WO2010095221A1 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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WO2010095221A1
WO2010095221A1 PCT/JP2009/052795 JP2009052795W WO2010095221A1 WO 2010095221 A1 WO2010095221 A1 WO 2010095221A1 JP 2009052795 W JP2009052795 W JP 2009052795W WO 2010095221 A1 WO2010095221 A1 WO 2010095221A1
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reduction catalyst
selective reduction
urea
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PCT/JP2009/052795
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安井　裕司
郁絵 川澄
ミハエル フィッシャー
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本田技研工業株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine provided with a selective reduction catalyst that reduces NOx in the exhaust gas in the presence of a reducing agent.
  • a selective reduction catalyst for selectively reducing NOx in exhaust with a reducing agent such as ammonia is provided in an exhaust passage.
  • a reducing agent such as ammonia
  • urea water is supplied from the upstream side of the selective reduction catalyst, and ammonia is generated from the urea water by thermal decomposition or hydrolysis with the heat of the exhaust gas, and the ammonia is generated by the ammonia Selectively reduce NOx.
  • a system which generates ammonia by heating a compound of ammonia such as ammonia carbide and directly adds this ammonia is also proposed.
  • formula is demonstrated.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 show that the NOx reduction rate of the selective reduction catalyst is estimated, and the injection amount of urea water is controlled based on this estimation.
  • the NOx concentration on the downstream side of the selective reduction catalyst is detected, and the detected NOx concentration and the composition of the exhaust flowing into the selective reduction catalyst from the operating state of the internal combustion engine, more specifically It estimates the ratio of NO and NO 2. Further, the NOx reduction rate of the selective reduction catalyst is estimated based on the composition of the exhaust gas, and the injection amount of urea water is controlled. Further, in the exhaust gas purification system of Patent Document 2, the temperature of the catalyst is detected as an amount related to the NOx reduction rate in the selective reduction catalyst, and the injection amount of urea water is controlled based on this temperature.
  • the NOx reduction rate in the selective reduction catalyst changes not only according to the composition of the exhaust gas and the temperature of the selective reduction catalyst as described above, but also depending on the deterioration state of the selective reduction catalyst.
  • purification performance varies among individuals.
  • the NOx reduction rate in the selective reduction catalyst apparently changes because the optimum amount of urea water is different. Therefore, in the exhaust gas purification system as shown in Patent Documents 1 and 2, it is difficult to always control the injection amount of urea water optimally.
  • FIG. 32 is a schematic view showing a configuration of a conventional exhaust gas purification system 80.
  • the urea injection stored in the exhaust passage 82 sequentially injects the oxidation catalyst 83 and the urea water stored in the urea tank 84 from the upstream side toward the downstream side.
  • a valve 85 and a selective reduction catalyst 86 for reducing NOx in the exhaust in the presence of ammonia are provided.
  • a temperature sensor 87 for detecting the temperature of the selective reduction catalyst 86 and an NOx sensor 88 for detecting the NOx concentration on the downstream side of the selective reduction catalyst 86 are provided to monitor the purification performance of the selective reduction catalyst.
  • NOx concentration of the exhaust gas discharged from the engine 81 is estimated by a map set in advance, and urea injection is performed based on the NOx concentration and the catalyst temperature detected by the temperature sensor 87.
  • the injection amount of urea water by the valve 85 is determined.
  • the deterioration state of the selective reduction catalyst 86 can be estimated based on the difference between the NOx concentration detected by the NOx sensor 88 and the NOx concentration of the estimated exhaust gas.
  • FIG. 33 is a diagram showing the relationship between the NOx concentration and ammonia concentration of exhaust downstream of the selective reduction catalyst and the output value of the NOx sensor in the above-mentioned conventional exhaust gas purification system. Specifically, FIG. 33 shows the relationship between the NOx concentration in the exhaust downstream of the selective reduction catalyst, the ammonia concentration in the exhaust downstream of the selective reduction catalyst, the output value of the NOx sensor, and the urea water injection amount sequentially from the upper stage .
  • the injection amount of urea water When the injection amount of urea water is increased, the ammonia generated in the selective reduction catalyst is also increased, so the NOx reduction rate in the selective reduction catalyst is increased. Therefore, as shown in FIG. 33, the NOx concentration downstream of the selective reduction catalyst decreases as the injection amount of urea water is increased. Further, when the urea water injection amount indicated by the star mark is exceeded, the NOx concentration becomes substantially constant regardless of the urea water injection amount. That is, the amount of aqueous urea above the star indicates that it is surplus for reducing the generated NOx.
  • ammonia generated from the surplus urea water here is not consumed for the reduction of NOx, and is stored in the selective reduction catalyst or discharged downstream of the selective reduction catalyst. Therefore, as shown in FIG. 33, the ammonia concentration of the exhaust downstream of the selective reduction catalyst increases when the injection amount of urea water indicated by the star mark is exceeded. In addition, it is called "ammonia slip" below that the ammonia produced
  • the urea water injection amount indicated by the star in FIG. 33 can minimize both the NOx concentration and the ammonia concentration, it is the optimum injection amount in this exhaust gas purification system.
  • the output value of the NOx sensor exhibits a downward convex characteristic with the output value at this optimum injection amount as the minimum point.
  • the existing NOx sensor is sensitive not only to NOx but also to ammonia in its detection principle. Therefore, it can not be determined whether the injection amount of urea water is insufficient or excessive with respect to the optimum injection amount only by the output value from the NOx sensor. For this reason, it is difficult to keep supplying the optimum amount of urea water to keep the NOx reduction rate of the selective reduction catalyst high, and to suppress the emission of ammonia.
  • the present invention has been made in consideration of the above points, and in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine provided with a selective reduction catalyst, a reducing agent is discharged downstream of the selective reduction catalyst while maintaining a high NOx reduction rate. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine that can suppress
  • the present invention provides a selective reduction catalyst (23) provided in an exhaust passage (11) of an internal combustion engine (1) and reducing NOx in the exhaust flowing through the exhaust passage in the presence of a reducing agent.
  • An exhaust gas purification system (2) of an internal combustion engine comprising: The selective reduction catalyst includes a first selective reduction catalyst (231) and a second selective reduction catalyst (232) provided downstream of the first selective reduction catalyst in the exhaust passage.
  • the exhaust gas purification system comprises a reducing agent supply means (25) for supplying a reducing agent or an additive which is a source of the reducing agent to the upstream side of the selective reduction catalyst in the exhaust passage; A reducing agent detection means (26) for detecting the reducing agent concentration or reducing agent amount of exhaust flowing between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst, and the reducing agent stored in the first selective reduction catalyst.
  • Storage amount estimated value calculation means (3, 61 ) for calculating the estimated value (ST UREA_FB ) of the storage amount with the amount of storage as the storage amount, and the storage amount estimated value (ST UREA_FB ) is a predetermined storage amount target value
  • the exhaust passage is provided with the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst in order toward the downstream side, and further, from the upstream side of the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst, the reducing agent or A reducing agent supply means for supplying an additive which is a source of the reducing agent, a reducing agent detection means for detecting a reducing agent concentration or reducing agent amount of exhaust gas between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst; Provided.
  • the supply amount of the reducing agent supply means is calculated so that the first input component calculated so that the estimated value of the storage amount matches the storage amount target value and the detection value of the reducing agent detection means match the slip target value It is determined based on the selected second input component.
  • the storage amount in the first selective reduction catalyst can be maintained at the maximum. Therefore, the NOx reduction rate in the first selective reduction catalyst can be maintained at the highest state in all steady-state to transient operating conditions.
  • NOx can be reduced also in the second selective reduction catalyst by using the slipped reducing agent.
  • reducing NOx with the reducing agent that has slipped to the second selective reduction catalyst it is possible to prevent the reducing agent from being discharged downstream of the second selective reduction catalyst. Therefore, a high NOx reduction rate can be maintained as a whole of the exhaust gas purification system while suppressing the discharge of the reducing agent to the downstream of the selective reduction catalyst.
  • the exhaust purification system sets the storage near the maximum storage capacity which changes according to the temperature of the first selective reduction catalyst, where the amount of reducing agent that can be stored by the first selective reduction catalyst is the maximum storage capacity.
  • Storage amount target value setting means (3, 5) for setting the amount target value (ST UREA--TRGT ) is further provided.
  • the storage amount target value is set near the maximum storage capacity that changes according to the temperature of the first selective reduction catalyst.
  • the storage amount target value is set near the maximum storage capacity according to this. Unwanted reductant slip can be suppressed.
  • the storage amount estimated value calculating means calculates an amount (G UREA_SLP ) of a reducing agent or an additive necessary to compensate the reducing agent slipped from the first selective reduction catalyst from the supplied amount (G UREA ).
  • the storage amount estimated value (ST UREA_FB ) is calculated based on the subtracted amount and parameters (NOX CONS , G UREA_FF , G UREA_IDEAL ) that are correlated with the amount of NOx flowing into the first selective reduction catalyst. .
  • the estimated value of the storage amount of the first selective reduction catalyst can supply the amount of the reducing agent or the additive necessary to compensate the reducing agent which has slipped from the first selective reduction catalyst, by supplying the reducing agent supply means. It is calculated based on the amount subtracted from the amount and a parameter correlated with the amount of NOx flowing into the first selective reduction catalyst.
  • the estimated value of the storage amount can be accurately calculated in consideration of the factor that increases or decreases the storage amount of the first selective reduction catalyst.
  • the NOx reduction rate of the entire exhaust gas purification system can be maintained high by accurately calculating the storage amount.
  • the second selective reduction catalyst has a storage capacity of the reducing agent and an NOx purification ability to such an extent that NOx in the exhaust can be reduced by the reducing agent slipped from the first selective reduction catalyst.
  • the present invention provides a selective reduction catalyst (231) provided in an exhaust passage (11) of an internal combustion engine (1) and reducing NOx in exhaust flowing through the exhaust passage in the presence of a reducing agent.
  • An exhaust gas purification system (2) of an internal combustion engine comprising: The exhaust gas purification system comprises: reducing agent supply means (25) for supplying a reducing agent or an additive which is a source of the reducing agent to the upstream side of the selective reduction catalyst in the exhaust passage; The reducing agent detection means (26) for detecting the reducing agent concentration or reducing agent amount of exhaust flowing downstream of the reducing catalyst, and the amount of reducing agent stored in the selective reduction catalyst as the storage amount the estimated value storage amount estimated value calculating means for calculating the (ST UREA_FB) (3,61), so that the storage amount of the estimated value (ST UREA - FB) matches the predetermined storage amount target value (ST UREA_TRGT), wherein First input component calculation means (3 ,, 1) for calculating the first input component (G UREA_ST )
  • the maximum storage capacity estimated value calculation means calculates the estimated value (ST UREA_MAX ) of the maximum storage capacity so that the detected value (NH3 CONS ) of the reducing agent detection means matches a predetermined slip target value (NH3 CONS_TRGT ). calculate.
  • the selective reduction catalyst is provided in the exhaust passage, and further, reducing agent supply means for supplying the reducing agent or the additive that is the source of the reducing agent from the upstream side of the selective reduction catalyst; And a reducing agent detecting means for detecting the reducing agent concentration or reducing agent amount of the exhaust gas on the side.
  • the storage amount target value is set near the estimated value of the maximum storage capacity, and the first input component of the supply amount of the reducing agent supply means is such that the estimated value of the storage amount matches the storage amount target It is calculated.
  • the maximum storage capacity estimated value calculation means calculates the estimated value of the maximum storage capacity so that the detection value of the reducing agent detection means matches the slip target value.
  • the NOx reduction rate of the selective reduction catalyst can be maintained high while maintaining the storage amount of the selective reduction catalyst in the vicinity of its maximum storage capacity and suppressing the discharge of the reducing agent downstream of the selective reduction catalyst.
  • an oxidation catalyst or a diesel particulate filter is provided upstream of the selective reduction catalyst, the deterioration of the oxidation catalyst or filter changes the NO 2 generation ability, and the reaction probability of ammonia and NOx in the selective reduction catalyst changes. There is a case.
  • a change in the reaction probability can be sensed as a change in the maximum storage capacity of the selective reduction catalyst, and the estimated value of the maximum storage capacity can be appropriately calculated.
  • the NOx reduction rate of the selective reduction catalyst can be maintained high while maintaining the storage amount at an appropriate value and suppressing discharge of the reducing agent downstream of the selective reduction catalyst.
  • the maximum storage capacity estimated value calculation means (9) is a parameter (V EX _HAT correlated with the parameter (T SCR ) correlated with the temperature of the selective reduction catalyst and the amount of exhaust flowing into the selective reduction catalyst.
  • the reference value of the maximum storage capacity is the reference parameter with at least one of the parameter correlated with the temperature of the selective reduction catalyst and the parameter correlated with the amount of exhaust flowing into the selective reduction catalyst. Calculated based on the parameters. Further, a plurality of regions are defined in a space based on the reference parameter, and correction values for the reference value are calculated for each of the regions so that the error parameter becomes “0”. The estimated value of the maximum storage capacity is calculated based on the correction value for each of these areas. As a result, the estimated value of the maximum storage capacity can be accurately calculated in the entire range of the temperature of the selective reduction catalyst and the amount of exhaust flowing into the selective reduction catalyst.
  • the storage amount of the selective reduction catalyst is an appropriate value.
  • the NOx reduction rate of the selective reduction catalyst can be maintained high while suppressing the discharge of the reducing agent downstream of the selective reduction catalyst.
  • the maximum storage capacity estimated value calculation means (9) sets the reference parameter as a domain, and a correction weighting function (W ij ) having a value other than “0” in each of the plurality of domains,
  • the apparatus further comprises correction weighting function setting means (95) set for each unit.
  • the correction weighting function (W ij), the summation function ( ⁇ W ij) is normalized to a predetermined value.
  • the correction value for each area is calculated based on a value obtained by multiplying the value of the correction weighting function set for each area by the error parameter.
  • the estimated value calculation means (99) calculates based on the total ( ⁇ W W ij U ij ) over the entire area of the product of the correction value (U ij ) and the value (W ij ) of the correction weighting function.
  • the estimated value (ST UREA_MAX ) of the maximum storage capacity is calculated by multiplying the calculated coefficient (KVNS) by the reference value (ST UREA_BS ) calculated by the reference value calculating means.
  • the estimated value of the maximum storage capacity is calculated by multiplying the coefficient calculated based on the sum over the entire area of the product of the correction value and the value of the correction weighting function by the reference value. Ru.
  • the estimated value calculation means (99) calculates the coefficient (S) based on the sum ( ⁇ WW ij U ij ) over the entire area of the product of the correction value (U ij ) and the value of the correction weighting function.
  • An estimated value (ST UREA_MAX ) of the maximum storage capacity is calculated by adding the (ST UREA_BS ) reference value calculated by the reference value calculating means to DVNS ).
  • the estimated value of the maximum storage capacity is calculated by adding the above reference value to the coefficient calculated based on the sum over the entire area of the product of the correction value and the value of the correction weighting function. Ru.
  • the supply amount of the reducing agent supply means can also be changed continuously, and as a result, the selection agent can be selected while suppressing the discharge of the reducing agent downstream of the selective reduction catalyst.
  • the NOx reduction rate in the reduction catalyst can be maintained high.
  • the maximum storage capacity estimated value calculation means (9) sets a response surface that weights the amount of change of the maximum storage capacity due to the deterioration of the selective reduction catalyst, and sets the reference parameter as a domain. 94).
  • the maximum estimated value of the storage capacity (ST UREA_MAX) is calculated based on the error parameter (ENH3 CONS) multiplying the value of the value of the response surface (W RSM) (EVNS).
  • the estimated value of the maximum storage capacity is calculated based on the unweighted error parameter, the estimated value of the maximum storage capacity may be erroneously corrected due to the other factors described above.
  • the estimated value of the maximum storage capacity is calculated based on a value obtained by multiplying the error parameter by the value of the response surface that weights the change amount of the maximum storage capacity due to the deterioration of the selective reduction catalyst.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the structure of the internal combustion engine which concerns on one Embodiment of this invention, and its exhaust gas purification system. It is a figure which shows the relationship between NOx concentration in a selective reduction catalyst, ammonia concentration, and the storage amount of ammonia. It is a figure which shows the relationship between the storage capacity of a selective reduction catalyst, and temperature. It is a figure which shows the time change of the temperature of the selective reduction catalyst at the time of driving
  • a diagram showing the relationship between the NOx reduction rate It is a figure which shows an example of the control map for determining FF injection quantity which concerns on the said embodiment.
  • the figure which shows the relationship between the load of an engine, NOx concentration of a selective reduction catalyst upstream, detected ammonia concentration, urea injection amount, and NOx reduction rate when urea injection control is performed using the feedforward controller which concerns on the said embodiment. is there. It is a figure which shows an example of the control map for determining the exhaust volume which concerns on the said embodiment. It is a block diagram showing composition of the 1st form of a storage amendment input calculation part concerning the above-mentioned embodiment. It is a figure which shows the time change of the estimated value of the 1st storage amount calculated by the 1st form of the storage correction
  • FIG. 6 is a view showing the relationship between the NOx concentration and ammonia concentration of exhaust downstream of the selective reduction catalyst and the output value of the NOx sensor in the conventional exhaust gas purification system.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 and an exhaust gas purification system 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the engine 1 is a gasoline engine or a diesel engine of a lean burn operation system, and is mounted on a vehicle (not shown).
  • the exhaust purification system 2 includes an oxidation catalyst 21 provided in an exhaust passage 11 of the engine 1 and an exhaust passage 11, and nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) in the exhaust flowing through the exhaust passage 11.
  • a urea selective reduction catalyst 23 that purifies in the presence of ammonia as a reducing agent, and a urea injection device 25 that supplies urea water serving as a source of the reducing agent upstream of the urea selective reduction catalyst 23 in the exhaust passage 11;
  • an electronic control unit hereinafter referred to as "ECU" 3.
  • the urea injection device 25 includes a urea tank 251 and a urea injection valve 253.
  • the urea tank 251 stores urea water, and is connected to the urea injection valve 253 via the urea supply passage 254 and a urea pump (not shown).
  • a urea level sensor 255 is provided in the urea tank 251.
  • the urea level sensor 255 detects the water level of urea water in the urea tank 251, and outputs a detection signal substantially proportional to the water level to the ECU 3.
  • the urea injection valve 253 is connected to the ECU 3 and operates according to a control signal from the ECU 3 to inject urea water into the exhaust passage 11 according to the control signal. That is, urea injection control is performed.
  • the oxidation catalyst 21 is provided on the upstream side of the urea selective reduction catalyst 23 and the urea injection valve 253 in the exhaust passage 11 and converts NO in the exhaust into NO 2 , whereby NOx of the urea selective reduction catalyst 23 is reduced. Promote reduction.
  • the urea selective reduction catalyst 23 includes a first selective reduction catalyst 231 and a second selective reduction catalyst 232 provided downstream of the first selective reduction catalyst 231 in the exhaust passage 11.
  • the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232 selectively reduce NOx in the exhaust gas under an atmosphere in which a reducing agent such as ammonia is present.
  • a reducing agent such as ammonia
  • the urea water is thermally decomposed or hydrolyzed by the heat of the exhaust to generate ammonia as a reducing agent.
  • the generated ammonia is supplied to the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232, and the ammonia in the exhaust gas selectively reduces NOx in the exhaust gas.
  • the detailed configuration of the urea selective reduction catalyst 23 will be described later in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the crank angle position sensor 14 In addition to the ammonia sensor 26, the catalyst temperature sensor 27, and the NOx sensor 28, the crank angle position sensor 14, the accelerator opening sensor 15, and the urea remaining amount warning lamp 16 are connected to the ECU 3.
  • the ammonia sensor 26 detects the detected concentration of ammonia (hereinafter referred to as “ammonia concentration”) NH 3 CONS of the exhaust between the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232 in the exhaust passage 11, and detects the detected ammonia.
  • a detection signal substantially proportional to the concentration NH3 CONS is supplied to the ECU 3.
  • Catalyst temperature sensor 27 the temperature of the first selective reduction catalyst 231 (hereinafter, referred to as "catalyst temperature") to detect the T SCR, and supplies a detection signal substantially proportional to the detected catalyst temperature T SCR to ECU 3.
  • the NOx sensor 28 detects the concentration (hereinafter referred to as "NOx concentration”) NOx CONS of the exhaust flowing into the first selective reduction catalyst 231, and supplies a detection signal substantially proportional to the detected NOx concentration NOx CONS to the ECU 3 Do.
  • the crank angle position sensor 14 detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, generates a pulse for each crank angle, and supplies the pulse signal to the ECU 3.
  • the ECU 3 calculates the rotational speed NE of the engine 1 based on this pulse signal.
  • the crank angle position sensor 14 further generates a cylinder identification pulse at a predetermined crank angle position of a specific cylinder and supplies it to the ECU 3.
  • the accelerator opening sensor 15 detects a depression amount (hereinafter referred to as “accelerator opening”) AP of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle, and supplies a detection signal substantially proportional to the detected accelerator opening AP to the ECU 3.
  • the ECU 3 calculates the required torque TRQ of the engine 1 according to the accelerator opening AP and the rotational speed NE.
  • this required torque TRQ is used as a load parameter that represents the load of the engine 1.
  • the urea remaining amount warning light 16 is provided, for example, on a meter panel of a vehicle, and lights up in response to the remaining amount of urea water in the urea tank 251 becoming smaller than a predetermined remaining amount. This warns the driver that the remaining amount of urea water in the urea tank 251 has decreased.
  • the ECU 3 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value to a digital signal value, and the like, and an central processing unit (hereinafter referred to as “central processing unit And the CPU).
  • the ECU 3 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, and an output circuit that outputs control signals to the engine 1, the urea injection valve 253, and the like.
  • the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232 each have a function of reducing NOx in the exhaust gas with ammonia generated from urea, and at the same time, the generated ammonia It also has the function of storing only a predetermined amount.
  • the amount of ammonia stored in the first selective reduction catalyst 231 is referred to as a first storage amount
  • the amount of ammonia that can be stored in the first selective reduction catalyst 231 is referred to as a first maximum storage capacity.
  • the amount of ammonia stored in the second selective reduction catalyst 232 is referred to as a second storage amount
  • the amount of ammonia that can be stored in the second selective reduction catalyst 232 is referred to as a second maximum storage capacity.
  • the ammonia stored in this way is also consumed appropriately for the reduction of NOx in the exhaust. Therefore, as the first and second storage amounts become larger, the NOx reduction rate in the selective reduction catalysts 231 and 232 becomes higher. In addition, when the supply amount of urea water is smaller than the amount of generated NOx, the stored ammonia is consumed for the reduction of NOx so as to compensate for the shortage of the urea water.
  • ammonia slip when ammonia is generated in the selective reduction catalysts 231 and 232 exceeding the maximum storage capacity, the generated ammonia is discharged to the downstream side of the selective reduction catalysts 231 and 232.
  • ammonia slip the fact that ammonia is not stored in the selective reduction catalysts 231 and 232 but discharged to the downstream side of each is hereinafter referred to as "ammonia slip".
  • these selective reduction catalysts 231 and 232 in order to keep the NOx reduction rate high, these selective reduction catalysts 231 and 232 maintain a state in which ammonia of an amount close to the maximum storage capacity of each is stored. It is preferable to keep doing. However, when the amount of ammonia close to the maximum storage capacity is stored as described above, an ammonia slip is likely to occur, and the ammonia may be discharged to the outside of the vehicle. In particular, it is preferable to prevent ammonia slip in the second selective reduction catalyst 232 as much as possible.
  • FIG. 2 shows an optimal form of the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232 for preventing the discharge of ammonia out of the vehicle while maintaining a high NOx reduction rate. This will be described in comparison with other layouts with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a view showing the relationship between the concentration of NOx, the concentration of ammonia, and the storage amount of ammonia in the selective reduction catalyst.
  • (a) of FIG. 2 shows the above relationship in a comparative example (1BED + NOx sensor layout) in which an NOx sensor is provided on the downstream side of one selective reduction catalyst.
  • (b) shows the relationship in a comparative example in which the ammonia sensor downstream of the one of the selective reduction catalyst (1BED + NH 3 sensor layout).
  • C) of FIG. 2 shows the said relationship in this embodiment (2 BED + MID-NH 3 sensor layout) which provided the ammonia sensor between two selective reduction catalysts (1st selective reduction catalyst and 2nd selective reduction catalyst) .
  • the storage amount in the selective reduction catalyst is maintained substantially constant.
  • the storage amount Becomes “0” and the NOx reduction rate may decrease, or the storage amount may be saturated to generate an excessive ammonia slip. Therefore, in the layout shown in FIG. 2A, it is difficult to control the storage amount of ammonia, and it is difficult to keep both the improvement of the reduction ratio of NOx and the prevention of the ammonia slip compatible.
  • an ammonia sensor 26 is provided between the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232.
  • the layout shown in FIG. 2B described above is performed by controlling the supply amount of urea water so that the value of the ammonia concentration detected by the ammonia sensor 26 becomes a value larger than “0”.
  • the NOx reduction ratio can be maintained high for the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232 as a whole.
  • ammonia is saturated in the first selective reduction catalyst 231, whereby the generation of ammonia is completed when the vehicle is rapidly accelerated as described above, as in the layout shown in FIG. 2B. It is possible to keep the NOx reduction rate high at the time of transition up to.
  • ammonia slip occurs in the first selective reduction catalyst 231 as described above, the ammonia discharged from the first selective reduction catalyst 231 is stored in the second selective reduction catalyst 232 or the second selection The reduction catalyst 232 consumes NOx for reduction. Accordingly, it is possible to suppress the discharge of ammonia downstream of the second selective reduction catalyst 232 while maintaining a high NOx reduction rate as the entire first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232.
  • the second selective reduction catalyst 232 a catalyst having a storage capacity of NOx and a NOx purification capacity to such an extent that NOx in exhaust can be reduced by ammonia slipped from the first selective reduction catalyst 231 is used.
  • FIG. 3 is a view showing the relationship between the maximum storage capacity of the selective reduction catalyst and the temperature.
  • the solid line 3a indicates the relationship between the maximum storage capacity of the catalyst before degradation and the catalyst temperature
  • the broken line 3b indicates the relationship between the maximum storage capacity of the catalyst after degradation and the catalyst temperature.
  • the maximum storage capacity of the selective reduction catalyst varies with the catalyst temperature. Specifically, as the catalyst temperature increases, the maximum storage capacity decreases. Therefore, as described above, when the first selective reduction catalyst maintains the saturated state of ammonia, for example, the vehicle shifts from the low load operation state to the high load operation state, and the catalyst temperature is low (for example, 200 ° C. When the state is shifted to a high temperature (for example, 500 ° C.) state, ammonia slip occurs in the first selective reduction catalyst according to the temperature difference.
  • the second maximum storage capacity should be designed to be larger than the difference between the maximum and minimum times of the first maximum storage capacity. Is preferred. By designing in this manner, it is possible to store ammonia released from the first selective reduction catalyst in the second selective reduction catalyst and suppress the discharge of ammonia downstream thereof.
  • the maximum storage capacity decreases with the deterioration of the catalyst. For this reason, the amount of ammonia released according to the operating condition and the rapid change of the catalyst temperature is larger before degradation than after degradation. Therefore, it is particularly preferable to design the second maximum storage capacity to be larger than the difference between the maximum and minimum times of the first maximum storage capacity of the first selective reduction catalyst before deterioration (maximum capacity difference). Thereby, the ammonia slip in the second selective reduction catalyst can be more reliably prevented.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams showing time changes of the temperature of the selective reduction catalyst and the storage amount thereof during traveling. More specifically, FIG. 4 shows the above-mentioned time change in the exhaust gas purification system adopting the layout of FIG. 2 (a). FIG. 5 shows the time change in the exhaust gas purification system of the present embodiment adopting the layout of FIG. 2 (c).
  • the first storage amount is made the first maximum storage capacity regardless of the history of operating conditions. It is possible to maintain stable and also to maintain the second storage amount near the second maximum storage capacity. Therefore, when the engine is started, it is possible to store an amount of ammonia necessary for NOx purification in the selective reduction catalyst. Therefore, according to the exhaust gas purification system of the present embodiment adopting the layout of (c) of FIG. 2, it is possible to always stably suppress the emission of NOx.
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in the NOx reduction rate when the urea injection amount GUREA is controlled such that the output value NH3 CONS of the ammonia sensor converges exactly on the target ammonia concentration NH3 CONS_TRGT .
  • the upper part shows the time change of the detected ammonia concentration NH3 CONS
  • the middle part shows the time change of the urea injection amount GUREA
  • the lower part shows the time change of the NOx reduction rate.
  • FIG. 7 shows the change in the NOx reduction rate when the urea injection amount GUREA is gently controlled so that the output value NH3 CONS of the ammonia sensor stays within the target ammonia slip range RNH3 CONS_TRGT centering on the target ammonia concentration NH3 CONS_TRGT FIG.
  • the urea injection amount GUREA when the urea injection amount GUREA is controlled gently so that the output value NH3 CONS of the ammonia sensor stays within the target ammonia slip range RNH3 CONS_TRGT , the fluctuation of the urea injection amount GUREA can be reduced.
  • control is performed such that the detected ammonia concentration exactly converges on the target ammonia concentration as shown by the broken line, if excessive ammonia slip occurs, the urea injection amount is greatly reduced to suppress this ammonia slip.
  • the NOx reduction rate may be significantly reduced.
  • FIG. 8 is a view schematically showing the relationship between the supply state of urea water and the change in the storage amount of the selective reduction catalyst.
  • the supply state of urea water is optimal (FIG. 8 (a)) and excessive supply ((a) in FIG. 8) according to the magnitude of the urea injection amount relative to the NOx concentration of the exhaust flowing into the selective reduction catalyst. It is classified into three states of the over-dosing state ((b) in FIG. 8) and the under-dosing state ((c) in FIG. 8).
  • the optimum state shown in (a) of FIG. 8 is a state in which the urea injection amount is appropriate with respect to NOx flowing into the selective reduction catalyst, that is, the amount of ammonia that can reduce NOx in the exhaust most efficiently It is in a state where the amount of ammonia generated from the aqueous urea solution substantially matches. In this case, the storage amount does not change.
  • the urea injection amount is in excess with respect to the NOx flowing into the selective reduction catalyst, that is, the amount of ammonia generated from the supplied urea water is in the exhaust gas.
  • the state is more than the amount that can reduce NOx most efficiently. In this case, the surplus ammonia is stored in the selective reduction catalyst. Therefore, in such an oversupply state, the storage amount increases.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a state in which an ammonia slip has occurred in the selective reduction catalyst.
  • the aqueous urea solution is excessively supplied while the storage amount of the selective reduction catalyst reaches the maximum storage amount, the excess ammonia which is not used for the reduction of NOx is stored in the selective reduction catalyst. Discharge downstream.
  • such a state where ammonia slip has occurred is not preferable because ammonia is discharged to the outside of the vehicle.
  • the state as shown in FIG. 9 is preferable in order to improve the NOx reduction rate in the first selective reduction catalyst.
  • the reduction rate of NOx in the second selective reduction catalyst can be improved by generating an ammonia slip in the first selective reduction catalyst. That is, in order to increase the reduction ratio of NOx as a whole of the combination of the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst, it is preferable to maintain the state as shown in FIG.
  • the urea injection is implemented so that the state shown in FIG. 9 is realized in the first selective reduction catalyst, that is, the storage amount of the first selective reduction catalyst is saturated and the ammonia slip is generated. Describe the configuration of the module for determining the quantity.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a module for determining the urea injection amount G UREA (supply amount of urea water).
  • the function of this module is realized by the ECU 3 provided with the hardware configuration as described above.
  • the module shown in FIG. 10 includes a feedforward controller 4, a slip generation correction input calculation unit 7, a storage correction input calculation unit 6, and an adder 8.
  • the feedforward controller 4 controls the amount of urea injection G as a control input for controlling the NOx reduction rate in the selective reduction catalyst to maintain the maximum value in accordance with the amount of NOx in the exhaust that changes according to the operating state of the engine.
  • feedforward injection amount for UREA (hereinafter, referred to as "FF injection amount”) is calculated G UREA - FF. That is, intuitively, this FF injection amount GUREA_FF is a portion that generates ammonia of the amount necessary to reduce NOx of the exhaust flowing into the first selective reduction catalyst among the total urea injection amount GUREA. (See FIG. 9).
  • the detailed configuration of the feedforward controller 4 will be described later in detail with reference to FIGS. 11 to 13.
  • the slip generation correction input calculation unit 7 is a correction input for the urea injection amount G UREA (hereinafter referred to as “slip generation correction input as a control input for controlling to maintain the state where the ammonia slip is generated in the first selective reduction catalyst. " GUREA_SLP " is calculated. That is, intuitively, this slip generation correction input GUREA_SLP corresponds to the amount of generation of ammonia to be slipped from the first selective reduction catalyst in the entire urea injection amount GUREA (see FIG. 9). The detailed configuration of the slip generation correction input calculation unit 7 will be described in detail later with reference to FIG.
  • the maximum storage capacity estimating unit 9 calculates an estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity.
  • the storage amount target value setting unit 5 sets a first storage amount target value ST UREA_TRGT based on the first maximum storage capacity estimated value ST UREA_MAX calculated by the maximum storage capacity estimation unit 9.
  • the storage correction input calculation unit 6 is a correction input for the urea injection amount G UREA (hereinafter referred to as “storage correction input”) as a control input for controlling the storage amount of the first selective reduction catalyst to be maintained in a saturated state. ) Calculate G UREA_ST . That is, intuitively, the storage correction input G UREA _ ST is a part of the entire urea injection amount G U REA that generates ammonia necessary to make the first storage amount coincide with the first maximum storage capacity. It corresponds (refer FIG. 9). The detailed configuration of the storage correction input calculating unit 6 will be described in detail later with reference to FIGS. 15 to 26.
  • the adder 8 as shown in the following formula (1), and the FF injection amount G UREA - FF calculated by the feed forward controller 4, a slip occurrence compensation input G UREA_SLP calculated by the slip occurrence compensation input calculating unit 7, a storage
  • the urea injection amount G UREA is determined by adding the storage correction input G UREA_ST calculated by the correction input calculation unit 6.
  • the symbol (k) indicates a discrete time, and indicates that it is data detected or calculated in each predetermined control cycle. That is, when the symbol (k) is data detected or calculated at the current control timing, the symbol (k-1) indicates data detected or calculated at the previous control timing. In the following description, the symbol (k) is omitted as appropriate.
  • FIG. 11 shows the engine of the case where the urea injection amount feedback control is performed only by the slip generation correction input calculation unit 6 and the storage correction input calculation unit 6 described above. It is a figure which shows a relationship of a load, NOx concentration of the selective reduction catalyst upstream, detected ammonia concentration NH3 CONS , urea injection amount G UREA , and NOx reduction rate.
  • the FF injection amount GUREA_FF corresponding to the operating state of the engine is calculated by the feedforward controller.
  • the FF injection amount G UREA _FF is determined by, for example, a map search based on the engine speed NE and the load parameter TRQ representing the load of the engine as the operating state of the engine.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a control map for determining the FF injection amount G UREA_FF .
  • the FF injection amount GUREA_FF is determined to be a larger value as the engine speed NE or the load parameter TRQ increases. This is because the larger the engine load parameter TRQ, the higher the combustion temperature of the air-fuel mixture, so the NOx emissions increase, and, as the engine speed NE becomes larger, the NOx emissions per unit time increase. It is for.
  • FIG. 13 shows engine load, NOx concentration upstream of the selective reduction catalyst, detected ammonia concentration NH3 CONS , and urea injection amount G UREA when urea injection control is performed using the feedforward controller according to the present embodiment as described above. And the relationship between the NOx reduction rate.
  • the solid line indicates the control result of the present embodiment, and the broken line indicates the control result when feedback control is performed as described above.
  • the feedforward controller calculates the FF injection amount GUREA_FF appropriately set in accordance with the increase in NOx, whereby the urea injection amount GUREA is ideal without delay. It is possible to maintain a regular injection amount. Thereby, the NOx reduction rate can be maintained at the highest value.
  • the slip generation correction input calculation unit 7 sets the slip generation correction input G UREA_SLP so that the detected slip value NH3 CONS of the ammonia sensor matches the predetermined slip target value NH3 CONS_TRGT set to a predetermined value of “0” or more. calculate. Specifically, the slip generation correction input calculation unit 7 calculates the slip generation correction input G UREA _SLP according to the following procedure.
  • the ammonia amount GNH3 SLIP required to realize the slip target value NH3 CONS_TRGT is calculated by the following equations (2) and (3).
  • V EX — HAT (k) represents the volume of exhaust of the engine, and for example, a value estimated based on a control map shown in FIG. 14 described later is used.
  • K VG is a coefficient having a unit of density of ammonia in the exhaust.
  • the slip generation correction input GUREA_SLP is calculated by multiplying the ammonia mass GNH3 SLIP by the conversion coefficient KNH3 UREA , as shown in the following equation (4).
  • the conversion coefficient KNH3 UREA is a coefficient that converts the supply amount of urea water and the amount of ammonia that can be generated by this supply amount.
  • different values are used depending on the injection amount characteristics of the urea injection valve, the probability of the hydrolysis reaction, and the like.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a control map for determining the exhaust volume V EX_HAT . As shown in FIG. 14, in this control map, the exhaust volume V EX _HAT is determined to be a larger value as the engine speed NE or the load parameter TRQ becomes larger.
  • the slip generation correction input G UREA _ SLP is calculated based on the above formulas (2) to (4), the present invention is not limited to this.
  • a control map for determining the slip generation correction input G UREA_SLP that makes the detected value NH3 CONS of the ammonia sensor coincide with the slip target value NH3 CONS_TRGT is set based on a predetermined experiment, and the slip generation correction is performed using this control map.
  • the input G UREA_SLP may be calculated.
  • the slip generation correction input G UREA _SLP is calculated based on the exhaust volume V EX _HAT, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to use not only the exhaust volume V EX _HAT, but also a parameter correlated with the amount of exhaust flowing into the first selective reduction catalyst.
  • the storage correction input calculation unit 6 calculates an estimated value of the first storage amount based on the ammonia storage model of the first selective reduction catalyst as shown in FIG. 8 described above, and this estimated value is used as the storage amount target value setting unit 5
  • the storage correction input G UREA _ ST is calculated so as to match the target value ST U REA_ TRGT of the first storage amount set by the above.
  • three modes will be described below.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a first form of the storage correction input calculation unit.
  • the storage correction input calculation unit is configured to include the control target 61 configured based on the ammonia storage model as described above and the controller 62 of the control target 61.
  • the control target 61 uses, as a control input, the surplus urea injection amount D UREA indicating the supply amount of urea water which becomes surplus when reducing NOx in the exhaust, and estimates the first storage amount of the first selective reduction catalyst ST UREA_FB As the control output. Specifically, based on the surplus urea injection amount D UREA , the control target 61 sequentially adds the stored ammonia amount or sequentially subtracts the consumed ammonia amount to obtain the first selective reduction catalyst. It comprises an integrator 611 that estimates the estimated value ST UREA_FB of the first storage amount.
  • the surplus urea injection amount D UREA (k) is calculated by the adder 63 from the urea injection amount G UREA (k), as shown in the following equation (5), with the NOx of the exhaust flowing into the first selective reduction catalyst It is calculated by subtracting the ideal urea injection amount G UREA_IDEAL (k-1), which is the urea injection amount necessary for reduction.
  • the urea injection amount G UREA (k) is added to the storage correction input G UREA_ST (k) calculated by the controller 62 by the adder 64, the slip generation correction input G UREA_SLP (k) and the FF injection amount G UREA_FF ( Calculated by adding k).
  • the surplus urea injection amount D UREA (k) may be calculated using the following equation (6) rewritten based on the above equations (2) to (4) instead of the above equation (5).
  • the ideal urea injection amount GUREA_IDEAL (k) reduces the NOx concentration NOx CONS of the exhaust flowing into the first selective reduction catalyst detected by the NOx sensor and NOx as shown in the following equation (7) It is calculated by multiplying it by the conversion coefficient K CONV_NOX_UREA which converts into the injection amount necessary for the purpose.
  • the FF injection amount GUREA_FF (k) may be set as the ideal urea injection amount GUREA_IDEAL (k).
  • the integrator 611 the integration of the surplus urea injection amount D UREA (k) with respect to the time k as shown in the following equation (8) based on the surplus urea injection amount D UREA (k) increasing or decreasing the first storage amount.
  • the estimated value ST UREA_FB (k) of the first storage amount is calculated by combining the calculation and the limit process for the first storage amount as shown in the following equation (9).
  • the lower limit processing is performed on the estimated value ST UREA_FB (k) of the first storage amount, that is, the processing such that ST UREA_FB (k) becomes “0” at the minimum.
  • the first storage amount estimated value upper limit processing for ST UREA - FB (k) i.e., ST UREA - FB (k) estimates of the first maximum storage capacity maximum ST UREA_MAX (k) It is processed to become
  • the controller 62 calculates storage correction input G UREA_ST (k) by PI control so that the estimated value ST UREA_FB (k) of the first storage amount converges to the target value ST UREA_TRGT (k) of the first storage amount. Do.
  • the controller 62 subtracts the target value ST UREA_TRGT (k) of the first storage amount from the estimated value ST UREA_FB (k) of the first storage amount by the adder 621, as shown in the following equation (10), It is defined as the first storage amount deviation E ST (k).
  • the proportional term G UREA_ST_P (k) is calculated by multiplying the first storage amount deviation E ST (k) by the proportional gain KP ST by the multiplier 622 .
  • the integration term G UREA_ST_I is obtained by multiplying the time integral value of the first storage amount deviation E ST (k) by the integration gain KI ST by the integrator 623 and the multiplier 624. Calculate (k).
  • the adder 625 calculates the sum of the proportional term G UREA_ST_P (k) and the integral term G UREA_ST_I (k), and uses this as the storage correction input G UREA_ST (k) Define.
  • FIG. 16 is a diagram showing a time change of the estimated value ST UREA_FB of the first storage amount calculated by the first form of the storage correction input calculating unit as described above. 16, the solid line indicates the estimated value ST UREA - FB of the first storage amount, and the broken line shows the estimated value ST UREA - FB of the first storage amount when the first selective reduction catalyst is the process when not saturated.
  • the proportional term G UREA_ST_P of the controller 62 is an integral term
  • the integral term G UREA_ST_I is an integral for the integral value It becomes a term. Therefore, the integral term GUREA_ST_I indicates the overshoot behavior, and as shown by the broken line in FIG. 16, a large ammonia slip occurs when the estimated value STUREA_FB converges from below the target value STUREA_TRGT . So, below, the 2nd form and the 3rd form of a storage amendment input calculation part which solve such a subject are explained.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a second form of the storage correction input calculation unit.
  • the storage correction input calculating unit of the second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 15 described above in the configuration of the controller 62A.
  • the controller 62A is a controller using an enlargement system PI control in which the integrator 611 of the control object 61 is captured as a part of the controller, as will be described in detail later.
  • the adder 621 subtracts the target value ST UREA_TRGT (k) of the first storage amount from the estimated value ST UREA_FB (k) of the first storage amount, It is defined as the first storage amount deviation E ST (k).
  • the integrator 611 of the control object 61 is regarded as a part of the controller, and the proportional term G UREA_ST_P (shown in the following equations (15) and (16) k) and the integral term G UREA_ST_I (k) are calculated taking into consideration that they are integrated later, respectively.
  • the differential value E ST (k) ⁇ E ST (k ⁇ 1) of the first storage amount deviation is calculated by the delay calculator 626 and the adder 627, and a proportional gain is calculated by the multiplier 622 by this differential value.
  • the product of KP ST is defined as a proportional term G UREA_ST_P (k) as shown in the following equation (15).
  • a product obtained by multiplying the first storage amount deviation E ST (k) by the integral gain KI ST by the multiplier 624 is defined as an integral term G UREA_ST_I (k) as shown in the following equation (16).
  • the adder 625 calculates the sum of the proportional term G UREA_ST_P (k) and the integral term G UREA_ST_I (k), and uses this as the storage correction input G UREA_ST (k) Define.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a third form of the storage correction input calculation unit.
  • the storage correction input calculating unit of the third embodiment differs from the second embodiment shown in FIG. 17 described above in the configuration of the controller 62B.
  • This controller 62B catches the integrator 611 of the controlled object 61 as a part of the controller in the same manner as the controller 62A described above, and provides an expansion system IP that gives the first storage amount deviation E ST (k) only to the integral term. It is a controller using control.
  • the adder 621 subtracts the target value ST UREA_TRGT (k) of the first storage amount from the estimated value ST UREA_FB (k) of the first storage amount, It is defined as the first storage amount deviation E ST (k).
  • the differential value ST UREA_FB (k) -ST UREA_FB (k-1) of the estimated value of the first storage amount is calculated by the delay computing unit 268 and the adder 629, and the derivative gain is multiplied by the proportional gain KP by the multiplier 622.
  • the product of ST is defined as a proportional term G UREA_ST_P (k) as shown in the following equation (20).
  • the adder 625 calculates the sum of the proportional term G UREA_ST_P (k) and the integral term G UREA_ST_I (k), and uses this as the storage correction input G UREA_ST (k) Define.
  • FIG. 19 is a diagram showing a time change of the estimated value ST UREA_FB of the first storage amount calculated by the storage correction input calculation unit as described above. 19, the solid line indicates the estimated value ST UREA - FB of the first storage amount, and the broken line shows the estimated value ST UREA - FB of the first storage amount when the first selective reduction catalyst is the process when not saturated. Also, FIG. 19 (a) shows the control result according to the first embodiment using PI control, and FIG. 19 (b) shows the control result according to the second embodiment using the enlargement system PI control, (C) of FIG. 19 shows the control result of the third mode using the expansion system IP control.
  • Storage amount target value setting unit 5 in the vicinity of the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity calculated by the maximum storage capacity estimating unit 9 sets a target value ST UREA - TRGT the first storage volume.
  • the target value ST UREA_TRGT of the first storage amount can be set.
  • the frequency of occurrence of ammonia slip in the first selective reduction catalyst is increased by setting the target value ST UREA_TRGT of the first storage amount to a value slightly larger than the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity. be able to.
  • reducing the frequency of occurrence of ammonia slip in the first selective reduction catalyst by setting the target value ST UREA_TRGT of the first storage amount to a value slightly smaller than the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity.
  • the first maximum storage capacity changes according to the temperature of the first selective reduction catalyst. Moreover, the temperature characteristic of such a 1st largest storage capacity changes according to deterioration of the 1st selective reduction catalyst.
  • the maximum storage capacity estimating unit 9 of the present embodiment appropriately calculates the estimated value ST UREA _ MAX of the first maximum storage capacity according to the temperature of the first selective reduction catalyst and the state of deterioration. The detailed configuration will be described below.
  • FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the maximum storage capacity estimation unit 9.
  • the maximum storage capacity estimating unit 9 calculates a reference value ST UREA_BS of the first maximum storage capacity, the adaptive corrector 92 which calculates the adaptation coefficient KVNS, and the reference value ST UREA_BS of the first maximum storage capacity.
  • an estimated value calculation unit 99 that calculates an estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity based on the adaptation coefficient KVNS. That is, the maximum storage capacity estimating unit 9 calculates the first maximum storage capacity STUREA_BS in the reference state of the first selective reduction catalyst, and calculates the coefficient KVNS indicating the deviation from the reference state. Then, based on the reference value STUREA_BS of the first maximum storage capacity and the adaptation coefficient KVNS, an estimated value STUREA_MAX of the first maximum storage capacity in consideration of the state of deterioration of the first selective reduction catalyst is calculated.
  • the estimated value calculation unit 99 applies the adaptive value calculated by the adaptive corrector 92 to the reference value ST UREA_BS (k) of the first maximum storage capacity calculated by the reference value calculation unit 91 as shown in the following equation (22).
  • An estimated value ST UREA_MAX (k) of the first maximum storage capacity is calculated by multiplying the coefficient KVNS (k).
  • the reference value calculation unit 91 performs, for example, map search based on the two parameters of the detected value T SCR of the catalyst temperature sensor and the estimated value V EX_HAT of the exhaust volume, the reference value ST UREA_BS (k) of the first maximum storage capacity. Calculate In the present embodiment, the detected value T SCR of the catalyst temperature sensor, and the two parameters estimates V EX_HAT exhaust volume and reference parameters.
  • the reference value of the first maximum storage capacity indicates the first maximum storage capacity of the first selective reduction catalyst in the reference state.
  • the reference state indicates a new state before the first selective reduction catalyst is deteriorated.
  • FIG. 21 is a diagram showing an example of a control map for determining the reference value ST UREA_BS of the first maximum storage capacity. As shown in FIG. 21, in this control map, as the temperature of the first selective reduction catalyst rises, the reference value ST UREA_BS of the first maximum storage capacity is set to a smaller value. Also, as the exhaust volume increases, the reference value ST UREA_BS of the first maximum storage capacity is set to a smaller value.
  • the estimated value STUREA_MAX of the first maximum storage capacity is larger than the actual first maximum storage capacity, an excessive ammonia slip occurs in the first selective reduction catalyst, and the detected value NH3 of the ammonia sensor CONS greatly exceeds the slip target value NH3 CONS_TRGT .
  • the detection value NH3 CONS of the ammonia sensor does not reach the slip target value NH3 CONS_TRGT . Therefore, the NOx reduction rate in the entire system may be reduced.
  • the error between the detection value NH3 CONS of the ammonia sensor and the slip target value NH3 CONS_TRGT can be one indicator indicating the state of deterioration of the first selective reduction catalyst. Therefore, the adaptive correction unit 92 adds an error ENH3 CONS (k) between the detected value NH3 CONS (k) of the ammonia sensor and the slip target value NH3 CONS_TRGT (k) as shown in the following equation (23) Calculated according to 93.
  • the adaptive correction unit 92 changes the adaptation coefficient KVNS so that the error ENH3 CONS becomes "0", that is, the detected value NH3 CONS (k) of the ammonia sensor matches the slip target value NH3 CONS_TRGT (k). calculate. More specifically, as a configuration for calculating such an adaptation coefficient KVNS, the adaptive correction unit 92 includes a response surface setting unit 94, a multiplier 98, a correction weight function setting unit 95, a correction value calculation unit 96, and the like. , And an adaptive coefficient calculation unit 97.
  • the amount of change in the first maximum storage capacity due to the deterioration of the first selective reduction catalyst differs depending on the temperature of the first selective reduction catalyst. That is, in the example shown in FIG. 3, as the temperature of the first selective reduction catalyst decreases, the amount of change in the first maximum storage capacity due to deterioration also increases.
  • the response surface setting unit 94 sets a response surface weight W RSM for weighting the error ENH3 CONS with the object of suppressing erroneous correction of the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity due to such other factors, It is calculated based on the response surface as shown in FIG.
  • FIG. 22 is a diagram showing an example of the response surface, in which two reference parameters (T SCR , V EX — HAT ) are set as the domain.
  • the large response curved surface weight W RSM is set under the condition that the change amount of the first maximum storage capacity caused by the deterioration is large. More specifically, the response surface weight W RSM is set to a larger value as the detection value T SCR of the temperature sensor becomes smaller. Further, the response surface weight W RSM is set to a smaller value as the estimated value V EX_HAT of the exhaust volume becomes larger.
  • this response surface has a value “1” in the combination where the amount of change in the first maximum storage capacity due to deterioration is maximum. It is normalized by doing.
  • the response surface setting unit 94 uses the response surface as described above as a coefficient to weight the amount of change in the maximum storage capacity due to the deterioration of the first selective reduction catalyst to the error ENH3 CONS. Weight W RSM is calculated.
  • the multiplier 98 multiplies the response surface weight W RSM (k) calculated by the response surface setting unit 94 by the error ENH 3 CONS (k) as shown in the following equation (24) to obtain a weighted error.
  • a signal EVNS (k) is calculated.
  • the error signal EVNS is set to a small value under the condition that the change amount of the first storage capacity due to deterioration becomes small, and the estimated value of the first maximum storage capacity Erroneous correction of ST UREA_MAX is suppressed.
  • a space based on two reference parameters (T SCR , V EX _HAT ) is divided into a plurality of areas, and a correction amount for bringing the estimated value ST UREA _ MAX of the first maximum storage capacity closer to the actual value.
  • U ij (see FIG. 25 described later) is calculated for each of these areas.
  • W ij a plurality of correction weighting functions W ij having values in each region are defined.
  • the domain includes the first region [T 0 , T 2 ], the second region [T 1 , T 3 ], the third region [T 2 , T 4 ], and the fourth region [T 2 , T 4 ].
  • T 3 and T 5 ].
  • T 0 ⁇ T 1 ⁇ T 2 ⁇ T 3 ⁇ T 4 ⁇ T 5 it is assumed that T 0 ⁇ T 1 ⁇ T 2 ⁇ T 3 ⁇ T 4 ⁇ T 5 . Therefore, the first area and the second area overlap in the interval [T 1 , T 2 ], the second area and the third area overlap in the interval [T 2 , T 3 ], and the third area and the fourth area It overlaps in the section [T 3 , T 4 ].
  • the function WT 1 is set to have a value other than “0” in the first region [T 0 , T 2 ]. More specifically, the function WT 1 is set to “1” in the section [T 0 , T 1 ] and set to decrease from “1” to “0” in the section [T 1 , T 2 ]. Ru.
  • the function WT 2 is set to have a value other than “0” in the second region [T 1 , T 3 ]. More specifically, the function WT 2 is set to rise from “1” to “0” in the interval [T 1 , T 2 ], and from “1” to “0 in the interval [T 2 , T 3 ].
  • the function WT 3 is set to have a value other than “0” in the third region [T 2 , T 4 ]. More specifically, the function WT 3 is set to rise from “1” to “0” in the interval [T 2 , T 3 ], and from “1” to “0 in the interval [T 3 , T 4 ] Set to decrease to Thus, the functions WT 2 and WT 3 intersect at the center of the interval [T 2 , T 3 ].
  • the function WT 4 is set to have a value other than “0” in the fourth region [T 3 , T 5 ].
  • the function WT 4 is set to rise from “1” to “0” in the section [T 3 , T 4 ], and is set to “1” in the section [T 4 , T 5 ]. Ru.
  • the functions WT 3 and WT 4 intersect at the center of the interval [T 3 , T 4 ].
  • the amount of change of the first maximum storage capacity with respect to the temperature change is larger in the state where the temperature is higher than in the state where the temperature is low.
  • the distribution of the correction weighting function it is preferable to set the distribution of the correction weighting function to be dense in a region where the amount of change is large. Therefore, in the present embodiment, the section [T 3 , T 4 ] is set to be narrower than the section [T 1 , T 2 ].
  • the first correction weighting function WT j configured as described above is normalized so that the sum function becomes “1” regardless of the catalyst temperature T SCR as shown in the following equation (25) .
  • the domain includes the first area [V 0 , V 2 ], the second area [V 1 , V 3 ], the third area [V 2 , V 4 ], and the fourth area [V 2 V 3 and V 5 ].
  • the function WV 1 is set to have a value other than “0” in the first region [V 0 , V 2 ]. More specifically, the function WV 1 is set to “1” in the section [V 0 , V 1 ] and set to decrease from “1” to “0” in the section [V 1 , V 2 ]. Ru. The function WV 2 is set to have a value other than “0” in the second region [V 1 , V 3 ].
  • the function WV 2 is set to rise from “1” to “0” in the section [V 1 , V 2 ], and from “1” to “0” in the section [V 2 , V 3 ] Set to decrease to
  • the functions WV 1 and WV 2 intersect at the center of the interval [V 1 , V 2 ].
  • Function WV 3 is set so as to have a value that is not "0" in the third region [V 2, V 4]. More specifically, the function WV 3 the interval [V 2, V 3] In is set to rise from “1" to "0", the interval [V 3, V 4] "0" 1 "in Set to decrease to Therefore, the function WV 2 and functions WV 3 intersect at the center of the interval [V 2, V 3].
  • the function WV 4 is set to have a value other than “0” in the fourth region [V 3 , V 5 ]. More specifically, the function WV 4 is set to rise from “1” to “0” in the section [V 3 , V 4 ], and is set to “1” in the section [V 4 , V 5 ] Ru. Therefore, the function WV 3 and function WV 4 intersect at the center of the interval [V 3, V 4].
  • the second correction weighting function WV i configured as described above is normalized so that its sum function becomes “1” regardless of the exhaust volume V EX _HAT as shown in the following equation (26) .
  • the horizontal axis represents the catalyst temperature T SCR
  • the vertical axis represents the exhaust volume V EX_HAT.
  • sixteen domains overlapping each other are defined in the domain of two reference parameters (T SCR , V EX — HAT ).
  • the sixteen correction weighting functions W ij are defined by the products of the respective components of the first correction weighting function WT j and the respective components of the second correction weighting function WV i as represented by the following equation (27). As a result, correction weighting functions W ij having values other than “0” in 16 regions are defined. Only four correction weighting functions W 11 , W 22 , W 33 and W 44 are shown in FIG.
  • the sum function of the correction weighting function W ij is not based on the two reference parameters (T SCR , V EX — HAT ), as shown in the following equation (28) Normalized to be 1 ".
  • the correction weighting function setting unit 95 sets a first correction weighting function calculation unit 951 in which a plurality of first correction weighting functions WT j are set, and a plurality of second correction weighting functions WV j .
  • the second correction weight function calculation unit 952, a multiplier 953 that calculates the correction weight function W ij based on the first correction weight function WT j and the second correction weight function WV j , and the error signal EVNS are weighted for each region And a multiplier 954.
  • the first correction weighting function calculation unit 951 searches the control map as shown in FIG. 23 to find the value WT j (k) of the first correction weighting function according to the detection value T SCR (k) of the catalyst temperature sensor. Calculate
  • the second correction weighting function calculation unit 952 searches the control map as shown in FIG. 24 to obtain the value WT i (k) of the second correction weighting function according to the estimated value V EX_HAT (k) of the exhaust volume. calculate.
  • the multiplier 953 calculates the value WT j (k) of the first correction weighting function calculated by the first correction weighting function calculation unit 951 and the value WT i (the second correction weighting function) as shown in the following equation (29).
  • the value W jj (k) of the correction weighting function is calculated by multiplying each component with k).
  • the multiplier 954 weights each region by multiplying each component of the value W jj (k) of the calculated correction weighting function by the error signal EVNS (k) as shown in the following equation (30). An error signal WEVNS ij (k) is calculated.
  • the correction amount U ij is calculated by a response-specifying control algorithm that can set the convergence speed of the error signal WEVNS ij .
  • the response-specifying control algorithm is a control algorithm that can specify both the convergence speed and the convergence behavior of the deviation based on a function that defines the convergence behavior of the deviation.
  • the correction amount calculation unit 96 includes a plurality of sliding mode controllers in which the response assignment control algorithm is configured to be executable. The operation of these sliding mode controllers will be described below.
  • the sum of the product of the switching function setting parameter POLE V and the error signal WEVNS ij (k-1) at the previous control time, and WEVNS ij (k) is calculated.
  • the switching function setting parameter POLE V one set between -1 and 0 is used based on a predetermined setting table.
  • the reaching law input U RCH_V_ij (k) is an input for placing the deviation state quantity on the switching straight line, and as shown in the following equation (33), the reaching function control gain K predetermined for the switching function ⁇ V ij (k) It is calculated by multiplying RCH_V .
  • Adaptive law input U ADP_V_ij (k) is to suppress the influence of modeling errors and disturbance, is an input for placing the deviation state quantity on the switching straight line, as shown in the following formula (34), switching function sigma V_ij ( It is calculated by the sum of k) multiplied by a predetermined adaptive law gain K ADP_V, and the adaptive law input U ADP_V_ij (k ⁇ 1) at the time of the previous control.
  • the adaptation coefficient KVNS is calculated by adding "1" to the total sum of.
  • FIG. 26 shows the first maximum storage capacity, the adaptation coefficient KVNS, W ij U ij , the correction amount U ij , and the first correction weighting function WT j in order from the top to the bottom.
  • the actual first maximum storage capacity largely deviates from the reference value ST UREA_BS .
  • the correction weighting function W ij and the correction amount U ij are defined, only the component related to the detection value T SCR of the catalyst temperature sensor will be described.
  • the error signals WEVNS i1 , WEVNS i2 , WEVNS i3 and WEVNS i4 are set to “0”.
  • the respective correction amounts U i1 , U i2 , U i3 and U i4 are calculated.
  • the sum function over the entire range of the product of the first correction weighting function and the correction amount is a function that changes substantially continuously according to the temperature of the first selective reduction catalyst, as shown in the third stage.
  • the adaptation coefficient KVNS By calculating the adaptation coefficient KVNS based on such a substantially continuously changing summation function U i1 W i1 + U i2 W i2 + U i3 W i3 + U i4 W i4 , the adaptation coefficient K VNS close to the actual change amount is calculated. It can be calculated.
  • the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity based on such an adaptation coefficient KVNS, it is possible to calculate the estimated value ST UREA_MAX close to the actual first maximum storage capacity.
  • FIG. 27 is a flowchart showing a procedure of urea injection control processing executed by the ECU.
  • the urea injection control process is performed to calculate the urea injection amount G UREA by the above-described method, and is executed every predetermined control cycle (for example, 50 msec).
  • step S1 it is determined whether or not the urea failure flag F UREANG is "1".
  • the urea failure flag F UREANG is set to "1" when it is determined in the determination process not shown that the urea injection device has failed, and is set to "0" otherwise.
  • Step S9 is advanced to, and after the urea injection amount G UREA is set to "0", this processing is ended. If the determination is NO, the process proceeds to step S2.
  • step S2 it is determined whether a catalyst deterioration flag F SCRNG is "1".
  • the catalyst deterioration flag F SCRNG is set to “1” when it is determined that either the first selective reduction catalyst or the second selective reduction catalyst has failed in the determination process not shown, and otherwise “0”.
  • Step S9 is advanced to, and after the urea injection amount G UREA is set to "0", this processing is ended. If the determination is NO, the process proceeds to step S3.
  • step S3 it is determined whether or not the urea remaining amount Q UREA is less than a predetermined value Q REF .
  • the urea remaining amount Q UREA indicates the remaining amount of urea water in the urea tank, and is calculated based on the output of the urea level sensor. If the determination is YES, the process proceeds to step S4, and if the determination is NO, the process proceeds to step S5. In step S4, the urea remaining amount warning light is turned on, and the process proceeds to step S9. After the urea injection amount G UREA is set to "0", this process is ended.
  • step S5 it is determined whether the catalyst warm-up timer value T MAST is larger than a predetermined value T MLMT .
  • the catalyst warm-up timer value T MAST counts the warm-up time of the urea selective reduction catalyst after the start of the engine. If this determination is YES, the process proceeds to step S6. If the determination is NO, the process proceeds to step S9, and after the urea injection amount G UREA is set to "0", the process ends.
  • step S6 it is determined whether or not the sensor failure flag F SENNG is "0".
  • the sensor failure flag F SENNG is set to “1” when it is determined that the ammonia sensor or the catalyst temperature sensor has failed in a determination process not shown, and is set to “0” otherwise. If this determination is YES, the process proceeds to step S7. If the determination is NO, the process proceeds to step S9, and after the urea injection amount G UREA is set to "0", the process ends.
  • step S7 it is determined whether or not the ammonia sensor activation flag FNH3ACT is one.
  • the ammonia sensor activation flag FNH3ACT is set to "1" when it is determined that the ammonia sensor has reached the active state in a determination process not shown, and is set to "0" otherwise. If the determination is YES, the process proceeds to step S8. If the determination is NO, the process proceeds to step S9, and after the urea injection amount G UREA is set to "0", the process ends.
  • step S8 the temperature T SCR of the first selective reduction catalyst is determined whether or not larger than a predetermined value T SCR_ACT. If this determination is YES, it is determined that the first selective reduction catalyst has been activated, and the process proceeds to step S10. If this determination is NO, it is determined that the first selective reduction catalyst is not yet activated, and it is determined that urea injection should be stopped, and the process proceeds to step S9, and the urea injection amount GUREA is "0. This process is ended after setting to ".”
  • step S10 the target value STUREA_TRGT of the first storage amount is calculated by the storage amount target value setting unit and the maximum storage capacity estimation unit described above based on equations (22) to (35), and the process moves to step S11.
  • step S11 the FF injection amount G UREA_FF is calculated by the above-described feedforward controller, and the process proceeds to step S12.
  • step S12 the storage correction input calculation unit calculates the storage correction input G UREA _ ST based on the equations (5) to (21), and the process proceeds to step S13.
  • step S13 the slip generation correction input calculation unit calculates the slip generation correction input G UREA _SLP based on the equations (2) to (4), and the process proceeds to step S14.
  • step S14 the urea injection amount G UREA is calculated by the above-described adder based on the equation (1), and this process is ended.
  • FIG. 28 shows simulation results in the case where the selective reduction catalyst is a new product and the adaptation coefficient KVNS is forcibly set to "1".
  • the estimated value ST UREA _ MAX of the first maximum storage capacity matches the actual first maximum storage capacity.
  • the first storage capacity is controlled to the actual first maximum storage capacity.
  • the detected value NH3 CONS of the ammonia sensor exceeds the slip target value NH3 CONS_TRGT according to the operating state of the engine, and as a result, an ammonia slip occurs in the first selective reduction catalyst, and the downstream of the first selective reduction catalyst Ammonia is discharged to the side.
  • this ammonia is stored in the second selective reduction catalyst and used for purification of NOx, ammonia slip does not occur in the second selective reduction catalyst.
  • FIG. 29 shows simulation results when the selective reduction catalyst is new and the adaptation coefficient KVNS is calculated by the above algorithm.
  • the detected value NH3 CONS of the ammonia sensor may exceed the slip target value NH3 CONS_TRGT depending on the operating state of the engine.
  • this deviation gradually decreases. This is because the estimated value ST UREA _ MAX of the first maximum storage capacity is corrected to the decrease side by making the adaptation coefficient KVNS smaller than “1”.
  • FIG. 30 shows simulation results in the case where the selective reduction catalyst is a degraded product and the adaptation coefficient KVNS is forcibly set to "1".
  • the reference value ST UREA_BS of the first maximum storage capacity deviates from the actual first maximum storage capacity. Therefore, when the adaptation coefficient KVNS is forced to "1", the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity becomes larger than the actual first maximum storage capacity, as shown in FIG. Therefore, the magnitude of the deviation of the detection value NH3 CONS of the ammonia sensor with respect to the change of the operating state of the engine with respect to the target value NH3 CONS_TRGT becomes larger as compared with the results shown in FIGS. For this reason, ammonia slipped from the first selective reduction catalyst can not be stored by the second selective reduction catalyst, and ammonia slip is generated also in the second selective reduction catalyst.
  • FIG. 31 shows a simulation result in the case where the selective reduction catalyst is a deteriorated product and the adaptation coefficient KVNS is calculated by the above algorithm.
  • the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity is calculated to be larger than the actual first maximum storage capacity. Therefore, immediately after the start of the simulation, an excess ammonia slip occurs in the first selective reduction catalyst, and an ammonia slip also occurs in the second selective reduction catalyst.
  • the adaptation factor KNVS changes to a smaller value, and as a result, the first maximum storage capacity estimate ST UREA_MAX is corrected to a smaller value close to the actual first maximum storage capacity. Therefore, the magnitude of the deviation of the detection value NH3 CONS of the ammonia sensor with respect to the change of the operating state of the engine with respect to the target value NH3 CONS_TRGT decreases with the passage of time. Therefore, the ammonia slip is suppressed for both the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst. Although illustration is omitted, it is confirmed that the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity converges to the actual first maximum storage capacity when time passes.
  • the detected value NH3 CONS of the ammonia sensor is made the slip target value NH3 CONS_TRGT . It can be matched with high accuracy.
  • the reducing agent detection means is constituted by the ammonia sensor 26, and the storage amount estimated value calculation means, the first input component calculation means, the second input component calculation means, the supply amount determination means, the storage amount by the ECU3.
  • Target value setting means, maximum storage capacity estimated value calculation means, reference value calculation means, response surface setting means, correction weighting function setting means, correction value calculation means, and estimated value calculation means are configured.
  • the storage amount target value setting unit 5 configures a storage amount target value setting unit
  • the control target 61 of the storage correction input calculation unit 6 configures a storage amount estimated value calculation unit
  • the controllers 62 and 62A , 62B constitute a first input component calculation means.
  • the slip generation correction input calculation unit 7 constitutes a second input component calculation means
  • the adder 8 constitutes a supply amount determination means
  • the maximum storage capacity estimation unit 9 constitutes a maximum storage capacity estimated value calculation means
  • the reference value calculation unit 91 configures a reference value calculation unit
  • the response surface setting unit 94 configures a response surface setting unit
  • the correction weighting function setting unit 95 configures a correction weighting function setting unit
  • the correction amount calculation unit The correction value calculation means is constituted by 96
  • the estimated value calculation means is constituted by the estimated value calculation unit 99.
  • the exhaust passage 11 is provided with the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232 in order toward the downstream side, and further, the first selective reduction catalyst 231 and An urea sensor that supplies urea water from the upstream side of the second selective reduction catalyst 232, and an ammonia sensor that detects the ammonia concentration or ammonia amount of the exhaust between the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232 26 and.
  • the urea injection amount G UREA is a slip target value of the storage correction input G UREA_ST calculated such that the estimated value ST UREA_FB of the first storage amount matches the storage amount target value ST UREA_TRGT and the detection value NH3 CONS of the ammonia sensor 26 It is determined based on the slip generation correction input G UREA _SLP calculated to match NH3 CONS_TRGT .
  • the first storage amount of the first selective reduction catalyst 231 can be maintained at the maximum. Therefore, the NOx reduction rate of the first selective reduction catalyst 231 can be maintained at the highest state under all operating conditions from steady to transient.
  • NOx can be reduced also in the second selective reduction catalyst 232 by using the slipped ammonia.
  • NOx can be reduced with ammonia that has slipped to the second selective reduction catalyst 232.
  • discharge of ammonia to the downstream of the second selective reduction catalyst 232 can be prevented. Therefore, the exhaust purification system 2 as a whole can maintain a high NOx reduction rate while suppressing the discharge of ammonia downstream of the selective reduction catalyst 23.
  • the storage amount target value ST UREA _ TRGT is set in the vicinity of the maximum storage capacity that changes according to the temperature of the first selective reduction catalyst 231.
  • the first storage amount of the first selective reduction catalyst 231 is smaller than the maximum storage capacity, the first storage amount is promptly returned to the maximum storage capacity, and the NOx reduction rate is lowered. It is possible to prevent the continued condition.
  • the storage amount target value ST UREA_TRGT is made close to the maximum storage capacity accordingly. By setting, unnecessary ammonia slip can be suppressed.
  • the estimated value STUREA_FB of the first storage amount subtracts the urea water supply amount GUREA_SLP necessary to generate ammonia slipped from the first selective reduction catalyst 231 from the urea injection amount GUREA.
  • the calculated amount is calculated based on the parameter G UREA_IDEAL correlated with the amount of NOx flowing into the first selective reduction catalyst 231.
  • the NOx reduction rate of the entire exhaust purification system 2 can be maintained high by calculating the accurate first storage amount ST UREA_FB .
  • NOx in the exhaust gas can be reduced in the second selective reduction catalyst 232 by the ammonia slipped from the first selective reduction catalyst 231.
  • the urea injection device 25 is provided with the first selective reduction catalyst 231 in the exhaust passage 11 and further supplies urea water from the upstream side of the first selective reduction catalyst 231, and the first selective reduction catalyst 231 And an ammonia sensor 26 for detecting the ammonia concentration or the amount of ammonia on the downstream side of the exhaust gas.
  • the target value STUREA_TRGT of the first storage amount is set in the vicinity of the estimated value STUREA_MAX of the first maximum storage capacity
  • the storage correction input GUREA_ST of the urea injection amount GUREA is the estimated value ST of the first storage amount.
  • UREA_FB is calculated to match the first storage amount target value ST UREA_TRGT .
  • the maximum storage capacity estimating unit 9 calculates the estimated value STUREA_MAX of the first maximum storage capacity so that the detected value NH3 CONS of the ammonia sensor 26 matches the slip target value NH3 CONS_TRGT .
  • the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity can be accurately calculated according to this change. Therefore, while maintaining the first storage amount near the first maximum storage capacity and suppressing the discharge of ammonia downstream of the first selective reduction catalyst 231, the NOx reduction rate of the first selective reduction catalyst 231 is maintained high can do.
  • the NO 2 generation capacity changes due to the deterioration of the oxidation catalyst or the filter, and ammonia and NOx in the first selective reduction catalyst 231
  • the reaction probability of may change. Even in such a case, a change in the reaction probability can be sensed as a change in the first maximum storage capacity, and the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity can be appropriately calculated.
  • the NOx reduction ratio of the first selective reduction catalyst 231 can be maintained high while maintaining the storage amount at an appropriate value and suppressing the discharge of ammonia downstream of the first selective reduction catalyst 231.
  • the first storage amount is Of the first selective reduction catalyst 231 can be maintained high, while suppressing the discharge of ammonia downstream of the first selective reduction catalyst 231.
  • the correction amount U ij for each area is calculated based on the value WE VNS ij obtained by multiplying the value W ij of the correction weighting function set for each area by the error signal EVNS.
  • the estimated value ST UREA _ MAX of the first maximum storage capacity is an adaptation coefficient KVNS calculated based on the sum over the entire area of the product of the correction amount U ij and the value W ij of the correction weighting function. , Calculated by multiplying the reference value ST UREA_BS .
  • the estimated value ST UREA _ MAX of the first maximum storage capacity is set to the value W RSM of the response surface for weighting the amount of change of the first maximum storage capacity due to the deterioration of the first selective reduction catalyst 231 It is calculated based on an error signal EVNS multiplied by CONS . As described above, by weighting the amount of change in the first maximum storage capacity due to deterioration to the error parameter ENH3 CONS , erroneous correction of the estimated value ST UREA_MAX of the first maximum storage capacity as described above is suppressed, and all reference parameters are corrected. The estimated value ST UREA_MAX can be calculated accurately over the region.
  • the correction amount U ij is calculated by the response assignment control algorithm
  • the present invention is not limited to this.
  • the correction amount U ij may be calculated by another known feedback algorithm such as a PID control algorithm, an optimal control algorithm, and a back stepping control algorithm.
  • the adaptive coefficient KVNS (k) calculated by equation (35) is multiplied by the first maximum storage capacity reference value ST UREA_BS (k) to obtain 1)
  • the estimated value ST UREA_MAX (k) of the maximum storage capacity is calculated, the present invention is not limited to this.
  • the adaptive addition correction amount DVNS (k) calculated by the following equation (36) is added to the reference value ST UREA_BS (k) of the first maximum storage capacity: The estimated value ST UREA_MAX (k) of the first maximum storage capacity may be calculated.
  • an example is shown in which the present invention is applied to a urea addition type exhaust gas purification system in which ammonia is used as a reducing agent and urea aqueous solution is supplied as an additive that is the source of the reducing agent.
  • ammonia may be supplied directly, without supplying urea water and generating ammonia from the urea water.
  • the reducing agent for reducing NOx is not limited to ammonia.
  • the present invention can also be applied to an exhaust gas purification system using, for example, a hydrocarbon instead of ammonia as a reducing agent for reducing NOx.

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Abstract

　選択還元触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、高いＮＯｘ還元率を維持しながら、選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを抑制できる内燃機関の排気浄化システムを提供すること。　排気浄化システムは、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを算出し、この第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢが所定の第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴに一致するように、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡのストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴを算出するストレージ補正入力算出部６と、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳが所定のスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに一致するように、排気ボリュームＶＥＸ＿ＨＡＴに基づいて、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡのスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを算出するスリップ生成補正入力算出部７と、ストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ及びスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰに基づいて、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを決定する加算器８と、を備える。

Description

内燃機関の排気浄化システム
　本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に、還元剤の存在下において排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒を備える内燃機関の排気浄化システムに関する。
　従来、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化システムの１つとして、アンモニア等の還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を排気通路に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側から尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでアンモニアを生成し、このアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなアンモニアの化合物を加熱することでアンモニアを生成し、このアンモニアを直接添加するシステムも提案されている。以下では、尿素添加式のシステムについて説明する。
　このような選択還元触媒では、尿素水の噴射量が最適な量よりも少ない場合には、ＮＯｘの還元に消費されるアンモニアが不足することでＮＯｘ還元率が低下し、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還元率を推定し、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濃度を検出し、この検出したＮＯｘ濃度と、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ＮＯ２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還元率を推定し、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還元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還元率は、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。これに加えて、選択還元触媒にアンモニアが貯蔵された場合には、尿素水の最適な量が異なるため、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率は見かけ上変化する。したがって、特許文献１，２に示すような排気浄化システムでは、尿素水の噴射量を常に最適に制御するのは困難である。
　そこで以下では、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率をより直接的に検出し、これに基づいて尿素水の噴射量を制御する技術について検討する。
　図３２は、従来の排気浄化システム８０の構成を示す模式図である。
　図３２に示すように、エンジン８１の排気通路８２には、上流側から下流側へ向かって順に、酸化触媒８３と、ユリアタンク８４に貯留された尿素水を排気通路８２内に噴射するユリア噴射弁８５と、アンモニアの存在下で排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒８６とが設けられる。また、選択還元触媒の浄化性能を監視するものとして、選択還元触媒８６の温度を検出する温度センサ８７と、選択還元触媒８６の下流側のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ８８とが設けられる。
　この排気浄化システム８０では、例えば、予め設定されたマップによりエンジン８１から排出される排気のＮＯｘ濃度を推定し、このＮＯｘ濃度と、温度センサ８７により検出された触媒温度とに基づいて、ユリア噴射弁８５による尿素水の噴射量を決定する。特にここで、選択還元触媒８６の劣化状態は、ＮＯｘセンサ８８により検出されたＮＯｘ濃度と、推定した排気のＮＯｘ濃度との差に基づいて推定することができる。この排気浄化システムでは、以上のようにして推定した選択還元触媒８６の劣化状態に応じて、尿素水の噴射量を補正することが可能となっている。
特開２００６－２７４９８６号公報 特開２００４－１００７００号公報
　図３３は、上述の従来の排気浄化システムにおける、選択還元触媒下流の排気のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度と、ＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図である。具体的には、図３３は、上段から順に、選択還元触媒下流の排気のＮＯｘ濃度、選択還元触媒下流の排気のアンモニア濃度、及びＮＯｘセンサの出力値と、尿素水噴射量との関係を示す。
　尿素水の噴射量を増加すると、選択還元触媒において生成されるアンモニアも増加するため、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率が上昇する。このため、図３３に示すように、尿素水の噴射量を増加するに従い、選択還元触媒の下流のＮＯｘ濃度は減少する。また、星印に示す尿素水噴射量を超えると、ＮＯｘ濃度は尿素水噴射量にかかわらず略一定となる。すなわち、星印を超える量の尿素水は、生成されたＮＯｘを還元することに対しては余剰であることを示す。
　また、ここで余剰となった尿素水から生成されたアンモニアは、ＮＯｘの還元には消費されず、選択還元触媒に貯蔵されるか又は選択還元触媒の下流に排出される。したがって、図３３に示すように、選択還元触媒の下流の排気のアンモニア濃度は、星印に示す尿素水の噴射量を超えると増加する。なお、このように生成されたアンモニアが選択還元触媒に貯蔵されず、その下流へ排出することを、以下では「アンモニアスリップ」という。
　以上のように、図３３において星印で示す尿素水噴射量は、ＮＯｘ濃度及びアンモニア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噴射量となっている。
　しかしながら、図３３に示すように、ＮＯｘセンサの出力値は、この最適な噴射量における出力値を最小点とした、下に凸の特性を示す。これは、現存するＮＯｘセンサは、その検出原理上、ＮＯｘに対してだけでなくアンモニアに対しても感応するためである。
　したがって、ＮＯｘセンサからの出力値のみでは、尿素水の噴射量が最適な噴射量に対して不足した状態であるか又は過剰な状態であるかを判別できない。このため、最適な量の尿素水を供給し続けて、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率を高く維持しながら、かつ、アンモニアの排出を抑制することは困難である。
　本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、選択還元触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、高いＮＯｘ還元率を維持しながら、選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを抑制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（１）の排気通路（１１）に設けられ、還元剤の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒（２３）を備えた内燃機関の排気浄化システム（２）を提供する。前記選択還元触媒は、第１選択還元触媒（２３１）と、前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒よりも下流側に設けられた第２選択還元触媒（２３２）とを含む。前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に、還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段（２５）と、前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒との間を流通する排気の還元剤濃度又は還元剤量を検出する還元剤検出手段（２６）と、前記第１選択還元触媒に貯蔵された還元剤の量をストレージ量として、当該ストレージ量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ）を算出するストレージ量推定値算出手段（３，６１）と、前記ストレージ量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ）が所定のストレージ量目標値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴ）に一致するように、前記還元剤供給手段による還元剤又は添加剤の供給量（ＧＵＲＥＡ）の第１入力成分（ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ）を算出する第１入力成分算出手段（３，６２，６２Ａ，６２Ｂ）と、前記還元剤検出手段の検出値（ＮＨ３ＣＯＮＳ）が所定のスリップ目標値（ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴ）に一致するように、前記第１選択還元触媒に流入する排気の量に相関のあるパラメータ（ＶＥＸ＿ＨＡＴ）に基づいて、前記供給量（ＧＵＲＥＡ）の第２入力成分（ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰ）を算出する第２入力成分算出手段（３，７）と、前記第１入力成分（ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ）及び前記第２入力成分（ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰ）に基づいて、前記供給量（ＧＵＲＥＡ）を決定する供給量決定手段（３，８）と、を備える。
　この構成によれば、排気通路に、下流側へ向かって順に第１選択還元触媒と第２選択還元触媒を設け、さらに、第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒の上流側から還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段と、第１選択還元触媒と第２選択還元触媒との間の排気の還元剤濃度又は還元剤量を検出する還元剤検出手段と、を設けた。還元剤供給手段の供給量は、ストレージ量の推定値がストレージ量目標値に一致するように算出された第１入力成分と、還元剤検出手段の検出値がスリップ目標値に一致するように算出された第２入力成分とに基づいて決定される。
　これにより、第１選択還元触媒におけるストレージ量を最大に維持することができる。したがって、定常から過渡の全ての運転条件において、第１選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率を最も高い状態に維持することができる。また、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ還元剤を意図的にスリップさせることで、このスリップした還元剤を利用して第２選択還元触媒においてもＮＯｘを還元することができる。また、第２選択還元触媒へスリップした還元剤でＮＯｘを還元することにより、第２選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを防止できる。したがって、選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを抑制しながら、排気浄化システム全体として高いＮＯｘ還元率を維持できる。
　好ましくは、前記排気浄化システムは、前記第１選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量を最大ストレージ容量として、前記第１選択還元触媒の温度に応じて変化する最大ストレージ容量の近傍に、前記ストレージ量目標値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴ）を設定するストレージ量目標値設定手段（３，５）をさらに備える。
　この構成によれば、ストレージ量目標値は、第１選択還元触媒の温度に応じて変化する最大ストレージ容量の近傍に設定される。これにより、例えば、第１選択還元触媒のストレージ量が最大ストレージ容量に対して少ない状態であっても、ストレージ量を速やかに最大ストレージ容量に復帰させて、ＮＯｘ還元率が低下した状態が続くのを防ぐことができる。また、例えば、過渡時において第１選択還元触媒の温度が上昇し、最大ストレージ容量が減少した場合であっても、これに合わせてストレージ量目標値を最大ストレージ容量の近傍に設定することで、不要な還元剤のスリップを抑制することができる。
　好ましくは、前記ストレージ量推定値算出手段は、前記第１選択還元触媒からスリップした還元剤を補うために必要な還元剤又は添加剤の量（ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰ）を、前記供給量（ＧＵＲＥＡ）から減算した量と、前記第１選択還元触媒に流入するＮＯｘの量に相関のあるパラメータ（ＮＯＸＣＯＮＳ，ＧＵＲＥＡ＿ＦＦ，ＧＵＲＥＡ＿ＩＤＥＡＬ）と、に基づいて前記ストレージ量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ）を算出する。
　この構成によれば、第１選択還元触媒のストレージ量の推定値は、第１選択還元触媒からスリップした還元剤を補うために必要な還元剤又は添加剤の量を、還元剤供給手段の供給量から減算した量と、第１選択還元触媒に流入するＮＯｘの量に相関のあるパラメータとに基づいて算出される。これにより、第１選択還元触媒のストレージ量を増減させる要因を考慮して、正確なストレージ量の推定値を算出することができる。また、正確なストレージ量を算出することにより、排気浄化システム全体のＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　好ましくは、前記第２選択還元触媒は、前記第１選択還元触媒からスリップした還元剤により、排気中のＮＯｘを還元することができる程度の還元剤の貯蔵能力及びＮＯｘ浄化能力を有する。
　この構成によれば、第１選択還元触媒からスリップした還元剤により、第２選択還元触媒において排気中のＮＯｘを還元することができる。これにより、第１選択還元触媒からスリップした還元剤でＮＯｘを還元しつつ、第２選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのをさらに抑制することができる。
　上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（１）の排気通路（１１）に設けられ、還元剤の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒（２３１）を備えた内燃機関の排気浄化システム（２）を提供する。前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に、還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段（２５）と、前記排気通路のうち前記選択還元触媒の下流側を流通する排気の還元剤濃度又は還元剤量を検出する還元剤検出手段（２６）と、前記選択還元触媒に貯蔵された還元剤の量をストレージ量として、当該ストレージ量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ）を算出するストレージ量推定値算出手段（３，６１）と、前記ストレージ量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ）が所定のストレージ量目標値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴ）に一致するように、前記還元剤供給手段による還元剤又は添加剤の供給量（ＧＵＲＥＡ）の第１入力成分（ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ）を算出する第１入力成分算出手段（３，６２，６２Ａ，６２Ｂ）と、前記選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量を最大ストレージ容量として、前記選択還元触媒の温度に応じて変化する最大ストレージ容量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ）を算出する最大ストレージ容量推定値算出手段（３，９）と、前記最大ストレージ容量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ）の近傍に、前記ストレージ量目標値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴ）を設定するストレージ量目標値設定手段（３，５）と、を備える。前記最大ストレージ容量推定値算出手段は、前記還元剤検出手段の検出値（ＮＨ３ＣＯＮＳ）が所定のスリップ目標値（ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴ）に一致するように、前記最大ストレージ容量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ）を算出する。
　この構成によれば、排気通路に、選択還元触媒を設け、さらに、選択還元触媒の上流側から還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段と、選択還元触媒の下流側の排気の還元剤濃度又は還元剤量を検出する還元剤検出手段と、を設けた。また、ストレージ量目標値は、最大ストレージ容量の推定値の近傍に設定され、還元剤供給手段の供給量の第１入力成分は、ストレージ量の推定値が上記ストレージ量目標値に一致するように算出される。特にここで、最大ストレージ容量推定値算出手段は、還元剤検出手段の検出値がスリップ目標値に一致するように、最大ストレージ容量の推定値を算出する。
　これにより、選択還元触媒の劣化により、その最大ストレージ容量が変化した場合であっても、この変化に合わせて最大ストレージ容量の推定値を正確に算出することができる。したがって、選択還元触媒のストレージ量をその最大ストレージ容量の近傍に維持し、選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを抑制しながら、選択還元触媒のＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　また、選択還元触媒の上流側に酸化触媒やディーゼルパティキュレートフィルタを設けた場合、これら酸化触媒やフィルタの劣化によってＮＯ２生成能力が変化し、選択還元触媒におけるアンモニアとＮＯｘの反応確率が変化する場合がある。このような場合であっても、上記反応確率の変化を、選択還元触媒の最大ストレージ容量の変化として感知し、最大ストレージ容量の推定値を適切に算出することができる、したがって、選択還元触媒のストレージ量を適切な値に維持し、選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを抑制しながら、選択還元触媒のＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　好ましくは、前記最大ストレージ容量推定値算出手段（９）は、前記選択還元触媒の温度に相関のあるパラメータ（ＴＳＣＲ）及び前記選択還元触媒に流入する排気の量に相関のあるパラメータ（ＶＥＸ＿ＨＡＴ）の少なくとも何れかを参照パラメータとして、当該参照パラメータに基づいて前記最大ストレージ容量の基準値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ）を算出する基準値算出手段（９１）と、前記参照パラメータを基底とする空間に、互いに重複する複数の領域を定義するとともに、前記還元剤検出手段の検出値（ＮＨ３ＣＯＮＳ）の前記スリップ目標値（ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴ）に対する誤差パラメータ（ＥＮＨ３ＣＯＮＳ）が「０」になるように、前記領域ごとに前記基準値に対する修正値（Ｕｉｊ，ｉ＝１～４，ｊ＝１～４）を算出する修正値算出手段（９６）と、前記基準値算出手段により算出された基準値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ）及び前記修正値算出手段により算出された前記領域ごとの修正値（Ｕｉｊ，ｉ＝１～４，ｊ＝１～４）に基づいて、前記最大ストレージ容量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ）を算出する推定値算出手段（９９）と、を備える。
　この構成によれば、選択還元触媒の温度に相関のあるパラメータ及び選択還元触媒に流入する排気の量に相関のあるパラメータの少なくとも何れかを参照パラメータとして、最大ストレージ容量の基準値は、この参照パラメータに基づいて算出される。また、この参照パラメータを基底とする空間に複数の領域を定義し、誤差パラメータが「０」となるように、これら領域ごとに上記基準値に対する修正値を算出する。最大ストレージ容量の推定値は、これら領域ごとの修正値に基づいて算出される。
　これにより、選択還元触媒の温度及び選択還元触媒に流入する排気の量の全ての領域において、最大ストレージ容量の推定値を正確に算出することができる。このため、上述のように選択還元触媒が劣化したり、選択還元触媒の上流側の酸化触媒やディーゼルパティキュレートフィルタが劣化したりした場合であっても、選択還元触媒のストレージ量を適切な値に維持し、選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを抑制しながら、選択還元触媒のＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　好ましくは、前記最大ストレージ容量推定値算出手段（９）は、前記参照パラメータを定義域とし、かつ、前記複数の領域においてそれぞれ「０」でない値を持つ補正重み関数（Ｗｉｊ）を、前記領域ごとに設定する補正重み関数設定手段（９５）をさらに備える。前記補正重み関数（Ｗｉｊ）は、その総和関数（ΣΣＷｉｊ）が所定の値になるように正規化される。前記領域ごとの修正値（Ｕｉｊ，ｉ＝１～４，ｊ＝１～４）は、前記領域ごとの補正重み関数の値に前記誤差パラメータ（ＥＮＨ３ＣＯＮＳ）を乗算した値（ＷＥＶＮＳｉｊ）に基づいて算出される。
　この構成によれば、上記領域ごとの修正値は、領域ごとに設定された補正重み関数の値に誤差パラメータを乗算した値に基づいて算出される。これにより、誤差パラメータが値を持った場合、すなわち最大ストレージ容量の推定値に誤差が生じたと考えられる場合には、この誤差を修正するべき領域の修正値のみを適切に更新することができる。したがって、最大ストレージ容量の推定値をより正確に算出することができる。
　好ましくは、前記推定値算出手段（９９）は、前記修正値（Ｕｉｊ）と前記補正重み関数の値（Ｗｉｊ）との積の全領域に亘る総和（ΣΣＷｉｊＵｉｊ）に基づいて算出された係数（ＫＶＮＳ）に、前記基準値算出手段により算出された基準値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ）を乗算することにより、最大ストレージ容量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ）を算出する。
　この構成によれば、最大ストレージ容量の推定値は、修正値と補正重み関数の値との積の全領域に亘る総和に基づいて算出された係数に、上記基準値を乗算することにより算出される。これにより、参照パラメータで定義される全領域で、連続的な最大ストレージ容量の推定値を算出することができる。したがって、参照パラメータが変化した際には、還元剤供給手段の供給量も連続的に変化させることができるため、結果として、選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを抑制しながら、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　好ましくは、記推定値算出手段（９９）は、前記修正値（Ｕｉｊ）と前記補正重み関数の値との積の全領域に亘る総和（ΣΣＷｉｊＵｉｊ）に基づいて算出された係数（ＤＶＮＳ）に、前記基準値算出手段により算出された（ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ）基準値を加算することにより、最大ストレージ容量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ）を算出する。
　この構成によれば、最大ストレージ容量の推定値は、修正値と補正重み関数の値との積の全領域に亘る総和に基づいて算出された係数に、上記基準値を加算することにより算出される。これにより、参照パラメータで定義される全領域で、連続的な最大ストレージ容量の推定値を算出することができる。したがって、参照パラメータが変化した際には、還元剤供給手段の供給量も連続的に変化させることができるため、結果として、選択還元触媒の下流へ還元剤が排出するのを抑制しながら、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　好ましくは、前記最大ストレージ容量推定値算出手段（９）は、前記選択還元触媒の劣化による最大ストレージ容量の変化量を重み付けする応答曲面を、前記参照パラメータを定義域として設定する応答曲面設定手段（９４）をさらに備える。前記最大ストレージ容量の推定値（ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ）は、前記応答曲面の値（ＷＲＳＭ）に前記誤差パラメータ（ＥＮＨ３ＣＯＮＳ）を乗算した値（ＥＶＮＳ）に基づいて算出される。
　ところで、誤差パラメータが値を持つ要因としては、最大ストレージ容量の推定値の誤差の他にも、様々な要因が考えられる。このため、重み付けされていない誤差パラメータに基づいて最大ストレージ容量の推定値を算出すると、上記の他の要因により最大ストレージ容量の推定値に誤修正が生じる場合がある。
　この構成によれば、最大ストレージ容量の推定値は、選択還元触媒の劣化による最大ストレージ容量の変化量を重み付けする応答曲面の値に、誤差パラメータを乗算した値に基づいて算出される。このように誤差パラメータに、劣化による最大ストレージ容量の変化量を重み付けすることにより、上述のような最大ストレージ容量の推定値の誤修正を抑制し、参照パラメータの全領域に亘って正確に推定値を算出することができる。
本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。 選択還元触媒におけるＮＯｘ濃度と、アンモニア濃度と、アンモニアのストレージ量との関係を示す図である。 選択還元触媒のストレージ容量と温度との関係を示す図である。 走行時における選択還元触媒の温度とそのストレージ量との時間変化を示す図である。 走行時における選択還元触媒の温度とそのストレージ量との時間変化を示す図である。 アンモニアセンサの出力値が目標アンモニア濃度に厳密に収束するようにユリア噴射量を制御した場合におけるＮＯｘ還元率の変化を示す図である。 アンモニアセンサの出力値が目標アンモニア濃度を中心とした目標アンモニアスリップ範囲内にとどまる程度に、ユリア噴射量を緩やかに制御した場合におけるＮＯｘ還元率の変化を示す図である。 尿素水の供給状態と、選択還元触媒のストレージ量の変化との関係を模式的に示す図である。 選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生した状態を模式的に示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射弁によるユリア噴射量を決定するモジュールの構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係るスリップ生成補正入力算出部及びストレージ補正入力算出部のみによりユリア噴射量のフィードバック制御を実行した場合におけるエンジンの負荷、選択還元触媒上流のＮＯｘ濃度、検出アンモニア濃度、ユリア噴射量、及びＮＯｘ還元率の関係を示す図である。 上記実施形態に係るＦＦ噴射量を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係るフィードフォワードコントローラを用いてユリア噴射制御を実行した場合における、エンジンの負荷、選択還元触媒上流のＮＯｘ濃度、検出アンモニア濃度、ユリア噴射量、及びＮＯｘ還元率の関係を示す図である。 上記実施形態に係る排気ボリュームを決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係るストレージ補正入力算出部の第１の形態の構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係るストレージ補正入力算出部の第１の形態により算出された第１ストレージ量の推定値の時間変化を示す図である。 上記実施形態に係るストレージ補正入力算出部の第２の形態の構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係るストレージ補正入力算出部の第３の形態の構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係るストレージ補正入力算出部により算出された第１ストレージ量の推定値の時間変化を示す図である。 上記実施形態に係る最大ストレージ容量推定部の構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係る第１最大ストレージ容量の基準値を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係る応答曲面の一例を示す図である。 上記実施形態に係る触媒温度センサの検出値を定義域とした４つの第１補正重み関数を示す図である。 上記実施形態に係る排気ボリュームの推定値を定義域とした４つの第２補正重み関数を示す図である。 上記実施形態に係る２つの参照パラメータを定義域とした１６個の補正重み関数を示す図である。 上記実施形態に係る最大ストレージ容量推定部により、第１最大ストレージ容量の推定値を算出する手順について説明するための図である。 上記実施形態に係るＥＣＵにより実行されるユリア噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。 選択還元触媒を新品とし、かつ、適応係数を強制的に「１」に設定した場合におけるシミュレーション結果を示す。 選択還元触媒を新品とし、かつ、上記実施形態に係るアルゴリズムにより適応係数を算出した場合におけるシミュレーション結果を示す。 選択還元触媒を劣化品とし、かつ、適応係数を強制的に「１」に設定した場合におけるシミュレーション結果を示す。 選択還元触媒を劣化品とし、かつ、上記実施形態に係るアルゴリズムにより適応係数を算出した場合におけるシミュレーション結果を示す。 従来の排気浄化システムの構成を示す模式図である。 従来の排気浄化システムにおける、選択還元触媒下流の排気のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度と、ＮＯｘセンサの出力値との関係を示す図である。
符号の説明
　１…エンジン（内燃機関）
　１１…排気通路
　２…排気浄化システム
　２３…ユリア選択還元触媒（選択還元触媒）
　２３１…第１選択還元触媒（選択還元触媒，第１選択還元触媒）
　２３２…第２選択還元触媒（第２選択還元触媒）
　２５…ユリア噴射装置（還元剤供給手段）
　２６…アンモニアセンサ（還元剤検出手段）
　３…ＥＣＵ３（ストレージ量推定値算出手段、第１入力成分算出手段、第２入力成分算出手段、供給量決定手段、ストレージ量目標値設定手段、最大ストレージ容量推定値算出手段、基準値算出手段、応答曲面設定手段、補正重み関数設定手段、修正値算出手段、推定値算出手段）
　４…フィードフォワードコントローラ
　５…ストレージ量目標値設定部（ストレージ量目標値設定手段）
　６…ストレージ補正入力算出部
　６１…制御対象（ストレージ量推定値算出手段）
　６２，６２Ａ，６２Ｂ…コントローラ（第１入力成分算出手段）
　７…スリップ生成補正入力算出部（第２入力成分算出手段）
　８…加算器（供給量決定手段）
　９…最大ストレージ容量推定部（最大ストレージ容量推定値算出手段）
　９１…基準値算出部（基準値算出手段）
　９２…適応修正器
　９４…応答曲面設定部（応答曲面設定手段）
　９５…補正重み関数設定部（補正重み関数設定手段）
　９６…補正量算出部（修正値算出手段）
　９７…適応係数算出部
　９９…推定値算出部（推定値算出手段）
発明を実施するための形態
　以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（以下「エンジン」という）１及びその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。
　排気浄化システム２は、エンジン１の排気通路１１に設けられた酸化触媒２１と、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ユリア選択還元触媒２３と、排気通路１１のうちユリア選択還元触媒２３の上流側に、還元剤の元となる尿素水を供給するユリア噴射装置２５と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）３とを含んで構成される。
　ユリア噴射装置２５は、ユリアタンク２５１と、ユリア噴射弁２５３とを備える。
　ユリアタンク２５１は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路２５４及び図示しないユリアポンプを介して、ユリア噴射弁２５３に接続されている。このユリアタンク２５１には、ユリアレベルセンサ２５５が設けられている。このユリアレベルセンサ２５５は、ユリアタンク２５１内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をＥＣＵ３に出力する。
　ユリア噴射弁２５３は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気通路１１内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。
　酸化触媒２１は、排気通路１１のうちユリア選択還元触媒２３及びユリア噴射弁２５３よりも上流側に設けられ、排気中のＮＯをＮＯ２に変換し、これにより、ユリア選択還元触媒２３におけるＮＯｘの還元を促進する。
　ユリア選択還元触媒２３は、第１選択還元触媒２３１と、排気通路１１のうち第１選択還元触媒２３１よりも下流側に設けられた第２選択還元触媒２３２とを含んで構成される。これら第１選択還元触媒２３１及び第２選択還元触媒２３２は、それぞれ、アンモニア等の還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。具体的には、ユリア噴射装置２５により尿素水を噴射すると、この尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解されて還元剤としてのアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、第１選択還元触媒２３１及び第２選択還元触媒２３２に供給され、これらアンモニアにより、排気中のＮＯｘは選択的に還元される。
　このユリア選択還元触媒２３の詳細な構成は、後に図２及び図３を参照して詳述する。
　ＥＣＵ３には、アンモニアセンサ２６、触媒温度センサ２７、及びＮＯｘセンサ２８の他、クランク角度位置センサ１４、アクセル開度センサ１５、及びユリア残量警告灯１６が接続されている。
　アンモニアセンサ２６は、排気通路１１のうち第１選択還元触媒２３１と第２選択還元触媒２３２との間における排気のアンモニアの濃度（以下、「アンモニア濃度」という）ＮＨ３ＣＯＮＳを検出し、検出したアンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳ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、第１選択還元触媒２３１の温度（以下、「触媒温度」という）ＴＳＣＲを検出し、検出した触媒温度ＴＳＣＲに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。
　ＮＯｘセンサ２８は、第１選択還元触媒２３１に流入する排気のＮＯｘの濃度（以下、「ＮＯｘ濃度」という）ＮＯＸＣＯＮＳを検出し、検出したＮＯｘ濃度ＮＯＸＣＯＮＳに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。
　クランク角度位置センサ１４は、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するとともに、クランク角１度ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このパルス信号に基づいて、エンジン１の回転数ＮＥを算出する。クランク角度位置センサ１４は、さらに特定気筒の所定クランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ＥＣＵ３に供給する。
　アクセル開度センサ１５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、検出したアクセル開度ＡＰに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このアクセル開度ＡＰ及び回転数ＮＥに応じて、エンジン１の要求トルクＴＲＱが算出される。以下では、この要求トルクＴＲＱを、エンジン１の負荷を表す負荷パラメータとする。
　ユリア残量警告灯１６は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、ユリアタンク２５１内の尿素水の残量が所定の残量より少なくなったことに応じて点灯する。これにより、ユリアタンク２５１内の尿素水の残量が少なくなったことを運転者に警告する。
　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やユリア噴射弁２５３等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。
　［ユリア選択還元触媒の詳細な構成］
　ところで、上述のユリア選択還元触媒２３において、第１選択還元触媒２３１及び第２選択還元触媒２３２は、それぞれ、尿素から生成したアンモニアで排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成したアンモニアを所定の量だけ貯蔵する機能も有する。
　以下では、第１選択還元触媒２３１において貯蔵されたアンモニア量を第１ストレージ量とし、第１選択還元触媒２３１において貯蔵できるアンモニア量を第１最大ストレージ容量とする。また、第２選択還元触媒２３２において貯蔵されたアンモニア量を第２ストレージ量とし、第２選択還元触媒２３２において貯蔵できるアンモニア量を第２最大ストレージ容量とする。
　このようにして貯蔵されたアンモニアは、排気中のＮＯｘの還元にも適宜消費される。このため、第１、第２ストレージ量が大きくなるに従い、選択還元触媒２３１，２３２におけるＮＯｘ還元率は高くなる。また、発生したＮＯｘの量に対し尿素水の供給量が少ない場合等には、貯蔵されたアンモニアが、この尿素水の不足分を補うようにしてＮＯｘの還元に消費される。
　ここで、各選択還元触媒２３１，２３２において、最大ストレージ容量を超えてアンモニアが生成された場合、生成されたアンモニアは、各選択還元触媒２３１，２３２の下流側へ排出される。このようにしてアンモニアが各選択還元触媒２３１，２３２に貯蔵されず、各々の下流側へ排出されることを、以下では「アンモニアスリップ」という。
　このような選択還元触媒２３１，２３２において、ＮＯｘ還元率を高く維持し続けるためには、これら選択還元触媒２３１，２３２には、各々の最大ストレージ容量に近い量のアンモニアが貯蔵された状態を維持し続けることが好ましい。
　しかしながら、このように最大ストレージ容量に近い量のアンモニアが貯蔵された状態では、アンモニアスリップが発生しやすく、車両外へアンモニアが排出される虞がある。特に、第２選択還元触媒２３２におけるアンモニアスリップは、極力防止することが好ましい。
　これらの点に鑑みて、高いＮＯｘ還元率を維持しつつ車両外へアンモニアが排出するのを防止するための、第１選択還元触媒２３１と第２選択還元触媒２３２の最適な形態について、図２～図５を参照して他のレイアウトと比較しながら説明する。
　図２は、選択還元触媒におけるＮＯｘ濃度と、アンモニア濃度と、アンモニアのストレージ量との関係を示す図である。具体的には、図２の（ａ）は、１つの選択還元触媒の下流側にＮＯｘセンサを設けた比較例（１ＢＥＤ＋ＮＯｘセンサレイアウト）における上記関係を示す。図２の（ｂ）は、１つの選択還元触媒の下流側にアンモニアセンサを設けた比較例（１ＢＥＤ＋ＮＨ３センサレイアウト）における上記関係を示す。図２の（ｃ）は、２つの選択還元触媒（第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒）の間にアンモニアセンサを設けた本実施形態（２ＢＥＤ＋ＭＩＤ－ＮＨ３センサレイアウト）における上記関係を示す。
　図２の（ａ）に示すレイアウトにおいては、例えば、ＮＯｘセンサからの出力に基づいて尿素水の供給量を制御することで、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率を高く維持することができる。このような制御を行った場合、エンジンから排出されたＮＯｘの量と、このＮＯｘの還元に必要な尿素水の供給量とは概ねバランスの取れた状態にある。このため、尿素水から生成されたアンモニアはＮＯｘの還元に消費され、選択還元触媒に貯蔵されるアンモニア及び選択還元触媒におけるアンモニアスリップは、ともに少ない。このため、選択還元触媒におけるアンモニアのストレージ量は、変化が少なく、またその最大ストレージ容量に対して少ない傾向がある。
　つまり、上述のような尿素水の供給量の制御を適切に行った場合、選択還元触媒におけるストレージ量はほぼ一定に保たれることとなる。しかしながら、例えば、エンジンの運転状態が急変した場合、選択還元触媒が経年劣化した場合、及び温度が急激に変化した場合等には、尿素水の供給量が適切な量からずれてしまい、ストレージ量が「０」になりＮＯｘ還元率が低下したり、又は、ストレージ量が飽和して過大なアンモニアスリップが発生したりする虞がある。したがって、図２の（ａ）に示すレイアウトでは、アンモニアのストレージ量の制御が難しく、ＮＯｘの還元率の向上とアンモニアスリップの防止とを両立し続けることは困難である。
　図２の（ｂ）に示すレイアウトにおいて、アンモニアセンサからの出力に基づいてＮＯｘ還元率を高く維持するように尿素水の供給量の制御を行う場合、アンモニアセンサからの出力を得るためには、微小なアンモニアスリップが発生した状態を維持する必要がある。このため、選択還元触媒におけるアンモニアのストレージ量は、図２の（ｂ）に示すように、常に飽和した状態となる。
　このようにストレージ量が飽和した状態を維持した場合、例えば、車両を急加速することで一時的に大量のＮＯｘが生成され、このＮＯｘを還元するためのアンモニアの生成が間に合わなくなるような状態であっても、貯蔵しておいたアンモニアにより、アンモニアの生成が完了するまでの過渡時におけるＮＯｘ還元率を高く維持し続けることができる。
　図２の（ｃ）に示す本実施形態のレイアウトでは、第１選択還元触媒２３１と第２選択還元触媒２３２の間にアンモニアセンサ２６を設ける。
　このレイアウトでは、アンモニアセンサ２６により検出されるアンモニア濃度の値が「０」より大きな値になるように、尿素水の供給量の制御を行うことで、上述の図２の（ｂ）に示すレイアウトと同様に、第１選択還元触媒２３１からアンモニアが飽和した状態を維持できる。これにより、第１選択還元触媒２３１における高いＮＯｘ還元率を維持することができる。
　また、第１選択還元触媒２３１におけるＮＯｘの還元が不十分であっても、この残留したＮＯｘと第２選択還元触媒２３２へスリップしたアンモニアとを第２選択還元触媒２３２において反応させることで、図２の（ａ）に示すレイアウトと同様に、第１選択還元触媒２３１及び第２選択還元触媒２３２全体として、ＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　また、第１選択還元触媒２３１においてアンモニアが飽和した状態にすることで、図２の（ｂ）に示すレイアウトと同様に、上述のような車両の急加速した際等の、アンモニアの生成が完了するまでの過渡時におけるＮＯｘ還元率を高く維持し続けることができる。
　また、このように第１選択還元触媒２３１ではアンモニアスリップが発生するものの、この第１選択還元触媒２３１から排出されたアンモニアは、第２選択還元触媒２３２に貯蔵されるか、又は、第２選択還元触媒２３２においてＮＯｘの還元に消費される。これにより、第１選択還元触媒２３１及び第２選択還元触媒２３２全体として高いＮＯｘ還元率を維持しつつ、第２選択還元触媒２３２の下流へアンモニアが排出するのを抑制できる。
　このように本実施形態では、システム全体でのＮＯｘ還元率を高く維持するために、第１選択還元触媒２３１においてアンモニアスリップが発生した状態を意図的に実現する。このため、第２選択還元触媒２３２としては、この第１選択還元触媒２３１からスリップしたアンモニアにより、排気中のＮＯｘを還元することができる程度のアンモニアの貯蔵能力及びＮＯｘ浄化能力を有するものが用いられる。
　図３は、選択還元触媒の最大ストレージ容量と温度との関係を示す図である。図３において、実線３ａは、劣化前の触媒における最大ストレージ容量と触媒温度との関係を示し、破線３ｂは、劣化後の触媒における最大ストレージ容量と触媒温度との関係を示す。
　図３に示すように、選択還元触媒の最大ストレージ容量は、触媒温度に応じて変化する。具体的には、触媒温度が高くなるに従い、最大ストレージ容量は小さくなる。したがって、上述のように第１選択還元触媒においてアンモニアが飽和した状態を維持していると、例えば、車両が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行し、触媒温度が低温（例えば、２００℃）状態から高温（例えば、５００℃）状態へ移行した場合、この温度差に応じて第１選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生する。この場合、アンモニアが第２選択還元触媒の下流に排出するのを防止するためには、第２最大ストレージ容量は、第１最大ストレージ容量の最大時と最小時との差よりも大きく設計することが好ましい。このように設計することで、第１選択還元触媒から放出されたアンモニアを、第２選択還元触媒に貯蔵し、その下流へアンモニアが排出するのを抑制できる。
　また図３に示すように、触媒の劣化に伴い最大ストレージ容量は小さくなる。このため、運転状態及び触媒温度の急激な変化に応じて放出されるアンモニアの量は、劣化後よりも劣化前の方が大きい。したがって、第２最大ストレージ容量は、劣化前の第１選択還元触媒の第１最大ストレージ容量の最大時と最小時との差（最大容量差）よりも大きく設計することが特に好ましい。これにより、より確実に第２選択還元触媒におけるアンモニアスリップを防止することができる。
　図４及び図５は、走行時における選択還元触媒の温度とそのストレージ量との時間変化を示す図である。より具体的には、図４は、図２の（ａ）のレイアウトを採用した排気浄化システムにおける上記時間変化を示す。図５は、図２の（ｃ）のレイアウトを採用した本実施形態の排気浄化システムにおける上記時間変化を示す。
　図４に示すように、図２の（ａ）のレイアウトを採用した場合、選択還元触媒のアンモニアのストレージ量を制御することが難しいため、運転条件の履歴に応じて実際のストレージ量にばらつきが生じると考えられる。
　ここで、エンジンを長時間（４時間程度）に亘って停止した後に、再びエンジンを始動した場合を想定する。このような場合、選択還元触媒がその活性温度（１６０℃～１８０℃）に達するまでの間は、前回の走行時に選択還元触媒に貯蔵されたアンモニアを消費することにより、排気のＮＯｘを浄化することができる。
　しかしながら、上述のようアンモニアのストレージ量にばらつきが生じると、エンジン始動直後におけるストレージ量にもばらつきが生じてしまう。このため、図４に示すように、エンジン始動直後においてＮＯｘを浄化するために必要なアンモニアが不足してしまうおそれがある。したがって、図２の（ａ）のレイアウトを採用した場合には、エンジン始動直後におけるＮＯｘの浄化にばらつきが生じてしまうおそれがある。
　これに対して、図５に示すように、図２の（ｃ）のレイアウトを採用した本実施形態の排気浄化システムでは、運転条件の履歴に関わらず第１ストレージ量を第１最大ストレージ容量に安定的に維持し、また第２ストレージ量も第２最大ストレージ容量の近傍に維持することが可能となる。このため、エンジン始動時には、ＮＯｘの浄化に必要な量のアンモニアを選択還元触媒に貯蔵しておくことが可能となる。したがって、図２の（ｃ）のレイアウトを採用した本実施形態の排気浄化システムによれば、常に安定してＮＯｘの排出を抑制することができる。
　［ユリア噴射量を決定するモジュールの構成］
　次に、図６から図１０を参照して、ユリア噴射弁によるユリア噴射量ＧＵＲＥＡ（尿素水の供給量）を決定するモジュールの詳細な構成について説明する。
　本実施形態のモジュールの構成について詳細に説明する前に、まず、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３ＣＯＮＳに基づいてユリア噴射制御を行うにあたり、本願発明者が着眼した２つの課題を検討し、さらにこれら課題を解決するための制御アルゴリズムについて説明する。
　（１）アンモニアセンサの検出分解能
　上述のように、現存するＮＯｘセンサは、その検出原理上、ＮＯｘに対してだけでなくアンモニアに対しても感応する。一方、ＮＯｘに対しては感応せずに、アンモニアのみに対して感応するアンモニアセンサは、開発可能であることが知られている。しかしながら、このようなアンモニアセンサには検出分解能に限界があり、また、この検出分解能にも個体差があったり、経年劣化によって変化したりする。このため、アンモニアセンサからの出力値ＮＨ３ＣＯＮＳを目標アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに厳密に制御するのは困難である。
　（２）ＮＯｘ還元率とアンモニアスリップの応答性の不一致
　上述のようなアンモニアセンサの分解検出能に関する課題の他、選択還元触媒には、ＮＯｘ還元率とアンモニアスリップとの、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡに対する応答性の不一致の課題がある。具体的には、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率は、この選択還元触媒におけるアンモニアスリップよりも、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡに対する応答遅れが小さく、また感度が大きい。
　図６は、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３ＣＯＮＳが目標アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに厳密に収束するようにユリア噴射量ＧＵＲＥＡを制御した場合におけるＮＯｘ還元率の変化を示す図である。図６において、上段は検出アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳの時間変化を示し、中段はユリア噴射量ＧＵＲＥＡの時間変化を示し、下段はＮＯｘ還元率の時間変化を示す。
　図６に示すように、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３ＣＯＮＳが急増し、アンモニアスリップの発生を検出したことに応じて、このアンモニアスリップを抑制するためにユリア噴射量ＧＵＲＥＡを減少すると、アンモニアスリップが抑制される前に、ＮＯｘ還元率が著しく低下してしまう。この際、検出アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳが目標アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに厳密に収束するように、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを減少させ続けると、ＮＯｘ還元率がさらに低下してしまう。
　このように、ＮＯｘ還元率とアンモニアスリップとの間で応答性の不一致が存在することから、たとえ高応答のフィードバックアルゴリズムを適用したとしても、ＮＯｘ還元率の向上とアンモニアスリップの抑制とを両立することは困難である。
　図７は、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３ＣＯＮＳが目標アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴを中心とした目標アンモニアスリップ範囲ＲＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴ内にとどまる程度にユリア噴射量ＧＵＲＥＡを緩やかに制御した場合におけるＮＯｘ還元率の変化を示す図である。
　図７に示すように、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３ＣＯＮＳが目標アンモニアスリップ範囲ＲＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴ内にとどまる程度に緩やかにユリア噴射量ＧＵＲＥＡを制御した場合、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡの変動を小さくできる。
　特に、破線に示すように検出アンモニア濃度が目標アンモニア濃度に厳密に収束するような制御を行った場合、過大なアンモニアスリップが発生すると、このアンモニアスリップを抑制するためにユリア噴射量を大幅に減少し、これによりＮＯｘ還元率が大幅に低下する場合があった。本実施形態によれば、このような過大なアンモニアスリップの発生時における、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡの減少量を低減し、これによりＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　このように、ＮＯｘ還元率を高く維持するためには、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３ＣＯＮＳが目標アンモニアスリップ範囲ＲＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴ内にとどまる程度に緩やかなユリア噴射量を行うことが好ましい。そこで、このようなユリア噴射制御を行うための制御アルゴリズムについて、より詳細に検討する。
　図８は、尿素水の供給状態と、選択還元触媒のストレージ量の変化との関係を模式的に示す図である。図８に示すように、尿素水の供給状態は、選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度に対するユリア噴射量の大きさに応じて、最適状態（図８の（ａ））と、供給過剰（Ｏｖｅｒ－ｄｏｓｉｎｇ）状態（図８の（ｂ））と、供給不足（Ｕｎｄｅｒ－ｄｏｓｉｎｇ）状態（図８の（ｃ））との３つの状態に分類される。
　図８の（ａ）に示す最適状態とは、選択還元触媒に流入するＮＯｘに対して、ユリア噴射量が適切な状態、すなわち、排気中のＮＯｘを最も効率良く還元できるアンモニアの量と、供給した尿素水から生成されるアンモニアの量とが略一致した状態をいう。この場合、ストレージ量は変化しない。
　図８の（ｂ）に示す供給過剰状態とは、選択還元触媒に流入するＮＯｘに対して、ユリア噴射量が過剰な状態、すなわち、供給した尿素水から生成されたアンモニアの量が、排気中のＮＯｘを最も効率良く還元できる量より多い状態をいう。この場合、余剰分のアンモニアは選択還元触媒に貯蔵される。したがって、このような供給過剰状態では、ストレージ量は増加する。
　図８の（ｃ）に示す供給不足状態とは、選択還元触媒に流入するＮＯｘに対して、ユリア噴射量が不足した状態、すなわち、供給した尿素水から生成されたアンモニアの量が、排気中のＮＯｘを最も効率良く還元できる量より少ない状態をいう。この場合、不足分は貯蔵されたアンモニアから補われる。したがって、このような供給不足状態では、ストレージ量は減少する。
　図９は、選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生した状態を模式的に示す図である。
　図９に示すように、選択還元触媒のストレージ量が最大ストレージ量に達した状態で尿素水を過剰に供給すると、ＮＯｘの還元に供されず余剰となったアンモニアは、選択還元触媒に貯蔵されず下流へ排出する。
　上述の図２の（ａ）に示すようなシステムでは、このようなアンモニアスリップが発生した状態は、アンモニアが車外に排出されるため、好ましくない。しかしながら、図２の（ｃ）に示すような２つの選択還元触媒を備える本実施形態では、図９に示すような状態は、第１選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率を向上するためには、好ましい状態であるといえる。また、これに加えて、第１選択還元触媒においてアンモニアスリップを発生させることにより、第２選択還元触媒におけるＮＯｘの還元率を向上することができる。すなわち、第１選択還元触媒と第２選択還元触媒とを合わせた全体でのＮＯｘの還元率を高くするには、図９に示すような状態を維持することが好ましい。
　以下では、図９に示す状態を第１選択還元触媒において実現するように、すなわち、第１選択還元触媒のストレージ量が飽和し、かつ、アンモニアスリップが発生した状態を維持するように、ユリア噴射量を決定するモジュールの構成を説明する。
　図１０は、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ（尿素水の供給量）を決定するモジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールの機能は、上述のようなハードウェア構成を備えるＥＣＵ３により実現される。
　図１０に示すモジュールは、フィードフォワードコントローラ４と、スリップ生成補正入力算出部７と、ストレージ補正入力算出部６と、加算器８と、を含んで構成される。
　フィードフォワードコントローラ４は、エンジンの運転状態により変化する排気中のＮＯｘの量に応じて、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率が最大値を維持するように制御するための制御入力として、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡに対するフィードフォワード噴射量（以下、「ＦＦ噴射量」という）ＧＵＲＥＡ＿ＦＦを算出する。すなわち、直感的には、このＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦは、全体のユリア噴射量ＧＵＲＥＡのうち、第１選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘを還元するために必要な量のアンモニアを生成する分に相当する（図９参照）。このフィードフォワードコントローラ４の詳細な構成については、後に図１１～図１３を参照して詳述する。
　スリップ生成補正入力算出部７は、第１選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生した状態を維持するように制御するための制御入力として、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡに対する補正入力（以下、「スリップ生成補正入力」という）ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを算出する。すなわち、直感的には、このスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰは、全体のユリア噴射量ＧＵＲＥＡのうち、第１選択還元触媒からスリップさせるアンモニアを生成する分に相当する（図９参照）。このスリップ生成補正入力算出部７の詳細な構成については、後に図１４を参照して詳述する。
　最大ストレージ容量推定部９は、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出する。
　ストレージ量目標値設定部５は、最大ストレージ容量推定部９により算出された第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸに基づいて、第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴを設定する。
　ストレージ補正入力算出部６は、第１選択還元触媒のストレージ量が飽和した状態を維持するように制御するための制御入力として、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡに対する補正入力（以下、「ストレージ補正入力」という）ＧＵＲＥＡ＿ＳＴを算出する。すなわち、直感的には、このストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴは、全体のユリア噴射量ＧＵＲＥＡのうち、第１ストレージ量を第１最大ストレージ容量に一致させるために必要な量のアンモニアを生成する分に相当する（図９参照）。このストレージ補正入力算出部６の詳細な構成については、後に図１５～図２６を参照して詳述する。
　加算器８は、下記式（１）に示すように、フィードフォワードコントローラ４により算出されたＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦと、スリップ生成補正入力算出部７により算出されたスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰと、ストレージ補正入力算出部６により算出されたストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴとを加算することにより、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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）が今回の制御タイミング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）は前回の制御タイミング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。
　［フィードフォワードコントローラの構成］
　次に、図１０、及び図１１から図１３を参照して、フィードフォワードコントローラの詳細な構成について説明する。
　上述の（２）の課題で示したように、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率とアンモニアスリップのユリア噴射量ＧＵＲＥＡに対する応答性は異なる。具体的には、選択還元触媒におけるアンモニアスリップは、この選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率よも、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡに対する応答遅れが大きい。このような選択還元触媒に対してユリア噴射制御を行うにあたり、本願発明者が着眼した課題について説明する。
　（３）エンジンの運転状態の変化によるＮＯｘ還元率の低下
　図１１は、上述のスリップ生成補正入力算出部６及びストレージ補正入力算出部６のみによりユリア噴射量のフィードバック制御を実行した場合におけるエンジンの負荷、選択還元触媒上流のＮＯｘ濃度、検出アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳ、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ、及びＮＯｘ還元率の関係を示す図である。
　図１１に示すように、時刻ｔ１からｔ２にかけてエンジンの負荷が上昇すると、この負荷の上昇に伴い、選択還元触媒の上流側のＮＯｘ濃度が上昇する。この場合、ＮＯｘ還元率が低下するのを防止するために、ＮＯｘ濃度の上昇に合わせてユリア噴射量ＧＵＲＥＡを増量する必要がある。しかしながら、ＮＯｘ還元率よりも応答遅れの大きいアンモニアセンサの出力値ＮＨ３ＣＯＮＳに基づいてフィードバック制御を行った場合、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡの増量が、理想的な場合よりも遅れてしまう。このため、ＮＯｘ還元率が低下する場合がある。
　以上のような課題に鑑みて、本実施形態では、フィードフォワードコントローラにより、エンジンの運転状態に応じたＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦを算出する。具体的には、このフィードフォワードコントローラでは、エンジンの運転状態として、エンジンの回転数ＮＥ、及びエンジンの負荷を表す負荷パラメータＴＲＱに基づいて、例えばマップ検索によりＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦを決定する。
　図１２は、ＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦを決定するための制御マップの一例を示す図である。
　図１２に示すように、この制御マップでは、エンジンの回転数ＮＥ、又は、負荷パラメータＴＲＱが大きくなるに従い、ＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦはより大きな値に決定される。
　これは、エンジンの負荷パラメータＴＲＱが大きいほど、混合気の燃焼温度が上昇することでＮＯｘ排出量が増大し、また、エンジンの回転数ＮＥが大きいほど、単位時間当たりのＮＯｘ排出量が増大するためである。
　図１３は、以上のような本実施形態のフィードフォワードコントローラを用いてユリア噴射制御を実行した場合における、エンジンの負荷、選択還元触媒上流のＮＯｘ濃度、検出アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳ、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ、及びＮＯｘ還元率の関係を示す図である。
　なお、この図１３において、実線は、本実施形態の制御結果を示し、破線は、上述のようにフィードバック制御を行った場合の制御結果を示す。
　図１３に示すように、時刻ｔ１からｔ２にかけてエンジンの負荷が上昇すると、この負荷の上昇に伴い、選択還元触媒の上流側のＮＯｘ濃度が上昇する。ここで、エンジンの負荷が上昇すると、フィードフォワードコントローラにより、ＮＯｘの増加に合わせて適切に設定されたＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦが算出され、これによりユリア噴射量ＧＵＲＥＡを、遅れが生じることなく理想的な噴射量に維持できる。これにより、ＮＯｘ還元率を最高の値で維持できる。
　また、このようにＮＯｘ還元率を高く維持することで、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡの大きな変動を防止するとともに、この変動に伴うアンモニアスリップの発生やＮＯｘ還元率の低下をも未然に防ぐことができる。
　［スリップ生成補正入力算出部の構成］
　次に、図１０及び図１４を参照して、スリップ生成補正入力算出部７の詳細な構成について説明する。
　上述のように、本実施形態では、ＮＯｘ還元率を高く維持するために、第１選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生した状態を意図的に実現する。しかしながら、ＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦ及びストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴが正確に算出されたとすると、第１選択還元触媒においてアンモニアスリップは発生せず、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳは略「０」となる。
　そこで、スリップ生成補正入力算出部７は、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳが「０」以上の所定の値に設定された所定のスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに一致するようにスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを算出する。具体的には、このスリップ生成補正入力算出部７は、以下の手順により、スリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを算出する。
　先ず、スリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴを実現するために必要なアンモニア量ＧＮＨ３ＳＬＩＰを、下記式（２）及び（３）により算出する。下記式（２）及び（３）において、ＶＥＸ＿ＨＡＴ（ｋ）はエンジンの排気のボリュームを示し、例えば、後述の図１４に示す制御マップに基づいて推定された値が用いられる。また、ＫＶＧは排気のアンモニアの密度の単位を有する係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　スリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰは、下記式（４）に示すように、アンモニア質量ＧＮＨ３ＳＬＩＰに、変換係数ＫＮＨ３ＵＲＥＡを乗算することにより算出される。ここで、変換係数ＫＮＨ３ＵＲＥＡは、尿素水の供給量と、この供給量で生成できるアンモニアの量とを変換する係数である。この変換係数ＫＮＨ３ＵＲＥＡには、ユリア噴射弁の噴射量特性や、加水分解反応の確率等に応じて異なる値が用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、上述の排気ボリュームＶＥＸ＿ＨＡＴ（ｋ）は、例えば、負荷パラメータＴＲＱ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて、マップ検索により推定された値が用いられる。
　図１４は、排気ボリュームＶＥＸ＿ＨＡＴを決定するための制御マップの一例を示す図である。この図１４に示すように、この制御マップでは、排気ボリュームＶＥＸ＿ＨＡＴは、エンジン回転数ＮＥ、又は、負荷パラメータＴＲＱが大きくなるに従い、大きな値に決定される。
　なお、本実施形態では、上記式（２）～（４）に基づいてスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを算出したが、これに限らない。例えば、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳをスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに一致させるようなスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを決定する制御マップを所定の実験に基づいて設定しておき、この制御マップによりスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを算出してもよい。
　また、本実施形態では、排気ボリュームＶＥＸ＿ＨＡＴに基づいてスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを算出したが、これに限らない。例えば、排気ボリュームＶＥＸ＿ＨＡＴに限らず、第１選択還元触媒に流入する排気の量に相関のあるパラメータを用いることができる。
　［ストレージ補正入力算出部６の構成］
　次に、ストレージ補正入力算出部６の詳細な構成について、図８、図１０、及び図１５～図１９を参照して説明する。
　ストレージ補正入力算出部６は、上述の図８に示すような第１選択還元触媒のアンモニアストレージモデルに基づいて第１ストレージ量の推定値を算出し、この推定値がストレージ量目標値設定部５により設定された第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴに一致するように、ストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴを算出する。このようなストレージ補正入力算出部６の具体的な構成として、以下では３つの形態を説明する。
　図１５は、ストレージ補正入力算出部の第１の形態の構成を示すブロック図である。
　このストレージ補正入力算出部は、上述のようなアンモニアストレージモデルに基づいて構成された制御対象６１と、この制御対象６１のコントローラ６２とを含んで構成される。
　制御対象６１は、排気中のＮＯｘを還元する際に余剰となる尿素水の供給量を示す余剰ユリア噴射量ＤＵＲＥＡを制御入力とし、第１選択還元触媒の第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを制御出力とする。具体的には、この制御対象６１は、余剰ユリア噴射量ＤＵＲＥＡに基づいて、貯蔵されるアンモニア量を逐次加算、又は、消費されるアンモニア量を逐次減算することで、第１選択還元触媒の第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを推定する積分器６１１で構成される。
　先ず、余剰ユリア噴射量ＤＵＲＥＡ（ｋ）は、加算器６３により、下記式（５）に示すように、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ（ｋ）から、第１選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘを還元するために必要なユリア噴射量である理想ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＩＤＥＡＬ（ｋ－１）を減算することにより算出される。ここで、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳ（ｋ－１）が「０」以上である場合、すなわち第１選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生している場合には、理想ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＩＤＥＡＬ（ｋ－１）に加えて、第１選択還元触媒からスリップしたアンモニアを生成するために必要な尿素水の供給量を示すスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰ（ｋ－１）も、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ（ｋ）から減算する。
　なお、このユリア噴射量ＧＵＲＥＡ（ｋ）は、加算器６４により、コントローラ６２で算出されたストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ（ｋ）に、スリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰ（ｋ）及びＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦ（ｋ）を加算することで算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　なお、上記式（５）の代わりに、上記式（２）～（４）に基づいて書き換えられた下記式（６）を用いて余剰ユリア噴射量ＤＵＲＥＡ（ｋ）を算出してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、理想ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＩＤＥＡＬ（ｋ）は、下記式（７）に示すように、ＮＯｘセンサにより検出された第１選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度ＮＯＸＣＯＮＳと、ＮＯｘを還元するために必要な噴射量に変換する変換係数ＫＣＯＮＶ＿ＮＯＸ＿ＵＲＥＡとを乗算することにより算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　またここで、第１選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサが無い場合には、ＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦ（ｋ）を、理想ユリア噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＩＤＥＡＬ（ｋ）としてもよい。
　積分器６１１では、余剰ユリア噴射量ＤＵＲＥＡ（ｋ）が第１ストレージ量を増減することに基づいて、下記式（８）に示すような余剰ユリア噴射量ＤＵＲＥＡ（ｋ）の時間ｋに関する積分演算と、下記式（９）に示すような第１ストレージ量に対するリミット処理とを組み合わせることで、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　上記式（９）では、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）に対する下限のリミット処理、すなわち、ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）が最小で「０」となるような処理を施している。
　また、上記式（９）では、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）に対する上限のリミット処理、すなわち、ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）が最大で第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ（ｋ）となるような処理を施している。
　コントローラ６２は、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）が、第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴ（ｋ）に収束するように、ストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ（ｋ）を、ＰＩ制御により算出する。
　コントローラ６２では、下記式（１０）に示すように、加算器６２１により、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）から第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴ（ｋ）を減算し、これを第１ストレージ量偏差ＥＳＴ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　次に、下記式（１１）に示すように、乗算器６２２により、第１ストレージ量偏差ＥＳＴ（ｋ）に比例ゲインＫＰＳＴを乗算することで、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐ（ｋ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　また、下記式（１２）に示すように、積分器６２３及び乗算器６２４により、第１ストレージ量偏差ＥＳＴ（ｋ）の時間積分値に積分ゲインＫＩＳＴを乗算することで、積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉ（ｋ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　次に、下記式（１３）に示すように、加算器６２５により、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐ（ｋ）と積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉ（ｋ）の和を算出し、これをストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　図１６は、以上のようなストレージ補正入力算出部の第１の形態により算出された第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢの時間変化を示す図である。図１６において、実線は第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを示し、破線は第１選択還元触媒が飽和しないと過程した場合における第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを示す。
　上述のように、ストレージモデルとしての制御対象６１は、積分器６１１を備えた構造となっているため、コントローラ６２の比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐは積分項となり、また、積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉは積分値に対する積分項となる。このため、積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉがオーバシュート挙動を示し、図１６の破線に示すように、推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢが目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴの下方から収束した場合に大きなアンモニアスリップが発生する。
　そこで以下では、このような課題を解決するストレージ補正入力算出部の第２の形態及び第３の形態について説明する。
　図１７は、ストレージ補正入力算出部の第２の形態の構成を示すブロック図である。この第２の形態のストレージ補正入力算出部は、上述の図１５に示す第１の形態と、コントローラ６２Ａの構成が異なる。
　このコントローラ６２Ａは、後に詳述するように、制御対象６１の積分器６１１をコントローラの一部として捉えた拡大系ＰＩ制御を用いたコントローラである。
　コントローラ６２Ａでは、下記式（１４）に示すように、加算器６２１により、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）から第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴ（ｋ）を減算し、これを第１ストレージ量偏差ＥＳＴ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　また、このコントローラ６２Ａでは、上述の課題を解決するために、制御対象６１の積分器６１１をコントローラの一部として捉え、下記式（１５）及び（１６）に示すように、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐ（ｋ）及び積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉ（ｋ）は、それぞれ後に積分されることを考慮して算出される。
　具体的には、遅延演算器６２６及び加算器６２７により、第１ストレージ量偏差の微分値ＥＳＴ（ｋ）－ＥＳＴ（ｋ－１）を算出し、この微分値に乗算器６２２により比例ゲインＫＰＳＴを乗算したものを、下記式（１５）に示すように、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐ（ｋ）として定義する。
　また、第１ストレージ量偏差ＥＳＴ（ｋ）に乗算器６２４により積分ゲインＫＩＳＴを乗算したものを、下記式（１６）に示すように、積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　次に、下記式（１７）に示すように、加算器６２５により、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐ（ｋ）と積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉ（ｋ）の和を算出し、これをストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　図１８は、ストレージ補正入力算出部の第３の形態の構成を示すブロック図である。この第３の形態のストレージ補正入力算出部は、上述の図１７に示す第２の形態と、コントローラ６２Ｂの構成が異なる。
　このコントローラ６２Ｂは、上述のコントローラ６２Ａと同様にして制御対象６１の積分器６１１をコントローラの一部として捉えるとともに、積分項のみに第１ストレージ量偏差ＥＳＴ（ｋ）を与える拡大系Ｉ－Ｐ制御を用いたコントローラである。
　コントローラ６２Ｂでは、下記式（１８）に示すように、加算器６２１により、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）から第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴ（ｋ）を減算し、これを第１ストレージ量偏差ＥＳＴ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　次に、第１ストレージ量偏差ＥＳＴ（ｋ）に乗算器６２４により積分ゲインＫＩＳＴを乗算したものを、下記式（１９）に示すように、積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　一方、遅延演算器２６８及び加算器６２９により、第１ストレージ量の推定値の微分値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ）－ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢ（ｋ－１）を算出し、この微分値に乗算器６２２により比例ゲインＫＰＳＴを乗算したものを、下記式（２０）に示すように、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　次に、下記式（２１）に示すように、加算器６２５により、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐ（ｋ）と積分項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｉ（ｋ）の和を算出し、これをストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　図１９は、以上のようなストレージ補正入力算出部により算出された第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢの時間変化を示す図である。図１９において、実線は第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを示し、破線は第１選択還元触媒が飽和しないと過程した場合における第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを示す。また、図１９の（ａ）は、ＰＩ制御を用いた第１の形態による制御結果を示し、図１９の（ｂ）は、拡大系ＰＩ制御を用いた第２の形態による制御結果を示し、図１９の（ｃ）は、拡大系Ｉ－Ｐ制御を用いた第３の形態による制御結果を示す。
　図１９の（ｂ）に示すように、拡大系ＰＩ制御を用いた場合、ＰＩ制御を用いた場合に発生した目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴに対する推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢのオーバシュート挙動が解消される。
　図１９の（ｃ）に示すように、拡大系Ｉ－Ｐ制御を用いた場合、上述の拡大系ＰＩ制御を用いた場合と比較して、目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴに対する推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢのオーバシュート挙動がさらに解消される。
　これは、上記式（２０）に示すように、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐを、第１ストレージ量偏差ＥＳＴではなく、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢに基づいて算出したためである。この場合、比例項ＧＵＲＥＡ＿ＳＴ＿Ｐは、第１ストレージ量偏差ＥＳＴが「０」となるように作用するのではなく、ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢが「０」となるように作用し、これにより、ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢのオーバシュートが抑制される。
　［ストレージ量目標値設定部５の構成］
　次に、ストレージ量目標値設定部５の詳細な構成について、図１０を参照して説明する。
　ストレージ量目標値設定部５は、最大ストレージ容量推定部９により算出された第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸの近傍に、第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴを設定する。上述のような最大ストレージ容量推定部９により算出された第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを用いることにより、温度、劣化、及び固体ばらつき等に応じて変化する第１最大ストレージ容量の近傍に第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴを設定することができる。
　ここで、例えば、第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴを第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸよりもやや大きな値にすることにより、第１選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生の頻度を多くすることができる。また、例えば、第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴを第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸよりもやや小さな値にすることにより、第１選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生の頻度を少なくすることができる。
　［最大ストレージ容量推定部９の構成］
　次に、最大ストレージ容量推定部９の詳細な構成について、図１０、及び図２０～図２６を参照して説明する。
　上述の図３に示すように、第１最大ストレージ容量は、第１選択還元触媒の温度に応じて変化する。また、このような第１最大ストレージ容量の温度特性は、第１選択還元触媒の劣化に応じて変化する。本実施形態の最大ストレージ容量推定部９は、第１選択還元触媒の温度や劣化の状態に応じて適切に第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出する。以下では、その詳細な構成について説明する。
　図２０は、最大ストレージ容量推定部９の構成を示すブロック図である。
　最大ストレージ容量推定部９は、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳを算出する基準値算出部９１と、適応係数ＫＶＮＳを算出する適応修正器９２と、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ及び適応係数ＫＶＮＳに基づいて第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出する推定値算出部９９と、を含んで構成される。すなわち、最大ストレージ容量推定部９は、第１選択還元触媒の基準の状態における第１最大ストレージ容量ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳを算出するとともに、上記基準の状態からのずれを示す係数ＫＶＮＳを算出する。そして、これら第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ及び適応係数ＫＶＮＳに基づいて、第１選択還元触媒の劣化の状態を考慮した第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出する。
　［推定値算出部９９の構成］
　推定値算出部９９は、下記式（２２）に示すように、基準値算出部９１により算出された第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ（ｋ）に、適応修正器９２により算出された適応係数ＫＶＮＳ（ｋ）を乗算することにより、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ（ｋ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　［基準値算出部９１の構成］
　基準値算出部９１は、触媒温度センサの検出値ＴＳＣＲと排気ボリュームの推定値ＶＥＸ＿ＨＡＴとの２つのパラメータに基づいて、例えば、マップ検索により第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ（ｋ）を算出する。本実施形態では、触媒温度センサの検出値ＴＳＣＲ、及び排気ボリュームの推定値ＶＥＸ＿ＨＡＴの２つのパラメータを参照パラメータとする。
　ここで、第１最大ストレージ容量の基準値とは、基準状態における第１選択還元触媒の第１最大ストレージ容量を示す。また、本実施形態において、基準状態とは、第１選択還元触媒が劣化する前の新品の状態を示す。
　図２１は、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳを決定するための制御マップの一例を示す図である。
　図２１に示すように、この制御マップでは、第１選択還元触媒の温度が高くなるに従い、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳは小さな値に設定される。また、排気ボリュームが大きくなるに従い、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳは小さな値に設定される。
　［適応修正器９２の構成］
　図２０に戻って、適応修正器９２の構成について詳細に説明する。
　例えば、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸが、第１選択還元触媒の劣化による第１最大ストレージ容量の実際の変化に正確に追従できている場合、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳは、スリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに保持される。
　しかしながら、例えば、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸが、実際の第１最大ストレージ容量よりも大きい場合には、第１選択還元触媒において過剰なアンモニアスリップが発生し、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳは、スリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴを大きく上回る。
　一方、例えば、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸが、実際の第１最大ストレージ容量よりも小さい場合には、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳは、スリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに到達しない。このため、システム全体におけるＮＯｘ還元率が低下するおそれがある。
　以上のことから、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳとスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴとの誤差は、第１選択還元触媒の劣化の状態を示す１つの目安となり得る。そこで、この適応修正器９２は、下記式（２３）に示すように、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳ（ｋ）とスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴ（ｋ）との誤差ＥＮＨ３ＣＯＮＳ（ｋ）を、加算器９３により算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　適応修正器９２は、この誤差ＥＮＨ３ＣＯＮＳが「０」になるように、すなわち、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳ（ｋ）がスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴ（ｋ）に一致するように、適応係数ＫＶＮＳを算出する。より具体的には、このような適応係数ＫＶＮＳを算出する構成として、適応修正器９２は、応答曲面設定部９４と、乗算器９８と、補正重み関数設定部９５と、修正値算出部９６と、適応係数算出部９７と、を備える。
　［応答曲面設定部９４の構成］
　ところで、上述の誤差ＥＮＨ３ＣＯＮＳは、上述のように第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸが実際の第１最大ストレージ容量からずれたことに応じて生じると考えられるが、この他にも、ＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦを決定する制御マップの誤差や、ＮＯｘセンサの検出誤差等、様々な要因が考えられる。
　しかしながら、上述の図３に示すように、第１選択還元触媒の劣化による第１最大ストレージ容量の変化量は、第１選択還元触媒の温度に応じて異なる。つまり、図３に示す例では、第１選択還元触媒の温度が低くなるに従い、劣化による第１最大ストレージ容量の変化量も大きくなる。
　このことは、劣化による第１最大ストレージ容量の変化量が大きい条件下では、誤差ＥＮＨ３ＣＯＮＳの発生は、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸの誤差を原因とする可能性が高いことを示す。また、これに対して、劣化による第１最大ストレージ容量の変化量が小さい条件下では、誤差ＥＮＨ３ＣＯＮＳの発生は、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸの誤差を原因とする可能性が低いといえる。
　応答曲面設定部９４は、このような他の要因による第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸの誤修正を抑制することを目的として、誤差ＥＮＨ３ＣＯＮＳに重み付けするための応答曲面重みＷＲＳＭを、図２２に示すような応答曲面に基づいて算出する。
　図２２は、応答曲面の一例を示す図であり、２つの参照パラメータ（ＴＳＣＲ，ＶＥＸ＿ＨＡＴ）を定義域として設定される。
　この応答曲面によれば、劣化を原因とした第１最大ストレージ容量の変化量が大きい条件下で、大きな応答曲面重みＷＲＳＭが設定される。より具体的には、応答曲面重みＷＲＳＭは、温度センサの検出値ＴＳＣＲが小さくなるに従い大きな値に設定される。また、応答曲面重みＷＲＳＭは、排気ボリュームの推定値ＶＥＸ＿ＨＡＴが大きくなるに従い小さな値に設定される。
　なお、この応答曲面は、例えば、２つの参照パラメータ（ＶＥＸ＿ＨＡＴ，ＴＳＣＲ）のとり得る全ての組み合わせのうち、劣化による第１最大ストレージ容量の変化量が最大となる組み合わせにおける値を「１」とすることにより正規化される。
　図２０に戻って、応答曲面設定部９４は、以上のような応答曲面に基づいて、第１選択還元触媒の劣化による最大ストレージ容量の変化量を、誤差ＥＮＨ３ＣＯＮＳに重み付けする係数として、応答曲面重みＷＲＳＭを算出する。
　乗算器９８は、下記式（２４）に示すように、応答曲面設定部９４により算出された応答曲面重みＷＲＳＭ（ｋ）に、誤差ＥＮＨ３ＣＯＮＳ（ｋ）を乗算することにより、重み付けされた誤差信号ＥＶＮＳ（ｋ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　このような応答曲面重みＷＲＳＭを乗算することにより、劣化による第１ストレージ容量の変化量が小さくなるような条件下では、誤差信号ＥＶＮＳは小さな値に設定され、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸの誤修正が抑制される。
　［補正重み関数設定部９５の構成］
　上述のように、第１選択還元触媒の劣化による第１最大ストレージ容量の変化量は、２つの参照パラメータ（ＴＳＣＲ，ＶＥＸ＿ＨＡＴ）に応じて異なる。このため、参照パラメータ（ＴＳＣＲ，ＶＥＸ＿ＨＡＴ）によらない一律の補正係数で、実際の第１最大ストレージ容量に近い推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出することはできない。つまり、一律の補正係数を用いた場合、参照パラメータ（ＴＳＣＲ，ＶＥＸ＿ＨＡＴ）のある領域では、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを実際の値に近づけることができても、他の領域では実際の値から外れてしまう。
　そこで、本実施形態では、２つの参照パラメータ（ＴＳＣＲ，ＶＥＸ＿ＨＡＴ）を基底とする空間を複数の領域に分け、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを実際の値に近づけるための補正量Ｕｉｊ（後述の図２５参照）を、これら領域ごとに算出する。また、このような補正量Ｕｉｊを算出するために、各領域において値を持つ複数の補正重み関数Ｗｉｊを定義する。
　図２３は、触媒温度センサの検出値ＴＳＣＲを定義域とした４つの第１補正重み関数ＷＴｊ（ｊ＝１～４）を示す図である。
　図２３に示すように、４つの第１補正重み関数ＷＴｊは、それぞれ、定義域に互いに重複した４つの領域を定義し、これら領域において「０」でない値を持つように設定される。
　より具体的には、定義域は、第１領域［Ｔ０，Ｔ２］と、第２領域［Ｔ１，Ｔ３］と、第３領域［Ｔ２，Ｔ４］と、第４領域［Ｔ３，Ｔ５］とに分けられる。ここで、図２３に示すように、Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４＜Ｔ５とする。したがって、第１領域と第２領域は区間［Ｔ１，Ｔ２］で重複し、第２領域と第３領域は区間［Ｔ２，Ｔ３］で重複し、第３領域と第４領域は区間［Ｔ３，Ｔ４］で重複する。
　関数ＷＴ１は、第１領域［Ｔ０，Ｔ２］において「０」でない値を持つように設定される。より具体的には、関数ＷＴ１は、区間［Ｔ０，Ｔ１］において「１」に設定され、区間［Ｔ１，Ｔ２］において「１」から「０」に減少するように設定される。
　関数ＷＴ２は、第２領域［Ｔ１，Ｔ３］において「０」でない値を持つように設定される。より具体的には、関数ＷＴ２は、区間［Ｔ１，Ｔ２］において「１」から「０」に上昇するように設定され、区間［Ｔ２，Ｔ３］において「１」から「０」に減少するように設定される。したがって、関数ＷＴ１と関数ＷＴ２は、区間［Ｔ１，Ｔ２］の中心で交差する。
　関数ＷＴ３は、第３領域［Ｔ２，Ｔ４］において「０」でない値を持つように設定される。より具体的には、関数ＷＴ３は、区間［Ｔ２，Ｔ３］において「１」から「０」に上昇するように設定され、区間［Ｔ３，Ｔ４］において「１」から「０」に減少するように設定される。したがって、関数ＷＴ２と関数ＷＴ３は、区間［Ｔ２，Ｔ３］の中心で交差する。
　関数ＷＴ４は、第４領域［Ｔ３，Ｔ５］において「０」でない値を持つように設定される。より具体的には、関数ＷＴ４は、区間［Ｔ３，Ｔ４］において「１」から「０」に上昇するように設定され、区間［Ｔ４，Ｔ５］において「１」に設定される。したがって、関数ＷＴ３と関数ＷＴ４は、区間［Ｔ３，Ｔ４］の中心で交差する。
　ここで、図２３に示すように、温度変化に対する第１最大ストレージ容量の変化量は、温度が低い状態よりも温度が高い状態の方が大きい。このような非線形特性を有する第１最大ストレージ容量を再現するためには、変化量が大きい領域では補正重み関数の分布が密になるように設定することが好ましい。そこで、本実施形態では、区間［Ｔ３，Ｔ４］は、区間［Ｔ１，Ｔ２］よりも狭くなるように設定する。
　また、以上のように構成された第１補正重み関数ＷＴｊは、下記式（２５）に示すように、その総和関数が触媒温度ＴＳＣＲによらず「１」になるように正規化される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　図２４は、排気ボリュームの推定値ＶＥＸ＿ＨＡＴを定義域とした４つの第２補正重み関数ＷＶｉ（ｉ＝１～４）を示す図である。
　図２４に示すように、４つの第２補正重み関数ＷＶｉは、それぞれ、定義域に互いに重複した４つの領域を定義し、これら領域において「０」でない値を持つように設定される。
　より具体的には、定義域は、第１領域［Ｖ０，Ｖ２］と、第２領域［Ｖ１，Ｖ３］と、第３領域［Ｖ２，Ｖ４］と、第４領域［Ｖ３，Ｖ５］とに分けられる。ここで、図２４に示すように、Ｖ０＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５とする。したがって、第１領域と第２領域は区間［Ｖ１，Ｖ２］で重複し、第２領域と第３領域は区間［Ｖ２，Ｖ３］で重複し、第３領域と第４領域は区間［Ｖ３，Ｖ４］で重複する。
　関数ＷＶ１は、第１領域［Ｖ０，Ｖ２］において「０」でない値を持つように設定される。より具体的には、関数ＷＶ１は、区間［Ｖ０，Ｖ１］において「１」に設定され、区間［Ｖ１，Ｖ２］において「１」から「０」に減少するように設定される。
　関数ＷＶ２は、第２領域［Ｖ１，Ｖ３］において「０」でない値を持つように設定される。より具体的には、関数ＷＶ２は、区間［Ｖ１，Ｖ２］において「１」から「０」に上昇するように設定され、区間［Ｖ２，Ｖ３］において「１」から「０」に減少するように設定される。したがって、関数ＷＶ１と関数ＷＶ２は、区間［Ｖ１，Ｖ２］の中心で交差する。
　関数ＷＶ３は、第３領域［Ｖ２，Ｖ４］において「０」でない値を持つように設定される。より具体的には、関数ＷＶ３は、区間［Ｖ２，Ｖ３］において「１」から「０」に上昇するように設定され、区間［Ｖ３，Ｖ４］において「１」から「０」に減少するように設定される。したがって、関数ＷＶ２と関数ＷＶ３は、区間［Ｖ２，Ｖ３］の中心で交差する。
　関数ＷＶ４は、第４領域［Ｖ３，Ｖ５］において「０」でない値を持つように設定される。より具体的には、関数ＷＶ４は、区間［Ｖ３，Ｖ４］において「１」から「０」に上昇するように設定され、区間［Ｖ４，Ｖ５］において「１」に設定される。したがって、関数ＷＶ３と関数ＷＶ４は、区間［Ｖ３，Ｖ４］の中心で交差する。
　また、以上のように構成された第２補正重み関数ＷＶｉは、下記式（２６）に示すように、その総和関数が排気ボリュームＶＥＸ＿ＨＡＴによらず「１」になるように正規化される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　図２５は、２つの参照パラメータ（ＴＳＣＲ，ＶＥＸ＿ＨＡＴ）を定義域とした１６個の補正重み関数Ｗｉｊ（ｉ＝１～４，ｊ＝１～４）を示す図である。図２５において、横軸は触媒温度ＴＳＣＲを示し、縦軸は排気ボリュームＶＥＸ＿ＨＡＴを示す。図２５に示すように、２つの参照パラメータ（ＴＳＣＲ，ＶＥＸ＿ＨＡＴ）の定義域には、互いに重複する１６個の領域が定義される。
　１６個の補正重み関数Ｗｉｊは、下記式（２７）に示すように、第１補正重み関数ＷＴｊの各成分と第２補正重み関数ＷＶｉの各成分との積により定義される。これにより、１６個の領域においてそれぞれ「０」でない値を持つ補正重み関数Ｗｉｊが定義される。なお、図２５には、４つの補正重み関数Ｗ１１，Ｗ２２，Ｗ３３，Ｗ４４のみを図示する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　また、上記式（２５）及び（２６）と同様に、補正重み関数Ｗｉｊの総和関数は、下記式（２８）に示すように、２つの参照パラメータ（ＴＳＣＲ，ＶＥＸ＿ＨＡＴ）によらず「１」となるように正規化される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
　図２０に戻って、補正重み関数設定部９５は、複数の第１補正重み関数ＷＴｊが設定された第１補正重み関数算出部９５１と、複数の第２補正重み関数ＷＶｊが設定された第２補正重み関数算出部９５２と、これら第１補正重み関数ＷＴｊ及び第２補正重み関数ＷＶｊに基づいて補正重み関数Ｗｉｊを算出する乗算器９５３と、誤差信号ＥＶＮＳに領域ごとに重み付けする乗算器９５４と、を含んで構成される。
　第１補正重み関数算出部９５１は、図２３に示すような制御マップを検索することにより、触媒温度センサの検出値ＴＳＣＲ（ｋ）に応じた第１補正重み関数の値ＷＴｊ（ｋ）を算出する。
　第２補正重み関数算出部９５２は、図２４に示すような制御マップを検索することにより、排気ボリュームの推定値ＶＥＸ＿ＨＡＴ（ｋ）に応じた第２補正重み関数の値ＷＴｉ（ｋ）を算出する。
　乗算器９５３は、下記式（２９）に示すように、第１補正重み関数算出部９５１により算出された第１補正重み関数の値ＷＴｊ（ｋ）と第２補正重み関数の値ＷＴｉ（ｋ）との各成分を乗算することにより、補正重み関数の値Ｗｊｊ（ｋ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
　乗算器９５４は、下記式（３０）に示すように、算出された補正重み関数の値Ｗｊｊ（ｋ）の各成分を誤差信号ＥＶＮＳ（ｋ）に乗算することにより、領域ごとに重み付けされた誤差信号ＷＥＶＮＳｉｊ（ｋ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
　［補正量算出部９６の構成］
　補正量算出部９６は、領域ごとに重み付けされた誤差信号ＷＥＶＮＳｉｊが「０」になるように、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳに対する補正量Ｕｉｊ（ｉ＝１～４，ｊ＝１～４）を領域ごとに算出する。
　本実施形態では、誤差信号ＷＥＶＮＳｉｊの収束速度を設定できる応答指定型制御アルゴリズムにより、補正量Ｕｉｊを算出する。この応答指定型制御アルゴリズムとは、偏差の収束挙動を規定した関数に基づいて、偏差の収束速度と収束挙動の両方を指定できる制御アルゴリズムのことをいう。
　補正量算出部９６は、この応答指定型制御アルゴリズムが実行可能に構成された複数のスライディングモードコントローラを備える。以下では、これらスライディングモードコントローラの動作について説明する。
　先ず、下記式（３１）に示すように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥＶと前回制御時の誤差信号ＷＥＶＮＳｉｊ（ｋ－１）との積と、ＷＥＶＮＳｉｊ（ｋ）との和を算出し、これを切換関数σＶ＿ｉｊ（ｋ）として定義する。なお、切換関数設定パラメータＰＯＬＥＶは、所定の設定テーブルに基づいて、－１から０の間で設定されたものが用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
　次に、切換関数σＶ＿ｉｊ（ｋ）に基づいて、到達則入力ＵＲＣＨ＿Ｖ＿ｉｊ（ｋ）、及び適応則入力ＵＡＤＰ＿Ｖ＿ｉｊ（ｋ）を算出し、さらに下記式（３２）に示すように、これらＵＲＣＨ（ｋ）、及びＵＡＤＰ（ｋ）の和を算出し、これを補正量Ｕｉｊ（ｋ）として定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
　到達則入力ＵＲＣＨ＿Ｖ＿ｉｊ（ｋ）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（３３）に示すように、切換関数σＶ＿ｉｊ（ｋ）に所定の到達則制御ゲインＫＲＣＨ＿Ｖを乗算することで算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
　適応則入力ＵＡＤＰ＿Ｖ＿ｉｊ（ｋ）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（３４）に示すように、切換関数σＶ＿ｉｊ（ｋ）と所定の適応則ゲインＫＡＤＰ＿Ｖを乗算したものと、前回制御時の適応則入力ＵＡＤＰ＿Ｖ＿ｉｊ（ｋ－１）との和により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
　［適応係数算出部９７の構成］
　適応係数算出部９７は、下記式（３５）に示すように、補正量Ｕｉｊ（ｋ）と補正重み関数の値Ｗｉｊとの積の全領域（ｉ＝１～４，ｊ＝１～４）に亘る総和に、「１」を加算することにより、適応係数ＫＶＮＳを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000035
　ここで、上記式（３５）に示すように、ＫＶＮＳ（ｋ）を算出する際に「１」を加算することにより、制御開始時における第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ（ｋ＝０）を、基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ（ｋ＝０）と等しくすることができる。なお、制御開始時におけるＵＡＤＰ＿Ｖ＿ｉｊ（ｋ＝０）を「１」とした場合には、上記式（３５）において「１」を加算する必要はない。
　次に、図２６を参照して、最大ストレージ容量推定部により、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出する手順について説明する。図２６には、上段から下段に向かって順に、第１最大ストレージ容量と、適応係数ＫＶＮＳと、ＷｉｊＵｉｊと、補正量Ｕｉｊと、第１補正重み関数ＷＴｊとを示す。
　ここでは、図２６に示すように、実際の第１最大ストレージ容量が基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳから大きくずれた状況を想定する。また、以下では、補正重み関数Ｗｉｊ及び修正量Ｕｉｊが定義された複数の領域のうち、触媒温度センサの検出値ＴＳＣＲに関する成分についてのみ説明する。
　先ず、第１補正重み関数ＷＴｉ１，ＷＴｉ２，ＷＴｉ３，ＷＴｉ４が定義された４つの領域について、誤差信号ＷＥＶＮＳｉ１，ＷＥＶＮＳｉ２，ＷＥＶＮＳｉ３，ＷＥＶＮＳｉ４が「０」になるように、領域ごとの補正量Ｕｉ１，Ｕｉ２，Ｕｉ３，Ｕｉ４が算出される。
　さらに第１補正重み関数と補正量との積の全領域に亘る総和関数は、第３段目に示すように、第１選択還元触媒の温度に応じてほぼ連続的に変化する関数となる。
　このような、ほぼ連続的に変化する総和関数Ｕｉ１Ｗｉ１＋Ｕｉ２Ｗｉ２＋Ｕｉ３Ｗｉ３＋Ｕｉ４Ｗｉ４に基づいて適応係数ＫＶＮＳを算出することにより、実際の変化量に近い適応係数ＫＶＮＳを算出することができる。さらに、このような適応係数ＫＶＮＳに基づいて第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出することにより、実際の第１最大ストレージ容量に近い推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出することができる。
　［ユリア噴射制御処理の手順］
　次に、ユリア噴射制御処理の具体的な手順について、図２７を参照して説明する。
　図２７は、ＥＣＵにより実行されるユリア噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。
　このユリア噴射制御処理は、上述の手法により、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを算出するものであり、所定の制御周期（例えば、５０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。
　ステップＳ１では、ユリア故障フラグＦＵＲＥＡＮＧが「１」であるか否かを判別する。このユリア故障フラグＦＵＲＥＡＮＧは、図示しない判定処理においてユリア噴射装置が故障したと判定されたときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ９に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ２に移る。
　ステップＳ２では、触媒劣化フラグＦＳＣＲＮＧが「１」であるか否かを判別する。この触媒劣化フラグＦＳＣＲＮＧは、図示しない判定処理において第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒の何れかが故障したと判定されたときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ９に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ３に移る。
　ステップＳ３では、ユリア残量ＱＵＲＥＡが所定値ＱＲＥＦ未満であるか否かを判別する。このユリア残量ＱＵＲＥＡは、ユリアタンク内の尿素水の残量を示し、ユリアレベルセンサの出力に基づいて算出される。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ４に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ５に移る。
　ステップＳ４では、ユリア残量警告灯を点灯し、ステップＳ９に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。
　ステップＳ５では、触媒暖機タイマ値ＴＭＡＳＴが所定値ＴＭＬＭＴより大きいか否かを判別する。この触媒暖機タイマ値ＴＭＡＳＴは、エンジン始動後のユリア選択還元触媒の暖機時間を計時するものである。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ６に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ９に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。
　ステップＳ６では、センサ故障フラグＦＳＥＮＮＧが「０」であるか否かを判別する。このセンサ故障フラグＦＳＥＮＮＧは、図示しない判定処理においてアンモニアセンサ、又は、触媒温度センサが故障したと判定されたときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ７に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ９に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。
　ステップＳ７では、アンモニアセンサ活性フラグＦＮＨ３ＡＣＴが１であるか否かを判別する。このアンモニアセンサ活性フラグＦＮＨ３ＡＣＴは、図示しない判定処理においてアンモニアセンサが活性状態に達したと判定されたときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ８に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ９に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。
　ステップＳ８では、第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲが所定値ＴＳＣＲ＿ＡＣＴより大きいか否かを判別する。この判別がＹＥＳである場合には、第１選択還元触媒が活性化されたと判断して、ステップＳ１０に移る。この判別がＮＯである場合には、第１選択還元触媒がまだ活性化されておらず、ユリア噴射を停止すべきであると判定して、ステップＳ９に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。
　ステップＳ１０では、上述のストレージ量目標値設定部及び最大ストレージ容量推定部により、式（２２）～（３５）に基づいて第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴを算出し、ステップＳ１１に移る。
　ステップＳ１１では、上述のフィードフォワードコントローラにより、ＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦを算出し、ステップＳ１２に移る。
　ステップＳ１２では、上述のストレージ補正入力算出部により、式（５）～（２１）に基づいてストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴを算出し、ステップＳ１３に移る。
　ステップＳ１３では、上述のスリップ生成補正入力算出部により、式（２）～（４）に基づいてスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰを算出し、ステップＳ１４に移る。
　ステップＳ１４では、上述の加算器により、式（１）に基づいてユリア噴射量ＧＵＲＥＡを算出し、この処理を終了する。
　［シミュレーション結果］
　次に、本実施形態のユリア噴射制御のシミュレーション結果について、図２８～図３１を参照して詳述する。なお、本シミュレーションでは、スリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴを、ほぼ「０」に設定した場合を示す。
　図２８は、選択還元触媒を新品とし、かつ、適応係数ＫＶＮＳを強制的に「１」に設定した場合におけるシミュレーション結果を示す。
　この場合、選択還元触媒は新品としたため、適応係数ＫＶＮＳを強制的に「１」に設定しても、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸは、実際の第１最大ストレージ容量に一致する。このため、第１ストレージ容量は、実際の第１最大ストレージ容量に制御される。
　また、エンジンの運転状態に応じて、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳがスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴを上回ってしまい、結果として、第１選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生し、第１選択還元触媒の下流側にアンモニアが排出される。しかしながら、このアンモニアは第２選択還元触媒に貯蔵され、ＮＯｘの浄化に使用されるため、第２選択還元触媒においてアンモニアスリップは発生しない。
　図２９は、選択還元触媒を新品とし、かつ、上記アルゴリズムにより適応係数ＫＶＮＳを算出した場合におけるシミュレーション結果を示す。
　図２９に示すように、エンジンの運転状態に応じて、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳがスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴを上回る場合がある。しかしながら、図２８に示す結果とは異なり、このずれは次第に小さくなる。これは、適応係数ＫＶＮＳを「１」より小さくすることで、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸが減少側に補正されたためである。
　このように、本実施形態の排気浄化システムによれば、適応係数ＫＶＮＳを変化させることにより、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳをスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに高い精度で一致させることができる。
　図３０は、選択還元触媒を劣化品とし、かつ、適応係数ＫＶＮＳを強制的に「１」に設定した場合におけるシミュレーション結果を示す。
　選択還元触媒を劣化品とした場合、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳは、実際の第１最大ストレージ容量からずれる。このため、適応係数ＫＶＮＳを強制的に「１」にすると、図３０に示すように、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸは、実際の第１最大ストレージ容量に対して大きくなる。したがって、エンジンの運転状態の変化に対するアンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳの目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに対するずれの大きさは、上述の図２８及び図２９に示す結果と比較して大きくなる。このため、第１選択還元触媒からスリップしたアンモニアを第２選択還元触媒で貯蔵しきれなくなり、第２選択還元触媒においてもアンモニアスリップが発生してしまう。
　図３１は、選択還元触媒を劣化品とし、かつ、上記アルゴリズムにより適応係数ＫＶＮＳを算出した場合におけるシミュレーション結果を示す。
　選択還元触媒を劣化品とした場合、シミュレーションの開始直後は、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸは、実際の第１最大ストレージ容量よりも大きな値が算出される。このため、シミュレーションの開始直後では、第１選択還元触媒において過剰なアンモニアスリップが発生し、第２選択還元触媒においてもアンモニアスリップが発生する。
　しかしながら、時間が経過するにつれて、適応係数ＫＮＶＳがより小さな値に変化し、結果として第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸは、実際の第１最大ストレージ容量に近いより小さな値に補正される。このため、エンジンの運転状態の変化に対するアンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳの目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに対するずれの大きさは、時間の経過とともに小さくなる。このため、第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒ともにアンモニアスリップは抑制される。なお、図示を省略するが、さらに時間が経過すると、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸは、実際の第１最大ストレージ容量に収束することが確認された。
　このように、本実施形態の排気浄化システムによれば、適応係数ＫＶＮＳを変化させることにより、選択還元触媒が劣化した場合であっても、アンモニアセンサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳをスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに高い精度で一致させることができる。
　本実施形態では、例えば、アンモニアセンサ２６により還元剤検出手段が構成され、ＥＣＵ３により、ストレージ量推定値算出手段、第１入力成分算出手段、第２入力成分算出手段、供給量決定手段、ストレージ量目標値設定手段、最大ストレージ容量推定値算出手段、基準値算出手段、応答曲面設定手段、補正重み関数設定手段、修正値算出手段、及び推定値算出手段が構成される。
　具体的には、例えば、ストレージ量目標値設定部５によりストレージ量目標値設定手段が構成され、ストレージ補正入力算出部６の制御対象６１によりストレージ量推定値算出手段が構成され、コントローラ６２，６２Ａ，６２Ｂにより第１入力成分算出手段が構成される。また、例えば、スリップ生成補正入力算出部７により第２入力成分算出手段が構成され、加算器８により供給量決定手段が構成され、最大ストレージ容量推定部９により最大ストレージ容量推定値算出手段が構成され、基準値算出部９１により基準値算出手段が構成され、応答曲面設定部９４により応答曲面設定手段が構成され、補正重み関数設定部９５により補正重み関数設定手段が構成され、補正量算出部９６により修正値算出手段が構成され、推定値算出部９９により推定値算出手段が構成される。
　以上詳述したように、本実施形態によれば、排気通路１１に、下流側へ向かって順に第１選択還元触媒２３１と第２選択還元触媒２３２を設け、さらに、第１選択還元触媒２３１及び第２選択還元触媒２３２の上流側から尿素水を供給するユリア噴射装置２５と、第１選択還元触媒２３１と第２選択還元触媒２３２との間の排気のアンモニア濃度又はアンモニア量を検出するアンモニアセンサ２６と、を設けた。ユリア噴射量ＧＵＲＥＡは、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢがストレージ量目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴに一致するように算出されたストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴと、アンモニアセンサ２６の検出値ＮＨ３ＣＯＮＳがスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに一致するように算出されたスリップ生成補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰとに基づいて決定される。
　これにより、第１選択還元触媒２３１における第１ストレージ量を最大に維持することができる。したがって、定常から過渡の全ての運転条件において、第１選択還元触媒２３１におけるＮＯｘ還元率を最も高い状態に維持することができる。また、第１選択還元触媒２３１から第２選択還元触媒２３２へアンモニアを意図的にスリップさせることで、このスリップしたアンモニアを利用して第２選択還元触媒２３２においてもＮＯｘを還元することができる。また、第２選択還元触媒２３２へスリップしたアンモニアでＮＯｘを還元することにより、第２選択還元触媒２３２の下流へアンモニアが排出するのを防止できる。したがって、選択還元触媒２３の下流へアンモニアが排出するのを抑制しながら、排気浄化システム２全体として高いＮＯｘ還元率を維持できる。
　本実施形態によれば、ストレージ量目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴは、第１選択還元触媒２３１の温度に応じて変化する最大ストレージ容量の近傍に設定される。これにより、例えば、第１選択還元触媒２３１の第１ストレージ量が最大ストレージ容量に対して少ない状態であっても、第１ストレージ量を速やかに最大ストレージ容量に復帰させて、ＮＯｘ還元率が低下した状態が続くのを防ぐことができる。また、例えば、過渡時において第１選択還元触媒２３１の温度が上昇し、第１最大ストレージ容量が減少した場合であっても、これに合わせてストレージ量目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴを最大ストレージ容量の近傍に設定することで、不要なアンモニアスリップを抑制することができる。
　本実施形態によれば、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢは、第１選択還元触媒２３１からスリップしたアンモニアを生成するために必要な尿素水の供給量ＧＵＲＥＡ＿ＳＬＰをユリア噴射量ＧＵＲＥＡから減算した量と、第１選択還元触媒２３１に流入するＮＯｘの量に相関のあるパラメータＧＵＲＥＡ＿ＩＤＥＡＬとに基づいて算出される。これにより、第１ストレージ量を増減させる要因を考慮して、正確な第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを算出することができる。また、正確な第１ストレージ量ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢを算出することにより、排気浄化システム２全体のＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　本実施形態によれば、第１選択還元触媒２３１からスリップしたアンモニアにより、第２選択還元触媒２３２において排気中のＮＯｘを還元することができる。これにより、第１選択還元触媒２３１からスリップしたアンモニアでＮＯｘを還元しつつ、第２選択還元触媒２３２の下流へアンモニアが排出するのをさらに抑制することができる。
　本実施形態によれば、排気通路１１に、第１選択還元触媒２３１を設け、さらに、第１選択還元触媒２３１の上流側から尿素水を供給するユリア噴射装置２５と、第１選択還元触媒２３１の下流側の排気のアンモニア濃度又はアンモニア量を検出するアンモニアセンサ２６と、を設けた。また、第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴは、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸの近傍に設定され、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡのストレージ補正入力ＧＵＲＥＡ＿ＳＴは、第１ストレージ量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＦＢが第１ストレージ量の目標値ＳＴＵＲＥＡ＿ＴＲＧＴに一致するように算出される。特にここで、最大ストレージ容量推定部９は、アンモニアセンサ２６の検出値ＮＨ３ＣＯＮＳがスリップ目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに一致するように、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出する。
　これにより、第１選択還元触媒２３１の劣化により、その最大ストレージ容量が変化した場合であっても、この変化に合わせて第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを正確に算出することができる。したがって、第１ストレージ量を第１最大ストレージ容量の近傍に維持し、第１選択還元触媒２３１の下流へアンモニアが排出するのを抑制しながら、第１選択還元触媒２３１のＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　また、第１選択還元触媒２３１の上流側に酸化触媒やディーゼルパティキュレートフィルタを設けた場合、これら酸化触媒やフィルタの劣化によってＮＯ２生成能力が変化し、第１選択還元触媒２３１におけるアンモニアとＮＯｘの反応確率が変化する場合がある。このような場合であっても、上記反応確率の変化を、第１最大ストレージ容量の変化として感知し、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを適切に算出することができる、したがって、第１ストレージ量を適切な値に維持し、第１選択還元触媒２３１の下流へアンモニアが排出するのを抑制しながら、第１選択還元触媒２３１のＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　本実施形態によれば、触媒温度センサ２７の検出値ＴＳＣＲ及び排気ボリュームの推定値ＶＥＸ＿ＨＡＴを参照パラメータとして、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳは、この参照パラメータに基づいて算出される。また、この参照パラメータを基底とする空間に複数の領域を定義し、誤差パラメータＥＮＨ３ＣＯＮＳが「０」となるように、これら領域ごとに基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳに対する補正量Ｕｉｊを算出する。第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸは、これら領域ごとの補正量Ｕｉｊに基づいて算出される。
　これにより、触媒温度センサ２７の検出値ＴＳＣＲ及び排気ボリュームの推定値ＶＥＸ＿ＨＡＴの量の全ての領域において、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを正確に算出することができる。このため、上述のように第１選択還元触媒２３１が劣化したり、第１選択還元触媒２３１の上流側の酸化触媒やディーゼルパティキュレートフィルタが劣化したりした場合であっても、第１ストレージ量を適切な値に維持し、第１選択還元触媒２３１の下流へアンモニアが排出するのを抑制しながら、第１選択還元触媒２３１のＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　本実施形態によれば、上記領域ごとの補正量Ｕｉｊは、領域ごとに設定された補正重み関数の値Ｗｉｊに誤差信号ＥＶＮＳを乗算した値ＷＥＶＮＳｉｊに基づいて算出される。これにより、誤差信号ＥＶＮＳが値を持った場合、すなわち第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸに誤差が生じたと考えられる場合には、この誤差を修正するべき領域の補正量Ｕｉｊのみを適切に更新することができる。したがって、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸをより正確に算出することができる。
　本実施形態によれば、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸは、補正量Ｕｉｊと補正重み関数の値Ｗｉｊとの積の全領域に亘る総和に基づいて算出された適応係数ＫＶＮＳに、上記基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳを乗算することにより算出される。これにより、参照パラメータで定義される全領域で、連続的な第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出することができる。したがって、参照パラメータが変化した際には、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡも連続的に変化させることができるため、結果として、第１選択還元触媒２３１の下流へアンモニアが排出するのを抑制しながら、第１選択還元触媒２３１におけるＮＯｘ還元率を高く維持することができる。
　ところで、誤差パラメータＥＮＨ３ＣＯＮＳが値を持つ要因としては、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸの誤差の他にも、様々な要因が考えられる。このため、重み付けされていない誤差パラメータＥＮＨ３ＣＯＮＳに基づいて第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出すると、上記の他の要因により第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸに誤修正が生じる場合がある。
　本実施形態によれば、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸは、第１選択還元触媒２３１の劣化による第１最大ストレージ容量の変化量を重み付けする応答曲面の値ＷＲＳＭに、誤差パラメータＥＮＨ３ＣＯＮＳを乗算した誤差信号ＥＶＮＳに基づいて算出される。このように誤差パラメータＥＮＨ３ＣＯＮＳに、劣化による第１最大ストレージ容量の変化量を重み付けすることにより、上述のような第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸの誤修正を抑制し、参照パラメータの全領域に亘って正確に推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸを算出することができる。
　なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
　上記実施形態では、応答指定型制御アルゴリズムにより、補正量Ｕｉｊを算出したが、これに限らない。例えば、ＰＩＤ制御アルゴリズム、最適制御アルゴリズム、及びバックステッピング制御アルゴリズム等、その他の既知のフィードバックアルゴリズムにより補正量Ｕｉｊを算出してもよい。
　上記実施形態では、式（２２）に示すように、式（３５）により算出された適応係数ＫＶＮＳ（ｋ）を、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ（ｋ）に乗算することにより、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ（ｋ）を算出したが、これに限らない。例えば、下記式（３６）により算出された適応加算補正量ＤＶＮＳ（ｋ）を、下記式（３７）に示すように、第１最大ストレージ容量の基準値ＳＴＵＲＥＡ＿ＢＳ（ｋ）に加算することにより、第１最大ストレージ容量の推定値ＳＴＵＲＥＡ＿ＭＡＸ（ｋ）を算出してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000037
　また、上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつ、この還元剤の元となる添加剤として尿素水を供給する尿素添加式の排気浄化システムに、本発明を適用した例を示したが、これに限るものではない。
　例えば、尿素水を供給しこの尿素水からアンモニアを生成せずに、直接アンモニアを供給してもよい。また、アンモニアの元となる添加剤としては、尿素水に限らず他の添加剤を用いてもよい。また、ＮＯｘを還元するための還元剤はアンモニアに限るものではない。本発明は、ＮＯｘを還元するための還元剤として、アンモニアの代わりに、例えば炭化水素を用いた排気浄化システムに適用することもできる。

Claims (10)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
    　前記選択還元触媒は、第１選択還元触媒と、前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒よりも下流側に設けられた第２選択還元触媒とを含み、
    　前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に、還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段と、
    　前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒との間を流通する排気の還元剤濃度又は還元剤量を検出する還元剤検出手段と、
    　前記第１選択還元触媒に貯蔵された還元剤の量をストレージ量として、当該ストレージ量の推定値を算出するストレージ量推定値算出手段と、
    　前記ストレージ量の推定値が所定のストレージ量目標値に一致するように、前記還元剤供給手段による還元剤又は添加剤の供給量の第１入力成分を算出する第１入力成分算出手段と、
    　前記還元剤検出手段の検出値が所定のスリップ目標値に一致するように、前記第１選択還元触媒に流入する排気の量に相関のあるパラメータに基づいて、前記供給量の第２入力成分を算出する第２入力成分算出手段と、
    　前記第１入力成分及び前記第２入力成分に基づいて、前記供給量を決定する供給量決定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 　前記第１選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量を最大ストレージ容量として、前記第１選択還元触媒の温度に応じて変化する最大ストレージ容量の近傍に、前記ストレージ量目標値を設定するストレージ量目標値設定手段をさらに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。
  3. 　前記ストレージ量推定値算出手段は、
    　前記第１選択還元触媒からスリップした還元剤を補うために必要な還元剤又は添加剤の量を、前記供給量から減算した量と、
    　前記第１選択還元触媒に流入するＮＯｘの量に相関のあるパラメータと、に基づいて前記ストレージ量の推定値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 　前記第２選択還元触媒は、
    　前記第１選択還元触媒からスリップした還元剤により、排気中のＮＯｘを還元することができる程度の還元剤の貯蔵能力及びＮＯｘ浄化能力を有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  5. 　内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
    　前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に、還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段と、
    　前記排気通路のうち前記選択還元触媒の下流側を流通する排気の還元剤濃度又は還元剤量を検出する還元剤検出手段と、
    　前記選択還元触媒に貯蔵された還元剤の量をストレージ量として、当該ストレージ量の推定値を算出するストレージ量推定値算出手段と、
    　前記ストレージ量の推定値が所定のストレージ量目標値に一致するように、前記還元剤供給手段による還元剤又は添加剤の供給量の第１入力成分を算出する第１入力成分算出手段と、
    　前記選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量を最大ストレージ容量として、前記選択還元触媒の温度に応じて変化する最大ストレージ容量の推定値を算出する最大ストレージ容量推定値算出手段と、
    　前記最大ストレージ容量の推定値の近傍に、前記ストレージ量目標値を設定するストレージ量目標値設定手段と、を備え、
    　前記最大ストレージ容量推定値算出手段は、前記還元剤検出手段の検出値が所定のスリップ目標値に一致するように、前記最大ストレージ容量の推定値を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  6. 　前記最大ストレージ容量推定値算出手段は、
    　前記選択還元触媒の温度に相関のあるパラメータ及び前記選択還元触媒に流入する排気の量に相関のあるパラメータの少なくとも何れかを参照パラメータとして、当該参照パラメータに基づいて前記最大ストレージ容量の基準値を算出する基準値算出手段と、
    　前記参照パラメータを基底とする空間に、互いに重複する複数の領域を定義するとともに、前記還元剤検出手段の検出値の前記スリップ目標値に対する誤差パラメータが「０」になるように、前記領域ごとに前記基準値に対する修正値を算出する修正値算出手段と、
    　前記基準値算出手段により算出された基準値及び前記修正値算出手段により算出された前記領域ごとの修正値に基づいて、前記最大ストレージ容量の推定値を算出する推定値算出手段と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  7. 　前記最大ストレージ容量推定値算出手段は、
    　前記参照パラメータを定義域とし、かつ、前記複数の領域においてそれぞれ「０」でない値を持つ補正重み関数を、前記領域ごとに設定する補正重み関数設定手段をさらに備え、
    　前記補正重み関数は、その総和関数が所定の値になるように正規化され、
    　前記領域ごとの修正値は、前記領域ごとの補正重み関数の値に前記誤差パラメータを乗算した値に基づいて算出されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  8. 　前記推定値算出手段は、
    　前記修正値と前記補正重み関数の値との積の全領域に亘る総和に基づいて算出された係数に、前記基準値算出手段により算出された基準値を乗算することにより、最大ストレージ容量の推定値を算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  9. 　前記推定値算出手段は、
    　前記修正値と前記補正重み関数の値との積の全領域に亘る総和に基づいて算出された係数に、前記基準値算出手段により算出された基準値を加算することにより、最大ストレージ容量の推定値を算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  10. 　前記最大ストレージ容量推定値算出手段は、
    　前記選択還元触媒の劣化による最大ストレージ容量の変化量を重み付けする応答曲面を、前記参照パラメータを定義域として設定する応答曲面設定手段をさらに備え、
    　前記最大ストレージ容量の推定値は、前記応答曲面の値に前記誤差パラメータを乗算した値に基づいて算出されることを特徴とする請求項６から９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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