(57)【要約】【課題】精度良くＮＯ２／ＮＯｘ比を推定し、適切な量の尿素水を供給できるエンジンの排気浄化システムを提供すること。【解決手段】排気浄化システムは、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭを算出するＰＭ堆積量推定部８２と、排気管のうちＤＰＦと選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量の推定値を算出するＮＯｘ量推定部８１と、ＤＰＦの下流側の排気温度ＴＤＰＦを検出する排気温度センサと、ＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭ及びＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴ並びに排気温度ＴＤＰＦに基づいて、排気系のうちＤＰＦと選択還元触媒の間の排気のＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を算出するＮＯ２／ＮＯｘ比推定部８３と、ＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴ及びＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２に基づいて、尿素水噴射装置による尿素水噴射量を決定する噴射量決定部８４と、を備える。【選択図】図２
2012052510.tif 000002
【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中のＮＯｘを還元する選択還元触媒と、
前記排気系のうち前記選択還元触媒より上流側に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記選択還元触媒に流入する排気中に還元剤又はその前駆体を噴射する還元剤噴射手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記フィルタにおける粒子状物質堆積量を推定する堆積量推定手段と、
前記排気系のうち前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量を推定するＮＯｘ量推定手段と、
前記排気系の温度を取得する温度取得手段と、
前記推定された粒子状物質堆積量及びＮＯｘ量並びに前記温度取得手段により取得された温度に基づいて、前記排気系のうち前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量に対するＮＯ２量の割合に相当するＮＯ２／ＮＯｘ比を推定するＮＯ２／ＮＯｘ比推定手段と、
前記推定されたＮＯｘ量及びＮＯ２／ＮＯｘ比に基づいて、前記還元剤噴射手段による還元剤又は前駆体の噴射量を決定する噴射量決定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記ＮＯｘ量推定手段は、前記内燃機関の回転数と燃料噴射量とに基づいて、前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量を推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３】
前記ＮＯ２／ＮＯｘ比推定手段は、前記粒子状物質堆積量の推定値が大きくなるに従い前記ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記噴射量決定手段は、前記推定されたＮＯ２／ＮＯｘ比が閾値より大きい場合には、当該ＮＯ２／ＮＯｘ比に応じて前記噴射量を増加させることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記ＮＯｘ量推定手段は、所定の関数に従って出力する複数のニューロンを結合して構成されたニューラルネットワークに基づいて前記ＮＯｘ量を推定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。
【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、還元剤の存在下において排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【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。
【０００３】
選択還元触媒によるＮＯｘの浄化性能は、ＮＯｘを構成するＮＯ２及びＮＯの割合（ＮＯ２／ＮＯｘ比）に応じて変化することが知られている。そこで、例えば特許文献１には、選択還元触媒に流入するＮＯｘ量と、上記ＮＯ２／ＮＯｘ比を算出し、これらＮＯｘ量及びＮＯ２／ＮＯｘ比に基づいて、選択還元触媒に供給する尿素水の噴射量を決定する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１００７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１には、ＮＯ２／ＮＯｘ比は、エンジン温度、噴射時期、及び空燃比などエンジンの運転状態を示すパラメータを用いることにより推定できることが示されている。しかしながら、実際のＮＯ２／ＮＯｘ比は、エンジンの運転状態だけではなく、排気管内に設けられた触媒やフィルタの状態などによっても変化すると考えられる。したがって、特許文献１の技術では、ＮＯ２／ＮＯｘ比を精度良く推定できないため、結果として適切な量の尿素水を供給できず尿素水の噴射効率や浄化性能が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、精度良くＮＯ２／ＮＯｘ比を推定し、適切な量の尿素水を供給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】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気系（例えば、後述の排気管３０）に設けられ、還元剤の存在下で排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒（例えば、後述の選択還元触媒６１）と、前記排気系のうち前記選択還元触媒より上流側に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（例えば、後述のＤＰＦ３６）と、前記選択還元触媒に流入する排気中に還元剤又はその前駆体を噴射する還元剤噴射手段（例えば、後述の尿素水噴射装置６２）と、を備えた内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）を提供する。前記排気浄化システムは、前記フィルタにおける粒子状物質堆積量を推定する堆積量推定手段（例えば、後述のＰＭ堆積量推定部８２）と、前記排気系のうち前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量を推定するＮＯｘ量推定手段（例えば、後述のＮＯｘ量推定部８１）と、前記排気系の温度を取得する温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ３５）と、前記推定された粒子状物質堆積量及びＮＯｘ量並びに前記温度取得手段により取得された温度に基づいて、前記排気系のうち前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量に対するＮＯ２量の割合に相当するＮＯ２／ＮＯｘ比を推定するＮＯ２／ＮＯｘ比推定手段（例えば、後述のＮＯ２／ＮＯｘ比推定部８３）と、前記推定されたＮＯｘ量（ＮＯＸＨＡＴ）及びＮＯ２／ＮＯｘ比（ＲＮＯ２）に基づいて、前記還元剤噴射手段による還元剤又は前駆体の噴射量（ＧＵＲＥＡ）を決定する噴射量決定手段（例えば、後述の噴射量決定部８４）と、を備える。
【０００８】
本発明では、フィルタにおける粒子状物質堆積量を推定し、この推定した粒子状物質堆積量と取得した排気系の温度とに基づいて、フィルタとその下流側の選択還元触媒との間の排気のＮＯ２／ＮＯｘ比を推定する。粒子状物質が堆積したフィルタでは、ＮＯ２がフィルタに堆積した粒子状物質により還元されＮＯが生成される反応が進行する。また、例えばフィルタとして酸化触媒が塗布されたものを用いた場合には、ＮＯが酸化しＮＯ２が生成される反応が進行する。したがって本発明では、排気系の温度が変化することや粒子状物質が堆積することによる、上述のＮＯの酸化反応やＮＯ２の還元反応の進行度合いの変化を考慮することができるので、結果としてフィルタと選択還元触媒の間の排気のＮＯ２／ＮＯｘ比を高い精度で推定することができる。さらに本発明では、このように高い精度で推定したＮＯ２／ＮＯｘ比と、このＮＯ２／ＮＯｘ比とは別に推定した排気中のＮＯｘ量とに基づいて、還元剤噴射手段による還元剤又は前駆体の噴射量を決定する。これにより、ＮＯｘ量及びＮＯ２／ＮＯｘ比に応じた適切な量の還元剤又は前駆体を供給することができる。
【０００９】
この場合、前記ＮＯｘ量推定手段は、前記内燃機関の回転数（ＮＥ）と燃料噴射量（ＧＦＵＥＬ）とに基づいて、前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量を推定することが好ましい。
【００１０】
本発明では、内燃機関の回転数及び燃料噴射量といった、内燃機関の制御において常時取得されるパラメータに基づいてＮＯｘ量を推定することにより、ＮＯｘ量を検出するためのセンサを新たに設ける必要が無くなる。したがって、センサにかかるコスト及び消費電力を抑制することができる。また、現存するＮＯｘセンサは、精度良く還元剤又は前駆体を供給するには応答性能が十分ではない。特に過渡時に大きなセンシング遅れが生じてしまい、十分な量の還元剤又は前駆体を供給することができず、浄化性能が低下するおそれがある。これに対してＮＯｘセンサを用いる必要のない本発明によれば、このような過渡時の浄化性能の低下を防止できる。
【００１１】
この場合、前記ＮＯ２／ＮＯｘ比推定手段は、前記粒子状物質堆積量の推定値（ＱＰＭ）が大きくなるに従い前記ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値（ＲＮＯ２）を小さくすることが好ましい。
【００１２】
フィルタにおいて、粒子状物質の堆積量が増えると、ＮＯ２が粒子状物質を構成する炭素により還元されＮＯが生成される反応の進行度合いが高くなると考えられる。本発明では、この点を考慮して、粒子状物質堆積量の推定値が大きくなるに従いＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値を小さくすることにより、排気のＮＯ２／ＮＯｘ比を高い精度で推定できる。
【００１３】
この場合、前記噴射量決定手段は、前記推定されたＮＯ２／ＮＯｘ比（ＲＮＯ２）が閾値（例えば、後述の閾値ＲＮＯ２ＴＨ）より大きい場合には、当該ＮＯ２／ＮＯｘ比に応じて前記噴射量を増加させることが好ましい。
【００１４】
選択還元触媒では、ＮＯとＮＯ２とを同時に還元する反応と、ＮＯのみを還元する反応と、ＮＯ２のみを還元する反応との、主に３種類の還元反応が進行し得る。ここで、ＮＯ２のみを還元する反応では、他の２つの反応に比べてより多くの還元剤が必要となる。また、ＮＯ２／ＮＯｘ比が大きくなると、このＮＯ２のみを還元する反応の進行度合いが高くなると考えられる。そこで本発明では、ＮＯ２／ＮＯｘ比が閾値より大きい場合に、ＮＯ２／ＮＯｘ比に応じて還元剤又は前駆体の噴射量を増加させることにより、還元剤が不足することによる選択還元触媒におけるＮＯｘの浄化性能の低下を抑制することができる。
【００１５】
この場合、前記ＮＯｘ量推定手段は、所定の関数に従って出力する複数のニューロンを結合して構成されたニューラルネットワークに基づいて前記ＮＯｘ量を推定することが好ましい。
【００１６】
本発明では、非線形な動特性の再現性に優れたニューラルネットワークに基づいてＮＯｘ量を推定することにより、例えば過渡時など排気中のＮＯｘ量が非線形的な挙動を示すような場合であっても、これを高い精度で推定することができるので、ＮＯｘ量及びＮＯ２／ＮＯｘ比に応じた適切な量の還元剤又は前駆体を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】上記実施形態に係る尿素水噴射量の決定に関するモジュールを示すブロック図である。
【図３】上記実施形態に係るＮＯｘ量推定部のニューラルネットワーク構造を示す図である。
【図４】シグモイド関数を示す図である。
【図５】上記実施形態に係るＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値を決定するマップを示す図である。
【図６】上記実施形態に係る補正係数を決定するマップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。エンジン１には、各シリンダの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）８により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ８により制御される。
【００２０】
排気浄化システム２は、エンジン１に接続され吸気が流通する吸気管２０と、エンジン１の排気が流通する排気管３０と、排気の一部を吸気に還流する高圧排気還流装置（以下、「高圧ＥＧＲ装置」という）４０及び低圧排気還流装置（以下、「低圧ＥＧＲ装置」という）４５と、排気を浄化する排気浄化フィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）」という）３６、選択還元触媒６１及び尿素水噴射装置６２と、エンジン１に吸気を圧送するターボチャージャ５０と、を含んで構成される。
【００２１】
吸気管２０は、吸気マニホールド２１の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒の吸気ポートに接続されている。排気管３０は、排気マニホールド３１の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒の排気ポートに接続されている。また、吸気管２０には、ターボチャージャ５０と、インタークーラ５９とが上流側からこの順で設けられている。
【００２２】
ターボチャージャ５０は、排気管３０に設けられたタービン５１と、吸気管２０に設けられたコンプレッサ５２と、を備える。タービン５１は、排気管３０を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサ５２は、タービン５１の回転により駆動され、吸気を加圧する。さらに、ターボチャージャ５０は、開閉動作によりタービン５１の回転速度を変更する図示しない可変ベーンを備える。インタークーラ５９は、ターボチャージャ５０により加圧された吸気を冷却する。
【００２３】
排気管３０のうち、ターボチャージャ５０のタービン５１の下流には、触媒コンバータ３４と、ＤＰＦ３６と、尿素水噴射装置６２と、選択還元触媒６１とが、上流側からこの順で設けられている。
【００２４】
触媒コンバータ３４は、酸化触媒を内蔵し、この酸化触媒と排気との反応により排気を浄化する。また、触媒コンバータ３４は、ＤＰＦ３６に堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生時において、例えばポスト噴射（膨張行程又は排気工程において実行され、気筒内での燃焼に寄与しない燃料噴射）の実行により供給された未燃燃料を燃焼し、これにより生じた熱で下流側のＤＰＦ３６の温度を上昇させる。この酸化触媒には、例えば、触媒として作用する白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）を、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）担体に担持させたものに、ＨＣの吸着作用に優れたゼオライトと、ＨＣの水蒸気改質作用に優れたロジウム（Ｒｈ）を加えて構成されたものが用いられる。
【００２５】
ＤＰＦ３６は、排気がフィルタ壁を微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とする粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）」という）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。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックスの多孔体が使用される。また、このＤＰＦ３６には、排気との反応により発生する熱で排気を昇温するとともに、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化し後述の選択還元触媒６１におけるＮＯｘの還元を促進する酸化触媒が塗布されている。この酸化触媒には、例えば、触媒として作用する白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）を、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）担体に担持させたものに、ＨＣの吸着作用に優れたゼオライトと、ＨＣの水蒸気改質作用に優れたロジウム（Ｒｈ）を加えて構成されたものが用いられる。
【００２６】
尿素水噴射装置６２は、尿素水タンク６２１と、尿素水噴射弁６２３とを備える。尿素水タンク６２１は、選択還元触媒６１における還元剤の前駆体としての尿素水を貯蔵する。尿素水噴射弁６２３は、ＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号により動作し、この制御信号に応じた量の尿素水を排気管３０内のＤＰＦ３６と選択還元触媒６１との間、すなわち選択還元触媒６１に流入する排気中に噴射する。すなわち、尿素水噴射制御が実行される。
【００２７】
選択還元触媒６１は、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、尿素水噴射装置６２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６１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。
【００２８】
ところで、この選択還元触媒６１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貯蔵する機能も有する。以下では、選択還元触媒６１において貯蔵されたアンモニア量をストレージ量とし、選択還元触媒６１において貯蔵できるアンモニア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６１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、貯蔵されたアンモニアが、この尿素水の不足分を補うようにしてＮＯｘの還元に消費される。
【００２９】
高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ管４１と、高圧ＥＧＲバルブ４２と、高圧ＥＧＲクーラ４３と、を含んで構成される。高圧ＥＧＲ管４１は、排気マニホールド３１と吸気マニホールド２１とを接続する。高圧ＥＧＲバルブ４２は、高圧ＥＧＲ管４１に設けられ、この高圧ＥＧＲ管４１を介して還流される排気の流量を制御する。高圧ＥＧＲクーラ４３は、高圧ＥＧＲ管４１を介して還流される排気を冷却する。高圧ＥＧＲバルブ４２は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ８に接続されており、その開度（リフト量）はＥＣＵ８により電磁的に制御される。
【００３０】
低圧ＥＧＲ装置４５は、低圧ＥＧＲ管４６と、低圧ＥＧＲバルブ４７と、低圧ＥＧＲクーラ４８と、を含んで構成される。低圧ＥＧＲ管４６は、排気管３０のうちＤＰＦ３６と尿素水噴射弁６２３との間と、吸気管２０のうちコンプレッサ５２の上流側とを接続する。低圧ＥＧＲバルブ４７は、低圧ＥＧＲ管４６に設けられ、この低圧ＥＧＲ管４６を介して還流される排気の流量を制御する。低圧ＥＧＲクーラ４８は、低圧ＥＧＲ管４６を介して還流される排気を冷却する。低圧ＥＧＲバルブ４７、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ８に接続されており、その開度（リフト量）はＥＣＵ８により電磁的に制御される。
【００３１】
ＥＣＵ８には、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１、及びエンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ１２が接続されており、これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ８に供給される。ここで、エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサ１１の出力に基づいてＥＣＵ８により算出される。エンジン１の負荷を示す燃料噴射量ＧＦＵＥＬは、アクセルセンサ１２の出力に基づいてＥＣＵ８により算出される。
【００３２】
これらセンサ１１，１２に加えて、ＥＣＵ８には、排気浄化システム２の各部分における物理量を検出する吸気圧力センサ２４、第１排気圧力センサ３２、第２排気圧力センサ３３、第１リフトセンサ１３、第２リフトセンサ１４、排気温度センサ３５が接続されている。
吸気圧力センサ２４は、吸気管２０のうちインタークーラ５９の下流側の吸気圧力Ｐ２を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ８に送信する。第１排気圧力センサ３２は、高圧ＥＧＲ管４１のうち高圧ＥＧＲクーラ４３の上流側の排気圧力Ｐ３を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ８に送信する。第２排気圧力センサ３３は、排気管３０のうちタービン５１とＤＰＦ３６との間の排気圧力Ｐ４Ｌを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ８に送信する。第１リフトセンサ１３は、高圧ＥＧＲバルブ４２のリフト量ＬＨＰ＿ＡＣＴを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ８に送信する。第２リフトセンサ１４は、低圧ＥＧＲバルブ４７のリフト量ＬＬＰ＿ＡＣＴを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ８に送信する。排気温度センサ３５は、排気系の温度としてＤＰＦ３６の下流側の排気温度ＴＤＰＦを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ８に送信する。
【００３３】
ＥＣＵ８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、ＥＣＵ８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、高圧ＥＧＲバルブ４２、低圧ＥＧＲバルブ４７、ターボチャージャ５０、尿素水噴射装置６２、及びエンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。
【００３４】
図２は、ＥＣＵに構成された尿素水噴射装置の尿素水噴射量ＧＵＲＥＡの決定に関するモジュールを示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態において尿素水噴射量ＧＵＲＥＡは、ＮＯｘ量推定部８１と、ＰＭ堆積量推定部８２と、ＮＯ２／ＮＯｘ比推定部８３と、噴射量決定部８４と、により決定される。
【００３５】
ＮＯｘ量推定部８１は、排気管のうちＤＰＦと選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘの量に相当するＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴを、以下詳細に説明する構造を有するニューラルネットワークに基づいて算出する。
【００３６】
図３は、ＮＯｘ量推定部８１のニューラルネットワーク構造を示す図である。
このニューラルネットワークは、所定の関数に従って出力する複数のニューロンを結合して構成され、ｍ成分の入力ベクトルＵ（ｋ）に応じて、値Ｙ（ｋ）を出力する。図３に示すように、このニューラルネットワークは、ｍ個のニューロンＷ１ｊ（ｊ＝１〜ｍ）で構成された入力層と、ｍ×（ｎ−１）個のニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）で構成された中間層と、１個のニューロンＹで構成された出力層との３つの層を含んで構成された階層型である。
入力層：Ｗ１ｊ      （ｊ＝１，２，…，ｍ）
中間層：Ｗｉｊ      （ｉ＝２，３，…，ｎ，ｊ＝１，２，…，ｍ）
出力層：Ｙ
【００３７】
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）が今回の制御サイクル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）は前回の制御サイクル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。
【００３８】
入力層のｍ個のニューロンＷ１ｊ（ｊ＝１〜ｍ）の動作について説明する。
入力層のニューロンＷ１ｊには、信号Ｔ１ｊ（ｋ）が入力される。この入力信号Ｔ１ｊ（ｋ）には、それぞれ、下記式（１）に示すように入力ベクトルＵ（ｋ）のｊ番目の成分Ｕｊ（ｋ）が用いられる。
【数１】
2012052510.tif 000003
【００３９】
入力層のニューロンＷ１ｊは、中間層のｍ個のニューロンＷ２ｊ（ｊ＝１〜ｍ）に所定の重みで結合しており、これら結合したｍ個のニューロンＷ２ｊへ信号Ｖ１ｊ（ｋ）を出力する。すなわち、このニューロンＷ１ｊは、下記式（２），（３）に示すように、シグモイド関数ｆ（ｘ）に従って、入力信号Ｔ１ｊ（ｋ）に応じた信号Ｖ１ｊ（ｋ）をｍ個のニューロンＷ２ｊに出力する。
【数２】
2012052510.tif 000004
【数３】
2012052510.tif 000005
【００４０】
図４は、シグモイド関数ｆ（ｘ）を示す図である。この図４には、上記式（３）において、ε＝０とし、β＝０．５，１．０，２．０，３．０とした場合を示す。
シグモイド関数ｆ（ｘ）の値域は、［ε，ε＋１］となっている。また、図４に示すように、シグモイド関数ｆ（ｘ）は、βを大きくするに従い、ｘ＝０を中心としたステップ関数に近づく。
【００４１】
上記式（３）において、係数βはシグモイド関数ｆ（ｘ）の傾きゲインを示し、係数εはシグモイド関数ｆ（ｘ）のオフセット値を示す。傾きゲインβは、後述のニューラルネットワークの学習により設定する。オフセット値εは、後述のニューラルネットワークの学習により設定するか、又は所定の値に設定しておく。
【００４２】
次に中間層の（ｎ−１）×ｍ個のニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）の動作について説明する。
中間層のニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）には、結合するニューロンから出力されたｍ個の信号Ｖｉ−１，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）のそれぞれに所定の重みωｉ−１，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）を乗じた信号の和が入力される。したがって、中間層のニューロンＷｉｊには、下記式（４）に示すような信号Ｔｉｊ（ｋ）が入力される。
【数４】
2012052510.tif 000006
【００４３】
中間層のニューロンのうち出力層に結合するｍ個を除いたニューロン、すなわち、（ｎ−２）×ｍ個のニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ−１，ｊ＝１〜ｍ）は、中間層のｍ個のニューロンＷｉ＋１，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）に重みωｉｊで結合しており、これら結合したニューロンＷｉ＋１，ｊへ信号Ｖｉｊ（ｋ）を出力する。すなわち、このニューロンＷｉｊ（ｉ＝２〜ｎ−１，ｊ＝１〜ｍ）は、下記式（５）に示すように、シグモイド関数ｆ（ｘ）に従って、入力信号Ｔｉｊ（ｋ）に応じた信号Ｖｉｊ（ｋ）をｍ個のニューロンＷｉ＋１，ｊに出力する。
【数５】
2012052510.tif 000007
【００４４】
また、中間層のｍ個のニューロンＷｎｊ（ｊ＝１〜ｍ）は、出力層のニューロンＹに重みωｎｊで結合しており、この出力層のニューロンＹへ信号Ｖｎｊ（ｋ）を出力する。すなわち、これらニューロンＷｎｊ（ｊ＝１〜ｍ）は、下記式（６）に示すように、シグモイド関数ｆ（ｘ）に従って、入力信号Ｔｎｊ（ｋ）に応じた信号Ｖｎｊ（ｋ）をニューロンＹに出力する。
【数６】
2012052510.tif 000008
【００４５】
次に出力層のニューロンＹの動作について説明する。
出力層のニューロンＹには、結合する中間層のニューロンから出力されたｍ個の信号Ｖｎ，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）に所定の重みωｎ，ｊ（ｊ＝１〜ｍ）を乗じた信号の和が入力される。したがって、出力層のニューロンＹには、下記式（７）に示すような信号Ｔ（ｋ）が入力される。
【数７】
2012052510.tif 000009
【００４６】
出力層のニューロンＹは、下記式（８）、（９）に示すように、シグモイド関数ｇ（ｘ）に従って、入力信号Ｔ（ｋ）に応じた信号Ｙ（ｋ）を出力する。
【数８】
2012052510.tif 000010
【数９】
2012052510.tif 000011
【００４７】
シグモイド関数ｇ（ｘ）は、上述の図４に示す関数ｆ（ｘ）と、定性的には同じ振る舞いを示すが、値域が［δ，δ＋α］である点でシグモイド関数ｆ（ｘ）と異なる。上記式（８）において、係数γはシグモイド関数ｇ（ｘ）の傾きゲインを示し、係数δはシグモイド関数ｇ（ｘ）のオフセット値を示す。また、係数αはニューラルネットワークの出力の取り得る自由度を設定するための出力ゲインを示す。傾きゲインγ及び出力ゲインαは、後述のニューラルネットワークの学習により設定する。オフセット値δは、後述のニューラルネットワークの学習により設定するか、又は所定の値に設定しておく。
【００４８】
ニューラルネットワークに対する入力ベクトルＵ（ｋ）の成分を、下記式（１０）に示すように定義する。このように、入力ベクトルＵ（ｋ）の成分には、ＮＯｘ量を推定するために必要となる複数の物理量（燃料噴射量ＧＦＵＥＬ、吸気圧力Ｐ２、排気圧力Ｐ３、排気圧力Ｐ３Ｌ、高圧ＥＧＲバルブリフト量の検出値ＬＨＰ＿ＡＣＴ、低圧ＥＧＲバルブリフト量の検出値ＬＬＰ＿ＡＣＴ、エンジン回転数ＮＥ）が含まれる。また、入力ベクトルＵ（ｋ）の成分には、このように異なる種類の物理量に関するデータが含まれているとともに、異なる時刻の物理量に関するデータも含まれている。このように、異なる時刻の物理量に関するデータを含めることで、過渡運転時における推定値の動的挙動の再現性をより向上することができる。
【数１０】
2012052510.tif 000012
【００４９】
また、このような入力ベクトルＵ（ｋ）に対するニューラルネットワークの出力Ｙ（ｋ）を、下記式（１１）に示すように、ＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴ（ｋ）とするべく、ニューラルネットワークには、以下に示すような学習が行われる。
【数１１】
2012052510.tif 000013
【００５０】
先ず、実際に準備したエンジン及びその排気浄化システムを運転することにより、上記式（１０）の入力ベクトルＵの成分（ＧＦＵＥＬ，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４Ｌ，ＬＨＰ＿ＡＣＴ，ＬＬＰ＿ＡＣＴ，ＮＥ）の値と、そのときのＤＰＦと選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量の値との関係を記録し、学習データを準備する。
次に、取得した学習データに基づいてニューラルネットワークの学習を行う。すなわち、入力ベクトルＵの成分（ＧＦＵＥＬ，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４Ｌ，ＬＨＰ＿ＡＣＴ，ＬＬＰ＿ＡＣＴ，ＮＥ）とＮＯｘ量との関係が、ニューラルネットワークにより再現されるようにニューロンの関数ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）の各種ゲイン（α，β，γ，δ，ε）、並びに、各ニューロンの結合の強さを示す重みωｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）を設定する。なお、ニューラルネットワークの学習のアルゴリズムには、既知の方法が用いられる。具体的には、例えば、逆誤差伝播法などの学習アルゴリズムの他、遺伝的アルゴリズムなどの最適化アルゴリズムが挙げられる。
【００５１】
図２に戻って、ＰＭ堆積量推定部８２は、ＤＰＦに堆積しているＰＭの量に相当するＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭを算出する。より具体的には、下記式（１２）に示すように、前回の制御サイクルにおけるＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭ（ｋ−１）に、前回から今回の制御サイクルまでの間にＤＰＦに捕集されたＰＭ量ΔＱＰＭを加算することにより、ＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭ（ｋ）を算出する。ここで、前回から今回の制御サイクルまでの間にエンジンから排出されＤＰＦに捕集されたＰＭ量ΔＱＰＭは、例えば、燃料噴射量ＧＦＵＥＬ及びエンジン回転数ＮＥなどに基づいて算出された基本値に、エンジンの冷却水温度や吸入空気量などに基づいて算出された補正項を加算して算出される。
【数１２】
2012052510.tif 000014
【００５２】
ＮＯ２／ＮＯｘ比推定部８３は、ＰＭ堆積量推定部８２により算出されたＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭと、排気温度ＴＤＰＦとに基づいて、排気管のうちＤＰＦと選択還元触媒の間の排気中のＮＯｘ量に対するＮＯ２量の割合に相当するＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を算出する。
【００５３】
下記式（１３）は、ＤＰＦにおける排気中のＮＯ２の反応式である。反応式（１３）に示すように、ＰＭが堆積したＤＰＦでは、排気中のＮＯ２がＰＭを構成する炭素（Ｃ）によって還元され、ＣＯとＮＯが生成される。
ＮＯ２＋Ｃ→ＣＯ＋ＮＯ      （１３）
【００５４】
また、下記式（１４）は、酸化触媒を内蔵した触媒コンバータ及び酸化触媒が塗布されたＤＰＦにおける排気中のＮＯの反応式である。反応式（１４）に示すように、酸化触媒を備えた触媒コンバータ及びＤＰＦでは、排気中のＮＯが酸化し、ＮＯ２が生成される。
ＮＯ＋Ｏ→ＮＯ２            （１４）
【００５５】
以上のように、触媒コンバータ及びＤＰＦでは、ＮＯとＮＯ２が相互に酸化又は還元される反応が進行することから、上記ＤＰＦと選択還元触媒の間のＮＯ２／ＮＯｘ比は、これら２つの反応の進行度合いに応じて変化する。また、これら２つの反応の進行度合いは、主に排気温度とＰＭ堆積量とで特徴付けられると考えられる。したがって、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を算出するに当たり、図５に示すようにＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭと排気温度ＴＤＰＦとに応じてＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を検索するマップを設定することができる。
【００５６】
そこでＮＯ２／ＮＯｘ比推定部８３では、ＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭと、ＤＰＦの下流側の排気温度ＴＤＰＦとに基づいて、図５に示すような、実験に基づいて予め設定されたマップを検索することにより、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を算出する。図５に示すマップによれば、ＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭが大きくなるに従い、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２は小さくなる。また、排気温度ＴＤＰＦが低くなるに従い、すなわちＤＰＦの温度が低くなるに従い、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２は大きくなる。なお、図５には、排気温度ＴＤＰＦが２３０℃のときと（実線）、２５０℃のときと（破線）、２７０℃のときと（一点鎖線）におけるＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭとＮＯ２／ＮＯｘ比との関係のみを示す。
【００５７】
噴射量決定部８４は、ベース噴射量算出部８５と、補正係数算出部８６と、乗算器８７と、を含んで構成され、ＮＯｘ量推定部８１により算出されたＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴ及びＮＯ２／ＮＯｘ比推定部８３により算出されたＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２に基づいて、尿素水噴射量ＧＵＲＥＡを決定する。
【００５８】
下記式（１５）〜（１７）は、選択還元触媒におけるＮＯ及びＮＯ２の還元反応を示す反応式である。式（１５）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（１６）に示す反応は、排気中のＮＯのみを還元する反応であり、式（１７）に示す反応は、排気中のＮＯ２のみを還元する反応である。
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ      （１５）
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋１６Ｈ２Ｏ    （１６）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１６Ｈ２Ｏ        （１７）
【００５９】
選択還元触媒では上記式（１５）〜（１７）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。
【００６０】
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（１５）に示す反応が進行する。
【００６１】
ＮＯ２／ＮＯｘ比が“０．５”より小さい場合（ＮＯ２リーン）、すなわちＮＯ２よりもＮＯの方が多い場合、上記式（１５）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（１６）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（１５）に示す反応の進行度合いが低くなり、上記式（１６）に示す反応の進行度合いが高くなる。
【００６２】
一方、ＮＯ２／ＮＯｘ比が“０．５”より大きい場合（ＮＯ２リッチ）、すなわちＮＯよりもＮＯ２の方が多い場合、上記式（１５）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（１７）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（１５）に示す反応の進行度合いが低くなり、上記式（１７）に示す反応の進行度合いが高くなる。
【００６３】
ここで、ＮＯとＮＯ２を合わせたＮＯｘの還元に消費されるＮＨ３の量について、各反応で比較すると、上記式（１５）及び（１６）に示す反応におけるＮＯｘとＮＨ３とのモル比は１：１となっているのに対し、上記式（１７）に示す反応におけるＮＯｘとＮＨ３とのモル比は６：８となっている。すなわち、上記式（１７）に示す反応によりＮＯｘを還元するには、これと同量のＮＯｘを上記式（１５）及び（１６）に示す反応により還元する場合と比較して、より多くのＮＨ３が必要となり、したがってより多くの尿素水を供給する必要があることを示している。
【００６４】
噴射量決定部８４では、以上のように選択還元触媒におけるＮＯｘの還元反応が複数種類進行する点と、各還元反応の進行度合いに応じて、ＮＯｘの還元に必要なＮＨ３の量が変化する点とを考慮して、最適な尿素水噴射量ＧＵＲＥＡを決定する。以下、その詳細な構成について説明する。
【００６５】
ベース噴射量算出部８５は、下記式（１８）に示すように、ＮＯｘ量推定部８１により算出されたＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴに、変換係数ＫＣＯＮＶ＿ＮＯＸ＿ＵＲＥＡを乗算することにより、ベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳを算出する。下記式（１８）において、変換係数ＫＣＯＮＶ＿ＮＯＸ＿ＵＲＥＡは、ＮＯｘ量から尿素水噴射量に変換する変換係数である。より具体的には、この変換係数ＫＣＯＮＶ＿ＮＯＸ＿ＵＲＥＡは、上記式（１５）又は（１６）に示す反応のようにモル比１：１の下でＮＯｘがＮＨ３に還元されると仮定した場合における、ＮＯｘの量から、このＮＯｘを過不足なく還元するために必要な尿素水の量に変換する変換係数である。このような変換係数ＫＣＯＮＶ＿ＮＯＸ＿ＵＲＥＡを、ＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴに乗算することにより、選択還元触媒に流入する量のＮＯｘを還元するために必要な尿素水の量であるベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳを算出することができる。
【数１３】
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【００６６】
補正係数算出部８６は、排気中のＮＯｘ量に応じて算出されたベース噴射量を、このＮＯｘを構成するＮＯ２の割合に応じて適切に補正するべく、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２に基づいて補正係数ＫＲＮＯ２を算出する。より具体的には、補正係数ＫＲＮＯ２は、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２に基づいて、図６に示すようなマップを検索することにより算出される。
図６に示すマップによれば、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２が、“０．５”に設定された閾値ＲＮＯ２ＴＨ以下である場合、上記式（１７）に示す反応の進行度合いは十分に低いと判断されるので、推定値ＲＮＯ２によらず補正係数ＫＲＮＯ２は“１”に設定される（下記式（１９）参照）。
また、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２が上記閾値ＲＮＯ２ＴＨより大きい場合には、上記式（１７）に示す反応の進行度合いが高いと判断されるので、推定値ＲＮＯ２に応じて補正係数ＫＲＮＯ２は“１”より大きな値に設定される。なお、ＮＯ２のみが流入する場合、選択還元触媒では上記式（１７）に示す反応のみ進行すると考えられる。したがって、推定値ＲＮＯ２が“１．０”であるときにおける補正係数ＫＲＮＯ２が“８／６”になるように、推定値ＲＮＯ２が閾値ＲＮＯ２ＴＨより大きい場合における補正係数ＫＲＮＯ２は、下記式（１９）に示すように、推定値ＲＮＯ２に比例して大きくなるように設定される。
【数１４】
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【００６７】
尿素水噴射量ＧＵＲＥＡは、下記式（２０）に示すように、ＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴに基づいて算出されたベース噴射量ＧＵＲＥＡ＿ＢＳに、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２に基づいて算出された補正係数ＫＲＮＯ２を乗算することにより決定される。これにより、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２が閾値ＲＮＯ２ＴＨより大きい場合には、ＮＯ２／ＮＯｘ比に応じて、尿素水噴射量ＧＵＲＥＡは増加側へ補正される。
【数１５】
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【００６８】
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、酸化触媒が塗布されたＤＰＦにおけるＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭを算出し、この推定値ＱＰＭと、排気温度ＴＤＰＦとに基づいて、ＤＰＦと選択還元触媒の間の排気のＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を算出する。酸化触媒が塗布されたＤＰＦでは、ＮＯが酸化しＮＯ２が生成される反応や、ＮＯ２がフィルタに堆積したＰＭにより還元されＮＯが生成される反応が進行する。したがって本実施形態では、排気温度が変化することやＰＭが堆積することによる、上述のＮＯの酸化反応やＮＯ２の還元反応の進行度合いの変化を考慮することができるので、結果としてＤＰＦと選択還元触媒の間の排気のＮＯ２／ＮＯｘ比を高い精度で推定することができる。さらに本実施形態では、このように高い精度で算出したＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２と、この推定値ＲＮＯ２とは別に算出した排気中のＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴとに基づいて、尿素水噴射装置６２による尿素水噴射量ＧＵＲＥＡを決定する。これにより、ＮＯｘ量及びＮＯ２／ＮＯｘ比に応じた適切な量の尿素水を供給することができる。
【００６９】
（２）本実施形態では、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＧＦＵＥＬといった、エンジンの制御において常時取得されているパラメータに基づいてＮＯｘ量を推定することにより、ＮＯｘ量を検出するためのセンサを設ける必要が無くなる。したがって、センサにかかるコスト及び消費電力を抑制することができる。また、ＮＯｘセンサを用いた場合には生じうる過渡時の浄化性能の低下を防止できる。
【００７０】
（３）酸化触媒が塗布されたＤＰＦにおいて、ＰＭの堆積量が増えると、ＮＯ２がＰＭを構成する炭素により還元されＮＯが生成される反応の進行度合いが高くなると考えられる。本実施形態では、この点を考慮して、ＰＭ堆積量の推定値ＱＰＭが大きくなるに従いＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を小さくすることにより、排気のＮＯ２／ＮＯｘ比を高い精度で推定できる。
【００７１】
（４）選択還元触媒では、ＮＯとＮＯ２とを同時に還元する反応（上記式（１５）参照）と、ＮＯのみを還元する反応と（上記式（１６）参照）、ＮＯ２のみを還元する反応（上記式（１７）参照）との、主に３種類の還元反応が進行し得る。ここで、ＮＯ２のみを還元する反応では、他の２つの反応に比べてより多くのＮＨ３が必要となる。また、ＮＯ２／ＮＯｘ比が大きくなると、このＮＯ２のみを還元する反応の進行度合いが高くなると考えられる。そこで本実施形態では、ＮＯ２／ＮＯｘ比が閾値ＲＮＯ２ＴＨより大きい場合に、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２に応じて尿素水噴射量ＧＵＲＥＡを増加させることにより、ＮＨ３が不足することによる選択還元触媒におけるＮＯｘの浄化性能の低下を抑制することができる。
【００７２】
（５）本実施形態では、非線形な動特性の再現性に優れたニューラルネットワークに基づいてＮＯｘ量の推定値ＮＯＸＨＡＴを算出することにより、例えば過渡時など排気中のＮＯｘ量が非線形的な挙動を示すような場合であっても、これを高い精度で推定することができるので、ＮＯｘ量及びＮＯ２／ＮＯｘ比に応じた適切な量の尿素水を噴射することができる。
【００７３】
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、排気中のＮＯｘ量に対するＮＯ２量の割合であるＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を算出し、このＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２に基づいて尿素水噴射量ＧＵＲＥＡを補正したが、これに限らない。排気中のＮＯｘ成分のうちのＮＯ量に対するＮＯ２量の割合であるＮＯ２／ＮＯ比の推定値を算出し、このＮＯ２／ＮＯ比の推定値に基づいて尿素水噴射量ＧＵＲＥＡを補正してもよい。
【００７４】
また上記実施形態では、排気系の温度を取得する温度取得手段として排気温度センサ３５を設け、この排気温度センサで検出したＤＰＦの下流側の排気温度ＴＥＸに基づいてＮＯ２／ＮＯｘ比を推定したが、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定に用いる排気系の温度としては、ＤＰＦの下流側の排気温度の他、ＤＰＦそのものの温度であってもよい。また、温度取得手段としては、排気やＤＰＦの温度などを直接的に検出するセンサでなく、吸入空気量、燃料噴射量、水温及び回転数などのエンジンの運転状態を示すパラメータや、排気管並びに排気管内に設けられた酸化触媒、ＤＰＦ及び選択還元触媒などの熱容量などに基づいて、対象とする温度を推定する温度推定装置であってもよい。
【００７５】
また上記実施形態では、尿素水噴射弁６２３及び選択還元触媒６１を、排気管３０のうち低圧ＥＧＲ管４６の接続部よりも下流側に設けたが、これに限らない。例えば、尿素水噴射弁及び選択還元触媒を、排気管のうちＤＰＦよりも下流側であって低圧ＥＧＲ管の接続部よりも上流側に設けてもよい。
【００７６】
また上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつ、この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前駆体を用いてもよい。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。
【００７７】
上記実施形態では、酸化触媒が塗布されたＤＰＦを設け、さらのこのＤＰＦの上流側に酸化触媒を内蔵する触媒コンバータを設けたが、本発明はこれに限らない。触媒コンバータが内蔵する触媒は、酸化触媒でなく三元触媒であってもよく、また酸化触媒が塗布されていないＤＰＦを用いてもよい。
但し、酸化触媒が塗布されていないＤＰＦを用いた場合、上記実施形態と異なりＤＰＦでは反応式（１４）に示す反応は殆ど起こらないので、ＮＯ２／ＮＯｘ比推定部では、この点に留意し、上記実施形態とは異なる態様でＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２を算出する必要がある。より具体的には、マップを用いて推定値ＲＮＯ２を算出する場合、ＮＯ２／ＮＯｘ比算出部で参照するマップには図５とは異なるものを用いる必要がある。なお、このように酸化触媒が塗布されていないＤＰＦを用いた場合、ＮＯが酸化しＮＯ２を生成する反応が殆ど起こらなくなることから、ＮＯ２／ＮＯｘ比の推定値ＲＮＯ２は、上記実施形態と比較して減少側に補正されるようになると考えられる。
【符号の説明】
【００７８】
１…エンジン（内燃機関）
２…排気浄化システム
３０…排気管（排気系）
３５…排気温度センサ（温度取得手段）
３６…ＤＰＦ（フィルタ）
６１…選択還元触媒（選択還元触媒）
６２…尿素水噴射装置（還元剤供給手段）
８…ＥＣＵ
８１…ＮＯｘ量推定部（ＮＯｘ量推定手段）
８２…ＰＭ堆積量推定部（堆積量推定手段）
８３…ＮＯ２／ＮＯｘ比推定部（ＮＯ２／ＮＯｘ比推定手段）
８４…噴射量決定部（噴射量決定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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