(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＳＣＲフィルタにおけるＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量を可及的に高い精度で推定することを目的とする。【解決手段】本発明では、ＳＣＲフィルタに供給されるアンモニア量と、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量と、ＳＣＲ触媒から脱離するアンモニア量と、を積算することでアンモニア吸着量を算出する。そして、壁内ＰＭ堆積量を推定し、壁内ＰＭ堆積量が飽和堆積量に達していないときには、ＳＣＲフィルタの温度および吸着量前回値が同一の場合、壁内ＰＭ堆積量が多いときは、少ないときよりも、アンモニア脱離量をより少ない量に算出し、壁内ＰＭ堆積量が飽和堆積量に達しているときには、ＳＣＲフィルタの温度および吸着量前回値が同一の場合、総ＰＭ堆積量にかかわらず、アンモニア脱離量を飽和壁内ＰＭ堆積量に応じた一定量に算出する。【選択図】図１５
2017096240.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ており、細孔を有する隔壁を備えたフィルタにＳＣＲ触媒が担持された構成のＳＣＲフィルタであって、前記ＳＣＲ触媒は、前記ＳＣＲフィルタよりも上流側の前記排気通路に設けられたアンモニア供給装置によって供給されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有し、前記フィルタは、排気中の粒子状物質を捕集する機能を有する前記ＳＣＲフィルタにおける、前記ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定装置であって、
前記アンモニア供給装置により前記ＳＣＲフィルタに供給されるアンモニア量であるアンモニア供給量と、前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量であるアンモニア消費量と、前記ＳＣＲ触媒から脱離するアンモニア量であるアンモニア脱離量と、を積算することで、前記ＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニア量であるアンモニア吸着量を算出する吸着量算出部であり、前回算出された前記ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量である吸着量前回値に対し、前記アンモニア供給量を加算し、且つ、前記アンモニア消費量と前記アンモニア脱離量とを減算することで、今回の前記ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量を算出する前記吸着量算出部と、
前記ＳＣＲフィルタの上流と下流との間の排気圧力の差を前記ＳＣＲフィルタに流入する排気の流量が一定と仮定した場合の値に変換した変換値である差圧変換値を取得する差圧変換値取得部と、
前記差圧変換値以外のパラメータに基づいて推定される前記ＳＣＲフィルタにおける粒子状物質の堆積量を総ＰＭ堆積量としたとき、該総ＰＭ堆積量を推定する総ＰＭ堆積量推定部と、
前記ＳＣＲフィルタの隔壁に形成された細孔内における粒子状物質の推定堆積量を壁内ＰＭ堆積量としたとき、該壁内ＰＭ堆積量を推定する壁内ＰＭ堆積量推定部と、
前記ＳＣＲフィルタに粒子状物質が酸化されずに順次堆積していくときの前記総ＰＭ堆積量と前記差圧変換値との相関に関するパラメータである、第一傾きと、第二傾きと、基準差圧変換値と、を記憶する記憶部であり、前記ＳＣＲフィルタの隔壁に形成された細孔内に粒子状物質が堆積する段階での、前記総ＰＭ堆積量の単位増加量当たりの前記差圧変換値の増加量を前記第一傾きとし、前記壁内ＰＭ堆積量が飽和堆積量に達した後に前記ＳＣＲフィルタの隔壁の表面上に粒子状物質が堆積する段階での、前記総ＰＭ堆積量の単位増加量当たりの前記差圧変換値の増加量を前記第二傾きとし、前記総ＰＭ堆積量が０のときの前記差圧変換値を前記基準差圧変換値としたときの、該第一傾きおよび該第二傾きおよび該基準差圧変換値の値を記憶する前記記憶部と、
前記アンモニア脱離量を算出する際の前記ＳＣＲフィルタの温度と、前記吸着量前回値と、に基づいて、前記アンモニア脱離量を算出する脱離量算出部と、を備え、
前記壁内ＰＭ堆積量推定部が、前記総ＰＭ堆積量推定部によって推定された前記総ＰＭ堆積量と、前記差圧変換値取得部によって取得された前記差圧変換値と、前記記憶部に記憶された前記第一傾きおよび前記第二傾きおよび前記基準差圧変換値と、に基づいて、以下の式：
壁内ＰＭ堆積量＝（差圧変換値−第二傾き・総ＰＭ堆積量−基準差圧変換値）／（第一傾き−第二傾き）
により前記壁内ＰＭ堆積量を推定し、
前記壁内ＰＭ堆積量推定部によって推定される前記壁内ＰＭ堆積量が飽和堆積量に達していないときには、前記脱離量算出部が、前記ＳＣＲフィルタの温度および前記吸着量前回値が同一の場合、前記アンモニア脱離量を算出する際に前記壁内ＰＭ堆積量推定部によって推定される前記壁内ＰＭ堆積量が多いときは、少ないときよりも、前記アンモニア脱離量をより少ない量に算出し、
前記壁内ＰＭ堆積量推定部によって推定される前記壁内ＰＭ堆積量が飽和堆積量に達しているときには、前記脱離量算出部が、前記ＳＣＲフィルタの温度および前記吸着量前回値が同一の場合、前記アンモニア脱離量を算出する際の前記総ＰＭ堆積量にかかわらず、
前記アンモニア脱離量を前記壁内ＰＭ堆積量が該飽和堆積量に達しているときの該壁内ＰＭ堆積量に応じた一定量に算出するアンモニア吸着量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられるＳＣＲフィルタにおけるＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）がフィルタに担持された構成のＳＣＲフィルタを設ける技術が知られている。ここで、ＳＣＲ触媒は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。また、フィルタは、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」と称する場合もある。）を捕集する機能を有する。
【０００３】
また、特許文献１には、内燃機関の排気通路に設けられたＳＣＲ触媒を備えた排気浄化システムにおいて、ＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニア量であるアンモニア吸着量を推定し、該推定されたアンモニア吸着量と目標吸着量との差分に基づいて、ＳＣＲ触媒への還元剤の供給量を調整する技術が開示されている。このような技術によれば、ＳＣＲ触媒でのＮＯｘ浄化率（ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量に対するＳＣＲ触媒において還元されるＮＯｘ量の割合）を高く維持しつつ、ＳＣＲ触媒から流出するアンモニア量を少なくすることができる。
【０００４】
特許文献２には、内燃機関の排気通路におけるフィルタよりも下流側にＳＣＲ触媒が設けられた構成の排気浄化システムにおいて、フィルタにおけるＰＭ堆積量に基づいてＳＣＲ触媒への還元剤の供給量を補正する技術が開示されている。
【０００５】
また、非特許文献１には、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭ堆積量が増加すると、該ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が増加し易くなる傾向にあることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１５４２２９号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３６０６号公報
【特許文献３】特開２００１−１９３４４０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたＳＣＲフィルタにおけるＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量を可及的に高い精度で推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ＳＣＲフィルタには、排気中のＰＭが捕集され、捕集されたＰＭが堆積する。このとき、ＳＣＲフィルタにおいては、先ず、隔壁内（すなわち、隔壁に形成された細孔内）にＰＭが堆積する。そして、隔壁内におけるＰＭの堆積量が飽和堆積量に達した後、隔壁の表
面上にＰＭが堆積する。以下、ＳＣＲフィルタの隔壁内にＰＭが堆積することを「壁内ＰＭ堆積」と称し、壁内ＰＭ堆積が進行している期間を「壁内ＰＭ堆積期間」と称する場合もある。また、ＳＣＲフィルタの隔壁内におけるＰＭの推定堆積量を「壁内ＰＭ堆積量」と称する場合もある。また、ＳＣＲフィルタの隔壁の表面上にＰＭが堆積することを「表層ＰＭ堆積」と称し、表層ＰＭ堆積が進行している期間を「表層ＰＭ堆積期間」と称する場合もある。また、ＳＣＲフィルタの隔壁の表面上におけるＰＭの推定堆積量を「表層ＰＭ堆積量」と称する場合もある。
【００１０】
上述したように、従来、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭ堆積量が増加すると、該ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が増加し易くなる傾向にあると考えられていた。ただし、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの堆積状況と、ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の増加傾向との詳細な相関関係については、これまで不明であった。しかしながら、本発明の発明者は、ＳＣＲフィルタにおける壁内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ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量が増加し易くなるが、その一方で、ＳＣＲフィルタにおける表層ＰＭ堆積量の増減はＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量に対してほとんど影響しない、といった傾向にあることを新たに見出した。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ＳＣＲ触媒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ＳＣＲ触媒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ＳＣＲ触媒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。一方で、ＳＣＲフィルタにおける表層ＰＭ堆積量の増減はＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量に対してほとんど影響しないのは、該表層ＰＭ堆積量の増減が該ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの飽和吸着量に対してほとんど影響を与えず、該ＳＣＲ触媒から脱離するアンモニア量がほとんど変化しないためだと考えられる。本発明は、以上のような新たな知見を、ＳＣＲフィルタにおけるＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の推定に反映させたものである。
【００１１】
より詳細には、本発明に係るアンモニア吸着量推定装置は、内燃機関の排気通路に設けられており、細孔を有する隔壁を備えたフィルタにＳＣＲ触媒が担持された構成のＳＣＲフィルタであって、前記ＳＣＲ触媒は、前記ＳＣＲフィルタよりも上流側の前記排気通路に設けられたアンモニア供給装置によって供給されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有し、前記フィルタは、排気中の粒子状物質を捕集する機能を有する前記ＳＣＲフィルタにおける、前記ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定装置であって、前記アンモニア供給装置により前記ＳＣＲフィルタに供給されるアンモニア量であるアンモニア供給量と、前記ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量であるアンモニア消費量と、前記ＳＣＲ触媒から脱離するアンモニア量であるアンモニア脱離量と、を積算することで、前記ＳＣＲ触媒に吸着しているアンモニア量であるアンモニア吸着量を算出する吸着量算出部であり、前回算出された前記ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量である吸着量前回値に対し、前記アンモニア供給量を加算し、且つ、前記アンモニア消費量と前記アンモニア脱離量とを減算することで、今回の前記ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量を算出する前記吸着量算出部と、前記ＳＣＲフィルタの上流と下流との間の排気圧力の差を前記ＳＣＲフィルタに流入する排気の流量が一定と仮定した場合の値に変換した変換値である差圧変換値を取得する差圧変換値取得部と、前記差圧変換値以外のパラメータに基づいて推定される前記ＳＣＲフィルタにおける粒子状物質の堆積量を総ＰＭ堆積量としたとき、該総ＰＭ堆積量を推定する総ＰＭ堆積量推定部と、前記ＳＣＲフィルタの隔壁に形成された細孔内における粒子状物質の推定堆積量を壁内ＰＭ堆積量としたとき、該壁内ＰＭ堆積量を推定する壁内ＰＭ堆積量推定部と、前記ＳＣＲフィルタに粒子状物質が酸化されずに順次堆積していくときの前記総ＰＭ堆積量と前記差圧変換値との相関に関するパラメータである、第一傾きと、第二傾きと、基準差圧変換値と、を記憶する記憶部であり、前記ＳＣＲフィルタの隔壁に形成された細孔内に粒子状物質が堆積する段階での、前記総ＰＭ堆積量の単位増加量当たりの前記差圧変換値
の増加量を前記第一傾きとし、前記壁内ＰＭ堆積量が飽和堆積量に達した後に前記ＳＣＲフィルタの隔壁の表面上に粒子状物質が堆積する段階での、前記総ＰＭ堆積量の単位増加量当たりの前記差圧変換値の増加量を前記第二傾きとし、前記総ＰＭ堆積量が０のときの前記差圧変換値を前記基準差圧変換値としたときの、該第一傾きおよび該第二傾きおよび該基準差圧変換値の値を記憶する前記記憶部と、前記アンモニア脱離量を算出する際の前記ＳＣＲフィルタの温度と、前記吸着量前回値と、に基づいて、前記アンモニア脱離量を算出する脱離量算出部と、を備え、前記壁内ＰＭ堆積量推定部が、前記総ＰＭ堆積量推定部によって推定された前記総ＰＭ堆積量と、前記差圧変換値取得部によって取得された前記差圧変換値と、前記記憶部に記憶された前記第一傾きおよび前記第二傾きおよび前記基準差圧変換値と、に基づいて、以下の式：壁内ＰＭ堆積量＝（差圧変換値−第二傾き・総ＰＭ堆積量−基準差圧変換値）／（第一傾き−第二傾き）により前記壁内ＰＭ堆積量を推定し、前記壁内ＰＭ堆積量推定部によって推定される前記壁内ＰＭ堆積量が飽和堆積量に達していないときには、前記脱離量算出部が、前記ＳＣＲフィルタの温度および前記吸着量前回値が同一の場合、前記アンモニア脱離量を算出する際に前記壁内ＰＭ堆積量推定部によって推定される前記壁内ＰＭ堆積量が多いときは、少ないときよりも、前記アンモニア脱離量をより少ない量に算出し、前記壁内ＰＭ堆積量推定部によって推定される前記壁内ＰＭ堆積量が飽和堆積量に達しているときには、前記脱離量算出部が、前記ＳＣＲフィルタの温度および前記吸着量前回値が同一の場合、前記アンモニア脱離量を算出する際の前記総ＰＭ堆積量にかかわらず、前記アンモニア脱離量を前記壁内ＰＭ堆積量が該飽和堆積量に達しているときの該壁内ＰＭ堆積量に応じた一定量に算出する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられたＳＣＲフィルタにおけるＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量を可及的に高い精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係るＥＣＵにおける吸着量算出部の機能を示すブロック図である。
【図３】流入ＮＯｘ濃度とアンモニア消費量との相関を示す図である。
【図４】フィルタ温度とアンモニア消費量との相関を示す図である。
【図５】排気流量とアンモニア消費量との相関を示す図である。
【図６】ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量とアンモニア消費量との相関を示す図である。
【図７】フィルタ温度とアンモニア脱離量との相関を示す図である。
【図８】ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量とアンモニア脱離量との相関を示す図である。
【図９】フィルタ温度とＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒のアンモニアの飽和吸着量との相関を示す図である。
【図１０】フィルタ温度と平衡定数との相関を示す図である。
【図１１】ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒のアンモニアの飽和吸着量とフィルタ温度との相関について、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの堆積が該ＳＣＲ触媒のアンモニアの飽和吸着量に与える影響について説明するための図である。
【図１２】総ＰＭ堆積量の増加に応じた、ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒のアンモニアの飽和吸着量および差圧変換値の推移を示す図である。
【図１３】総ＰＭ堆積量の増加に応じた差圧変換値の推移を示すモデル図である。
【図１４】本発明の実施例に係る、壁内ＰＭ堆積量と補正係数αとの相関、および総ＰＭ堆積量（表層ＰＭ堆積量）と補正係数αとの相関を示す図である。
【図１５】本発明の実施例に係る、ＳＣＲフィルタに担持されたＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の算出フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。
【００１６】
内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
【００１７】
内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００１８】
内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には、酸化触媒５０、ＳＣＲフィルタ５１、燃料添加弁５２、および尿素水添加弁５３が設けられている。ＳＣＲフィルタ５１は、多孔質の基材により形成されたウォールフロー型のフィルタに、ＳＣＲ触媒５１ａが担持されて構成されている。フィルタは、排気中のＰＭを捕集する機能を有する。ＳＣＲ触媒５１ａは、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。そのため、ＳＣＲフィルタ５１は、ＰＭ捕集機能およびＮＯｘ浄化機能を有している。酸化触媒５０は、ＳＣＲフィルタ５１よりも上流側の排気通路５に設けられている。燃料添加弁５２は、酸化触媒５０よりもさらに上流側の排気通路５に設けられている。燃料添加弁５２は、排気通路５内を流れる排気中に燃料を添加する。尿素水添加弁５３は、酸化触媒５０よりも下流側且つＳＣＲフィルタ５１よりも上流側の排気通路５に設けられている。尿素水添加弁５３は、排気通路５内を流れる排気中に尿素水を添加する。尿素水添加弁５３から排気中に尿素水が添加されると、該尿素水がＳＣＲフィルタ５１に供給される。つまり、ＳＣＲフィルタ５１に、アンモニアの前駆体である尿素が供給される。ＳＣＲフィルタ５１においては、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒５１ａに吸着する。そして、このＳＣＲ触媒５１ａに吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。なお、尿素水添加弁５３に代えて、アンモニアガスを排気中に添加するアンモニア添加弁を設けてもよい。
【００１９】
酸化触媒５０よりも下流側且つ尿素水添加弁５３よりも上流側の排気通路５には、Ｏ２センサ５４、上流側温度センサ５５および上流側ＮＯｘセンサ５７が設けられている。ＳＣＲフィルタ５１より下流側の排気通路５には下流側温度センサ５６および下流側ＮＯｘセンサ５８が設けられている。Ｏ２センサ５４は排気のＯ２濃度に応じた電気信号を出力する。上流側温度センサ５５および下流側温度センサ５６は排気の温度に応じた電気信号を出力する。上流側ＮＯｘセンサ５７および下流側ＮＯｘセンサ５８は排気のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力する。また、排気通路５には、差圧センサ５９が設けられている。差圧センサ５９は、ＳＣＲフィルタ５１の上流と下流との間の排気圧力の差（以下、「フィルタ差圧」と称する場合もある。）に応じた電気信号を出力する。
【００２０】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１
０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、Ｏ２センサ５４、上流側温度センサ５５、上流側ＮＯｘセンサ５７、下流側温度センサ５６、下流側ＮＯｘセンサ５８、および差圧センサ５９に加え、アクセルポジションセンサ７およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、下流側温度センサ５６の出力値に基づいてＳＣＲフィルタ５１の温度（以下、「フィルタ温度」と称する場合もある。）を推定する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいて、ＳＣＲフィルタ５１に流入する排気の流量（以下、単に「排気流量」と称する場合もある。）を推定する。
【００２１】
また、ＥＣＵ１０には、上記の燃料噴射弁３、スロットル弁４１、燃料添加弁５２、および尿素水添加弁５３等の各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、上記のような各センサの出力信号に基づいて、上記の各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量を所定の目標吸着量に維持または調整すべく、尿素水添加弁５３からの尿素水添加量を制御する。なお、所定の目標吸着量は、ＳＣＲフィルタ５１において所望のＮＯｘ浄化率を確保でき、且つ、ＳＣＲフィルタ５１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実験等に基づき予め定められた値である。
【００２２】
（アンモニア吸着量の推定）
また、本実施例においては、ＥＣＵ１０によって、ＳＣＲ触媒５１ａに吸着しているアンモニア量であるアンモニア吸着量が所定の演算周期で繰り返し算出される。図２は、ＥＣＵ１０における吸着量算出部の機能を示すブロック図である。吸着量算出部１２０は、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量を算出するための機能部であり、ＥＣＵ１０において所定のプログラムが実行されることによって実現される。なお、本実施例に係る吸着量算出部１２０においては、ＳＣＲフィルタ５１のＮＯｘ浄化機能が正常な状態であると仮定してアンモニア吸着量が算出される。
【００２３】
吸着量算出部１２０においては、ＳＣＲフィルタ５１に供給されるアンモニア量であるアンモニア供給量と、ＳＣＲ触媒５１ａにおけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量であるアンモニア消費量と、ＳＣＲ触媒５１ａから脱離するアンモニア量であるアンモニア脱離量とを積算することで現在のアンモニア吸着量が算出される。詳細には、吸着量算出部１２０は、消費量算出部１２１と脱離量算出部１２２とを有する。消費量算出部１２１は、アンモニア吸着量の演算周期に応じた第１所定期間中にＳＣＲ触媒５１ａにおけるＮＯｘの還元に消費されるアンモニア量をアンモニア消費量として算出する。脱離量算出部１２２は、第１所定期間中にＳＣＲ触媒から脱離するアンモニア量をアンモニア脱離量として算出する。また、吸着量算出部１２０では、第１所定期間中にＳＣＲフィルタ５１に供給されるアンモニア量がアンモニア供給量として推定される。上述したように、ＳＣＲフィルタ５１に供給されるアンモニアは、尿素水添加弁５３添加された尿素水に含まれる尿素が加水分解することで生成されたものである。そのため、アンモニア供給量は、第１所定期間中に尿素水添加弁５３から添加された尿素水量に基づいて推定することができる。
【００２４】
消費量算出部１２１には、ＳＣＲフィルタ５１に流入する排気のＮＯｘ濃度（以下、「流入ＮＯｘ濃度」と称する場合もある。）、排気流量、フィルタ温度、および、前回の演算で算出されたＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量（以下、「吸着量前回値」と称する場合もある。）が入力される。流入ＮＯｘ濃度は上流側ＮＯｘセンサ５７によって検出
される。ここで、ＳＣＲ触媒５１ａでのＮＯｘ浄化率は、排気流量、フィルタ温度、および、該ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量と相関がある。そこで、消費量算出部１２１では、入力された、排気流量、フィルタ温度、および、吸着量前回値に基づいて、現時点においてＳＣＲ触媒５１ａにおいて発揮されると推定されるＮＯｘ浄化率（以下、「推定ＮＯｘ浄化率」と称する場合もある。）が算出される。さらに、消費量算出部１２１では、入力された、流入ＮＯｘ濃度と、排気流量と、に基づいて、第１所定期間中にＳＣＲフィルタ５１に流入するＮＯｘ量（以下、「流入ＮＯｘ量」と称する場合もある。）が算出される。そして、算出された推定ＮＯｘ浄化率および流入ＮＯｘ量に基づいて、アンモニア消費量が算出される。
【００２５】
図３は、流入ＮＯｘ濃度とアンモニア消費量との相関を示す図である。図３に示すように、アンモニア消費量と相関のある他のパラメータが同一であれば、流入ＮＯｘ濃度が高いほどアンモニア消費量が多くなる。図４は、フィルタ温度とアンモニア消費量との相関を示す図である。図４に示すように、アンモニア消費量と相関のある他のパラメータが同一であれば、フィルタ温度がＳＣＲ触媒５１ａの活性温度以上のときは、フィルタ温度が高いほどアンモニア消費量が多くなる。図５は、排気流量とアンモニア消費量との相関を示す図である。図５に示すように、アンモニア消費量と相関のある他のパラメータが同一であれば、排気流量が多いほどアンモニア消費量が少なくなる。図６は、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量とアンモニア消費量との相関を示す図である。図６に示すように、アンモニア消費量と相関のある他のパラメータが同一であれば、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が多いほどアンモニア消費量が多くなる。消費量算出部１２１では、これらの図に示されるような、流入ＮＯｘ濃度、フィルタ温度、排気流量、および、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量と、アンモニア消費量との相関関係を踏まえて、アンモニア消費量が算出される。
【００２６】
一方、脱離量算出部１２２には、フィルタ温度、および、吸着量前回値が入力される。そして、入力された、フィルタ温度と、吸着量前回値とに基づいて、アンモニア脱離量が算出される。図７は、フィルタ温度とアンモニア脱離量との相関を示す図である。図７に示すように、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が同一であれば、フィルタ温度が高いほどアンモニア脱離量が多くなる。図８は、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量とアンモニア脱離量との相関を示す図である。図８に示すように、フィルタ温度が同一であれば、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が多いほどアンモニア脱離量が多くなる。脱離量算出部１２２では、これらの図に示されるような、フィルタ温度、および、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量と、アンモニア脱離量との相関関係を踏まえて、アンモニア脱離量が算出される。なお、本実施例に係る、脱離量算出部１２２でのアンモニア脱離量の算出手法の詳細については後述する。
【００２７】
そして、吸着量算出部１２０においては、吸着量前回値に対し、増加分であるアンモニア供給量を加算するとともに、減少分であるアンモニア消費量およびアンモニア脱離量を減算することで、今回のＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量が算出される。
【００２８】
（アンモニア脱離量の算出）
以下、本実施例に係る、脱離量算出部１２２でのアンモニア脱離量の算出手法の詳細について説明する。ＳＣＲ触媒５１ａの状態が、アンモニアの吸着速度と脱離速度とが同一となる平衡状態であると仮定した場合、ラングミュアの吸着等温式に基づき、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量とアンモニア脱離量との関係を下記式１で表すことができる。
【数１】
2017096240.tif 000003
ＡＤ：ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量
ｄＤ：アンモニア脱離量
σ０：ＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニアの飽和吸着量
Ｋ：平衡定数
【００２９】
そして、上記式１を変換することで、アンモニア脱離量を算出するための式として下記式２を得ることができる。
【数２】
2017096240.tif 000004
【００３０】
ここで、ＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニアの飽和吸着量（ＳＣＲ触媒５１ａに吸着可能なアンモニア量の上限値である。以下、単に「飽和吸着量」と称する場合もある。）σ０および平衡定数Ｋはフィルタ温度に応じて変化する値である。図９は、フィルタ温度とＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量σ０との相関を示す図である。図９に示すように、フィルタ温度が高いほどＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量σ０は少なくなる。図１０は、フィルタ温度と平衡定数Ｋとの相関を示す図である。図１０に示すように、フィルタ温度が高いほど平衡定数Ｋは小さくなる。そして、アンモニア脱離量ｄＤとＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量ＡＤとの間に上記式２で示すような相関関係が成立し、また、フィルタ温度と、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量σ０および平衡定数Ｋのそれぞれと、が図９，１０に示すような相関関係を有することから、フィルタ温度およびＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量のそれぞれと、アンモニア脱離量との相関関係が図７，８に示すような関係となる。
【００３１】
そして、図１１は、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量とフィルタ温度との相関について、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積がＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量に与える影響について説明するための図である。図１１において、横軸はフィルタ温度を表しており、縦軸はＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量を表している。そして、図１１において、線Ｌ１は、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積していない状態のときの飽和吸着量とフィルタ温度との相関を示している。一方、図１１において、線Ｌ２は、ＳＣＲフィルタ５１にＰＭが堆積している状態のときの飽和吸着量とフィルタ温度との相関を示している。このとき、図１１に示すように、フィルタ温度が高いほどＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量は少なくなり、フィルタ温度が高い状態においては、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積がＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量に及ぼす影響が小さくなる。
【００３２】
ここで、上述したように、本発明者は、ＳＣＲフィルタにおけるＰＭの堆積状況と、ＳＣＲ触媒でのアンモニア吸着量の増加傾向との相関関係について新たな知見を見出した。この知見によれば、ＳＣＲフィルタ５１における壁内ＰＭ堆積量の増加は、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量を増加し易くする傾向にあるが、その一方で、ＳＣＲフィルタ５１における表層ＰＭ堆積量の増減は、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量に対してほとんど影響しないという傾向にある。
【００３３】
このような、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積状況に対するＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の変動傾向は、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積状況とＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量との相関関係に起因していると考えられる。図１２は、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭ堆積量の総量（以下、「総ＰＭ堆積量」と称する場合もある。）の増加に応じたＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量および差圧変換値の推移を示す図である。図１２（ａ），（ｂ）において、横軸は、総ＰＭ堆積量を表している。また、図１２（ａ）において、縦軸はＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量を、図１２（ｂ）において、縦軸は差
圧変換値を表している。なお、図１２は、フィルタ温度が一定で、ＰＭが途中で酸化することなくＳＣＲフィルタ５１に堆積した場合における、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量および差圧変換値の推移を示している。ここで、差圧変換値は、フィルタ差圧と排気流量とに基づいて取得され、より詳しくは、差圧センサ５９によって検出されるフィルタ差圧を排気流量で除算した値である。
【００３４】
図１２においてＧ１は、壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量を示している。図１２（ａ）に示すように、総ＰＭ堆積量がＧ１以下の場合では、総ＰＭ堆積量の増加（すなわち、壁内ＰＭ堆積量の増加）に応じて、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量が増加する。一方、総ＰＭ堆積量がＧ１よりも多い場合には、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量は、総ＰＭ堆積量の増減（すなわち、表層ＰＭ堆積量の増減）の影響を受けず、該飽和吸着量は、壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量に応じた一定量になる。
【００３５】
そして、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量が増加すると、該ＳＣＲ５１ａからアンモニアが脱離し難くなる。そのため、フィルタ温度および吸着量前回値が同一の状態であれば、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量が増加するとアンモニア脱離量が減少することになる。ここで、壁内ＰＭ堆積量の増加に応じて、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量が増加することを考慮しない場合には、考慮する場合に対して、フィルタ温度および吸着量前回値が同一の状態であれば、アンモニア脱離量がより多い量に算出されてしまう。つまり、壁内ＰＭ堆積量に応じてＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量を補正することによって、該飽和吸着量を補正しないときよりも、アンモニア脱離量をより高い精度で推定することができることになる。
【００３６】
また、図１２（ｂ）に示すように、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差圧変換値の変化量の比は比較的大きい。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差圧変換値の変化量の比は、総ＰＭ堆積量がＧ１以下の場合と比較して小さい。これは、ＳＣＲフィルタ５１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、ＳＣＲフィルタ５１の隔壁の表面上に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。
【００３７】
上述したように、図１２は、ＳＣＲフィルタ５１に堆積しているＰＭが酸化により減少しない場合を示している。この場合、差圧変換値に対応する総ＰＭ堆積量を一義的に求めることができるため、取得された差圧変換値から図１２（ｂ）に示す総ＰＭ堆積量と差圧変換値との相関関係にしたがって壁内ＰＭ堆積量を算出し、この壁内ＰＭ堆積量に応じて補正されたＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量を用いて、アンモニア脱離量を推定することができるとも考えられる。しかし、内燃機関１の運転状態によっては、ＳＣＲフィルタ５１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、壁内ＰＭ堆積量および表層ＰＭ堆積量のそれぞれが減少することが考えられ、総ＰＭ堆積量と差圧変換値とが図１２（ｂ）に示した相関関係になるとは限らない。すなわち、差圧変換値に対応する総ＰＭ堆積量を一義的に求めることができない。したがって、差圧変換値から図１２（ｂ）に示した相関関係を用いて壁内ＰＭ堆積量を算出することが困難になる。そこで本実施例では、アンモニア吸着量の演算周期毎に、現時点における総ＰＭ堆積量の推定値（以下、「推定ＰＭ堆積量」と称する場合もある。）および差圧変換値に基づいて壁内ＰＭ堆積量を推定する。
【００３８】
推定ＰＭ堆積量は、差圧センサ５９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、ＳＣＲフィルタ５１に単位時間当たりに流入するＰＭ量の積算値から、ＳＣＲフィルタ５１で単位時間当たりに酸化により減少するＰＭ量の積算値を減算することにより得ることができる。ＳＣＲフィルタ５１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、ＳＣＲフィルタ５１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、ＳＣＲフィルタ５１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。ＳＣＲフィルタ５１で単位時間当たりに酸化により減少するＰＭ量は、フィルタ温度及び排気流量、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。
【００３９】
図１３は、総ＰＭ堆積量と、差圧変換値との関係を示したモデル図である。図１３は、総ＰＭ堆積量と差圧変換値との関係を直線を用いて近似している。実線は、壁内ＰＭ堆積においてＰＭが酸化されずにＳＣＲフィルタ５１に堆積した場合の軌跡を示しており、一点鎖線は、表層ＰＭ堆積においてＰＭが酸化されずにＳＣＲフィルタ５１に堆積した場合の軌跡を示している。ＰＭが酸化されずにＳＣＲフィルタ５１に堆積した場合には、上述したとおり、先ず、隔壁内にＰＭが堆積し、隔壁内におけるＰＭの堆積量が飽和堆積量に達した後、隔壁の表面上にＰＭが堆積する。図１３において、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。なお、壁内ＰＭ堆積においてＰＭが酸化されずにＳＣＲフィルタ５１に堆積した場合の軌跡（実線）、及び、表層ＰＭ堆積においてＰＭが酸化されずにＳＣＲフィルタ５１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。また、図１３において、現時点における推定ＰＭ堆積量をＥ１とし、現時点における差圧変換値をＦ１としている。すなわち、点（Ｅ１，Ｆ１）は、現時点における推定ＰＭ堆積量及び現時点における差圧変換値を示した点である。
【００４０】
ここで、ＳＣＲフィルタ５１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堆積量と差圧変換値との関係は、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、ＳＣＲフィルタ５１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堆積量と差圧変換値との関係は、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堆積量が酸化によって壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量より減少しているものと考えられる。このとき、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堆積量及び差圧変換値が推移すると考えられる。このときの直線が図１３の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堆積量及び差圧変換値を示している。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。
【００４１】
以上をまとめると、現時点における推定ＰＭ堆積量がＥ１，現時点における差圧変換値が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３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３
図１３において「Ａ１」，「Ｂ１」，「Ｃ１」は予め求めることができる値であり、ＥＣＵ１０のＲＯＭには、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の値が記憶され、また、上記式３が表す、壁内ＰＭ堆積量と、推定ＰＭ堆積量および差圧変換値と、の相関関係がマップまたは関数として記憶される。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差圧変換値に相当し、Ｅ１は本発明における総ＰＭ堆積量に相当し、Ｆ１は本発明における差圧変換値に相当する。
【００４２】
そして、推定ＰＭ堆積量および差圧変換値および上記式３に基づいて算出された壁内Ｐ
Ｍ堆積量によってＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量を補正することによって、該飽和吸着量を補正しないときよりも、アンモニア脱離量をより高い精度で推定することができる。
【００４３】
本実施例に係る脱離量算出部１２２では、以上の点を踏まえて上記式２を修正することで得られる下記式４を用いてアンモニア脱離量が算出される。
【数３】
2017096240.tif 000005
ＡＤ：ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量
ｄＤ：アンモニア脱離量
σ０：ＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニアの飽和吸着量
Ｋ：平衡定数
α：補正係数
【００４４】
アンモニア脱離量を算出する際には、上記式４におけるアンモニア吸着量ＡＤには吸着量前回値が代入される。また、上記式４におけるＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量σ０および平衡定数Ｋは、アンモニア脱離量を算出する際のフィルタ温度に基づいて定められる。また、上記式４におけるＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニアの飽和吸着量を補正する補正係数αが、アンモニア脱離量を算出する際の壁内ＰＭ堆積量Ｇｗに基づいて下記式５および下記式６のとおりに決定される。
０≦Ｇｗ＜Ｇ１の場合、
α＝ｆ（Ｇｗ）（≧１）  ・・・式５
Ｇｗ＝Ｇ１の場合、
α＝ｃｏｎｓｔ．（＞１）  ・・・式６
Ｇｗ：壁内ＰＭ堆積量
Ｇ１：壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量
α：補正係数
なお、補正係数αは、１以上の所定の係数である。より詳しくは、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが０のときは、補正係数αは１に決定される。そして、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが０より多くて壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１より少ないときは、補正係数αは壁内ＰＭ堆積量Ｇｗの関数として１より大きな値に決定される。また、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１に達しているときには、壁内ＰＭ堆積量ＧｗはＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積量（すなわち、表層ＰＭ堆積量）にかかわらず一定であるので、補正係数αは１より大きな一定値に決定される。
【００４５】
図１４（ａ）は、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１よりも少ない場合における、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗと、フィルタ温度と、補正係数αとの関係を示した図である。上述したように、壁内ＰＭ堆積期間中においては、壁内ＰＭ堆積量の増加に応じて、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量が増加する。したがって、補正係数αは、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１よりも少ないときには、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗの増加に応じて大きな値になるよう設定される。なお、上述した図１１に示したように、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量はフィルタ温度の影響を受けるため、補正係数αはフィルタ温度が高くなるのに応じて小さな値になるよう設定されてもよい。なお、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗと、フィルタ温度と、補正係数α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。
【００４６】
つまり、上記式４によれば、壁内ＰＭ堆積期間中において、アンモニア脱離量は、フィルタ温度および吸着量前回値が同一の場合、壁内ＰＭ堆積量の増加に応じて少ない量に算
出されることになる。
【００４７】
また、図１４（ｂ）は、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１に達している場合における、総ＰＭ堆積量と、フィルタ温度と、補正係数αとの関係を示した図である。壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１に達しているときには、補正係数αは、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積量の増減（すなわち、表層ＰＭ堆積量の増減）に応じて変化せず、壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１に応じた所定の値に一定値として設定される。なお、この所定の値は、フィルタ温度が高くなるのに応じて小さな値になるよう設定されてもよく、該所定の値は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００４８】
つまり、このときには、上記式４によれば、フィルタ温度および吸着量前回値が同一の場合、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積量（すなわち、表層ＰＭ堆積量）にかかわらず、アンモニア脱離量は、壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量に応じた一定量に算出されることになる。
【００４９】
ここで、本実施例に係るＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の算出フローについて図１５に基づいて説明する。図１５は、本実施例に係るＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量の算出フローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０における吸着量算出部１２０によって、所定の演算周期で繰り返し実行される。
【００５０】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、第１所定期間（すなわち、本フローの実行間隔に応じた期間）中における尿素水添加弁５３からの尿素水添加量に基づいてアンモニア供給量ｄＳが算出される。次に、Ｓ１０２において、排気流量、フィルタ温度、および、吸着量前回値に基づいて、ＳＣＲ触媒５１ａでの推定ＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘが算出される。次に、Ｓ１０３において、Ｓ１０２で算出された推定ＮＯｘ浄化率Ｒｎｏｘ、流入ＮＯｘ濃度、および、排気流量に基づいて、アンモニア消費量ｄＣが算出される。なお、Ｓ１０２およびＳ１０３の処理は消費量算出部１２１よって実行される。
【００５１】
次に、Ｓ１０４において、フィルタ温度に基づいて、ＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量σ０および平衡定数Ｋが算出される。ＥＣＵ１０には、図９に示すようなフィルタ温度とＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量σ０との相関関係、および、図１０に示すようなフィルタ温度と平衡定数Ｋとの相関関係がマップまたは関数として予め記憶されている。Ｓ１０４では、このマップまたは関数を用いてＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量σ０および平衡定数Ｋが算出される。
【００５２】
次に、Ｓ１０５において、推定ＰＭ堆積量および差圧変換値に基づいて、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが算出される。なお、上記式３が表す、壁内ＰＭ堆積量と、推定ＰＭ堆積量および差圧変換値と、の相関関係がマップまたは関数として予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。Ｓ１０５では、この関数またはマップを用いて、壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが算出される。次に、Ｓ１０６において、Ｓ１０５で算出された壁内ＰＭ堆積量Ｇｗが壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１より少ないか否かが判別される。なお、壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１の値は、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。Ｓ１０６において肯定判定された場合、次にＳ１０７において、後述するＳ１０９でのアンモニア脱離量ｄＤの演算に用いられる補正係数αが、上記式５が表す壁内ＰＭ堆積量Ｇｗの関数により算出される。ここで、Ｓ１０７における補正係数αの算出においては、上記式５に基づくマップを利用してもよい。ＥＣＵ１０には、図１４（ａ）に示すような壁内ＰＭ堆積量Ｇｗと補正係数αとの相関関係がマップまたは関数として予め記憶されている。Ｓ１０７では、このマップまたは関数を用いて補正係数αが算出される。一方、Ｓ１０６において否定判定された場合、次にＳ１０８において、後述するＳ１０９でのアンモニア脱離量ｄ
Ｄの演算に用いられる補正係数αが、上記式６が表す一定値に算出される。ＥＣＵ１０には、図１４（ｂ）に示すような壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量Ｇ１に応じた補正係数αがマップまたは関数として予め記憶されている。Ｓ１０８では、このマップまたは関数を用いて補正係数αが算出される。
【００５３】
Ｓ１０７またはＳ１０８の処理の次に、Ｓ１０９の処理が実行される。Ｓ１０９においては、上記式４を用いてアンモニア脱離量ｄＤが算出される。このとき、上記式４のアンモニア吸着量ＡＤには吸着量前回値が代入される。また、上記式４のＳＣＲ触媒５１ａの飽和吸着量σ０および平衡定数Ｋには、Ｓ１０４で算出された値が用いられる。なお、Ｓ１０４からＳ１０９の処理は脱離量算出部１２２によって実行される。
【００５４】
次に、Ｓ１１０において、吸着量前回値に対し、Ｓ１０１で算出されたアンモニア供給量ｄＳを加算するとともに、Ｓ１０３で算出されたアンモニア消費量ｄＣおよびＳ１０９で算出されたアンモニア脱離量ｄＤを減算することで、今回のアンモニア吸着量ＡＤが算出される。なお、Ｓ１１０で算出されたアンモニア吸着量ＡＤはＥＣＵ１０に記憶される。そして、記憶されたアンモニア吸着量ＡＤが、次回の演算の際に吸着量前回値として用いられる。
【００５５】
上述したように、本実施例によれば、上記式３により壁内ＰＭ堆積量が推定される。そして、壁内ＰＭ堆積期間中において、アンモニア脱離量は、フィルタ温度および吸着量前回値が同一の場合、壁内ＰＭ堆積量の増加に応じて少ない量に算出されることになる。したがって、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量を可及的に高い精度で推定することができる。
【００５６】
また、本実施例によれば、壁内ＰＭ堆積量が壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量に達しているときには、アンモニア脱離量は、フィルタ温度および吸着量前回値が同一の場合、ＳＣＲフィルタ５１におけるＰＭの堆積量にかかわらず、壁内ＰＭ堆積における飽和ＰＭ堆積量に応じた一定量に算出される。このことによってもまた、ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量をより高い精度で推定することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・内燃機関
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
５０・・酸化触媒
５１・・ＳＣＲフィルタ
５１ａ・・ＳＣＲ触媒
５３・・尿素水添加弁
１９・・差圧センサ
１０・・ＥＣＵ
【図１】
2017096240.tif 000006
【図２】
2017096240.tif 000007
【図３】
2017096240.tif 000008
【図４】
2017096240.tif 000009
【図５】
2017096240.tif 000010
【図６】
2017096240.tif 000011
【図７】
2017096240.tif 000012
【図８】
2017096240.tif 000013
【図９】
2017096240.tif 000014
【図１０】
2017096240.tif 000015
【図１１】
2017096240.tif 000016
【図１２】
2017096240.tif 000017
【図１３】
2017096240.tif 000018
【図１４】
2017096240.tif 000019
【図１５】
2017096240.tif 000020