JP4875744B2 - 排気浄化システムの触媒劣化判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化システムの触媒劣化判定装置に関する。特に、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排気浄化システムの触媒劣化判定装置に関する。

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。なお、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。

選択還元触媒を備えた排気浄化システムにおいて、その排気浄化性能を高く維持し続けるためには、選択還元触媒の劣化がある程度進行するとこれを新しいものに交換する必要がある。そこで近年の排気浄化システムには、選択還元触媒の交換の目安となる時期を運転者や整備者に報知するため、触媒を車載したまま、すなわち車両の走行中に劣化を判定する劣化判定装置が搭載されている。以下では、尿素添加式の排気浄化システムを例として、選択還元触媒の劣化を判定する従来の技術について説明する。

図２２は、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の温度特性を示す図である。図２２では、新品の触媒におけるＮＯｘ浄化率を一点鎖線で示し、新品の状態から劣化した触媒におけるＮＯｘ浄化率を実線で示す。
例えば、特許文献１に示された劣化判定装置では、このように選択還元触媒の劣化の進行に伴いＮＯｘ浄化率が低下することを利用して、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の検出に基づいて触媒の劣化を判定する。より具体的には、選択還元触媒に流入するＮＯｘ量を内燃機関の運転状態に基づいて推定し、一方、選択還元触媒の下流側のＮＯｘ量をＮＯｘセンサにより検出し、これら上流側の推定値と下流側の検出値とを比較することによりＮＯｘ浄化率を推定する。そして、この推定されたＮＯｘ浄化率に基づいて触媒の劣化を判定する。

ところで、選択還元触媒には、アンモニアの存在下でＮＯｘを還元する能力の他、生成されたアンモニアを貯蔵する能力がある。以下では、選択還元触媒において貯蔵されているアンモニア量をストレージ量といい、選択還元触媒で貯蔵できるアンモニア量すなわちストレージ量の最大値をストレージ容量という。
図２３は、選択還元触媒のストレージ容量の温度特性を示す図である。図２３では、新品の触媒におけるストレージ容量を一点鎖線で示し、新品の状態から劣化した触媒におけるストレージ容量を実線で示す。なお、上述の図２２と比較するため、これら新品の触媒及び劣化した触媒には、図２２に示すものと同じものを用いた。

図２３に示すように、選択還元触媒におけるストレージ容量は、触媒の劣化が進行すると全温度領域で低下する特性がある。また、図２２と図２３とを比較して分かるように、劣化の進行に伴う変化の大きさはＮＯｘ浄化率よりもストレージ容量の方が大きくなっている。これは、選択還元触媒におけるＮＯｘの浄化性能よりもアンモニアの貯蔵性能の方が、ＳＮ比を向上できることから、劣化の判定に用いる指標として適していることを示している。
特許文献２及び特許文献３には、このような選択還元触媒のアンモニアの貯蔵性能に着目した技術が示されている。

特許文献２には、選択還元触媒の温度がＮＯｘを浄化可能な温度域より低いときに、アンモニアスリップが発生するまで尿素水を供給し、この過程で供給した尿素水の総量をアンモニア吸着量に変換し、さらにこのアンモニア吸着量に基づいて選択還元触媒の劣化を診断する装置が示されている。アンモニアスリップは、選択還元触媒のストレージ量がストレージ容量を超えたことに応じて発生することから、過剰供給した尿素水の総量は選択還元触媒のストレージ容量に相関があると考えられるので、この特許文献２の装置では、選択還元触媒のストレージ容量に基づいて触媒の劣化を判定していると言える。

また特許文献３には、特許文献２の装置と同様に、所定の基準運転点においてアンモニアスリップが発生するまで尿素水を供給し続け、この過程で供給した尿素水の総量に基づいて、選択還元触媒のストレージ容量を推定する方法が示されている。

特開２００９−１３８６２６号公報 特開２００９−１２７４９６号公報 特開２００７−１７０３８３号公報

しかしながら特許文献２の装置では、劣化判定のため尿素水の供給を開始したときにおける選択還元触媒のストレージ量（以下、「初期ストレージ量」という）は不定であり、劣化判定を行う度に異なったものとなる。初期ストレージ量が変わると、尿素水の供給を開始してからアンモニアスリップが発生するまでの時間も変わってしまうため、この装置による劣化の判定精度は著しく低い。
また、特許文献２の装置では、選択還元触媒でＮＯｘを浄化できないような低温域で尿素水を供給するとしているが、このような低温域では尿素水を供給しても加水分解によりアンモニアを生成することができず、したがってアンモニアスリップも発生しないと考えられる。

また、特許文献３に示された方法も初期ストレージ量が不定であるため、ストレージ容量の検査を行うたびにアンモニアスリップが発生するまでの時間が変わってしまい、ストレージ容量の推定精度は著しく低いと考えられる。特許文献３には、ストレージ容量の検査を開始する具体的な時期として、粒子状物質捕集フィルタの再生の終了後を挙げている。
粒子状物質捕集フィルタを再生する場合、排気を昇温することで、このフィルタを粒子状物質の燃焼温度である約６００℃程度まで昇温するが、このとき選択還元触媒の温度も上昇し、貯蔵していたアンモニアも放出される。つまり、フィルタの再生の終了後の選択還元触媒は、ストレージ量がほぼゼロに初期化された状態となっている。したがって、フィルタの再生の終了後にストレージ容量の検査を開始することにより、初期ストレージ量をゼロに特定することができる。
しかしながらフィルタの再生後の選択還元触媒は、再生の余熱により高温の状態が続く。図２３に示すように、選択還元触媒のストレージ容量は温度が高くなるに従い小さくなる。このため、フィルタの再生後に選択還元触媒のストレージ容量の検査を開始しても、高い精度でストレージ容量を推定することは困難である。したがって特許文献３に示された方法を触媒劣化判定に応用しても、その判定精度の向上を見込むことができない。

本発明は、上述した点を考慮してなされたものであり、選択還元触媒を備えた排気浄化システムの触媒劣化判定装置であって、高い精度で劣化を判定しながら、この判定に伴う一時的な浄化性能の低下も抑制できる触媒劣化判定装置を提供することである。

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）の排気通路（例えば、後述の排気通路１１）に設けられ、還元剤（例えば、後述のアンモニア）の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒（例えば、後述の選択還元触媒２３）と、前記選択還元触媒に還元剤又は還元剤の元となる添加剤（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）の触媒劣化判定装置を提供する。前記選択還元触媒に貯蔵されている還元剤の量をストレージ量とし、前記選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量をストレージ容量として、前記排気浄化システムの触媒劣化判定装置は、前記選択還元触媒における還元剤スリップ（例えば、後述のアンモニアスリップ）の発生を判定するスリップ判定手段（例えば、後述のアンモニアセンサ２６、及びスリップ判定部３４）と、前記還元剤供給手段を制御することにより、前記ストレージ量が最大の状態にある選択還元触媒に対して、そのストレージ量を所定の検知用減量分（例えば、後述の検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}）だけ減量した後、前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまで増量するストレージ量増減手段（例えば、後述のユリア噴射装置２５、スイッチング噴射量算出部３２、及び推定器３５など）と、当該ストレージ量増減手段によりストレージ量を増減した際における前記スリップ判定手段の判定結果（例えば、後述のスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」から「１」にセットされた時期）に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、を備える。前記検知用減量分は、所定の劣化状態における選択還元触媒のストレージ容量（例えば、後述の劣化基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＮＧＣＡＴ}）よりも大きく、かつ、所定の正常状態における選択還元触媒のストレージ容量（例えば、後述の正常基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＯＫＣＡＴ}）よりも小さな値に設定される。

この発明によれば、ストレージ量が最大の状態にある選択還元触媒に対して、そのストレージ量を、所定の検知用減量分だけ減量した後、スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまで増量し、このときにおけるスリップ判定手段による判定結果に基づいて、選択還元触媒の劣化を判定する。
ここで、上記検知用減量分を、所定の劣化状態における選択還元触媒のストレージ容量よりも大きく、かつ、所定の正常状態における選択還元触媒のストレージ容量よりも小さな値に設定する。これにより、少なくとも選択還元触媒が正常な状態である場合には、劣化を判定するために選択還元触媒のストレージ量を増減している間にストレージ量がゼロになることが無いので、劣化の判定に伴う一時的な浄化性能の低下を防ぐことができる。また、このように選択還元触媒のストレージ容量に基づいて劣化を判定することにより、判定精度を高くすることができる。

この場合、前記触媒劣化判定手段は、前記ストレージ量増減手段によりストレージ量の減量を開始してから前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまでの経過時間に相関のあるパラメータ（例えば、後述のスリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}）と、所定の参照パラメータ（例えば、後述の推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}）との差（例えば、後述のスリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}）に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定することが好ましい。

この発明によれば、ストレージ量の減量を開始してから還元剤スリップが発生したと判定されるまでの経過時間に相関のあるパラメータと、参照パラメータとの差に基づいて劣化を判定することにより、劣化の判定精度を向上することができる。

この場合、前記触媒劣化判定手段は、前記ストレージ量増減手段によりストレージ量の増量を開始してから前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまでの経過時間に相関のあるパラメータ（例えば、後述のスリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´）と、所定の参照パラメータ（例えば、後述の推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´）との差（例えば、後述のスリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´）に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定することが好ましい。

この発明によれば、ストレージ量の増量を開始してから還元剤スリップが発生したと判定されるまでの経過時間に相関のあるパラメータと、参照パラメータとの差に基づいて劣化を判定することにより、劣化の判定精度を向上することができる。

この場合、前記触媒劣化判定手段は、前記ストレージ量増減手段によりストレージ量の減量を開始してから前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまでの間におけるストレージ量の変化に相関のあるパラメータ（例えば、後述のスリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}）と、所定の参照パラメータ（例えば、後述の推定スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}）との差（例えば、後述のスリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}）に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定することが好ましい。

この発明によれば、ストレージ量の減量を開始してから還元剤スリップが発生したと判定されるまでのストレージ量の変化に相関のあるパラメータと、参照パラメータとの差に基づいて劣化を判定することにより、劣化の判定精度を向上することができる。

この場合、前記触媒劣化判定手段は、前記ストレージ量増減手段によりストレージ量の増量を開始してから前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまでの間におけるストレージ量の変化に相関のあるパラメータ（例えば、後述のスリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´）と、所定の参照パラメータ（例えば、後述の推定スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´）との差（例えば、後述のスリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´）に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定することが好ましい。

この発明によれば、ストレージ量の増量を開始してから還元剤スリップが発生したと判定されるまでのストレージ量の変化に相関のあるパラメータと、参照パラメータとの差に基づいて劣化を判定することにより、劣化の判定精度を向上することができる。

この場合、前記参照パラメータは、所定の基準状態（例えば、後述の新品状態）における選択還元触媒のストレージ量の推定値（例えば、後述のストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３）に基づいて算出されることが好ましい。

この発明によれば、所定の基準状態における選択還元触媒のストレージ量の推定値に基づいて参照パラメータを算出することにより、選択還元触媒の温度、内燃機関の運転負荷、及びこの運転負荷の変動具合などの走行条件が変化した場合であっても、この変化を参照パラメータに反映させることができるので、劣化の判定結果を走行条件によらないものにすることができる。したがって、選択還元触媒の劣化の判定精度をさらに向上することができる。

この場合、前記ストレージ量増減手段は、前記ストレージ量が最大の状態にあり、かつ、その温度が排気中のＮＯｘを浄化可能な範囲（例えば、後述の検知用温度範囲［Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｌ}，Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｈ}］）内にある選択還元触媒に対して、ストレージ量を増減することが好ましい。

この発明によれば、ストレージ量が最大の状態にあり、かつ、その温度が排気中のＮＯｘを浄化可能な範囲内にある選択還元触媒に対して、ストレージ量を増減することにより、劣化を判定している間であっても排気中のＮＯｘを確実に浄化することができる。したがって、劣化の判定に伴う一時的な浄化性能の低下をさらに抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの排気浄化システムと、その触媒劣化判定装置の構成を示す模式図である。 尿素水の供給状態と、選択還元触媒のストレージ量の変化との関係を模式的に示す図である。 選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生した状態を模式的に示す図である。 選択還元触媒におけるストレージ容量の温度特性を模式的示す図である。 ストレージ量を増減させたときにおける選択還元触媒のストレージ量、並びに、選択還元触媒の直下のアンモニア量及びＮＯｘ量の変化を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御を実行するモジュール構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係るアンモニアセンサの出力特性と、このアンモニアセンサの下でのスリップ判定部の動作と、を示す図である 上記実施形態に係る基準噴射量を決定するための制御マップの一例を示す図である。 新品基準ストレージ容量を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係る温度係数を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係る排気ボリュームの推定値を決定するための制御マップの一例を示す図である。 上記実施形態に係る噴射量スイッチングフラグ、スリップ判定フラグ、アンモニアセンサ出力値、ストレージ量推定値、ストレージ容量推定値、及びユリア噴射量の動作を示すタイムチャートである。 上記実施形態に係る劣化判定中におけるストレージ量、アンモニアセンサの出力値、劣化判定モード経過時間、スリップ判定フラグ、スリップ推定フラグの変化の一例を示す図である。 上記実施形態に係る劣化判定中におけるストレージ量、アンモニアセンサの出力値、劣化判定モード経過時間、スリップ判定フラグ、スリップ推定フラグ、噴射量スイッチングフラグの変化の一例を示す図である。 上記実施形態に係る劣化判定中におけるストレージ量、アンモニアセンサの出力値、劣化判定モード変化量、スリップ判定フラグ、スリップ推定フラグ、噴射量スイッチングフラグの変化の一例を示す図である。 上記実施形態に係る劣化判定中におけるストレージ量、アンモニアセンサの出力値、劣化判定モード変化量、スリップ判定フラグ、スリップ推定フラグ、噴射量スイッチングフラグの変化の一例を示す図である。 上記実施形態に係る実際の選択還元触媒の劣化進行度合いと、触媒劣化判定フラグ及びスリップ発生時間差との関係を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るユリア噴射制御のシミュレーションの結果（ＣＡＳＥ１）を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御のシミュレーションの結果（ＣＡＳＥ２）を示す図である。 上記実施形態に係るユリア噴射制御のシミュレーションの結果（ＣＡＳＥ３）を示す図である。 選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率の温度特性を示す図である。 選択還元触媒におけるストレージ容量の温度特性を示す図である。

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の排気浄化システム２と、その触媒劣化判定装置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。

排気浄化システム２は、エンジン１の排気通路１１に設けられ、この排気通路１１を流通する排気中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を還元剤としてのアンモニアの存在下で浄化する選択還元触媒２３と、排気通路１１のうち選択還元触媒２３の上流側に、還元剤の元となる尿素水を供給するユリア噴射装置２５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。排気通路１１には、選択還元触媒２３の他、酸化触媒２１やスリップ抑制触媒２４が設けられる。

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とユリア濃度センサ２５６とが設けられている。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。ユリア濃度センサ２５６は、ユリアタンク２５１内に貯蔵された尿素水の濃度を検出し、濃度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通路１１内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。

酸化触媒２１は、排気通路１１のうち選択還元触媒２３及びユリア噴射弁２５３よりも上流側に設けられ、排気中のＮＯの一部をＮＯ_２に変換することにより、選択還元触媒２３におけるＮＯｘの還元を促進する。

選択還元触媒２３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、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２３に供給され、このアンモニアにより、排気中のＮＯｘは選択的に還元される。

この選択還元触媒２３は、尿素水から生成され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、生成され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２３において貯蔵されているアンモニア量をストレージ量とし、選択還元触媒２３で貯蔵できるアンモニア量すなわちストレージ量の最大値をストレージ容量とする。

このようにして選択還元触媒２３に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、ストレージ量が多くなるに従い、選択還元触媒２３におけるＮＯｘ浄化率は高くなる。一方、ストレージ量がストレージ容量に達し選択還元触媒２３が飽和状態になると、ＮＯｘ浄化率も最高値に達するものの、ＮＯｘの還元に供されず余剰となったアンモニアが選択還元触媒２３の下流側へ排出されるアンモニアスリップが発生する。

図２は、尿素水の供給状態と、選択還元触媒のストレージ量の変化との関係を模式的に示す図である。図２に示すように、尿素水の供給状態は、選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度に対するユリア噴射量の大きさに応じて、最適状態（図２の（ａ））と、供給過剰（Ｏｖｅｒ−ｄｏｓｉｎｇ）状態（図２の（ｂ））と、供給不足（Ｕｎｄｅｒ−ｄｏｓｉｎｇ）状態（図２の（ｃ））との３つの状態に分類される。

図２の（ａ）に示す最適状態とは、選択還元触媒に流入するＮＯｘに対して、ユリア噴射量が適切な状態、すなわち、排気中のＮＯｘを最も効率良く還元できるアンモニアの量と、供給した尿素水から生成されるアンモニアの量とが略一致した状態をいう。この場合、ストレージ量は変化しない。

図２の（ｂ）に示す供給過剰状態とは、選択還元触媒に流入するＮＯｘに対して、ユリア噴射量が過剰な状態、すなわち、供給した尿素水から生成されたアンモニアの量が、排気中のＮＯｘを最も効率良く還元できる量より多い状態をいう。この場合、余剰分のアンモニアは選択還元触媒に貯蔵される。したがって、このような供給過剰状態では、ストレージ量は増加する。

図２の（ｃ）に示す供給不足状態とは、選択還元触媒に流入するＮＯｘに対して、ユリア噴射量が不足した状態、すなわち、供給した尿素水から生成されたアンモニアの量が、排気中のＮＯｘを最も効率良く還元できる量より少ない状態をいう。この場合、不足分は貯蔵されたアンモニアから補われる。したがって、このような供給不足状態では、ストレージ量は減少する。

図３は、選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生した状態を模式的に示す図である。
図３に示すように、選択還元触媒のストレージ量が最大ストレージ量に達した状態で尿素水を過剰に供給すると、ＮＯｘの還元に供されず余剰となったアンモニアは、選択還元触媒に貯蔵されず下流へ排出する。

図１に戻って、スリップ抑制触媒２４は、排気通路１１のうち選択還元触媒２３の下流側に設けられ、選択還元触媒２３においてアンモニアスリップが発生した場合に、スリップしたアンモニアがシステム外に排出するのを抑制する。このスリップ抑制触媒２４としては、例えば、選択還元触媒２３からスリップしたアンモニアを酸化しＮ_２とＨ_２Ｏに分解する酸化触媒や、スリップしたアンモニアを貯蔵する選択還元触媒などを用いることができる。

ＥＣＵ３には、アンモニアセンサ２６、触媒温度センサ２７、及びＮＯｘセンサ２８の他、クランク角度位置センサ１４、アクセル開度センサ１５、ユリア残量警告灯１６、及び触媒劣化警告灯１７が接続されている。

アンモニアセンサ２６は、排気通路１１のうち選択還元触媒２３とスリップ抑制触媒２４との間における排気のアンモニア濃度ＮＨ３_ＣＯＮＳを検出し、検出したアンモニア濃度ＮＨ３_ＣＯＮＳに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。

触媒温度センサ２７は、選択還元触媒２３の温度（以下、「触媒温度」という）Ｔ_ＳＣＲを検出し、検出した触媒温度Ｔ_ＳＣＲに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。

ＮＯｘセンサ２８は、選択還元触媒２３に流入する排気のＮＯｘの濃度（以下、「ＮＯｘ濃度」という）ＮＯＸ_ＣＯＮＳを検出し、検出したＮＯｘ濃度ＮＯＸ_ＣＯＮＳに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。

クランク角度位置センサ１４は、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するとともに、クランク角１度ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このパルス信号に基づいて、エンジン１の回転数ＮＥを算出する。クランク角度位置センサ１４は、さらに特定気筒の所定クランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ＥＣＵ３に供給する。

アクセル開度センサ１５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、検出したアクセル開度ＡＰに略比例した検出信号をＥＣＵ３に供給する。ＥＣＵ３では、このアクセル開度ＡＰ及び回転数ＮＥに応じて、エンジン１の要求トルク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。

ユリア残量警告灯１６は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、ユリアタンク２５１内の尿素水の残量が所定の残量より少なくなったことに応じて点灯する。これにより、ユリアタンク２５１内の尿素水の残量が少なくなったことを運転者に警告する。

触媒劣化警告灯１７は、例えば、車両のメータパネルに設けられ、後述の触媒劣化判定器３７により選択還元触媒２３が劣化したと判定されたことに応じて点灯する。これにより、選択還元触媒２３が劣化した状態であることを運転者に警告する。

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等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。

次に、選択還元触媒の劣化を判定するための触媒劣化判定制御のアルゴリズムの概略について、従来の触媒劣化判定制御にあった課題とともに説明する。

図４は、選択還元触媒におけるストレージ容量の温度特性を模式的示す図である。
図４において、太実線は新品の状態（以下、「新品状態」という）における選択還元触媒のストレージ容量（以下、「新品基準ストレージ容量」という）ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＢＳ}を示す。細実線は正常であり交換の必要がない状態（以下、「正常状態」という）における選択還元触媒のストレージ容量（以下、「正常基準ストレージ容量」という）ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＯＫＣＡＴ}を示す。太破線は交換が必要な程度に劣化した状態（以下、「劣化状態」という）における選択還元触媒のストレージ容量（以下、「劣化基準ストレージ容量」という）ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＮＧＣＡＴ}を示す。

上述のように従来の特開２００９−１２７４９６号公報や特開２００７−１７０３８３号公報に示された技術では、このような劣化の進行に応じて小さくなるストレージ容量の特性に基づいて、選択還元触媒の劣化を判定する。

より具体的には、特開２００９−１２７４９６号公報に示された技術では、例えばＮＯｘを浄化できない低温域（例えば、約１００℃）にある選択還元触媒に対し、アンモニアスリップが発生するまで尿素水を供給し続けることにより、選択還元触媒の劣化を判定する。しかしながらこの技術によれば、ストレージ容量が大きな状態にある選択還元触媒に対して劣化を判定することにより、劣化の判定におけるＳＮ比の向上を期待できるものの、低温域にあるため劣化の判定中における選択還元触媒のＮＯｘの浄化率が著しく低下するおそれがある。

一方、特開２００７−１７０３８３号公報に示された技術では、例えば、粒子状物質の捕集フィルタの再生の終了後、すなわち選択還元触媒のストレージ量がゼロに初期化された状態からアンモニアスリップが発生するまで尿素水を供給し続けることにより、選択還元触媒の劣化を判定する。しかしながらこの技術によれば、劣化を判定する際における選択還元触媒は、粒子状物質の燃焼温度付近の高温域（例えば、約６００℃）にあるため、図４に示すようにストレージ容量は非常に小さくなっている。このため、劣化の判定精度が低下するおそれがある。

以上のような従来の課題に鑑み、本実施形態の触媒劣化判定制御では、ＮＯｘ浄化率の低下をまねくことなく、選択還元触媒のストレージ容量の変化を検出するため、図４において細破線に示すように、劣化基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＮＧＣＡＴ}よりも大きく、かつ、正常基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＯＫＣＡＴ}よりも小さな値に、ストレージ容量と同じ次元を持つ検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}を設定する。さらに、触媒温度に対し、選択還元触媒におけるＮＯｘの浄化が十分に可能な温度範囲内に、最低検知温度Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｌ}（例えば、２００℃）を下限値とし最高検知温度Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｈ}（例えば、３５０℃）を上限値とした検知用温度範囲［Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｌ}，Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｈ}］を設定する。

そして、ストレージ量が最大の状態（ストレージ量とストレージ容量が等しい状態）にあり、かつ、その触媒温度が上記検知用温度範囲［Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｌ}，Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｈ}］内にある選択還元触媒に対して、劣化の判定を開始する。
具体的には、先ず、ユリア噴射量を供給不足状態（図２の（ｃ）参照）にし続けることで、そのストレージ量を上記検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}だけ減量する。
その後、アンモニアスリップが発生したと判定されるまで、ユリア噴射量を供給過剰状態（図２の（ｂ）参照）にし続けることで、ストレージ量を増量する。

図５は、以上のような手順でストレージ量を増減させたときにおける選択還元触媒のストレージ量、並びに、選択還元触媒の直下のアンモニア量及びＮＯｘ量の変化を示す図である。図５において、太実線は、選択還元触媒が新品状態にあるときにおける上記量の変化を示し、細実線は、選択還元触媒が劣化状態にあるときにおける上記量の変化を示す。

このとき、上述のように検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}を正常基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＯＫＣＡＴ}よりも小さな値に設定したため、選択還元触媒が新品状態又は正常状態にある場合には、ストレージ量を減量する制御を行ってもストレージ量がゼロになることはない。したがって、選択還元触媒が新品状態又は正常状態にある場合には、ストレージ量の減量を開始してから、その後ストレージ量を増量する制御を行うことでアンモニアスリップを検出するまでにかかる時間は常に同じになると考えられる。

一方、選択還元触媒が劣化状態にある場合には、検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}を劣化基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＮＧＣＡＴ}よりも大きな値に設定したため、ストレージ量を減量する制御を行っている途中でストレージ量がゼロになる。このため、ストレージ量の減量を開始してから、その後ストレージ量を増量する制御を行うことでアンモニアスリップを検出するまでにかかる時間は、選択還元触媒が正常状態である場合においてアンモニアスリップを検出するまでにかかる時間よりも短くなると考えられる。

以上のことから、ストレージ量を上記検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}だけストレージ量を増減したときにおけるアンモニアスリップの検出結果に基づいて、選択還元触媒が劣化した状態であるか否かを判定することが可能となる。このようにストレージ量を増減している間、選択還元触媒が新品状態又は正常状態である場合にはストレージ量がゼロになることはないので、ＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。また、このような劣化の判定を選択還元触媒が上記検知用温度範囲内にあるときに実行することにより、ＮＯｘを浄化しながら高い精度で劣化を判定することができる。

次に、以上のようなアルゴリズムに基づく触媒劣化判定制御及びユリア噴射制御を実行するモジュールの具体的な構成について説明する。
図６は、本実施形態のユリア噴射制御及び触媒劣化判定制御を実行するモジュール構成を示すブロック図である。この機能は、上述のようなハードウェア構成を備えるＥＣＵ３により実現される。

本実施形態のユリア噴射制御では、全噴射量に対し基準となる基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を後述の基準噴射量算出部３１により算出し、さらに、この基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}に対し、後述のスイッチング噴射量算出部３２により算出したスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を加算器３３で加算することにより、この基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を補正したものをユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡとして決定する（下記式（１）参照）。

ここで、記号（ｋ）は、ユリア噴射周期（例えば、０．２５〜３．００ｓｅｃ）に同期して設定された演算時刻を示す。すなわち、例えば、Ｇ_ＵＲＥＡ（ｋ）が今回の制御タイミングにおけるユリア噴射量であるとした場合、Ｇ_ＵＲＥＡ（ｋ−１）は１周期前（前回）の制御タイミングにおけるユリア噴射量を示す。なお、以下の説明においては記号（ｋ）を適宜、省略する。

以下、スリップ判定部３４、基準噴射量算出部３１、推定器３５、スイッチング噴射量算出部３２、及び触媒劣化判定器３７の詳細な構成について、順に説明する。

［スリップ判定部の構成］
図７は、アンモニアセンサ２６の出力特性（下段）と、このアンモニアセンサの下でのスリップ判定部の動作（上段）と、を示す図である。
図７の下段に示すように、アンモニアセンサ２６は、排気のアンモニア濃度に略比例したレベルの検出信号ＮＨ３_ＣＯＮＳを出力するが、しかしながら現存するアンモニアセンサ２６は、排気中のアンモニア以外の成分（Ｏ_２、Ｈ_２Ｏなど）の影響を受けて、破線で示すようにゲイン変化が生じる可能性がある。このため、アンモニアセンサ２６の出力値に基づいてユリア噴射制御を行った場合、アンモニアセンサ２６のゲイン変化に応じてユリア噴射量が適切な量からずれたり、選択還元触媒の劣化の判定精度が低下したりするおそれがある。そこで、以下詳細に説明するようにこのユリア噴射制御では、アンモニアセンサ２６のゲイン変化にかかわらず安定した制御を行うため、アンモニアセンサ２６の出力を、スリップ判定部３４により二値的な信号に変換したものを用いる。

スリップ判定部３４は、アンモニアセンサ２６の出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに基づいて、選択還元触媒の下流におけるアンモニアの存否、すなわち選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を判定し、アンモニアスリップが発生した状態であることを示すスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}を決定する。より具体的には、図３に示すように、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに対して、値０の近傍に閾値ＮＨ３_ＪＤを設定するとともに、出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが閾値ＮＨ３_ＪＤより小さい場合にはアンモニアスリップは発生していないと判定しスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}を「０」にセットし、出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが閾値ＮＨ３_ＪＤ以上である場合にはアンモニアスリップが発生していると判定しスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}を「１」にセットする（下記式（２）参照）。

アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳの誤差は、アンモニアセンサのゲイン変化に伴い、出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳの絶対値に応じて大きくなる。このスリップ判定部３４では、出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳに対し誤差が小さい値０の近傍に閾値ＮＨ３_ＪＤを設定することにより、アンモニアセンサのゲイン変化によらず安定して高い精度でアンモニアスリップの発生を判定することができる。

［基準噴射量算出部の構成］
ここで、エンジンから排出されるＮＯｘの全てを還元するために必要なアンモニア量について、このアンモニア量を生成するのに必要な尿素水量と、実際に噴射する尿素水量との比を、尿素水当量比という。すなわち、上述の図２の（ａ）に示す最適状態とは、尿素水当量比が「１」の状態をいう。
基準噴射量算出部３１では、エンジンから排出されるＮＯｘ量に応じた量の尿素水を噴射するべく、尿素水当量比が「１」となるように基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を算出する。より具体的には、基準噴射量算出部３１は、エンジン回転数ＮＥやエンジンの負荷パラメータＴＲＱなどのエンジンの運転状態に相関のあるパラメータに基づいて、例えば所定の制御マップを検索することにより基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を算出する（下記式（３）参照）。

図８は、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を決定するための制御マップの一例を示す図である。
図８に示すように、この制御マップでは、エンジンの回転数ＮＥ、又は、負荷パラメータＴＲＱが大きくなるに従い、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}はより大きな値に決定される。
これは、エンジンの負荷パラメータＴＲＱが大きいほど混合気の燃焼温度が上昇することでＮＯｘ排出量が増大し、また、エンジンの回転数ＮＥが大き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。なお、エンジンの負荷パラメータとしては、燃料噴射量やシリンダ内新気量を用いてもよい。

なお、図１に示すように、選択還元触媒に流入する排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設けた場合には、エンジンの運転状態に相関のあるパラメータとしてこのＮＯｘセンサの出力値ＮＯＸ_ＣＯＮＳに基づいて基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を算出してもよい。

［推定器の構成］
推定器３５では、選択還元触媒のストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３と、選択還元触媒のストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}とを算出し、さらにこれら推定値ＳＴ_ＮＨ３，ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}に基づいて選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を推定するべくスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}を決定する。
ところで、選択還元触媒に貯蔵されるアンモニアには、加水分解により尿素水から生成されたアンモニアの他、尿素水の状態で付着したものも含まれている。そこで、本実施形態では、選択還元触媒のストレージ量及びストレージ容量の推定値ＳＴ_ＮＨ３，ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}を、尿素水量（ｇ）の次元で統一して扱う。

後述の触媒劣化判定器３７では、推定器３５で算出されたスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}に基づいて参照パラメータを算出し、この参照パラメータとスリップ判定部３４で算出されたスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}とを比較することで、実際の選択還元触媒の劣化を判定する。すなわち、触媒劣化判定器３７において、推定器３５で算出される推定値ＳＴ_ＮＨ３，ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}及びスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}は、実際の選択還元触媒の状態を検出するための基準となる。このため、推定器３５では、選択還元触媒の状態を所定の基準状態に固定し、この基準状態における選択還元触媒のストレージ容量及びストレージ量を推定する。本実施形態では、この新品状態を基準状態として説明するが、これに限らない。例えば、正常状態やその他の状態を基準状態としてもよい。

ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}には、下記式（４）に示すように、新品状態における選択還元触媒のストレージ容量を用いる。

また、この新品基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＢＳ}は、温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲに基づいて、所定の制御マップを検索することにより算出される（下記式（５）参照）。

図９は、新品基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＢＳ}を決定するための制御マップの一例を示す図である。図９に示すように、この制御マップでは、新品基準ストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＢＳ}は、選択還元触媒の特性に応じて、触媒温度が高くなるに従い小さくなるように決定される。

ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３は、以下の手順で算出される。
先ず、選択還元触媒には、ユリア噴射装置から噴射され、加水分解して生成されたアンモニアのうち、ＮＯｘの還元に供されなかった分が貯蔵される（図２の（ｂ）参照）。したがって、今回制御時には、全ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡ（ｋ）から基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}（ｋ）を減算した量に相当するアンモニアが選択還元触媒に貯蔵される。また、選択還元触媒に貯蔵されるアンモニアの量には、下限値（値０）と上限値（ストレージ容量）とがある。したがって、下記式（６）に示すように、ストレージ量推定値の前回値ＳＴ_ＮＨ３（ｋ−１）に今回の貯蔵分（Ｇ_ＵＲＥＡ（ｋ）−Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}（ｋ））を加算することでストレージ量推定値の第１暫定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＴＥＭＰ１}（ｋ）を算出し、さらに下記式（７）に示すように、この第１暫定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＴＥＭＰ１}（ｋ）に上限値と下限値のリミット処理を施すことにより、ストレージ量推定値の第２暫定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＴＥＭＰ２}（ｋ）を算出する。

以上のようにして算出された第２暫定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＴＥＭＰ２}は、全ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡのうちの貯蔵分（Ｇ_ＵＲＥＡ−Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}）を制御サイクルごとに加算することで得られるものであるから累積誤差が発生する場合がある。そこで、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３には、この第２暫定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＴＥＭＰ２}に対し、下記式（８）に示すようなリセット処理を施したものを用いる。すなわち、アンモニアスリップが発生した状態であることを示すスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」であり、かつ、後述の触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「０」である場合には、第２暫定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＴＥＭＰ２}を、ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}にリセットする。

アンモニアスリップの発生を推定するスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}は、下記式（９）に示すように、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３が、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}以上となったことに応じて「０」から「１」にセットされる。

［スイッチング噴射量算出部の構成］
スイッチング噴射量算出部３２では、選択還元触媒のストレージ量をストレージ容量の近傍に保つのに適した量の尿素水を噴射するべく、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}に対する補正量となるスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を算出する。より具体的には、スイッチング噴射量算出部３２は、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、ストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}、及び触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}に基づいて、スイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を算出する。

このスイッチング噴射量算出部３２では、選択還元触媒におけるストレージ量をそのストレージ容量の近傍に保つべく、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}よりも小さな値に、後述の切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}を設定する。そして、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３をこれらストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}と切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}の間に収めるようにスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を算出する。

先ず、切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}を設定する手順について説明する。
本実施形態では、上述のように触媒の劣化を判定する際に選択還元触媒のストレージ量を増減する制御を行うことから、切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}を、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「０」にセットされた通常制御中と、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」にセットされた劣化判定中とで異なるように設定する。より具体的には、下記式（１０）に示すように、通常制御中は、切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}を、所定の通常制御用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＮＭ}に設定する。また、劣化判定中は、切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}を、上記通常制御用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＮＭ}よりも小さな値の劣化判定用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}に設定する。

ここで、通常制御用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＮＭ}は、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}よりもやや小さな値になるように、下記式（１２）に示すようにストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}に温度係数ＫＳＴＳＷを乗算することにより算出される。

また、この温度係数ＫＳＴＳＷは、触媒温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲに基づいて、図１０に示すような制御マップを検索することにより算出される（下記式（１３）参照）。図１０に示すように、この温度係数ＫＳＴＳＷは、ストレージ容量が大きい温度領域では大きくなるように、そしてストレージ容量が小さい温度領域では小さくなるように、０〜１の間で決定することが好ましい。

これにより、図９中、破線で示すように、触媒温度が高くなるに従い、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}と切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}との差が小さくなるように設定される。これにより、通常制御中は、触媒温度が高くなるに従いストレージ容量が低下する選択還元触媒に対し、ストレージ量がストレージ容量に近い状態を維持し続けることができる。

なお、上記温度係数ＫＳＴＳＷは、温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲによらず一定にしてもよい。また、上記式（１２）に限らず、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}から所定の値を減算することにより通常制御用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＮＭ}を設定してもよい。

一方、劣化判定用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}には、下記式（１４）に示すように、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}から上述の検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}を減算することで算出される。

以上により、図９に示すように、通常制御用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＮＭ}は、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}よりもやや小さな値に設定され、劣化判定用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}は、通常制御用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＮＭ}よりも小さな値に設定される。

次に、下記式（１５）に示すように、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３、切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}、及びスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}に基づいて噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を決定する。
すなわち、選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生し、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」から「１」となったことに応じて、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を「０」から「１」にセットする。
その後、ストレージ容量の推定値ＳＴ_ＮＨ３が上記切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}を下回ったことに応じて、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を「１」から「０」にリセットする。

以上のように決定された噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}に応じて、スイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は、下記式（１６）に示すように算出される。
すなわち、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}が「１」である場合には、尿素水の噴射量がやや過剰な状態であると判断し、負の所定の供給過剰時用補正値Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ＿ＵＮＤ}に、排気密度ＤＥＮ_ＥＸと排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸとを乗算したものをスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}として決定する。
そして、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}が「０」である場合には、尿素水の噴射量がやや不足した状態であると判断し、正の所定の供給不足時用補正値Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ＿ＯＶＤ}に、排気密度ＤＥＮ_ＥＸと排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸとを乗算したものをスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}として決定する。

これにより、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡは、アンモニアスリップが発生したと判定されたことに応じて基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}から減量され、図２の（ｃ）に示す供給不足状態となる。その後、ストレージ容量の推定値ＳＴ_ＮＨ３が切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}を下回ったことに応じて、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡは基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}から増量され、図２の（ｂ）に示す供給過剰状態となる。

ここで、排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸは、エンジン回転数ＮＥや負荷パラメータＴＲＱに基づいて、例えば所定の制御マップを検索することにより算出される（下記式（１７）参照）。この排気ボリュームの推定値Ｖ_ＥＸを算出するための制御マップとしては、例えば、図１１に示したものが用いられる。

図１２は、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、アンモニアセンサ出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳ、ストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}、及びユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡの動作を示すタイムチャートである。図１２では、エンジンの運転状態を一定にし、エンジンから排出されるＮＯｘの量を一定にした場合を示す。

選択還元触媒にアンモニアが貯蔵されていない状態から運転を開始する。
エンジンの運転を開始した直後は、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}及び噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は「０」であり、したがってスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は正の値に設定される。このため、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡは、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を増量側に補正したものとなる。
その後、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３が増加し、ストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}に到達すると、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが増加し始める。アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが閾値ＮＨ３_ＪＤを上回ったことに応じて、アンモニアスリップが発生したと判定され、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}に「１」がセットされる。このとき同時に、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}に「１」がセットされるとともに、スイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は負の値に設定される。これにより、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡは、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を減量側に補正したものとなる。

ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを減量側に補正することにより、アンモニアセンサ出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが減少し始める。アンモニアセンサ出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳが閾値ＮＨ３_ＪＤを下回ったと判定されたことに応じて、アンモニアスリップが収まったと判定され、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「０」にリセットされる。
その後、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３がストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}から減少し始め、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３が切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}を下回ったと判定されたことに応じて噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}が「０」にリセットされるとともに、スイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}は再び正の値に設定される。これにより、ユリア噴射量Ｇ_ＮＨ３は、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}を増量側に補正したものとなる。

以上のように、本実施形態のユリア噴射制御では、基本的には、ストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３がストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}と切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}との間を振動するように、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを、基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}に対し増量側及び減量側に交互に補正する。

上述のように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「０」である場合、切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}は、通常制御用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＮＭ}に設定され、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である場合、切換ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＳＷ}は、劣化判定用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}に設定される。したがって、図１２に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「０」にセットされた通常制御中は、選択還元触媒のストレージ量は、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}近傍を振動するように制御される。また、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」にセットされた劣化判定中は、選択還元触媒のストレージ量は、ストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}から上記検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}だけ増減するように制御される。

［触媒劣化判定器の構成］
触媒劣化判定器３７は、上述のようにして選択還元触媒のストレージ量を増減させたときにおけるスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}の出力結果に基づいて、選択還元触媒の劣化を判定する。以下、その詳細な手順について説明する。

先ず、触媒劣化判定器３７は、劣化判定中であることを示す触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を、下記式（１８）に基づいて決定する。
すなわち、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}（ｋ）は、最初のアンモニアスリップが発生してから（スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」となってから）所定時間が経過したこと、触媒温度センサの出力値Ｔ_ＳＣＲ（ｋ）が検知用温度範囲［Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｌ}，Ｔ_{ＳＣＲ＿ＪＤ＿Ｈ}］内にあること、後述の濃度判定フラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＣＯＮＳ＿ＯＫ}（ｋ）が「１」であること、後述の判定終了フラグＦ_{ＯＢＤ＿ＤＯＮＥ}（ｋ）が「１」であること、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}（ｋ）が「１」であること、並びに、触媒劣化判定モードフラグの前回値Ｆ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}（ｋ−１）が「０」であること、の全ての条件を満たしたことに応じて、「０」から「１」にセットされる。なお、上記所定時間は、例えば５秒に設定されるが、これに限らない。例えば、０秒であってもよい。
また、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}（ｋ）は、「０」から「１」にセットされた後、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}（ｋ）、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}（ｋ）、及び触媒劣化判定モードフラグの前回値Ｆ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}（ｋ−１）が全て「１」となったことに応じて、「０」にリセットされる。

ここで、上記式（１８）のうち濃度判定フラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＣＯＮＳ＿ＯＫ}は、ユリアタンクに貯蔵された尿素水の濃度が、正常な状態であることを示すフラグであり、ユリア濃度センサの出力値に基づいて、図示しない処理により決定される。

また、上記式（１８）のうち判定終了フラグＦ_{ＯＢＤ＿ＤＯＮＥ}は、触媒の劣化の判定を終了した後の状態であることを示すフラグであり、下記式（１９）に基づいて決定される。すなわち、判定終了フラグＦ_{ＯＢＤ＿ＤＯＮＥ}（ｋ）は、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}（ｋ）、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}（ｋ）、及び触媒劣化判定モードフラグの前回値Ｆ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}（ｋ−１）が全て「１」となったことに応じて、「１」にセットされる。

選択還元触媒が劣化した状態であることを示す触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}は、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を「０」から「１」にセットしたことに伴い、上述のようにストレージ量を増減させたときにおけるスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}の出力結果に基づいて決定される。以下、その詳細な手順について説明する。なお、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}の出力結果に基づいて触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を決定する具体的な手順には複数種類が考えられる。以下では、ＴＹＰＥ１、ＴＹＰＥ２、ＴＹＰＥ３、ＴＹＰＥ４の４種類の具体的な手順について、順に説明する。

＜ＴＹＰＥ１＞
ＴＹＰＥ１では、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を「０」から「１」にセットしたことに伴い、ストレージ量を減量する制御を開始してから、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になるまでに経過した時間（以下、「スリップ発生タイミング」という）ＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}（下記式（２０）参照）と、所定の参照パラメータＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}（下記式（２２）参照）との差に基づいて、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を決定する。

スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}は、下記式（２０）に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である間に、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」となったときにおける劣化判定モード経過時間ＴＭ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}の値を用いる。

なお、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を「１」にセットしてから経過した時間を示す劣化判定モード経過時間ＴＭ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}は、下記式（２１）に示すように、制御時間ごとに制御周期ＤＴＭ_ＯＢＤを積算することで算出される。

また、ＴＹＰＥ１では、参照パラメータＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}として、選択還元触媒が上述の基準状態にあると仮定した場合におけるスリップ発生タイミング、すなわち、ストレージ容量を減量する制御を開始してから、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になるまでに経過した時間（以下、「推定スリップ発生タイミング」という）を用いる。この推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}は、下記式（２２）に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である間に、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」となったときにおける劣化判定モード経過時間ＴＭ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}の値を用いる。

スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}は、下記式（２３）に示すように、推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}からスリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}を減算することにより算出される。

図１３は、劣化判定中におけるストレージ量、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳ、劣化判定モード経過時間ＴＭ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}の変化の一例を示す図である。この例では、そのストレージ容量が検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}よりも小さい劣化状態の選択還元触媒を用いた。

触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「０」から「１」にセットされたことに応じて、ストレージ量を検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}だけ減量し、その後アンモニアスリップが発生するまでストレージ量を増量する制御が行われる。このときの、劣化状態の実際の選択還元触媒のストレージ量の振る舞い（実線）と、基準状態の選択還元触媒のストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３（破線）とを比較する。

ストレージ量を検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}だけ減量する制御を行うと、ストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３が劣化判定用ストレージ量目標値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}に到達するまでの間に、実際の選択還元触媒のストレージ量はゼロになる。その後、ストレージ量を増量する制御を行うと、ストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３がストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}に到達しスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になるまでの間に、実際の選択還元触媒ではストレージ量がそのストレージ容量に到達しスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になる。

このようなスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になる時期とスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期との差は、上記式（２３）のスリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}として検出することができる。
一方、上記２つのフラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期の差は、実際の選択還元触媒のストレージ容量と検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}との差、すなわち選択還元触媒の劣化の進行度合いに応じて大きくなると考えられる。したがって、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}に対して所定の閾値ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}を設定することにより、劣化を判定することができる。

より具体的には、下記式（２４）に示すように、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が閾値ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}よりも小さい場合には、触媒は正常な状態であると判定し、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を「０」にする。一方、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が閾値ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}以上である場合には、触媒は劣化した状態であると判定し、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を「１」にする。

＜ＴＹＰＥ２＞
ＴＹＰＥ２では、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」にセットされている間において、ストレージ量を増量する制御を開始してから、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になるまでに経過した時間（以下、「スリップ発生タイミング」という）ＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´（下記式（２５）参照）と、所定の参照パラメータＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´（下記式（２７）参照）との差に基づいて、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を決定する。

スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´は、下記式（２５）に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である間に、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」となったときにおける劣化判定モード経過時間ＴＭ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´の値を用いる。

なお、ストレージ量を増量する制御、すなわち噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を「０」にセットしてから経過した時間を示す劣化判定モード経過時間ＴＭ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´は、下記式（２６）に示すように、制御時間ごとに制御周期ＤＴＭ_ＯＢＤを積算することで算出される。

また、ＴＹＰＥ２では、参照パラメータＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´として、選択還元触媒が上述の基準状態にあると仮定した場合におけるスリップ発生タイミング、すなわち、ストレージ容量を増量する制御を開始してから、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になるまでに経過した時間（以下、「推定スリップ発生タイミング」という）を用いる。この推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´は、下記式（２７）に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である間に、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」となったときにおける劣化判定モード経過時間ＴＭ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´の値を用いる。

スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´は、下記式（２８）に示すように、推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´からスリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´を減算することにより算出される。

図１４は、劣化判定中におけるストレージ量、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳ、劣化判定モード経過時間ＴＭ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}の変化の一例を示す図である。この例では、そのストレージ容量が検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}よりも小さい劣化状態の選択還元触媒を用いた。

ストレージ量を増減したときに、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になる時期と、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期とに差が生じる点は、上述のＴＹＰＥ１と同じであるので説明を省略する。ＴＹＰＥ２では、このようなスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になる時期とスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期との差を、上記式（２８）のスリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´として検出する。
一方、上記２つのフラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期の差は、ＴＹＰＥ１で上述のように、選択還元触媒の劣化の進行度合いに応じて大きくなると考えられる。したがって、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´に対して所定の閾値ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}´を設定することにより、劣化を判定することができる。

より具体的には、下記式（２５）に示すように、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´が閾値ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}´よりも小さい場合には、触媒は正常な状態であると判定し、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を「０」にする。一方、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´が閾値ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}´以上である場合には、触媒は劣化した状態であると判定し、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を「１」にする。

＜ＴＹＰＥ３＞
ＴＹＰＥ３では、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を「０」から「１」にセットしたことに伴い、ストレージ量を減量する制御を開始してから、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になるまでの間におけるストレージ量の変化量（以下、「スリップ発生時変化量」という）ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}（下記式（３０）参照）と、所定の参照パラメータＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}（下記式（３２）参照）との差に基づいて、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を決定する。

スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}は、下記式（３０）に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である間に、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」となったときにおける劣化判定モード変化量ＳＵＭ_ＵＲＥＡの値を用いる。

なお、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を「１」にセットしてからのストレージ量の変化量を示す劣化判定モード変化量ＳＵＭ_ＵＲＥＡは、下記式（３１）に示すように、制御時間ごとにスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を積算することで算出される。

また、ＴＹＰＥ３では、参照パラメータＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}として、選択還元触媒が上述の基準状態にあると仮定した場合におけるスリップ発生時変化量、すなわち、ストレージ容量を減量する制御を開始してから、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になるまでの間におけるストレージ量の変化量（以下、「推定スリップ発生時変化量」という）を用いる。この推定スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}は、下記式（３２）に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である間に、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」となったときにおける劣化判定モード変化量ＳＵＭ_ＵＲＥＡの値を用いる。

スリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}は、下記式（３３）に示すように、推定スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}からスリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}を減算することにより算出される。

図１５は、劣化判定中におけるストレージ量、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳ、劣化判定モード変化量ＳＵＭ_ＵＲＥＡ、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}の変化の一例を示す図である。この例では、そのストレージ容量が検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}よりも小さい劣化状態の選択還元触媒を用いた。

ストレージ量を増減したときに、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になる時期と、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期とに差が生じる点は、上述のＴＹＰＥ１と同じであるので説明を省略する。ＴＹＰＥ３では、このようなスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になる時期とスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期との差を、上記式（３３）のスリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}として検出する。
一方、上記２つのフラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期の差は、ＴＹＰＥ１で上述のように、選択還元触媒の劣化の進行度合いに応じて大きくなると考えられる。したがって、スリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}に対して所定の閾値ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}を設定することにより、劣化を判定することができる。

より具体的には、下記式（３４）に示すように、スリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}が閾値ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}よりも小さい場合には、触媒は正常な状態であると判定し、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を「０」にする。一方、スリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}が閾値ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}以上である場合には、触媒は劣化した状態であると判定し、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を「１」にする。

＜ＴＹＰＥ４＞
ＴＹＰＥ４では、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」にセットされている間において、ストレージ量を増量する制御を開始してから、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になるまでの間におけるストレージ量の変化量（以下、「スリップ発生時変化量」という）ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´（下記式（３５）参照）と、所定の参照パラメータＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´（下記式（３７）参照）との差に基づいて、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を決定する。

スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´は、下記式（３５）に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である間に、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」となったときにおける劣化判定モード変化量ＳＵＭ_ＵＲＥＡ´の値を用いる。

なお、ストレージ量を増量する制御、すなわち噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を「０」にセットしてからのストレージ量の変化量を示す劣化判定モード変化量ＳＵＭ_ＵＲＥＡ´は、下記式（３６）に示すように、制御時間ごとにスイッチング噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}を積算することで算出される。

また、ＴＹＰＥ４では、参照パラメータＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´として、選択還元触媒が上述の基準状態にあると仮定した場合におけるスリップ発生時変化量、すなわち、ストレージ容量を増量する制御を開始してから、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になるまでの間におけるストレージ量の変化量（以下、「推定スリップ発生時変化量」という）を用いる。この推定スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´は、下記式（３７）に示すように、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」である間に、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」となったときにおける劣化判定モード変化量ＳＵＭ_ＵＲＥＡ´の値を用いる。

スリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´は、下記式（３８）に示すように、推定スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´からスリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´を減算することにより算出される。

図１６は、劣化判定中におけるストレージ量、アンモニアセンサの出力値ＮＨ３_ＣＯＮＳ、劣化判定モード変化量ＳＵＭ_ＵＲＥＡ´、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}、噴射量スイッチングフラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＳＷ}の変化の一例を示す図である。この例では、そのストレージ容量が検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}よりも小さい劣化状態の選択還元触媒を用いた。

ストレージ量を増減したときに、スリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になる時期と、スリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期とに差が生じる点は、上述のＴＹＰＥ１と同じであるので説明を省略する。ＴＹＰＥ４では、このようなスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」になる時期とスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期との差を、上記式（３８）のスリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´として検出する。
一方、上記２つのフラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}、Ｆ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が「１」になる時期の差は、ＴＹＰＥ１で上述のように、選択還元触媒の劣化の進行度合いに応じて大きくなると考えられる。したがって、スリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´に対して所定の閾値ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}´を設定することにより、劣化を判定することができる。

より具体的には、下記式（３９）に示すように、スリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´が閾値ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}´よりも小さい場合には、触媒は正常な状態であると判定し、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を「０」にする。一方、スリップ発生時ストレージ量差ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´が閾値ＤＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}´以上である場合には、触媒は劣化した状態であると判定し、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を「１」にする。

以上のように構成された触媒劣化判定器の動作について、ＴＹＰＥ１のアルゴリズムに基づいて劣化を判定した場合を例に説明する。
図１７は、実際の選択還元触媒の劣化進行度合いと、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}及びスリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}との関係を示す図である。なお、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}は、ストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３に基づいて算出されるため、図１７中ハッチングで示すような幅内で分布した値となる。また、このようなスリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}に生じる誤差に起因して、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}の動作にも図１７中破線で示すような誤差が発生する。

実際の選択還元触媒のストレージ容量が検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}以上である場合、上述のように検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}だけストレージ量を増減してもアンモニアが枯渇することがないので、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}は触媒の劣化進行度合いによらずほぼゼロである。
また、実際の選択還元触媒のストレージ容量が検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}を下回るまでに劣化が進行すると、劣化進行度合いに応じてスリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が大きくなる。そして、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が閾値ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}を超えたときに触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}が「０」から「１」にセットされる。

このように、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}は、劣化進行度合いと単純な比例関係にはなく、劣化がある程度まで進行して初めて有意な値を持つ特性がある。このような特性を有するスリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}に基づいて劣化を判定することにより、例えば、劣化進行度合いに比例して大きくなる指標に基づいて触媒の劣化を判定した場合と比較して誤判定の割合を低減することができる。

［ユリア噴射制御の手順］
次に、ユリア噴射制御の具体的な手順について、図１８を参照して説明する。
図１８は、ＥＣＵにより実行されるユリア噴射制御の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１では、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。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ２に移る。

ステップＳ２では、ユリア残量Ｑ_ＵＲＥＡが所定値Ｑ_ＲＥＦ未満であるか否かを判別する。このユリア残量Ｑ_ＵＲＥＡは、ユリアタンク内の尿素水の残量を示し、ユリアレベルセンサの出力に基づいて算出される。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ３に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ４に移る。
ステップＳ３では、ユリア残量警告灯を点灯し、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ４では、触媒暖機タイマ値Ｔ_ＭＡＳＴが所定値Ｔ_ＭＬＭＴより大きいか否かを判別する。この触媒暖機タイマ値Ｔ_ＭＡＳＴは、エンジン始動後の酸化触媒の暖機時間を計時するものである。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ５に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ５では、センサ故障フラグＦ_{ＳＥＮＮＧ}が「０」であるか否かを判別する。このセンサ故障フラグＦ_{ＳＥＮＮＧ}は、図示しない判定処理においてアンモニアセンサ、又は、触媒温度センサ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。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ６に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ６では、アンモニアセンサ活性フラグＦ_{ＮＨ３ＡＣＴ}が「１」であるか否かを判別する。このアンモニアセンサ活性フラグＦ_{ＮＨ３ＡＣＴ}は、図示しない判定処理においてアンモニアセンサが活性状態に達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。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ７に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ７では、触媒温度センサ出力値Ｔ_ＳＣＲが所定値Ｔ_{ＳＣＲ＿ＡＣＴ}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、選択還元触媒が活性化されたと判断して、ステップＳ９に移る。この判別がＮＯである場合には、選択還元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、ステップＳ８に移り、ユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを「０」に設定した後に、この処理を終了する。

ステップＳ９では、ユリア濃度センサの出力値に基づいて、尿素水の濃度が正常な状態であることを示す濃度判定フラグＦ_{ＵＲＥＡ＿ＣＯＮＳ＿ＯＫ}を更新し、ステップＳ１０に移る。
ステップＳ１０では、式（１８）に基づいて触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を更新し、ステップＳ１１に移る。ステップＳ１１では、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}が「１」であるか否かを判別する。この判別がＮＯである場合にはステップＳ１６に移り、この判別がＹＥＳである場合には、ステップＳ１２に移る。

ステップＳ１２では、ＴＹＰＥ１のアルゴリズム（式（２０）〜（２４））、ＴＹＰＥ２のアルゴリズム（式（２５）〜（２９））、ＴＹＰＥ３のアルゴリズム（式（３０）〜（３４））、及びＴＹＰＥ４のアルゴリズム（式（３５）〜（３９））の何れかに基づいて触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}を更新し、ステップＳ１３に移る。
ステップＳ１３では、式（１９）に基づいて判定終了フラグＦ_{ＯＢＤ＿ＤＯＮＥ}を更新し、ステップＳ１４に移る。

ステップＳ１４では、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}が「１」であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１５に移り触媒劣化警告灯を点灯した後、ステップＳ１６に移る。ステップＳ１６では、式（１）〜（１７）に基づいてユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを算出し、この処理を終了する。

［シミュレーション結果］
次に、本実施形態のユリア噴射制御のシミュレーション結果について、図１９〜図２１を参照して詳述する。
ここでは、３種類の異なる状態の選択還元触媒を用いてシミュレーションを行った。より具体的には、ＣＡＳＥ１は新品状態の選択還元触媒を用いた場合であり、ＣＡＳＥ２は正常状態の選択還元触媒を用いた場合であり、ＣＡＳＥ３は劣化状態の選択還元触媒を用いた場合である。なお、劣化の判定には、上記ＴＹＰＥ１のアルゴリズムを用いた。

図１９は、ＣＡＳＥ１のシミュレーション結果を示す。なお、図１９において、実際の選択還元触媒のストレージ容量及びストレージ量は、それぞれ、基準状態として選択した新品状態の選択還元触媒のストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}（太実線）及びストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３（太破線）とほぼ一致する。
ＣＡＳＥ１では、選択還元触媒は新品状態である。このため、実線で示すスリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が値を取得する時期と、破線で示す推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が値を取得する時期とはほぼ同時になる。このため、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}は「０」のままであり、選択還元触媒は正常であると判定される。

図２０は、ＣＡＳＥ２のシミュレーション結果を示す。
ＣＡＳＥ２では、選択還元触媒はＣＡＳＥ１の新品状態より劣化した正常状態である。このため、実際の選択還元触媒のストレージ容量（細実線）及びストレージ量（細破線）は、それぞれ、基準状態として選択した新品状態の選択還元触媒のストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}（太実線）及びストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３（太破線）よりも小さい。
しかしながら、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を「１」にしたことに伴い、ストレージ量を検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}（図示せず）だけ減量しても実際の選択還元触媒のストレージ量がゼロになることはないので、実線で示すスリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が値を取得する時期と、破線で示す推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が値を取得する時期とはほぼ同時になる。このため、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}は「０」のままであり、選択還元触媒は正常であると判定される。

図２１は、ＣＡＳＥ３のシミュレーション結果を示す。
ＣＡＳＥ３では、選択還元触媒は劣化状態である。このため、実際の選択還元触媒のストレージ容量（細実線）及びストレージ量（細破線）は、それぞれ、基準状態として選択した新品状態の選択還元触媒のストレージ容量推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}（太実線）及びストレージ量推定値ＳＴ_ＮＨ３（太破線）よりも小さい。
したがって、触媒劣化判定モードフラグＦ_{ＯＢＤ＿ＭＯＤＥ}を「１」にしたことに伴い、ストレージ量を検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}（図示せず）だけ減量したときに、実際の選択還元触媒のストレージ量がゼロになり、アンモニアスリップが発生する。このため、実線で示すスリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が値を取得する時期は、破線で示す推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}が値を取得する時期よりも早くなる。そして、スリップ発生時間差ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}（図示せず）は、閾値ＤＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＪＤ}よりも大きな値となり、触媒劣化判定フラグＦ_{ＳＣＲ＿ＡＧＥＤ}は「１」に更新され、選択還元触媒は劣化した状態であると判定される。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、ストレージ量が最大の状態にある選択還元触媒に対して、そのストレージ量を、検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}だけ減量した後、スリップ判定部３４によりスリップ判定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}が「１」にされるまでユリア噴射量Ｇ_ＵＲＥＡを基準噴射量Ｇ_{ＵＲＥＡ＿ＢＳ}から増量し、このときにおけるスリップ判定部３４による判定結果に基づいて選択還元触媒の劣化を判定する。
ここで、検知用減量分ＤＳＴ_{ＮＨ３＿ＪＤ}を、劣化状態における選択還元触媒のストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＮＧＣＡＴ}よりも大きく、かつ、正常状態における選択還元触媒のストレージ容量ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ＿ＯＫＣＡＴ}よりも小さな値に設定する。これにより、少なくとも選択還元触媒が正常な状態である場合には、劣化を判定するために選択還元触媒のストレージ量を増減している間にストレージ量がゼロになることが無いので、劣化の判定に伴う一時的な浄化性能の低下を防ぐことができる。また、このように選択還元触媒のストレージ容量に基づいて劣化を判定することにより、判定精度を高くすることができる。

（２）本実施形態によれば、スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}と推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}との差（ＴＹＰＥ１）、スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ}´と推定スリップ発生タイミングＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´との差（ＴＹＰＥ２）、スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}と推定スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}との差（ＴＹＰＥ３）、又はスリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ}´と推定スリップ発生時変化量ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´との差（ＴＹＰＥ４）に基づいて劣化を判定することにより、劣化の判定精度を向上することができる。

（３）本実施形態によれば、基準状態における選択還元触媒のストレージ量の推定値ＳＴ_ＵＲＥＡに基づいてスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}を決定し、このスリップ推定フラグＦ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}に基づいて参照パラメータ（ＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}、ＰＲＤ_{ＮＨ３＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´、ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}、ＳＵＭ_{ＵＲＥＡ＿ＳＬＩＰ＿ＨＡＴ}´）を算出することにより、触媒温度、エンジンの運転負荷、及びこの運転負荷の変動具合などの走行条件が変化した場合であっても、この変化を上記参照パラメータに反映させることができるので、劣化の判定結果を走行条件によらないものにすることができる。したがって、選択還元触媒の劣化の判定精度をさらに向上することができる。

（４）本実施形態によれば、ストレージ量が最大の状態にあり、かつ、その触媒温度が排気中のＮＯｘを浄化可能な範囲内にある選択還元触媒に対して、ストレージ量を増減することにより、劣化を判定している間であっても排気中のＮＯｘを確実に浄化することができる。したがって、劣化の判定に伴う一時的な浄化性能の低下をさらに抑制することができる。

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、選択還元触媒のストレージ量の推定値ＳＴ_ＮＨ３やストレージ容量の推定値ＳＴ_{ＮＨ３＿ＭＡＸ}は、尿素水の量の次元を有する値としたが、これに限らない。例えば、この尿素水から生成されるアンモニアの量の次元を有する値としても、同様の効果を奏する。

また、上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつ、この還元剤の元となる添加剤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、アンモニアの元となる添加剤としては、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。

１…エンジン（内燃機関）
１１…排気通路
２…排気浄化システム
２３…選択還元触媒
２５…ユリア噴射装置（還元剤供給手段）
２６…アンモニアセンサ
３…ＥＣＵ
３２…スイッチング噴射量算出部（ストレージ量増減手段）
３３…加算器
３４…スリップ判定部（スリップ判定手段）
３５…推定器（ストレージ量増減手段）
３７…触媒劣化判定器（触媒劣化判定手段）

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で前記排気通路を流通する排気中のＮＯｘを還元する選択還元触媒と、
   前記選択還元触媒に還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムの触媒劣化判定装置であって、
   前記選択還元触媒に貯蔵されている還元剤の量をストレージ量とし、前記選択還元触媒で貯蔵できる還元剤の量をストレージ容量として、
   前記選択還元触媒における還元剤スリップの発生を判定するスリップ判定手段と、
   前記還元剤供給手段を制御することにより、前記ストレージ量が最大の状態にある選択還元触媒に対して、そのストレージ量を所定の検知用減量分だけ減量した後、前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまで増量するストレージ量増減手段と、
   当該ストレージ量増減手段によりストレージ量を増減した際における前記スリップ判定手段の判定結果に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、を備え、
   前記検知用減量分は、所定の劣化状態における選択還元触媒のストレージ容量よりも大きく、かつ、所定の正常状態における選択還元触媒のストレージ容量よりも小さな値に設定されることを特徴とする排気浄化システムの触媒劣化判定装置。
2. 前記触媒劣化判定手段は、前記ストレージ量増減手段によりストレージ量の減量を開始してから前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまでの経過時間に相関のあるパラメータと、所定の参照パラメータとの差に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システムの触媒劣化判定装置。
3. 前記触媒劣化判定手段は、前記ストレージ量増減手段によりストレージ量の増量を開始してから前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまでの経過時間に相関のあるパラメータと、所定の参照パラメータとの差に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システムの触媒劣化判定装置。
4. 前記触媒劣化判定手段は、前記ストレージ量増減手段によりストレージ量の減量を開始してから前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまでの間におけるストレージ量の変化に相関のあるパラメータと、所定の参照パラメータとの差に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システムの触媒劣化判定装置。
5. 前記触媒劣化判定手段は、前記ストレージ量増減手段によりストレージ量の増量を開始してから前記スリップ判定手段により還元剤スリップが発生したと判定されるまでの間におけるストレージ量の変化に相関のあるパラメータと、所定の参照パラメータとの差に基づいて前記選択還元触媒の劣化を判定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システムの触媒劣化判定装置。
6. 前記参照パラメータは、所定の基準状態における選択還元触媒のストレージ量の推定値に基づいて算出されることを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の排気浄化システムの触媒劣化判定装置。
7. 前記ストレージ量増減手段は、前記ストレージ量が最大の状態にあり、かつ、その温度が排気中のＮＯｘを浄化可能な範囲内にある選択還元触媒に対して、ストレージ量を増減することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の排気浄化システム。

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