズル室１９、ノズル室１９への燃料供給通路２０、リテーナ２１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で下方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピストン２２への燃料供給通路２４、この通路２４に介装される三方弁（電磁弁）２５などからなり、バルブボディ内の通路２０と２４が連通して油圧ピストン２２上部とノズル室１９にともに高圧燃料が導かれる三方弁２５のＯＦＦ時（ポートＡとＢが連通、ポートＢとＣが遮断）には、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の受圧面積より大きいことから、針弁１８が着座状態にあるが、三方弁２５がＯＮ状態（ポートＡとＢが遮断、ポートＢとＣが連通）になると、油圧ピストン２２上部の燃料が戻し通路２８を介して燃料タンク１１に戻され、油圧ピストン２２に作用する燃料圧力が低下する。これによって針弁１８が上昇して噴射弁先端の噴孔より燃料が噴射される。三方弁２５をふたたびＯＦＦ状態に戻せば、油圧ピストン２２に蓄圧室１６の高圧燃料が導びかれて燃料噴射が終了する。つまり、三方弁２５のＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。２６は逆止弁、２７はオリフィスである。
【００３７】
この燃料噴射装置１０にはさらに、コモンレール圧力を制御するため、サプライポンプ１４から吐出された燃料を戻す通路１３に圧力制御弁３１を備える。この圧力制御弁３１はコントロールユニット４１からのデューティ信号に応じて通路１３の流路面積を変えるためのもので、コモンレール１６への燃料吐出量を調整することによりコモンレール圧力を制御する。コモンレール１６の燃料圧力によっても燃料噴射量は変化し、三方弁２５のＯＮ時間が同じであれば、コモンレール１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００３８】
コモンレール圧力ＰＣＲ１を検出するセンサ３２からの信号が、アクセル開度センサ３３（アクセルペダルの踏み込み量に比例した出力Ｌを発生）、クランク角センサ３４（エンジン回転数とクランク角度を検出）、クランク角センサ３５（気筒判別を行う）、水温センサ３６とともに入力されるコントロールユニット４１では、エンジン回転数とアクセル開度に応じて主噴射の目標燃料噴射量Ｑfとコモンレール１６の目標圧力を演算し、圧力センサ３２により検出されるコモンレール圧力がこの目標圧力と一致するように圧力制御弁３１を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴射量Ｑfに対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、主噴射とは別に各気筒の膨張行程もしくは排気行程で後噴射を行って未燃ＨＣをＮＯｘ触媒１に供給する。
【００３９】
エンジンにはまた排気還流装置（ＥＧＲ装置）を備える。これを図３で説明すると、５１はディーゼルエンジンの本体、５２は吸気通路、５３は排気通路、５４は排気通路５３の排気の一部を吸気通路に還流するための通路（ＥＧＲ通路）である。
【００４０】
吸気通路５２は吸入空気量を計測するためのエアフローメータ５５が設置され、その下流に吸入空気を２段階に絞り込む吸気絞り弁５６が設けられる。この吸気絞り弁５６の下流側に前記したＥＧＲ通路５４が接続され、またＥＧＲ通路５４の途中には排気還流量をコントロールするための弁（ＥＧＲ弁）５７が介装される。
【００４１】
したがって、排気通路５３から吸気通路５２に流れる排気の還流量は、吸気絞り弁５６の開度に応じて発生する吸入負圧と、排気通路５３との排気圧力との差圧に応じるとともに、そのときのＥＧＲ弁５７の開度に対応して決定される。
【００４２】
前記吸気絞り弁５６は負圧アクチュエータ５６ａにより開度が２段階に制御され、負圧アクチュエータ５６ａには第１の電磁弁６１を介して図示しないバキュームポンプからの負圧を導く第１負圧通路６２と、第２の電磁弁６３を介して同じく負圧を導く第２負圧通路６４とが接続され、これら電磁弁６１、６２によって調圧された負圧により、吸気絞り弁５６の開度を２段階に制御し、その下流に発生する吸入負圧をコントロールするようになっている。
【００４３】
たとえば、第１の電磁弁６１が負圧導入をやめ、大気圧を導入し、第２の電磁弁６３が負圧を導入しているときは、負圧アクチュエータ５６ａの負圧は弱く、吸気絞り弁５６の開度は比較的大きくなり、これに対して、第１の電磁弁６１も負圧を導入しているときは負圧が強く、吸気絞り弁５６の開度は小さくなる。また、第１、第２の電磁弁６１、６３がともに大気圧を導入しているときは、吸気絞り弁５６はリターンスプリングにより、全開位置に保持される。
【００４４】
前記ＥＧＲ弁５７はステップモータ５７ａの回転によってリフト量が変化し、その開度が調整され、この開度に応じてＥＧＲ通路５４を通って吸気中に流入する排気還流量が増減する。なお、５７ｂはＥＧＲ弁５７の開度を検出する手段である。
【００４５】
コントロールユニット４１では、前記した第１、第２電磁弁６１、６３とステップモータ５７ａの作動を制御し、排気還流量を制御する。
【００４６】
図１に戻り、２は排気タービン２ａと吸気コンプレッサ２ｂとが同軸配置されるターボチャージャ、３は吸気コンプレッサ２ｂの下流かつコレクタ５２ａの上流の吸気通路に設けられるインタークーラ、４はスワール制御弁である。
【００４７】
さて、運転中の主噴射時期が、基準となる主噴射時期に対して、運転中の空燃比が、基準となる空燃比に対して、運転中の水温が、基準となる水温に対して、ＥＧＲ制御を行う場合の運転中のＥＧＲ率が、基準となるＥＧＲ率に対してそれぞれずれることがあり、この場合には要求ＨＣ量が基準値より変化する。
【００４８】
しかしながら、従来装置のように、後噴射量をエンジンの回転数と負荷等の運転条件からマップ検索により求めるだけでは、この運転中の主噴射時期、空燃比、水温、ＥＧＲ制御を行う場合のＥＧＲ率の各ずれに対応できず、後噴射により供給されるＨＣ量に過不足を生じる。
【００４９】
これに対処するため、本発明の第１実施形態では、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量ＭＨＣと基準ＮＯｘ排出量ＭＮＯｘを演算し、これらに対して噴射時期補正値ＫＩＴＨＣ、ＫＩＴＮＯｘ、空燃比補正値ＫＡＦＨＣ、ＫＡＦＮＯＸ、水温補正値ＫＴＷＨＣ、ＫＴＷＮＯｘ、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＣ、ＫＥＧＲＮＯｘを演算し、これら補正値でこれに対応する前記基準値を補正して基本ＨＣ排出量ＨＣＢと基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢを演算し、これらの比である実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算し、この実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算し、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて後噴射量Ｑfaf0を演算する。
【００５０】
コントロールユニット４１で行われるこの制御を次に詳述する。
【００５１】
ＥＧＲ制御について、その制御の大まかなブロック図を図４に、詳細なフローチャートおよびそのフローに使うマップやテーブルを図５〜図２８に（図５〜図２１については特願平９−１２５８９２号によりすでに提案している）、また後噴射の噴射時期および後噴射量の各制御について、その制御の大まかなブロック図を図２９に、詳細なフローチャートおよびそのフローに使うマップやテーブルを図３０〜図５８にそれぞれ示す。
【００５２】
ここで、コントロールユニット４１で行われる制御方法はモデル規範制御（多変数入力制御系のモデルを用いた制御の一つ）である。
【００５３】
このため、アクセル開度センサ３３、クランク角センサ３４、３５、水温センサ３６以外のセンサといえば、エアフローメータ５５とこのエアフローメータ５５近傍に設けた吸気温度センサ７１だけで、制御上で必要となる各種のパラメータ（たとえば後述する吸気圧、排気圧など）はコントロールユニット４１内ですべて予測演算することになる。なお、モデル規範制御のイメージは、たとえば図４や図２９において各ブロックが、その各ブロックに与えられた演算を、回りのブロックとの間でパラメータの授受を行いつつ瞬時に行うというものである。近年、モデル規範制御の理論的解析が急速に進んだことから、エンジン制御への適用が可能となり、現在、実用上も問題ないレベルにあることを実験により確認している。
【００５４】
以下、ＥＧＲ制御について先願装置と同様の部分を先に説明し、その後に本願発明部分の説明に移る。
【００５５】
まず図５は吸気圧（吸気マニホールド内）の演算フローで、Ｒef信号（クランク角の基準位置信号）に同期して実行する。
【００５６】
ステップ１ではシリンダ吸入新気量Ｑacとシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑec、吸入新気温度Ｔa、ＥＧＲ温度Ｔe、体積効率相当値Ｋinを読み込むが、これら５つの各パラメータの演算については、それぞれ別のフローにしたがって後で詳しく説明する。
【００５７】
ステップ２ではこれらのパラメータに基づいて
Ｋvol ： １シリンダ容積／吸気系容積
Ｋpm、Ｏpm ： 定数
の式（理論式）により吸気圧Ｐmを計算する。なお、Ｐmの初期値はＲＯＭに記憶させておく。
【００５８】
図６は排気圧（ＥＧＲ取り出し口）の演算フローである。
【００５９】
ステップ１ではシリンダから排出される排気量Ｑexh、排気温度Ｔexh、エンジン回転数Ｎeを読み込む。ただし、排気量Ｑexhと排気温度Ｔexhの各パラメータの演算については、別のフローにより後で詳しく説明する。
【００６０】
ステップ２では排気圧Ｐexhを
Ｐexh＝（Ｑexh×Ｎe／Ｋcon）2×Ｔexh×Ｋpexh＋Ｏpexh … （２）
ただし、Ｋcon、Ｋpexh、Ｏpexh：定数
の式（次元解析より求めた実験式）により計算する。なお、Ｐexhの初期値はＲＯＭに記憶させておく。
【００６１】
次に上記した各パラメータの演算方法について説明する。
【００６２】
まず、図７はシリンダ吸入新気量Ｑacを演算するフローである。ステップ１ではエアフローメータＡＭＦの出力電圧を読み込み、ステップ２でこの出力電圧からテーブル変換により吸気量を演算する。ステップ３では吸気脈動の影響をならすためこの吸気量演算値に対して加重平均処理を行う。
【００６３】
ステップ４ではエンジン回転数Ｎeを読み込み、ステップ５においてこの回転数Ｎeと前記した吸気量の加重平均値Ｑas0とから、１シリンダ当たりの吸気量Ｑac0を、
Ｑac0＝（Ｑas0／Ｎe）×ＫＣＯＮ ＃
ただし、ＫＣＯＮ ＃： 定数
の式により計算する。
【００６４】
ステップ６ではこのＱac0のｎ回演算分のディレイ処理を行い、このディレイ処理後の値Ｑac0・Ｚ-nをコレクタ５２ａ入口の新気量Ｑacｎとして算出する。これはエアフローメータ５５からコレクタ５２ａ入口までの吸入空気の遅れを考慮したものである。
【００６５】
ステップ７では容積比Ｋvolと体積効率相当値Ｋinを用い、上記のコレクタ５２ａ入口の新気量Ｑacｎから
Ｑac＝Ｑacn-1×（１−Ｋvol×Ｋin）＋Ｑacｎ×Ｋvol×Ｋin … （３）
ただし、Ｑacn-1：Ｑacの前回値
の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入新気量（シリンダに吸入される新気量）Ｑacを求める。これはコレクタ５２ａ入口からシリンダまでの吸入空気の遅れを考慮したものである。
【００６６】
図８はシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを演算するフローである。
【００６７】
この演算内容は上記図７に示したシリンダ吸入新気量Ｑacの演算方法と同様である。ステップ１で後述（図１６参照）のようにして求めるＥＧＲ量Ｑeを読み込み、ステップ２でエンジン回転数Ｎeを読み込む。ステップ３でＱeに対して加重平均処理を行い、ステップ４ではＱeの加重平均値であるＱes0とＮeと定数ＫＣＯＮ ＃ とからコレクタ５２ａ入口かつ１シリンダ当たりの吸入ＥＧＲ量Ｑecｎを計算する。さらに、ステップ５でこのコレクタ５２ａ入口かつ１シリンダ当たりの吸入ＥＧＲ量Ｑecｎと容積比Ｋvol、体積効率相当値Ｋinを用いて、
Ｑec＝Ｑecn-1×（１−Ｋvol×Ｋin）＋Ｑecｎ×Ｋvol×Ｋin … （４）
ただし、Ｑecn-1：Ｑecの前回値
の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecを計算する。これはコレクタ５２ａ入口からシリンダまでのＥＧＲガスの遅れを考慮したものである。
【００６８】
図９は吸入新気温度Ｔaを演算するフローである。ステップ１では吸気圧の前回値Ｐmn-1と吸気温度検出値Ｔa0を読み込み、この吸気圧の前回値Ｐmn-1に基づいてステップ２で圧力補正係数Ｋtmpiを、Ｋtmpi＝Ｐmn-1×ＰＡ ＃ の式より計算する。ただし、ＰＡ ＃ は定数である。
【００６９】
そして、ステップ３ではこの圧力補正係数Ｋtmpiに基づいてコレクタ５２ａ入口での吸入新気温度Ｔaを、Ｔa＝Ｔa0×Ｋtmpi＋ＴＯＦＦ ＃ の式（近似式）により計算する。ただし、ＴＯＦＦ ＃ は定数である。ＴＯＦＦ ＃ は水温や車速等により補正してもよい。
【００７０】
図１０はコレクタ５２ａ入口のＥＧＲガス温度Ｔeを演算するフローである。ステップ１で排気温度ＴexhとＥＧＲ通路内での排気温度降下係数ＫＴＬＯＳ ＃を読み込み、コレクタ入口５２ａのＥＧＲガス温度Ｔeを、Ｔe＝Ｔexh×ＫＴＬＯＳ ＃ の式により計算する。これはＥＧＲ取り出し口よりコレクタ入口までの温度降下を考慮したものである。なお排気温度Ｔexhの演算については後述する。
【００７１】
図１１は上記した体積効率相当値Ｋinを演算するフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑac、主噴射の目標燃料噴射量（以下単に燃料噴射量という）Ｑf、エンジン回転数Ｎeを読み込む（ただし、燃料噴射量Ｑfについては図１９により後述する）。ステップ２、３ではシリンダ吸入新気量Ｑacと回転数Ｎeとから図１２を内容とするマップを検索して体積効率基本値ＫinＨ１を、また燃料噴射量Ｑfと回転数Ｎeから図１３を内容とするマップを検索して体積効率負荷補正値ＫinＨ２を求め、ステップ４においてこれらＫinＨ１とＫinＨ２を乗算して体積効率相当値Ｋinを求める。
【００７２】
図１４は排気温度Ｔexhを演算するフローである。ステップ１、２では燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0とシリンダ吸気温度のサイクル処理値Ｔn0を読み込む（ただし、いずれも図１８により後述する）。さらに、ステップ３で排気圧の前回値Ｐexhn-1を読み込む。
【００７３】
ステップ４では燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0から図１５を内容とするテーブルを検索して排気温度基本値Ｔexhbを求める。
【００７４】
ステップ５で前記した吸気温度のサイクル処理値Ｔn0から排気温度の吸気温度補正係数Ｋtexh1を、Ｋtexh1＝（Ｔn0／ＴＡ ＃ ）KN # の式により計算する。ただし、ＴＡ ＃、 ＫＮ ＃ は定数である。
【００７５】
次に、ステップ６で排気温度の排気圧力補正係数Ｋtexh2を、排気圧の前回値Ｐexhn-1から、Ｋtexh2＝（Ｐexhn-1／ＰＡ ＃ ）( # Ke-1)/ # Keの式により計算する。ただし、ＰＡ ＃、＃ Ｋeは定数である。
【００７６】
そして、ステップ７では、排気温度基本値Ｔexhbに各補正係数Ｋtexh1、Ｋtexh2を乗じて排気温度Ｔexhを計算する。
【００７７】
図１６はＥＧＲ量Ｑeを演算するフローである。ステップ１では上記した吸気圧Ｐm、排気圧Ｐexh、ＥＧＲ弁実開度としてのＥＧＲ弁実リフト量Ｌiftsを読み込む。あるいは、ステップモータのように目標値を与えれば実際のＥＧＲ弁リフト量が一義に決まる場合は、目標ＥＧＲ弁リフト量でもよい。
【００７８】
ステップ２では、このＥＧＲ弁実リフト量Ｌiftsから図１７を内容とするテーブルを検索して、ＥＧＲ弁流路面積Ａveを求める。
【００７９】
そして、ステップ３において、ＥＧＲ流量Ｑeを、これら吸気圧Ｐmと排気圧Ｐexh、ＥＧＲ弁流路面積Ａveとから、Ｑe＝Ａve×（Ｐexh−Ｐm）1/2×ＫＲ ＃ の式により計算する。ただし、ＫＲ ＃ は定数で、ほぼ２× ρ （ρは排気密度）に等しい。
【００８０】
図１８はシリンダ吸入新気量、燃料噴射量、シリンダ吸気温度のサイクル処理のフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑac、燃料噴射量Ｑf、シリンダ吸気温度Ｔnを読み込む。なお、シリンダ吸気温度Ｔnは、シリンダに吸入される新気とＥＧＲガスとの混合ガスの平均温度、つまりＴn＝（Ｑac×Ｔa＋Ｑec×Ｔe）／（Ｑac＋Ｑec）の式により計算している（図２８により後述する）。
【００８１】
ステップ２ではこれらＱac、Ｑf、Ｔnを用いてＱexh＝Ｑac・Ｚ-(CYLN#-1)、Ｑf0＝Ｑf・Ｚ-(CYLN#-2)、Ｔn0＝Ｔn・Ｚ-(CYLN#-1)の式によりサイクル処理を施すが、これらはエアフローメータの読み込みタイミングに対しての位相差に基づく補正を行うものである。ただし、ＣＹＬＮ＃はシリンダ数である。たとえば４気筒エンジンでは、燃料の噴射は、エアフローメータの読み込みタイミングに対して１８０ＣＡ×（気筒数−２）ずれるので、シリンダ数から２引いた分だけディレイ処理を行う。
【００８２】
図１９は燃料噴射量Ｑfを演算するフローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎeとコントロールレバー開度（アクセルペダル開度により定まる）ＣＬを読み込み、ステップ２でこれらＮeとＣＬから図２０を内容とするマップを検索して基本燃料噴射量Ｍqdrvを求める。
【００８３】
ステップ３ではこの基本燃料噴射量に対してエンジン冷却水温等に基づいて各種の補正を行い、この補正後の値Ｑf1に対してさらにステップ４で図２１を内容とするマップに基づいて、燃料噴射量の最大値Ｑf1MAXによる制限を行い、制限後の値を燃料噴射量Ｑfとして演算する。
【００８４】
これで先願装置と同様の部分の説明を終える。
【００８５】
次に、図２２はＥＧＲ弁指令開度としてのＥＧＲ弁指令リフト量Ｌifttを演算するフローである。ステップ１では吸気圧Ｐm、排気圧Ｐexh、要求ＥＧＲ量Ｔqe（図２４により後述する）を読み込む。ステップ２ではＥＧＲ弁要求流路面積Ｔavを、Ｔav＝ ｛ （Ｐexh−Ｐm）×ＫＲ ＃｝ 1/2の式（流体力学の法則）で計算する。ただし、ＫＲ ＃ は補正係数である。ステップ３ではこのＥＧＲ弁要求流路面積Ｔavより図２３を内容とするテーブルを検索して目標ＥＧＲ弁開度としてのＥＧＲ弁目標リフト量Ｍliftを求め、この目標リフト量Ｍliftに対して、ステップ４において、ＥＧＲ弁の作動遅れ分の進み処理を行い、その進み処理後の値をＥＧＲ弁指令リフト量Ｌifttとして求める。
【００８６】
このようにして求められたＥＧＲ弁指令リフト量Ｌifttが図示しないフローによりステップモータ５７ａへと出力され、ＥＧＲ弁５７が駆動される。
【００８７】
図２４は上記の要求ＥＧＲ量Ｔqeの演算フローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎe、目標ＥＧＲ率Ｍegr（図２５により後述する）、シリンダ吸入新気量Ｑac、燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0を読み込み、ステップ２でシリンダ吸入新気量Ｑacに目標ＥＧＲ率Ｍegrを乗ずることで目標吸入ＥＧＲ量Ｔqec0を計算する。
【００８８】
ステップ３ではこの目標吸入ＥＧＲ量Ｔqec0に対して
Ｔqec＝Ｔqecn-1・（１−Ｋin・Ｋvol）＋Ｔqec0・Ｋin・Ｋvol … （５）
ただし、Ｔqecn-1：Ｔqecｎの前回値
の式により吸気系容量分の進み処理を行って目標シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｔqec（１シリンダ当たり）を求める。
【００８９】
ステップ４ではこの目標シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｔqecと回転数Ｎeと定数ＫＣＯＮ＃とから要求ＥＧＲ流量Ｔqe（全気筒分）を、Ｔqe＝（Ｔqec／Ｎe）×ＫＣＯＮ＃の式により計算する。
【００９０】
図２５は上記の目標ＥＧＲ率Ｍegrを演算するフローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎeと燃料噴射量Ｑfとシリンダ吸気温度Ｔn（図２８により後述する）を読み込み、このうちＮeとＱfとから図２６を内容とするマップを検索して、目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0を求める。
【００９１】
ステップ３ではシリンダ吸入ガス温度Ｔintから図２７を内容とするテーブルを検索して目標ＥＧＲ率補正値Ｈegr1を求め、この目標ＥＧＲ率補正値Ｈegr1を目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0に乗ずることによって目標ＥＧＲ率Ｍegrを計算する。
【００９２】
図２８は上記のシリンダ吸気温度Ｔnを演算するフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑacと吸入新気温度Ｔaとシリンダ吸入ＥＧＲ量ＱecとＥＧＲガス温度Ｔeを読み込み、これらからＴn＝（Ｑac×Ｔa＋Ｑec×Ｔe）／（Ｑac＋Ｑec）の式によりシリンダ吸入新気とシリンダ吸入ＥＧＲガスの平均温度を求めてこれをシリンダ吸気温度Ｔnとする。
【００９３】
次に、ＮＯｘ触媒１にＨＣを供給するための後噴射の時期と量の制御について説明する。
【００９４】
図３０はターボチャージャ２のタービン２ｂ出口温度相当値Ｔexhcbを演算するフローである。ステップ１で排気圧（タービン入口圧でもある）Ｐexhと排気温度（タービン入口温度でもある）Ｔexhと排気流量Ｑexhを読み込み、ステップ２において排気流量Ｑexhと排気温度Ｔexhから図３１を内容とするマップを検索して基準タービン回転数Ｎtを、また排気流量Ｑexhから図３２を内容とするテーブルを検索してタービン出口排気圧（＝触媒入口排気圧）Ｐexhcを求める。
【００９５】
ステップ３では排気圧Ｐexhとこのタービン出口排気圧Ｐexhcの圧力比であるＰexh／Ｐexhcとタービン回転数Ｎtから図３３を内容とするマップ（タービン単体の圧力比、効率性能図より設定する）を検索して効率相当値ηtを求める。
【００９６】
ステップ４ではこのようにして求めた効率相当値ηtを排気温度Ｔexhに乗じた値をタービン出口温度相当値Ｔexhcbとして求める。
【００９７】
図３４は触媒入口温度相当値Ｔexhcを演算するフローである。ステップ１で上記のタービン出口温度相当値Ｔexhcbと排気量Ｑexhと車速ＶＳＰとを読み込み、ステップ２において、車速ＶＳＰから図３５を内容とするテーブルを検索して、車速による排気管表面からの車速温度降下係数ＫＴＥＬＯＳ１を、また同じく排気量Ｑ exhから図３６を内容とするテーブルを検索して、排気流速による排気管面への伝熱割合を示す排気流量降下係数ＫＴＥＬＯＳ２を求める。
【００９８】
そして、ステップ３ではこれら係数ＫＴＥＬＯＳ１とＫＴＥＬＯＳ２をタービン出口温度相当値Ｔexhcbに乗じた値を触媒入口排気温度相当値Ｔexhcとして計算する。これは、タービン２ｂ出口より触媒１入口までの排気温度の低下を考慮するものである。
【００９９】
図３７は、目標後噴射時期（目標とする後噴射開始時期）ＩＴafterの演算フローである。ステップ１で上記の触媒入口温度相当値Ｔexhcを読み込み、ステップ２においてこの触媒入口温度相当値Ｔexhcから図３８を内容とするテーブルを検索して目標後噴射時期ＩＴafterを求める。図３８において触媒入口温度相当値Ｔexhcが小さい温度域（つまり低負荷域）が主に使う領域であり、触媒入口温度相当値Ｔexhcが大きくなる領域（つまり高負荷域）で遅角させているのは、Ｔexhcが大きいとＨＣが燃えてしまうので、これを避けるためである。
【０１００】
図３９は触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdの演算フローである。ステップ１で上記の触媒入口温度相当値Ｔexhcを読み込み、ステップ２において、
Ｔexhbd＝Ｔexhbdn-1×ＴＤＢＥＤ＃＋Ｔexhc×（１−ＴＤＢＥＤ＃）… （６）
ただし、Ｔexhbdn-1：Ｔexhbdの前回値
ＴＤＢＥＤ＃：定数（昇温時定数相当値）
の式（一次遅れの式）より触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdを計算する。これは、触媒入口温度に対して応答遅れをもって触媒ベッド温度が変化するので、これを考慮したものである。なお、Ｔexhbdの初期値は一定値でよい。
【０１０１】
図４０は触媒１表面積と触媒１を通過するガスの質量流量との比であるＳＶ比の演算フローである。ステップ１で排気量Ｑexhを読み込み、ステップ２においてＳＶ比＝Ｑexh×ρ／ＳＣＡＴ＃の式よりＳＶ比を計算する。ただし、ρは排気代表比重、ＳＣＡＴ＃は触媒総表面積である。
【０１０２】
図４１は触媒１を通過する排気中の酸素濃度ＥＸo2の演算フローである。ステップ１で排気量Ｑexh、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑec、シリンダ吸入新気量Ｑac、エンジン回転数Ｎe、燃料噴射量Ｑfを読み込み、ステップ２で排気量Ｑexhと回転数Ｎeを用いて
Ｑdry＝Ｑexh／ ｛ ＭＯＬＡＩＲ＃×（Ｎe／2）×ＮＣＹＬ＃×60×1000 ｝… （７）
ただし、ＭＯＬＡＩＲ＃：空気の見かけの分子量
ＮＣＹＬ＃：気筒数
の式より乾燥空気流量Ｑdryを求め、ステップ３で燃料噴射量Ｑfを用いて
ＣＦ＃：Ｃの質量比
ＡＣ＃：Ｃの原子量
ＡＨ＃：Ｈの原子量
の式より要求酸素量Ｑoを計算し、これら乾燥空気流量Ｑdry、要求酸素量Ｑoを用い、ステップ４において
の式により酸素濃度Ｃeo2を計算する。
【０１０３】
ステップ５では、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｑecとシリンダ吸入新気量Ｑacを用いて実ＥＧＲ率相当値Ｒegrを、Ｒegr＝（Ｑec／Ｑac）×100の式により計算し、この実ＥＧＲ率相当値Ｒegrと上記の酸素濃度Ｃeo2を用い、ステップ６において、
【０１０４】
図４２は排気中のＨＣ／ＮＯｘ比の演算フローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑac、エンジン回転数Ｎe、燃料噴射量Ｑf、目標主噴射時期（目標とする主噴射の開始時期）ＩＴs、実ＥＧＲ率相当値Ｒegrを読み込み、ステップ２でシリンダ吸入新気量Ｑacと燃料噴射量Ｑfを用いて空燃比Ｌambdaを、Ｌambda＝Ｑac／（ＴＨＡＦ＃×Ｑf）の式より計算する。ただし、ＴＨＡＦ＃は定数である。
【０１０５】
ステップ３ではＱfとＮeから図４３と図４４を内容とするマップを検索して基準ＮＯｘ排出量ＭＮＯｘと基準ＨＣ排出量ＭＨＣを求める。
【０１０６】
ステップ４から７まではこれらに対する各種補正値を演算する部分である。すなわち、ステップ４で目標主噴射時期ＩＴsから図４５を内容とするテーブルを検索することにより、基準となる噴射時期に対して運転中の噴射時期がずれている分だけＭＮＯｘとＭＨＣを補正するための値ＫＩＴＮＯＸとＫＩＴＨＣを、ステップ５で空燃比Ｌambdaから図４６を内容とするテーブルの検索により、基準となる空燃比に対して、運転中の空燃比がずれている分だけＭＮＯｘとＭＨＣを補正するための値ＫＡＦＮＯＸとＫＡＦＨＣを、ステップ６で実ＥＧＲ率相当値Ｒegrから図４７を内容とするテーブルの検索により、基準となるＥＧＲ率に対して、運転中のＥＧＲ率がずれている分だけＭＮＯｘとＭＨＣを補正するための値ＫＥＧＲＮＯＸとＫＥＧＲＨＣを、ステップ７で冷却水温Ｔwから図４８を内容とするテーブルの検索により、基準となる冷却水温に対して、運転中の冷却水温がずれている分だけＭＮＯｘとＭＨＣを補正するための値ＫＴＷＮＯＸとＫＴＷＨＣをそれぞれ求める。
【０１０７】
ここで、基準となる噴射時期、基準となる空燃比、基準となるＥＧＲ率、基準となる冷却水温とは、標準状態（吸気温度、冷却水温、大気圧）において、エンジン回転数と負荷（燃料噴射量）で設定される定常運転時の制御目標の値のことである。
【０１０８】
これら補正値を用い、ステップ８では
【０１０９】
図４９は要求ＨＣ量ＨＣ０の演算フローである。ステップ１で燃料噴射量Ｑfとエンジン回転数Ｎeを読み込み、ステップ２でＱfとＮeから図５０を内容とするマップを検索して目標ＨＣ／ＮＯｘ比であるＴ ＨＮrを求め、ステップ３では
ＨＣ０＝（Ｔ ＨＮr−Ｉ ＨＮr）×ＨＣＢ … （１３）
の式より要求ＨＣ量ＨＣ０を計算する。
【０１１０】
通常、目標ＨＣ／ＮＯｘ比であるＴ ＨＮrより実際のＨＣ／ＮＯｘ比であるＩ ＨＮrのほうが小さいので、その差に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を求め、この値に基づいて後噴射量を演算（図５３により後述する）することで、エンジン回転数とエンジン負荷からマップ検索により後噴射量を求めるだけの従来装置と比較して、必要なＨＣ量だけを精度良く供給できるのである。
【０１１１】
図５１はＮＯｘ触媒１の前方もしくは内部にＨＣ吸着剤を装着した場合に、そのＨＣ吸着剤におけるＨＣの吸着・脱離量の演算フローである。ステップ１で触媒入口温度相当値Ｔexhcを読み込み、このＴexhcからステップ２において図５２を内容とするテーブルを検索して、ＨＣの吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴを求め、ステップ３においては
ＨＣＡＢ＝ＨＣＡＢn-1＋ＧＫＣＡＴ … （１４）
ただし、ＨＣＡＢn-1：ＨＣＡＢの前回値
の式により総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢを計算する。
【０１１２】
ここで、吸着剤にＨＣが吸着されるときは、吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴが正となるため、総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢがプラス側に増加し、この逆に吸着剤よりＨＣが脱離するときは、吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴが負となるため総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢがマイナス側に減少する。つまり、ＨＣＡＢは吸着剤に吸着されているＨＣの総量に相当するわけである（ただし下限値は０）。
【０１１３】
ステップ４ではＧＫＣＡＴ ＜ ０（つまりＨＣの脱離モード）でかつ総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢが０（つまりＨＣが全く吸着されていない）であるかどうか、また、ステップ５ではＧＫＣＡＴ ＞ ＨＣ（つまりＨＣの吸着モード）でかつ総ＨＣ吸着量指数ＨＣＡＢがＦＵＬＬ（つまり吸着剤へのＨＣ吸着量が満タン）であるかどうかみる。
【０１１４】
ＨＣ脱離モードでかつＨＣが全く吸着されていないときと、吸着モードでかつ吸着剤へのＨＣ吸着量が満タンのときとはステップ７に進んで、上記の要求ＨＣ量ＨＣ０をそのまま目標ＨＣ量であるＴ ＨＣとする。
【０１１５】
これに対して、上記２つのケース以外のとき（吸着剤への吸着量が満タンでなくＨＣが吸着されている状態や吸着剤にＨＣが存在し、そのＨＣが脱離している状態のとき）は、ステップ４、５よりステップ６に進んで、
Ｔ ＨＣ＝ＨＣ０＋ＧＫＣＡＴ×ＫＡＢ＃ … （１５）
ただし、ＫＡＢ＃：ＨＣ量への換算係数
の式により目標ＨＣ量Ｔ ＨＣを計算する。
【０１１６】
この（１５）式によれば、吸着剤にＨＣが吸着されるときは、吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴが正となって目標ＨＣ量Ｔ ＨＣが増量補正され、この逆に吸着剤よりＨＣが脱離するときは吸着・脱離ゲインＧＫＣＡＴが負となって目標ＨＣ量Ｔ ＨＣが減量補正される。これは、吸着剤にＨＣが吸着されるときは、その分のＨＣが触媒１に供給されない（つまり後噴射量が不足する）ことになり、また吸着剤からＨＣが脱離するときは、その分のＨＣが触媒１に余計に供給される（つまり後噴射量が多すぎる）ことになるので、これを修正するようにしたものである。
【０１１７】
図５３は後噴射量の演算フローである。ステップ１で触媒入口温度相当値Ｔexhc、触媒ベッド温度相当値Ｔexhbd、ＳＶ比、燃料噴射量Ｑf、エンジン回転数Ｎeを読み込む。
【０１１８】
ステップ２からステップ１３までは後噴射量を行う条件であるかどうかを判定する部分で、次の条件
〈１〉 フラグＦＴＥＸＨＣ＝１（つまり触媒入口温度相当値Ｔexhcがそのしきい値以上）である、
〈２〉 フラグＦＴＥＸＢＤ＝１（つまり触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdがそのしきい値以上）である、
〈３〉 ＳＶ比がそのしきい値ＴＳＶ＃以下である（ステップ１２）、
〈４〉 回転数Ｎeがそのしきい値ＴＮＥ ＃ 以上かつ燃料噴射量Ｑfがそのしきい値ＴＱf＃以上である（ステップ１３）
の全てを満足するとき（後噴射条件の成立時）、ステップ１４以降に進んで後噴射量を算出し、上記いずれかの条件でも満足しないとき（後噴射条件の非成立時）にはステップ１８に進んで後噴射量を算出しない（後噴射量Ｑfaf＝０）。
【０１１９】
上記 〈１〉 と 〈２〉 は触媒１が活性化しているかどうかを確認するためのもので、触媒１が活性化していないのに後噴射を行ったのでは、燃費の悪化やＨＣの増大を招くので、これを防止するため、 〈１〉 と 〈２〉 を条件としたわけである。
【０１２０】
ここで、上記フラグＦＴＥＸＨＣとフラグＦＴＥＸＢＤは、触媒入口温度相当値Ｔexhcと触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdに対するしきい値にヒステリシスを設けたために必要となるものである。２つのフラグＦＴＥＸＨＣとＦＴＥＸＢＤの設定方法は同様なので、フラグＦＴＥＸＨＣのほうで代表して述べると、フラグＦＴＥＸＨＣ＝１の状態で触媒入口温度相当値Ｔexhcが高い状態にあり、この状態から温度低下してきて第１温度しきい値Ｔtexhc1 ＃ を下回った段階ではフラグＦＴＥＸＨＣを “ ０ ” に切換えず、さらに温度低下して第２温度しきい値Ｔtexhc2 ＃ （Ｔtexhc2 ＃＜ Ｔtexhc1 ＃ ）を下回ったときやっとフラグＦＴＥＸＨＣを “ ０ ” に切換える（ステップ２、３、４）。この逆にフラグＦＴＥＸＨＣ＝０の状態で触媒入口温度相当値Ｔexhcが低く、この状態から温度上昇しても第２温度しきい値Ｔtexhc2 ＃ を上回った段階ではフラグＦＴＥＸＨＣを“ １ ” に切換えず、さらに温度上昇して第１温度しきい値Ｔtexhc1 ＃ を超えるとフラグＦＴＥＸＨＣを “ １ ” に切換える（ステップ２、５、６）のである。
【０１２１】
さて、後噴射条件の成立時は、ステップ１４で目標ＨＣ量であるＴ ＨＣと排気中の酸素濃度ＥＸo2を読み込み、このうち酸素濃度ＥＸo2からステップ１５において図５４を内容とするテーブルを検索して、ＨＣ量補正係数Ｋqfを求め、またステップ１６において図５５を内容とするテーブルを用いて目標ＨＣ量で有るＴ ＨＣを基本後噴射量Ｑfaf0に変換する。ステップ１７ではこの基本噴射量Ｑfaf0に上記のＨＣ量補正係数Ｋqfを乗じて目標後噴射量Ｑfaf1を算出する。
【０１２２】
触媒１は排気中の酸素濃度（あるいは空気過剰率）に応じてＨＣを酸化してしまう作用があるため（図８４参照）、ＮＯｘを還元するためには排気中の酸素濃度に応じてＨＣが酸化される以上のＨＣを供給する必要があるのであるが、このように、排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じて基本後噴射量Ｑfaf0を補正することで、触媒１が排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じてＨＣを酸化する場合であっても、後噴射量を正確に算出できることになる。
【０１２３】
次に、図５６は主噴射時期の排気温度補正フローである。ステップ１で目標主噴射時期ＩＴsb、触媒入口温度相当値Ｔexhc、触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdを読み込む。なお、目標主噴射時期ＩＴsbはエンジンの回転数と負荷より基本的に定まり、この基本値がＮＯｘ排出量や水温などにより補正されて求められる値である。
【０１２４】
ステップ２では、触媒活性排気温度しきい値Ｔ１＃と触媒入口温度相当値Ｔexhcの差ｄＴ１および触媒ベッド活性温度しきい値Ｔ２＃と触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdの差ｄＴ２をそれぞれ計算し、ステップ３においてこれら温度差ｄＴ１とｄＴ２より図５７と図５８を内容とするテーブルを検索して主噴射時期の排気温度補正値ＩＴh1と主噴射時期の触媒表面温度補正値ＩＴh2を求める。ステップ４では目標主噴射時期ＩＴsbからこれら２つの補正値ＩＴh1とＩＴh2を差し引いた値を指令主噴射時期ＩＴsとすることによって、主噴射時期を遅角補正する。
【０１２５】
なお、ＩＴsという記号は、図５５までにおいては目標主噴射時期として述べているので紛らわしいが、図５５までにおいて述べた目標主噴射時期ＩＴsは図５６のＩＴsbとＩＴsのいずれであってもかまわない。
【０１２６】
ここで、主噴射時期が遅角補正されるのは、触媒活性排気温度しきい値Ｔ１＃に対して触媒入口温度相当値Ｔexhcがわずかに下回る場合や触媒ベッド活性温度しきい値Ｔ２＃に対して触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdがわずかに下回る場合である。
【０１２７】
これを図５９を参照しながら具体的に説明すると、車速ＶＳＰの変化に対して、触媒入口温度相当値Ｔexhcのほうは応答良く変化するものの、触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdのほうは遅れをもって変化している。この結果、両者がともに温度しきい値を超えるのは図示のＡ区間となり、図５３によればこのＡ区間でだけ後噴射が行われる（この後噴射によるＨＣのＮＯｘ触媒への供給によりＮＯｘの還元浄化が精度良く行われる）。
【０１２８】
この場合、Ａ区間に隣接するＢ区間やＣ区間は触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdや触媒入口温度相当値Ｔexhcがこれに対応する温度しきい値を少し下回っているだけであるから、排気温度を少し高めてやりさえすれば、触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdと触媒入口温度相当値Ｔexhcがともに温度しきい値を超えることになり（つまり後噴射条件が成立し）、後噴射が行われてＮＯｘ還元効率が高められる。
【０１２９】
そこで、触媒入口温度相当値Ｔexhcや触媒ベッド温度相当値Ｔexhbdがこれに対応する温度しきい値をわずかに下回る場合は、主噴射時期を遅角補正することにより、排気温度を上昇させて触媒１の活性域を拡大し、これによってＮＯｘ還元浄化を一段と進めるようにしたのである。
【０１３０】
このように、本発明の実施形態では、エンジンの回転数Ｎeとエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量ＭＨＣと基準ＮＯｘ排出量ＭＮＯｘを演算し、これらに対して噴射時期補正値ＫＩＴＨＣ、ＫＩＴＮＯｘ、空燃比補正値ＫＡＦＨＣ、ＫＡＦＮＯＸ、水温補正値ＫＴＷＨＣ、ＫＴＷＮＯｘ、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＣ、ＫＥＧＲＮＯｘを演算し、これら補正値でこれに対応する前記基準値を補正して基本ＨＣ排出量ＨＣＢと基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢを演算し、これらの比である実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrを演算し、この実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算し、この要求ＨＣ量ＨＣ０に基づいて後噴射量Ｑfaf0を演算するので、運転中の主噴射時期、空燃比、水温、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ率が基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、ＥＧＲ制御を行う場合は基準となるＥＧＲ率に対してそれぞれずれることがあっても、要求ＨＣ量を過不足なく求めることができ、これによってエンジン回転数とエンジン負荷からマップを検索して後噴射量を求めるものよりも、必要なＨＣ量だけを精度良く供給できる。
【０１３１】
この結果、図６０に示すように従来装置（図ではマップ制御で表示）に比べて後噴射による無駄なＨＣの供給を抑制できるとともに飛躍的に過渡運転時のＮＯｘ還元性能が向上することになった。
【０１３２】
また、特にＥＧＲ制御を行う場合に、ＮＯｘ転換率が低下するＳＶ比の大きい領域で後噴射を中止するので、この領域でも後噴射を実行することに伴うＨＣの過剰供給による白煙の発生や燃費の悪化を抑制することができる。
【０１３３】
図６１〜図８２は第２実施形態で、第１実施形態との関係は次の通りである。
【０１３４】
▲１▼図６１が図１に、図６２が図４に、図６３が図２５に、図７０が図２９に、図７１が図４２に、図７８〜図８１が図４９、図５０にそれぞれ対応する。
【０１３５】
▲２▼図２、図３、図５〜図２４、図２６〜図２８、図３０〜図４１、図５１〜図５９は第２実施形態でもそのまま用いる。図４３〜図４８は第２実施形態では用いない。
【０１３６】
▲３▼図６４〜図６９、図７２〜図７７を追加して設ける。
【０１３７】
さて、第１実施形態は、モデル規範制御によりＮＯｘ排出量を予測するものである。このため、系を物理則を用いて記述しているのであるが、その記述（モデル）が実際と合わない領域（たとえば、自動変速機付き車両によりモード走行を行わせる場合に車速を増すときシフトアップが行われるが、このシフトアップ時）があり、その領域で後噴射によるＨＣ量の過不足が生じ、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量がわずかながら増えることがわかっている。
【０１３８】
一方、従来、車両に適用できる小型で信頼性が高くかつ安価なＮＯｘ濃度センサがなかったため、ＮＯｘセンサを実車に適用した例がほとんどみあたらなかったが、近年のＮＯｘ濃度センサの研究、製造技術の発展により、実車に適用しうるセンサが開発されつつある（たとえば、ＳＡＥ９６０３４４で示される固体電解質タイプのＮＯｘ濃度センサや特開平７−３２５０５９号公報に示される単結晶様構造をもつ物質をＮＯｘ感応体としてＮＯｘ濃度を検出するものなど）。
【０１３９】
そこで、こうしたＮＯｘ濃度センサを用いてＮＯｘ排出量をフィードバック制御することが考えられる。
【０１４０】
この場合、制御したい量は触媒出口のＮＯｘ排出量であるから、ＮＯｘ濃度センサをＮＯｘ触媒１の下流に設け、このセンサ検出値に基づいてフィードバック制御しても、触媒自体が大きな遅れ要素となるので、フィードバック制御の制御ゲインを大きくとれない。このため、制御応答が悪くなるほか、制御精度もよくない。また、触媒により浄化されたガスを検出しなければならないため低濃度型のセンサが必要となり、検出精度の確保や生産バラツキの抑制、コスト抑制が困難である。
【０１４１】
そこで第２実施形態では、ＮＯｘ触媒１の上流にＮＯｘ濃度センサを設け、このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量を演算し、この実測ＮＯｘ排出量を第１実施形態におけるＮＯｘ排出量の予測値に代えて用いるとともに、実測ＮＯｘ排出量が目標ＮＯｘ排出量と一致するように目標ＥＧＲ率をフィードバック制御することにより、モデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるＨＣ量の過不足を抑制して、ＨＣとＮＯｘの各排出量をさらに低減するとともに、ＮＯｘ濃度センサを用いていても、制御応答を高め、かつ高価な低濃度型のセンサを用いなくともよいようにしたものである。
【０１４２】
具体的には、まず触媒１の上流側に設けたＮＯｘ濃度センサ７２（図１参照）からのセンサ検出値を用いたＮＯｘ排出量のフィードバック制御について説明する。
【０１４３】
図６４は目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘを演算するフローである。ステップ１で燃料噴射量Ｑfとエンジン回転数Ｎeを読み込み、これらから図６５を内容とするマップを検索して目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘを求める。
【０１４４】
図６６は実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを演算するフローである。ステップ１でシリンダ吸入新気量Ｑacと燃料噴射量のサイクル処理値Ｑf0を読み込み、これらを用い、ステップ２において吸気乾燥モル流量Ｍ Ｑacを
ＨＦ＃：Ｈの質量比
ＣＦ＃：Ｃの質量比
ＡＨ＃：Ｈの原子量
の式により計算する。
【０１４５】
ステップ３ではエンジン回転数Ｎeを読み込む。ステップ４でＮＯｘ濃度センサ７２の出力電圧ＮＯｘ ioを読み込み、このセンサ出力電圧ＮＯｘ ioからステップ５においてセンサ出力電圧とＮＯｘ濃度の関係を与えたテーブルを検索して、ＮＯｘ濃度Ｃ ＮＯｘを求め、さらにステップ７では、このＮＯｘ濃度Ｃ ＮＯｘ、上記の吸気乾燥モル流量Ｍ Ｑac、エンジン回転数Ｎeを用いて、定常状態でのＮＯｘ排出量（質量流量）ＲＮＯｘ０を
ＡＯ：Ｏの分子量
ＮＣＹＬ＃：気筒数
の式により計算する。
【０１４６】
ステップ８では、ＮＯｘ濃度センサ７２の検出遅れを一次遅れとみなし、
Ｋ ＮＯｘｉ＃：時定数相当値
の式により時定数相当値分だけの進み処理を行った値を実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘとして求める。なお、ＲＮＯｘの初期値は固定値（ ≒ １）である。
【０１４７】
図６７は目標ＥＧＲ率のフィードバック補正量Ｈegr2を演算するフローである。ステップ１で上記の目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘ、実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘ、目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0を読み込み、ステップ２において実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘと目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘの差ｄＮＯｘ（＝ＴＮＯｘ−ＲＮＯｘ）を計算し、この差ｄＮＯｘからステップ３において図６８を内容とするテーブルを検索して、基本ＥＧＲ率フィードバック補正量ＫＥＧＲＨを求める。ステップ４では、図６９を内容とするテーブルを検索して、フィードバック補正ゲインＧＥＧＲＨを求め、ステップ５においてこの補正ゲインＧＥＧＲＨを基本ＥＧＲ率フィードバック補正量ＫＥＧＲＨに乗じて、目標ＥＧＲ率のフィードバック補正量Ｈegr2を計算する。
【０１４８】
そして、図６３のステップ３に示したように、この目標ＥＧＲ率のフィードバック補正量Ｈegr2をＨegr1×Ｍegr0にさらに乗じることによって、目標ＥＧＲ率をフィードバック制御する。
【０１４９】
ここで、図６８に示したように、ＲＮＯｘがＴＮＯｘより少ない（つまりｄＮＯｘが正）ときは、基本ＥＧＲ率フィードバック補正量ＫＥＧＲＨに１．０を超える値を与えて目標ＥＧＲ率Ｍegrを大きく（ＮＯｘ排出量が増える側に補正）し、この逆にＲＮＯｘがＴＮＯｘより多い（つまりｄＮＯｘが負）ときは、基本ＥＧＲ率フィードバック補正量ＫＥＧＲＨに１．０を下回る値を与えて目標ＥＧＲ率Ｍegrを小さく（ＮＯｘ排出量が減る側に補正）するのである。なお、ＮＯｘ濃度センサ７２により保証されるＮＯｘ濃度検出範囲に図６８に示した不感帯を設けて、ＮＯｘ濃度センサ７２の検出精度以上での誤ったフィードバック制御の防止と、前述の目標ＥＧＲ率のフィードバック制御との干渉を回避している。
【０１５０】
また、図６９のように、目標ＥＧＲ率基本値Ｍegr0が小さくなるほどフィードバック補正ゲインＧＥＧＲＨを小さくしているのは、一般的にＥＧＲ量が少ない運転条件ほどＥＧＲ率の増減によるＮＯｘ排出量の変化感度が大きいので、ＥＧＲ量が少ない運転条件ではフィードバック制御の制御感度を鈍くすることで、ＮＯｘ排出量が大きく変化することがないようにするためである。
【０１５１】
次に、図７１は排気中の実測ＨＣ／ＮＯｘ比を演算するフローである。ステップ１で上記の実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘ（ＮＯｘ濃度センサ７２に基づいて演算される）、実測ＨＣ排出量ＲＨＣ（ＨＣ濃度センサ７３（図１参照）に基づいて演算される）を読み込み、ステップ２で実測ＨＣ／ＮＯｘ比であるＩ ＨＮrをＩ ＨＮr＝ＲＨＣ／ＲＮＯｘの式により計算する。
【０１５２】
なお、エンジンの仕様によっては、ＨＣ濃度センサ７３なしでも、図７２に示すフローとこれに用いる図７３〜図７７の特性に従えばエンジンアウトのＨＣ排出量を予測することが可能である。なお、図７２〜図７７は図４２〜図４８より基本ＮＯｘ排出量ＮＯｘＢについての演算部分を削除して再構成したものであるため、説明は省略する。
【０１５３】
図７８は要求ＨＣ量ＨＣ０の演算フローである。ステップ１でエンジン回転数Ｎe、燃料噴射量Ｑf、空燃比Ｌambda、実ＥＧＲ率相当値Ｒegr、実測ＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮr、を読み込み、このうちＮeとＱfとからステップ２において図７９を内容とするマップを検索して、目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrを求める。
【０１５４】
ステップ３では空燃比Ｌambdaと実ＥＧＲ率相当値Ｒegrから図８０と図８１を内容とするテーブルを検索して、目標ＨＣ／ＮＯｘ比の空燃比補正値ＫＡＦＨＮとＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＮを求め、これら補正値を上記の目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrに乗じた値を、ステップ４において改めて目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrとする。
【０１５５】
ここで、空燃比補正値ＫＡＦＨＮは図８０に示したように空燃比のリッチ側で小さくなる値である。これは、図７９の目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrをマッチングしたときの空燃比（基準空燃比）よりリッチ側の空燃比のとき、基準空燃比の場合よりＨＣ増加 ＞ ＮＯｘ増加となるので、空燃比補正値ＫＡＦＨＮによりＴ ＨＮrをＨＣの減量側に補正するためである。
【０１５６】
ＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＮは図８１のように実ＥＧＲ率相当値Ｒegrの小さくなる側で大きくなる値である。これは、図７９の目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrをマッチングしたときのＥＧＲ率（基準ＥＧＲ率）より小さなＥＧＲ率のとき、基準ＥＧＲ率の場合よりＨＣ増加 ＜ ＮＯｘ増加となるので、ＥＧＲ補正値ＫＥＧＲＨＮによりＴ ＨＮrをＨＣの増量側に補正するためである。
【０１５７】
ステップ５では
ＨＣ０＝（Ｔ ＨＮr−Ｉ ＨＮr）×ＲＨＣ …（１９）
の式より要求ＨＣ量ＨＣ０を計算する。
【０１５８】
また、ＨＣ濃度センサ７３を設けることなく、前述の図７２に示すフローによりエンジンアウトのＨＣ排出量を予測するときは、（１９）に代えて
ＨＣ０＝（Ｔ ＨＮr−Ｉ ＨＮr）×ＨＣＢ … （２０）
を用いる。
【０１５９】
このように第２実施形態では、触媒１の上流にＮＯｘ濃度センサ７２を設け、このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを演算し、この実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘを第１実施形態におけるＮＯｘ排出量の予測値に代えて用いるとともに、実測ＮＯｘ排出量ＲＮＯｘが目標ＮＯｘ排出量ＴＮＯｘと一致するように目標ＥＧＲ率をフィードバック制御するようにしたので、モデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるＨＣ量の過不足を抑制して、ＨＣとＮＯｘの各排出量をさらに低減することができる。
【０１６０】
図８２は同一の走行モードで試験したときの排気特性である。図示のように、第２実施形態によれば、同じ走行モードで比較したとき、第１実施形態よりもさらにＨＣとＮＯｘの各排出量が低減されている。
【０１６１】
また、ＮＯｘ濃度センサを触媒の下流に設ける場合に比べて制御応答がよく、かつ低濃度型のセンサでなくともよいので、検出精度の確保や生産バラツキの抑制が可能である。
【０１６２】
実施形態では、実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrの差に応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算する場合で説明したが、実際のＨＣ／ＮＯｘ比Ｉ ＨＮrと目標ＨＣ／ＮＯｘ比Ｔ ＨＮrに応じて要求ＨＣ量ＨＣ０を演算してもかまわない。Ｔ ＨＮrは簡単には一定値でもよい。
【０１６３】
実施形態では、排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じて基本後噴射量Ｑfaf0を補正する場合で説明したが、排気中の酸素濃度ＥＸo2に応じてＭＮＯｘ、ＭＨＣを補正することもできる。ＳＶ比はＥＧＲ制御を行わない場合にも用いることができる。
【０１６４】
実施形態では、コモンレール式燃料噴射装置を用いた場合で説明したが、これに限定されるものでない。たとえばユニットインジェクタを用いる場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】コモンレール式燃料噴射装置のシステム図。
【図３】ＥＧＲ制御システム図。
【図４】ＥＧＲ制御システムのブロック図。
【図５】吸気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図６】排気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図７】シリンダ吸入新気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図８】シリンダ吸入ＥＧＲ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図９】吸気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図１０】ＥＧＲ温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図１１】体積効率相当値の演算を説明するためのフローチャート。
【図１２】体積効率基本値の特性図。
【図１３】体積効率負荷補正値の特性図。
【図１４】排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図１５】排気温度基本値の特性図。
【図１６】ＥＧＲ流量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１７】ＥＧＲ弁流路面積の特性図。
【図１８】サイクル処理を説明するためのフローチャート。
【図１９】燃料噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図２０】主噴射の基本燃料噴射量の特性図。
【図２１】主噴射の最大噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図２２】ＥＧＲ弁指令リフト量の演算を説明するためのフローチャート。
【図２３】ＥＧＲ弁目標リフト量の特性図。
【図２４】要求ＥＧＲ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図２５】目標ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図２６】目標ＥＧＲ率基本値の特性図。
【図２７】目標ＥＧＲ率補正値の特性図。
【図２８】シリンダ吸気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図２９】後噴射の量と時期の制御システムのブロック図。
【図３０】タービン出口排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図３１】基準タービン回転数の特性図。
【図３２】タービン出口排気圧の特性図。
【図３３】効率の特性図。
【図３４】触媒入口排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図３５】車速温度降下係数の特性図。
【図３６】排気流量効果係数の特性図。
【図３７】後噴射時期の演算を説明するためのフローチャート。
【図３８】目標後噴射時期の特性図。
【図３９】触媒ベッド温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図４０】ＳＶ比の演算を説明するためのフローチャート。
【図４１】排気中の酸素濃度の演算を説明するためのフローチャート。
【図４２】ＨＣ／ＮＯｘ比の演算を説明するためのフローチャート。
【図４３】基準ＮＯｘ排出量特性図。
【図４４】基準ＨＣ排出量の特性図。
【図４５】噴射時期補正値の特性図。
【図４６】空燃比補正値の特性図。
【図４７】ＥＧＲ補正値の特性図。
【図４８】水温補正値の特性図。
【図４９】要求ＨＣ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図５０】目標ＨＣ／ＮＯｘ比の特性図。
【図５１】ＨＣ吸着・脱離量の演算を説明するためのフローチャート。
【図５２】吸着・脱離ゲインの特性図。
【図５３】後噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図５４】ＨＣ量補正係数の特性図。
【図５５】基本後噴射量の特性図。
【図５６】主噴射時期の排気温度補正を説明するためのフローチャート。
【図５７】主噴射時期の排気温度補正値の特性図。
【図５８】主噴射時期の触媒表面温度補正値の特性図。
【図５９】加速時の触媒入口温度と触媒ベッド温度の変化を示す波形図。
【図６０】第１実施形態の効果を説明するための波形図。
【図６１】第２実施形態の制御システム図。
【図６２】第２実施形態のＥＧＲ制御システムのブロック図。
【図６３】第２実施形態の目標ＥＧＲ率の演算を説明するためのフローチャート。
【図６４】第２実施形態の目標ＮＯｘ排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図６５】第２実施形態の目標ＮＯｘ排出量の特性図。
【図６６】第２実施形態の実測ＮＯｘ排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図６７】第２実施形態の目標ＥＧＲ率のフィードバック補正量の演算を説明するためのフローチャート。
【図６８】第２実施形態の基本ＥＧＲ率補正量の特性図。
【図６９】第２実施形態の補正ゲインの特性図。
【図７０】第２実施形態の後噴射の量と時期の制御システムのブロック図。
【図７１】第２実施形態の実測ＨＣ／ＮＯｘ比の演算を説明するためのフローチャート。
【図７２】第２実施形態の実測ＨＣ排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図７３】第２実施形態の基準ＨＣ排出量の特性図。
【図７４】第２実施形態の噴射時期補正値の特性図。
【図７５】第２実施形態の空燃比補正値の特性図。
【図７６】第２実施形態のＥＧＲ補正値の特性図。
【図７７】第２実施形態の水温補正値の特性図。
【図７８】第２実施形態の要求ＨＣ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図７９】第２実施形態の目標ＨＣ／ＮＯｘ比の特性図。
【図８０】第２実施形態の空燃比補正値の特性図。
【図８１】第２実施形態のＥＧＲ補正値の特性図。
【図８２】第１実施形態との違いを説明するための排気特性図。
【図８３】ＳＶ比を変化させたときのＮＯｘ転換率の特性図。
【図８４】排気酸素濃度に対するＮＯｘ転換率、ＨＣ転換率の特性図。
【図８５】第１４の発明のクレーム対応図。
【図８６】第１５の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
１ エンジン本体
１０ コモンレール式燃料噴射装置
１６ コモンレール
１７ 燃料噴射弁
４１ 電子制御ユニット
Claims (16)
- 燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量と基準ＮＯｘ排出量を演算する手段と、
これら基準排出量に対して噴射時期補正値、空燃比補正値、水温補正値、ＥＧＲ制御を行う場合はＥＧＲ補正値の少なくとも一つを演算する手段と、
この少なくとも一つの補正値で該補正値と同一のエンジン回転数とエンジン負荷で演算される前記基準排出量を補正して基本ＨＣ排出量と基本ＮＯｘ排出量を演算する手段と、
前記基本排出量の比である実際のＨＣ／ＮＯｘ比を演算する手段と、
この実際のＨＣ／ＮＯｘ比と目標ＨＣ／ＮＯｘ比の差または比に応じて要求ＨＣ量を演算する手段と、
この要求ＨＣ量に基づいて後噴射量を演算する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 - 触媒表面積と触媒を通過するガスの体積流量との比（以下ＳＶ比という）がしきい値より大きいとき後噴射を中止することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記ＳＶ比をモデル規範制御により予測することを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- ＥＧＲ制御を行う場合に、後噴射量を排気中の酸素濃度に応じて補正することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記排気中の酸素濃度をモデル規範制御により予測することを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記触媒の前方または内部にＨＣ吸着剤を設け、前記触媒を通過する排気の温度からこの吸着剤へのＨＣ吸着量またはこの吸着剤からのＨＣ脱離量を演算し、このＨＣ吸着量またはＨＣ脱離量に応じて前記要求ＨＣ量を補正することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記触媒を流れる排気の温度をモデル規範制御により予測することを特徴とする請求項６に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記ＥＧＲ制御をモデル規範制御により行うことを特徴とする請求項４から７までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記触媒を流れる排気の温度より一次遅れで前記触媒の表面温度を演算する手段と、この触媒表面温度が所定のしきい値以下のとき後噴射を中止する手段とを設けたことを特徴とする請求項７または８に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記触媒表面温度が触媒表面の活性温度しきい値よりわずかに低いとき主噴射時期を遅角補正することを特徴とする請求項９に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記触媒を流れる排気の温度が所定のしきい値以下のとき後噴射を中止することを特徴とする請求項７または８に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記触媒を流れる排気の温度が触媒の活性温度しきい値よりわずかに低いとき主噴射時期を遅角補正することを特徴とする請求項１１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するとともに、エンジン出口と前記触媒との間にタービンを有するターボチャージャを備えるディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記エンジン出口の排気温度を演算する手段と、
このエンジン出口の排気温度に対し前記タービンの効率相当値と前記タービン出口より前記触媒入口までの排気温度の低下とを考慮して前記触媒を通過する排気の温度を予測する手段と、
この触媒を通過する排気の温度に応じて後噴射時期を演算する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 - 燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁と、
エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段と、
この目標ＥＧＲ率に基づいて前記ＥＧＲ弁の開度を制御する手段と、
前記触媒の上流のＮＯｘ濃度を検出するセンサと、
このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量を演算する手段と、
前記触媒の上流のＨＣ濃度を検出するセンサと、
このセンサ検出値に基づいて実測ＨＣ排出量を演算する手段と、
この実測ＨＣ排出量と前記実測ＮＯｘ排出量との比である実測ＨＣ／ＮＯｘ比を演算する手段と、
この実測ＨＣ／ＮＯｘ比と目標ＨＣ／ＮＯｘ比の差または比に応じて要求ＨＣ量を演算する手段と、
この要求ＨＣ量に基づいて前記後噴射の燃料量を演算する手段と、
前記実測ＮＯｘ排出量が目標ＮＯｘ排出量と一致するように前記目標ＥＧＲ率をフィードバック制御する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 - 燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃ＨＣを、排気通路に設けたＮＯｘ触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁と、
エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する手段と、
この目標ＥＧＲ率に基づいて前記ＥＧＲ弁の開度を制御する手段と、
前記触媒の上流のＮＯｘ濃度を検出するセンサと、
このセンサ検出値に基づいて実測ＮＯｘ排出量を演算する手段と、
エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて基準ＨＣ排出量を演算する手段と、
これらに対して少なくとも噴射時期補正値、空燃比補正値、水温補正値、ＥＧＲ補正値の少なくとも一つを演算する手段と、
これら補正値で前記基準値を補正して基本ＨＣ排出量を演算する手段と、
この基本ＨＣ排出量と前記実測ＮＯｘ排出量との比である実測ＨＣ／ＮＯｘ比を演算する手段と、
この実測ＨＣ／ＮＯｘ比と目標ＨＣ／ＮＯｘ比の差または比に応じて要求ＨＣ量を演算する手段と、
この要求ＨＣ量に基づいて前記後噴射の燃料量を演算する手段と、
前記実測ＮＯｘ排出量が目標ＮＯｘ排出量と一致するように前記目標ＥＧＲ率をフィードバック制御する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 - 前記ＮＯｘ濃度センサの検出遅れを一次遅れとみなし、前記ＮＯｘ濃度センサ検出値に対して時定数相当値分だけの進み処理を行うことを特徴とする請求項１４または１５に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
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