JP2011094592A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニアスリップの発生を抑制しながらＮＯｘ浄化率を高く維持し続けることができる排気浄化システムを提供すること。
【解決手段】排気浄化システムは、アンモニアセンサ２６の出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに基づいてアンモニアスリップの発生を判定するスリップ判定部３４と、基準噴射量算出部３１と、スイッチング噴射量算出部３２と、を備える。基準噴射量算出部３１は、エンジンの運転状態に相関のあるパラメータに基づいて基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を算出する。スイッチング噴射量算出部３２は、アンモニアスリップが発生したと判定されたことに応じてスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を負の値にすることでユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを減量し、さらにストレージ量推定値ＳＴ_ＵＲＥＡが所定の切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を下回ったことに応じてスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を正の値にすることでユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを増量する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に、還元剤の存在下において排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

従来、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化システムの１つとして、アンモニア等の還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を排気通路に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側から尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでアンモニアを生成し、このアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなアンモニアの化合物を加熱することでアンモニアを生成し、このアンモニアを直接添加するシステムも提案されている。以下では、尿素添加式のシステムについて説明する。

このような選択還元触媒では、尿素水の噴射量が最適な量よりも少ない場合には、ＮＯｘの還元に消費されるアンモニアが不足することでＮＯｘ浄化率が低下し、この最適な量よりも多い場合には、ＮＯｘの還元に余剰となったアンモニアが排出する。このため、選択還元触媒を備える排気浄化システムでは、尿素水の噴射量を適切に制御することが重要となっている。そこで、特許文献１や特許文献２には、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定し、この推定に基づいて尿素水の噴射量を制御するものが示されている。

特許文献１の排気浄化システムでは、選択還元触媒の下流側のＮＯｘ量をＮＯｘセンサで検出し、このＮＯｘセンサの出力値と、内燃機関の運転状態から、選択還元触媒に流入する排気の組成、より具体的にはＮＯとＮＯ_２の比を推定する。さらにこの排気の組成に基づいて選択還元触媒のＮＯｘ浄化率を推定し、尿素水の噴射量を制御する。
また特許文献２の排気浄化システムでは、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率に関する量として触媒の温度を検出し、この温度に基づいて尿素水の噴射量を制御する。

しかしながら、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、上述のような排気の組成や選択還元触媒の温度だけではなく、選択還元触媒の劣化状態によっても変化する。また、浄化性能には個体間でばらつきがある。したがって、特許文献１，２に示すような排気浄化システムでは、尿素水の噴射量を常に最適に制御するのは困難である。

そこで以下では、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をより直接的に検出し、これに基づいて尿素水の噴射量を制御する技術について検討する。

図１９は、従来の排気浄化システム８０の構成を示す模式図である。
図１９に示すように、エンジン８１の排気通路８２には、上流側から下流側へ向かって順に、酸化触媒８３と、ユリアタンク８４に貯留された還元剤としての尿素水を排気通路８２内に噴射するユリア噴射弁８５と、アンモニアの存在下で排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒８６とが設けられる。また、選択還元触媒の浄化性能を監視するものとして、選択還元触媒８６の温度を検出する温度センサ８７と、選択還元触媒８６の下流側のＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ８８とが設けられる。

この排気浄化システム８０では、例えば、予め設定されたマップによりエンジン８１から排出されるＮＯｘ量を推定し、このＮＯｘ量と、温度センサ８７により検出された触媒温度とに基づいて、ユリア噴射弁８５による尿素水の噴射量を決定する。特にここで、選択還元触媒８６の劣化状態は、ＮＯｘセンサ８８の出力値と、推定した排気のＮＯｘ量との差に基づいて推定することができる。この排気浄化システムでは、以上のようにして推定した選択還元触媒８６の劣化状態に応じて、尿素水の噴射量を補正する。

特開２００４−１００７００号公報 特開２００６−２７４９８６号公報

図２０は、上述の従来の排気浄化システムにおける、選択還元触媒下流の排気のＮＯｘ量及びアンモニア量と、ＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図である。具体的には、図２０は、上段から順に、選択還元触媒下流の排気のＮＯｘ量、選択還元触媒下流の排気のアンモニア量、及びＮＯｘセンサの出力値と、尿素水噴射量との関係を示す。

尿素水の噴射量を増加すると、生成されるアンモニアも増加するため、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が上昇する。このため、図２０に示すように、尿素水の噴射量を増加するに従い、選択還元触媒の下流のＮＯｘ量は減少する。また、星印に示す尿素水噴射量を超えると、ＮＯｘ量は尿素水噴射量にかかわらず略一定となる。すなわち、星印を超える量の尿素水は、生成されたＮＯｘを還元することに対しては余剰であることを示す。

また、ここで余剰となった尿素水から生成されたアンモニアは、ＮＯｘの還元には消費されず、選択還元触媒に貯蔵されるか又は選択還元触媒の下流に排出される。したがって、図２０に示すように、選択還元触媒の下流の排気のアンモニア量は、星印に示す尿素水の噴射量を超えると増加する。なお、このように選択還元触媒から還元剤がその下流側へ流出してしまうことを、以下では「還元剤スリップ」といい、特に還元剤としてアンモニアを用いた場合には「アンモニアスリップ」という。

以上のように、図２０において星印で示す尿素水噴射量は、ＮＯｘ量及びアンモニア量を共に最小にできるので、この排気浄化システムにおける最適な噴射量となっている。

しかしながら、図２０に示すように、ＮＯｘセンサの出力値は、この最適な噴射量における出力値を最小点とした、下に凸の特性を示す。これは、現存するＮＯｘセンサは、その検出原理上、ＮＯｘに対してだけでなくアンモニアに対しても感応するためである。したがって、ＮＯｘセンサからの出力値のみでは、尿素水の噴射量が最適な噴射量に対して不足した状態であるか又は過剰な状態であるかを判別できない。

ところで、選択還元触媒には、以上のようにアンモニアの存在下でＮＯｘを還元する能力の他、アンモニアを貯蔵する能力がある。
図２１は、選択還元触媒におけるアンモニアのストレージ率と、ＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。ここで、ストレージ率とは、選択還元触媒に貯蔵されたアンモニア量の、その最大値に対する割合をいう。

図２１に示すように、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、ストレージ率が高くなるほど向上する特性がある。したがって、アンモニアスリップの発生を抑制しつつＮＯｘ浄化率を高く維持するには、選択還元触媒におけるストレージ率を最大値に高い精度で制御することが望ましい。しかしながら、ＮＯｘセンサには上述のような特性があるため、アンモニアスリップの発生を抑制しながらストレージ率を最大値に制御し続けることは困難であり、また制御系が破綻してしまうおそれもある。このため、ＮＯｘセンサを用いた従来の排気浄化システムでは、ストレージ率を１５〜３０％程度に制御することにより、ＮＯｘ浄化率の低下と引き換えに、過大なアンモニアスリップが発生するのを抑制している。

本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、選択還元触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、還元剤スリップの発生を抑制しながら、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持し続けることができる内燃機関の排気浄化システムを提供することである。

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気通路１１）に設けられ、還元剤（例えば、後述のアンモニア）の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒（例えば、後述の選択還元触媒２３）と、前記選択還元触媒に還元剤又は還元剤の元となる添加剤（例えば、後述の尿素水）を供給する還元剤供給手段（例えば、後述のユリア噴射装置２５）と、を備えた内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）を提供する。前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記選択還元触媒の下流側の排気の還元剤量又は還元剤濃度を検出する還元剤検出手段（例えば、後述のアンモニアセンサ２６）と、前記還元剤検出手段の出力値（ＮＨ３_ＣＯＮＳ）に基づいて前記選択還元触媒における還元剤スリップの発生を判定（Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}）するスリップ判定手段（例えば、後述のスリップ判定部３４）と、前記選択還元触媒に貯蔵されている還元剤の量をストレージ量として、当該ストレージ量の推定値（ＳＴ_ＵＲＥＡ）を算出するストレージ量推定手段（例えば、後述の状態推定器３５）と、前記還元剤供給手段の供給量（Ｇ_ＵＲＥＡ）を決定する供給量決定手段（例えば、後述の基準噴射量算出部３１、スイッチング噴射量算出部３２、及び加算器３３）と、を備え、前記供給量決定手段は、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータ（例えば、後述のＮＯｘセンサの出力値ＮＯＸ_ＣＯＮＳ、エンジン回転数ＮＥ、発生トルクＴＲＱ）に基づいて算出された基準供給量（Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}）に対し、前記還元剤スリップが発生したと判定されたことに応じて減量し、前記ストレージ量の推定値が所定の切換判定値（ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}）を下回ったことに応じて増量することで供給量を決定する。

この発明によれば、還元剤供給手段による還元剤又は添加剤の供給量の基準供給量を、内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータに基づいて算出する。このようにして内燃機関の運転状態に応じて算出した基準供給量に対し、選択還元触媒において還元剤スリップが発生したと判定されたことに応じて減量し、さらにストレージ量の推定値が切換判定値を下回ったことに応じて増量することで供給量を決定する。これにより、内燃機関の運転状態に応じて排気を浄化するのに必要な量の還元剤を供給しながら、選択還元触媒のストレージ量を、切換判定値とストレージ容量との間で振動するように制御することができるので、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持し続けることができる。また、このとき、選択還元触媒における還元剤スリップの発生を間欠的にすることができるので、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持しながら、還元剤スリップの発生を抑制することができる。

ところで、還元剤量又は還元剤濃度を検出する還元剤検出手段には、排気中のＯ_２やＨ_２Ｏなどの還元剤以外の成分により、その出力特性、特にゲインが変化するものがある。このため、還元剤検出手段の出力値に基づいて供給量を決定した場合、還元剤検出手段の予期せぬ出力特性の変化により、供給量が適切な量からずれてしまい、ＮＯｘ浄化率の低下や過大な還元剤スリップの発生を引き起こしてしまうおそれがある。
これに対して本発明では、供給量を決定するにあたり、還元剤検出手段の出力値そのものでなく、スリップ判定手段を経た２値的な判定結果を利用する。そしてスリップ判定手段では、還元剤検出手段の出力値に基づいて還元剤スリップの発生の有無、すなわち選択還元触媒の下流側の排気中の還元剤の有無を判定する。また、このような還元剤の有無の判定結果は、上述のような還元剤検出手段のゲイン変化に大きく左右されないと考えられる。したがって、本発明によれば、還元剤検出手段のゲイン変化の影響を受けることなく供給量を決定することができる。

この場合、前記排気浄化システムは、前記選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量をストレージ容量として、当該ストレージ容量の推定値（ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}）を算出するストレージ容量推定手段（例えば、後述の状態推定器３５、及びストレージ容量修正器３６）をさらに備え、前記切換判定値（ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}）は、前記ストレージ容量の推定値（ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}）に基づいて設定されることが好ましい。

この発明によれば、選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量、すなわちストレージ量の最大値であるストレージ容量の推定値を算出し、このストレージ容量の推定値に基づいて上記切換判定値を設定する。これにより、温度や劣化度合いに応じて変化するストレージ容量に応じて切換判定値を適切に設定することができるので、実際の選択還元触媒の状態に応じてＮＯｘ浄化率を安定して高く維持しながら、還元剤スリップの発生を最小限に抑制することができる。

この場合、前記排気浄化システムは、前記ストレージ量の推定値（ＳＴ_ＵＲＥＡ）に基づいて前記還元剤スリップの発生を判定する（Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}）スリップ推定手段（例えば、後述の状態推定器３５）をさらに備え、前記ストレージ容量推定手段は、前記スリップ判定手段により判定された還元剤スリップの発生時期（Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}＝０→１）と、前記スリップ推定手段により判定された還元剤スリップの発生時期（Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}＝０→１）との差に基づいて前記ストレージ容量の推定値を修正することが好ましい。

この発明によれば、還元剤検出手段の出力値に基づいて判定した還元剤スリップの発生時期と、ストレージ量の推定値に基づいて判定した還元剤スリップの発生時期との差に応じてストレージ容量の推定値を修正する。これにより、選択還元触媒や還元剤検出手段に物ばらつきや経年変化が生じた場合であってもストレージ容量の推定値を実際の選択還元触媒のストレージ容量に近づけることができるので、ＮＯｘ浄化率や還元剤スリップの抑制能力の安定性をさらに向上することができる。

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気通路１１）に設けられ、還元剤（例えば、後述のアンモニア）の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒（例えば、後述の選択還元触媒２３）と、前記選択還元触媒に還元剤又は還元剤の元となる添加剤（例えば、後述の尿素水）を供給する還元剤供給手段（例えば、後述のユリア噴射装置２５）と、を備えた内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）を提供する。前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記選択還元触媒の下流側の排気の還元剤量又は還元剤濃度を検出する還元剤検出手段（例えば、後述のアンモニアセンサ２６）と、前記選択還元触媒に貯蔵されている還元剤の量をストレージ量として、当該ストレージ量の推定値（ＳＴ_ＵＲＥＡ）を算出するストレージ量推定手段（例えば、後述の状態推定器３５）と、前記選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量をストレージ容量として、当該ストレージ容量の推定値（ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}）を算出するストレージ容量推定手段（例えば、後述の状態推定器３５、及びストレージ容量修正器３６）と、前記還元剤検出手段の出力値（ＮＨ３_ＣＯＮＳ）に基づいて前記選択還元触媒における還元剤スリップの発生を判定（Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}）するスリップ判定手段（例えば、後述のスリップ判定部３４）と、前記ストレージ量の推定値（ＳＴ_ＵＲＥＡ）に基づいて前記還元剤スリップの発生を判定する（Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}）スリップ推定手段（例えば、後述の状態推定器３５）と、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータ（例えば、後述のＮＯｘセンサの出力値ＮＯＸ_ＣＯＮＳ、エンジン回転数ＮＥ、発生トルクＴＲＱ）、前記ストレージ量の推定値（ＳＴ_ＵＲＥＡ）、及び前記ストレージ容量の推定値（ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}）に基づいて前記還元剤供給手段の供給量を決定する供給量決定手段（例えば、後述の基準噴射量算出部３１、スイッチング噴射量算出部３２、及び加算器３３）と、を備え、前記ストレージ容量推定手段は、前記スリップ判定手段により判定された還元剤スリップの発生時期（Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}＝０→１）と、前記スリップ推定手段により判定された還元剤スリップの発生時期（Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}＝０→１）との差に基づいて前記ストレージ容量の推定値を修正する。

この発明によれば、内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータ、ストレージ量の推定値、及びストレージ容量の推定値に基づいて、還元剤供給手段による還元剤又は添加剤の供給量を決定する。これにより、内燃機関の運転状態に応じて排気を浄化するのに必要な量の還元剤を供給しながら、選択還元触媒のストレージ量をストレージ容量の近傍に制御することができる。
また、この発明によれば、還元剤検出手段の出力値に基づいて判定した還元剤スリップの発生時期と、ストレージ量の推定値に基づいて判定した還元剤スリップの発生時期との差に応じてストレージ容量の推定値を修正する。これにより、選択還元触媒や還元剤検出手段に物ばらつきや経年変化が生じた場合であってもストレージ容量の推定値を実際の選択還元触媒のストレージ容量に近づけることができる。このように、実際のストレージ容量に近い推定値に基づいて供給量を決定することにより、選択還元触媒の状態に応じて適切な量の還元剤を供給することができるので、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持しながら、還元剤スリップの発生を抑制することができる。

この場合、前記選択還元触媒の温度に対して設定された複数の領域（例えば、後述の領域１，２，３）に対し、複数の重み関数（例えば、後述の重み関数Ｗ_ｉ）と複数の補正値（例えば、後述の局所補正値ＫＶＮＳ_ｉ）とを設定し、前記ストレージ容量推定手段は、前記スリップ判定手段により判定された還元剤スリップの発生時期と、前記スリップ推定手段により判定された還元剤スリップの発生時期との差に基づいて前記複数の補正値を更新し、さらに当該更新された複数の補正値と、前記選択還元触媒の温度に応じた前記複数の重み関数の値との積の総和を修正係数（例えば、後述のストレージ容量補正値ＫＶＮＳ）とし、当該修正係数に基づいて前記ストレージ容量の推定値を修正することが好ましい。

この発明によれば、スリップ判定手段により判定された還元剤スリップの発生時期とスリップ推定手段により判定された還元剤スリップの発生時期との差に基づいて、選択還元触媒の温度の複数の領域に対して設定された複数の補正値を更新する。そして、選択還元触媒の温度に応じた複数の重み関数の値と、上記複数の補正値との積の総和を修正係数とし、この修正係数に基づいてストレージ容量の推定値を修正する。これにより、実際に還元剤スリップが発生する時期と推定した還元剤スリップが発生する時期とが一致するように、適応的にストレージ容量の修正値を修正することができる。

この場合、前記排気浄化システムは、前記ストレージ容量の推定値（ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}）、前記複数の補正値（ＫＶＮＳ_ｉ）、及び前記修正係数（ＫＶＮＳ）の少なくとも何れかに基づいて、前記選択還元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段（例えば、後述の触媒劣化判定器３７）をさらに備えることが好ましい。

この発明によれば、選択還元触媒の劣化を判定することにより、運転者は選択還元触媒が劣化したことを認識することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。 選択還元触媒のストレージ容量の温度特性を示す図である。 アンモニアセンサの出力特性を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御を実行するモジュール構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係るスリップ判定部の動作を示す図である。 上記実施形態に係る基準噴射量を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係るストレージ容量の推定値と触媒温度との関係を模式的に示す図である。 上記実施形態に係る温度係数を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係る排気ボリュームの推定値を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係る噴射量スイッチングフラグ、スリップ判定フラグ、アンモニアセンサ出力値、ストレージ量推定値、ストレージ容量推定値、及びユリア噴射量の動作を示すタイムチャートである。 上記実施形態に係るストレージ容量の基準値を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係るストレージ容量修正器の構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係る触媒温度センサの出力値を定義域とした３つの重み関数の構成を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るユリア噴射制御のシミュレーションの結果（ＣＡＳＥ１）を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御のシミュレーションの結果（ＣＡＳＥ２）を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御のシミュレーションの結果（ＣＡＳＥ３）を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御のシミュレーションの結果（ＣＡＳＥ４）を示す図である。 従来の排気浄化システムの構成を示す模式図である。 従来の排気浄化システムにおける、選択還元触媒下流の排気のＮＯｘ量及びアンモニア量と、ＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図である。 選択還元触媒のストレージ率とＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（以下「エンジン」という）１及びその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又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。

排気浄化システム２は、エンジン１の排気通路１１に設けられ、この排気通路１１を流通する排気中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を還元剤としてのアンモニアの存在下で浄化する選択還元触媒２３と、排気通路１１のうち選択還元触媒２３の上流側に、還元剤の元となる尿素水を供給するユリア噴射装置２５と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）３とを含んで構成される。排気通路１１には、選択還元触媒２３の他、酸化触媒２１やスリップ抑制触媒２４が設けられる。

ユリア噴射装置２５は、ユリアタンク２５１と、ユリア噴射弁２５３とを備える。
ユリアタンク２５１は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路２５４及び図示しないユリアポンプを介して、ユリア噴射弁２５３に接続されている。このユリアタンク２５１には、ユリアレベルセンサ２５５が設けられている。このユリアレベルセンサ２５５は、ユリアタンク２５１内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をＥＣＵ３に出力する。
ユリア噴射弁２５３は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気通路１１内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。

酸化触媒２１は、排気通路１１のうち選択還元触媒２３及びユリア噴射弁２５３よりも上流側に設けられ、排気中のＮＯの一部をＮＯ_２に変換することにより、選択還元触媒２３におけるＮＯｘの還元を促進する。

選択還元触媒２３は、アンモニア等の還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。具体的には、ユリア噴射装置２５により尿素水を噴射すると、この尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解されてアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは選択還元触媒２３に供給され、このアンモニアにより、排気中のＮＯｘは選択的に還元される。

この選択還元触媒２３は、尿素水から生成されたアンモニアで排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成されたアンモニアを所定の量だけ貯蔵する機能も有する。以下では、選択還元触媒２３において貯蔵されているアンモニア量をストレージ量とし、選択還元触媒２３で貯蔵できるアンモニア量すなわちストレージ量の最大値をストレージ容量とする。

このようにして選択還元触媒２３に貯蔵されたアンモニアは、排気中のＮＯｘの還元にも適宜消費される。このため、ストレージ量が多くなるに従い、選択還元触媒２３におけるＮＯｘ浄化率は高くなる。一方、ストレージ量がストレージ容量に達し選択還元触媒２３が飽和状態になると、ＮＯｘ浄化率も最高値に達するものの、ＮＯｘの還元に供されず余剰となったアンモニアが選択還元触媒２３の下流側へ排出されるアンモニアスリップが発生する。

スリップ抑制触媒２４は、排気通路１１のうち選択還元触媒２３の下流側に設けられ、選択還元触媒２３においてアンモニアスリップが発生した場合に、スリップしたアンモニアがシステム外に排出するのを抑制する。このスリップ抑制触媒２４としては、例えば、選択還元触媒２３からスリップしたアンモニアを酸化しＮ_２とＨ_２Ｏに分解する酸化触媒や、スリップしたアンモニアを貯蔵する選択還元触媒などを用いることができる。

ＥＣＵ３には、アンモニアセンサ２６、触媒温度センサ２７、及びＮＯｘセンサ２８の他、クランク角度位置センサ１４、アクセル開度センサ１５、ユリア残量警告灯１６、及び触媒劣化警告灯１７が接続されている。

アンモニアセンサ２６は、排気通路１１のうち選択還元触媒２３とスリップ抑制触媒２４との間における排気のアンモニア濃度ＮＨ３_ＣＯＮＳを検出し、検出したアンモニア濃度ＮＨ３_ＣＯＮＳに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。

触媒温度センサ２７は、選択還元触媒２３の温度（以下、「触媒温度」という）Ｔ_ＳＣＲを検出し、検出した触媒温度Ｔ_ＳＣＲに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。

ＮＯｘセンサ２８は、選択還元触媒２３に流入する排気のＮＯｘの濃度（以下、「ＮＯｘ濃度」という）ＮＯＸ_ＣＯＮＳを検出し、検出したＮＯｘ濃度ＮＯＸ_ＣＯＮＳに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。

クランク角度位置センサ１４は、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するとともに、クランク角１度ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このパルス信号に基づいて、エンジン１の回転数ＮＥを算出する。クランク角度位置センサ１４は、さらに特定気筒の所定クランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ＥＣＵ３に供給する。

アクセル開度センサ１５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、検出したアクセル開度ＡＰに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このアクセル開度ＡＰ及び回転数ＮＥに応じて、エンジン１の要求トルクＴＲＱが算出される。以下では、この要求トルクＴＲＱを、エンジン１の負荷を表す負荷パラメータとする。

ユリア残量警告灯１６は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、ユリアタンク２５１内の尿素水の残量が所定の残量より少なくなったことに応じて点灯する。これにより、ユリアタンク２５１内の尿素水の残量が少なくなったことを運転者に警告する。

触媒劣化警告灯１７は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、後述の触媒劣化判定器３７により選択還元触媒２３が劣化したと判定されたことに応じて点灯する。これにより、選択還元触媒２３が劣化した状態であることを運転者に警告する。

ＥＣＵ３は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ３は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エンジン１、ユリア噴射弁２５３等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。

次に、ユリア噴射弁によるユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡ（尿素水の供給量）を決定するモジュールの詳細な構成について説明する。本実施形態のモジュールの構成について詳細に説明する前に、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに基づいてユリア噴射制御を行うにあたり、本願発明者が着眼した２つの課題を説明する。

（１）選択還元触媒のストレージ容量の変化
図２は、選択還元触媒のストレージ容量の温度特性を示す図である。図２では、一点鎖線で新品のものの温度特性を示し、実線で劣化したものの温度特性を示す。
アンモニアスリップの発生を抑制しながら高いＮＯｘ浄化率を維持するには、ストレージ容量を高い精度で推定し続ける必要がある。しかしながら、図２に示すように選択還元触媒のストレージ容量は、触媒温度の上昇とともに低下する特性があり、さらにこの温度特性は、触媒の劣化の進行に応じて低下するように変化する。

（２）アンモニアセンサのゲイン変化
図３は、アンモニアセンサの出力特性を示す図である。
上述のように、現存するＮＯｘセンサは排気中のＮＯｘ成分だけでなくアンモニア成分に対しても感度を有するが、特開２００４−３７３７８号公報及び特開２００５−１１４３５５号公報に示されているように、ＮＯｘに対する感度を有さないアンモニアセンサを開発することは可能である。このようなアンモニアセンサは、図３に示すように、排気のアンモニア濃度に略比例したレベルの検出信号ＮＨ３_ＣＯＮＳを出力する。

しかしながら現存するアンモニアセンサは、排気中のアンモニア以外の成分（Ｏ_２、Ｈ_２Ｏなど）の影響を受けて、図３において破線で示すように、ゲイン変化が生じる可能性がある。このため、アンモニアセンサの出力値に基づいてユリア噴射制御を行った場合、アンモニアセンサのゲイン変化に応じてユリア噴射量が適切な量からずれてしまうおそれがある。また、このようにセンサのゲインが変化すると、上述のようにストレージ容量を高い精度で推定し続けることが困難となる。

図４は、本実施形態のユリア噴射制御を実行するモジュール構成を示すブロック図である。この機能は、上述のようなハードウェア構成を備えるＥＣＵ３により実現される。

本実施形態のユリア噴射制御では、全噴射量に対し基準となる基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を後述の基準噴射量算出部３１により算出し、さらに、さらにこの基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}に対し、後述のスイッチング噴射量算出部３２により算出したスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を加算器３３で加算することにより、この基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を補正したものをユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡとして決定する（下記式（１）参照）。

ここで、記号（ｋ）は、ユリア噴射周期（例えば、０．２５〜３．００ｓｅｃ）に同期して設定された演算時刻を示す。すなわち、例えば、Ｇ_ＵＲＥＡ（ｋ）が今回の制御タイミングにおけるユリア噴射量であるとした場合、Ｇ_ＵＲＥＡ（ｋ−１）は１周期前（前回）の制御タイミングにおけるユリア噴射量を示す。なお、以下の説明においては記号（ｋ）を適宜、省略する。

また、これら基準噴射量算出部３１及びスイッチング噴射量算出部３２で基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}及びスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を算出するにあたり、上記（１）の課題を解決するため、状態推定器３５及びストレージ容量修正器３６により、選択還元触媒２３の状態を推定する。より具体的には、状態推定器３５及びストレージ容量修正器３６は選択還元触媒２３のストレージ量及びストレージ容量のそれぞれの推定値ＳＴ_ＵＲＥＡ，ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を算出し、スイッチング噴射量算出部３２に入力する。
そして、アンモニアセンサ２６に関する上記（２）の課題を解決するため、このユリア噴射制御では、アンモニアセンサ２６の出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳは、スリップ判定部３４を介して変換された信号が用いられる。
また、このユリア噴射制御では、状態推定器３５及びストレージ容量修正器３６の出力に基づいて、触媒劣化判定器３７により選択還元触媒２３の劣化を判定する。

以下では、このようなユリア噴射制御における各モジュールの詳細な構成について、順に説明する。

［スリップ判定部の構成］
図５は、スリップ判定部３４の動作を示す図である。
スリップ判定部３４は、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに基づいて、選択還元触媒の下流におけるアンモニアの存否、すなわち選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を判定し、アンモニアスリップが発生した状態であることを示すスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}を決定する。より具体的には、図５に示すように、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに対して、値０の近傍に閾値ＮＨ３_ＪＤを設定するとともに、出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが閾値ＮＨ３_ＪＤより小さい場合にはアンモニアスリップは発生していないと判定しスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}を「０」にセットし、出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが閾値ＮＨ３_ＪＤ以上である場合にはアンモニアスリップが発生していると判定しスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}を「１」にセットする（下記式（２）参照）。

アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳの誤差は、アンモニアセンサのゲイン変化に伴い、出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳの絶対値に応じて大きくなる。このスリップ判定部３４では、出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに対し誤差が小さい値０の近傍に閾値ＮＨ３_ＪＤを設定することにより、アンモニアセンサのゲイン変化によらず安定して高い精度でアンモニアスリップの発生を判定することができる。

［基準噴射量算出部の構成］
基準噴射量算出部３１では、エンジンから排出されたＮＯｘ量に応じた量の尿素水を噴射するべく、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を算出する。より具体的には、基準噴射量算出部３１は、エンジン回転数ＮＥやエンジンの負荷パラメータＴＲＱなどのエンジンの運転状態に相関のあるパラメータに基づいて、例えば所定の制御マップを検索することにより基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を算出する（下記式（３）参照）。

図６は、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を決定するための制御マップの一例を示す図である。
図６に示すように、この制御マップでは、エンジンの回転数ＮＥ、又は、負荷パラメータＴＲＱが大きくなるに従い、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}はより大きな値に決定される。
これは、エンジンの負荷パラメータＴＲＱが大きいほど混合気の燃焼温度が上昇することでＮＯｘ排出量が増大し、また、エンジンの回転数ＮＥが大き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。なお、エンジンの負荷パラメータとしては、燃料噴射量やシリンダ内新気量を用いてもよい。

なお、図１に示すように、選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設けた場合には、エンジンの運転状態に相関のあるパラメータとしてこのＮＯｘセンサの出力値ＮＯＸ_ＣＯＮＳに基づいて基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を算出してもよい。

［スイッチング噴射量算出部の構成］
スイッチング噴射量算出部３２では、選択還元触媒のストレージ量をストレージ容量の近傍に保つのに適した量の尿素水を噴射するべく、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}に対する補正量となるスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を算出する。より具体的には、スイッチング噴射量算出部３２は、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、並びに、後述の状態推定器３５及びストレージ容量修正器３６で算出されたストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡ及びストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}に基づいて、スイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を算出する。

このスイッチング噴射量算出部３２では、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}よりもやや小さな値に、後述の切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を設定する（後述の式（４）、（５）参照）。そして、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡをこれらストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}と切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}の間に収めるようにスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を算出する（後述の式（６）、（７）、（８）参照）。

先ず、切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を設定する手順について説明する。
図７は、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}と触媒温度（触媒温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲ）との関係を模式的に示す図である。図７に示すように、選択還元触媒のストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}は触媒温度が高くなるに従い小さくなる。このような特性を有するストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}に対して、図７中、破線で示すように、推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}よりもやや小さな値に切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を設定する。

具体的には、触媒温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲに基づいて、図８に示すような制御マップを検索することにより、温度係数ＫＳＴＳＷを検索する（下記式（４）参照）。図８に示すように、この温度係数ＫＳＴＳＷは、ストレージ容量が大きい温度領域では大きくなるように、そしてストレージ容量が小さい温度領域では小さくなるように、０〜１の間で決定することが好ましい。

そして、下記式（５）に示すように、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}に、上記温度係数ＫＳＴＳＷを乗算したものを、切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}として設定する。

これにより、図７中、破線で示すように、触媒温度が高くなるに従い、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}と切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}との差が小さくなるように設定される。これにより、触媒温度が高くなるに従いストレージ容量が低下する選択還元触媒に対し、ストレージ量がストレージ容量に近い状態を維持し続けることができる。

なお、上記温度係数ＫＳＴＳＷは、温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲによらず一定にしてもよい。また、上記式（５）に限らず、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}から所定の値を減算することにより切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を設定してもよい。

次に、下記式（６）に示すように、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡ、切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}、及びスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}に基づいて噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を決定する。
すなわち、選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生し、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」から「１」となったことに応じて、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を「０」から「１」にセットする。
その後、ストレージ容量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡが上記切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を下回ったことに応じて、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を「１」から「０」にリセットする。

以上のように決定された噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}に応じて、スイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は、下記式（７）に示すように算出される。
すなわち、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}が「１」である場合には、尿素水の噴射量がやや過剰な状態であると判断し、負の所定の供給過剰時用補正値Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ＿ＵＮＤ}に、排気密度ＤＥＮ_ＥＸと排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸとを乗算したものをスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}として決定する。
そして、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}が「０」である場合には、尿素水の噴射量がやや不足した状態であると判断し、正の所定の供給不足時用補正値Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ＿ＯＶＤ}に、排気密度ＤＥＮ_ＥＸと排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸとを乗算したものをスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}として決定する。

これにより、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}は、アンモニアスリップが発生したと判定されたことに応じて減量され、その後、ストレージ容量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡが切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を下回ったことに応じて増量される。

ここで、排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸは、エンジン回転数ＮＥや負荷パラメータＴＲＱに基づいて、例えば所定の制御マップを検索することにより算出される（下記式（８）参照）。この排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸを算出するための制御マップとしては、例えば、図９に示したものが用いられる。

図１０は、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、アンモニアセンサ出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳ、ストレージ量推定値ＳＴ_ＵＲＥＡ、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}、及びユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡの動作を示すタイムチャートである。図１０では、エンジンの運転状態を一定にし、エンジンから排出されるＮＯｘの量を一定にした場合を示す。

選択還元触媒にアンモニアが貯蔵されていない状態から運転を開始する。
エンジンの運転を開始した直後は、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}及び噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は「０」であり、したがってスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は正の値に設定される。このため、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡは、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を増量側に補正したものとなる。
その後、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡが増加し、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}に到達すると、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが増加し始める。アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが閾値ＮＨ３_ＪＤを上回ったことに応じて、アンモニアスリップが発生したと判定され、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}に「１」がセットされる。このとき同時に、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}に「１」がセットされるとともに、スイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は負の値に設定される。これにより、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡは、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を減量側に補正したものとなる。

ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを減量側に補正することにより、アンモニアセンサ出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが減少し始める。アンモニアセンサ出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが閾値ＮＨ３_ＪＤを下回ったと判定されたことに応じて、アンモニアスリップが収まったと判定され、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」にリセットされる。
その後、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡがストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}から減少し始め、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡが切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を下回ったと判定されたことに応じて噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}が「０」にリセットされるとともに、スイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は再び正の値に設定される。これにより、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡは、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を増量側に補正したものとなる。

以上のように、本実施形態のユリア噴射制御では、基本的には、ストレージ量推定値ＳＴ_ＵＲＥＡがストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}と切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}との間を振動するように、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}に対し増量側及び減量側に交互に補正する。

［状態推定器の構成］
状態推定器３５では、選択還元触媒の状態を示すストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡ及びストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を算出し、さらにこれら推定値ＳＴ_ＵＲＥＡ，ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}に基づいてアンモニアスリップの発生を判定するべくスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}を決定する。

ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}は、以下の手順で算出される。
先ず、触媒温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲに基づいて、例えば所定の制御マップを検索することによりストレージ容量の基準値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ＿ＢＳ}を算出する（下記式（９）参照）。

図１１は、ストレージ容量の基準値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ＿ＢＳ}を決定するための制御マップの一例を示す図である。図１１に示すように、この制御マップでは、ストレージ容量の基準値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ＿ＢＳ}は、選択還元触媒の特性に応じて、触媒温度が高くなるに従い小さくなるように決定される。

次に、下記式（１０）に示すように、算出した基準値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ＿ＢＳ}に、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳを乗算したものを、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}として決定する。ここで、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳは、基準値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ＿ＢＳ}に乗算することでこれを補正し、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を適応的に変化させるためのものであり、後述のストレージ容量修正器３６により算出される。また、記号（ｎ）は、後述のストレージ容量修正器３６の演算時刻を示す。

なお、本実施形態では、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳを基準値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ＿ＢＳ}に乗算したが、これに限らず加算してもよい。

ストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡは、以下の手順で算出される。
先ず、選択還元触媒には、ユリア噴射装置から噴射され、加水分解して生成されたアンモニアのうち、ＮＯｘの還元に供されなかった分が貯蔵される。したがって、今回制御時には、全ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡ（ｋ）から基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}（ｋ）を減算した量に相当するアンモニアが選択還元触媒に貯蔵される。また、選択還元触媒に貯蔵されるアンモニアの量には、下限値（値０）と上限値（ストレージ容量）とがある。
したがって、下記式（１１）に示すように、ストレージ量推定値の前回値ＳＴ_ＵＲＥＡ（ｋ−１）に今回の貯蔵分（Ｇ_ＵＲＥＡ（ｋ）−Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}（ｋ））を加算することでストレージ量推定値の一時値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＴＥＭＰ}（ｋ）を算出し、さらに下記式（１２）に示すように、この一時値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＴＥＭＰ}（ｋ）に上限値と下限値のリミット処理を施すことにより、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡ（ｋ）を決定することができる。

アンモニアスリップの発生を推定するスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}は、以下の手順で決定される。なお、このスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}を決定する具体的な手順には、２種類が考えられる。以下では、ＴＹＰＥ１とＴＹＰＥ２との２種類の手順についてそれぞれ説明する。

＜ＴＹＰＥ１＞
アンモニアスリップは、選択還元触媒にストレージ量がストレージ容量を超えることで発生することから、下記式（１３）に示すように、ストレージ量推定値ＳＴ_ＵＲＥＡとストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}との大小を比較することで、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}を決定することができる。

＜ＴＹＰＥ２＞
先ず、下記式（１４）に示すように、ストレージ量推定値の一時値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＴＥＭＰ}とストレージ容量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}との差に基づいて、スリップしたと推定される量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}を算出する。

次に、下記式（１５）に示すように、尿素水量（ｇ）の次元のスリップ推定量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}に、所定の変換係数Ｋ_{ＵＲＥＡ＿ＮＨ３＿ＧＡＳ}を乗算し、尿素水量から生成されるアンモニアの占める体積を算出し、これをさらに排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸを除算し、スリップ判定値ＮＨ３_{ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}を算出する。

そして、下記式（１６）に示すように、このスリップ判定値ＮＨ３_{ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が所定の閾値ＮＨ３_{ＳＬＩＰ＿ＪＤ}との大小を比較することにより、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}を決定することができる。

［ストレージ容量修正器の構成］
ストレージ容量修正器３６では、スリップ判定部３４により判定されたアンモニアスリップの発生時期（スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」から「１」にセットされた演算時刻）と、状態推定器３５により推定されたアンモニアスリップの発生時期（スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「０」から「１」にセットされた演算時刻）と、の差に基づいて、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を修正するためのストレージ容量補正値ＫＶＮＳを算出する。

図１２は、ストレージ容量修正器３６の構成を示すブロック図である。
図２を参照して詳述したように、ストレージ容量の温度特性は、触媒の劣化の進行に応じて低下するように変化する。また、この劣化の進行によるストレージ容量の低下は、全ての温度領域において一律に低下するのではなく、各温度領域で異なった変化を示す。

このような劣化の進行に伴い非線形的に変化するストレージ容量の温度特性に適応するため、ストレージ容量修正器３６では、そのときの触媒温度に応じたストレージ容量補正値ＫＶＮＳを算出する。より具体的には、以下で詳細に説明するように、ストレージ容量修正器３６では、触媒温度に対して複数の領域（領域１，２，３）を設定し、さらにこれら各領域に対し、複数の重み関数（Ｗ_ｉ（ｉ＝１，２，３））と複数の局所補正値（ＫＶＮＳ_ｉ（ｉ＝１，２，３））とを設定する。
更新量算出部３６１では、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}及びスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}に基づいて、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳに対する更新量Ｄ_ＫＶＮＳを算出する。
局所補正値算出部３６４及び第１乗算器３６３では、上記更新量Ｄ_ＫＶＮＳと、重み関数設定部３６２において算出された各領域の重み関数（Ｗ_ｉ）とに基づいて、各領域の局所補正値（ＫＶＮＳ_ｉ）を更新する。
第２乗算器３６５及び加算器３６６では、上記更新された各領域の局所補正値（ＫＶＮＳ_ｉ）と、触媒温度に応じた各領域の重み関数の値との積の総和を算出し、これをストレージ容量補正値ＫＶＮＳとする。
以下では、各モジュールの構成についてより詳細に説明する。

更新量算出部３６１は、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」から「１」にセットされた時期（アンモニアスリップが発生したと判定された時期）と、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「０」から「１」にセットされた時期（アンモニアスリップが発生したと推定された時期）に基づいて、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳに対する更新量Ｄ_ＫＶＮＳを算出する。この更新量Ｄ_ＫＶＮＳを算出する具体的な手順には、２種類が考えられる。以下では、ＴＹＰＥ１とＴＹＰＥ２との２種類の手順についてそれぞれ説明する。

＜ＴＹＰＥ１＞
下記式（１７）に示すように、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」であるにもかかわらず、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」である場合、ストレージ容量を実際の値よりも少なく推定していると考えられるため、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を増量側へ修正するべく、更新量Ｄ_ＫＶＮＳを正の所定値Ｄ_{ＫＶＮＳ＿ＭＯＤ}に設定する。
一方、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」であるにもかかわらず、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「０」である場合、ストレージ容量を実際の値よりも大きく推定していると考えられるため、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を減量側へ修正するべく、更新量Ｄ_ＫＶＮＳを負の所定値（−Ｄ_{ＫＶＮＳ＿ＭＯＤ}）に設定する。
なお、このＴＹＰＥ１の手順で更新量Ｄ_ＫＶＮＳを算出する場合、記号（ｎ）で示されるストレージ容量修正器３６の演算時刻は、記号（ｋ）で示すユリア噴射周期と同期することが好ましい。
このＴＹＰＥ１の手順に基づいて更新量Ｄ_ＫＶＮＳを算出した場合、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」にセットされている時期とスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」にセットされている時期とで差がある間は、常にストレージ容量補正値ＫＶＮＳが更新され続けることとなるので、適応時間を短縮することができる。

＜ＴＹＰＥ２＞
下記式（１８）に示すように、上記ＴＹＰＥ１と同様に、ＴＹＰＥ２においても、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」にセットされている時期とスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」にセットされている時期とで差がある間に更新量Ｄ_ＫＶＮＳを「０」でない所定量に設定する。ただしＴＹＰＥ２では、２つのフラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}，Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」にセットされている時期に差があることに加えて、フラグＦ_{ＶＮＳ＿ＣＡＬ}が「１」にセットされている場合にのみ、更新量Ｄ_ＫＶＮＳを「０」でない量に設定する。

この演算タイミングを規定するフラグＦ_{ＶＮＳ＿ＣＡＬ}は、下記式（１９）に基づいて設定される。すなわち、フラグＦ_{ＶＮＳ＿ＣＡＬ}は、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」から「１」にセットされた時か、あるいは、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「０」から「１」にセットされた時に「０」から「１」にセットされる。その後、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」にリセットされたことに応じて、フラグＦ_{ＶＮＳ＿ＣＡＬ}も「０」にリセットされる。

ところで、選択還元触媒の温度変化が激しい運転条件下では、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}とスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}との間で誤差が生じ易い。これは、推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}を、温度変化に応じて大きく変化するストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}に基づいて設定しているからである。上述のように、ＴＹＰＥ２では、２つのフラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}，Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」にセットされている時期に差がある間のうち、さらにフラグＦ_{ＶＮＳ＿ＣＡＬ}が「１」にセットされている間でのみ更新量Ｄ_ＫＶＮＳを「０」でない量に設定するので、ＴＹＰＥ１と比較して小さなゲインでストレージ容量を補正しているといえる。したがって、ＴＹＰＥ２では、ＴＹＰＥ１と比較して、特に選択還元触媒の温度変化が激しい運転条件下におけるストレージ容量の補正精度を向上できるといえる。

図１３は、触媒温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲを定義域とした３つの重み関数Ｗ_ｉ（ｉ＝１，２，３）の構成を示す図である。
図１３に示すように、互いに重複した３つの領域を定義域に設定し、さらにこれら領域において０でない値を持つように３つの重み関数Ｗ_ｉは設定される。

より具体的には、定義域は、領域１［Ｔ_０，Ｔ_１］と、領域２［Ｔ_０，Ｔ_２］と、領域３［Ｔ_１，Ｔ_２］とに分けられる。ここで、Ｔ_０＜Ｔ_１＜Ｔ_２とする。したがって、領域１と領域２は区間［Ｔ_０，Ｔ_１］で重複し、領域２と領域３は区間［Ｔ_１，Ｔ_２］で重複する。
重み関数Ｗ_１は、領域１［Ｔ_０，Ｔ_１］において０でない値を持つように設定される。より具体的には、重み関数Ｗ_１は、区間［Ｔ_０，Ｔ_１］において１から０に減少するように設定される。
重み関数Ｗ_２は、領域２［Ｔ_０，Ｔ_２］において０でない値を持つように設定される。より具体的には、重み関数Ｗ_１は、区間［Ｔ_０，Ｔ_１］において０から１に上昇するように設定され、区間［Ｔ_１，Ｔ_２］において１から０に減少するように設定される。したがって、重み関数Ｗ_１と重み関数Ｗ_２は、区間［Ｔ_０，Ｔ_１］の中心で交差する。
重み関数Ｗ_３は、領域３［Ｔ_１，Ｔ_２］において０でない値を持つように設定される。より具体的には、重み関数Ｗ_３は、区間［Ｔ_１，Ｔ_２］において０から１に上昇するように設定される。したがって、重み関数Ｗ_２と重み関数Ｗ_３は、区間［Ｔ_１，Ｔ_２］の中心で交差する。

なお、定義する領域の数や重み関数の数は３つに限らず、４つ以上であってもよい。重み関数を定義する定義域としては、排気ボリュームの推定値を加えてもよい。また、変化量が大きい領域では、重み関数の分布が密になるように設定することが好ましい。
また、以上のように構成された重み関数Ｗ_ｉは、下記式（２０）に示すように、その総和関数が、触媒温度センサ出力値Ｔ_ＳＣＲによらず１になるように正規化される。

図１２に戻って、重み関数設定部３６２では、各重み関数Ｗ_ｉについて、触媒温度センサ出力値Ｔ_ＳＣＲに応じた値を出力する。

第１乗算器３６３では、重み関数設定部３６２から出力された重み関数値のそれぞれに、更新量算出部３６１により算出された更新量Ｄ_ＫＶＮＳを乗算したものを局所補正値算出部３６４に出力する。

局所補正値算出部３６４では、先ず、下記式（２１）に示すように、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉごとの忘却係数ＬＡＭＢＤＡ_ｉ（ｉ＝１，２，３）を設定する。
より具体的には、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉが閾値ＫＶＳ_{ＦＧＴ＿Ｈ}（例えば、１．２）より大きな過大時には、忘却係数ＬＡＭＢＤＡ_ｉを、過大時用の設定値ＬＡＭＢＤＡ_{ＦＧＴ＿Ｈ}（例えば、０．９９５）に設定する。局所補正値ＫＶＮＳ_ｉが閾値ＫＶＳ_{ＦＧＴ＿Ｌ}（例えば、０．１）より小さな過小時には、忘却係数ＬＡＭＢＤＡ_ｉを、過小時用の設定値ＬＡＭＢＤＡ_{ＦＧＴ＿Ｌ}（例えば、０．９９０）に設定する。また、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉが上記閾値ＫＶＳ_{ＦＧＴ＿Ｈ}と閾値ＫＶＳ_{ＦＧＴ＿Ｌ}との間にある場合には、忘却係数ＬＡＭＢＤＡ_ｉを、「１」に設定する。なお、閾値ＫＶＳ_{ＦＧＴ＿Ｌ}は、選択還元触媒の劣化を判定するために設定された後述の劣化判定閾値ＫＶＮＳ_ＡＧＥＤよりも小さく設定される。

次に、算出した忘却係数ＬＡＭＢＤＡ_ｉ（ｎ）、局所補正値の前回値ＫＶＮＳ_ｉ（ｎ−１）、重み関数値Ｗ_ｉ（ｎ），及び更新量Ｄ_ＫＶＮＳ（ｎ）に基づいて、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉを更新する。
下記式（２２）により、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉ（ｎ）を算出する。なお、ストレージ容量の基準値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ＿ＢＳ}を決定するマップに、新品の選択還元触媒を用いた場合には、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉの初期値を「１」とする。また、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳを基準値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ＿ＢＳ}に加算することで推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を補正する場合には、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉの初期値を「０」とする。

第２乗算器３６５及び加算器３６６では、下記式（２３）に示すように、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉ（ｎ）と重み関数値Ｗ_ｉ（ｎ）との積の総和を算出し、これをストレージ容量補正値ＫＶＮＳ（ｎ）とする。

［触媒劣化判定器の構成］
触媒劣化判定器３７では、ストレージ容量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡ、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉ、及びストレージ容量補正値ＫＶＮＳなどの選択還元触媒の劣化の進行度合いに相関のあるパラメータの少なくとも何れかに基づいて、劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＤ}を決定することにより選択還元触媒の劣化を判定する。なお、触媒の劣化を判定する具体的な手順には、３種類が考えられる。以下では、ＴＹＰＥ１、ＴＹＰＥ２、ＴＹＰＥ３の３種類の手順についてそれぞれ説明する。

＜ＴＹＰＥ１＞
ＴＹＰＥ１では、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳに対して選択還元触媒の劣化を判定するための劣化判定閾値ＫＶＮＳ_ＡＧＥＤを設定する。そして、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳが劣化判定閾値ＫＶＮＳ_ＡＧＥＤより小さくなった場合には、選択還元触媒が劣化したと判定し、劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＤ}を「０」から「１」にセットする。

＜ＴＹＰＥ２＞
ＴＹＰＥ２では、局所補正値ＫＶＮＳ_ｉのうち全温度領域にわたって定義された第２成分ＫＶＮＳ_２に対して劣化判定閾値ＫＶＮＳ_ＡＧＥＤを設定する。そして、局所補正値の第２成分ＫＶＮＳ_２が劣化判定閾値ＫＶＮＳ_ＡＧＥＤより小さくなった場合には、選択還元触媒が劣化したと判定し、劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＤ}を「０」から「１」にセットする。

＜ＴＹＰＥ３＞
ＴＹＰＥ３では、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}に対して選択還元触媒の劣化を判定するための劣化判定閾値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＡＧＥＤ}を設定する。そして、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}が劣化判定閾値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＡＧＥＤ}より小さくなった場合には、選択還元触媒が劣化したと判定し、劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＤ}を「０」から「１」にセットする。

［ユリア噴射制御の手順］
次に、ユリア噴射制御の具体的な手順について、図１４を参照して説明する。
図１４は、ＥＣＵにより実行されるユリア噴射制御の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１では、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。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ２に移る。

ステップＳ２では、ユリア残量Ｑ_ＵＲＥＡが所定値Ｑ_ＲＥＦ未満であるか否かを判別する。このユリア残量Ｑ_ＵＲＥＡは、ユリアタンク内の尿素水の残量を示し、ユリアレベルセンサの出力に基づいて算出される。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ３に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ４に移る。
ステップＳ３では、ユリア残量警告灯を点灯し、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ４では、触媒暖機タイマ値Ｔ_ＭＡＳＴが所定値Ｔ_ＭＬＭＴより大きいか否かを判別する。この触媒暖機タイマ値Ｔ_ＭＡＳＴは、エンジン始動後の選択還元触媒の暖機時間を計時するものである。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ５に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ５では、センサ故障フラグＦ_{ＳＥＮＮＧ}が「０」であるか否かを判別する。このセンサ故障フラグＦ_{ＳＥＮＮＧ}は、図示しない判定処理においてアンモニアセンサ、又は、触媒温度センサ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。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ６に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ６では、アンモニアセンサ活性フラグＦ_{ＮＨ３ＡＣＴ}が１であるか否かを判別する。このアンモニアセンサ活性フラグＦ_{ＮＨ３ＡＣＴ}は、図示しない判定処理においてアンモニアセンサが活性状態に達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。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ７に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ７では、触媒温度センサ出力値Ｔ_ＳＣＲが所定値Ｔ_{ＳＣＲ＿ＡＣＴ}より大きいか否かを判別する。この判別がＹＥＳである場合には、選択還元触媒が活性化されたと判断して、ステップＳ９に移る。この判別がＮＯである場合には、選択還元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、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ９では、上述の状態推定器及びストレージ容量修正器により、式（１３）〜（２３）に基づいてスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}及びストレージ容量補正値ＫＶＮＳを算出し、ステップＳ１０に移る。
ステップＳ１０では、スリップ判定部、状態推定器、基準噴射量算出部、スイッチング噴射量算出部により、式（１）〜（１２）に基づいてユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを算出し、ステップＳ１１に移る。

ステップＳ１１では、触媒温度センサ出力値Ｔ_ＳＣＲが上限値Ｔ_{ＳＣＲ＿Ｈ}及び下限値Ｔ_{ＳＣＲ＿Ｌ}の範囲内にあるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、選択還元触媒の劣化を判定するのに適した状態であると判断し、ステップＳ１２に移る。この判別がＮＯである場合には、この処理を直ちに終了する。なお、例えば、上限値Ｔ_{ＳＣＲ＿Ｈ}は３００℃に設定され、下限値Ｔ_{ＳＣＲ＿Ｌ}は２３０℃に設定される。

ステップＳ１２では、触媒劣化判定器により、式（２４）、（２５）、（２６）の何れかに基づいて劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＤ}を更新し、ステップＳ１３に移る。
ステップＳ１３では、劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＤ}が「１」であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１４に移り触媒劣化警告灯を点灯した後、この処理を終了する。この判別がＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。

［シミュレーション結果］
次に、本実施形態のユリア噴射制御のシミュレーション結果について、図１５〜図１９を参照して詳述する。
ここでは、上記（１）、（２）に挙げた２つの課題に鑑み、４種類の異なる条件下でシミュレーションを行った。より具体的には。ＣＡＳＥ１は新品の選択還元触媒を用いアンモニアセンサにゲイン変化がない場合であり、ＣＡＳＥ２は新品の選択還元触媒を用いアンモニアセンサにゲイン変化がある場合であり、ＣＡＳＥ３は劣化した選択還元触媒を用いアンモニアセンサにゲイン変化がない場合であり、ＣＡＳＥ４は劣化した選択還元触媒を用いアンモニアセンサにゲイン変化がある場合である。なお、劣化した選択還元触媒には、新品のものに対してストレージ容量が３０％低下したものを用いた。また、アンモニアセンサにゲイン変化がある場合とは、具体的にはゲインを５０％低下させた場合を示す。

図１５は、ＣＡＳＥ１のシミュレーション結果を示す。なお、図１５のＮＯｘ量のグラフにおいて、破線で示すシステム外へ排出されるＮＯｘ量の変化は、細い実線で示す選択還元触媒の下流へ排出されるＮＯｘ量の変化とほぼ同じである。また、アンモニア量のグラフにおいて、細い実線で示すシステム外へ排出されるアンモニア量は、ほぼ「０」のまま一定である。また、ストレージ量のグラフにおいて、太い実線で示すストレージ容量の推定値は、一点鎖線で示す実ストレージ容量とほぼ同じ変化を示し、細い実線で示すストレージ量は、破線で示す実ストレージ量とほぼ同じ変化を示す。

ＣＡＳＥ１は、選択還元触媒は新品でありアンモニアセンサのゲイン変化もないため、制御系の誤差が最も小さい状態であるといえる。したがって、エンジンの運転状態が高負荷になるのに合わせて選択還元触媒ではアンモニアスリップが発生するものの、システム外へ排出されるアンモニアは皆無である。また、低負荷運転が間欠的に行われることで一時的にストレージ容量が増加する期間を除き、実ストレージ量は実ストレージ容量の近傍に制御されるため、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率も高く維持される。
また、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳは「１」に維持されており、結果としてストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}の実ストレージ容量に対する誤差も小さい。このことは、新品の選択還元触媒を用いたことと無矛盾である。
以上のように、本実施形態によれば、アンモニアセンサの出力値を２値情報として使用しているにも関わらず、ＮＯｘ浄化率を高く維持しながらアンモニアがシステム外に排出するのを防止することができる。

図１６は、ＣＡＳＥ２のシミュレーション結果を示す。なお、図１６のＮＯｘ量のグラフにおいて、破線で示すシステム外へ排出されるＮＯｘ量の変化は、細い実線で示す選択還元触媒の下流へ排出されるＮＯｘ量の変化とほぼ同じである。また、アンモニア量のグラフにおいて、細い実線で示すシステム外へ排出されるアンモニア量は、ほぼ「０」のまま一定である。また、ストレージ量のグラフにおいて、太い実線で示すストレージ容量の推定値は、一点鎖線で示す実ストレージ容量とほぼ同じ変化を示し、細い実線で示すストレージ量は、破線で示す実ストレージ量とほぼ同じ変化を示す。

ＣＡＳＥ２は、アンモニアセンサにゲイン変化が生じた状態であるものの、アンモニアセンサの出力値を２値情報として使用しているためその影響は小さい。したがって、ＣＡＳＥ２のシミュレーション結果は、ＣＡＳＥ１のシミュレーション結果とほぼ同じである。したがって、本実施形態によれば、アンモニアセンサにゲイン変化が生じた場合であっても、安定してＮＯｘ浄化率を高く維持しながら、アンモニアがシステム外に排出するのを防止できることが検証された。

図１７は、ＣＡＳＥ３のシミュレーション結果を示す。なお、図１６のＮＯｘ量のグラフにおいて、破線で示すシステム外へ排出されるＮＯｘ量の変化は、細い実線で示す選択還元触媒の下流へ排出されるＮＯｘ量の変化とほぼ同じである。また、アンモニア量のグラフにおいて、細い実線で示すシステム外へ排出されるアンモニア量は、ほぼ「０」のまま一定である。

ＣＡＳＥ３は、選択還元触媒が劣化した状態であるため、運転開始直後は、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}及びストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡともに、実ストレージ容量及び実ストレージ量とから大きくずれている。しかしながら、ストレージ容量補正値ＫＶＮＳを「１」から徐々に小さくしてゆき、劣化した状態に適応的に修正することにより、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}及びストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡともに、実際の値に近づけてゆくことができる。したがって、本実施形態によれば、選択還元触媒が劣化した状態であっても、安定してＮＯｘ浄化率を高く維持しながら、アンモニアがシステム外に排出するのを防止できることが検証された。

図１８は、ＣＡＳＥ４のシミュレーション結果を示す。なお、図１６のＮＯｘ量のグラフにおいて、破線で示すシステム外へ排出されるＮＯｘ量の変化は、細い実線で示す選択還元触媒の下流へ排出されるＮＯｘ量の変化とほぼ同じである。また、アンモニア量のグラフにおいて、細い実線で示すシステム外へ排出されるアンモニア量は、ほぼ「０」のまま一定である。

ＣＡＳＥ４は、アンモニアセンサにゲイン変化が生じ、さらに選択還元触媒が劣化した状態であり、制御系の誤差が最も大きな状態であるといえる。しかしながら、アンモニアセンサの出力値を２値情報として使用しているため、アンモニアセンサにゲイン変化があることの影響は小さい。したがって、ＣＡＳＥ４のシミュレーション結果は、ＣＡＳＥ３のシミュレーション結果とほぼ同じである。したがって、本実施形態によれば、アンモニアセンサのゲイン変化や選択還元触媒の劣化に対するロバスト性を有することが検証された。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を、エンジンの運転状態に相関のあるパラメータ（エンジン回転数ＮＥ、負荷パラメータＴＲＱ）に基づいて算出する。このような基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}に対し、アンモニアスリップが発生したと判定されたことに応じて減量し、さらにストレージ量推定値ＳＴ_ＵＲＥＡが切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を下回ったことに応じて増量することでユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを決定する。これにより、エンジンの運転状態に応じて排気を浄化するのに必要な量のアンモニアを供給しながら、選択還元触媒のストレージ量推定値ＳＴ_ＵＲＥＡを、切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}とストレージ容量推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}との間で振動するように制御することができるので、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持し続けることができる。また、このとき、選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を間欠的にすることができるので、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持しながら、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。
また、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを決定するにあたり、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳそのものでなく、スリップ判定部を経た２値的な判定結果を利用する。そしてスリップ判定部では、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに基づいてアンモニアスリップの発生の有無を判定する。また、このようなアンモニアの有無の判定結果は、アンモニアセンサのゲイン変化に大きく左右されないと考えられる。したがって、アンモニアセンサのゲイン変化の影響を受けることなくユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを決定することができる。

（２）ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を算出し、このストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}に基づいて上記切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を設定する。これにより、選択還元触媒の温度や劣化度合いに応じて変化するストレージ容量に応じて切換ストレージ量ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を適切に設定することができるので、実際の選択還元触媒の状態に応じてＮＯｘ浄化率を安定して高く維持しながら、還元剤スリップの発生を最小限に抑制することができる。

（３）アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに基づいて判定したアンモニアスリップの発生時期と、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡに基づいて判定したアンモニアスリップの発生時期との差に応じてストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を修正する。これにより、選択還元触媒やアンモニアセンサに物ばらつきや経年変化が生じた場合であってもストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を実ストレージ容量に近づけることができるので、ＮＯｘ浄化率や還元剤スリップの抑制能力の安定性をさらに向上することができる。

（４）スリップ判定部により判定されたアンモニアスリップの発生時期と状態推定器により判定されたアンモニアスリップの発生時期との差に基づいて、複数の局所補正値ＫＶＮＳ_ｉを更新する。そして、触媒温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲに応じた重み関数値Ｗ_ｉ（ｎ）と、上記局所補正値ＫＶＮＳ_ｉ（ｎ）との積の総和をストレージ容量補正値ＫＶＮＳとし、このストレージ容量補正値ＫＶＮＳに基づいてストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を修正する。これにより、実際にアンモニアスリップが発生する時期と推定したアンモニアスリップが発生する時期とが一致するように、適応的にストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}を修正することができる。

（５）触媒劣化判定器で選択還元触媒の劣化を判定することにより、運転者は選択還元触媒が劣化したことを認識することができる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、選択還元触媒のストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡやストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＵＲＥＡ＿ＭＡＸ}は、尿素水の量の次元を有する値としたが、これに限らない。例えば、この尿素水から生成されるアンモニアの量の次元を有する値としても、同様の効果を奏する。

また、上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつ、この還元剤の元となる添加剤として尿素水を供給する尿素添加式の排気浄化システムに、本発明を適用した例を示したが、これに限るものではない。
例えば、尿素水を供給しこの尿素水からアンモニアを生成せずに、直接アンモニアを供給してもよい。また、アンモニアの元となる添加剤としては、尿素水に限らず他の添加剤を用いてもよい。また、ＮＯｘを還元するための還元剤はアンモニアに限るものではない。本発明は、ＮＯｘを還元するための還元剤として、アンモニアの代わりに、例えば炭化水素を用いた排気浄化システムに適用することもできる。

１…エンジン（内燃機関）
１１…排気通路
２…排気浄化システム
２３…選択還元触媒
２５…ユリア噴射装置（還元剤供給手段）
２６…アンモニアセンサ（還元剤検出手段）
３…ＥＣＵ
３１…基準噴射量算出部（供給量決定手段）
３２…スイッチング噴射量算出部（供給量決定手段）
３３…加算器（供給量決定手段）
３４…スリップ判定部（スリップ判定手段）
３５…状態推定器（ストレージ量推定手段、ストレージ容量推定手段、スリップ推定手段）
３６…ストレージ容量修正器（ストレージ容量推定手段）
３７…触媒劣化判定器（触媒劣化判定手段）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒と、
   前記選択還元触媒に還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記排気通路のうち前記選択還元触媒の下流側の排気の還元剤量又は還元剤濃度を検出する還元剤検出手段と、
   前記還元剤検出手段の出力値に基づいて前記選択還元触媒における還元剤スリップの発生を判定するスリップ判定手段と、
   前記選択還元触媒に貯蔵されている還元剤の量をストレージ量として、当該ストレージ量の推定値を算出するストレージ量推定手段と、
   前記還元剤供給手段の供給量を決定する供給量決定手段と、を備え、
   前記供給量決定手段は、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータに基づいて算出された基準供給量に対し、前記還元剤スリップが発生したと判定されたことに応じて減量し、前記ストレージ量の推定値が所定の切換判定値を下回ったことに応じて増量することで供給量を決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量をストレージ容量として、当該ストレージ容量の推定値を算出するストレージ容量推定手段をさらに備え、
   前記切換判定値は、前記ストレージ容量の推定値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記ストレージ量の推定値に基づいて前記還元剤スリップの発生を判定するスリップ推定手段をさらに備え、
   前記ストレージ容量推定手段は、前記スリップ判定手段により判定された還元剤スリップの発生時期と、前記スリップ推定手段により判定された還元剤スリップの発生時期との差に基づいて前記ストレージ容量の推定値を修正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒と、
   前記選択還元触媒に還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記排気通路のうち前記選択還元触媒の下流側の排気の還元剤量又は還元剤濃度を検出する還元剤検出手段と、
   前記選択還元触媒に貯蔵されている還元剤の量をストレージ量として、当該ストレージ量の推定値を算出するストレージ量推定手段と、
   前記選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量をストレージ容量として、当該ストレージ容量の推定値を算出するストレージ容量推定手段と、
   前記還元剤検出手段の出力値に基づいて前記選択還元触媒における還元剤スリップの発生を判定するスリップ判定手段と、
   前記ストレージ量の推定値に基づいて前記還元剤スリップの発生を判定するスリップ推定手段と、
   前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータ、前記ストレージ量の推定値、及び前記ストレージ容量の推定値に基づいて前記還元剤供給手段の供給量を決定する供給量決定手段と、を備え、
   前記ストレージ容量推定手段は、前記スリップ判定手段により判定された還元剤スリップの発生時期と、前記スリップ推定手段により判定された還元剤スリップの発生時期との差に基づいて前記ストレージ容量の推定値を修正することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記選択還元触媒の温度に対して設定された複数の領域に対し、複数の重み関数と複数の補正値とを設定し、
   前記ストレージ容量推定手段は、前記スリップ判定手段により判定された還元剤スリップの発生時期と、前記スリップ推定手段により判定された還元剤スリップの発生時期との差に基づいて前記複数の補正値を更新し、さらに当該更新された複数の補正値と、前記選択還元触媒の温度に応じた前記複数の重み関数の値との積の総和を修正係数とし、当該修正係数に基づいて前記ストレージ容量の推定値を修正することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記ストレージ容量の推定値、前記複数の補正値、及び前記修正係数の少なくとも何れかに基づいて、前記選択還元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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