(57)【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た酸化触媒と、
前記排気通路のうち前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯ２を検出するＮＯ２検出手段と、
前記ＮＯ２検出手段による検出値が、前記選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率に影響を与えるパラメータの変化によらず一定の値に設定されたＮＯ２過多判定閾値より大きい場合には、前記選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘに対するＮＯ２の比率に相当するＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させるＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行する制御手段と、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ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ装置をさらに備え、
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量を減少させることにより前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記酸化触媒に流入するＮＯ量に対し当該酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合をＮＯ２生成効率と定義し、
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、
前記内燃機関から排出されるＨＣ量及びＣＯ量が減少することによる前記ＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、
前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加することによる前記ＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ＮＯ２検出手段による検出値が前記ＮＯ２過多判定閾値以下である場合には、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることを特徴とする請求項２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】
前記制御手段は、
前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、
劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止するとともに、前記ＥＧＲ量を前記内燃機関の燃費が向上するように設定し、
劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記ＥＧＲ量に対する目標値の、所定の基準値からの補正値に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
前記制御手段は、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記酸化触媒の劣化度合いを判定し、
劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１１】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１２】
前記酸化触媒に流入するＮＯ量に対し当該酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合をＮＯ２生成効率と定義し、
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、
前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が減少することによる前記ＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、
排気の酸素濃度が低下しかつ前記内燃機関から排出されるＨＣ量及びＣＯ量が増加することによる前記ＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記ＮＯ２検出手段による検出値が前記ＮＯ２過多判定閾値以下である場合には、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１４】
前記制御手段は、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比を変更することを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１５】
前記制御手段は、
前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、
劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止するとともに、混合気の空燃比を前記内燃機関の燃費が向上するように設定し、
劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記混合気の空燃比に対する目標値の、所定の基準値からの補正値に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１７】
前記制御手段は、混合気の空燃比をリッチ側に変化させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１８】
前記制御手段は、混合気の空燃比をリーン側に変化させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１９】
前記制御手段は、
前記酸化触媒の劣化度合いを判定し、
劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、
劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２０】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２１】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることにより、前記酸化触媒の温度を低下させることを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２２】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを、前記内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣが、温度の低下に伴い酸化能力が低下した酸化触媒でも処理できる量以下になるように設定することを特徴とする請求項２１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２３】
前記制御手段は、前記ＮＯ２検出手段による検出値が前記ＮＯ２過多判定閾値以下である場合には、前記酸化触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項２０から２２の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２４】
前記酸化触媒の温度に対する領域の下限温度は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理において前記酸化触媒の温度をＮＯ酸化効率が最大となる温度から当該下限温度まで低下させたときに、前記選択還元触媒の温度が低下することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値へ向けて低減することによるＮＯｘ浄化率の向上効果の方が大きくなるように設定されることを特徴とする請求項２０から２３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２５】
前記制御手段は、
前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、
劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、
劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することを特徴とする請求項２１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２６】
前記制御手段は、前記酸化触媒の温度に対する目標値の、所定の基準値からの補正値に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項２５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２７】
前記制御手段は、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で低下させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項２５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２８】
前記制御手段は、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で上昇させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項２５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２９】
前記制御手段は、
前記酸化触媒の劣化度合いを判定し、
劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、
劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止することを特徴とする請求項２１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３０】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３１】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることにより、前記酸化触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項３０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３２】
前記制御手段は、前記ＮＯ２検出手段による検出値が前記ＮＯ２過多判定閾値以下である場合には、前記酸化触媒の温度を低下させることを特徴とする請求項３０又は３１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３３】
前記酸化触媒の温度に対する領域の上限温度は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理において前記酸化触媒の温度をＮＯ酸化効率が最大となる温度から当該上限温度まで上昇させたときに、前記選択還元触媒の温度が上昇することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値へ向けて低減することによるＮＯｘ浄化率の向上効果の方が大きくなるように設定されることを特徴とする請求項３０から３２の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３４】
前記制御手段は、
前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、
劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、
劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することを特徴とする請求項３１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３５】
前記制御手段は、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で上昇させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項３４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３６】
前記制御手段は、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で低下させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することを特徴とする請求項３４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３７】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記排気通路のうち前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯを検出するＮＯ検出手段と、
前記ＮＯ検出手段による検出値が、前記選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率に影響を与えるパラメータの変化によらず一定の値に設定されたＮＯ過多判定閾値より大きい場合には、前記選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘに対するＮＯ２の比率に相当するＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させるＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理を実行する制御手段と、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３８】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることを特徴とする請求項３７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３９】
前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ装置をさらに備え、
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量を増加させることにより前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることを特徴とする請求項３８に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４０】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更し、前記酸化触媒に流入する排気の酸素濃度を上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることを特徴とする請求項３７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４１】
前記制御手段は、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比を変更することを特徴とする請求項４０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４２】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることを特徴とする請求項３７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４３】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることにより、前記酸化触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項４２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４４】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることを特徴とする請求項３７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４５】
前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることにより、前記酸化触媒の温度を低下させることを特徴とする請求項４４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【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、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元する選択還元触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ）を備えた、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【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（ＮＨ３）などの還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を排気通路に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側からＮＨ３の前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなＮＨ３の化合物を加熱することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３を直接添加するシステムも提案されている。以下では、尿素添加式のシステムについて説明する。
【０００３】
選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、流入する排気中のＮＯｘを構成する一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）との割合によって変化することが知られている。より具体的には、流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比（ＮＯとＮＯ２を合わせたＮＯｘに対するＮＯ２のモル比）が０．５であるとき、すなわちＮＯとＮＯ２の比率が１：１であるときに最大となる。
【０００４】
特許文献１には、このような選択還元触媒の性能を最大限に生かすため、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５になるようにした排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置では、内燃機関の運転状態から、予め定められたマップを検索することでフィードフォワード的にＥＧＲ量や燃料噴射時期などを制御することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が常に０．５に維持されるようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３１９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、特許文献１の排気浄化装置では、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持し続けるために選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５に維持しているが、しかしながら、ＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値は、常に０．５であるというわけではない。
【０００７】
例えば、選択還元触媒にＨＣが付着していたり、あるいは選択還元触媒に新たに流入する排気にＨＣが含まれていたりすると、選択還元触媒上では、下記式（１）に示すような反応が発生し、排気中のＮＯ２は消費され、逆にＮＯが増加することとなる。
【数１】
0005351186.tif 000002
【０００８】
したがって、酸化触媒でのＨＣ浄化性能が高く理想的な状態である場合、選択還元触媒に流入するＨＣ量はごく僅かであるのでＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍にすることでＮＯｘ浄化率を最大化できるものの、酸化触媒の温度が低かったり劣化が進行したりすることでＨＣ浄化性能が低い状態である場合、上述のようなＨＣの存在から、ＮＯｘ浄化率を最大化するためには選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５より大きく（例えば、０．６５程度）する必要がある。
【０００９】
また、例えば選択還元触媒の上流側に、排気中のスートを捕集する排気浄化フィルタを設けた場合、下記式（２）に示すようなＣＲＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｔｒａｐ）反応が発生し、酸化触媒で生成したＮＯ２がＮＯに戻ってしまうこととなる。このため、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大化するＮＯ２−ＮＯｘ比は、実質的にはさらに不確定なものとなる。
【数２】
0005351186.tif 000003
【００１０】
以上のように、ＮＯｘ浄化率を最大化するためには、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を選択還元触媒に流入するＨＣ量や付着しているＨＣ量などに応じて可変制御する必要がある。しかしながら、このようなＨＣ量は、内燃機関の運転状態に加えて運転条件、運転履歴、及び酸化触媒や選択還元触媒の劣化状態によって異なるため、上記特許文献１の排気浄化装置のようなマップに基づくスケジュール制御のみでは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に制御し、ＮＯｘ浄化率が最大に維持し続けるのは困難であると考えられる。
【００１１】
また、特許文献１の排気浄化装置では、ＥＧＲ量や燃料噴射量を制御することにより、内燃機関直下の排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５にできるとされているが、これは実際には困難であると考えられる。すなわち、内燃機関直下の排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は０．１程度であり、かつ、ＥＧＲ量や燃料噴射量を制御したところでこれらが内燃機関直下の排気のＮＯ２−ＮＯｘ比に及ぼす影響は数％程度であるため、内燃機関直下の排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５程度にするのは、実際には困難であると考えられる。
【００１２】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持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】
【００１３】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１，１Ａ，１Ｂ）の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられた酸化触媒（例えば、後述の酸化触媒２１やＣＳＦ２２）と、前記排気通路のうち前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒（例えば、後述の選択還元触媒２３）と、を備えた内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２，２Ａ，２Ｂ）を提供する。前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯ２を検出するＮＯ２検出手段（例えば、後述のＮＯ２センサ４３）と、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）より大きい場合には、前記選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘに対するＮＯ２の比率に相当するＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させるＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理（例えば、後述の図７の時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５の処理、図２０の時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５の処理、図２５の時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５の処理）を実行する制御手段（例えば、後述のＥＣＵ３，３Ａ，３Ｂ）と、を備える。
【００１４】
本発明では、酸化触媒より下流側に選択還元触媒を設けたので、内燃機関から排出された排気中のＮＯを酸化触媒で酸化し、ＮＯ２を生成することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を、ＮＯｘ浄化率が最大となる最適値近傍に変化させることができる。
さらにこの選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯ２を検出するＮＯ２検出手段と、このＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きい場合には、選択還元触媒に流入する排気中のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させるＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行する制御手段と、を設けた。例えば、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値にある場合、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は最大となるため、その下流側にはＮＯ及びＮＯ２共にほとんど排出されないのに対し、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が上記最適値より大きくなりＮＯｘ浄化率が低下した場合、選択還元触媒に流入する排気はＮＯ２過多状態となり、その下流側にはＮＯ２が排出されることとなる。したがって本発明によれば、選択還元触媒に流入する排気がＮＯ２過多状態となりＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値より大きくなったことを、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなることとして検知し、これに応じてＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させるＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値と最適値より大きな所定値との間で振動するように制御することができる。以上のように、本発明によればＮＯ２検出手段による検出値に基づいてフィードバック的にＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値の近傍に制御することにより、内燃機関の運転状態、運転条件、運転履歴、及び酸化触媒や選択還元触媒の劣化状態などによらず、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持することができる。
【００１５】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることが好ましい。
【００１６】
本発明では、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなる場合、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値よりも大きくなる条件下において、内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させ、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減させる。これにより、内燃機関から排出されるＮＯｘ量は大きくなるものの、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持し、結果としてシステム外に排出されるＮＯｘ量を大幅に減少させることができる。なお、上述の特許文献１の排気浄化装置では、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させる場合、内燃機関から排出されるＮＯｘ量を低減させる制御を行うのに対し、上述のように本発明では逆に内燃機関から排出されるＮＯｘ量を増加させ、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値の近傍に維持する点で、本発明と特許文献１の発明とでは異なる。
【００１７】
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）に還流するＥＧＲ装置（例えば、後述の高圧ＥＧＲ装置２６）をさらに備え、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量を減少させることにより前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることが好ましい。
【００１８】
本発明によれば、ＥＧＲ量を減少させることで内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることにより、ＮＯ量を増加させるための新たなハードウェアを追加したり、複雑な燃焼制御を行ったりすることなく、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値近傍に維持することができる。
【００１９】
この場合、前記酸化触媒に流入するＮＯ量に対し当該酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合をＮＯ２生成効率と定義し、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関から排出されるＨＣ量及びＣＯ量が減少することによる前記ＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加することによる前記ＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、ＨＣ量及びＣＯ量が減少することによるＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、ＮＯｘ量が増加することによるＮＯ２生成効率の低下効果が大きくなるように燃焼パラメータを設定することにより、結果として酸化触媒におけるＮＯ２生成効率を低下させ、これにより選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減し、ひいては選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。なおここで、燃焼パラメータとは、例えば、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、過給圧、及びＥＧＲ量など内燃機関の燃焼状態に相関のある全てのパラメータを言う。
【００２１】
この場合、前記制御手段は、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）以下である場合には、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることが好ましい。
【００２２】
上述のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させることで、システム外に排出されるＮＯｘ量を抑制するものの、内燃機関から排出されるＮＯ量が多くなりすぎた場合には、システム外に排出されるＮＯｘ量も増加に転じてしまうおそれがある。そこで本発明によれば、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることにより、このように内燃機関から排出されるＮＯ量が多くなりすぎてしまうのを防止することができる。
【００２３】
この場合、前記制御手段は、前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度未満である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過した後、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度以上である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することが好ましい。
【００２４】
上述のようにＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では実質的には酸化触媒におけるＮＯ２生成効率を低下させることから、例えば酸化触媒が活性温度に達しておらず、排気中のＮＯを酸化しＮＯ２を生成する能力が十分でない状態でＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を行うと、選択還元触媒に流入する排気はＮＯ過多状態となり、ＮＯｘ浄化率が過剰に低下してしまうおそれがある。これに対し本発明によれば、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで又は内燃機関の排気系の温度が所定温度未満である場合、すなわち酸化触媒が活性温度に達していないと判断できる場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過してから又は内燃機関の排気系の温度が所定温度以上となってから、すなわち酸化触媒が活性温度に達していると判断できる場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行する。これにより、酸化触媒が活性温度に達していない状態において、ＮＯｘ浄化率が過剰に低下してしまうのを防止することができる。また、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を禁止している間、例えば酸化触媒の暖機を優先する制御を行うことにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を速やかに最適化し、ＮＯｘ浄化率を最大化することができる。また、酸化触媒の暖機実行を実行している間、ＨＣやＣＯは増加する傾向にあるため酸化触媒でのＮＯ酸化効率は低下傾向となる。したがって、このような時期にはＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を禁止することにより、ＮＯ酸化効率がさらに低下してしまうことを防止できる。
【００２５】
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止するとともに、前記ＥＧＲ量を前記内燃機関の燃費が向上するように設定し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することが好ましい。
【００２６】
本発明では、選択還元触媒の劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合には、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に精度良く制御せずとも、ＮＯｘ浄化率を高く維持できると判断し、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止するとともに、内燃機関の燃費が向上するようにＥＧＲ量を設定する。そして、上記触媒の劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、必要に応じてＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行する。これにより、ＮＯｘ浄化率を必要以上に高く維持し続けようとするあまり、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を過剰に実行してしまい、燃費が悪化するのを防止することができる。
【００２７】
この場合、前記制御手段は、前記ＥＧＲ量に対する目標値（Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（Ｇｅｇｒ＿ｍａｐ）からの補正値（Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２）に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
【００２８】
本発明によれば、ＥＧＲ量に対する目標値の、所定の基準値からの補正値、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理においてＥＧＲ量の目標値を、基準値から変化させるために用いられるパラメータに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定することにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
【００２９】
この場合、前記制御手段は、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を増加させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が劣化判定閾値（Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈ）を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
又は、この場合、前記制御手段は、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が劣化判定閾値（Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈ）を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
【００３０】
本発明では、例えばＥＧＲ量を減少又は増加させ続けるなどすることで、内燃機関から排出されるＮＯ量を増加又は減少させ続けたときに、ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミング又は上回ったタイミングに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定する。これにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
【００３１】
この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止すること好ましい。
【００３２】
本発明では、酸化触媒の劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可する。酸化触媒における劣化度合いが小さい場合には、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率は十分であり、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は最適値に対しＮＯ２過剰気味となる傾向があるので、これと併せてＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に制御することができる。
そして、酸化触媒の劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止する。酸化触媒におけるＮＯ酸化効率の低下と、酸化触媒におけるＨＣ酸化効率の低下を起因として選択還元触媒に流入するＨＣ量の増加と、により選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は、ＮＯ過剰気味となる傾向があるので、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比の過剰な低下を防止することができる。
【００３３】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることが好ましい。
【００３４】
本発明では、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなる場合、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値よりも大きくなる条件下において、内燃機関の混合気の空燃比をよりリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることにより、酸化触媒においてＮＯが酸化する割合を少なくし、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減させる。これにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持し、システム外に排出されるＮＯｘ量を大幅に減少させることができる。
【００３５】
この場合、前記酸化触媒に流入するＮＯ量に対し当該酸化触媒から流出するＮＯ２量の割合をＮＯ２生成効率と定義し、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が減少することによる前記ＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、排気の酸素濃度が低下しかつ前記内燃機関から排出されるＨＣ量及びＣＯ量が増加することによる前記ＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することが好ましい。
【００３６】
本発明によれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、内燃機関から排出されるＮＯｘ量が減少することによるＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、酸素濃度が低下しかつＨＣ量及びＣＯ量が増加することによるＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように燃焼パラメータを設定することにより、結果として酸化触媒におけるＮＯ２生成効率を低下させ、これにより選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減し、ひいては選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。なお、本発明では、ＮＯ２生成効率を低下させるために、内燃機関から排出されるＮＯｘ量を減少させることにより、選択還元触媒で還元するＮＯｘ量を少なくできるので、これを還元するために選択還元触媒に供給する還元剤の量を抑制することもできる。
【００３７】
この場合、前記制御手段は、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）以下である場合には、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更することが好ましい。
【００３８】
本発明によれば、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更することにより、不要な燃料の消費を抑制することができる。
【００３９】
この場合、前記制御手段は、前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度未満である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過した後、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度以上である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することが好ましい。
【００４０】
本発明によれば、上述のようにＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では実質的には酸化触媒におけるＮＯ２生成効率を低下させることから、例えば酸化触媒が活性温度に達しておらず、排気中のＮＯを酸化しＮＯ２を生成する能力が十分でない状態でＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を行うと、選択還元触媒に流入する排気はＮＯ過多状態となり、ＮＯｘ浄化率が過剰に低下してしまうおそれがある。これに対し本発明によれば、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで又は内燃機関の排気系の温度が所定温度未満である場合、すなわち酸化触媒が活性温度に達していないと判断できる場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過してから又は内燃機関の排気系の温度が所定温度以上となってから、すなわち酸化触媒が活性温度に達していると判断できる場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行する。これにより、酸化触媒が活性温度に達していない状態において、ＮＯｘ浄化率が過剰に低下してしまうのを防止することができる。また、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を禁止している間、例えば酸化触媒の暖機を優先する制御を行うことにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を速やかに最適化し、ＮＯｘ浄化率を最大化することができる。また、酸化触媒の暖機実行を実行している間、ＨＣやＣＯは増加する傾向にあるため酸化触媒でのＮＯ酸化効率は低下傾向となる。したがって、このような時期にはＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を禁止することにより、ＮＯ酸化効率がさらに低下してしまうことを防止できる。
【００４１】
この場合、前記制御手段は、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比を変更することが好ましい。
【００４２】
本発明によれば、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかで混合気の空燃比を変更することにより、新たなハードウェアを追加することなくＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値近傍に維持することができる。
【００４３】
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止するとともに、混合気の空燃比を前記内燃機関の燃費が向上するように設定し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することが好ましい。
【００４４】
本発明では、選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に精度良く制御せずとも、ＮＯｘ浄化率を高く維持できると判断し、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止するとともに、内燃機関の燃費が向上するように混合気の空燃比を設定する。そして、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、必要に応じてＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行する。これにより、ＮＯｘ浄化率を必要以上に高く維持し続けようとするあまり、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を過剰に実行してしまい、燃費が悪化するのを防止することができる。
【００４５】
この場合、前記制御手段は、前記混合気の空燃比に対する目標値（ＡＦ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（ＡＦ＿ｍａｐ）からの補正値（Ｄａｆ＿ｎｏ２）に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
【００４６】
本発明では、混合気の空燃比の目標値を基準値から変化させるための補正値、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理において空燃比を変化させるために用いられるパラメータに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定することにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
【００４７】
この場合、前記制御手段は、混合気の空燃比をリッチ側に変化させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が劣化判定閾値（Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈ）を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
又は、この場合、前記制御手段は、混合気の空燃比をリーン側に変化させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が劣化判定閾値（Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈ）を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
【００４８】
本発明では、混合気の空燃比をリッチ側又はリーン側に変化させ続けたときに、ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミング又は上回ったタイミングに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定する。これにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
【００４９】
この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止することが好ましい。
【００５０】
本発明によれば、酸化触媒の劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可する。すなわち、選択還元触媒に流入する排気がＮＯ２過剰気味となる状態に併せてＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に制御することができる。
そして、酸化触媒の劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止する。これにより、選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過剰気味となる状態に併せてＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比の過剰な低下を防止することができる。
【００５１】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域（温度領域［Ｔｄｏｃ＿Ｌ，Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ］）内で低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることが好ましい。
【００５２】
本発明では、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなる場合、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値よりも大きくなる条件下において、酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で低下させ、酸化触媒においてＮＯが酸化する割合を少なくすることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減させる。これにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持し、システム外に排出されるＮＯｘ量を大幅に減少させることができる。
【００５３】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることにより、前記酸化触媒の温度を低下させることが好ましい。
【００５４】
本発明によれば、アフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることで酸化触媒の温度を低下させることにより、新たなハードウェアを追加することなくＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値近傍に維持することができる。
【００５５】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関の燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを、前記内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣが、温度の低下に伴い酸化能力が低下した酸化触媒でも処理できる量以下になるように設定することが好ましい。
【００５６】
本発明では、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行し、酸化触媒の温度を低下させる際、内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣが、この温度の低下に伴い酸化能力が低下した酸化触媒でも処理できる量以下になるように、燃焼パラメータを設定する。これにより、ＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持するあまり、ＣＯ及びＨＣの浄化率が低下してしまうのを防止することができる。また、内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣの量が少なくなるように燃焼パラメータを設定することにより、燃費を向上することができる。また、内燃機関から排出されるＣＯ及びＨＣの量が少なくなるような燃焼パラメータの設定の下では、内燃機関から排出されるＮＯｘの量も過剰に増加することは無いと考えられるため、選択還元触媒においてＮＯｘを浄化するために消費する還元剤の量も抑制することができる。
【００５７】
この場合、前記制御手段は、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）以下である場合には、前記酸化触媒の温度を上昇させることが好ましい。
【００５８】
本発明によれば、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、酸化触媒の温度を上昇させることにより、選択還元触媒に流入するＮＯ量が過剰となり、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が逆に低下してしまうのを防止することができる。
【００５９】
この場合、前記酸化触媒の温度に対する領域の下限温度（Ｔｄｏｃ＿Ｌ）は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理において前記酸化触媒の温度をＮＯ酸化効率が最大となる温度から当該下限温度まで低下させたときに、前記選択還元触媒の温度が低下することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値へ向けて低減することによるＮＯｘ浄化率の向上効果の方が大きくなるように設定されることが好ましい。
【００６０】
本発明によれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理において酸化触媒の温度を低下させる際における下限温度を以上のように設定することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行により選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が逆に低下するのを防止することができる。
【００６１】
この場合、前記制御手段は、前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度未満である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、前記内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過した後、又は、前記内燃機関の排気系の温度が所定温度以上である場合には前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することが好ましい。
【００６２】
本発明によれば、上述のようにＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では実質的には酸化触媒におけるＮＯ２生成効率を低下させることから、例えば酸化触媒が活性温度に達しておらず、排気中のＮＯを酸化しＮＯ２を生成する能力が十分でない状態でＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を行うと、選択還元触媒に流入する排気はＮＯ過多状態となり、ＮＯｘ浄化率が過剰に低下してしまうおそれがある。これに対し本発明によれば、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過するまで又は内燃機関の排気系の温度が所定温度未満である場合、すなわち酸化触媒が活性温度に達していないと判断できる場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、内燃機関の始動を開始してから所定時間が経過してから又は内燃機関の排気系の温度が所定温度以上となってから、すなわち酸化触媒が活性温度に達していると判断できる場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行する。これにより、酸化触媒が活性温度に達していない状態において、ＮＯｘ浄化率が過剰に低下してしまうのを防止することができる。また、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を禁止している間、例えば酸化触媒の暖機を優先する制御を行うことにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を速やかに最適化し、ＮＯｘ浄化率を最大化することができる。また、酸化触媒の暖機実行を実行している間、ＨＣやＣＯは増加する傾向にあるため酸化触媒でのＮＯ酸化効率は低下傾向となる。したがって、このような時期にはＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を禁止することにより、ＮＯ酸化効率がさらに低下してしまうことを防止できる。
【００６３】
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することが好ましい。
【００６４】
本発明では、選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に精度良く制御せずとも、ＮＯｘ浄化率を高く維持できると判断し、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止する。そして、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、必要に応じてＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行する。これにより、ＮＯｘ浄化率を必要以上に高く維持し続けようとするあまり、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を過剰に実行してしまい、燃費が悪化するのを防止することができる。
【００６５】
この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度に対する目標値（Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄ）の、所定の基準値（Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）からの補正値（Ｄｔ＿ｎｏ２）に基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
【００６６】
本発明では、酸化触媒の温度の目標値を基準値から変化させるための補正値、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理において酸化触媒の温度を変化させるために用いられるパラメータに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定することにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
【００６７】
この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で低下させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が劣化判定閾値（Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈ）を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
又は、この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で上昇させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が劣化判定閾値（Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈ）を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
【００６８】
本発明では、酸化触媒の温度を低下又は上昇させ続けたときに、ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミング又は上回ったタイミングに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定する。これにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
【００６９】
この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止することが好ましい。
【００７０】
本発明によれば、酸化触媒の劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合にはＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可する。すなわち、選択還元触媒に流入する排気がＮＯ２過剰気味となる状態に併せてＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を実行することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に制御することができる。
そして、酸化触媒の劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止する。これにより、選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過剰気味となる状態に併せてＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比の過剰な低下を防止することができる。
【００７１】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域（温度領域［Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ，Ｔｄｏｃ＿Ｈ］）内で上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることが好ましい。
【００７２】
本発明では、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなる場合、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値よりも大きくなる条件下において、酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で上昇させ、酸化触媒においてＮＯが酸化する割合を少なくすることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に向けて低減させる。これにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持し、システム外に排出されるＮＯｘ量を大幅に減少させることができる。
【００７３】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることにより、前記酸化触媒の温度を上昇させることが好ましい。
【００７４】
本発明によれば、アフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることで酸化触媒の温度を上昇させることにより、新たなハードウェアを追加することなくＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値近傍に維持することができる。
【００７５】
この場合、前記制御手段は、前記ＮＯ２検出手段による検出値（Ｖｎｏ２）が所定値（Ｖｎｏ２＿ｔｈ）以下である場合には、前記酸化触媒の温度を低下させることが好ましい。
【００７６】
本発明によれば、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値以下である場合には、酸化触媒の温度を低下させることにより、選択還元触媒に流入するＮＯ量が過剰となり、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が逆に低下してしまうのを防止することができる。
【００７７】
この場合、前記酸化触媒の温度に対する領域の上限温度（Ｔｄｏｃ＿Ｈ）は、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理において前記酸化触媒の温度をＮＯ酸化効率が最大となる温度から当該上限温度まで上昇させたときに、前記選択還元触媒の温度が上昇することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値へ向けて低減することによるＮＯｘ浄化率の向上効果の方が大きくなるように設定されることが好ましい。
【００７８】
本発明によれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理において酸化触媒の温度を上昇させる際における上限温度を以上のように設定することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行により選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が逆に低下するのを防止することができる。
【００７９】
この場合、前記制御手段は、前記選択還元触媒の劣化度合いを判定し、劣化度合いが小さいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を禁止し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理の実行を許可することが好ましい。
【００８０】
本発明によれば、ＮＯｘ浄化率を必要以上に高く維持し続けようとするあまり、ＮＯ２−ＮＯｘ比低減処理を過剰に実行してしまい、燃費が悪化するのを防止することができる。
【００８１】
この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で上昇させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を下回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
又は、この場合、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で低下させ続けたときに、前記ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定閾値を上回ったタイミングに基づいて前記選択還元触媒の劣化度合いを判定することが好ましい。
【００８２】
本発明では、酸化触媒の温度を上昇又は低下させ続けたときに、ＮＯ２検出手段による検出値が劣化判定値を下回ったタイミング又は上回ったタイミングに基づいて選択還元触媒の劣化度合いを判定することにより、センサなどの新たな装置を追加することなく劣化度合いを判定することができる。
【００８３】
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１Ｃ）の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられた酸化触媒（例えば、後述の酸化触媒２１やＣＳＦ２２）と、前記排気通路のうち前記酸化触媒より下流側に設けられ、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒（例えば、後述の選択還元触媒２３）と、を備えた内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２Ｃ）を提供する。前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯを検出するＮＯ検出手段（例えば、後述のＮＯセンサ４３Ｃ）と、前記ＮＯ検出手段による検出値（Ｖｎｏ）が所定値（Ｖｎｏ＿ｔｈ）より大きい場合には、前記選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘに対するＮＯ２の比率に相当するＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させるＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理（例えば、後述の図３０の時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５の処理）を実行する制御手段（例えば、後述のＥＣＵ３Ｃ）と、を備える。
【００８４】
本発明では、選択還元触媒より下流側の排気中のＮＯを検出するＮＯ検出手段と、このＮＯ検出手段による検出値が所定値より大きい場合には、選択還元触媒に流入する排気中のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させるＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理を実行する制御手段と、を設けた。例えば、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値にある場合、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は最大となるため、その下流側にはＮＯ及びＮＯ２共にほとんど排出されないのに対し、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が上記最適値より小さくなりＮＯｘ浄化率が低下した場合、選択還元触媒に流入する排気はＮＯ過多状態となり、その下流側にはＮＯが排出されることとなる。したがって本発明によれば、選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多状態となりＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値より小さくなったことを、ＮＯ２検出手段による検出値が所定値より大きくなることとして検知し、これに応じてＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させるＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理を実行することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値と最適値より小さな所定値との間で振動するように制御することができる。以上のように、本発明によればＮＯ検出手段による検出値に基づいてフィードバック的にＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値の近傍に制御することにより、内燃機関の運転状態、運転条件、運転履歴、及び酸化触媒や選択還元触媒の劣化状態などによらず、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をその最大近傍に維持することができる。
【００８５】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることが好ましい。
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を流通する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流するＥＧＲ装置をさらに備え、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量を増加させることにより前記内燃機関から排出されるＮＯ量を減少させることが好ましい。
【００８６】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記内燃機関の混合気の空燃比をよりリーン側に変更し、前記酸化触媒に流入する排気の酸素濃度を上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることが好ましい。
この場合、前記制御手段は、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ装置により還流される排気の量に相当するＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比を変更することが好ましい。
【００８７】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以下の領域内で上昇させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを増加させることにより、前記酸化触媒の温度を上昇させることが好ましい。
【００８８】
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記酸化触媒の温度を、ＮＯ酸化効率が最大となる温度以上の領域内で低下させることにより、前記選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることが好ましい。
この場合、前記ＮＯ２−ＮＯｘ比増加処理では、前記内燃機関のアフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかを減少させることにより、前記酸化触媒の温度を低下させることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】酸化触媒の温度と、酸化触媒におけるＮＯ酸化効率との関係を示す図である。
【図３】酸化触媒及びＣＳＦの各部分におけるＣＯ量、ＨＣ量、ＮＯ量及びＮＯ２量を示す図である。
【図４】選択還元触媒におけるＮＯ２−ＮＯｘ比に対するＮＯｘ浄化率の特性を示す図である。
【図５】高圧ＥＧＲバルブのリフト量に対する指令値の決定に係る制御ブロックの構成を示す図である。
【図６】選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比と、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量及びＮＯ量との関係を示す図である。
【図７】ＮＯ２フィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値、ＥＧＲ補正係数、及び目標ＥＧＲ量の変化を示すタイムチャートである。
【図８】排気管の各部分におけるＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量を示す図である。
【図９】ＥＧＲ補正係数を減少させた場合、又は増加させた場合におけるフィードＮＯ量、ＮＯ２−ＮＯｘ比、及び選択還元触媒の下流側のＮＯ２量の変化を示す図である。
【図１０】触媒劣化判定モードの実行時におけるＥＧＲ補正係数及びＮＯ２センサの出力値の変化を示す図である。
【図１１】触媒劣化判定モードの実行時におけるＥＧＲ補正係数及びＮＯ２センサの出力値の変化を示す図である。
【図１２】ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。
【図１３】走行中の車両における酸化触媒のＨＣ及びＣＯ浄化率と、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との変化を示す図である。
【図１４】目標ＥＧＲ量を決定する手順を示すフローチャートである。
【図１５】目標ＥＧＲ量を決定する手順を示すフローチャートである。
【図１６】ＮＯ２センサフィードバックモードの非作動時におけるシミュレーション結果である。
【図１７】ＮＯ２センサフィードバックモードの作動時におけるシミュレーション結果である。
【図１８】混合気の空燃比と、酸化触媒及びＣＳＦの下流側のＮＯ２量と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との関係を示す図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係るエンジンの排気浄化システム及びそのＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図２０】ＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値、空燃比補正係数、及び目標空燃比の変化を示すタイムチャートである。
【図２１】排気管の各部分における酸素濃度、ＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量、並びに混合気の空燃比を示す図である。
【図２２】ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。
【図２３】酸化触媒の温度と、酸化触媒及びＣＳＦの下流側のＮＯ２量と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との関係を示す図である。
【図２４】本発明の第３実施形態に係るエンジンの排気浄化システム及びそのＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図２５】ＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値、温度補正量、及び目標酸化触媒温度の変化を示すタイムチャートである。
【図２６】選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯ２−ＮＯｘ比及び酸化触媒の温度との関係を示す図である。
【図２７】排気管の各部分における酸素濃度、ＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量、並びに混合気の空燃比を示す図である。
【図２８】ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。
【図２９】本発明の第４実施形態に係るエンジンの排気浄化システム及びそのＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３０】ＮＯセンサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯセンサの出力値、ＥＧＲ補正係数、及び目標ＥＧＲ量の変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００９０】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。
【００９１】
排気浄化システム２は、エンジン１の排気管１１に設けられた酸化触媒２１と、排気管１１に設けられ、排気中のスートを捕集するＣＳＦ（Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｓｏｏｔ  Ｆｉｌｔｅｒ）２２と、排気管１１に設けられ、この排気管１１を流通する排気中のＮＯｘを還元剤としてのＮＨ３の存在下で浄化する選択還元触媒２３と、排気管１１のうち選択還元触媒２３の上流側に、アンモニアの前駆体である尿素水を供給する尿素水噴射装置２５と、排気管１１を流通する排気の一部を吸気管１２内に還流する高圧ＥＧＲ装置２６と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）３とを含んで構成される。
【００９２】
高圧ＥＧＲ装置２６は、高圧ＥＧＲ管２６１と、高圧ＥＧＲバルブ２６２と、を含んで構成される。高圧ＥＧＲ管２６１は、排気管１１のうち酸化触媒２１より上流側と、吸気管１２とを接続する。高圧ＥＧＲバルブ２６２は、高圧ＥＧＲ管２６１に設けられ、この高圧ＥＧＲ管２６１を介して還流される排気の量（以下、「ＥＧＲ量」という）を制御する。この高圧ＥＧＲバルブ２６２は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ３に接続されており、その開度（リフト量）はＥＣＵ３により電磁的に制御される。
【００９３】
酸化触媒２１は、排気管１１のうちエンジン１の直下であってＣＳＦ２２よりも上流側に設けられ、排気中のＨＣ及びＣＯを酸化し浄化する他、排気中のＮＯを酸化しＮＯ２に変換する。
【００９４】
図２は、酸化触媒の温度と、酸化触媒におけるＮＯ酸化効率との関係を示す図である。ここで、ＮＯ酸化効率とは、酸化触媒に流入するＮＯ量に対し、この酸化触媒で酸化され流出するＮＯ２量の割合をいい、したがってＮＯ２生成効率ともいうことができる。図２に示すように、酸化触媒におけるＮＯ酸化効率は、酸化触媒の温度に対して上に凸の特性を示し、図２に示す例では３００℃近傍において最も効率良くＮＯを酸化するようになっている。すなわち、酸化触媒におけるＮＯ酸化効率は、酸化触媒の温度が最適値（図２の例では３００℃）より低くなると低下し、また最適値より高くなっても低下する。なお、これに対し、酸化触媒におけるＣＯ及びＨＣの酸化効率は、基本的には酸化触媒の温度とともに上昇する特性がある。すなわち、酸化触媒の温度が高くなる程ＣＯ及びＨＣの酸化効率も高くなる。
【００９５】
図１に戻って、ＣＳＦ２２は、排気管１１のうち酸化触媒２１よりも下流側かつ選択還元触媒２３よりも上流側に設けられる。ＣＳＦ２２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするスートを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。また、このフィルタ壁には、酸化触媒が塗布されているため、上述の酸化触媒２１と同様に、排気中のＣＯ、ＨＣ、及びＮＯを酸化する機能を有する。
【００９６】
なお、上流側の酸化触媒２１と下流側のＣＳＦ２２とで貴金属組成の異なるものを用いることにより、上流側と下流側とで機能を分担させてもよい。例えば上流側の酸化触媒２１にはＰｔとＰｄとを混合したものを用いることにより、低温時のＨＣ及びＣＯの酸化性能を向上し、下流側のＣＳＦ２２にはＰｄを少量混合するとともにＰｔを主体としたものを用いることにより、ＮＯの酸化性能（すなわちＮＯ２の生成性能）を向上することができる。
【００９７】
図３は、酸化触媒及びＣＳＦの各部分におけるＣＯ量、ＨＣ量、ＮＯ量及びＮＯ２量を示す図である。
図３に示すように、エンジンから排出された排気に含まれるＣＯ、ＨＣ及びＮＯは、それぞれ、酸化触媒及びＣＳＦを通過する過程で酸化されるため、上流側から下流側へ向かうに従い各々の量は減少する。また、ＮＯが酸化されることでＮＯ２が生成されるため、上流側から下流側へ向かうに従いＮＯ２量は増加する。
【００９８】
また、酸化触媒及びこの酸化触媒とほぼ同じ機能を有するＣＳＦでは、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯの酸化反応に、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯの順の優先順位がある。すなわち、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯを含んだ排気が酸化触媒及びＣＳＦを通過する過程において、最も先に（すなわち最も上流側で）ＣＯが酸化され、その次にＨＣが酸化され、最後に（すなわち最も下流側で）ＮＯが酸化されＮＯ２が生成される。すなわち、排気中のＮＯは、排気中のＣＯとＨＣが無くなった後で酸化されＮＯ２が生成されるようになっており、したがって、排気中にＣＯ及びＨＣが多く含まれていると、酸化触媒及びＣＳＦにおけるＣＯ、ＨＣ酸化効率が低下するよりも先に、ＮＯ酸化効率が低下する傾向がある。
また、一般的には酸化触媒やＣＳＦでは、排気の空間速度、すなわち酸化する物質（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯ）の単位時間当たりの通過量（ｇ／ｓ）が大きくなるに従い、その酸化効率は低下する。さらに、上述のように、排気中のＮＯは、酸化触媒及びＣＳＦの最も下流側において酸化されるため、エンジンから排出される排気のボリュームが大きくなると、ＣＯ、ＨＣ酸化効率が低下するよりも先に、ＮＯ酸化効率が低下する傾向がある。
【００９９】
図１に戻って、尿素水噴射装置２５は、尿素水タンク２５１と、尿素水噴射弁２５３とを備える。尿素水タンク２５１は、尿素水を貯蔵するものであり、尿素水供給路２５４及び図示しない尿素水ポンプを介して、尿素水噴射弁２５３に接続されている。この尿素水タンク２５１には、尿素水レベルセンサ２５５が設けられている。この尿素水レベルセンサ２５５は、尿素水タンク２５１内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をＥＣＵ３に供給する。尿素水噴射弁２５３は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３からの制御信号により作動し、この制御信号に応じた量の尿素水を排気管１１内に噴射する。
【０１００】
選択還元触媒２３は、ＮＨ３などの還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。具体的には、尿素水噴射装置２５により尿素水を噴射すると、この尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解されて還元剤としてのＮＨ３が生成される。生成されたＮＨ３は、選択還元触媒２３に供給され、これらＮＨ３により排気中のＮＯｘが選択的に還元される。
【０１０１】
選択還元触媒２３におけるＮＯ及びＮＯ２の還元反応を示す反応式は、下記式（３−１）、（３−２）、（３−３）のようになっている。式（３−１）に示す反応は、排気中のＮＯとＮＯ２とを同時に還元する反応であり、式（３−２）に示す反応は、排気中のＮＯのみを還元する反応であり、式（３−３）に示す反応は、排気中のＮＯ２のみを還元する反応である。
【数３】
0005351186.tif 000004
【０１０２】
選択還元触媒では上記式（３−１）〜（３−３）に示す反応が進行することで、排気中のＮＯ及びＮＯ２がＮＨ３により還元されることとなるが、各反応の進行度合いは、ＮＯ２−ＮＯｘ比に応じて変化すると考えられる。
【０１０３】
例えば、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５である場合、排気中のＮＯとＮＯ２のモル比が１：１であることから、選択還元触媒では主として上記式（３−１）に示す反応が進行する。
【０１０４】
ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５より小さい場合、すなわちＮＯ２よりもＮＯの方が多い場合、上記式（３−１）に示す反応だけでは還元しきれないＮＯが残るが、この余剰分のＮＯは上記式（３−２）に示す反応が進行することで還元される。したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５より小さい場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が小さくなるに従い、上記式（３−１）に示す反応の進行度合いが低くなり、上記式（３−２）に示す反応の進行度合いが高くなる。
【０１０５】
一方、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５より大きい場合、すなわちＮＯよりもＮＯ２の方が多い場合、上記式（３−１）に示す反応だけでは還元しきれないＮＯ２が残るが、この余剰分のＮＯ２は上記式（３−３）に示す反応が進行することで還元される。したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５よりも大きい場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が大きくなるに従い、上記式（３−１）に示す反応の進行度合いが低くなり、上記式（３−３）に示す反応の進行度合いが高くなる。
【０１０６】
図４は、選択還元触媒におけるＮＯ２−ＮＯｘ比に対するＮＯｘ浄化率の特性を示す図である。実線は新品の選択還元触媒のＮＯｘ浄化率の特性を示し、破線は劣化した選択還元触媒のＮＯｘ浄化率の特性を示す図である。選択還元触媒では、上述のような３つの異なる反応によりＮＯ及びＮＯ２が還元されることから、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、図４に示すように、流入する排気中のＮＯ２−ＮＯｘ比に応じて変化することとなる。
すなわち、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、その劣化の進行度合いによらず、流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５にあるときに最大となるように、上に凸の特性を示す。また、ＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値から離れたときのＮＯｘ浄化率の低下の割合を最適値より大きい場合と小さい場合とで比較すると、小さい方がＮＯｘ浄化率の低下の割合は大きい。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値から離れたときのＮＯｘ浄化率の低下の割合を選択還元触媒の劣化度合いが小さい場合（図４中、実線）と大きい場合（図４中、破線）とで比較すると、劣化度合いが大きい方がＮＯｘ浄化率の低下の割合は大きい。すなわち、選択還元触媒の劣化度合いが小さい場合には、ＮＯｘ浄化率は排気のＮＯ２−ＮＯｘ比によらず概ね一定となるのに対し、選択還元触媒の劣化度合いが大きい場合には、ＮＯｘ浄化率は排気のＮＯ２−ＮＯｘ比によって大きく変化する。
【０１０７】
図１に戻って、選択還元触媒２３は、尿素水から生成したＮＨ３で排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成したＮＨ３を所定の量だけ貯蔵する機能も有する。以下では、選択還元触媒２３において貯蔵されたＮＨ３量をストレージ量とし、選択還元触媒２３において貯蔵できるＮＨ３量を最大ストレージ容量とする。このようにして貯蔵されたＮＨ３は、排気中のＮＯｘの還元にも適宜消費される。このため、ストレージ量が多くなるに従い、選択還元触媒２３におけるＮＯｘ浄化率は高くなる。一方、ストレージ量がストレージ容量に達し選択還元触媒２３が飽和状態になると、ＮＯｘ浄化率も最高値に達するものの、ＮＯｘの還元に供されず余剰となったＮＨ３が選択還元触媒２３の下流側へ排出されるＮＨ３スリップが発生する。このようにして選択還元触媒２３の下流側へ排出されたＮＨ３がシステム外に排出されるのを防止するため、選択還元触媒２３の下流側にはスリップ抑制触媒２４が設けられている。このスリップ抑制触媒２４としては、例えば、選択還元触媒２３からスリップしたＮＨ３を酸化しＮ２とＨ２Ｏに分解する酸化触媒や、スリップしたＮＨ３を貯蔵するかあるいは排気中のＮＯｘの還元に供する選択還元触媒などを用いることができる。
【０１０８】
排気浄化システム２の状態を検出するため、ＥＣＵ３には、排気温度センサ４１、ＮＨ３センサ４２、ＮＯ２センサ４３、クランク角度位置センサ１４、アクセル開度センサ１５、尿素水残量警告灯１６、及び触媒劣化警告灯１７などが接続されている。
【０１０９】
排気温度センサ４１は、酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の下流側の排気温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、この排気温度センサ４１の検出値に基づいて選択還元触媒２３の温度Ｔｓｃｒや酸化触媒２１の温度Ｔｄｏｃを算出する。
【０１１０】
ＮＨ３センサ４２は、排気管１１のうち選択還元触媒２３とスリップ抑制触媒２４との間における排気のアンモニアの濃度又は量を検出し、検出値に略比例した信号Ｖｎｈ３をＥＣＵ３に供給する。ＮＯ２センサ４３は、排気管１１のうち選択還元触媒２３の直下の排気中のＮＯ２の濃度又は量を検出し、検出値に略比例した信号Ｖｎｏ２をＥＣＵ３に供給する。
【０１１１】
クランク角度位置センサ１４は、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するとともに、クランク角１度ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このパルス信号に基づいて、エンジン１の回転数ＮＥを算出する。クランク角度位置センサ１４は、さらに特定気筒の所定クランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ＥＣＵ３に供給する。
【０１１２】
アクセル開度センサ１５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、検出したアクセル開度ＡＰに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このアクセル開度ＡＰ及び回転数ＮＥに応じて、エンジン１の要求エンジン負荷ＴＲＱが算出される。
【０１１３】
尿素水残量警告灯１６は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、尿素水タンク２５１内の尿素水の残量が所定の残量より少なくなったことに応じて点灯する。これにより、尿素水タンク２５１内の尿素水の残量が少なくなったことを運転者に警告する。
【０１１４】
触媒劣化警告灯１７は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、後述の触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“３”となったことに応じて点灯する。これにより、選択還元触媒２３が劣化した状態であることを運転者に警告する。
【０１１５】
ＥＣＵ３は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ３は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、エンジン１、高圧ＥＧＲバルブ２６２、及び尿素水噴射弁２５３などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。
【０１１６】
図５は、ＥＣＵ３に構成された制御ブロックのうち、高圧ＥＧＲバルブ２６２のリフト量に対する指令値（以下、「ＥＧＲバルブ指令値」という）Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックの構成を示す図である。
【０１１７】
なおＥＣＵ３には、図５に示すようなＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックの他、例えば、尿素水噴射制御、すなわち尿素水噴射弁２５３からの尿素水の噴射量を決定する制御ブロックが形成されている。より具体的には、尿素水噴射制御では、選択還元触媒２３のストレージ量及び最大ストレージ容量を推定しながら、このストレージ量が最大ストレージ容量の近傍に維持されるように、選択還元触媒２３の下流側に設けられたＮＨ３センサ４２の検出値に基づいて尿素水の噴射量を決定する。このように、ストレージ量を最大ストレージ容量の近傍に維持することにより、選択還元触媒２３からのＮＨ３スリップを最小限にとどめつつ、選択還元触媒２３におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。なお、以上のような尿素水噴射制御の詳細なアルゴリズムは、例えば、本願出願人による国際公開第２００８／５７６２８などに詳しく記載されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【０１１８】
図５に示すように、ＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１と、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２と、ＥＧＲコントローラ３３と、を含んで構成される。
【０１１９】
この制御ブロックによれば、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２により算出された基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１により算出されたＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を乗算することで算出される（下記式（４）参照）。そして、ＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄは、ＥＧＲ量に対する推定値（以下、「ＥＧＲ量推定値」という）Ｇｅｇｒ＿ｈａｔが、上記目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに一致するように、ＥＧＲコントローラ３３により算出される。
なお、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、式（４）に示すように、基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐにＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を乗算したものだけでなく、基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐにＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を加算したものでも定義してもよい。
【数４】
0005351186.tif 000005
【０１２０】
基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２は、エンジン回転数ＮＥ及び要求エンジン負荷ＴＲＱに基づいて、予め定められたマップを検索することにより基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐを決定する。なお、この基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２におけるマップは、燃費、スート量、及びフィードＮＯｘ量などのバランスを考慮しつつ、選択還元触媒２３に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多気味になるように設定されていることが好ましい。
【０１２１】
ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、以下の４種類の制御モードの何れかで作動し、各制御モードで異なるアルゴリズムに基づいて、上述のマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐを補正するためのＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を算出する。
１．ＮＯ２センサフィードバックモード
２．触媒劣化判定モード
３．燃費優先モード
４．ＮＯ２生成優先モード
以下、これら４つの制御モードによりＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を算出する手順について順に説明する。
【０１２２】
＜ＮＯ２センサフィードバックモード＞
ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がその最適値の近傍に平均的に維持されるように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
【０１２３】
このモードでは、選択還元触媒の直下の排気のＮＯ２濃度に比例したＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２を、下記式（５）で定義された出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２に変換する。すなわち、ＮＯ２センサの出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２は、出力値Ｖｎｏ２が所定のＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下の場合には“０”となり、出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい場合にはその偏差（Ｖｎｏ２−Ｖｎｏ２＿ｔｈ）となる。
【数５】
0005351186.tif 000006
【０１２４】
以下、詳細に説明するように、このＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈは、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいて選択還元触媒の下流側のＮＯ２の存在を判定するために用いられる閾値であるため、理想的には“０”より僅かに大きな値に設定されることが好ましい値であるが、ＮＯ２センサの固体ばらつき、経年劣化、妨害ガスなどの影響を考慮した上で、選択還元触媒の下流側にＮＯ２が排出されていると確実に判断できる値に設定される。
【０１２５】
ここで、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が０となる状態と、０でない正の値となる状態の違いについて、図６を参照して説明する。
図６は、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比と、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量及びＮＯ量との関係を示す図である。図６において実線は、選択還元触媒が理想的な状態にある場合における、ＮＯ２−ＮＯｘ比とＮＯ量及びＮＯ２量の関係を示す。ここで、選択還元触媒の理想的な状態とは、選択還元触媒にＨＣが付着も流入もしておらず、したがってＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．５となったときにＮＯｘ浄化率が最大となる状態をいう。破線は、選択還元触媒へのＨＣ流入量が多い状態にある場合における、ＮＯ２−ＮＯｘ比とＮＯ量及びＮＯ２量の関係を示す。例えば上流側の酸化触媒が劣化することにより、選択還元触媒へのＨＣ流入量が多くなると、上記式（１）に示すように、ＮＯ２が消費されＮＯが増加することとなるため、ＮＯｘ浄化率が最大となるＮＯ２−ＮＯｘ比は、上記理想的な状態よりも大きくなる。また太線はＮＯ２量を示し、細線はＮＯ量を示す。
【０１２６】
図６中、太実線で示すように、理想的な状態の選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、ＮＯｘ浄化率の最大となる略０．５以下である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比によらず略０となり、ＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．５以上である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が大きくなるに従い増加する。また、図６中、太破線で示すように、ＨＣ流入量が多い状態の選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、ＮＯｘ浄化率の最大となる略０．６以下である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比によらず略０となり、ＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．６以上である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が大きくなるに従い増加する。
つまり、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、その状態によらず、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、そのＮＯｘ浄化率が最大となる最適値を超えると、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ２過多になると増加する。
【０１２７】
また、図６中、細実線で示すように、理想的な状態の選択還元触媒の下流側のＮＯ量は、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、ＮＯｘ浄化率の最大となる略０．５以上である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比によらず略０となり、ＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．５以下である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が小さくなるに従い増加する。また、図６中、細破線で示すように、ＨＣ流入量が多い状態の選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、ＮＯｘ浄化率の最大となる略０．６以上である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比によらず略０となり、ＮＯ２−ＮＯｘ比が略０．６以下である場合には、ＮＯ２−ＮＯｘ比が小さくなるに従い増加する。
つまり、選択還元触媒の下流側のＮＯ量は、その状態によらず、ＮＯ２−ＮＯｘ比が、そのＮＯｘ浄化率が最大となる最適値を下回ると、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多になると増加する。
【０１２８】
以上のことから、上記式（５）において、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が“０”になる状態とは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比はＮＯｘ浄化率が最大となる最適値近傍にあるか、あるいは上記最適値より小さなＮＯ過多の状態にあると判断できる。
一方、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値になる状態とは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比はＮＯｘ浄化率が最大となる最適値より大きなＮＯ２過多の状態にあると判断できる。
【０１２９】
ＮＯ２センサフィードバックモードでは、以上のような意味を有する出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２を用い、下記式（６）、（７）、（８）に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を算出する。
【数６】
0005351186.tif 000007
【数７】
0005351186.tif 000008
【数８】
0005351186.tif 000009
【０１３０】
式（８）に示されるように、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、上限値を“１”とし、下限値をＫｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌとし、これら上限値と下限値との間で設定される。
式（７）中のフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２は負の値に設定される。これにより、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値になる場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多の状態となる場合に、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を、徐々に減少させることができる。
式（６）中の初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣは、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が“０”から正の値に転じた時、すなわちＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回った時のみにおけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の変化量に相当し、負の値に設定される。また、式（６）中の復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣは、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が“０”となる場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値にあるか又はＮＯ過多の状態にある場合におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の変化量に相当し、正の値に設定される。
【０１３１】
図７は、上記式（５）〜（８）で定義されたＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２、及び目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄの変化を示すタイムチャートである。
【０１３２】
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２はＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。この場合、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、上限値へ向かって、式（６）で設定した復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣずつ増加する。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに近づくように徐々に大きくなり、結果としてエンジンから排出されるＮＯ量は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させなかった場合と比較して徐々に減少する。
【０１３３】
次に、時刻ｔ２では、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、式（６）で設定した初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣだけ小さくなる。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるようにより小さな値に瞬間的に変更される。その後、時刻ｔ２からＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、式（７）に示すように、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２に比例した分ずつ減少する。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように、より小さくなり、結果としてエンジンから排出されるＮＯ量は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させなかった場合と比較して徐々に増加する。
【０１３４】
時刻ｔ３〜ｔ４までの間、及び時刻ｔ５以降、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。したがって、この間におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２と目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ１〜ｔ２までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。また時刻ｔ４〜ｔ５までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい。したがって、この間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２と目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ２〜ｔ３までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。
【０１３５】
次に、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように減少させる処理（図７中、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５）を実行することによる効果について、図８を参照しながら説明する。
【０１３６】
図８は、排気管の各部分におけるＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量を示す図である。図８中、破線は、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄとしてマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐを採用し続けた従来手法の例を示し、実線は、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように減少させた本実施形態の例を示す。
【０１３７】
先ず、破線で示す従来手法では、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回ったＮＯ２過多の状態になると、浄化しきれなかったＮＯ２が選択還元触媒の下流側に排出されてしまう。
【０１３８】
これに対し本実施形態では、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となりＮＯ２過多の状態となった場合には、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄをマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように減少させることにより、ＥＧＲ量を低減させる。ＥＧＲ量が少なくなると、エンジンから排出されるＮＯ量（以下、「フィードＮＯ量」という）は従来手法と比較して増加し、エンジンから排出されるＨＣ量及びＣＯ量は減少し、排気ボリュームは増加する。なお、エンジンから排出されるＮＯ２量は、フィードＮＯ量と比較してごく僅かでありかつＥＧＲ量によってさほど大きく変化しない。
【０１３９】
フィードＮＯ量が増加しかつ排気ボリュームが増加すると、上述のように酸化触媒及びＣＳＦにおけるＣＯ、ＨＣ酸化効率は変化せずに、先ずＮＯ２生成効率が低下する。これにより、従来手法と比較して、酸化触媒及びＣＳＦにより酸化されないまま下流側の選択還元触媒に流入するＮＯ量（残留ＮＯ量）は増加し、また酸化触媒及びＣＳＦにより生成され選択還元触媒に流入するＮＯ２量は低下する。
【０１４０】
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回っていた従来手法に対し、本実施形態では選択還元触媒に流入するＮＯ量を増加しかつＮＯ２量を低下させることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍の最適値に向けて低減させ、結果として選択還元触媒から排出されるＮＯ量及びＮＯ２量ともに抑制することができる。
【０１４１】
なお本実施形態では、ＥＧＲ量を減少させることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて低減させたが、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させる方法は、ＥＧＲ量の調整のみに限らない。図８に示すように、エンジンから排出されるＨＣ量及びＣＯ量が減少することを起因とした酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、エンジンから排出されるＮＯｘ量が増加することを起因とした酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、エンジンの燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させてもよい。なお、燃焼パラメータとしては、例えば、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、過給圧、及びＥＧＲ量などが挙げられる。
【０１４２】
次に、上記式（６）中の初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣ及び復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣの設定方針について、図９を参照して説明する。
図９は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を、“１”から“０”へ減少させた場合、又は“０”から“１”へ増加させた場合におけるフィードＮＯ量、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比、及び選択還元触媒の下流側のＮＯ２量の変化を示す図である。図９中、実線はＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の減少時、破線はＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の増加時を示す。
【０１４３】
選択還元触媒の下流側のＮＯ２量、すなわち選択還元触媒におけるＮＯ２浄化率には、図９に示すようなヒステリシス特性がある。
例えば、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から“０”へ減少させ、ＥＧＲ量を減少させると、フィードＮＯ量が増加し、これに伴い選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５へ向けて低下し、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は高くなる。しかしながら、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から“０”へ変化させる間、図９においてΔで示す領域では、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の上昇効果よりも、フィードＮＯ量が増加することによるＮＯｘ浄化率の低下効果の方が勝ってしまい、結果として一時的に選択還元触媒の下流側のＮＯ２量が増加してしまう。
これに対し、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“０”から“１”へ増加させた場合、図９中、破線で示すように、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、上記低減時とは定性的に異なった振る舞いを示す。すなわち、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の増加時には、上記領域Δを通過する際であっても、低減時のように選択還元触媒の下流側のＮＯ２量が一時的に増加することがない。これは、何らかのメカニズムにより選択還元触媒に発生するＮＯストレージ効果、又はＮＯ２ストレージ効果により、領域Δを通過する際にも、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５よりも大きくなるにも関わらず、選択還元触媒における有効ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５の近傍に保たれるためであると考えられる。
【０１４４】
補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に対し以上のようなヒステリシス特性を有する選択還元触媒に対し、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の減少時又は増加時にも、ＮＯ２浄化率が高く維持されるように、初回減算量ＤＫｅｇｒ＿ＤＥＣ及び復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣは、以下のように設定されることが好ましい。
すなわち、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させる際にＮＯ２浄化率が一時的に悪化するのを防止するため、初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣは、ＮＯ２浄化率が一時的に悪化する領域Δを瞬時に通過できるような値に設定される。
補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させる際、上述のようなＮＯストレージ効果又はＮＯ２ストレージ効果が確実に奏されるように、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は上記減少時と比較して長い時間をかけて徐々に増加させることが好ましい。このため、復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣは、補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の増加が緩やかになるような値に設定される。
【０１４５】
なお、以上のように本実施形態では、初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣ及び復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣを固定値としたが、これに限らず、エンジン回転数や負荷、排気系の温度、選択還元触媒の上流側のＮＯｘ量などに応じて変化させてもよい。
【０１４６】
＜触媒劣化判定モード＞
図５に戻って、触媒劣化判定モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、選択還元触媒２３の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
より具体的には、触媒劣化判定モードでは、下記式（９）及び（１０）に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を変化させるとともに、このときのＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２とＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２を用いて下記式（１１）により劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを更新し、この劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲの大きさに応じて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
【０１４７】
図１０は、触媒劣化判定モードの実行時におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２及びＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２の変化を示す図である。
触媒劣化判定モードでは、下記式（９）及び（１０）に示すように、初期値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｔｅｍｐ（０）を“１”に設定し、そこから減少量Ｄｋｅｇｒ＿ＪＤ＿ＤＥＣ（＜０）ずつ加算することにより、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から下限値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌまで減少させる。
【数９】
0005351186.tif 000010
【数１０】
0005351186.tif 000011
【０１４８】
このようにしてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から減少させると、図９を参照して説明したように、ＮＯ２過多の状態からフィードＮＯ量が増加し、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は徐々に最適値に近づき、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は、一旦大きくなった後、減少する。
一方、選択還元触媒の劣化が進行すると、図４を参照して説明したように、ＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値からのずれに応じたＮＯｘ浄化率の低下も大きくなる。したがって、ＮＯ２過多の状態からＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”から減少させ、フィードＮＯ量を増加させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が所定の劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回るタイミングは、選択還元触媒の劣化が進むに従い遅くなると考えられる。
【０１４９】
そこで、この触媒劣化判定モードでは、下記式（１１）に示すように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回ったときにおけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の値で劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを固定する。
【数１１】
0005351186.tif 000012
【０１５０】
このようにして得られた劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲは、選択還元触媒の劣化が進むに従い小さくなると考えられることから、下記式（１２）に示すように、劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲと所定の閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを比較することにより、選択還元触媒の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。すなわち、Ｊ＿ＳＣＲが“１”である場合には、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを、選択還元触媒はほぼ新品であることを意味する“１”に設定する。Ｊ＿ＳＣＲが１より小さく閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤ以上である場合には、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを、選択還元触媒はさほど劣化しておらず正常であることを意味する“２”に設定する。Ｊ＿ＳＣＲが閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤより小さい場合には、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを、選択還元触媒は劣化が進行した状態であることを意味する“３”に設定する。なお、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤの初期値は“０”とする。
【数１２】
0005351186.tif 000013
【０１５１】
また、上記式（９）〜（１２）に示すようなＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させることで劣化度合いを判定する他、図１１及び下記式（１３）〜（１６）に示すように逆にＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させることで劣化度合いを判定することもできる。
この場合、下記式（１３）及び（１４）に示すように、初期値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｔｅｍｐ（０）を下限値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌに設定し、そこから増加量ＤＫｅｇｒ＿ＪＤ＿ＩＮＣ（＞０）ずつ加算することにより、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を下限値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌから“１”まで増加させる。
【数１３】
0005351186.tif 000014
【数１４】
0005351186.tif 000015
【０１５２】
そして、下記式（１５）に示すように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを上回ったときにおけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の値で劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを固定し、下記式（１６）に示すように、この劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲと閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを比較することにより触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
【数１５】
0005351186.tif 000016
【数１６】
0005351186.tif 000017
【０１５３】
なお、上記式（１３）〜（１６）によりＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させることで劣化度合いを判定する場合、図９を参照して説明したストレージ効果が確実に奏されるように、増加量ＤＫｅｇｒ＿ＪＤ＿ＩＮＣの絶対値は、上記式（９）中の減少量ＤＫｅｇｒ＿ＪＤ＿ＤＥＣの絶対値よりも十分に小さな値に設定し、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を緩やかに増加させることが好ましい。
【０１５４】
＜燃費優先モード＞
図５に戻って、燃費優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、ＮＯ２フィードバックモードの実行時よりも燃費が向上するように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２によらずＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔに設定する（下記式（１７）参照）。
【数１７】
0005351186.tif 000018
【０１５５】
ガソリンエンジンの場合、基本的にはＥＧＲ量を多くした方が燃費は向上する傾向があるため、この燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔは、例えば“１”に近い値に設定される。一方、ディーゼルエンジンの場合、逆にＥＧＲ量を少なくした方が燃費は向上する傾向があるため、この燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔは、例えば下限値Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿Ｌに近い値に設定される。
【０１５６】
＜ＮＯ２生成優先モード＞
ＮＯ２生成優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１は、酸化触媒２１及びＣＳＦ２２で多くのＮＯ２が生成され、選択還元触媒２３に流入する排気のＮＯ２量が多くなるように、下記式（１８）に示すように、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”に設定する。
【数１８】
0005351186.tif 000019
【０１５７】
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、ＮＯ２センサフィードバックモードと、触媒劣化判定モードと、燃費優先モードと、ＮＯ２生成優先モードとの４種類の異なる制御モードで作動させることが可能となっている。次に、各モードを実行するのに好ましい時期について説明する。
【０１５８】
先ず、図４を参照して説明したように、選択還元触媒が新品である場合、そのＮＯｘ浄化率はＮＯ２−ＮＯｘ比によらず高く維持される。このため、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値に精度良く制御せずとも選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は高く、ＮＯ２センサフィードバックモードの効果は小さい。
したがって、上述の触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“１”であり選択還元触媒が劣化していないと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに燃費優先モード（上記式（１７）参照）を実行し、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行時よりも燃費を向上させることが好ましい。また、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“２”又は“３”である場合、すなわち選択還元触媒の劣化がある程度進行したと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可することが好ましい。
【０１５９】
また、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに、例えばＮＯ２生成優先モードを実行することが好ましい。ここで、酸化触媒やＣＳＦの劣化度合いを判定する方法としては、例えば、劣化の進行に伴って小さくなると考えられるこれら酸化触媒及びＣＳＦの酸素貯蔵能の測定値に基づくものなど、従来既知の方法が用いられる。また、酸化触媒やＣＳＦの劣化度合いが小さく酸素貯蔵能が大きいと、上流側の排気の酸素濃度変化に対する下流側の酸素濃度変化の遅れも大きくなると考えられることから、この酸素貯蔵能は、例えば、上流側及び下流側に設けられた空燃比センサの出力の時間差から測定することができる。なお、この手法に基づく劣化度合いの判定は、酸化触媒がセリアなどの酸素貯蔵能を含有したものである場合（三元触媒とも言う）に限られる。酸素貯蔵能を含有していない酸化触媒を対象とする場合は、例えばエンジン始動直後の昇温制御時の酸化触媒温度の上昇パターンと、予め設定した参照パターンとを比較することにより、昇温制御時の酸化触媒の昇温速度が低下したことを検出し、これに基づいて劣化度合いを判定してもよい。
【０１６０】
図１２は、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。
図１２に示す例は、時刻“０”においてエンジンを始動してから、ＮＯ２生成優先モード、触媒劣化判定モード、ＮＯ２センサフィードバックモードの順でＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合を示す。
上述のように、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤの値に応じてＮＯ２センサフィードバックモードの実行を判断することから、図１２に示すように、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を判断する前に触媒劣化判定モードを実行し、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定しておくことが好ましい。ただし、この触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤは頻繁に変化するとは考えにくいので、エンジンを始動する度に行う必要はない。この場合、例えば前回の触媒劣化判定モードの実行結果に基づいて、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を判断してもよい。
【０１６１】
図１３は、走行中の車両における酸化触媒のＨＣ及びＣＯ浄化率と、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との変化を示す図である。図１３において、破線は酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合を示し、一点鎖線は酸化性能の低い酸化触媒を用いた場合を示す。また、図１３における実線は、エンジンの暖機中及び暖機後にわたり、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化できる理想的な特性を示す。
【０１６２】
図１３に示すように、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、酸化性能の低い酸化触媒を用いた場合と比較して、エンジンの始動直後の暖機中におけるＨＣ、ＣＯ浄化率の立ち上がりを早くでき、また暖機後のＣＯ、ＨＣ浄化率も高くできる。このため、ＣＯ、ＨＣ浄化率を高くするためには、酸化性能の高い酸化触媒を用いた方が好ましい。すなわち、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合におけるＨＣ、ＣＯ浄化率の特性は、暖機中及び暖機後にわたり上記理想的な特性と一致する。
また、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、エンジンの始動直後の暖機中におけるＮＯ２生成効率の立ち上がりを早くでき、したがって選択還元触媒に流入するＮＯ２−ＮＯｘ比を速やかに０．５近傍の最適値まで上昇させることができる。したがって、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合におけるＮＯ２生成効率及びＮＯ２−ＮＯｘ比の特性は、暖機中において上記理想的な特性と一致する。
【０１６３】
しかしながら、酸化性能の高い酸化触媒を用いた場合、暖機後のＮＯ２生成効率が高くなりすぎてしまい、ＮＯ２−ＮＯｘ比は０．５近傍の最適値を大きく上回ってしまい、結果としてＮＯｘ浄化率が低下してしまうこととなる。したがって、暖機後については、酸化性能の低い酸化触媒を用いた方が、ＮＯ２生成効率及びＮＯ２−ＮＯｘ比は理想的な特性に近くなる。
【０１６４】
以上のように、酸化性能の高い酸化触媒を用いても、又は酸化性能の低い酸化触媒を用いても、ＨＣ、ＣＯ浄化率とＮＯ２生成効率との両方を、実線で示す理想的な特性に一致させることができないことから、酸化触媒の貴金属担持量、セル密度、容積、貴金属組成などの仕様を変更しその酸化性能を調製するだけでは、エンジンの始動直後の暖機中及び暖機後にわたり、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化することは困難であると考えられる。
【０１６５】
そこで、本実施形態では、図１２に示すように、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過するまでの間（暖機中）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、その替わりにＮＯ２生成優先モードを実行する。すなわち暖機中は、ＮＯ２生成優先モードを実行し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯ２生成効率を速やかに立ち上げる。そして、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過した後（暖機後）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、ＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍の最適値に維持し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯｘ浄化率も高く維持する。
また、以上のようにエンジンの始動直後の暖機中の他、酸化触媒の温度がその活性温度未満である場合も同様にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともにＮＯ２生成優先モードを実行し、酸化触媒の温度がその活性温度以上である場合にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可してもよい。
【０１６６】
図１４及び図１５は、以上のように構成されたＥＣＵにより目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを決定する手順を示すフローチャートである。
【０１６７】
先ず、Ｓ１では尿素水噴射装置が故障した状態であるか否かを判別する。この判別がＮＯであり、尿素水噴射装置が正常な状態である場合にはＳ２に移る。Ｓ２では、高圧ＥＧＲ装置が故障した状態であるか否かを判別する。この判別がＮＯであり、高圧ＥＧＲ装置が正常な状態である場合にはＳ３に移る。Ｓ３では、ＮＨ３センサ、温度センサ、及びＮＯ２センサなどの各種センサが故障した状態であるか否かを判別する。この判別がＮＯであり、上記センサが何れも正常である場合Ｓ４に移る。また、これらＳ１〜Ｓ３の何れかにおいてＹＥＳであると判別された場合、すなわち尿素水噴射装置、高圧ＥＧＲ装置、及び上記センサのうち何れか１つでも故障した状態であると判別された場合にはＳ５に移り、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを強制的に“０”に設定した後、Ｓ１７に移る。
Ｓ４では、エンジン回転数及び要求エンジン負荷などのパラメータに基づいて予め定められたマップを検索することにより、基準ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｍａｐを決定し、Ｓ６に移る。
【０１６８】
Ｓ６では、エンジンを始動してから、酸化触媒を活性温度まで暖機するために設定された所定の暖機時間経過したか否かを判別する。この判別がＮＯであり、暖機中である場合には、Ｓ７に移る。
Ｓ７では、ＮＯ２生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定した後、Ｓ１６に移る。ＮＯ２生成優先モードでは、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は“１”に設定され（上記式（１８）参照）、結果として目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄとして、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐが採用される。
【０１６９】
Ｓ６における判別がＹＥＳであり、暖機後である場合にはＳ８に移り、選択還元触媒が活性状態にあるか否かを判別する。より具体的には、選択還元触媒の温度Ｔｓｃｒが、その活性状態を判定するために設定された閾値Ｔｓｃｒ＿ａｃｔ（例えば、２５０℃）より高いか否かを判別する。Ｓ８における判別がＮＯであり、選択還元触媒が活性状態にない場合にもＳ７に移り、上記暖機中と同様に、ＮＯ２生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
【０１７０】
Ｓ８における判別がＹＥＳであり、選択還元触媒が活性状態にある場合にはＳ９に移り、選択還元触媒のストレージ量が十分であるか否か、又は、ＮＨ３スリップが発生した状態であるか否かを判別する。より具体的には、ストレージ量が十分であるか否かは、最大ストレージ容量の推定値に対するストレージ量の推定値の割合が、所定値（例えば２０％以上）であるか否かによって判別できる。また、ＮＨ３スリップが発生した状態であるか否かは、ＮＨ３センサの出力値Ｖｎｈ３が所定の閾値以上であるか否かによって判別する。Ｓ９における判別がＮＯであり、選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能が十分でない場合にもＳ７に移り、上記暖機中と同様に、ＮＯ２生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
【０１７１】
Ｓ９における判別がＹＥＳであり、選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能が十分である場合にはＳ１０に移り、選択還元触媒の劣化度合いを判定済みであるか否かを判別する。より具体的には、上述の触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤの値が、触媒劣化判定モードの未実行を示す初期値“０”以外であるか否かによって判別できる。
【０１７２】
Ｓ１０における判別がＮＯであり、エンジンを始動してから未だ選択還元触媒の劣化度合いを判定していない場合には、Ｓ１１に移り、触媒劣化判定モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２と触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを決定した後、Ｓ１６に移る。より具体的には、上記式（９）〜（１２）（又は、式（１３）〜（１６））に基づいて、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２と触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを決定する。
【０１７３】
Ｓ１０における判別がＹＥＳであり、選択還元触媒の劣化度合いを判定済みである場合には、その度合いをさらに詳細に判定するべくＳ１２に移る。そしてＳ１２では、選択還元触媒は新品状態であるか否か、すなわち触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“１”であるか否かを判別する。Ｓ１２における判別がＹＥＳであり、選択還元触媒が新品状態である場合にはＳ１３に移り、燃費優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定した後、Ｓ１６に移る。燃費優先モードでは、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２は、燃費優先ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２＿ｏｐｔに設定される（上記式（１７）参照）。
【０１７４】
Ｓ１２における判別がＮＯであり、したがって選択還元触媒はある程度以上劣化した状態である場合には、Ｓ２０に移り、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いを判定し、この劣化度合いが大きいか否かを判別する。このＳ２０における判別がＹＥＳであり、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いが大きいと判断される場合にはＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、Ｓ７に移り、生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｔ＿ｎｏ２を決定する。
【０１７５】
Ｓ２０における判別がＮＯであり、したがって酸化触媒及びＣＳＦの劣化はさほど大きく進行しておらずかつ選択還元触媒はある程度以上劣化した状態である場合には、現在のエンジンの運転状態がＮＯ２センサフィードバックモードを作動させるのに適した状態であるか否かを判定するべく、Ｓ１４に移る。そしてＳ１４では、例えば排気ボリュームが大きな状態であるか否かを判別する。図３を参照して説明したように、排気ボリュームが大きくなると酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率が低下する。そこで、Ｓ１４における判別がＹＥＳであり、排気ボリュームが大きな状態（高負荷運転状態）である場合には、ＮＯ２生成効率の過剰な低下を防止するべく、Ｓ７に移り、ＮＯ２生成優先モードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
【０１７６】
Ｓ１４における判別がＹＥＳであり、排気ボリュームが小さな状態である場合にはＳ１５に移り、ＮＯ２センサフィードバックモードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定した後、Ｓ１６に移る。より具体的には、上記式（５）〜（８）に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を決定する。
【０１７７】
Ｓ１６では、各モードで決定されたＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに乗算することで、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを決定した後、Ｓ１７に移る。Ｓ１７では、選択還元触媒が劣化した状態であるか否か、すなわち触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“３”であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはＳ１８に移り、触媒劣化警告灯を点灯させた後にこの処理を終了し、この判別がＮＯの場合には、直ちにこの処理を終了する。
【０１７８】
次に、図１６及び図１７に示すシミュレーション結果を参照して、ＮＯ２センサフィードバックモードの効果について検討する。
図１６は、ＮＯ２センサフィードバックモードの非作動時、より具体的にはＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を強制的に“１”に設定し続けた場合におけるシミュレーション結果である。
図１７は、ＮＯ２センサフィードバックモードの作動時におけるシミュレーション結果である。これら図１６及び図１７には、それぞれ、上段から、排気ボリューム、ＥＧＲ量、フィードＮＯ量、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２、及びＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を示す。
【０１７９】
図１６に示すように、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を強制的に“１”にし続けたので、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄとマップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐは一致する。エンジンに断続的に高負荷をかけたことに伴い、排気ボリュームとフィードＮＯ量が同じタイミングで大きくなり、結果として選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５よりも大きなＮＯ２過多の状態から、０．５よりも小さなＮＯ過多の状態に断続的に推移するものの、平均的にはＮＯ２過多の状態となっている。このため、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は、本来の最大値よりも低い値を推移し、フィードＮＯ量が少ないにも関わらず、選択還元触媒の下流側には浄化できなかったＮＯ２が断続的に排出される。
【０１８０】
これに対し、図１７に示すように、ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいてＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を“１”と下限値との間でのこぎり状に変化させるため、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐ以下の値に設定される。したがってフィードＮＯ量は、図１６に示す結果と比較して多めに制御されることとなるが、この結果、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は、平均的には最適値である０．５の近傍を推移することとなり、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は高く維持される。このため、図１６に示す結果と比較して、フィードＮＯ量が多いにも関わらず、選択還元触媒の下流側のＮＯ２量は大幅に抑制される。以上により、ＮＯ２センサフィードバックモードの効果が検証された。
【０１８１】
［第１実施形態の変形例］
次に、上記第１実施形態の変形例について説明する。
上記第１実施形態では、ＮＯ２センサフィードバックモードとは別に触媒劣化判定モードを設定し、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを、この触媒劣化判定モードで作動させることで選択還元触媒の劣化度合いを判定した。これに対し本変形例では、このように触媒劣化判定モードを別途設定することなく、ＮＯ２センサフィードバックモードで作動させている間におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に基づいて劣化度合いを判定する点で、上記第１実施形態と異なる。
【０１８２】
上述のように、ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２センサでＮＯ２が検出されるまで、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を増加させることで徐々にＮＯ２過多の状態にし、その後、ＮＯ２センサでＮＯ２が検出されなくなるまでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させる。一方、選択還元触媒の劣化が進行すると、ＮＯ２−ＮＯｘ比の最適値からのずれに応じたＮＯｘ浄化率の低下も大きくなる。したがって、劣化が進行した選択還元触媒に対しては、ＮＯ２センサでＮＯ２が検出されなくなるまで、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値に近くなりＮＯｘ浄化率が高くなるまで、大幅にＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させる必要がある。つまり、劣化が進行した選択還元触媒に対しＮＯ２センサフィードバックモードでコントローラを作動させると、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の最低値（図７における星印参照）は、小さくなると考えられる。
【０１８３】
このことから、本変形例では、ＮＯ２フィードバックモードでＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を変化させている間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回った時におけるＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に対し、下記式（１９）に示すような統計処理を施すことにより、選択還元触媒の劣化度合いの進行に反比例した劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを算出する。ここで、フィルタリング係数Ｋｊｄ＿ｓｃｒは、“０”から“１”の間、例えば、“０．９９５”に設定される。
【数１９】
0005351186.tif 000020
【０１８４】
そして、このようにして得られた劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲと閾値Ｊ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤとを比較することにより、下記式（２０）に示すように、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
【数２０】
0005351186.tif 000021
【０１８５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１８６】
第１実施形態では、図３を参照して説明したように酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯの酸化は、ＣＯやＨＣより優先順位が低いことに着目し、フィードＮＯ量や排気ボリュームを増減することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を適正値の近傍に制御する。これに対し第２実施形態では、酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率は、排気の酸素濃度によっても変化することに着目する。
【０１８７】
図１８は、混合気の空燃比と、酸化触媒及びＣＳＦの下流側のＮＯ２量と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との関係を示す図である。なお、図１８には、燃料噴射タイミングや噴射パターンなど、混合気の空燃比とは無関係のパラメータを適宜調整することにより、フィードＮＯ量が一定になるようにした場合を示す。
図１８に示すように、フィードＮＯ量を一定にしたまま空燃比をストイキよりリーン側の領域においてリーン側からリッチ側へ変化させ、これにより酸化触媒及びＣＳＦに流入する排気の酸素濃度が低下させると、酸化触媒及びＣＳＦで酸化されるＮＯの割合が低下し（すなわちＮＯ２生成効率が低下し）、ＮＯ２−ＮＯｘ比が低下する。これは、混合気の空燃比、より直接的には酸化触媒及びＣＳＦに流入する排気の酸素濃度により、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を調整できることを意味する。
【０１８８】
図１９は、混合気の空燃比とＮＯ２−ＮＯｘ比との関係に着目することでなされた本実施形態に係るエンジン１Ａの排気浄化システム２Ａ及びそのＥＣＵ３Ａの構成を示すブロック図である。
【０１８９】
排気浄化システム２Ａの状態を検出するため、ＥＣＵ３Ａには、酸素濃度センサ４５Ａが接続されている。この酸素濃度センサ４５Ａは、排気管１１のうち酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の下流側の排気の酸素濃度、すなわち排気の空燃比を検出し、検出値に略比例した信号ＡＦ＿ａｃｔをＥＣＵ３Ａに供給する。
【０１９０】
混合気の空燃比の調整方法は、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとで異なる。
ガソリンエンジンの場合は、スロットリングにより新気量を増減することにより混合気の空燃比を調整できる。
過給機を備えたディーゼルエンジンの場合は、ＥＧＲ量、メイン噴射及びアフター噴射に係る燃料噴射量に相当する燃焼燃料噴射量、ポスト噴射に係る燃料噴射量に相当するポスト噴射量、及び過給圧などにより混合気の空燃比を調整できる。メイン噴射とは吸気工程から膨張工程までの間の所定のタイミングで実行される燃料噴射であり、アフター噴射とは上記メイン噴射の後に実行される燃料噴射である。ポスト噴射とは膨張工程から吸気工程までの間の所定のタイミングで実行される燃料噴射である。例えば、ＥＧＲ量を増加させると混合気の空燃比はリッチ化され、逆に減少させると混合気の空燃比はリーン化される傾向がある。アフター噴射量やポスト噴射量を増加させると混合気の空燃比はリッチ化され、逆に減少させるとリーン化される傾向がある。また、メイン噴射やアフター噴射のタイミングを遅角すると燃焼効率が低下するため、同じエンジン出力トルクを維持するためには燃焼燃料噴射量を増加させる必要があるため、結果として混合気の空燃比はリッチ化され、逆にこれらタイミングを進角するとリーン化される傾向がある。
以下では、エンジン１Ａはディーゼルエンジンとし、混合気の空燃比を調整するためのパラメータとして、燃焼燃料噴射量Ｇｃｏｍｂ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、目標過給圧Ｂｏｏｓｔ＿ｃｍｄ、及び目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを決定する例を説明する。
【０１９１】
図１９に示すように、混合気の空燃比の調整に係るパラメータ（Ｇｃｏｍｂ、Ｇｐｏｓｔ、Ｂｏｏｓｔ＿ｃｍｄ、及びＧｅｇｒ＿ｃｍｄ）の決定に係る制御ブロックは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａと、基準空燃比マップ値算出部３２Ａと、空燃比コントローラ３３Ａと、を含んで構成される。
【０１９２】
この制御ブロックによれば、酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の下流側の排気の空燃比に対する目標値である目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、基準空燃比マップ値算出部３２Ａにより算出された基準目標空燃比ＡＦ＿ｍａｐに、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａにより算出された空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を加算することで算出される（下記式（２１）参照）。そして、燃焼燃料噴射量Ｇｃｏｍｂ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、目標過給圧Ｂｏｏｓｔ＿ｃｍｄ、及び目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、酸素濃度センサ４５Ａの出力値ＡＦ＿ａｃｔが上記目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄに一致するように、空燃比コントローラ３３Ａにより算出される。
【数２１】
0005351186.tif 000022
【０１９３】
基準空燃比マップ値算出部３２Ａは、エンジン回転数ＮＥ及び要求エンジン負荷ＴＲＱに基づいて、予め定められたマップを検索することにより、基準目標空燃比ＡＦ＿ｍａｐを決定する。なお、この基準空燃比マップ値算出部３２Ａにおけるマップは、燃費、スート量、及びフィードＮＯｘ量などのバランスを考慮しつつ、第１実施形態と同様に、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多気味になるように設定されていることが好ましい。
【０１９４】
ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、第１実施形態のＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１と同様に、以下の４種類の制御モードの何れかで作動し、各制御モードで異なるアルゴリズムに基づいて、上記マップ値ＡＦ＿ｍａｐを補正するための空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を算出する。
１．ＮＯ２センサフィードバックモード
２．触媒劣化判定モード
３．燃費優先モード
４．ＮＯ２生成優先モード
以下、これら４つの制御モードにより、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を算出する手順について順に説明する。
【０１９５】
＜ＮＯ２センサフィードバックモード＞
ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がその最適値の近傍に平均的に維持されるように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいて空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を決定する。
【０１９６】
本実施形態も第１実施形態と同様に、下記式（２２）で定義された出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２を用い、さらに下記式（２３）、（２４）、（２５）に基づいて空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を算出する。
【数２２】
0005351186.tif 000023
【数２３】
0005351186.tif 000024
【数２４】
0005351186.tif 000025
【数２５】
0005351186.tif 000026
【０１９７】
式（２５）に示されるように、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２は、上限値を“０”とし、下限値をＤａｆ＿ｎｏ２＿Ｌとし、これら上限値と下限値との間で設定される。式（２４）中のフィードバックゲインＫｉ＿ａｆ＿ｎｏ２は負の値に設定される。式（２３）中の初回減算量ＤＤａｆ＿ＤＥＣは、負の値に設定され、復帰量ＤＤａｆ＿ＩＮＣは、正の値に設定される。
【０１９８】
図２０は、上記式（２２）〜（２５）で定義されたＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２、及び目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄの変化を示すタイムチャートである。
【０１９９】
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２はＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。この場合、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２は、上限値へ向かって、式（２３）で設定した復帰量ＤＤａｆ＿ＩＮＣずつ増加し、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、マップ値ＡＦ＿ｍａｐに近づくように徐々に大きくなる。これにより、混合気の空燃比はよりリーン側に変更され、結果として排気の酸素濃度は、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を増加させなかった場合と比較して徐々に上昇する。
【０２００】
次に、時刻ｔ２では、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２は、式（２３）で設定した初回減算量ＤＤａｆ＿ＤＥＣだけ小さくなる。これにより、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、マップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるようにより小さな値に瞬間的に変更される。その後、時刻ｔ２からＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２は、式（２４）に示すように、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２に比例した分ずつ減少する。これにより、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、マップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるように、より小さくなる。これにより、混合気の空燃比はよりリッチ側に変更され、結果として排気の酸素濃度は、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を減少させなかった場合と比較して徐々に低下する。
【０２０１】
時刻ｔ３〜ｔ４までの間、及び時刻ｔ５以降、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。したがって、この間における空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２と目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ１〜ｔ２までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。また時刻ｔ４〜ｔ５までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい。したがって、この間における空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２と目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ２〜ｔ３までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。
【０２０２】
次に、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを、マップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるように減少させる処理（図２０中、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５）を実行することによる効果について、図２１を参照しながら説明する。
【０２０３】
図２１は、排気管の各部分における酸素濃度、ＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量、並びに混合気の空燃比を示す図である。図２１中、破線は、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄとしてマップ値ＡＦ＿ｍａｐを採用し続けた従来手法の例を示し、実線は、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄを、マップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるように減少させた本実施形態の例を示す。
【０２０４】
先ず、破線で示す従来手法では、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回ったＮＯ２過多の状態になると、浄化しきれなかったＮＯ２が選択還元触媒の下流側に排出されてしまう。
【０２０５】
これに対し本実施形態では、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となりＮＯ２過多の状態となった場合には、目標空燃比ＡＦ＿ｃｍｄをマップ値ＡＦ＿ｍａｐから離れるように減少させることにより、混合気の空燃比をよりリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させる。なお、混合気の空燃比のリッチ化は、例えば、燃焼燃料噴射量Ｇｃｏｍｂ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、及びＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを増加させたりすることで行われる。このため、混合気の空燃比のリッチ化に伴って、酸化触媒及びＣＳＦに流入する排気のＨＣ量及びＣＯ量は増加し、逆にＮＯ量は減少する。
【０２０６】
排気の酸素濃度が低下すると、酸化触媒におけるＮＯの酸化効率が低下する。加えて、混合気の空燃比のリッチ化に伴い、酸化の優先順位がＮＯより高いＨＣ及びＣＯの量が増加するので、ＮＯの酸化効率がさらに低下する。したがって、酸化触媒におけるＮＯ２生成効率が低下する。
【０２０７】
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回っていた従来手法に対し、本実施形態では、混合気の空燃比をよりリッチ側に変更し、酸素濃度を低下させることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍の最適値に向けて低減させ、結果として選択還元触媒から排出されるＮＯ量及びＮＯ２量ともに抑制することができる。
【０２０８】
なお、本実施形態では、混合気の空燃比をリッチ側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることで選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて低減させたが、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に向けて低減させる方法はこれに限らない。図２１に示すように、エンジンから排出されるＮＯｘ量が減少することを起因とした酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率の上昇効果よりも、排気の酸素濃度が低下しかつエンジンから排出されるＨＣ量及びＣＯ量が増加することを起因とした酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率の低下効果の方が大きくなるように、エンジンの燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを設定することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させてもよい。
【０２０９】
ところで、第１実施形態では、混合気の空燃比がストイキから十分に離れたリーンの状態でＥＧＲ量を低減させることにより、ＮＯ２生成効率を低下させるのに対し、第２実施形態では、ＥＧＲ量を増加させ、混合気の空燃比をストイキよりリーン側かつストイキ近傍までリッチ化させることにより、ＮＯ２生成効率を低下させる。このように第１実施形態と第２実施形態とでは、ＮＯ２生成効率を低下させる際におけるＥＧＲ量の変化の方向は逆となるが、これは前提となる混合気の空燃比が大きく異なるためであり、矛盾するものではない。
【０２１０】
＜２．触媒劣化判定モード＞
図１９に戻って、触媒劣化判定モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、選択還元触媒２３の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
より具体的には、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を、上限値“０”から下限値Ｄａｆ＿ｎｏ２＿Ｌに向かって減少させることで混合気の空燃比をリッチ側に変化させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。このようにして、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を変化させ続けながら、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定するアルゴリズムは、第１実施形態における式（９）〜（１２）中のＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に関するパラメータを、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２のものに置き換えることで構築することができる。
また、逆に、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を、下限値Ｄａｆ＿ｎｏ２＿Ｌから上限値“０”に向かって増加させることで混合気の空燃比をリーン側に変化させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを上回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定することもできる。このアルゴリズムは、第１実施形態における式（１３）〜（１６）中のＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に関するパラメータを、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２のものに置き換えることで構築することができる。
【０２１１】
＜燃費優先モード＞
燃費優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、ＮＯ２フィードバックモードの実行時よりも燃費が向上するように、すなわち混合気の空燃比がよりリーンになるように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２によらず空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を燃費優先空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２＿ｏｐｔに設定する（下記式（２６）参照）。
【数２６】
0005351186.tif 000027
【０２１２】
＜ＮＯ２生成優先モード＞
ＮＯ２生成優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ａは、酸化触媒及びＣＳＦで多くのＮＯ２が生成され、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２量が多くなるように、下記式（２７）に示すように、空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を“０”に設定する。
【数２７】
0005351186.tif 000028
【０２１３】
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、ＮＯ２センサフィードバックモードと、触媒劣化判定モードと、燃費優先モードと、ＮＯ２生成優先モードとの４種類の異なる制御モードで作動させることが可能となっている。また、各モードを実行するのに好ましい時期は、第１実施形態と同じである。
すなわち、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“１”であり選択還元触媒が劣化していないと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに燃費優先モード（上記式（２６）参照）を実行し、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行時よりも燃費を向上させることが好ましい。また、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“２”又は“３”である場合、すなわち選択還元触媒の劣化がある程度進行したと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可することが好ましい。
また、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに、例えばＮＯ２生成優先モードを実行することが好ましい。
【０２１４】
図２２は、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。図２２に示す例は、時刻“０”においてエンジンを始動してから、ＮＯ２生成優先モード、触媒劣化判定モード、ＮＯ２センサフィードバックモードの順でＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合を示す。
図２２に示すように、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過するまでの間（暖機中）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、その替わりにＮＯ２生成優先モードを実行する。すなわち暖機中は、ＮＯ２生成優先モードを実行し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯ２生成効率を速やかに立ち上げる。そして、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過した後（暖機後）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値に維持し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯｘ浄化率も高く維持する。
また、以上のようにエンジンの始動直後の暖機中の他、酸化触媒の温度がその活性温度未満である場合も同様にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともにＮＯ２生成優先モードを実行し、酸化触媒の温度がその活性温度以上である場合にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可してもよい。
これにより、第１実施形態において図１３を参照して説明したように、エンジンの始動直後の暖機中及び暖機後にわたり、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化することができる。
【０２１５】
［第２実施形態の変形例］
次に、上記第２実施形態の変形例について説明する。
本変形例では、上記第２実施形態のように触媒劣化判定モードを別途設定することなく、ＮＯ２センサフィードバックモードで作動させている間における空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２に基づいて劣化度合いを判定する。
より具体的には、ＮＯ２フィードバックモードで空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２を変化させている間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回った時における空燃比補正係数Ｄａｆ＿ｎｏ２に対し、上記式（１９）と同様の統計処理を施すことにより、選択還元触媒の劣化度合いの進行に反比例した劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを算出し、さらにこのパラメータを上記式（２０）と同様に閾値と比較することにより、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
【０２１６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０２１７】
第１実施形態では酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯの酸化はＣＯやＨＣより優先順位が低いことに着目し、第２実施形態では酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率は、排気の酸素濃度によって変化することに着目した。これに対し第３実施形態では、酸化触媒やＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率は、その温度によって変化することに着目する。
【０２１８】
図２３は、酸化触媒の温度と、酸化触媒及びＣＳＦの下流側のＮＯ２量と、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比との関係を示す図である。なお、図２３には、フィードＮＯ量が一定になるように酸化触媒の温度を変化させた場合を示す。
図２３に示すように、酸化触媒の温度が上昇すると、酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率も上昇するが、ある温度以上になると、ＮＯ２が再度ＮＯに戻る反応が発生するためＮＯ２生成効率も再度低下する。以下、詳細に説明するように、本実施形態では、酸化触媒の目標温度を上限値Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔと下限値Ｔｄｏｃ＿Ｌとの間で変化させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値の近傍に制御する。
【０２１９】
図２４は、酸化触媒２１の温度とＮＯ２−ＮＯｘ比との関係に着目することでなされた本実施形態に係るエンジン１Ｂの排気浄化システム２Ｂ及びそのＥＣＵ３Ｂの構成を示すブロック図である。
【０２２０】
酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の温度は、メイン噴射量、アフター噴射量、及びポスト噴射量の他、メイン噴射タイミングやアフター噴射タイミングなどにより調整できる。例えば、メイン噴射量、アフター噴射量、及びポスト噴射量を増加させると酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の温度は高くなり、逆にこれらの量を少なくすると低くなる傾向がある。また、メイン噴射タイミングやアフター噴射タイミングを遅角すると酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の温度は高くなり、逆に進角させると低くなる傾向がある。
以下では、酸化触媒２１及びＣＳＦ２２の温度を調整するためのパラメータとして、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを決定する例を説明する。
【０２２１】
図２４に示すように、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔの決定に係る制御ブロックは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂと、基準ポスト噴射量マップ値算出部３２Ｂと、温度コントローラ３３Ｂと、を含んで構成される。
【０２２２】
この制御ブロックによれば、酸化触媒２１の目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、後述の最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂにより算出された温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を加算することで算出される（下記式（２８）参照）。そして、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔは、基準ポスト噴射量マップ値算出部３２Ｂにより算出された基準ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ＿ｍａｐに、温度コントローラ３３Ｂにより算出されたポスト噴射量補正値ＤＧｐｏｓｔを加算することで算出される（下記式（２９）参照）。
【数２８】
0005351186.tif 000029
【数２９】
0005351186.tif 000030
【０２２３】
ところで、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は、その温度によって変化することが知られている。より具体的には、酸化触媒及びＣＳＦのＮＯ２生成効率がその温度に対して上に凸の特性を示す（図２３参照）のと同様に、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率は、その温度に対して上に凸の特性を示し、したがって所定の温度で最大となる。そこで、上述の酸化触媒の最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔは、下流側の選択還元触媒がＮＯｘ浄化率最大となる温度にある状態における酸化触媒の温度とする。また、酸化触媒やＣＳＦの仕様や排気系のレイアウトを調整することで、下流側の選択還元触媒のＮＯｘ浄化率を最大化する最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔを、図２３に示すように、酸化触媒におけるＮＯ生成効率が最大となる温度とほぼ等しくすることができる。
【０２２４】
基準ポスト噴射量マップ値算出部３２Ｂは、エンジン回転数ＮＥ及び要求エンジン負荷ＴＲＱに基づいて、予め定められたマップを検索することにより、基準ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ＿ｍａｐを算出する。なお、この基準ポスト噴射量マップ値算出部３２Ｂにおけるマップは、燃費、スート量、及びフィードＮＯｘ量などを考慮しながら酸化触媒２１の温度が上述の最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに維持されるように、かつ第１実施形態と同様に選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多気味になるように設定されていることが好ましい。
【０２２５】
温度コントローラ３３Ｂは、下記式（３０）に示される酸化触媒温度Ｔｄｏｃと目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄとの偏差Ｅ＿ｔｄｏｃが“０”になるように、下記式（３１）に基づいてポスト噴射量補正値ＤＧｐｏｓｔを算出する。
【数３０】
0005351186.tif 000031
【数３１】
0005351186.tif 000032
【０２２６】
ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂは、以下の３種類の制御モードの何れかで作動し、各制御モードで異なるアルゴリズムに基づいて、上述の最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔを補正するための温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を算出する。
１．ＮＯ２センサフィードバックモード
２．触媒劣化判定モード
３．ＮＯ２生成優先モード
以下、これら３つの制御モードにより、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を算出する手順について順に説明する。
【０２２７】
＜ＮＯ２センサフィードバックモード＞
ＮＯ２センサフィードバックモードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がその最適値の近傍に維持されるように、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２に基づいて温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を決定する。
【０２２８】
本実施形態も第１実施形態と同様に、下記式（３２）で定義された出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２を用い、さらに下記式（３３）、（３４）、（３５）に基づいて温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を算出する。
【数３２】
0005351186.tif 000033
【数３３】
0005351186.tif 000034
【数３４】
0005351186.tif 000035
【数３５】
0005351186.tif 000036
【０２２９】
式（３５）に示されるように、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２は、上限値を“０”とし、下限値を“Ｔｄｏｃ＿Ｌ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ”とし、これら上限値と下限値との間で設定される。したがって、式（２８）より、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの上限値は最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔとなり、下限値はＴｄｏｃ＿Ｌとなる。
式（３４）中のフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２は負の値に設定される。式（３３）中の初回減算量ＤＤｔ＿ＤＥＣは、負の値に設定され、復帰量ＤＤａｆ＿ＩＮＣは、正の値に設定される。
【０２３０】
図２５は、上記式（３２）〜（３５）で定義されたＮＯ２センサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２、及び目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの変化を示すタイムチャートである。
【０２３１】
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２はＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。この場合、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２は、上限値“０”へ向かって、式（３３）で設定した復帰量ＤＤｔ＿ＩＮＣずつ増加し、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに近づくように徐々に大きくなる。これにより、ポスト噴射量が増量側に補正され、結果として酸化触媒の温度は、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を増加させなかった場合と比較して徐々に上昇する。
【０２３２】
次に、時刻ｔ２では、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２は、式（３３）で設定した初回減算量ＤＤｔ＿ＤＥＣだけ小さくなる。これにより、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから離れるようにより小さな値に、瞬間的に変更される。その後時刻ｔ２からＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２は、式（３４）に示すように、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２に比例した分ずつ減少する。これにより、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔからさらに離れるように、より小さくなる。これにより、ポスト噴射量が減量側に補正され、結果として酸化触媒の温度は、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を減少させなかった場合と比較して徐々に低下する。
【０２３３】
時刻ｔ３〜ｔ４までの間、及び時刻ｔ５以降、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である。したがって、この間における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２と目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ１〜ｔ２までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。また時刻ｔ４〜ｔ５までの間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２は、ＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい。したがって、この間における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２と目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、上記時刻ｔ２〜ｔ３までの間と定性的に同じ振る舞いを示すので、詳細な説明を省略する。
【０２３４】
図２６は、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率と、ＮＯ２−ＮＯｘ比及び酸化触媒の温度との関係を示す図である。図２６には、酸化触媒の温度を最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔにしたときにおけるＮＯｘ浄化率を実線で示し、酸化触媒の温度を最適温度Ｔｄｏｃ＿ｏｐｔより低い目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄにしたときにおけるＮＯｘ浄化率を破線で示す。
上述のように、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は酸化触媒の温度が最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔにあるときに最大となることから、基本的には、酸化触媒の目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄは、この最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに設定される。しかしながら、最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに維持したとしても、例えば図２６中、白丸で示すようにＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯ２過多の状態となると、そのＮＯｘ浄化率は大きく低下してしまう。このような場合、酸化触媒の目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを低下させてでも、酸化触媒のＮＯ２生成効率を低下させ、図２６中、星印で示すようにＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値近傍にまで減少させた方が、ＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
なお、このことから、上記式（３５）で定義された目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの下限値Ｔｄｏｃ＿Ｌは、酸化触媒の温度をＴｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔからＴｄｏｃ＿Ｌまで低下させたときに、選択還元触媒の温度が低下することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減し最適化することによるＮＯｘ浄化率の上昇効果の方が大きくなるように設定されることが好ましい。
【０２３５】
次に、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを、Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから離れるように減少させる処理（図２５中、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５）を実行することによる効果について、図２７を参照しながら説明する。
【０２３６】
図２７は、排気管の各部分における酸素濃度、ＮＯ２−ＮＯｘ比、ＮＯ量、ＮＯ２量、ＨＣ量及びＣＯ量、並びに混合気の空燃比を示す図である。図２７中、破線は、目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄとして最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔを採用し続けた従来手法の例を示し、実線は、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となったことに応じて目標酸化触媒温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから離れるように低下させた本実施形態の例を示す。
【０２３７】
先ず、破線で示す従来手法では、選択還元触媒はＮＯｘ浄化率が最大となる温度になっているにも関わらず、流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回ったＮＯ２過多の状態になると、ＮＯ２は浄化しきれずに選択還元触媒の下流側に排出されてしまう。
【０２３８】
これに対し、本実施形態では、出力偏差Ｅ＿Ｖｎｏ２が正の値となりＮＯ２過多の状態となった場合には、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから離れるように低下させることにより、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔをより減量側に補正し、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させる。ここで、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを減量することにより、酸化触媒に流入する排気のＨＣ量及びＣＯ量は減少し、逆にＮＯ量は僅かに増加する。また、酸化触媒及びＣＳＦの温度が低下すると、これら酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ２生成効率が低下する。
【０２３９】
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値を大きく上回っていた従来手法に対し、本実施形態では、ポスト噴射量を減量側に補正し、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させることにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を０．５近傍の最適値に向けて低減させ、結果として選択還元触媒から排出されるＮＯ量及びＮＯ２量ともに抑制することができる。
【０２４０】
なお、本実施形態では、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを減量側に補正し、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させたが、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させる方法はこれに限らない。酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させるには、ポスト噴射量だけでなく、例えばアフター噴射量を減量側に補正してもよい。また、酸化触媒の温度を低下させることにより、ＮＯ酸化効率だけでなくＨＣやＣＯの酸化効率も低下する。このため本実施形態では、エンジンの燃焼状態に相関のある燃焼パラメータを、エンジンから排出されるＣＯ及びＨＣが、温度の低下に伴い酸化能力が低下した酸化触媒で及びＣＳＦも処理できる量以下になるように設定することが好ましい。
【０２４１】
＜２．触媒劣化判定モード＞
図２４に戻って、触媒劣化判定モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂは、選択還元触媒２３の劣化度合いを示す触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
より具体的には、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を、上限値“０”から下限値（Ｔｄｏｃ＿Ｌ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）に向かって減少させることで酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。このようにして、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を変化させ続けながら、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定するアルゴリズムは、第１実施形態における式（９）〜（１２）中のＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に関するパラメータを、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２のものに置き換えることで構築することができる。
また、逆に、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を、下限値（Ｔｄｏｃ＿Ｌ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）から上限値“０”に向かって増加させることで酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを上回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定することもできる。このアルゴリズムは、第１実施形態における式（１３）〜（１６）中のＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２に関するパラメータを、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２のものに置き換えることで構築することができる。
【０２４２】
＜ＮＯ２生成優先モード＞
ＮＯ２生成優先モードでは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｂは、酸化触媒及びＣＳＦで多くのＮＯ２が生成され、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２量が多くなるように、下記式（３６）に示すように、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を“０”に設定する。
【数３６】
0005351186.tif 000037
【０２４３】
以上のように、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラは、ＮＯ２センサフィードバックモードと、触媒劣化判定モードと、ＮＯ２生成優先モードとの３種類の異なる制御モードで作動させることが可能となっている。また、各モードを実行するのに好ましい時期は、第１実施形態と同じである。
すなわち、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“１”であり、選択還元触媒が劣化していないと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行時よりも燃費を向上させることが好ましい。また、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤが“２”又は“３”である場合、すなわち選択還元触媒の劣化がある程度進行したと判断できる場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可することが好ましい。
また、酸化触媒及びＣＳＦの劣化度合いを判定し、この劣化度合いが小さいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、劣化度合いが大きいと判定した場合には、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともに、例えばＮＯ２生成優先モードを実行することが好ましい。
【０２４４】
図２８は、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるモードの切り換え手順の一例を示すタイムチャートである。図２８に示す例は、時刻“０”においてエンジンを始動してから、ＮＯ２生成優先モード、触媒劣化判定モード、ＮＯ２センサフィードバックモードの順でＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合を示す。
図２８に示すように、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過するまでの間（暖機中）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止し、その替わりにＮＯ２生成優先モードを実行する。すなわち暖機中は、ＮＯ２生成優先モードを実行し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯ２生成効率を速やかに立ち上げる。そして、エンジンの始動を開始してから所定時間が経過した後（暖機後）は、ＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可し、ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５近傍の最適値に維持し、ＨＣ及びＣＯ浄化率とともにＮＯｘ浄化率も高く維持する。
また、以上のようにエンジンの始動直後の暖機中の他、酸化触媒の温度がその活性温度未満である場合も同様にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を禁止するとともにＮＯ２生成優先モードを実行し、酸化触媒の温度がその活性温度以上である場合にＮＯ２センサフィードバックモードの実行を許可してもよい。
これにより、第１実施形態において図１３を参照して説明したように、エンジンの始動直後の暖機中及び暖機後にわたり、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを全て効率的に浄化することができる。
【０２４５】
［第３実施形態の変形例１］
次に、上記第３実施形態の変形例１について説明する。
本変形例では、上記第３実施形態のように触媒劣化判定モードを別途設定することなく、ＮＯ２センサフィードバックモードで作動させている間における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２に基づいて劣化度合いを判定する。
より具体的には、ＮＯ２フィードバックモードで温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を変化させている間、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回った時における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２に対し、上記式（１９）と同様の統計処理を施すことにより、選択還元触媒の劣化度合いの進行に反比例した劣化判定用パラメータＪ＿ＳＣＲを算出し、さらにこのパラメータを上記式（２０）と同様に閾値と比較することにより、触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
【０２４６】
［第３実施形態の変形例２］
次に、上記第３実施形態の変形例２について説明する。
図２３に示すように、下限値Ｔｄｏｃ＿Ｌと最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔの間では、酸化触媒の温度が低下するとＮＯ２生成効率が低下し、ＮＯ２−ＮＯｘ比も低下する。上記第３実施形態では、酸化触媒の温度を低下させるとＮＯ２生成効率が低下する温度領域［Ｔｄｏｃ＿Ｌ，Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ］内で目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを変化させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値の近傍に制御する。すなわち上記第３実施形態では、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させる際、酸化触媒の温度を低下させる。
【０２４７】
ところで、図２３に示すように、最適温度Ｔｄｏｃ＿ｄｃｒ＿ｏｐｔは、酸化触媒及びＣＳＦにおけるＮＯ酸化効率が最大となる温度とほぼ等しい。この場合、最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔと所定の上限値Ｔｄｏｃ＿Ｈとの間では、酸化触媒の温度が上昇するとＮＯ酸化効率が低下し、ＮＯ２−ＮＯｘ比も低下する。本変形例では、このように酸化触媒の温度を上昇させるとＮＯ２生成効率が低下する温度領域［Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ，Ｔｄｏｃ＿Ｈ］内で目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを変化させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比をその最適値の近傍に制御する。すなわち本変形例では、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを領域［Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ，Ｔｄｏｃ＿Ｈ］内に設定するとともに、この領域内で目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄを上記第３実施形態とは逆に上昇させるように補正することにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させる。
【０２４８】
したがって、本変形例におけるＮＯ２センサフィードバックモードでは、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を、上記第３実施形態とは逆の方向に変化させる。具体的には、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈ以下である場合には温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を減少させることにより、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄ、ひいては酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させる。また、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２がＮＯ２検出閾値より大きい場合には温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を増加させることにより、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄ、ひいては酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させる。以上のように、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を決定するための演算式は、例えば、上記式（３３）、（３４）中の初回減算量ＤＤｔ＿ＤＥＣ、復帰量ＤＤｔ＿ＩＮＣ、及びフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２の符号を反転することで構成することができる。また、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの設定領域を［Ｔｄｏｃ＿Ｌ，Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ］から［Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ，Ｔｄｏｃ＿Ｈ］に変更するに伴い、式（３５）における温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２の上限値を“０”からＴｄｏｃ＿Ｈ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔに変更し、下限値をＴｄｏｃ＿Ｌ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから“０”に変更する。
【０２４９】
また、触媒劣化判定モードでも、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を上記第３実施形態とは逆の方向に変化させる。具体的には、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を下限値“０”から上限値（Ｔｄｏｃ＿Ｈ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）に向かって増加させることで、酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを下回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。又は、温度補正量Ｄｔ＿ｎｏ２を上限値（Ｔｄｏｃ＿Ｈ−Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔ）から下限値“０”に向かって減少させることで、酸化触媒及びＣＳＦの温度を低下させ続けたときに、ＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が劣化判定閾値Ｖｎｏ２＿ＪＤ＿ｔｈを上回ったタイミングに基づいて触媒劣化判定値ＤＥＴ＿ＳＣＲ＿ＡＧＤを決定する。
【０２５０】
ところで、ＮＯ２−ＮＯｘ比を最適化するべく酸化触媒及びＣＳＦの温度を、上記最適温度Ｔｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔから上昇させると、その下流側の選択還元触媒の温度も上昇し、そのＮＯｘ浄化率が低下してしまうため、温度を上昇させすぎてしまうと逆にシステム外へのＮＯｘの排出が悪化するおそれもある。したがって、酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させた場合に、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が確実に上昇するように、目標温度Ｔｄｏｃ＿ｃｍｄの上限値Ｔｄｏｃ＿Ｈは、酸化触媒の温度をＴｄｏｃ＿ｓｃｒ＿ｏｐｔからＴｄｏｃ＿Ｈまで上昇させたときに、選択還元触媒の温度が上昇することによるＮＯｘ浄化率の低下効果よりも、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減し最適化することによるＮＯｘ浄化率の上昇効果の方が大きくなるように設定されることが好ましい。
【０２５１】
また、本変形例のように酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させると、エンジンから排出されるＨＣ、ＣＯ量も増加する傾向がある。しかしながら、酸化触媒におけるＨＣ、ＣＯ酸化効率は、図２に示すような上に凸の特性を示すＮＯ酸化効率の特性とは異なり、その温度の上昇とともに高くなる。したがって、酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させるためにエンジンから排出されるＨＣ、ＣＯ量が増加したとしても、これによってシステム外へのＨＣ、ＣＯの排出が大きく悪化することはない。
【０２５２】
以上のように、本変形例では、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減する場合、酸化触媒及びＣＳＦの温度を上昇させることから、上記第３実施形態と比較すると排気系の平均温度は高い。また、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンと比較して排気系の平均温度が高いため上記第３実施形態のように酸化触媒やＣＳＦの温度を下げる制御は比較的困難である。一方、排気温度を上昇させることに関しては、例えば点火時期をリタードすることなどによって比較的容易に行えるため、したがって、本変形例のように、酸化触媒やＣＳＦの温度を上昇させる本変形例は、特にガソリンエンジンの排気浄化システムに適している。
【０２５３】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０２５４】
上述の第１〜第３実施形態では、選択還元触媒２３の下流側に設けられたＮＯ２センサの出力値Ｖｎｏ２が閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈより大きい場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ２過多の状態である場合に、ＮＯ２−ＮＯｘ比を低減させることにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持した。これに対し、本実施形態では、選択還元触媒の下流側にＮＯを検出するＮＯセンサを設け、その出力値Ｖｎｏが閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多の状態である場合に、ＮＯ２−ＮＯｘ比を逆に増加させることにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。
また、第１実施形態では、ＥＧＲ量を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整した。この第１実施形態と同様に、本実施形態もＥＧＲ量を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整する。
【０２５５】
図２９は、ＮＯセンサ４３を備えた本実施形態に係るエンジン１Ｃの排気浄化システム２Ｃ及びそのＥＣＵ３Ｃの構成を示すブロック図である。
【０２５６】
排気浄化システム２Ａの状態を検出するため、ＥＣＵ３Ｃには、ＮＯセンサ４３Ｃが接続されている。このＮＯセンサ４３Ｃは、排気管１１のうち選択還元触媒２３より下流側の排気中のＮＯの量又は濃度を検出し、検出値に略比例した信号ＶｎｏをＥＣＵ３Ｃに供給する。
ところで、このように排気中のＮＯのみに感応するＮＯセンサとして、車載に適したものは現存していない。しかしながら、排気中のＮＯｘは、ＮＯとＮＯ２のみでほぼ全て構成されているとみなしてよいことから、上述のようなＮＯセンサは、ＮＯｘセンサとＮＯ２センサとを組み合わせて構成することができる。また、現存するＮＯｘセンサはＮＯｘだけでなくＮＨ３にも感応することから、ＮＯｘセンサ及びＮＯ２センサに加えて、ＮＨ３センサを組み合わせることが好ましい。すなわち、ＮＯｘセンサの出力値から、ＮＯ２センサの出力値及びＮＨ３センサの出力値を減算することにより、ＮＯ濃度又は量に比例した所望の出力値を得ることができる。
【０２５７】
図２９に示すように、ＥＧＲバルブ指令値Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄの決定に係る制御ブロックは、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｃと、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２Ｃと、ＥＧＲコントローラ３３と、を含んで構成される。
以下、第１実施形態と本実施形態の相違点のみを説明する。
【０２５８】
先ず、本実施形態では、ＮＯセンサ４３ＣによりＮＯ過多の状態を検知することから、基準ＥＧＲ量マップ値算出部３２Ｃにおけるマップは、選択還元触媒２３に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が、第１実施形態とは逆に、ＮＯ過多気味になるように設定されていることが好ましい。
【０２５９】
ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１ＣにおけるＮＯセンサフィードバックモードでは、ＮＯセンサ４３Ｃの出力値Ｖｎｏが所定の劣化判定閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち、ＮＯ過多状態である場合には、ＥＧＲ量を増加させ、フィードＮＯ量を減少させることによりＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させる。すなわち、ＮＯセンサフィードバックモードにおけるＥＧＲ量、フィードＮＯ量、及びＮＯ２−ＮＯｘ比の変化する方向は、それぞれ第１実施形態と逆となる。
したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１ＣのＮＯセンサフィードバックモードにおける演算式は、式（６）〜（８）中の初回減算量Ｄｋｅｇｒ＿ＤＥＣ、復帰量Ｄｋｅｇｒ＿ＩＮＣ、及びフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２の符号を反転することで構成することができる。
【０２６０】
図３０は、以上のように構成されたＮＯセンサフィードバックモードでＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラを作動させた場合におけるＮＯセンサの出力値Ｖｎｏ、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ、及び目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄの変化を示すタイムチャートである。
【０２６１】
時刻ｔ１〜ｔ２までの間、ＮＯセンサの出力値ＶｎｏはＮＯ検出閾値Ｖｎｏ＿ｔｈ以下である。この場合、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏは、下限値へ向かって、徐々に減少する。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐから離れるように徐々に小さくなり、結果としてエンジンから排出されるＮＯ量は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を小さくさせなかった場合と比較して徐々に増加する。
【０２６２】
次に、時刻ｔ２では、ＮＯセンサの出力値ＶｎｏがＮＯ検出閾値Ｖｎｏ２＿ｔｈを上回る。この瞬間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏは、初回減算量だけ小さくなる。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに近づくようにより大きな値に瞬間的に変更される。その後、時刻ｔ２からＮＯセンサの出力値ＶｎｏがＮＯ検出閾値Ｖｎｏ＿ｔｈを下回る時刻ｔ３までの間、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏは、出力偏差に比例した分ずつ増加する。これにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、マップ値Ｇｅｇｒ＿ｍａｐに近づくように、より大きくなり、結果としてエンジンから排出されるＮＯ量は、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２を減少させなかった場合と比較して徐々に増加する。
【０２６３】
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラ３１Ｃの触媒劣化判定モードにおける演算式も同様に、減少量Ｄｋｅｇｒ＿ＪＤ＿ＤＥＣ又は増加量Ｄｋｅｇｒ＿ＪＤ＿ＩＮＣの符号を反転させて、ＥＧＲ補正係数Ｋｅｇｒ＿ｎｏ２の変化する方向を逆にすることで構成できる。
【０２６４】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
本実施形態では、上記第４実施形態と同様に、選択還元触媒の下流側にＮＯセンサを設け、その出力値Ｖｎｏが閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多の状態である場合に、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。
【０２６５】
また、第２実施形態では、混合気の空燃比を変更し、排気の酸素濃度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整した。この第２実施形態と同様に、本実施形態も混合気の空燃比を変更し、排気の酸素濃度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整する。
以下、第２実施形態と本実施形態の相違点を説明する。
【０２６６】
先ず、本実施形態では、ＮＯセンサによりＮＯ過多の状態を検知することから、基準空燃比マップ値算出部におけるマップは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が、第２実施形態とは逆に、ＮＯ過多気味になるように設定されていることが好ましい。
【０２６７】
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるＮＯセンサフィードバックモードでは、ＮＯセンサの出力値Ｖｎｏが劣化判定閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち、ＮＯ過多状態である場合には、燃料噴射パラメータ、過給圧、及びＥＧＲ量の少なくとも何れかにより混合気の空燃比をよりリーン側に変更し、排気の酸素濃度を低下させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させる。すなわち、ＮＯセンサフィードバックモードにおける混合気の空燃比、排気の酸素濃度、及びＮＯ２−ＮＯｘ比の変化する方向は、それぞれ第２実施形態と逆となる。
したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラのＮＯセンサフィードバックモードにおける演算式は、式（２３）〜（２５）中の初回減算量ＤＤａｆ＿ＤＥＣ、復帰量ＤＤａｆ＿ＩＮＣ、及びフィードバックゲインＫｉ＿ａｆ＿ｎｏ２の符号を反転することで構成できる。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラの触媒劣化判定モードにおける演算式も同様に、空燃比補正係数の変化する方向を第２実施形態と逆にすることで構成できる。
【０２６８】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態を説明する。
本実施形態では、上記第４実施形態と同様に、選択還元触媒の下流側にＮＯセンサを設け、その出力値Ｖｎｏが閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわち選択還元触媒に流入する排気がＮＯ過多の状態である場合に、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させることにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を最大近傍に維持する。
【０２６９】
また、第３実施形態では、酸化触媒の温度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整した。この第３実施形態と同様に、本実施形態も酸化触媒の温度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整する。
以下、第３実施形態と本実施形態の相違点を説明する。
【０２７０】
先ず、本実施形態では、ＮＯセンサによりＮＯ過多の状態を検知することから、基準ポスト噴射量マップ値算出部におけるマップは、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が第３実施形態とは逆に、ＮＯ過多気味になるように設定されていることが好ましい。
【０２７１】
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラにおけるＮＯセンサフィードバックモードでは、ＮＯセンサの出力値Ｖｎｏが劣化判定閾値Ｖｎｏ＿ｔｈより大きい場合、すなわちＮＯ過多状態である場合には、アフター噴射量及びポスト噴射量の少なくとも何れかにより酸化触媒の温度を上昇させることにより、ＮＯ２−ＮＯｘ比を増加させる。すなわち、ＮＯセンサフィードバックモードにおけるアフター噴射量、ポスト噴射量、酸化触媒の温度、及びＮＯ２−ＮＯｘ比の変化する方向は、それぞれ第３実施形態と逆になる。
したがって、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラのＮＯセンサフィードバックモードにおける演算式は、式（３３）〜（３５）中の初回減算量ＤＤｔ＿ＤＥＣ、復帰量ＤＤｔ＿ＩＮＣ、及びフィードバックゲインＫｉ＿ｎｏ２の符号を反転することで構成できる。
また、ＮＯ２−ＮＯｘ比コントローラの触媒劣化判定モードにおける演算式も同様に、温度補正量の変化する方向を第３実施形態と逆にすることで構成できる。
【０２７２】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比を調整するため、第１及び第４実施形態では、ＥＧＲ量を増減し（ＥＧＲ法）、第２及び第５実施形態では、混合気の空燃比を変更し（ＡＦ法）、第３及び第６実施形態では、酸化触媒の温度を増減した（温度調整法）。
本発明は、これらＥＧＲ法、ＡＦ法、温度調整法を独立して実行するだけでなく、組み合わせてもよい。
ガソリンエンジンの場合は、ディーゼルエンジンと比較して混合気の空燃比を幅広く変更しやすいため、ＡＦ法を適用することが好ましく、ディーゼルエンジンの場合は、温度調整法やＥＧＲ法を適用することが好ましい。
また、温度調整法は、酸化触媒の温度を増減することでＮＯ２−ＮＯｘ比を調整するが、排気管内の酸化触媒の温度が変化するには時間がかかるため、他のＥＧＲ法やＡＦ法と比較して、ＮＯ２−ＮＯｘ比の変化が遅い。したがって、温度調整法は、他のＥＧＲ法やＡＦ法と組み合わせて実行することが好ましい。
【０２７３】
上記実施形態では、エンジン１の直下に酸化触媒２１を設け、さらにその下流側にスートの捕集機能とＣＯ、ＨＣ、ＮＯなどの酸化機能との両方を有するＣＳＦ２２を設けたが、本発明はこれに限らない。このようなＣＳＦ２２の替わりに、スートの捕集機能のみを有し酸化機能の無いフィルタや、酸化機能のみを有しスートの捕集機能の無い酸化触媒などを用いてもよい。
【符号の説明】
【０２７４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…エンジン（内燃機関）
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…排気浄化システム（排気浄化システム）
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…ＥＣＵ（制御手段）
１１…排気管（排気通路）
２１…酸化触媒（酸化触媒）
２２…ＣＳＦ（酸化触媒）
２３…選択還元触媒（選択還元触媒）
４３…ＮＯ２センサ（ＮＯ２検出手段）
４３Ｃ…ＮＯセンサ（ＮＯ検出手段）
【図１】
0005351186.tif 000038
【図２】
0005351186.tif 000039
【図３】
0005351186.tif 000040
【図４】
0005351186.tif 000041
【図５】
0005351186.tif 000042
【図６】
0005351186.tif 000043
【図７】
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【図８】
0005351186.tif 000045
【図９】
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【図１０】
0005351186.tif 000047
【図１１】
0005351186.tif 000048
【図１２】
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【図１３】
0005351186.tif 000050
【図１４】
0005351186.tif 000051
【図１５】
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【図１６】
0005351186.tif 000053
【図１７】
0005351186.tif 000054
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0005351186.tif 000059
【図２３】
0005351186.tif 000060
【図２４】
0005351186.tif 000061
【図２５】
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【図２６】
0005351186.tif 000063
【図２７】
0005351186.tif 000064
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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