JP5559231B2 - 車両の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の排気浄化システムに関する。より詳しくは、ＮＨ_３の存在下で排気中のＮＯｘを浄化する選択還元触媒と、この選択還元触媒より下流側のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサを備えた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（ＮＨ_３）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ＮＨ_３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ＮＨ_３を生成し、このＮＨ_３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ＮＨ_３の化合物を加熱することでＮＨ_３を生成し、このＮＨ_３を直接添加するシステムも提案されている。以下では、尿素添加式のシステムについて説明する。

このようなシステムでは、選択還元触媒における有効ＮＨ_３量が最適な量よりも少ない場合には、ＮＯｘの還元に消費されるアンモニアが不足することでＮＯｘ浄化率が低下し、この最適な量よりも多い場合には、ＮＯｘの還元に余剰となったアンモニアが排出する。このため、選択還元触媒を備える排気浄化システムでは、尿素水の噴射量を適切に制御することが重要となっている。そこで、特許文献１や特許文献２には、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定し、この推定に基づいて尿素水の噴射量を制御するものが示されている。

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

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

特開２００４−１００７００号公報 特開２００６−２７４９８６号公報 特開２００６−１０５０３１号公報

図３６は、上述のような従来の排気浄化システムにおいて、選択還元触媒の下流側に設けられたＮＯｘセンサの出力特性を示す図である。図３６には、横軸を選択還元触媒における有効ＮＨ_３量としたときにおける選択還元触媒の下流側のＮＯｘ濃度、ＮＨ_３濃度、及び下流側ＮＯｘセンサの出力値の変化特性を示す。ここで、有効ＮＨ_３量とは、選択還元触媒におけるＮＯｘの還元に直接的に寄与しうるＮＨ_３の量を言い、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化性能を示す指標の１つとなっている。より具体的には、有効ＮＨ_３量は、選択還元触媒に既に吸着されているＮＨ_３の量（ＮＨ_３ストレージ量）と選択還元触媒に新たに供給されたＮＨ_３の量とを合わせた量に相当する。

尿素水の噴射量を増加すると、有効ＮＨ_３量を増加するので、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が上昇する。このため、図３６に示すように、有効ＮＨ_３量が増加するに従い、選択還元触媒の下流のＮＯｘ濃度は減少する。また、星印に示す有効ＮＨ_３量を超えると、ＮＯｘ濃度は有効ＮＨ_３量にかかわらず略一定となる。すなわち、星印を超える量の尿素水は、生成されたＮＯｘを還元することに対しては余剰であることを示す。

また、ここで余剰となった尿素水から生成されたＮＨ_３は、ＮＯｘの還元には消費されず、選択還元触媒の下流に排出される。したがって、図３６に示すように、選択還元触媒の下流の排気のＮＨ_３濃度は、星印に示す有効ＮＨ_３量を超えると増加する。なお、このように選択還元触媒からＮＨ_３がその下流側へ流出してしまうことを、以下では「ＮＨ_３スリップ」という。

以上のように、図３６において星印で示す有効ＮＨ_３量は、選択還元触媒の下流側のＮＯｘ濃度及びＮＨ_３濃度を共に最小にできるので、この排気浄化システムにおける最適な有効ＮＨ_３量となっている。ただし、図３６に示すように、ＮＯｘセンサの出力値は、この最適な有効ＮＨ_３量における出力値を最小点とした、下に凸の特性を示す。これは、現存するＮＯｘセンサと呼称されるセンサは、その検出原理上、ＮＯｘに対してだけでなくＮＨ_３に対しても感応するためである。したがって、ＮＯｘセンサからの出力値のみでは、有効ＮＨ_３量が最適な量に対して不足した状態であるか又は過剰な状態であるかを判別できない。

ところで特許文献３には、その出力が極値特性を有する制御対象に対し、制御入力に所定の加振周波数で変化する成分を含めることにより、制御対象の出力を極値点に制御する制御アルゴリズム（以下、「極値探索アルゴリズム」という）が開示されている。したがって、このような極値探索アルゴリズムを上述のような排気浄化システムに適用し、ＮＯｘセンサの出力値が極小となるように尿素水の噴射制御を行うことが考えられる。しかしながら、選択還元触媒における応答遅れを考慮すると加振周波数は非常に低くせねばならず、結果として上記極値探索アルゴリズムを適用できる運転領域は、ドライバの駆動力要求に殆ど変化の無いクルーズ状態にある時のみに限られてしまう。

本発明は、車両の状態に関わらず選択還元触媒のＮＯｘ浄化率を最適にできる排気浄化システムを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気通路１１）に設けられ、ＮＨ_３の存在下で排気中のＮＯｘを浄化する選択還元触媒（例えば、後述の選択還元触媒２３）と、前記選択還元触媒にＮＨ_３又はその前駆体を供給する還元剤供給手段（例えば、後述の尿素水噴射装置２５）と、前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯｘとＮＨ_３を合わせた成分の濃度を検出する排ガスセンサ（例えば、後述の下流側ＮＯｘセンサ２６）と、前記排ガスセンサの出力値（Ynox）から、前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯｘ濃度の推定値（NOx_DW_hat）と前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＨ_３濃度の推定値（NH3_DW_hat）とを同時に所定の制御周期ごとに算出する分離フィルタ（例えば、後述の分離フィルタ３２，３２Ａ，３２Ｂ）と、車両がクルーズ状態にある場合には前記排ガスセンサの出力値（Ynox）が極小になるように、前記車両がクルーズ状態以外の状態にある場合には前記分離フィルタにより算出された下流ＮＯｘ濃度推定値（NOx_DW_hat）及び下流ＮＨ_３濃度推定値（NH3_DW_hat）の両方又は何れかが各々の目標値（NOx_DW_trgt,NH3_DW_trgt）になるように、前記還元剤供給手段の供給量を決定する供給量決定手段（例えば、後述のフィードバックコントローラ３５など）と、を備えた車両の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）を提供する。なお、本発明において「濃度」とは、例えば濃度と量又は濃度と当量比など、所定の係数と既知の演算式によって濃度と相互に単位変換可能な物理量も含むものとする。

（１）本発明では、車両がクルーズ状態にある場合には、排ガスセンサの出力が極小になるように還元剤供給手段の供給量を決定し、車両がクルーズ状態以外の状態、すなわち過渡状態にある場合には、分離フィルタによって算出された下流ＮＯｘ濃度推定値及び下流ＮＨ_３濃度推定値の両方又は何れかが各々目標値になるように還元剤供給手段の供給量を決定する。特に、車両がクルーズ状態以外の過渡状態にある場合、選択還元触媒の下流側のＮＨ_３濃度とＮＯｘ濃度のスペクトル分布が分離するため、分離フィルタによるＮＯｘセンサ出力の分離精度、すなわち下流ＮＯｘ濃度推定値と下流ＮＨ_３濃度推定値の推定精度が高くなる。したがって、本発明によれば選択還元触媒を、車両の運転状態によらず常にＮＯｘ浄化率が高くかつＮＨ_３スリップが少ない最適な状態に維持することができる。

（２）この場合、前記排気浄化システムは、前記選択還元触媒より上流側の排気中のＮＯｘの濃度を検出又は推定する上流側検出手段（例えば、後述の上流側ＮＯｘセンサ２８）をさらに備え、前記分離フィルタは、前記下流ＮＯｘ濃度推定値を前記上流側検出手段の出力値に所定の浄化係数（Kscr）を乗算したものでモデル化する下流側推定手段（例えば、後述の乗算器３２２Ａ、３２５Ｂ）と、前記排ガスセンサの出力値（Ynox）と前記下流側推定手段の出力値（NOx_DW_hat）との誤差（e’id）、又は、各出力値のフィルタ値に相当する値の誤差（eid）が最小になるように前記浄化係数の値を同定する同定手段（例えば、後述の浄化係数同定器３２１Ａ，３２１Ｂ）と、前記排ガスセンサの出力値（Ynox）から前記下流側推定手段の出力値（NOx_DW_hat）を減算することにより前記下流ＮＨ_３濃度推定値（NH3_DW_hat）を算出する分離手段（例えば、後述の加算器３２３Ａ，３２６Ｂ）と、を備えることが好ましい。

（２）本発明の分離フィルタでは、選択還元触媒より上流側のＮＯｘ濃度のスペクトル分布と下流側のＮＯｘ濃度のスペクトル分布との類似性に基づいて、選択還元触媒より下流側のＮＯｘ濃度の推定値を上流側検出手段の出力値に所定の浄化係数を乗算したものでモデル化し、これらによって下流側のＮＯｘ濃度の推定値を算出する。また、ＮＨ_３量は還元剤供給手段によって変動し、ＮＯｘ量はドライバによる内燃機関の運転状態に応じて変動することから、選択還元触媒の下流側の排気において、ＮＨ_３のスペクトル分布とＮＯｘのスペクトル分布の重複は小さくなる。本発明では、これを利用して排ガスセンサの出力値と下流側ＮＯｘ濃度の推定値との誤差、又は、これらフィルタ値に相当する値の誤差が最小になるように同定することにより、十分な推定精度で下流側ＮＯｘ濃度及び下流側ＮＨ_３濃度の推定値を算出できる。
また、ＮＯｘ量はドライバによる内燃機関の運転状態に応じて変動することから、ＮＨ_３とＮＯｘのスペクトル分布のピークの分離は、内燃機関の運転状態が大きく変化する過渡状態において特に顕著となるため、特に下流側ＮＯｘ濃度及び下流側ＮＨ_３濃度の推定精度が高くなる。すなわち本発明では、車両がクルーズ状態であり排ガスセンサの出力値の極小を探索しやすい場合には、排ガスセンサの出力値が極小となるように供給量を決定し、車両がクルーズ状態以外の過渡状態であり分離フィルタによる推定精度が高い場合には、分離フィルタによって算出された推定値に基づいて供給量を決定する。つまり、本発明では、車両の状態に応じて極値探索アルゴリズムと分離フィルタとを相補的に用いることにより、常に選択還元触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持しながらＮＨ_３スリップを抑制できる。

（３）この場合、前記分離フィルタは、前記排ガスセンサの出力値（Ynox）及び前記上流側検出手段の出力値（NOx_UP）から、定常成分を阻止しかつドライバによる駆動力の増減要求に対応した周波数帯域を少なくとも通過させ、各々のフィルタ値（Ynox_f,NOx_UP_f）を算出する過渡抽出フィルタ（例えば、後述の過渡抽出フィルタ３２２Ｂ，３２３Ｂ）をさらに備え、前記同定手段は、前記排ガスセンサの出力値のフィルタ値（NOx_UP_f）と前記上流側検出手段の出力値のフィルタ値に前記浄化係数を乗算して得られる値（NOx_DW_hat_f）との誤差（eid）が最小になるように前記浄化係数の値を同定することが好ましい。

（４）ＮＨ_３量は還元剤供給手段によって変動する。このため、選択還元触媒の下流側の排気において、ＮＨ_３のスペクトル分布のピークはほぼ０Ｈｚ程度の低周波数側に寄ったものとなる。これに対し、ＮＯｘ量はドライバによる内燃機関の運転状態に応じて変動することから、ＮＯｘのスペクトル分布のピークは、ＮＨ_３のスペクトル分布のピークよりも高周波数側に寄ったものとなる。本発明の分離フィルタでは、これを利用し、過渡抽出フィルタによって排ガスセンサの出力値及び上流側検出手段の出力値からＮＯｘの周波数成分のみを抽出した上で、これらフィルタ値を利用して浄化係数の値を同定することにより、下流側ＮＯｘ濃度推定値及び下流側ＮＨ_３濃度推定値の推定精度をさらに向上できる。

（４）この場合、前記排気浄化システムは、前記選択還元触媒のＮＨ_３ストレージ量の推定値（ST_nh3_hat）を算出し、当該推定値がその目標値（ST_nh3_trgt）になるように前記還元剤供給手段の供給量を補正する補正手段（例えば、後述のＮＨ_３ストレージコントローラ）をさらに備え、当該補正手段は、前記下流ＮＯｘ推定値及び下流ＮＨ_３推定値の何れかが各々の目標値から所定値以上離間した場合には、離間していない場合よりも前記ＮＨ_３ストレージ量の推定値とその目標値との偏差の収束速度を低減することが好ましい。

（４）上述のような補正手段を備えた排気浄化システムでは、供給量決定手段では供給量を減量側に変更しているところ、補正手段では逆に供給量を増量側に変更するように補正してしまい、結果として供給量が速やかに最適な量に調整されるまでに時間がかかる場合がある。換言すると、供給量決定手段と補正手段とが干渉してしまう場合がある。本発明では、下流ＮＯｘ推定値と下流ＮＨ_３推定値の何れかが各々の目標値から離れている場合には、補正手段によるＮＨ_３ストレージ量の推定値とその目標値との偏差の収束速度を低減することにより、これら供給量決定手段と補正手段とが干渉するのを防止できる。したがって、ＮＯｘ浄化率が低下した場合やＮＨ_３スリップが発生した場合には、この状態から速やかに最適な状態に復帰させることができる。

（５）この場合、前記車両がクルーズ状態にあるときに、前記供給量決定手段により前記排ガスセンサの出力値が極小になるように決定された供給量（Gnh3_opt）が所定の故障判定閾値（Gnh3_opt_AGD）よりも小さくなった場合には、前記選択還元触媒が劣化したと判定する故障判定手段を（例えば、後述のＥＣＵ３）さらに備えることが好ましい。

（５）選択還元触媒の劣化が進行すると有効ＮＨ_３量の最適値は小さくなるため、上述のように排ガスセンサの出力値が極小となるように決定される供給量も小さくなる。本発明では、この特性を利用して選択還元触媒の劣化を判定することにより、劣化判定の頻度を高めることができ、ひいては劣化判定の精度を向上できる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す図である。 上記実施形態の尿素水噴射制御を実行するためのブロック図である。 車速と、ＳＣＲ触媒の上流側のＮＯｘ濃度と、ＳＣＲ触媒の下流側のＮＯｘ濃度（太線）及びＮＨ_３濃度（細線）と、下流側ＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図である。 上流ＮＯｘ濃度、下流ＮＯｘ濃度、下流ＮＨ_３濃度、下流側ＮＯｘセンサの出力のスペクトル分布を示す図である。 実施例１の分離フィルタの構成を示すブロック図である。 実施例１の分離フィルタのシミュレーション結果を示す図である。 上流ＮＯｘ濃度、下流ＮＯｘ濃度、下流ＮＨ_３濃度、下流側ＮＯｘセンサの出力のスペクトル分布を示す図である。 浄化係数Kscrのゲイン特性を示す図である。 バンドパスフィルタのゲイン特性を示す図である。 実施例２の分離フィルタの構成を示すブロック図である。 実施例２の分離フィルタのシミュレーション結果を示す図である。 浄化係数Kscrのゲイン特性を示す図である。 制御対象がローパス特性を有する場合における同定アルゴリズム重み特性を示す図である。 触媒温度を引数として最大ＮＨ_３ストレージ容量の推定値を算出するマップの一例を示す図である。 ＮＨ_３ストレージ率を引数としてＮＨ_３ストレージ率を算出するマップの一例を示す図である。 触媒温度を引数として基準ＮＯｘ特性係数を算出するマップの一例を示す図である。 排ガスボリュームを引数としてガスボリューム係数を算出するマップの一例を示す図である。 触媒温度と最大ＮＨ_３ストレージ量との関係を示す図である。 下流ＮＨ_３偏差における下流ＮＨ_３濃度目標値を算出するマップの一例を示す図である。 フィードバックコントローラのスライディングモードコントローラにおける切換関数の設定を模式的に示す図である。 極値探索コントローラにおける演算の概念を説明するための図である。 極値探索コントローラの構成を示すブロック図である。 加振入力振幅を決定するためのテーブルの一例を示す図である。 尿素水噴射制御の手順を示すフローチャートである。 尿素水噴射制御の手順を示すフローチャートである。 各試験におけるシミュレーションの条件をまとめた図である。 試験１のシミュレーション結果を示す図である。 試験２のシミュレーション結果を示す図である。 試験３のシミュレーション結果を示す図である。 試験４のシミュレーション結果を示す図である。 試験５のシミュレーション結果を示す図である。 試験６のシミュレーション結果を示す図である。 試験７のシミュレーション結果を示す図である。 上流ＮＯｘ濃度、下流ＮＯｘ濃度、下流ＮＨ_３濃度、下流側ＮＯｘセンサの出力のスペクトル分布を示す図である。 上流ＮＯｘ濃度、下流ＮＯｘ濃度、下流ＮＨ_３濃度、下流側ＮＯｘセンサの出力のスペクトル分布を示す図である。 従来の排気浄化システムにおけるＮＯｘセンサの出力特性を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本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の構成を示す図である。エンジン１は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。

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

尿素水噴射装置２５は、尿素水タンク２５１と、尿素水インジェクタ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、尿素水インジェクタ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に出力する。尿素水インジェクタ２５３は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気通路１１内に噴射する。すなわち、尿素水噴射制御が実行される。

酸化触媒２１は、排気通路１１のうち選択還元触媒２３及び尿素水インジェクタ２５３よりも上流側に設けられ、排気中のＮＯの一部をＮＯ_２に変換することにより、選択還元触媒２３におけるＮＯｘの還元を促進する。

選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒」という）２３は、ＮＨ_３等の還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。具体的には、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ＮＨ_３が生成される。生成されたＮＨ_３はＳＣＲ触媒２３に供給され、このアンモニアにより、排気中のＮＯｘは選択的に還元される。

このＳＣＲ触媒２３は、尿素水から生成されたＮＨ_３で排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成されたＮＨ_３を所定の量だけ吸着する機能も有する。以下では、ＳＣＲ触媒２３において吸着されているＮＨ_３量をＮＨ_３ストレージ量とし、ＳＣＲ触媒２３で吸着できるＮＨ_３量すなわちＮＨ_３量の最大値を最大ＮＨ_３ストレージ量とする。

このようにしてＳＣＲ触媒２３に貯蔵されたＮＨ_３は、排気中のＮＯｘの還元にも適宜消費される。このため、ＮＨ_３ストレージ量が多くなるに従い、ＳＣＲ触媒２３におけるＮＯｘ浄化率は高くなる。一方、ＮＨ_３ストレージ量が最大ＮＨ_３ストレージ量に達しＳＣＲ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ＮＨ_３がＳＣＲ触媒２３の下流側へ排出されるＮＨ_３スリップが発生する。ＳＣＲ触媒２３の下流側には、ＳＣＲ触媒２３から排出されたＮＨ_３がシステム外に排出されるのを抑制するため、ＮＨ_３を吸着したり酸化したりする図示しないスリップ抑制触媒が設けられる。

ＥＣＵ３には、排気浄化システム２の状態を検出するためのセンサとして、下流側ＮＯｘセンサ２６、触媒温度センサ２７、上流側ＮＯｘセンサ２８、クランク角度位置センサ１４、及びアクセル開度センサ１５が接続されている。

下流側ＮＯｘセンサ２６は、排気通路１１のうちＳＣＲ触媒２３の下流側に設けられ、ＳＣＲ触媒２３より下流側の排気中のＮＯｘとＮＨ_３を合わせた成分の濃度を検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。触媒温度センサ２７は、ＳＣＲ触媒２３の温度を検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。上流側ＮＯｘセンサ２８は、排気通路１１のうち酸化触媒２１と尿素水インジェクタ２５３の間に設けられ、ＳＣＲ触媒２３に流入する排気中のＮＯｘとＮＨ_３を合わせた成分の濃度を検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。ただし、上流側ＮＯｘセンサ２８の検出箇所の排気中にＮＨ_３は殆ど含まれていないため、上流側ＮＯｘセンサ２８は実質的には排気中のＮＯｘのみの濃度を検出する。

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の回転数が算出される。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）を検出し、検出したアクセル開度に略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、検出されたアクセル開度や回転数に基づいて、エンジン１の要求トルクが算出される。

また、ＥＣＵ３には、ドライバに各種警告を報知するため、尿素水残量警告灯１６や触媒劣化警告灯１７が接続されている。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（後述の図２４のＳ８参照）。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、ＳＣＲ触媒２３が劣化したと判定されたことに応じて点灯する（後述の図２５のＳ２２参照）。これにより、ＳＣＲ触媒２３が劣化した状態であることを運転者に警告する。

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

次に、尿素水噴射制御の手順について説明する。
図２は、ＥＣＵ３における尿素水噴射制御の実行に係るブロック図である。
ＥＣＵ３には、排気浄化システムの状態を示す観測量として、ＳＣＲ触媒より下流側の排気中のＮＯｘとＮＨ_３とを合わせた成分の濃度値に相当する下流側ＮＯｘセンサの出力値Ynoxと、ＳＣＲ触媒の温度値に相当する触媒温度センサの出力値Tscrと、ＳＣＲ触媒より上流側の排気中のＮＯｘの濃度値に相当する上流側ＮＯｘセンサの出力値NOx_UPと、の少なくとも３つが入力される。ＥＣＵ３は、上記少なくとも３つの観測量に基づいて、尿素水噴射装置の操作量に相当する尿素水噴射量の値Gureaを決定する。なお、これら観測量のうち、上流側ＮＯｘセンサの出力値NOx_UPは、センサを用いずにエンジンの運転状態を示すパラメータから推定した値で代用してもよい。また、触媒温度センサの出力値Tscrも、センサを用いずにエンジンの運転状態から推定した値や、ＳＣＲ触媒以外の温度を検出する温度センサの出力値から推定した値などで代用してもよい。

尿素水噴射制御は、尿素水噴射量算出部３１、分離フィルタ３２、ＳＣＲ触媒状態推定器３３、フィードフォワードコントローラ３４、フィードバックコントローラ３５及びＮＨ_３ストレージコントローラ３６などの機能ブロックを組み合わせて実現される。

分離フィルタ３２は、上述のように、ＮＯｘとＮＨ_３とを合わせた成分の濃度値に相当するＮＯｘセンサ出力値Ynoxを、ＳＣＲ触媒より下流側のＮＯｘの濃度値に相当する下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatと、ＳＣＲ触媒より下流側のＮＨ_３の濃度値に相当する下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatとに分離する。

ＳＣＲ触媒状態推定器３３は、ＳＣＲ触媒の状態を示す複数のパラメータの値、より具体的には、ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ_３の量の推定値に相当するＮＨ_３ストレージ量推定値ST_nh3_hatと、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率の推定値に相当するＮＯｘ浄化率推定値ItaNOx_hatと、を算出する。

フィードフォワードコントローラ３４は、ＳＣＲ触媒に流入する排気中のＮＯｘを浄化するために、ＳＣＲ触媒に必要とされるＮＨ_３の量に相当するフィードフォワード入力の値Gnh3_ffを、ＳＣＲ触媒の状態を考慮した上で算出する。

ＮＨ_３ストレージコントローラ３６は、ＮＨ_３ストレージ量推定値ST_nh3_hatをＳＣＲ触媒の状態に応じて設定された所定の目標値に維持するために、ＳＣＲ触媒に必要とされるＮＨ_３の量に相当するストレージ補正入力の値Gnh3_stを算出する。

フィードバックコントローラ３５は、ＮＯｘセンサの出力値Ynoxや、これを分離して得られる下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hat及び下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatなどの値を所定の目標値に収束させるために、ＳＣＲ触媒に必要とされるＮＨ_３の量に相当するフィードバック入力の値Gnh3_fbを算出する。

尿素水噴射量算出部３１は、３つのコントローラ３４〜３６により算出された入力値Gnh3_ff,Gnh3_fb,Gnh3_stに基づいて、ＳＣＲ触媒へ噴射する必要のあるＮＨ_３の量を算出した上、これを尿素水の量に換算することにより、尿素水噴射量Gureaを算出する。

以下、これら各ブロックにおける演算の具体的な手順について、図面を参照しながら順に説明する。

＜分離フィルタ＞
分離フィルタ３２で行う演算の概念及びその具体的な手順について説明する。
図３は、車速と、ＳＣＲ触媒の上流側のＮＯｘ濃度と、ＳＣＲ触媒の下流側のＮＯｘ濃度（太線）及びＮＨ_３濃度（細線）と、下流側ＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図である。なお図３には縦軸のスケールを省略したものを示す。ただし、下から２つの欄の縦軸のスケールは、上から２番目の欄の縦軸のスケールよりも数倍小さい。

図３に示すように、車速が増減すると、エンジンからはＮＯｘが断続的に排出される。エンジンから排出されたＮＯｘ（以下、「フィードＮＯｘ」という）の多くは、ＮＨ_３の存在下にあるＳＣＲ触媒を通過することによって還元される。このとき、上述のように、ＮＯｘセンサと呼称されている排ガスセンサは、検出対象とするＮＯｘの他、ＮＨ_３にも感応する。このため、図３中、ＳＣＲ触媒の下流側のＮＯｘ、ＮＨ_３濃度を示す欄とＮＯｘセンサの出力値を示す欄とを比較して明らかなように、ＮＯｘセンサの出力値は、ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度を合わせた値になっている。

ところで図３に示すように、フィードＮＯｘの増減挙動は、特に車速が鋭く立ち上がるタイミング、すなわちドライバによる駆動力の増減要求に連動したものとなっている。また、このフィードＮＯｘの増減挙動は、ＳＣＲ触媒を通過した後も、概ねＮＯｘセンサの出力値の増減挙動に引き継がれている。なおドライバによる駆動力の増減要求は高々３Ｈｚ程度であるから、フィードＮＯｘ及びＳＣＲ触媒下流側のＮＯｘ濃度の増減挙動も概ね３Ｈｚ以下の周波数成分を含むものと考えられる。

一方、図３の下から２段目の欄に示されているように、ＳＣＲ触媒の下流側の排気のＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度との増減挙動を比較すると、ＮＯｘの増減挙動よりもＮＨ_３の増減挙動の方が定性的に緩やかなものとなっている。これはすなわち、ＳＣＲ触媒の下流側のＮＨ_３の増減挙動のスペクトル分布は、ＮＯｘのスペクトル分布と比較すればピークが低周波数側に寄っていることを意味する。

図４は、上流ＮＯｘ濃度（一点鎖線）、下流ＮＯｘ濃度（二点鎖線）、下流ＮＨ_３濃度（破線）、下流側ＮＯｘセンサの出力のスペクトル分布を示す図である。
図３を参照して説明したように、フィードＮＯｘの増減挙動はドライバによる駆動力の増減要求に連動したものとなっている。このため、上流ＮＯｘ濃度のスペクトル分布は、ドライバによって変わるものの、概ね１〜２Ｈｚをピークとした上に凸の特性を示す。
下流ＮＯｘ濃度のスペクトル分布も、概ね１〜２Ｈｚをピークとした上に凸の特性を示す。
下流ＮＨ_３濃度のスペクトル分布は、上流ＮＯｘ濃度や下流ＮＯｘ濃度と比較すれば低周波数側にピークが寄っており、定常成分が最も大きくなっている。
ＮＯｘセンサ出力のスペクトル分布は、下流ＮＯｘ濃度と下流ＮＨ_３濃度を合わせたものとなっている。

また、下流ＮＨ_３濃度と下流ＮＯｘ濃度のスペクトル分布を比較すると、両者では多少の重複があるものの定性的には明らかに異なっている。一方、下流ＮＯｘ濃度と上流ＮＯｘ濃度とは上述のように増減挙動に強い相関がある。このため下流ＮＯｘ濃度と上流ＮＯｘ濃度のスペクトル分布を比較すると、ＳＣＲ触媒によって還元された分だけ下流ＮＯｘ濃度の方がゲインは低下しているが、定性的にはほぼ同じである。すなわち、ＳＣＲ触媒に流入したＮＯｘは、全ての周波数成分に対しほぼ等しい割合でＳＣＲ触媒によって還元されているとも言える。

これはすなわち、上流ＮＯｘ濃度の周波数ゲインと下流ＮＯｘ濃度の周波数ゲインの比が算出できれば、上流ＮＯｘ濃度の値から下流ＮＯｘ濃度の値を推定し、さらにＮＯｘセンサの出力値から推定した下流ＮＯｘ濃度の値を減算することにより、ＮＯｘセンサの出力値から下流ＮＨ_３濃度の値を抽出（分離）できることを意味する。以下、このような原理に基づいてＮＯｘセンサ出力値Ynoxを下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatと下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatに分離する分離フィルタ３２の構成について、２つの実施例を例に説明する。

＜実施例１の分離フィルタ＞
図５は、実施例１の分離フィルタ３２Ａの構成を示すブロック図である。
分離フィルタ３２Ａは、ＮＯｘセンサ出力値Ynox及び上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UPが入力されると、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hat及び下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatを算出する。分離フィルタ３２Ａは、浄化係数同定器３２１Ａと、乗算器３２２Ａと、加算器３２３Ａとを備える。

図４を参照して説明したように、ＳＣＲ触媒に流入したＮＯｘは、全ての周波数成分に対しほぼ等しい割合でＳＣＲ触媒によって還元されるとの仮定が妥当であると考えられることから、下記式（１）に示すように、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatを、上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UPに所定の乗算係数Kscrを乗算したものでモデル化することができる。ここで、乗算係数Kscr(k)は、上流側のＮＯｘ濃度と下流側のＮＯｘ濃度の比に相当し、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能を示すパラメータともみなせることから、以下では浄化係数という。なお、下記式（１）において、”k”はサンプル周期でありＥＣＵにおける離散時間に相当する。また、”d”は、上流側の排気がＳＣＲ触媒を通過するまでのむだ時間に相当する。乗算器３２２Ａは、後述の浄化係数同定器３２１Ａによってその値が同定された浄化係数Kscr(k-1)をむだ時間dだけ過去の上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UP(k-d)に乗算することにより、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hat(k)を算出する。

加算器３２３Ａは、下記式（２）に示すように、ＮＯｘセンサ出力値Ynox(k)から下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hat(k)を減算することにより、下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hat(k)を算出する。

浄化係数同定器３２１Ａは、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxのスペクトル分布と、上記式（１）によって算出される下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatのスペクトル分布がほぼ一致しているとの仮定の下、両者の誤差eid’（下記式（３−１）参照）の二乗が最小になるように浄化係数Kscr(k)の値を同定する。この浄化係数Kscr(k)の値を同定するアルゴリズムとしては、例えば、下記式（３−２）〜（３−４）で示される所謂逐次型最小２乗法アルゴリズムが適している。

上記式（３−２）〜（３−４）において、”P’”は適応ゲインであり、その初期値”P’(0)”は正の値に設定される。また、λ_１及びλ_２は、重みパラメータであり、これらパラメータの設定により、同定アルゴリズムは以下に示す３つのアルゴリズムに分類される。
λ_１＝１，λ_２＝１ 最小２乗法アルゴリズム
λ_１＝λ（０＜λ≦１），λ_２＝１ 重み付き最小２乗法アルゴリズム
λ_１＝１，λ_２＝０ 固定ゲインアルゴリズム

図６は、実施例１の分離フィルタのシミュレーション結果を示す図である。
図６には、上段から順に車速、ＳＣＲ触媒の下流側の実ＮＨ_３濃度、下流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘセンサ出力と実ＮＯｘ濃度を比較）、下流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘセンサ出力と下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatを比較）、浄化係数Kscr、下流側のＮＯｘ濃度（実ＮＯｘ濃度と下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatを比較）、並びに下流側のＮＨ_３濃度（実ＮＨ_３濃度と下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatを比較）を示す。

図６に示すように、分離フィルタは、ＮＨ_３スリップが発生した時、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxと実ＮＯｘ濃度との間には大きな差が生じているのに対し、実ＮＯｘ濃度と下流側ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatは概ね一致し、さらに実ＮＨ_３濃度と下流側ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatも概ね一致しており、ＮＯｘセンサ出力Ynoxから、適切に推定値NOx_DW_hat及び推定値NH3_DW_hatを抽出できていると言える。各々の推定精度は高いとは言えないものの、確実に効果があり、実用に耐えうるものとなっている。次に、この推定精度をさらに向上した実施例２の分離フィルタについて説明する。

＜実施例２の分離フィルタ＞
次に、実施例２の分離フィルタについて説明する。
実施例２の分離フィルタでは、図７において「領域Ａ」で示すように、ＮＨ_３の周波数成分が少なくかつＮＯｘの周波数成分が多い周波数帯域内、すなわちドライバによる駆動力の増減要求に対応した周波数帯域内のみをＮＯｘセンサの出力を積極的に抽出した上で、浄化係数Kscrの値を同定する。

先ず、実施例２の分離フィルタにおける演算の原理から説明する。
上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UP及び下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatの時系列挙動は、それぞれ下記式（４−１）及び（４−２）に示すように、フーリエ級数で展開したもので表現できる。

ここで、上記式（４−１）において、”NOx_UP_i”は、上流ＮＯｘセンサ出力のi番目の周波数成分であり、”A_{up_i}”及び”B_{up_i}”は、i番目の周波数成分の振幅であり、”C_up”は、上流ＮＯｘセンサ出力のオフセット定数であり、”f_i”は、i番目の周波数成分の周波数であり、”N”はサンプル数であり、”Δf”及び”ΔT”は、それぞれサンプル周波数及びサンプル時刻であり、”Δf=1/ΔT”の関係がある。
また、上記式（４−２）において、”NOx_DW_hat_i”は、下流ＮＯｘ推定値のi番目の周波数成分であり、”A_{dw_i}”及び”B_{dw_i}”は、i番目の周波数成分の振幅であり、”C_dw”は、下流ＮＯｘ推定値のオフセット定数である。

図４を参照して説明したように、ＳＣＲ触媒に流入したＮＯｘは、全ての周波数成分に対しほぼ等しい割合でＳＣＲ触媒によって還元されるとの仮定が妥当であると考えられる。これは、図８に示すような、全ての周波数の入力に対して等しいゲイン特性（定常ゲイン特性）を有する浄化係数Kscrによって、上記式（１）と同様の関係式が、フーリエ級数で展開した上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UP及び下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatに対して成立することを意味する。したがって、下記式（５）が導出される。

また、上記式（５）から下記式（６）が導出される。すなわち、両辺の各フーリエ成分に対しても浄化係数Kscrを用いて上記式（１）と同じ関係式が成立する。

したがって、下記式（７−１）〜（７−２）に示すように、図７において上限周波数faH及び下限周波数faLで特定される領域Ａ内の周波数成分の和に対しても、式（１）の関係は成立する。なお、下記式（７−１）及び（７−２）において、iaL=faL/Δf、iaH=faH/Δfとする。

このうち、上記式（７−３）は、図９に示すような領域Ａを通過帯域としたバンドパスフィルタによって下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hat及び上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UPから領域Ａ内の周波数成分NOx_DW_hat_a,NOx_UP_aを抽出し、これらを用いて同定された浄化係数Kscrの値は、フィルタを通していない値NOx_DW_hat,NOx_UPを用いて同定した値と一致することを意味する。

上述のように、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxには、低周波数側にＮＨ_３スリップによる周波数成分が多く含まれており、これが実施例１の推定精度を低下させる要因となっている。これに対し上記式（７−３）は、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxからこのような低周波数側のスペクトルを阻止することにより、推定精度を向上できることを示唆する。以下、このような原理に基づいてＮＯｘセンサ出力値Ynoxを下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatと下流ＮＨ推定値NH3_DW_hatに精度良く分離する実施例２の分離フィルタ３２Ｂの具体的な構成について説明する。

図１０は、実施例２の分離フィルタ３２Ｂの構成を示すブロック図である。
分離フィルタ３２Ｂは、浄化係数同定器３２１Ｂと、下流ＮＯｘセンサ出力値用の過渡抽出フィルタ３２２Ｂと、上流ＮＯｘセンサ出力値用の過渡抽出フィルタ３２３Ｂと、乗算器３２４Ｂ，３２５Ｂと、加算器３２６Ｂとを備える。

乗算器３２５Ｂは、上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UPに、浄化係数同定器３２１Ｂにより同定された浄化係数Kscrを乗算し、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatを算出する（下記式（８−１）参照）。また、加算器３２６Ｂは、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxから下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatを減算することにより、下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatを算出する（下記式（８−２）参照）。

過渡抽出フィルタ３２２Ｂは、下記式（９）に示すような演算を行うことにより、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxのフィルタ値Ynox_fを算出する。ここで、下記式（９）におけるフィルタ係数a1〜a4,b1〜b5は、図７の領域Ａ、すなわちＮＯｘセンサの出力のうちＮＨ_３のスペクトルが十分に低下するとみなせる周波数faLを下側カットオフ周波数とし、ＮＯｘセンサの出力のうちＮＯｘのスペクトルが十分に低下するとみなせる周波数faHを上側カットオフ周波数としたバンドパスフィルタ特性が得られるような値に設定される。

過渡抽出フィルタ３２３Ｂは、下記式（１０）に示すような演算を行うことにより、上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UPのフィルタ値NOx_UP_fを算出する。この過渡抽出フィルタ３２３Ｂにおけるフィルタ係数は、上記過渡抽出フィルタ３２３Ｂにおけるものと同じ値を用いることが好ましい。

なお、上記過渡抽出フィルタ３２２Ｂ，３２３Ｂは、定常成分を阻止しかつドライバによる駆動力の増減要求に対応した周波数帯域を通過させるものであれば、バンドパスフィルタに限らずハイパスフィルタであってもよい。

乗算器３２４Ｂは、下記式（１１）に示すように、上流ＮＯｘセンサ出力値のフィルタ値NOx_UP_fに浄化係数同定器３２１Ｂにより同定された浄化係数Kscrを乗算することにより、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatのフィルタ値に相当する値NOx_DW_f_hatを算出する。

浄化係数同定器３２１Ｂは、ＮＯｘセンサ出力値のフィルタ値NOx_UP_fと下流ＮＯｘ推定値のフィルタ値に相当する値NOx_DW_f_hatとの誤差eid（下記式（１２−１）参照）の二乗が最小になるように浄化係数Kscr(k)の値を同定する。この浄化係数Kscr(k)の値を同定するアルゴリズムとしては、上記実施例１と同様に、例えば、下記式（１２−２）〜（１２−４）で示される逐次型最小２乗法アルゴリズムが用いられる。

図１１は、実施例２の分離フィルタのシミュレーション結果を示す図である。
図１１には、上段から順に車速、ＳＣＲ触媒の下流側の実ＮＨ_３濃度、下流側のＮＯｘ濃度（ＮＯｘセンサ出力と実ＮＯｘ濃度を比較）、フィルタ値（ＮＯｘセンサ出力値のフィルタ値Ynox_fと下流ＮＯｘ推定値のフィルタ値に相当する値NOx_DW_f_hatとを比較）、浄化係数Kscr、下流側のＮＯｘ濃度（実ＮＯｘ濃度と下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatを比較）、並びに下流側のＮＨ_３濃度（実ＮＨ_３濃度と下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatを比較）を示す。

実施例２の分離フィルタによれば、過渡抽出フィルタを組み合わせることにより、ＮＯｘセンサの出力値YnoxにおけるＮＨ_３スリップの影響を抑制し、浄化係数Kscrの同定挙動を安定化させることに成功している。また、図６と比較して明らかなように、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatと実ＮＯｘ濃度とはほぼ一致し、下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatと実ＮＨ_３濃度もほぼ一致しており、高い精度で推定値NOx_DW_hat,NH3_DW_hatを算出することに成功している。

ここで、実施例１の分離フィルタの有効性について詳細に検討する。
先ず、実施例２の分離フィルタでは、過渡抽出フィルタを用いることにより、ＮＯｘセンサ出力値YnoxからＮＨ_３スリップによる影響を阻止したフィルタ値Ynox_fを算出した上で、このフィルタ値を用いて浄化係数Kscrの値を同定する。このように、実施例２の分離フィルタでは、ＮＯｘセンサの出力値からＮＨ_３の影響を積極的に除去するプロセスを含むことが明確である。これに対し実施例１の分離フィルタでは、ＮＯｘセンサの出力値からＮＨ_３の影響を積極的に除去するプロセスを含むことが明確でないにも関わらず、図６を参照して説明したように、十分な効果を奏するものとなっている。これは、以下のような理由によるものと考えられる。

図１２は、浄化係数Kscrのゲイン特性を示す図である。
上記式（１）や（５）を参照して説明したように、ＳＣＲ触媒に流入したＮＯｘは、全ての周波数成分に対しほぼ等しい割合でＳＣＲ触媒によって還元されるとの仮定が妥当であるとして、浄化係数Kscrは図１２中、実線で示すように全ての周波数の入力に対して等しいゲイン特性を有するものとした。しかしながら、実際のＳＣＲ触媒では、ガス流れの特性や化学反応による遅れ特性などによって、高周波数側の入力に対する浄化率は低くなる。すなわち、制御対象であるＳＣＲ触媒は入力に対しローパス特性を有しており、したがって実際の浄化係数Kscrは、図１２中、破線で示すように高周波数側で低下するゲイン特性を有することを意味する。

一方、一般的な制御対象の伝達関数G(z)は、多項式の伝達関数A(z)及びB(z)を用いて下記式（１３）のように表される。ここで、”z”はＺ変換演算子である。

このような伝達関数で表された制御対象に対し、ある出力値とその推定値の誤差を最小とするように制御対象のモデルパラメータを同定するアルゴリズムには、一般的に、次式（１４）で表されるような重み特性Wを有する。ここで、”N”は、同定に使用する入出力データ数である。

これはすなわち、制御対象がローパス特性を有する場合、同定アルゴリズムの重み特性Wはハイパス特性となることを意味する。すなわち、この同定アルゴリズムに入力される同定誤差の周波数が高くなるほど、そのモデルパラメータへ与える影響は大きくなり、反対に、同定誤差の周波数が低くなるほど、そのモデルパラメータへ与える影響が小さくなる（図１３参照）。

これを実施例１の浄化係数同定器３２１Ａに当てはめると、浄化係数同定器３２１Ａでは、式（３−１）〜（３−４）に示すアルゴリズムによって同定誤差eid’を最小にする際、すなわち図７において実線に相当するＮＯｘセンサ出力値Ynoxと２点鎖線に相当する下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatとの誤差を最小にする際、ＮＯｘセンサ出力にＮＨ_３の周波数成分を殆ど含まない高周波数側に重みを置いて浄化係数Kscrの値を同定することに相当する。すなわち、浄化係数同定器３２１Ａは、制御対象にローパス特性があることを利用して、ＮＯｘセンサ出力値YnoxのうちＮＨ_３の周波数成分を多く含んだ低周波数側よりも高周波数側に重みを置いて浄化係数Kscrの値を同定するため、図６を参照して説明したように十分な分離効果が得られたものと考えられる。

＜ＳＣＲ触媒状態推定器＞
図２に戻って、ＳＣＲ状態推定器３３で行う演算の具体的な手順について説明する。
ＳＣＲ状態推定器３３は、以下に示す手順により、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３ストレージ量推定値ST_nh3_hat及びＮＯｘ浄化率推定値ItaNOx_hatを算出する。

推定器３３は、先ず、下記式（１５）に示すように、前回のＮＨ_３ストレージ量推定値ST_nh3(k-1)に今回のＮＨ_３噴射量Gnh3(k)を加算し、さらに前回のＮＨ_３消費量Gnh3_cns(k-1)を減算することにより、ＳＣＲ触媒における有効ＮＨ_３量Gnh3_scr(k)を算出する。この有効ＮＨ_３量Gnh3_scrは、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘの還元に寄与し得るＮＨ_３の量に相当する。

またここで、ＮＨ_３消費量Gnh3_cns(k)は、下記式（１６）により、フィードフォワード入力値Gnh3_ff又は有効ＮＨ_３量Gnh3_scrが用いられる。より具体的には、有効ＮＨ_３量Gnh3_scrがフィードフォワード入力値Gnh3_ff以上である場合には、ＳＣＲ触媒にはＮＯｘを浄化するために必要な量のＮＨ_３が吸着されていることを意味し、したがって、フィードフォワード入力値Gnh3_ffがＮＨ_３消費量Gnh3_cnsに相当する。また、有効ＮＨ_３量Gnh3_scrがフィードフォワード入力値Gnh3_ffより小さい場合には、ＳＣＲ触媒にはＮＯｘを浄化するために必要な量のＮＨ_３が吸着されていないことを意味し、したがって有効ＮＨ_３量Gnh3_scrがＮＨ_３消費量Gnh3_cnsに相当する。

次に推定器３３は、ＳＣＲ触媒で吸着できるＮＨ_３量の最大値、すなわちＮＨ_３ストレージ量の最大値に相当する最大ストレージ容量の推定値ST_nh3_cap(k)を算出する。この最大ストレージ容量推定値ST_nh3_capは、例えば、触媒温度センサの出力値Tscrを引数として、例えば図１４に示すようなマップを検索することで算出できる。図１４に示すように、一般的なＳＣＲ触媒の最大ストレージ容量は、触媒温度が上昇するに従い低下する。

次に推定器３３は、算出した有効ＮＨ_３量Gnh3_scr(k)と最大ストレージ容量推定値ST_nh3_cap(k)との大小を比較することにより、ＮＨ_３ストレージ量推定値ST_nh3(k)を算出する。より具体的には、Gnh3_scr(k)がST_nh3_cap(k)以上である場合にはST_nh3(k)=ST_nh3_cap(k)となり、Gnh3_scr(k)が0以上ST_nh3_cap(k)未満である場合にはST_nh3(k)=Gnh3_scr(k)となり、Gnh3_scr(k)が0未満である場合には、ST_nh3(k)=0となる（下記式（１７）参照）。すなわち、ＮＨ_３ストレージ量推定値ST_nh3(k)の上限値はST_nh3_cap(k)であり、下限値は0となっている。

推定器３３は、算出した有効ＮＨ_３量Gnh3_scrと最大ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_capとに基づいて、下記式（１８−１）及び（１８−２）により、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ_３ストレージ率R_nh3_st(k)を算出する。このＮＨ_３ストレージ率R_nh3_stは、下記式（１８−１）に示すように最大ＮＨ_３ストレージ容量に対する有効ＮＨ_３量の割合に相当し、０〜１の間の値となる。

次に推定器３３は、算出したＮＨ_３ストレージ率R_nh3_st(k)を引数として、例えば図１５に示すようなマップを検索することにより、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能の高さを示す指標の１つとなるＮＨ_３ストレージ係数Kita_st(k)を算出する。図１５に示すように、ＮＨ_３ストレージ率が大きくなるほど、ＮＨ_３ストレージ係数も大きくなり、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能も高くなる。

次に推定器３３は、触媒温度センサ出力値Tscrを引数として、例えば図１６に示すようなマップを検索することにより、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能の高さを示す基本的な指標となる基準ＮＯｘ特性係数ItaNOx_base(k)を算出する。図１６に示すように、一般的なＳＣＲ触媒では、その温度が約１３０℃程度の活性温度以下ではＮＯｘ浄化性能はほぼ無く、この活性温度以上では約２５０℃程度の最適温度においてＮＯｘ浄化性能が最大となる。

次に推定器３３は、図示しない処理により算出された排ガスボリュームVexを引数として、例えば図１７に示すようなマップを検索することにより、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能の高さを示す指標の１つとなるガスボリューム係数Kita_vex(k)を算出する。図１７に示すように、排ガスボリュームが大きくなるほど、ガスボリューム係数は小さくなり、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能も低くなる。

次に推定器３３は、次元の異なる３つのパラメータ触媒温度Tscr、ＮＨ_３ストレージ率R_nh3_st、排ガスボリュームVexから算出された係数ItaNOx_base,Kita_st,Kita_vexを下記式（１９）に示すように掛け合わせることにより、最終的なＮＯｘ浄化率推定値ItaNOx_hat(k)を算出する。

＜フィードフォワードコントローラ＞
図２に戻って、フィードフォワードコントローラ３４で行う演算の具体的な手順について説明する。
フィードフォワードコントローラ３４は、以下に示す手順により、フィードフォワード入力の値Gnh3_ffを算出する。

コントローラ３４は、先ず、下記式（２０）により、ＳＣＲ触媒において浄化可能なＮＯｘの量に相当する浄化可能ＮＯｘ量RedNOxを算出する。浄化可能ＮＯｘ量RedNOxは、ＮＯｘ浄化率推定値ItaNOx_hat(k)（式（１７）参照）と、ＮＯｘ比重Rnoxと、排ガスボリュームVexと、上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UPとを掛け合わせることによって算出される。

コントローラ３４は、この浄化可能ＮＯｘ量RedNOxに、ＮＯｘを還元するために必要なＮＨ_３量を算出するための変換係数Knox_nh3を掛けたものをフィードフォワード入力Gnh3_ffとする（下記式（２１）参照）。この変換係数Knox_nh3は、基本的には時間変化しない定数値（例えば、０．５６）が用いられる。ただし、ＳＣＲ触媒で還元できるＮＯｘの量は、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯ_２とＮＯの比によっても変わるため、例えば、ＳＣＲ触媒の上流側の酸化触媒で生成されるＮＯ_２の量に応じて上記変換係数Knox_nh3を変更するようにしてもよい。

＜ＮＨ_３ストレージコントローラ＞
次に、ＮＨ_３ストレージコントローラ３６で行う演算の具体的な手順について説明する。
ＮＨ_３ストレージコントローラ３６は、以下に示す手順によりＮＨ_３ストレージ量推定値ST_nh3_hatに対する目標値に相当する目標ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_trgtを設定するとともに、推定値ST_nh3_hatをこの目標値ST_nh3_trgtに維持するためのストレージ補正入力Gnh3_stを算出する。以下、目標ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_trgtを設定する手順、ストレージ補正入力Gnh3_stを算出する手順を順に説明する。

図１８は、ＳＣＲ触媒の温度と最大ＮＨ_３ストレージ量との関係を示す図である。図１８中、破線は最大ＮＨ_３ストレージ量に相当し、実線はこのような特性の最大ＮＨ_３ストレージ量に対して設定される目標ＮＨ_３ストレージ量に相当する。
図１８に示すように、最大ＮＨ_３ストレージ量は温度が上昇するに従って小さくなる特性がある。また、図１８の例では、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が極大となるＳＣＲ触媒の最適温度は、約２５０℃となっている。以下、ＮＨ_３ストレージ量の好ましい大きさについて、ＳＣＲ触媒の温度が高負荷運転時（最適温度以上である場合）と低負荷運転時（最適温度未満である場合）とに分けて説明する。

リーンバーンエンジンでは、運転負荷が高くなるとフィードＮＯｘ量が増加するため、ＳＣＲ触媒に要求されるＮＯｘ浄化率も高くなる。先に図１５を参照して説明したように、ＮＨ_３ストレージ量の大きさから見るとＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率は、ＮＨ_３ストレージ量が最大となったときに最も高くなることから、ＮＯｘ浄化率を最大化するにはＮＨ_３ストレージ量を最大ＮＨ_３ストレージ量に維持する方が好ましい。フィードＮＯｘが増大する高負荷運転時は、エンジンの排気温度も上昇することから、ＳＣＲ触媒の温度も上昇する。このため、高負荷運転時におけるＮＯｘ浄化率を最大化するため、目標ＮＨ_３ストレージ量は、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が最大となる最適温度以上では、その温度（触媒温度センサ出力値Tscr）に応じた最大ＮＨ_３ストレージ量に設定する。

図１８に示すように、最適温度以上での触媒温度に応じた最大ＮＨ_３ストレージ量の変化の傾きは、最適温度未満よりも緩やかになっている。したがって、このような条件では、例えば急加速によってＳＣＲ触媒の温度が急激に上昇しても最大ＮＨ_３ストレージ量が大幅に減少することはない。したがって、最適温度以上において、ＮＨ_３ストレージ量を最大ＮＨ_３ストレージ量に制御していたとしても、ＳＣＲ触媒の急激な昇温によって、下流のＮＨ_３濃度が過度に上昇することもない。

リーンバーンエンジンでは、低負荷運転時のフィードＮＯｘは非常に少なくなることから、ＳＣＲ触媒に要求されるＮＯｘ浄化率は、上記高負荷運転時ほど高くはない。一方、エンジンの運転条件が低負荷から高負荷へ急激に変化すると、エンジンの排気温度も急上昇し、これに伴ってＳＣＲ触媒の温度も急上昇する。このとき、最適温度未満においてもＮＨ_３ストレージ量をＳＣＲ触媒の温度に応じた最大ＮＨ_３ストレージ量に設定すると、温度上昇に伴う最大ＮＨ_３ストレージ量の急激な低下によって、ＳＣＲ触媒に吸着されていたＮＨ_３が急激に放出され、ＳＣＲ触媒の下流のＮＨ_３濃度が上昇してしまうおそれがある。このことから、要求ＮＯｘ浄化率のさほど高くない低負荷運転時には、急激なＳＣＲ触媒の温度の上昇を伴う運転（急加速、登坂、フィルタ再生など）に備えて、目標ＮＨ_３ストレージ量は、最適温度のときの最大ＮＨ_３ストレージ量となるように設定する。

コントローラ３６は、目標ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_trgtを決定するために図１８に示すマップを検索するための引数として、触媒温度センサ出力値Tscr(k)と、触媒温度予測値Tscr_pre(k)とを準備する。このうち、触媒温度予測値Tscr_pre(k)は、将来のＳＣＲ触媒の温度の推定値に相当し、センサ出力値Tscrやエンジンの運転状態などに基づいて図示しない処理により算出される。より具体的には、触媒温度予測値Tscr_pre(k)は、例えば、現在のセンサ出力値Tscrから所定のアルゴリズムに基づいて外挿して得られる基本値に、ＳＣＲ触媒より上流側の装置の温度を所定の遅れモデルに入力することで得られるヒートマス上昇分を加えることにより算出される。

コントローラ３６は、センサ出力値Tscr(k)を引数として図１８のマップを検索することで得られた目標最大ＮＨ_３ストレージ量ST_NH3_p(k)と、触媒温度予測値Tscr_pre(k)を引数として図１８のマップを検索することで得られた目標最大ＮＨ_３ストレージ量ST_NH3_a(k)とを比較し、これらのうち小さい方を目標最大ＮＨ_３ストレージ量として確定する（下記式（２２）参照）。

以上のように、センサ出力値Tscrと触媒温度予測値Tscr_preとの２つの引数を用い、さらに小さい方を目標最大ＮＨ_３ストレージ量とすることにより、例えばＳＣＲ触媒の温度の急上昇する前に尿素水噴射量を低減させ、ＳＣＲ触媒上に吸着されていたＮＨ_３をＮＯｘの浄化に使用できる。

次に、以上のようにして算出された目標ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_trgtを用いてストレージ補正入力Gnh3_stを算出する手順について説明する。上述のように本実施形態では、３つのコントローラ３４，３５，３６で算出された入力値Gnh3_ff,Gnh3_fb,Gnh3_stを用いて最終的なＮＨ_３噴射量Gnh3を算出する。このうち、ＮＨ_３ストレージコントローラ３６と、後述のフィードバックコントローラ３５とは、互いに干渉する場合がある。このため、ＮＨ_３ストレージコントローラ３６では、フィードバックコントローラ３５との干渉が回避されるようにするため、偏差入力の減衰特性を指定できるスライディングモード制御アルゴリズムによってストレージ補正入力Gnh3_stを決定する。

コントローラ３６は、ＮＨ_３ストレージ量推定値ST_nh3_hatから目標最大ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_trgtを減算することにより、偏差入力E_stを算出する（下記式（２３）参照）。

次に、コントローラ３６は、低ゲイン値Vpole_st_Lと高ゲイン値Vpole_st_Hとで持ち替えられる切換関数設定パラメータVpole_st（下記式（２４−１）参照）によって、切換関数σ_stを算出する（下記式（２４−２）参照）。

上記式（２４−１）において、”F_FB_PRIOR”は、フィードバックコントローラ優先フラグであり、後述のフィードバックコントローラによって適宜切り替えられる。すなわち、フィードバックコントローラ優先フラグF_FB_PRIORが”0”である場合は、切換関数設定パラメータVpole_stは、高ゲイン値Vpole_st_H（例えば、−０．４）に設定され、フラグF_FB_PRIORが”1”である場合には、フィードバックコントローラ３５の入力を優先すべく、ＮＨ_３ストレージコントローラ３６の切換関数設定パラメータVpole_stは、低ゲイン値Vpole_st_L（例えば、−０．９８）に持ち替えられる。

後に詳述するように、フィードバックコントローラ優先フラグF_FB_PRIORは、下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatが過大になったときや、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatがその目標値から大きく離間したときなどに”0”から”1”にセットされる（後述の式（３４）参照）。ＮＨ_３ストレージコントローラ３６では、このような場合にはパラメータVpole_stの値を低ゲイン値Vpole_st_Lに持ち替えて偏差入力E_stの抑制速度を落とし、フィードバックコントローラ３５による尿素水噴射量を低減する制御を優先させることによって、両者の干渉を抑制する。

コントローラ３６は、以上のように設定された切換関数σ_stを用いて、到達則入力Gnh3_st_rchと適応則入力Gnh3_st_adpを算出し（下記式（２５−２）、（２５−３）参照）、これらを合わせたものをストレージ補正入力Gnh3_stとして算出する（下記式（２５−１）参照）。

＜フィードバックコントローラ＞
図２に戻って、フィードバックコントローラ３５で行う演算の概念及びその具体的な手順について説明する。
上述のように分離フィルタは、上流ＮＯｘと下流ＮＯｘの相関を利用し、ＮＯｘセンサ出力Ynoxから、下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatと下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatを抽出する。このため、精度良くNH3_DW_hatとNOx_DW_hatを抽出するためには、上流ＮＯｘが変動している必要がある。換言すれば、車両が完全なクルーズ状態になってしまうと、分離フィルタはＳＣＲ触媒下流にＮＨ_３とＮＯｘのどちらが排出されているかを判別することができない。

このことから、フィードバックコントローラは、車両が加減速を行う過渡条件では、ＳＣＲの目標ＮＯｘ浄化率に基づき目標下流ＮＯｘ濃度NOx_DW_trgtを設定し、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatがNOx_DW_trgtとなるようにフィードバック入力Gnh3_fbを算出する。また同時に、下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_trgtとなるようにも入力Gnh3_fbを算出する。このとき、入力Gnh3_fbは、スライディングモードコントローラによって算出される。一方、クルーズ運転時は、分離フィルタの精度が低下するため、極値探索コントローラによって、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxが最小（下流ＮＨ_３と下流ＮＯｘの加算値が最小）となるように入力Gnh3_fbを算出する。

したがって、フィードバックコントローラでは、エンジンが過渡状態にあるかクルーズ状態にあるかを判断し、過渡状態にある場合はスライディングモードコントローラによって入力Gnh3_fbを決定し、クルーズ状態にある場合は極値探索コントローラによって入力Gnh3_fbを決定する。

先ず、コントローラ３５は、エンジン（車両）の運転状態を過渡運転状態とクルーズ運転状態とに二分し、現在の運転状態がどちらに属するかを逐次判断する。より具体的には、コントローラ３５は、過渡運転状態であることを示す指標となる過渡判断パラメータPtrを、下記式（２６−１）に示すように、排気ボリュームVexの変化から算出する。ここで、”Fgt_tr”は、過渡判断パラメータを定義するために設定される忘却係数であり、例えば、０．９９５となっている。コントローラ３５は、過渡判断パラメータPtrが所定の閾値Th_Ptr以上である場合には、過渡運転状態であると判断し過渡条件フラグF_transを”1”にセットし、過渡判断パラメータPtrが閾値Th_Ptrより小さい場合には、クルーズ運転状態であると判断し過渡条件フラグF_transを”0”にリセットする。

さらにコントローラ３５は、下記式（２７）に示すように、過渡運転状態である場合（F_trans=1）にはスライディングモードコントローラで算出された入力値Gnh3_smc(k)をフィードバック入力Gnh3_fb(k)とし、クルーズ運転状態である場合（F_trans=0）には極値探索コントローラで算出された入力値Gnh3_exs(k)をフィードバック入力Gnh3_fb(k)とする。換言すれば、過渡運転状態である場合にはフィードバックコントローラによって、クルーズ運転状態である場合には極値探索コントローラによってフィードバック入力Gnh3_fbを算出する。

＜フィードバックコントローラ（過渡運転時）＞
過渡運転時（F_trans=1）におけるフィードバックコントローラの演算の手順について説明する。すなわち、スライディングモードコントローラによりフィードバック入力Gnh3_smcを算出する手順について説明する。スライディングモードコントローラは、以下に示す手順により、ＮＯｘ浄化率の向上とＮＨ_３スリップの抑制とを両立するような入力Gnh3_smcを算出する。

先ず、スライディングモードコントローラにおける目標ＮＯｘ浄化率を算出する手順について説明する。ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率は、図１５を参照して説明したように、ＮＨ_３ストレージ率が高いほど高くなる。したがって、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ_３ストレージ量が図１８を参照して説明した目標ＮＨ_３ストレージ量に維持された状態は、ＮＯｘ浄化率から見て尿素水噴射制御によって実現しうる最適な状態であると言える。したがって、ＮＨ_３ストレージ量が目標ＮＨ_３ストレージ量に維持された状態におけるＮＯｘ浄化率を目標ＮＯｘ浄化率とする。

より具体的には、コントローラは、触媒温度センサ出力値Tscrを引数として図１８に示すようなマップを検索することにより目標ＮＨ_３ストレージ量を算出し、これを理想ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_ideal(k)と定義する。コントローラは、この理想ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_ideal(k)を用いて、下記式（２８）により理想ＮＨ_３ストレージ率R_nh3_st_idelを算出する。

コントローラは、この理想ＮＨ_３ストレージ率R_nh3_st_idealを引数として図１５に示すマップを検索することによりＮＨ_３ストレージ係数を算出し、これを理想ＮＨ_３ストレージ係数Kita_st_idealと定義する。目標ＮＯｘ浄化率ItaNOx_trgt(k)は、下記式（２９）に示すように、基準ＮＯｘ特性係数ItaNOx_base、排ガスボリューム係数Kita_vex、及び理想ＮＨ_３ストレージ係数Kita_st_ideal掛け合わることにより算出される。

なお、この目標ＮＯｘ浄化率に対応するＳＣＲ触媒の下流側の目標濃度（以下、下流ＮＯｘ目標値）NOx_DW_trgtは、上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UPを用いて下記式（３０）により算出される。

次に、スライディングモードコントローラにおける偏差入力について説明する。このスライディングモードコントローラには、分離フィルタにより算出された２つの推定値NOx_DW_hat及びNH3_DW_hatが入力される。そこで、このコントローラでは、各推定値NOx_DW_hat,NH3_DW_hatに対し、下記式（３１−１）、（３２−２）に示すように下流ＮＯｘ偏差Enox(k)及び下流ＮＨ_３偏差Enh3(k)を定義する。ただし、下流ＮＯｘ偏差Enox(k)の定義では、NOx_DW_hatがNOx_DW_trgtよりも大きくなった場合には尿素水噴射量が増大側に調整されるように、通常の偏差の定義に対し符号を反転させている。

図１９は、上記下流ＮＨ_３偏差Enh3における下流ＮＨ_３濃度目標値NH3_DW_trgtを算出するマップの一例を示す図である。
下流ＮＨ_３濃度目標値NH3_DW_trgtは、図１８を参照して説明した目標ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_trgtと対応するように定められる。上述のように、目標ＮＨ_３ストレージ量ST_nh3_trgtは、触媒温度が最適温度以上である場合にはその時の最大ＮＨ_３ストレージ量とほぼ同じ値に設定され、触媒温度が最適温度より低い場合にはその時の最大ＮＨ_３ストレージ量より小さな値に設定される。
これに対応して、下流ＮＨ_３濃度目標値NH3_DW_trgtは、温度センサ出力値Tscrが最適温度以上である場合には、ＮＨ_３ストレージ量が最大ＮＨ_３ストレージ量に確実に維持されるように、０より僅かに大きな値（例えば、８ｐｐｍ程度）に設定され、温度センサ出力値Tscrが最適温度より低い場合には、ＮＨ_３ストレージ量が最大ＮＨ_３ストレージ量より確実に少なくなるように、０に設定される。

スライディングモードコントローラは、２つの偏差Enox,Enh3に基づいて、下記式（３２）に示すような単一の偏差入力E_fb(k)を定義する。本実施形態では、ＮＨ_３スリップの抑制を優先するべく、偏差Enh3が所定の閾値TH_NH3_SLIP_L以上である場合には、下流ＮＨ_３偏差Enh3を偏差入力E_fbとし、偏差Enh3が閾値TH_NH3_SLIP_Lより小さい場合には、下流ＮＯｘ偏差Enoxを偏差入力E_fbとする。

図２０は、スライディングモードコントローラにおける切換関数σ_fbの設定を模式的に示す図である。
スライディングモードコントローラは、下流ＮＨ_３偏差の大きさに応じて低ゲイン値Vpole_fb_L（例えば、-0.98）と高ゲイン値Vpole_fb_H（例えば、-0.6）とで持ち替えられる切換関数設定パラメータVpole_fbを用いて、下記式（３３−２）に示すように切換関数σ_fbを定義する。下記式（３３−１）に示すように、下流ＮＨ_３偏差Enh3が比較的小さく、分離フィルタの推定精度がさほど高くないと考えられる場合、より具体的には、下流ＮＨ_３偏差Enh3が閾値TH_NH3_SLIP_Lと閾値TH_NH3_SLIP_Hの間にある場合には、偏差入力E_fb(k)の収束挙動が遅くなるように、切換関数設定パラメータVpole_fbは、比較的小さな低ゲイン値Vpole_fb_Lに持ち替えられる。

スライディングモードコントローラは、以上のように定義された切換関数σ_fb(k)を用いて、下記式（３４−１）〜（３４−３）によりフィードバック入力Gnh3_smcを算出する。

さらに、スライディングモードコントローラは、ＳＣＲ触媒の下流に過大なＮＯｘが排出された場合、又は過大なＮＨ_３が排出された場合には、ＮＨ_３ストレージコントローラの入力Gnh3_stよりもフィードバック入力Gnh3_fbを優先させるべく、フィードバックコントローラ優先フラグF_FB_PRIORを1にセットする。より具体的には、コントローラは、下流ＮＯｘ偏差Enoxが閾値NOx_DW_HIGHより大きい場合又は下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatが閾値TH_NH3_SLIP_Hより大きい場合には、フラグF_FB_PRIORを1にセットし、それ以外の場合にはフラグF_FB_PRIORを0にセットする（下記式（３５）参照）。

＜フィードバックコントローラ（クルーズ運転時）＞
クルーズ運転時（F_trans=0）におけるフィードバックコントローラの演算の手順を説明する。すなわち、極値探索コントローラによりフィードバック入力Gnh3_exsを算出する手順について説明する。

図２１は、極値探索コントローラにおける演算の概念を説明するための図である。
図２１において、横軸はＳＣＲ触媒における有効ＮＨ_３量Gnh3_scr（式（１５）参照）であり、縦軸は下流側ＮＯｘセンサの出力値Ynoxである。図２１に示すように、ＮＯｘセンサの出力値Ynoxは、有効ＮＨ_３量Gnh3_scrに対し下に凸の特性を示す。ここで、出力値Ynoxが最小となる点にある状態から尿素水噴射量を増加側に補正し有効ＮＨ_３量Gnh3_scrを大きくすると、ＳＣＲ触媒ではＮＨ_３スリップが発生する。一方、出力値Ynoxが最小となる点にある状態から尿素水噴射量を減少側に補正し有効ＮＨ_３量Gnh3_scrを小さくすると、ＳＣＲ触媒ではＮＯｘ浄化率が低下し、浄化されずに下流側へ排出されるＮＯｘの量が増加する。すなわち、出力値Ynoxが最小となるように、有効ＮＨ_３量Gnh3_scrを最適値Gnh3_scr_optに調整することにより、ＮＨ_３スリップの抑制とＮＯｘ浄化率の向上との両立が実現される。

図２２は、極値探索コントローラ３５Ａの構成を示すブロック図である。
極値探索コントローラ３５Ａは、正弦波信号が重畳された加振入力Gnh3_wvと、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxが最小となるようにスライディングモードコントローラにより算出された最適入力Gnh3_optとを合算することによって、フィードバック入力Gnh3_exsを算出する（下記式（３６）参照）。

加振入力Gnh3_wv(k)は、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxの傾きを検出するための入力であって、例えば、所定の加振入力周波数fexsの正弦波信号に、所定の加振入力振幅Aexsを乗算することにより算出される（下記式（３７）参照）。この加振入力周波数fexsは、制御対象としてのＳＣＲ触媒の応答遅れを考慮して、十分に遅い周波数（例えば、0.05〜0.5[Hz]）に設定される。また、加振入力振幅Aexsは、過渡判断パラメータPtrを引数として、例えば図２３に示すようなテーブルを検索することで算出される。

クルーズ運転時におけるフィードＮＯｘ量はほぼ一定であることから、ＮＯｘセンサの出力値Ynoxのスペクトルは、定常成分に加え加振入力Gnh3_wvによる加振入力周波数fexsの成分を含んだものとなっている。極値探索コントローラ３５Ａは、図２２に示すように、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxから少なくとも定常成分を除いたフィルタ値Ynox_hpを算出し、このフィルタ値Ynox_hpと加振入力Gnh3_wvとの相関値Crを算出し、この相関値Crを偏差入力としてスライディングモードコントローラで最適入力Gnh3_optを算出する。以下、その具体的な演算手順について説明する。

極値探索コントローラ３５Ａは、下記式（３８）に示すような演算を行うことにより、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxから定常成分を除いたフィルタ値Ynox_hpを算出する。ここで、下記式（３８）におけるフィルタ係数a1_h〜a4_h,b1_h〜b5_hは、加振入力周波数fexsを通過帯域に含むハイパスフィルタ特性又はバンドパスフィルタ特性が得られるような値に設定される。

次に、極値探索コントローラ３５Ａは、下記式（３９−１）に示すように、フィルタ値Ynox_hpと加振入力Gnh3_wvとの積のサンプリング数Nexsにわたる移動平均値を算出し、これを相関値Crとする。ここで、移動平均は、加振入力Gnh3_wvの一周期分に相当するように、サンプリング数Nexsは、下記式（３９−２）に示すように設定される。

極値探索コントローラ３５Ａは、下記式（４０−１）〜（４０−５）に基づいて、相関値Crが最小となるように最適入力Gnh3_optを算出する。

ここで、式（４０−４）、（４０−５）に示すように、適応則入力Gnh3_opt_adpは、上限値Gnh3_opt_adp_Lと下限値Gnh3_opt_adp_Hの間に制限した。
これら上限値Gnh3_opt_adp_L及び下限値Gnh3_opt_adp_Hは、下記式（４１−１）〜（４１−４）で表される。式（４１−３）中の”Kgnh3_L”は下限係数であり、例えば0.4に設定される。また、式（４１−４）中の”Kgnh3_H”は上限係数であり、例えば2.0に設定される。この上限係数Kgnh3_Hの値は、固定値に限らずＳＣＲ触媒の温度や運転状態に応じて変化させてもよい。例えば、ＳＣＲ触媒の温度が２００℃近傍の場合には、配管内の尿素水の析出を防止するためより小さな値とする。また、触媒温度が高くなる高負荷運転時には、連続して大量の尿素水が噴射されることにより、インジェクタのソレノイドが過熱し故障するのを防ぐために、上限係数Kgnh3_Hをより小さな値に設定してもよい。

極値探索コントローラ３５Ａでは、このようにして適応則入力Gnh3_opt_adpを制限することにより、尿素水噴射量Gureaを下流ＮＯｘセンサの出力値が最小となるように維持する最適化処理と、尿素水の析出防止やインジェクタ保護のための尿素水噴射量Gureaを制限する処理とが干渉しないようにする。

＜尿素水噴射量算出部＞
図２に戻って、尿素水噴射量算出部３１における演算の手順について説明する。
尿素水噴射量算出部３１は、３つのコントローラ３４，３５，３６からの入力に基づいて、以下の手順によりＮＨ_３噴射量Gnh3を算出する。

尿素水噴射量算出部３１は、下記式（４２−１）に示すように、Gnh3_ffとGnh3_stとGnh3_fbとを合算することにより、第１暫定値Gnh3_temp1を算出する。尿素水噴射量算出部３１は、この第１暫定値Gnh3_temp1に対し、フィードフォワード入力Gnh3_ffに下限係数Kgnh3_L又は上限係数Kgnh3_Hを乗算して得られる噴射量下限値Gnh3_L（式（４２−２）参照）及び噴射量上限値Gnh3_H（式（４２−３）参照）で制限することにより、第２暫定値Gnh3_temp2を算出する（式（４２−４）参照）。

尿素水噴射量算出部３１は、噴射した尿素水が加水分解されて適切な量のＮＨ３が生成されるか否かを判断すべく、触媒温度センサ出力値Tscrが、所定の閾値Tscr_inj以上であるか否かを判断し、Tscrが閾値Tscr_inj以上である場合には第２暫定値Gnh3_temp2をＮＨ_３噴射量Gnh3とし、Tscrが閾値Tscr_injより小さい場合にはＮＨ_３噴射量を０とする（下記式（４３）参照）。ここで、閾値Tscr_injは、例えば、１８０〜２００℃程度に設定される。

尿素水噴射量算出部３１は、算出したＮＨ_３噴射量Gnh3に尿素水の濃度から定められる変換係数K_nh3_ureaを乗算することにより、尿素水噴射量Gureaを算出する（下記式（４４）参照）。

＜フローチャート＞
図２４及び図２５は、尿素水噴射制御の手順を示すフローチャートである。
Ｓ１では、尿素水噴射装置が正常であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはＳ２に移る。Ｓ２では、ＳＣＲ触媒が劣化した状態を示す劣化フラグF_SCR_NGが”0”であるか否かを判別する。この劣化フラグF_SCR_NGは、後述のＳ２２において更新される。Ｓ２の判別がＹＥＳの場合にはＳ３に移る。Ｓ３では、尿素水残量が所定値以上であるか否かを判別する。Ｓ３の判別がＹＥＳの場合にはＳ４に移る。Ｓ４では、酸化触媒の暖機時間が経過したか否かを判別する。Ｓ４の判別がＹＥＳの場合にはＳ５に移る。Ｓ５では、上流、下流ＮＯｘセンサ、及び触媒温度センサが正常であるか否かを判別する。Ｓ５の判別がＹＥＳの場合にはＳ６に移る。Ｓ６では、ＮＯｘセンサが活性に達したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、Ｓ１０に移る。これらＳ１〜Ｓ６の判別のうち、何れかがＮＯである場合には、Ｓ７に移り、尿素水噴射量Gureaを強制的に0とする。なお、Ｓ３の判別がＮＯである場合には、尿素水残量が不足した状態であることをドライバに報知すべく、警告灯を点灯した後に（Ｓ８）、Ｓ７に移る。

Ｓ１０では、過渡判断パラメータPtrを算出し、過渡条件フラグF_transを更新し（式（２６−１）、（２６−２）参照）、Ｓ１１に移る。Ｓ１１では、過渡条件フラグF_transが”1”であるか否かを判別する。Ｓ１１の判別がＹＥＳであり、過渡状態である場合には、Ｓ１２に移り、分離フィルタの演算を行う。より具体的には、すなわち浄化係数Kscrの値を更新するとともに、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hat及び下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatを算出し（式（１）〜（１２−４）参照）、Ｓ１３に移る。Ｓ１１の判別がＮＯであり、クルーズ状態である場合には、分離フィルタの演算を行うことなくＳ１３に移る。

Ｓ１３では、フィードフォワード入力Gnh3_ffを算出し（式（２０）〜（２１）参照）、Ｓ１４に移る。Ｓ１４では、ストレージ補正入力Gnh3_stを算出し（式（２２）〜（２５−３）参照）、Ｓ１５に移る。Ｓ１５では、フィードバック入力Gnh3_fbを算出し、Ｓ１６に移る。ここで、過渡状態である場合には、スライディングモードコントローラによって入力Gnh3_fbを算出し（式（２６−１）〜（３５）参照）、クルーズ状態である場合には、極値探索コントローラによって入力Gnh3_fbを算出する（式（３６）〜（４１−４）参照）。Ｓ１６では、尿素水噴射量Gureaを算出し、Ｓ２０に移る（式（４２−１）〜（４４）参照）。

Ｓ２０では、過渡条件フラグF_transが”1”であるか否かを判別する。Ｓ２０の判別がＮＯであり、クルーズ状態である場合には、Ｓ２１に移る。Ｓ２１では、極値探索コントローラにより算出された最適入力Gnh3_opt（式（４０−２）参照）が所定の故障判定閾値Gnh3_opt_AGDより小さいか否かを判別する。上述のように最適入力Gnh3_optは、ＮＯｘセンサの出力を最小化する入力となっている。これに対し、ＳＣＲ触媒の劣化が進行すると、有効ＮＨ_３量Gnh3_scrの最適値Gnh3_scr_opt（図２１参照）は小さくなり、最適入力Gnh3_optも小さくなる。このため、最適入力Gnh3_optは、ＳＣＲ触媒の劣化を判定するための指標の１つとなっている。そこで、Ｓ２１の判別がＹＥＳである場合には、ＳＣＲ触媒は正常であると判断し、この処理を終了する。Ｓ２１の判別がＮＯである場合には、ＳＣＲ触媒は劣化した状態であると判断し、Ｓ２２に移り、劣化警告灯を点灯し、さらに劣化フラグF_SCR_NGを”1”にセットし、この処理を終了する。

Ｓ２０の判別がＹＥＳであり、過渡状態である場合には、Ｓ２３に移る。Ｓ２３では、浄化係数Kscrが所定の故障判定閾値Kscr_AGDより大きいか否かを判別する。Ｓ２３の判別がＹＥＳである場合には、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能が低下したと判断し、Ｓ２２に移り、劣化警告灯を点灯し、この処理を終了する。Ｓ２３の判別がＮＯである場合には、Ｓ２４に移る。Ｓ２４では、下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatが所定の故障判定閾値NH3_AGDより大きく、かつ、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hatが所定の故障判定閾値NOx_AGDより大きいか否かを判別する。Ｓ２４の判別がＹＥＳである場合には、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能が低下したと判断し、Ｓ２２に移り、劣化警告灯を点灯し、この処理を終了する。Ｓ２４の判別がＮＯである場合には、ＳＣＲ触媒は正常であると判断し、この処理を終了する。

＜シミュレーション結果＞
以下、上記実施形態の効果を検証するために行った７つのシミュレーションの結果について説明する。
図２６は、各試験におけるシミュレーションの条件をまとめた図である。
試験１〜７では、フィードフォワードコントローラからの入力の有無、ＮＨ_３ストレージコントローラからの入力の有無、フィードバックコントローラからの入力の有無をシミュレーション条件として振り分けた。特にフィードバックコントローラでは、分離フィルタからの入力の有無、スライディングモードコントローラからの入力の有無、極値探索コントローラからの入力の有無をシミュレーション条件として振り分けた。また、システムに誤差が生じた場合におけるこれらコントローラの適応能力を検証するため、各試験では、尿素水インジェクタの品質もシミュレーション条件として振り分けることにより意図的に誤差を生じさせた。なお、尿素水インジェクタの上限品とは、その流量誤差が標準品に対し＋１５％となったものを指し、下限品とは、その流量誤差が標準品に対し−１５％となったものを指す。

図２７は、試験１のシミュレーション結果を示す図である。
試験１では、フィードフォワードコントローラ及びＮＨ_３ストレージコントローラからの入力のみを用いた。また、試験１では、尿素水インジェクタは標準品とした。
試験１のシステムでは、フィードバックコントローラの入力を切っているため、予め定められたエンジン条件に応じてフィードフォワード制御するのみであるが、尿素水インジェクタを標準品としておりシステム内に誤差要因は無いため、ＮＯｘ浄化率は、概ね目標ＮＯｘ浄化率ItaNOx_trgtに一致しており、理想的な状態が維持されると言える。

なお、所々（例えば、図２７中、時刻ｔ３参照）目標ＮＯｘ浄化率ItaNOx_trgtに対し実ＮＯｘ浄化率を下回る箇所がある。これは、車速が急激に低下し、ＳＣＲ触媒温度（センサ値Tscr）が低下したことによって最大ＮＨ_３ストレージ量が増加するものの、この急激な最大ＮＨ_３ストレージ量の増加に対しＮＨ_３ストレージ量の増加に遅れが生じたためである。また、このＮＨ_３ストレージ量の増加の遅れは、配管内の尿素水の析出を防止するために設定された噴射量上限Gnh3_Hが大きく落ち込むことにより、尿素水の噴射制限が働いたことが大きな要因であるため、許容せざるを得ない。
なお、システム内に誤差要因が無い場合であっても、ＳＣＲ触媒の温度が急激に上昇すると、僅かながらもＳＣＲ触媒からＮＨ_３がスリップする（例えば、図２７中、時刻ｔ１、ｔ２参照）。

図２８は、試験２のシミュレーション結果を示す図である。
試験２では、試験１と同様にフィードフォワードコントローラ及びＮＨ_３ストレージコントローラからの入力のみを用いた。ただし、尿素水インジェクタは上限品とした。
試験２のシステムでは、フィードバックコントローラの入力を切っているため、誤差が生じたとしてもこれを補償する入力が存在しない。このため、尿素水（ＮＨ_３）は指令値Gnh3よりも常に多く噴射されることとなる。したがって試験１（図２７参照）の結果と比較すると、ＮＯｘ浄化率はほぼ同程度まで達成できるが、ＮＨ_３スリップはクルーズ状態でも定常的に発生する。

図２９は、試験３のシミュレーション結果を示す図である。
試験３では、試験１と同様にフィードフォワードコントローラ及びＮＨ_３ストレージコントローラからの入力のみを用いた。ただし、尿素水インジェクタは下限品とした。
試験３のシステムも、フィードバックコントローラの入力を切っているため、誤差が生じたとしてもこれを補償する入力が存在しない。このため、尿素水（ＮＨ_３）は指令値Gnh3よりも常に少なく、したがって実ＮＨ_３ストレージ量とその推定値ST_nh3_hatとは大きく乖離する。結果としてＮＯｘ浄化率は、目標ＮＯｘ浄化率ItaNOx_trgtより低い状態が継続する。

図３０は、試験４のシミュレーション結果を示す図である。
試験４では、フィードフォワードコントローラ、ＮＨ_３ストレージコントローラ及びフィードバックコントローラのスライディングモードコントローラからの入力のみを用いた。なお、スライディングモードコントローラは、過渡状態及びクルーズ状態の両方で作動させた。また、試験４では、尿素水インジェクタは標準品とした。
試験４のシステムでは分離フィルタからスライディングモードコントローラへの入力を切っているため、スライディングモードコントローラでは、ＮＯｘセンサ出力値Ynoxを目標値NOx_DW_trgtに収束させるようにフィードバック入力Gnh3_fbを算出する。
この場合、図３０中、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３などに示すように、ＳＣＲ触媒の温度が急激に上昇することにより、一旦ＮＨ_３スリップが発生してしまうと、スライディングモードコントローラはＮＯｘセンサの出力Ynoxの増加をＮＯｘ浄化率の低下と誤認識し、これを補うべくフィードバック入力Gnh3_fbを増加させる。このとき、尿素水噴射量を増加させれば、ＮＨ_３スリップはさらに増大するため、結果としてＮＨ_３噴射量Gnh3はその上限値Gnh3_Hに張り付いた状態が継続し、過大なＮＨ_３スリップが発生する。

図３１は、試験５のシミュレーション結果を示す図である。
試験５では、フィードフォワードコントローラ、ＮＨ_３ストレージコントローラ及びフィードバックコントローラからの全ての入力を用いた。また、試験５では、尿素水インジェクタは標準品とした。
試験５のシステムでは、時間が経ち浄化係数Kscrの同定が進むにつれて、スライディングモードコントローラではＮＯｘのスリップとＮＨ_３のスリップとを適切に切り分けられるようになるので、ＮＨ_３スリップの発生（図３１中、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３参照）をＮＯｘ浄化率の低下と誤認識することによって尿素水噴射量を増加させることがない。このため、試験４の場合のように過大なＮＨ_３スリップが生じることもなく、またスリップするＮＨ_３の量も浄化係数Kscrの同定が進むにつれて少なくなる傾向がある。
また、時刻ｔ２以降又は時刻ｔ３以降のクルーズ状態では、上述のように分離フィルタの精度は維持されなくなるため、フィードバック入力Gnh3_fbの算出はスライディングモードコントローラから極値探索コントローラに切り換えられる。この場合であっても、時間の経過とともにＮＯｘセンサ出力値Ynoxの極値を適切に探り当て、ＮＯｘ浄化率を目標の値に維持しながらＮＨ_３スリップを抑制する。

図３２は、試験６のシミュレーション結果を示す図である。
試験６では、フィードフォワードコントローラ、ＮＨ_３ストレージコントローラ及びフィードバックコントローラからの全ての入力を用いた。ただし、尿素水インジェクタを上限品とした点で上記試験５と異なる。
試験６のシステムでは、＋１５％の噴射量誤差があるため、ＮＨ_３スリップの量は試験５の結果と比較すれば大きくなるものの、過大なスリップが生じることもなければ継続的なスリップが生じることもない。また、ＮＨ_３ストレージ量が不足することによってＮＯｘ浄化率が低下することもない。

図３３は、試験７のシミュレーション結果を示す図である。
試験７では、フィードフォワードコントローラ、ＮＨ_３ストレージコントローラ及びフィードバックコントローラからの全ての入力を用いた。ただし、尿素水インジェクタを下限品とした点で上記試験５と異なる。
試験７のシステムでは尿素水噴射量は指令値に対して常に少ないため、フィードバックコントローラからの入力が無ければ上記試験２の結果に示すように、ＮＨ_３ストレージ量はその目標値よりも少なくなる。これに対し、試験７のシステムでは、過大なＮＨ_３スリップを発生させることなく、ＮＨ_３ストレージ量をその目標値に復帰させることに成功している（図３３中、時刻ｔ１、ｔ２参照）。

＜分離フィルタの効果＞
次に、上述の分離フィルタ３２Ｂの効果について、より詳細に説明する。
図４を参照して説明したように、ＳＣＲ触媒の下流ＮＯｘ濃度のスペクトル分布は、概ね１〜２Ｈｚをピークとした上に凸の特性を示すのに対し、下流ＮＨ_３濃度のスペクトル分布は、下流ＮＯｘ濃度と比較すれば低周波数側にピークが寄っており、定常成分が最も大きくなっている。
このような考察のみに基づけば、例えば、周波数faLをカットオフ周波数としたローパスフィルタに下流側ＮＯｘセンサの出力値Ynoxを通過させることで得られる値を下流ＮＨ_３濃度の推定値とすることは妥当であると言える。この場合、ＮＯｘセンサの出力から図３４中ハッチングで示す領域が、ＮＨ_３成分として抽出されることとなる。しかしながら、図３４に示すように、この方法によってＮＯｘセンサの出力からＮＨ_３成分として抽出される成分には、ＮＨ_３のうちカットオフ周波数faLより高い周波数成分を含めることができないばかりか、ＮＯｘのうちカットオフ周波数faLより低い周波数成分が含まれることとなる。したがって、センサ出力にフィルタを通過させて得られる推定値が十分な精度を達成するには、運転条件は過渡状態の中でもさらに限られた運転状態に限られ、その他の条件では推定精度は著しく低下する。

これに対し、上述の分離フィルタ３２Ｂでは、過渡抽出フィルタ３２２Ｂ，３２３Ｂによって、下流ＮＯｘセンサ出力値Ynox及び上流ＮＯｘセンサ出力値NOx_UPから共にカットオフ周波数faLより低い周波数成分をハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタで阻止した上で、これらのフィルタ値から算出される同定誤差eid（式（１２−１）参照）が最小となるように浄化係数Kscrの値を同定し、下流ＮＯｘ推定値NOx_DW_hat及び下流ＮＨ_３推定値NH3_DW_hatを算出する。すなわち、分離フィルタ３２Ｂでは、単に下側カットオフ周波数がfaLのハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタに下流ＮＯｘセンサ出力値Ynoxを通過させて得られる値を下流ＮＯｘ推定値としているものではない。したがって、分離フィルタ３２Ｂによって下流ＮＯｘセンサの出力からＮＨ_３成分として抽出される領域は、図３５中ハッチングで示すように、低周波数成分から高周波数成分まで満遍なく含まれることとなる。すなわち、分離フィルタ３２Ｂは、低周波数域のＮＯｘ周波数成分を除去し、かつ上流ＮＯｘと相関の無いＮＨ_３の高周波数成分も含めるようにして、下流ＮＯｘセンサの出力からＮＨ_３成分を抽出することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
上記実施形態では、ＮＨ_３を還元剤とし、かつこの前駆体として尿素水をインジェクタで供給する尿素添加式の排気浄化システムに、本発明を適用した例を示したが、これに限るものではない。
例えば、インジェクタからは尿素水を供給せずに、ＮＨ_３ガスを直接供給するシステムに本発明を適用しても効果的である。また、ＮＯｘを還元するための還元剤はＮＨ_３に限るものではない。本発明は、ＮＯｘを還元するための還元剤として、ＮＨ_３の代わりに、例えば炭化水素（ＨＣ）を用いた排気浄化システムに適用することもできる。

また、ＳＣＲ触媒にＮＨ_３又は尿素水を供給する還元剤供給手段としては、上記実施形態における尿素水噴射装置２５のように貯蔵しておいた尿素水やＮＨ_３を供給するものに限らず、車両上で適宜生成するものを用いてもよい。より具体的には、例えばエンジンの混合気の空燃比をストイキよりリーンからストイキ又はストイキよりリッチへ間欠的に変化させることによって、ＳＣＲ触媒より上流側に設けられた酸化触媒や三元触媒上でＳＣＲ触媒に供給するＮＨ_３を適宜生成する技術が公知である。したがって、このようなエンジンの混合気の空燃比制御とＳＣＲ触媒の上流側に設けられた触媒とを組み合わせて必要に応じた量のＮＨ_３を生成する手段を、還元剤供給手段としてもよい。

１…エンジン（内燃機関）
１１…排気通路
２…排気浄化システム
２３…選択還元触媒
２５…尿素水噴射装置（還元剤供給手段）
２６…下流側ＮＯｘセンサ（排ガスセンサ）
２８…上流側ＮＯｘセンサ（上流側検出手段）
３…ＥＣＵ（故障判定手段）
３１…尿素水噴射量決定部（供給量決定手段）
３２，３２Ａ，３２Ｂ…分離フィルタ
３２１Ａ，３２１Ｂ…浄化係数同定器（同定手段）
３２２Ｂ，３２３Ｂ…過渡抽出フィルタ
３２２Ａ，３２５Ｂ…乗算器（下流側推定手段）
３２３Ａ，３２６Ｂ…加算器（分離手段）
３５…フィードバックコントローラ（供給量決定手段）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、ＮＨ_３の存在下で排気中のＮＯｘを浄化する選択還元触媒と、
   前記選択還元触媒にＮＨ_３又はその前駆体を供給する還元剤供給手段と、
   前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯｘとＮＨ_３を合わせた成分の濃度を検出する排ガスセンサと、を備えた車両の排気浄化システムであって、
   前記排ガスセンサの出力値から、前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯｘ濃度の推定値と前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＨ_３濃度の推定値とを同時に所定の制御周期ごとに算出する分離フィルタと、
   前記車両がクルーズ状態にある場合には前記排ガスセンサの出力値が極小になるように、前記車両がクルーズ状態以外の状態にある場合には前記分離フィルタにより算出された下流ＮＯｘ濃度推定値及び下流ＮＨ_３濃度推定値の両方又は何れかが各々の目標値になるように、前記還元剤供給手段の供給量を決定する供給量決定手段と、を備え、
   前記供給量決定手段は、前記車両がクルーズ状態にある場合には０．５Ｈｚ以下の加振周波数で振動する加振入力と前記排ガスセンサの出力値が極小になるように定められた最適入力とを合算することによって前記供給量を決定することを特徴とする車両の排気浄化システム。
2. 前記選択還元触媒より上流側の排気中のＮＯｘの濃度を検出又は推定する上流側検出手段をさらに備え、
   前記分離フィルタは、
   前記下流ＮＯｘ濃度推定値を前記上流側検出手段の出力値に所定の浄化係数を乗算したものでモデル化する下流側推定手段と、
   前記排ガスセンサの出力値と前記下流側推定手段の出力値との誤差が最小になるように前記浄化係数の値を同定する同定手段と、
   前記排ガスセンサの出力値から前記下流側推定手段の出力値を減算することにより前記下流ＮＨ_３濃度推定値を算出する分離手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両の排気浄化システム。
3. 前記選択還元触媒より上流側の排気中のＮＯｘの濃度を検出又は推定する上流側検出手段をさらに備え、
   前記分離フィルタは、
   前記下流ＮＯｘ濃度推定値を前記上流側検出手段の出力値に所定の浄化係数を乗算したものでモデル化する下流側推定手段と、
   前記排ガスセンサの出力値及び前記上流側検出手段の出力値から、所定の周波数成分を阻止し、各々のフィルタ値を算出するフィルタと、
   前記排ガスセンサの出力値のフィルタ値と前記上流側検出手段の出力値のフィルタ値に前記浄化係数を乗じて得られる値との誤差が最小になるように前記浄化係数の値を同定する同定手段と、
   前記排ガスセンサの出力値から前記下流側推定手段の出力値を減算することにより前記下流ＮＨ_３濃度推定値を算出する分離手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両の排気浄化システム。
4. 前記フィルタは、前記排ガスセンサの出力値及び前記上流側検出手段の出力値から、定常成分を阻止しかつドライバによる駆動力の増減要求に対応した周波数帯域を少なくとも通過させ、各々のフィルタ値を算出する過渡抽出フィルタであることを特徴とする請求項３に記載の車両の排気浄化システム。
5. 前記選択還元触媒のＮＨ_３ストレージ量の推定値を算出し、当該推定値がその目標値になるように前記還元剤供給手段の供給量を補正する補正手段をさらに備え、
   当該補正手段は、前記下流ＮＯｘ濃度推定値及び下流ＮＨ_３ 濃度推定値の何れかが各々の目標値から所定値以上離間した場合には、離間していない場合よりも前記ＮＨ_３ストレージ量の推定値とその目標値との偏差の収束速度を低減することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の車両の排気浄化システム。
6. 前記車両がクルーズ状態にあるときに、前記供給量決定手段により前記排ガスセンサの出力値が極小になるように決定された供給量が所定の故障判定閾値よりも小さくなった場合には、前記選択還元触媒が劣化したと判定する故障判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の車両の排気浄化システム。

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