(57)【要約】【課題】フィルタの隔壁内に堆積しているＰＭ量を推定すると共に、このＰＭ量に基づいて還元剤供給量を調整する。【解決手段】ＰＭが酸化されずにフィルタの隔壁内にＰＭが堆積している途中における総ＰＭ堆積量の変化量に対する補正差圧の変化量の比を第一傾きとし、ＰＭが酸化されずにフィルタの隔壁の表面上にＰＭが堆積しているときにおける総ＰＭ堆積量の変化量に対する補正差圧の変化量の比を第二傾きとし、総ＰＭ堆積量が０のときの補正差圧を基準補正差圧として、フィルタの総ＰＭ堆積量と、フィルタの差圧を排気の流量で除算した値である補正差圧と、に基づいて、以下の式：壁内ＰＭ堆積量＝（補正差圧−第二傾き・総ＰＭ堆積量−基準補正差圧）／（第一傾き−第二傾き）により壁内ＰＭ堆積量を推定し、壁内ＰＭ堆積量が多いときは少ないときよりも還元剤供給量が少なくなるように還元剤供給量を補正する。【選択図】図１３
2017110596.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該排気通路内にアンモニアの前駆体またはアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、
前記還元剤供給装置よりも下流の排気通路に設けられ、還元剤によりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を担持し、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタよりも上流側の排気の圧力と前記フィルタよりも下流側の排気の圧力との差である差圧を排気の流量で除算した値である補正差圧を取得する補正差圧取得部と、
前記フィルタに流入する粒子状物質の量及び前記フィルタにおいて酸化により減少する粒子状物質の量を積算することにより、前記フィルタに堆積している粒子状物質の総量である総ＰＭ堆積量を推定する総堆積量推定部と、
粒子状物質が酸化されずに前記フィルタの隔壁内に粒子状物質が堆積している途中における総ＰＭ堆積量の変化量に対する補正差圧の変化量の比を第一傾きとし、粒子状物質が酸化されずに前記フィルタの隔壁の表面上に粒子状物質が堆積しているときにおける総ＰＭ堆積量の変化量に対する補正差圧の変化量の比を第二傾きとし、総ＰＭ堆積量が０のときの補正差圧を基準補正差圧として、前記総堆積量推定部により推定される総ＰＭ堆積量と前記補正差圧取得部により取得される補正差圧とに基づいて、以下の式：
壁内ＰＭ堆積量＝（補正差圧−第二傾き・総ＰＭ堆積量−基準補正差圧）／（第一傾き−第二傾き）
により前記フィルタの隔壁内に堆積している粒子状物質の量である壁内ＰＭ堆積量を推定する壁内堆積量推定部と、
前記壁内堆積量推定部により推定される壁内ＰＭ堆積量が多いときは少ないときよりも還元剤供給量が少なくなるように前記還元剤供給装置からの還元剤供給量を補正する還元剤供給量補正部と、
を備える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】
アンモニアを還元剤として使用することで、内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）が知られている。このＮＯｘ触媒よりも上流側には、排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を添加する添加弁等が設置される。アンモニアの前駆体としては、尿素を例示できる。以下、アンモニアの前駆体またはアンモニアをまとめて「還元剤」ともいう。
【０００３】
ここで、ＮＯｘ触媒よりも上流側にフィルタを備えた構成において、フィルタに粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）が捕集されている場合には、このＰＭによって排気中のＮＯ２がＮＯに還元される。これにより、ＮＯｘを浄化するためにＮＯｘ触媒に供給する還元剤の適正量が変化する。このため、フィルタにおけるＰＭ堆積量に基づいてＮＯｘ触媒へ供給する還元剤量を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９３６０６号公報
【特許文献２】特開２００１−１９３４４０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"Physico-Chemical Modeling of an Integrated SCR on DPF (SCR/DPF) System," SAE International Journal of Engines, August 2012 vol. 5 no. 3, 958-974
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ＮＯｘ触媒を担持したフィルタが知られている。このＮＯｘ触媒を担持したフィルタにおいては、アンモニアの飽和吸着量が、フィルタの隔壁内（すなわち、隔壁に形成された細孔内）のＰＭ堆積量に応じては変化するが、フィルタの隔壁の表面上のＰＭ堆積量に応じては変化しないことが判明した。このため、単にＰＭ堆積量に応じて還元剤供給量を調整しても、ＰＭが堆積している場所によっては還元剤供給量が適正でない虞もある。一方、フィルタの壁内のＰＭ堆積量に基づいて還元剤供給量を調整することで適正量の還元剤を供給することが可能となるが、フィルタの壁内のＰＭ堆積量を求めることは困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、フィルタの壁内に堆積しているＰＭ量を推定すると共に、このＰＭ量に基づいて還元剤供給量を調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ該排気通路内にアンモニアの前駆体またはアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、前記還元剤供給装置よりも下流の排気通路に設けられ、還元剤によりＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を担持し、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタよりも上流側の排気の圧力と前記フィルタよりも下流側の排気の圧力との差である差圧を排気の流量で除算した値である補正差圧を取得する補正差圧取得部と、前記フィルタに流入す
る粒子状物質の量及び前記フィルタにおいて酸化により減少する粒子状物質の量を積算することにより、前記フィルタに堆積している粒子状物質の総量である総ＰＭ堆積量を推定する総堆積量推定部と、粒子状物質が酸化されずに前記フィルタの隔壁内に粒子状物質が堆積している途中における総ＰＭ堆積量の変化量に対する補正差圧の変化量の比を第一傾きとし、粒子状物質が酸化されずに前記フィルタの隔壁の表面上に粒子状物質が堆積しているときにおける総ＰＭ堆積量の変化量に対する補正差圧の変化量の比を第二傾きとし、総ＰＭ堆積量が０のときの補正差圧を基準補正差圧として、前記総堆積量推定部により推定される総ＰＭ堆積量と前記補正差圧取得部により取得される補正差圧とに基づいて、以下の式：壁内ＰＭ堆積量＝（補正差圧−第二傾き・総ＰＭ堆積量−基準補正差圧）／（第一傾き−第二傾き）により前記フィルタの隔壁内に堆積している粒子状物質の量である壁内ＰＭ堆積量を推定する壁内堆積量推定部と、前記壁内堆積量推定部により推定される壁内ＰＭ堆積量が多いときは少ないときよりも還元剤供給量が少なくなるように前記還元剤供給装置からの還元剤供給量を補正する還元剤供給量補正部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フィルタの壁内に堆積しているＰＭ量を推定すると共に、このＰＭ量に基づいて還元剤供給量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系と、の概略構成を示す図である。
【図２】還元剤供給量を求めるためのブロック図である。
【図３】フィルタの壁内に堆積しているＰＭ量と飽和吸着量との関係を示している。
【図４】フィルタの隔壁の表面上に堆積しているＰＭ量と飽和吸着量との関係を示している。
【図５】フィルタにＰＭが堆積していない場合における、ＮＯｘ触媒の総アンモニア吸着量と、フィルタから流出するアンモニアの濃度と、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率との推移を示したタイムチャートである。
【図６】フィルタの隔壁内にＰＭが堆積している場合における、ＮＯｘ触媒の総アンモニア吸着量と、フィルタから流出するアンモニアの濃度と、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率との推移を示したタイムチャートである。
【図７】触媒温度と飽和吸着量との関係を示した図である。
【図８】触媒温度、総アンモニア吸着量、流出アンモニア濃度の推移を示したタイムチャートである。
【図９】フィルタにおける総ＰＭ堆積量と、飽和吸着量と、の関係を示した図である。
【図１０】フィルタにおける総ＰＭ堆積量と、フィルタ差圧を排気の流量で除算した値である補正差圧と、の関係を示した図である。
【図１１】総ＰＭ堆積量と、補正差圧との関係を示した図である。
【図１２】壁内ＰＭ堆積量と、触媒温度と、アンモニア脱離量を補正するための補正係数との関係を示した図である。
【図１３】実施例に係る還元剤供給制御のフローを示したフローチャートである。
【図１４】還元剤供給量を補正するためのブロック図である。
【図１５】壁内ＰＭ堆積量に対する、補正係数、総アンモニア吸着量、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率、触媒温度が上昇した場合の流出アンモニア濃度を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨
のものではない。
【００１２】
（実施例）
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系と、の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、内燃機関１はガソリンエンジンであってもよい。
【００１３】
内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒３１（以下、「ＮＯｘ触媒３１」という。）を担持したフィルタ３が設けられている。フィルタ３は、排気中のＰＭを捕集するウォールフロー型のフィルタである。また、ＮＯｘ触媒３１は、アンモニアを吸着し、該アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。
【００１４】
また、ＮＯｘ触媒３１よりも上流の排気通路２には、還元剤を噴射する添加弁４が設けられている。還元剤には、アンモニア（ＮＨ３）が用いられる。なお、添加弁４は、アンモニアに代えて、アンモニアの前駆体である尿素水を噴射してもよい。添加弁４から噴射された尿素水は、排気の熱またはＮＯｘ触媒３１からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、ＮＯｘ触媒３１に吸着する。このアンモニアは、ＮＯｘ触媒３１において還元剤として利用される。すなわち、添加弁４からは、アンモニアに変化する物質、または、アンモニアを供給すればよい。なお、本実施例においては添加弁４が、本発明における還元剤供給装置に相当する。
【００１５】
さらに、添加弁４よりも上流の排気通路２には、フィルタ３に流れ込む排気中のＮＯｘを検出する上流側ＮＯｘセンサ１１が設けられている。また、フィルタ３よりも下流の排気通路２には、フィルタ３から流れ出る排気中のＮＯｘを検出する下流側ＮＯｘセンサ１２と、排気温度を検出する温度センサ１３と、が設けられている。さらに、排気通路２には、フィルタ３よりも上流側の排気の圧力とフィルタ３よりも下流側の排気の圧力との差であるフィルタ差圧を検出する差圧センサ１７が設けられている。
【００１６】
また、内燃機関１には、吸気通路６が接続されている。吸気通路６の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル７が設けられている。また、スロットル７よりも上流の吸気通路６には、内燃機関１の吸入空気量を検知するエアフローメータ１６が取り付けられている。
【００１７】
そして、内燃機関１には電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、上述した上流側ＮＯｘセンサ１１、下流側ＮＯｘセンサ１２、温度センサ１３、エアフローメータ１６、差圧センサ１７の他、クランクポジションセンサ１４及びアクセル開度センサ１５が電気的に接続され、各センサの出力値がＥＣＵ１０に渡される。
【００１８】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１４の検知に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ１５の検知に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。なお、本実施例では、フィルタ３に流れ込む排気中のＮＯｘは上流側ＮＯｘセンサ１１によって検出可能であるが、内燃機関１から排出される排気（ＮＯｘ触媒３１に浄化される前の排気であり、すなわちフィルタ３に流れ込む排気）に含まれるＮＯｘは、内燃機関１の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態に基づいて、推定することも可能である。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１３によって検出される排気温度に基づいて、フィルタ３及びＮＯｘ触媒３１の温度を検出することが可能である。なお、フィルタ３とＮＯｘ触媒３１とは一体であるため、フィルタ３の温度とＮＯｘ触媒３１の温度は等しいものとみなすことができる。また、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態に基
づいて、フィルタ３及びＮＯｘ触媒３１の温度を推定することも可能である。一方、ＥＣＵ１０には、添加弁４及びスロットル７が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００１９】
ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３１のアンモニア吸着量が、ＮＯｘ触媒３１におけるアンモニア吸着量の目標値（以下、目標吸着量ともいう。）となるように、添加弁４から還元剤を供給する。この際、ＥＣＵ１０は、前回の還元剤の供給開始時点から今回の還元剤の供給開始時点までの期間（以下、供給間隔ともいう。）における、ＮＯｘ触媒３１においてＮＯｘを浄化するために消費されたアンモニア量（以下、アンモニア消費量ともいう。）と、ＮＯｘ触媒３１から脱離してＮＯｘを浄化することなく減少したアンモニア量（以下、アンモニア脱離量ともいう。）と、を補うように、添加弁４から添加する還元剤量（以下、還元剤供給量ともいう。）を算出する。このため、ＥＣＵ１０は、供給間隔中にフィルタ３に流入するＮＯｘ量（以下、流入ＮＯｘ量ともいう。）、ＮＯｘ触媒３１の温度（以下、触媒温度ともいう。）、ＮＯｘ触媒３１における目標吸着量に基づいて、還元剤供給量を算出する。
【００２０】
図２は還元剤供給量を求めるためのブロック図である。この図２は、ＥＣＵ１０での処理で実現される機能をイメージ化したものである。アンモニア消費量は、流入ＮＯｘ量、触媒温度、目標吸着量に基づいて得ることができる。また、アンモニア脱離量は、触媒温度及び目標吸着量に基づいて得ることができる。単位時間当たりにＮＯｘ触媒３１に流入するＮＯｘ量は、排気のＮＯｘ濃度と排気の流量とに関連しており、排気の流量はエアフローメータ１６により検出される吸入空気量と関連している。したがって、上流側ＮＯｘセンサ１１の検出値及びエアフローメータ１６の検出値に基づいて、単位時間当たりにＮＯｘ触媒３１に流入するＮＯｘ量を算出値し、このＮＯｘ量を積算することにより、流入ＮＯｘ量を算出することができる。また、触媒温度は、温度センサ１３により検出することができる。還元剤供給量を算出するときに用いる触媒温度には、前回の還元剤の供給開始時点のＮＯｘ触媒３１の温度、今回の還元剤の供給開始時点のＮＯｘ触媒３１の温度、または、供給間隔中のＮＯｘ触媒３１の温度の平均値を用いることができる。さらに、目標吸着量は、今回の還元剤の供給開始時点での内燃機関１の運転状態に基づいて決定されるアンモニア吸着量である。目標吸着量は、ＮＯｘ触媒３１において所望のＮＯｘ浄化率を確保でき、且つ、フィルタ３からのアンモニアの流出量を許容範囲内に抑制することができる値として、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。アンモニア消費量は、触媒温度が高いほど多くなり、流入ＮＯｘ量が多いほど多くなり、目標吸着量が多いほど多くなる。アンモニア脱離量は、触媒温度が高いほど多くなり、目標吸着量が多いほど多くなる。なお、アンモニア脱離量は、ラングミュアの吸着等温式などを利用して算出すこともできる。そしてＥＣＵ１０は、ＮＯｘ触媒３１におけるアンモニア消費量と、ＮＯｘ触媒３１におけるアンモニア脱離量と、の総量を還元剤供給量とする。
【００２１】
ところで、フィルタ３にＰＭが堆積している場合には、ＰＭが堆積していない場合よりも、ＮＯｘ触媒３１が吸着可能なアンモニア量（以下、飽和吸着量ともいう。）が増加することが見出された。ここで、図３は、フィルタ３の隔壁内に堆積しているＰＭ量（以下、壁内ＰＭ堆積量ともいう。）と飽和吸着量との関係を示している。一方、図４は、フィルタ３の隔壁の表面上に堆積しているＰＭ量（以下、表層ＰＭ堆積量ともいう。）と飽和吸着量との関係を示している。ＰＭがフィルタ３の隔壁内に堆積している途中では、壁内ＰＭ堆積量が増加するにしたがって飽和吸着量も増加するが、ＰＭがフィルタ３の隔壁の表面上に堆積している途中では、表層ＰＭ堆積量が増加したとしても飽和吸着量は増加しない。なお、ＰＭがフィルタ３に堆積するときには、まずは隔壁内に堆積し、隔壁内へのＰＭの堆積が終了した後に、隔壁の表面上に堆積することが判明している。したがって、ＰＭが隔壁内に堆積している途中では、ＰＭの堆積量が増加するにしたがって飽和吸着量が増加するが、隔壁内へのＰＭの堆積が終了してＰＭが隔壁の表面上に堆積するようにな
ると、ＰＭの堆積量が増加しても飽和吸着量は増加しない。
【００２２】
ここで、還元剤供給量が変化しない場合であっても、飽和吸着量が増加することにより、ＮＯｘ触媒３１に吸着されるアンモニアの総量（以下、総アンモニア吸着量ともいう。）が増加する。しかし、総アンモニア吸着量が増加すると、触媒温度が上昇したときに、ＮＯｘ触媒３１から脱離するアンモニア量も増加するため、ＮＯｘ触媒３１から流れ出るアンモニア量が多くなる虞がある。
【００２３】
ここで、図５は、フィルタ３にＰＭが堆積していない場合における、ＮＯｘ触媒３１の総アンモニア吸着量と、フィルタ３から流出するアンモニアの濃度（流出アンモニア濃度）と、ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率との推移を示したタイムチャートである。また、図６は、フィルタ３の隔壁内にＰＭが堆積している場合における、ＮＯｘ触媒３１の総アンモニア吸着量と、フィルタ３から流出するアンモニアの濃度（流出アンモニア濃度）と、ＮＯｘ触媒３１のＮＯｘ浄化率との推移を示したタイムチャートである。図５及び図６は、後述する本実施例に係る還元剤供給量の補正を実施していない場合であって、図５と図６とで同量の還元剤を供給した場合を示している。実線は実測値を示し、一点鎖線は目標値を示している。図５においては、実測値と目標値とは略等しい。また、総アンモニア吸着量における「制御目標値」は、総アンモニア吸着量の最終的な目標値を示している。
【００２４】
図５に示されるように、フィルタ３にＰＭが堆積していない場合には、総アンモニア吸着量、流出アンモニア濃度、ＮＯｘ濃度の何れも実測値と目標値とが略等しい。一方、図６に示されるように、フィルタ３にＰＭが堆積している場合には、ＮＯｘ触媒３１の飽和吸着量の増加により、総アンモニア吸着量の実測値が目標値よりも大きくなる。このため、流出アンモニア濃度が増加を始める時期が、フィルタ３にＰＭが堆積していない場合よりも遅れる。さらに、フィルタ３にＰＭが堆積している場合には、堆積していない場合よりも、流出アンモニア濃度が収束するまでの時間が長くなる。また、総アンモニア吸着量が増加することによりＮＯｘ浄化率が増加するため、ＮＯｘ浄化率が必要以上に高くなってしまう。ＮＯｘ浄化率が高くなると、消費されるアンモニア量が増加するため、流出アンモニア濃度が低くなる。
【００２５】
そして、ＮＯｘ触媒３１の温度が低温から高温へ変化した場合には、ＮＯｘ触媒３１からアンモニアが脱離するが、このときには総アンモニア吸着量が多いほど、ＮＯｘ触媒３１から脱離するアンモニア量が多くなる。ここで、図７は、触媒温度と飽和吸着量との関係を示した図である。実線はフィルタ３の隔壁内にＰＭが堆積している場合を示し、一点鎖線はフィルタ３にＰＭが堆積していない場合を示している。何れも触媒温度が低いほど、飽和吸着量が多くなるが、フィルタ３にＰＭが堆積している場合には、堆積していない場合よりも、低温側で飽和吸着量がより多くなる。すなわち、ＰＭが堆積している影響は、低温側ほど大きいといえる。したがって、触媒温度が低温から高温へ変化したときの飽和吸着量の変化量は、フィルタ３の隔壁内にＰＭが堆積している場合の方が、ＰＭが堆積していない場合よりも大きい。例えば、触媒温度が図７におけるＴＡからＴＢへ上昇した場合、フィルタ３の隔壁内にＰＭが堆積している場合には飽和吸着量がＧＡだけ減少し、フィルタ３にＰＭが堆積していない場合には飽和吸着量がＧＢだけ減少する。そして、ＧＢよりもＧＡのほうが大きい。このため、触媒温度がＴＡからＴＢに変化したときには、フィルタ３の隔壁内にＰＭが堆積している場合の方が、ＰＭが堆積していない場合よりも、飽和吸着量の減少量が大きくなるため、ＮＯｘ触媒３１からアンモニアが脱離し易い。
【００２６】
図８は、触媒温度、総アンモニア吸着量、流出アンモニア濃度の推移を示したタイムチャートである。実線はフィルタ３の隔壁内にＰＭが堆積している場合を示し、一点鎖線はフィルタ３にＰＭが堆積していない場合を示している。図８は、内燃機関１の運転状態の変化により触媒温度が上昇した場合を示しており、触媒温度の上昇度合いは、フィルタ３
の隔壁内にＰＭが堆積している場合と、フィルタ３にＰＭが堆積していない場合とで等しい。そして、触媒温度の上昇にしたがって、飽和吸着量が減少するため、総アンモニア吸着量が減少する。ただし、フィルタ３にＰＭが堆積していない場合よりも、フィルタ３にＰＭが堆積している場合の方が、総アンモニア吸着量の減少量が大きくなる。このため、触媒温度が上昇したときの流出アンモニア濃度は、フィルタ３にＰＭが堆積していない場合よりも、フィルタ３にＰＭが堆積している場合の方が高くなる。
【００２７】
次に、図９は、フィルタ３におけるＰＭ堆積量の総量（以下、総ＰＭ堆積量ともいう。）と、飽和吸着量と、の関係を示した図である。なお、図９は、ＰＭが途中で酸化されることなく堆積した場合における総ＰＭ堆積量と飽和吸着量との関係を示している。図９においてＧ１は、隔壁内へのＰＭの堆積が終了したときの総ＰＭ堆積量を示している。したがって、総ＰＭ堆積量がＧ１以下の場合には、壁内ＰＭ堆積量が増加している状態であり、総ＰＭ堆積量がＧ１よりも多い場合には、表層ＰＭ堆積量が増加している状態である。壁内ＰＭ堆積量が増加している途中、すなわち、総ＰＭ堆積量がＧ１以下の場合では、総ＰＭ堆積量が増加するにしたがって、飽和吸着量が増加する。一方、表層ＰＭ堆積量が増加している途中、すなわち総ＰＭ堆積量がＧ１よりも多い場合には、総ＰＭ堆積量が増加したとしても、飽和吸着量は増加しない。したがって、飽和吸着量は、壁内ＰＭ堆積量によって変化する。そうすると、触媒温度が上昇したときの流出アンモニア濃度の上昇度合いも、壁内ＰＭ堆積量によって変化するといえる。このため、本実施例では、還元剤の供給に関する他の条件が同じ場合には、壁内ＰＭ堆積量が多いときは少ないときよりも還元剤供給量が少なくなるようにＥＣＵ１０が還元剤供給量を調整する。
【００２８】
図１０は、フィルタ３における総ＰＭ堆積量と、フィルタ差圧を排気の流量で除算した値である補正差圧と、の関係を示した図である。補正差圧を用いるのは、フィルタ差圧から排気の流量の影響を排除するためである。図１０は、ＰＭが途中で酸化されることなく堆積した場合の総ＰＭ堆積量と補正差圧との関係を示している。図１０においてＧ１は、図９におけるＧ１と対応しており、フィルタ３の隔壁内へのＰＭの堆積が終了したときの総ＰＭ堆積量を示している。総ＰＭ堆積量がＧ１以下の場合には、総ＰＭ堆積量の変化量に対する補正差圧の変化量の比（すなわち、推移を示す線の傾き）は比較的大きい。一方、総ＰＭ堆積量がＧ１よりも多い場合には、総ＰＭ堆積量の変化量に対する補正差圧の変化量の比は、総ＰＭ堆積量がＧ１以下の場合と比較して小さい。これは、フィルタ３の隔壁内にＰＭが堆積するにしたがって、排気が細孔を通過する際の抵抗が大きくなるが、フィルタ３の隔壁の表面にＰＭが堆積しても、排気が通過する際の抵抗には影響しないためである。
【００２９】
図９及び図１０は、堆積しているＰＭが酸化により減少しない場合を示している。この場合、補正差圧に対応する総ＰＭ堆積量を一義的に求めることができるため、検出した補正差圧から、図１０の関係にしたがって、壁内ＰＭ堆積量を求めることができる。そして、この壁内ＰＭ堆積量にしたがって還元剤供給量を調整することができる。しかし、内燃機関１の運転状態によっては、フィルタ３に堆積しているＰＭが酸化されることにより減少することもある。この場合、総ＰＭ堆積量と補正差圧とが図１０に示した関係になるとは限らない。すなわち、補正差圧に対応する総ＰＭ堆積量を一義的に求めることができない。したがって、補正差圧から図１０の関係を用いて壁内ＰＭ堆積量を求めることが困難になる。そこで本実施例では、現時点における総ＰＭ堆積量の推定値（以下、推定ＰＭ堆積量ともいう。）及び補正差圧に基づいて壁内ＰＭ堆積量を推定する。
【００３０】
推定ＰＭ堆積量は、差圧センサ１７の検出値を用いずに求める。本実施例では、推定ＰＭ堆積量は、フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭ量の積算値から、フィルタ３で単位時間当たりに酸化により減少するＰＭ量の積算値を減少することにより得ることができる。フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭ量は、内燃機関１の運転状態（機関回
転速度及び機関負荷）と関係がある。したがって、この関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、内燃機関１の運転状態から、フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭ量を求めることができる。なお、フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭ量は、センサによって検出することもできる。フィルタ３で単位時間当たりに酸化により減少するＰＭ量は、フィルタ３の温度及び内燃機関１の運転状態等に基づいて算出することができる。なお、推定ＰＭ堆積量の算出方法はこれに限らず、周知の技術を用いることもできる。また、現時点の補正差圧は、差圧センサ１７及びエアフローメータ１６の検出値に基づいて得ることができる。
【００３１】
図１１は、総ＰＭ堆積量と、補正差圧との関係を示した図である。図１１は、総ＰＭ堆積量と補正差圧との関係を直線を用いて近似している。実線は、ＰＭが酸化されずにフィルタ３の隔壁内に堆積した場合の軌跡を示しており、一点鎖線は、ＰＭが酸化されずにフィルタ３の隔壁の表面上に堆積した場合の軌跡を示している。横軸をＸとし、縦軸をＹとした場合に、実線をＹ＝Ａ１・Ｘ＋Ｃ１で表し、一点鎖線をＹ＝Ｂ１・Ｘ＋Ｄ１で表している。ＰＭが酸化されずにフィルタ３の隔壁内に堆積した場合の軌跡（実線）、及び、ＰＭが酸化されずにフィルタ３の隔壁の表面上に堆積した場合の軌跡（一点鎖線）は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。ＰＭが酸化されずにフィルタ３に堆積した場合には、ＰＭはまずは隔壁内に堆積し、総ＰＭ堆積量がＧ１になると隔壁内には堆積せずに隔壁の表面上に堆積するようになる。図１１において、現時点における推定ＰＭ堆積量をＥ１とし、現時点の補正差圧をＦ１としている。すなわち、点（Ｅ１，Ｆ１）は、現時点の推定ＰＭ堆積量及び現時点の補正差圧を示した点である。
【００３２】
ここで、フィルタ３の隔壁内に堆積していたＰＭのみが減少した場合には、推定ＰＭ堆積量と補正差圧との関係は、Ｙ＝Ａ１・Ｘ＋Ｃ１で示される直線と平行に推移すると考えられる。一方、フィルタ３の隔壁の表面上に堆積していたＰＭのみが減少した場合には、推定ＰＭ堆積量と補正差圧との関係は、Ｙ＝Ｂ１・Ｘ＋Ｄ１で示される直線と平行に推移すると考えられる。このため、点（Ｅ１，Ｆ１）がＹ＝Ｂ１・Ｘ＋Ｄ１で示される直線から外れている場合には、壁内ＰＭ堆積量が酸化により減少しているものと考えられる。この場合には、飽和吸着量も変化している。点（Ｅ１，Ｆ１）から隔壁の表面上のＰＭのみを除去したと仮定した場合には、点（Ｅ１，Ｆ１）を通り、Ｙ＝Ｂ１・Ｘ＋Ｄ１と平行な直線上を、総ＰＭ堆積量及び補正差圧が推移すると考えられる。このときの直線を図１１では二点鎖線で示されており、この二点鎖線はＹ＝Ｂ１・Ｘ＋（Ｆ１−Ｂ１・Ｅ１）の式で表すことができる。そして、Ｙ＝Ｂ１・Ｘ＋（Ｆ１−Ｂ１・Ｅ１）と、Ｙ＝Ａ１・Ｘ＋Ｃ１と、の交点は、隔壁の表面上のＰＭが全て無くなったと仮定した場合における総ＰＭ堆積量及び補正差圧を示している。すなわち、このときの総ＰＭ堆積量は、壁内ＰＭ堆積量のみを示している。
【００３３】
以上をまとめると、現時点における推定ＰＭ堆積量がＥ１であり、現時点の補正差圧がＦ１である場合には、現時点における壁内ＰＭ堆積量は以下に示した式（１）により求めることができる。
壁内ＰＭ堆積量＝（Ｆ１−Ｂ１・Ｅ１−Ｃ１）／（Ａ１−Ｂ１）・・・式（１）
図１１において「Ａ１」，「Ｂ１」，「Ｃ１」は予め求めることができる値であり、ＥＣＵ１０に備わるメモリ内に保持されている。なお、Ａ１は本発明における第一傾きに相当し、Ｂ１は本発明における第二傾きに相当し、Ｃ１は本発明における基準補正差圧に相当し、Ｅ１は本発明における総ＰＭ堆積量に相当し、Ｆ１は本発明における補正差圧に相当する。
【００３４】
ここで、飽和吸着量は、壁内ＰＭ堆積量と相関関係がある。したがって、壁内ＰＭ堆積量を正確に求めることができれば、そのときの飽和吸着量をより正確に求めることができる。飽和吸着量が多くなると、図７及び図８で説明したように、触媒温度が低温から高温
に変化したときに流出アンモニア濃度が増加する虞がある。そこで本実施例では、壁内ＰＭ堆積量が多いときは、少ないときよりも還元剤供給量が少なくなるように、補正係数を用いて還元剤供給量を補正する。これにより、触媒温度が上昇したときにＮＯｘ触媒３１から脱離するアンモニア量を減少させる。なお、壁内ＰＭ堆積量がＧ１に達した後、すなわち、隔壁の表面上にＰＭが堆積し始めた後の飽和吸着量は、壁内ＰＭ堆積量がＧ１であるときの値を用いればよい。
【００３５】
ここで、壁内ＰＭ堆積量が多いときは該壁内ＰＭ堆積量が少ないときに比べてＮＯｘ触媒３１でのアンモニア吸着量が増加し易くなるのは、壁内ＰＭ堆積量が増加すると該ＮＯｘ触媒３１におけるアンモニアの飽和吸着量が増加し、それに伴って、該ＮＯｘ触媒３１から脱離するアンモニア量が減少するためだと考えられる。したがって、図２におけるアンモニア消費量及びアンモニア脱離量のうち、飽和吸着量の変化の影響を受けるのは、アンモニア脱離量に限られるため、壁内ＰＭ堆積量に応じてアンモニア脱離量を補正する。この補正後のアンモニア脱離量と、上記のアンモニア消費量との総量が還元剤供給量となる。壁内ＰＭ堆積量と、アンモニア脱離量を補正するための補正係数と、の関係は予め実験またはシミュレーション等により求めておく。なお、飽和吸着量はＮＯｘ触媒３１の温度の影響を受けるため、アンモニア脱離量を補正する補正係数は温度が低いほど小さくなるようにしてもよい。
【００３６】
図１２は、壁内ＰＭ堆積量と、触媒温度と、アンモニア脱離量を補正するための補正係数との関係を示した図である。補正係数は０よりも大きく且つ１以下の値である。壁内ＰＭ堆積量が多いほど補正係数を小さくし、触媒温度が低いほど補正係数を小さくする。この関係は、予め実験またはシミュレーション等により求める。
【００３７】
図１３は、本実施例に係る還元剤供給量を算出するフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の供給間隔毎に実行される。
【００３８】
ステップＳ１０１では、推定ＰＭ堆積量が読み込まれる。推定ＰＭ堆積量は、図１１におけるＥ１に相当する値であり、ＥＣＵ１０が別途計算している値である。すなわち、推定ＰＭ堆積量は、フィルタ３に流入するＰＭ量の積算値からフィルタ３で酸化されるＰＭ量の積算値を減算することでＥＣＵ１０が計算している値である。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が推定ＰＭ堆積量を算出することで、本発明における総堆積量推定部として機能する。
【００３９】
ステップＳ１０２では、補正差圧が取得される。補正差圧は、図１１におけるＦ１に相当する値であり、差圧センサ１７により検出される差圧を、エアフローメータ１６により検出される吸入空気量に基づいて算出される排気の流量で除算して得ることができる。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０がステップＳ１０２を処理することで、本発明における補正差圧取得部として機能する。
【００４０】
ステップＳ１０３では、上記の式（１）に基づいて壁内ＰＭ堆積量が算出される。なお、式（１）中の「Ａ１」，「Ｂ１」，「Ｃ１」は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０がステップＳ１０３を処理することで、本発明における壁内堆積量推定部として機能する。
【００４１】
ステップＳ１０４では、壁内ＰＭ堆積量に基づいてアンモニア脱離量の補正係数が算出される。このときにはＮＯｘ触媒３１の温度も考慮してもよい。補正係数は、図１２の関係に従って求めることができる。
【００４２】
ステップＳ１０５では、供給間隔中のアンモニア消費量が算出される。本ステップＳ１
０５では、流入ＮＯｘ量、触媒温度、目標吸着量に基づいてアンモニア消費量が算出される。ＥＣＵ１０は、本フローチャートとは別に、供給間隔中に、上流側ＮＯｘセンサ１１の検出値及びエアフローメータ１６の検出値に基づいて、単位時間当たりにＮＯｘ触媒３１に流入するＮＯｘ量を算出値し、このＮＯｘ量を積算することにより、流入ＮＯｘ量を算出している。触媒温度は、例えば現時点の触媒温度である。目標吸着量は、現時点での内燃機関１の運転状態に応じて決定される。これらの関係は予めマップ化しておいてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。
【００４３】
ステップＳ１０６では、供給間隔中のアンモニア脱離量が算出される。本ステップＳ１０６では、ＮＯｘ触媒３１の温度及び目標吸着量に基づいてアンモニア脱離量が算出される。これらの関係は予めマップ化しておいてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。
【００４４】
ステップＳ１０７では、アンモニア脱離量が補正される。ステップＳ１０６で算出されるアンモニア脱離量に、ステップＳ１０４で求めた補正係数を乗算することでアンモニア脱離量を補正する。ここで図１４は、還元剤供給量を補正するためのブロック図である。この図１４は、ＥＣＵ１０での処理で実現される機能をイメージ化したものである。図２に示したブロック図に対して、アンモニア脱離量を補正する処理が追加されている。
【００４５】
ステップＳ１０８では、還元剤供給量が算出される。すなわち、ステップＳ１０５で算出されるアンモニア消費量と、ステップＳ１０７で算出される補正後のアンモニア脱離量と、を合算して還元剤供給量が算出される。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０がステップＳ１０４からステップＳ１０８を処理することで、本発明における還元剤供給量補正部として機能する。このように還元剤供給量が算出された後、この還元剤供給量にしたがって添加弁４から還元剤を供給する。
【００４６】
図１５は、壁内ＰＭ堆積量に対する、補正係数、総アンモニア吸着量、ＮＯｘ触媒３１におけるＮＯｘ浄化率、触媒温度が上昇した場合の流出アンモニア濃度を示した図である。実線は本実施例に係る還元剤供給量の補正を行う場合を示し、破線は本実施例に係る還元剤供給量の補正を行わない場合を示している。図１５における流出アンモニア濃度は、図８に示したように、仮に触媒温度が上昇した場合の流出アンモニア濃度を示している。
【００４７】
本実施例に係る還元剤供給量の補正を行う場合には、還元剤の供給に関する他の条件が同じときに、壁内ＰＭ堆積量が多くなるほど、還元剤供給量を減少させるように補正係数が小さくされる。一方、本実施例に係る還元剤供給量の補正を行わない場合には、総アンモニア吸着量が過剰に多くなってしまい、ＮＯｘ浄化率も過剰に高くなってしまう。そして、補正を行わない場合には、ＮＯｘ触媒３１の温度が上昇したときの流出アンモニア濃度が壁内ＰＭ堆積量に応じて高くなってしまう。これに対して、本実施例に係る還元剤供給量の補正を行う場合には、総アンモニア吸着量が過剰に多くなることを抑制できるため、ＮＯｘ浄化率も目標値に合わせることができる。さらには、壁内ＰＭ堆積量が増加したとしても、流出アンモニア濃度の増加を抑制することができる。
【００４８】
以上説明したように本実施例によれば、壁内ＰＭ堆積量を求めることができるため、壁内ＰＭ堆積量に応じて還元剤供給量を補正することができる。これにより、ＮＯｘ触媒３１からのアンモニアの流出を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  内燃機関
２  排気通路
３  フィルタ
４  添加弁
６  吸気通路
７  スロットル
１０  ＥＣＵ
１１  上流側ＮＯｘセンサ
１２  下流側ＮＯｘセンサ
１３  温度センサ
１４  クランクポジションセンサ
１５  アクセル開度センサ
１６  エアフローメータ
１７  差圧センサ
３１  選択還元型ＮＯｘ触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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