JP2012167549A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の始動開始直後から走行している間まで常に選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持できる内燃機関の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、排気管に設けられた酸化触媒及びＣＳＦと、排気管のうち酸化触媒及びＣＳＦより下流側に設けられ、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒と、を備える。ＥＣＵは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大化する最適値に向けて制御するＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御について、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過するまで、又は、排気系の温度が所定温度未満である場合にはこのＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止し、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過した後、又は、排気系の温度が所定温度以上である場合にはこのＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元する選択還元触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ）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（ＮＨ３）など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ＮＨ３の前駆体である尿素水を供給し、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ＮＨ３を生成し、このＮＨ３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ＮＨ３の化合物を加熱することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３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。
選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、流入する排気中のＮＯｘを構成する一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）との割合によって変化することが知られている。より具体的には、流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比（ＮＯとＮＯ２を合わせたＮＯｘに対するＮＯ２のモル比）が０．５であるとき、すなわちＮＯとＮＯ２の比率が１：１であるときに最大となる。
特許文献１には、このような選択還元触媒の性能を最大限に生かすため、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５になるようにした排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置では、内燃機関の運転状態から、予め定められたマップを検索することでフィードフォワード的にＥＧＲ量や燃料噴射時期などを制御することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が常に０．５に維持されるようにする。
特開２００８−２３１９５０号公報
以上のように、特許文献１の排気浄化装置では、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持し続けるために選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５に維持しているが、しかしながら、ＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値は、常に０．５であるというわけではない。
例えば、選択還元触媒にＨＣが付着していたり、あるいは選択還元触媒に新たに流入する排気にＨＣが含まれていたりすると、選択還元触媒上では、下記式（１）に示すような反応が発生し、排気中のＮＯ２は消費され、逆にＮＯが増加することとなる。
Figure 2012167549
したがって、酸化触媒でのＨＣ浄化性能が高く理想的な状態である場合、選択還元触媒に流入するＨＣ量はごく僅かであるのでＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍にすることでＮＯｘ浄化率を最大化できるものの、酸化触媒の温度が低かったり劣化が進行したりすることでＨＣ浄化性能が低い状態である場合、上述のようなＨＣの存在から、ＮＯｘ浄化率を最大化するためには選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５より大きく（例えば、０．６５程度）する必要がある。
また、例えば選択還元触媒の上流側に、排気中のスートを捕集する排気浄化フィルタを設けた場合、下記式（２）に示すようなＣＲＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｔｒａｐ）反応が発生し、酸化触媒で生成したＮＯ２がＮＯに戻ってしまうこととなる。このため、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大化するＮＯ２−ＮＯｘ比は、実質的にはさらに不確定なものとなる。
Figure 2012167549
以上のように、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値は、常に０．５であり続けるわけではないにもかかわらず、上記特許文献１ではこのような点について、十分な検討がなされていない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の始動開始直後から走行している間まで常に選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持できる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
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１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられた酸化触媒（例えば、後述の酸化触媒２１やＣＳＦ２２）と、前記排気通路のうち前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒（例えば、後述の選択還元触媒２３）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２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を提供する。前記排気浄化システムは、前記選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘに対するＮＯ２の比率に相当するＮＯ２−ＮＯｘ比を、当該選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大化する最適値に向けて制御するＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御（例えば、後述のＮＯ２センサフィードバックモードに基づく制御、ＮＯセンサフィードバックモードに基づく制御、フィードフォワード制御モードに基づく制御）を実行する制御手段（例えば、後述のＥＣＵ３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）をさらに備え、前記制御手段は、前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度未満である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止し、前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過した後、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度以上である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可する。
本発明では、酸化触媒より下流側に選択還元触媒を設け、さらに、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を、この選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大化する最適値に向けて制御するＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を実行する制御手段を設けた。すなわち、本発明では、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を適宜実行し、例えば酸化触媒で酸化され生成されるＮＯ２の量を増減することにより選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて制御し、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大にすることができる。
ところで、内燃機関の始動開始直後や排気系の温度が低い場合、酸化触媒の温度は未だ活性温度に達しておらず、したがって比較的多くのＨＣが酸化触媒で酸化しきれずに選択還元触媒に流入したり、付着したりすると考えられる。ここで、選択還元触媒に多くのＨＣが流入したり付着したりすると、上述のように選択還元触媒に流入する排気においてＮＯ２は減少しＮＯは増加することとなるため、ＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値が大きくずれてしまう。これに対し本発明では、このようなＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値がずれてしまうと考えられる期間には上述のＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止しておき、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過した後、又は、排気系の温度が所定温度以上となってからＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可する。これにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を実際の最適値とは異なる値に制御してしまい、逆に選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が悪化してしまうのを防止することができる。
図１３は、走行中の車両における酸化触媒のＨＣ及びＣＯ浄化率と、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率（酸化触媒に流入するＮＯ量に対しこの酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合）と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との変化を示す図である。図１３において、破線は酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合を示し、一点鎖線は酸化性能の低い酸化触媒を用いた場合を示す。また、図１３における実線は、エンジンの暖機中及び暖機後にわたり、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化できる理想的な特性を示す。
図１３に示すように、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、酸化性能の低い酸化触媒を用いた場合と比較して、エンジンの始動直後の暖機中におけるＨＣ、ＣＯ浄化率の立ち上がりを早くでき、また暖機後のＣＯ、ＨＣ浄化率も高くできる。このため、ＣＯ、ＨＣ浄化率を高くするためには、一般的には酸化性能の高い酸化触媒を用いた方が好ましい。すなわち、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合におけるＨＣ、ＣＯ浄化率の特性は、暖機中及び暖機後にわたり上記理想的な特性と一致する。
また、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、エンジンの始動直後の暖機中におけるＮＯ２生成効率の立ち上がりを早くでき、したがって選択還元触媒に流入するＮＯ２−ＮＯｘ比を速やかに０．５近傍の最適値まで上昇させることができる。したがって、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合におけるＮＯ２生成効率及びＮＯ２−ＮＯｘ比の特性は、暖機中において上記理想的な特性と一致する。
しかしながら、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、暖機後のＮＯ２生成効率が高くなりすぎてしまい、ＮＯ２−ＮＯｘ比は０．５近傍の最適値を大きく上回ってしまい、結果としてＮＯｘ浄化率が低下してしまうこととなる。したがって、暖機後については、酸化性能の低い酸化触媒を用いた方が、ＮＯ２生成効率及びＮＯ２−ＮＯｘ比は理想的な特性に近くなる。つまり、速やかな暖機を優先するならば酸化性能の高い酸化触媒を用いるのが好ましく、暖機後のＮＯｘ浄化率の向上を優先するならばこれよりも低い酸化性能の酸化触媒を用いるのが好ましい。
以上のように、酸化性能の高い酸化触媒を用いても、又は酸化性能の低い酸化触媒を用いても、ＨＣ、ＣＯ浄化率とＮＯ２生成効率との両方を、実線で示す理想的な特性に一致させることができないことから、酸化触媒の貴金属担持量、セル密度、容積、貴金属組成などの仕様を変更しその酸化性能を調製するだけでは、エンジンの始動直後の暖機中及び暖機後にわたり、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化することは困難であると考えられる。
これに対し本発明によれば、酸化性能の高い酸化触媒を用いた上で、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで又は排気系の温度が所定温度未満である場合にはあえてＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止することにより、暖機を速やかにすることができる。そして、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過した後又は排気系の温度が所定温度以上となった場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することにより、上述のように酸化性能の高い酸化触媒を用いたことでＮＯ２生成効率が過剰気味となった状態からこのＮＯ２生成効率を低下させるように、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適化（ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて低減）し、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。
本発明によれば、以上のような適切な時期にＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止又は許可することにより、酸化触媒の調製だけでは成し得ない理想的な特性でＮＯ２−ＮＯｘ比を変化させることができ、したがって内燃機関の始動開始直後から走行している間まで常に選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯ２を検出するＮＯ２検出手段をさらに備え、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きい場合に、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させる（例えば、後述の図７の時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５の処理、図２０の時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５の処理、図２５の時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５の処理）ことが好ましい。
例えば、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値にある場合、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は最大となるため、その下流側にはＮＯ及びＮＯ２共にほとんど排出されないのに対し、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が上記最適値より大きくなりＮＯｘ浄化率が低下した場合、選択還元触媒に流入する排気はＮＯ２過多状態となり、その下流側にはＮＯ２が排出されることとなる。したがって本発明によれば、選択還元触媒に流入する排気がＮＯ２過多状態となりＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値より大きくなったことを、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなることとして検知し、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、これに応じてＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて低減させることにより、結果として選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値と最適値より大きな所定値との間で振動するように制御することができる。以上のように、本発明によればＮＯ２検出手段による検出値に基づいてフィードバック的にＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値の近傍に制御することにより、内燃機関の運転状態、運転条件、運転履歴、及び酸化触媒や選択還元触媒の劣化状態などによらず、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させることが好ましい。
本発明では、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなる場合、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値よりも大きくなる条件下において、内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させ、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減させる。これにより、内燃機関から排出されるＮＯｘ量は大きくなるものの、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持し、結果としてシステム外に排出されるＮＯｘ量を大幅に減少させることができる。なお、上述の特許文献１の排気浄化装置では、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させる場合、内燃機関から排出されるＮＯｘ量を低減させる制御を行うのに対し、上述のように本発明では逆に内燃機関から排出されるＮＯｘ量を増加させ、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値の近傍に維持する点で、本発明と特許文献１の発明とでは異なる。
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）に還流するＥＧＲ装置（例えば、後述の高圧ＥＧＲ装置２６）をさらに備え、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量を減少させることにより前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることが好ましい。
本発明によれば、ＥＧＲ量を減少させることで内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることにより、ＮＯ量を増加させるための新たなハードウェアを追加したり、複雑な燃焼制御を行ったりすることなく、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値近傍に維持することができる。
この場合、前記酸化触媒に流入するＮＯ量に対し当該酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合をＮＯ２生成効率と定義し、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関から排出されるＨＣ量及びＣＯ量が減少することによる前記ＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加することによる前記ＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、ＨＣ量及びＣＯ量が減少することによるＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、ＮＯｘ量が増加することによるＮＯ２生成効率の低下効果が大きくなるように燃焼パラメータを設定することにより、結果として酸化触媒におけるＮＯ２生成効率を低下させ、これにより選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減し、ひいては選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。なおここで、燃焼パラメータとは、例えば、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、過給圧、及びＥＧＲ量など内燃機関の燃焼状態に相関のある全てのパラメータを言う。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）以下である場合に、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させること（例えば、図７の時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５以降の処理、図２０の時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５以降の処理、図２５の時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５以降の処理）が好ましい。
上述のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることで、システム外に排出されるＮＯｘ量を抑制するものの、内燃機関から排出されるＮＯ量が多くなりすぎた場合には、システム外に排出されるＮＯｘ量も増加に転じてしまうおそれがある。そこで本発明によれば、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることにより、このように内燃機関から排出されるＮＯ量が多くなりすぎてしまうのを防止することができる。
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止するとともに、前記ＥＧＲ量を前記内燃機関の燃費が向上するように設定し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することが好ましい。
本発明では、選択還元触媒の劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合には、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に精度良く制御せずとも、ＮＯｘ浄化率を高く維持できると判断し、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止するとともに、内燃機関の燃費が向上するようにＥＧＲ量を設定する。そして、上記触媒の劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可し、必要に応じてＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を実行する。これにより、ＮＯｘ浄化率を必要以上に高く維持し続けようとするあまり、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を過剰に実行してしまい、燃費が悪化するのを防止することができる。
この場合、前記制御手段は、前記ＥＧＲ量に対する目標値（Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（Ｇｅｇｒ＿ｍａｐ）からの補正値（Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２）に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
本発明によれば、ＥＧＲ量に対する目標値の、所定の基準値からの補正値、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御においてＥＧＲ量の目標値を、基準値から変化させるために用いられるパラメータに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定することにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関の空燃比をよりリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させることが好ましい。
本発明では、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなる場合、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値よりも大きくなる条件下において、内燃機関の混合気の空燃比をよりリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることにより、酸化触媒においてＮＯが酸化する割合を少なくし、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減させる。これにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持し、システム外に排出されるＮＯｘ量を大幅に減少させることができる。
この場合、前記酸化触媒に流入するＮＯ量に対し当該酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合をＮＯ２生成効率と定義し、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が減少することによる前記ＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、排気の酸素濃度が低下しかつ前記内燃機関から排出されるＨＣ量及びＣＯ量が増加することによる前記ＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、内燃機関から排出されるＮＯｘ量が減少することによるＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、酸素濃度が低下しかつＨＣ量及びＣＯ量が増加することによるＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように燃焼パラメータを設定することにより、結果として酸化触媒におけるＮＯ２生成効率を低下させ、これにより選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減し、ひいては選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。なお、本発明では、ＮＯ２生成効率を低下させるために、内燃機関から排出されるＮＯｘ量を減少させることにより、選択還元触媒で還元するＮＯｘ量を少なくできるので、これを還元するために選択還元触媒に供給する還元剤の量を抑制することもできる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）以下である場合に、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更することが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更することにより、不要な燃料の消費を抑制することができる。
この場合、前記制御手段は、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比を変更することが好ましい。
本発明によれば、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかで混合気の空燃比を変更することにより、新たなハードウェアを追加することなくＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値近傍に維持することができる。
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止するとともに、混合気の空燃比を前記内燃機関の燃費が向上するように設定し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することが好ましい。
本発明では、選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に精度良く制御せずとも、ＮＯｘ浄化率を高く維持できると判断し、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止するとともに、内燃機関の燃費が向上するように混合気の空燃比を設定する。そして、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可し、必要に応じてＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を実行する。これにより、ＮＯｘ浄化率を必要以上に高く維持し続けようとするあまり、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を過剰に実行してしまい、燃費が悪化するのを防止することができる。
この場合、前記制御手段は、前記混合気の空燃比に対する目標値（ＡＦ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（ＡＦ＿ｍａｐ）からの補正値（Ｄａｆ＿ｎｏ２）に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
本発明では、混合気の空燃比の目標値を基準値から変化させるための補正値、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御において空燃比を変化させるために用いられるパラメータに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定することにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域（温度領域［Ｔｄｏｃ＿Ｌ，Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ］）内で低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させることが好ましい。
本発明では、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなる場合、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値よりも大きくなる条件下において、酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で低下させ、酸化触媒においてＮＯが酸化する割合を少なくすることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減させる。これにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持し、システム外に排出されるＮＯｘ量を大幅に減少させることができる。
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることにより、前記酸化触媒の温度を低下させることが好ましい。
本発明によれば、アフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることで酸化触媒の温度を低下させることにより、新たなハードウェアを追加することなくＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値近傍に維持することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを、前記内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣが、温度の低下に伴い酸化能力が低下した酸化触媒でも処理できる量以下になるように設定することが好ましい。
本発明では、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を実行し、酸化触媒の温度を低下させる際、内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣが、この温度の低下に伴い酸化能力が低下した酸化触媒でも処理できる量以下になるように、燃焼パラメータを設定する。これにより、ＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持するあまり、ＣＯ及びＨＣの浄化率が低下してしまうのを防止することができる。また、内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣの量が少なくなるように燃焼パラメータを設定することにより、燃費を向上することができる。また、内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣの量が少なくなるような燃焼パラメータの設定の下では、内燃機関から排出されるＮＯｘの量も過剰に増加することは無いと考えられるため、選択還元触媒においてＮＯｘを浄化するために消費する還元剤の量も抑制することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御は、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）以下である場合には、前記酸化触媒の温度を上昇させることが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、酸化触媒の温度を上昇させることにより、選択還元触媒に流入するＮＯ量が過剰となり、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が逆に低下してしまうのを防止することができる。
この場合、前記酸化触媒の温度に対する領域の下限温度は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御において前記酸化触媒の温度をＮＯ酸化効率が最大となる温度から当該下限温度まで低下させたときに、前記選択還元触媒の温度が低下することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値へ向けて低減することによるＮＯｘ浄化率の向上効果の方が大きくなるように設定されることが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御において酸化触媒の温度を低下させる際における下限温度を以上のように設定することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行により選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が逆に低下するのを防止することができる。
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することが好ましい。
本発明では、選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に精度良く制御せずとも、ＮＯｘ浄化率を高く維持できると判断し、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止する。そして、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可し、必要に応じてＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を実行する。これにより、ＮＯｘ浄化率を必要以上に高く維持し続けようとするあまり、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を過剰に実行してしまい、燃費が悪化するのを防止することができる。
この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度に対する目標値（Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）からの補正値（Ｄｔ＿ｎｏ２）に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
本発明では、酸化触媒の温度の目標値を基準値から変化させるための補正値、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御において酸化触媒の温度を変化させるために用いられるパラメータに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定することにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域（温度領域［Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ，Ｔｄｏｃ＿Ｈ］）内で上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させることが好ましい。
本発明では、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなる場合、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値よりも大きくなる条件下において、酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で上昇させ、酸化触媒においてＮＯが酸化する割合を少なくすることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減させる。これにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持し、システム外に排出されるＮＯｘ量を大幅に減少させることができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることにより、前記酸化触媒の温度を上昇させることが好ましい。
本発明によれば、アフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることで酸化触媒の温度を上昇させることにより、新たなハードウェアを追加することなくＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値近傍に維持することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）以下である場合には、前記酸化触媒の温度を低下させることが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、酸化触媒の温度を低下させることにより、選択還元触媒に流入するＮＯ量が過剰となり、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が逆に低下してしまうのを防止することができる。
この場合、前記酸化触媒の温度に対する領域の上限温度（Ｔｄｏｃ＿Ｈ）は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御において前記酸化触媒の温度をＮＯ酸化効率が最大となる温度から当該上限温度まで上昇させたときに、前記選択還元触媒の温度が上昇することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値へ向けて低減することによるＮＯｘ浄化率の向上効果の方が大きくなるように設定されることが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御において酸化触媒の温度を上昇させる際における上限温度を以上のように設定することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行により選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が逆に低下するのを防止することができる。
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することが好ましい。
本発明によれば、ＮＯｘ浄化率を必要以上に高く維持し続けようとするあまり、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を過剰に実行してしまい、燃費が悪化するのを防止することができる。
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が劣化判定閾値（Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈ）を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
又は、この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が劣化判定閾値（Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈ）を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
本発明では、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させ続けたときに、ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミング又は上回ったタイミングに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定する。これにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止することが好ましい。
本発明では、酸化触媒の劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可する。酸化触媒における劣化度合いが小さい場合には、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率は十分であり、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は最適値に対しＮＯ２過剰気味となる傾向があるので、これと併せてＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を実行することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に制御することができる。
そして、酸化触媒の劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止する。酸化触媒におけるＮＯ酸化効率の低下と、酸化触媒におけるＨＣ酸化効率の低下を起因として選択還元触媒に流入するＨＣ量の増加と、により選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は、ＮＯ過剰気味となる傾向があるので、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比の過剰な低下を防止することができる。
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯを検出するＮＯ検出手段（例えば、後述のＮＯセンサ４３Ｃ）をさらに備え、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ検出手段による検出値（Ｖｎｏ）が所定値（Ｖｎｏ＿ｔｈ）より大きい場合に、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて増加させることが好ましい。
例えば、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値にある場合、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は最大となるため、その下流側にはＮＯ及びＮＯ２共にほとんど排出されないのに対し、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が上記最適値より小さくなりＮＯｘ浄化率が低下した場合、選択還元触媒に流入する排気はＮＯ過多状態となり、その下流側にはＮＯが排出されることとなる。したがって本発明によれば、選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多状態となりＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値より小さくなったことを、ＮＯ検出手段による検出値が所定値より大きくなることとして検知し、ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、これに応じてＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて増加させることにより、結果として選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値と最適値より小さな所定値との間で振動するように制御することができる。以上のように、本発明によればＮＯ検出手段による検出値に基づいてフィードバック的にＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値の近傍に制御することにより、内燃機関の運転状態、運転条件、運転履歴、及び酸化触媒や選択還元触媒の劣化状態などによらず、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて増加させることが好ましい。
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ装置をさらに備え、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量を増加させることにより前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更し、前記酸化触媒に流入する排気の酸素濃度を上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることが好ましい。
この場合、前記制御手段は、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比を変更することが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて増加させることが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることにより、前記酸化触媒の温度を上昇させることが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて増加させることが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることにより、前記酸化触媒の温度を低下させることが好ましい。
以上の発明によれば、ＮＯ検出手段の代わりにＮＯ２検出手段を用いた上述の発明と同様の効果を奏する。
この場合、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より下流側の排気中のＮＯ２を検出するＮＯ２検出手段（例えば、後述のＮＯ２センサ４３）と、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値（Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ）を算出する推定手段（例えば、後述のフィードＮＯｘ推定器３４Ｄ、及びＮＯ２−ＮＯｘ比推定器３５Ｄ）と、前記ＮＯ２検出手段の検出値（Ｖｎｏ２）に基づいてＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値（Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ）を修正する修正手段（例えば、後述のモデル修正器３６Ｄ）と、をさらに備え、前記制御手段は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値が、前記最適値（Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄ）の近傍に収束するように、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータ（Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒ，Ｄｔ＿ｎｏ２，Ｄａｆ＿ｎｏ２）を決定するＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ（例えば、後述のフィードフォワードＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｄ）を備えることが好ましい。
本発明では、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出し、この推定値が、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大化する最適値の近傍に収束するように、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータを決定する。また、選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯ２を検出するＮＯ２検出手段を設け、この検出値に基づいてＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正する修正手段を設けた。これにより、酸化触媒の劣化や、選択還元触媒へのＨＣの流入や付着などの予期できない変化に適応してＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正することができる。
この場合、前記修正手段は、ＮＯ２検出手段の検出値が所定の閾値を超えた場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を増加側に修正し、前記ＮＯ２検出手段の検出値が前記閾値以下である場合には前記推定値を減少側に修正することが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ２検出手段の検出値が所定の閾値を超えた場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を増加側に修正し、検出値が閾値以下である場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を減少側に修正することにより、実際のＮＯ２−ＮＯｘ比とのずれが無くなるようにＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正することができる。
この場合、前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯを検出するＮＯ検出手段（例えば、後述のＮＯセンサ４３Ｃ）と、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出する推定手段と、前記ＮＯ検出手段の検出値に基づいてＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正する修正手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値が、前記最適値の近傍に収束するように、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータを決定するＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを備えることが好ましい。
本発明では、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出し、この推定値が、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大化する最適値の近傍に収束するように、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータを決定する。また、選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯを検出するＮＯ検出手段を設け、この検出値に基づいてＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正する修正手段を設けた。これにより、酸化触媒の劣化や、選択還元触媒へのＨＣの流入や付着などの予期できない変化に適応してＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正することができる。
この場合、前記修正手段は、ＮＯ検出手段の検出値が所定の閾値を超えた場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を減少側に修正し、前記ＮＯ検出手段の検出値が前記閾値以下である場合には前記推定値を増加側に修正することが好ましい。
本発明によれば、ＮＯ検出手段の検出値が所定の閾値を超えた場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を減少側に修正し、検出値が閾値以下である場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を増加側に修正することにより、実際のＮＯ２−ＮＯｘ比とのずれが無くなるようにＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正することができる。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、前記推定手段により算出されたＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値（Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ）に遅れを生じさせた値（Ｅｆｆ＿ｎｏ＿ｎｏｘ）を前記最適値（Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄ）の近傍に収束させることが好ましい。
本発明によれば、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値に対し、意図的に遅れを生じさせたものを、最適値の近傍に収束させることにより、選択還元触媒におけるＮＯ及びＮＯ２のストレージ効果を考慮し、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を実質的に有効な値に維持することができる。
この場合、前記推定手段は、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量及び前記酸化触媒の温度を含む入力に基づいて、予め定められたマップを検索することで、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出することが好ましい。
本発明では、内燃機関から排出されるＮＯｘ量及び酸化触媒の温度、すなわち酸化触媒におけるＮＯ２生成効率に大きな影響を与えるパラメータを、マップを検索する際の入力に含めることにより、高い精度で選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出することができる。
この場合、前記推定手段は、所定の関数に従って出力する複数のニューロンを結合して構成されたニューラルネットワークに基づいて、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出することが好ましい。
本発明では、非線形な動特性の再現性に優れたニューラルネットワークに基づいてＮＯｘ量を推定することにより、例えば過渡時など排気中のＮＯ２量が非線形的な挙動を示すような場合であっても、これを高い精度で推定することができる。
この場合、前記ニューラルネットワークへの入力には、排気の酸素濃度に相関のあるパラメータ（例えば、後述のＧａｉｒ，Ｇｅｇｒ，Ｇｆｕｅｌなど）、排気中の未燃ＨＣ量に相関のあるパラメータ（例えば、後述のＧｆｕｅｌ，Ｇｐｏｓｔ，Ｇｐｉｌｏｔ，θｐｏｓｔ，θｍａｉｎなど）、及び前記排気通路内に設けられたフィルタ（例えば、後述のＣＳＦ２２）へのスート堆積量（例えば、後述のＭｓ）のうち少なくとも何れかが含まれることが好ましい。
本発明によれば、排気の酸素濃度や排気中の未燃ＨＣ量に相関のあるパラメータ、及び排気通路に設けられたフィルタへのスート堆積量、すなわち酸化触媒におけるＮＯ２生成効率に大きな影響を与えるパラメータを、ニューラルネットワークへの入力に含めることにより、高い精度で選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出することができる。
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ装置をさらに備え、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の目標値（Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（Ｇｅｇｒ＿ｍａｐ）からの補正値（Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２）を決定することが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして、前記酸化触媒の温度の目標値（Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）からの補正値（Ｄｔ＿ｎｏ２）を決定することが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして、前記内燃機関の混合気の空燃比の目標値（ＡＦ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（ＡＦ＿ｍａｐ）からの補正値（Ｄａｆ＿ｎｏ２）を決定することが好ましい。
本発明によれば、ＥＧＲ量の目標値、酸化触媒の温度の目標値、又は混合気の空燃比の目標値を補正することにより、新たなハードウェアを追加したり、複雑な燃焼制御を行ったりすることなく、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて増減させることができる。
本発明の第１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。 酸化触媒の温度と、酸化触媒におけるＮＯ酸化効率との関係を示す図である。 酸化触媒及びＣＳＦの各部分におけるＣＯ量、ＨＣ量、ＮＯ量及びＮＯ２量を示す図である。 選択還元触媒におけるＮＯ２−ＮＯｘ比に対するＮＯｘ浄化率の特性を示す図である。 高圧ＥＧＲバルブのリフト量に対する指令値の決定に係る制御ブロックの構成を示す図である。 選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比と、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量及びＮＯ量との関係を示す図である。 ＮＯ２フィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値、ＥＧＲ補正係数、及び目標ＥＧＲ量の変化を示すタイムチャートである。 排気管の各部分におけるＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量を示す図である。 ＥＧＲ補正係数を減少させた場合、又は増加させた場合におけるフィードＮＯ量、ＮＯ２−ＮＯｘ比、及び選択還元触媒の下流側のＮＯ２量の変化を示す図である。 触媒劣化判定モードの実行時におけるＥＧＲ補正係数及びＮＯ２センサの出力値の変化を示す図である。 触媒劣化判定モードの実行時におけるＥＧＲ補正係数及びＮＯ２センサの出力値の変化を示す図である。 ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。 走行中の車両における酸化触媒のＨＣ及びＣＯ浄化率と、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との変化を示す図である。 目標ＥＧＲ量を決定する手順を示すフローチャートである。 目標ＥＧＲ量を決定する手順を示すフローチャートである。 ＮＯ２センサフィードバックモードの非作動時におけるシミュレーション結果である。 ＮＯ２センサフィードバックモードの作動時におけるシミュレーション結果である。 混合気の空燃比と、酸化触媒及びＣＳＦの下流側のＮＯ２量と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンの排気浄化システム及びそのＥＣＵの構成を示すブロック図である。 ＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値、空燃比補正係数、及び目標空燃比の変化を示すタイムチャートである。 排気管の各部分における酸素濃度、ＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量、並びに混合気の空燃比を示す図である。 ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。 酸化触媒の温度と、酸化触媒及びＣＳＦの下流側のＮＯ２量と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るエンジンの排気浄化システム及びそのＥＣＵの構成を示すブロック図である。 ＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値、温度補正量、及び目標酸化触媒温度の変化を示すタイムチャートである。 選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯ２−ＮＯｘ比及び酸化触媒の温度との関係を示す図である。 排気管の各部分における酸素濃度、ＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量、並びに混合気の空燃比を示す図である。 ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。 本発明の第４実施形態に係るエンジンの排気浄化システム及びそのＥＣＵの構成を示すブロック図である。 ＮＯセンサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯセンサの出力値、ＥＧＲ補正係数、及び目標ＥＧＲ量の変化を示すタイムチャートである。 本発明の第７実施形態に係る排気浄化システムのＥＣＵ３Ｄに構成された制御ブロックのうち、ＥＧＲバルブ指令値の決定に係る制御ブロックの構成を示す図である。 フィードＮＯｘ量推定値に対する基準値を決定するマップの具体例を示す図である。 ＥＧＲ率に基づいて補正係数を決定するマップの具体例を示す図である。 排気ボリュームの推定値及びフィードＮＯｘ量推定値に基づいて、ＮＯ酸化効率に対する基準値を決定するマップの具体例を示す図である。 酸化触媒温度に基づいて補正係数を決定するマップの具体例を示す図である。 切換関数設定パラメータの設定テーブルを示す図である。 モデル修正器により決定された修正係数の変化を示すタイムチャートである。 酸化触媒及びＣＳＦを新品とし、かつフィードフォワード制御モード及びモデル修正器を非作動にした場合におけるシミュレーション結果である。 酸化触媒及びＣＳＦを新品とし、かつモデル修正器を非作動にしながらフィードフォワード制御モードを作動させた場合におけるシミュレーション結果である。 酸化触媒及びＣＳＦを新品とし、かつフィードフォワード制御モード及びモデル修正器を共に作動させた場合におけるシミュレーション結果である。 酸化触媒及びＣＳＦを劣化品とし、かつフィードフォワード制御モード及びモデル修正器を非作動にした場合におけるシミュレーション結果である。 酸化触媒及びＣＳＦを劣化品とし、かつモデル修正器を非作動にしながらフィードフォワード制御モードを作動させた場合におけるシミュレーション結果である。 酸化触媒及びＣＳＦを劣化品とし、かつフィードフォワード制御モード及びモデル修正器を作動させた場合におけるシミュレーション結果である。 フィードＮＯｘ推定器のニューラルネットワーク構造を示す図である。 シグモイド関数を示す図である。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本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の排気管１１に設けられた酸化触媒２１と、排気管１１に設けられ、排気中のスートを捕集するＣＳＦ（Ｃａｔａｌｙｚｅｄ Ｓｏｏｔ Ｆｉｌｔｅｒ）２２と、排気管１１に設けられ、この排気管１１を流通する排気中のＮＯｘを還元剤としてのＮＨ３の存在下で浄化する選択還元触媒２３と、排気管１１のうち選択還元触媒２３の上流側に、アンモニアの前駆体である尿素水を供給する尿素水噴射装置２５と、排気管１１を流通する排気の一部を吸気管１２内に還流する高圧ＥＧＲ装置２６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。
高圧ＥＧＲ装置２６は、高圧ＥＧＲ管２６１と、高圧ＥＧＲバルブ２６２と、を含んで構成される。高圧ＥＧＲ管２６１は、排気管１１のうち酸化触媒２１より上流側と、吸気管１２とを接続する。高圧ＥＧＲバルブ２６２は、高圧ＥＧＲ管２６１に設けられ、この高圧ＥＧＲ管２６１を介して還流される排気の量（以下、「ＥＧＲ量」という）を制御する。この高圧ＥＧＲバルブ２６２は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ３に接続されており、その開度（リフト量）はＥＣＵ３により電磁的に制御される。
酸化触媒２１は、排気管１１のうちエンジン１の直下であってＣＳＦ２２よりも上流側に設けられ、排気中のＨＣ及びＣＯを酸化し浄化する他、排気中のＮＯを酸化しＮＯ２に変換する。
図２は、酸化触媒の温度と、酸化触媒におけるＮＯ酸化効率との関係を示す図である。ここで、ＮＯ酸化効率とは、酸化触媒に流入するＮＯ量に対し、この酸化触媒で酸化され流出するＮＯ２量の割合をいい、したがってＮＯ２生成効率ともいうことができる。図２に示すように、酸化触媒におけるＮＯ酸化効率は、酸化触媒の温度に対して上に凸の特性を示し、図２に示す例では３００℃近傍において最も効率良くＮＯを酸化するようになっている。すなわち、酸化触媒におけるＮＯ酸化効率は、酸化触媒の温度が最適値（図２の例では３００℃）より低くなると低下し、また最適値より高くなっても低下する。なお、これに対し、酸化触媒におけるＣＯ及びＨＣの酸化効率は、基本的には酸化触媒の温度とともに上昇する特性がある。すなわち、酸化触媒の温度が高くなる程ＣＯ及びＨＣの酸化効率も高くなる。
図１に戻って、ＣＳＦ２２は、排気管１１のうち酸化触媒２１よりも下流側かつ選択還元触媒２３よりも上流側に設けられる。ＣＳＦ２２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするスートを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。また、このフィルタ壁には、酸化触媒が塗布されているため、上述の酸化触媒２１と同様に、排気中のＣＯ、ＨＣ、及びＮＯを酸化する機能を有する。
なお、上流側の酸化触媒２１と下流側のＣＳＦ２２とで貴金属組成の異なるものを用いることにより、上流側と下流側とで機能を分担させてもよい。例えば上流側の酸化触媒２１にはＰｔとＰｄとを混合したものを用いることにより、低温時のＨＣ及びＣＯの酸化性能を向上し、下流側のＣＳＦ２２にはＰｄを少量混合するとともにＰｔを主体としたものを用いることにより、ＮＯの酸化性能（すなわちＮＯ２の生成性能）を向上することができる。
図３は、酸化触媒及びＣＳＦの各部分におけるＣＯ量、ＨＣ量、ＮＯ量及びＮＯ２量を示す図である。
図３に示すように、エンジンから排出された排気に含まれるＣＯ、ＨＣ及びＮＯは、それぞれ、酸化触媒及びＣＳＦを通過する過程で酸化されるため、上流側から下流側へ向かうに従い各々の量は減少する。また、ＮＯが酸化されることでＮＯ２が生成されるため、上流側から下流側へ向かうに従いＮＯ２量は増加する。
また、酸化触媒及びこの酸化触媒とほぼ同じ機能を有するＣＳＦでは、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯの酸化反応に、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯの順の優先順位がある。すなわち、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯを含んだ排気が酸化触媒及びＣＳＦを通過する過程において、最も先に（すなわち最も上流側で）ＣＯが酸化され、その次にＨＣが酸化され、最後に（すなわち最も下流側で）ＮＯが酸化されＮＯ２が生成される。すなわち、排気中のＮＯは、排気中のＣＯとＨＣが無くなった後で酸化されＮＯ２が生成されるようになっており、したがって、排気中にＣＯ及びＨＣが多く含まれていると、酸化触媒及びＣＳＦにおけるＣＯ、ＨＣ酸化効率が低下するよりも先に、ＮＯ酸化効率が低下する傾向がある。
また、一般的には酸化触媒やＣＳＦでは、排気の空間速度、すなわち酸化する物質（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯ）の単位時間当たりの通過量（ｇ／ｓ）が大きくなるに従い、その酸化効率は低下する。さらに、上述のように、排気中のＮＯは、酸化触媒及びＣＳＦの最も下流側において酸化されるため、エンジンから排出される排気のボリュームが大きくなると、ＣＯ、ＨＣ酸化効率が低下するよりも先に、ＮＯ酸化効率が低下する傾向がある。
図１に戻って、尿素水噴射装置２５は、尿素水タンク２５１と、尿素水噴射弁２５３とを備える。尿素水タンク２５１は、尿素水を貯蔵するものであり、尿素水供給路２５４及び図示しない尿素水ポンプを介して、尿素水噴射弁２５３に接続されている。この尿素水タンク２５１には、尿素水レベルセンサ２５５が設けられている。この尿素水レベルセンサ２５５は、尿素水タンク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に供給する。尿素水噴射弁２５３は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３からの制御信号により作動し、この制御信号に応じた量の尿素水を排気管１１内に噴射する。
選択還元触媒２３は、ＮＨ３など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、尿素水噴射装置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還元剤としてのＮＨ３が生成される。生成されたＮＨ３は、選択還元触媒２３に供給され、これらＮＨ３により排気中のＮＯｘが選択的に還元される。
選択還元触媒２３におけるＮＯ及びＮＯ２の還元反応を示す反応式は、下記式（３−１）、（３−２）、（３−３）のようになっている。式（３−１）に示す反応は、排気中のＮＯとＮＯ２とを同時に還元する反応であり、式（３−２）に示す反応は、排気中のＮＯのみを還元する反応であり、式（３−３）に示す反応は、排気中のＮＯ２のみを還元する反応である。
Figure 2012167549
選択還元触媒では上記式（３−１）〜（３−３）に示す反応が進行することで、排気中のＮＯ及びＮＯ２がＮＨ３により還元されることとなるが、各反応の進行度合いは、ＮＯ２−ＮＯｘ比に応じて変化すると考えられる。
例えば、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５である場合、排気中のＮＯとＮＯ２のモル比が１：１であることから、選択還元触媒では主として上記式（３−１）に示す反応が進行する。
ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５より小さい場合、すなわちＮＯ２よりもＮＯの方が多い場合、上記式（３−１）に示す反応だけでは還元しきれないＮＯが残るが、この余剰分のＮＯは上記式（３−２）に示す反応が進行することで還元される。したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５より小さい場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が小さくなるに従い、上記式（３−１）に示す反応の進行度合いが低くなり、上記式（３−２）に示す反応の進行度合いが高くなる。
一方、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５より大きい場合、すなわちＮＯよりもＮＯ２の方が多い場合、上記式（３−１）に示す反応だけでは還元しきれないＮＯ２が残るが、この余剰分のＮＯ２は上記式（３−３）に示す反応が進行することで還元される。したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５よりも大きい場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が大きくなるに従い、上記式（３−１）に示す反応の進行度合いが低くなり、上記式（３−３）に示す反応の進行度合いが高くなる。
図４は、選択還元触媒におけるＮＯ２−ＮＯｘ比に対するＮＯｘ浄化率の特性を示す図である。実線は新品の選択還元触媒のＮＯｘ浄化率の特性を示し、破線は劣化した選択還元触媒のＮＯｘ浄化率の特性を示す図である。選択還元触媒では、上述のような３つの異なる反応によりＮＯ及びＮＯ２が還元されることから、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、図４に示すように、流入する排気中のＮＯ２−ＮＯｘ比に応じて変化することとなる。
すなわち、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、その劣化の進行度合いによらず、流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５にあるときに最大となるように、上に凸の特性を示す。また、ＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値から離れたときのＮＯｘ浄化率の低下の割合を最適値より大きい場合と小さい場合とで比較すると、小さい方がＮＯｘ浄化率の低下の割合は大きい。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値から離れたときのＮＯｘ浄化率の低下の割合を選択還元触媒の劣化度合いが小さい場合（図４中、実線）と大きい場合（図４中、破線）とで比較すると、劣化度合いが大きい方がＮＯｘ浄化率の低下の割合は大きい。すなわち、選択還元触媒の劣化度合いが小さい場合には、ＮＯｘ浄化率は排気のＮＯ２−ＮＯｘ比によらず概ね一定となるのに対し、選択還元触媒の劣化度合いが大きい場合には、ＮＯｘ浄化率は排気のＮＯ２−ＮＯｘ比によって大きく変化する。
図１に戻って、選択還元触媒２３は、尿素水から生成したＮＨ３で排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成したＮＨ３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において貯蔵されたＮＨ３量をストレージ量とし、選択還元触媒２３において貯蔵できるＮＨ３量を最大ストレージ容量とする。このようにして貯蔵されたＮＨ３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ＮＨ３が選択還元触媒２３の下流側へ排出されるＮＨ３スリップが発生する。このようにして選択還元触媒２３の下流側へ排出されたＮＨ３がシステム外に排出されるのを防止するため、選択還元触媒２３の下流側にはスリップ抑制触媒２４が設けられている。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ＮＨ３を酸化しＮ２とＨ２Ｏに分解する酸化触媒や、スリップしたＮＨ３を貯蔵するかあるいは排気中のＮＯｘの還元に供する選択還元触媒などを用いることができる。
排気浄化システム２の状態を検出するため、ＥＣＵ３には、排気温度センサ４１、ＮＨ３センサ４２、ＮＯ２センサ４３、クランク角度位置センサ１４、アクセル開度センサ１５、尿素水残量警告灯１６、及び触媒劣化警告灯１７などが接続されている。
排気温度センサ４１は、酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の下流側の排気温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、この排気温度センサ４１の検出値に基づいて選択還元触媒２３の温度Ｔｓｃｒや酸化触媒２１の温度Ｔｄｏｃを算出する。
ＮＨ３センサ４２は、排気管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の濃度又は量を検出し、検出値に略比例した信号Ｖｎｈ３をＥＣＵ３に供給する。ＮＯ２センサ４３は、排気管１１のうち選択還元触媒２３の直下の排気中のＮＯ２の濃度又は量を検出し、検出値に略比例した信号Ｖｎｏ２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の要求エンジン負荷ＴＲＱが算出される。
尿素水残量警告灯１６は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、尿素水タンク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、尿素水タンク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値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“３”となっ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など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などを記憶する記憶回路と、エンジン１、高圧ＥＧＲバルブ２６２、及び尿素水噴射弁２５３などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。
図５は、ＥＣＵ３に構成された制御ブロックのうち、高圧ＥＧＲバルブ２６２のリフト量に対する指令値（以下、「ＥＧＲバルブ指令値」という）Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックの構成を示す図である。
なおＥＣＵ３には、図５に示すようなＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックの他、例えば、尿素水噴射制御、すなわち尿素水噴射弁２５３からの尿素水の噴射量を決定する制御ブロックが形成されている。より具体的には、尿素水噴射制御では、選択還元触媒２３のストレージ量及び最大ストレージ容量を推定しながら、このストレージ量が最大ストレージ容量の近傍に維持されるように、選択還元触媒２３の下流側に設けられたＮＨ３センサ４２の検出値に基づいて尿素水の噴射量を決定する。このように、ストレージ量を最大ストレージ容量の近傍に維持することにより、選択還元触媒２３からのＮＨ３スリップを最小限にとどめつつ、選択還元触媒２３におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。なお、以上のような尿素水噴射制御の詳細なアルゴリズムは、例えば、本願出願人による国際公開第２００８／５７６２８などに詳しく記載されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
図５に示すように、ＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１と、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２と、ＥＧＲコントローラ３３と、を含んで構成される。
この制御ブロックによれば、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２により算出された基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１により算出されたＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を乗算することで算出される（下記式（４）参照）。そして、ＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄは、ＥＧＲ量に対する推定値（以下、「ＥＧＲ量推定値」という）Ｇｅｇｒ＿ｈａｔが、上記目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに一致するように、ＥＧＲコントローラ３３により算出される。
なお、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、式（４）に示すように、基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐにＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を乗算したものだけでなく、基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐにＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を加算したものでも定義してもよい。
Figure 2012167549
ここで、記号（ｋ）は、離散化した時間を示す記号であり、所定の制御周期ごとに検出又は算出されたデータであることを示す。すなわち、記号（ｋ）が今回の制御サイクルにおいて検出又は算出されたデータであるとした場合、記号（ｋ−１）は前回の制御サイクルにおいて検出又は算出されたデータであることを示す。なお、以下の説明においては、記号（ｋ）を適宜、省略する。
基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２は、エンジン回転数ＮＥ及び要求エンジン負荷ＴＲＱに基づいて、予め定められたマップを検索することにより基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐを決定する。なお、この基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２におけるマップは、燃費、スート量、及びフィードＮＯｘ量などのバランスを考慮しつつ、選択還元触媒２３に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多気味になるように設定されていることが好ましい。
ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、以下の４種類の制御モードの何れかで作動し、各制御モードで異なるアルゴリズムに基づいて、上述のマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐを補正するためのＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を算出する。
１．ＮＯ２センサフィードバックモード
２．触媒劣化判定モード
３．燃費優先モード
４．ＮＯ２生成優先モード
以下、これら４つの制御モードによりＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を算出する手順について順に説明する。
＜ＮＯ２センサフィードバックモード＞
ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を、ＮＯｘ浄化率を最大化する最適値に向けて制御する。より具体的には、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がその最適値の近傍に平均的に維持されるように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
このモードでは、選択還元触媒の直下の排気のＮＯ２濃度に比例したＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２を、下記式（５）で定義された出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２に変換する。すなわち、ＮＯ２センサの出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２は、出力値Ｖｎｏ２が所定のＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下の場合には“０”となり、出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい場合にはその偏差（Ｖｎｏ２−Ｖｎｏ２＿ｔｈ）となる。
Figure 2012167549
以下、詳細に説明するように、このＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈは、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいて選択還元触媒の下流側のＮＯ２の存在を判定するために用いられる閾値であるため、理想的には“０”より僅かに大きな値に設定されることが好ましい値であるが、ＮＯ２センサの固体ばらつき、経年劣化、妨害ガスなどの影響を考慮した上で、選択還元触媒の下流側にＮＯ２が排出されていると確実に判断できる値に設定される。
ここで、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が０となる状態と、０でない正の値となる状態の違いについて、図６を参照して説明する。
図６は、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比と、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量及びＮＯ量との関係を示す図である。図６において実線は、選択還元触媒が理想的な状態にある場合における、ＮＯ２−ＮＯｘ比とＮＯ量及びＮＯ２量の関係を示す。ここで、選択還元触媒の理想的な状態とは、選択還元触媒にＨＣが付着も流入もしておらず、したがってＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．５となったときにＮＯｘ浄化率が最大となる状態をいう。破線は、選択還元触媒へのＨＣ流入量が多い状態にある場合における、ＮＯ２−ＮＯｘ比とＮＯ量及びＮＯ２量の関係を示す。例えば上流側の酸化触媒が劣化することにより、選択還元触媒へのＨＣ流入量が多くなると、上記式（１）に示すように、ＮＯ２が消費されＮＯが増加することとなるため、ＮＯｘ浄化率が最大となるＮＯ２−ＮＯｘ比は、上記理想的な状態よりも大きくなる。また太線はＮＯ２量を示し、細線はＮＯ量を示す。
図６中、太実線で示すように、理想的な状態の選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、ＮＯｘ浄化率の最大となる略０．５以下である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比によらず略０となり、ＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．５以上である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が大きくなるに従い増加する。また、図６中、太破線で示すように、ＨＣ流入量が多い状態の選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、ＮＯｘ浄化率の最大となる略０．６以下である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比によらず略０となり、ＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．６以上である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が大きくなるに従い増加する。
つまり、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、その状態によらず、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、そのＮＯｘ浄化率が最大となる最適値を超えると、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ２過多になると増加する。
また、図６中、細実線で示すように、理想的な状態の選択還元触媒の下流側のＮＯ量は、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、ＮＯｘ浄化率の最大となる略０．５以上である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比によらず略０となり、ＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．５以下である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が小さくなるに従い増加する。また、図６中、細破線で示すように、ＨＣ流入量が多い状態の選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、ＮＯｘ浄化率の最大となる略０．６以上である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比によらず略０となり、ＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．６以下である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が小さくなるに従い増加する。
つまり、選択還元触媒の下流側のＮＯ量は、その状態によらず、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、そのＮＯｘ浄化率が最大となる最適値を下回ると、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多になると増加する。
以上のことから、上記式（５）において、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が“０”になる状態とは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比はＮＯｘ浄化率が最大となる最適値近傍にあるか、あるいは上記最適値より小さなＮＯ過多の状態にあると判断できる。
一方、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値になる状態とは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比はＮＯｘ浄化率が最大となる最適値より大きなＮＯ２過多の状態にあると判断できる。
ＮＯ２センサフィードバックモードでは、以上のような意味を有する出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２を用い、下記式（６）、（７）、（８）に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を算出する。
Figure 2012167549
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式（８）に示されるように、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、上限値を“１”とし、下限値をＫｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌとし、これら上限値と下限値との間で設定される。
式（７）中のフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２は負の値に設定される。これにより、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値になる場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多の状態となる場合に、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を、徐々に減少させることができる。
式（６）中の初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣは、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が“０”から正の値に転じた時、すなわちＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回った時のみにおけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の変化量に相当し、負の値に設定される。また、式（６）中の復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣは、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が“０”となる場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値にあるか又はＮＯ過多の状態にある場合におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の変化量に相当し、正の値に設定される。
図７は、上記式（５）〜（８）で定義されたＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２、及び目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄの変化を示すタイムチャートである。
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２はＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。この場合、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、上限値へ向かって、式（６）で設定した復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣずつ増加する。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに近づくように徐々に大きくなり、結果としてエンジンから排出されるＮＯ量は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させなかった場合と比較して徐々に減少する。
次に、時刻ｔ２では、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、式（６）で設定した初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣだけ小さくなる。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるようにより小さな値に瞬間的に変更される。その後、時刻ｔ２からＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、式（７）に示すように、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２に比例した分ずつ減少する。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように、より小さくなり、結果としてエンジンから排出されるＮＯ量は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させなかった場合と比較して徐々に増加する。
時刻ｔ３〜ｔ４までの間、及び時刻ｔ５以降、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。したがって、この間におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２と目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ１〜ｔ２までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。また時刻ｔ４〜ｔ５までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい。したがって、この間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２と目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ２〜ｔ３までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。
次に、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように減少させる処理（図７中、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５）を実行することによる効果について、図８を参照しながら説明する。
図８は、排気管の各部分におけるＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量を示す図である。図８中、破線は、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄとしてマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐを採用し続けた従来手法の例を示し、実線は、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように減少させた本実施形態の例を示す。
先ず、破線で示す従来手法では、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回ったＮＯ２過多の状態になると、浄化しきれなかったＮＯ２が選択還元触媒の下流側に排出されてしまう。
これに対し本実施形態では、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となりＮＯ２過多の状態となった場合には、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄをマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように減少させることにより、ＥＧＲ量を低減させる。ＥＧＲ量が少なくなると、エンジンから排出されるＮＯ量（以下、「フィードＮＯ量」という）は従来手法と比較して増加し、エンジンから排出されるＨＣ量及びＣＯ量は減少し、排気ボリュームは増加する。なお、エンジンから排出されるＮＯ２量は、フィードＮＯ量と比較してごく僅かでありかつＥＧＲ量によってさほど大きく変化しない。
フィードＮＯ量が増加しかつ排気ボリュームが増加すると、上述のように酸化触媒及びＣＳＦにおけるＣＯ、ＨＣ酸化効率は変化せずに、先ずＮＯ２生成効率が低下する。これにより、従来手法と比較して、酸化触媒及びＣＳＦにより酸化されないまま下流側の選択還元触媒に流入するＮＯ量（残留ＮＯ量）は増加し、また酸化触媒及びＣＳＦにより生成され選択還元触媒に流入するＮＯ２量は低下する。
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回っていた従来手法に対し、本実施形態では選択還元触媒に流入するＮＯ量を増加しかつＮＯ２量を低下させることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍の最適値に向けて低減させ、結果として選択還元触媒から排出されるＮＯ量及びＮＯ２量ともに抑制することができる。
なお本実施形態では、ＥＧＲ量を減少させることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて低減させたが、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させる方法は、ＥＧＲ量の調整のみに限らない。図８に示すように、エンジンから排出されるＨＣ量及びＣＯ量が減少することを起因とした酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、エンジンから排出されるＮＯｘ量が増加することを起因とした酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、エンジンの燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させてもよい。なお、燃焼パラメータとしては、例えば、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、過給圧、及びＥＧＲ量などが挙げられる。
次に、上記式（６）中の初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣ及び復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣの設定方針について、図９を参照して説明する。
図９は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を、“１”から“０”へ減少させた場合、又は“０”から“１”へ増加させた場合におけるフィードＮＯ量、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比、及び選択還元触媒の下流側のＮＯ２量の変化を示す図である。図９中、実線はＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の減少時、破線はＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の増加時を示す。
選択還元触媒の下流側のＮＯ２量、すなわち選択還元触媒におけるＮＯ２浄化率には、図９に示すようなヒステリシス特性がある。
例えば、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から“０”へ減少させ、ＥＧＲ量を減少させると、フィードＮＯ量が増加し、これに伴い選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５へ向けて低下し、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は高くなる。しかしながら、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から“０”へ変化させる間、図９においてΔで示す領域では、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の上昇効果よりも、フィードＮＯ量が増加することによるＮＯｘ浄化率の低下効果の方が勝ってしまい、結果として一時的に選択還元触媒の下流側のＮＯ２量が増加してしまう。
これに対し、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“０”から“１”へ増加させた場合、図９中、破線で示すように、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、上記低減時とは定性的に異なった振る舞いを示す。すなわち、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の増加時には、上記領域Δを通過する際であっても、低減時のように選択還元触媒の下流側のＮＯ２量が一時的に増加することがない。これは、何らかのメカニズムにより選択還元触媒に発生するＮＯストレージ効果、又はＮＯ２ストレージ効果により、領域Δを通過する際にも、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５よりも大きくなるにも関わらず、選択還元触媒における有効ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５の近傍に保たれるためであると考えられる。
補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に対し以上のようなヒステリシス特性を有する選択還元触媒に対し、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の減少時又は増加時にも、ＮＯ２浄化率が高く維持されるように、初回減算量ＤＫｅｇｒ＿ＤＥＣ及び復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣは、以下のように設定されることが好ましい。
すなわち、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させる際にＮＯ２浄化率が一時的に悪化するのを防止するため、初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣは、ＮＯ２浄化率が一時的に悪化する領域Δを瞬時に通過できるような値に設定される。
補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させる際、上述のようなＮＯストレージ効果又はＮＯ２ストレージ効果が確実に奏されるように、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は上記減少時と比較して長い時間をかけて徐々に増加させることが好ましい。このため、復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣは、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の増加が緩やかになるような値に設定される。
なお、以上のように本実施形態では、初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣ及び復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣを固定値としたが、これに限らず、エンジン回転数や負荷、排気系の温度、選択還元触媒の上流側のＮＯｘ量などに応じて変化させてもよい。
＜触媒劣化判定モード＞
図５に戻って、触媒劣化判定モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、選択還元触媒２３の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
より具体的には、触媒劣化判定モードでは、下記式（９）及び（１０）に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を変化させるとともに、このときのＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２とＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２を用いて下記式（１１）により劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを更新し、この劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲの大きさに応じて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
図１０は、触媒劣化判定モードの実行時におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２及びＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２の変化を示す図である。
触媒劣化判定モードでは、下記式（９）及び（１０）に示すように、初期値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｔｅｍｐ（０）を“１”に設定し、そこから減少量Ｄｋｅｇｒ＿ＪＤ＿ＤＥＣ（＜０）ずつ加算することにより、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から下限値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌまで減少させる。
Figure 2012167549
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このようにしてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から減少させると、図９を参照して説明したように、ＮＯ２過多の状態からフィードＮＯ量が増加し、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は徐々に最適値に近づき、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、一旦大きくなった後、減少する。
一方、選択還元触媒の劣化が進行すると、図４を参照して説明したように、ＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値からのずれに応じたＮＯｘ浄化率の低下も大きくなる。したがって、ＮＯ２過多の状態からＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から減少させ、フィードＮＯ量を増加させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が所定の劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回るタイミングは、選択還元触媒の劣化が進むに従い遅くなると考えられる。
そこで、この触媒劣化判定モードでは、下記式（１１）に示すように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回ったときにおけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の値で劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを固定する。
Figure 2012167549
このようにして得られた劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲは、選択還元触媒の劣化が進むに従い小さくなると考えられることから、下記式（１２）に示すように、劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲと所定の閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを比較することにより、選択還元触媒の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。すなわち、Ｊ＿ＳＣＲが“１”である場合には、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを、選択還元触媒はほぼ新品であることを意味する“１”に設定する。Ｊ＿ＳＣＲが１より小さく閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤ以上である場合には、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを、選択還元触媒はさほど劣化しておらず正常であることを意味する“２”に設定する。Ｊ＿ＳＣＲが閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤより小さい場合には、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを、選択還元触媒は劣化が進行した状態であることを意味する“３”に設定する。なお、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤの初期値は“０”とする。
Figure 2012167549
また、上記式（９）〜（１２）に示すようなＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させることで劣化度合いを判定する他、図１１及び下記式（１３）〜（１６）に示すように逆にＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させることで劣化度合いを判定することもできる。
この場合、下記式（１３）及び（１４）に示すように、初期値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｔｅｍｐ（０）を下限値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌに設定し、そこから増加量ＤＫｅｇｒ＿ＪＤ＿ＩＮＣ（＞０）ずつ加算することにより、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を下限値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌから“１”まで増加させる。
Figure 2012167549
Figure 2012167549
そして、下記式（１５）に示すように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを上回ったときにおけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の値で劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを固定し、下記式（１６）に示すように、この劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲと閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを比較することにより触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
Figure 2012167549
Figure 2012167549
なお、上記式（１３）〜（１６）によりＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させることで劣化度合いを判定する場合、図９を参照して説明したストレージ効果が確実に奏されるように、増加量ＤＫｅｇｒ＿ＪＤ＿ＩＮＣの絶対値は、上記式（９）中の減少量ＤＫｅｇｒ＿ＪＤ＿ＤＥＣの絶対値よりも十分に小さな値に設定し、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を緩やかに増加させることが好ましい。
＜燃費優先モード＞
図５に戻って、燃費優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、ＮＯ２フィードバックモードの実行時よりも燃費が向上するように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２によらずＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔに設定する（下記式（１７）参照）。
Figure 2012167549
ガソリンエンジンの場合、基本的にはＥＧＲ量を多くした方が燃費は向上する傾向があるため、この燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔは、例えば“１”に近い値に設定される。一方、ディーゼルエンジンの場合、逆にＥＧＲ量を少なくした方が燃費は向上する傾向があるため、この燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔは、例えば下限値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌに近い値に設定される。
＜ＮＯ２生成優先モード＞
ＮＯ２生成優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、酸化触媒２１及びＣＳＦ２２で多くのＮＯ２が生成され、選択還元触媒２３に流入する排気のＮＯ２量が多くなるように、下記式（１８）に示すように、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”に設定する。
Figure 2012167549
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、ＮＯ２センサフィードバックモードと、触媒劣化判定モードと、燃費優先モードと、ＮＯ２生成優先モードとの４種類の異なる制御モードで作動させることが可能となっている。次に、各モードを実行するのに好ましい時期について説明する。
先ず、図４を参照して説明したように、選択還元触媒が新品である場合、そのＮＯｘ浄化率はＮＯ２−ＮＯｘ比によらず高く維持される。このため、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に精度良く制御せずとも選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は高く、ＮＯ２センサフィードバックモードの効果は小さい。
したがって、上述の触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“１”であり選択還元触媒が劣化していないと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに燃費優先モード（上記式（１７）参照）を実行し、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行時よりも燃費を向上させることが好ましい。また、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“２”又は“３”である場合、すなわち選択還元触媒の劣化がある程度進行したと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可することが好ましい。
また、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに、例えばＮＯ２生成優先モードを実行することが好ましい。ここで、酸化触媒やＣＳＦの劣化度合いを判定する方法としては、例えば、劣化の進行に伴って小さくなると考えられるこれら酸化触媒及びＣＳＦの酸素貯蔵能の測定値に基づくものなど、従来既知の方法が用いられる。また、酸化触媒やＣＳＦの劣化度合いが小さく酸素貯蔵能が大きいと、上流側の排気の酸素濃度変化に対する下流側の酸素濃度変化の遅れも大きくなると考えられることから、この酸素貯蔵能は、例えば、上流側及び下流側に設けられた空燃比センサの出力の時間差から測定することができる。なお、この手法に基づく劣化度合いの判定は、酸化触媒がセリアなどの酸素貯蔵能を含有したものである場合（三元触媒とも言う）に限られる。酸素貯蔵能を含有していない酸化触媒を対象とする場合は、例えばエンジン始動直後の昇温制御時の酸化触媒温度の上昇パターンと、予め設定した参照パターンとを比較することにより、昇温制御時の酸化触媒の昇温速度が低下したことを検出し、これに基づいて劣化度合いを判定してもよい。
図１２は、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。
図１２に示す例は、時刻“０”においてエンジンを始動してから、ＮＯ２生成優先モード、触媒劣化判定モード、ＮＯ２センサフィードバックモードの順でＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合を示す。
上述のように、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤの値に応じてＮＯ２センサフィードバックモードの実行を判断することから、図１２に示すように、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を判断する前に触媒劣化判定モードを実行し、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定しておくことが好ましい。ただし、この触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤは頻繁に変化するとは考えにくいので、エンジンを始動する度に行う必要はない。この場合、例えば前回の触媒劣化判定モードの実行結果に基づいて、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を判断してもよい。
図１３は、走行中の車両における酸化触媒のＨＣ及びＣＯ浄化率と、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との変化を示す図である。図１３において、破線は酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合を示し、一点鎖線は酸化性能の低い酸化触媒を用いた場合を示す。また、図１３における実線は、エンジンの暖機中及び暖機後にわたり、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化できる理想的な特性を示す。
図１３に示すように、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、酸化性能の低い酸化触媒を用いた場合と比較して、エンジンの始動直後の暖機中におけるＨＣ、ＣＯ浄化率の立ち上がりを早くでき、また暖機後のＣＯ、ＨＣ浄化率も高くできる。このため、ＣＯ、ＨＣ浄化率を高くするためには、酸化性能の高い酸化触媒を用いた方が好ましい。すなわち、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合におけるＨＣ、ＣＯ浄化率の特性は、暖機中及び暖機後にわたり上記理想的な特性と一致する。
また、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、エンジンの始動直後の暖機中におけるＮＯ２生成効率の立ち上がりを早くでき、したがって選択還元触媒に流入するＮＯ２−ＮＯｘ比を速やかに０．５近傍の最適値まで上昇させることができる。したがって、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合におけるＮＯ２生成効率及びＮＯ２−ＮＯｘ比の特性は、暖機中において上記理想的な特性と一致する。
しかしながら、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、暖機後のＮＯ２生成効率が高くなりすぎてしまい、ＮＯ２−ＮＯｘ比は０．５近傍の最適値を大きく上回ってしまい、結果としてＮＯｘ浄化率が低下してしまうこととなる。したがって、暖機後については、酸化性能の低い酸化触媒を用いた方が、ＮＯ２生成効率及びＮＯ２−ＮＯｘ比は理想的な特性に近くなる。
以上のように、酸化性能の高い酸化触媒を用いても、又は酸化性能の低い酸化触媒を用いても、ＨＣ、ＣＯ浄化率とＮＯ２生成効率との両方を、実線で示す理想的な特性に一致させることができないことから、酸化触媒の貴金属担持量、セル密度、容積、貴金属組成などの仕様を変更しその酸化性能を調製するだけでは、エンジンの始動直後の暖機中及び暖機後にわたり、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化することは困難であると考えられる。
そこで、本実施形態では、図１２に示すように、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過するまでの間（暖機中）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、その替わりにＮＯ２生成優先モードを実行する。すなわち暖機中は、ＮＯ２生成優先モードを実行し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯ２生成効率を速やかに立ち上げる。そして、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過した後（暖機後）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、ＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍の最適値に維持し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯｘ浄化率も高く維持する。
また、以上のようにエンジンの始動直後の暖機中の他、酸化触媒の温度がその活性温度未満である場合も同様にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともにＮＯ２生成優先モードを実行し、酸化触媒の温度がその活性温度以上である場合にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可してもよい。
図１４及び図１５は、以上のように構成されたＥＣＵにより目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを決定する手順を示すフローチャートである。
先ず、Ｓ１では尿素水噴射装置が故障した状態であるか否かを判別する。この判別がＮＯであり、尿素水噴射装置が正常な状態である場合にはＳ２に移る。Ｓ２では、高圧ＥＧＲ装置が故障した状態であるか否かを判別する。この判別がＮＯであり、高圧ＥＧＲ装置が正常な状態である場合にはＳ３に移る。Ｓ３では、ＮＨ３センサ、温度センサ、及びＮＯ２センサなどの各種センサが故障した状態であるか否かを判別する。この判別がＮＯであり、上記センサが何れも正常である場合Ｓ４に移る。また、これらＳ１〜Ｓ３の何れかにおいてＹＥＳであると判別された場合、すなわち尿素水噴射装置、高圧ＥＧＲ装置、及び上記センサのうち何れか１つでも故障した状態であると判別された場合にはＳ５に移り、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを強制的に“０”に設定した後、Ｓ１７に移る。
Ｓ４では、エンジン回転数及び要求エンジン負荷などのパラメータに基づいて予め定められたマップを検索することにより、基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐを決定し、Ｓ６に移る。
Ｓ６では、エンジンを始動してから、酸化触媒を活性温度まで暖機するために設定された所定の暖機時間経過したか否かを判別する。この判別がＮＯであり、暖機中である場合には、Ｓ７に移る。
Ｓ７では、ＮＯ２生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定した後、Ｓ１６に移る。ＮＯ２生成優先モードでは、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は“１”に設定され（上記式（１８）参照）、結果として目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄとして、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐが採用される。
Ｓ６における判別がＹＥＳであり、暖機後である場合にはＳ８に移り、選択還元触媒が活性状態にあるか否かを判別する。より具体的には、選択還元触媒の温度Ｔｓｃｒが、その活性状態を判定するために設定された閾値Ｔｓｃｒ＿ａｃｔ（例えば、２５０℃）より高いか否かを判別する。Ｓ８における判別がＮＯであり、選択還元触媒が活性状態にない場合にもＳ７に移り、上記暖機中と同様に、ＮＯ２生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
Ｓ８における判別がＹＥＳであり、選択還元触媒が活性状態にある場合にはＳ９に移り、選択還元触媒のストレージ量が十分であるか否か、又は、ＮＨ３スリップが発生した状態であるか否かを判別する。より具体的には、ストレージ量が十分であるか否かは、最大ストレージ容量の推定値に対するストレージ量の推定値の割合が、所定値（例えば２０％以上）であるか否かによって判別できる。また、ＮＨ３スリップが発生した状態であるか否かは、ＮＨ３センサの出力値Ｖｎｈ３が所定の閾値以上であるか否かによって判別する。Ｓ９における判別がＮＯであり、選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能が十分でない場合にもＳ７に移り、上記暖機中と同様に、ＮＯ２生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
Ｓ９における判別がＹＥＳであり、選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能が十分である場合にはＳ１０に移り、選択還元触媒の劣化度合いを判定済みであるか否かを判別する。より具体的には、上述の触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤの値が、触媒劣化判定モードの未実行を示す初期値“０”以外であるか否かによって判別できる。
Ｓ１０における判別がＮＯであり、エンジンを始動してから未だ選択還元触媒の劣化度合いを判定していない場合には、Ｓ１１に移り、触媒劣化判定モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２と触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを決定した後、Ｓ１６に移る。より具体的には、上記式（９）〜（１２）（又は、式（１３）〜（１６））に基づいて、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２と触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを決定する。
Ｓ１０における判別がＹＥＳであり、選択還元触媒の劣化度合いを判定済みである場合には、その度合いをさらに詳細に判定するべくＳ１２に移る。そしてＳ１２では、選択還元触媒は新品状態であるか否か、すなわち触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“１”であるか否かを判別する。Ｓ１２における判別がＹＥＳであり、選択還元触媒が新品状態である場合にはＳ１３に移り、燃費優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定した後、Ｓ１６に移る。燃費優先モードでは、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔに設定される（上記式（１７）参照）。
Ｓ１２における判別がＮＯであり、したがって選択還元触媒はある程度以上劣化した状態である場合には、Ｓ２０に移り、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いを判定し、この劣化度合いが大きいか否かを判別する。このＳ２０における判別がＹＥＳであり、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いが大きいと判断される場合にはＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、Ｓ７に移り、生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｔ＿ｎｏ２を決定する。
Ｓ２０における判別がＮＯであり、したがって酸化触媒及びＣＳＦの劣化はさほど大きく進行しておらずかつ選択還元触媒はある程度以上劣化した状態である場合には、現在のエンジンの運転状態がＮＯ２センサフィードバックモードを作動させるのに適した状態であるか否かを判定するべく、Ｓ１４に移る。そしてＳ１４では、例えば排気ボリュームが大きな状態であるか否かを判別する。図３を参照して説明したように、排気ボリュームが大きくなると酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率が低下する。そこで、Ｓ１４における判別がＹＥＳであり、排気ボリュームが大きな状態（高負荷運転状態）である場合には、ＮＯ２生成効率の過剰な低下を防止するべく、Ｓ７に移り、ＮＯ２生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
Ｓ１４における判別がＹＥＳであり、排気ボリュームが小さな状態である場合にはＳ１５に移り、ＮＯ２センサフィードバックモードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定した後、Ｓ１６に移る。より具体的には、上記式（５）〜（８）に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
Ｓ１６では、各モードで決定されたＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに乗算することで、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを決定した後、Ｓ１７に移る。Ｓ１７では、選択還元触媒が劣化した状態であるか否か、すなわち触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“３”であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはＳ１８に移り、触媒劣化警告灯を点灯させた後にこの処理を終了し、この判別がＮＯの場合には、直ちにこの処理を終了する。
次に、図１６及び図１７に示すシミュレーション結果を参照して、ＮＯ２センサフィードバックモードの効果について検討する。
図１６は、ＮＯ２センサフィードバックモードの非作動時、より具体的にはＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を強制的に“１”に設定し続けた場合におけるシミュレーション結果である。
図１７は、ＮＯ２センサフィードバックモードの作動時におけるシミュレーション結果である。これら図１６及び図１７には、それぞれ、上段から、排気ボリューム、ＥＧＲ量、フィードＮＯ量、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２、及びＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を示す。
図１６に示すように、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を強制的に“１”にし続けたので、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄとマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐは一致する。エンジンに断続的に高負荷をかけたことに伴い、排気ボリュームとフィードＮＯ量が同じタイミングで大きくなり、結果として選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５よりも大きなＮＯ２過多の状態から、０．５よりも小さなＮＯ過多の状態に断続的に推移するものの、平均的にはＮＯ２過多の状態となっている。このため、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は、本来の最大値よりも低い値を推移し、フィードＮＯ量が少ないにも関わらず、選択還元触媒の下流側には浄化できなかったＮＯ２が断続的に排出される。
これに対し、図１７に示すように、ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”と下限値との間でのこぎり状に変化させるため、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐ以下の値に設定される。したがってフィードＮＯ量は、図１６に示す結果と比較して多めに制御されることとなるが、この結果、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は、平均的には最適値である０．５の近傍を推移することとなり、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は高く維持される。このため、図１６に示す結果と比較して、フィードＮＯ量が多いにも関わらず、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は大幅に抑制される。以上により、ＮＯ２センサフィードバックモードの効果が検証された。
［第１実施形態の変形例］
次に、上記第１実施形態の変形例について説明する。
上記第１実施形態では、ＮＯ２センサフィードバックモードとは別に触媒劣化判定モードを設定し、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを、この触媒劣化判定モードで作動させることで選択還元触媒の劣化度合いを判定した。これに対し本変形例では、このように触媒劣化判定モードを別途設定することなく、ＮＯ２センサフィードバックモードで作動させている間におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に基づいて劣化度合いを判定する点で、上記第１実施形態と異なる。
上述のように、ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２センサでＮＯ２が検出されるまで、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させることで徐々にＮＯ２過多の状態にし、その後、ＮＯ２センサでＮＯ２が検出されなくなるまでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させる。一方、選択還元触媒の劣化が進行すると、ＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値からのずれに応じたＮＯｘ浄化率の低下も大きくなる。したがって、劣化が進行した選択還元触媒に対しては、ＮＯ２センサでＮＯ２が検出されなくなるまで、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値に近くなりＮＯｘ浄化率が高くなるまで、大幅にＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させる必要がある。つまり、劣化が進行した選択還元触媒に対しＮＯ２センサフィードバックモードでコントローラを作動させると、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の最低値（図７における星印参照）は、小さくなると考えられる。
このことから、本変形例では、ＮＯ２フィードバックモードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を変化させている間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回った時におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に対し、下記式（１９）に示すような統計処理を施すことにより、選択還元触媒の劣化度合いの進行に反比例した劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを算出する。ここで、フィルタリング係数Ｋｊｄ＿ｓｃｒは、“０”から“１”の間、例えば、“０．９９５”に設定される。
Figure 2012167549
そして、このようにして得られた劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲと閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを比較することにより、下記式（２０）に示すように、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
Figure 2012167549
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
第１実施形態では、図３を参照して説明したように酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯの酸化は、ＣＯやＨＣより優先順位が低いことに着目し、フィードＮＯ量や排気ボリュームを増減することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を適正値の近傍に制御する。これに対し第２実施形態では、酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率は、排気の酸素濃度によっても変化することに着目する。
図１８は、混合気の空燃比と、酸化触媒及びＣＳＦの下流側のＮＯ２量と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との関係を示す図である。なお、図１８には、燃料噴射タイミングや噴射パターンなど、混合気の空燃比とは無関係のパラメータを適宜調整することにより、フィードＮＯ量が一定になるようにした場合を示す。
図１８に示すように、フィードＮＯ量を一定にしたまま空燃比をストイキよりリーン側の領域においてリーン側からリッチ側へ変化させ、これにより酸化触媒及びＣＳＦに流入する排気の酸素濃度が低下させると、酸化触媒及びＣＳＦで酸化されるＮＯの割合が低下し（すなわちＮＯ２生成効率が低下し）、ＮＯ２−ＮＯｘ比が低下する。これは、混合気の空燃比、より直接的には酸化触媒及びＣＳＦに流入する排気の酸素濃度により、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を調整できることを意味する。
図１９は、混合気の空燃比とＮＯ２−ＮＯｘ比との関係に着目することでなされた本実施形態に係るエンジン１Ａの排気浄化システム２Ａ及びそのＥＣＵ３Ａの構成を示すブロック図である。
排気浄化システム２Ａの状態を検出するため、ＥＣＵ３Ａには、酸素濃度センサ４５Ａが接続されている。この酸素濃度センサ４５Ａは、排気管１１のうち酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の下流側の排気の酸素濃度、すなわち排気の空燃比を検出し、検出値に略比例した信号ＡＦ＿ａｃｔをＥＣＵ３Ａに供給する。
混合気の空燃比の調整方法は、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとで異なる。
ガソリンエンジンの場合は、スロットリングにより新気量を増減することにより混合気の空燃比を調整できる。
過給機を備えたディーゼルエンジンの場合は、ＥＧＲ量、メイン噴射及びアフター噴射に係る燃料噴射量に相当する燃焼燃料噴射量、ポスト噴射に係る燃料噴射量に相当するポスト噴射量、及び過給圧などにより混合気の空燃比を調整できる。メイン噴射とは吸気工程から膨張工程までの間の所定のタイミングで実行される燃料噴射であり、アフター噴射とは上記メイン噴射の後に実行される燃料噴射である。ポスト噴射とは膨張工程から吸気工程までの間の所定のタイミングで実行される燃料噴射である。例えば、ＥＧＲ量を増加させると混合気の空燃比はリッチ化され、逆に減少させると混合気の空燃比はリーン化される傾向がある。アフター噴射量やポスト噴射量を増加させると混合気の空燃比はリッチ化され、逆に減少させるとリーン化される傾向がある。また、メイン噴射やアフター噴射のタイミングを遅角すると燃焼効率が低下するため、同じエンジン出力トルクを維持するためには燃焼燃料噴射量を増加させる必要があるため、結果として混合気の空燃比はリッチ化され、逆にこれらタイミングを進角するとリーン化される傾向がある。
以下では、エンジン１Ａはディーゼルエンジンとし、混合気の空燃比を調整するためのパラメータとして、燃焼燃料噴射量Ｇｃｏｍｂ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、目標過給圧Ｂｏｏｓｔ＿ｃｍｄ、及び目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを決定する例を説明する。
図１９に示すように、混合気の空燃比の調整に係るパラメータ（Ｇｃｏｍｂ、Ｇｐｏｓｔ、Ｂｏｏｓｔ＿ｃｍｄ、及びＧｅｇｒ＿ｃｍｄ）の決定に係る制御ブロックは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａと、基準空燃比マップ値算出部３２Ａと、空燃比コントローラ３３Ａと、を含んで構成される。
この制御ブロックによれば、酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の下流側の排気の空燃比に対する目標値である目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、基準空燃比マップ値算出部３２Ａにより算出された基準目標空燃比ＡＦ＿ｍａｐに、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａにより算出された空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を加算することで算出される（下記式（２１）参照）。そして、燃焼燃料噴射量Ｇｃｏｍｂ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、目標過給圧Ｂｏｏｓｔ＿ｃｍｄ、及び目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、酸素濃度センサ４５Ａの出力値ＡＦ＿ａｃｔが上記目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄに一致するように、空燃比コントローラ３３Ａにより算出される。
Figure 2012167549
基準空燃比マップ値算出部３２Ａは、エンジン回転数ＮＥ及び要求エンジン負荷ＴＲＱに基づいて、予め定められたマップを検索することにより、基準目標空燃比ＡＦ＿ｍａｐを決定する。なお、この基準空燃比マップ値算出部３２Ａにおけるマップは、燃費、スート量、及びフィードＮＯｘ量などのバランスを考慮しつつ、第１実施形態と同様に、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多気味になるように設定されていることが好ましい。
ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、第１実施形態のＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１と同様に、以下の４種類の制御モードの何れかで作動し、各制御モードで異なるアルゴリズムに基づいて、上記マップ値ＡＦ＿ｍａｐを補正するための空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を算出する。
１．ＮＯ２センサフィードバックモード
２．触媒劣化判定モード
３．燃費優先モード
４．ＮＯ２生成優先モード
以下、これら４つの制御モードにより、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を算出する手順について順に説明する。
＜ＮＯ２センサフィードバックモード＞
ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がその最適値の近傍に平均的に維持されるように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいて空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を決定する。
本実施形態も第１実施形態と同様に、下記式（２２）で定義された出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２を用い、さらに下記式（２３）、（２４）、（２５）に基づいて空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を算出する。
Figure 2012167549
Figure 2012167549
Figure 2012167549
Figure 2012167549
式（２５）に示されるように、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２は、上限値を“０”とし、下限値をＤａｆ＿ｎｏ２＿Ｌとし、これら上限値と下限値との間で設定される。式（２４）中のフィードバックゲインＫｉ＿ａｆ＿ｎｏ２は負の値に設定される。式（２３）中の初回減算量ＤＤａｆ＿ＤＥＣは、負の値に設定され、復帰量ＤＤａｆ＿ＩＮＣは、正の値に設定される。
図２０は、上記式（２２）〜（２５）で定義されたＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２、及び目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄの変化を示すタイムチャートである。
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２はＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。この場合、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２は、上限値へ向かって、式（２３）で設定した復帰量ＤＤａｆ＿ＩＮＣずつ増加し、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、マップ値ＡＦ＿ｍａｐに近づくように徐々に大きくなる。これにより、混合気の空燃比はよりリーン側に変更され、結果として排気の酸素濃度は、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を増加させなかった場合と比較して徐々に上昇する。
次に、時刻ｔ２では、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２は、式（２３）で設定した初回減算量ＤＤａｆ＿ＤＥＣだけ小さくなる。これにより、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、マップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるようにより小さな値に瞬間的に変更される。その後、時刻ｔ２からＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２は、式（２４）に示すように、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２に比例した分ずつ減少する。これにより、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、マップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるように、より小さくなる。これにより、混合気の空燃比はよりリッチ側に変更され、結果として排気の酸素濃度は、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を減少させなかった場合と比較して徐々に低下する。
時刻ｔ３〜ｔ４までの間、及び時刻ｔ５以降、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。したがって、この間における空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２と目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ１〜ｔ２までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。また時刻ｔ４〜ｔ５までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい。したがって、この間における空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２と目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ２〜ｔ３までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。
次に、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを、マップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるように減少させる処理（図２０中、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５）を実行することによる効果について、図２１を参照しながら説明する。
図２１は、排気管の各部分における酸素濃度、ＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量、並びに混合気の空燃比を示す図である。図２１中、破線は、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄとしてマップ値ＡＦ＿ｍａｐを採用し続けた従来手法の例を示し、実線は、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを、マップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるように減少させた本実施形態の例を示す。
先ず、破線で示す従来手法では、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回ったＮＯ２過多の状態になると、浄化しきれなかったＮＯ２が選択還元触媒の下流側に排出されてしまう。
これに対し本実施形態では、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となりＮＯ２過多の状態となった場合には、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをマップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるように減少させることにより、混合気の空燃比をよりリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させる。なお、混合気の空燃比のリッチ化は、例えば、燃焼燃料噴射量Ｇｃｏｍｂ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、及びＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを増加させたりすることで行われる。このため、混合気の空燃比のリッチ化に伴って、酸化触媒及びＣＳＦに流入する排気のＨＣ量及びＣＯ量は増加し、逆にＮＯ量は減少する。
排気の酸素濃度が低下すると、酸化触媒におけるＮＯの酸化効率が低下する。加えて、混合気の空燃比のリッチ化に伴い、酸化の優先順位がＮＯより高いＨＣ及びＣＯの量が増加するので、ＮＯの酸化効率がさらに低下する。したがって、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率が低下する。
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回っていた従来手法に対し、本実施形態では、混合気の空燃比をよりリッチ側に変更し、酸素濃度を低下させることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍の最適値に向けて低減させ、結果として選択還元触媒から排出されるＮＯ量及びＮＯ２量ともに抑制することができる。
なお、本実施形態では、混合気の空燃比をリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることで選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて低減させたが、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて低減させる方法はこれに限らない。図２１に示すように、エンジンから排出されるＮＯｘ量が減少することを起因とした酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、排気の酸素濃度が低下しかつエンジンから排出されるＨＣ量及びＣＯ量が増加することを起因とした酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、エンジンの燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させてもよい。
ところで、第１実施形態では、混合気の空燃比がストイキから十分に離れたリーンの状態でＥＧＲ量を低減させることにより、ＮＯ２生成効率を低下させるのに対し、第２実施形態では、ＥＧＲ量を増加させ、混合気の空燃比をストイキよりリーン側かつストイキ近傍までリッチ化させることにより、ＮＯ２生成効率を低下させる。このように第１実施形態と第２実施形態とでは、ＮＯ２生成効率を低下させる際におけるＥＧＲ量の変化の方向は逆となるが、これは前提となる混合気の空燃比が大きく異なるためであり、矛盾するものではない。
＜２．触媒劣化判定モード＞
図１９に戻って、触媒劣化判定モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、選択還元触媒２３の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
より具体的には、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を、上限値“０”から下限値Ｄａｆ＿ｎｏ２＿Ｌに向かって減少させることで混合気の空燃比をリッチ側に変化させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。このようにして、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を変化させ続けながら、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定するアルゴリズムは、第１実施形態における式（９）〜（１２）中のＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に関するパラメータを、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２のものに置き換えることで構築することができる。
また、逆に、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を、下限値Ｄａｆ＿ｎｏ２＿Ｌから上限値“０”に向かって増加させることで混合気の空燃比をリーン側に変化させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを上回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定することもできる。このアルゴリズムは、第１実施形態における式（１３）〜（１６）中のＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に関するパラメータを、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２のものに置き換えることで構築することができる。
＜燃費優先モード＞
燃費優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、ＮＯ２フィードバックモードの実行時よりも燃費が向上するように、すなわち混合気の空燃比がよりリーンになるように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２によらず空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を燃費優先空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２＿ｏｐｔに設定する（下記式（２６）参照）。
Figure 2012167549
＜ＮＯ２生成優先モード＞
ＮＯ２生成優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、酸化触媒及びＣＳＦで多くのＮＯ２が生成され、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２量が多くなるように、下記式（２７）に示すように、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を“０”に設定する。
Figure 2012167549
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、ＮＯ２センサフィードバックモードと、触媒劣化判定モードと、燃費優先モードと、ＮＯ２生成優先モードとの４種類の異なる制御モードで作動させることが可能となっている。また、各モードを実行するのに好ましい時期は、第１実施形態と同じである。
すなわち、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“１”であり選択還元触媒が劣化していないと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに燃費優先モード（上記式（２６）参照）を実行し、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行時よりも燃費を向上させることが好ましい。また、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“２”又は“３”である場合、すなわち選択還元触媒の劣化がある程度進行したと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可することが好ましい。
また、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに、例えばＮＯ２生成優先モードを実行することが好ましい。
図２２は、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。図２２に示す例は、時刻“０”においてエンジンを始動してから、ＮＯ２生成優先モード、触媒劣化判定モード、ＮＯ２センサフィードバックモードの順でＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合を示す。
図２２に示すように、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過するまでの間（暖機中）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、その替わりにＮＯ２生成優先モードを実行する。すなわち暖機中は、ＮＯ２生成優先モードを実行し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯ２生成効率を速やかに立ち上げる。そして、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過した後（暖機後）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値に維持し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯｘ浄化率も高く維持する。
また、以上のようにエンジンの始動直後の暖機中の他、酸化触媒の温度がその活性温度未満である場合も同様にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともにＮＯ２生成優先モードを実行し、酸化触媒の温度がその活性温度以上である場合にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可してもよい。
これにより、第１実施形態において図１３を参照して説明したように、エンジンの始動直後の暖機中及び暖機後にわたり、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化することができる。
［第２実施形態の変形例］
次に、上記第２実施形態の変形例について説明する。
本変形例では、上記第２実施形態のように触媒劣化判定モードを別途設定することなく、ＮＯ２センサフィードバックモードで作動させている間における空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２に基づいて劣化度合いを判定する。
より具体的には、ＮＯ２フィードバックモードで空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を変化させている間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回った時における空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２に対し、上記式（１９）と同様の統計処理を施すことにより、選択還元触媒の劣化度合いの進行に反比例した劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを算出し、さらにこのパラメータを上記式（２０）と同様に閾値と比較することにより、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
第１実施形態では酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯの酸化はＣＯやＨＣより優先順位が低いことに着目し、第２実施形態では酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率は、排気の酸素濃度によって変化することに着目した。これに対し第３実施形態では、酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率は、その温度によって変化することに着目する。
図２３は、酸化触媒の温度と、酸化触媒及びＣＳＦの下流側のＮＯ２量と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との関係を示す図である。なお、図２３には、フィードＮＯ量が一定になるように酸化触媒の温度を変化させた場合を示す。
図２３に示すように、酸化触媒の温度が上昇すると、酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率も上昇するが、ある温度以上になると、ＮＯ２が再度ＮＯに戻る反応が発生するためＮＯ２生成効率も再度低下する。以下、詳細に説明するように、本実施形態では、酸化触媒の目標温度を上限値Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔと下限値Ｔｄｏｃ＿Ｌとの間で変化させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値の近傍に制御する。
図２４は、酸化触媒２１の温度とＮＯ２−ＮＯｘ比との関係に着目することでなされた本実施形態に係るエンジン１Ｂの排気浄化システム２Ｂ及びそのＥＣＵ３Ｂの構成を示すブロック図である。
酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の温度は、メイン噴射量、アフター噴射量、及びポスト噴射量の他、メイン噴射タイミングやアフター噴射タイミングなどにより調整できる。例えば、メイン噴射量、アフター噴射量、及びポスト噴射量を増加させると酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の温度は高くなり、逆にこれらの量を少なくすると低くなる傾向がある。また、メイン噴射タイミングやアフター噴射タイミングを遅角すると酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の温度は高くなり、逆に進角させると低くなる傾向がある。
以下では、酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の温度を調整するためのパラメータとして、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを決定する例を説明する。
図２４に示すように、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの決定に係る制御ブロックは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂと、基準ポスト噴射量マップ値算出部３２Ｂと、温度コントローラ３３Ｂと、を含んで構成される。
この制御ブロックによれば、酸化触媒２１の目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、後述の最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂにより算出された温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を加算することで算出される（下記式（２８）参照）。そして、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔは、基準ポスト噴射量マップ値算出部３２Ｂにより算出された基準ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ＿ｍａｐに、温度コントローラ３３Ｂにより算出されたポスト噴射量補正値ＤＧｐｏｓｔを加算することで算出される（下記式（２９）参照）。
Figure 2012167549
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ところで、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は、その温度によって変化することが知られている。より具体的には、酸化触媒及びＣＳＦのＮＯ２生成効率がその温度に対して上に凸の特性を示す（図２３参照）のと同様に、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は、その温度に対して上に凸の特性を示し、したがって所定の温度で最大となる。そこで、上述の酸化触媒の最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔは、下流側の選択還元触媒がＮＯｘ浄化率最大となる温度にある状態における酸化触媒の温度とする。また、酸化触媒やＣＳＦの仕様や排気系のレイアウトを調整することで、下流側の選択還元触媒のＮＯｘ浄化率を最大化する最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔを、図２３に示すように、酸化触媒におけるＮＯ生成効率が最大となる温度とほぼ等しくすることができる。
基準ポスト噴射量マップ値算出部３２Ｂは、エンジン回転数ＮＥ及び要求エンジン負荷ＴＲＱに基づいて、予め定められたマップを検索することにより、基準ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ＿ｍａｐを算出する。なお、この基準ポスト噴射量マップ値算出部３２Ｂにおけるマップは、燃費、スート量、及びフィードＮＯｘ量などを考慮しながら酸化触媒２１の温度が上述の最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに維持されるように、かつ第１実施形態と同様に選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多気味になるように設定されていることが好ましい。
温度コントローラ３３Ｂは、下記式（３０）に示される酸化触媒温度Ｔｄｏｃと目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄとの偏差Ｅ＿ｔｄｏｃが“０”になるように、下記式（３１）に基づいてポスト噴射量補正値ＤＧｐｏｓｔを算出する。
Figure 2012167549
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ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂは、以下の３種類の制御モードの何れかで作動し、各制御モードで異なるアルゴリズムに基づいて、上述の最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔを補正するための温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を算出する。
１．ＮＯ２センサフィードバックモード
２．触媒劣化判定モード
３．ＮＯ２生成優先モード
以下、これら３つの制御モードにより、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を算出する手順について順に説明する。
＜ＮＯ２センサフィードバックモード＞
ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がその最適値の近傍に維持されるように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいて温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を決定する。
本実施形態も第１実施形態と同様に、下記式（３２）で定義された出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２を用い、さらに下記式（３３）、（３４）、（３５）に基づいて温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を算出する。
Figure 2012167549
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式（３５）に示されるように、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２は、上限値を“０”とし、下限値を“Ｔｄｏｃ＿Ｌ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ”とし、これら上限値と下限値との間で設定される。したがって、式（２８）より、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの上限値は最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔとなり、下限値はＴｄｏｃ＿Ｌとなる。
式（３４）中のフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２は負の値に設定される。式（３３）中の初回減算量ＤＤｔ＿ＤＥＣは、負の値に設定され、復帰量ＤＤａｆ＿ＩＮＣは、正の値に設定される。
図２５は、上記式（３２）〜（３５）で定義されたＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２、及び目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの変化を示すタイムチャートである。
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２はＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。この場合、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２は、上限値“０”へ向かって、式（３３）で設定した復帰量ＤＤｔ＿ＩＮＣずつ増加し、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに近づくように徐々に大きくなる。これにより、ポスト噴射量が増量側に補正され、結果として酸化触媒の温度は、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を増加させなかった場合と比較して徐々に上昇する。
次に、時刻ｔ２では、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２は、式（３３）で設定した初回減算量ＤＤｔ＿ＤＥＣだけ小さくなる。これにより、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから離れるようにより小さな値に、瞬間的に変更される。その後時刻ｔ２からＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２は、式（３４）に示すように、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２に比例した分ずつ減少する。これにより、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔからさらに離れるように、より小さくなる。これにより、ポスト噴射量が減量側に補正され、結果として酸化触媒の温度は、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を減少させなかった場合と比較して徐々に低下する。
時刻ｔ３〜ｔ４までの間、及び時刻ｔ５以降、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。したがって、この間における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２と目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ１〜ｔ２までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。また時刻ｔ４〜ｔ５までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい。したがって、この間における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２と目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ２〜ｔ３までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。
図２６は、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯ２−ＮＯｘ比及び酸化触媒の温度との関係を示す図である。図２６には、酸化触媒の温度を最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔにしたときにおけるＮＯｘ浄化率を実線で示し、酸化触媒の温度を最適温度Ｔｄｏｃ＿ｏｐｔより低い目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄにしたときにおけるＮＯｘ浄化率を破線で示す。
上述のように、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は酸化触媒の温度が最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔにあるときに最大となることから、基本的には、酸化触媒の目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、この最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに設定される。しかしながら、最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに維持したとしても、例えば図２６中、白丸で示すようにＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多の状態となると、そのＮＯｘ浄化率は大きく低下してしまう。このような場合、酸化触媒の目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを低下させてでも、酸化触媒のＮＯ２生成効率を低下させ、図２６中、星印で示すようにＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値近傍にまで減少させた方が、ＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
なお、このことから、上記式（３５）で定義された目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの下限値Ｔｄｏｃ＿Ｌは、酸化触媒の温度をＴｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔからＴｄｏｃ＿Ｌまで低下させたときに、選択還元触媒の温度が低下することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減し最適化することによるＮＯｘ浄化率の上昇効果の方が大きくなるように設定されることが好ましい。
次に、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを、Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから離れるように減少させる処理（図２５中、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５）を実行することによる効果について、図２７を参照しながら説明する。
図２７は、排気管の各部分における酸素濃度、ＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量、並びに混合気の空燃比を示す図である。図２７中、破線は、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄとして最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔを採用し続けた従来手法の例を示し、実線は、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから離れるように低下させた本実施形態の例を示す。
先ず、破線で示す従来手法では、選択還元触媒はＮＯｘ浄化率が最大となる温度になっているにも関わらず、流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回ったＮＯ２過多の状態になると、ＮＯ２は浄化しきれずに選択還元触媒の下流側に排出されてしまう。
これに対し、本実施形態では、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となりＮＯ２過多の状態となった場合には、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから離れるように低下させることにより、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔをより減量側に補正し、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させる。ここで、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを減量することにより、酸化触媒に流入する排気のＨＣ量及びＣＯ量は減少し、逆にＮＯ量は僅かに増加する。また、酸化触媒及びＣＳＦの温度が低下すると、これら酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率が低下する。
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回っていた従来手法に対し、本実施形態では、ポスト噴射量を減量側に補正し、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍の最適値に向けて低減させ、結果として選択還元触媒から排出されるＮＯ量及びＮＯ２量ともに抑制することができる。
なお、本実施形態では、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを減量側に補正し、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させたが、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させる方法はこれに限らない。酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させるには、ポスト噴射量だけでなく、例えばアフター噴射量を減量側に補正してもよい。また、酸化触媒の温度を低下させることにより、ＮＯ酸化効率だけでなくＨＣやＣＯの酸化効率も低下する。このため本実施形態では、エンジンの燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを、エンジンから排出されるＣＯ及びＨＣが、温度の低下に伴い酸化能力が低下した酸化触媒で及びＣＳＦも処理できる量以下になるように設定することが好ましい。
＜２．触媒劣化判定モード＞
図２４に戻って、触媒劣化判定モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂは、選択還元触媒２３の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
より具体的には、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を、上限値“０”から下限値（Ｔｄｏｃ＿Ｌ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）に向かって減少させることで酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。このようにして、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を変化させ続けながら、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定するアルゴリズムは、第１実施形態における式（９）〜（１２）中のＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に関するパラメータを、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２のものに置き換えることで構築することができる。
また、逆に、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を、下限値（Ｔｄｏｃ＿Ｌ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）から上限値“０”に向かって増加させることで酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを上回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定することもできる。このアルゴリズムは、第１実施形態における式（１３）〜（１６）中のＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に関するパラメータを、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２のものに置き換えることで構築することができる。
＜ＮＯ２生成優先モード＞
ＮＯ２生成優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂは、酸化触媒及びＣＳＦで多くのＮＯ２が生成され、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２量が多くなるように、下記式（３６）に示すように、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を“０”に設定する。
Figure 2012167549
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、ＮＯ２センサフィードバックモードと、触媒劣化判定モードと、ＮＯ２生成優先モードとの３種類の異なる制御モードで作動させることが可能となっている。また、各モードを実行するのに好ましい時期は、第１実施形態と同じである。
すなわち、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“１”であり、選択還元触媒が劣化していないと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行時よりも燃費を向上させることが好ましい。また、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“２”又は“３”である場合、すなわち選択還元触媒の劣化がある程度進行したと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可することが好ましい。
また、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに、例えばＮＯ２生成優先モードを実行することが好ましい。
図２８は、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。図２８に示す例は、時刻“０”においてエンジンを始動してから、ＮＯ２生成優先モード、触媒劣化判定モード、ＮＯ２センサフィードバックモードの順でＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合を示す。
図２８に示すように、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過するまでの間（暖機中）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、その替わりにＮＯ２生成優先モードを実行する。すなわち暖機中は、ＮＯ２生成優先モードを実行し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯ２生成効率を速やかに立ち上げる。そして、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過した後（暖機後）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値に維持し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯｘ浄化率も高く維持する。
また、以上のようにエンジンの始動直後の暖機中の他、酸化触媒の温度がその活性温度未満である場合も同様にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともにＮＯ２生成優先モードを実行し、酸化触媒の温度がその活性温度以上である場合にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可してもよい。
これにより、第１実施形態において図１３を参照して説明したように、エンジンの始動直後の暖機中及び暖機後にわたり、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化することができる。
［第３実施形態の変形例１］
次に、上記第３実施形態の変形例１について説明する。
本変形例では、上記第３実施形態のように触媒劣化判定モードを別途設定することなく、ＮＯ２センサフィードバックモードで作動させている間における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２に基づいて劣化度合いを判定する。
より具体的には、ＮＯ２フィードバックモードで温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を変化させている間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回った時における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２に対し、上記式（１９）と同様の統計処理を施すことにより、選択還元触媒の劣化度合いの進行に反比例した劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを算出し、さらにこのパラメータを上記式（２０）と同様に閾値と比較することにより、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
［第３実施形態の変形例２］
次に、上記第３実施形態の変形例２について説明する。
図２３に示すように、下限値Ｔｄｏｃ＿Ｌと最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔの間では、酸化触媒の温度が低下するとＮＯ２生成効率が低下し、ＮＯ２−ＮＯｘ比も低下する。上記第３実施形態では、酸化触媒の温度を低下させるとＮＯ２生成効率が低下する温度領域［Ｔｄｏｃ＿Ｌ，Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ］内で目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを変化させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値の近傍に制御する。すなわち上記第３実施形態では、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させる際、酸化触媒の温度を低下させる。
ところで、図２３に示すように、最適温度Ｔｄｏｃ＿ｄｃｒ＿ｏｐｔは、酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ酸化効率が最大となる温度とほぼ等しい。この場合、最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔと所定の上限値Ｔｄｏｃ＿Ｈとの間では、酸化触媒の温度が上昇するとＮＯ酸化効率が低下し、ＮＯ２−ＮＯｘ比も低下する。本変形例では、このように酸化触媒の温度を上昇させるとＮＯ２生成効率が低下する温度領域［Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ，Ｔｄｏｃ＿Ｈ］内で目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを変化させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値の近傍に制御する。すなわち本変形例では、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを領域［Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ，Ｔｄｏｃ＿Ｈ］内に設定するとともに、この領域内で目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを上記第３実施形態とは逆に上昇させるように補正することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させる。
したがって、本変形例におけるＮＯ２センサフィードバックモードでは、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を、上記第３実施形態とは逆の方向に変化させる。具体的には、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である場合には温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を減少させることにより、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄ、ひいては酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させる。また、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値より大きい場合には温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を増加させることにより、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄ、ひいては酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させる。以上のように、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を決定するための演算式は、例えば、上記式（３３）、（３４）中の初回減算量ＤＤｔ＿ＤＥＣ、復帰量ＤＤｔ＿ＩＮＣ、及びフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２の符号を反転することで構成することができる。また、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの設定領域を［Ｔｄｏｃ＿Ｌ，Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ］から［Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ，Ｔｄｏｃ＿Ｈ］に変更するに伴い、式（３５）における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２の上限値を“０”からＴｄｏｃ＿Ｈ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに変更し、下限値をＴｄｏｃ＿Ｌ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから“０”に変更する。
また、触媒劣化判定モードでも、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を上記第３実施形態とは逆の方向に変化させる。具体的には、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を下限値“０”から上限値（Ｔｄｏｃ＿Ｈ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）に向かって増加させることで、酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。又は、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を上限値（Ｔｄｏｃ＿Ｈ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）から下限値“０”に向かって減少させることで、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを上回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
ところで、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適化するべく酸化触媒及びＣＳＦの温度を、上記最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから上昇させると、その下流側の選択還元触媒の温度も上昇し、そのＮＯｘ浄化率が低下してしまうため、温度を上昇させすぎてしまうと逆にシステム外へのＮＯｘの排出が悪化するおそれもある。したがって、酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させた場合に、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が確実に上昇するように、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの上限値Ｔｄｏｃ＿Ｈは、酸化触媒の温度をＴｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔからＴｄｏｃ＿Ｈまで上昇させたときに、選択還元触媒の温度が上昇することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減し最適化することによるＮＯｘ浄化率の上昇効果の方が大きくなるように設定されることが好ましい。
また、本変形例のように酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させると、エンジンから排出されるＨＣ、ＣＯ量も増加する傾向がある。しかしながら、酸化触媒におけるＨＣ、ＣＯ酸化効率は、図２に示すような上に凸の特性を示すＮＯ酸化効率の特性とは異なり、その温度の上昇とともに高くなる。したがって、酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させるためにエンジンから排出されるＨＣ、ＣＯ量が増加したとしても、これによってシステム外へのＨＣ、ＣＯの排出が大きく悪化することはない。
以上のように、本変形例では、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減する場合、酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させることから、上記第３実施形態と比較すると排気系の平均温度は高い。また、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンと比較して排気系の平均温度が高いため上記第３実施形態のように酸化触媒やＣＳＦの温度を下げる制御は比較的困難である。一方、排気温度を上昇させることに関しては、例えば点火時期をリタードすることなどによって比較的容易に行えるため、したがって、本変形例のように、酸化触媒やＣＳＦの温度を上昇させる本変形例は、特にガソリンエンジンの排気浄化システムに適している。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
上述の第１〜第３実施形態では、選択還元触媒２３の下流側に設けられたＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ２過多の状態である場合に、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持した。これに対し、本実施形態では、選択還元触媒の下流側にＮＯを検出するＮＯセンサを設け、その出力値Ｖｎｏが閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多の状態である場合に、ＮＯ２−ＮＯｘ比を逆に増加させることにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。
また、第１実施形態では、ＥＧＲ量を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整した。この第１実施形態と同様に、本実施形態もＥＧＲ量を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整する。
図２９は、ＮＯセンサ４３を備えた本実施形態に係るエンジン１Ｃの排気浄化システム２Ｃ及びそのＥＣＵ３Ｃの構成を示すブロック図である。
排気浄化システム２Ａの状態を検出するため、ＥＣＵ３Ｃには、ＮＯセンサ４３Ｃが接続されている。このＮＯセンサ４３Ｃは、排気管１１のうち選択還元触媒２３より下流側の排気中のＮＯの量又は濃度を検出し、検出値に略比例した信号ＶｎｏをＥＣＵ３Ｃに供給する。
ところで、このように排気中のＮＯのみに感応するＮＯセンサとして、車載に適したものは現存していない。しかしながら、排気中のＮＯｘは、ＮＯとＮＯ２のみでほぼ全て構成されているとみなしてよいことから、上述のようなＮＯセンサは、ＮＯｘセンサとＮＯ２センサとを組み合わせて構成することができる。また、現存するＮＯｘセンサはＮＯｘだけでなくＮＨ３にも感応することから、ＮＯｘセンサ及びＮＯ２センサに加えて、ＮＨ３センサを組み合わせることが好ましい。すなわち、ＮＯｘセンサの出力値から、ＮＯ２センサの出力値及びＮＨ３センサの出力値を減算することにより、ＮＯ濃度又は量に比例した所望の出力値を得ることができる。
図２９に示すように、ＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｃと、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２Ｃと、ＥＧＲコントローラ３３と、を含んで構成される。
以下、第１実施形態と本実施形態の相違点のみを説明する。
先ず、本実施形態では、ＮＯセンサ４３ＣによりＮＯ過多の状態を検知することから、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２Ｃにおけるマップは、選択還元触媒２３に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が、第１実施形態とは逆に、ＮＯ過多気味になるように設定されていることが好ましい。
ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１ＣにおけるＮＯセンサフィードバックモードでは、ＮＯセンサ４３Ｃの出力値Ｖｎｏが所定の劣化判定閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち、ＮＯ過多状態である場合には、ＥＧＲ量を増加させ、フィードＮＯ量を減少させることによりＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させる。すなわち、ＮＯセンサフィードバックモードにおけるＥＧＲ量、フィードＮＯ量、及びＮＯ２−ＮＯｘ比の変化する方向は、それぞれ第１実施形態と逆となる。
したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１ＣのＮＯセンサフィードバックモードにおける演算式は、式（６）〜（８）中の初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣ、復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣ、及びフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２の符号を反転することで構成することができる。
図３０は、以上のように構成されたＮＯセンサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯセンサの出力値Ｖｎｏ、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ、及び目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄの変化を示すタイムチャートである。
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯセンサの出力値ＶｎｏはＮＯ検出閾値Ｖｎｏ＿ｔｈ以下である。この場合、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏは、下限値へ向かって、徐々に減少する。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように徐々に小さくなり、結果としてエンジンから排出されるＮＯ量は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を小さくさせなかった場合と比較して徐々に増加する。
次に、時刻ｔ２では、ＮＯセンサの出力値ＶｎｏがＮＯ検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏは、初回減算量だけ小さくなる。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに近づくようにより大きな値に瞬間的に変更される。その後、時刻ｔ２からＮＯセンサの出力値ＶｎｏがＮＯ検出閾値Ｖｎｏ＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏは、出力偏差に比例した分ずつ増加する。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに近づくように、より大きくなり、結果としてエンジンから排出されるＮＯ量は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させなかった場合と比較して徐々に増加する。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｃの触媒劣化判定モードにおける演算式も同様に、減少量Ｄｋｅｇｒ＿ＪＤ＿ＤＥＣ又は増加量Ｄｋｅｇｒ＿ＪＤ＿ＩＮＣの符号を反転させて、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の変化する方向を逆にすることで構成できる。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
本実施形態では、上記第４実施形態と同様に、選択還元触媒の下流側にＮＯセンサを設け、その出力値Ｖｎｏが閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多の状態である場合に、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。
また、第２実施形態では、混合気の空燃比を変更し、排気の酸素濃度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整した。この第２実施形態と同様に、本実施形態も混合気の空燃比を変更し、排気の酸素濃度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整する。
以下、第２実施形態と本実施形態の相違点を説明する。
先ず、本実施形態では、ＮＯセンサによりＮＯ過多の状態を検知することから、基準空燃比マップ値算出部におけるマップは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が、第２実施形態とは逆に、ＮＯ過多気味になるように設定されていることが好ましい。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるＮＯセンサフィードバックモードでは、ＮＯセンサの出力値Ｖｎｏが劣化判定閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち、ＮＯ過多状態である場合には、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比をよりリーン側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させる。すなわち、ＮＯセンサフィードバックモードにおける混合気の空燃比、排気の酸素濃度、及びＮＯ２−ＮＯｘ比の変化する方向は、それぞれ第２実施形態と逆となる。
したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラのＮＯセンサフィードバックモードにおける演算式は、式（２３）〜（２５）中の初回減算量ＤＤａｆ＿ＤＥＣ、復帰量ＤＤａｆ＿ＩＮＣ、及びフィードバックゲインＫｉ＿ａｆ＿ｎｏ２の符号を反転することで構成できる。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラの触媒劣化判定モードにおける演算式も同様に、空燃比補正係数の変化する方向を第２実施形態と逆にすることで構成できる。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
本実施形態では、上記第４実施形態と同様に、選択還元触媒の下流側にＮＯセンサを設け、その出力値Ｖｎｏが閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多の状態である場合に、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。
また、第３実施形態では、酸化触媒の温度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整した。この第３実施形態と同様に、本実施形態も酸化触媒の温度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整する。
以下、第３実施形態と本実施形態の相違点を説明する。
先ず、本実施形態では、ＮＯセンサによりＮＯ過多の状態を検知することから、基準ポスト噴射量マップ値算出部におけるマップは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が第３実施形態とは逆に、ＮＯ過多気味になるように設定されていることが好ましい。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるＮＯセンサフィードバックモードでは、ＮＯセンサの出力値Ｖｎｏが劣化判定閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわちＮＯ過多状態である場合には、アフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかにより酸化触媒の温度を上昇させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させる。すなわち、ＮＯセンサフィードバックモードにおけるアフター噴射量、ポスト噴射量、酸化触媒の温度、及びＮＯ２−ＮＯｘ比の変化する方向は、それぞれ第３実施形態と逆になる。
したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラのＮＯセンサフィードバックモードにおける演算式は、式（３３）〜（３５）中の初回減算量ＤＤｔ＿ＤＥＣ、復帰量ＤＤｔ＿ＩＮＣ、及びフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２の符号を反転することで構成できる。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラの触媒劣化判定モードにおける演算式も同様に、温度補正量の変化する方向を第３実施形態と逆にすることで構成できる。
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図３１は、本実施形態に係る排気浄化システムのＥＣＵ３Ｄに構成された制御ブロックのうち、ＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックの構成を示す図である。
図３１に示すように、ＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックは、フィードフォワードＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｄと、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２と、ＥＧＲコントローラ３３と、フィードＮＯｘ推定器３４Ｄと、ＮＯ２−ＮＯｘ比推定器３５Ｄと、モデル修正器３６Ｄと、を備える。
この制御ブロックによれば、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２により算出された基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに、フィードフォワードＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｄにより算出されたＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを乗算することで算出される（下記式（３７）参照）。
なお、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、式（３７）に示すように、基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐにＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを乗算したものだけでなく、基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐにＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを加算したものでも定義してもよい。
Figure 2012167549
フィードＮＯｘ推定器３４Ｄは、エンジン回転数、新気量、燃料噴射量、燃料噴射パターン、ＥＧＲ率、及び吸気温度など、エンジンの燃焼に関わるパラメータに基づいてフィードＮＯｘ量の推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔを算出する。具体的には、フィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔは、予め定められたマップを検索することで決定された基準値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｂｓと補正係数Ｋｎｏｘ＿ｅｎｇとを、下記式（３８）に示すように乗算することで算出される。
Figure 2012167549
図３２は、上記パラメータのうちエンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｇｆｕｅｌに基づいて、フィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔに対する基準値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｂｓを決定するマップの具体例を示す図である。図３２に示す例によれば、基準値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど、また燃料噴射量Ｇｆｕｅｌが多くなるほど大きな値に決定される。
図３３は、上記パラメータのうちＥＧＲ率Ｒｅｇｒに基づいて、上記基準値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｂｓに対する補正係数Ｋｎｏｘ＿ｅｎｇを決定するマップの具体例を示す図である。図３３に示す例によれば、補正係数Ｋｎｏｘ＿ｅｎｇは、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが高くなるほど小さな値に決定される。
図３１に戻って、ＮＯ２−ＮＯｘ比推定器３５Ｄは、フィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔと、酸化触媒及びＣＳＦのＮＯ酸化効率に関わるパラメータと、に基づいて選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２量の推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔ、ＮＯ量の推定値ＮＯ＿ｃｓｆ＿ｈａｔ、及びＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘを算出する。
具体的には、選択還元触媒に流入するＮＯ２量の推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔは、下記式（３９）に基づいて算出される。ここで、パラメータＲｏｘ＿ｎｏ＿ｎｏ２＿ｂｓは、酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ酸化効率に対する基準値であり、排気ボリュームの推定値Ｇｅｘ及びフィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔに基づいて、予め定められたマップを検索することで決定される。パラメータＫｎｏ＿ｎｏ２＿ｔｄｏｃは、上記ＮＯ酸化効率Ｒｏｘ＿ｎｏ＿ｎｏ２＿ｂｓに対する補正係数であり、酸化触媒温度Ｔｄｏｃに基づいて、予め定められたマップを検索することで決定される。また、下記式（３９）において、パラメータＫｍｏｄ＿ｎｏ２は、後述のモデル修正器３６Ｄにより算出される修正係数である。
Figure 2012167549
図３４は、排気ボリュームの推定値Ｇｅｘ及びフィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔに基づいて、上記基準値Ｒｏｘ＿ｎｏ＿ｎｏ２＿ｂｓを決定するマップの具体例を示す図である。図３を参照して説明したように、酸化触媒及びＣＳＦにおける酸化効率は、酸化する物質の単位時間当たりの通過量が大きくなるに従い低下し、また排気ボリュームが大きくなるに従い低下する傾向がある。これを考慮して、図３４に示す例によれば、基準値Ｒｏｘ＿ｎｏ＿ｎｏ２＿ｂｓは、排気ボリュームの推定値Ｇｅｘが大きくなるほど、またフィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔが大きくなるほど小さな値に決定される。
図３５は、酸化触媒温度Ｔｄｏｃに基づいて、上記補正係数Ｋｎｏ＿ｎｏ２＿ｔｄｏｃを決定するマップの具体例を示す図である。この補正係数Ｋｎｏ＿ｎｏ２＿ｔｄｏｃは、図２に示すような酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ酸化効率の温度に対する特性を反映させるための係数であり、０から１の間で設定される。図３５に示す例によれば、補正係数Ｋｎｏ＿ｎｏ２＿ｔｄｏｃは、ＮＯ酸化効率が高くなる約２００〜３５０℃の間では略１に設定され、この範囲以外では酸化触媒温度Ｔｄｏｃが低下するに従い又は上昇するに従い０に近づくように設定される。
また、選択還元触媒に流入するＮＯ量の推定値ＮＯ＿ｃｓｆ＿ｈａｔは、下記式（４０）に示すように、フィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔから、ＮＯ２量推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔを減算することで算出される。
Figure 2012167549
さらに、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘは、下記式（４１）に示すように、ＮＯ２量推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔを、フィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔで除算することで算出される。
Figure 2012167549
図３１に戻って、フィードフォワードＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｄの構成について説明する。フィードフォワードＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｄは、以下の４種類の制御モードの何れかで作動し、各制御モードで異なるアルゴリズムに基づいて、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを算出する。
１．フィードフォワード制御モード
２．触媒劣化判定モード
３．燃費優先モード
４．ＮＯ２生成優先モード
以下、これら４つの制御モードによりＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを算出する手順について順に説明する。
＜フィードフォワード制御モード＞
フィードフォワード制御モードでは、コントローラ３１Ｄは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を、ＮＯｘ浄化率を最大化する最適値に向けて制御する。より具体的には、上記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが、ＮＯｘ浄化率を最大化する最適値に設定された目標ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄ（例えば、０．５）の近傍に収束するようにＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを決定する。
先ず、このフィードフォワード制御モードでは、下記式（４２−１）〜（４２−３）の何れかに基づいて、ＮＯ２−ＮＯｘ比誤差Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏを定義する。
Figure 2012167549
式（４２−１）は、誤差Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏを、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘと所定の目標ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄとの偏差で定義したものであり、最も簡便な方法となっている。
式（４２−２）は、誤差Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏを、下記式（４３）で定義された有効ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｅｆｆ＿ｎｏ＿ｎｏｘと目標ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄとの偏差で定義したものである。選択還元触媒には、上述のようにＮＯ及びＮＯ２のストレージ効果があるため、実際の選択還元触媒における有効なＮＯ２−ＮＯｘ比は、流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比に対し遅れが生じたようになる。そこで、下記式（４３）では、選択還元触媒におけるストレージ効果を考慮するべく、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘに対し、遅れを生じさせた値で有効ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｅｆｆ＿ｎｏ＿ｎｏｘを定義する。ここで、下記式（４３）中、係数Ｋｌａｇは遅れ係数であり、−１から０の間で設定される。
Figure 2012167549
式（４２−３）は、誤差Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏを、下記式（４４）で定義された余剰ＮＯ２量推定値Ｅｘ＿ｎｏ２で定義したものである。この余剰ＮＯ２量推定値Ｅｘ＿ｎｏ２は、選択還元触媒に流入したＮＯ２量ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔとＮＯ２量の目標値（Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄ・ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ）との偏差の積分値に相当する。選択還元触媒には上述のようなストレージ効果があるため、式（４２−１）により誤差を定義し推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが常に目標ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄに一致するような制御を行わずとも、式（４２−３）により誤差を定義し目標値に対する余剰ＮＯ２量が０になるような制御を行っても十分に有効である場合がある。
Figure 2012167549
フィードフォワード制御モードでは、上記式（４２−１）〜（４２−３）の何れかで定義された誤差Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏが０になるように、例えば、下記式（４５）〜（５０）に示すような応答指定型制御アルゴリズムに基づいてＥＧＲ補正量Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを算出する。なお、フィードバックアルゴリズムとしては、ＰＩＤ制御アルゴリズムや最適レギュレータなど従来既知のものを用いてもよい。
先ず、下記式（４５）に示すように、予め定められたテーブルを検索することで−１から０の間で決定された切換関数設定パラメータＶＰＯＬＥ（ｋ）と誤差の前回値Ｅｘ＿ｎｏ２（ｋ−１）との積と、誤差の現在値Ｅｘ＿ｎｏ２（ｋ）との和を算出し、これを切換関数σ（ｋ）として定義する。
Figure 2012167549
例えば、横軸を誤差の前回値Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏ（ｋ−１）とし、縦軸を誤差の現在値Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏ（ｋ）とした位相平面を定義すると、式（４５）で定義される切換関数σ（ｋ）が０となる誤差Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏ（ｋ）とＥ＿ｎｏ２＿ｎｏ（ｋ−１）の組み合わせは、傾きが−ＶＰＯＬＥの切換直線となる。また、この切換直線上では、−ＶＰＯＬＥを１より小さく０より大きい値に設定することにより、Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏ（ｋ−１）＞Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏ（ｋ）となるので、誤差Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏは、０に収束することとなる。すなわち、切換関数設定パラメータＶＰＯＬＥは、誤差Ｅ＿ｎｏ２＿ｎｏの収束性を指定するパラメータとなっている。
図３６は、切換関数設定パラメータＶＰＯＬＥの設定テーブルを示す図である。
図３６に示すように、切換関数設定パラメータＶＰＯＬＥは、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ（式（４２−１）により誤差を定義した場合）、有効ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｅｆｆ＿ｎｏ＿ｎｏｘ（式（４２−２）により誤差を定義した場合）、又は余剰ＮＯ２量推定値Ｅｘ＿ｎｏ２（式（４２−３）により誤差を定義した場合）に応じて高収束値（例えば、−０．３５）とこれより小さな低収束値（例えば、−０．９５）との間で略２値的に設定される。
より具体的には、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ又は有効ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｅｆｆ＿ｎｏ＿ｎｏｘが、目標ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄを含む範囲［Ｒ＿Ｌ，Ｒ＿Ｈ］の間にある場合、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ又は有効ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｅｆｆ＿ｎｏ＿ｎｏｘがこの範囲［Ｒ＿Ｌ，Ｒ＿Ｈ］内を漂うように制御するべくパラメータＶＰＯＬＥの値を低収束値に設定する。そして、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ又は有効ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｅｆｆ＿ｎｏ＿ｎｏｘが、範囲［Ｒ＿Ｌ，Ｒ＿Ｈ］以外にある場合、範囲［Ｒ＿Ｌ，Ｒ＿Ｈ］から離れるに従って速やかに高収束値に一致するようにパラメータＶＰＯＬＥの値を設定し、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ又は有効ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｅｆｆ＿ｎｏ＿ｎｏｘを速やかに目標ＮＯ２−ＮＯｘ比Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄに収束させる。
また、同様に、余剰ＮＯ２量推定値Ｅｘ＿ｎｏ２が０を含む範囲［Ｒ＿Ｅｘ＿Ｌ，Ｒ＿Ｅｘ＿Ｈ］内にある場合、パラメータＶＰＯＬＥの値を低収束値に設定し、範囲［Ｒ＿Ｅｘ＿Ｌ，Ｒ＿Ｅｘ＿Ｈ］以外にある場合、範囲［Ｒ＿Ｅｘ＿Ｌ，Ｒ＿Ｅｘ＿Ｈ］から離れるに従って速やかに高収束値に一致するようにパラメータＶＰＯＬＥの値を設定する。
ここで、図３６に示すように、パラメータＶＰＯＬＥを低収束値に設定する範囲の下限値Ｒ＿Ｌ（又はＲ＿Ｅｘ＿Ｌ）は、上限値Ｒ＿Ｈ（又はＲ＿Ｅｘ＿Ｈ）よりも、目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｘｍｄ（又は０）に近い値に設定することが好ましい。これは、上述のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値より小さくなる方が大きくなるよりも、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の低下が大きいからである。
次に、下記式（４６）に示すように、到達則入力Ｕｒｃｈと適応則入力Ｕａｄｐとの和により、ＥＧＲ補正量の暫定値Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒ＿ｔｅｍｐ´を算出する。
Figure 2012167549
上記式（４６）において、到達則入力Ｕｒｃｈは、偏差状態量を切換直線上に載せるための入力であり、下記式（４７）に示すように、切換関数σに所定のフィードバックゲインＫｒｃｈを乗算することで算出される。
Figure 2012167549
また、上記式（４６）において、適応則入力Ｕａｄｐは、モデル化誤差や外乱の影響を抑制し、偏差状態量を切換直線に載せるための入力であり、下記式（４８）に示すように、適応則入力の前回値Ｕａｄｐ（ｋ−１）と、切換関数σ及び所定のフィードバックゲインＫａｄｐの積と、の和により算出される。
Figure 2012167549
次に、上記式（４６）により算出されたＥＧＲ補正量の暫定値Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒ＿ｔｅｍｐ´を、下記式（４９）に示すように、上限値１及び下限値０の間で制限する。
Figure 2012167549
そして、制限された暫定値Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒ＿ｔｅｍｐにより、下記式（５０）に示すように、ＥＧＲ補正量Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒが決定される。なお、排気ボリュームの推定値Ｇｅｘが所定の閾値Ｇｅｘ＿Ｈより大きい高排気ボリューム時である場合には、特に制御せずとも酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率が低下すると考えられるため、第１実施形態において説明したＮＯ２生成優先モードと同様に、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを強制的に“１”に設定する。
Figure 2012167549
＜触媒劣化判定モード＞
図３１に戻って、触媒劣化判定モードでは、コントローラ３１Ｄは、選択還元触媒の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを算出する。すなわち、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減又は増加させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が所定の劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを下回った又は上回ったタイミングに基づいて、上記触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを算出する。
＜燃費優先モード＞
燃費優先モードでは、コントローラ３１Ｄは、上記式（１７）と同様に、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを所定の燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔに設定する。
＜ＮＯ２生成優先モード＞
ＮＯ２生成優先モードでは、コントローラ３１Ｄは、上記式（１８）と同様に、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを“１”に設定する。
なお、これらモードの具体的な手順や、各モードを実行するのに好ましい時期などについては、第１実施形態と同じであるので、詳細な説明を省略する。
モデル修正器３６Ｄは、選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいて、上記ＮＯ２−ＮＯｘ比推定器３５Ｄにより算出された推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔ，ＮＯ＿ｃｓｆ＿ｈａｔ，Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘを修正するべく、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を算出する。
修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２は、上記式（３９）の右辺に示すように、修正前のマップ値（Ｋｎｏ＿ｎｏ２＿ｔｄｏｃ・Ｒｏｘ＿ｎｏ＿ｎｏ２＿ｂｓ・ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ）に乗算されることで、推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔ、ひいては推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘを修正する。したがって、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘは、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２が大きくなると大きな値（ＮＯ２過多側）に修正され、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２が小さくなると小さな値（ＮＯ過多側）に修正される。
上述のようなフィードフォワード制御モードでコントローラ３１Ｄを作動させると、理想的には、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘは目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄに維持され、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は最大の状態に維持されるため、選択還元触媒の下流側へ排出されるＮＯ２量はごく僅かである。
したがって、選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が所定の閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを超えた場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多の状態と判断できる場合、これは、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが実際のＮＯ２−ＮＯｘ比よりも大きめに見積もられているか、あるいは目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄが実際の最適値よりも大きめの値に設定されているものと考えられる。
また、逆に、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ過多の状態と判断できる場合、これは、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが実際のＮＯ２−ＮＯｘ比よりも小さめに見積もられているか、あるいは目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄが実際の最適値よりも大きめの値に設定されているものと考えられる。
なお、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが実際のＮＯ２−ＮＯｘ比と異なった値に見積もられる要因としては、例えば、酸化触媒やＣＳＦの劣化が挙げられる。また、目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄが実際の最適値と異なった値に設定される要因としては、選択還元触媒へのＨＣの付着や流入などが挙げられる。
そこで、モデル修正器３６Ｄでは、上述のようなフィードフォワード制御モードにおけるずれを解消するべく、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを超えた場合には、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２の値を増加させることによりＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘを増加側に修正し、逆に出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である場合には、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２の値を減少させることによりＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘを減少側に修正する。
より具体的には、以下の式（５１）〜（５３）に基づいて修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を決定する。
先ず、下記式（５１）により、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２から所定の閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを減算することにより、出力偏差ＤＶｎｏ２を定義する。なお、この出力偏差ＤＶｎｏ２の意味については、上記第１実施形態において図６を参照して説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。
Figure 2012167549
次に、下記式（５２）に示すように、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２の更新値Ｄｋｍｏｄを決定し、下記式（５３）に示すように、決定した更新値Ｄｋｍｏｄだけ修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を更新し、これを修正係数の暫定値Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２＿ｔｅｍｐとする。さらに、この暫定値Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２＿ｔｅｍｐを、下記式（５４）に示すように、上限値１及び下限値０の間で制限することにより、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を決定する。
Figure 2012167549
Figure 2012167549
Figure 2012167549
上述のように、出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である場合には、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を減少させるので、上記式（５２）中、ＮＯ２非検出時更新値Ｄｋｍｏｄ＿ｎｇは負の値に設定される。また、出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい場合には、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を増加させるので、上記式（５２）中、ＮＯ２検出時更新値Ｄｋｍｏｄ＿ｐｏ＿Ｌは、正の値に設定される。
また、上記式（５２）中、出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回った時のみ採用されるＮＯ２検出時更新値の初回値Ｄｋｍｏｄ＿ｐｏ＿Ｈは、上記ＮＯ２検出時更新値Ｄｋｍｏｄ＿ｐｏ＿Ｌよりも十分に大きな正の値に設定される。これは、第１実施形態において図９を参照して説明したように、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を変化させる際、ＮＯ２浄化率が一時的に悪化するのを防止するためである。
図３７は、以上のようなモデル修正器により決定された修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２の変化を示すタイムチャートである。
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。この場合、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２は、下限値０へ向かって式（５２）で定義した負の更新値Ｄｋｍｏｄ＿ｎｇずつ減少する。これにより、推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔは、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２による修正前のマップ値Ｋｎｏ＿ｎｏ２＿ｔｄｏｃ・Ｒｏｘ＿ｎｏ＿ｎｏ２＿ｂｓ・ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ（式（３９）参照）から離れるように減少側に修正される。
次に、時刻ｔ２では、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２は、式（５２）で設定した更新値の初回値Ｄｋｍｏｄ＿ｐｏ＿Ｈだけ大きくなる。これにより、推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔは、修正前のマップ値に近づくように、大きな値に瞬間的に変更される。その後、時刻ｔ２からＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２は正の更新値Ｄｋｍｏｄ＿ｐｏ＿Ｌずつ増加する。これにより、推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔは、修正前のマップ値に近づくように増加側に修正される。
次に、図３８〜図４３に示すシミュレーション結果を参照して、フィードフォワード制御モードの効果について検討する。
図３８は、酸化触媒及びＣＳＦを新品とし、かつフィードフォワード制御モード及びモデル修正器を非作動にした場合におけるシミュレーション結果である。ここで、フィードフォワード制御モードを非作動にするとは、より具体的にはＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを強制的に“１”に設定し続けた場合を言い、モデル修正器を非作動にするとは修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を強制的に“１”に設定し続けた場合を言う。
図３９は、酸化触媒及びＣＳＦを新品とし、かつモデル修正器を非作動にしながらフィードフォワード制御モードを作動させた場合におけるシミュレーション結果である。
図４０は、酸化触媒及びＣＳＦを新品とし、かつフィードフォワード制御モード及びモデル修正器を共に作動させた場合におけるシミュレーション結果である。
図４１は、酸化触媒及びＣＳＦを劣化品とし、かつフィードフォワード制御モード及びモデル修正器を非作動にした場合におけるシミュレーション結果である。
図４２は、酸化触媒及びＣＳＦを劣化品とし、かつモデル修正器を非作動にしながらフィードフォワード制御モードを作動させた場合におけるシミュレーション結果である。
図４３は、酸化触媒及びＣＳＦを劣化品とし、かつフィードフォワード制御モード及びモデル修正器を作動させた場合におけるシミュレーション結果である。
なお、図３８〜図４３において、ＮＯ２−ＮＯｘ比の欄に細線で示す値は、選択還元触媒におけるＮＯ及びＮＯ２のストレージ効果を考慮して得られる選択還元触媒内における有効ＮＯ２−ＮＯｘ比であり、ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘより求められる計算値である。
酸化触媒及びＣＳＦを新品とすると、これら触媒によるＮＯ２生成効率は高いため、図３８に示すように、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比はＮＯ２過多気味となってしまう。このため、ＮＯ浄化率は高く維持されるが、ＮＯ２浄化率は低くなってしまい、選択還元触媒の下流側に排出されるＮＯ２量が多くなってしまう。
図３８に示す結果からフィードフォワード制御モードのみを作動させると、図３９に示すように、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐより小さな値に設定され、これによりフィードＮＯｘ量はフィードフォワード制御モードの非作動時よりも大きくなるものの、ＮＯ２−ＮＯｘ比はＮＯ２過多気味の状態から適正な値に制御されるため、結果として選択還元触媒におけるＮＯ浄化率及びＮＯ２浄化率共に高く維持されることとなる。
図３９に示す結果からさらにモデル修正器を作動させると、図４０に示すように、ＮＯ２浄化率は僅かながら悪化してしまう。これは、上記モデル修正器では、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを超えるまで修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を減少させ続けることにより、周期的にＮＯ２過多の状態が作りだされるためである。このように、酸化触媒及びＣＳＦが劣化していない状態でモデル修正器を作動させると、作動させない場合よりもＮＯ２浄化率は低下してしまうこととなるが、図３８の結果と比較して十分に大きな値に維持されているため、許容範囲内であると言える。
次に、酸化触媒及びＣＳＦを劣化品とすると、これら触媒によるＮＯ２生成効率は図３８に示す例と比較して低下し、ＮＯ２−ＮＯｘ比は適切な値に維持され、結果としてＮＯ２浄化率は比較的高く維持されることとなる。
図４１に示す結果からフィードフォワード制御モードのみを作動させると、図４２に示すように、ＮＯ２−ＮＯｘ比はばたつきの小さい安定した値に制御されるものの、モデル修正器を作動させていないため酸化触媒及びＣＳＦが劣化した状態であることはフィードバックされず、結果としてＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値は実際のＮＯ２−ＮＯｘ比よりも小さな値となってしまう。その結果、選択還元触媒にはＮＯ過多の排気が流入することとなってしまい、ＮＯ浄化率が著しく低下してしまう。
図４１に示す結果からさらにモデル修正器を作動させると、図４３に示すように、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２の値は初期値の１から０の近傍まで変化し、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いに合わせて推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが適切な値に修正されるため、ＮＯ２−ＮＯｘ比は適切な値に維持され、結果としてＮＯ浄化率及びＮＯ２浄化率共に高く維持される。
以上により、フィードフォワード制御モード及びモデル修正器を作動させることの有効性が検証された。
以上、本実施形態では、第１、４実施形態と同様に選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄのマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに対する補正値であるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒを採用し、このＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｓｃｒをフィードフォワードＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｄで決定したが、これに限るものではない。
例えば、第２、５実施形態と同様に、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして、エンジンの混合気の空燃比の目標値ＡＦ＿ｃｍｄの、基準値ＡＦ＿ｍａｐからの補正値Ｄａｆ＿ｎｏ２を採用し、本実施形態と同様のアルゴリズムに基づいてこの補正値Ｄａｆ＿ｎｏ２を決定するようにしてもよい。
また、例えば、第３、６実施形態と同様に、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして、酸化触媒及びＣＳＦの温度の目標値Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの、基準値Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔからの補正値Ｄｔ＿ｎｏ２を採用し、本実施形態と同様のアルゴリズムに基づいてこの補正値Ｄｔ＿ｎｏ２を決定するようにしてもよい。
また、本実施形態では、式（３９）に示すように、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を修正前のマップ値に乗算することで推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔ，ＮＯ＿ｃｓｆ＿ｈａｔ，Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘを修正し、これにより、フィードフォワード制御モードにおけるずれを解消したが、これに限るものではない。上述のように、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘの他、目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄも実際の最適値から変化しうる。したがって、上述のように推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔを修正する替わりに、その目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄを修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２で修正しても、同等の効果を奏する。
［第７実施形態の変形例１］
次に、上記第７実施形態の変形例１について説明する。
上記第７実施形態では、フィードＮＯｘ推定器及びＮＯ２−ＮＯｘ比推定器において、それぞれ予め定められたマップを検索することでフィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ、ＮＯ２−ＮＯｘ比推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ、ＮＯ２量推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔ、ＮＯ量推定値ＮＯ＿ｃｓｆ＿ｈａｔを算出した。
本変形例におけるフィードＮＯｘ推定器及びＮＯ２−ＮＯｘ比推定器では、ニューラルネットワークを用いてこれら推定値を算出する。以下、本変形例におけるフィードＮＯｘ推定器及びＮＯ２−ＮＯｘ比推定器に構築されたニューラルネットワークについて順に説明する。
図４４は、フィードＮＯｘ推定器のニューラルネットワーク構造を示す図である。
このニューラルネットワークは、所定の関数に従って出力する複数のニューロンを結合して構成され、ｍ成分の入力ベクトルＵ（ｋ）に応じて、値Ｙ（ｋ）を出力する。図４４に示すように、このニューラルネットワークは、ｍ個のニューロンＷ１ｊ（ｊ＝１〜ｍ）で構成された入力層と、ｍ×（ｎ−１）個のニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）で構成された中間層と、１個のニューロンＹで構成された出力層との３つの層を含んで構成された階層型である。
入力層：Ｗ１ｊ （ｊ＝１，２，…，ｍ）
中間層：Ｗｉｊ （ｉ＝２，３，…，ｎ，ｊ＝１，２，…，ｍ）
出力層：Ｙ
入力層のｍ個のニューロンＷ１ｊ（ｊ＝１〜ｍ）の動作について説明する。
入力層のニューロンＷ１ｊには、信号Ｔ１ｊ（ｋ）が入力される。この入力信号Ｔ１ｊ（ｋ）には、それぞれ、下記式（５５）に示すように入力ベクトルＵ（ｋ）のｊ番目の成分Ｕｊ（ｋ）が用いられる。
Figure 2012167549
入力層のニューロンＷ１ｊは、中間層のｍ個のニューロンＷ２ｊ（ｊ＝１〜ｍ）に所定の重みで結合しており、これら結合したｍ個のニューロンＷ２ｊへ信号Ｖ１ｊ（ｋ）を出力する。すなわち、このニューロンＷ１ｊは、下記式（５６），（５７）に示すように、シグモイド関数ｆ（ｘ）に従って、入力信号Ｔ１ｊ（ｋ）に応じた信号Ｖ１ｊ（ｋ）をｍ個のニューロンＷ２ｊに出力する。
Figure 2012167549
Figure 2012167549
図４５は、シグモイド関数ｆ（ｘ）を示す図である。この図４５には、上記式（５７）において、ε＝０とし、β＝０．５，１．０，２．０，３．０とした場合を示す。
シグモイド関数ｆ（ｘ）の値域は、［ε，ε＋１］となっている。また、図４５に示すように、シグモイド関数ｆ（ｘ）は、βを大きくするに従い、ｘ＝０を中心としたステップ関数に近づく。
上記式（５７）において、係数βはシグモイド関数ｆ（ｘ）の傾きゲインを示し、係数εはシグモイド関数ｆ（ｘ）のオフセット値を示す。傾きゲインβは、後述のニューラルネットワークの学習により設定する。オフセット値εは、後述のニューラルネットワークの学習により設定するか、又は所定の値に設定しておく。
次に中間層の（ｎ−１）×ｍ個のニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）の動作について説明する。
中間層のニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）には、結合するニューロンから出力されたｍ個の信号Ｖｉ−１，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）のそれぞれに所定の重みωｉ−１，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）を乗じた信号の和が入力される。したがって、中間層のニューロンＷｉｊには、下記式（５８）に示すような信号Ｔｉｊ（ｋ）が入力される。
Figure 2012167549
中間層のニューロンのうち出力層に結合するｍ個を除いたニューロン、すなわち、（ｎ−２）×ｍ個のニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ−１，ｊ＝１〜ｍ）は、中間層のｍ個のニューロンＷｉ＋１，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）に重みωｉｊで結合しており、これら結合したニューロンＷｉ＋１，ｊへ信号Ｖｉｊ（ｋ）を出力する。すなわち、このニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ−１，ｊ＝１〜ｍ）は、下記式（５９）に示すように、シグモイド関数ｆ（ｘ）に従って、入力信号Ｔｉｊ（ｋ）に応じた信号Ｖｉｊ（ｋ）をｍ個のニューロンＷｉ＋１，ｊに出力する。
Figure 2012167549
また、中間層のｍ個のニューロンＷｎｊ（ｊ＝１〜ｍ）は、出力層のニューロンＹに重みωｎｊで結合しており、この出力層のニューロンＹへ信号Ｖｎｊ（ｋ）を出力する。すなわち、これらニューロンＷｎｊ（ｊ＝１〜ｍ）は、下記式（６０）に示すように、シグモイド関数ｆ（ｘ）に従って、入力信号Ｔｎｊ（ｋ）に応じた信号Ｖｎｊ（ｋ）をニューロンＹに出力する。
Figure 2012167549
次に出力層のニューロンＹの動作について説明する。
出力層のニューロンＹには、結合する中間層のニューロンから出力されたｍ個の信号Ｖｎ，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）に所定の重みωｎ，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）を乗じた信号の和が入力される。したがって、出力層のニューロンＹには、下記式（６１）に示すような信号Ｔ（ｋ）が入力される。
Figure 2012167549
出力層のニューロンＹは、下記式（６２）、（６３）に示すように、シグモイド関数ｇ（ｘ）に従って、入力信号Ｔ（ｋ）に応じた信号Ｙ（ｋ）を出力する。
Figure 2012167549
Figure 2012167549
シグモイド関数ｇ（ｘ）は、上述の図４５に示す関数ｆ（ｘ）と、定性的には同じ振る舞いを示すが、値域が［δ，δ＋α］である点でシグモイド関数ｆ（ｘ）と異なる。上記式（６３）において、係数γはシグモイド関数ｇ（ｘ）の傾きゲインを示し、係数δはシグモイド関数ｇ（ｘ）のオフセット値を示す。また、係数αはニューラルネットワークの出力の取り得る自由度を設定するための出力ゲインを示す。傾きゲインγ及び出力ゲインαは、後述のニューラルネットワークの学習により設定する。オフセット値δは、後述のニューラルネットワークの学習により設定するか、又は所定の値に設定しておく。
以上のように構成されたフィードＮＯｘ推定器におけるニューラルネットワークに対する入力ベクトルＵ（ｋ）の成分は、下記式（６４）に示すように定義される。このように、入力ベクトルＵ（ｋ）の成分には、フィードＮＯｘ量を推定するために必要となる複数の物理量（エンジン回転数ＮＥ、シリンダ吸入新気量Ｇａｉｒ、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ、トータル燃料噴射量Ｇｆｕｅｌ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、パイロット噴射量Ｇｐｉｌｏｔ、ポスト噴射タイミングθｐｏｓｔ、メイン噴射タイミングθｍａｉｎ、及び混合気ガス温度Ｔａｉｒ）が含まれる。また、入力ベクトルＵ（ｋ）の成分には、このようにフィードＮＯｘ量を推定するために必要な異なる種類の物理量に関するデータが含まれているとともに、異なる時刻の物理量に関するデータを含めることで、過渡運転時における推定値の動的挙動の再現性をより向上することができる。
Figure 2012167549
ここで、上記式（６４）に示すように、本変形例では、エンジン回転数ＮＥとシリンダ吸入新気量Ｇａｉｒとの２つの物理量に対して、時刻ｋと、時刻ｋ−３との異なる時刻のデータを含めた。このように、特定の物理量について異なる時刻のデータを含める場合、明らかに異なった値になっていると言える程度に離れた時刻におけるデータを１つの入力ベクトルに含めることにより、入力されるデータが過渡状態に関するデータであることをニューラルネットワークで認識させることができる。さらに、上記式（６４）のように、時刻ｋ−１と時刻ｋ−２との、連続した時刻のデータを間引くことにより、演算にかかる負荷を低減することができる。また、差の小さい連続した異なる時刻のデータを含めた場合、逆に学習精度が低下する場合があるが、上記式（６４）のように適度な時間間隔で間引いたデータを用いることにより、このような学習精度の低下を防止することができる。
また、このような入力ベクトルＵ（ｋ）に対するニューラルネットワークの出力Ｙ（ｋ）を、下記式（６５）に示すように、フィードＮＯｘ量の推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔとするべく、ニューラルネットワークには、以下に示すような学習が行われる。
Figure 2012167549
先ず、実際に準備したエンジン及びその排気浄化システムを運転することにより、上記式（６４）の入力ベクトルＵの成分の値と、そのときのフィードＮＯｘ量の測定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｍｇとを記録し、学習データを準備する。なお、このような学習データには、定常データだけでなくエンジンを過渡的に変化させたときにおける過渡データを含むことが好ましい。
次に、取得した学習データに基づいてニューラルネットワークの学習を行う。すなわち、学習データを入力したときのニューラルネットワークの出力ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔと上記測定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｍｇとの偏差で定義される推定誤差Ｅｎｎ（＝ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ（ｋ）−ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｍｇ（ｋ））が最小になるように、誤差伝播法、ＧＡ（遺伝的アルゴリズム）、最小２乗法などの従来既知のアルゴリズムにより、ニューロンの関数ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）の各種ゲイン（α，β，γ，δ，ε）、並びに、各ニューロンの結合の強さを示す重みωｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）を設定する。
なお、以上の説明では、ＮＯとＮＯ２とを区別せずにフィードＮＯｘ量の推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔのみを算出するニューラルネットワークの構成について説明したが、これに限らない。例えば、フィードＮＯ量及びフィードＮＯ２量を独立して算出するニューラルネットワークを２つ構築し、ＮＯとＮＯ２とを区別してもよい。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比推定器におけるニューラルネットワーク、すなわち選択還元触媒に流入するＮＯ２量の推定値を算出するニューラルネットワークも、上記フィードＮＯｘ推定器と同様に構築することができる。この場合、入力ベクトルＵ（ｋ）の成分には、下記式（６６）に示すように、選択還元触媒に流入するＮＯ２量を推定するために必要となる複数の物理量（排気ボリューム推定値Ｇｅｘ、シリンダ吸入新気量Ｇａｉｒ、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ、トータル燃料噴射量Ｇｆｕｅｌ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、パイロット噴射量Ｇｐｉｌｏｔ、ポスト噴射タイミングθｐｏｓｔ、メイン噴射タイミングθｍａｉｎ、酸化触媒温度Ｔｄｏｃ、ＣＳＦへのスート堆積量Ｍｓ）が含まれる。また、上記式（６４）と同様、過渡運転時における推定値の再現性を向上するため、特定の物理量に関し、異なる時刻のデータを含めることが好ましい。なお、上記ＣＳＦへのスート堆積量Ｍｓは、前回のＣＳＦの再生処理からの経過時間、走行距離、排気ボリュームの積算値、エンジン回転数及びエンジン負荷からスート排出量マップを検索することで算出された推定値の積算値、及び走行エネルギの積算値などから推定される。
Figure 2012167549
酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率には排気の酸素濃度が大きく影響することから、選択還元触媒に流入するＮＯ２量の推定値、ひいてはＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出するためのニューラルネットワークへの入力には、シリンダ吸入新気量Ｇａｉｒ、シリンダ吸入ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ、トータル燃料噴射量Ｇｆｕｅｌなどの排気の酸素濃度に相関のあるパラメータが含まれていることが好ましい。また、酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率には酸化触媒及びＣＳＦに流入する未燃ＨＣ量やＣＳＦにおけるスート堆積量が大きく影響することから、上記ニューラルネットワークへの入力には、上記未燃ＨＣ量に相関のあるトータル燃料噴射量Ｇｆｕｅｌ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、パイロット噴射量Ｇｐｉｌｏｔ、ポスト噴射タイミングθｐｏｓｔ、メイン噴射タイミングθｍａｉｎなどの排気の未燃ＨＣ量に相関のあるパラメータやスート堆積量Ｍｓが含まれていることが好ましい。
また、上記式（４１）と同様に、以上のようにしてニューラルネットワークを用いて算出されたＮＯ２量推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔを、フィードＮＯｘ量推定値ＮＯｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔで除算することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが算出される。
［第７実施形態の変形例２］
次に、上記第７実施形態の変形例２について説明する。
上記第７実施形態では、選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいて推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔ，ＮＯ＿ｃｓｆ＿ｈａｔ，Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ，を修正する修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を算出した。モデル修正器では、推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ又はその目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄと実際の値とのずれをＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２により判断し、このずれを解消するべく修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２を増加させたり減少させたりする。
本変形例におけるモデル修正器は、選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯセンサの検出値Ｖｎｏ（第４実施形態におけるＮＯセンサ４３と同じ）に基づいて、上記式（３９）における修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏ２と同様に修正前のマップ値に乗算されることで推定値ＮＯ２＿ｃｓｆ＿ｈａｔを修正する修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏを算出する。
ＮＯセンサの出力値Ｖｎｏが閾値Ｖｎｏ＿ｔｈを超えた場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ過多の状態と判断できる場合、これは推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが実際のＮＯ２−ＮＯｘ比よりも小さめに見積もられているか、あるいは目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが実際の最適値よりも小さめの値に設定されているものと考えられる。したがってこの場合、モデル修正器は、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏの値を減少させることによりＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘを減少側に修正する。
また、ＮＯセンサの出力値Ｖｎｏが閾値Ｖｎｏ＿ｔｈ以下である場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多の状態と判断できる場合、これは推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘが実際のＮＯ２−ＮＯｘ比よりも大きめに見積もられているか、あるいは目標値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘ＿ｃｍｄが実際の最適値よりも大きめの値に設定されているものと考えられる。したがってこの場合、モデル修正器は、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏの値を増加させることによりＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値Ｒｓｃｒ＿ｎｏ＿ｎｏｘを増加側に修正する。
以上のような振る舞いを示す修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏを決定するための演算式は、ＮＯセンサの出力値Ｖｎｏ及び閾値Ｖｎｏ＿ｔｈに対して上記式（５１）と同様の出力偏差ＤＶｎｏを定義した上で、上記式（５２）〜（５４）において、修正係数Ｋｍｏｄ＿ｎｏを更新するためのゲイン（Ｄｋｍｏｄ＿ｐｏ＿Ｈ，Ｄｋｍｏｄ＿ｐｏ＿Ｌ，Ｄｋｍｏｄ＿ｎｇ）の符号を反転することにより構成することができるので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
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。
例えば、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を調整するため、第１及び第４実施形態では、ＥＧＲ量を増減し（ＥＧＲ法）、第２及び第５実施形態では、混合気の空燃比を変更し（ＡＦ法）、第３及び第６実施形態では、酸化触媒の温度を増減した（温度調整法）。
本発明は、これらＥＧＲ法、ＡＦ法、温度調整法を独立して実行するだけでなく、組み合わせてもよい。
ガソリンエンジンの場合は、ディーゼルエンジンと比較して混合気の空燃比を幅広く変更しやすいため、ＡＦ法を適用することが好ましく、ディーゼルエンジンの場合は、温度調整法やＥＧＲ法を適用することが好ましい。
また、温度調整法は、酸化触媒の温度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整するが、排気管内の酸化触媒の温度が変化するには時間がかかるため、他のＥＧＲ法やＡＦ法と比較して、ＮＯ２−ＮＯｘ比の変化が遅い。したがって、温度調整法は、他のＥＧＲ法やＡＦ法と組み合わせて実行することが好ましい。
上記実施形態では、エンジン１の直下に酸化触媒２１を設け、さらにその下流側にスートの捕集機能とＣＯ、ＨＣ、ＮＯなどの酸化機能との両方を有するＣＳＦ２２を設けたが、本発明はこれに限らない。このようなＣＳＦ２２の替わりに、スートの捕集機能のみを有し酸化機能の無いフィルタや、酸化機能のみを有しスートの捕集機能の無い酸化触媒などを用いてもよい。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…エンジン（内燃機関）
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…排気浄化システム（排気浄化システム）
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…ＥＣＵ（制御手段）
３１Ｄ…フィードフォワードＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ（ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ）
３４Ｄ…フィードＮＯｘ推定器（推定手段）
３５Ｄ…ＮＯ２−ＮＯｘ比推定器（推定手段）
３６Ｄ…モデル修正器（修正手段）
１１…排気管（排気通路）
２１…酸化触媒（酸化触媒）
２２…ＣＳＦ（酸化触媒）
２３…選択還元触媒（選択還元触媒）
４３…ＮＯ２センサ（ＮＯ２検出手段）
４３Ｃ…ＮＯセンサ（ＮＯ検出手段）

Claims (49)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
    前記排気通路のうち前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
    前記選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘに対するＮＯ２の比率に相当するＮＯ２−ＮＯｘ比を、当該選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大化する最適値に向けて制御するＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御を実行する制御手段をさらに備え、
    前記制御手段は、
    前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度未満である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止し、
    前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過した後、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度以上である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯ２を検出するＮＯ２検出手段をさらに備え、
    前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きい場合に、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させ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ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させ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. 前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ装置をさらに備え、
    前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量を減少させることにより前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  5. 前記酸化触媒に流入するＮＯ量に対し当該酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合をＮＯ２生成効率と定義し、
    前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、
    前記内燃機関から排出されるＨＣ量及びＣＯ量が減少することによる前記ＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、
    前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加することによる前記ＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定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。
  6. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合に、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  7. 前記制御手段は、
    前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、
    劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止するとともに、前記ＥＧＲ量を前記内燃機関の燃費が向上するように設定し、
    劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可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。
  8. 前記制御手段は、前記ＥＧＲ量に対する目標値の、所定の基準値からの補正値に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  9. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関の空燃比をよりリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させ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。
  10. 前記酸化触媒に流入するＮＯ量に対し当該酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合をＮＯ２生成効率と定義し、
    前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、
    前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が減少することによる前記ＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、
    排気の酸素濃度が低下しかつ前記内燃機関から排出されるＨＣ量及びＣＯ量が増加することによる前記ＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定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。
  11. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合に、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更することを特徴とする請求項９又は１０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  12. 前記制御手段は、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比を変更することを特徴とする請求項９から１１の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  13. 前記制御手段は、
    前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、
    劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止するとともに、混合気の空燃比を前記内燃機関の燃費が向上するように設定し、
    劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  14. 前記制御手段は、前記混合気の空燃比に対する目標値の、所定の基準値からの補正値に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  15. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させ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。
  16. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることにより、前記酸化触媒の温度を低下させることを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  17. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを、前記内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣが、温度の低下に伴い酸化能力が低下した酸化触媒でも処理できる量以下になるように設定することを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  18. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御は、前記ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、前記酸化触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項１５から１７の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  19. 前記酸化触媒の温度に対する領域の下限温度は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御において前記酸化触媒の温度をＮＯ酸化効率が最大となる温度から当該下限温度まで低下させたときに、前記選択還元触媒の温度が低下することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値へ向けて低減することによるＮＯｘ浄化率の向上効果の方が大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１５から１８の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  20. 前記制御手段は、
    前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、
    劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止し、
    劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  21. 前記制御手段は、前記酸化触媒の温度に対する目標値の、所定の基準値からの補正値に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  22. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて低減させ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。
  23. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることにより、前記酸化触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項２２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  24. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、前記酸化触媒の温度を低下させることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  25. 前記酸化触媒の温度に対する領域の上限温度は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御において前記酸化触媒の温度をＮＯ酸化効率が最大となる温度から当該上限温度まで上昇させたときに、前記選択還元触媒の温度が上昇することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値へ向けて低減することによるＮＯｘ浄化率の向上効果の方が大きくなるように設定されることを特徴とする請求項２２から２４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  26. 前記制御手段は、
    前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、
    劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止し、
    劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可することを特徴とする請求項２３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  27. 前記制御手段は、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項７、１３、２０、２６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  28. 前記制御手段は、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項７、１３、２０、２６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  29. 前記制御手段は、
    前記酸化触媒の劣化度合いを判定し、
    劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御の実行を禁止することを特徴とする請求項４、９、１６、２３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  30. 前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯを検出するＮＯ検出手段をさらに備え、
    前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＮＯ検出手段による検出値が所定値より大きい場合に、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて増加させ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。
  31. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて増加させることを特徴とする請求項３０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  32. 前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ装置をさらに備え、
    前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量を増加させることにより前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることを特徴とする請求項３１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  33. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更し、前記酸化触媒に流入する排気の酸素濃度を上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることを特徴とする請求項３０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  34. 前記制御手段は、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比を変更することを特徴とする請求項３３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  35. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて増加させることを特徴とする請求項３０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  36. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることにより、前記酸化触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項３５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  37. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を前記最適値に向けて増加させることを特徴とする請求項３０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  38. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比最適化制御では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることにより、前記酸化触媒の温度を低下させることを特徴とする請求項３７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  39. 前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯ２を検出するＮＯ２検出手段と、
    前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出する推定手段と、
    前記ＮＯ２検出手段の検出値に基づいてＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正する修正手段と、をさらに備え、
    前記制御手段は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値が、前記最適値の近傍に収束するように、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータを決定するＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを備え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。
  40. 前記修正手段は、ＮＯ２検出手段の検出値が所定の閾値を超えた場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を増加側に修正し、前記ＮＯ２検出手段の検出値が前記閾値以下である場合には前記推定値を減少側に修正することを特徴とする請求項３９に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  41. 前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯを検出するＮＯ検出手段と、
    前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出する推定手段と、
    前記ＮＯ検出手段の検出値に基づいてＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を修正する修正手段と、をさらに備え、
    前記制御手段は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値が、前記最適値の近傍に収束するように、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータを決定するＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを備え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。
  42. 前記修正手段は、ＮＯ検出手段の検出値が所定の閾値を超えた場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を減少側に修正し、前記ＮＯ検出手段の検出値が前記閾値以下である場合には前記推定値を増加側に修正することを特徴とする請求項４１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  43. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、前記推定手段により算出されたＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値に遅れを生じさせた値を、前記最適値の近傍に収束させることを特徴とする請求項３９から４２の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  44. 前記推定手段は、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量及び前記酸化触媒の温度を含む入力に基づいて、予め定められたマップを検索することで、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出することを特徴とする請求項３９から４３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  45. 前記推定手段は、所定の関数に従って出力する複数のニューロンを結合して構成されたニューラルネットワークに基づいて、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値を算出することを特徴とする請求項３９から４３の何れかに記載の排気浄化システム。
  46. 前記ニューラルネットワークへの入力には、排気の酸素濃度に相関のあるパラメータ、排気中の未燃ＨＣ量に相関のあるパラメータ、及び前記排気通路内に設けられたフィルタへのスート堆積量のうち少なくとも何れかが含まれることを特徴とする請求項４５に記載の排気浄化システム。
  47. 前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ装置をさらに備え、
    前記ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の目標値の、所定の基準値からの補正値を決定することを特徴とする請求項３９から４６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  48. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして、前記酸化触媒の温度の目標値の、所定の基準値からの補正値を決定することを特徴とする請求項３９から４６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  49. 前記ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増減させるパラメータとして、前記内燃機関の混合気の空燃比の目標値の、所定の基準値からの補正値を決定することを特徴とする請求項３９から４６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
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