(57)【要約】【課題】ＳＣＲ触媒が担持されたフィルタを備えるものであって、ＳＣＲ触媒の機能を十分に発揮できるように適切な還元剤供給が可能な内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】エンジンの排気浄化装置は、排気浄化フィルタに担持され、ＮＨ３を貯蔵する機能とＮＨ３によってＮＯｘを浄化する機能とを有したＳＣＲ触媒と、フィルタのアッシュ量Q_ashを算出するアッシュ堆積量演算部６３と、可燃性ＰＭ量Q_pmを算出する可燃性物質ＰＭ堆積堆積量演算部６４と、アッシュ量Q_ashに基づいて算出されたアッシュ因子値F_ash及び可燃性物質ＰＭ量に基づいて算出された可燃性物質ＰＭ因子値F_pmに基づいて最大ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3_maxを算出する最大ＮＨ３ストレージ量演算部６１と、上記因子値F_pm及びF_ashに基づいてＮＯｘ浄化率の推定値ηを算出するＮＯｘ浄化率演算部６２と、を備える。【選択図】図３
2016089699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられたフィルタと、
前記フィルタに担持され、ＮＨ３を貯蔵する機能とＮＨ３によってＮＯｘを浄化する機能とを有したＳＣＲ触媒と、
前記フィルタの上流側にＮＨ３又はその前駆体を還元剤として供給する還元剤供給装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記フィルタの堆積物の量を検出又は推定する堆積量取得手段と、
前記ＳＣＲ触媒の機能と相関のある１種以上のＳＣＲパラメータの値を推定するＳＣＲパラメータ推定手段と、
前記推定されたＳＣＲパラメータの値に基づいて前記還元剤供給装置からの還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段と、を備え、
前記ＳＣＲパラメータ推定手段は、前記堆積物の量に基づいて前記ＳＣＲパラメータの値を推定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記堆積量取得手段は、前記堆積物のうち前記フィルタの再生処理によって除去できる可燃性物質の量と、前記堆積物のうち前記再生処理では除去できないアッシュの量とを別々に推定し、
前記ＳＣＲパラメータ推定手段は、前記可燃性物質の量が前記ＳＣＲパラメータの値に及ぼす影響度合いを示す可燃性物質因子の値と、前記アッシュの量が前記ＳＣＲパラメータの値に及ぼす影響度合いを示すアッシュ因子の値とを別々に算出し、これら可燃性物質因子及びアッシュ因子の値に基づいて前記ＳＣＲパラメータの値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装置。
【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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置の１つとして、ＮＨ３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という）を排気管内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装置では、ＳＣＲ触媒の上流側からＮＨ３の前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような尿素添加式の排気浄化装置の他、例えば、アンモニアカーバイトのようなＮＨ３の化合物を加熱することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３を直接添加する装置も提案されている。
【０００３】
特許文献１には、このような機能を有するＳＣＲ触媒を、排気中の粒子状物質（スート、ＳＯＦ、及びアッシュ等の総称であり、以下では、「ＰＭ」とも言う）を捕集するフィルタに担持し、このフィルタの上流側から尿素水を添加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２０１０−２４８９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の発明によれば、１つのフィルタによってＰＭとＮＯｘの排出を同時に低減できるものの、フィルタの堆積物がＳＣＲ触媒の機能に及ぼす影響を考慮していない。このため、適切な量の尿素水を添加できず、ＳＣＲ触媒の機能が十分に発揮されないおそれがある。
【０００６】
本発明は、ＳＣＲ触媒が担持されたフィルタを備えるものであって、ＳＣＲ触媒の機能を十分に発揮できるように適切な還元剤供給が可能な内燃機関の排気浄化装置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】
（１）内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置２）は、排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられたフィルタ（例えば、後述の排気浄化フィルタ３３）と、前記フィルタに担持され、ＮＨ３を貯蔵する機能とＮＨ３によってＮＯｘを浄化する機能とを有したＳＣＲ触媒と、前記フィルタの上流側にＮＨ３又はその前駆体を還元剤として供給する還元剤供給装置（例えば、後述の尿素水インジェクタ３２）と、前記フィルタの堆積物の量を検出又は推定する堆積量取得手段（例えば、後述のＥＣＵ４、アッシュ堆積量演算部６３、可燃性ＰＭ堆積量演算部６４）と、前記ＳＣＲ触媒の機能（より具体的には、ＳＣＲ触媒における反応によって排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化機能、及び還元剤供給装置によって過剰な量のＮＨ３がＳＣＲ触媒に供給された場合に、このＮＨ３を下流側へ排出しないようにＳＣＲ触媒でＮＨ３を貯蔵するＮＨ３貯蔵機能等）と相関のある１種以上のＳＣＲパラメータの値を推定するＳＣＲパラメータ推定手段（例えば、後述のＥＣＵ４、ＳＣＲパラメータ推定部４５、最大ＮＨ３ストレージ量演算部６１、ＮＯｘ浄化率演算部６２）と、前記推定されたＳＣＲパラメータの値（例えば、ＮＯｘ浄化率の推定値η及び最大ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3_max）に基づいて前記還元剤供給装置からの還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段（例えば、後述のＥＣＵ４）と、を備え、前記ＳＣＲパラメータ推定手段は、前記堆積物の量（例えば、後述のアッシュ量Q_ash及び可燃性ＰＭ量Q_pm）に基づいて前記ＳＣＲパラメータの値を推定する。
【０００８】
（２）この場合、前記堆積量取得手段は、前記堆積物のうち前記フィルタの再生処理によって除去できる可燃性物質の量と、前記堆積物のうち前記再生処理では除去できないアッシュの量とを別々に推定し、前記ＳＣＲパラメータ推定手段は、前記可燃性物質の量が前記ＳＣＲパラメータの値に及ぼす影響度合いを示す可燃性物質因子の値（F_pm）と、前記アッシュの量が前記ＳＣＲパラメータの値に及ぼす影響度合いを示すアッシュ因子の値（F_ash）とを別々に算出し、これら可燃性物質因子及びアッシュ因子の値に基づいて前記ＳＣＲパラメータの値を推定することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
（１）本発明では、フィルタにＳＣＲ触媒を担持させ、このフィルタの上流側に還元剤を供給する。フィルタにスート、ＳＯＦ、及びアッシュ等の堆積物が存在すると、ＳＣＲ触媒の空間速度が低下するため、ＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵機能やＮＯｘ浄化機能が低下する。また、フィルタに堆積物が存在すると、ＳＣＲ触媒における排気中のＮＯ２−ＮＯｘ比（排気中のＮＯｘに対するＮＯ２の割合）が変わってしまい、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化機能が低下する。本発明では、ＳＣＲ触媒が担持されたフィルタの堆積物の量を取得し、この堆積物の量に基づいてＳＣＲ触媒の機能と相関のある１種以上のＳＣＲパラメータの値を推定し、このＳＣＲパラメータの推定値に基づいて還元剤の供給量を制御する。本発明によれば、これにより、ＳＣＲ触媒の機能が十分に発揮されるように適切な量の還元剤を供給できる。
【００１０】
（２）本発明では、フィルタの堆積物を、フィルタの再生処理によって除去できる可燃性物質（スート、ＳＯＦ等）と、再生処理では除去できないアッシュとに分けて扱う。両者ともＳＣＲ触媒の機能を低下させる作用がある点で共通するが、可燃性物質はフィルタの上流側から下流側まで万遍なく捕集されるのに対し、アッシュは再生処理を行っても除去されないためフィルタの下流側の部分に溜まりがちである。このため、可燃性物質の量がＳＣＲパラメータの値に及ぼす影響度合いとアッシュの量がＳＣＲパラメータの値に及ぼす影響度合いは異なる。本発明では、可燃性物質の量とアッシュの量とを別々に推定し、さらにこれらを用いて可燃性物質因子の値とアッシュ因子の値とを別々に算出し、これら可燃性物質因子及びアッシュ因子の値を用いてＳＣＲパラメータの値を推定する。これにより、ＳＣＲパラメータの値を精度良く推定できるので、結果としてＳＣＲ触媒の機能が十分に発揮されるように適切な量の還元剤を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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装置の構成を示す図である。
【図２】尿素水噴射制御の手順を示す機能ブロック図である。
【図３】最大ＮＨ３ストレージ量及びＮＯｘ浄化率の推定値を算出する具体的な演算手順を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気浄化装置２の構成を示す図である。エンジン１は、例えば、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、車両前方のエンジンルーム内に設けられている。
【００１３】
排気浄化装置２は、エンジン１の排気管１１の一部として設けられた触媒浄化ユニット３と、触媒浄化ユニット３を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）４と、を含んで構成される。排気管１１は、エンジン１の図示しない排気ポートから延び、車両の床下を通って車両の後方端部に至る。したがって、排気管１１は、図１に示すように、エンジンルーム内のエンジン直下の区間と、エンジンルーム外の床下の区間とに分けられる。触媒浄化ユニット３は、エンジンルーム内、すなわちエンジン直下の区間内のエンジン１の側部に隣接して設けられている。
【００１４】
触媒浄化ユニット３は、上流触媒コンバータ３１と、尿素水インジェクタ３２と、排気浄化フィルタ３３とを、一の円筒状のケーシング３５内にこの順で直列に配置して構成される。ケーシング３５の上流触媒コンバータ３１側は、エンジンの図示しない排気ポートから延びる排気マニホルドに接続される。これにより、ケーシング３５内は、エンジンの排気通路の一部となる。
【００１５】
上流触媒コンバータ３１は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に酸化触媒を担持して構成される。エンジンから排出された排気に含まれるＨＣやＣＯは、この上流触媒コンバータ３１を通過する過程で酸化触媒の作用によって酸化される。また、排気に含まれるＮＯも、上流触媒コンバータ３１を通過する過程でＮＯ２に酸化される。エンジン直下の排気に含まれるＮＯｘのうちほぼ全てはＮＯでありＮＯ２はほとんど含まれていない（ＮＯ２／ＮＯｘ比がほぼ０）。このため、上流触媒コンバータ３１でＮＯを酸化しＮＯ２を生成することにより、排気浄化フィルタ３３に流入する排気のＮＯ２／ＮＯｘ比を、後述のＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能が最適化される約０．５まで上昇させることができる。
【００１６】
排気浄化フィルタ３３は、多孔質壁で区画形成された複数のセルを有するウォールフロー型のハニカム構造体と、各セルに対し上流側と下流側とで互い違いに設けられた目封じと、を備える。エンジンから排出された排気に含まれるスート、ＳＯＦ、及びアッシュ等の物質は、排気浄化フィルタ３３の多孔質壁の細孔を通過する過程で捕集される。排気浄化フィルタ３３に堆積物が溜まると、圧力降下が増加し、これによってエンジン１の燃料噴射量が増加し、結果として燃費が悪化するおそれがある。そこで、排気浄化フィルタ３３の堆積物の量が所定量を超えると、排気浄化フィルタ３３を約６００℃程度まで昇温することにより、フィルタ３３に捕集された堆積物を燃焼除去するフィルタ再生処理が適宜実行される。なお、このフィルタ再生処理の詳細な手順については説明を省略する。
【００１７】
この排気浄化フィルタ３３のハニカム構造体には、ＳＣＲ触媒が担持される。このＳＣＲ触媒は、ＮＨ３の存在する雰囲気下で排気中のＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ浄化機能を備える。具体的には、後述の尿素水インジェクタ３２からＮＨ３が供給されると、このＮＨ３によって、下記３種類の反応式に従って、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ
【００１８】
また、このＳＣＲ触媒は、上記ＮＯｘ浄化機能を備えるとともに、ＮＨ３を所定の量だけ貯蔵するＮＨ３貯蔵機能も備える。以下では、ＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ３の量をＮＨ３ストレージ量といい、このＮＨ３ストレージ量の限界を最大ＮＨ３ストレージ量という。ＳＣＲ触媒のＮＨ３ストレージ量が最大ＮＨ３ストレージ量を超えると、その下流へＮＨ３がスリップする。このようにしてＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ３は、尿素水インジェクタ３２から供給されたＮＨ３と合わせて排気中のＮＯｘの還元に適宜消費される。なお、ＳＣＲ触媒に多くのＮＨ３が存在すると、流入するＮＯｘとの反応性が向上する。したがって、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化機能は、そのＮＨ３ストレージ量が多くなるほど向上する。
【００１９】
尿素水インジェクタ３２は、図示しない尿素水タンクから圧送された尿素水を噴射する。尿素水インジェクタ３２は、ケーシング３５内のうち上流触媒コンバータ３１とフィルタ３３との間に設けられる。尿素水インジェクタ３２から噴射された尿素水は、円筒状のフィルタ３３の上端面へ向けて濃度の偏りなく供給される。ＥＣＵ４は、後述の尿素水噴射制御によって尿素水インジェクタ３２からの尿素水噴射量を決定するとともに、決定した量の尿素水が噴射されるように尿素水インジェクタ３２の通電制御を行う。
【００２０】
ＥＣＵ４は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、図２に示す各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ、及びＣＰＵの演算処理結果に応じて上記尿素水インジェクタ３２等の各種アクチュエータの通電制御を行う駆動回路等で構成される。
【００２１】
ＥＣＵ４には、排気浄化装置２の状態を検出するため、排気温度センサ５１やＮＨ３センサ５２、エアフローメータ５３等の様々なセンサが接続されている。
【００２２】
排気温度センサ５１は、フィルタ３３の上流側の排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ４に送信する。フィルタ３３に担持されたＳＣＲ触媒の温度（後述のＳＣＲ触媒温度Tscr）や、上流触媒コンバータ３１に担持された酸化触媒の温度（後述の酸化触媒温度Tdoc）は、この排気温度センサ５１の検出信号に基づいてＥＣＵ４における図示しない処理によって算出される。
【００２３】
ＮＨ３センサ５２は、フィルタ３３及の下流側の排気のＮＨ３を検出し、排気のＮＨ３濃度[ppm]に応じた検出信号をＥＣＵ４に送信する。ＳＣＲ触媒においてＮＯｘの浄化にも消費されずまた貯蔵もされずにフィルタ３３の下流側へ排出されるＮＨ３の単位時間当たりの量（後述のＮＨ３スリップ量V_nh3[mg/sec]）は、ＮＨ３センサ５２によって検出されたＮＨ３濃度に基づいてＥＣＵ４における図示しない処理によって算出される。
【００２４】
エアフローメータ５３は、エンジン１の吸気管１２に設けられ、エンジン１に供給される空気の流量を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ４に送信する。排気浄化フィルタ３３のＳＣＲ触媒における空間速度（後述の空間速度SV）は、エアフローメータ５３の検出信号に基づいてＥＣＵ４における図示しない処理によって算出される。
【００２５】
図２は、尿素水噴射制御の手順を示す機能ブロック図である。より具体的には、図２は、インジェクタからの単位時間当たりの尿素水の噴射量Gurea[mg/sec]を所定の演算周期の下で繰り返し算出する手順を示す機能ブロック図である。図２に示される各機能ブロックの機能は、ＥＣＵにおける演算によって実現される。尿素水噴射量Gureaを算出する機能は、基本噴射量演算部４１と、ストレージ補正演算部４２と、センサフィードバック補正量演算部４３と、ＳＣＲパラメータ推定部４５と、加算器４６，４７とによって構成される。以下、これらの機能について順に説明する。
【００２６】
ＳＣＲパラメータ推定部４５は、フィルタに担持されたＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵機能及びＮＯｘ浄化機能と相関のある１種以上のＳＣＲパラメータの値を推定する。ここで、上述のように最大ＮＨ３ストレージ量[mg]は、ＳＣＲ触媒において貯蔵できるＮＨ３の量の最大値に相当するから、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３貯蔵機能と相関があるといえる。また、ＳＣＲ触媒に流入した全ＮＯｘ量に対するＳＣＲ触媒で浄化されたＮＯｘ量の割合に相当するＮＯｘ浄化率[%]もＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化機能と相関があるといえる。よって、これら最大ＮＨ３ストレージ量及びＮＯｘ浄化率は、上述のようなＳＣＲパラメータに相当し得る。ＳＣＲパラメータ推定部４５は、最大ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3_maxと、ＳＣＲパラメータとしてのＮＯｘ浄化率の推定値ηとを算出する。なお、これら推定値ST_nh3_max,ηを算出する具体的な手順については、後に図３を参照して説明する。
【００２７】
基本噴射量演算部４１は、図示しない処理によって算出される単位時間当たりのフィルタへのＮＯｘの流入量Gnox[mg/sec]（以下、「流入ＮＯｘ量」という）と、ＳＣＲパラメータ推定部４５によって算出されたＮＯｘ浄化率ηとを取得し、これらに基づいて尿素水溶液の基本噴射量Gurea_bs[mg/sec]を算出する。より具体的には、基本噴射量演算部４１では、流入ＮＯｘ量GnoxにＮＯｘ浄化率ηを乗算することによって、流入するＮＯｘのうちＳＣＲ触媒で浄化できるＮＯｘの量を算出し、このＮＯｘの浄化可能量を過不足無く浄化するために必要なＮＨ３の量を算出し、さらにこのＮＨ３量を尿素水溶液の量に換算したものを基本噴射量Gurea_bsとする。
【００２８】
なお、上述の流入ＮＯｘ量Gnoxは、例えばエンジンの回転数及び吸入空気量等のエンジンの運転状態を特定する複数のパラメータに基づいて、図示しないマップを検索することによって算出される。また、フィルタの上流側に排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサを備える場合には、このＮＯｘセンサの検出信号を用いて流入ＮＯｘ量Gnoxを算出することもできる。
【００２９】
ストレージ補正演算部４２は、図示しない処理によって算出されるＳＣＲ触媒のＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3[mg]と、上述のＳＣＲパラメータ推定部４５によって算出された最大ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3_maxとを取得し、これらに基づいて尿素水溶液のストレージ補正量Gurea_st[mg/sec]を算出する。上述のようにＳＣＲ触媒はＮＨ３貯蔵機能を有しており、またＮＨ３ストレージ量が増加するほどそのＮＯｘ機能が向上する。したがって、ＮＯｘ浄化機能の観点からは、ＮＨ３ストレージ量は常にできるだけ多い方が好ましい。一方、ＮＨ３ストレージ量が増加するほど、フィルタから下流側はＮＨ３が排出されやすくなる。そこでストレージ補正演算部４２では、取得した最大ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3_maxと同じ値かそれよりやや小さな値に目標ストレージ量の目標値ST_nh3_trgtを設定し、ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3とその目標値ST_nh3_trgtとが一致するように、既知のフィードバック制御則に従ってストレージ補正量Gurea_stを算出する。
【００３０】
なお、ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3は、例えば以下の手順に従って算出される。すなわち、過去の尿素水噴射量Gureaの積算値を用いて得られるＳＣＲ触媒へのＮＨ３の総供給量から、ＮＨ３センサの検出信号を用いて算出されるＳＣＲ触媒の下流側へのＮＨ３の総スリップ量と、過去のＮＯｘ浄化率η及び流入ＮＯｘ量Gnoxを用いて得られるＳＣＲ触媒におけるＮＨ３の総消費量と、を減算することによって算出される。
【００３１】
ＮＨ３センサフィードバック補正量演算部４３は、単位時間当たりにフィルタから排出されるＮＨ３の量V_nh3[mg/sec]（以下、「ＮＨ３スリップ量」という）と、ＮＨ３スリップ量に対する所定の目標値V_nh3_trgt[mg/sec]とを取得し、これらＮＨ３スリップ量V_nh3とその目標値V_nh3_trgtとが一致するように、既知のフィードバック制御則に従ってスリップフィードバック補正量Gurea_nh3[mg/sec]を算出する。
【００３２】
加算器４６，４７は、以上のようにして算出された基本噴射量Gurea_bsと、ストレージ補正量Gurea_stと、スリップフィードバック補正量Gurea_nh3とを合算することにより、尿素水噴射量Gureaを算出する。これにより、ＳＣＲ触媒では十分な量のＮＨ３が貯蔵された状態が維持されるため、そのＮＯｘ浄化率もできるだけ高く維持される。
【００３３】
図３は、ＳＣＲパラメータ推定部４５において最大ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3_max及びＮＯｘ浄化率の推定値ηを算出する具体的な演算手順を示す機能ブロック図である。ＳＣＲパラメータ推定部４５は、最大ＮＨ３ストレージ量演算部６１と、ＮＯｘ浄化率演算部６２と、アッシュ堆積量演算部６３と、可燃性ＰＭ堆積量演算部６４と、ストレージ率演算部６５と、ＮＯ２−ＮＯｘ比演算部６６と、アッシュ因子演算部６７と、可燃性ＰＭ因子演算部６８と、ストレージ率因子演算部６９と、ＮＯ２−ＮＯｘ比因子演算部７０と、を備える。以下、各機能ブロックの機能について説明する。
【００３４】
アッシュ堆積量演算部６３は、フィルタの堆積物のうちフィルタ再生処理によって燃焼除去できないアッシュの量Q_ash[g]を推定する。アッシュは、主にエンジンオイルが燃焼することによって生成されることから、エンジンオイルの積算消費量に基づいて推定することができる。また、アッシュの量Q_ashは、概ね車両の走行距離に比例することから、車両の走行距離に基づいて推定してもよい。また上述のようにアッシュはフィルタの再生処理によって燃焼除去できないことから、例えばフィルタの再生処理の終了直後におけるフィルタの前後差圧に基づいてアッシュの量Q_ashを推定してもよい。また、これらの方法を組み合わせることによって精度良く推定してもよい。
【００３５】
可燃性ＰＭ堆積量演算部６４は、フィルタの堆積物のうちフィルタ再生処理によって燃焼除去できる可燃性ＰＭ（例えば、スート及びＳＯＦ等であり、堆積物からアッシュを除いたもの）の量Q_pm[g]を推定する。この可燃性ＰＭ量は、エンジンにおける燃料噴射量に比例することから、フィルタの再生処理の終了時を始期としたエンジンの燃料噴射量の積算値に基づいて推定することができる。また可燃性ＰＭは、排気中のＮＯ２と反応して酸化することから、後述のＮＯ２−ＮＯｘ比演算部６６によって算出されるＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値の履歴とフィルタ温度の履歴とに基づいて可燃性ＰＭ量Q_pmを減量側へ適宜補正することが好ましい。また、フィルタの堆積物の量は、フィルタの前後差圧に基づいて推定できることから、このようにして推定した堆積物の量から上述のアッシュ量Q_ashを減算することによって、可燃性ＰＭ量Q_pmを推定することもできる。また、これらの方法を組み合わせることによって精度良く推定してもよい。
【００３６】
ストレージ率演算部６５は、図２のストレージ補正演算部４２において算出されるＮＨ３ストレージ量の推定値の前回値ST_nh3_zと、最大ＮＨ３ストレージ量の推定値の前回値ST_nh3_max_zとを取得し、これらを除算することによって、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３のストレージ率R_nh3[%]を算出する。
【００３７】
ＮＯ２−ＮＯｘ比演算部６６は、フィルタの上流側に設けられた酸化触媒温度Tdoc[℃]と、可燃性ＰＭ堆積量演算部６４によって算出される可燃性ＰＭ量Q_pmを取得し、これらに基づいてＳＣＲ触媒における排気の実質的なＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値R_no2/nox[%]を推定する。上述のように、ＳＣＲ触媒の上流側に酸化触媒を設けることにより、ＳＣＲ触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比は、ＮＯｘ浄化率が最大となる５０％の近傍まで向上される。よって、ＮＯ２−ＮＯｘ比演算部６６は、例えば、酸化触媒温度Tdocが所定の活性温度より高い場合には推定値R_no2/noxを５０％近傍の値とし、酸化触媒温度Tdocが活性温度より低い場合には、温度が低下するほど推定値R_no2/noxを５０％以下で小さくする。またフィルタにＰ可燃性Ｍが堆積していると、排気中のＮＯ２の一部はＮＯに還元される。従って、ＮＯ２−ＮＯｘ比演算部６６は、可燃性ＰＭ量Q_pmが増加するほど推定値R_no2/noxを減少側へ適宜補正することが好ましい。
【００３８】
アッシュ因子演算部６７は、アッシュ堆積量演算部６３によって推定されたアッシュ量Q_ashに基づいて予め定められたアッシュ因子マップを検索することによって、フィルタに堆積するアッシュの量が最大ＮＨ３ストレージ量やＮＯｘ浄化率に及ぼす影響度合いを示すアッシュ因子の値F_ash[-]を算出する。このアッシュ因子マップによれば、アッシュ因子値F_ashは、０から１の間でアッシュ量Q_ashが増加するほど小さくなるように定められる。
【００３９】
可燃性ＰＭ因子演算部６８は、可燃性ＰＭ堆積量演算部６４によって推定された可燃性ＰＭ量Q_pmに基づいて予め定められた可燃性ＰＭ因子マップを検索することによって、フィルタに堆積する可燃性ＰＭの量が最大ＮＨ３ストレージ量やＮＯｘ浄化率に及ぼす影響度合いを示す可燃性ＰＭ因子の値F_pm[-]を算出する。この可燃性ＰＭ因子マップによれば、可燃性ＰＭ因子値F_pmは、０から１の間で可燃性ＰＭ量Q_pmが増加するほど小さくなるように定められる。
【００４０】
ストレージ率因子演算部６９は、ストレージ率演算部６５によって算出されたストレージ率R_nh3に基づいて予め定められたストレージ率因子マップを検索することによって、ストレージ率がＮＯｘ浄化率に及ぼす影響度合いを示すストレージ率因子の基本値F_nh3_bs[-]を算出する。このストレージ率因子マップによれば、基本値F_nh3_bsは、０から１の間でストレージ率R_nh3が増加するほど大きくなるように定められる。
【００４１】
ところで、フィルタに可燃性ＰＭやアッシュが堆積していると、ＳＣＲ触媒の有効面積が低下するため、その分だけＮＨ３ストレージ率R_nh3に対するＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化機能が低下する。したがってストレージ率因子演算部６９では、アッシュ因子値F_ash及び可燃性ＰＭ因子値F_pmを取得し、これら因子の値を基本値F_nh3_bsに乗算することによって減少側に補正した値をストレージ率因子値F_nh3[-]とする。
【００４２】
ＮＯ２−ＮＯｘ比因子演算部７０は、ＮＯ２−ＮＯｘ比演算部６６によって算出されたＮＯ２−ＮＯｘ比の推定値R_no2/noxに基づいて予め定められたＮＯ２−ＮＯｘ比因子マップを検索することによって、ＳＣＲ触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比がＮＯｘ浄化率に及ぼす影響度合いを示すＮＯ２−ＮＯｘ比因子の値F_no2/nox[-]を算出する。このＮＯ２−ＮＯｘ比因子マップによれば、ＮＯ２−ＮＯｘ比因子値F_no2/noxは、０から１の間で、かつ、推定値R_no2/noxが５０％において最大となり、５０％から離れるに従って小さくなるように定められる。
【００４３】
最大ＮＨ３ストレージ量演算部６１は、温度センサの検出信号に基づいて算出されるＳＣＲ触媒温度Tscr[℃]を取得し、この触媒温度Tscrに基づいて予め定められた基本マップ６１Ｍを検索することによって、最大ＮＨ３ストレージ量の基本値ST_nh3_max_bs[mg]を算出する。この基本マップ６１Ｍによれば、基本値ST_nh3_max_bsは、基本的には触媒温度Tscrが高くなるほど小さくなるように定められる。なおこの基本マップ６１Ｍは、堆積物が無い新品の状態におけるフィルタを用いた試験によって構築される。
【００４４】
フィルタに可燃性ＰＭやアッシュが堆積していると、ＳＣＲ触媒の有効面積が低下し、これによってＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵機能も低下する。よって最大ＮＨ３ストレージ量演算部６１では、この点を考慮すべくアッシュ因子値F_ash及び可燃性ＰＭ因子値F_pmを取得し、これら２つの因子の値を基本値ST_nh3_max_bsに乗算することによって減量側に補正した値を最大ＮＨ３ストレージ量の推定値ST_nh3_maxとする（ST_nh3_max＝ST_nh3_max_bs×F_ash×F_pm）。
【００４５】
ＮＯｘ浄化率演算部６２は、ＳＣＲ触媒温度Tscrと、エアフローメータの検出信号に基づいて算出されるＳＣＲ触媒における空間速度SV[1/hr]とを取得し、これら触媒温度Tscr及び空間速度SVに基づいて予め定められた基本マップ６２Ｍを検索することによって、ＮＯｘ浄化率の基本値ηbsを算出する。この基本マップ６２Ｍによれば、基本値ηbsは、基本的には触媒温度Tscrが高くなるほど高くなるように定められる。また基本値ηbsは、基本的には空間速度SVが増加するほど高くなるように定められる。なおこの基本マップ６２Ｍも、上記基本マップ６１Ｍと同様に堆積物が無い新品の状態におけるフィルタを用いた試験によって構築される。
【００４６】
ところでフィルタに可燃性ＰＭやアッシュが堆積していると、ＳＣＲ触媒の有効面積が低下し、これによってＳＣＲ触媒における空間速度も低下する。そこでＮＯｘ浄化率演算部６２は、アッシュ因子値F_ash及び可燃性ＰＭ因子値F_pmを取得し、これら２つの因子の値をエアフローメータの検出信号に基づいて算出される理論的な空間速度SVに乗算することによって減少側に補正した値SV_effをマップ６２Ｍの入力として用いることによって、基本値ηbsを算出する。
【００４７】
また、上述のようにＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化機能は、ＳＣＲ触媒におけるＮＨ３ストレージ率及びＮＯ２−ＮＯｘ比とも相関がある。そこでＮＯｘ浄化率演算部６２は、この点を考慮すべく、ストレージ率因子値F_nh3及びＮＯ２−ＮＯｘ比因子値F_no2/noxを取得し、これら因子の値を基本値ηbsに乗算することによって減少側に補正した値をＮＯｘ浄化率の推定値ηとする（η＝ηbs×F_ash×F_pm）。
【００４８】
ここで、因子演算部６７，６８において因子値F_ash,F_pmを算出するために参照されるマップの相違について説明する。先ず、可燃性ＰＭはフィルタ再生処理が実行されればその都度除去されるのに対し、アッシュはフィルタ再生処理が実行されても除去されず累積的に堆積する。このため、可燃性ＰＭとアッシュとではフィルタへの堆積態様が異なる。より具体的には、アッシュは、可燃性ＰＭよりもフィルタの後流側に溜まる傾向がある。このため、上述のようにフィルタに堆積したアッシュ及び可燃性ＰＭは、何れもフィルタにおける空間速度及び触媒有効面積を低下させる作用があるものの、その作用の大きさは可燃性ＰＭよりもアッシュの方が大きい。よって、演算部６７で用いられるアッシュ因子マップと演算部６８で用いられる可燃性ＰＭ因子マップとは、このようなアッシュ及び可燃性ＰＭの空間速度及び触媒有効面積の低下に及ぼす影響の相違が反映されるように定められることが好ましい。より具体的には、これら２つのマップへの入力に相当する量Q_ash,Q_pmが等しいとした場合、因子値F_pmよりも因子値F_ashの方が小さくなるように、これらアッシュ因子マップ及び可燃性ＰＭ因子マップは定められることが好ましい。
【００４９】
また、可燃性ＰＭには排気中のＮＯ２をＮＯに還元し、フィルタにおけるＮＯ２−ＮＯｘ比を変化させる作用があるが、アッシュはこのような作用がない。よって、このような可燃性ＰＭとアッシュとの相違を反映させるため、ＮＯ２−ＮＯｘ比演算部６６には、可燃性ＰＭ堆積量演算部６４において算出された可燃性ＰＭ量Q_pmのみを入力し、アッシュ堆積量演算部６３において算出されたアッシュ量Q_ashは入力しない。
【００５０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【００５１】
例えば上記実施形態では、最大ＮＨ３ストレージ量演算部６１において最大ＮＨ３ストレージ量の基本値ST_nh3_max_bsを補正するために用いたアッシュ因子値F_ash及び可燃性ＰＭ因子値F_pmと、ＮＯｘ浄化率演算部６２において空間速度SVを補正するために用いたアッシュ因子値F_ash及び可燃性ＰＭ因子値F_pmとは、同じであるとしたが、本発明はこれに限らない。上述のように、これら因子値は、０から１の間で規格化していることから、これら因子値を用いることにより、アッシュ量及び可燃性ＰＭ量に応じて最大ＮＨ３ストレージ量の基本値及び空間速度をそれぞれ適切な方向へ補正することができる。しかしながら、ＮＨ３ストレージ量と空間速度とは次元の異なる物理量であることから、共通の因子を用いたのでは、適切な値に補正できない場合がある。このような場合には、ＮＨ３ストレージ量及び空間速度が適切な値に補正されるように、最大ＮＨ３ストレージ量演算部６１及びＮＯｘ浄化率演算部６２の何れかに入力する因子値(Fash,F_pm)には適当な補正係数を乗算してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…エンジン（内燃機関）
２…排気浄化装置
３３…排気浄化フィルタ（フィルタ）
３５…尿素水インジェクタ（還元剤供給装置）
４…ＥＣＵ（堆積量取得手段、ＳＣＲパラメータ推定手段、還元剤供給量制御手段）
４５…ＳＣＲパラメータ推定部（ＳＣＲパラメータ推定手段）
６１…最大ＮＨ３ストレージ量演算部（ＳＣＲパラメータ推定手段）
６２…ＮＯｘ浄化率演算部（ＳＣＲパラメータ推定手段）
６３…アッシュ堆積量演算部（堆積量取得手段）
６４…可燃性ＰＭ堆積量演算部（堆積量取得手段）
６７…アッシュ因子演算部
６８…可燃性ＰＭ因子演算部
Q_ash…アッシュ量
Q_pm…可燃性ＰＭ量
F_ash…アッシュ因子値
F_pm…可燃性ＰＭ因子値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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