(57)【要約】【課題】選択還元型ＮＯｘ触媒を備えたエンジンにおいて、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量の推定精度を向上させる。【解決手段】ＳＣＲ触媒の状態に基づいて、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着反応速度を推定する吸着反応速度推定工程と、ＳＣＲ触媒の状態に基づいて、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの脱離反応速度を推定する脱離反応速度推定工程と、吸着反応速度推定工程で推定された推定吸着反応速度及び脱離反応速度推定工程で推定された推定脱離反応速度に基づいて、排気通路のＳＣＲ触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定工程とを含む。【選択図】図９
2019167920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを備えるエンジンの排気ガス状態判定方法であって、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程と、
検知された上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態に基づいて、該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着反応速度を推定する吸着反応速度推定工程と、
検知された上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態に基づいて、該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの脱離反応速度を推定する脱離反応速度推定工程と、
上記吸着反応速度推定工程で推定された推定吸着反応速度及び上記脱離反応速度推定工程で推定された推定脱離反応速度に基づいて、上記排気通路の上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定工程とを含むことを特徴とするエンジンの排気ガス状態判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気ガス状態判定方法において、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とを含み、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程は、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程と、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出工程と、
を含むことを特徴とするエンジンの排気ガス状態判定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの排気ガス状態判定方法において、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒を、排気ガスの流れ方向に並ぶように仮想的に分割して、ｎ個（ｎは２以上の整数）の仮想領域を設定する分割工程を更に含み、
上記スリップ量推定工程は、
上記ｎ個の仮想領域のうちｉ番目（ｉは１からｎ−１までの整数）の仮想領域から、（ｉ＋１）番目の仮想領域へのアンモニアのスリップ量を推定する内部スリップ量推定工程を含み、
最も排気上流側に位置する１番目の仮想領域から順に上記内部スリップ量推定工程を実行して、ｎ−１番目の仮想領域からｎ番目の仮想領域へのアンモニアのスリップ量を推定するまで上記内部スリップ量推定工程を実行した後、当該ｎ番目の仮想領域から上記排気通路へのアンモニアのスリップ量を推定して、該推定値を上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニアのスリップ量と推定する工程であることを特徴とするエンジンの排気ガス状態判定方法。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンの排気ガス状態判定方法において、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を含み、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程を含んでおり、
上記アンモニア吸着量推定工程では、上記ｎ個の仮想領域毎にアンモニアの吸着量を推定し、
上記吸着反応速度推定工程では、上記ｎ個の仮想領域毎の推定アンモニア吸着量に基づいて、上記ｎ個の仮想領域毎に吸着反応速度を推定し、
上記脱離反応速度推定工程では、上記ｎ個の仮想領域毎の推定アンモニア吸着量に基づいて、上記仮想領域毎に脱離反応速度を推定し、
上記内部スリップ量推定工程では、上記各仮想領域における推定吸着反応速度及び推定脱離反応速度に基づいて、上記ｉ番目の仮想領域から上記（ｉ＋１）番目の仮想領域へのアンモニアのスリップ量をそれぞれ推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態判定方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のエンジンの排気ガス状態判定方法において、
上記ｎ個の仮想領域毎に、該仮想領域に導入される排気ガスのアンモニア濃度を推定するアンモニア濃度推定工程を更に含み、
上記内部スリップ量推定工程では、上記ｉ番目の仮想領域に導入される排気ガスのアンモニア濃度を考慮して、当該ｉ番目の仮想領域から上記（ｉ＋１）番目の仮想領域へのアンモニアのスリップ量をそれぞれ推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態判定方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンの排気ガス状態判定方法において、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を含み、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出工程を含んでおり、
上記脱離反応速度推定工程では、検出された触媒温度の変化量に対する上記推定脱離反応速度の変化率が、検出された触媒温度の変化量に対する上記推定吸着反応速度の変化率よりも大きくなるように、上記推定脱離反応速度を推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態判定方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの排気ガス状態判定方法において、
上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵しかつ吸蔵したＮＯｘを還元可能な吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元すべく、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にするＮＯｘ触媒再生制御手段とを更に備え、
上記ＮＯｘ触媒再生制御手段により上記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元したときに、上記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から排気ガス中に排出されたアンモニア量を推定する還元時アンモニア発生量推定工程とを更に含み、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を含み、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程を含んでおり、
上記アンモニア吸着量推定工程では、上記還元剤供給手段で供給されたアンモニアの量若しくはアンモニアの前駆体の量と、上記還元時アンモニア発生量推定工程で推定されたアンモニア量とを考慮してアンモニア吸着量を推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態判定方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載のエンジンの排気ガス状態判定方法を用いた、エンジンの触媒異常判定方法であって、
上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、排気ガス中のＮＯｘ量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するＮＯｘセンサを更に備え、
上記ＮＯｘセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定工程を含み、
上記異常判定工程は、上記スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定を制限する異常判定制限工程を含むことを特徴とするエンジンの触媒異常判定方法。
【請求項９】
エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを備えるエンジンの触媒異常判定装置であって、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する手段と、
検知された上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態に基づいて、上記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着反応速度を推定する吸着反応速度推定手段と、
検知された上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態に基づいて、上記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの脱離反応速度を推定する脱離反応速度推定手段と、
上記吸着反応速度推定手段で推定された推定吸着反応速度及び上記脱離反応速度推定手段で推定された推定脱離反応速度に基づいて、上記排気通路の上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定手段と、
上記排気通路における上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、排気ガス中のＮＯｘ量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するＮＯｘセンサと、
上記ＮＯｘセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定手段と、
上記スリップ量推定手段で推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定手段の上記異常判定を制限する異常判定制限手段とを備えることを特徴とするエンジンの触媒異常判定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のエンジンの触媒異常判定装置において、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とを含み
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する手段は、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定手段と、
上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
を含むことを特徴とするエンジンの触媒異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示された技術は、エンジンの排気ガス状態推定方法及び触媒異常判定方法、並びに、エンジンの触媒異常判定装置に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気通路に設けられ、供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを備えるエンジンが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、内燃機関（エンジン）の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤とする選択還元型ＮＯｘ触媒と、選択還元型ＮＯｘ触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路に配設され、排気中のアンモニアもＮＯｘとして検出するＮＯｘセンサとを備え、ＮＯｘセンサの検出値に基づいて、選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化判定を行うものにおいて、選択還元型ＮＯｘ触媒から流出するアンモニアの量を推定し、アンモニアの流出量が多い場合には、劣化判定においてＮＯｘセンサの検出値の利用を制限するか、又は、劣化判定自体を禁止することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇すると、選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量が増大して、アンモニアの吸着量が過剰になると、アンモニアが該選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路に排出されやすくなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１０９２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、本願発明者らの検討によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量（以下、アンモニアのスリップ量ということがある）は、選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とのバランスによって決まることが判明した。すなわち、アンモニアの吸着反応速度が脱離反応速度によりも大きいときには、見かけ上、アンモニアの吸着反応が支配的になって、アンモニアのスリップ量が少なくなる一方で、アンモニアの脱離反応速度が吸着反応速度によりも大きいときには、見かけ上、アンモニアの脱離反応が支配的になって、アンモニアのスリップ量が多くなる。このため、アンモニアのスリップ量の推定精度を高くするには、特許文献１のように、選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着量を考慮するだけではなく、アンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とを考慮する必要がある。
【０００７】
ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、選択還元型ＮＯｘ触媒を備えたエンジンにおいて、選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量の推定精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、ここに開示された技術では、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを備えるエンジンの排気ガス状態判定方法を対象として、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程と、検知された上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態に基づいて、該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着反応速度を推定する吸着反応速度推定工程と、検知された上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態に基づいて、該選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの脱離反応速度を推定する脱離反応速度推定工程と、上記吸着反応速度推定工程で推定された推定吸着反応速度及び上記脱離反応速度推定工程で推定された推定脱離反応速度に基づいて、上記排気通路の上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定工程とを含む、という構成とした。
【０００９】
この構成によると、選択還元型ＮＯｘの状態に基づいて推定された推定吸着反応速度と推定脱離反応速度とに基づいて、アンモニアのスリップ量を推定する。このため、選択還元型ＮＯｘ触媒でのアンモニアの吸着反応速度及び脱離反応速度を考慮して、アンモニアのスリップ量を推定することができる。これにより、アンモニアのスリップ量の推定精度を向上させることができる。
【００１０】
上記排気ガス状態判定方法において、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とを含み、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出工程と、を含んでいてもよい。
【００１１】
すなわち、吸着反応速度と脱離反応速度とは、主に、選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量と選択還元型ＮＯｘ触媒とに依存する。つまり、選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定し、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出すれば、吸着反応速度と脱離反応速度との推定精度を向上させることができる。よって、アンモニアのスリップ量の推定精度をより向上させることができる。
【００１２】
上記排気ガス状態判定方法の一実施形態では、上記選択還元型ＮＯｘ触媒を、排気ガスの流れ方向に並ぶように仮想的に分割して、ｎ個（ｎは２以上の整数）の仮想領域を設定する分割工程を更に含み、上記スリップ量推定工程は、上記ｎ個の仮想領域のうちｉ番目（ｉは１からｎ−１までの整数）の仮想領域から、（ｉ＋１）番目の仮想領域へのアンモニアのスリップ量を推定する内部スリップ量推定工程を含み、最も排気上流側に位置する１番目の仮想領域から順に上記内部スリップ量推定工程を実行して、ｎ−１番目の仮想領域からｎ番目の仮想領域へのアンモニアのスリップ量を推定するまで上記内部スリップ量推定工程を実行した後、当該ｎ番目の仮想領域から上記排気通路へのアンモニアのスリップ量を推定して、該推定値を上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニアのスリップ量と推定する工程である。
【００１３】
すなわち、実際に選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが流入した場合には、その一部が選択還元型ＮＯｘ触媒の排気上流側の部分（以下、上流側部分という）に吸着され、残部が選択還元型ＮＯｘ触媒の排気下流側の部分（以下、下流側部分という）に流入する。また、下流側部分には、上流側部分から脱離したアンモニアも流入する。つまり、アンモニアの上記残部の量と上流側部分から脱離したアンモニアの量との合計値が、上流側部分から下流側部分へのアンモニアのスリップ量（以下、内部スリップ量という）になる。そして、下流側部分へスリップしたアンモニアのうち下流側部分に吸着できなかった分のアンモニアの量と、下流側部分から脱離したアンモニアの量との合計値が、実際の選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアのスリップ量になる。このため、アンモニアのスリップ量の推定精度を向上させるには、アンモニアの内部スリップ量を推定して、該内部スリップ量に基づいて、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側部分から選択還元型ＮＯｘ触媒外へのアンモニアのスリップ量を推定することが好ましい。
【００１４】
そこで、上記一実施形態では、選択還元型ＮＯｘ触媒を、排気ガスの流れ方向に並ぶように仮想的に分割して、ｎ個の仮想領域を設定し、ｉ番目の仮想領域から（ｉ＋１）番目の仮想領域への内部スリップ量を推定する。この内部スリップ量の推定を、１番目の仮想領域から順に、ｎ−１番目の仮想領域からｎ番目の仮想領域へのアンモニアの内部スリップ量を推定するまで繰り返す。その後、該ｎ番目の仮想領域から排気通路へのアンモニのスリップ量を推定する。そして、当該ｎ番目の仮想領域から排気通路へのアンモニのスリップ量を、選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアのスリップ量として推定する。これにより、実際の選択還元型ＮＯｘ触媒内での吸着反応及び脱離反応が反映されるため、アンモニアのスリップ量の推定精度をより向上させることができる。
【００１５】
上記一実施形態では、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を含み、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程を含んでおり、上記アンモニア吸着量推定工程では、上記ｎ個の仮想領域毎にアンモニアの吸着量を推定し、上記吸着反応速度推定工程では、上記ｎ個の仮想領域毎の推定アンモニア吸着量に基づいて、上記ｎ個の仮想領域毎に吸着反応速度を推定し、上記脱離反応速度推定工程では、上記ｎ個の仮想領域毎の推定アンモニア吸着量に基づいて、上記仮想領域毎に脱離反応速度を推定し、上記内部スリップ量推定工程では、上記各仮想領域における推定吸着反応速度及び推定脱離反応速度に基づいて、上記ｉ番目の仮想領域から上記（ｉ＋１）番目の仮想領域へのアンモニアのスリップ量をそれぞれ推定してもよい。
【００１６】
すなわち、実際の選択還元型ＮＯｘ触媒内では、選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が０付近であるか又は吸着限界付近であるような場合を除いて、アンモニア吸着量は均一な分布にはなっていない。つまり、アンモニア吸着量は仮想領域毎に異なり、それに伴って、吸着反応速度及び脱離反応速度も仮想領域毎に異なる。そこで、上記一実施形態では、仮想領域毎にアンモニア吸着量を推定して、仮想領域毎の推定アンモニア吸着量に基づいて、該仮想領域毎の吸着反応速度及び脱離反応速度を推定するようにしている。これにより、実際の選択還元型ＮＯｘ触媒内での吸着反応及び脱離反応が一層正確に反映されて、アンモニアのスリップ量の推定精度を一層向上させることができる。
【００１７】
内部スリップ量を算出することでアンモニアのスリップ量を推定する排気ガス状態推定方法において、上記ｎ個の仮想領域毎に、該仮想領域に導入される排気ガスのアンモニア濃度を推定するアンモニア濃度推定工程を更に含み、上記内部スリップ量推定工程では、上記ｉ番目の仮想領域に導入される排気ガスのアンモニア濃度を考慮して、当該ｉ番目の仮想領域から上記（ｉ＋１）番目の仮想領域へのアンモニアのスリップ量をそれぞれ推定してもよい。
【００１８】
すなわち、吸着反応速度は排気ガス中のアンモニア濃度にも依存するため、該アンモニア濃度を考慮して吸着反応速度の推定することが好ましい。このため、排気ガス中のアンモニア濃度を考慮することにより内部スリップ量をさらに精度良く推定することができ、延いては、選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニアのスリップ量の推定精度を一層向上させることができる。
【００１９】
上記排気ガス状態推定方法において、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を含み、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出工程を含んでおり、上記脱離反応速度推定工程では、検出された触媒温度の変化量に対する上記推定脱離反応速度の変化率が、検出された触媒温度の変化量に対する上記推定吸着反応速度の変化率よりも大きくなるように、上記推定脱離反応速度を推定してもよい。
【００２０】
すなわち、選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの吸着反応は、該選択還元型ＮＯｘ触媒の酸点にアンモニアが吸着するだけの反応である一方、選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの脱離反応は、吸着したアンモニアを該選択還元型ＮＯｘ触媒の酸点から切り離す反応である。このため、脱離反応の活性化エネルギーは、吸着反応の活性化エネルギーと比べてかなり大きい。つまり、吸着反応速度は選択還元型ＮＯｘ触媒の温度に影響されにくい一方で、脱離反応速度は選択還元型ＮＯｘ触媒の温度の影響を受けやすい。
【００２１】
したがって、上記の構成により、脱離反応の活性化エネルギーと、吸着反応の活性化エネルギーとの大きさの違いが反映され、脱離反応速度及び吸着反応速度の推定精度が向上する。これにより、アンモニアのスリップ量の推定精度をより一層向上させることができる。
【００２２】
上記排気ガス状態推定方法において、上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵しかつ吸蔵したＮＯｘを還元可能な吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元すべく、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にするＮＯｘ触媒再生制御手段とを更に備え、上記ＮＯｘ触媒再生制御手段により上記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元したときに、上記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から排気ガス中に排出されたアンモニア量を推定する還元時アンモニア発生量推定工程を更に含み、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を含み、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する工程は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程を含んでおり、上記アンモニア吸着量推定工程では、上記還元剤供給手段で供給されたアンモニアの量若しくはアンモニアの前駆体の量と、上記還元時アンモニア発生量推定工程で推定されたアンモニア量とを考慮してアンモニア吸着量を推定してもよい。
【００２３】
すなわち、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にすることで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する反応には、ＮＯｘと排気ガス中のＨＣとの反応が含まれる。このため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する過程では、ＨＣの水素とＮＯｘの窒素とが反応してアンモニアが発生する。選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量の推定精度を高くするには、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元したことにより発生したアンモニア量も考慮することが好ましい。よって、上記のような構成とすることにより、アンモニア吸着量推定工程における、選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量の推定精度を向上させることができ、延いては、アンモニアのスリップ量の推定精度をより向上させることができる。
【００２４】
本開示に係る技術は、上記排気ガス状態判定方法を用いた、エンジンの触媒異常判定方法も対象とする。具体的には、上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、排気ガス中のＮＯｘ量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するＮＯｘセンサを更に備え、上記ＮＯｘセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定工程を含み、上記異常判定工程は、上記スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定を制限する異常判定制限工程を含む、という構成とした。
【００２５】
この構成によると、ＮＯｘセンサは、排気ガス中のＮＯｘ量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するため、排気ガス中のアンモニア量が多いときには、ＮＯｘ量が少ない場合であっても、排気ガス中のＮＯｘ量が多いとみなしてしまう。このため、ＮＯｘセンサの出力値に基づいて、選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があるか否かの異常判定をする場合、排気ガス中のＮＯｘ量が少ない場合であっても、選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると誤判定をしてしまうおそれがある。そこで、スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定を制限することによって、排気ガス中のＮＯｘ量が少ない場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると誤判定してしまうのを抑制することができる。
【００２６】
本開示に係る技術は、エンジンの触媒異常判定装置も対象とする。具体的には、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを備えるエンジンの触媒異常判定装置を対象として、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する手段と、検知された上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態に基づいて、上記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着反応速度を推定する吸着反応速度推定手段と、検知された上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態に基づいて、上記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの脱離反応速度を推定する脱離反応速度推定手段と、上記吸着反応速度推定手段で推定された推定吸着反応速度及び上記脱離反応速度推定手段で推定された推定脱離反応速度に基づいて、上記排気通路の上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定手段と、上記排気通路における上記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側に設けられ、排気ガス中のＮＯｘ量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するＮＯｘセンサと、上記ＮＯｘセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定手段と、上記スリップ量推定手段で推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定手段の上記異常判定を制限する異常判定制限手段とを備える、という構成とした。
【００２７】
この構成でも、ＮＯｘセンサは、排気ガス中のＮＯｘ量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するため、異常判定手段は、排気ガス中のＮＯｘ量が少ない場合であっても、選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると誤判定をしてしまうおそれがある。そこで、スリップ量推定手段において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限することによって、排気ガス中のＮＯｘ量が少ない場合において、選択還元型ＮＯｘ触媒に異常があると誤判定してしまうのを抑制することができる。
【００２８】
上記エンジンの触媒異常判定装置の一実施形態では、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度とを含み、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する手段は、上記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定手段と、上記選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、を含む。
【００２９】
上述のように、吸着反応速度と脱離反応速度とは、主に、選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量と選択還元型ＮＯｘ触媒とに依存する。つまり、選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量を推定し、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出すれば、吸着反応速度と脱離反応速度との推定精度を向上させることができる。よって、アンモニアのスリップ量の推定精度をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、ここに開示された技術によると、選択還元型ＮＯｘ触媒でのアンモニアの吸着反応速度及び脱離反応速度を考慮して、アンモニアのスリップ量を推定することができ、この結果、アンモニアのスリップ量の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】例示的な実施形態に係るエンジンの触媒異常判定装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】エンジンシステムの制御系を示すブロック図である。
【図３】パッシブＤｅＮＯｘ制御及びアクティブＤｅＮＯｘ制御の制御マップを示す図である。
【図４】排気ガスを浄化する触媒を選択する際のフローチャートである。
【図５】ＤｅＮＯｘ制御を実行する際のフローチャートの一部である。
【図６】ＤｅＮＯｘ制御を実行する際のフローチャートの残部である。
【図７】ＮＯｘセンサのＮＯｘ検出原理を示す模式図である。
【図８】ＳＣＲ触媒内でのアンモニアの吸着反応と脱離反応とを模式的に示す模式図である。
【図９】ＳＣＲ触媒からのアンモニアのスリップ量を推定する際のモデルを示す概念図である。
【図１０】ＳＣＲ触媒からのアンモニアのスリップ量を推定する処理動作を示すフローチャートである。
【図１１】ＳＣＲ触媒の異常判定の処理動作を示すフローチャートである。
【図１２】ＳＣＲ触媒の異常判定における各パラメータの時間変化を模式的に示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本実施形態に係るエンジンの触媒異常判定装置が適用されたエンジンシステム２００を示す。エンジンシステム２００は、ディーゼルエンジンとしてのエンジンＥと、エンジンＥに吸気を供給する吸気系ＩＮと、エンジンＥに燃料を供給するための燃料供給系ＦＳと、エンジンＥの排気ガスを排出するＥＸと、エンジンシステム２００に関する各種の状態を検出するセンサ１００〜１１９とを有する。また、エンジンシステム２００には、該エンジンシステム２００の制御を行うＰＣＭ（Ｐｏｗｅｒ−ｔｒａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｏｄｕｌｅ）６０（図２参照）と、後述する尿素インジェクタ５１の制御を行うＤＣＵ（Ｄｏｓｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）７０とが設けられている。このエンジンシステム２００は車両に設けられるエンジンシステムであり、エンジンＥは該車両の駆動源として用いられる。
【００３４】
吸気系ＩＮは、吸気が通過する吸気通路１を有する。この吸気通路１には、上流側から順に、エアクリーナ３と、第１ターボ過給機５のコンプレッサと、第２ターボ過給機６のコンプレッサと、インタークーラ８と、スロットルバルブ７と、サージタンク１２とが設けられている。また、吸気通路１には、第２ターボ過給機６のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路１ａと、吸気バイパス通路１ａを開閉する吸気バイパスバルブ６ａとが設けられている。
【００３５】
吸気通路１におけるエアクリーナ３の直下流側の通路には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０１及び吸気温度を検出する第１吸気温度センサ１０２が設けられている。吸気通路１における第１ターボ過給機５と第２ターボ過給機６との間の通路には、吸気の圧力を検出する第１吸気圧センサ１０３が設けられている。吸気通路１におけるインタークーラ８の直下流側の通路には、インタークーラ８を通過した吸気の温度を検出する第２吸気温度センサ１０６が設けられている。スロットルバルブ７には、該スロットルバルブ７の開度を検出するポジションセンサ１０５が設けられている。サージタンク１２には、吸気マニホールドにおける吸気の圧力を検出する第２吸気圧センサ１０８が設けられている。
【００３６】
エンジンＥは、吸気通路１の吸気マニホールドから供給された吸気を燃焼室１７内に導入するための吸気バルブ１５と、燃焼室１７に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、通電により発熱する発熱部を燃焼室１７内に備えたブロープラグ２１と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２３と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路４１に排出するための排気バルブ２７とを有する。ピストン２３は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２５と連結されている。クランクシャフト２５は、ピストン２３の往復運動により回転される。
【００３７】
エンジンＥには、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ１００が設けられている。ＰＣＭ６０（図２参照）は、クランク角センサ１００からの検出信号に基づいて、エンジン回転数を取得する。
【００３８】
燃料系ＦＳは、燃料を貯蔵する燃料タンク３０と、燃料タンク３０から燃料噴射弁２０に燃料を供給するための燃料供給通路３８とを有する。燃料供給通路３８には、上流側から順に、低圧燃料ポンプ３１と、高圧燃料ポンプ３３と、コモンレール３５とが設けられている。
【００３９】
排気系ＥＸは、排気ガスが通路する排気通路４１を有する。排気ガス通路４１には、上流側から順に、第２ターボ過給機６のタービンと、第１ターボ過給機５のタービンと、ＮＯｘ触媒４５（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）と、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）４６と、ＤＰＦ４６の下流側の排気通路４１中に尿素を噴射する尿素インジェクタ５１と、尿素インジェクタ５１から噴射された尿素を用いてＮＯｘを浄化するＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒４７と、ＳＣＲ触媒４７から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化するスリップ触媒４８と、が設けられている。また、排気通路４１には、第２ターボ過給機６のタービンをバイパスする排気バイパス通路４１ａと、この排気バイパス通路４１ａを開閉する排気バイパスバルブ６ｂとが設けられている。さらに、排気通路４１には、第１ターボ過給機５のタービンをバイパスするウェイストゲート通路４１ｂと、このウェイストゲート通路４１ｂを開閉するウェイストゲートバルブ５ａとが設けられている。
【００４０】
ＮＯｘ触媒４５は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態（空気過剰率λがλ＞１）において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態（λ＜１）において還元する、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＣ：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）である。また、ＮＯｘ触媒４５は、ＮＳＣとしての機能だけでなく、排気ガス中の酸素を用いて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などを酸化して水と二酸化炭素に変化させるディーゼル触媒（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）としての機能も有するように構成されている。詳しくは、ＮＯｘ触媒４５は、ＤＯＣの触媒層の表面に、ＮＳＣの触媒材がコーティングされることで形成されている。
【００４１】
ＤＰＦ４６は、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するフィルタである。ＤＰＦ４６に捕集されたＰＭは、高温に晒されかつ酸素の供給を受けることで燃焼し、ＤＰＦ４６から除去されるようになっている。
【００４２】
ＳＣＲ触媒４７は、尿素インジェクタ５１から噴射された尿素から生成されたアンモニアを吸着し、この吸着したアンモニアを排気ガス中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化する。このことから、ＳＣＲ触媒４７は、供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒に相当し、尿素インジェクタ５１は、還元剤としての、アンモニアの前駆体である尿素を供給可能な還元剤供給手段に相当する。ＳＣＲ触媒４７は、アンモニアによってＮＯｘを還元する触媒金属を、アンモニアをトラップするゼオライトに担持させて構成されている。
【００４３】
ＮＯｘ触媒４５とＳＣＲ触媒４７とは、いずれもＮＯｘを浄化可能な触媒であるが、ＮＯｘの浄化率（ＮＯｘ吸蔵率）が高くなる温度が互いに異なっている。詳しくは、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒４５の温度が比較的低温のときに高くなる一方、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒４７の温度（以下、ＳＣＲ触媒温度という）が比較的高温のときに高くなる。本実施形態では、ＮＯｘ触媒４５及びＳＣＲ触媒４７は共に、排気ガスから熱が供給されることで暖機される。
【００４４】
排気通路４１における第２ターボ過給機６よりも上流側の通路には、排気ガスの圧力を検出する排気圧センサ１０９及び排気ガスの温度を検出する第１排気温度センサ１１０が設けられている。排気通路４１における第１ターボ過給機５の直下流側の通路には、排気ガスの酸素濃度を検出するＯ２センサ１１１が設けられている。排気通路４１におけるＮＯｘ触媒４５の周辺には、ＮＯｘ触媒４５の直上流側の通路における排気ガスの温度を検出する第２排気温度センサ１１２と、ＮＯｘ触媒４５とＤＰＦ４６との間の通路における排気ガスの温度を検出する第３排気温度センサ１１３と、ＤＰＦ４６の直上流側の通路とＤＰＦ４６の直下流側の通路との圧力差を検出する差圧センサ１１４と、ＤＰＦ４６の直下流側の通路における排気ガスの温度を検出する第４排気温度センサ１１５と、ＤＰＦ４６の直下流側の通路でかつ尿素インジェクタ５１よりも上流側の位置におけるＮＯｘの濃度を検出する第１ＮＯｘセンサ１１６と、が設けられている。また、排気通路４１におけるＳＣＲ触媒４７の周辺には、ＳＣＲ触媒４７の状態を表すパラメータであるＳＣＲ触媒温度を検出する触媒温度センサ１１７と、ＳＣＲ触媒４７の直下流側の通路におけるＮＯｘの濃度を検出する第２ＮＯｘセンサ１１８と、が設けられている。さらに、排気通路４１には、スリップ触媒４８の直上流側の通路における排気ガス中のＰＭを検出するＰＭセンサ１１９が設けられている。触媒温度センサ１１７は、ＳＣＲ触媒４７の状態を検知する手段の一例である。詳しくは後述するが、少なくとも第２ＮＯｘセンサ１１８は、排気ガス中のＮＯｘ量だけでなく、アンモニア量に応じても出力値が変化するＮＯｘセンサである。
【００４５】
本実施形態におけるエンジンシステム２００は、排気ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲ装置４３を更に有する。ＥＧＲ装置４３は、排気通路４１における排気バイパス通路４１ａの上流端よりも上流側の通路と、吸気通路１におけるスロットルバルブ７とサージタンク１２との間の通路とを接続するＥＧＲ通路４３ａと、ＥＧＲ通路４３ａを通過する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３ｂと、ＥＧＲ通路４３ａを開閉する第１ＥＧＲバルブ４３ｃとを有する。また、ＥＧＲ装置４３は、ＥＧＲクーラ４３ｂをバイパスするＥＧＲクーラバイパス通路４３ｄと、ＥＧＲクーラバイパス通路を開閉する第２ＥＧＲバルブ４３ｅとを有する。
【００４６】
本実施形態のエンジンシステム２００は、主として、車両に搭載されたＰＣＭ６０によって制御される。ＰＣＭ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏバス等で構成されるマイクロプロセッサである。
【００４７】
ＰＣＭ６０には、各種センサ１００〜１１９の検出信号が入力される。また、ＰＣＭ６０には、上記車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５０、及び、上記車両の車速を検出する車速センサ１５１のそれぞれが出力した検出信号が入力される。ＰＣＭ６０は、入力された信号に基づいて、主に、スロットルバルブ７、燃料噴射弁２０、グロープラグ２１、第１ＥＧＲバルブ４３ｃ及び第２ＥＧＲバルブ４３ｅの作動を制御する。また、ＰＣＭ６０は、ＤＣＵ７０に出力信号を送ることで、ＤＣＵ７０を介して尿素インジェクタ５１の作動を制御する。
【００４８】
尚、詳しくは後述するが、ＰＣＭ６０は、ＳＣＲ触媒４７の状態を表すパラメータであるＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定部６１と、排気通路４１のＳＣＲ触媒４７よりも下流側の通路における排気ガス中のアンモニア量を推定するスリップ量推定部６２と、第２ＮＯｘセンサ１１８の出力値に基づく異常判定条件により、エンジンシステム２００に異常があるか否かの異常判定をする異常判定部６３と、該異常判定部６３による異常判定を制限する異常判定制限部６４とを備えている。アンモニア吸着量推定部６１はＳＣＲ触媒４７の状態を検知する手段の一例である。
【００４９】
〈通常の燃料噴射制御〉
ＰＣＭ６０は、後述するＤｅＮＯｘ制御を実施しない通常の燃料噴射制御では、燃焼室１７内の混合気の空燃比が、理論空燃比よりもリーンな状態（λ＞１）になるように、燃料噴射弁２０を制御する。また、ＰＣＭ６０は、通常の燃料噴射制御では、ＤｅＮＯｘ制御において実施されるポスト噴射は停止させてメイン噴射のみを実行させる。
【００５０】
ＰＣＭ６０は、通常の燃料噴射制御では、車両の運転状態に応じてメイン噴射における燃料の噴射量を設定する。具体的には、まず、ＰＣＭ６０は、各種センサ１００〜１１９，１５０，１５１からの入力信号を取得する。次に、ＰＣＭ６０は、取得された上記アクセルペダルの操作等を含む車両の運転状態に基づいて、目標加速度を設定する。次いで、ＰＣＭ６０は、決定された目標加速度を実現するためのエンジンＥの目標トルクを決定する。そして、ＰＣＭ６０は、決定された目標トルクをエンジンＥから出力させるべく、当該目標トルク及びエンジン回転数に基づいて、燃料噴射弁２０から噴射させるべき噴射量を算出する。
【００５１】
また、ＰＣＭ６０は、通常の燃料噴射制御では、車両の運転状態に応じてメイン噴射の噴射タイミングを設定する。
【００５２】
その後、ＰＣＭ６０は、設定された噴射量及び噴射タイミングとなるように、燃料噴射弁２０を制御する。
【００５３】
〈ＤｅＮＯｘ制御〉
次に、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘ（以下、吸蔵ＮＯｘということがある）をＮＯｘ触媒４５から離脱させるＤｅＮＯｘ制御について説明する。
【００５４】
本実施形態では、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ吸蔵量が第１所定吸蔵量以上であるときには（例えば、ＮＯｘ吸蔵量が吸蔵限界付近にあるときには）、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘをほぼ０にまで低下させるために、ＤｅＮＯｘ制御を実行する。また、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ吸蔵量が第１所定吸蔵量未満であっても、ＮＯｘ吸蔵量が第１所定吸蔵量よりも少ない第２所定吸蔵量以上でありかつ車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときには、ＤｅＮＯｘ制御を実行することがある。以下の説明では、ＮＯｘ吸蔵量が第１所定吸蔵量以上であるときに実行するＤｅＮＯｘ制御をアクティブＤｅＮＯｘ制御といい、ＮＯｘ吸蔵量が第２所定吸蔵量以上でありかつ車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに実行するＤｅＮＯｘ制御をパッシブＤｅＮＯｘ制御という。これらを区別しないときには、単に、ＤｅＮＯｘ制御という。
【００５５】
上述したように、ＮＯｘ触媒４５は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態（λ＜１）において、吸蔵ＮＯｘが還元される。このため、ＤｅＮＯｘ制御では、吸蔵ＮＯｘを還元するためには、排気ガスの空燃比を通常運転時よりも低下させる必要がある。そこで、本実施形態では、メイン噴射に加えてポスト噴射を実行することで、排気ガスの空燃比を低下させて吸蔵ＮＯｘを還元させる。尚、ＤｅＮＯｘ制御時の空気過剰率λは、例えば、λ＝０．９４〜１．０６程度である。
【００５６】
ポスト噴射における燃料の噴射量（以下、単にポスト噴射量という）は、エンジンＥの運転状態に基づいて設定される。具体的には、まず、ＰＣＭ６０は、少なくとも、エアフローセンサ１０１によって検出された吸入空気量、Ｏ２センサ１１１によって検出された排気ガスの酸素濃度、上記の燃料噴射制御において算出されたメイン噴射でお噴射量を取得する。さらに、ＰＣＭ６０は、所定のモデルなどにより求められた、ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流される排気ガス量（ＥＧＲ量）も取得する。
【００５７】
次に、ＰＣＭ６０は、取得された新気量及びＥＧＲガス量に基づき、エンジンＥに導入される空気量を算出する。そして、ＰＣＭ６０は、算出された空気量から、エンジンＥに導入される空気の酸素濃度を算出する。
【００５８】
次いで、ＰＣＭ６０は、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比以下の目標空燃比（以下、目標ＤｅＮＯｘ空燃比という）にするのに必要なポスト噴射量を算出する。すなわち、ＰＣＭ６０は、排気ガスの空燃比を目標ＤｅＮＯｘ空燃比にするためにメイン噴射の噴射量に加えてどれだけの量の燃料をポスト噴射で噴射すればよいかを決定する。このとき、ＰＣＭ６０は、Ｏ２センサ１１１によって検出された酸素濃度と、エンジンＥに導入される空気の酸素濃度との差を考慮して、ポスト噴射量を算出する。
【００５９】
本実施形態では、パッシブＤｅＮＯｘ制御は、車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに実行されるため、排気ガスの空燃比を目標ＤｅＮＯｘ空燃比にするために必要な燃料の噴射量は、パッシブＤｅＮＯｘ制御の方がアクティブＤｅＮＯｘ制御と比べて少なくなる。このため、パッシブＤｅＮＯｘ制御を出来る限り高頻度で行って、アクティブＤｅＮＯｘ制御の頻度を少なくすれば、ＤｅＮＯｘ制御による燃費の悪化を抑制することができる。
【００６０】
ポスト噴射における燃料の噴射タイミングについては、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御の形態によって噴射タイミングが変更される。具体的には、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行するときには、ポスト噴射された燃料がエンジンＥの燃焼室１７内において燃焼されるタイミングに設定する。一方で、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行するときには、ポスト噴射された燃料がエンジンＥの燃焼室１７内において燃焼されずに未燃燃料として排気通路４１に排出されるタイミングに設定する。
【００６１】
ここで、アクティブＤｅＮＯｘ制御及びパッシブＤｅＮＯｘ制御のそれぞれを実行する運転条件について図３を参照して説明する。図３は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジン負荷を示している。また、図３において、曲線Ｌ１は、エンジンＥの最大トルク線を示している。
【００６２】
本実施形態では、ＰＣＭ６０は、エンジン負荷が第１所定負荷Ｌｏ１以上かつ第２所定負荷Ｌｏ２（＞第１所定負荷Ｌｏ１）未満である中負荷域であるとともに、エンジン回転数が第１所定回転数Ｎ１以上かつ第２所定回転数Ｎ２（＞第１所定回転数Ｎ１）未満である中回転域であるとき、すなわち、図３に示す第１運転領域Ｒ１において、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行する。これは、空気と燃料が適切に混合された状態で着火が生じるようにして、スモーク及びＨＣの発生を抑制するためである。このために、例えば、アクティブＤｅＮＯｘ制御時には適量のＥＧＲガスを導入することで、ポスト噴射された燃料の着火を効果的に遅延させるようにしてもよい。
【００６３】
尚、アクティブＤｅＮＯｘ制御時にＨＣの発生を抑制する理由は、上記のようにＥＧＲガスを導入する場合に、ＨＣもＥＧＲガスとして吸気系ＩＮに還流されて、このＨＣがバインダとなって煤と結合してＥＧＲガスの通路が閉塞してしまうのを防止するためである。加えて、ＮＯｘ触媒４５の温度が低く、ＨＣの浄化性能が確保されないような領域においてアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行したときに、ＨＣが浄化されずに排出されてしまうのを防止するためである。
【００６４】
一方で、本実施形態では、エンジン負荷が第１運転領域Ｒ１よりもかなり高い領域、すなわち、図３に示す第２運転領域Ｒ２にあるときに、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行する。これは、エンジン負荷が第２運転領域Ｒ２にあるときには、通常、ＮＯｘ触媒４５の温度が、該ＮＯｘ触媒４５を構成するＤＯＣによるＨＣの浄化性能が発揮される程度の温度になっているため、パッシブＤｅＮＯｘ制御により排気通路４１に排出された未燃燃料（ＨＣ）が、ＮＯｘ触媒４５によって十分に浄化されるためである。
【００６５】
第１及び第２運転領域Ｒ１，Ｒ２以外の運転領域について説明すると、エンジン負荷が第１運転領域Ｒ１よりも高いが第２運転領域Ｒ２よりも低い領域では、エンジンＥの筒内温度が高くなって、空気と燃料が適切に混合されていない状態で燃焼が生じ、スモークやＨＣが発生しやすい。また、エンジン負荷は第１運転領域Ｒ１と同じであるがエンジン回転数が第１運転領域Ｒ１よりも高い領域では、エンジンＥの１ストロークにかかる時間が短いために、空気と燃料が適切に混合されていない状態で燃焼が生じ、スモークやＨＣが発生しやすい。さらに、エンジン負荷が第１運転領域Ｒ１よりも低い領域、あるいは、エンジン負荷は第１運転領域Ｒ１と同じであるがエンジン回転数が第１運転領域Ｒ１よりも低い領域では、ＮＯｘ触媒４５の温度が吸蔵ＮＯｘを還元できる温度よりも低くなりやすい。これらのことから、本実施形態では、エンジンＥの運転領域が、第１及び第２運転領域Ｒ１，Ｒ２以外の運転領域にあるときには、ＤｅＮＯｘ制御を実行しないようにしている。
【００６６】
エンジンＥの運転領域が、第１及び第２運転領域Ｒ１，Ｒ２以外の運転領域にあるときにおいて、ＮＯｘ吸蔵量が上記第１所定吸蔵量以上のときには、ＮＯｘはＮＯｘ触媒４５ではほとんど浄化されない。しかしながら、本実施形態では、ＮＯｘ触媒４５よりも下流側にＳＣＲ触媒４７が設けられているため、ＮＯｘ触媒４５で浄化されなかった分のＮＯｘについてはＳＣＲ触媒４７により浄化することができる。
【００６７】
本実施形態では、上述したようなＤｅＮＯｘ制御を実行するか否かは、上述したエンジンＥの運転領域に加えて、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘの浄化が可能であるか否かに応じて判断される。これは、排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒４７によって適切に浄化させることができるのであれば、ＮＯｘ触媒４５によるＮＯｘの浄化性能を確保すべくＤｅＮＯｘ制御を敢えて行う必要がないからである。上述したように、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化率は排気ガスの温度が比較的低温のときに高くなる一方、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化率は排気ガスの温度が比較的高温のときに高くなる。そこで、本実施形態では、図４のフローチャートに示すように、ＰＣＭ６０は、ＳＣＲ触媒温度に応じて、ＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ触媒４５でＮＯｘを浄化するか、又は、ＳＣＲ触媒４７によりＮＯｘを浄化するかを選択するようにしている。
【００６８】
図４のフローチャートを参照して、排気ガスを浄化する触媒を選択する際のＰＣＭ６０の処理について説明する。ＰＣＭ６０は、エンジンＥが作動している間は、常に又は所定期間毎に、このフローチャートに基づく処理を実行する。
【００６９】
まず、ステップＳ１０１において、ＰＣＭ６０は、各種センサ１００〜１１９，１５０，１５１からの情報を読み込み、次のステップＳ１０２で、ＳＣＲ触媒温度が第１所定温度未満であるか否かを判定する。上記ステップＳ１０２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０３に進む一方、上記ステップＳ１０２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１０４に進む。尚、上記第１所定温度は、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘの浄化が可能であるがＮＯｘの浄化率が所定浄化率未満となる温度であり、例えば、１６０℃である。
【００７０】
上記ステップＳ１０３では、ＰＣＭ６０は、ＳＣＲ触媒４７ではＮＯｘを浄化させずに、ＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ触媒４５のみによりＮＯｘを浄化させる。このステップＳ１０３では、ＰＣＭ６０は、尿素インジェクタ５１による尿素の供給を制限させることで、ＳＣＲ触媒４７ではＮＯｘを浄化させないようにする。つまり、ここでいう、「ＳＣＲ触媒４７ではＮＯｘを浄化させない」とは、「尿素インジェクタ５１による尿素の供給を制限させる」ことを意味する。上記ステップＳ１０３の後はリターンする。
【００７１】
上記ステップＳ１０４では、ＳＣＲ触媒温度が第２所定温度（＞第１所定温度）未満であるか否かを判定する。上記ステップＳ１０４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０５に進む一方、上記ステップＳ１０４の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１０６に進む。尚、上記第２所定温度は、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘの浄化率が上記所定浄化率以上となり得る温度範囲の下限付近の温度であり、例えば、２５０℃である。
【００７２】
上記ステップＳ１０５では、ＰＣＭ６０は、ＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ触媒４５によりＮＯｘを浄化させるとともに、ＳＣＲ触媒４７でもＮＯｘを浄化させる。つまり、このステップＳ１０５では、ＰＣＭ６０は、尿素インジェクタ５１から尿素を供給させる。上記ステップＳ１０５の後はリターンする。
【００７３】
上記ステップＳ１０６では、排気ガスの流量が所定流量未満であるか否かを判定する。上記ステップＳ１０６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０７に進む一方、上記ステップＳ１０６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１０５に進む。このステップＳ１０６において、排気ガスの流量について判定を行うのは、ＳＣＲ触媒温度が上記第２所定温度以上であったとしても、例えば、エンジンＥの運転状態が高回転高負荷の運転領域にあって、排気ガスの流量が多い場合には、ＳＣＲ触媒４７のみではＮＯｘを浄化しきれないことがあるためである。つまり、排気ガスの流量が所定流量以上であるＮＯのときには、ＮＯｘ触媒４５とＳＣＲ触媒４７との両方でＮＯｘを浄化させる方が好ましく、ステップＳ１０５に進むようにしている。
【００７４】
上記ステップＳ１０７では、ＮＯｘ触媒４５ではＮＯｘを浄化させずに、ＳＣＲ触媒４７のみによりＮＯｘを浄化させる。このステップＳ１０７でも、ＰＣＭ６０は、尿素インジェクタ５１からＳＣＲ触媒４７へ尿素を供給させる。このステップＳ１０７では、ＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止して、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量を吸蔵限界にすることで、ＮＯｘ触媒４５でＮＯｘを浄化させないようにする。上記ステップＳ１０７の後はリターンする。尚、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵限界に到達していなければ、ＮＯｘ触媒４５でＮＯｘを吸蔵することが可能であるため、このステップＳ１０７においても、ＮＯｘ触媒４５でＮＯｘが浄化される（吸蔵される）ことがある。つまり、ここでいう、「ＮＯｘ触媒４５ではＮＯｘを浄化させない」とは、「ＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止する」ことを意味する。
【００７５】
次に、ＤｅＮＯｘ制御を実行する際のＰＣＭ６０の処理動作について、図５及び図６を参照して説明する。ＰＣＭ６０は、図４に示すフローチャートに従ってＤｅＮＯｘ制御を実行することになった場合には、図５及び図６に示すフローチャートに基づく処理動作を実行する。
【００７６】
まず、ステップＳ２０１において、ＰＣＭ６０は、各種センサ１００〜１１９，１５０，１５１からの情報を読み込み、次のステップＳ２０２で、ＮＯｘ触媒４５におけるＮＯｘ吸蔵量が第１所定吸蔵量以上であるか否かを判定する。上記ステップＳ２０２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２０３に進む一方、上記ステップＳ２０２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２１１に進む。尚、ＮＯｘ吸蔵量は、例えば、エンジンＥの運転状態、排気ガスの流量、排気ガスの温度等に基づいて、排気ガス中のＮＯｘ量を推定し、この推定したＮＯｘ量を積算することによって求められる。
【００７７】
上記ステップＳ２０３では、ＰＣＭ６０は、エンジンＥの運転領域が第１運転領域Ｒ１に属するか否かを判定する。上記ステップＳ２０３の判定がＹＥＳであるときには、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行すべく、ステップＳ２０５に進む一方、上記ステップＳ２０３の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２１２に進む。
【００７８】
上記ステップＳ２０４では、ＰＣＭ６０は、ポスト噴射量を設定する。上述したように、ポスト噴射量は、エンジンＥに導入される空気の酸素濃度やメイン噴射での燃料の噴射量等に基づいて、排気ガスの空燃比が目標ＤｅＮＯｘ空燃比になるのに必要な噴射量に設定される。
【００７９】
次のステップＳ２０５では、ＰＣＭ６０は、ポスト噴射のタイミングを設定する。上述したように、アクティブＤｅＮＯｘ制御では、ポスト噴射のタイミングは、ポスト噴射された燃料がエンジンＥの燃焼室１７内において燃焼されるタイミングに設定される。
【００８０】
続く、ステップＳ２０６では、ＰＣＭ６０は、上記ステップＳ２０４で算出したポスト噴射量が第１所定噴射量未満であるか否かを判定する。上記ステップＳ２０６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２０７に進む一方、上記ステップＳ２０６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２０８に進む。この第１所定噴射量を設定することにより、ＤｅＮＯｘを実行することによる燃費の悪化を抑制するようにしている。
【００８１】
上記ステップＳ２０７では、ＰＣＭ６０は、上記ステップＳ２０５で設定したポスト噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁２０を制御する。上記ステップＳ２０７の次はステップＳ２１０に進む。
【００８２】
一方で、上記ステップＳ２０８では、スロットルバルブ７を閉じ側に制御し、次のステップＳ２０９では、第１所定噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁２０を制御する。このステップＳ２０８及びステップＳ２０９では、第１所定噴射量を超えないポスト噴射量（実際には第１所定噴射量の値そのもの）によって排気ガスの空燃比を目標ＤｅＮＯｘ空燃比にすべく、スロットルバルブ７を絞って、エンジンＥに導入する空気の酸素濃度を低下させている。上記ステップＳ２０９の次はステップＳ２１０に進む。
【００８３】
上記ステップＳ２１０では、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ吸蔵量が略０になったか否かを判定する。上記ステップＳ２１０の判定がＹＥＳであるときには、アクティブＤｅＮＯｘ制御を終了してリターンする一方、上記ステップＳ２１０の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２０３に戻る。上記ステップＳ２１０において、ＮＯｘ吸蔵量が略０になったか否かは、ポスト噴射量を積算して、該積算値が第１所定吸蔵量以上の吸蔵ＮＯｘを略０にするだけの値になったか否かに基づいて判定する。尚、ＮＯｘ吸蔵量が略０になるとは、ＮＯｘ吸蔵量が０なることも含む。
【００８４】
一方で、ステップＳ２０２の判定がＮＯであるときに進む上記ステップＳ２１１では、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ触媒４５におけるＮＯｘ吸蔵量が第２所定吸蔵量以上であるか否かを判定する。上記ステップＳ２１１の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２１２に進む一方、上記ステップＳ２１１の判定がＮＯであるときには、アクティブＤｅＮＯｘ制御及びパッシブＤｅＮＯｘ制御を実行する必要がないためリターンする。
【００８５】
上記ステップＳ２１２では、ＰＣＭ６０は、ポスト噴射量を設定する。ポスト噴射量は、上記ステップＳ２０４と同様に、エンジンＥに導入される空気の酸素濃度やメイン噴射での燃料の噴射量等に基づいて、排気ガスの空燃比が目標ＤｅＮＯｘ空燃比になるのに必要な噴射量に設定される。
【００８６】
上記ステップＳ２１３では、ＰＣＭ６０は、ポスト噴射のタイミングを設定する。上述したように、パッシブＤｅＮＯｘ制御では、ポスト噴射のタイミングは、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されずに未燃燃料として排気通路４１に排出されるタイミングに設定される。
【００８７】
次のステップＳ２１４では、ＰＣＭ６０は、上記ステップＳ２１２で算出したポスト噴射量が第２所定噴射量未満であるか否かを判定する。上記ステップＳ２０６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２０７に進む一方、上記ステップＳ２０６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２０８に進む。上記第２所定噴射量は、車両の運転領域が上記第２運転領域にあるときにのみ設定されるような値に設定されており、上記第１所定噴射量よりも小さい値である。つまり、ポスト噴射量が上記第２所定噴射量未満であるときには、車両の運転領域は、パッシブＤｅＮＯｘ制御が実行可能な上記第２運転領域Ｒ２にあることになる。
【００８８】
続く、上記ステップＳ２１５では、ＰＣＭ６０は、上記ステップＳ２１５で設定したポスト噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁２０を制御する。上記ステップＳ２１６の後は、パッシブＤｅＮＯｘ制御を終了してリターンする。
【００８９】
上記ステップＳ２１６では、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行せずに、通常の燃料噴射制御を実行する。すなわち、ポスト噴射をせずにメイン噴射のみを行うように燃料噴射弁２０を制御する。上記ステップＳ２１６の後は、ステップＳ２０３に戻る。
【００９０】
以上のように、ＤｅＮＯｘ制御を実行することで、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御による燃費の悪化を抑制しつつ、排気ガス中のＮＯｘを適切に浄化できるようにしている。
【００９１】
〈ＳＣＲ触媒の異常判定〉
次に、ＳＣＲ触媒４７の異常判定について説明する。
【００９２】
ＳＣＲ触媒４７では、ＳＣＲ触媒４７に吸着したアンモニアと、排気ガス中のＮＯｘとを反応（還元）させることによって、ＮＯｘを浄化する。ＳＣＲ触媒４７に吸着するアンモニアは、基本的には、尿素インジェクタ５１から噴射される尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）が、排気通路４１内で熱分解反応又は加水分解反応することによって生成される。
【００９３】
尿素インジェクタ５１からの尿素の噴射量（以下、単に尿素噴射量という）は、ＤＣＵ７０によって制御される。具体的には、ＤＣＵ７０は、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量が、予め設定された目標吸着量になるように尿素噴射量を設定する。より詳しくは、ＤＣＵ７０は、モデルによりＳＣＲ触媒４７の現在のアンモニア吸着量を推定し、上記目標吸着量と該推定値との差に基づいて尿素噴射量を設定する。
【００９４】
ＳＣＲ触媒４７の現在のアンモニア吸着量は、詳しくは後述するが、尿素噴射量と、ＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニア量と、ＮＯｘ流入量と、ＳＣＲ触媒４７の浄化効率とからモデルにより推定する。また、上記目標吸着量は、ＳＣＲ触媒温度が高い方が、ＳＣＲ触媒温度が低いときと比較して、小さくなるように設定される。さらに、上記目標吸着量は、ＳＣＲ触媒４７におけるアンモニアの吸着限界よりも小さい値に設定されている。
【００９５】
ＳＣＲ触媒４７の異常判定は、ＰＣＭ６０の異常判定部６３により、ＳＣＲ触媒４７でのＮＯｘの実際の浄化率に基づいて行われる。具体的には、まず、異常判定部６３は、ＳＣＲ触媒４７よりも上流側の通路におけるＮＯｘ量（以下、上流側ＮＯｘ量という）を第１ＮＯｘセンサ１１６の検出結果に基づいて算出し、ＳＣＲ触媒４７よりも下流側の通路におけるＮＯｘ量（以下、下流側ＮＯｘ量という）を第２ＮＯｘセンサ１１８の検出結果に基づいて算出して、以下の式１に基づいてＳＣＲ触媒４７の実際の浄化率を算出する。
【００９６】
浄化率＝１−（下流側ＮＯｘ量／上流側ＮＯｘ量）・・・（式１）
次に、異常判定部６３は、式１で算出される浄化率が所定浄化率以下であるときには、ＳＣＲ触媒４７に異常が発生している可能性ありとして、故障カウントを１つ加算する。そして、異常判定部６３は、故障カウントのカウント数が所定値以上になったときに、ＳＣＲ触媒４７に異常があると判定する。つまり、浄化率が所定浄化率以下であること及び故障カウントのカウント数が所定値以上になることが、異常判定部６３の異常判定条件に相当する。
【００９７】
また、異常判定部６３は、ＳＣＲ触媒４７に異常があると判定したときには、車両の乗員にＳＣＲ触媒４７に異常がある旨の警告を行う。この警告は、例えば、車両の乗員が視認可能な位置に設けられたランプを点灯させる等により行われる。
【００９８】
上記の異常判定を正確に行うには、特に、第２ＮＯｘセンサ１１８の検出結果に基づく下流側ＮＯｘ量の算出を正確に行う必要がある。しかしながら、一般に、ＮＯｘセンサは、排気ガス中のＮＯｘだけでなく、排気ガス中のアンモニアでも出力値（検出値）が変化してしまうため、下流側ＮＯｘ量を正確に算出できずに、異常判定部６３が誤判定してしまうことがある。以下、ＮＯｘセンサによるＮＯｘの検出原理について図７を参照しながら説明する。
【００９９】
図７には、ＮＯｘの検出原理を模式的に示す。この図７では、第２ＮＯｘセンサ１１８を例示しているが、第１ＮＯｘセンサ１１６も同様の構成である。図７に示すように、第２ＮＯｘセンサ１１８は、排気通路４１に接続された第１キャビティ１１８ａと、該第１キャビティ１１８ａに接続された第２キャビティ１１８ｂとを有している。第２ＮＯｘセンサ１１８に流入した排気ガスは、まず、第１キャビティ１１８ａで、排気ガス中のＨＣやＣＯが酸化されて、ＮＯｘ以外の気体が取り除かれる。次に、第１キャビティ１１８ｂを通過したＮＯｘは、次の第２キャビティ１１８ｂで窒素に還元される。このとき、第２キャビティ１１８ｂ内では、ＮＯｘに由来する酸素が発生する。第２ＮＯｘセンサ１１８では、第２キャビティ１１８ｂで発生する、ＮＯｘに由来の酸素の濃度を検出することで、ＮＯｘの濃度を検出する。
【０１００】
ここで、第２ＮＯｘセンサ１１８に流入した排気ガス中に、アンモニアが混入していた場合には、該排気ガス中のアンモニアは、図７に示すように、第１キャビティ１１８ａ内で酸化されて、ＮＯｘとＨ２Ｏとに分解される。このアンモニア由来のＮＯｘは、図７に示すように、第２キャビティ１１８ｂで還元されて、窒素と酸素とに分解される。このため、第２ＮＯｘセンサ１１８は、アンモニア由来のＮＯｘも排気ガス中のＮＯｘとして検出してしまう。このことから、第２ＮＯｘセンサ１１８は、排気ガス中のＮＯｘ及びアンモニアに応じて出力値が変化してしまう。
【０１０１】
尚、第１ＮＯｘセンサ１１６も排気ガス中のアンモニアに応じて出力値が変化する。詳しくは後述するが、アンモニアはＤｅＮＯｘ制御によっても生じるため、第１ＮＯｘセンサ１１６もアンモニアをＮＯｘとして検出することがある。しかし、ＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニアの量を推定して、該推定値と第１ＮＯｘセンサ１１６の検出結果とに基づいて上流側ＮＯｘ量を算出することで、上流側ＮＯｘ量については精度良く算出することができる。
【０１０２】
基本的には、ＤＣＵ７０により、目標吸着量を適切な値に設定することで、排気通路４１におけるＳＣＲ触媒４７よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量（以下、アンモニアのスリップ量という）をある程度抑えることができる。しかしながら、ＳＣＲ触媒４７内では、アンモニアの吸着反応と脱離反応とが常に発生しており、脱離反応が支配的になるような状況では、アンモニアがＳＣＲ触媒４７よりも下流側の通路へ排出されてしまう（アンモニアのスリップが発生してしまう）。このため、第２ＮＯｘセンサ１１８の検出結果から下流側ＮＯｘ量を正確に算出できなくなることがある。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、アンモニアのスリップ量を推定して、この推定スリップ量に基づいて、異常判定部６３による異常判定を制限するようにしている。以下、アンモニアのスリップ量の推定方法について詳細に説明する。
【０１０４】
ＳＣＲ触媒４７内でのアンモニアの吸着反応と脱離反応に基づくアンモニアのスリップ量は、主に、ＳＣＲ触媒４７内でのアンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とのバランスによって決まる。このため、本実施形態では、スリップ量推定部６２は、上記吸着反応速度及び上記脱離反応速度に基づいてアンモニアのスリップ量を推定する。上記吸着反応速度及び上記脱離反応速度は、以下の式２及び式３で示される。
【０１０５】
吸着反応速度
＝Ａａ×（１−θ）×ｅｘｐ（−Ｅａ／ＲＴ）×Ｃ１×Ｃ２・・・（式２）
脱離反応速度＝Ａｄ×ｅｘｐ（−Ｅｄ／ＲＴ）×吸着量・・・（式３）
式２において、Ａａは吸着反応の頻度係数、θはＳＣＲ触媒４７のアンモニアの被覆率、Ｅａは吸着反応に必要な活性化エネルギー、Ｒは気体常数、ＴはＳＣＲ触媒温度、Ｃ１は排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数、Ｃ２は排気ガス中の酸素濃度に基づく補正係数である。活性化エネルギーＥａは、実験やシミュレーションにより求められる定数である。被覆率θはＳＣＲ触媒４７の現在のアンモニア吸着量を当該ＳＣＲ触媒４７におけるアンモニアの吸着限界で割った値であり、０以上１以下の値を取り得る変数である。一方で、式３において、Ａｄは脱離反応の頻度係数、Ｅｄは脱離反応に必要な活性化エネルギー、Ｒは気体常数、ＴはＳＣＲ触媒温度である。活性化エネルギーＥｄは、実験やシミュレーションにより求められる定数である。吸着量は、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量である。
【０１０６】
補正係数Ｃ１は、最終的なアンモニアのスリップ量には影響するものの、ＳＣＲ触媒４７のアンモニアの被覆率、すなわち、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量ほど、吸着反応速度に影響を与えない。したがって、吸着反応速度及び脱離反応速度は、主に、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量とＳＣＲ触媒温度とに依存する。
【０１０７】
よって、吸着反応速度と脱離反応速度とに基づいてアンモニアのスリップ量を推定するには、ＳＣＲ触媒４７の状態、特に、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量とＳＣＲ触媒温度とを考慮する必要がある。そこで、本実施形態では、アンモニア吸着量推定部６１によりＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量を推定し、触媒温度センサ１１７によりＳＣＲ触媒温度を検出し、アンモニア吸着量推定部６１で推定された推定アンモニア吸着量と触媒温度センサ１１７により検出されたＳＣＲ触媒温度とに基づいて、吸着反応速度推定部６５及び脱離反応速度推定部６６により、吸着反応速度及び脱離反応速度をそれぞれ推定する。そして、吸着反応速度推定部６５により推定された推定吸着反応速度と脱離反応速度推定部６６により推定された推定脱離反応速度とに基づいて、スリップ量推定部６２により排気通路４１のＳＣＲ触媒４７よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するようにしている。
【０１０８】
ここで、図８に示すように、実際に選択還元型ＮＯｘ触媒にアンモニアが流入した場合には、その一部がＳＣＴ触媒４７の排気上流側の部分（以下、上流側部分という）に吸着され、残部が選択還元型ＮＯｘ触媒の排気下流側の部分（以下、下流側部分という）に流入する。また、下流側部分には、上流側部分から脱離したアンモニアも流入する。つまり、アンモニアの上記残部の量と上流側部分から脱離したアンモニアの量との合計値が、上流側部分から下流側部分へのアンモニアのスリップ量（以下、内部スリップ量という）になる。そして、下流側部分へスリップしたアンモニアのうち下流側部分に吸着できなかった分のアンモニアの量と、下流側部分から脱離したアンモニアの量との合計値が、実際のＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップ量になる。このため、アンモニアのスリップ量の推定精度を向上させるには、アンモニアの内部スリップ量を推定して、該推定内部スリップ量に基づいて、ＳＣＲ触媒４７外へのアンモニアのスリップ量を推定することが好ましい。
【０１０９】
そこで、本実施形態では、まず、ＳＣＲ触媒４７を排気ガスの流れ方向に並ぶように仮想的に分割して、ｎ個（ｎは２以上の整数）の仮想領域Ｓを設定する。具体的には、図９に示すように、排気ガスの流れ方向に対して等間隔に並列するように、ｎ個の短冊状の仮想領域Ｓを設定する。次に、スリップ量推定部６２は、ｎ個の仮想領域Ｓを排気上流側から順に１番〜ｎ番として、ｎ個の仮想領域のうちｉ番目（ｉは１からｎ−１までの整数）の仮想領域Ｓｉから、（ｉ＋１）番目の仮想領域Ｓｉ＋１へのアンモニアの内部スリップ量を推定する。
【０１１０】
スリップ量推定部６２は、ｉ番目の仮想領域Ｓｉにおける内部スリップ量を推定するときには、１つ上流側の仮想領域Ｓｉ−１からの内部スリップ量を考慮する。すなわち、スリップ量推定部６２は、１つ上流側の仮想領域Ｓｉ−１からの内部スリップ量に、ｉ番目の仮想領域Ｓｉから脱離したアンモニア量を加え、さらにｉ番目の仮想領域Ｓｉに吸着したアンモニア量を差し引いた値を、ｉ番目の仮想領域Ｓｉにおける内部スリップ量として推定する。
【０１１１】
スリップ量推定部６２は、上記内部スリップ量の推定を、最も排気上流側に位置する１番目の仮想領域Ｓ１から順に、ｎ−１番目の仮想領域Ｓｎ−１からｎ番目の仮想領域Ｓｎへのアンモニアの内部スリップ量を推定するまで繰り返す。その後、該ｎ番目の仮想領域Ｓｎから排気通路４１へのアンモニアのスリップ量を推定する。そして、スリップ量推定部６２は、当該ｎ番目の仮想領域Ｓｎから排気通路４１へのアンモニアのスリップ量を、ＳＣＲ触媒４７のアンモニアのスリップ量として推定する。
【０１１２】
これにより、実際のＳＣＲ触媒４７内での吸着反応及び脱離反応が反映されるため、アンモニアのスリップ量の推定精度をより向上させることができる。尚、仮想領域Ｓの数（ｎの数）は、多いほど推定精度が高くなる。しかし、あまり多いとスリップ量推定部６２への負荷が多くなるため、仮想領域Ｓの数は１０〜１５個程度にすることが好ましい。
【０１１３】
ここで、実際のＳＣＲ触媒４７内では、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量が０付近であるか又は吸着限界付近であるような場合を除いて、アンモニア吸着量は均一な分布にはなっていない。つまり、アンモニア吸着量は仮想領域Ｓ毎に異なり、それに伴って、吸着反応速度及び脱離反応速度も仮想領域Ｓ毎に異なる。このため、ＳＣＲ触媒４７内でのアンモニアの内部スリップ量を正確に推定するには、各仮想領域Ｓにおけるアンモニア吸着量をそれぞれ推定し、仮想領域Ｓ毎の推定アンモニア吸着量に基づいて、各仮想領域Ｓにおける吸着反応速度及び脱離反応速度をそれぞれ推定することが好ましい。
【０１１４】
そこで、本実施形態では、アンモニア吸着量推定部６１は、ｎ個の仮想領域Ｓ毎にアンモニア吸着量を推定する。吸着反応速度推定部６５は、ｎ個の仮想領域Ｓ毎の推定アンモニア吸着量に基づいて、ｎ個の仮想領域Ｓ毎に吸着反応速度を推定し、脱離反応速度推定部６６は、ｎ個の仮想領域Ｓ毎の推定アンモニア吸着量に基づいて、ｎ個の仮想領域Ｓ毎に脱離反応速度を推定する。そして、スリップ量推定部６２は、各仮想領域Ｓにおける推定吸着反応速度及び推定脱離反応速度に基づいて、ｉ番目の仮想領域Ｓｉから（ｉ＋１）番目の仮想領域Ｓｉ＋１へのアンモニアのスリップ量をそれぞれ推定する。
【０１１５】
アンモニア吸着量推定部６１は、尿素インジェクタ５１による尿素噴射量と、ＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニア量と、各仮想領域ＳへのＮＯｘ流入量と、各仮想領域の浄化効率とに基づいて、各仮想領域Ｓのアンモニア吸着量を推定する。具体的には、アンモニア吸着量推定部６１は、まず、尿素噴射量及びＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニア量に基づいて、１番目の仮想領域Ｓ１に流入したアンモニア量を算出する。ＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニアは、ＮＯｘ触媒４５の吸蔵ＮＯｘを還元したときに、ＮＯｘ触媒４５から排気ガス中に排出されるアンモニアであって、ＮＯｘ触媒４５の吸蔵ＮＯｘとポスト噴射によって供給されるＨＣとの反応によって生じる。このため、ＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニアは、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量とポスト噴射量とから推定することができる。
【０１１６】
次に、アンモニア吸着量推定部６１は、１番目の仮想領域Ｓ１に流入したアンモニアのうち、当該１番目の仮想領域Ｓ１に吸着したアンモニアの量を推定する。ここでは、アンモニア吸着量推定部６１は、ＳＣＲ触媒４７全体のアンモニアの吸着限界量を領域数ｎで割った数が、各仮想領域Ｓの吸着限界であるとして、１番目の仮想領域Ｓ１に吸着したアンモニアの量を推定する。つまり、１番目の仮想領域Ｓ１に流入したアンモニア量が、当該１番目の仮想領域Ｓ１の吸着限界よりも多いときには、当該１番目の仮想領域Ｓ１には、吸着限界までアンモニアが吸着し、残りは下流側の仮想領域Ｓに吸着したと推定する一方、１番目の仮想領域Ｓ１に流入したアンモニア量が、当該１番目の仮想領域Ｓ１の吸着限界よりも少ないときには、当該１番目の仮想領域Ｓ１には、流入したアンモニアの全てが吸着したと推定する。
【０１１７】
２番目の仮想領域Ｓ２以降の仮想領域Ｓについても同様にして、仮想領域Ｓに吸着したアンモニア量を推定する。２番目の仮想領域Ｓ２以降の仮想領域Ｓへ流入するアンモニア量は、自身よりも上流側の仮想領域Ｓ（例えば、３番目の仮想領域Ｓ３なら、１番目及び２番目の仮想領域Ｓ１，Ｓ２）に吸着したアンモニア量を差し引いて算出する。
【０１１８】
次に、アンモニア吸着量推定部６１は、各仮想領域ＳへのＮＯｘ流入量と各仮想領域Ｓの浄化効率とに基づいて、各仮想領域Ｓで消費されたアンモニア量を算出する。１番目の仮想領域Ｓ１へのＮＯｘ流入量は、第１ＮＯｘセンサ１１６の検出結果とＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニアの推定値とに基づいて算出する。２番目の仮想領域Ｓ２以降の仮想領域へのＮＯｘ流入量は、１番目の仮想領域Ｓ１へのＮＯｘ流入量から、自身よりも上流側の仮想領域Ｓで還元された分のＮＯｘ量を差し引いて算出する。ＳＣＲ触媒４７の浄化効率は、ＳＣＲ触媒温度や排気ガスの流量等に基づいて予め算出された理論値を、ＰＣＭ６０に格納されたマップを読み込むことで求める。
【０１１９】
そして、アンモニア吸着量推定部６１は、各仮想領域Ｓに吸着したアンモニア量の積算値とＳＣＲ触媒４７から消費されたアンモニア量の積算値との差から、各仮想領域Ｓの現在のアンモニア吸着量を推定する。尚、ＤｅＮＯｘ制御が実行されていないときには、アンモニア吸着量推定部６１は、１番目の仮想領域Ｓ１に流入するアンモニア量を算出する際に、ＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニア量を考慮しない。
【０１２０】
また、本実施形態では、脱離反応速度推定部６５は、ＳＣＲ触媒温度の変化量に対する推定脱離反応速度の変化率が、ＳＣＲ触媒温度の変化量に対する推定吸着反応速度の変化率よりも大きくなるように、各仮想領域Ｓの脱離反応速度を推定する。特に、ＳＣＲ触媒４７を利用可能な温度範囲において、脱離反応速度推定部６５は、ＳＣＲ触媒温度の増加量に対する推定脱離反応速度の変化率が、ＳＣＲ触媒温度の増加量に対する推定吸着反応速度の変化率よりも大きくなるように、各仮想領域Ｓの脱離反応速度を推定する。すなわち、ＳＣＲ触媒４７へのアンモニアの吸着反応は、該ＳＣＲ触媒４７の酸点にアンモニアが吸着するだけの反応である一方、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアの脱離反応は、吸着したアンモニアを該ＳＣＲ触媒４７の酸点から切り離す反応である。このため、脱離反応の活性化エネルギーＥｄは、吸着反応の活性化エネルギーＥａと比べてかなり大きい。つまり、吸着反応速度はＳＣＲ触媒温度に影響されにくい一方で、脱離反応速度はＳＣＲ触媒温度に影響されやすい。よって、上記のように構成することにより、脱離反応の活性化エネルギーＥｄと、吸着反応の活性化エネルギーＥａとの大きさの違いが反映され、脱離反応速度及び吸着反応速度の推定精度が向上する。この結果、アンモニアのスリップ量の推定精度をより一層向上させることができる。
【０１２１】
尚、実際のＳＣＲ触媒４７では、ＳＣＲ触媒温度も分布を有していることがある。本実施形態のＳＣＲ触媒４７のように、排気ガスによって暖機されるものでは、ＳＣＲ触媒４７の上流側部分には、高温の排気ガスが接触する一方で、ＳＣＲ触媒４７の下流側部分は、上記上流側部分に熱が吸収された後の排気ガスが接触する。このため、ｎ個の仮想領域Ｓを設定した場合には、基本的には、１番目の仮想領域Ｓ１が最も温度が高く、排気下流側に向かうほど温度が低くなって、ｎ番目の仮想領域Ｓｎが最も温度が低くなるような分布になる。そこで、触媒温度センサ１１７で検出されたＳＣＲ触媒温度に基づいて、１番目の仮想領域Ｓ１からｎ番目の仮想領域Ｓｎに向かうにつれて温度が低下するような温度分布を仮定して、該温度分布に基づいて、ｎ個の仮想領域Ｓ毎のＳＣＲ触媒温度を推定するようにしてもよい。そして、アンモニア吸着量推定部６１、吸着反応速度推定部６５及び脱離反応速度推定部６６は、ｎ個の仮想領域Ｓ毎に推定されたＳＣＲ触媒温度に基づいて、各仮想領域Ｓにおける、アンモニア吸着量、吸着反応速度及び脱離反応速度をそれぞれ推定するようにしてもよい。これにより、ＳＣＲ触媒４７のアンモニアのスリップ量の推定精度をさらに向上させることができる。
【０１２２】
ここで、ＳＣＲ触媒４７の吸着反応速度は、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量及びＳＣＲ触媒温度以外にも、僅かながら影響を受ける。例えば、上記式２に記載の補正係数Ｃ１，Ｃ２のように、吸着反応速度は、排気ガス中のアンモニア濃度や酸素濃度の影響を受ける。本実施形態では、このような吸着反応速度に影響を与える因子を考慮するために、スリップ量推定部６２は、吸着反応速度及び脱離反応速度に基づいて推定された仮のスリップ量（内部スリップ量を含む）に対して、複数の補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’を乗じて、最終的なスリップ量（内部スリップ量を含む）とするようにしている。
【０１２３】
本実施形態では、吸着反応速度に影響する因子として、排気ガス中のアンモニア濃度、排気ガス中の酸素濃度、排気ガスの流量、ＳＣＲ触媒４７の酸点の数及びＳＣＲ触媒４７のＨＣ被毒量を考慮するようにしている。以下、これらが吸着反応速度に与える影響について詳細に説明する。
【０１２４】
排気ガス中のアンモニア濃度は、式２における補正係数Ｃ１に影響を与える。詳しくは、アンモニア濃度が高いほど吸着反応が進み易くなる。このため、基本的には、排気ガス中のアンモニア濃度が高いほど補正係数Ｃ１が大きくなり、吸着反応速度が大きくなって、スリップ量が少なくなる。そこで、本実施形態では、エンジンシステム２００が取り得る最大のアンモニア濃度と０との中間のアンモニア濃度における補正係数Ｃ１’を１として、アンモニア濃度が上記中間のアンモニア濃度よりも高いときには、補正係数Ｃ１’を１よりも小さくする一方、アンモニア濃度が上記中間のアンモニア濃度よりも低いときには、補正係数を１よりも小さくする。
【０１２５】
１番目の仮想領域Ｓ１に流入する排気ガス中のアンモニア濃度については、排気ガスの流量と、尿素インジェクタ５１による尿素噴射量と、ＤｅＮＯｘ制御によって生じるアンモニア量とから推定する。２番目の仮想領域Ｓ２以降の仮想領域Ｓに流入する排気ガス中のアンモニア濃度は、排気ガスの流量と１つ前の仮想領域Ｓの内部スリップ量とから推定する。
【０１２６】
排気ガス中の酸素濃度は、式２における補正係数Ｃ２に影響を与える。詳しくは、酸素濃度が高いときには吸着反応が進み易くなる。つまり、排気ガス中の酸素濃度が高いほど補正係数Ｃ２が大きくなり、吸着反応速度が大きくなって、スリップ量が小さくなる。そこで、本実施形態では、大気中の酸素濃度（約２３重量％）のときの補正係数Ｃ２’を１として、排気ガス中の酸素濃度が小さくなるにつれて補正係数Ｃ２’が１よりも大きくなるようにする。尚、排気ガス中の酸素濃度は、例えば、Ｏ２センサ１１１の検出結果を用いることができる。また、排気ガスの酸素濃度に基づく補正係数Ｃ２’は、仮想領域Ｓ毎に変化させず、全仮想領域Ｓで同じ値としている。
【０１２７】
排気ガスの流量は、式２における頻度係数Ａａに影響を与える。詳しくは、排気ガスの流量が多いと、排気ガスの流速が早くなって、ＳＣＲ触媒４７を構成するゼオライトとの接触頻度が減少するため、頻度係数Ａａが小さくなる。このため、排気ガスの流量が高いほど頻度係数Ａａが小さくなり、吸着反応速度が小さくなって、スリップ量が多くなる。そこで、本実施形態では、エンジンシステム２００が取り得る最大の流量（例えば、高負荷高回転時の排気ガスの流量）と０との中間の流量における補正係数Ｃ３’を１として、排気ガスの流量が上記中間の流量よりも高いときには、補正係数Ｃ３’を１よりも小さくする一方、排気ガスの流量が上記中間の流量よりも低いときには、補正係数Ｃ３’を１よりも小さくする。尚、排気ガスの流量に基づく補正係数Ｃ３’は、仮想領域Ｓ毎に変化させず、全仮想領域Ｓで同じ値としている。
【０１２８】
ＳＣＲ触媒４７の酸点の数は、式２における被覆率θに影響を与える。詳しくは、酸点の数が減少すると、ＳＣＲ触媒４７におけるアンモニアの吸着限界（各仮想領域Ｓにおけるアンモニアの吸着限界）が減少するため、被覆率θが大きくなりやすい。このため、ＳＣＲ触媒４７の酸点の数が少なくなるほど被覆率θが大きくなり、吸着反応速度が小さくなる。ＳＣＲ触媒４７の酸点の数が減少すれば、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量も減少して、脱離反応速度は小さくなることがある。しかし、ＳＣＲ触媒４７に流入した排気ガス中のアンモニアはＳＣＲ触媒４７に吸着しにくくなるため、結果としてスリップ量は多くなる。ＳＣＲ触媒４７の酸点の数は、ＳＣＲ触媒４７を構成するゼオライトの特性により予め決まっているが、ＳＣＲ触媒４７に熱的な負荷がかかると減少することが一般に知られている。そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４７の酸点の数が最大のとき、すなわち、ＳＣＲ触媒４７が新品の状態のときの補正係数Ｃ４’を１として、ＳＣＲ触媒４７にかかった熱負荷が大きくなるにつれて補正係数Ｃ４’が１よりも大きくなるようにする。ＳＣＲ触媒４７にかかった熱負荷は、ＳＣＲ触媒４７に加えられた熱エネルギーの積算値により推定される。この熱エネルギーは、ＳＣＲ触媒温度と該ＳＣＲ触媒温度が維持された時間との積で代用することが可能である。尚、ＳＣＲ触媒４７の酸点の数に基づく補正係数Ｃ４は、仮想領域Ｓ毎に変化させず、全仮想領域Ｓで同じ値としている。
【０１２９】
ＳＣＲ触媒４７のＨＣ被毒量は、式２における被覆率θに影響を与える。ＨＣ被毒とは、アンモニアが吸着すべきＳＣＲ触媒４７の酸点にＨＣが吸着してしまうことである。つまり、ＨＣの被毒量が大きくなると、ＳＣＲ触媒４７におけるアンモニアの吸着限界（各仮想領域Ｓにおけるアンモニアの吸着限界）が減少するため、被覆率θが大きくなりやすい。このため、ＳＣＲ触媒４７のＨＣ被毒量が大きくなるほど被覆率θが大きくなり、吸着反応速度が小さくなって、スリップ量が多くなる。ＨＣ量が多いときには吸着反応が進みにくくなる。これは、ＨＣがＳＣＲ触媒４７の酸点に吸着してしまい（つまり、ＨＣによる被毒が起こってしまい）アンモニアが吸着できる酸点の数が減少してしまうためである。つまり、排気ガス中のＨＣ量が多いほど、吸着反応速度が小さくなって、スリップ量が多くなる。そこで、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４７のＨＣ被毒量が０のときの補正係数Ｃ５’を１として、ＳＣＲ触媒４７のＨＣ被毒量が多くなるにつれて補正係数Ｃ５’が１よりも大きくなるようにする。
【０１３０】
ＳＣＲ触媒４７のＨＣ被毒量については仮想領域Ｓ毎に異なる。各仮想領域ＳにおけるＨＣ被毒量は、エンジンＥの回転数と負荷とに基づいて推定された、ＳＣＲ触媒４７に流入するＨＣ量と実験等により設定したＨＣの吸着モデルとにより推定する。
【０１３１】
本実施形態では、ＰＣＭ６０には、各補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’を設定するためのマップが補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’毎に格納されている。ＰＣＭ６０は、検出又は推定したパラメータ（排気ガス中のアンモニア濃度など）を上記マップに当てはめて、仮想領域Ｓ毎に各補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’を設定する。これらの補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’はスリップ量推定部６２が設定してもよいし、ＰＣＭ６０が補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’を設定するための別のプロセッサを備えていてもよい。
【０１３２】
次に、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップ量を推定する際のＰＣＭ６０の処理動作を、図１０を参照しながら説明する。尚、各仮想領域Ｓのアンモニア吸着量は、アンモニア吸着量推定部６１により推定され、各仮想領域Ｓのアンモニアの内部スリップ量及び最終的なＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップ量は、スリップ量推定部６２により推定され、各仮想領域Ｓの吸着反応速度は、吸着反応速度推定部６５により推定され、各仮想領域Ｓの脱離反応速度は、脱離反応速度推定部６６により推定される。
【０１３３】
まず、ステップＳ３０１において、ＰＣＭ６０は、各種センサ１００〜１１９，１５０，１５１からの情報を読み込む。このステップＳ３０１では、特に、触媒温度センサ１１７によりＳＣＲ触媒温度を検出する。
【０１３４】
次のステップＳ３０２では、ＰＣＭ６０は、ＤｅＮＯｘ制御中であるか否かを判定する。このステップＳ３０２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０３に進む一方で、このステップＳ３０２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３０４に進む。
【０１３５】
次のステップＳ３０３では、ＰＣＭ６０は、ＤｅＮＯｘ制御により発生するアンモニア量を推定する。
【０１３６】
次のステップＳ３０４では、ＳＣＲ触媒４７を排気ガスの流れ方向に対して、ｎ個の仮想領域Ｓに仮想的に分割する。
【０１３７】
続く、ステップＳ３０５では、ＰＣＭ６０は、ｉ番目の仮想領域Ｓｉ（最初は１番目の仮想領域Ｓ１）のアンモニア吸着量を推定する。
【０１３８】
次いで、ステップＳ３０６では、ＰＣＭ６０は、ｉ番目の仮想領域Ｓｉ（最初は１番目の仮想領域Ｓ１）における吸着反応速度及び脱離反応速度を推定する。
【０１３９】
次に、ステップＳ３０７では、ＰＣＭ６０は、ｉ番目の仮想領域Ｓｉ（最初は１番目の仮想領域Ｓ１）における各補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’をそれぞれ設定する。
【０１４０】
次いで、ステップＳ３０８では、ＰＣＭ６０は、上記ステップＳ３０６で推定した推定吸着反応速度と推定脱離反応速度とに基づいて推定された、ｉ番目の仮想領域Ｓｉ（最初は１番目の仮想領域Ｓ１）からｉ＋１番目の仮想領域Ｓｉ＋１へのアンモニアの内部スリップ量に対して、各補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’を乗じて、最終的な内部スリップ量を推定する。
【０１４１】
続く、ステップＳ３０９では、ｉがｎ−１であるか、すなわち、ｎ−１番目の仮想領域Ｓｎ−１からｎ番目の仮想領域Ｓｎへのアンモニアの内部スリップ量が推定されたか否かを判定する。このステップＳ３０９の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３１１に進む一方、上記ステップＳ３０９の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３１０に進む。
【０１４２】
上記ステップＳ３１０では、ｉに１を加算して、上記ステップＳ３０５に戻る。これにより、１番目の仮想領域Ｓ１から順に、ｎ−１番目の仮想領域Ｓｎ−１からｎ番目の仮想領域Ｓｎへの内部スリップ量が算出されるまで、内部スリップ量の推定が繰り返される。
【０１４３】
一方で、上記ステップＳ３１１では、ｎ番目の仮想領域Ｓｎのアンモニア吸着量を推定し、次のステップＳ３１２において、ｎ番目の仮想領域Ｓｎの吸着反応速度及び脱離反応速度を推定する。
【０１４４】
次いで、ステップＳ３１３では、ＰＣＭ６０は、ｎ番目の仮想領域Ｓｎにおける各補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’をそれぞれ設定する。
【０１４５】
そして、ステップＳ３１４において、ｎ番目の仮想領域Ｓｎから排気通路４１へのアンモニアのスリップ量を推定する。このステップＳ３１３で排気通路４１に排出されたアンモニア量が、ＳＣＲ触媒４７のアンモニアのスリップ量に相当する。上記ステップＳ３１４の後はリターンする。
【０１４６】
以上のようにしてスリップ量推定部６２で、アンモニアのスリップ量を推定することで、アンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とに影響するパラメータが考慮されるため、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップ量の推定精度を向上させることができる。
【０１４７】
スリップ量推定部６２で推定された、アンモニアの推定スリップ量は、ＰＣＭ６０の異常判定制限部６４に入力される。異常判定制限部６４は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量以上、詳しくは、異常判定部６３が誤判定をしてしまう程度に第２ＮＯｘセンサ１１８によるＮＯｘの濃度の検出に影響するような量以上であるときには、異常判定部６３によるＳＣＲ触媒４７の異常判定を制限する。具体的には、異常判定制限部６４は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量であるときには、異常判定部６３が上記式１で算出した浄化率が所定浄化率以下であったとしても、異常判定を中止して、異常判定部６３に故障カウントをさせないようにする。これにより、異常判定部６３は、ＳＣＲ触媒４７をスリップしたアンモニアによって、ＳＣＲ触媒４７の浄化率が所定浄化率以下であると判定されたとしても、ＳＣＲ触媒４７の故障とは判定しないようにすることができる。これにより、異常判定部６３は、下流側ＮＯｘ量を正確に算出できる状況でＳＣＲ触媒４７の故障を判定できるようになるため、異常判定部６３の誤判定を抑制することができる。
【０１４８】
次に、ＳＣＲ触媒４７の異常判定を実行する際のＰＣＭ６０の処理動作について、図１１を参照して説明する。以下に説明する処理動作では、ＳＣＲ触媒４７の異常判定に関する制御はＰＣＭ６０の異常判定部６３により実行され、該異常判定の制限に関する制御においては、異常判定制限部６４により実行されている。このフローチャートに基づく異常判定は、ＳＣＲ触媒４７が使用可能な間（ＳＣＲ触媒温度が第１所定温度以上である間）は所定時間毎に実行される。
【０１４９】
まず、ステップＳ４０１において、ＰＣＭ６０は、各種センサ１００〜１１９，１５０，１５１からの情報を読み込み、次のステップＳ４０２で、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘの浄化率を算出する。
【０１５０】
次のステップＳ４０３では、ＰＣＭ６０は、上記ステップＳ４０２で算出したＳＣＲ触媒４７のＮＯｘの浄化率が所定浄化率未満であるか否かを判定する。このステップＳ４０３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４０４に進む一方で、このステップＳ４０３の判定がＮＯであるときには、ＳＣＲ触媒４７は正常であると判定してリターンする。
【０１５１】
上記ステップＳ４０４では、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かを判定する。上記ステップＳ４０４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４０５に進む一方、上記ステップＳ４０４の判定がＮＯであるときには、ステップＳ４０９に進む。尚、このアンモニアの推定スリップ量は、図９に示すフローチャートに基づいて推定される。
【０１５２】
上記ステップＳ４０５では、ＰＣＭ６０は、故障カウントを１つ加算し、次のステップＳ４０６において、ＰＣＭ６０は、故障カウントのカウント数が所定値以上になったか否かを判定する。上記ステップＳ４０６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４０７に進む一方、上記ステップＳ４０６の判定がＮＯであるときには、未だ判定期にあるとしてリターンする。
【０１５３】
上記ステップＳ４０７では、ＳＣＲ触媒４７に異常があると判定して、次のステップＳ４０８において、車両の乗員に警告する。ステップＳ４０８の後はリターンする。
【０１５４】
一方で、上記ステップＳ４０４の判定がＮＯであるときに進むステップＳ４０９では、ＰＣＭ６０は異常判定を中止し、その後リターンする。
【０１５５】
ＰＣＭ６０による異常判定を実行する際の各パラメータ（推定スリップ量等）の変化を、図１２のタイムチャートにより説明する。図１２において、アンモニア吸着量は、ＰＣＭ６０のアンモニア吸着量推定部６１で推定される値であり、アンモニアのスリップ量は、ＰＣＭ６０のスリップ量推定部６２で推定される値である。ここでは、アンモニアの吸着量は、ＳＣＲ触媒４７全体のアンモニア吸着量であり、各仮想領域Ｓにおけるアンモニア吸着量の積分値に想到する。アンモニアのスリップ量は、ｎ番目の仮想領域Ｓｎから排気通路４１へのアンモニアのスリップ量に相当する。また、図１２において、ＮＯｘセンサの出力値は、破線が第１ＮＯｘセンサ１１６の出力値であり、実線が第２ＮＯｘセンサ１１８の出力値である。
【０１５６】
まず、初期状態では、ＰＣＭ６０は通常の燃料噴射制御を実行しており、ＳＣＲ触媒４７は未活性状態であるとする。この初期状態から、ＤｅＮＯｘ制御を実行したとすると、該ＤｅＮＯｘ制御に伴いアンモニアが発生するため、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量が多くなる。その後、ＳＣＲ触媒温度が第１所定温度未満、すなわち、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘの浄化が行われない状態で、ＤｅＮＯｘ制御が実行されると、ＳＣＲ触媒４７からはアンモニアが消費されずに、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量が増加する。
【０１５７】
ＳＣＲ触媒温度が第１所定温度以上になると、ＳＣＲ触媒４７によりＮＯｘの浄化が開始されるため、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量が減少し始める。これと同時に、ＳＣＲ触媒４７の異常診断が開始される。また、ＮＯｘがＮＯｘ触媒４５よりも下流側に流れるため、第１ＮＯｘセンサ１１６の出力値が上昇する。
【０１５８】
ＳＣＲ触媒４７の温度が高くなると、アンモニアのスリップが発生する。これにより、第２ＮＯｘセンサ１１８の出力値が上昇する。そして、アンモニアのスリップが所定スリップ量以上になったときには、ＰＣＭ６０は、ＳＣＲ触媒４７の異常判定を中止する。これにより、図１２に示すように、第２ＮＯｘセンサ１１８の出力値が第１ＮＯｘセンサ１１６の出力値を超えるような状態で上記異常判定が実行されるのを防止することができる。尚、ＰＣＭ６０は、アンモニアのスリップが所定スリップ量未満になったときには、ＳＣＲ触媒４７の異常判定を再開する。
【０１５９】
また、図１２に示すように、ＰＣＭ６０は、アンモニアのスリップが発生したときには、アンモニアのスリップがない場合よりも、アンモニアの吸着量を少なく推定する。アンモニアのスリップが発生しているときには、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアの脱離反応が支配的であるから、アンモニアのスリップがない場合よりもＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量が少ないとみなせるためである。これにより、ＳＣＲ触媒４７のアンモニア吸着量の推定精度が向上され、延いては、アンモニアのスリップ量の推定精度が向上される。
【０１６０】
したがって、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４７におけるアンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とを考慮して、ＳＣＲ触媒４７のアンモニアのスリップ量を推定するため、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップ量の推定精度を向上させることができる。
【０１６１】
ここに開示された技術は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【０１６２】
例えば、上述の実施形態では、仮想領域Ｓ毎に、アンモニア吸着量、吸着反応速度及び脱離反応速度を推定するようにしていたが、これに限らず、全仮想領域Ｓで、アンモニア吸着量、吸着反応速度及び脱離反応速度のそれぞれが同じ値であると推定してもよい。この場合、アンモニア吸着量推定部６１は、ＳＣＲ触媒４７全体のアンモニア吸着量を推定して、吸着反応速度推定部６５及び脱離反応速度推定部６６は、該全体の推定アンモニア吸着量に基づいて吸着反応速度及び脱離反応速度を推定する。そして、スリップ量推定部６２は、各仮想領域Ｓの吸着反応速度及び脱離反応速度が、それぞれ、上記全体の推定アンモニア吸着量に基づいて推定された吸着反応速度及び脱離反応速度であるとして、各仮想領域Ｓにおける内部スリップ量を推定する。
【０１６３】
また、上述の実施形態では、ＳＣＲ触媒４７の状態を表すパラメータとして、ＳＣＲ触媒４７の推定アンモニア吸着量とＳＣＲ触媒温度とを採用して、これらのパラメータに基づいて、吸着反応速度及び脱離反応速度を推定するようにしていたが、これに限らず、エンジン回転数とエンジン負荷とからＳＣＲ触媒４７の状態を検知するようにしてもよい。この場合、例えば、エンジン回転数とエンジン負荷とに対応したマップであって、ＳＣＲ触媒４７におけるアンモニアのスリップのし易さを示すアンモニアスリップ特性値を求めるためのマップを予めＰＣＭ６０に格納しておく。そして、エンジン回転数の検出値と、エンジン負荷の検出値と、上記マップとから運転状態に対応したアンモニアスリップ特性値を算出し、このアンモニアスリップ特性値に基づいて、吸着反応速度と脱離反応速度とを推定する。
【０１６４】
さらに、上述の実施形態では、ＳＣＲ触媒４７を排気ガスの流れ方向に対して仮想的に分割して内部スリップ量を推定するようにしていたが、これに限らず、ＳＣＲ触媒４７の吸着反応速度及び脱離反応速度に基づいて、ＳＣＲ触媒４７のアンモニアのスリップ量を推定するのであれば、上記のように、ＳＣＲ触媒４７を仮想的に分割したモデルを設定しなくてもよい。
【０１６５】
また、上述の実施形態では、推定吸着反応速度及び推定脱離反応速度に基づいて推定された仮のスリップ量に対して、補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’を乗じて、最終的なスリップ量としていたが、これに限らず、補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’以外の補正係数を更に考慮してもよいし、補正係数Ｃ１’〜Ｃ５’の中の一部（アンモニアの濃度に基づく補正係数Ｃ１’等）のみを考慮するようにしてもよい。
【０１６６】
さらに、上述の実施形態では、尿素インジェクタ５１によりアンモニアの前駆体である尿素を供給するようにしていたが、アンモニアを直接供給するような構成にしてもよい。
【０１６７】
また、上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップ量の推定を、ＳＣＲ触媒４７の異常判定に利用する場合について説明したが、例えば、尿素インジェクタ５１による尿素噴射量の算出やスリップ触媒４８の浄化率の判定などに利用してもよい。つまり、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアのスリップ量の推定は、ＳＣＲ触媒４７の異常判定以外のものにも利用可能である。
【０１６８】
さらに、上述の実施形態では、ＰＣＭ６０の異常判定において、ＳＣＲ触媒４７の浄化率が所定浄化率未満であるか否かの判定（ステップＳ４０３）をした後、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かの判定（ステップＳ４０４）をしていたが、これに限らず、ＳＣＲ触媒４７の浄化率の算出及び該浄化率に基づく判定の前に、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かの判定をしてもよい。この場合、ＰＣＭ６０の処理動作は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量以上であるときには、ＳＣＲ触媒４７の浄化率の算出や該浄化率に基づく判定もせずに、そのままリターンするような処理動作になる。
【０１６９】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
ここに開示された技術は、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、該選択還元型ＮＯｘ触媒に、還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを備えるエンジンの排気ガス状態を判定する際に有用である。
【符号の説明】
【０１７１】
４１  排気通路
４５  ＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
４７  ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）
５１  尿素インジェクタ（還元剤供給手段）
６０  ＰＣＭ
６１  アンモニア吸着量推定部（選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する手段、アンモニア吸着量推定手段）
６２  スリップ量推定部（スリップ量推定手段）
６３  異常判定部（異常判定手段）
６４  異常判定制限部（異常判定制限手段）
６５  吸着反応速度推定部（吸着反応速度推定手段）
６６  脱離反応速度推定部（脱離反応速度推定手段）
１１７  触媒温度センサ（選択還元型ＮＯｘ触媒の状態を検知する手段、触媒温度検出手段）
１１８  第２ＮＯｘセンサ（排気ガス中のＮＯｘ量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するＮＯｘセンサ）
Ｅ    エンジン
【図１】
2019167920.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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