(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、還元剤の存在下で排気を浄化し、かつこの還元剤を捕捉する選択還元触媒と、
前記排気系に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記排気系のうち前記選択還元触媒の上流側に還元剤又はその前駆体を供給する還元剤供給手段と、
前記選択還元触媒の下流側の排気の還元剤の濃度に略比例した検出信号を出力する還元剤センサと、を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記フィルタを昇温することで堆積した粒子状物質を燃焼除去し、当該フィルタを再生するフィルタ再生手段と、
前記還元剤センサの検出信号の値が所定の目標値になるように前記還元剤又は前駆体の通常供給量を算出する通常供給量算出手段と、
前記選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を取得するＮＯｘ量取得手段と、
前記取得したＮＯｘ量に基づいて、前記選択還元触媒により還元可能なＮＯ量及びＮＯ２量を算出し、さらに当該算出したＮＯ量及びＮＯ２量に基づいて、前記フィルタの再生中における前記還元剤又は前駆体の供給量に対する上限値を算出する上限値算出手段と、
前記取得したＮＯｘ量に基づいて、前記還元可能なＮＯ量及びＮＯ２量よりも少ない還元量として前記選択還元触媒による還元が求められるＮＯ量及びＮＯ２量を算出し、当該算出した還元が求められるＮＯ量及びＮＯ２量に基づいて、前記フィルタの再生中における前記還元剤又は前駆体の供給量に対する下限値を算出する下限値算出手段と、を備え、
前記還元剤供給手段は、前記フィルタの再生中は、前記通常供給量が前記上限値より大きい場合には前記上限値に相当する量の、前記通常供給量が前記下限値より小さい場合には前記下限値に相当する量の、これら以外の場合には前記通常供給量の還元剤又は前駆体を供給す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】
前記上限値算出手段は、前記取得したＮＯｘ量と、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータに応じて算出された前記選択還元触媒のＮＯｘ浄化率と、に基づいて、前記還元可能なＮＯ量及びＮＯ２量を算出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３】
前記下限値算出手段は、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータに基づいて、前記算出されたＮＯｘ浄化率よりも低い浄化率として前記選択還元触媒に求められるＮＯｘ浄化率を算出し、前記取得したＮＯｘ量と、前記算出した選択還元触媒に求められるＮＯｘ浄化率と、に基づいて、前記還元が求められるＮＯ量及びＮＯ２量を算出す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】
前記排気系における排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流する排気還流手段と、
前記フィルタの再生の開始直後、当該フィルタを昇温している間に、前記排気還流手段により前記内燃機関の新気量を増量側に補正する補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記補正手段は、前記フィルタを昇温している間に、前記選択還元触媒からの還元剤の排出速度と、前記選択還元触媒における還元剤の消費速度とを比較し、前記還元剤の排出速度が消費速度よりも速い場合に、前記内燃機関の新気量を増量側に補正することを特徴とする請求項４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のＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化システムの１つとして、アンモニア等の還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を排気通路に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側からアンモニアの前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでアンモニアを生成し、このアンモニアにより排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなアンモニアの化合物を加熱することでアンモニアを生成し、このアンモニアを直接添加するシステムも提案されている。以下では、尿素添加式のシステムについて説明する。
【０００３】
このような選択還元触媒には、排気中のＮＯｘの還元に供されなかったアンモニアを吸着する能力がある。すなわち、選択還元触媒に流入するＮＯｘ量に対し尿素水の供給量が多い場合、ＮＯｘの還元に供されずに余剰となったアンモニアは選択還元触媒に吸着され、逆に選択還元触媒に流入するＮＯｘ量に対し尿素水の供給量が少ない場合、選択還元触媒に吸着されていたアンモニアがＮＯｘの還元に供される。したがって、尿素水の供給量を増減することにより、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量を制御することができる。
【０００４】
ＮＯｘ浄化の観点からは、選択還元触媒にできるだけ多くのアンモニアが吸着されていることが好ましいものの、選択還元触媒で吸着できるアンモニアの量には限界がある。選択還元触媒にこの限界量を超えるアンモニアが供給されると、吸着しきれなかったアンモニアは下流側へ排出されてしまうこととなる。このため、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量は、限界量を上回らないように適切な量に制御する必要がある。そこで、例えば特許文献１には、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を算出し、算出されたＮＯｘ浄化率に応じてアンモニアの吸着量を制御する技術が示されている。
【０００５】
ところで、以上のような選択還元触媒の他、排気中の粒子状物質（ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ））を捕集するフィルタ（ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ））を備える排気浄化システムでは、フィルタに堆積したＰＭを燃焼除去するため、フィルタを約６００℃程度のＰＭの燃焼温度まで昇温する必要がある。一方、選択還元触媒のアンモニアを吸着する能力は、温度の上昇に伴い低下することが知られている。したがって、ＰＭを燃焼除去するためにフィルタを昇温したとき、フィルタの再生を開始するまでに吸着しておいたアンモニアが、選択還元触媒の温度の上昇に伴って排出されてしまうおそれがある。
【０００６】
そこで特許文献２には、フィルタの昇温を開始するに当り、選択還元触媒から吸着したアンモニアが排出されるか否かを判別し、排出されるおそれがある場合には、フィルタの昇温を待機するとともに選択還元触媒に吸着されたアンモニアの消費を促進するべく選択還元触媒に流入するＮＯｘ量を増加させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９５１７７４号
【特許文献２】特開２０１０−９０８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２の技術によれば、フィルタの昇温を開始し、選択還元触媒の温度が急激に上昇したときに、これまでに吸着しておいたアンモニアが排出されるのを抑制できるものの、フィルタを昇温した後の再生中については深く検討されていない。通常、フィルタの再生は数十秒にわたって行われるが、この間、選択還元触媒の温度も高温に保持され続けることとなるため、選択還元触媒でアンモニアを吸着することができない。したがって、選択還元触媒に供給したアンモニアは、ＮＯｘの還元に消費されるものを除き、基本的には選択還元触媒の下流側へ排出されてしまうこととなる。このように、フィルタの再生中は、選択還元触媒でアンモニアを吸着する能力が著しく低下するため、ＮＯｘ浄化性能を高く維持しながらかつアンモニアの排出を抑制するように、適切な量の尿素水を供給することが特に困難になっている。
【０００９】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、排気浄化フィルタの再生に伴い選択還元触媒が高温になっている間においても、ＮＯｘ浄化性能を高く維持しながら、還元剤の排出量を抑制できる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、エンジン１）の排気系（例えば、後述の排気管１１）に設けられ、還元剤（例えば、後述のアンモニア）の存在下で排気を浄化し、かつこの還元剤を捕捉（吸着）する選択還元触媒（例えば、後述の第１選択還元触媒２３１及び第２選択還元触媒２３２）と、前記排気系に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（例えば、後述のＤＰＦ２２）と、前記排気系のうち前記選択還元触媒の上流側に還元剤又はその前駆体（例えば、後述の尿素水）を供給する還元剤供給手段（例えば、後述のユリア噴射装置２５）と、を備える内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）を提供する。前記排気浄化システムは、前記フィルタを昇温することで堆積した粒子状物質を燃焼除去し、当該フィルタを再生するフィルタ再生手段（例えば、後述の排気系温度制御部４）と、前記選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を取得するＮＯｘ量取得手段（例えば、後述のＮＯｘセンサ２８及び単位変換部５７１）と、前記取得したＮＯｘ量（例えば、後述のフィードＮＯｘ量ＱＮＯＸ）に基づいて、前記選択還元触媒により還元可能なＮＯ量及びＮＯ２量を算出し、さらに当該算出したＮＯ量（例えば、後述のＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＭＡＸ又はＮＯ還元要求量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＥＱ）及びＮＯ２量（例えば、後述のＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＭＡＸ又はＮＯ２還元要求量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＥＱ）に基づいて、前記フィルタの再生中における前記還元剤又は前駆体の供給量に対する制限値（例えば、後述の上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ又は下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭ）を算出する制限値算出手段（例えば、後述の制限噴射量算出部５７）と、を備える。
【００１１】
この発明では、選択還元触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を取得し、取得したＮＯｘ量に基づいて、選択還元触媒で還元可能なＮＯ量及びＮＯ２量を算出し、さらに算出したＮＯ量及びＮＯ２量に基づいて、フィルタの再生中における還元剤又は前駆体の供給量に対する制限値を算出する。このようにフィルタの再生中における還元剤又は前駆体の供給量に対して制限値を設定することにより、還元剤又は前駆体の供給量が必要な量に対し過剰となったり逆に不足したりするのを防止できるので、結果として選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化性能を高く維持しながら還元剤の排出量を抑制することができる。
【００１２】
ところで、選択還元触媒において、排気中のＮＯｘを構成するＮＯ及びＮＯ２は、それぞれ異なった反応の下で還元剤により還元される。本発明では、上記還元剤又は前駆体の供給量の制限値を、選択還元触媒で還元可能なＮＯ量及びＮＯ２量に基づいて算出する。したがって、排気中のＮＯ及びＮＯ２を還元するのに必要な還元剤の量を高い精度で算出することができるので、フィルタの再生中におけるＮＯｘ浄化性能を高く維持しながら還元剤の排出量を抑制するように、最適な還元剤又は前駆体の供給量の制限値を算出することができる。以上のようにＮＯとＮＯ２に分けることで必要な還元剤の量を精度良く算出し、これに応じて制限値を算出することは、還元剤を吸着する能力が著しく低下するフィルタの再生中では特に効果的である。
【００１３】
この場合、前記制限値算出手段は、前記取得したＮＯｘ量（例えば、後述のフィードＮＯｘ量ＱＮＯＸ）と、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータ（例えば、後述の選択還元触媒温度ＴＳＣＲ及び空間速度ＳＶ）に応じて算出された前記選択還元触媒のＮＯｘ浄化率（例えば、後述のＮＯｘ浄化率ηＭＡＸ）と、に基づいて、前記還元可能なＮＯ量及びＮＯ２量を算出することが好ましい。
【００１４】
本発明では、取得したＮＯｘ量に加えて、内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータに応じて算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、還元可能なＮＯ量及びＮＯ２量を算出することにより、排気中のＮＯ及びＮＯ２を還元するのに最低限必要な還元剤の量をさらに高い精度で算出できるので、結果として、より確実に選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能を高く維持しながら還元剤の排出を抑制することができる。
【００１５】
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気系における排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流する排気還流手段（例えば、後述のＥＧＲ装置１７）と、前記フィルタの再生の開始直後、当該フィルタを昇温している間に、前記排気還流手段により前記内燃機関の新気量を増量側に補正する補正手段（例えば、後述の吸気制御部６）と、をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
本発明では、フィルタの再生の開始直後、フィルタを昇温している間に、排気還流手段により内燃機関の新気量を増量側に補正することにより、選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ量を増やすことができるため、フィルタの昇温を開始するまでの間に吸着しておいた還元剤を積極的に消費することができる。したがって、フィルタの昇温の開始に伴って還元剤がＮＯｘの還元に消費されず、選択還元触媒の下流側へ排出されてしまうのを抑制することができる。
【００１７】
この場合、前記補正手段は、前記フィルタを昇温している間に、前記選択還元触媒からの還元剤の排出速度（例えば、後述の昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰ）と、前記選択還元触媒における還元剤の消費速度（例えば、後述の昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤ）とを比較し、前記還元剤の排出速度が消費速度よりも速い場合に、前記内燃機関の新気量を増量側に補正することが好ましい。
【００１８】
本発明では、フィルタを昇温している間に、選択還元触媒からの還元剤の排出速度が、選択還元触媒における還元剤の消費速度よりも速い場合に、新気量を増量側に補正し、選択還元触媒に流入するＮＯｘ量を増やすことにより、選択還元触媒における還元剤の消費速度を一時的に速くできるので、フィルタを昇温している間に大量の還元剤が選択還元触媒から排出されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率と、触媒温度との関係を示す図である。
【図３】ＤＰＦの昇温中及び再生中におけるＮＯｘ浄化率を示す図である。
【図４】上記実施形態に係るユリア噴射装置によるユリア噴射量の決定に係るブロック図である。
【図５】上記実施形態に係る通常噴射量算出部の構成を示すブロック図である。
【図６】上記実施形態に係る制限噴射量算出部の構成を示すブロック図である。
【図７】上記実施形態に係る吸気制御部のうち、エンジンの新気量を所定の目標新気量に制御するためのＥＧＲバルブ開度の算出に係るブロック図である。
【図８】上記実施形態に係るスリップ速度算出部の構成を示すブロック図である。
【図９】上記実施形態に係る消費速度算出部の構成を示すブロック図である。
【図１０】上記実施形態に係るユリア噴射制御部によるユリア噴射制御の手順を示すフローチャートである。
【図１１】上記実施形態に係る吸気制御部による新気量制御の手順の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（以下「エンジン」という）１及びその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。
【００２１】
排気浄化システム２は、エンジン１の排気管１１に設けられた酸化触媒２１と、排気管１１に設けられ、排気中のＰＭを捕集するフィルタとしてのＤＰＦ２２と、排気管１１に設けられ、この排気管１１を流通する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤としてのアンモニア（ＮＨ３）の存在下で浄化するユリア選択還元触媒２３と、排気管１１のうちユリア選択還元触媒２３の上流側に、アンモニアの前駆体である尿素水を供給するユリア噴射装置２５と、排気管１１内における排気の一部を吸気管１２内へ還流するＥＧＲ装置１７と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）３とを含んで構成される。
【００２２】
ＥＧＲ装置１７は、排気管１１のうち酸化触媒２１の上流側と吸気管１２とを連通するＥＧＲ管１８と、このＥＧＲ管１８を流通する排気の流量を制御するＥＧＲバルブ１９とを含んで構成される。ＥＧＲバルブ１９は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３からの制御信号により動作し、この制御信号に応じてＥＧＲ管１８を介して吸気管１２内へ還流される排気の流量、ひいてはエンジン１の新気量を制御する。
【００２３】
ユリア噴射装置２５は、ユリアタンク２５１と、ユリア噴射弁２５３とを備える。
ユリアタンク２５１は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路２５４及び図示しないユリアポンプを介して、ユリア噴射弁２５３に接続されている。このユリアタンク２５１には、ユリアレベルセンサ２５５が設けられている。このユリアレベルセンサ２５５は、ユリアタンク２５１内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をＥＣＵ３に出力する。ユリア噴射弁２５３は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気管１１内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。
【００２４】
ユリア噴射装置２５は、ユリアタンク２５１と、ユリア噴射弁２５３とを備える。
ユリアタンク２５１は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路２５４及び図示しないユリアポンプを介して、ユリア噴射弁２５３に接続されている。このユリアタンク２５１には、ユリアレベルセンサ２５５が設けられている。このユリアレベルセンサ２５５は、ユリアタンク２５１内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をＥＣＵ３に出力する。ユリア噴射弁２５３は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気管１１内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。
【００２５】
酸化触媒２１は、排気管１１のうちＤＰＦ２２よりも上流側に設けられ、排気中のＮＯを酸化してＮＯ２に変換し、これにより、ユリア選択還元触媒２３におけるＮＯｘの還元を促進する。また、後述のＤＰＦの昇温及び再生時にポスト噴射を実行することで供給された未燃燃料を燃焼することにより、下流側のＤＰＦ２２を昇温する。
ＤＰＦ２２は、排気管１１のうち酸化触媒２１よりも下流側に設けられ、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするＰＭを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。
【００２６】
ユリア選択還元触媒２３は、第１選択還元触媒２３１と、排気管１１のうち第１選択還元触媒２３１よりも下流側に設けられた第２選択還元触媒２３２とを含んで構成される。これら選択還元触媒２３１，２３２は、それぞれ、アンモニア等の還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。具体的には、ユリア噴射装置２５により尿素水を噴射すると、この尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解されて還元剤としてのアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、選択還元触媒２３１，２３２に供給され、これらアンモニアにより、排気中のＮＯｘが選択的に還元される。
【００２７】
ところで、これら選択還元触媒２３１，２３２は、尿素水から生成したアンモニアで排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成したアンモニアを所定の量だけ吸着する機能も有する。本実施形態では、選択還元触媒２３１，２３２において吸着されたアンモニア量をストレージ量といい、このストレージ量の限界を最大ストレージ容量という。より詳しくは、第１選択還元触媒２３１のストレージ量及び最大ストレージ容量を、第１ストレージ量及び第１最大ストレージ容量といい、第２選択還元触媒２３２のストレージ量及び最大ストレージ容量を、第２ストレージ量及び第２最大ストレージ容量という。このようにして吸着されたアンモニアは、排気中のＮＯｘの還元にも適宜消費される。このため、ストレージ量が大きくなるに従い、選択還元触媒におけるＮＯｘ還元率は高くなる。また、エンジンから排出されたＮＯｘの量に対し尿素水の供給量が少ない場合等には、吸着されたアンモニアが、この尿素水の不足分を補うようにしてＮＯｘの還元に消費される。
【００２８】
ここで、選択還元触媒２３１，２３２において、最大ストレージ容量を超えてアンモニアが生成された場合、生成されたアンモニアは、選択還元触媒２３１，２３２の下流側へ排出される。このようにしてアンモニアが選択還元触媒２３１，２３２に吸着されず、その下流側へ排出されることを、以下では「アンモニアスリップ」という。
【００２９】
ＥＣＵ３には、ＮＨ３センサ２６、排気温度センサ２７、ＮＯｘセンサ２８、エアフローメータ２９、クランク角度位置センサ１４、及びアクセル開度センサ１５等が接続されている。
【００３０】
ＮＨ３センサ２６は、排気管１１のうち第１選択還元触媒２３１と第２選択還元触媒２３２との間における排気のアンモニアの濃度ＮＨ３ＣＯＮＳを検出し、検出したアンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。排気温度センサ２７は、第２選択還元触媒２３２の下流側の排気の温度（以下、「排気温度」という）ＴＧＡＳを検出し、検出した排気温度ＴＧＡＳに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。ＮＯｘセンサ２８は、第１選択還元触媒２３１に流入する排気のＮＯｘの濃度ＮＯＸＣＯＮＳを検出し、検出したＮＯｘ濃度ＮＯＸＣＯＮＳに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。エアフローメータ２９は、図示しない吸気通路を流通する吸入空気量（質量流量）ＱＡを検出し、検出した吸入空気量ＱＡに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。
【００３１】
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。エンジン１の回転数ＮＥは、このパルス信号に基づいてＥＣＵ３により算出される。アクセル開度センサ１５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）を検出し、検出したアクセル開度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及びエンジン回転数ＮＥに応じて、エンジン１の要求トルクＴＲＱが算出される。以下では、この要求トルクＴＲＱを、エンジン１の負荷を表す負荷パラメータとする。
【００３２】
酸化触媒２１の温度（以下、「酸化触媒温度」という）ＴＤＯＣや第１、第２選択還元触媒の温度（以下、「選択還元触媒温度」という）ＴＳＣＲなど排気系の温度は、例えば排気温度ＴＧＡＳ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸入空気量ＱＡなどの入力に基づいて、ＥＣＵ３により算出される。また、排気の空間速度ＳＶは、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＱＡに基づいて、所定のマップを検索することで、ＥＣＵ３により算出される。
【００３３】
ＥＣＵ３は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ３は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エンジン１、ユリア噴射弁２５３、ＥＧＲバルブ１９等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。
【００３４】
以下、このＥＣＵ３に構成された、排気系の温度制御に係る排気系温度制御部４と、尿素水の噴射制御に係るユリア噴射制御部５と、吸気系の制御に係る吸気制御部６との構成について、順に説明する。
【００３５】
［排気系温度制御部４］
先ず、排気系温度制御部４について説明する。
図２は、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率と、触媒温度との関係を示す図である。選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、触媒温度に対し上に凸の特性を示す。したがって選択還元触媒には、ＮＯｘ浄化率を高く維持するために最適な温度が存在する。図２に示す例では、この最適温度は約２５０℃となっている。
【００３６】
図１に戻って、排気系温度制御部４では、選択還元触媒２３１，２３２におけるＮＯｘ浄化性能を高く維持するため、上記最適温度を第１選択還元触媒２３１の目標温度として設定し、第１選択還元触媒２３１の温度をこの目標温度に維持するように、エンジン１の点火時期や目標空燃比を変更したり、ポスト噴射（排気工程中における燃料噴射）を実行したりする。
【００３７】
ところで、ＤＰＦ２２におけるＰＭの堆積量が大きくなると圧損が大きくなり、エンジン１の燃費が悪化したり出力が低下したりするので、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭを燃焼除去することによりＤＰＦ２２を再生する必要がある。
【００３８】
そこで排気系温度制御部４は、エンジン１の燃料噴射量や回転数ＮＥなどからＤＰＦ２２におけるＰＭ堆積量を積算し、このＰＭ堆積量が所定の閾値を上回った場合には、ＤＰＦ２２を再生する時期に達したと判断し、以下に示す手順でＤＰＦを再生する。
先ず、排気系温度制御部４は、ＤＰＦ２２を再生する時期に達したと判断したことに応じて、ＤＰＦ２２の再生昇温中であることを示すＤＰＦ昇温フラグＦＲＩＳＥを“１”にセットするとともに、ＰＭの燃焼温度である約６００℃をＤＰＦの目標温度として設定し、ＤＰＦ２２の温度をこの目標温度まで昇温する。さらに、排気系温度制御部４は、ＤＰＦ２２の温度が上記目標温度に達したことに応じて、ＤＰＦ昇温フラグＦＲＩＳＥを“０”にリセットするとともに、ＤＰＦ２２の再生中であることを示すＤＰＦ再生フラグＦＤＰＦＲＥＧを“１”にセットし、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭが燃焼除去されたと判断できるまでＤＰＦ２２の温度をこの目標温度に維持し続ける。その後、排気系温度制御部４は、ＰＭが燃焼除去されたと判断したことに応じてＤＰＦ再生フラグＦＤＰＦＲＥＧを“０”にリセットし、ＤＰＦの再生を終了する。なお、排気系温度制御部４は、エンジン１の点火時期や目標空燃比を変更したり、ポスト噴射（排気工程中における燃料噴射）を実行したりすることにより、ＤＰＦ２２の温度を上記目標温度に昇温又は維持する。
【００３９】
［ユリア噴射制御部５］
次に、ユリア噴射制御部５の構成について説明する前に、上述のようなＤＰＦの再生を行っている間における、従来の排気浄化システムの選択還元触媒の浄化性能について検討する。
図３は、ＤＰＦの昇温中及び再生中におけるＮＯｘ浄化率を示す図である。より詳しくは、下段の細線は車速［ｋｍ／ｈ］を示し、下段の太線はユリア噴射装置から供給した尿素水の当量比αを示す。中段の太線はＮＨ３センサの出力すなわち第１選択還元触媒と第２選択還元触媒の間のＮＨ３濃度［ｐｐｍ］を示し、中段の細線はテールパイプから排出される排気のＮＨ３濃度すなわち第２選択還元触媒の下流側のＮＨ３濃度［ｐｐｍ］を示す。上段は、第１、第２選択還元触媒を合わせたＮＯｘ浄化率［％］を示す。
【００４０】
ここで、尿素水の当量比αとは、対象とする選択還元触媒について、単位時間当りの尿素水の流入量（ＮＨ３として流入する分も含む）と、単位時間当りのＮＯｘの流入量との比（尿素水流入量／ＮＯｘ流入量）であり、流入するＮＯｘに対し、このＮＯｘを過不足なく還元できる量の尿素水が流入した場合、この当量比αは“１”となる。すなわち、対象とする選択還元触媒に流入するＮＯｘに対し、流入するＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水が供給されなかった場合、当量比αは“１”より小さな値となり、流入するＮＯｘを還元するために必要な量より多くの尿素水が供給された場合、当量比αは“１”より大きな値となる。
【００４１】
＜ＤＰＦ再生昇温中＞
ＤＰＦの再生昇温中は、ＤＰＦの昇温に伴って第１、第２選択還元触媒の温度が短時間で上昇し、同時にこれら第１、第２選択還元触媒の最大ストレージ容量も短時間で低下する。このため、中段の実線で示すように、第１選択還元触媒に吸着されていたＮＨ３が排出され、その後、第２選択還元触媒の下流側からＮＨ３が排出される。このため、ＤＰＦの再生昇温中は、図３に示すように尿素水の噴射を抑えたとしても、これまでに吸着されていたＮＨ３が放出されるため過剰なＮＨ３スリップが発生しやすくなっている。
＜ＤＰＦ再生中＞
ＤＰＦの再生中、第１、第２選択還元触媒は高温になるため、ＮＨ３を吸着する能力が無くなる。このため、当量比αが“１”になるように尿素水を噴射すると、これに伴いＮＯｘ浄化率が上昇するものの、第２選択還元触媒におけるＮＨ３スリップも発生しやすくなっている。逆に、尿素水の噴射量を少なくすると、ＮＨ３スリップを抑制できるものの、ＮＯｘ浄化率が低下してしまう。以上のように、ＤＰＦの再生中は、第１、第２選択還元触媒にＮＨ３を吸着する能力が無くなるため、ＮＯｘ浄化率を高く維持しながらＮＨ３スリップの抑制するように、適切な量の尿素水を供給することが特に困難になっている。
【００４２】
以下、図４から図６を参照して、ユリア噴射制御部５の構成について説明する。
図４は、ユリア噴射装置によるユリア噴射量ＧＵＲＥＡの決定に係るブロック図である。
ユリア噴射制御部５は、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを算出する通常噴射量算出部５１と、上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ及び下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを算出する制限噴射量算出部５７と、これら噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤ，ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ，ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭに基づいて最終的なユリア噴射量ＧＵＲＥＡを決定する噴射量制限部５９と、を含んで構成される。
【００４３】
以下、詳細に説明するように、通常噴射量算出部５１は、ＮＨ３センサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳ及びＮＯｘセンサの検出値ＮＯＸＣＯＮＳ基づいて通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを算出し、制限噴射量算出部５７は、ＮＯｘセンサの検出値ＮＯＸＣＯＮＳ、酸化触媒温度ＴＤＯＣ、選択還元触媒温度ＴＳＣＲ、空間速度ＳＶなどに基づいて上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ及び下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを算出する。そして噴射量制限部５９は、ＤＰＦ再生中でない場合（ＦＤＰＦＲＥＧ＝“０”）には、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤをユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定し、ＤＰＦ再生中である場合（ＦＤＰＦＲＥＧ＝“１”）には、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ及び下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭの範囲内に制限したものをユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。
【００４４】
図５は、通常噴射量算出部５１の構成を示すブロック図である。
通常噴射量算出部５１は、フィードバックコントローラ５２と、フィードフォワードコントローラ５３と、ストレージ補正入力算出部５４とを含んで構成される。
この通常噴射量算出部５１では、下記式（１）に示すように、フィードバックコントローラ５２により算出されたＦＢ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＢと、フィードフォワードコントローラ５３により算出されたＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦと、ストレージ補正入力算出部５４により算出された補正噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＳＴとを加算することにより、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを決定する。
【数１】
0005198520.tif 000002
【００４５】
ここで、記号（ｋ）は、離散化した時間を示す記号であり、所定の制御周期ごとに検出又は算出されたデータであることを示す。すなわち、記号（ｋ）が今回の制御タイミングにおいて検出又は算出されたデータであるとした場合、記号（ｋ−１）は前回の制御タイミングにおいて検出又は算出されたデータであることを示す。なお、以下の説明においては、記号（ｋ）を適宜、省略する。
【００４６】
フィードバックコントローラ５２は、目標アンモニア濃度設定部５２１と、スライディングモードコントローラ５２２とを備える。
目標アンモニア濃度設定部５２１は、ＮＨ３センサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳの目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴを設定する。より具体的には、この目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴは、例えば“０”より僅かに大きな値に設定される。
スライディングモードコントローラ５２２は、ＮＨ３センサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳが、設定された目標アンモニア濃度ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴに収束するようにＦＢ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＢを算出する。
【００４７】
フィードフォワードコントローラ５３は、エンジンの運転状態により変化する排気中のＮＯｘの量に応じて、第１、第２選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が最大値に維持されるように、エンジン回転数ＮＥ及びエンジンの負荷を表す負荷パラメータＴＲＱに基づいてＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦを算出する。すなわち、このＦＦ噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＦＦは、当量比αが“１”になるように算出された尿素水の噴射量に相当する。
【００４８】
ストレージ補正入力算出部５４は、第１選択還元触媒の第１ストレージ量を推定し、この推定した第１ストレージ量が所定の目標ストレージ量に収束するように補正噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＳＴを算出する。また、このストレージ補正入力算出部５４は、選択還元触媒の温度に応じて変化する第１選択還元触媒の最大ストレージ容量を推定し、上記目標ストレージ量を推定したストレージ容量と同じかそれよりもやや小さな値に設定する。
【００４９】
したがって、以上のようにして決定された通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤに応じた量の尿素水を噴射することにより、第１選択還元触媒では、その最大ストレージ容量に近い量のＮＨ３を吸着させた状態を維持することができるので、第１選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。また、ＮＨ３センサの検出値の目標値ＮＨ３ＣＯＮＳ＿ＴＲＧＴを“０”より僅かに大きな値に設定することにより、第２選択還元触媒に流入するＮＨ３の量を少なくすることができるので、第２ストレージ量を小さく維持することができる。したがって、高負荷運転などにより第１選択還元触媒の温度が上昇し、第１選択還元触媒に吸着されていたＮＨ３がスリップした場合であっても、これを第２選択還元触媒で吸着できるので、テールパイプからの過剰なアンモニアスリップを抑制することができる。
【００５０】
なお、以上のような通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを算出する具体的な手法、すなわちこれらフィードバックコントローラ５２、フィードフォワードコントローラ５３、及びストレージ補正入力算出部５４の具体的な構成、並びに第１選択還元触媒のストレージ量や最大ストレージ容量を推定する具体的な手法などについては、本願出願人による国際公開第２００８／５７６２８に詳しく記載されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００５１】
図６は、制限噴射量算出部５７の構成を示すブロック図である。
制限噴射量算出部５７は、単位変換部５７１と、ＤＰＦの再生中におけるユリア噴射量に対する上限値に相当する上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭを算出する上限値算出部５７２と、上記通常噴射量に対する下限値に相当する下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを算出する下限値算出部５７６と、を含んで構成される。
【００５２】
単位変換部５７１は、吸入空気量ＱＡに基づいて、排気中のＮＯｘ濃度に相当するＮＯｘセンサの検出値ＮＯＸＣＯＮＳを、質量流量に相当するＮＯｘ量ＱＮＯＸに変換する。この単位変換部５７１で算出されたＮＯｘ量ＱＮＯＸは、エンジンから排出され第１選択還元触媒に流入するＮＯｘ量に相当することから、以下では、「フィードＮＯｘ量」という。
【００５３】
上限値算出部５７２は、還元可能ＮＯｘ量算出部５７３と、消費ＮＨ３量算出部５７４と、噴射量換算部５７５とを備える。
【００５４】
還元可能ＮＯｘ量算出部５７３は、ＮＯ２／ＮＯ量算出部５７３ａ及びＮＯｘ浄化率算出部５７３ｂを備え、これらにより、流入したＮＯｘのうち第１、第２選択還元触媒により還元可能なＮＯ量に相当するＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＭＡＸ及びＮＯ２量に相当するＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＭＡＸを算出する。
【００５５】
ＮＯ２／ＮＯ量算出部５７３ａは、フィードＮＯｘ量ＱＮＯＸと酸化触媒温度ＴＤＯＣに基づいて所定のマップを検索することにより、第１選択還元触媒に流入するＮＯ量に相当するＮＯ流入量ＱＮＯＩＮと、第１選択還元触媒に流入するＮＯ２量に相当するＮＯ２流入量ＱＮＯ２ＩＮとを算出する。
ＮＯｘ浄化率算出部５７３ｂは、エンジンの運転状態と相関のあるパラメータとしての選択還元触媒温度ＴＳＣＲ及び空間速度ＳＶに基づいて所定のマップを検索することにより、第１、第２選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率ηＭＡＸを算出する。
上述のＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＭＡＸ及びＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＭＡＸは、下記式（２−１）、（２−２）に示すように、ＮＯ流入量ＱＮＯＩＮと及びＮＯ２流入量ＱＮＯ２ＩＮに、ＮＯｘ浄化率ηＭＡＸを乗算することで算出される。
【数２】
0005198520.tif 000003
【００５６】
消費ＮＨ３量算出部５７４は、下記式（３−１）〜（３−３）に示すような反応の下で、ＮＨ３によりＮＯ及びＮＯ２が還元されると仮定することにより、上記ＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＭＡＸのＮＯ、及びＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＭＡＸのＮＯ２を還元するのに消費されるＮＨ３量を算出し、これをＮＨ３最大消費量ＱＮＨ３ＲＥＤ＿ＭＡＸとする。このＮＨ３最大消費量ＱＮＨ３ＲＥＤ＿ＭＡＸは、第１、第２選択還元触媒で消費することができるＮＨ３量の最大値に相当する。
【数３】
0005198520.tif 000004
【００５７】
噴射量換算部５７５は、ＮＨ３最大消費量ＱＮＨ３ＲＥＤ＿ＭＡＸを尿素水の質量に換算することにより、上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭを算出する。より具体的には、ユリア噴射装置から噴射した所定の濃度の尿素水（ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ）は、排気管内及び第１、第２選択還元触媒の内部において熱分解又は加水分解され、最終的には下記式（４）に示すように、ＮＨ３及び二酸化炭素（ＣＯ２）が生成されると仮定することにより、上記ＮＨ３最大消費量ＱＮＨ３ＲＥＤ＿ＭＡＸから、上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭを算出する。
【数４】
0005198520.tif 000005
【００５８】
下限値算出部５７６は、還元要求ＮＯｘ量算出部５７７と、消費ＮＨ３量算出部５７８と、噴射量換算部５７９とを備える。
【００５９】
還元要求ＮＯｘ量算出部５７７は、上述のＮＯｘ浄化率算出部５７３ｂよりも小さな値を出力する要求浄化率算出部５７７ｂを備え、これにより、流入したＮＯｘのうち第１、第２選択還元触媒により最低限還元されることが要求されるＮＯ量に相当するＮＯ還元要求量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＥＱ及びＮＯ２量に相当するＮＯ２還元要求量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＥＱを算出する。
【００６０】
要求浄化率算出部５７７ｂは、排気温度ＴＧＡＳ及び空間速度ＳＶに基づいて所定のマップを検索することにより、第１、第２選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率として最低限要求される値に相当する要求浄化率ηＲＥＱを算出する。このように、要求浄化率ηＲＥＱは、最低限要求されるＮＯｘ浄化率に相当することから、同じ排気温度ＴＧＡＳ及び空間速度ＳＶの下では、上記ＮＯｘ浄化率算出部５７３ｂにより算出されたＮＯｘ浄化率ηＭＡＸよりも小さな値となる。
【００６１】
上述のＮＯ還元要求量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＥＱ及びＮＯ２還元要求量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＥＱは、下記式（５−１）、（５−２）に示すように、ＮＯ流入量ＱＮＯＩＮと及びＮＯ２流入量ＱＮＯ２ＩＮに、要求浄化率ηＲＥＱを乗算することで算出される。
【数５】
0005198520.tif 000006
【００６２】
消費ＮＨ３量算出部５７８は、上述の消費ＮＨ３量算出部５７４と同様にして、ＮＯ還元要求量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＥＱのＮＯ、及びＮＯ２還元要求量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＥＱのＮＯ２を還元するのに消費されるＮＨ３量を算出し、これをＮＨ３要求消費量ＱＮＨ３ＲＥＤ＿ＲＥＱとする。このＮＨ３要求消費量ＱＮＨ３ＲＥＤ＿ＲＥＱは、第１、第２選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を要求浄化率ηＲＥＱより高く維持するために最低限供給する必要のあるＮＨ３量に相当する。
【００６３】
噴射量換算部５７９は、上述の噴射量換算部５７５と同様にして、ＮＨ３要求消費量ＱＮＨ３ＲＥＤ＿ＲＥＱを尿素水の質量に換算することにより、下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを算出する。
【００６４】
図４に戻って、噴射量制限部５９について説明する。
噴射量制限部５９は、ＤＰＦ再生フラグＦＤＰＦＲＥＧが“０”となっている間、すなわちＤＰＦ再生中でない間は、下記式（６）に示すように通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤをユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。
【数６】
0005198520.tif 000007
【００６５】
また、ＤＰＦ再生フラグＦＤＰＦＲＥＧが“１”となった場合、すなわちＤＰＦ再生中は、下記式（７）に示すように、上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ及び下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭの範囲内に制限された通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。
【数７】
0005198520.tif 000008
【００６６】
［吸気制御部６］
次に、吸気制御部６のうち、エンジン１の新気量制御に係るブロックについて説明する。
図７は、吸気制御部６のうち、エンジンの新気量を所定の目標新気量ＱＮＥＷに制御するためのＥＧＲバルブ開度ＶＯの決定に係るブロック図である。
【００６７】
図７に示すように、バルブ開度ＶＯは、通常開度算出部６１により算出された通常開度ＶＯＯＲＤと、閉側補正開度算出部６２により算出された閉側補正開度ＶＯＣＬＯと、のうちの何れかを開度セレクタ６３により選択することで決定される。
【００６８】
通常開度算出部６１は、エンジンの新気量の目標値である目標新気量ＱＮＥＷを入力とし、この目標新気量ＱＮＥＷに応じた適切なＥＧＲバルブ開度を算出し、これを通常開度ＶＯＯＲＤとして出力する。この目標新気量ＱＮＥＷは、車両の運転状態に応じて図示しない処理により決定される。
【００６９】
閉側補正開度算出部６２は、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰと、昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤと、目標新気量ＱＮＥＷとに基づいて、上記通常開度ＶＯＯＲＤよりも閉じ側に補正された閉側補正開度ＶＯＣＬＯを算出する。
ここで、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰとは、ＤＰＦの再生昇温中であり第１、第２選択還元触媒の温度が急激に上昇してゆく過程において、第１、第２選択還元触媒から下流側へ排出されるＮＨ３の単位時間当りの量に相当し、スリップ速度算出部６４により算出される（後述の図８参照）。
また、昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤとは、ＤＰＦの再生昇温中であり急激に温度が上昇してゆく状況にある第１、第２選択還元触媒において、流入するＮＯｘを還元することで消費され得るＮＨ３の単位時間当りの量に相当し、消費速度算出部６５により算出される（後述の図９参照）。
【００７０】
閉側補正開度算出部６２は、余剰ＮＨ３量算出部６２１と、反応モデル演算部６２２と、追加新気量算出部６２３と、目標新気量補正部６２４と、開度算出部６２５とを含んで構成される。
余剰ＮＨ３量算出部６２１は、下記式（８）に示すように、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰから昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤを減算することにより、余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３を算出する。ここで算出された余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３は、第１、第２選択還元触媒に現在流入するＮＯｘのみでは消費しきれずに、その下流側へ排出され得るＮＨ３の単位時間当りの量に相当する。すなわち、ＤＰＦの再生昇温中において第１、第２選択還元触媒の温度が急激に上昇してゆく過程において、吸着されていたＮＨ３が排出されないようにするために、余分に消費する必要のあるＮＨ３の単位時間当りの量に相当する。
【数８】
0005198520.tif 000009
【００７１】
反応モデル演算部６２２は、上記式（３−１）〜（３−３）に示すような反応の下で、ＮＨ３によりＮＯ及びＮＯ２が還元されると仮定することにより、上記余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３のＮＨ３を消費するために必要なＮＯｘ量を算出し、これを追加ＮＯｘ量ΔＮＯＸとする。
【００７２】
追加新気量算出部６２３は、第１、第２選択還元触媒に供給されるＮＯｘを、上記追加ＮＯｘ量ΔＮＯＸに相当する分だけ追加するために必要な、新気量の追加量を算出し、これを追加新気量ΔＱＮＥＷとする。
【００７３】
目標新気量補正部６２４は、下記式（９）に示すように、目標新気量ＱＮＥＷに追加新気量ΔＱＮＥＷを合算することにより、目標新気量の補正値に相当する補正新気量ＱＮＥＷＣＯＲを算出する。
【数９】
0005198520.tif 000010
【００７４】
開度算出部６２５は、補正新気量ＱＮＥＷＣＯＲを入力とし、この補正新気量ＱＮＥＷＣＯＲに応じた適切なＥＧＲバルブ開度を算出し、これを閉側補正開度ＶＯＣＬＯとして出力する。ＤＰＦの昇温を開始し、第１、第２選択還元触媒の温度が上昇すると、それまでに吸着されていたＮＨ３が排出されることで、上記余剰ＮＨ３量ΔＮＨ３が正の値となり、結果として追加新気量ΔＱＮＥＷが正の値となる場合がある。このとき、補正新気量ＱＮＥＷＣＯＲは、補正される前の目標新気量ＱＮＥＷよりも大きな値となるため、これにより閉側補正開度ＶＯＣＬＯは、補正される前の目標新気量ＱＮＥＷに応じて算出された通常開度ＶＯＯＲＤよりも閉じ側に補正されることとなる。
【００７５】
開度セレクタ６３は、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰと、昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤと、ＤＰＦ昇温フラグＦＲＩＳＥとに応じて、通常開度算出部６１により算出された通常開度ＶＯＯＲＤ及び閉側補正開度算出部６２により算出された閉側補正開度ＶＯＣＬＯの何れかを選択し、これをＥＧＲバルブ開度ＶＯとして決定する。
【００７６】
より具体的には、ＤＰＦ昇温フラグＦＲＩＳＥが“０”である場合、開度セレクタ６３は、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰ及び昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤの値にかかわらず、通常開度ＶＯＯＲＤをＥＧＲバルブ開度ＶＯとして決定する。
一方、ＤＰＦ昇温フラグＦＲＩＳＥが“１”である場合、すなわちＤＰＦの再生昇温中であり、第１、第２選択還元触媒の温度が急激に上昇している間は、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰ及び昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤを比較し、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰが昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤ以下である場合には通常開度ＶＯＯＲＤをＥＧＲバルブ開度ＶＯとして決定し、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰが昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤより大きい場合には閉側補正開度ＶＯＣＬＯをＥＧＲバルブ開度ＶＯとして決定する。
【００７７】
図８はスリップ速度算出部６４の構成を示すブロック図である。
スリップ速度算出部６４は、ＮＨ３センサの検出値ＮＨ３ＣＯＮＳに基づいてスリップ速度を算出するＮＨ３センサベース算出部６４１と、選択還元触媒温度ＴＳＣＲに基づいてスリップ速度を算出する触媒温度ベース算出部６４２と、ＮＨ３センサベース算出部６４１の出力と触媒温度ベース算出部６４２の出力とを比較し、大きい方を出力する比較器６４３と、を含んで構成される。
【００７８】
ＮＨ３センサベース算出部６４１は、単位変換部により排気中のＮＨ３濃度に相当する検出値ＮＨ３ＣＯＮＳをＮＨ３量ＱＮＨ３に変換するとともに、下記式（１０）に示すように、このＮＨ３量ＱＮＨ３の微分値を算出し、これをＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３とする。
ところでＮＨ３センサは、第１選択還元触媒と第２選択還元触媒の間のＮＨ３濃度を検出するものであるため、上記ＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３は、第１選択還元触媒から第２選択還元触媒へ向けて、単位時間当りに排出されるＮＨ３量に相当する。本実施形態では、上述のように第１選択還元触媒では最大ストレージ容量に近いストレージ量を維持しながら、第２選択還元触媒に流入するＮＨ３量を極力抑制する制御を行うため、基本的には第２選択還元触媒に多くの量のＮＨ３は吸着されていない。したがって、ＤＰＦの再生昇温中に、第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒を合わせた全体から排出されるＮＨ３は、その多くは第１選択還元触媒に吸着されていたＮＨ３であると考えられる。このため、ＮＨ３センサの検出値ＱＮＨ３ＣＯＮＳに基づいて算出された下記式（１０）のＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３は、ＤＰＦの再生昇温中では、第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒を合わせた全体から排出されるＮＨ３のスリップ速度に相当すると考えられる。
【数１０】
0005198520.tif 000011
【００７９】
触媒温度ベース算出部６４２は、選択還元触媒温度ＴＳＣＲに基づいて所定のマップを検索することにより第１選択還元触媒の最大ストレージ容量ＳＴＮＨ３＿ＭＡＸ算出するとともに、下記式（１１）に示すように、この最大ストレージ容量ＳＴＮＨ３＿ＭＡＸの微分値を算出し、これを触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴＮＨ３＿ＭＡＸとする。
上述のように、本実施形態では、第１選択還元触媒では最大ストレージ容量に近いストレージ量を維持しながら、第２選択還元触媒に流入するＮＨ３量を極力抑制する制御を行うため、基本的には第２選択還元触媒に多くの量のＮＨ３は吸着されていない。したがって、ＤＰＦの再生昇温中に、第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒を合わせた全体から排出されるＮＨ３は、第１選択還元触媒の温度が上昇し、その最大ストレージ容量が低下することに伴って、吸着しきれなくなったＮＨ３であると考えられる。このため、選択還元触媒温度ＴＳＣＲに基づいて算出された下記式（１１）の触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴＮＨ３＿ＭＡＸは、ＤＰＦの再生昇温中では、第１選択還元触媒及び第２選択還元触媒を合わせた全体から排出されるＮＨ３のスリップ速度に相当すると考えられる。
【数１１】
0005198520.tif 000012
【００８０】
比較器６４３は、上記ＮＨ３センサベーススリップ速度ｄＱＮＨ３と、触媒温度ベーススリップ速度ｄＳＴＮＨ３＿ＭＡＸとを比較し、大きい方を昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰとして出力する。このように、複数の異なる手法でスリップ速度を推定し、そのうちの大きい方を用いることにより、より確実にＤＰＦの再生昇温時における過剰なアンモニアスリップを抑制することができる。
【００８１】
図９は消費速度算出部６５の構成を示すブロック図である。
消費速度算出部６５は、単位変換部６５４と、ＮＯｘ量算出部６５１と、反応モデル演算部６５２とを備え、これらにより昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤを算出する。
単位変換部６５４は、上述の単位変換部５７１と同様にして、フィードＮＯｘ量ＱＮＯＸを算出する。
【００８２】
昇温時ＮＯｘ量算出部６５１は、ＮＯ２／ＮＯ量算出部６５１ａと、昇温時ＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂとを備え、これらにより、ＤＰＦの再生昇温時に流入したＮＯｘのうち第１、第２選択還元触媒により還元可能なＮＯ量に相当する昇温時ＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＩＳＥ及びＮＯ２量に相当する昇温時ＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＩＳＥを算出する。
【００８３】
ＮＯ２／ＮＯ量算出部６５１ａは、フィードＮＯｘ量ＱＮＯＸと酸化触媒温度ＴＤＯＣに基づいて所定のマップを検索することにより、第１選択還元触媒に流入するＮＯ量に相当するＮＯ流入量ＱＮＯＩＮと、第１選択還元触媒に流入するＮＯ２量に相当するＮＯ２流入量ＱＮＯ２ＩＮとを算出する。
昇温時ＮＯｘ浄化率算出部６５１ｂは、選択還元触媒温度ＴＳＣＲ及び空間速度ＳＶに基づいて所定のマップを検索することにより、ＤＰＦの再生昇温中の第１、第２選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率ηＲＩＳＥを算出する。
上述の昇温時ＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＩＳＥ及び昇温時ＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＩＳＥは、下記式（１２−１）、（１２−２）に示すように、ＮＯ流入量ＱＮＯＩＮと及びＮＯ２流入量ＱＮＯ２ＩＮに、昇温時ＮＯｘ浄化率ηＲＩＳＥを乗算することで算出される。
【数１２】
0005198520.tif 000013
【００８４】
反応モデル演算部６５２は、上記式（３−１）〜（３−３）に示すような反応の下で、ＮＨ３によりＮＯ及びＮＯ２が還元されると仮定することにより、上記昇温時ＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＩＳＥのＮＯ、及び昇温時ＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＩＳＥのＮＯ２を還元するのに消費されるＮＨ３量を算出することにより、昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤを算出する。
【００８５】
図１０は、上述のユリア噴射制御部によるユリア噴射制御の手順を示すフローチャートである。このユリア噴射制御は、上述した手法により、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを決定するものであり、所定の制御周期ごとに実行される。
【００８６】
Ｓ１では、ユリア噴射制御に係る装置が正常であるか否かを判別する。より具体的には、例えば、ユリア噴射装置が正常であるか否か、第１、第２選択還元触媒が劣化及び故障していないか否か、ユリアタンク内の尿素水の残量が規定値以上であるか否か、エンジン始動後の暖機が完了しているか否か、ＮＨ３センサ、ＮＯｘセンサ、排気温度センサなど各種センサが故障していないか否か、及びこれらセンサが活性に達しているか否か、第１、第２選択還元触媒の温度が規定温度以上であるか否か、などが判別される。Ｓ１の判別がＮＯであり装置が正常でないと判別された場合にはＳ２に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを“０”に設定した後に、この処理を終了する。Ｓ１の判別がＹＥＳであり装置が正常であると判別された場合にはＳ３に移る。
【００８７】
Ｓ３では、ＤＰＦ昇温フラグＦＲＩＳＥが“１”であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳでありＤＰＦの再生昇温中である場合には、第１、第２選択還元触媒に吸着されているＮＨ３を積極的に消費させるため、Ｓ２に移り、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡを“０”に設定する。Ｓ３の判別がＮＯである場合には、Ｓ４に移る。
【００８８】
Ｓ４では、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを算出し、Ｓ５に移る。Ｓ５では、ＤＰＦ再生フラグＦＤＰＦＲＥＧが“１”であるか否かを判別する。この判別がＮＯである場合にはＳ６に移り、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤをユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。Ｓ５の判別がＹＥＳである場合にはＳ７に移る。
【００８９】
Ｓ７では、上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ及び下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを算出し、Ｓ８に移る。Ｓ８では、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤが上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭより大きいか否かを判別する。この判別がＹＥＳである場合には、ＤＰＦ再生中であり通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤに応じた量の尿素水を噴射するとＮＨ３スリップが発生するおそれがあると判断し、Ｓ９に移り、上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭをユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。Ｓ８の判別がＮＯである場合にはＳ１０に移る。
【００９０】
Ｓ１０では、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤが下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭより小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳである場合には、ＤＰＦ再生中であり通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤに応じた量の尿素水を噴射すると、ＮＯｘ浄化率が過剰に低下するおそれがあると判断し、Ｓ１１に移り、下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭをユリア噴射量ＧＵＲＥＡとして決定する。Ｓ１０の判別がＮＯである場合には、上述のＳ５に移る。
【００９１】
図１１は、上述の吸気制御部による新気量制御の手順を示すフローチャートの一部を示す図である。この新気量制御は、上述した手法により、ＥＧＲバルブ開度ＶＯを決定するものであり、所定の制御周期ごとに実行される。
Ｓ２１では、ＤＰＦ昇温フラグＦＲＩＳＥが“１”であるか否か、すなわちＤＰＦの再生昇温中であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはＳ２２に移り、ＮＯの場合にはＳ２３に移る。Ｓ２２では、昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰは、昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤよりも大きいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはＳ２４に移り、ＮＯの場合にはＳ２３に移る。
【００９２】
Ｓ２３では、図示しない処理で定められた目標新気量ＱＮＥＷに応じて算出された通常開度ＶＯＯＲＤをＥＧＲバルブ開度ＶＯとして決定する。
これに対し、Ｓ２４では、ＤＰＦの再生昇温中でありかつこれに伴い第１、第２選択還元触媒において過剰なＮＨ３スリップが発生するおそれがあると判断されたことに応じて、このＮＨ３スリップを抑制するため、目標新気量を増加側に補正した補正新気量ＱＮＥＷＣＯＲに応じて算出された閉側補正開度ＶＯＣＬＯをＥＧＲバルブ開度ＶＯとして決定する。これにより、第１、第２選択還元触媒に流入するＮＯｘ量が増加し、過剰なＮＨ３スリップが抑制される。
【００９３】
本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）本実施形態では、ＤＰＦの再生中におけるユリア噴射量ＧＵＲＥＡに対して上限値となる上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭと、下限値となる下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭとを設定することにより、ユリア噴射量ＧＵＲＥＡが必要な量に対し過剰となったり逆に不足したりするのを防止できるので、結果として選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化性能を高く維持しながらアンモニアスリップを抑制することができる。
【００９４】
本実施形態では、上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭを、第１、第２選択還元触媒で還元可能なＮＯ量に相当するＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＭＡＸ及びＮＯ２量に相当するＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＭＡＸに基づいて算出する。また、下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを、第１、第２選択還元触媒により最低限還元されることが要求されるＮＯ量に相当するＮＯ還元要求量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＥＱ及びＮＯ２量に相当するＮＯ２還元要求量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＥＱに基づいて算出する。したがって、排気中のＮＯ及びＮＯ２を還元するのに必要な還元剤の量を高い精度で算出することができるので、ＤＰＦの再生中におけるＮＯｘ浄化性能を高く維持しながらアンモニアスリップを抑制するように、最適な上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ及び下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを算出することができる。以上のようにＮＯとＮＯ２に分けることで必要なＮＨ３の量を精度良く算出し、これに応じて上限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＵＬＩＭ及び下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを算出することは、ＮＨ３を吸着する能力が著しく低下するＤＰＦの再生中では特に効果的である。
【００９５】
また、本実施形態の排気浄化システムでは、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤを、第１選択還元触媒と第２選択還元触媒の間に設けられたＮＨ３センサの出力に基づいて決定する。このようなＮＨ３センサを用いたフィードバック制御を行うことにより、上述のように、第１選択還元触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持しながら、第２選択還元触媒からの過剰なアンモニアスリップを抑制することができる。しかしながら、ＤＰＦの再生中においては、第１選択還元触媒にアンモニアを吸着する能力が無くなることから、ＮＨ３センサがＤＰＦの再生中でない期間と比較して過敏に反応するため、通常噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＯＲＤは減量側へ補正されがちになり、結果としてＤＰＦの再生中におけるＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。したがって、このようなＮＨ３センサの出力に基づいてユリア噴射量を決定する本実施形態の排気浄化システムにおいて、上述のような下限噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＬＬＩＭを設定することは、ＤＰＦの再生中であってもＮＯｘ浄化率を高く維持するために特に効果的である。
【００９６】
（２）本実施形態では、フィードＮＯｘ量ＱＮＯＸに加えて、選択還元触媒温度ＴＳＣＲ及び空間速度ＳＶに応じて算出されたＮＯｘ浄化率に基づいて、上述のＮＯ還元可能量ＱＮＯＲＥＤ＿ＭＡＸ、ＮＯ２還元可能量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＭＡＸ、ＮＯ還元要求量ＱＮＯＲＥＤ＿ＲＥＱ、及びＮＯ２還元要求量ＱＮＯ２ＲＥＤ＿ＲＥＱを算出することにより、排気中のＮＯ及びＮＯ２を還元するのに最低限必要なＮＨ３の量をさらに高い精度で算出できるので、結果として、より確実に選択還元触媒のＮＯｘ浄化性能を高く維持しながらアンモニアスリップを抑制することができる。
【００９７】
（３）本実施形態では、ＤＰＦの再生昇温中に、ＥＧＲ装置によりエンジンの新気量を増量側に補正することにより、第１、第２選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ量を増やすことができるため、ＤＰＦの昇温を開始するまでの間に吸着しておいたＮＨ３を積極的に消費することができる。したがって、ＤＰＦの昇温の開始に伴ってＮＨ３がＮＯｘの還元に消費されず、選択還元触媒の下流側へ排出されてしまうのを抑制することができる。
【００９８】
（４）本実施形態では、ＤＰＦを再生昇温中に、第１、第２選択還元触媒からのＮＨ３の排出速度（昇温時ＮＨ３スリップ速度ＶＮＨ３ＳＬＩＰ）が、第１、第２選択還元触媒におけるＮＨ３の消費速度（昇温時ＮＨ３消費速度ＶＮＨ３ＲＥＤ）よりも速い場合に、新気量を増量側に補正し、第１、第２選択還元触媒に流入するＮＯｘ量を増やすことにより、第１、第２選択還元触媒におけるＮＨ３の消費速度を一時的に速くできるので、ＤＰＦを再生昇温中における過剰なアンモニアスリップを抑制することができる。
【００９９】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、酸化触媒温度ＴＤＯＣや選択還元触媒温度ＴＳＣＲを、排気温度ＴＧＡＳやエンジン回転数ＮＥなどに基づいて推定したが、これに限らず、温度センサにより直に検出してもよい。
【０１００】
上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつこの前駆体として尿素水を供給する尿素添加式の排気浄化システムに、本発明を適用した例を示したが、これに限るものではない。
例えば、尿素水を供給しこの尿素水からアンモニアを生成せずに、直接アンモニアを供給してもよい。また、アンモニアの前駆体としては、尿素水に限らず他の添加剤を用いてもよい。また、ＮＯｘを還元するための還元剤はアンモニアに限るものではない。本発明は、ＮＯｘを還元するための還元剤として、アンモニアの代わりに、例えば炭化水素を用いた排気浄化システムに適用することもできる。
【０１０１】
また、上記実施形態では、図１０のＳ３においてＤＰＦの再生昇温中である場合にはユリア噴射量ＧＵＲＥＡを“０”に設定したが、これに限らない。ＤＰＦの再生昇温中は、第１、第２選択還元触媒の温度も上昇し、ひいては各々の最大ストレージ容量も減少することとなる。図５に示すストレージ補正入力算出部５４では、このような最大ストレージ容量の減少に合わせてユリア噴射量ＧＵＲＥＡが減量側に補正されるように補正噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＳＴを算出するので、ＤＰＦの再生昇温中は、上述のように強制的にユリア噴射量ＧＵＲＥＡを“０”にしなくても、結果として“０”になるように補正される。
【符号の説明】
【０１０２】
１…エンジン（内燃機関）
２…排気浄化システム
１１…排気管（排気系）
１２…吸気管（吸気系）
１７…ＥＧＲ装置（排気還流手段）
２２…ＤＰＦ（フィルタ）
２３…ユリア選択還元触媒
２３１…第１選択還元触媒（選択還元触媒）
２３２…第２選択還元触媒（選択還元触媒）
２５…ユリア噴射装置（還元剤供給手段）
２６…ＮＨ３センサ
２８…ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ量取得手段）
３…ＥＣＵ
４…排気系温度制御部（フィルタ再生手段）
５…ユリア噴射制御部
５７…制限噴射量算出部（制限値算出手段）
５７１…単位変換部（ＮＯｘ量取得手段）
６…吸気制御部（補正手段）
【図１】
0005198520.tif 000014
【図２】
0005198520.tif 000015
【図３】
0005198520.tif 000016
【図４】
0005198520.tif 000017
【図５】
0005198520.tif 000018
【図６】
0005198520.tif 000019
【図７】
0005198520.tif 000020
【図８】
0005198520.tif 000021
【図９】
0005198520.tif 000022
【図１０】
0005198520.tif 000023
【図１１】
0005198520.tif 000024