内燃機関の排気浄化システム
【課題】ＮＯｘ浄化性能を悪化させたり還元剤を無駄に消費したりすることなく選択還元触媒からの還元剤のスリップ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。
【解決手段】
排気浄化システムは、ＮＨ３の存在下で排気中のＮＯｘを浄化しかつこのＮＨ３を吸着する第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒と、排気管のうち第１選択還元触媒より上流側に尿素水を噴射するユリア噴射装置と、を備える。この排気浄化システムでは、第１選択還元触媒が温度上昇状態であるか否かを判定し、温度上昇状態であると判定された場合には、ユリア噴射装置からの尿素水の噴射量を０より大きな制限供給量（ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ−ΔＳＴ，ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ×０．５，ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ×０．３）まで低減させ、ＥＧＲ弁の開度を通常制御時の開度よりも閉じ側の開度（ＶＯ＿ＣＬＯ）に補正することでエンジンのＮＯｘ排出量を通常制御時より増加させる。
【解決手段】
排気浄化システムは、ＮＨ３の存在下で排気中のＮＯｘを浄化しかつこのＮＨ３を吸着する第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒と、排気管のうち第１選択還元触媒より上流側に尿素水を噴射するユリア噴射装置と、を備える。この排気浄化システムでは、第１選択還元触媒が温度上昇状態であるか否かを判定し、温度上昇状態であると判定された場合には、ユリア噴射装置からの尿素水の噴射量を０より大きな制限供給量（ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ−ΔＳＴ，ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ×０．５，ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ×０．３）まで低減させ、ＥＧＲ弁の開度を通常制御時の開度よりも閉じ側の開度（ＶＯ＿ＣＬＯ）に補正することでエンジンのＮＯｘ排出量を通常制御時より増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、アンモニア（ＮＨ３）のような還元剤の存在下で排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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アンモニアの前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することで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。
【０００３】
このような選択還元触媒には、排気中のＮＯｘの還元に供されなかったアンモニアを吸着する能力がある。すなわち、選択還元触媒に流入するＮＯｘ量に対し尿素水の供給量が多い場合、ＮＯｘの還元に供されずに余剰となったアンモニアは選択還元触媒に吸着され、逆に選択還元触媒に流入するＮＯｘ量に対し尿素水の供給量が少ない場合、選択還元触媒に吸着されていたアンモニアがＮＯｘの還元に供される。したがって、尿素水の供給量を増減することにより、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量を制御することができる。
【０００４】
ＮＯｘ浄化の観点からは、選択還元触媒にできるだけ多くのアンモニアが吸着されていることが好ましいものの、選択還元触媒で吸着できるアンモニアの量には限界がある。選択還元触媒にこの限界量を超えるアンモニアが供給されると、吸着しきれなかったアンモニアは下流側へ排出されてしまうこととなる。
【０００５】
特許文献１には、このような選択還元触媒におけるアンモニアスリップを抑制するためのスリップ抑制制御の手順が示されている。具体的には、推定された選択還元触媒の温度変化率が大きい場合には、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着能力の低下を見込んで新たな尿素水の供給を中止するとともに、吸着されているアンモニアは近いうちに放出されることを見込んで内燃機関からのＮＯｘ排出量を増大させる。なお、特許文献１では、選択還元触媒の下流側に、スリップしたアンモニアを酸化させるための酸化触媒を設けた場合を想定している。そして、このような酸化触媒を設けた場合には、選択還元触媒からスリップしたアンモニアは酸化触媒で酸化されることを想定して、上記温度変化率が大きくなった場合におけるＮＯｘ排出量の増加分を少なくすることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５４２４５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、特許文献１のスリップ抑制制御では、尿素水の供給を中止することに合わせて、さらにＮＯｘ排出量を増やすことにより、選択還元触媒におけるアンモニアスリップを極力抑制することができるものの、スリップ抑制制御からの復帰後における選択還元触媒のアンモニアの吸着量は過剰に低下してしまうため、選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能も大きく低下してしまうと考えられる。
【０００８】
また、最下流の酸化触媒でアンモニアを酸化させてしまうと、供給した尿素水はＮＯｘの浄化に寄与することなく無駄になってしまうばかりか、アンモニアの酸化に伴ってＮＯｘが生成されるため、ＮＯｘ浄化性能の悪化を招くこととなってしまう。以上のように、特許文献１のスリップ抑制制御は、アンモニアスリップを抑制する点では優れているといえるものの、ＮＯｘ浄化性能や還元剤の燃費などの点については、十分な検討がなされていない。
【０００９】
本発明は、選択還元触媒を備えた排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ浄化性能を悪化させたり還元剤を無駄に消費したりすることなく選択還元触媒からの還元剤のスリップ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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられ、還元剤（例えば、後述のＮＨ３）の存在下で排気中のＮＯｘを浄化しかつこの還元剤を吸着する第１選択還元触媒（例えば、後述の第１選択還元触媒２３１）と、前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒より下流側に設けられた第２選択還元触媒（例えば、後述の第２選択還元触媒２３２）と、前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒より上流側に還元剤又はその前駆体（例えば、後述の尿素水）を供給する還元剤供給手段（例えば、後述のユリア噴射装置２５）と、を備えた内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）を提供する。前記排気浄化システムは、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１選択還元触媒が温度上昇状態であるか否かを判定する温度上昇判定手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及び図１４のＳ２１の実行に係る手段）と、当該温度上昇判定手段により温度上昇状態であると判定された場合には、前記還元剤供給手段からの還元剤又は前駆体の供給量を０より大きな制限供給量（ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ−ΔＳＴ，ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ×０．５，ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ×０．３）まで低減させる還元剤制限制御（例えば、後述の図１６のＳ４３，Ｓ４６，Ｓ４７に示す制御）、及び前記内燃機関のＮＯｘ排出量を通常制御時より増加させるＮＯｘ排出量増加制御（例えば、後述の図１６のＳ４９に示す制御）を実行するスリップ抑制制御手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及び図１６に示すフローチャートの実行に係る手段）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、温度上昇判定手段により温度上昇状態であると判定された場合には、還元剤又は前駆体の供給量を所定の制限供給量まで低減させる還元剤制限制御を実行する。これにより、新たに供給した還元剤が第１、第２選択還元触媒に吸着されないまま排出されるのを防止することができる。また、このような還元剤制限制御と併せて、内燃機関のＮＯｘ排出量を通常制御時より増加させるＮＯｘ排出量増加制御を実行する。これにより、第１、第２選択還元触媒に吸着されていた還元剤が、ＮＯｘの還元に消費されないまま排出されるのを防止することができる。
また、本発明では、第１選択還元触媒の下流側には第２選択還元触媒を設けたので、第１選択還元触媒から排出された還元剤を吸着し、さらに吸着した還元剤で排気中のＮＯｘを還元することができる。したがって、第１選択還元触媒の下流側に酸化触媒を設けた場合と比較して、排気浄化システム全体としてのＮＯｘ浄化性能を高く維持し、かつ還元剤又は前駆体の無駄な消費を抑制することもできる。
このように、本発明では第１選択還元触媒の下流側に第２選択還元触媒を設けることで、供給した還元剤を無駄に消費することが無いシステムを構築した上で、上記還元剤制限制御では供給量を０にすることなく還元剤又は前駆体を供給し続ける。これにより、還元剤制限制御及びＮＯｘ排出量増加制御の実行した後、通常制御に復帰した際における第１、第２選択還元触媒に吸着されている還元剤の量を、ある程度確保することができる。これにより、上記復帰時におけるＮＯｘ浄化性能の大幅な低下を抑制することができる。
【００１２】
この場合、前記排気浄化システムは、前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘ量を検出又は推定する流入ＮＯｘ量取得手段（例えば、後述のＮＯｘセンサ２８及び単位変換部６５４）と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定する第１浄化率推定手段（例えば、後述のＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂ）と、前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘを浄化するために当該第１選択還元触媒において消費された還元剤の量に相当する還元剤消費量を、前記推定されたＮＯｘ浄化率（η１ｓｔ）と前記検出又は推定されたＮＯｘ量（ＱＮＯｘ）とに基づいて推定する還元剤消費量推定手段（例えば、後述の消費速度算出部６５）と、前記第１選択還元触媒の温度を検出又は推定する温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ２７及びＥＣＵ３）と、前記検出又は推定された温度（ＴＳＣＲ）に基づいて、前記第１選択還元触媒における還元剤の吸着許容量（ＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘ）を推定する第１吸着許容量推定手段（例えば、後述の触媒温度ベース算出部６４２）と、前記推定された第１選択還元触媒の吸着許容量に基づいて、前記第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量を推定するスリップ量推定手段（例えば、後述のスリップ速度算出部６４）と、をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量（Ｖ＿ＳＬＩＰ）が前記推定された還元剤消費量（Ｖ＿ＲＥＤ）より多い場合（Ｖ＿ＳＬＩＰ＞Ｖ＿ＲＥＤ）には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行し、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より少ない場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しないことが好ましい。
【００１３】
本発明では、推定された第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量が、推定された第１選択還元触媒における還元剤消費量より多い場合には、第２選択還元触媒へスリップしてしまう還元剤を消費させるべくＮＯｘ排出量増加制御を実行する。そして、上記還元剤スリップ量が上記還元剤消費量より少ない場合には、ＮＯｘ排出量を増加させずとも還元剤のスリップを抑制できると判断し、ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない。このように、推定された還元剤スリップ量と還元剤消費量とに基づいてＮＯｘ排出量増加制御の実行を判断することにより、必要以上にＮＯｘ排出量を増加させてしまい、還元剤が無駄に消費されるのを抑制することができる。
【００１４】
この場合、前記排気浄化システムは、前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘ量を検出又は推定する流入ＮＯｘ量取得手段（例えば、後述のＮＯｘセンサ２８及び単位変換部６５４）と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定する第１浄化率推定手段（例えば、後述のＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂ）と、前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘを浄化するために当該第１選択還元触媒において消費された還元剤の量に相当する還元剤消費量を、前記推定されたＮＯｘ浄化率（η１ｓｔ）と前記検出又は推定されたＮＯｘ量（ＱＮＯｘ）とに基づいて推定する還元剤消費量推定手段（例えば、後述の消費速度算出部６５）と、前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒との間の排気の還元剤濃度を検出する還元剤検出手段（例えば、後述のＮＨ３センサ２６）と、前記検出された還元剤濃度（ＶＮＨ３）に基づいて、前記第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量を推定するスリップ量推定手段（例えば、後述のＮＨ３センサベース算出部６４１、スリップ速度算出部６４）と、をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量（Ｖ＿ＳＬＩＰ）が前記推定された還元剤消費量（Ｖ＿ＲＥＤ）より多い場合（Ｖ＿ＳＬＩＰ＞Ｖ＿ＲＥＤ）には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行し、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より少ない場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しないことが好ましい。
【００１５】
本発明では、推定された還元剤スリップ量と還元剤消費量とに基づいてＮＯｘ排出量増加制御の実行を判断することにより、上述のように必要以上にＮＯｘ排出量を増加させてしまい、還元剤が無駄に消費されるのを抑制することができる。特に、本発明では、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を検出する還元剤検出手段を用いることにより、第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量をより高い精度で推定できる。
【００１６】
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を流通する排気の一部を、ＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）に還流するＥＧＲ通路（例えば、後述のＥＧＲ管１８）と、前記ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁（例えば、後述のＥＧＲ弁１９）と、をさらに備え、前記ＮＯｘ排出量増加制御では、前記ＥＧＲ弁の開度を通常制御時における開度（ＶＯ＿ＯＲＤ）より閉じ側に補正することでＮＯｘ排出量を増加させ、前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量（Ｖ＿ＳＬＩＰ）と前記推定された還元剤消費量（Ｖ＿ＲＥＤ）との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ弁の開度の通常制御時における開度からの補正量を決定することが好ましい。
【００１７】
本発明では、ＥＧＲ弁の開度を閉じ側に補正することでＮＯｘ排出量を増加させる。ＥＧＲ弁は応答性が良く、またドライバビリティを大きく損なうことなくかつ速やかにＮＯｘ排出量を増加させることができる。また、推定された還元剤スリップ量と還元剤消費量との偏差に基づいて、ＥＧＲ弁の開度の通常制御時からの補正量を決定することにより、スリップする分に合わせた適切な量のＮＯｘを増加させることができるので、還元剤のスリップを抑制しながらかつ還元剤の無駄な消費を抑制することができる。
【００１８】
この場合、前記排気浄化システムは、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第２ストレージ量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及びＮＨ３センサ２６）と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値に対する目標値を設定する目標値設定手段（例えば、後述のＥＣＵ３）と、をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記目標値以下である場合（ＳＴ２ｎｄ≦ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行せず、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記目標値より大きい場合（ＳＴ２ｎｄ＞ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行することが好ましい。
【００１９】
本発明では、第２選択還元触媒のストレージ量の推定値がその目標値以下である場合には、第２選択還元触媒には還元剤を吸着できる余裕があると判断し、ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない。また、第２選択還元触媒のストレージ量の推定値がその目標値より大きい場合には、第２選択還元触媒には還元剤を吸着できる余裕がないと判断し、したがって第１選択還元触媒からスリップする還元剤を増量したＮＯｘで消費させるべくＮＯｘ排出量増加制御を実行する。これにより、必要以上に内燃機関からのＮＯｘの排出量を増加させてしまい、還元剤が無駄に消費されるのを抑制できる。また、これにより、第２選択還元触媒のストレージ量をその目標に近づけることができるので、そのＮＯｘ浄化性能を高く維持することもできる。
【００２０】
この場合、前記排気浄化システムは、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第２選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第２ストレージ量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及びＮＨ３センサ２６）と、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第２選択還元触媒における還元剤の吸着許容量を推定する第２吸着許容量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及びＮＨ３センサ２６）と、をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記吸着許容量の推定値より小さい場合（ＳＴ２ｎｄ＜ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）には、当該ストレージ量の推定値が当該吸着許容量の推定値以上（ＳＴ２ｎｄ≧ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）である場合よりも、前記制限供給量を多くすることが好ましい。
【００２１】
本発明では、第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が吸着許容量の推定値より小さい場合には、第２選択還元触媒では還元剤を吸着できる余裕があると判断し、制限供給量、すなわち還元剤制限制御の実行時における還元剤又は前駆体の供給量を、ストレージ量の推定値が吸着許容量の推定値以上である場合よりも多くする。これにより、還元剤制限制御の実行から復帰したときにおける第１、第２選択還元触媒のストレージ量を十分に確保できるので、それぞれのＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することができる。
【００２２】
この場合、前記排気浄化システムは、前記内燃機関が加速運転状態に移行したことを判定する加速判定手段（例えば、後述の図１５のＳ３１の実行に係る手段）をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記加速判定手段により加速運転状態に移行したと判定された場合には、前記還元剤制限制御及び前記ＮＯｘ排出量増加制御の実行開始を遅延させることが好ましい。
【００２３】
内燃機関が加速運転状態に移行すると、先ず内燃機関からのＮＯｘ排出量が増加し、追って第１、第２選択還元触媒の温度が上昇する。本発明では、第１、第２選択還元触媒の温度の上昇に合わせて還元剤制限制御及びＮＯｘ排出量増加制御の実行を開始させるべく、加速運転状態に移行してから所定の時間、これら還元剤制限制御及びＮＯｘ排出量増加制御の実行開始を遅延させる。これにより、第１、第２選択還元触媒からの還元剤のスリップを抑制しながら、各々のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することができる。
また例えば、排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサの検出値に基づいて還元剤又は前駆体の供給量を制御する場合、特に加速運転状態に移行した直後は、ＮＯｘセンサの遅れによって還元剤又は前駆体の供給量が不足し、選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能が一時的に低下する傾向がある。本発明では、内燃機関が加速運転状態に移行したことに伴い、還元剤制限制御及びＮＯｘ排出量増加制御の実行開始を遅延させることにより、ＮＯｘ浄化性能がさらに低下してしまうのを抑制することができる。
【００２４】
この場合、前記排気浄化システムは、前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒の間の排気の還元剤濃度を検出する還元剤濃度検出手段（例えば、後述のＮＨ３センサ２６）をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記還元剤濃度検出手段の出力値が所定値より小さい場合（ＶＮＨ３≧ＶＮＨ３＿ｔｈ）には、前記還元剤制限制御を実行しかつ前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しないことが好ましい。
【００２５】
本発明では、還元剤濃度検出手段の出力値が所定値より小さい場合には、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒にスリップする還元剤の量は少なく、ＮＯｘ排出量増加制御を実行せずとも第２選択還元触媒から還元剤がスリップするのを抑制できると判断し、還元剤制限制御のみを実行する。これにより、必要以上にＮＯｘ排出量を増加させてしまい、還元剤が無駄に消費されるのを抑制することができる。また、これにより、還元剤制限制御の実行から復帰したときにおける第１、第２選択還元触媒のストレージ量を十分に確保できるので、それぞれのＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】上記実施形態に係る触媒温度予測部の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジントルクの値を予測する手順を示すフローチャートである。
【図４】エンジントルクの値を予測する手順を説明するためのタイムチャートである。
【図５】エンジントルクの値を予測する手順を説明するためのタイムチャートである。
【図６】上記実施形態に係るユリア噴射装置によるユリア噴射量の決定に係るブロック図である。
【図７】上記実施形態に係る通常噴射量算出部の構成を示すブロック図である。
【図８】上記実施形態に係るスリップ抑制補正量算出部の構成を示すブロック図である。
【図９】スリップ抑制補正量算出部において算出される予測ストレージ容量差を模式的に示す図である。
【図１０】エンジンの新気量を所定の目標新気量に制御するためのＥＧＲ弁開度の決定に係るブロック図である。
【図１１】上記実施形態に係るスリップ速度算出部の構成を示すブロック図である。
【図１２】上記実施形態に係る消費速度算出部の構成を示すブロック図である。
【図１３】上記実施形態に係るユリア噴射制御及び吸気制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図１４】上記実施形態に係るスリップ抑制フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
【図１５】上記実施形態に係る加速時遅延フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
【図１６】上記実施形態に係るスリップ抑制制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
排気浄化システム２は、エンジン１の排気管１１に設けられた酸化触媒２１と、排気管１１に設けられ、排気中のＰＭを捕集するフィルタとしてのＤＰＦ２２と、排気管１１に設けられ、この排気管１１を流通する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤としてのアンモニア（ＮＨ３）の存在下で浄化するユリア選択還元触媒２３と、排気管１１のうちユリア選択還元触媒２３の上流側に、アンモニアの前駆体である尿素水を供給するユリア噴射装置２５と、排気管１１を流通する排気の一部をＥＧＲガスとして吸気管１２内へ還流するＥＧＲ装置１７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。
【００２９】
ＥＧＲ装置１７は、排気管１１のうち酸化触媒２１の上流側と吸気管１２とを連通するＥＧＲ管１８と、このＥＧＲ管１８に設けられＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁１９とを含んで構成される。ＥＧＲ弁１９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ＥＧＲ管１８を介して吸気管１２内へ還流される排気の流量、ひいてはエンジン１の新気量を制御する。
【００３０】
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管１１内に噴射する。
【００３１】
酸化触媒２１は、排気管１１のうちＤＰＦ２２よりも上流側に設けられ、排気中のＮＯを酸化して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。
ＤＰＦ２２は、排気管１１のうち酸化触媒２１よりも下流側に設けられ、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするＰＭを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。
【００３２】
ユリア選択還元触媒２３は、第１選択還元触媒２３１と、排気管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。これら選択還元触媒２３１，２３２は、それぞれ、ＮＨ３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ＮＨ３が生成される。生成されたＮＨ３は、選択還元触媒２３１，２３２に供給され、これらＮＨ３により、排気中のＮＯｘが選択的に還元される。
【００３３】
ところで、これら選択還元触媒２３１，２３２は、尿素水から生成したＮＨ３で排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成したＮＨ３を所定の量だけ吸着する機能も有する。本実施形態では、選択還元触媒２３１，２３２において吸着されたＮＨ３量をストレージ量といい、このストレージ量の限界を最大ストレージ容量という。このようにして吸着されたＮＨ３は、排気中のＮＯｘの還元にも適宜消費される。このため、ストレージ量が大きくなるに従い、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は高くなる。また、エンジンから排出されたＮＯｘの量に対し尿素水の供給量が少ない場合等には、吸着されたＮＨ３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、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ＮＨ３が生成された場合、生成されたＮＨ３は、選択還元触媒２３１，２３２の下流側へ排出される。
【００３４】
ＥＣＵ３には、ＮＨ３センサ２６、排気温度センサ２７、ＮＯｘセンサ２８、エアフローメータ２９、クランク角度位置センサ１４、及びアクセル開度センサ１５等が接続されている。
【００３５】
ＮＨ３センサ２６は、排気管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ＮＨ３濃度を検出し、検出値に略比例した検出信号ＶＮＨ３をＥＣＵ３に供給する。排気温度センサ２７は、第２選択還元触媒２３２の下流側の排気の温度を検出し、検出値に略比例した検出信号ＴＧＡＳ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濃度を検出し、検出値に略比例した検出信号ＶＮＯｘをＥＣＵ３に供給する。エアフローメータ２９は、図示しない吸気通路を流通する吸入空気量を検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。
【００３６】
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、所定のクランク角ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をＥＣＵ３に供給する。エンジン１の回転数ＮＥは、このパルス信号に基づいてＥＣＵ３により算出される。アクセル開度センサ１５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）を検出し、検出値に略比例した検出信号ＡＰをＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このアクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、ドライバ要求トルクＴＲＱが算出される。
【００３７】
酸化触媒２１の温度ＴＤＯＣや第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲなど、排気管１１内の各部分の現在の温度は、例えば排気温度ＴＧＡＳ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸入空気量ＱＡなどの入力に基づいて、ＥＣＵ３にて図示しない処理により推定される。また、排気流量Ｇｅｘは、吸入空気量に略比例したエアフローメータ２９の出力やエンジン回転数ＮＥなどに基づいて、ＥＣＵ３にて図示しない処理により推定される。
【００３８】
ＥＣＵ３は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ３は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エンジン１、ユリア噴射弁２５３、ＥＧＲ弁１９等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。
【００３９】
以下、このＥＣＵ３に構成された、排気系の温度予測に係る触媒温度予測部４と、尿素水の噴射制御に係るユリア噴射制御部５と、吸気系の制御に係る吸気制御部６との構成について、順に説明する。
【００４０】
［触媒温度予測部４］
図２〜図５を参照して、触媒温度予測部４の構成について説明する。
図２は、触媒温度予測部４の構成を示すブロック図である。
触媒温度予測部４は、第１選択還元触媒２３１の将来の温度、より具体的には現在から所定の予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後における選択還元触媒２３１の温度の値である触媒予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥを推定する。
【００４１】
触媒温度予測部４は、運転パターン予測部４１と、熱伝導モデル演算部４２と、を備える。
運転パターン予測部４１は、エンジン回転数、車速、及びドライバ要求トルクなど、車両の運転状態に関わるパラメータ（以下、これらパラメータを総称して「運転状態パラメータ」という）の現在の値に基づいて、エンジンのポート部の排気温度と直接的に相関のある内燃機関パラメータとしてのエンジンの発生トルク（以下、「エンジントルク」という）について、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後までの値を推定する。
【００４２】
図３は、エンジントルクの値を予測する手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、運転パターン予測部４１（図２参照）により実行される。
図４及び図５は、エンジントルクの値を予測する手順を説明するためのタイムチャートである。なおこれら図４及び図５に示す例では、現在の時刻をＴ０とし、時刻Ｔ−１，Ｔ−２，Ｔ−３を現在よりも過去の時刻とし、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…，ＴＮ−１，ＴＮを、将来の時刻とする。したがって、時刻Ｔ０以前の実線で示す値は実値であり、時刻Ｔ０以降の破線で示す値は運転パターン予測部による予測値である。
また、本実施形態では、図４及び図５において白丸で示すように、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後までの時間をＮ分割し、各時刻における値を推定する。すなわち、エンジントルクの現在値をＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０とし、現在より後の時刻Ｔｉにおけるエンジントルクの予測値をＴＲＱ＿ＰＲＥ＿ｉとする。
【００４３】
先ず、Ｓ１では、現在の運転状態パラメータの値に基づいて、エンジントルクの現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０を推定し、Ｓ２に移る。
【００４４】
Ｓ２では、現在のエンジンが高負荷運転状態にあるか否か、より具体的にはＳ１で推定したエンジントルクの現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０がエンジントルク値に対する所定の閾値ＴＲＱ＿ＴＨより大きいか否かを判定する。この判定がＮＯである場合にはＳ３に移り、この判定がＹＥＳである場合にはＳ４に移る。なお、このエンジンが高負荷運転状態であるか否かを判定するための閾値ＴＲＱ＿ＴＨは、運転状態パラメータの値に応じて図示しない処理により逐次設定される。
【００４５】
Ｓ３では、Ｓ２において現在のエンジンが高負荷運転状態にないと判定されたことに応じて、エンジントルク値は予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後まで、現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０から変化しないと推定する。すなわち、下記式に示すように、エンジントルクの予測値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿１，…，ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿Ｎは、全て現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０と等しいと推定する（図４参照）。
ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿ｉ＝ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０ （ｉ＝１，…，Ｎ）
【００４６】
一方、Ｓ４以降では、Ｓ２において現在のエンジンが高負荷運転状態にあると判定されたことに応じて、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後へ向けて、現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０から減少するように、エンジントルク値を推定する（図５参照）。これは、長時間にわたりエンジントルク値を高い値に維持したり増加させ続けたりするように運転されることが一般的には稀であることから、現在のエンジンが高負荷運転状態にある場合には、その後エンジントルク値は、継続して運転できるような現在値よりも小さな値へ収束するように減少に転じる可能性が高いと判断できるからである。
【００４７】
より具体的には、先ずＳ４では、エンジントルク値が収束すると予測される値であるトルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶを推定し、Ｓ５に移る。このトルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶは、例えば、運転状態パラメータの現在値に基づいて、図示しないマップを検索することにより算出される。
Ｓ５では、現在から、エンジントルク値が上記トルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶに収束するまでの時間である収束時間Ｔ＿ＣＮＶを推定し、Ｓ６に移る。この収束時間Ｔ＿ＣＮＶは、例えば、運転状態パラメータの現在値に基づいて、図示しないマップを検索することにより算出される。
【００４８】
Ｓ６では、エンジントルクの現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０と上記収束時間Ｔ＿ＣＮＶ後における値であるトルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶとを、図４中破線で示すように所定の減少態様で補間することにより、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後の間におけるエンジントルク予測値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿１，…，ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿Ｎを推定する。この際、上記エンジントルクの現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０とトルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶとを補間する減少態様は、例えば、運転状態パラメータの現在値に基づいて設定される。
【００４９】
図２に戻って、熱伝導モデル演算部４２は、エンジン１及びその排気を熱源と見立てた排気系の所定の熱伝導モデルに基づいて、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後における第１選択還元触媒２３１の温度である触媒予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥを推定する。より具体的には、運転パターン予測部４１により推定されたエンジントルクの現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後までの値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０，…，ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿Ｎに基づいてエンジン１のポート部の排気温度を予測し、この現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後までの間の排気温度の予測値を入力として、熱伝導モデルにより現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後における触媒予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥを推定する。なお、この熱伝導モデルとしては、例えば、本願出願人による特開２００６−２５０９４５号公報や特許第４３７３９０９号などに記載されているような、ニュートンの冷却則に従って定式化された排気系のモデルなど、従来既知のものが用いられる。
【００５０】
［ユリア噴射制御部５］
図６〜図８を参照して、ユリア噴射制御部５の構成について説明する。
図６は、ユリア噴射装置によるユリア噴射量ＧＵＲＥＡの決定に係るブロック図である。ユリア噴射制御部５は、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを算出する通常噴射量算出部５１と、スリップ抑制補正量ΔＳＴを算出するスリップ抑制補正量算出部５５と、スリップ抑制補正量ΔＳＴ分だけ通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを補正するスリップ抑制補正部５８と、制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭを算出する制限噴射量算出部５６と、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを決定する噴射量セレクタ５７と、を含んで構成される。図６に示すように、本実施形態のユリア噴射制御部５では、大きく分けて通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤと、スリップ抑制補正量ΔＳＴ分だけ補正された通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤと、制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭとのうちの何れかを最終的なユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。以下、通常噴射量算出部５１、スリップ抑制補正量算出部５５、スリップ抑制補正部５８、制限噴射量算出部５６、及び噴射量セレクタ５７の構成について、順に説明する。
【００５１】
図７は、通常噴射量算出部５１の構成を示すブロック図である。
通常噴射量算出部５１は、フィードバックコントローラ５２と、ベース噴射量算出部５３と、ストレージ補正入力算出部５４とを含んで構成される。
この通常噴射量算出部５１では、下記式（１）に示すように、ベース噴射量算出部５３により算出されたベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳと、フィードバックコントローラ５２により算出されたフィードバック噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＢと、ストレージ補正入力算出部５４により算出された補正噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＳＴとを加算することにより、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを決定する。
【数１】
【００５２】
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。
【００５３】
フィードバックコントローラ５２は、目標アンモニア濃度設定部５２１と、スライディングモードコントローラ５２２とを備える。
目標アンモニア濃度設定部５２１は、ＮＨ３センサの検出値ＶＮＨ３の目標値ＶＮＨ３＿ＴＲＧＴを設定する。より具体的には、この目標値ＶＮＨ３＿ＴＲＧＴは、“０”より僅かに大きな値に設定される。
スライディングモードコントローラ５２２は、ＮＨ３センサの検出値ＶＮＨ３が、設定された目標値ＶＮＨ３＿ＴＲＧＴに収束するようにＦＢ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＢを算出する。
【００５４】
ベース噴射量算出部５３は、エンジンから排出されるＮＯｘを第１、第２選択還元触媒で浄化するように、エンジン回転数ＮＥ及びドライバ要求トルクＴＲＱに基づいてベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳを算出する。すなわち、このベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳは、当量比αが“１”になるように算出された尿素水の噴射量に相当する。
【００５５】
ここで、尿素水の当量比αとは、対象とする選択還元触媒について、単位時間当りの尿素水の流入量（ＮＨ３として流入する分も含む）と、単位時間当りのＮＯｘの流入量との比（尿素水流入量／ＮＯｘ流入量）であり、流入するＮＯｘに対し、このＮＯｘを過不足なく還元できる量の尿素水が流入した場合、この当量比αは“１”となる。すなわち、対象とする選択還元触媒に流入するＮＯｘに対し、流入するＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水が供給されなかった場合、当量比αは“１”より小さな値となり、流入するＮＯｘを還元するために必要な量より多くの尿素水が供給された場合、当量比αは“１”より大きな値となる。
【００５６】
ストレージ補正入力算出部５４は、第１選択還元触媒のストレージ量を推定し、この推定した第１ストレージ量が所定の目標ストレージ量に収束するように補正噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＳＴを算出する。また、このストレージ補正入力算出部５４は、その温度に応じて変化する第１選択還元触媒の最大ストレージ容量を推定し、上記目標ストレージ量を推定した最大ストレージ容量と同じかそれよりもやや小さな値に設定する。
【００５７】
したがって、以上のようにして決定された通常噴射量の尿素水を噴射することにより、第１選択還元触媒では、その最大ストレージ容量又はそれに近い量のＮＨ３を吸着させた状態を維持することができるので、第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。また、ＮＨ３センサの検出値の目標値ＶＮＨ３＿ＴＲＧＴを“０”より僅かに大きな値に設定することにより、第２選択還元触媒に流入するＮＨ３の量を少なくすることができるので、第２選択還元触媒のストレージ量を適度な大きさに維持することができる。したがって、高負荷運転などにより第１選択還元触媒の温度が急激に上昇し、第１選択還元触媒に吸着されていたＮＨ３がスリップした場合であっても、これを第２選択還元触媒で吸着できるので、テールパイプからの過剰なＮＨ３スリップを抑制することができる。
【００５８】
なお、以上のような通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを算出する具体的な手法、すなわちこれらフィードバックコントローラ５２、ベース噴射量算出部５３、及びストレージ補正入力算出部５４の具体的な構成、並びに第１、第２選択還元触媒のそれぞれのストレージ量の推定値ＳＴ１ｓｔ，ＳＴ２ｎｄや最大ストレージ容量の推定値ＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘ，ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘをＮＨ３センサ２６の出力に基づいて算出する具体的な手法などについては、本願出願人による国際公開第２００８／５７６２８に詳しく記載されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００５９】
図８は、スリップ抑制補正量算出部５５の構成を示すブロック図である。
スリップ抑制補正量算出部５５は、予測スリップ量算出部５５１と、補正量算出部５５２と、を含んで構成される。
【００６０】
予測スリップ量算出部５５１は、第１選択還元触媒の温度とその最大ストレージ容量とを関係付けるマップについて、推定された現在の第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲに基づいて算出した最大ストレージ容量と、触媒温度予測部４にて算出された触媒予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥに基づいて算出した最大ストレージ容量との差を算出し、これを予測ストレージ容量差ΔＳＴ１ｓｔとする（図９参照）。上述のように、本実施形態では、第１選択還元触媒には最大ストレージ容量に近いストレージ量を維持するような制御が行われる。したがって上記予測ストレージ容量差ΔＳＴ１ｓｔは、現在から予測時間ＴＰＲＥ後までの間に、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けて排出されるＮＨ３量の推定値に相当する。
【００６１】
補正量算出部５５２は、予測ストレージ容量差ΔＳＴ１ｓｔを尿素水の質量に換算することにより、スリップ抑制補正量ΔＳＴを算出する。より具体的には、ユリア噴射装置から噴射した所定の濃度の尿素水（ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ）は、排気管内及び第１、第２選択還元触媒の内部において熱分解又は加水分解され、最終的には下記式に示すように、ＮＨ３及び二酸化炭素（ＣＯ２）が生成されると仮定することにより、上記予測ストレージ容量差ΔＳＴ１ｓｔから、スリップ抑制補正量ΔＳＴを算出する。以上のように算出されたΔＳＴを、図６に示すように通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤから減算することにより、今後第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けてスリップする分を余分に供給しないようにすることができる。
ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２
【００６２】
図６に戻って、スリップ抑制補正部５８は、以下の条件を満たす場合には、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤからスリップ抑制補正量ΔＳＴを減算することで、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを減量側に補正し、これ以外の場合には通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを補正しない。
１．後述の加速時遅延フラグが“０”である（ＦＤＥＬ＝０）
２．後述のスリップ抑制フラグが“１”である（ＦＳＬＩＰ＝１）
【００６３】
制限噴射量算出部５６は、通常噴射量算出部５１のベース噴射量算出部５３にて算出されたベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳに、“１”以下の補正係数を乗算したものを制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭとする。ここで、ベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳに乗算する補正係数としては、例えば、“０．５”又は“０．３”の何れかが用いられる。上述のようにベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳは等量比αが“１”の尿素水の噴射量に相当することから、以上のように算出された制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭは、等量比αが“０．５”又は“０．３”の尿素水の噴射量に相当する。
【００６４】
制限噴射量算出部５６は、第２選択還元触媒のＮＨ３ストレージ量の推定値が第２選択還元触媒の最大ＮＨ３ストレージ容量の推定値より小さい場合（ＳＴ２ｎｄ＜ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）には、第２選択還元触媒にはＮＨ３を吸着できる余裕があると判断し補正係数を“０．５”とする。さらに、制限噴射量算出部５６は、ＮＨ３ストレージ量の推定値が最大ストレージ容量の推定値以上である場合（ＳＴ２ｎｄ≧ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）には、第２選択還元触媒にはＮＨ３を吸着できる余裕がないと判断し補正係数を“０．３”にし、尿素水の供給量をさらに制限する。
【００６５】
噴射量セレクタ５７は、以下の条件を満たす場合には、制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭを最終的なユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定し、これ以外の場合には通常噴射量算出部５１側の出力（ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ又はＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ−ΔＳＴ）をユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。
１．後述の加速時遅延フラグが“０”である（ＦＤＥＬ＝０）
２．後述のスリップ抑制フラグが“１”である（ＦＳＬＩＰ＝１）
３．ＮＨ３センサの検出値が所定の閾値以上である（ＶＮＨ３≧ＶＮＨ３＿ｔｈ）
４．ＮＨ３ストレージの推定値がＮＨ３ストレージ量の目標値以上である（ＳＴ２ｎｄ≧ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）
【００６６】
［吸気制御部６］
図１０〜図１３を参照して、吸気制御部６のうちエンジン１の新気量制御に係るブロックについて説明する。
図１０は、エンジンの新気量を所定の目標新気量ＱＮＥＷに制御するためのＥＧＲ弁開度ＶＯの決定に係るブロック図である。
【００６７】
図１０に示すように、バルブ開度ＶＯは、通常開度算出部６１により算出された通常開度ＶＯ＿ＯＲＤと、閉側補正開度算出部６２により算出された閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯと、のうちの何れかを開度セレクタ６３により選択することで決定される。
【００６８】
通常開度算出部６１は、エンジンの新気量の目標値である目標新気量ＱＮＥＷを入力とし、この目標新気量ＱＮＥＷに応じた適切なＥＧＲ弁開度を算出し、これを通常開度ＶＯ＿ＯＲＤとして出力する。この目標新気量ＱＮＥＷは、車両の運転状態に応じて図示しない処理により決定される。
【００６９】
閉側補正開度算出部６２は、ＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰと、ＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤと、目標新気量ＱＮＥＷとに基づいて、上記通常開度ＶＯ＿ＯＲＤよりも閉じ側に補正された閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯを算出する。
ここで、ＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰとは、第１選択還元触媒の温度が上昇する過程において、第１選択還元触媒から下流側の第２選択還元触媒へ排出されるＮＨ３の単位時間当りの量に相当し、スリップ速度算出部６４により算出される（後述の図１１参照）。
また、ＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤとは、温度が上昇する状況にある第１選択還元触媒において、流入するＮＯｘを還元することで消費され得るＮＨ３の単位時間当りの量に相当し、消費速度算出部６５により算出される（後述の図１２参照）。
【００７０】
閉側補正開度算出部６２は、余剰ＮＨ３量算出部６２１と、反応モデル演算部６２２と、追加新気量算出部６２３と、目標新気量補正部６２４と、開度算出部６２５とを含んで構成される。
余剰ＮＨ３量算出部６２１は、下記式（２）に示すように、ＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰからＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤを減算することにより、余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３を算出する。ここで算出された余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３は、第１選択還元触媒に現在流入するＮＯｘのみでは消費しきれずに、その下流側へ排出され得るＮＨ３の単位時間当りの量に相当する。換言すれば、余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３は、第１選択還元触媒の温度が上昇する過程において、吸着されていたＮＨ３が排出されないようにするために、余分に消費する必要のあるＮＨ３の単位時間当りの量に相当する。
【数２】
【００７１】
反応モデル演算部６２２は、下記式（３−１）〜（３−３）に示すような反応の下で、ＮＨ３によりＮＯ及びＮＯ２が還元されると仮定することにより、上記余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３のＮＨ３を消費するために必要なＮＯｘ量を算出し、これを追加ＮＯｘ量ΔＮＯＸとする。
【数３】
【００７２】
追加新気量算出部６２３は、第１選択還元触媒に供給されるＮＯｘを、上記追加ＮＯｘ量ΔＮＯＸに相当する分だけ追加するために必要な、新気量の追加量を算出し、これを追加新気量ΔＱＮＥＷとする。
【００７３】
目標新気量補正部６２４は、下記式（４）に示すように、目標新気量ＱＮＥＷに追加新気量ΔＱＮＥＷを合算することにより、目標新気量の補正値に相当する補正新気量ＱＮＥＷ＿ＣＯＲを算出する。
【数４】
【００７４】
開度算出部６２５は、補正新気量ＱＮＥＷ＿ＣＯＲを入力とし、この補正新気量ＱＮＥＷ＿ＣＯＲに応じた適切なＥＧＲ弁開度を算出し、これを閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯとして出力する。例えば加速運転状態に移行し、これに伴い第１選択還元触媒の温度が上昇すると、それまでに第１選択還元触媒に吸着されていたＮＨ３が排出されることで、上記余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３が正の値となり、結果として追加新気量ΔＱＮＥＷが正の値となる場合がある。このとき、補正新気量ＱＮＥＷ＿ＣＯＲは、補正される前の目標新気量ＱＮＥＷよりも大きな値となるため、これにより閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯは、補正される前の目標新気量ＱＮＥＷに応じて算出された通常開度ＶＯ＿ＯＲＤよりも閉じ側に補正される。
【００７５】
開度セレクタ６３は、スリップ抑制フラグＦＳＬＩＰと、加速時遅延フラグＦＤＥＬと、ＮＨ３センサの検出値ＶＮＨ３、第２選択還元触媒のＮＨ３ストレージ量の推定値ＳＴ２ｎｄ及び目標値ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴと、ＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰと、ＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤとに応じて、通常開度算出部６１により算出された通常開度ＶＯ＿ＯＲＤ及び閉側補正開度算出部６２により算出された閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯの何れかを選択し、これをＥＧＲ弁開度ＶＯとして決定する。より具体的には、開度セレクタ６３は、以下の条件を満たす場合に、エンジンからのＮＯｘ排出量を増加させるべく閉側補正開度ＶＯ＿ＣＯＬをＥＧＲ弁開度ＶＯとして決定し、これ以外の場合には通常開度ＶＯ＿ＯＲＤをＥＧＲ弁開度ＶＯとして決定する。
１．スリップ抑制フラグが“１”である（ＦＳＬＩＰ＝１）
２．加速時遅延フラグが“０”である（ＦＤＥＬ＝０）
３．ＮＨ３センサの検出値が閾値以上である（ＶＮＨ３≧ＶＮＨ３＿ｔｈ）
４．第２選択還元触媒のＮＨ３ストレージ量の推定値が目標値より大きい（ＳＴ２ｎｄ≧ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）
５．ＮＨ３スリップ速度がＮＨ３消費速度より速い（Ｖ＿ＳＬＩＰ＞Ｖ＿ＲＥＤ）
【００７６】
図１１はスリップ速度算出部６４の構成を示すブロック図である。
スリップ速度算出部６４は、ＮＨ３センサの検出値に基づいてスリップ速度を算出するＮＨ３センサベース算出部６４１と、第１選択還元触媒の温度に基づいてスリップ速度を算出する触媒温度ベース算出部６４２と、ＮＨ３センサベース算出部６４１の出力と触媒温度ベース算出部６４２の出力とを比較し、大きい方を出力する比較器６４３と、を含んで構成される。
【００７７】
ＮＨ３センサベース算出部６４１は、排気中のＮＨ３濃度に略比例したＮＨ３センサ検出値ＶＮＨ３を排気流量Ｇｅｘに基づいて単位変換し、単位時間当りに第１選択還元触媒から排出されるＮＨ３量ＱＮＨ３を算出する。さらにＮＨ３センサベース算出部６４１は、下記式（５）に示すように、このＮＨ３量ＱＮＨ３の微分値を算出し、これをＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３とする。ところでＮＨ３センサは、第１選択還元触媒と第２選択還元触媒の間のＮＨ３濃度を検出するものであるため、上記ＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３は、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けて、単位時間当りに排出されたＮＨ３量の推定値に相当する。
【数５】
【００７８】
触媒温度ベース算出部６４２は、第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲに基づいて所定のマップを検索することにより第１選択還元触媒の最大ストレージ容量の推定値ＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘを算出するとともに、下記式（６）に示すように、この最大ストレージ容量の推定値ＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘの微分値を算出し、これを触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘとする。上述のように、本実施形態のユリア噴射制御部５によれば、第１選択還元触媒には最大ストレージ容量又はそれに近いストレージ量を維持するようなユリア噴射制御が行われる。したがって、上記触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘは、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けて、単位時間当りに排出されるＮＨ３量の推定値に相当する。
【数６】
【００７９】
比較器６４３は、上記ＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３と触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘとを比較し、大きい方を最終的なＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰとして出力する。このように、複数の異なる手法でスリップ速度を推定し、そのうちの大きい方を用いることにより、より確実に過剰なＮＨ３スリップを抑制することができる。
【００８０】
図１２は消費速度算出部６５の構成を示すブロック図である。
消費速度算出部６５は、単位変換部６５４と、ＮＯｘ量算出部６５１と、反応モデル演算部６５２とを備え、これらによりＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤを算出する。
【００８１】
単位変換部６５４は、第１選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度に略比例したＮＯｘセンサの検出値ＶＮＯｘを排気流量Ｇｅｘに基づいて単位変換し、単位時間当りに第１選択還元触媒に流入するＮＯｘ量ＱＮＯｘを算出する。
【００８２】
ＮＯｘ量算出部６５１は、ＮＯ２／ＮＯ量算出部６５１ａと、昇温時ＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂとを備え、これらにより、第１選択還元触媒に流入したＮＯｘのうち第１選択還元触媒により還元可能なＮＯ量に相当するＮＯ還元可能量ＱＮＯ＿ＲＥＤ及び還元可能なＮＯ２量に相当するＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２＿ＲＥＤを算出する。
【００８３】
ＮＯ２／ＮＯ量算出部６５１ａは、第１選択還元触媒に流入するＮＯｘ量ＱＮＯｘと酸化触媒の温度ＴＤＯＣに基づいて所定のマップを検索することにより、第１選択還元触媒に流入するＮＯ量に相当するＮＯ流入量ＱＮＯ＿ＩＮと、第１選択還元触媒に流入するＮＯ２量に相当するＮＯ２流入量ＱＮＯ２＿ＩＮとを算出する。
ＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂは、第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲ及び空間速度ＳＶなどのエンジンの運転状態に応じて変化するパラメータに基づいて所定のマップを検索することにより、第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の推定値η１ｓｔを算出する。ここで、第１選択還元触媒における排気の空間速度ＳＶとしては、例えば排気流量Ｇｅｘ及び第１選択還元触媒の容積に基づいて算出されたものが用いられる。
上述のＮＯ還元可能量ＱＮＯ＿ＲＥＤ及びＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２＿ＲＥＤは、下記式（７−１）、（７−２）に示すように、ＮＯ流入量ＱＮＯＩＮと及びＮＯ２流入量ＱＮＯ２ＩＮに、ＮＯｘ浄化率η１ｓｔを乗算することで算出される。
【数７】
【００８４】
反応モデル演算部６５２は、上記式（３−１）〜（３−３）に示すような反応の下で、ＮＨ３によりＮＯ及びＮＯ２が還元されると仮定することにより、上記ＮＯ還元可能量ＱＮＯ＿ＲＥＤのＮＯ、及びＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２＿ＲＥＤのＮＯ２を浄化するために第１選択還元触媒において消費されたＮＨ３量を推定し、これをＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤとする。
【００８５】
図１３は、排気浄化システムにおけるユリア噴射制御及び吸気制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図１３に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに実行される。また、図１３に示す処理において、スリップ抑制フラグＦＳＬＩＰ及び加速時遅延フラグＦＤＥＬは、Ｓ７に示すスリップ抑制制御を実行するのに適した時期を判別するためのフラグであり、それぞれ、初期値を“０”として後述の図１４及び図１５に示すフローチャートにより制御周期ごとに更新される。
【００８６】
Ｓ１では、ユリア噴射制御に係る装置が正常であるか否かを判別する。より具体的には、例えば、ユリア噴射装置が正常であるか否か、第１、第２選択還元触媒が劣化及び故障していないか否か、ユリアタンク内の尿素水の残量が規定値以上であるか否か、エンジン始動後の暖機が完了しているか否か、ＮＨ３センサ、ＮＯｘセンサ、排気温度センサなど各種センサが故障していないか否か、及びこれらセンサが活性に達しているか否か、第１、第２選択還元触媒の温度が規定温度以上であるか否か、などが判別される。
【００８７】
Ｓ１の判別がＮＯであり、ユリア噴射装置が正常でないと判別された場合にはＳ２に移り、ユリア噴射制御を停止するべくユリア噴射量を“０”にし（ＧＵＲＥＡ←０）、Ｓ３に移る。Ｓ３では、ＥＧＲ弁の開度を通常開度（ＶＯ←ＶＯ＿ＯＲＤ）に設定し、この処理を終了する。
【００８８】
Ｓ１の判別がＹＥＳであり装置が正常であると判別された場合にはＳ４に移る。Ｓ４では、スリップ抑制フラグＦＳＬＩＰが“１”であるか否かを判別し、さらにＳ５では加速時遅延フラグＦＤＥＬが“０”であるか否かを判別する。ここで、Ｓ４及びＳ５における判別の何れかがＮＯである場合には、さしあたって第２選択還元触媒からＮＨ３がスリップするおそれがないと判断し、Ｓ６に移る。Ｓ６では、通常ユリア噴射制御を実行するべくユリア噴射量を通常噴射量に設定し（ＧＵＲＥＡ←ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ）、さらに上記Ｓ３に移り、ＥＧＲ弁の開度を通常開度に設定する。また、Ｓ４及びＳ５における判別が何れもＹＥＳである場合には、第２選択還元触媒からＮＨ３がスリップするおそれがあると判断し、このＮＨ３スリップを抑制するべくＳ７に移り、図１６を参照して後に説明するスリップ抑制制御を実行する。
【００８９】
図１４は、Ｓ４のスリップ抑制フラグＦＳＬＩＰを更新する手順を示すフローチャートである。図１４に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに、図１３に示す処理とは別に実行される。この処理で更新されるスリップ抑制フラグＦＳＬＩＰは、第２選択還元触媒からＮＨ３がスリップするおそれがあると判断され、したがって後述のスリップ抑制制御の実行が求められている状態であることを示すフラグである。
【００９０】
Ｓ２１では、第１選択還元触媒が温度上昇状態であるか否かを判別し、この判別がＹＥＳである場合にはスリップ抑制フラグＦＳＬＩＰを“１”にセットし（Ｓ２２）、この判別がＮＯである場合にはスリップ抑制フラグＦＳＬＩＰを“０”にリセットする（Ｓ２３）。ここで、温度上昇状態とは、第１選択還元触媒の温度が現に上昇している状態だけでなく、現在は上昇していないが近いうちに上昇すると考えられる状態も含む。そこで、Ｓ２１では、第１選択還元触媒の現在の温度ＴＳＣＲの微分値が所定の正の閾値以上である場合、予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥと現在の温度ＴＳＣＲとの差が所定の正の閾値以上である場合、又はエンジンが加速運転中である場合には、第１選択還元触媒が温度上昇状態であると判別する。
【００９１】
図１５は、Ｓ５の加速時遅延フラグＦＤＥＬを更新する手順を示すフローチャートである。図１５に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに、図１３に示す処理とは別に実行される。エンジンが加速運転状態に移行すると、第１選択還元触媒の温度は、移行時には上昇していなくても、その後追って上昇すると考えられる。また、加速運転状態に移行した直後は、ＮＯｘセンサの遅れからユリア噴射量は不足する傾向がある。そこで、図１５に示す処理では、スリップ抑制フラグＦＳＬＩＰが“１”となり、スリップ抑制制御を実行するのに適した時期であると判断されている場合であっても、エンジンが加速運転状態に移行してから所定時間スリップ抑制制御の実行開始を遅延させるべく、この加速時遅延フラグＦＤＥＬを更新する。すなわち、この加速時遅延フラグＦＤＥＬは、スリップ抑制制御の実行開始の遅延が要求されている状態であることを示すフラグであり、このフラグＦＤＥＬが“１”にセットされている間は、図１３に示すようにスリップ抑制制御の実行開始は遅延される。
【００９２】
Ｓ３１では、エンジンが加速運転状態に移行したか否かを判別する。Ｓ３１の判別がＹＥＳである場合には、加速時遅延フラグＦＤＥＬを“１”にセットし（Ｓ３２）、遅延タイマの値を所定の初期値にセットし（Ｓ３３）、Ｓ３６に移る。Ｓ３１の判別がＮＯの場合には、Ｓ３４に移り、加速時遅延フラグＦＤＥＬが“１”であるか否かを判別する。Ｓ３４の判別がＮＯである場合にはＳ３６に移り、ＹＥＳである場合にはＳ３３でセットした遅延タイマの値を減算し（Ｓ３５）、Ｓ３６に移る。
【００９３】
Ｓ３６では、遅延タイマの値が“０”であるか否かを判別する。Ｓ３６の判別がＮＯである場合にはこの処理を終了する。Ｓ３６の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ３７に移り、加速時遅延フラグＦＤＥＬを“０”にリセットした後、この処理を終了する。
【００９４】
図１６は、図１３のＳ７に示すスリップ抑制制御（図１３のＳ７）の具体的な手順を示すフローチャートである。図１６に示す処理では、スリップ抑制制御からの復帰時におけるＮＯｘ浄化性能の低下及び不要な尿素水の消費を抑制するように、第２選択還元触媒の状態に応じてユリア噴射量及びＥＧＲ弁の開度を適度に制御する。
【００９５】
Ｓ４１では、ＮＨ３センサの検出値が閾値以上でありかつ第２選択還元触媒のストレージ量の推定値がその目標値より大きいか否かを判別する（ＶＮＨ３≧ＶＮＨ３＿ｔｈかつＳＴ２ｎｄ＞ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）。ここで、第２選択還元触媒のストレージ量に対する目標値ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴは、第２選択還元触媒からのＮＨ３のスリップを確実に抑制できるように、例えば、第２選択還元触媒の最大ストレージ容量の推定値ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘよりも十分に小さな値に設定される。
【００９６】
Ｓ４１の判別がＮＯである場合、すなわち第２選択還元触媒には、第１選択還元触媒からスリップしたＮＨ３をある程度吸着する余裕があると判断できる場合には、ユリア噴射量を通常制御時（ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ）から僅かに制限するのみで第２選択還元触媒からのＮＨ３スリップを抑制できると判断し、Ｓ４２に移る。Ｓ４２では、スリップ抑制補正量ΔＳＴを算出し、Ｓ４３では、ユリア噴射量を通常噴射量からスリップ抑制補正量だけ制限し（ＧＵＲＥＡ←ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ−ΔＳＴ）、図１３のＳ３に移り、ＥＧＲ弁の開度を通常開度に設定する（ＶＯ←ＶＯ＿ＯＲＤ）。
【００９７】
Ｓ４１の判別がＮＯである場合、すなわち第２選択還元触媒には、第１選択還元触媒からスリップしたＮＨ３を吸着する余裕があまり無いと判断できる場合には、ユリア噴射量を上記スリップ抑制補正量ΔＳＴよりもさらに多く制限するべく、Ｓ４５に移る。Ｓ４５では、第２選択還元触媒のストレージ容量の推定値がその最大ストレージ容量の推定値より小さいか否かを判別する（ＳＴ２ｎｄ＜ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）。Ｓ４５の判別がＹＥＳの場合には、Ｓ４６に移り当量比α＝０．５に相当する量までユリア噴射量を制限し（ＧＵＲＥＡ←ＧＵＲＥＡ＿ＢＳ×０．５）、Ｓ４５の判別がＮＯの場合には、さらに噴射量を制限するべくＳ４７に移り、当量比α＝０．３に相当する量までユリア噴射量を制限する（ＧＵＲＥＡ←ＧＵＲＥＡ＿ＢＳ×０．３）。
【００９８】
Ｓ４８では、ＮＨ３スリップ速度がＮＨ３消費速度より速いか否か（Ｖ＿ＳＬＩＰ＞Ｖ＿ＲＥＤ）を判別する。Ｓ４８の判別がＮＯである場合には、エンジンのＮＯｘ排出量を増加させずとも第２選択還元触媒からのＮＨ３スリップを抑制できると判断し、図１３のＳ３に移り、ＥＧＲ弁の開度を通常開度に設定する。Ｓ４８の判別がＹＥＳである場合には、第２選択還元触媒からのＮＨ３スリップを抑制するためには、ユリア噴射量の制限に加え、さらにエンジンからのＮＯｘ排出量を増加させる必要があると判断し、Ｓ４９に移る。Ｓ４９では、ＥＧＲ弁の開度を、通常開度よりも閉じ側に補正し（ＶＯ←ＶＯ＿ＣＬＯ）、この処理を終了する。
【００９９】
上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつこの前駆体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、アンモニアの前駆体としては、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。
【符号の説明】
【０１００】
１…エンジン（内燃機関）
１１…排気管（排気通路）
１２…吸気管（吸気通路）
１８…ＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）
１９…ＥＧＲ弁
２…排気浄化システム
２３１…第１選択還元触媒
２３２…第２選択還元触媒
２５…ユリア噴射装置（還元剤供給手段）
２６…ＮＨ３センサ（還元剤検出手段、第２ストレージ量推定手段、第２吸着許容量推定手段）
２７…排気温度センサ（温度取得手段）
２６…ＮＯｘセンサ（流入ＮＯｘ量取得手段）
３…ＥＣＵ（温度取得手段、温度上昇判定手段、スリップ抑制制御手段、第２ストレージ量推定手段、目標値設定手段、第２吸着許容量推定手段）
６４…スリップ速度算出部（スリップ量推定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、アンモニア（ＮＨ３）のような還元剤の存在下で排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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アンモニアの前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することで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。
【０００３】
このような選択還元触媒には、排気中のＮＯｘの還元に供されなかったアンモニアを吸着する能力がある。すなわち、選択還元触媒に流入するＮＯｘ量に対し尿素水の供給量が多い場合、ＮＯｘの還元に供されずに余剰となったアンモニアは選択還元触媒に吸着され、逆に選択還元触媒に流入するＮＯｘ量に対し尿素水の供給量が少ない場合、選択還元触媒に吸着されていたアンモニアがＮＯｘの還元に供される。したがって、尿素水の供給量を増減することにより、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量を制御することができる。
【０００４】
ＮＯｘ浄化の観点からは、選択還元触媒にできるだけ多くのアンモニアが吸着されていることが好ましいものの、選択還元触媒で吸着できるアンモニアの量には限界がある。選択還元触媒にこの限界量を超えるアンモニアが供給されると、吸着しきれなかったアンモニアは下流側へ排出されてしまうこととなる。
【０００５】
特許文献１には、このような選択還元触媒におけるアンモニアスリップを抑制するためのスリップ抑制制御の手順が示されている。具体的には、推定された選択還元触媒の温度変化率が大きい場合には、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着能力の低下を見込んで新たな尿素水の供給を中止するとともに、吸着されているアンモニアは近いうちに放出されることを見込んで内燃機関からのＮＯｘ排出量を増大させる。なお、特許文献１では、選択還元触媒の下流側に、スリップしたアンモニアを酸化させるための酸化触媒を設けた場合を想定している。そして、このような酸化触媒を設けた場合には、選択還元触媒からスリップしたアンモニアは酸化触媒で酸化されることを想定して、上記温度変化率が大きくなった場合におけるＮＯｘ排出量の増加分を少なくすることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５４２４５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、特許文献１のスリップ抑制制御では、尿素水の供給を中止することに合わせて、さらにＮＯｘ排出量を増やすことにより、選択還元触媒におけるアンモニアスリップを極力抑制することができるものの、スリップ抑制制御からの復帰後における選択還元触媒のアンモニアの吸着量は過剰に低下してしまうため、選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能も大きく低下してしまうと考えられる。
【０００８】
また、最下流の酸化触媒でアンモニアを酸化させてしまうと、供給した尿素水はＮＯｘの浄化に寄与することなく無駄になってしまうばかりか、アンモニアの酸化に伴ってＮＯｘが生成されるため、ＮＯｘ浄化性能の悪化を招くこととなってしまう。以上のように、特許文献１のスリップ抑制制御は、アンモニアスリップを抑制する点では優れているといえるものの、ＮＯｘ浄化性能や還元剤の燃費などの点については、十分な検討がなされていない。
【０００９】
本発明は、選択還元触媒を備えた排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ浄化性能を悪化させたり還元剤を無駄に消費したりすることなく選択還元触媒からの還元剤のスリップ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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられ、還元剤（例えば、後述のＮＨ３）の存在下で排気中のＮＯｘを浄化しかつこの還元剤を吸着する第１選択還元触媒（例えば、後述の第１選択還元触媒２３１）と、前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒より下流側に設けられた第２選択還元触媒（例えば、後述の第２選択還元触媒２３２）と、前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒より上流側に還元剤又はその前駆体（例えば、後述の尿素水）を供給する還元剤供給手段（例えば、後述のユリア噴射装置２５）と、を備えた内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）を提供する。前記排気浄化システムは、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１選択還元触媒が温度上昇状態であるか否かを判定する温度上昇判定手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及び図１４のＳ２１の実行に係る手段）と、当該温度上昇判定手段により温度上昇状態であると判定された場合には、前記還元剤供給手段からの還元剤又は前駆体の供給量を０より大きな制限供給量（ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ−ΔＳＴ，ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ×０．５，ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ×０．３）まで低減させる還元剤制限制御（例えば、後述の図１６のＳ４３，Ｓ４６，Ｓ４７に示す制御）、及び前記内燃機関のＮＯｘ排出量を通常制御時より増加させるＮＯｘ排出量増加制御（例えば、後述の図１６のＳ４９に示す制御）を実行するスリップ抑制制御手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及び図１６に示すフローチャートの実行に係る手段）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、温度上昇判定手段により温度上昇状態であると判定された場合には、還元剤又は前駆体の供給量を所定の制限供給量まで低減させる還元剤制限制御を実行する。これにより、新たに供給した還元剤が第１、第２選択還元触媒に吸着されないまま排出されるのを防止することができる。また、このような還元剤制限制御と併せて、内燃機関のＮＯｘ排出量を通常制御時より増加させるＮＯｘ排出量増加制御を実行する。これにより、第１、第２選択還元触媒に吸着されていた還元剤が、ＮＯｘの還元に消費されないまま排出されるのを防止することができる。
また、本発明では、第１選択還元触媒の下流側には第２選択還元触媒を設けたので、第１選択還元触媒から排出された還元剤を吸着し、さらに吸着した還元剤で排気中のＮＯｘを還元することができる。したがって、第１選択還元触媒の下流側に酸化触媒を設けた場合と比較して、排気浄化システム全体としてのＮＯｘ浄化性能を高く維持し、かつ還元剤又は前駆体の無駄な消費を抑制することもできる。
このように、本発明では第１選択還元触媒の下流側に第２選択還元触媒を設けることで、供給した還元剤を無駄に消費することが無いシステムを構築した上で、上記還元剤制限制御では供給量を０にすることなく還元剤又は前駆体を供給し続ける。これにより、還元剤制限制御及びＮＯｘ排出量増加制御の実行した後、通常制御に復帰した際における第１、第２選択還元触媒に吸着されている還元剤の量を、ある程度確保することができる。これにより、上記復帰時におけるＮＯｘ浄化性能の大幅な低下を抑制することができる。
【００１２】
この場合、前記排気浄化システムは、前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘ量を検出又は推定する流入ＮＯｘ量取得手段（例えば、後述のＮＯｘセンサ２８及び単位変換部６５４）と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定する第１浄化率推定手段（例えば、後述のＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂ）と、前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘを浄化するために当該第１選択還元触媒において消費された還元剤の量に相当する還元剤消費量を、前記推定されたＮＯｘ浄化率（η１ｓｔ）と前記検出又は推定されたＮＯｘ量（ＱＮＯｘ）とに基づいて推定する還元剤消費量推定手段（例えば、後述の消費速度算出部６５）と、前記第１選択還元触媒の温度を検出又は推定する温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ２７及びＥＣＵ３）と、前記検出又は推定された温度（ＴＳＣＲ）に基づいて、前記第１選択還元触媒における還元剤の吸着許容量（ＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘ）を推定する第１吸着許容量推定手段（例えば、後述の触媒温度ベース算出部６４２）と、前記推定された第１選択還元触媒の吸着許容量に基づいて、前記第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量を推定するスリップ量推定手段（例えば、後述のスリップ速度算出部６４）と、をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量（Ｖ＿ＳＬＩＰ）が前記推定された還元剤消費量（Ｖ＿ＲＥＤ）より多い場合（Ｖ＿ＳＬＩＰ＞Ｖ＿ＲＥＤ）には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行し、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より少ない場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しないことが好ましい。
【００１３】
本発明では、推定された第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量が、推定された第１選択還元触媒における還元剤消費量より多い場合には、第２選択還元触媒へスリップしてしまう還元剤を消費させるべくＮＯｘ排出量増加制御を実行する。そして、上記還元剤スリップ量が上記還元剤消費量より少ない場合には、ＮＯｘ排出量を増加させずとも還元剤のスリップを抑制できると判断し、ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない。このように、推定された還元剤スリップ量と還元剤消費量とに基づいてＮＯｘ排出量増加制御の実行を判断することにより、必要以上にＮＯｘ排出量を増加させてしまい、還元剤が無駄に消費されるのを抑制することができる。
【００１４】
この場合、前記排気浄化システムは、前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘ量を検出又は推定する流入ＮＯｘ量取得手段（例えば、後述のＮＯｘセンサ２８及び単位変換部６５４）と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定する第１浄化率推定手段（例えば、後述のＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂ）と、前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘを浄化するために当該第１選択還元触媒において消費された還元剤の量に相当する還元剤消費量を、前記推定されたＮＯｘ浄化率（η１ｓｔ）と前記検出又は推定されたＮＯｘ量（ＱＮＯｘ）とに基づいて推定する還元剤消費量推定手段（例えば、後述の消費速度算出部６５）と、前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒との間の排気の還元剤濃度を検出する還元剤検出手段（例えば、後述のＮＨ３センサ２６）と、前記検出された還元剤濃度（ＶＮＨ３）に基づいて、前記第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量を推定するスリップ量推定手段（例えば、後述のＮＨ３センサベース算出部６４１、スリップ速度算出部６４）と、をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量（Ｖ＿ＳＬＩＰ）が前記推定された還元剤消費量（Ｖ＿ＲＥＤ）より多い場合（Ｖ＿ＳＬＩＰ＞Ｖ＿ＲＥＤ）には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行し、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より少ない場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しないことが好ましい。
【００１５】
本発明では、推定された還元剤スリップ量と還元剤消費量とに基づいてＮＯｘ排出量増加制御の実行を判断することにより、上述のように必要以上にＮＯｘ排出量を増加させてしまい、還元剤が無駄に消費されるのを抑制することができる。特に、本発明では、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を検出する還元剤検出手段を用いることにより、第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量をより高い精度で推定できる。
【００１６】
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を流通する排気の一部を、ＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）に還流するＥＧＲ通路（例えば、後述のＥＧＲ管１８）と、前記ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁（例えば、後述のＥＧＲ弁１９）と、をさらに備え、前記ＮＯｘ排出量増加制御では、前記ＥＧＲ弁の開度を通常制御時における開度（ＶＯ＿ＯＲＤ）より閉じ側に補正することでＮＯｘ排出量を増加させ、前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量（Ｖ＿ＳＬＩＰ）と前記推定された還元剤消費量（Ｖ＿ＲＥＤ）との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ弁の開度の通常制御時における開度からの補正量を決定することが好ましい。
【００１７】
本発明では、ＥＧＲ弁の開度を閉じ側に補正することでＮＯｘ排出量を増加させる。ＥＧＲ弁は応答性が良く、またドライバビリティを大きく損なうことなくかつ速やかにＮＯｘ排出量を増加させることができる。また、推定された還元剤スリップ量と還元剤消費量との偏差に基づいて、ＥＧＲ弁の開度の通常制御時からの補正量を決定することにより、スリップする分に合わせた適切な量のＮＯｘを増加させることができるので、還元剤のスリップを抑制しながらかつ還元剤の無駄な消費を抑制することができる。
【００１８】
この場合、前記排気浄化システムは、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第２ストレージ量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及びＮＨ３センサ２６）と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値に対する目標値を設定する目標値設定手段（例えば、後述のＥＣＵ３）と、をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記目標値以下である場合（ＳＴ２ｎｄ≦ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行せず、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記目標値より大きい場合（ＳＴ２ｎｄ＞ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行することが好ましい。
【００１９】
本発明では、第２選択還元触媒のストレージ量の推定値がその目標値以下である場合には、第２選択還元触媒には還元剤を吸着できる余裕があると判断し、ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない。また、第２選択還元触媒のストレージ量の推定値がその目標値より大きい場合には、第２選択還元触媒には還元剤を吸着できる余裕がないと判断し、したがって第１選択還元触媒からスリップする還元剤を増量したＮＯｘで消費させるべくＮＯｘ排出量増加制御を実行する。これにより、必要以上に内燃機関からのＮＯｘの排出量を増加させてしまい、還元剤が無駄に消費されるのを抑制できる。また、これにより、第２選択還元触媒のストレージ量をその目標に近づけることができるので、そのＮＯｘ浄化性能を高く維持することもできる。
【００２０】
この場合、前記排気浄化システムは、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第２選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第２ストレージ量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及びＮＨ３センサ２６）と、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第２選択還元触媒における還元剤の吸着許容量を推定する第２吸着許容量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ３、及びＮＨ３センサ２６）と、をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記吸着許容量の推定値より小さい場合（ＳＴ２ｎｄ＜ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）には、当該ストレージ量の推定値が当該吸着許容量の推定値以上（ＳＴ２ｎｄ≧ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）である場合よりも、前記制限供給量を多くすることが好ましい。
【００２１】
本発明では、第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が吸着許容量の推定値より小さい場合には、第２選択還元触媒では還元剤を吸着できる余裕があると判断し、制限供給量、すなわち還元剤制限制御の実行時における還元剤又は前駆体の供給量を、ストレージ量の推定値が吸着許容量の推定値以上である場合よりも多くする。これにより、還元剤制限制御の実行から復帰したときにおける第１、第２選択還元触媒のストレージ量を十分に確保できるので、それぞれのＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することができる。
【００２２】
この場合、前記排気浄化システムは、前記内燃機関が加速運転状態に移行したことを判定する加速判定手段（例えば、後述の図１５のＳ３１の実行に係る手段）をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記加速判定手段により加速運転状態に移行したと判定された場合には、前記還元剤制限制御及び前記ＮＯｘ排出量増加制御の実行開始を遅延させることが好ましい。
【００２３】
内燃機関が加速運転状態に移行すると、先ず内燃機関からのＮＯｘ排出量が増加し、追って第１、第２選択還元触媒の温度が上昇する。本発明では、第１、第２選択還元触媒の温度の上昇に合わせて還元剤制限制御及びＮＯｘ排出量増加制御の実行を開始させるべく、加速運転状態に移行してから所定の時間、これら還元剤制限制御及びＮＯｘ排出量増加制御の実行開始を遅延させる。これにより、第１、第２選択還元触媒からの還元剤のスリップを抑制しながら、各々のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することができる。
また例えば、排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサの検出値に基づいて還元剤又は前駆体の供給量を制御する場合、特に加速運転状態に移行した直後は、ＮＯｘセンサの遅れによって還元剤又は前駆体の供給量が不足し、選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能が一時的に低下する傾向がある。本発明では、内燃機関が加速運転状態に移行したことに伴い、還元剤制限制御及びＮＯｘ排出量増加制御の実行開始を遅延させることにより、ＮＯｘ浄化性能がさらに低下してしまうのを抑制することができる。
【００２４】
この場合、前記排気浄化システムは、前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒の間の排気の還元剤濃度を検出する還元剤濃度検出手段（例えば、後述のＮＨ３センサ２６）をさらに備え、前記スリップ抑制制御手段は、前記還元剤濃度検出手段の出力値が所定値より小さい場合（ＶＮＨ３≧ＶＮＨ３＿ｔｈ）には、前記還元剤制限制御を実行しかつ前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しないことが好ましい。
【００２５】
本発明では、還元剤濃度検出手段の出力値が所定値より小さい場合には、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒にスリップする還元剤の量は少なく、ＮＯｘ排出量増加制御を実行せずとも第２選択還元触媒から還元剤がスリップするのを抑制できると判断し、還元剤制限制御のみを実行する。これにより、必要以上にＮＯｘ排出量を増加させてしまい、還元剤が無駄に消費されるのを抑制することができる。また、これにより、還元剤制限制御の実行から復帰したときにおける第１、第２選択還元触媒のストレージ量を十分に確保できるので、それぞれのＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】上記実施形態に係る触媒温度予測部の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジントルクの値を予測する手順を示すフローチャートである。
【図４】エンジントルクの値を予測する手順を説明するためのタイムチャートである。
【図５】エンジントルクの値を予測する手順を説明するためのタイムチャートである。
【図６】上記実施形態に係るユリア噴射装置によるユリア噴射量の決定に係るブロック図である。
【図７】上記実施形態に係る通常噴射量算出部の構成を示すブロック図である。
【図８】上記実施形態に係るスリップ抑制補正量算出部の構成を示すブロック図である。
【図９】スリップ抑制補正量算出部において算出される予測ストレージ容量差を模式的に示す図である。
【図１０】エンジンの新気量を所定の目標新気量に制御するためのＥＧＲ弁開度の決定に係るブロック図である。
【図１１】上記実施形態に係るスリップ速度算出部の構成を示すブロック図である。
【図１２】上記実施形態に係る消費速度算出部の構成を示すブロック図である。
【図１３】上記実施形態に係るユリア噴射制御及び吸気制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図１４】上記実施形態に係るスリップ抑制フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
【図１５】上記実施形態に係る加速時遅延フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
【図１６】上記実施形態に係るスリップ抑制制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
排気浄化システム２は、エンジン１の排気管１１に設けられた酸化触媒２１と、排気管１１に設けられ、排気中のＰＭを捕集するフィルタとしてのＤＰＦ２２と、排気管１１に設けられ、この排気管１１を流通する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤としてのアンモニア（ＮＨ３）の存在下で浄化するユリア選択還元触媒２３と、排気管１１のうちユリア選択還元触媒２３の上流側に、アンモニアの前駆体である尿素水を供給するユリア噴射装置２５と、排気管１１を流通する排気の一部をＥＧＲガスとして吸気管１２内へ還流するＥＧＲ装置１７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。
【００２９】
ＥＧＲ装置１７は、排気管１１のうち酸化触媒２１の上流側と吸気管１２とを連通するＥＧＲ管１８と、このＥＧＲ管１８に設けられＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁１９とを含んで構成される。ＥＧＲ弁１９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ＥＧＲ管１８を介して吸気管１２内へ還流される排気の流量、ひいてはエンジン１の新気量を制御する。
【００３０】
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管１１内に噴射する。
【００３１】
酸化触媒２１は、排気管１１のうちＤＰＦ２２よりも上流側に設けられ、排気中のＮＯを酸化して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。
ＤＰＦ２２は、排気管１１のうち酸化触媒２１よりも下流側に設けられ、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするＰＭを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。
【００３２】
ユリア選択還元触媒２３は、第１選択還元触媒２３１と、排気管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。これら選択還元触媒２３１，２３２は、それぞれ、ＮＨ３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ＮＨ３が生成される。生成されたＮＨ３は、選択還元触媒２３１，２３２に供給され、これらＮＨ３により、排気中のＮＯｘが選択的に還元される。
【００３３】
ところで、これら選択還元触媒２３１，２３２は、尿素水から生成したＮＨ３で排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成したＮＨ３を所定の量だけ吸着する機能も有する。本実施形態では、選択還元触媒２３１，２３２において吸着されたＮＨ３量をストレージ量といい、このストレージ量の限界を最大ストレージ容量という。このようにして吸着されたＮＨ３は、排気中のＮＯｘの還元にも適宜消費される。このため、ストレージ量が大きくなるに従い、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は高くなる。また、エンジンから排出されたＮＯｘの量に対し尿素水の供給量が少ない場合等には、吸着されたＮＨ３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、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ＮＨ３が生成された場合、生成されたＮＨ３は、選択還元触媒２３１，２３２の下流側へ排出される。
【００３４】
ＥＣＵ３には、ＮＨ３センサ２６、排気温度センサ２７、ＮＯｘセンサ２８、エアフローメータ２９、クランク角度位置センサ１４、及びアクセル開度センサ１５等が接続されている。
【００３５】
ＮＨ３センサ２６は、排気管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ＮＨ３濃度を検出し、検出値に略比例した検出信号ＶＮＨ３をＥＣＵ３に供給する。排気温度センサ２７は、第２選択還元触媒２３２の下流側の排気の温度を検出し、検出値に略比例した検出信号ＴＧＡＳ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濃度を検出し、検出値に略比例した検出信号ＶＮＯｘをＥＣＵ３に供給する。エアフローメータ２９は、図示しない吸気通路を流通する吸入空気量を検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。
【００３６】
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、所定のクランク角ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をＥＣＵ３に供給する。エンジン１の回転数ＮＥは、このパルス信号に基づいてＥＣＵ３により算出される。アクセル開度センサ１５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）を検出し、検出値に略比例した検出信号ＡＰをＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このアクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、ドライバ要求トルクＴＲＱが算出される。
【００３７】
酸化触媒２１の温度ＴＤＯＣや第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲなど、排気管１１内の各部分の現在の温度は、例えば排気温度ＴＧＡＳ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸入空気量ＱＡなどの入力に基づいて、ＥＣＵ３にて図示しない処理により推定される。また、排気流量Ｇｅｘは、吸入空気量に略比例したエアフローメータ２９の出力やエンジン回転数ＮＥなどに基づいて、ＥＣＵ３にて図示しない処理により推定される。
【００３８】
ＥＣＵ３は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ３は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エンジン１、ユリア噴射弁２５３、ＥＧＲ弁１９等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。
【００３９】
以下、このＥＣＵ３に構成された、排気系の温度予測に係る触媒温度予測部４と、尿素水の噴射制御に係るユリア噴射制御部５と、吸気系の制御に係る吸気制御部６との構成について、順に説明する。
【００４０】
［触媒温度予測部４］
図２〜図５を参照して、触媒温度予測部４の構成について説明する。
図２は、触媒温度予測部４の構成を示すブロック図である。
触媒温度予測部４は、第１選択還元触媒２３１の将来の温度、より具体的には現在から所定の予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後における選択還元触媒２３１の温度の値である触媒予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥを推定する。
【００４１】
触媒温度予測部４は、運転パターン予測部４１と、熱伝導モデル演算部４２と、を備える。
運転パターン予測部４１は、エンジン回転数、車速、及びドライバ要求トルクなど、車両の運転状態に関わるパラメータ（以下、これらパラメータを総称して「運転状態パラメータ」という）の現在の値に基づいて、エンジンのポート部の排気温度と直接的に相関のある内燃機関パラメータとしてのエンジンの発生トルク（以下、「エンジントルク」という）について、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後までの値を推定する。
【００４２】
図３は、エンジントルクの値を予測する手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、運転パターン予測部４１（図２参照）により実行される。
図４及び図５は、エンジントルクの値を予測する手順を説明するためのタイムチャートである。なおこれら図４及び図５に示す例では、現在の時刻をＴ０とし、時刻Ｔ−１，Ｔ−２，Ｔ−３を現在よりも過去の時刻とし、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…，ＴＮ−１，ＴＮを、将来の時刻とする。したがって、時刻Ｔ０以前の実線で示す値は実値であり、時刻Ｔ０以降の破線で示す値は運転パターン予測部による予測値である。
また、本実施形態では、図４及び図５において白丸で示すように、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後までの時間をＮ分割し、各時刻における値を推定する。すなわち、エンジントルクの現在値をＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０とし、現在より後の時刻Ｔｉにおけるエンジントルクの予測値をＴＲＱ＿ＰＲＥ＿ｉとする。
【００４３】
先ず、Ｓ１では、現在の運転状態パラメータの値に基づいて、エンジントルクの現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０を推定し、Ｓ２に移る。
【００４４】
Ｓ２では、現在のエンジンが高負荷運転状態にあるか否か、より具体的にはＳ１で推定したエンジントルクの現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０がエンジントルク値に対する所定の閾値ＴＲＱ＿ＴＨより大きいか否かを判定する。この判定がＮＯである場合にはＳ３に移り、この判定がＹＥＳである場合にはＳ４に移る。なお、このエンジンが高負荷運転状態であるか否かを判定するための閾値ＴＲＱ＿ＴＨは、運転状態パラメータの値に応じて図示しない処理により逐次設定される。
【００４５】
Ｓ３では、Ｓ２において現在のエンジンが高負荷運転状態にないと判定されたことに応じて、エンジントルク値は予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後まで、現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０から変化しないと推定する。すなわち、下記式に示すように、エンジントルクの予測値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿１，…，ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿Ｎは、全て現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０と等しいと推定する（図４参照）。
ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿ｉ＝ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０ （ｉ＝１，…，Ｎ）
【００４６】
一方、Ｓ４以降では、Ｓ２において現在のエンジンが高負荷運転状態にあると判定されたことに応じて、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後へ向けて、現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０から減少するように、エンジントルク値を推定する（図５参照）。これは、長時間にわたりエンジントルク値を高い値に維持したり増加させ続けたりするように運転されることが一般的には稀であることから、現在のエンジンが高負荷運転状態にある場合には、その後エンジントルク値は、継続して運転できるような現在値よりも小さな値へ収束するように減少に転じる可能性が高いと判断できるからである。
【００４７】
より具体的には、先ずＳ４では、エンジントルク値が収束すると予測される値であるトルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶを推定し、Ｓ５に移る。このトルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶは、例えば、運転状態パラメータの現在値に基づいて、図示しないマップを検索することにより算出される。
Ｓ５では、現在から、エンジントルク値が上記トルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶに収束するまでの時間である収束時間Ｔ＿ＣＮＶを推定し、Ｓ６に移る。この収束時間Ｔ＿ＣＮＶは、例えば、運転状態パラメータの現在値に基づいて、図示しないマップを検索することにより算出される。
【００４８】
Ｓ６では、エンジントルクの現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０と上記収束時間Ｔ＿ＣＮＶ後における値であるトルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶとを、図４中破線で示すように所定の減少態様で補間することにより、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後の間におけるエンジントルク予測値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿１，…，ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿Ｎを推定する。この際、上記エンジントルクの現在値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０とトルク収束値ＴＲＱ＿ＣＮＶとを補間する減少態様は、例えば、運転状態パラメータの現在値に基づいて設定される。
【００４９】
図２に戻って、熱伝導モデル演算部４２は、エンジン１及びその排気を熱源と見立てた排気系の所定の熱伝導モデルに基づいて、現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後における第１選択還元触媒２３１の温度である触媒予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥを推定する。より具体的には、運転パターン予測部４１により推定されたエンジントルクの現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後までの値ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿０，…，ＴＲＱ＿ＰＲＥ＿Ｎに基づいてエンジン１のポート部の排気温度を予測し、この現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後までの間の排気温度の予測値を入力として、熱伝導モデルにより現在から予測時間Ｔ＿ＰＲＥ後における触媒予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥを推定する。なお、この熱伝導モデルとしては、例えば、本願出願人による特開２００６−２５０９４５号公報や特許第４３７３９０９号などに記載されているような、ニュートンの冷却則に従って定式化された排気系のモデルなど、従来既知のものが用いられる。
【００５０】
［ユリア噴射制御部５］
図６〜図８を参照して、ユリア噴射制御部５の構成について説明する。
図６は、ユリア噴射装置によるユリア噴射量ＧＵＲＥＡの決定に係るブロック図である。ユリア噴射制御部５は、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを算出する通常噴射量算出部５１と、スリップ抑制補正量ΔＳＴを算出するスリップ抑制補正量算出部５５と、スリップ抑制補正量ΔＳＴ分だけ通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを補正するスリップ抑制補正部５８と、制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭを算出する制限噴射量算出部５６と、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを決定する噴射量セレクタ５７と、を含んで構成される。図６に示すように、本実施形態のユリア噴射制御部５では、大きく分けて通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤと、スリップ抑制補正量ΔＳＴ分だけ補正された通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤと、制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭとのうちの何れかを最終的なユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。以下、通常噴射量算出部５１、スリップ抑制補正量算出部５５、スリップ抑制補正部５８、制限噴射量算出部５６、及び噴射量セレクタ５７の構成について、順に説明する。
【００５１】
図７は、通常噴射量算出部５１の構成を示すブロック図である。
通常噴射量算出部５１は、フィードバックコントローラ５２と、ベース噴射量算出部５３と、ストレージ補正入力算出部５４とを含んで構成される。
この通常噴射量算出部５１では、下記式（１）に示すように、ベース噴射量算出部５３により算出されたベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳと、フィードバックコントローラ５２により算出されたフィードバック噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＢと、ストレージ補正入力算出部５４により算出された補正噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＳＴとを加算することにより、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを決定する。
【数１】
【００５２】
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。
【００５３】
フィードバックコントローラ５２は、目標アンモニア濃度設定部５２１と、スライディングモードコントローラ５２２とを備える。
目標アンモニア濃度設定部５２１は、ＮＨ３センサの検出値ＶＮＨ３の目標値ＶＮＨ３＿ＴＲＧＴを設定する。より具体的には、この目標値ＶＮＨ３＿ＴＲＧＴは、“０”より僅かに大きな値に設定される。
スライディングモードコントローラ５２２は、ＮＨ３センサの検出値ＶＮＨ３が、設定された目標値ＶＮＨ３＿ＴＲＧＴに収束するようにＦＢ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＢを算出する。
【００５４】
ベース噴射量算出部５３は、エンジンから排出されるＮＯｘを第１、第２選択還元触媒で浄化するように、エンジン回転数ＮＥ及びドライバ要求トルクＴＲＱに基づいてベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳを算出する。すなわち、このベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳは、当量比αが“１”になるように算出された尿素水の噴射量に相当する。
【００５５】
ここで、尿素水の当量比αとは、対象とする選択還元触媒について、単位時間当りの尿素水の流入量（ＮＨ３として流入する分も含む）と、単位時間当りのＮＯｘの流入量との比（尿素水流入量／ＮＯｘ流入量）であり、流入するＮＯｘに対し、このＮＯｘを過不足なく還元できる量の尿素水が流入した場合、この当量比αは“１”となる。すなわち、対象とする選択還元触媒に流入するＮＯｘに対し、流入するＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水が供給されなかった場合、当量比αは“１”より小さな値となり、流入するＮＯｘを還元するために必要な量より多くの尿素水が供給された場合、当量比αは“１”より大きな値となる。
【００５６】
ストレージ補正入力算出部５４は、第１選択還元触媒のストレージ量を推定し、この推定した第１ストレージ量が所定の目標ストレージ量に収束するように補正噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＳＴを算出する。また、このストレージ補正入力算出部５４は、その温度に応じて変化する第１選択還元触媒の最大ストレージ容量を推定し、上記目標ストレージ量を推定した最大ストレージ容量と同じかそれよりもやや小さな値に設定する。
【００５７】
したがって、以上のようにして決定された通常噴射量の尿素水を噴射することにより、第１選択還元触媒では、その最大ストレージ容量又はそれに近い量のＮＨ３を吸着させた状態を維持することができるので、第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。また、ＮＨ３センサの検出値の目標値ＶＮＨ３＿ＴＲＧＴを“０”より僅かに大きな値に設定することにより、第２選択還元触媒に流入するＮＨ３の量を少なくすることができるので、第２選択還元触媒のストレージ量を適度な大きさに維持することができる。したがって、高負荷運転などにより第１選択還元触媒の温度が急激に上昇し、第１選択還元触媒に吸着されていたＮＨ３がスリップした場合であっても、これを第２選択還元触媒で吸着できるので、テールパイプからの過剰なＮＨ３スリップを抑制することができる。
【００５８】
なお、以上のような通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを算出する具体的な手法、すなわちこれらフィードバックコントローラ５２、ベース噴射量算出部５３、及びストレージ補正入力算出部５４の具体的な構成、並びに第１、第２選択還元触媒のそれぞれのストレージ量の推定値ＳＴ１ｓｔ，ＳＴ２ｎｄや最大ストレージ容量の推定値ＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘ，ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘをＮＨ３センサ２６の出力に基づいて算出する具体的な手法などについては、本願出願人による国際公開第２００８／５７６２８に詳しく記載されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００５９】
図８は、スリップ抑制補正量算出部５５の構成を示すブロック図である。
スリップ抑制補正量算出部５５は、予測スリップ量算出部５５１と、補正量算出部５５２と、を含んで構成される。
【００６０】
予測スリップ量算出部５５１は、第１選択還元触媒の温度とその最大ストレージ容量とを関係付けるマップについて、推定された現在の第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲに基づいて算出した最大ストレージ容量と、触媒温度予測部４にて算出された触媒予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥに基づいて算出した最大ストレージ容量との差を算出し、これを予測ストレージ容量差ΔＳＴ１ｓｔとする（図９参照）。上述のように、本実施形態では、第１選択還元触媒には最大ストレージ容量に近いストレージ量を維持するような制御が行われる。したがって上記予測ストレージ容量差ΔＳＴ１ｓｔは、現在から予測時間ＴＰＲＥ後までの間に、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けて排出されるＮＨ３量の推定値に相当する。
【００６１】
補正量算出部５５２は、予測ストレージ容量差ΔＳＴ１ｓｔを尿素水の質量に換算することにより、スリップ抑制補正量ΔＳＴを算出する。より具体的には、ユリア噴射装置から噴射した所定の濃度の尿素水（ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ）は、排気管内及び第１、第２選択還元触媒の内部において熱分解又は加水分解され、最終的には下記式に示すように、ＮＨ３及び二酸化炭素（ＣＯ２）が生成されると仮定することにより、上記予測ストレージ容量差ΔＳＴ１ｓｔから、スリップ抑制補正量ΔＳＴを算出する。以上のように算出されたΔＳＴを、図６に示すように通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤから減算することにより、今後第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けてスリップする分を余分に供給しないようにすることができる。
ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２
【００６２】
図６に戻って、スリップ抑制補正部５８は、以下の条件を満たす場合には、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤからスリップ抑制補正量ΔＳＴを減算することで、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを減量側に補正し、これ以外の場合には通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを補正しない。
１．後述の加速時遅延フラグが“０”である（ＦＤＥＬ＝０）
２．後述のスリップ抑制フラグが“１”である（ＦＳＬＩＰ＝１）
【００６３】
制限噴射量算出部５６は、通常噴射量算出部５１のベース噴射量算出部５３にて算出されたベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳに、“１”以下の補正係数を乗算したものを制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭとする。ここで、ベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳに乗算する補正係数としては、例えば、“０．５”又は“０．３”の何れかが用いられる。上述のようにベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳは等量比αが“１”の尿素水の噴射量に相当することから、以上のように算出された制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭは、等量比αが“０．５”又は“０．３”の尿素水の噴射量に相当する。
【００６４】
制限噴射量算出部５６は、第２選択還元触媒のＮＨ３ストレージ量の推定値が第２選択還元触媒の最大ＮＨ３ストレージ容量の推定値より小さい場合（ＳＴ２ｎｄ＜ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）には、第２選択還元触媒にはＮＨ３を吸着できる余裕があると判断し補正係数を“０．５”とする。さらに、制限噴射量算出部５６は、ＮＨ３ストレージ量の推定値が最大ストレージ容量の推定値以上である場合（ＳＴ２ｎｄ≧ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）には、第２選択還元触媒にはＮＨ３を吸着できる余裕がないと判断し補正係数を“０．３”にし、尿素水の供給量をさらに制限する。
【００６５】
噴射量セレクタ５７は、以下の条件を満たす場合には、制限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＩＭを最終的なユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定し、これ以外の場合には通常噴射量算出部５１側の出力（ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ又はＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ−ΔＳＴ）をユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。
１．後述の加速時遅延フラグが“０”である（ＦＤＥＬ＝０）
２．後述のスリップ抑制フラグが“１”である（ＦＳＬＩＰ＝１）
３．ＮＨ３センサの検出値が所定の閾値以上である（ＶＮＨ３≧ＶＮＨ３＿ｔｈ）
４．ＮＨ３ストレージの推定値がＮＨ３ストレージ量の目標値以上である（ＳＴ２ｎｄ≧ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）
【００６６】
［吸気制御部６］
図１０〜図１３を参照して、吸気制御部６のうちエンジン１の新気量制御に係るブロックについて説明する。
図１０は、エンジンの新気量を所定の目標新気量ＱＮＥＷに制御するためのＥＧＲ弁開度ＶＯの決定に係るブロック図である。
【００６７】
図１０に示すように、バルブ開度ＶＯは、通常開度算出部６１により算出された通常開度ＶＯ＿ＯＲＤと、閉側補正開度算出部６２により算出された閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯと、のうちの何れかを開度セレクタ６３により選択することで決定される。
【００６８】
通常開度算出部６１は、エンジンの新気量の目標値である目標新気量ＱＮＥＷを入力とし、この目標新気量ＱＮＥＷに応じた適切なＥＧＲ弁開度を算出し、これを通常開度ＶＯ＿ＯＲＤとして出力する。この目標新気量ＱＮＥＷは、車両の運転状態に応じて図示しない処理により決定される。
【００６９】
閉側補正開度算出部６２は、ＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰと、ＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤと、目標新気量ＱＮＥＷとに基づいて、上記通常開度ＶＯ＿ＯＲＤよりも閉じ側に補正された閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯを算出する。
ここで、ＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰとは、第１選択還元触媒の温度が上昇する過程において、第１選択還元触媒から下流側の第２選択還元触媒へ排出されるＮＨ３の単位時間当りの量に相当し、スリップ速度算出部６４により算出される（後述の図１１参照）。
また、ＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤとは、温度が上昇する状況にある第１選択還元触媒において、流入するＮＯｘを還元することで消費され得るＮＨ３の単位時間当りの量に相当し、消費速度算出部６５により算出される（後述の図１２参照）。
【００７０】
閉側補正開度算出部６２は、余剰ＮＨ３量算出部６２１と、反応モデル演算部６２２と、追加新気量算出部６２３と、目標新気量補正部６２４と、開度算出部６２５とを含んで構成される。
余剰ＮＨ３量算出部６２１は、下記式（２）に示すように、ＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰからＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤを減算することにより、余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３を算出する。ここで算出された余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３は、第１選択還元触媒に現在流入するＮＯｘのみでは消費しきれずに、その下流側へ排出され得るＮＨ３の単位時間当りの量に相当する。換言すれば、余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３は、第１選択還元触媒の温度が上昇する過程において、吸着されていたＮＨ３が排出されないようにするために、余分に消費する必要のあるＮＨ３の単位時間当りの量に相当する。
【数２】
【００７１】
反応モデル演算部６２２は、下記式（３−１）〜（３−３）に示すような反応の下で、ＮＨ３によりＮＯ及びＮＯ２が還元されると仮定することにより、上記余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３のＮＨ３を消費するために必要なＮＯｘ量を算出し、これを追加ＮＯｘ量ΔＮＯＸとする。
【数３】
【００７２】
追加新気量算出部６２３は、第１選択還元触媒に供給されるＮＯｘを、上記追加ＮＯｘ量ΔＮＯＸに相当する分だけ追加するために必要な、新気量の追加量を算出し、これを追加新気量ΔＱＮＥＷとする。
【００７３】
目標新気量補正部６２４は、下記式（４）に示すように、目標新気量ＱＮＥＷに追加新気量ΔＱＮＥＷを合算することにより、目標新気量の補正値に相当する補正新気量ＱＮＥＷ＿ＣＯＲを算出する。
【数４】
【００７４】
開度算出部６２５は、補正新気量ＱＮＥＷ＿ＣＯＲを入力とし、この補正新気量ＱＮＥＷ＿ＣＯＲに応じた適切なＥＧＲ弁開度を算出し、これを閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯとして出力する。例えば加速運転状態に移行し、これに伴い第１選択還元触媒の温度が上昇すると、それまでに第１選択還元触媒に吸着されていたＮＨ３が排出されることで、上記余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３が正の値となり、結果として追加新気量ΔＱＮＥＷが正の値となる場合がある。このとき、補正新気量ＱＮＥＷ＿ＣＯＲは、補正される前の目標新気量ＱＮＥＷよりも大きな値となるため、これにより閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯは、補正される前の目標新気量ＱＮＥＷに応じて算出された通常開度ＶＯ＿ＯＲＤよりも閉じ側に補正される。
【００７５】
開度セレクタ６３は、スリップ抑制フラグＦＳＬＩＰと、加速時遅延フラグＦＤＥＬと、ＮＨ３センサの検出値ＶＮＨ３、第２選択還元触媒のＮＨ３ストレージ量の推定値ＳＴ２ｎｄ及び目標値ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴと、ＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰと、ＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤとに応じて、通常開度算出部６１により算出された通常開度ＶＯ＿ＯＲＤ及び閉側補正開度算出部６２により算出された閉側補正開度ＶＯ＿ＣＬＯの何れかを選択し、これをＥＧＲ弁開度ＶＯとして決定する。より具体的には、開度セレクタ６３は、以下の条件を満たす場合に、エンジンからのＮＯｘ排出量を増加させるべく閉側補正開度ＶＯ＿ＣＯＬをＥＧＲ弁開度ＶＯとして決定し、これ以外の場合には通常開度ＶＯ＿ＯＲＤをＥＧＲ弁開度ＶＯとして決定する。
１．スリップ抑制フラグが“１”である（ＦＳＬＩＰ＝１）
２．加速時遅延フラグが“０”である（ＦＤＥＬ＝０）
３．ＮＨ３センサの検出値が閾値以上である（ＶＮＨ３≧ＶＮＨ３＿ｔｈ）
４．第２選択還元触媒のＮＨ３ストレージ量の推定値が目標値より大きい（ＳＴ２ｎｄ≧ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）
５．ＮＨ３スリップ速度がＮＨ３消費速度より速い（Ｖ＿ＳＬＩＰ＞Ｖ＿ＲＥＤ）
【００７６】
図１１はスリップ速度算出部６４の構成を示すブロック図である。
スリップ速度算出部６４は、ＮＨ３センサの検出値に基づいてスリップ速度を算出するＮＨ３センサベース算出部６４１と、第１選択還元触媒の温度に基づいてスリップ速度を算出する触媒温度ベース算出部６４２と、ＮＨ３センサベース算出部６４１の出力と触媒温度ベース算出部６４２の出力とを比較し、大きい方を出力する比較器６４３と、を含んで構成される。
【００７７】
ＮＨ３センサベース算出部６４１は、排気中のＮＨ３濃度に略比例したＮＨ３センサ検出値ＶＮＨ３を排気流量Ｇｅｘに基づいて単位変換し、単位時間当りに第１選択還元触媒から排出されるＮＨ３量ＱＮＨ３を算出する。さらにＮＨ３センサベース算出部６４１は、下記式（５）に示すように、このＮＨ３量ＱＮＨ３の微分値を算出し、これをＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３とする。ところでＮＨ３センサは、第１選択還元触媒と第２選択還元触媒の間のＮＨ３濃度を検出するものであるため、上記ＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３は、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けて、単位時間当りに排出されたＮＨ３量の推定値に相当する。
【数５】
【００７８】
触媒温度ベース算出部６４２は、第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲに基づいて所定のマップを検索することにより第１選択還元触媒の最大ストレージ容量の推定値ＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘを算出するとともに、下記式（６）に示すように、この最大ストレージ容量の推定値ＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘの微分値を算出し、これを触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘとする。上述のように、本実施形態のユリア噴射制御部５によれば、第１選択還元触媒には最大ストレージ容量又はそれに近いストレージ量を維持するようなユリア噴射制御が行われる。したがって、上記触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘは、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けて、単位時間当りに排出されるＮＨ３量の推定値に相当する。
【数６】
【００７９】
比較器６４３は、上記ＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３と触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴ１ｓｔ＿ｍａｘとを比較し、大きい方を最終的なＮＨ３スリップ速度Ｖ＿ＳＬＩＰとして出力する。このように、複数の異なる手法でスリップ速度を推定し、そのうちの大きい方を用いることにより、より確実に過剰なＮＨ３スリップを抑制することができる。
【００８０】
図１２は消費速度算出部６５の構成を示すブロック図である。
消費速度算出部６５は、単位変換部６５４と、ＮＯｘ量算出部６５１と、反応モデル演算部６５２とを備え、これらによりＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤを算出する。
【００８１】
単位変換部６５４は、第１選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度に略比例したＮＯｘセンサの検出値ＶＮＯｘを排気流量Ｇｅｘに基づいて単位変換し、単位時間当りに第１選択還元触媒に流入するＮＯｘ量ＱＮＯｘを算出する。
【００８２】
ＮＯｘ量算出部６５１は、ＮＯ２／ＮＯ量算出部６５１ａと、昇温時ＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂとを備え、これらにより、第１選択還元触媒に流入したＮＯｘのうち第１選択還元触媒により還元可能なＮＯ量に相当するＮＯ還元可能量ＱＮＯ＿ＲＥＤ及び還元可能なＮＯ２量に相当するＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２＿ＲＥＤを算出する。
【００８３】
ＮＯ２／ＮＯ量算出部６５１ａは、第１選択還元触媒に流入するＮＯｘ量ＱＮＯｘと酸化触媒の温度ＴＤＯＣに基づいて所定のマップを検索することにより、第１選択還元触媒に流入するＮＯ量に相当するＮＯ流入量ＱＮＯ＿ＩＮと、第１選択還元触媒に流入するＮＯ２量に相当するＮＯ２流入量ＱＮＯ２＿ＩＮとを算出する。
ＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂは、第１選択還元触媒の温度ＴＳＣＲ及び空間速度ＳＶなどのエンジンの運転状態に応じて変化するパラメータに基づいて所定のマップを検索することにより、第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の推定値η１ｓｔを算出する。ここで、第１選択還元触媒における排気の空間速度ＳＶとしては、例えば排気流量Ｇｅｘ及び第１選択還元触媒の容積に基づいて算出されたものが用いられる。
上述のＮＯ還元可能量ＱＮＯ＿ＲＥＤ及びＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２＿ＲＥＤは、下記式（７−１）、（７−２）に示すように、ＮＯ流入量ＱＮＯＩＮと及びＮＯ２流入量ＱＮＯ２ＩＮに、ＮＯｘ浄化率η１ｓｔを乗算することで算出される。
【数７】
【００８４】
反応モデル演算部６５２は、上記式（３−１）〜（３−３）に示すような反応の下で、ＮＨ３によりＮＯ及びＮＯ２が還元されると仮定することにより、上記ＮＯ還元可能量ＱＮＯ＿ＲＥＤのＮＯ、及びＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２＿ＲＥＤのＮＯ２を浄化するために第１選択還元触媒において消費されたＮＨ３量を推定し、これをＮＨ３消費速度Ｖ＿ＲＥＤとする。
【００８５】
図１３は、排気浄化システムにおけるユリア噴射制御及び吸気制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図１３に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに実行される。また、図１３に示す処理において、スリップ抑制フラグＦＳＬＩＰ及び加速時遅延フラグＦＤＥＬは、Ｓ７に示すスリップ抑制制御を実行するのに適した時期を判別するためのフラグであり、それぞれ、初期値を“０”として後述の図１４及び図１５に示すフローチャートにより制御周期ごとに更新される。
【００８６】
Ｓ１では、ユリア噴射制御に係る装置が正常であるか否かを判別する。より具体的には、例えば、ユリア噴射装置が正常であるか否か、第１、第２選択還元触媒が劣化及び故障していないか否か、ユリアタンク内の尿素水の残量が規定値以上であるか否か、エンジン始動後の暖機が完了しているか否か、ＮＨ３センサ、ＮＯｘセンサ、排気温度センサなど各種センサが故障していないか否か、及びこれらセンサが活性に達しているか否か、第１、第２選択還元触媒の温度が規定温度以上であるか否か、などが判別される。
【００８７】
Ｓ１の判別がＮＯであり、ユリア噴射装置が正常でないと判別された場合にはＳ２に移り、ユリア噴射制御を停止するべくユリア噴射量を“０”にし（ＧＵＲＥＡ←０）、Ｓ３に移る。Ｓ３では、ＥＧＲ弁の開度を通常開度（ＶＯ←ＶＯ＿ＯＲＤ）に設定し、この処理を終了する。
【００８８】
Ｓ１の判別がＹＥＳであり装置が正常であると判別された場合にはＳ４に移る。Ｓ４では、スリップ抑制フラグＦＳＬＩＰが“１”であるか否かを判別し、さらにＳ５では加速時遅延フラグＦＤＥＬが“０”であるか否かを判別する。ここで、Ｓ４及びＳ５における判別の何れかがＮＯである場合には、さしあたって第２選択還元触媒からＮＨ３がスリップするおそれがないと判断し、Ｓ６に移る。Ｓ６では、通常ユリア噴射制御を実行するべくユリア噴射量を通常噴射量に設定し（ＧＵＲＥＡ←ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ）、さらに上記Ｓ３に移り、ＥＧＲ弁の開度を通常開度に設定する。また、Ｓ４及びＳ５における判別が何れもＹＥＳである場合には、第２選択還元触媒からＮＨ３がスリップするおそれがあると判断し、このＮＨ３スリップを抑制するべくＳ７に移り、図１６を参照して後に説明するスリップ抑制制御を実行する。
【００８９】
図１４は、Ｓ４のスリップ抑制フラグＦＳＬＩＰを更新する手順を示すフローチャートである。図１４に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに、図１３に示す処理とは別に実行される。この処理で更新されるスリップ抑制フラグＦＳＬＩＰは、第２選択還元触媒からＮＨ３がスリップするおそれがあると判断され、したがって後述のスリップ抑制制御の実行が求められている状態であることを示すフラグである。
【００９０】
Ｓ２１では、第１選択還元触媒が温度上昇状態であるか否かを判別し、この判別がＹＥＳである場合にはスリップ抑制フラグＦＳＬＩＰを“１”にセットし（Ｓ２２）、この判別がＮＯである場合にはスリップ抑制フラグＦＳＬＩＰを“０”にリセットする（Ｓ２３）。ここで、温度上昇状態とは、第１選択還元触媒の温度が現に上昇している状態だけでなく、現在は上昇していないが近いうちに上昇すると考えられる状態も含む。そこで、Ｓ２１では、第１選択還元触媒の現在の温度ＴＳＣＲの微分値が所定の正の閾値以上である場合、予測温度ＴＳＣＲ＿ＰＲＥと現在の温度ＴＳＣＲとの差が所定の正の閾値以上である場合、又はエンジンが加速運転中である場合には、第１選択還元触媒が温度上昇状態であると判別する。
【００９１】
図１５は、Ｓ５の加速時遅延フラグＦＤＥＬを更新する手順を示すフローチャートである。図１５に示す処理は、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに、図１３に示す処理とは別に実行される。エンジンが加速運転状態に移行すると、第１選択還元触媒の温度は、移行時には上昇していなくても、その後追って上昇すると考えられる。また、加速運転状態に移行した直後は、ＮＯｘセンサの遅れからユリア噴射量は不足する傾向がある。そこで、図１５に示す処理では、スリップ抑制フラグＦＳＬＩＰが“１”となり、スリップ抑制制御を実行するのに適した時期であると判断されている場合であっても、エンジンが加速運転状態に移行してから所定時間スリップ抑制制御の実行開始を遅延させるべく、この加速時遅延フラグＦＤＥＬを更新する。すなわち、この加速時遅延フラグＦＤＥＬは、スリップ抑制制御の実行開始の遅延が要求されている状態であることを示すフラグであり、このフラグＦＤＥＬが“１”にセットされている間は、図１３に示すようにスリップ抑制制御の実行開始は遅延される。
【００９２】
Ｓ３１では、エンジンが加速運転状態に移行したか否かを判別する。Ｓ３１の判別がＹＥＳである場合には、加速時遅延フラグＦＤＥＬを“１”にセットし（Ｓ３２）、遅延タイマの値を所定の初期値にセットし（Ｓ３３）、Ｓ３６に移る。Ｓ３１の判別がＮＯの場合には、Ｓ３４に移り、加速時遅延フラグＦＤＥＬが“１”であるか否かを判別する。Ｓ３４の判別がＮＯである場合にはＳ３６に移り、ＹＥＳである場合にはＳ３３でセットした遅延タイマの値を減算し（Ｓ３５）、Ｓ３６に移る。
【００９３】
Ｓ３６では、遅延タイマの値が“０”であるか否かを判別する。Ｓ３６の判別がＮＯである場合にはこの処理を終了する。Ｓ３６の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ３７に移り、加速時遅延フラグＦＤＥＬを“０”にリセットした後、この処理を終了する。
【００９４】
図１６は、図１３のＳ７に示すスリップ抑制制御（図１３のＳ７）の具体的な手順を示すフローチャートである。図１６に示す処理では、スリップ抑制制御からの復帰時におけるＮＯｘ浄化性能の低下及び不要な尿素水の消費を抑制するように、第２選択還元触媒の状態に応じてユリア噴射量及びＥＧＲ弁の開度を適度に制御する。
【００９５】
Ｓ４１では、ＮＨ３センサの検出値が閾値以上でありかつ第２選択還元触媒のストレージ量の推定値がその目標値より大きいか否かを判別する（ＶＮＨ３≧ＶＮＨ３＿ｔｈかつＳＴ２ｎｄ＞ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴ）。ここで、第２選択還元触媒のストレージ量に対する目標値ＳＴ２ｎｄ＿ＴＲＧＴは、第２選択還元触媒からのＮＨ３のスリップを確実に抑制できるように、例えば、第２選択還元触媒の最大ストレージ容量の推定値ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘよりも十分に小さな値に設定される。
【００９６】
Ｓ４１の判別がＮＯである場合、すなわち第２選択還元触媒には、第１選択還元触媒からスリップしたＮＨ３をある程度吸着する余裕があると判断できる場合には、ユリア噴射量を通常制御時（ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ）から僅かに制限するのみで第２選択還元触媒からのＮＨ３スリップを抑制できると判断し、Ｓ４２に移る。Ｓ４２では、スリップ抑制補正量ΔＳＴを算出し、Ｓ４３では、ユリア噴射量を通常噴射量からスリップ抑制補正量だけ制限し（ＧＵＲＥＡ←ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ−ΔＳＴ）、図１３のＳ３に移り、ＥＧＲ弁の開度を通常開度に設定する（ＶＯ←ＶＯ＿ＯＲＤ）。
【００９７】
Ｓ４１の判別がＮＯである場合、すなわち第２選択還元触媒には、第１選択還元触媒からスリップしたＮＨ３を吸着する余裕があまり無いと判断できる場合には、ユリア噴射量を上記スリップ抑制補正量ΔＳＴよりもさらに多く制限するべく、Ｓ４５に移る。Ｓ４５では、第２選択還元触媒のストレージ容量の推定値がその最大ストレージ容量の推定値より小さいか否かを判別する（ＳＴ２ｎｄ＜ＳＴ２ｎｄ＿ｍａｘ）。Ｓ４５の判別がＹＥＳの場合には、Ｓ４６に移り当量比α＝０．５に相当する量までユリア噴射量を制限し（ＧＵＲＥＡ←ＧＵＲＥＡ＿ＢＳ×０．５）、Ｓ４５の判別がＮＯの場合には、さらに噴射量を制限するべくＳ４７に移り、当量比α＝０．３に相当する量までユリア噴射量を制限する（ＧＵＲＥＡ←ＧＵＲＥＡ＿ＢＳ×０．３）。
【００９８】
Ｓ４８では、ＮＨ３スリップ速度がＮＨ３消費速度より速いか否か（Ｖ＿ＳＬＩＰ＞Ｖ＿ＲＥＤ）を判別する。Ｓ４８の判別がＮＯである場合には、エンジンのＮＯｘ排出量を増加させずとも第２選択還元触媒からのＮＨ３スリップを抑制できると判断し、図１３のＳ３に移り、ＥＧＲ弁の開度を通常開度に設定する。Ｓ４８の判別がＹＥＳである場合には、第２選択還元触媒からのＮＨ３スリップを抑制するためには、ユリア噴射量の制限に加え、さらにエンジンからのＮＯｘ排出量を増加させる必要があると判断し、Ｓ４９に移る。Ｓ４９では、ＥＧＲ弁の開度を、通常開度よりも閉じ側に補正し（ＶＯ←ＶＯ＿ＣＬＯ）、この処理を終了する。
【００９９】
上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつこの前駆体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、アンモニアの前駆体としては、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。
【符号の説明】
【０１００】
１…エンジン（内燃機関）
１１…排気管（排気通路）
１２…吸気管（吸気通路）
１８…ＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）
１９…ＥＧＲ弁
２…排気浄化システム
２３１…第１選択還元触媒
２３２…第２選択還元触媒
２５…ユリア噴射装置（還元剤供給手段）
２６…ＮＨ３センサ（還元剤検出手段、第２ストレージ量推定手段、第２吸着許容量推定手段）
２７…排気温度センサ（温度取得手段）
２６…ＮＯｘセンサ（流入ＮＯｘ量取得手段）
３…ＥＣＵ（温度取得手段、温度上昇判定手段、スリップ抑制制御手段、第２ストレージ量推定手段、目標値設定手段、第２吸着許容量推定手段）
６４…スリップ速度算出部（スリップ量推定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で排気中のＮＯｘを浄化しかつこの還元剤を吸着する第１選択還元触媒と、
前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒より下流側に設けられた第２選択還元触媒と、
前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒より上流側に還元剤又はその前駆体を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１選択還元触媒が温度上昇状態であるか否かを判定する温度上昇判定手段と、
当該温度上昇判定手段により温度上昇状態であると判定された場合には、前記還元剤供給手段からの還元剤又は前駆体の供給量を０より大きな制限供給量まで低減させる還元剤制限制御、及び前記内燃機関のＮＯｘ排出量を通常制御時より増加させるＮＯｘ排出量増加制御を実行するスリップ抑制制御手段と、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。
【請求項２】
前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘ量を検出又は推定する流入ＮＯｘ量取得手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定する第１浄化率推定手段と、
前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘを浄化するために当該第１選択還元触媒において消費された還元剤の量に相当する還元剤消費量を、前記推定されたＮＯｘ浄化率と前記検出又は推定されたＮＯｘ量とに基づいて推定する還元剤消費量推定手段と、
前記第１選択還元触媒の温度を検出又は推定する温度取得手段と、
前記検出又は推定された温度に基づいて、前記第１選択還元触媒における還元剤の吸着許容量を推定する第１吸着許容量推定手段と、
前記推定された第１選択還元触媒の吸着許容量に基づいて、前記第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量を推定するスリップ量推定手段と、をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より多い場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行し、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より少ない場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない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。
【請求項３】
前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘ量を検出又は推定する流入ＮＯｘ量取得手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定する第１浄化率推定手段と、
前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘを浄化するために当該第１選択還元触媒において消費された還元剤の量に相当する還元剤消費量を、前記推定されたＮＯｘ浄化率と前記検出又は推定されたＮＯｘ量とに基づいて推定する還元剤消費量推定手段と、
前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒との間の排気の還元剤濃度を検出する還元剤検出手段と、
前記検出された還元剤濃度に基づいて、前記第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量を推定するスリップ量推定手段と、をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より多い場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行し、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より少ない場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない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。
【請求項４】
前記排気通路を流通する排気の一部を、ＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁と、をさらに備え、
前記ＮＯｘ排出量増加制御では、前記ＥＧＲ弁の開度を通常制御時における開度より閉じ側に補正することでＮＯｘ排出量を増加させ、
前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量と前記推定された還元剤消費量との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ弁の開度の通常制御時における開度からの補正量を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第２ストレージ量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値に対する目標値を設定する目標値設定手段と、をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記目標値以下である場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行せず、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記目標値より大きい場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第２選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第２ストレージ量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第２選択還元触媒における還元剤の吸着許容量を推定する第２吸着許容量推定手段と、をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記吸着許容量の推定値より小さい場合には、当該ストレージ量の推定値が当該吸着許容量の推定値以上である場合よりも、前記制限供給量を多くすることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記内燃機関が加速運転状態に移行したことを判定する加速判定手段をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記加速判定手段により加速運転状態に移行したと判定された場合には、前記還元剤制限制御及び前記ＮＯｘ排出量増加制御の実行開始を遅延させることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒の間の排気の還元剤濃度を検出する還元剤濃度検出手段をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記還元剤濃度検出手段の出力値が所定値より小さい場合には、前記還元剤制限制御を実行しかつ前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない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。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で排気中のＮＯｘを浄化しかつこの還元剤を吸着する第１選択還元触媒と、
前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒より下流側に設けられた第２選択還元触媒と、
前記排気通路のうち前記第１選択還元触媒より上流側に還元剤又はその前駆体を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１選択還元触媒が温度上昇状態であるか否かを判定する温度上昇判定手段と、
当該温度上昇判定手段により温度上昇状態であると判定された場合には、前記還元剤供給手段からの還元剤又は前駆体の供給量を０より大きな制限供給量まで低減させる還元剤制限制御、及び前記内燃機関のＮＯｘ排出量を通常制御時より増加させるＮＯｘ排出量増加制御を実行するスリップ抑制制御手段と、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。
【請求項２】
前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘ量を検出又は推定する流入ＮＯｘ量取得手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定する第１浄化率推定手段と、
前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘを浄化するために当該第１選択還元触媒において消費された還元剤の量に相当する還元剤消費量を、前記推定されたＮＯｘ浄化率と前記検出又は推定されたＮＯｘ量とに基づいて推定する還元剤消費量推定手段と、
前記第１選択還元触媒の温度を検出又は推定する温度取得手段と、
前記検出又は推定された温度に基づいて、前記第１選択還元触媒における還元剤の吸着許容量を推定する第１吸着許容量推定手段と、
前記推定された第１選択還元触媒の吸着許容量に基づいて、前記第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量を推定するスリップ量推定手段と、をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より多い場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行し、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より少ない場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない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。
【請求項３】
前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘ量を検出又は推定する流入ＮＯｘ量取得手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を推定する第１浄化率推定手段と、
前記第１選択還元触媒に流入したＮＯｘを浄化するために当該第１選択還元触媒において消費された還元剤の量に相当する還元剤消費量を、前記推定されたＮＯｘ浄化率と前記検出又は推定されたＮＯｘ量とに基づいて推定する還元剤消費量推定手段と、
前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒との間の排気の還元剤濃度を検出する還元剤検出手段と、
前記検出された還元剤濃度に基づいて、前記第１選択還元触媒からの還元剤スリップ量を推定するスリップ量推定手段と、をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より多い場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行し、前記推定された還元剤スリップ量が前記推定された還元剤消費量より少ない場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない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。
【請求項４】
前記排気通路を流通する排気の一部を、ＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁と、をさらに備え、
前記ＮＯｘ排出量増加制御では、前記ＥＧＲ弁の開度を通常制御時における開度より閉じ側に補正することでＮＯｘ排出量を増加させ、
前記スリップ抑制制御手段は、前記推定された還元剤スリップ量と前記推定された還元剤消費量との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ弁の開度の通常制御時における開度からの補正量を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第２ストレージ量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値に対する目標値を設定する目標値設定手段と、をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記目標値以下である場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行せず、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記目標値より大きい場合には前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第２選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第２ストレージ量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第２選択還元触媒における還元剤の吸着許容量を推定する第２吸着許容量推定手段と、をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記第２選択還元触媒のストレージ量の推定値が前記吸着許容量の推定値より小さい場合には、当該ストレージ量の推定値が当該吸着許容量の推定値以上である場合よりも、前記制限供給量を多くすることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記内燃機関が加速運転状態に移行したことを判定する加速判定手段をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記加速判定手段により加速運転状態に移行したと判定された場合には、前記還元剤制限制御及び前記ＮＯｘ排出量増加制御の実行開始を遅延させることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記第１選択還元触媒と前記第２選択還元触媒の間の排気の還元剤濃度を検出する還元剤濃度検出手段をさらに備え、
前記スリップ抑制制御手段は、前記還元剤濃度検出手段の出力値が所定値より小さい場合には、前記還元剤制限制御を実行しかつ前記ＮＯｘ排出量増加制御を実行しない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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２１５１５４（Ｐ２０１２−２１５１５４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１９７７（Ｐ２０１１−８１９７７）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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