JP2008303842A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】選択還元触媒のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、還元剤を選択還元触媒に過不足なく供給することができ、それにより、NOx浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排ガス浄化装置1は、ユリア選択還元触媒7、ユリア噴射装置10、排ガス濃度センサ22およびECU2を備える。ECU2は、排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexからフィルタ値Yfを算出し、これと参照入力Refの乗算値Zの移動平均値Crを算出し、値Crが値0になるように、制御入力値Ucを算出し、これに参照入力Refを加算することにより、FB噴射量Gurea_fbを算出する。また、所定のフィードフォワード制御アルゴリズムにより、FF噴射量Gurea_ffを算出し、FB噴射量Gurea_fbにFF噴射量Gurea_ffを加算することにより、ユリア噴射量Gureaを算出する。
【選択図】 図15

Description

本発明は、排気通路を流れる排ガス中のNOxを、還元剤の存在下で選択還元触媒によって浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
従来、この種の内燃機関の排ガス浄化装置として、特許文献1に記載されたものが知られている。この内燃機関は、ディーゼルエンジンタイプのものであり、その排気通路には、上流側から順に、還元剤噴射弁、酸化触媒および選択還元触媒が設けられている。この還元剤噴射弁は、尿素、アンモニアおよびディーゼル燃料のいずれかを還元剤として噴射し、それにより、排ガス中のNOxは、還元剤の存在下で選択還元触媒によって選択的に還元される。また、酸化触媒は、選択還元触媒に流入する排ガス中のNOとNO2の比xを1:1にするために、選択還元触媒の上流側に配置されている。さらに、排ガス浄化装置は、還元剤噴射弁による還元剤の噴射量を制御するコントローラと、選択還元触媒の下流側のNOx濃度を検出するNOx濃度センサなどを備えている。
この排ガス浄化装置では、内燃機関の運転状態に応じて、内燃機関から排出されると推定されるNOxレベル(PPM)が算出され、このNOxレベルとNOx濃度センサが検出したNOx濃度とに基づき、所定の演算式によって、酸化触媒から選択還元触媒に流入する排ガス中のNOとNO2の比xが算出される。そして、これらの比xおよびNOxレベルに基づき、還元剤とNO,NO2との化学反応式から導出した演算式によって、還元剤噴射弁による還元剤の噴射量が決定される(段落[0030]〜[0033])。すなわち、この排ガス浄化装置では、NOx濃度センサの検出値と内燃機関の運転状態から排ガス組成を推定し、これに基づいて選択還元触媒のNOx浄化率(すなわちNOx還元率)を推定するとともに、そのように推定したNOx浄化率に基づいて、還元剤の噴射量がフィードフォワード制御される。
特開2004−100700号公報
一般に、選択還元触媒におけるNOx浄化率は、排ガス組成のみに依存して決まるものではなく、内燃機関が運転状態の変化に伴う選択還元触媒の温度変化や、選択還元触媒の劣化および個体間のNOx浄化能力のばらつきなどによっても変化する。また、選択還元触媒には、アンモニアを吸着する特性を有しているものがあり、そのような特性の選択還元触媒の場合、アンモニアの吸着量が変化すると、NOxを浄化するのに必要な還元剤が変化することで、NOx浄化率が見かけ上、変化した状態となる。
これに対して、特許文献1の排ガス浄化装置によれば、排ガス組成に基づいてNOx浄化率を推定し、これに基づいて還元剤の噴射量をフィードフォワード制御しているものに過ぎないので、選択還元触媒のNOx浄化率が排ガス組成のみによって決まるときには問題がないものの、NOx浄化率が排ガス組成以外の上記のような様々な要因によって変化したときには、NOx浄化率の推定精度が低下してしまうことで、還元剤の噴射量を適切に制御できなくなってしまう。すなわち、内燃機関の運転状態の変化に伴って選択還元触媒の温度が変化したとき、選択還元触媒が劣化したとき、選択還元触媒の個体間におけるNOx浄化能力のばらつきが大きいとき、および、アンモニアを吸着する特性を備えた選択還元触媒においてアンモニアの吸着量が変化しているときなどには、還元剤の噴射量を適切に制御することができなくなる。その結果、選択還元触媒への還元剤の噴射量が不足したときには、NOx浄化率の低下を招く一方、還元剤の噴射量が多すぎるときには、選択還元触媒から下流側に流出するアンモニアが増大することで、排ガス特性が悪化してしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、選択還元触媒のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、還元剤を選択還元触媒に過不足なく供給することができ、それにより、NOx浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に係る内燃機関3の排ガス浄化装置1は、内燃機関3の排気通路5に設けられ、排気通路5を流れる排ガス中のNOxを還元剤(尿素)の存在下で浄化する選択還元触媒(ユリア選択還元触媒7)と、還元剤を選択還元触媒に供給する還元剤供給装置(ユリア噴射装置10)と、排気通路5の選択還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガス中のNOxおよび還元剤の濃度を表す検出信号を出力するとともに、NOx濃度の増減に対する検出信号値Vexの変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値Vexの変化方向とが同じになる特性を有する排ガス濃度検出手段(ECU2、排ガス濃度センサ22、NOx濃度センサ、アンモニア濃度センサ)と、振幅が所定周期Trefで周期的に変化する変動値(参照入力Ref)を算出する変動値算出手段(ECU2、参照入力算出部31,81)と、検出信号値Vexおよび変動値(参照入力Ref)を用いて、検出信号値Vexと変動値(参照入力Ref)との相関性を表す相関性パラメータ(移動平均値Cr、積分値Cr’)を算出する相関性パラメータ算出手段(ECU2、移動平均フィルタ35、積分器85)と、相関性パラメータ(移動平均値Cr、積分値Cr’)に基づき、検出信号値Vexを極値に制御するための制御入力値Uc,Uc’を算出する制御入力値算出手段(ECU2、スライディングモードコントローラ36、増幅器86)と、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量(ユリア噴射量Gurea)を、制御入力値Uc,Uc’および変動値(参照入力Ref)を含むように決定する供給量決定手段(ECU2)と、を備えることを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排ガス中のNOxおよび還元剤の濃度を表す検出信号が、排ガス濃度検出手段から出力される。この場合、排ガス濃度検出手段は、選択還元触媒よりも下流側に配置されているので、選択還元触媒への還元剤の供給量が多すぎると、NOx還元において消費されない分の還元剤が増大することにより、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度が上昇し、それに伴い、排ガス濃度検出手段の検出信号値は、還元剤濃度の上昇を表す方向に変化する。一方、選択還元触媒への還元剤の供給量が少なすぎると、選択還元触媒によるNOxの還元性能が低下することで、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中のNOx濃度が上昇し、それに伴い、排ガス濃度検出手段の検出信号値は、NOx濃度の上昇を表す方向に変化する。これに加えて、排ガス濃度検出手段は、NOx濃度の増減に対する検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有している。以上の理由により、排ガス濃度検出手段の検出信号値は、選択還元触媒への還元剤の供給量に対して極値(すなわち極大値または極小値)を示すことになり、検出信号値が極値を示しているときの還元剤の供給量が、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度およびNOx濃度の双方をバランスよく低減できる最適値となるとともに、この関係は、選択還元触媒のNOx浄化率が変化していないときだけでなく、前述したような様々な要因によってNOx浄化率が変化したときでも成立することになる。
また、この排ガス浄化装置では、上記のような検出信号値および変動値を用いて、両者の相関性を表す相関性パラメータが算出され、相関性パラメータに基づき、検出信号値を極値に制御するための制御入力値が算出され、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量が、制御入力値および変動値を含むように決定される。このように、変動値が還元剤の供給量に含まれるので、検出信号値および変動値の相関性を表す相関性パラメータは、還元剤の供給量と検出信号値との相関性を表すものに相当する。さらに、上述したように、検出信号値が選択還元触媒への還元剤の供給量に対して極値を示す関係上、その極値付近では、還元剤の供給量の変化に対して、検出信号値がほとんど変化しない状態となり、両者の相関性が低い状態となる一方、検出信号値が極値から離れるほど、還元剤の供給量との相関性が高い状態になる。相関性パラメータは、以上のような検出信号値と還元剤の供給量との相関性を表すものであるので、そのような相関性パラメータに基づいて制御入力値を算出することにより、検出信号値を極値にすることができるように、制御入力値を算出できる。したがって、そのような制御入力値を含むように、還元剤の供給量が決定されるので、選択還元触媒のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、この制御入力値によって、検出信号値が極値を示すように、還元剤の供給量を最適値にすることができ、それにより、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度およびNOx濃度の双方を、バランスよく低減することができる。その結果、選択還元触媒のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、NOx浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、相関性パラメータ(移動平均値Cr)は、検出信号値Vexを表す値(フィルタ値Yf)と変動値(参照入力Ref)との乗算値Zの積分値に基づいて算出され、制御入力値算出手段は、所定のフィードバック制御アルゴリズム[式(7)〜(10)]によって、相関性パラメータ(移動平均値Cr)が値0に収束するように、制御入力値Ucを算出することを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、相関性パラメータは、検出信号値を表す値と変動値との乗算値の積分値に基づいて算出されるので、検出信号値を表す値と変動値の相関関数に相当する値として算出され、それにより、相関性パラメータは、検出信号値を表す値と変動値の相関性すなわち検出信号値と変動値の相関性が低いほど、値0に近い値となる。したがって、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、相関性パラメータが値0に収束するように、制御入力値が算出されるので、この制御入力値によって、還元剤の供給量を最適値に収束させることができ、それにより、排ガス濃度検出手段の検出信号値を極値に保持することができる。その結果、NOx浄化率および排ガス特性を向上させることができる。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、積分値(移動平均値Cr)は、乗算値Zを所定周期Trefの整数倍の区間(移動平均区間Nref・ΔT)で積分することによって算出されることを特徴とする。
請求項2に記載の内燃機関の排ガス浄化装置の場合、相関性パラメータが検出信号値を表す値と変動値との乗算値の積分値に基づいて算出され、制御入力値が、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、相関性パラメータが値0に収束するように算出されるとともに、還元剤の供給量が変動値および制御入力値を含むように算出されるので、検出信号値と還元剤の供給量との関係がクローズドループを形成している場合、変動値の周波数成分がこのクローズドループ内で循環し、共振することで、制御系が不安定になる可能性がある。これに対して、この排ガス浄化装置によれば、積分値が、乗算値を所定周期の整数倍の区間で積分することによって算出されるので、変動値の周波数が積分値および相関性パラメータに混入するのを回避でき、それにより、変動値の周波数成分がクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、制御系の安定性を確保することができる。
請求項4に係る発明は、請求項2に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムを適用したアルゴリズム[式(7)〜(10)]であることを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、所定の応答指定型制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムによって、相関性パラメータが値0に収束するように、制御入力値が算出されるので、検出信号値が極値付近に近づいたとき、すなわち還元剤の供給量が最適値付近に近づいたときでも、振動的挙動や不安定挙動を生じることなく、還元剤の供給量を指数関数的に最適値に収束させることができるとともに、収束後は、還元剤の供給量を最適値付近に保持することができる。それにより、検出信号値を指数関数的に極値に収束させることができるとともに、収束後は、検出信号値を極値付近に保持することができる。その結果、選択還元触媒のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、NOx浄化率および排ガス特性をより一層、向上させることができる。
請求項5に係る発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、排ガス濃度検出手段は、排ガス中のNOxの濃度を表すNOx濃度検出信号を出力するNOx濃度検出手段(NOx濃度センサ)と、排ガス中の還元剤の濃度を表す還元剤濃度検出信号を出力する還元剤濃度検出手段(アンモニア濃度センサ)と、NOx濃度検出信号の値(検出信号値Vnox)および還元剤濃度検出信号の値(Vnh3)を組み合わせて用いることにより、検出信号値Vexを算出する検出信号値算出手段(ECU2)と、を有することを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排ガス中のNOxの濃度を表すNOx濃度検出信号を出力するNOx濃度検出手段と、排ガス中の還元剤の濃度を表す還元剤濃度検出信号を出力する還元剤濃度検出手段とがそれぞれ内燃機関に設けられている場合おいて、これらの検出手段を利用しながら、請求項1ないし4のいずれかに係る発明の作用効果を得ることができる。
請求項6に係る内燃機関3の排ガス浄化装置1は、内燃機関3の排気通路5に設けられ、排気通路5を流れる排ガス中のNOxを還元剤(尿素)の存在下で浄化する選択還元触媒(ユリア選択還元触媒7)と、排気通路5の選択還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガス中のNOxを含む所定成分の濃度を表す検出信号を出力する排ガス濃度検出手段(ECU2、排ガス濃度センサ22、NOx濃度センサ、アンモニア濃度センサ)と、還元剤を選択還元触媒に供給する還元剤供給装置(ユリア噴射装置10)と、選択還元触媒のNOx浄化率に対して相関性を有するNOx浄化率パラメータ(NOx排出量Gnox_eng_hat、触媒温Tscr)を算出するNOx浄化率パラメータ算出手段(ECU2、NOx排出量算出部41)と、NOx浄化率パラメータ(NOx排出量Gnox_eng_hat、触媒温Tscr)に基づき、NOx浄化率パラメータと選択還元触媒が所定の劣化度合にあるときのNOx浄化率(マップ値Ita_scr_bs)との相関関係を定義した相関関係モデル(図10のマップ)を用いて、NOx浄化率(推定NOx浄化率Ita_scr_hat)を算出するNOx浄化率算出手段(ECU2、NOx還元量算出部42)と、NOx浄化率に応じて、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量(フィードフォワード噴射量Gurea_ff)を決定する供給量決定手段(ECU2、フィードフォワードコントローラ40)と、排ガス濃度検出手段の検出信号値Vexに応じて、供給量補正値(制御入力値Uc,Uc’)を算出するとともに、供給量補正値(制御入力値Uc,Uc’)を用いて、還元剤の供給量を補正する供給量補正手段(ECU2、最適値探索コントローラ30,80)と、を備え、NOx浄化率算出手段は、供給量補正値(制御入力値Uc,Uc’)の絶対値が減少するように、所定のアルゴリズム[式(18)〜(27)]によって、モデル修正値(モデル修正係数Kff)を算出するモデル修正値算出手段(ECU2、モデル修正器50)と、モデル修正値(モデル修正係数Kff)によって修正した相関関係モデルを用いて、NOx浄化率(推定NOx浄化率Ita_scr_hat)を算出する浄化率算出手段(ECU2、NOx還元量算出部42)と、を有することを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、選択還元触媒のNOx浄化率に対して相関性を有するNOx浄化率パラメータに基づき、このNOx浄化率パラメータと選択還元触媒が所定の劣化度合にあるとき(例えば、選択還元触媒が新品で劣化度合がゼロのとき)のNOx浄化率との関係を定義した相関関係モデルを用いて、NOx浄化率が算出され、このNOx浄化率に応じて、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量が決定される。さらに、排ガス濃度検出手段の検出信号値に応じて、供給量補正値が算出され、この供給量補正値を用いて、還元剤の供給量が補正される。このように、還元剤の供給量を供給量補正値を用いて補正しながら制御する場合、供給量補正値が排ガス濃度検出手段の検出信号値に応じて算出される関係上、還元剤の供給量を補正した結果が排ガス濃度検出手段の検出信号値に反映されるまでに応答遅れを生じるおそれがある。そのような応答遅れを生じた場合、還元剤の供給量が不適切になることで、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度が上昇したり、これとは逆に、NOx濃度が浄化したりする可能性がある。
これに対して、この排ガス浄化装置では、供給量補正値の絶対値が減少するように、所定のアルゴリズムによって、モデル修正値が算出され、このモデル修正値によって修正した相関関係モデルを用いて、NOx浄化率が算出され、そのようなNOx浄化率に応じて、還元剤の供給量が決定されるので、上記のような応答遅れを生じることなく、還元剤を選択還元触媒に適切に供給することができる。これに加えて、モデル修正値が、供給量補正値の絶対値が減少するように算出され、そのようなモデル修正値で修正した相関関係モデルを用いて、NOx浄化率が算出されるので、選択還元触媒のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、それに対応しながら、NOx浄化率を適切に算出することができる。以上の理由により、NOx浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる(なお、本明細書における「選択還元触媒が所定の劣化度合にあるとき」とは、選択還元触媒が劣化したときに限らず、選択還元触媒が新品で劣化度合がゼロであるときも含む)。
請求項7に係る発明は、請求項6に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、モデル修正値算出手段は、所定の複数の関数(非線形重み関数Wi)の値を複数の修正係数θiにそれぞれ乗算することによって、複数の乗算値を算出するとともに、複数の乗算値の総和(乗算和Kff’)を用いて、モデル修正値(モデル修正係数Kff)を算出し、所定の複数の関数はそれぞれ、NOx浄化率パラメータ(NOx排出量Gnox_eng_hat)が変化し得る領域を区分した複数の領域に対応して、対応する領域において値0以外の値に設定されかつ対応する領域以外において値0に設定されており、隣り合う各2つの領域が互いに重なり合っているとともに、重なり合う領域に対応する関数の値の総和の絶対値が、関数における最大値(値1)の絶対値と等しくなるように設定されており、複数の修正係数θiの各々は、各修正係数に乗算される関数が対応する領域において、供給量補正値(制御入力値Uc,Uc’)の絶対値が減少するように算出されることを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、所定の複数の関数の値を複数の修正係数にそれぞれ乗算することによって、複数の乗算値が算出され、複数の乗算値の総和を用いて、相関関係モデルの修正に用いるモデル修正値が算出されるので、NOx浄化率パラメータとNOx浄化率との実際の関係が複数の領域のうちのある領域において局所的な誤差または経年変化を生じている場合や、NOx浄化率パラメータとNOx浄化率との実際の関係が複数の領域間においてばらついている場合でも、相関関係モデルを、NOx浄化率パラメータとNOx浄化率との実際の関係に適切に一致させることができる。その結果、選択還元触媒の劣化や個体間のNOx浄化能力のばらつきに起因して、相関関係モデルのモデル誤差が生じた場合でも、そのモデル誤差を適切に補償することができる。
これに加えて、所定の複数の関数はそれぞれ、NOx浄化率パラメータが変化し得る領域を区分した複数の領域に対応して、対応する領域において値0以外の値に設定されかつ対応する領域以外において値0に設定されており、隣り合う各2つの領域が互いに重なり合っているとともに、重なり合う領域に対応する関数の値の総和の絶対値が、関数における最大値の絶対値と等しくなるように設定されているので、相関関係モデルを修正する際、NOx浄化率パラメータの複数の領域に対して連続的に修正できることで、修正された相関関係モデルが不連続点を有することがなくなる。それにより、NOx浄化率の算出値が、相関関係モデルの不連続点に起因して一時的に不適切な状態になるのを回避できる。さらに、複数の修正係数の各々は、各修正係数に乗算される関数が対応する領域において、供給量補正値の絶対値が減少するように算出されるので、過渡状態でNOx浄化率が変化しているときでも、前述したような応答遅れを生じることなく、還元剤を選択還元触媒に適切に供給することができる。以上の理由によって、還元剤の供給量の算出精度をより一層、向上させることができる。
請求項8に係る発明は、請求項6に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、排ガス濃度検出手段は、所定成分の濃度を表す検出信号として、排ガス中のNOxおよび還元剤の濃度を表す検出信号を出力するとともに、NOx濃度の増減に対する検出信号値Vexの変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値Vexの変化方向とが同じになる特性を有しており、供給量補正手段は、振幅が所定周期Trefで周期的に変化する変動値(参照入力Ref)を算出する変動値算出手段(ECU2、参照入力算出部31,81)と、検出信号値Vexおよび変動値(参照入力Ref)を用いて、検出信号値Vexと変動値(参照入力Ref)との相関性を表す相関性パラメータ(移動平均値Cr、積分値Cr’)を算出する相関性パラメータ算出手段(ECU2、移動平均フィルタ35、積分器85)と、相関性パラメータ(移動平均値Cr、積分値Cr’)に基づき、供給量補正値を、検出信号値Vexを極値に制御するための制御入力値Uc,Uc’として算出する制御入力値算出手段(ECU2、スライディングモードコントローラ36、増幅器86)と、を有し、制御入力値Uc,Uc’と変動値(参照入力Ref)の和(フィードバック噴射量Gurea_fb)によって、還元剤の供給量(フィードフォワード噴射量Gurea_ff)を補正することを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排ガス中のNOxおよび還元剤の濃度を表す検出信号が、排ガス濃度検出手段から出力されるとともに、NOx濃度の増減に対する検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有しているので、前述した理由によって、排ガス濃度検出手段の検出信号値は、選択還元触媒への還元剤の供給量に対して極値を示すことになる。さらに、前述したように、検出信号値が極値を示しているときの還元剤の供給量が、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度およびNOx濃度の双方をバランスよく低減できる最適値となるとともに、この関係は、選択還元触媒のNOx浄化率が変化していないときだけでなく、前述したような様々な要因によってNOx浄化率が変化したときでも成立することになる。
また、この排ガス浄化装置では、上記のような検出信号値および変動値を用いて、両者の相関性を表す相関性パラメータが算出され、相関性パラメータに基づき、供給量補正値が、検出信号値を極値に制御するための制御入力値として算出され、制御入力値と変動値の和によって、還元剤の供給量が補正される。このように、変動値が還元剤の供給量に含まれることになるので、前述したように、相関性パラメータが検出信号値と還元剤の供給量との相関性を表すものとなり、そのような相関性パラメータに基づいて制御入力値を算出することによって、検出信号値を極値にすることができるように、制御入力値を算出できる。さらに、そのような制御入力値と変動値の和によって、還元剤の供給量が補正されるので、様々な要因によってNOx浄化率が変化したときでも、還元剤の供給量を最適値に制御することができる。それにより、検出信号値を極値に制御することができ、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度およびNOx濃度の双方を、バランスよく低減することができる。その結果、選択還元触媒のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、NOx浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる。
請求項9に係る発明は、請求項8に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、相関性パラメータ算出手段は、検出信号値Vexを表す値(フィルタ値Yf)と変動値(参照入力Ref)との乗算値Zを所定周期の整数倍の区間(移動平均区間Nref・ΔT)で積分することによって、相関性パラメータ(移動平均値Cr)を算出することを特徴とする。
請求項8に記載の内燃機関の排ガス浄化装置の場合、検出信号値および変動値を用いて相関性パラメータが算出され、供給量補正値が相関性パラメータに基づいて制御入力値として算出されるとともに、制御入力値と変動値の和によって、還元剤の供給量が補正されるので、検出信号値と還元剤の供給量との関係がクローズドループを形成している場合、変動値の周波数成分がこのクローズドループ内で循環し、共振することで、制御系が不安定になる可能性がある。これに対して、この排ガス浄化装置によれば、相関性パラメータが、検出信号値を表す値と変動値との乗算値を所定周期の整数倍の区間で積分することによって算出されるので、変動値の周波数が相関性パラメータに混入するのを回避でき、それにより、変動値の周波数成分がクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、制御系の安定性を確保することができる。
請求項10に係る発明は、請求項8に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、モデル修正値算出手段は、制御入力値Uc’と変動値(参照入力Ref)の和(フィードバック噴射量Gurea_fb)、および制御入力値Uc’の一方を所定周期の整数倍の区間で積分した値(補正成分Gurea_comp)を用いて、モデル修正値(モデル修正係数Kff)を算出することを特徴とする。
請求項8に記載の内燃機関の排ガス浄化装置の場合、相関性パラメータが検出信号値および変動値を用いて算出され、供給量補正値が相関性パラメータに基づいて算出され、モデル修正値が供給量補正値の絶対値が減少するように算出され、モデル修正値によって修正した相関関係モデルを用いて、NOx浄化率が算出され、このNOx浄化率に応じて、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量が決定される。したがって、検出信号値と還元剤の供給量との関係がクローズドループを形成している場合、変動値の周波数成分がクローズドループ内で循環し、共振することで、制御系が不安定になる可能性がある。これに対して、この排ガス浄化装置によれば、モデル修正値が、制御入力値と変動値の和、および制御入力値の一方を、所定周期の整数倍の区間で積分した値を用いて算出されるので、変動値の周波数がモデル修正値に混入するのを回避でき、それにより、変動値の周波数成分がクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、定常状態および過渡状態の双方において、制御系の安定性を確保することができる。
請求項11に係る発明は、請求項6ないし10のいずれかに記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、モデル修正値(モデル修正係数Kff)の絶対値が所定値(判定値Kref)を上回ったときに、選択還元触媒(ユリア選択還元触媒7)が劣化したと判定する劣化判定手段(ECU2、ステップ10,12)と、劣化判定手段によって選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、劣化を表す警告情報を出力する警告手段(ECU2、ステップ2,13)と、をさらに備えることを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、モデル修正値の絶対値が所定値を上回ったときに、選択還元触媒が劣化したと判定され、選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、劣化を表す警告情報が出力されるので、選択還元触媒の劣化を内燃機関の使用者に適切に報知することができる。それにより、選択還元触媒が劣化しているにもかかわらず、内燃機関の運転が継続されるのを回避することが可能になり、排ガス特性の悪化を回避できる。
請求項12に係る発明は、請求項6ないし10のいずれかに記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、モデル修正値(モデル修正係数Kff)の絶対値が所定値(判定値Kref)を上回ったときに、選択還元触媒(ユリア選択還元触媒7)が劣化したと判定する劣化判定手段(ECU2、ステップ10,12)と、劣化判定手段によって選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給を禁止する禁止手段(ECU2、ステップ2,15)と、をさらに備えることを特徴とする。
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、モデル修正値の絶対値が所定値を上回ったときに、選択還元触媒が劣化したと判定され、選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給が禁止される。それにより、選択還元触媒が劣化しているにもかかわらず、還元剤が選択還元触媒に過剰に供給されることがなくなることで、還元剤が選択還元触媒の下流側に流出するのを回避でき、排ガス特性の悪化を回避できる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置について説明する。図1は、本実施形態の排ガス浄化装置1およびこれを適用した内燃機関(以下「エンジン」という)3の概略構成を示している。このエンジン3は、リーンバーン運転方式のもの(ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン)であり、図示しない車両に搭載されている。
同図に示すように、この排ガス浄化装置1は、ECU2と、エンジン3の排気通路5に設けられたユリア選択還元触媒7と、ユリア選択還元触媒7の上流側の排気通路5内に尿素水を噴射するユリア噴射装置10などを備えている。
このユリア噴射装置10(還元剤供給装置)は、ユリア噴射弁11およびユリアタンク12を備えている。このユリアタンク12は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路13およびユリアポンプ(図示せず)を介して、ユリア噴射弁11に接続されている。
ユリア噴射弁11は、ECU2に電気的に接続されており、ECU2からの制御入力信号によって開弁状態に駆動されると、ユリアタンク12からの尿素水を排気通路5内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。この場合、ユリア噴射弁11から噴射された尿素水の尿素は、その一部が、排ガスの熱およびユリア選択還元触媒7との接触によって、アンモニアに変化する。
また、ユリアタンク12には、ユリアレベルセンサ20が取り付けられており、このユリアレベルセンサ20は、ユリアタンク12内の尿素水のレベルを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、このユリアレベルセンサ20の検出信号に基づいて、ユリアタンク12内の尿素水の残量(以下「ユリア残量」という)Qureaを算出する。
一方、ユリア選択還元触媒7は、還元剤としての尿素(Urea)が存在する雰囲気下で、排ガス中の窒素酸化物(NOx)を選択的に還元するものであり、このユリア選択還元触媒7では、そのNOxの還元作用において、尿素水の噴射時に尿素から変化したアンモニアも、尿素ととも消費される。
このユリア選択還元触媒7には、触媒温センサ21が取り付けられている。この触媒温センサ21は、ユリア選択還元触媒7の温度(以下「触媒温」という)Tscrを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。ECU2は、この触媒温センサ21の検出信号に基づき、触媒温Tscrを算出する。
また、排気通路5のユリア選択還元触媒7の下流側には、排ガス濃度センサ22が設けられており、この排ガス濃度センサ22(排ガス濃度検出手段)は、ECU2に電気的に接続されている。この排ガス濃度センサ22は、排ガス中のNOxおよびアンモニアの双方に反応するとともに、その検出信号の値(以下「検出信号値」という)Vexが、排ガス中のNOx濃度またはアンモニア濃度が高いほど、より大きくなる特性を有している。
なお、図1では、理解の容易化のために、ユリア選択還元触媒7のみを排気通路5に示すとともに、その他の排気デバイスは図中に示されていないが、排ガス濃度センサ22の下流側には、ユリア選択還元触媒7を通過した排ガス中のアンモニアを酸化するために、図示しない酸化触媒が配置されている。
また、エンジン3は、排気還流機構8を備えている。この排気還流機構8は、排気通路5内の排ガスの一部を吸気通路4側に還流するものであり、吸気通路4および排気通路5の間に接続されたEGR通路8aと、このEGR通路8aを開閉するEGR制御弁8bなどで構成されている。
EGR制御弁8bは、そのリフトが最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ECU2に電気的に接続されている。ECU2は、EGR制御弁8bを介して、EGR通路8aの開度を変化させることにより、排ガスの還流量すなわちEGR量を制御する。
ECU2には、図示しないが、EGRリフトセンサおよび差圧センサが接続されている。これらのEGRリフトセンサおよび差圧センサはそれぞれ、EGR制御弁8bのリフトと、EGR制御弁8bの上流側と下流側の差圧を検出するものであり、ECU2は、これらのセンサの検出信号に基づき、EGR率Regrを算出する。
さらに、ECU2には、クランク角センサ23、アクセル開度センサ24、触媒劣化警告灯25およびユリア残量警告灯26がそれぞれ接続されている。このクランク角センサ23は、マグネットロータおよびMREピックアップで構成されており、クランクシャフト(図示せず)の回転に伴い、いずれもパルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。
このCRK信号は、所定クランク角(例えば1゜)毎に1パルスが出力され、ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の機関回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。また、TDC信号は、各気筒のピストン(いずれも図示せず)が吸気行程のTDC位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に1パルスが出力される。
また、アクセル開度センサ24は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセル開度」という)APを検出して、それを表す検出信号をECU2に出力する。
さらに、触媒劣化警告灯25およびユリア残量警告灯26はいずれも、車両のメータパネルに配置されており、触媒劣化警告灯25は、ユリア選択還元触媒7が劣化したときに、それを表すために点灯される。また、ユリア残量警告灯26は、ユリアタンク12内の尿素水の残量が少なくなったときに、それを表すために点灯される。
一方、ECU2は、CPU、RAM、ROM、I/Oインターフェースおよび駆動回路(いずれも図示せず)などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ20〜24の検出信号などに応じて、エンジン3の運転状態を判別するとともに、後述するユリア噴射制御処理などの各種の制御処理を実行する。
なお、本実施形態では、ECU2が、排ガス濃度検出手段、変動値算出手段、相関性パラメータ算出手段、制御入力値算出手段、供給量決定手段、検出信号値算出手段、NOx浄化率パラメータ算出手段、NOx浄化率算出手段、供給量補正手段、モデル修正値算出手段、浄化率算出手段、劣化判定手段、警告手段および禁止手段に相当する。
次に、図2を参照しながら、本実施形態の排ガス浄化装置1の構成について説明する。図2に示すように、排ガス浄化装置1は、最適値探索コントローラ30、フィードフォワードコントローラ40および加算器70を備えており、これらは、具体的には、ECU2によって構成されている。
この最適値探索コントローラ30は、後述する手法によって、フィードバック噴射量(以下「FB噴射量」という)Gurea_fbおよび補正成分Gurea_compを算出するものであり、このFB噴射量Gurea_fbは、ユリア噴射量Gureaを入力とし、検出信号値Vexを出力とする制御対象をフィードバック制御するための値として算出される。なお、本実施形態では、最適値探索コントローラ30が供給量補正手段に相当し、FB噴射量Gurea_fbが制御入力値と変動値の和に相当する。
また、フィードフォワードコントローラ(以下「FFコントローラ」という)40は、後述する手法によって、フィードフォワード噴射量(以下「FF噴射量」という)Gurea_ffを算出するものであり、このFF噴射量Gurea_ffは、上記制御対象をフィードフォワード制御するための値として算出される。なお、本実施形態では、フィードフォワードコントローラ40が供給量決定手段に相当し、FF噴射量Gurea_ffが還元剤の供給量に相当する。
そして、加算器70では、下式(1)に示すように、FF噴射量Gurea_ffとFB噴射量Gurea_fbを加算することによって、ユリア噴射量Gurea(還元剤の供給量)が算出される。
Figure 2008303842
なお、上式(1)において、記号(k)付きの各データは、所定の制御周期ΔT(例えば5msec)で算出またはサンプリングされた離散データであることを表しており、記号kは各離散データの制御時刻を表している。例えば、記号kは今回の制御タイミングで算出された今回値であることを、記号k−1は前回の制御タイミングで算出された前回値であることをそれぞれ示している。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号(k)を適宜、省略する。
次に、最適値探索コントローラ30について説明する。この最適値探索コントローラ30では、以下に述べるように、FB噴射量Gurea_fbおよび補正成分Gurea_compが算出される。このFB噴射量Gurea_fbは、排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexが極小値(最適値)になるように、ユリア噴射量Gureaをフィードバック制御するためのものであり、このようにFB噴射量Gurea_fbを算出する理由は以下による。
すなわち、本実施形態の場合、排ガス濃度センサ22がユリア選択還元触媒7の下流側に設けられていること、および排ガス濃度センサ22の前述した特性に起因して、ユリア噴射弁11によるユリア噴射量Gureaと検出信号値Vexの関係は、図3に示すようになる。
図3(a),(b)はそれぞれ、ユリア噴射量Gureaを変化させた場合における、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のNOx濃度およびアンモニア濃度の測定結果の一例を示しており、図3(c)は、ユリア噴射量Gureaを変化させた場合における、排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexの測定結果の一例を表している。また、図3(c)に実線で曲線は、ユリア選択還元触媒7が新品で劣化していないときの測定結果を表しており、破線で示す曲線は、ユリア選択還元触媒7が劣化したときの測定結果を表している。
図3(c)を参照すると明らかなように、ユリア選択還元触媒7が劣化していない場合、検出信号値Vexは、ユリア噴射量Gureaが所定値Gu1のときに極小値を示すとともに、ユリア噴射量Gureaが所定値Gu1よりも大きいほどまたはよりも小さいほど、大きい値を示すことが判る。これは以下の原理による。すなわち、Gurea>Gu1の領域では、ユリア噴射量Gureaが多すぎることで、ユリア噴射量Gureaが所定値Gu1よりも大きいほど、NOx還元において消費されない分の尿素量が増大すると同時に、尿素が変化したアンモニアも、NOx還元において消費されない余剰分が増大し、それにより、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度が上昇する。その結果、Gurea>Gu1の領域では、ユリア噴射量Gureaが大きいほど、検出信号値Vexは、アンモニア濃度の上昇に伴って、より大きな値を示す。すなわち、検出信号値Vexは、NOx還元において消費されない分の尿素量が増大するほど、それを表すように、より大きな値を示すとともに、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中の尿素濃度も表すことになる。
一方、Gurea<Gu1の領域では、ユリア噴射量Gureaが少なすぎるため、ユリア選択還元触媒7によるNOxの還元性能が低下することで、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のNOx濃度が高くなる。その結果、Gurea<Gu1の領域では、ユリア噴射量Gureaが小さいほど、検出信号値Vexは、NOx濃度の上昇に伴ってより大きな値を示す。以上のように、検出信号値Vexが極小値を示しているときのユリア噴射量Gureaが、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度およびNOx濃度の双方をバランスよく低減できる最適値となることが判る。また、この関係は、破線で示す測定結果を参照すると明らかなように、ユリア選択還元触媒7が劣化したときでも成立することが判る。
以上の原理から、ユリア選択還元触媒7の劣化以外の様々な要因によって、ユリア選択還元触媒7のNOx浄化率が変化したときでも、出信号値Vexが極小値になるように、ユリア噴射量Gureaを制御することによって、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度およびNOx濃度の双方をバランスよく低減できることになる。したがって、この最適値探索コントローラ30では、ガス濃度センサ22の検出信号値Vexが極小値に収束するように、以下に述べる制御アルゴリズムによって、FB噴射量Gurea_fbが算出される。
次に、図4を参照しながら、最適値探索コントローラ30について説明する。同図に示すように、最適値探索コントローラ30は、参照入力算出部31、反転増幅器32、ハイパスフィルタ33、乗算器34、移動平均フィルタ35、スライディングモードコントローラ(図では「SMC」と表記する)36および加算器37を備えている。
まず、参照入力算出部31では、下式(2)により、参照入力Refが算出される。なお、本実施形態では、参照入力算出部31が変動値算出手段に相当し、参照入力Refが変動値に相当する。
Figure 2008303842
上式(2)のrは参照入力Refの振幅を、Trefは参照入力Refの所定周期を、nは制御回数をそれぞれ表している。この所定周期Trefは、Tref=2m・ΔT(mは正の整数)が成立するとともに、参照入力Refの周波数(1/Tref)が、ユリア噴射量Gureaを入力とし、検出信号値Vexを出力とするローパス特性の制御対象のカットオフ周波数よりも低くなるように設定される。上式(2)から明らかなように、参照入力Refは、図5に示すような正弦波状に変化する値として算出される。
なお、参照入力Refの算出手法はこれに限らず、図5の横軸を、制御周期ΔT毎にインクリメントまたはデクリメントされるカウンタ値とし、このカウンタ値に応じて、テーブルを検索する手法により、参照入力Refを算出するように構成してもよい。
一方、反転増幅器32では、下式(3)に示すように、検出信号値Vexの符号を反転することにより、反転値Vinvが算出される。
Figure 2008303842
このように、検出信号値Vexの符号を反転した反転値Vinvを算出するのは、以下の理由による。すなわち、最適値探索コントローラ30で用いられているアルゴリズムは、極大値を探索するアルゴリズムであるのに対して、本実施形態の検出信号値Vexは、図3(c)および図6(a)に示すように、ユリア噴射量Gureaに対して極小値を示すものである関係上、検出信号値Vexをそのまま用いることができない。これに対して、図6(b)に示すように、検出信号値Vexの符号を反転すると、ユリア噴射量Gureaに対して極大値を示すようになるので、本実施形態では、そのような特性を示す反転値Vinvを用いている。
したがって、排ガス濃度センサ22に代えて、その検出信号値がユリア噴射量Gureaに対して反転値Vinvと同じように変化する排ガス濃度センサ、すなわち検出信号値が極大値を示す排ガス濃度センサを用いてもよく、その場合には、上記反転増幅器32を省略することができる。
次に、ハイパスフィルタ33では、下式(4)に示すハイパスフィルタ演算により、フィルタ値Yf(検出信号値を表す値)が算出される。
Figure 2008303842
このハイパスフィルタ33は、検出信号値Vexに含まれる定常成分や極低周波成分を除去するとともに、検出信号値Vexに含まれる、参照入力Refに起因する周波数成分を効果的に抽出するためのものであり、ハイパスフィルタ33のカットオフ周波数は、それを実現できるような値に設定されている。
なお、フィルタ値Yfの算出手法は、上記に限らず、検出信号値Vexに所定のフィルタ処理を施すことによってフィルタ値Yfを算出し、それにより、検出信号値Vexから参照入力Refに起因する周波数成分を効果的に抽出できるものであればよい。例えば、ハイパスフィルタ33に代えて、バンドパスフィルタを用い、検出信号値Vexにバンドパスフィルタ処理を施すことによって、検出信号値Vexから参照入力Refに起因する周波数成分を効果的に抽出するように構成してもよい。その場合には、バンドパスフィルタの通過帯域を、参照入力Refに起因する周波数成分を含む周波数域に設定すればよい。
一方、乗算器34では、下式(5)により、乗算値Zが算出される。
Figure 2008303842
上式(5)のdは、排ガス浄化装置1のむだ時間、すなわちユリア噴射弁11から噴射された尿素を含む排ガスが、ユリア選択還元触媒7で還元された後、排ガス濃度センサ22に到達するまでの時間を表しており、本実施形態では、所定の一定値に予め設定される。このように、むだ時間d前の参照入力Ref(k−d)を用いるのは、フィルタ値の今回値Yf(k)を、その発生要因である、むだ時間d前の参照入力Ref(k−d)と乗算するためである。なお、むだ時間dが、エンジン回転数NE、エンジン負荷およびエンジン3の運転モードなどに応じて変化する場合には、これらに応じてマップを検索する手法により、むだ時間dを算出してもよい。
次いで、移動平均フィルタ35では、下式(6)に示す移動平均演算により、乗算値Zの移動平均値Crが算出される。なお、本実施形態では、移動平均フィルタ35が相関性パラメータ算出手段に相当し、移動平均値Crが相関性パラメータに相当する。
Figure 2008303842
上式(6)のNrefは、Nref・ΔT=m・Tref(mは正の整数)が成立するように設定される整数値であり、この場合、値Nref・ΔTが移動平均区間に相当する。すなわち、移動平均値Crは、乗算値Zを参照入力Refの所定周期Trefの整数倍の区間で移動平均した値として算出される。これは、図2に示すように、最適値探索コントローラ30における検出信号値VexとFB噴射量Gurea_fbとの関係が、クローズドループを形成しているので、参照入力Refの周波数成分がこのクローズドループ内で循環することによる共振の発生を回避するためである。
さらに、スライディングモードコントローラ36(制御入力値算出手段)では、下式(7)〜(10)に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、制御入力値Ucが算出される。
Figure 2008303842
上式(7)のσexは、切換関数であり、Sexは、−1<Sex<0が成立するように設定される切換関数設定パラメータである。また、上式(8)のUc_rchは、到達則入力であり、Krch_exは、所定の到達則ゲインである。さらに、上式(9)のUadp_exは、適応則入力であり、Kadp_exは、所定の適応則ゲインである。さらに、上式(10)に示すように、制御入力値Ucは、到達則入力Urch_exと適応則入力Uadp_exの和として算出される。
さらに、加算器37では、下式(11)により、FB噴射量Gurea_fbが算出される。なお、式(11)において、所定のゲインを右辺の参照入力Refに乗算するように構成してもよい。
Figure 2008303842
一方、下式(12)に示すように、補正成分Gurea_compは、制御入力値Ucと等しい値に設定される。
Figure 2008303842
以上のように、この最適値探索コントローラ30では、移動平均値Crが、参照入力Refとフィルタ値Yfの乗算値Zを、移動平均区間Nref・ΔTで移動平均演算することにより算出されるので、この移動平均値Crは、参照入力Refとフィルタ値Yfの有限区間相関関数に相当し、それにより、移動平均値Crの絶対値は、参照入力Refとフィルタ値Yfの相関性が高いほど、すなわち参照入力Refと検出信号値Vexの相関性が高いほど、絶対値が大きくなる一方、両者の相関性が低いほど、値0に近くなる。
前述した式(1),(11)を参照すると明らかなように、ユリア噴射量Gureaは参照入力Refを含むように算出されるので、上記移動平均値Crは、ユリア噴射量Gureaと検出信号値Vexの相関性を表すものになるとともに、図6(a)に示すように、検出信号値Vexがユリア噴射量Gureaに対して極小値を示す関係上、この検出信号値Vexが極小値に近づくほど、検出信号値Vexおよびユリア噴射量Gureaの相関性は低くなる。すなわち、図6(c)に示すように、移動平均値Crの絶対値が値0に近づくほど、検出信号値Vexが極小値に近づくことになるとともに、ユリア噴射量Gureaの増減に対して、移動平均値Crの絶対値は単調に増減する関係となる。したがって、移動平均値Crの絶対値が値0に単調減少するように、ユリア噴射量Gureaをフィードバック制御することによって、検出信号値Vexを極小値に制御できることになる。
以上の理由により、この最適値探索コントローラ30では、制御入力値Ucが、前述したスライディングモード制御アルゴリズムによって、移動平均値Crが値0に収束するように算出される。そして、この制御入力値Ucに参照入力Refを加算することによって、FB噴射量Gurea_fbが算出されるので、FB噴射量Gurea_fbによって、検出信号値Vexが極小値に収束するように、ユリア噴射量Gureaをフィードバック制御できることになる。さらに、フィードバック制御アルゴリズムとして、スライディングモード制御アルゴリズムを用いたので、PID制御アルゴリズムなどを用いた場合と異なり、検出信号値Vexが極小値付近に近づいたときでも、振動的挙動や不安定挙動を生じることなく、検出信号値Vexを指数関数的に極小値に収束させることができるとともに、収束後は、検出信号値Vexを極小値付近に保持することができる。
なお、最適値探索コントローラ30において、制御入力値Ucを算出するための制御アルゴリズムは、上記スライディングモード制御アルゴリズムに限らず、所定の応答指定型制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであればよい。例えば、バックステッピング制御アルゴリズムを用いて、制御入力値Ucを算出してもよい。このようにした場合でも、実施形態のスライディングモード制御アルゴリズムを用いた場合と同様に、前述した作用効果を得ることができる。
また、検出信号値Vexが極小値付近に近づいた際の振動的挙動や不安定挙動が許容される条件下では、制御入力値Ucを算出するための制御アルゴリズムとして、PID制御アルゴリズムや最適制御アルゴリズムなどのフィードバック制御アルゴリズムを用いてもよい。
さらに、排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexを、定常偏差を生じることなく極小値に収束させるには、本実施形態の最適値探索コントローラ30のように、積分要素(適応則入力Uadp_ex)が制御アルゴリズムに含まれている必要があるが、多少の定常偏差を許容できる条件下では、前述した式(9)に代えて、下式(13)によって適応則入力Uadpを算出してもよい。
Figure 2008303842
上式(13)のλaは、忘却係数であり、0≪λa<1が成立する値(例えば値0.99)に設定される。ここで、適応則入力Uadp_exを前述した式(9)で算出した場合、何らかの要因によって排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexを極小値に収束できない状況下では、適応則入力Uadp_exが増大することで、制御入力値Ucが過大な値となる可能性があり、その場合には、上記要因が解消されたときに、制御入力値Ucが適切な値に戻るのに時間を要してしまう。これに対して、適応則入力Uadp_exを上式(13)で算出した場合、適応則入力Uadp_exの増大を回避でき、制御入力値Ucが過大な値となるのを回避できる。それにより、上記要因が解消されたときに、適切な制御入力値Ucを迅速に得ることができる。
次に、図7を参照しながら、前述したFFコントローラ40について説明する。このFFコントローラ40は、ユリア噴射量Gureaをフィードフォワード制御するためのFF噴射量Gurea_ffを算出するものであり、同図に示すように、NOx排出量算出部41、NOx還元量算出部42、FF噴射量算出部43およびモデル修正器50を備えている。
まず、NOx排出量算出部41について説明する。このNOx排出量算出部41は、以下に述べる手法によって、エンジン3から排出されると推定されるNOx量を、NOx排出量Gnox_eng_hatとして算出するものである。なお、本実施形態では、NOx排出量算出部41がNOx浄化率パラメータ算出手段に相当する。
まず、NOx排出量のマップ値Gnox_eng_bsを算出するためのマップを、運転モード値STS_MODに応じて、複数のマップの中から選択する。この運転モード値STS_MODは、エンジン3の運転モードを表す値であり、各種の運転パラメータ(エンジン回転数NE,アクセル開度AP,車速など)に応じて設定される。
この場合、運転モード値STS_MODがエンジン3の通常運転モードを表しているときには、図8のマップが選択される。同図において、NE1〜NE3は、エンジン回転数NEの所定値であり、NE1<NE2<NE3が成立するように設定される。このマップでは、マップ値Gnox_eng_bsは、要求トルクPmcmdが大きいほど、またはエンジン回転数NEが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、エンジン3の負荷が大きいほど、混合気の燃焼温度が上昇することで、NOx排出量が増大するためと、エンジン回転数NEが高いほど、単位時間当たりのNOx排出量が増大するためである。
次いで、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクPmcmdを算出する。その後、上記選択されたマップを、エンジン回転数NEおよび要求トルクPmcmdに応じて検索することにより、NOx排出量のマップ値Gnox_eng_bsを算出する。
さらに、EGR率Regrに応じて、図9に示すテーブルを検索することにより、EGR補正係数Knox_engを算出する。このテーブルでは、EGR補正係数Knox_engは、Regr=0のときに値1に設定されているとともに、EGR率Regrが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、EGR率Regrが大きい場合、混合気の燃焼温度が低下することで、NOx排出量が減少するためである。
そして、NOx排出量算出部41では、最終的に、下式(14)により、NOx排出量Gnox_eng_hatが算出される。
Figure 2008303842
次に、NOx還元量算出部42について説明する。このNOx還元量算出部42は、以下に述べる手法によって、ユリア選択還元触媒7によって還元されると推定されるNOx量を、NOx還元量Gnox_red_hatとして算出するものである。なお、本実施形態では、NOx還元量算出部42がNOx浄化率算出手段および浄化率算出手段に相当する。
まず、上記NOx排出量Gnox_eng_hatおよび触媒温Tscrに応じて、図10に示すマップを検索することにより、推定NOx浄化率のマップ値Ita_scr_bsを算出する。同図において、Tscr1〜Tscr3は、触媒温Tscrの所定値であり、Tscr1<Tscr2<Tscr3が成立するように設定される。このマップでは、マップ値Ita_scr_bsは、NOx排出量Gnox_eng_hatが大きいほど、より小さくなるように設定されている。これは、NOx排出量Gnox_eng_hatが大きいほど、NOxがユリア選択還元触媒7と接触する確率が低下するためである。
また、このマップでは、マップ値Ita_scr_bsは、触媒温Tscrが所定値Tscr2のときに、最も大きい値を示すとともに、それよりも低温または高温のとき(Tscr=Tscr1,またはTscr=Tscr3)には、より小さい値に設定されている。これは、ユリア選択還元触媒7が、触媒温Tscrが所定温度域(例えば300〜500℃)のときに、NOx浄化率が最も高くなる特性を有しているためである。なお、図10のマップは、新品のユリア選択還元触媒7における平均的な特性に基づいて設定され、本実施形態では、このマップが相関関係モデルに相当する。
次いで、下式(15)により、推定NOx浄化率Ita_scr_hatを算出する。
Figure 2008303842
上式(15)のKffは、モデル修正係数であり、後述するようにモデル修正器50によって正値として算出される。上式(15)に示すように、推定NOx浄化率Ita_scr_hatは、マップ値Ita_scr_bsをモデル修正係数Kffで修正することによって算出される。
なお、本実施形態では、NOx排出量Gnox_eng_hatおよび触媒温TscrがNOx浄化率パラメータに相当し、マップ値Ita_scr_bsが選択還元触媒が所定の劣化度合にあるときのNOx浄化率に相当し、推定NOx浄化率Ita_scr_hatがNOx浄化率に相当する。
そして、NOx還元量算出部42では、最終的に、下式(16)により、NOx還元量Gnox_red_hatが算出される。
Figure 2008303842
一方、FF噴射量算出部43では、以上のように算出されたNOx還元量Gnox_red_hatに基づき、下式(17)により、FF噴射量Gurea_ffが算出される。
Figure 2008303842
上式(17)のKnox_ureaは、NOx還元量Gnox_red_hatをユリア噴射量に換算するための換算係数であり、尿素水中の尿素と水の割合に応じて、予め一定値に設定される。
次に、モデル修正器50について説明する。このモデル修正器50は、モデル修正係数Kffを算出するものであり、このモデル修正係数Kffは、前述した式(15)に示すように、マップ値Ita_scr_bsを修正(または補正)するためのもの、すなわち、新品のユリア選択還元触媒7における平均的な特性に基づいて設定された、相関関係モデルとしての図10のマップを修正するためのものである。なお、本実施形態では、モデル修正器50がモデル修正値算出手段に相当し、モデル修正係数Kffがモデル修正値に相当する。
図11を参照しながら、このようなモデル修正係数Kffを用いる理由について説明する。図11(a)は、ユリア選択還元触媒7が新品で劣化してない場合の、NOx排出量および触媒温Tscrと、NOx浄化率の関係を表しており、図11(b)はユリア選択還元触媒7が劣化した場合の三者の関係を表している。両図を比較すると明らかなように、ユリア選択還元触媒7が劣化した場合、NOx浄化率は、NOx排出量の全領域に対して一律に低下するものではなく、その低下度合がばらつきながら変化する。それにより、マップ値Ita_scr_bsを修正する際には、それに対応して非線形な修正が必要となる。したがって、このモデル修正器50では、ユリア選択還元触媒7が劣化していないときのNOx浄化率であるマップ値Ita_scr_bsを、非線形に修正するために、以下に述べる手法によって、モデル修正係数Kffが算出される。
図12に示すように、モデル修正器50は、3つの非線形重み関数算出部51〜53と、3つのスライディングモードコントローラ(図では「SMC」と表記する)54〜56と、3つの乗算器57〜59と、2つの加算器60,61を備えている。
まず、非線形重み関数算出部51〜53では、NOx排出量Gnox_eng_hatに応じて、図13(a)に示すテーブルを検索することにより、3つの非線形重み関数Wi(i=1〜3)の値がそれぞれ算出される。同図において、Gn1〜Gn3は、0<Gn1<Gn2<Gn3が成立するように設定される、NOx排出量Gnox_eng_hatの所定値を表している。
ここで、非線形重み関数Wiの添字iは、以下に述べるNOx排出量Gnox_eng_hatの3つの領域に対応する値であることを表しており、この関係は、後述する各種の値においても同様である。具体的には、非線形重み関数W1は、0≦Gnox_eng_hat<Gn2と規定される第1領域に対応し、非線形重み関数W2は、Gn1<Gnox_eng_hat<Gn3と規定される第2領域に対応し、非線形重み関数W3は、Gn2<Gnox_eng_hatと規定される第3領域に対応するように設定されている。
また、同図に示すように、3つの非線形重み関数Wiの各々は、上述した対応する領域では値1以下の正値にかつそれ以外の領域では値0に設定されており、さらに、隣り合う各2つの非線形重み関数Wj,Wj+1(j=1または2)は、互いに交差しているとともに、交差している部分の両者の和が、非線形重み関数Wiの最大値1になるように設定されている。
すなわち、隣り合う2つの非線形重み関数W1,W2は、所定値Gn1と所定値Gn2の間で交差しているとともに、両者の交差点におけるNOx排出量Gnox_eng_hatは、図13(b)に示すように、その前後でNOx浄化率の勾配が変化する勾配変化点となっている。これと同様に、隣り合う2つの非線形重み関数W2,W3は、所定値Gn2と所定値Gn3の間で交差しているとともに、両者の交差点におけるNOx排出量Gnox_eng_hatも、その前後でNOx浄化率の勾配が変化する勾配変化点となっている。
このように、隣り合う2つの非線形重み関数Wj,Wj+1(j=1または2)の交差点が、NOx浄化率の勾配変化点に対応するように設定されているのは、以下の理由による。すなわち、図13(b)に示すように、ウレア選択還元触媒7のNOx浄化率は、ウレア選択還元触媒7が劣化した際、上記勾配変化点を有しかつその位置も維持したままで変化するので、前述したモデル修正係数Kffも、勾配変化点に対応する領域毎に異なる勾配となるように算出する必要がある。したがって、モデル修正係数Kffの勾配が、NOx浄化率の勾配変化点に対応する領域毎に異なるようにするために、隣り合う2つの非線形重み関数Wiの交差点が、NOx浄化率の勾配変化点に対応するように設定されている。
なお、NOx浄化率の勾配変化点の位置が、ユリア選択還元触媒7の劣化に伴って移動する場合には、2つの非線形重み関数Wj,Wj+1が、新品および劣化品のユリア選択還元触媒7のNOx浄化率における勾配変化点を含む領域で交差するように設定すればよい。さらに、多数の非線形重み関数Wが設定されている場合には、勾配変化点を含む領域に対応する非線形重み関数Wの数を増加し、その領域で密に配置すればよい。
一方、3つのスライディングモードコントローラ54〜56では、3つの修正係数θi(i=1〜3)がそれぞれ算出される。これらの修正係数θiは、3つの非線形重み関数Wiを修正するためのものであり、以下に述べるように、適応スライディングモード制御アルゴリズムを適用したアルゴリズム[式(18)〜(25)]によって算出される。
まず、下式(18)により、モデル誤差Effが算出される。
Figure 2008303842
この場合、上式(18)によってモデル誤差Effを算出するのは、以下の理由による。すなわち、モデル修正係数Kffは、これをマップ値Ita_scr_bsに乗算することで、推定NOx浄化率Ita_scr_hatを算出するものであるので、単位はNOx浄化率(%)となる。一方、前述したように、補正成分Gurea_compは、Gurea_comp=Ucとして算出されるため、その単位はユリア噴射量となる。したがって、補正成分Gurea_compの単位をNOx浄化率に変換することを目的として、上式(18)によって、モデル誤差Effが算出される。
次いで、下式(19)により、3つの分配誤差Ewi(i=1〜3)がそれぞれ算出される。
Figure 2008303842
上式(19)に示すように、3つの分配誤差Ewiは、3つの非線形重み関数Wiをモデル誤差Effに乗算することによって算出されるので、モデル誤差Effを、NOx排出量Gnox_eng_hatの前述した第1〜第3領域にそれぞれ分配した値として算出される。
そして、最終的に、3つの修正係数θiが、下式(20)〜(25)に示す適応スライディングモード制御アルゴリズムによって算出される。
Figure 2008303842
上式(20)のσwiは切換関数であり、Sは−1<S<0の関係が成立するように設定される切換関数設定パラメータである。また、式(21)のθrchiは到達則入力であり、Krchiは所定の到達則ゲインを表している。
さらに、式(22)のθadpiは適応則入力であり、Kadpiは所定の適応則ゲインを表している。また、同式(22)のλは忘却係数であり、その値は式(23),(24)に示すように、修正係数の前回値θi(k−1)と所定の上下限値θH,θLとの比較結果により、値1または所定値λlmtに設定される。この上限値θHは正の所定値に設定され、下限値θLは負の所定値に設定されるとともに、所定値λlmtは、0<λlmt<1が成立するような値に設定される。
さらに、式(25)に示すように、修正係数θiは、到達則入力θrchiおよび適応則入力θadpiの和として算出される。
以上の修正係数θiの算出アルゴリズムにおいて、忘却係数λを用いたのは以下の理由による。すなわち、ユリア選択還元触媒7におけるNOx浄化率の変化以外の要因(例えば外乱)によって、大きなモデル誤差Effが発生した場合、それに起因して、修正係数θiが誤適応することで一時的に不適切な値になり、過渡制御性が低下してしまう。
これに対して、前述した式(22)では、修正係数の前回値θi(k−1)の絶対値が大きい場合には、適応則入力θadpiの増大を回避するために、0<λ<1の範囲内の値に設定された忘却係数λが、適応則入力の前回値θadpi(k−1)に乗算されている。この場合、前述した式(22)を漸化式によって展開すると、h(hは2以上の自然数)回前の制御タイミングでの適応則入力の前回値θadpi(k−h)に対しては、λh(≒0)が乗算されることになるので、演算処理が進行したときでも、適応則入力θadpiの増大を回避することができる。その結果、修正係数θiが誤適応することで一時的に不適切な値になるのを回避でき、過渡制御性を向上させることができる。
また、忘却係数λを常に0<λ<1の範囲内の値に設定した場合、修正係数θiの領域が変わることでEwi=0となったときや、上記要因が解消されることでEwi≒0になったときに、忘却係数λによる忘却効果により、修正係数θiが値0近傍に収束してしまうので、そのような状態で大きなモデル誤差Effが再度発生すると、そのモデル誤差Effを解消するのに時間を要してしまうことになる。したがって、それを回避し、モデル誤差Effを迅速に解消するためには、修正係数θiの絶対値が比較的小さいときでも、修正係数θiを、モデル誤差Effを迅速に補償可能な値に適切に保持しておく必要があるので、θL≦θi(k−1)≦θHが成立しているときには、忘却係数λによる忘却効果をキャンセルするために、λ=1に設定されている。なお、忘却係数λによる忘却効果が常に不要な場合には、式(22)において、修正係数の前回値θi(k−1)の大小にかかわらず、λ=1と設定すればよい。
以上のように、3つの修正係数θiは、適応スライディングモード制御アルゴリズムによって、3つの非線形重み関数Wiがそれぞれ対応する、NOx排出量Gnox_eng_hatの3つの領域における補正成分Gurea_compが値0になるように、算出される。この補正成分Gurea_compは、制御入力値Ucと等しいので、修正係数θiは、最適値探索コントローラ30によって算出される制御入力値Ucが値0になるように(すなわち制御入力値Ucの絶対値が減少するように)算出され、言い換えれば、制御入力値Ucによって検出信号値Vexを極小値にフィードバック制御する必要性が低くなるように、修正係数θiが算出される。
次に、3つの乗算器57〜59で、修正係数θiと非線形重み関数Wiを乗算することにより、3つの乗算値θiiが算出される。
さらに、加算器60で、下式(26)により、乗算和Kff’が算出される。
Figure 2008303842
そして、加算器61で、下式(27)により、モデル修正係数Kffが算出される。
Figure 2008303842
上式(27)に示すように、モデル修正係数Kffは、乗算和Kff’に値1を加算することにより算出される。これは、θiがいずれも値0に収束したときに、式(15)でIta_scr_hat=Ita_scr_bsが成立するようにするためである。
図14は、モデル修正器50における、各種の値の算出例を示している。同図に示すように、3つの乗算値θiiは互いに異なる変化を示す値として算出されるとともに、モデル修正係数Kffは、NOx排出量Gnox_eng_hatに対して非線形な変化を示す値として算出される。それにより、モデル修正係数Kffによって、推定NOx浄化率のマップ値Ita_scr_bsを非線形に修正できることが判る。
以上のように、モデル修正器50では、制御入力値Ucによって検出信号値Vexを極小値にフィードバック制御する必要性が低くなるように、修正係数θiが算出されるとともに、そのような修正係数θiで非線形重み関数Wiを修正しながら、モデル修正係数Kffが算出され、さらに、このモデル修正係数Kffを用いてマップ値Ita_scr_bsを修正することにより、推定NOx浄化率Ita_scr_hatが算出される。それにより、ユリア選択還元触媒7の実際のNOx浄化率が、前述した様々な要因によって非線形に変化したときでも、そのような非線形なNOx浄化率の変化に適合させながら、推定NOx浄化率Ita_scr_hatを算出することができる。その結果、推定NOx浄化率Ita_scr_hatの算出精度を向上させることができる。
次に、図15を参照しながら、ECU2により実行されるユリア噴射制御処理について説明する。この制御処理は、前述した手法によって、ユリア噴射量Gureaを算出するものであり、前述した所定の制御周期ΔTで実行される。
まず、ステップ1(図では「S1」と略す。以下同じ)で、ユリア故障フラグF_UREANGが「1」であるか否かを判別する。このユリア故障フラグF_UREANGは、図示しない判定処理において、ユリア噴射装置10が故障したと判定されたときに「1」に設定され、それ以外のときには「0」に設定される。
ステップ1の判別結果がYESで、ユリア噴射装置10が故障しているときには、ユリア噴射装置10によるユリア噴射を停止すべきであると判定して、ステップ15に進み、ユリア噴射量Gureaを値0に設定した後、本処理を終了する。
一方、ステップ1の判別結果がNOで、ユリア噴射装置10が正常であるときには、ステップ2に進み、触媒劣化フラグF_SCRNGが「1」であるか否かを判別する。この判別結果がNOで、ユリア選択還元触媒7が劣化していないときには、ステップ3に進み、ユリア残量Qureaが所定値Qref未満であるか否かを判別する。
この判別結果がYESで、ユリア残量Qureaが少ないときには、ステップ14に進み、それを表すために、ユリア残量警告灯26を点灯する。次いで、ユリア噴射を停止するために、前述したステップ15で、ユリア噴射量Gureaを値0に設定した後、本処理を終了する。なお、ステップ14で、ユリア残量警告灯26の点灯に加えて、ユリア残量Qureaが少ないことをドライバに報知するための警告音を出力するように構成してもよい。
一方、ステップ3の判別結果がNOで、ユリア残量Qureaが多いときには、ステップ4に進み、触媒暖機タイマ値Tmastが所定値Tmlmtよりも大きいか否かを判別する。この触媒暖機タイマ値Tmastは、エンジン始動後の触媒暖機時間を計時するものである。
ステップ4の判別結果がNOのときには、酸化触媒がまだ活性化されておらず、ユリア噴射を停止すべきであると判定して、前述したステップ15で、ユリア噴射量Gureaを値0に設定した後、本処理を終了する。
一方、ステップ4の判別結果がYESのときには、酸化触媒が活性状態にあると判定して、ステップ5に進み、触媒温Tscrが所定値Tscr_actよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がNOのときには、酸化触媒がまだ活性化されておらず、ユリア噴射を停止すべきであると判定して、前述したステップ15で、ユリア噴射量Gureaを値0に設定した後、本処理を終了する。
一方、ステップ5の判別結果がYESのときには、ユリア選択還元触媒7が活性状態にあると判定して、ステップ6に進み、前述した式(2)〜(11)によって、FB噴射量Gurea_fbを算出するとともに、前述した式(12)によって、補正成分Gurea_compを算出する。
次いで、ステップ7に進み、前述した式(14)〜(17)によって、FF噴射量Gurea_ffを算出する。その後、ステップ8で、ユリア噴射量GureaをFB噴射量とFF噴射量の和(Gurea_fb+Gurea_ff)に設定する。
ステップ8に続くステップ9で、前述した式(18)〜(27)によって、モデル修正係数Kffを算出する。次に、ステップ10に進み、以下の4つの条件(f1)〜(f4)のいずれかが成立しているか否かを判別する。なお、下記のθrefは、ユリア選択還元触媒7の劣化を判定するための判定値であり、所定の負値(例えば値−0.8)に設定される。また、Krefも、ユリア選択還元触媒7の劣化を判定するための判定値(所定値)であり、値1より小さい所定の正値(例えば値0.2)に設定される。
(f1)θ1≦θref
(f2)θ2≦θref
(f3)θ3≦θref
(f4)Kff≦Kref
ステップ10の判別結果がNOで、上記4つの条件(f1)〜(f4)がいずれも成立していないときには、ユリア選択還元触媒7が劣化していないと判定して、ステップ11に進み、それを表すために、触媒劣化フラグF_SCRNGを「0」に設定する。その後、本処理を終了する。
一方、ステップ10の判別結果がYESで、上記4つの条件(f1)〜(f4)のいずれかが成立したときには、ユリア選択還元触媒7が劣化したと判定して、ステップ12に進み、それを表すために、触媒劣化フラグF_SCRNGを「1」に設定する。その後、本処理を終了する。
上記のように、ステップ12で、触媒劣化フラグF_SCRNGが「1」に設定されると、次回以降の制御タイミングで、前述したステップ2の判別結果がYESとなり、その場合には、ステップ13に進み、ユリア選択還元触媒7が劣化したことを表すために、触媒劣化警告灯25を点灯する。その後、ユリア噴射を停止するために、前述したステップ15で、ユリア噴射量Gureaを値0に設定した後、本処理を終了する。なお、ステップ13で、触媒劣化警告灯25の点灯に加えて、ユリア選択還元触媒7の劣化をドライバに報知するための警告音を出力するように構成してもよい。
次に、図16〜21を参照しながら、本実施形態の排ガス浄化装置1によるユリア噴射制御のシミュレーション結果(以下「制御結果」という)について説明する。まず、図16および図17は、本実施形態の排ガス浄化装置1の制御結果例を示しており、特に、図16は、図10のマップにおいてモデル誤差が存在しないときの制御結果例を示しており、図17は、モデル誤差が存在するときの制御結果例を示している。
また、図18および図19はそれぞれ、比較のために、排ガス浄化装置1のモデル修正器50のみを省略した場合すなわちKff=1に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときおよびモデル誤差が存在するときの制御結果例を示している。さらに、図20および図21はそれぞれ、比較のために、最適値探索コントローラ30およびモデル修正器50を双方とも省略した場合、すなわちGurea_fb=0およびKff=1に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときおよびモデル誤差が存在するときの制御結果例を示している。
以上の図16〜21において、Gnox_scrは、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のNOx量を表す触媒後NOx量であり、Slip_NH3は、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のアンモニア量を表すスリップ値である。また、Ita_scr_actは、ユリア選択還元触媒7におけるNOx浄化率の実際値を表しており、したがって、図10のマップにおいてモデル誤差が存在しないときには、Ita_scr_bs=Ita_scr_actとなる一方、モデル誤差が存在するときには、Ita_scr_bs>Ita_scr_actとなる。さらに、Gurea_bestは、排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexを極小値に収束させることができる、ユリア噴射量Gureaの最適値を表している。
まず、最適値探索コントローラ30およびモデル修正器50を双方とも省略した場合、図20に示すように、モデル誤差が存在しないときには、ユリア噴射量Gurea(=Gurea_ff)が最適値Gurea_bestに一致しているとともに、スリップ値Slip_NH3がほとんど値0に保持されており、良好な排ガス特性を確保できることが判る。しかし、図21に示すように、劣化などに起因するNOx浄化率の低下によって、モデル誤差が存在するときには、NOx排出量Gnox_eng_hatの増大に伴って、ユリア噴射量Gureaが最適値Gurea_bestから大きく乖離するとともに、スリップ値Slip_NH3が大幅に増加しており、排ガス特性が大幅に悪化することが判る。
また、モデル修正器50を省略した場合、図18に示すように、モデル誤差が存在しないときには、ユリア噴射量Gureaが最適値Gurea_bestにほぼ一致しているとともに、スリップ値Slip_NH3が微小値に保持されており、良好な排ガス特性を確保できることが判る。しかし、図19に示すように、モデル誤差が存在するときには、NOx排出量Gnox_eng_hatが周期的に増大する際、ユリア噴射量Gureaが最適値Gurea_bestから一時的に乖離し(すなわちオーバーシュートし)、それに起因してスリップ値Slip_NH3が一時的に増加するとともに、そのような状態を、時刻t10〜t11の間、時刻t12〜t13の間および時刻t14〜t15の間で繰り返しており、排ガス特性が悪化することが判る。
一方、本実施形態の排ガス浄化装置1では、図16に示すように、モデル誤差が存在しない場合、前述した図18の制御結果と同様に、ユリア噴射量Gureaが最適値Gurea_bestに一致しているとともに、スリップ値Slip_NH3が微小値に保持されており、良好な排ガス特性を確保できることが判る。
また、図17に示すように、モデル誤差が存在する場合、NOx排出量Gnox_eng_hatが周期的に増大する際、その1回目の増大時には、時刻t1〜t2の間で、ユリア噴射量Gureaが最適値Gurea_bestから一時的に乖離するとともに、スリップ値Slip_NH3が一時的に増加する。しかし、NOx排出量Gnox_eng_hatが2回目および3回目に増大した際、時刻t3以降および時刻t4以降においても、ユリア噴射量Gureaが最適値Gurea_bestにほぼ一致しているとともに、スリップ値Slip_NH3が微小値に保持されており、良好な排ガス特性を確保できることが判る。これは、ユリア噴射制御処理の演算進行に伴い、図10のマップにおけるモデル誤差を補償するように、修正係数θiすなわちモデル修正係数Kffが算出されることによって、推定NOx浄化率Ita_scr_hatが実際値Ita_scr_actに近づくことによる。
以上のように、本実施形態の排ガス浄化装置1によれば、最適値探索コントローラ30において、排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexおよび参照入力Refに基づき、両者の相関性を表す移動平均値Crが算出され、移動平均値Crが値0に収束するように、制御入力値Ucが算出されるとともに、この制御入力値Ucを含むように、ユリア噴射量Gureaが算出される。この場合、前述したように、検出信号値Vexが極小値に近いほど、移動平均値Crは値0に近い値となるので、この制御入力値Ucによって、検出信号値Vexが極小値に収束させることができる。また、排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexが極小値を示すときのユリア噴射量Gureaが、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度およびNOx濃度の双方をバランスよく低減できる最適値となるので、この制御入力値Ucによって、ユリア噴射量Gureaをそのような最適値に制御することができ、それにより、ユリア選択還元触媒7よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度およびNOx濃度の双方を、バランスよく低減することができる。その結果、ユリア選択還元触媒7のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、NOx浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる。
また、制御入力値Ucが、スライディングモード制御アルゴリズム[式(7)〜(10)]によって、移動平均値Crが値0に収束するように算出されるので、検出信号値Vexが極小値付近に近づいたとき、すなわちユリア噴射量Gureaが最適値付近に近づいたときでも、振動的挙動や不安定挙動を生じることなく、ユリア噴射量Gureaを指数関数的に最適値に収束させることができるとともに、収束後は、ユリア噴射量Gureaを最適値付近に保持することができる。それにより、検出信号値Vexを指数関数的に極小値に収束させることができるとともに、収束後は、検出信号値Vexを極小値付近に保持することができる。その結果、ユリア選択還元触媒7のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、NOx浄化率および排ガス特性をより一層、向上させることができる。
さらに、移動平均値Crが、乗算値Zを所定周期Trefの整数倍の区間である移動平均区間Nref・ΔTで積分することによって算出されるので、参照入力Refの周波数が制御入力値Ucに混入するのを回避でき、それにより、参照入力Refの周波数成分が、最適値探索コントローラ30を含むクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、制御系の安定性を確保することができる。
また、FFコントローラ40において、ユリア触媒温TscrおよびNOx排出量Gnox_eng_hatに応じて、図10のマップを検索することによって、推定NOx浄化率のマップ値Ita_scr_bsが算出され、このマップ値Ita_scr_bsをモデル修正係数Kffで修正することによって、推定NOx浄化率Ita_scr_hatが算出され、この推定NOx浄化率Ita_scr_hatに応じて、FF噴射量Gurea_ffが算出される。そして、FF噴射量Gurea_ffにFB噴射量Gurea_fbを加算することにより、ユリア噴射量Gureaが算出される。すなわち、FF噴射量Gurea_ffをFB噴射量Gurea_fbで補正することによって、ユリア噴射量Gureaが算出される。
このように、FF噴射量Gurea_ffをFB噴射量Gurea_fbで補正しながら、ユリア噴射量Gureaを制御する場合、FB噴射量Gurea_fbが排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexに応じて算出される関係上、ユリア噴射量Gureaを補正した結果が排ガス濃度センサ22の検出信号値Vexに反映されるまでに応答遅れを生じるおそれがある。これに対して、FFコントローラ40では、前述したように、フィードフォワード制御アルゴリズムによって、FF噴射量Gurea_ffが算出されるので、上記のような応答遅れを生じることなく、還元剤をユリア選択還元触媒7に適切に供給することができる。
また、モデル修正器50では、修正係数θiが、補正成分Gurea_compすなわち制御入力値Ucが値0に収束するように算出され、そのような修正係数θiを用いてモデル修正係数Kffが算出される。そして、NOx還元量算出部42では、推定NOx浄化率のマップ値Ita_scr_bsをモデル修正係数Kffで修正することによって、推定NOx浄化率Ita_scr_hatが算出されるので、ユリア選択還元触媒7の実際のNOx浄化率が様々な要因によって変化したときでも、それに対応しながら、推定NOx浄化率Ita_scr_hatを適切に算出することができる。以上の理由により、NOx浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる。
さらに、モデル修正器50では、非線形重み関数Wiを修正係数θiに乗算し、これらの乗算値Wiθiの総和である乗算和Kff’を値1に加算することによって、モデル修正係数Kffが算出されるので、NOx排出量Gnox_eng_hatとNOx浄化率との実際の関係が前述した3つの領域のうちのある領域において局所的な誤差または経年変化を生じている場合や、NOx排出量Gnox_eng_hatとNOx浄化率との実際の関係が3つの領域間においてばらついている場合でも、NOx排出量Gnox_eng_hatと推定NOx浄化率Ita_scr_hatとの関係を、実際の関係に適切に一致させることができる。その結果、ユリア選択還元触媒7の劣化や個体間のNOx浄化能力のばらつきに起因して、図10のマップにおいてモデル誤差が生じた場合(すなわちマップ値Ita_scr_bsが実際のNOx浄化率に対してずれを生じた場合)でも、そのモデル誤差を適切に補償することができる。
これに加えて、3つの非線形重み関数Wiの各々は、前述した対応する領域では値1以下の正値にかつそれ以外の領域では値0に設定されており、さらに、隣り合う各2つの非線形重み関数Wj,Wj+1(j=1または2)は、互いに交差しているとともに、交差している部分の両者の和が、非線形重み関数Wiの最大値1になるように設定されているので、マップ値Ita_scr_bsを修正する際、3つの領域に対して連続的に修正できることで、修正されたマップ値Ita_scr_bsが不連続点を有することがなくなる。それにより、推定NOx浄化率Ita_scr_hatが、マップ値Ita_scr_bsの不連続点に起因して一時的に不適切な状態になるのを回避できる。
また、モデル修正器50において、モデル誤差Effの算出に用いる補正成分Gurea_compは、前述したように、参照入力Refの周波数が混入しないように算出された制御入力値Ucであるので、参照入力Refの周波数成分が、FFコントローラ40を含むクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、制御系の安定性を確保することができる。
さらに、図15に示すユリア噴射制御処理では、モデル修正係数Kffが所定値Krefを上回ったときに、ユリア選択還元触媒7が劣化したと判定され、触媒劣化警告灯25が点灯されるので、ユリア選択還元触媒7の劣化を運転者に適切に報知することができる。それにより、ユリア選択還元触媒7が劣化しているにもかかわらず、エンジン3の運転が継続されるのを回避することが可能になり、排ガス特性の悪化を回避できる。これに加えて、ユリア選択還元触媒7が劣化したと判定されたときに、ユリア噴射量Gureaが値0に算出され、ユリア噴射が停止されるので、ユリア選択還元触媒7が劣化しているにもかかわらず、還元剤がユリア選択還元触媒7に供給されることがなくなることで、還元剤がユリア選択還元触媒7の下流側に流出するのを回避でき、排ガス特性の悪化を回避できる。
なお、実施形態は、理解の容易化のために、図1において、ユリア選択還元触媒7のみをエンジン3の排気通路5に示し、その他の排気デバイスを省略した例であるが、本願発明の排ガス浄化装置1が適用されるエンジン3の排気系のレイアウトはこれに限らず、様々な触媒やフィルタが排気通路5に配置されたレイアウトを採用可能である。例えば、エンジン3がガソリンエンジンの場合には、3元触媒などを、ユリア選択還元触媒7の上流側または下流側に設けてもよい。一方、エンジン3がディーゼルエンジンの場合には、酸化還元触媒やDPFなどを、ユリア選択還元触媒7の上流側または下流側に設けてもよい。以上のようなレイアウトを採用した場合でも、実施形態の前述した作用効果を得ることができる。
また、実施形態は、排ガス濃度検出手段として排ガス濃度センサ22を用いた例であるが、本発明の排ガス濃度検出手段はこれに限らず、排ガス中のNOx濃度および還元剤濃度を表す検出信号を出力するとともに、NOx濃度の増減に対する検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有するものであればよい。例えば、排ガス濃度検出手段として、排ガス中の尿素濃度およびNOx濃度を表す検出信号を出力する排ガス濃度センサを用いてもよい。
また、排ガス濃度検出手段を以下のように構成してもよい。すなわち、排ガス中のNOx濃度のみを検出するNOx濃度センサと、排ガス中のアンモニア濃度のみを検出するアンモニア濃度センサとを、排気通路のユリア選択還元触媒の下流側に設け、これらのセンサをECU2に電気的に接続する。この場合、NOx濃度センサとして、排ガス中のNOx濃度が図22(a)に示すように変化した際、その検出信号値Vnoxが図22(c)に示すように変化する特性のものを用いるとともに、アンモニア濃度センサとして、排ガス中のアンモニア濃度が図22(b)に示すように変化した際、その検出信号値Vnh3が図22(d)に示すように変化する特性のものを用いる。
そして、ECU2において、図22(e)に示すように、NOx濃度センサの検出信号値Vnoxと、アンモニア濃度センサの検出信号値Vnh3とを合成することによって、検出信号値Vexを算出する。具体的には、検出信号値Vexを、下式(28)によって算出する。
Figure 2008303842
上式(28)のKfsnは、所定の合成係数であり、図22(e)に示すように、検出信号値Vexの曲線を、ユリア噴射量Gureaの最適値を中心として、可能な限り左右対称にできるような値に設定される。
以上のような手法で算出された検出信号値Vexを用いた場合でも、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、この例では、NOx濃度センサがNOx濃度検出手段に相当し、アンモニア濃度センサが還元剤濃度検出手段に相当し、ECU2が検出信号値算出手段に相当する。
また、実施形態の最適値探索コントローラ30に代えて、図23に示す最適値探索コントローラ80を用いてもよい。この最適値探索コントローラ80は、以下に述べる手法によって、FB噴射量Gurea_fbおよび補正成分Gurea_compを算出するものである。同図に示すように、最適値探索コントローラ80は、参照入力算出部81、反転増幅器82、ハイパスフィルタ83、乗算器84、積分器85、増幅器86、加算器87および移動平均フィルタ88を備えている。
この最適値探索コントローラ80の4つの要素81〜84では、実施形態の最適値探索コントローラ30の要素31〜34と同じように、下式(29)〜(32)によって、参照入力Ref、反転値Vinv、フィルタ値Yfおよび乗算値Zがそれぞれ算出される。
Figure 2008303842
また、積分器85では、下式(33)により、積分値Cr’が算出される。
Figure 2008303842
さらに、増幅器86では、下式(34)により、制御入力値Uc’が算出される。なお、下式(34)のKexは、所定のゲインである。
Figure 2008303842
次に、加算器87では、下式(35)により、FB噴射量Gurea_fbが算出される。
Figure 2008303842
さらに、移動平均フィルタ88では、下式(36)に示すように、FB噴射量Gurea_fbに移動平均フィルタ処理を施すことにより、補正成分Gurea_compが算出される。
Figure 2008303842
以上のような最適値探索コントローラ80を用いた場合でも、実施形態の最適値探索コントローラ30を用いた場合と同様に、前述した作用効果を得ることができる。特に、補正成分Gurea_compが、FB噴射量Gurea_fbに移動平均フィルタ処理を施した値として算出されるので、参照入力Refの周波数成分がモデル修正係数Kffに混入するのを回避できる。それにより、参照入力Refの周波数成分が、FF噴射量Gurea_ffを入力とし検出信号値Vexを出力とする系のクローズドループ内で循環するのを回避でき、循環による共振の発生を回避することができる。
なお、上式(36)に代えて、下式(37)に示すように、制御入力値Uc’に移動平均フィルタ処理を施すことにより、補正成分Gurea_compを算出してもよい。
Figure 2008303842
上式(37)で補正成分Gurea_compを算出した場合でも、上記と同じ理由により、参照入力Refの周波数成分が、FF噴射量Gurea_ffを入力とし検出信号値Vexを出力とする系のクローズドループ内で循環するのを回避でき、循環による共振の発生を回避することができる。
なお、この例では、最適値探索コントローラ80が供給量補正手段に相当し、参照入力算出部81が変動値算出手段に相当し、積分器85が相関性パラメータ算出手段に相当し、増幅器86が制御入力値算出手段に相当し、積分器Cr’が相関性パラメータに相当する。
さらに、実施形態の最適値探索コントローラ30に代えて、本出願人が特開2006−105031号公報で提案済みのESCコントローラ(図12)のアルゴリズムを用いて、FB噴射量Gurea_fbおよび補正成分Gurea_compを算出してもよい。このようにした場合でも、上記最適値探索コントローラ80と同様に、参照入力Refの周波数成分がクローズドループ内で循環するのを回避でき、循環による共振の発生を回避することができる。
また、実施形態は、非線形重み関数Wiの数を値3とした例であるが、非線形重み関数Wiの数を、値1、値2または値4以上の整数としてもよい。特に、ユリア選択還元触媒7のNOx浄化率が、NOx排出量Gnox_eng_hatに対して一律に変化する場合には、非線形重み関数Wiの数を値1とすることができ、その場合には、ECU2の演算負荷を低減することができる。
さらに、実施形態は、変動値として、正弦波状に変化する参照入力Refを用いた例であるが、本発明の変動値はこれに限らず、振幅が所定周期で周期的に変化するものであればよい。例えば、余弦波状に変化する値や、三角波状に変化する値などの、周期関数的に変化する値を用いてもよい。
一方、実施形態は、還元剤として尿素(Urea)を用いた例であるが、本発明の還元剤はこれに限らず、選択還元触媒におけるNOxの還元作用を促進するものであればよい。例えば、アンモニア、重水素(H2)およびエタノールを還元剤として用いてもよい。その場合には、選択還元触媒も、実施形態のユリア選択還元触媒7に代えて、還元剤の種類に応じてNOxを効果的に還元できるものを用いればよい。そのような還元剤や選択還元触媒を用いた場合でも、尿素およびユリア選択還元触媒7を用いた実施形態の場合と同様に、前述した作用効果を得ることができる。
また、実施形態は、相関関係モデルとして図10のマップを用いた例であるが、本発明の相関関係モデルはこれに限らず、NOx浄化率パラメータと、選択還元触媒が所定の劣化度合にあるときのNOx浄化率との関係を定義したものであればよい。例えば、相関関係モデルとして、数式を用いてもよい。さらに、実施形態は、相関関係モデルとして、選択還元触媒が新品で劣化していないときすなわち劣化度合がゼロであるときのものを用いた例であるが、相関関係モデルとして、NOx浄化率パラメータと、選択還元触媒が実際に所定度合劣化したときのNOx浄化率との関係を定義したものを用いてもよい。
また、実施形態は、NOx浄化率パラメータとして、NOx排出量Gnox_eng_hatおよび触媒温Tscrを用いた例であるが、本発明のNOx浄化率パラメータはこれに限らず、選択還元触媒のNOx浄化率に対して相関性を有するものであればよい。
さらに、実施形態は、モデル修正値として正値のモデル修正係数Kffを用いた例であるが、これに代えて、負値のモデル修正値を用いてもよい。例えば、モデル修正値としてモデル修正係数Kffの正負を反転した値を用いてもよく、その場合には、ステップ10で、モデル修正係数Kffの絶対値が所定の判定値Kref以下であるか否かを判別するとともに、式(15)において、右辺のKff(k−1)を[−Kff’(k−1)]に置き換えた式によって、推定NOx浄化率Ita_scr_hatを算出すればよい。
本実施形態の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。 排ガス浄化装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 排ガス濃度センサの検出信号値Vexの特性を示す図である。 最適値探索コントローラの概略構成を示す機能ブロック図である。 参照入力Refを示す図である。 最適値探索コントローラの制御アルゴリズムを説明するための図である。 フィードフォワードコントローラの概略構成を示す機能ブロック図である。 NOx排出量のマップ値Gnox_eng_bsの算出に用いるマップの一例を示す図である。 EGR補正係数Knox_engの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 推定NOx浄化率のマップ値Ita_scr_bsの算出に用いるマップの一例を示す図である。 (a)ユリア選択還元触媒が新品の場合のNOx浄化率と(b)ユリア選択還元触媒が劣化した場合のNOx浄化率をそれぞれ示す図である。 モデル修正器の概略構成を示す機能ブロック図である。 (a)重み関数Wiの算出に用いるテーブルの一例を示す図と(b)新品および劣化品のユリア選択還元触媒のNOx浄化率の一例を示す図である。 (a)非線形重み関数Wiと、(b)乗算値θi・Wiと、(c)積算値Kff’と、(d)モデル修正係数Kffの算出結果の一例を示す図である。 ユリア噴射制御処理を示すフローチャートである。 モデル誤差が存在しないときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 モデル誤差が存在するときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 Kff=1に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 Kff=1に設定した場合において、モデル誤差が存在するときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 Gurea_fb=0およびKff=1に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 Gurea_fb=0およびKff=1に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 排ガス濃度検出手段の変形例を説明するための図である。 最適値探索コントローラの変形例を示す機能ブロック図である。
符号の説明
1 排ガス浄化装置
2 ECU(排ガス濃度検出手段、変動値算出手段、相関性パラメータ算出手段、制
御入力値算出手段、供給量決定手段、検出信号値算出手段、NOx浄化率パラメ
ータ算出手段、NOx浄化率算出手段、供給量補正手段、モデル修正値算出手段
、浄化率算出手段、劣化判定手段、警告手段、禁止手段)
3 内燃機関
5 排気通路
7 ユリア選択還元触媒
10 ユリア噴射装置(還元剤供給装置)
22 排ガス濃度センサ(排ガス濃度検出手段)
30 最適値探索コントローラ(供給量補正手段)
31 参照入力算出部(変動値算出手段)
35 移動平均フィルタ(相関性パラメータ算出手段)
36 スライディングモードコントローラ(制御入力値算出手段)
40 フィードフォワードコントローラ(供給量決定手段)
41 NOx排出量算出部(NOx浄化率パラメータ算出手段)
42 NOx還元量算出部(NOx浄化率算出手段、浄化率算出手段)
50 モデル修正器(モデル修正値算出手段)
80 最適値探索コントローラ(供給量補正手段)
81 参照入力算出部(変動値算出手段)
85 積分器(相関性パラメータ算出手段)
86 増幅器(制御入力値算出手段)
Vex 検出信号値
Yf フィルタ値(検出信号値を表す値)
Rref 参照入力(変動値)
Tref 所定周期
Z 乗算値
Cr 移動平均値(相関性パラメータ)
Nref・ΔT 移動平均区間(所定周期の整数倍の区間)
Uc 制御入力値(供給量補正値)
Gurea_fb フィードバック噴射量(制御入力値と変動値の和)
Gnox_eng_hat NOx排出量(NOx浄化率パラメータ)
Tscr 触媒温(NOx浄化率パラメータ)
Ita_scr_hat 推定NOx浄化率(NOx浄化率)
Ita_scr_bs マップ値(選択還元触媒が劣化していない状態でのNOx浄
化率)
Gurea_ff フィードフォワード噴射量(還元剤の供給量)
Kff モデル修正係数(モデル修正値)
Kref 判定値(所定値)
i 非線形重み関数(複数の関数)
θi 修正係数
Kff’ 乗算和(複数の乗算値の総和)
Gurea ユリア噴射量(還元剤の供給量)
Vnox NOx濃度センサの検出信号値(NOx濃度信号の値)
Vnh3 アンモニア濃度センサの検出信号値(還元剤濃度検出信号の
値)
Cr’ 積分値(相関性パラメータ)
Uc’ 制御入力値(供給量補正値)
Gurea_comp 補正成分(所定周期の整数倍の区間で積分した値)

Claims (12)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流れる排ガス中のNOxを還元剤の存在下で浄化する選択還元触媒と、
    前記還元剤を前記選択還元触媒に供給する還元剤供給装置と、
    前記排気通路の前記選択還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガス中のNOxおよび還元剤の濃度を表す検出信号を出力するとともに、NOx濃度の増減に対する当該検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する当該検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有する排ガス濃度検出手段と、
    振幅が所定周期で周期的に変化する変動値を算出する変動値算出手段と、
    前記検出信号値および前記変動値を用いて、前記検出信号値と前記変動値との相関性を表す相関性パラメータを算出する相関性パラメータ算出手段と、
    当該相関性パラメータに基づき、前記検出信号値を極値に制御するための制御入力値を算出する制御入力値算出手段と、
    前記還元剤供給装置による前記選択還元触媒への前記還元剤の供給量を、前記制御入力値および前記変動値を含むように決定する供給量決定手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
  2. 前記相関性パラメータは、前記検出信号値を表す値と前記変動値との乗算値の積分値に基づいて算出され、
    前記制御入力値算出手段は、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、前記相関性パラメータが値0に収束するように、前記制御入力値を算出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  3. 前記積分値は、前記乗算値を前記所定周期の整数倍の区間で積分することによって算出されることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  4. 前記所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  5. 前記排ガス濃度検出手段は、
    排ガス中のNOxの濃度を表すNOx濃度検出信号を出力するNOx濃度検出手段と、
    排ガス中の前記還元剤の濃度を表す還元剤濃度検出信号を出力する還元剤濃度検出手段と、
    前記NOx濃度検出信号の値および前記還元剤濃度検出信号の値を組み合わせて用いることにより、前記検出信号値を算出する検出信号値算出手段と、
    を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  6. 内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流れる排ガス中のNOxを還元剤の存在下で浄化する選択還元触媒と、
    前記排気通路の前記選択還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガス中のNOxを含む所定成分の濃度を表す検出信号を出力する排ガス濃度検出手段と、
    前記還元剤を前記選択還元触媒に供給する還元剤供給装置と、
    前記選択還元触媒のNOx浄化率に対して相関性を有するNOx浄化率パラメータを算出するNOx浄化率パラメータ算出手段と、
    当該NOx浄化率パラメータに基づき、当該NOx浄化率パラメータと前記選択還元触媒が所定の劣化度合にあるときの前記NOx浄化率との相関関係を定義した相関関係モデルを用いて、当該NOx浄化率を算出するNOx浄化率算出手段と、
    当該NOx浄化率に応じて、前記還元剤供給装置による前記選択還元触媒への前記還元剤の供給量を決定する供給量決定手段と、
    前記排ガス濃度検出手段の検出信号値に応じて、供給量補正値を算出するとともに、当該供給量補正値を用いて、前記還元剤の前記供給量を補正する供給量補正手段と、
    を備え、
    前記NOx浄化率算出手段は、
    前記供給量補正値の絶対値が減少するように、所定のアルゴリズムによって、モデル修正値を算出するモデル修正値算出手段と、
    当該モデル修正値によって修正した前記相関関係モデルを用いて、前記NOx浄化率を算出する浄化率算出手段と、
    を有することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
  7. 前記モデル修正値算出手段は、所定の複数の関数の値を複数の修正係数にそれぞれ乗算することによって、複数の乗算値を算出するとともに、当該複数の乗算値の総和を用いて、前記モデル修正値を算出し、
    前記所定の複数の関数はそれぞれ、前記NOx浄化率パラメータが変化し得る領域を区分した複数の領域に対応して、当該対応する領域において値0以外の値に設定されかつ当該対応する領域以外において値0に設定されており、隣り合う各2つの領域が互いに重なり合っているとともに、当該重なり合う領域に対応する前記関数の値の総和の絶対値が、前記関数における最大値の絶対値と等しくなるように設定されており、
    前記複数の修正係数の各々は、当該各修正係数に乗算される前記関数が対応する領域において、前記供給量補正値の絶対値が減少するように算出されることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  8. 前記排ガス濃度検出手段は、前記所定成分の濃度を表す検出信号として、排ガス中のNOxおよび前記還元剤の濃度を表す検出信号を出力するとともに、NOx濃度の増減に対する当該検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する当該検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有しており、
    前記供給量補正手段は、
    振幅が所定周期で周期的に変化する変動値を算出する変動値算出手段と、
    前記検出信号値および前記変動値を用いて、前記検出信号値と前記変動値との相関性を表す相関性パラメータを算出する相関性パラメータ算出手段と、
    当該相関性パラメータに基づき、前記供給量補正値を、前記検出信号値を極値に制御するための制御入力値として算出する制御入力値算出手段と、を有し、
    前記制御入力値と前記変動値の和によって、前記還元剤の前記供給量を補正することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  9. 前記相関性パラメータ算出手段は、前記検出信号値を表す値と前記変動値との乗算値を前記所定周期の整数倍の区間で積分することによって、前記相関性パラメータを算出することを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  10. 前記モデル修正値算出手段は、前記制御入力値と前記変動値の和、および前記制御入力値の一方を前記所定周期の整数倍の区間で積分した値を用いて、前記モデル修正値を算出することを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  11. 前記モデル修正値の絶対値が所定値を上回ったときに、前記選択還元触媒が劣化したと判定する劣化判定手段と、
    当該劣化判定手段によって前記選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、当該劣化を表す警告情報を出力する警告手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項6ないし10のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  12. 前記モデル修正値の絶対値が所定値を上回ったときに、前記選択還元触媒が劣化したと判定する劣化判定手段と、
    当該劣化判定手段によって前記選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、前記還元剤供給装置による前記選択還元触媒への前記還元剤の供給を禁止する禁止手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項6ないし10のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
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