JP4767218B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路を流れる排ガス中のＮＯｘを、還元剤の存在下で選択還元触媒によって浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

従来、この種の内燃機関の排ガス浄化装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、ディーゼルエンジンタイプのものであり、その排気通路には、上流側から順に、還元剤噴射弁、酸化触媒および選択還元触媒が設けられている。この還元剤噴射弁は、尿素、アンモニアおよびディーゼル燃料のいずれかを還元剤として噴射し、それにより、排ガス中のＮＯｘは、還元剤の存在下で選択還元触媒によって選択的に還元される。また、酸化触媒は、選択還元触媒に流入する排ガス中のＮＯとＮＯ₂の比ｘを１：１にするために、選択還元触媒の上流側に配置されている。さらに、排ガス浄化装置は、還元剤噴射弁による還元剤の噴射量を制御するコントローラと、選択還元触媒の下流側のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサなどを備えている。

この排ガス浄化装置では、内燃機関の運転状態に応じて、内燃機関から排出されると推定されるＮＯｘレベル（ＰＰＭ）が算出され、このＮＯｘレベルとＮＯｘ濃度センサが検出したＮＯｘ濃度とに基づき、所定の演算式によって、酸化触媒から選択還元触媒に流入する排ガス中のＮＯとＮＯ₂の比ｘが算出される。そして、これらの比ｘおよびＮＯｘレベルに基づき、還元剤とＮＯ，ＮＯ₂との化学反応式から導出した演算式によって、還元剤噴射弁による還元剤の噴射量が決定される（段落［００３０］〜［００３３］）。すなわち、この排ガス浄化装置では、ＮＯｘ濃度センサの検出値と内燃機関の運転状態から排ガス組成を推定し、これに基づいて選択還元触媒のＮＯｘ浄化率（すなわちＮＯｘ還元率）を推定するとともに、そのように推定したＮＯｘ浄化率に基づいて、還元剤の噴射量がフィードフォワード制御される。

特開２００４−１００７００号公報

一般に、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率は、排ガス組成のみに依存して決まるものではなく、内燃機関が運転状態の変化に伴う選択還元触媒の温度変化や、選択還元触媒の劣化および個体間のＮＯｘ浄化能力のばらつきなどによっても変化する。また、選択還元触媒には、アンモニアを吸着する特性を有しているものがあり、そのような特性の選択還元触媒の場合、アンモニアの吸着量が変化すると、ＮＯｘを浄化するのに必要な還元剤が変化することで、ＮＯｘ浄化率が見かけ上、変化した状態となる。

これに対して、特許文献１の排ガス浄化装置によれば、排ガス組成に基づいてＮＯｘ浄化率を推定し、これに基づいて還元剤の噴射量をフィードフォワード制御しているものに過ぎないので、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が排ガス組成のみによって決まるときには問題がないものの、ＮＯｘ浄化率が排ガス組成以外の上記のような様々な要因によって変化したときには、ＮＯｘ浄化率の推定精度が低下してしまうことで、還元剤の噴射量を適切に制御できなくなってしまう。すなわち、内燃機関の運転状態の変化に伴って選択還元触媒の温度が変化したとき、選択還元触媒が劣化したとき、選択還元触媒の個体間におけるＮＯｘ浄化能力のばらつきが大きいとき、および、アンモニアを吸着する特性を備えた選択還元触媒においてアンモニアの吸着量が変化しているときなどには、還元剤の噴射量を適切に制御することができなくなる。その結果、選択還元触媒への還元剤の噴射量が不足したときには、ＮＯｘ浄化率の低下を招く一方、還元剤の噴射量が多すぎるときには、選択還元触媒から下流側に流出するアンモニアが増大することで、排ガス特性が悪化してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、還元剤を選択還元触媒に過不足なく供給することができ、それにより、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る内燃機関３の排ガス浄化装置１は、内燃機関３の排気通路５に設けられ、排気通路５を流れる排ガス中のＮＯｘを還元剤（尿素）の存在下で浄化する選択還元触媒（ユリア選択還元触媒７）と、還元剤を選択還元触媒に供給する還元剤供給装置（ユリア噴射装置１０）と、排気通路５の選択還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガス中のＮＯｘおよび還元剤の濃度を表す検出信号を出力するとともに、ＮＯｘ濃度の増減に対する検出信号値Ｖｅｘの変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値Ｖｅｘの変化方向とが同じになる特性を有する排ガス濃度検出手段（ＥＣＵ２、排ガス濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ、アンモニア濃度センサ）と、振幅が所定周期Ｔｒｅｆで周期的に変化する変動値（参照入力Ｒｅｆ）を算出する変動値算出手段（ＥＣＵ２、参照入力算出部３１，８１）と、検出信号値Ｖｅｘおよび変動値（参照入力Ｒｅｆ）を用いて、検出信号値Ｖｅｘと変動値（参照入力Ｒｅｆ）との相関性を表す相関性パラメータ（移動平均値Ｃｒ、積分値Ｃｒ’）を算出する相関性パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、移動平均フィルタ３５、積分器８５）と、相関性パラメータ（移動平均値Ｃｒ、積分値Ｃｒ’）に基づき、検出信号値Ｖｅｘを極値に制御するための制御入力値Ｕｃ，Ｕｃ’を算出する制御入力値算出手段（ＥＣＵ２、スライディングモードコントローラ３６、増幅器８６）と、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量（ユリア噴射量Ｇｕｒｅａ）を、制御入力値Ｕｃ，Ｕｃ’および変動値（参照入力Ｒｅｆ）を含むように決定する供給量決定手段（ＥＣＵ２）と、を備え、相関性パラメータ（移動平均値Ｃｒ）は、検出信号値Ｖｅｘを表す値（フィルタ値Ｙｆ）と変動値（参照入力Ｒｅｆ）との乗算値Ｚの積分値に基づいて算出され、制御入力値算出手段は、所定のフィードバック制御アルゴリズム［式（７）〜（１０）］によって、相関性パラメータ（移動平均値Ｃｒ）が値０に収束するように、制御入力値Ｕｃを算出することを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排ガス中のＮＯｘおよび還元剤の濃度を表す検出信号が、排ガス濃度検出手段から出力される。この場合、排ガス濃度検出手段は、選択還元触媒よりも下流側に配置されているので、選択還元触媒への還元剤の供給量が多すぎると、ＮＯｘ還元において消費されない分の還元剤が増大することにより、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度が上昇し、それに伴い、排ガス濃度検出手段の検出信号値は、還元剤濃度の上昇を表す方向に変化する。一方、選択還元触媒への還元剤の供給量が少なすぎると、選択還元触媒によるＮＯｘの還元性能が低下することで、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中のＮＯｘ濃度が上昇し、それに伴い、排ガス濃度検出手段の検出信号値は、ＮＯｘ濃度の上昇を表す方向に変化する。これに加えて、排ガス濃度検出手段は、ＮＯｘ濃度の増減に対する検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有している。以上の理由により、排ガス濃度検出手段の検出信号値は、選択還元触媒への還元剤の供給量に対して極値（すなわち極大値または極小値）を示すことになり、検出信号値が極値を示しているときの還元剤の供給量が、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度およびＮＯｘ濃度の双方をバランスよく低減できる最適値となるとともに、この関係は、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が変化していないときだけでなく、前述したような様々な要因によってＮＯｘ浄化率が変化したときでも成立することになる。

また、この排ガス浄化装置では、上記のような検出信号値および変動値を用いて、両者の相関性を表す相関性パラメータが算出され、相関性パラメータに基づき、検出信号値を極値に制御するための制御入力値が算出され、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量が、制御入力値および変動値を含むように決定される。このように、変動値が還元剤の供給量に含まれるので、検出信号値および変動値の相関性を表す相関性パラメータは、還元剤の供給量と検出信号値との相関性を表すものに相当する。さらに、上述したように、検出信号値が選択還元触媒への還元剤の供給量に対して極値を示す関係上、その極値付近では、還元剤の供給量の変化に対して、検出信号値がほとんど変化しない状態となり、両者の相関性が低い状態となる一方、検出信号値が極値から離れるほど、還元剤の供給量との相関性が高い状態になる。相関性パラメータは、以上のような検出信号値と還元剤の供給量との相関性を表すものであるので、そのような相関性パラメータに基づいて制御入力値を算出することにより、検出信号値を極値にすることができるように、制御入力値を算出できる。したがって、そのような制御入力値を含むように、還元剤の供給量が決定されるので、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、この制御入力値によって、検出信号値が極値を示すように、還元剤の供給量を最適値にすることができ、それにより、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度およびＮＯｘ濃度の双方を、バランスよく低減することができる。その結果、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる。

さらに、この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、相関性パラメータは、検出信号値を表す値と変動値との乗算値の積分値に基づいて算出されるので、検出信号値を表す値と変動値の相関関数に相当する値として算出され、それにより、相関性パラメータは、検出信号値を表す値と変動値の相関性すなわち検出信号値と変動値の相関性が低いほど、値０に近い値となる。したがって、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、相関性パラメータが値０に収束するように、制御入力値が算出されるので、この制御入力値によって、還元剤の供給量を最適値に収束させることができ、それにより、排ガス濃度検出手段の検出信号値を極値に保持することができる。その結果、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、積分値（移動平均値Ｃｒ）は、乗算値Ｚを所定周期Ｔｒｅｆの整数倍の区間（移動平均区間Ｎｒｅｆ・ΔＴ）で積分することによって算出されることを特徴とする。

請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置の場合、相関性パラメータが検出信号値を表す値と変動値との乗算値の積分値に基づいて算出され、制御入力値が、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、相関性パラメータが値０に収束するように算出されるとともに、還元剤の供給量が変動値および制御入力値を含むように算出されるので、検出信号値と還元剤の供給量との関係がクローズドループを形成している場合、変動値の周波数成分がこのクローズドループ内で循環し、共振することで、制御系が不安定になる可能性がある。これに対して、この排ガス浄化装置によれば、積分値が、乗算値を所定周期の整数倍の区間で積分することによって算出されるので、変動値の周波数が積分値および相関性パラメータに混入するのを回避でき、それにより、変動値の周波数成分がクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、制御系の安定性を確保することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（７）〜（１０）］であることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、所定の応答指定型制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムによって、相関性パラメータが値０に収束するように、制御入力値が算出されるので、検出信号値が極値付近に近づいたとき、すなわち還元剤の供給量が最適値付近に近づいたときでも、振動的挙動や不安定挙動を生じることなく、還元剤の供給量を指数関数的に最適値に収束させることができるとともに、収束後は、還元剤の供給量を最適値付近に保持することができる。それにより、検出信号値を指数関数的に極値に収束させることができるとともに、収束後は、検出信号値を極値付近に保持することができる。その結果、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性をより一層、向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、排ガス濃度検出手段は、排ガス中のＮＯｘの濃度を表すＮＯｘ濃度検出信号を出力するＮＯｘ濃度検出手段（ＮＯｘ濃度センサ）と、排ガス中の還元剤の濃度を表す還元剤濃度検出信号を出力する還元剤濃度検出手段（アンモニア濃度センサ）と、ＮＯｘ濃度検出信号の値（検出信号値Ｖｎｏｘ）および還元剤濃度検出信号の値（Ｖｎｈ３）を組み合わせて用いることにより、検出信号値Ｖｅｘを算出する検出信号値算出手段（ＥＣＵ２）と、を有することを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排ガス中のＮＯｘの濃度を表すＮＯｘ濃度検出信号を出力するＮＯｘ濃度検出手段と、排ガス中の還元剤の濃度を表す還元剤濃度検出信号を出力する還元剤濃度検出手段とがそれぞれ内燃機関に設けられている場合おいて、これらの検出手段を利用しながら、請求項１ないし３のいずれかに係る発明の作用効果を得ることができる。

請求項５に係る内燃機関３の排ガス浄化装置１は、内燃機関３の排気通路５に設けられ、排気通路５を流れる排ガス中のＮＯｘを還元剤（尿素）の存在下で浄化する選択還元触媒（ユリア選択還元触媒７）と、排気通路５の選択還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガス中のＮＯｘを含む所定成分の濃度を表す検出信号を出力する排ガス濃度検出手段（ＥＣＵ２、排ガス濃度センサ２２、ＮＯｘ濃度センサ、アンモニア濃度センサ）と、還元剤を選択還元触媒に供給する還元剤供給装置（ユリア噴射装置１０）と、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率に対して相関性を有するＮＯｘ浄化率パラメータ（ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ、触媒温Ｔｓｃｒ）を算出するＮＯｘ浄化率パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ＮＯｘ排出量算出部４１）と、ＮＯｘ浄化率パラメータ（ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ、触媒温Ｔｓｃｒ）に基づき、ＮＯｘ浄化率パラメータと選択還元触媒が所定の劣化度合にあるときのＮＯｘ浄化率（マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓ）との相関関係を定義した相関関係モデル（図１０のマップ）を用いて、ＮＯｘ浄化率（推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔ）を算出するＮＯｘ浄化率算出手段（ＥＣＵ２、ＮＯｘ還元量算出部４２）と、ＮＯｘ浄化率に応じて、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量（フィードフォワード噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆ）を決定する供給量決定手段（ＥＣＵ２、フィードフォワードコントローラ４０）と、排ガス濃度検出手段の検出信号値Ｖｅｘに応じて、供給量補正値（制御入力値Ｕｃ，Ｕｃ’）を算出するとともに、供給量補正値（制御入力値Ｕｃ，Ｕｃ’）を用いて、還元剤の供給量を補正する供給量補正手段（ＥＣＵ２、最適値探索コントローラ３０，８０）と、を備え、ＮＯｘ浄化率算出手段は、供給量補正値（制御入力値Ｕｃ，Ｕｃ’）の絶対値が減少するように、所定のアルゴリズム［式（１８）〜（２７）］によって、モデル修正値（モデル修正係数Ｋｆｆ）を算出するモデル修正値算出手段（ＥＣＵ２、モデル修正器５０）と、モデル修正値（モデル修正係数Ｋｆｆ）によって修正した相関関係モデルを用いて、ＮＯｘ浄化率（推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔ）を算出する浄化率算出手段（ＥＣＵ２、ＮＯｘ還元量算出部４２）と、を有することを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率に対して相関性を有するＮＯｘ浄化率パラメータに基づき、このＮＯｘ浄化率パラメータと選択還元触媒が所定の劣化度合にあるとき（例えば、選択還元触媒が新品で劣化度合がゼロのとき）のＮＯｘ浄化率との関係を定義した相関関係モデルを用いて、ＮＯｘ浄化率が算出され、このＮＯｘ浄化率に応じて、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量が決定される。さらに、排ガス濃度検出手段の検出信号値に応じて、供給量補正値が算出され、この供給量補正値を用いて、還元剤の供給量が補正される。このように、還元剤の供給量を供給量補正値を用いて補正しながら制御する場合、供給量補正値が排ガス濃度検出手段の検出信号値に応じて算出される関係上、還元剤の供給量を補正した結果が排ガス濃度検出手段の検出信号値に反映されるまでに応答遅れを生じるおそれがある。そのような応答遅れを生じた場合、還元剤の供給量が不適切になることで、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度が上昇したり、これとは逆に、ＮＯｘ濃度が浄化したりする可能性がある。

これに対して、この排ガス浄化装置では、供給量補正値の絶対値が減少するように、所定のアルゴリズムによって、モデル修正値が算出され、このモデル修正値によって修正した相関関係モデルを用いて、ＮＯｘ浄化率が算出され、そのようなＮＯｘ浄化率に応じて、還元剤の供給量が決定されるので、上記のような応答遅れを生じることなく、還元剤を選択還元触媒に適切に供給することができる。これに加えて、モデル修正値が、供給量補正値の絶対値が減少するように算出され、そのようなモデル修正値で修正した相関関係モデルを用いて、ＮＯｘ浄化率が算出されるので、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、それに対応しながら、ＮＯｘ浄化率を適切に算出することができる。以上の理由により、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる（なお、本明細書における「選択還元触媒が所定の劣化度合にあるとき」とは、選択還元触媒が劣化したときに限らず、選択還元触媒が新品で劣化度合がゼロであるときも含む）。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、モデル修正値算出手段は、所定の複数の関数（非線形重み関数Ｗ_i）の値を複数の修正係数θ_iにそれぞれ乗算することによって、複数の乗算値を算出するとともに、複数の乗算値の総和（乗算和Ｋｆｆ’）を用いて、モデル修正値（モデル修正係数Ｋｆｆ）を算出し、所定の複数の関数はそれぞれ、ＮＯｘ浄化率パラメータ（ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ）が変化し得る領域を区分した複数の領域に対応して、対応する領域において値０以外の値に設定されかつ対応する領域以外において値０に設定されており、隣り合う各２つの領域が互いに重なり合っているとともに、重なり合う領域に対応する関数の値の総和の絶対値が、関数における最大値（値１）の絶対値と等しくなるように設定されており、複数の修正係数θ_iの各々は、各修正係数に乗算される関数が対応する領域において、供給量補正値（制御入力値Ｕｃ，Ｕｃ’）の絶対値が減少するように算出されることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、所定の複数の関数の値を複数の修正係数にそれぞれ乗算することによって、複数の乗算値が算出され、複数の乗算値の総和を用いて、相関関係モデルの修正に用いるモデル修正値が算出されるので、ＮＯｘ浄化率パラメータとＮＯｘ浄化率との実際の関係が複数の領域のうちのある領域において局所的な誤差または経年変化を生じている場合や、ＮＯｘ浄化率パラメータとＮＯｘ浄化率との実際の関係が複数の領域間においてばらついている場合でも、相関関係モデルを、ＮＯｘ浄化率パラメータとＮＯｘ浄化率との実際の関係に適切に一致させることができる。その結果、選択還元触媒の劣化や個体間のＮＯｘ浄化能力のばらつきに起因して、相関関係モデルのモデル誤差が生じた場合でも、そのモデル誤差を適切に補償することができる。

これに加えて、所定の複数の関数はそれぞれ、ＮＯｘ浄化率パラメータが変化し得る領域を区分した複数の領域に対応して、対応する領域において値０以外の値に設定されかつ対応する領域以外において値０に設定されており、隣り合う各２つの領域が互いに重なり合っているとともに、重なり合う領域に対応する関数の値の総和の絶対値が、関数における最大値の絶対値と等しくなるように設定されているので、相関関係モデルを修正する際、ＮＯｘ浄化率パラメータの複数の領域に対して連続的に修正できることで、修正された相関関係モデルが不連続点を有することがなくなる。それにより、ＮＯｘ浄化率の算出値が、相関関係モデルの不連続点に起因して一時的に不適切な状態になるのを回避できる。さらに、複数の修正係数の各々は、各修正係数に乗算される関数が対応する領域において、供給量補正値の絶対値が減少するように算出されるので、過渡状態でＮＯｘ浄化率が変化しているときでも、前述したような応答遅れを生じることなく、還元剤を選択還元触媒に適切に供給することができる。以上の理由によって、還元剤の供給量の算出精度をより一層、向上させることができる。

請求項７に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、排ガス濃度検出手段は、所定成分の濃度を表す検出信号として、排ガス中のＮＯｘおよび還元剤の濃度を表す検出信号を出力するとともに、ＮＯｘ濃度の増減に対する検出信号値Ｖｅｘの変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値Ｖｅｘの変化方向とが同じになる特性を有しており、供給量補正手段は、振幅が所定周期Ｔｒｅｆで周期的に変化する変動値（参照入力Ｒｅｆ）を算出する変動値算出手段（ＥＣＵ２、参照入力算出部３１，８１）と、検出信号値Ｖｅｘおよび変動値（参照入力Ｒｅｆ）を用いて、検出信号値Ｖｅｘと変動値（参照入力Ｒｅｆ）との相関性を表す相関性パラメータ（移動平均値Ｃｒ、積分値Ｃｒ’）を算出する相関性パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、移動平均フィルタ３５、積分器８５）と、相関性パラメータ（移動平均値Ｃｒ、積分値Ｃｒ’）に基づき、供給量補正値を、検出信号値Ｖｅｘを極値に制御するための制御入力値Ｕｃ，Ｕｃ’として算出する制御入力値算出手段（ＥＣＵ２、スライディングモードコントローラ３６、増幅器８６）と、を有し、制御入力値Ｕｃ，Ｕｃ’と変動値（参照入力Ｒｅｆ）の和（フィードバック噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂ）によって、還元剤の供給量（フィードフォワード噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆ）を補正することを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排ガス中のＮＯｘおよび還元剤の濃度を表す検出信号が、排ガス濃度検出手段から出力されるとともに、ＮＯｘ濃度の増減に対する検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有しているので、前述した理由によって、排ガス濃度検出手段の検出信号値は、選択還元触媒への還元剤の供給量に対して極値を示すことになる。さらに、前述したように、検出信号値が極値を示しているときの還元剤の供給量が、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度およびＮＯｘ濃度の双方をバランスよく低減できる最適値となるとともに、この関係は、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が変化していないときだけでなく、前述したような様々な要因によってＮＯｘ浄化率が変化したときでも成立することになる。

また、この排ガス浄化装置では、上記のような検出信号値および変動値を用いて、両者の相関性を表す相関性パラメータが算出され、相関性パラメータに基づき、供給量補正値が、検出信号値を極値に制御するための制御入力値として算出され、制御入力値と変動値の和によって、還元剤の供給量が補正される。このように、変動値が還元剤の供給量に含まれることになるので、前述したように、相関性パラメータが検出信号値と還元剤の供給量との相関性を表すものとなり、そのような相関性パラメータに基づいて制御入力値を算出することによって、検出信号値を極値にすることができるように、制御入力値を算出できる。さらに、そのような制御入力値と変動値の和によって、還元剤の供給量が補正されるので、様々な要因によってＮＯｘ浄化率が変化したときでも、還元剤の供給量を最適値に制御することができる。それにより、検出信号値を極値に制御することができ、選択還元触媒よりも下流側の排ガス中の還元剤濃度およびＮＯｘ濃度の双方を、バランスよく低減することができる。その結果、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、相関性パラメータ算出手段は、検出信号値Ｖｅｘを表す値（フィルタ値Ｙｆ）と変動値（参照入力Ｒｅｆ）との乗算値Ｚを所定周期の整数倍の区間（移動平均区間Ｎｒｅｆ・ΔＴ）で積分することによって、相関性パラメータ（移動平均値Ｃｒ）を算出することを特徴とする。

請求項７に記載の内燃機関の排ガス浄化装置の場合、検出信号値および変動値を用いて相関性パラメータが算出され、供給量補正値が相関性パラメータに基づいて制御入力値として算出されるとともに、制御入力値と変動値の和によって、還元剤の供給量が補正されるので、検出信号値と還元剤の供給量との関係がクローズドループを形成している場合、変動値の周波数成分がこのクローズドループ内で循環し、共振することで、制御系が不安定になる可能性がある。これに対して、この排ガス浄化装置によれば、相関性パラメータが、検出信号値を表す値と変動値との乗算値を所定周期の整数倍の区間で積分することによって算出されるので、変動値の周波数が相関性パラメータに混入するのを回避でき、それにより、変動値の周波数成分がクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、制御系の安定性を確保することができる。

請求項９に係る発明は、請求項７に記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、モデル修正値算出手段は、制御入力値Ｕｃ’と変動値（参照入力Ｒｅｆ）の和（フィードバック噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂ）、および制御入力値Ｕｃ’の一方を所定周期の整数倍の区間で積分した値（補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐ）を用いて、モデル修正値（モデル修正係数Ｋｆｆ）を算出することを特徴とする。

請求項７に記載の内燃機関の排ガス浄化装置の場合、相関性パラメータが検出信号値および変動値を用いて算出され、供給量補正値が相関性パラメータに基づいて算出され、モデル修正値が供給量補正値の絶対値が減少するように算出され、モデル修正値によって修正した相関関係モデルを用いて、ＮＯｘ浄化率が算出され、このＮＯｘ浄化率に応じて、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給量が決定される。したがって、検出信号値と還元剤の供給量との関係がクローズドループを形成している場合、変動値の周波数成分がクローズドループ内で循環し、共振することで、制御系が不安定になる可能性がある。これに対して、この排ガス浄化装置によれば、モデル修正値が、制御入力値と変動値の和、および制御入力値の一方を、所定周期の整数倍の区間で積分した値を用いて算出されるので、変動値の周波数がモデル修正値に混入するのを回避でき、それにより、変動値の周波数成分がクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、定常状態および過渡状態の双方において、制御系の安定性を確保することができる。

請求項１０に係る発明は、請求項５ないし９のいずれかに記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、モデル修正値（モデル修正係数Ｋｆｆ）の絶対値が所定値（判定値Ｋｒｅｆ）を上回ったときに、選択還元触媒（ユリア選択還元触媒７）が劣化したと判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１０，１２）と、劣化判定手段によって選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、劣化を表す警告情報を出力する警告手段（ＥＣＵ２、ステップ２，１３）と、をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、モデル修正値の絶対値が所定値を上回ったときに、選択還元触媒が劣化したと判定され、選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、劣化を表す警告情報が出力されるので、選択還元触媒の劣化を内燃機関の使用者に適切に報知することができる。それにより、選択還元触媒が劣化しているにもかかわらず、内燃機関の運転が継続されるのを回避することが可能になり、排ガス特性の悪化を回避できる。

請求項１１に係る発明は、請求項５ないし９のいずれかに記載の内燃機関３の排ガス浄化装置１において、モデル修正値（モデル修正係数Ｋｆｆ）の絶対値が所定値（判定値Ｋｒｅｆ）を上回ったときに、選択還元触媒（ユリア選択還元触媒７）が劣化したと判定する劣化判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１０，１２）と、劣化判定手段によって選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給を禁止する禁止手段（ＥＣＵ２、ステップ２，１５）と、をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、モデル修正値の絶対値が所定値を上回ったときに、選択還元触媒が劣化したと判定され、選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、還元剤供給装置による選択還元触媒への還元剤の供給が禁止される。それにより、選択還元触媒が劣化しているにもかかわらず、還元剤が選択還元触媒に過剰に供給されることがなくなることで、還元剤が選択還元触媒の下流側に流出するのを回避でき、排ガス特性の悪化を回避できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置について説明する。図１は、本実施形態の排ガス浄化装置１およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。このエンジン３は、リーンバーン運転方式のもの（ガソリンエンジンまた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。

同図に示すように、この排ガス浄化装置１は、ＥＣＵ２と、エンジン３の排気通路５に設けられたユリア選択還元触媒７と、ユリア選択還元触媒７の上流側の排気通路５内に尿素水を噴射するユリア噴射装置１０などを備えている。

このユリア噴射装置１０（還元剤供給装置）は、ユリア噴射弁１１およびユリアタンク１２を備えている。このユリアタンク１２は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路１３およびユリアポンプ（図示せず）を介して、ユリア噴射弁１１に接続されている。

ユリア噴射弁１１は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって開弁状態に駆動されると、ユリアタンク１２からの尿素水を排気通路５内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。この場合、ユリア噴射弁１１から噴射された尿素水の尿素は、その一部が、排ガスの熱およびユリア選択還元触媒７との接触によって、アンモニアに変化する。

また、ユリアタンク１２には、ユリアレベルセンサ２０が取り付けられており、このユリアレベルセンサ２０は、ユリアタンク１２内の尿素水のレベルを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このユリアレベルセンサ２０の検出信号に基づいて、ユリアタンク１２内の尿素水の残量（以下「ユリア残量」という）Ｑｕｒｅａを算出する。

一方、ユリア選択還元触媒７は、還元剤としての尿素（Ｕｒｅａ）が存在する雰囲気下で、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元するものであり、このユリア選択還元触媒７では、そのＮＯｘの還元作用において、尿素水の噴射時に尿素から変化したアンモニアも、尿素ととも消費される。

このユリア選択還元触媒７には、触媒温センサ２１が取り付けられている。この触媒温センサ２１は、ユリア選択還元触媒７の温度（以下「触媒温」という）Ｔｓｃｒを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この触媒温センサ２１の検出信号に基づき、触媒温Ｔｓｃｒを算出する。

また、排気通路５のユリア選択還元触媒７の下流側には、排ガス濃度センサ２２が設けられており、この排ガス濃度センサ２２（排ガス濃度検出手段）は、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。この排ガス濃度センサ２２は、排ガス中のＮＯｘおよびアンモニアの双方に反応するとともに、その検出信号の値（以下「検出信号値」という）Ｖｅｘが、排ガス中のＮＯｘ濃度またはアンモニア濃度が高いほど、より大きくなる特性を有している。

なお、図１では、理解の容易化のために、ユリア選択還元触媒７のみを排気通路５に示すとともに、その他の排気デバイスは図中に示されていないが、排ガス濃度センサ２２の下流側には、ユリア選択還元触媒７を通過した排ガス中のアンモニアを酸化するために、図示しない酸化触媒が配置されている。

また、エンジン３は、排気還流機構８を備えている。この排気還流機構８は、排気通路５内の排ガスの一部を吸気通路４側に還流するものであり、吸気通路４および排気通路５の間に接続されたＥＧＲ通路８ａと、このＥＧＲ通路８ａを開閉するＥＧＲ制御弁８ｂなどで構成されている。

ＥＧＲ制御弁８ｂは、そのリフトが最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁８ｂを介して、ＥＧＲ通路８ａの開度を変化させることにより、排ガスの還流量すなわちＥＧＲ量を制御する。

ＥＣＵ２には、図示しないが、ＥＧＲリフトセンサおよび差圧センサが接続されている。これらのＥＧＲリフトセンサおよび差圧センサはそれぞれ、ＥＧＲ制御弁８ｂのリフトと、ＥＧＲ制御弁８ｂの上流側と下流側の差圧を検出するものであり、ＥＣＵ２は、これらのセンサの検出信号に基づき、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出する。

さらに、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２３、アクセル開度センサ２４、触媒劣化警告灯２５およびユリア残量警告灯２６がそれぞれ接続されている。このクランク角センサ２３は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の機関回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン（いずれも図示せず）が吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。

また、アクセル開度センサ２４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を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、触媒劣化警告灯２５およびユリア残量警告灯２６はいずれも、車両のメータパネルに配置されており、触媒劣化警告灯２５は、ユリア選択還元触媒７が劣化したときに、それを表すために点灯される。また、ユリア残量警告灯２６は、ユリアタンク１２内の尿素水の残量が少なくなったときに、それを表すために点灯される。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェースおよび駆動回路（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２４の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、後述するユリア噴射制御処理などの各種の制御処理を実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、排ガス濃度検出手段、変動値算出手段、相関性パラメータ算出手段、制御入力値算出手段、供給量決定手段、検出信号値算出手段、ＮＯｘ浄化率パラメータ算出手段、ＮＯｘ浄化率算出手段、供給量補正手段、モデル修正値算出手段、浄化率算出手段、劣化判定手段、警告手段および禁止手段に相当する。

次に、図２を参照しながら、本実施形態の排ガス浄化装置１の構成について説明する。図２に示すように、排ガス浄化装置１は、最適値探索コントローラ３０、フィードフォワードコントローラ４０および加算器７０を備えており、これらは、具体的には、ＥＣＵ２によって構成されている。

この最適値探索コントローラ３０は、後述する手法によって、フィードバック噴射量（以下「ＦＢ噴射量」という）Ｇｕｒｅａ＿ｆｂおよび補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐを算出するものであり、このＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂは、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを入力とし、検出信号値Ｖｅｘを出力とする制御対象をフィードバック制御するための値として算出される。なお、本実施形態では、最適値探索コントローラ３０が供給量補正手段に相当し、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂが制御入力値と変動値の和に相当する。

また、フィードフォワードコントローラ（以下「ＦＦコントローラ」という）４０は、後述する手法によって、フィードフォワード噴射量（以下「ＦＦ噴射量」という）Ｇｕｒｅａ＿ｆｆを算出するものであり、このＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆは、上記制御対象をフィードフォワード制御するための値として算出される。なお、本実施形態では、フィードフォワードコントローラ４０が供給量決定手段に相当し、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆが還元剤の供給量に相当する。

そして、加算器７０では、下式（１）に示すように、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆとＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂを加算することによって、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａ（還元剤の供給量）が算出される。

なお、上式（１）において、記号（ｋ）付きの各データは、所定の制御周期ΔＴ（例えば５ｍｓｅｃ）で算出またはサンプリングされた離散データであることを表しており、記号ｋは各離散データの制御時刻を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングで算出された今回値であることを、記号ｋ−１は前回の制御タイミングで算出された前回値であることをそれぞれ示している。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜、省略する。

次に、最適値探索コントローラ３０について説明する。この最適値探索コントローラ３０では、以下に述べるように、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂおよび補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐが算出される。このＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂは、排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘが極小値（最適値）になるように、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａをフィードバック制御するためのものであり、このようにＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂを算出する理由は以下による。

すなわち、本実施形態の場合、排ガス濃度センサ２２がユリア選択還元触媒７の下流側に設けられていること、および排ガス濃度センサ２２の前述した特性に起因して、ユリア噴射弁１１によるユリア噴射量Ｇｕｒｅａと検出信号値Ｖｅｘの関係は、図３に示すようになる。

図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを変化させた場合における、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度の測定結果の一例を示しており、図３（ｃ）は、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを変化させた場合における、排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘの測定結果の一例を表している。また、図３（ｃ）に実線で曲線は、ユリア選択還元触媒７が新品で劣化していないときの測定結果を表しており、破線で示す曲線は、ユリア選択還元触媒７が劣化したときの測定結果を表している。

図３（ｃ）を参照すると明らかなように、ユリア選択還元触媒７が劣化していない場合、検出信号値Ｖｅｘは、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが所定値Ｇｕ１のときに極小値を示すとともに、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが所定値Ｇｕ１よりも大きいほどまたはよりも小さいほど、大きい値を示すことが判る。これは以下の原理による。すなわち、Ｇｕｒｅａ＞Ｇｕ１の領域では、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが多すぎることで、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが所定値Ｇｕ１よりも大きいほど、ＮＯｘ還元において消費されない分の尿素量が増大すると同時に、尿素が変化したアンモニアも、ＮＯｘ還元において消費されない余剰分が増大し、それにより、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度が上昇する。その結果、Ｇｕｒｅａ＞Ｇｕ１の領域では、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが大きいほど、検出信号値Ｖｅｘは、アンモニア濃度の上昇に伴って、より大きな値を示す。すなわち、検出信号値Ｖｅｘは、ＮＯｘ還元において消費されない分の尿素量が増大するほど、それを表すように、より大きな値を示すとともに、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中の尿素濃度も表すことになる。

一方、Ｇｕｒｅａ＜Ｇｕ１の領域では、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが少なすぎるため、ユリア選択還元触媒７によるＮＯｘの還元性能が低下することで、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなる。その結果、Ｇｕｒｅａ＜Ｇｕ１の領域では、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが小さいほど、検出信号値Ｖｅｘは、ＮＯｘ濃度の上昇に伴ってより大きな値を示す。以上のように、検出信号値Ｖｅｘが極小値を示しているときのユリア噴射量Ｇｕｒｅａが、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度およびＮＯｘ濃度の双方をバランスよく低減できる最適値となることが判る。また、この関係は、破線で示す測定結果を参照すると明らかなように、ユリア選択還元触媒７が劣化したときでも成立することが判る。

以上の原理から、ユリア選択還元触媒７の劣化以外の様々な要因によって、ユリア選択還元触媒７のＮＯｘ浄化率が変化したときでも、出信号値Ｖｅｘが極小値になるように、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを制御することによって、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度およびＮＯｘ濃度の双方をバランスよく低減できることになる。したがって、この最適値探索コントローラ３０では、ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘが極小値に収束するように、以下に述べる制御アルゴリズムによって、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂが算出される。

次に、図４を参照しながら、最適値探索コントローラ３０について説明する。同図に示すように、最適値探索コントローラ３０は、参照入力算出部３１、反転増幅器３２、ハイパスフィルタ３３、乗算器３４、移動平均フィルタ３５、スライディングモードコントローラ（図では「ＳＭＣ」と表記する）３６および加算器３７を備えている。

まず、参照入力算出部３１では、下式（２）により、参照入力Ｒｅｆが算出される。なお、本実施形態では、参照入力算出部３１が変動値算出手段に相当し、参照入力Ｒｅｆが変動値に相当する。

上式（２）のｒは参照入力Ｒｅｆの振幅を、Ｔｒｅｆは参照入力Ｒｅｆの所定周期を、ｎは制御回数をそれぞれ表している。この所定周期Ｔｒｅｆは、Ｔｒｅｆ＝２ｍ・ΔＴ（ｍは正の整数）が成立するとともに、参照入力Ｒｅｆの周波数（１／Ｔｒｅｆ）が、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを入力とし、検出信号値Ｖｅｘを出力とするローパス特性の制御対象のカットオフ周波数よりも低くなるように設定される。上式（２）から明らかなように、参照入力Ｒｅｆは、図５に示すような正弦波状に変化する値として算出される。

なお、参照入力Ｒｅｆの算出手法はこれに限らず、図５の横軸を、制御周期ΔＴ毎にインクリメントまたはデクリメントされるカウンタ値とし、このカウンタ値に応じて、テーブルを検索する手法により、参照入力Ｒｅｆを算出するように構成してもよい。

一方、反転増幅器３２では、下式（３）に示すように、検出信号値Ｖｅｘの符号を反転することにより、反転値Ｖｉｎｖが算出される。

このように、検出信号値Ｖｅｘの符号を反転した反転値Ｖｉｎｖを算出するのは、以下の理由による。すなわち、最適値探索コントローラ３０で用いられているアルゴリズムは、極大値を探索するアルゴリズムであるのに対して、本実施形態の検出信号値Ｖｅｘは、図３（ｃ）および図６（ａ）に示すように、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａに対して極小値を示すものである関係上、検出信号値Ｖｅｘをそのまま用いることができない。これに対して、図６（ｂ）に示すように、検出信号値Ｖｅｘの符号を反転すると、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａに対して極大値を示すようになるので、本実施形態では、そのような特性を示す反転値Ｖｉｎｖを用いている。

したがって、排ガス濃度センサ２２に代えて、その検出信号値がユリア噴射量Ｇｕｒｅａに対して反転値Ｖｉｎｖと同じように変化する排ガス濃度センサ、すなわち検出信号値が極大値を示す排ガス濃度センサを用いてもよく、その場合には、上記反転増幅器３２を省略することができる。

次に、ハイパスフィルタ３３では、下式（４）に示すハイパスフィルタ演算により、フィルタ値Ｙｆ（検出信号値を表す値）が算出される。

このハイパスフィルタ３３は、検出信号値Ｖｅｘに含まれる定常成分や極低周波成分を除去するとともに、検出信号値Ｖｅｘに含まれる、参照入力Ｒｅｆに起因する周波数成分を効果的に抽出するためのものであり、ハイパスフィルタ３３のカットオフ周波数は、それを実現できるような値に設定されている。

なお、フィルタ値Ｙｆの算出手法は、上記に限らず、検出信号値Ｖｅｘに所定のフィルタ処理を施すことによってフィルタ値Ｙｆを算出し、それにより、検出信号値Ｖｅｘから参照入力Ｒｅｆに起因する周波数成分を効果的に抽出できるものであればよい。例えば、ハイパスフィルタ３３に代えて、バンドパスフィルタを用い、検出信号値Ｖｅｘにバンドパスフィルタ処理を施すことによって、検出信号値Ｖｅｘから参照入力Ｒｅｆに起因する周波数成分を効果的に抽出するように構成してもよい。その場合には、バンドパスフィルタの通過帯域を、参照入力Ｒｅｆに起因する周波数成分を含む周波数域に設定すればよい。

一方、乗算器３４では、下式（５）により、乗算値Ｚが算出される。

上式（５）のｄは、排ガス浄化装置１のむだ時間、すなわちユリア噴射弁１１から噴射された尿素を含む排ガスが、ユリア選択還元触媒７で還元された後、排ガス濃度センサ２２に到達するまでの時間を表しており、本実施形態では、所定の一定値に予め設定される。このように、むだ時間ｄ前の参照入力Ｒｅｆ（ｋ−ｄ）を用いるのは、フィルタ値の今回値Ｙｆ（ｋ）を、その発生要因である、むだ時間ｄ前の参照入力Ｒｅｆ（ｋ−ｄ）と乗算するためである。なお、むだ時間ｄが、エンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷およびエンジン３の運転モードなどに応じて変化する場合には、これらに応じてマップを検索する手法により、むだ時間ｄを算出してもよい。

次いで、移動平均フィルタ３５では、下式（６）に示す移動平均演算により、乗算値Ｚの移動平均値Ｃｒが算出される。なお、本実施形態では、移動平均フィルタ３５が相関性パラメータ算出手段に相当し、移動平均値Ｃｒが相関性パラメータに相当する。

上式（６）のＮｒｅｆは、Ｎｒｅｆ・ΔＴ＝ｍ・Ｔｒｅｆ（ｍは正の整数）が成立するように設定される整数値であり、この場合、値Ｎｒｅｆ・ΔＴが移動平均区間に相当する。すなわち、移動平均値Ｃｒは、乗算値Ｚを参照入力Ｒｅｆの所定周期Ｔｒｅｆの整数倍の区間で移動平均した値として算出される。これは、図２に示すように、最適値探索コントローラ３０における検出信号値ＶｅｘとＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂとの関係が、クローズドループを形成しているので、参照入力Ｒｅｆの周波数成分がこのクローズドループ内で循環することによる共振の発生を回避するためである。

さらに、スライディングモードコントローラ３６（制御入力値算出手段）では、下式（７）〜（１０）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、制御入力値Ｕｃが算出される。

上式（７）のσｅｘは、切換関数であり、Ｓｅｘは、−１＜Ｓｅｘ＜０が成立するように設定される切換関数設定パラメータである。また、上式（８）のＵｃ＿ｒｃｈは、到達則入力であり、Ｋｒｃｈ＿ｅｘは、所定の到達則ゲインである。さらに、上式（９）のＵａｄｐ＿ｅｘは、適応則入力であり、Ｋａｄｐ＿ｅｘは、所定の適応則ゲインである。さらに、上式（１０）に示すように、制御入力値Ｕｃは、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｅｘと適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｘの和として算出される。

さらに、加算器３７では、下式（１１）により、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂが算出される。なお、式（１１）において、所定のゲインを右辺の参照入力Ｒｅｆに乗算するように構成してもよい。

一方、下式（１２）に示すように、補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐは、制御入力値Ｕｃと等しい値に設定される。

以上のように、この最適値探索コントローラ３０では、移動平均値Ｃｒが、参照入力Ｒｅｆとフィルタ値Ｙｆの乗算値Ｚを、移動平均区間Ｎｒｅｆ・ΔＴで移動平均演算することにより算出されるので、この移動平均値Ｃｒは、参照入力Ｒｅｆとフィルタ値Ｙｆの有限区間相関関数に相当し、それにより、移動平均値Ｃｒの絶対値は、参照入力Ｒｅｆとフィルタ値Ｙｆの相関性が高いほど、すなわち参照入力Ｒｅｆと検出信号値Ｖｅｘの相関性が高いほど、絶対値が大きくなる一方、両者の相関性が低いほど、値０に近くなる。

前述した式（１），（１１）を参照すると明らかなように、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａは参照入力Ｒｅｆを含むように算出されるので、上記移動平均値Ｃｒは、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａと検出信号値Ｖｅｘの相関性を表すものになるとともに、図６（ａ）に示すように、検出信号値Ｖｅｘがユリア噴射量Ｇｕｒｅａに対して極小値を示す関係上、この検出信号値Ｖｅｘが極小値に近づくほど、検出信号値Ｖｅｘおよびユリア噴射量Ｇｕｒｅａの相関性は低くなる。すなわち、図６（ｃ）に示すように、移動平均値Ｃｒの絶対値が値０に近づくほど、検出信号値Ｖｅｘが極小値に近づくことになるとともに、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａの増減に対して、移動平均値Ｃｒの絶対値は単調に増減する関係となる。したがって、移動平均値Ｃｒの絶対値が値０に単調減少するように、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａをフィードバック制御することによって、検出信号値Ｖｅｘを極小値に制御できることになる。

以上の理由により、この最適値探索コントローラ３０では、制御入力値Ｕｃが、前述したスライディングモード制御アルゴリズムによって、移動平均値Ｃｒが値０に収束するように算出される。そして、この制御入力値Ｕｃに参照入力Ｒｅｆを加算することによって、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂが算出されるので、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂによって、検出信号値Ｖｅｘが極小値に収束するように、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａをフィードバック制御できることになる。さらに、フィードバック制御アルゴリズムとして、スライディングモード制御アルゴリズムを用いたので、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどを用いた場合と異なり、検出信号値Ｖｅｘが極小値付近に近づいたときでも、振動的挙動や不安定挙動を生じることなく、検出信号値Ｖｅｘを指数関数的に極小値に収束させることができるとともに、収束後は、検出信号値Ｖｅｘを極小値付近に保持することができる。

なお、最適値探索コントローラ３０において、制御入力値Ｕｃを算出するための制御アルゴリズムは、上記スライディングモード制御アルゴリズムに限らず、所定の応答指定型制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであればよい。例えば、バックステッピング制御アルゴリズムを用いて、制御入力値Ｕｃを算出してもよい。このようにした場合でも、実施形態のスライディングモード制御アルゴリズムを用いた場合と同様に、前述した作用効果を得ることができる。

また、検出信号値Ｖｅｘが極小値付近に近づいた際の振動的挙動や不安定挙動が許容される条件下では、制御入力値Ｕｃを算出するための制御アルゴリズムとして、ＰＩＤ制御アルゴリズムや最適制御アルゴリズムなどのフィードバック制御アルゴリズムを用いてもよい。

さらに、排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘを、定常偏差を生じることなく極小値に収束させるには、本実施形態の最適値探索コントローラ３０のように、積分要素（適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｘ）が制御アルゴリズムに含まれている必要があるが、多少の定常偏差を許容できる条件下では、前述した式（９）に代えて、下式（１３）によって適応則入力Ｕａｄｐを算出してもよい。

上式（１３）のλａは、忘却係数であり、０≪λａ＜１が成立する値（例えば値０．９９）に設定される。ここで、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｘを前述した式（９）で算出した場合、何らかの要因によって排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘを極小値に収束できない状況下では、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｘが増大することで、制御入力値Ｕｃが過大な値となる可能性があり、その場合には、上記要因が解消されたときに、制御入力値Ｕｃが適切な値に戻るのに時間を要してしまう。これに対して、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｘを上式（１３）で算出した場合、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｅｘの増大を回避でき、制御入力値Ｕｃが過大な値となるのを回避できる。それにより、上記要因が解消されたときに、適切な制御入力値Ｕｃを迅速に得ることができる。

次に、図７を参照しながら、前述したＦＦコントローラ４０について説明する。このＦＦコントローラ４０は、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａをフィードフォワード制御するためのＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆを算出するものであり、同図に示すように、ＮＯｘ排出量算出部４１、ＮＯｘ還元量算出部４２、ＦＦ噴射量算出部４３およびモデル修正器５０を備えている。

まず、ＮＯｘ排出量算出部４１について説明する。このＮＯｘ排出量算出部４１は、以下に述べる手法によって、エンジン３から排出されると推定されるＮＯｘ量を、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔとして算出するものである。なお、本実施形態では、ＮＯｘ排出量算出部４１がＮＯｘ浄化率パラメータ算出手段に相当する。

まず、ＮＯｘ排出量のマップ値Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｂｓを算出するためのマップを、運転モード値ＳＴＳ＿ＭＯＤに応じて、複数のマップの中から選択する。この運転モード値ＳＴＳ＿ＭＯＤは、エンジン３の運転モードを表す値であり、各種の運転パラメータ（エンジン回転数ＮＥ，アクセル開度ＡＰ，車速など）に応じて設定される。

この場合、運転モード値ＳＴＳ＿ＭＯＤがエンジン３の通常運転モードを表しているときには、図８のマップが選択される。同図において、ＮＥ１〜ＮＥ３は、エンジン回転数ＮＥの所定値であり、ＮＥ１＜ＮＥ２＜ＮＥ３が成立するように設定される。このマップでは、マップ値Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｂｓは、要求トルクＰｍｃｍｄが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、エンジン３の負荷が大きいほど、混合気の燃焼温度が上昇することで、ＮＯｘ排出量が増大するためと、エンジン回転数ＮＥが高いほど、単位時間当たりのＮＯｘ排出量が増大するためである。

次いで、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＰｍｃｍｄを算出する。その後、上記選択されたマップを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰｍｃｍｄに応じて検索することにより、ＮＯｘ排出量のマップ値Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｂｓを算出する。

さらに、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒに応じて、図９に示すテーブルを検索することにより、ＥＧＲ補正係数Ｋｎｏｘ＿ｅｎｇを算出する。このテーブルでは、ＥＧＲ補正係数Ｋｎｏｘ＿ｅｎｇは、Ｒｅｇｒ＝０のときに値１に設定されているとともに、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが大きい場合、混合気の燃焼温度が低下することで、ＮＯｘ排出量が減少するためである。

そして、ＮＯｘ排出量算出部４１では、最終的に、下式（１４）により、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔが算出される。

次に、ＮＯｘ還元量算出部４２について説明する。このＮＯｘ還元量算出部４２は、以下に述べる手法によって、ユリア選択還元触媒７によって還元されると推定されるＮＯｘ量を、ＮＯｘ還元量Ｇｎｏｘ＿ｒｅｄ＿ｈａｔとして算出するものである。なお、本実施形態では、ＮＯｘ還元量算出部４２がＮＯｘ浄化率算出手段および浄化率算出手段に相当する。

まず、上記ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔおよび触媒温Ｔｓｃｒに応じて、図１０に示すマップを検索することにより、推定ＮＯｘ浄化率のマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓを算出する。同図において、Ｔｓｃｒ１〜Ｔｓｃｒ３は、触媒温Ｔｓｃｒの所定値であり、Ｔｓｃｒ１＜Ｔｓｃｒ２＜Ｔｓｃｒ３が成立するように設定される。このマップでは、マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓは、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔが大きいほど、より小さくなるように設定されている。これは、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔが大きいほど、ＮＯｘがユリア選択還元触媒７と接触する確率が低下するためである。

また、このマップでは、マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓは、触媒温Ｔｓｃｒが所定値Ｔｓｃｒ２のときに、最も大きい値を示すとともに、それよりも低温または高温のとき（Ｔｓｃｒ＝Ｔｓｃｒ１，またはＴｓｃｒ＝Ｔｓｃｒ３）には、より小さい値に設定されている。これは、ユリア選択還元触媒７が、触媒温Ｔｓｃｒが所定温度域（例えば３００〜５００℃）のときに、ＮＯｘ浄化率が最も高くなる特性を有しているためである。なお、図１０のマップは、新品のユリア選択還元触媒７における平均的な特性に基づいて設定され、本実施形態では、このマップが相関関係モデルに相当する。

次いで、下式（１５）により、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔを算出する。

上式（１５）のＫｆｆは、モデル修正係数であり、後述するようにモデル修正器５０によって正値として算出される。上式（１５）に示すように、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔは、マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓをモデル修正係数Ｋｆｆで修正することによって算出される。

なお、本実施形態では、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔおよび触媒温ＴｓｃｒがＮＯｘ浄化率パラメータに相当し、マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓが選択還元触媒が所定の劣化度合にあるときのＮＯｘ浄化率に相当し、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔがＮＯｘ浄化率に相当する。

そして、ＮＯｘ還元量算出部４２では、最終的に、下式（１６）により、ＮＯｘ還元量Ｇｎｏｘ＿ｒｅｄ＿ｈａｔが算出される。

一方、ＦＦ噴射量算出部４３では、以上のように算出されたＮＯｘ還元量Ｇｎｏｘ＿ｒｅｄ＿ｈａｔに基づき、下式（１７）により、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆが算出される。

上式（１７）のＫｎｏｘ＿ｕｒｅａは、ＮＯｘ還元量Ｇｎｏｘ＿ｒｅｄ＿ｈａｔをユリア噴射量に換算するための換算係数であり、尿素水中の尿素と水の割合に応じて、予め一定値に設定される。

次に、モデル修正器５０について説明する。このモデル修正器５０は、モデル修正係数Ｋｆｆを算出するものであり、このモデル修正係数Ｋｆｆは、前述した式（１５）に示すように、マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓを修正（または補正）するためのもの、すなわち、新品のユリア選択還元触媒７における平均的な特性に基づいて設定された、相関関係モデルとしての図１０のマップを修正するためのものである。なお、本実施形態では、モデル修正器５０がモデル修正値算出手段に相当し、モデル修正係数Ｋｆｆがモデル修正値に相当する。

図１１を参照しながら、このようなモデル修正係数Ｋｆｆを用いる理由について説明する。図１１（ａ）は、ユリア選択還元触媒７が新品で劣化してない場合の、ＮＯｘ排出量および触媒温Ｔｓｃｒと、ＮＯｘ浄化率の関係を表しており、図１１（ｂ）はユリア選択還元触媒７が劣化した場合の三者の関係を表している。両図を比較すると明らかなように、ユリア選択還元触媒７が劣化した場合、ＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ排出量の全領域に対して一律に低下するものではなく、その低下度合がばらつきながら変化する。それにより、マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓを修正する際には、それに対応して非線形な修正が必要となる。したがって、このモデル修正器５０では、ユリア選択還元触媒７が劣化していないときのＮＯｘ浄化率であるマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓを、非線形に修正するために、以下に述べる手法によって、モデル修正係数Ｋｆｆが算出される。

図１２に示すように、モデル修正器５０は、３つの非線形重み関数算出部５１〜５３と、３つのスライディングモードコントローラ（図では「ＳＭＣ」と表記する）５４〜５６と、３つの乗算器５７〜５９と、２つの加算器６０，６１を備えている。

まず、非線形重み関数算出部５１〜５３では、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔに応じて、図１３（ａ）に示すテーブルを検索することにより、３つの非線形重み関数Ｗ_i（ｉ＝１〜３）の値がそれぞれ算出される。同図において、Ｇｎ１〜Ｇｎ３は、０＜Ｇｎ１＜Ｇｎ２＜Ｇｎ３が成立するように設定される、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔの所定値を表している。

ここで、非線形重み関数Ｗ_iの添字ｉは、以下に述べるＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔの３つの領域に対応する値であることを表しており、この関係は、後述する各種の値においても同様である。具体的には、非線形重み関数Ｗ₁は、０≦Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ＜Ｇｎ２と規定される第１領域に対応し、非線形重み関数Ｗ₂は、Ｇｎ１＜Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ＜Ｇｎ３と規定される第２領域に対応し、非線形重み関数Ｗ₃は、Ｇｎ２＜Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔと規定される第３領域に対応するように設定されている。

また、同図に示すように、３つの非線形重み関数Ｗ_iの各々は、上述した対応する領域では値１以下の正値にかつそれ以外の領域では値０に設定されており、さらに、隣り合う各２つの非線形重み関数Ｗ_j，Ｗ_j+1（ｊ＝１または２）は、互いに交差しているとともに、交差している部分の両者の和が、非線形重み関数Ｗ_iの最大値１になるように設定されている。

すなわち、隣り合う２つの非線形重み関数Ｗ₁，Ｗ₂は、所定値Ｇｎ１と所定値Ｇｎ２の間で交差しているとともに、両者の交差点におけるＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔは、図１３（ｂ）に示すように、その前後でＮＯｘ浄化率の勾配が変化する勾配変化点となっている。これと同様に、隣り合う２つの非線形重み関数Ｗ₂，Ｗ₃は、所定値Ｇｎ２と所定値Ｇｎ３の間で交差しているとともに、両者の交差点におけるＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔも、その前後でＮＯｘ浄化率の勾配が変化する勾配変化点となっている。

このように、隣り合う２つの非線形重み関数Ｗ_j，Ｗ_j+1（ｊ＝１または２）の交差点が、ＮＯｘ浄化率の勾配変化点に対応するように設定されているのは、以下の理由による。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、ウレア選択還元触媒７のＮＯｘ浄化率は、ウレア選択還元触媒７が劣化した際、上記勾配変化点を有しかつその位置も維持したままで変化するので、前述したモデル修正係数Ｋｆｆも、勾配変化点に対応する領域毎に異なる勾配となるように算出する必要がある。したがって、モデル修正係数Ｋｆｆの勾配が、ＮＯｘ浄化率の勾配変化点に対応する領域毎に異なるようにするために、隣り合う２つの非線形重み関数Ｗ_iの交差点が、ＮＯｘ浄化率の勾配変化点に対応するように設定されている。

なお、ＮＯｘ浄化率の勾配変化点の位置が、ユリア選択還元触媒７の劣化に伴って移動する場合には、２つの非線形重み関数Ｗ_j，Ｗ_j+1が、新品および劣化品のユリア選択還元触媒７のＮＯｘ浄化率における勾配変化点を含む領域で交差するように設定すればよい。さらに、多数の非線形重み関数Ｗが設定されている場合には、勾配変化点を含む領域に対応する非線形重み関数Ｗの数を増加し、その領域で密に配置すればよい。

一方、３つのスライディングモードコントローラ５４〜５６では、３つの修正係数θ_i（ｉ＝１〜３）がそれぞれ算出される。これらの修正係数θ_iは、３つの非線形重み関数Ｗ_iを修正するためのものであり、以下に述べるように、適応スライディングモード制御アルゴリズムを適用したアルゴリズム［式（１８）〜（２５）］によって算出される。

まず、下式（１８）により、モデル誤差Ｅｆｆが算出される。

この場合、上式（１８）によってモデル誤差Ｅｆｆを算出するのは、以下の理由による。すなわち、モデル修正係数Ｋｆｆは、これをマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓに乗算することで、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔを算出するものであるので、単位はＮＯｘ浄化率（％）となる。一方、前述したように、補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐは、Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐ＝Ｕｃとして算出されるため、その単位はユリア噴射量となる。したがって、補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐの単位をＮＯｘ浄化率に変換することを目的として、上式（１８）によって、モデル誤差Ｅｆｆが算出される。

次いで、下式（１９）により、３つの分配誤差Ｅｗ_i（ｉ＝１〜３）がそれぞれ算出される。

上式（１９）に示すように、３つの分配誤差Ｅｗ_iは、３つの非線形重み関数Ｗ_iをモデル誤差Ｅｆｆに乗算することによって算出されるので、モデル誤差Ｅｆｆを、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔの前述した第１〜第３領域にそれぞれ分配した値として算出される。

そして、最終的に、３つの修正係数θ_iが、下式（２０）〜（２５）に示す適応スライディングモード制御アルゴリズムによって算出される。

上式（２０）のσｗ_iは切換関数であり、Ｓは−１＜Ｓ＜０の関係が成立するように設定される切換関数設定パラメータである。また、式（２１）のθｒｃｈ_iは到達則入力であり、Ｋｒｃｈ_iは所定の到達則ゲインを表している。

さらに、式（２２）のθａｄｐ_iは適応則入力であり、Ｋａｄｐ_iは所定の適応則ゲインを表している。また、同式（２２）のλは忘却係数であり、その値は式（２３），（２４）に示すように、修正係数の前回値θ_i（ｋ−１）と所定の上下限値θＨ，θＬとの比較結果により、値１または所定値λｌｍｔに設定される。この上限値θＨは正の所定値に設定され、下限値θＬは負の所定値に設定されるとともに、所定値λｌｍｔは、０＜λｌｍｔ＜１が成立するような値に設定される。

さらに、式（２５）に示すように、修正係数θ_iは、到達則入力θｒｃｈ_iおよび適応則入力θａｄｐ_iの和として算出される。

以上の修正係数θ_iの算出アルゴリズムにおいて、忘却係数λを用いたのは以下の理由による。すなわち、ユリア選択還元触媒７におけるＮＯｘ浄化率の変化以外の要因（例えば外乱）によって、大きなモデル誤差Ｅｆｆが発生した場合、それに起因して、修正係数θ_iが誤適応することで一時的に不適切な値になり、過渡制御性が低下してしまう。

これに対して、前述した式（２２）では、修正係数の前回値θ_i（ｋ−１）の絶対値が大きい場合には、適応則入力θａｄｐ_iの増大を回避するために、０＜λ＜１の範囲内の値に設定された忘却係数λが、適応則入力の前回値θａｄｐ_i（ｋ−１）に乗算されている。この場合、前述した式（２２）を漸化式によって展開すると、ｈ（ｈは２以上の自然数）回前の制御タイミングでの適応則入力の前回値θａｄｐ_i（ｋ−ｈ）に対しては、λ^h（≒０）が乗算されることになるので、演算処理が進行したときでも、適応則入力θａｄｐ_iの増大を回避することができる。その結果、修正係数θ_iが誤適応することで一時的に不適切な値になるのを回避でき、過渡制御性を向上させることができる。

また、忘却係数λを常に０＜λ＜１の範囲内の値に設定した場合、修正係数θ_iの領域が変わることでＥｗ_i＝０となったときや、上記要因が解消されることでＥｗ_i≒０になったときに、忘却係数λによる忘却効果により、修正係数θ_iが値０近傍に収束してしまうので、そのような状態で大きなモデル誤差Ｅｆｆが再度発生すると、そのモデル誤差Ｅｆｆを解消するのに時間を要してしまうことになる。したがって、それを回避し、モデル誤差Ｅｆｆを迅速に解消するためには、修正係数θ_iの絶対値が比較的小さいときでも、修正係数θ_iを、モデル誤差Ｅｆｆを迅速に補償可能な値に適切に保持しておく必要があるので、θＬ≦θ_i（ｋ−１）≦θＨが成立しているときには、忘却係数λによる忘却効果をキャンセルするために、λ＝１に設定されている。なお、忘却係数λによる忘却効果が常に不要な場合には、式（２２）において、修正係数の前回値θ_i（ｋ−１）の大小にかかわらず、λ＝１と設定すればよい。

以上のように、３つの修正係数θ_iは、適応スライディングモード制御アルゴリズムによって、３つの非線形重み関数Ｗ_iがそれぞれ対応する、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔの３つの領域における補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐが値０になるように、算出される。この補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐは、制御入力値Ｕｃと等しいので、修正係数θ_iは、最適値探索コントローラ３０によって算出される制御入力値Ｕｃが値０になるように（すなわち制御入力値Ｕｃの絶対値が減少するように）算出され、言い換えれば、制御入力値Ｕｃによって検出信号値Ｖｅｘを極小値にフィードバック制御する必要性が低くなるように、修正係数θ_iが算出される。

次に、３つの乗算器５７〜５９で、修正係数θ_iと非線形重み関数Ｗ_iを乗算することにより、３つの乗算値θ_iＷ_iが算出される。

さらに、加算器６０で、下式（２６）により、乗算和Ｋｆｆ’が算出される。

そして、加算器６１で、下式（２７）により、モデル修正係数Ｋｆｆが算出される。

上式（２７）に示すように、モデル修正係数Ｋｆｆは、乗算和Ｋｆｆ’に値１を加算することにより算出される。これは、θ_iがいずれも値０に収束したときに、式（１５）でＩｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔ＝Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓが成立するようにするためである。

図１４は、モデル修正器５０における、各種の値の算出例を示している。同図に示すように、３つの乗算値θ_iＷ_iは互いに異なる変化を示す値として算出されるとともに、モデル修正係数Ｋｆｆは、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔに対して非線形な変化を示す値として算出される。それにより、モデル修正係数Ｋｆｆによって、推定ＮＯｘ浄化率のマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓを非線形に修正できることが判る。

以上のように、モデル修正器５０では、制御入力値Ｕｃによって検出信号値Ｖｅｘを極小値にフィードバック制御する必要性が低くなるように、修正係数θ_iが算出されるとともに、そのような修正係数θ_iで非線形重み関数Ｗ_iを修正しながら、モデル修正係数Ｋｆｆが算出され、さらに、このモデル修正係数Ｋｆｆを用いてマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓを修正することにより、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔが算出される。それにより、ユリア選択還元触媒７の実際のＮＯｘ浄化率が、前述した様々な要因によって非線形に変化したときでも、そのような非線形なＮＯｘ浄化率の変化に適合させながら、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔを算出することができる。その結果、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔの算出精度を向上させることができる。

次に、図１５を参照しながら、ＥＣＵ２により実行されるユリア噴射制御処理について説明する。この制御処理は、前述した手法によって、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを算出するものであり、前述した所定の制御周期ΔＴで実行される。

まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、ユリア故障フラグＦ＿ＵＲＥＡＮＧが「１」であるか否かを判別する。このユリア故障フラグＦ＿ＵＲＥＡＮＧは、図示しない判定処理において、ユリア噴射装置１０が故障したと判定されたときに「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。

ステップ１の判別結果がＹＥＳで、ユリア噴射装置１０が故障しているときには、ユリア噴射装置１０によるユリア噴射を停止すべきであると判定して、ステップ１５に進み、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを値０に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＮＯで、ユリア噴射装置１０が正常であるときには、ステップ２に進み、触媒劣化フラグＦ＿ＳＣＲＮＧが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ユリア選択還元触媒７が劣化していないときには、ステップ３に進み、ユリア残量Ｑｕｒｅａが所定値Ｑｒｅｆ未満であるか否かを判別する。

この判別結果がＹＥＳで、ユリア残量Ｑｕｒｅａが少ないときには、ステップ１４に進み、それを表すために、ユリア残量警告灯２６を点灯する。次いで、ユリア噴射を停止するために、前述したステップ１５で、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを値０に設定した後、本処理を終了する。なお、ステップ１４で、ユリア残量警告灯２６の点灯に加えて、ユリア残量Ｑｕｒｅａが少ないことをドライバに報知するための警告音を出力するように構成してもよい。

一方、ステップ３の判別結果がＮＯで、ユリア残量Ｑｕｒｅａが多いときには、ステップ４に進み、触媒暖機タイマ値Ｔｍａｓｔが所定値Ｔｍｌｍｔよりも大きいか否かを判別する。この触媒暖機タイマ値Ｔｍａｓｔは、エンジン始動後の触媒暖機時間を計時するものである。

ステップ４の判別結果がＮＯのときには、酸化触媒がまだ活性化されておらず、ユリア噴射を停止すべきであると判定して、前述したステップ１５で、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを値０に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ４の判別結果がＹＥＳのときには、酸化触媒が活性状態にあると判定して、ステップ５に進み、触媒温Ｔｓｃｒが所定値Ｔｓｃｒ＿ａｃｔよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、酸化触媒がまだ活性化されておらず、ユリア噴射を停止すべきであると判定して、前述したステップ１５で、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを値０に設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ５の判別結果がＹＥＳのときには、ユリア選択還元触媒７が活性状態にあると判定して、ステップ６に進み、前述した式（２）〜（１１）によって、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂを算出するとともに、前述した式（１２）によって、補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐを算出する。

次いで、ステップ７に進み、前述した式（１４）〜（１７）によって、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆを算出する。その後、ステップ８で、ユリア噴射量ＧｕｒｅａをＦＢ噴射量とＦＦ噴射量の和（Ｇｕｒｅａ＿ｆｂ＋Ｇｕｒｅａ＿ｆｆ）に設定する。

ステップ８に続くステップ９で、前述した式（１８）〜（２７）によって、モデル修正係数Ｋｆｆを算出する。次に、ステップ１０に進み、以下の４つの条件（ｆ１）〜（ｆ４）のいずれかが成立しているか否かを判別する。なお、下記のθｒｅｆは、ユリア選択還元触媒７の劣化を判定するための判定値であり、所定の負値（例えば値−０．８）に設定される。また、Ｋｒｅｆも、ユリア選択還元触媒７の劣化を判定するための判定値（所定値）であり、値１より小さい所定の正値（例えば値０．２）に設定される。
（ｆ１）θ₁≦θｒｅｆ
（ｆ２）θ₂≦θｒｅｆ
（ｆ３）θ₃≦θｒｅｆ
（ｆ４）Ｋｆｆ≦Ｋｒｅｆ

ステップ１０の判別結果がＮＯで、上記４つの条件（ｆ１）〜（ｆ４）がいずれも成立していないときには、ユリア選択還元触媒７が劣化していないと判定して、ステップ１１に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＳＣＲＮＧを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ１０の判別結果がＹＥＳで、上記４つの条件（ｆ１）〜（ｆ４）のいずれかが成立したときには、ユリア選択還元触媒７が劣化したと判定して、ステップ１２に進み、それを表すために、触媒劣化フラグＦ＿ＳＣＲＮＧを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。

上記のように、ステップ１２で、触媒劣化フラグＦ＿ＳＣＲＮＧが「１」に設定されると、次回以降の制御タイミングで、前述したステップ２の判別結果がＹＥＳとなり、その場合には、ステップ１３に進み、ユリア選択還元触媒７が劣化したことを表すために、触媒劣化警告灯２５を点灯する。その後、ユリア噴射を停止するために、前述したステップ１５で、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを値０に設定した後、本処理を終了する。なお、ステップ１３で、触媒劣化警告灯２５の点灯に加えて、ユリア選択還元触媒７の劣化をドライバに報知するための警告音を出力するように構成してもよい。

次に、図１６〜２１を参照しながら、本実施形態の排ガス浄化装置１によるユリア噴射制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。まず、図１６および図１７は、本実施形態の排ガス浄化装置１の制御結果例を示しており、特に、図１６は、図１０のマップにおいてモデル誤差が存在しないときの制御結果例を示しており、図１７は、モデル誤差が存在するときの制御結果例を示している。

また、図１８および図１９はそれぞれ、比較のために、排ガス浄化装置１のモデル修正器５０のみを省略した場合すなわちＫｆｆ＝１に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときおよびモデル誤差が存在するときの制御結果例を示している。さらに、図２０および図２１はそれぞれ、比較のために、最適値探索コントローラ３０およびモデル修正器５０を双方とも省略した場合、すなわちＧｕｒｅａ＿ｆｂ＝０およびＫｆｆ＝１に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときおよびモデル誤差が存在するときの制御結果例を示している。

以上の図１６〜２１において、Ｇｎｏｘ＿ｓｃｒは、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のＮＯｘ量を表す触媒後ＮＯｘ量であり、Ｓｌｉｐ＿ＮＨ３は、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のアンモニア量を表すスリップ値である。また、Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ａｃｔは、ユリア選択還元触媒７におけるＮＯｘ浄化率の実際値を表しており、したがって、図１０のマップにおいてモデル誤差が存在しないときには、Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓ＝Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ａｃｔとなる一方、モデル誤差が存在するときには、Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓ＞Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ａｃｔとなる。さらに、Ｇｕｒｅａ＿ｂｅｓｔは、排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘを極小値に収束させることができる、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａの最適値を表している。

まず、最適値探索コントローラ３０およびモデル修正器５０を双方とも省略した場合、図２０に示すように、モデル誤差が存在しないときには、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａ（＝Ｇｕｒｅａ＿ｆｆ）が最適値Ｇｕｒｅａ＿ｂｅｓｔに一致しているとともに、スリップ値Ｓｌｉｐ＿ＮＨ３がほとんど値０に保持されており、良好な排ガス特性を確保できることが判る。しかし、図２１に示すように、劣化などに起因するＮＯｘ浄化率の低下によって、モデル誤差が存在するときには、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔの増大に伴って、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが最適値Ｇｕｒｅａ＿ｂｅｓｔから大きく乖離するとともに、スリップ値Ｓｌｉｐ＿ＮＨ３が大幅に増加しており、排ガス特性が大幅に悪化することが判る。

また、モデル修正器５０を省略した場合、図１８に示すように、モデル誤差が存在しないときには、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが最適値Ｇｕｒｅａ＿ｂｅｓｔにほぼ一致しているとともに、スリップ値Ｓｌｉｐ＿ＮＨ３が微小値に保持されており、良好な排ガス特性を確保できることが判る。しかし、図１９に示すように、モデル誤差が存在するときには、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔが周期的に増大する際、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが最適値Ｇｕｒｅａ＿ｂｅｓｔから一時的に乖離し（すなわちオーバーシュートし）、それに起因してスリップ値Ｓｌｉｐ＿ＮＨ３が一時的に増加するとともに、そのような状態を、時刻ｔ１０〜ｔ１１の間、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間および時刻ｔ１４〜ｔ１５の間で繰り返しており、排ガス特性が悪化することが判る。

一方、本実施形態の排ガス浄化装置１では、図１６に示すように、モデル誤差が存在しない場合、前述した図１８の制御結果と同様に、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが最適値Ｇｕｒｅａ＿ｂｅｓｔに一致しているとともに、スリップ値Ｓｌｉｐ＿ＮＨ３が微小値に保持されており、良好な排ガス特性を確保できることが判る。

また、図１７に示すように、モデル誤差が存在する場合、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔが周期的に増大する際、その１回目の増大時には、時刻ｔ１〜ｔ２の間で、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが最適値Ｇｕｒｅａ＿ｂｅｓｔから一時的に乖離するとともに、スリップ値Ｓｌｉｐ＿ＮＨ３が一時的に増加する。しかし、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔが２回目および３回目に増大した際、時刻ｔ３以降および時刻ｔ４以降においても、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが最適値Ｇｕｒｅａ＿ｂｅｓｔにほぼ一致しているとともに、スリップ値Ｓｌｉｐ＿ＮＨ３が微小値に保持されており、良好な排ガス特性を確保できることが判る。これは、ユリア噴射制御処理の演算進行に伴い、図１０のマップにおけるモデル誤差を補償するように、修正係数θ_iすなわちモデル修正係数Ｋｆｆが算出されることによって、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔが実際値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ａｃｔに近づくことによる。

以上のように、本実施形態の排ガス浄化装置１によれば、最適値探索コントローラ３０において、排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘおよび参照入力Ｒｅｆに基づき、両者の相関性を表す移動平均値Ｃｒが算出され、移動平均値Ｃｒが値０に収束するように、制御入力値Ｕｃが算出されるとともに、この制御入力値Ｕｃを含むように、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが算出される。この場合、前述したように、検出信号値Ｖｅｘが極小値に近いほど、移動平均値Ｃｒは値０に近い値となるので、この制御入力値Ｕｃによって、検出信号値Ｖｅｘが極小値に収束させることができる。また、排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘが極小値を示すときのユリア噴射量Ｇｕｒｅａが、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度およびＮＯｘ濃度の双方をバランスよく低減できる最適値となるので、この制御入力値Ｕｃによって、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａをそのような最適値に制御することができ、それにより、ユリア選択還元触媒７よりも下流側の排ガス中のアンモニア濃度およびＮＯｘ濃度の双方を、バランスよく低減することができる。その結果、ユリア選択還元触媒７のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる。

また、制御入力値Ｕｃが、スライディングモード制御アルゴリズム［式（７）〜（１０）］によって、移動平均値Ｃｒが値０に収束するように算出されるので、検出信号値Ｖｅｘが極小値付近に近づいたとき、すなわちユリア噴射量Ｇｕｒｅａが最適値付近に近づいたときでも、振動的挙動や不安定挙動を生じることなく、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを指数関数的に最適値に収束させることができるとともに、収束後は、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを最適値付近に保持することができる。それにより、検出信号値Ｖｅｘを指数関数的に極小値に収束させることができるとともに、収束後は、検出信号値Ｖｅｘを極小値付近に保持することができる。その結果、ユリア選択還元触媒７のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性をより一層、向上させることができる。

さらに、移動平均値Ｃｒが、乗算値Ｚを所定周期Ｔｒｅｆの整数倍の区間である移動平均区間Ｎｒｅｆ・ΔＴで積分することによって算出されるので、参照入力Ｒｅｆの周波数が制御入力値Ｕｃに混入するのを回避でき、それにより、参照入力Ｒｅｆの周波数成分が、最適値探索コントローラ３０を含むクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、制御系の安定性を確保することができる。

また、ＦＦコントローラ４０において、ユリア触媒温ＴｓｃｒおよびＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔに応じて、図１０のマップを検索することによって、推定ＮＯｘ浄化率のマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓが算出され、このマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓをモデル修正係数Ｋｆｆで修正することによって、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔが算出され、この推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔに応じて、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆが算出される。そして、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆにＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂを加算することにより、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが算出される。すなわち、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆをＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂで補正することによって、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが算出される。

このように、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆをＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂで補正しながら、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを制御する場合、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂが排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘに応じて算出される関係上、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａを補正した結果が排ガス濃度センサ２２の検出信号値Ｖｅｘに反映されるまでに応答遅れを生じるおそれがある。これに対して、ＦＦコントローラ４０では、前述したように、フィードフォワード制御アルゴリズムによって、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆが算出されるので、上記のような応答遅れを生じることなく、還元剤をユリア選択還元触媒７に適切に供給することができる。

また、モデル修正器５０では、修正係数θ_iが、補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐすなわち制御入力値Ｕｃが値０に収束するように算出され、そのような修正係数θ_iを用いてモデル修正係数Ｋｆｆが算出される。そして、ＮＯｘ還元量算出部４２では、推定ＮＯｘ浄化率のマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓをモデル修正係数Ｋｆｆで修正することによって、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔが算出されるので、ユリア選択還元触媒７の実際のＮＯｘ浄化率が様々な要因によって変化したときでも、それに対応しながら、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔを適切に算出することができる。以上の理由により、ＮＯｘ浄化率および排ガス特性をいずれも高レベルに維持することができる。

さらに、モデル修正器５０では、非線形重み関数Ｗ_iを修正係数θ_iに乗算し、これらの乗算値Ｗ_iθ_iの総和である乗算和Ｋｆｆ’を値１に加算することによって、モデル修正係数Ｋｆｆが算出されるので、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔとＮＯｘ浄化率との実際の関係が前述した３つの領域のうちのある領域において局所的な誤差または経年変化を生じている場合や、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔとＮＯｘ浄化率との実際の関係が３つの領域間においてばらついている場合でも、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔと推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔとの関係を、実際の関係に適切に一致させることができる。その結果、ユリア選択還元触媒７の劣化や個体間のＮＯｘ浄化能力のばらつきに起因して、図１０のマップにおいてモデル誤差が生じた場合（すなわちマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓが実際のＮＯｘ浄化率に対してずれを生じた場合）でも、そのモデル誤差を適切に補償することができる。

これに加えて、３つの非線形重み関数Ｗ_iの各々は、前述した対応する領域では値１以下の正値にかつそれ以外の領域では値０に設定されており、さらに、隣り合う各２つの非線形重み関数Ｗ_j，Ｗ_j+1（ｊ＝１または２）は、互いに交差しているとともに、交差している部分の両者の和が、非線形重み関数Ｗ_iの最大値１になるように設定されているので、マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓを修正する際、３つの領域に対して連続的に修正できることで、修正されたマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓが不連続点を有することがなくなる。それにより、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔが、マップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓの不連続点に起因して一時的に不適切な状態になるのを回避できる。

また、モデル修正器５０において、モデル誤差Ｅｆｆの算出に用いる補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐは、前述したように、参照入力Ｒｅｆの周波数が混入しないように算出された制御入力値Ｕｃであるので、参照入力Ｒｅｆの周波数成分が、ＦＦコントローラ４０を含むクローズドループ内で循環するのを回避できる。その結果、制御系の安定性を確保することができる。

さらに、図１５に示すユリア噴射制御処理では、モデル修正係数Ｋｆｆが所定値Ｋｒｅｆを上回ったときに、ユリア選択還元触媒７が劣化したと判定され、触媒劣化警告灯２５が点灯されるので、ユリア選択還元触媒７の劣化を運転者に適切に報知することができる。それにより、ユリア選択還元触媒７が劣化しているにもかかわらず、エンジン３の運転が継続されるのを回避することが可能になり、排ガス特性の悪化を回避できる。これに加えて、ユリア選択還元触媒７が劣化したと判定されたときに、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａが値０に算出され、ユリア噴射が停止されるので、ユリア選択還元触媒７が劣化しているにもかかわらず、還元剤がユリア選択還元触媒７に供給されることがなくなることで、還元剤がユリア選択還元触媒７の下流側に流出するのを回避でき、排ガス特性の悪化を回避できる。

なお、実施形態は、理解の容易化のために、図１において、ユリア選択還元触媒７のみをエンジン３の排気通路５に示し、その他の排気デバイスを省略した例であるが、本願発明の排ガス浄化装置１が適用されるエンジン３の排気系のレイアウトはこれに限らず、様々な触媒やフィルタが排気通路５に配置されたレイアウトを採用可能である。例えば、エンジン３がガソリンエンジンの場合には、３元触媒などを、ユリア選択還元触媒７の上流側または下流側に設けてもよい。一方、エンジン３がディーゼルエンジンの場合には、酸化還元触媒やＤＰＦなどを、ユリア選択還元触媒７の上流側または下流側に設けてもよい。以上のようなレイアウトを採用した場合でも、実施形態の前述した作用効果を得ることができる。

また、実施形態は、排ガス濃度検出手段として排ガス濃度センサ２２を用いた例であるが、本発明の排ガス濃度検出手段はこれに限らず、排ガス中のＮＯｘ濃度および還元剤濃度を表す検出信号を出力するとともに、ＮＯｘ濃度の増減に対する検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有するものであればよい。例えば、排ガス濃度検出手段として、排ガス中の尿素濃度およびＮＯｘ濃度を表す検出信号を出力する排ガス濃度センサを用いてもよい。

また、排ガス濃度検出手段を以下のように構成してもよい。すなわち、排ガス中のＮＯｘ濃度のみを検出するＮＯｘ濃度センサと、排ガス中のアンモニア濃度のみを検出するアンモニア濃度センサとを、排気通路のユリア選択還元触媒の下流側に設け、これらのセンサをＥＣＵ２に電気的に接続する。この場合、ＮＯｘ濃度センサとして、排ガス中のＮＯｘ濃度が図２２（ａ）に示すように変化した際、その検出信号値Ｖｎｏｘが図２２（ｃ）に示すように変化する特性のものを用いるとともに、アンモニア濃度センサとして、排ガス中のアンモニア濃度が図２２（ｂ）に示すように変化した際、その検出信号値Ｖｎｈ３が図２２（ｄ）に示すように変化する特性のものを用いる。

そして、ＥＣＵ２において、図２２（ｅ）に示すように、ＮＯｘ濃度センサの検出信号値Ｖｎｏｘと、アンモニア濃度センサの検出信号値Ｖｎｈ３とを合成することによって、検出信号値Ｖｅｘを算出する。具体的には、検出信号値Ｖｅｘを、下式（２８）によって算出する。

上式（２８）のＫｆｓｎは、所定の合成係数であり、図２２（ｅ）に示すように、検出信号値Ｖｅｘの曲線を、ユリア噴射量Ｇｕｒｅａの最適値を中心として、可能な限り左右対称にできるような値に設定される。

以上のような手法で算出された検出信号値Ｖｅｘを用いた場合でも、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、この例では、ＮＯｘ濃度センサがＮＯｘ濃度検出手段に相当し、アンモニア濃度センサが還元剤濃度検出手段に相当し、ＥＣＵ２が検出信号値算出手段に相当する。

また、実施形態の最適値探索コントローラ３０に代えて、図２３に示す最適値探索コントローラ８０を用いてもよい。この最適値探索コントローラ８０は、以下に述べる手法によって、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂおよび補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐを算出するものである。同図に示すように、最適値探索コントローラ８０は、参照入力算出部８１、反転増幅器８２、ハイパスフィルタ８３、乗算器８４、積分器８５、増幅器８６、加算器８７および移動平均フィルタ８８を備えている。

この最適値探索コントローラ８０の４つの要素８１〜８４では、実施形態の最適値探索コントローラ３０の要素３１〜３４と同じように、下式（２９）〜（３２）によって、参照入力Ｒｅｆ、反転値Ｖｉｎｖ、フィルタ値Ｙｆおよび乗算値Ｚがそれぞれ算出される。

また、積分器８５では、下式（３３）により、積分値Ｃｒ’が算出される。

さらに、増幅器８６では、下式（３４）により、制御入力値Ｕｃ’が算出される。なお、下式（３４）のＫｅｘは、所定のゲインである。

次に、加算器８７では、下式（３５）により、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂが算出される。

さらに、移動平均フィルタ８８では、下式（３６）に示すように、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂに移動平均フィルタ処理を施すことにより、補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐが算出される。

以上のような最適値探索コントローラ８０を用いた場合でも、実施形態の最適値探索コントローラ３０を用いた場合と同様に、前述した作用効果を得ることができる。特に、補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐが、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂに移動平均フィルタ処理を施した値として算出されるので、参照入力Ｒｅｆの周波数成分がモデル修正係数Ｋｆｆに混入するのを回避できる。それにより、参照入力Ｒｅｆの周波数成分が、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆを入力とし検出信号値Ｖｅｘを出力とする系のクローズドループ内で循環するのを回避でき、循環による共振の発生を回避することができる。

なお、上式（３６）に代えて、下式（３７）に示すように、制御入力値Ｕｃ’に移動平均フィルタ処理を施すことにより、補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐを算出してもよい。

上式（３７）で補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐを算出した場合でも、上記と同じ理由により、参照入力Ｒｅｆの周波数成分が、ＦＦ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｆを入力とし検出信号値Ｖｅｘを出力とする系のクローズドループ内で循環するのを回避でき、循環による共振の発生を回避することができる。

なお、この例では、最適値探索コントローラ８０が供給量補正手段に相当し、参照入力算出部８１が変動値算出手段に相当し、積分器８５が相関性パラメータ算出手段に相当し、増幅器８６が制御入力値算出手段に相当し、積分器Ｃｒ’が相関性パラメータに相当する。

さらに、実施形態の最適値探索コントローラ３０に代えて、本出願人が特開２００６−１０５０３１号公報で提案済みのＥＳＣコントローラ（図１２）のアルゴリズムを用いて、ＦＢ噴射量Ｇｕｒｅａ＿ｆｂおよび補正成分Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐを算出してもよい。このようにした場合でも、上記最適値探索コントローラ８０と同様に、参照入力Ｒｅｆの周波数成分がクローズドループ内で循環するのを回避でき、循環による共振の発生を回避することができる。

また、実施形態は、非線形重み関数Ｗ_iの数を値３とした例であるが、非線形重み関数Ｗ_iの数を、値１、値２または値４以上の整数としてもよい。特に、ユリア選択還元触媒７のＮＯｘ浄化率が、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔに対して一律に変化する場合には、非線形重み関数Ｗ_iの数を値１とすることができ、その場合には、ＥＣＵ２の演算負荷を低減することができる。

さらに、実施形態は、変動値として、正弦波状に変化する参照入力Ｒｅｆを用いた例であるが、本発明の変動値はこれに限らず、振幅が所定周期で周期的に変化するものであればよい。例えば、余弦波状に変化する値や、三角波状に変化する値などの、周期関数的に変化する値を用いてもよい。

一方、実施形態は、還元剤として尿素（Ｕｒｅａ）を用いた例であるが、本発明の還元剤はこれに限らず、選択還元触媒におけるＮＯｘの還元作用を促進するものであればよい。例えば、アンモニア、重水素（Ｈ₂）およびエタノールを還元剤として用いてもよい。その場合には、選択還元触媒も、実施形態のユリア選択還元触媒７に代えて、還元剤の種類に応じてＮＯｘを効果的に還元できるものを用いればよい。そのような還元剤や選択還元触媒を用いた場合でも、尿素およびユリア選択還元触媒７を用いた実施形態の場合と同様に、前述した作用効果を得ることができる。

また、実施形態は、相関関係モデルとして図１０のマップを用いた例であるが、本発明の相関関係モデルはこれに限らず、ＮＯｘ浄化率パラメータと、選択還元触媒が所定の劣化度合にあるときのＮＯｘ浄化率との関係を定義したものであればよい。例えば、相関関係モデルとして、数式を用いてもよい。さらに、実施形態は、相関関係モデルとして、選択還元触媒が新品で劣化していないときすなわち劣化度合がゼロであるときのものを用いた例であるが、相関関係モデルとして、ＮＯｘ浄化率パラメータと、選択還元触媒が実際に所定度合劣化したときのＮＯｘ浄化率との関係を定義したものを用いてもよい。

また、実施形態は、ＮＯｘ浄化率パラメータとして、ＮＯｘ排出量Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔおよび触媒温Ｔｓｃｒを用いた例であるが、本発明のＮＯｘ浄化率パラメータはこれに限らず、選択還元触媒のＮＯｘ浄化率に対して相関性を有するものであればよい。

さらに、実施形態は、モデル修正値として正値のモデル修正係数Ｋｆｆを用いた例であるが、これに代えて、負値のモデル修正値を用いてもよい。例えば、モデル修正値としてモデル修正係数Ｋｆｆの正負を反転した値を用いてもよく、その場合には、ステップ１０で、モデル修正係数Ｋｆｆの絶対値が所定の判定値Ｋｒｅｆ以下であるか否かを判別するとともに、式（１５）において、右辺のＫｆｆ（ｋ−１）を［−Ｋｆｆ’（ｋ−１）］に置き換えた式によって、推定ＮＯｘ浄化率Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔを算出すればよい。

本実施形態の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。 排ガス浄化装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 排ガス濃度センサの検出信号値Ｖｅｘの特性を示す図である。 最適値探索コントローラの概略構成を示す機能ブロック図である。 参照入力Ｒｅｆを示す図である。 最適値探索コントローラの制御アルゴリズムを説明するための図である。 フィードフォワードコントローラの概略構成を示す機能ブロック図である。 ＮＯｘ排出量のマップ値Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｂｓの算出に用いるマップの一例を示す図である。 ＥＧＲ補正係数Ｋｎｏｘ＿ｅｎｇの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 推定ＮＯｘ浄化率のマップ値Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓの算出に用いるマップの一例を示す図である。 （ａ）ユリア選択還元触媒が新品の場合のＮＯｘ浄化率と（ｂ）ユリア選択還元触媒が劣化した場合のＮＯｘ浄化率をそれぞれ示す図である。 モデル修正器の概略構成を示す機能ブロック図である。 （ａ）重み関数Ｗ_iの算出に用いるテーブルの一例を示す図と（ｂ）新品および劣化品のユリア選択還元触媒のＮＯｘ浄化率の一例を示す図である。 （ａ）非線形重み関数Ｗ_iと、（ｂ）乗算値θ_i・Ｗ_iと、（ｃ）積算値Ｋｆｆ’と、（ｄ）モデル修正係数Ｋｆｆの算出結果の一例を示す図である。 ユリア噴射制御処理を示すフローチャートである。 モデル誤差が存在しないときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 モデル誤差が存在するときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 Ｋｆｆ＝１に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 Ｋｆｆ＝１に設定した場合において、モデル誤差が存在するときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 Ｇｕｒｅａ＿ｆｂ＝０およびＫｆｆ＝１に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 Ｇｕｒｅａ＿ｆｂ＝０およびＫｆｆ＝１に設定した場合において、モデル誤差が存在しないときのユリア噴射制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。 排ガス濃度検出手段の変形例を説明するための図である。 最適値探索コントローラの変形例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（排ガス濃度検出手段、変動値算出手段、相関性パラメータ算出手段、制
御入力値算出手段、供給量決定手段、検出信号値算出手段、ＮＯｘ浄化率パラメ
ータ算出手段、ＮＯｘ浄化率算出手段、供給量補正手段、モデル修正値算出手段
、浄化率算出手段、劣化判定手段、警告手段、禁止手段）
３ 内燃機関
５ 排気通路
７ ユリア選択還元触媒
１０ ユリア噴射装置（還元剤供給装置）
２２ 排ガス濃度センサ（排ガス濃度検出手段）
３０ 最適値探索コントローラ（供給量補正手段）
３１ 参照入力算出部（変動値算出手段）
３５ 移動平均フィルタ（相関性パラメータ算出手段）
３６ スライディングモードコントローラ（制御入力値算出手段）
４０ フィードフォワードコントローラ（供給量決定手段）
４１ ＮＯｘ排出量算出部（ＮＯｘ浄化率パラメータ算出手段）
４２ ＮＯｘ還元量算出部（ＮＯｘ浄化率算出手段、浄化率算出手段）
５０ モデル修正器（モデル修正値算出手段）
８０ 最適値探索コントローラ（供給量補正手段）
８１ 参照入力算出部（変動値算出手段）
８５ 積分器（相関性パラメータ算出手段）
８６ 増幅器（制御入力値算出手段）
Ｖｅｘ 検出信号値
Ｙｆ フィルタ値（検出信号値を表す値）
Ｒｒｅｆ 参照入力（変動値）
Ｔｒｅｆ 所定周期
Ｚ 乗算値
Ｃｒ 移動平均値（相関性パラメータ）
Ｎｒｅｆ・ΔＴ 移動平均区間（所定周期の整数倍の区間）
Ｕｃ 制御入力値（供給量補正値）
Ｇｕｒｅａ＿ｆｂ フィードバック噴射量（制御入力値と変動値の和）
Ｇｎｏｘ＿ｅｎｇ＿ｈａｔ ＮＯｘ排出量（ＮＯｘ浄化率パラメータ）
Ｔｓｃｒ 触媒温（ＮＯｘ浄化率パラメータ）
Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｈａｔ 推定ＮＯｘ浄化率（ＮＯｘ浄化率）
Ｉｔａ＿ｓｃｒ＿ｂｓ マップ値（選択還元触媒が劣化していない状態でのＮＯｘ浄
化率）
Ｇｕｒｅａ＿ｆｆ フィードフォワード噴射量（還元剤の供給量）
Ｋｆｆ モデル修正係数（モデル修正値）
Ｋｒｅｆ 判定値（所定値）
Ｗ_i 非線形重み関数（複数の関数）
θ_i 修正係数
Ｋｆｆ’ 乗算和（複数の乗算値の総和）
Ｇｕｒｅａ ユリア噴射量（還元剤の供給量）
Ｖｎｏｘ ＮＯｘ濃度センサの検出信号値（ＮＯｘ濃度信号の値）
Ｖｎｈ３ アンモニア濃度センサの検出信号値（還元剤濃度検出信号の
値）
Ｃｒ’ 積分値（相関性パラメータ）
Ｕｃ’ 制御入力値（供給量補正値）
Ｇｕｒｅａ＿ｃｏｍｐ 補正成分（所定周期の整数倍の区間で積分した値）

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流れる排ガス中のＮＯｘを還元剤の存在下で浄化する選択還元触媒と、
   前記還元剤を前記選択還元触媒に供給する還元剤供給装置と、
   前記排気通路の前記選択還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガス中のＮＯｘおよび還元剤の濃度を表す検出信号を出力するとともに、ＮＯｘ濃度の増減に対する当該検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する当該検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有する排ガス濃度検出手段と、
   振幅が所定周期で周期的に変化する変動値を算出する変動値算出手段と、
   前記検出信号値および前記変動値を用いて、前記検出信号値と前記変動値との相関性を表す相関性パラメータを算出する相関性パラメータ算出手段と、
   当該相関性パラメータに基づき、前記検出信号値を極値に制御するための制御入力値を算出する制御入力値算出手段と、
   前記還元剤供給装置による前記選択還元触媒への前記還元剤の供給量を、前記制御入力値および前記変動値を含むように決定する供給量決定手段と、
   を備え、
   前記相関性パラメータは、前記検出信号値を表す値と前記変動値との乗算値の積分値に基づいて算出され、
   前記制御入力値算出手段は、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、前記相関性パラメータが値０に収束するように、前記制御入力値を算出することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記積分値は、前記乗算値を前記所定周期の整数倍の区間で積分することによって算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
3. 前記所定のフィードバック制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムを適用したアルゴリズムであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
4. 前記排ガス濃度検出手段は、
   排ガス中のＮＯｘの濃度を表すＮＯｘ濃度検出信号を出力するＮＯｘ濃度検出手段と、排ガス中の前記還元剤の濃度を表す還元剤濃度検出信号を出力する還元剤濃度検出手段と、
   前記ＮＯｘ濃度検出信号の値および前記還元剤濃度検出信号の値を組み合わせて用いることにより、前記検出信号値を算出する検出信号値算出手段と、
   を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
5. 内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流れる排ガス中のＮＯｘを還元剤の存在下で浄化する選択還元触媒と、
   前記排気通路の前記選択還元触媒よりも下流側に設けられ、排ガス中のＮＯｘを含む所定成分の濃度を表す検出信号を出力する排ガス濃度検出手段と、
   前記還元剤を前記選択還元触媒に供給する還元剤供給装置と、
   前記選択還元触媒のＮＯｘ浄化率に対して相関性を有するＮＯｘ浄化率パラメータを算出するＮＯｘ浄化率パラメータ算出手段と、
   当該ＮＯｘ浄化率パラメータに基づき、当該ＮＯｘ浄化率パラメータと前記選択還元触媒が所定の劣化度合にあるときの前記ＮＯｘ浄化率との相関関係を定義した相関関係モデルを用いて、当該ＮＯｘ浄化率を算出するＮＯｘ浄化率算出手段と、
   当該ＮＯｘ浄化率に応じて、前記還元剤供給装置による前記選択還元触媒への前記還元剤の供給量を決定する供給量決定手段と、
   前記排ガス濃度検出手段の検出信号値に応じて、供給量補正値を算出するとともに、当該供給量補正値を用いて、前記還元剤の前記供給量を補正する供給量補正手段と、
   を備え、
   前記ＮＯｘ浄化率算出手段は、
   前記供給量補正値の絶対値が減少するように、所定のアルゴリズムによって、モデル修正値を算出するモデル修正値算出手段と、
   当該モデル修正値によって修正した前記相関関係モデルを用いて、前記ＮＯｘ浄化率を算出する浄化率算出手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
6. 前記モデル修正値算出手段は、所定の複数の関数の値を複数の修正係数にそれぞれ乗算することによって、複数の乗算値を算出するとともに、当該複数の乗算値の総和を用いて、前記モデル修正値を算出し、
   前記所定の複数の関数はそれぞれ、前記ＮＯｘ浄化率パラメータが変化し得る領域を区分した複数の領域に対応して、当該対応する領域において値０以外の値に設定されかつ当該対応する領域以外において値０に設定されており、隣り合う各２つの領域が互いに重なり合っているとともに、当該重なり合う領域に対応する前記関数の値の総和の絶対値が、前記関数における最大値の絶対値と等しくなるように設定されており、
   前記複数の修正係数の各々は、当該各修正係数に乗算される前記関数が対応する領域において、前記供給量補正値の絶対値が減少するように算出される請求項５に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
7. 前記排ガス濃度検出手段は、前記所定成分の濃度を表す検出信号として、排ガス中のＮＯｘおよび前記還元剤の濃度を表す検出信号を出力するとともに、ＮＯｘ濃度の増減に対する当該検出信号値の変化方向と、還元剤濃度の増減に対する当該検出信号値の変化方向とが同じになる特性を有しており、
   前記供給量補正手段は、
   振幅が所定周期で周期的に変化する変動値を算出する変動値算出手段と、
   前記検出信号値および前記変動値を用いて、前記検出信号値と前記変動値との相関性を表す相関性パラメータを算出する相関性パラメータ算出手段と、
   当該相関性パラメータに基づき、前記供給量補正値を、前記検出信号値を極値に制御するための制御入力値として算出する制御入力値算出手段と、を有し、
   前記制御入力値と前記変動値の和によって、前記還元剤の前記供給量を補正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
8. 前記相関性パラメータ算出手段は、前記検出信号値を表す値と前記変動値との乗算値を前記所定周期の整数倍の区間で積分することによって、前記相関性パラメータを算出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
9. 前記モデル修正値算出手段は、前記制御入力値と前記変動値の和、および前記制御入力値の一方を前記所定周期の整数倍の区間で積分した値を用いて、前記モデル修正値を算出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
10. 前記モデル修正値の絶対値が所定値を上回ったときに、前記選択還元触媒が劣化したと判定する劣化判定手段と、
    当該劣化判定手段によって前記選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、当該劣化を表す警告情報を出力する警告手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
11. 前記モデル修正値の絶対値が所定値を上回ったときに、前記選択還元触媒が劣化したと判定する劣化判定手段と、
    当該劣化判定手段によって前記選択還元触媒が劣化したと判定されたときに、前記還元剤供給装置による前記選択還元触媒への前記還元剤の供給を禁止する禁止手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

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