JP2017096240A

JP2017096240A - Ammonia adsorption quantity estimation device

Info

Publication number: JP2017096240A
Application number: JP2015232450A
Authority: JP
Inventors: 憲治古井; Kenji Furui; 徹木所; Toru Kidokoro; 小木曽　誠人; Masato Ogiso; 誠人小木曽; 有里子萩本; Yuriko Hagimoto; 健白澤; Ken Shirasawa; 了平大野; Ryohei Ono
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-01

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate ammonia adsorption quantity of an SCR catalyst in an SCR filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine as accurately as possible.SOLUTION: By integrating ammonia quantity supplied to an SCR filter, ammonia quantity consumed for reduction of NOx by using an SCR catalyst and ammonia quantity desorbed from the SCR catalyst, ammonia adsorption quantity is calculated. Wall interior PM accumulation quantity is estimated. In the case where the wall interior PM accumulation quantity does not reach saturation accumulation quantity, if each of a temperature of the SCR filter and an adsorption quantity previous value is the same, ammonia desorption quantity is calculated to be smaller quantity when the wall interior PM accumulation quantity is large, compared to when it is small. In the case where the wall interior PM accumulation quantity reaches the saturation accumulation quantity, if each of the temperature of the SCR filter and the adsorption quantity previous value is the same, the ammonia desorption quantity is calculated to be fixed quantity corresponding to saturated wall interior PM accumulation quantity, regardless of total PM accumulation quantity.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

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。 The present invention relates to an ammonia adsorption amount estimation device that estimates an ammonia adsorption amount at an SCR catalyst in an SCR filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.

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。 A technique is known in which an SCR filter having a configuration in which an SCR catalyst (selective reduction type NOx catalyst) is supported on a filter is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine. Here, the SCR catalyst has a function of reducing NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent. Further, the filter has a function of collecting particulate matter (Particulate Matter: hereinafter also referred to as “PM”) in the exhaust gas.

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。 Further, Patent Document 1 estimates an ammonia adsorption amount, which is an ammonia amount adsorbed on an SCR catalyst, in an exhaust purification system including an SCR catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine. A technique for adjusting the supply amount of the reducing agent to the SCR catalyst based on the difference between the adsorption amount and the target adsorption amount is disclosed. According to such a technique, the amount of ammonia flowing out from the SCR catalyst is reduced while maintaining the NOx purification rate in the SCR catalyst (the ratio of the NOx amount reduced in the SCR catalyst to the NOx amount flowing into the SCR catalyst) high. can do.

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。 In Patent Document 2, in an exhaust purification system having a configuration in which an SCR catalyst is provided downstream of a filter in an exhaust passage of an internal combustion engine, the amount of reducing agent supplied to the SCR catalyst is corrected based on the amount of PM accumulated in the filter. Techniques to do this are disclosed.

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。 Non-Patent Document 1 discloses that when the amount of PM deposited on the SCR filter increases, the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst supported on the SCR filter tends to increase.

特開２０１２−１５４２２９号公報JP 2012-154229 A 特開２００９−２９３６０６号公報JP 2009-293606 A 特開２００１−１９３４４０号公報JP 2001-193440 A

"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"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

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。 An object of the present invention is to estimate the ammonia adsorption amount at the SCR catalyst in the SCR filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine with the highest possible accuracy.

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。 PM in the exhaust gas is collected on the SCR filter, and the collected PM is deposited. At this time, in the SCR filter, first, PM is deposited in the partition walls (that is, in the pores formed in the partition walls). Then, after the deposition amount of PM in the partition wall reaches the saturation deposition amount, PM is deposited on the surface of the partition wall. Hereinafter, the deposition of PM in the partition wall of the SCR filter is sometimes referred to as “in-wall PM deposition”, and the period during which PM deposition in the wall is progressing may be referred to as “in-wall PM deposition period”. Further, the estimated accumulation amount of PM in the partition wall of the SCR filter may be referred to as “in-wall PM accumulation amount”. Further, the deposition of PM on the surface of the partition wall of the SCR filter is sometimes referred to as “surface layer PM deposition”, and the period during which surface layer PM deposition is in progress may be referred to as “surface layer PM deposition period”. In addition, the estimated accumulation amount of PM on the surface of the partition wall of the SCR filter may be referred to as “surface PM accumulation amount”.

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。 As described above, conventionally, it has been considered that when the amount of PM deposited on the SCR filter increases, the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst supported on the SCR filter tends to increase. However, the detailed correlation between the PM accumulation state on the SCR filter and the increasing tendency of the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst has been unknown so far. However, the inventor of the present invention tends to increase the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst when the PM deposition amount in the wall in the SCR filter is large compared to when the PM deposition amount in the wall is small. It has been newly found that the increase or decrease in the amount of PM deposited on the SCR filter has a tendency to hardly affect the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst. Here, when the amount of PM deposition in the wall is large, the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst tends to increase more easily than when the amount of PM deposition in the wall is small. This is thought to be because the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst increases and the amount of ammonia desorbed from the SCR catalyst decreases accordingly. On the other hand, the increase / decrease in the surface layer PM deposition amount in the SCR filter has little effect on the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst. The increase / decrease in the surface layer PM deposition amount hardly affects the saturated adsorption amount of ammonia on the SCR catalyst. This is considered to be because the amount of ammonia desorbed from the SCR catalyst does not change and hardly changes. The present invention reflects the above new findings in the estimation of the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst in the SCR filter.

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。 More specifically, an ammonia adsorption amount estimation device according to the present invention is an SCR filter having a configuration in which an SCR catalyst is supported on a filter provided with a partition wall having pores, provided in an exhaust passage of an internal combustion engine. The SCR catalyst has a function of reducing NOx in the exhaust gas using ammonia supplied by an ammonia supply device provided in the exhaust passage upstream of the SCR filter as a reducing agent. An ammonia adsorption amount estimation device for estimating an ammonia adsorption amount on the SCR catalyst in the SCR filter having a function of collecting particulate matter therein, the ammonia being supplied to the SCR filter by the ammonia supply device Is the amount of ammonia supplied and the amount of ammonia consumed for NOx reduction in the SCR catalyst. An adsorption amount calculation unit that calculates an ammonia adsorption amount that is an ammonia amount adsorbed on the SCR catalyst by integrating an ammonia consumption amount and an ammonia desorption amount that is an ammonia amount desorbed from the SCR catalyst. By adding the ammonia supply amount and subtracting the ammonia consumption amount and the ammonia desorption amount from the previous adsorption amount previous value which is the ammonia adsorption amount at the SCR catalyst calculated last time. The difference in exhaust pressure between the adsorption amount calculation unit for calculating the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst and the upstream and downstream of the SCR filter is assumed to be constant in the flow rate of the exhaust gas flowing into the SCR filter. A differential pressure conversion value acquisition unit for acquiring a differential pressure conversion value, which is a conversion value converted into a value in the case of being performed, and before estimation based on parameters other than the differential pressure conversion value When the accumulated amount of particulate matter in the SCR filter is the total PM accumulated amount, the total PM accumulated amount estimating unit for estimating the total PM accumulated amount, and the particulate matter in the pores formed in the partition wall of the SCR filter When the estimated deposition amount in the wall is the PM deposition amount in the wall, the PM deposition amount estimation unit in the wall that estimates the PM deposition amount in the wall, and the particulate matter is sequentially deposited on the SCR filter without being oxidized. A storage unit for storing a first slope, a second slope, and a reference differential pressure conversion value, which are parameters relating to a correlation between the total PM deposition amount and the differential pressure conversion value, and a partition wall of the SCR filter The amount of increase in the differential pressure conversion value per unit increase amount of the total PM deposition amount when the particulate matter is deposited in the pores formed in the first slope is defined as the first slope, and the PM deposition amount in the wall After the saturating deposition amount is reached. The increase amount of the differential pressure conversion value per unit increase amount of the total PM deposition amount when the particulate matter is deposited on the surface of the partition wall of the filter is defined as the second slope, and the total PM deposition amount is 0. And storing the values of the first slope, the second slope, and the reference differential pressure conversion value when the differential pressure conversion value at the time is the reference differential pressure conversion value, and the ammonia desorption A desorption amount calculation unit for calculating the ammonia desorption amount based on the temperature of the SCR filter when calculating the amount and the previous value of the adsorption amount, and the PM deposition amount estimation unit in the wall Are the total PM accumulation amount estimated by the total PM accumulation amount estimation unit, the differential pressure conversion value acquired by the differential pressure conversion value acquisition unit, the first slope stored in the storage unit, and Based on the second slope and the reference differential pressure conversion value, The following formula: PM deposition amount in the wall = (differential pressure conversion value−second slope / total PM deposition amount−reference differential pressure conversion value) / (first slope−second slope). When the in-wall PM accumulation amount estimated by the in-wall PM accumulation amount estimation unit has not reached the saturation accumulation amount, the desorption amount calculation unit determines that the temperature of the SCR filter and the previous adsorption amount value are In the same case, when calculating the ammonia desorption amount, when the amount of PM deposition in the wall estimated by the in-wall PM deposition amount estimation unit is large, the amount of ammonia desorption is smaller than when it is small. When the amount of PM accumulated in the wall that is calculated by the amount of PM accumulated in the wall reaches the saturation amount of accumulation, the amount of desorbed calculating unit calculates the temperature of the SCR filter and the amount of adsorption. If the previous value is the same, Regardless of the total PM deposition amount when calculating the near desorption amount, the ammonia desorption amount is determined according to the PM deposition amount in the wall when the PM deposition amount in the wall reaches the saturation deposition amount. Calculate a certain amount.

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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst in the SCR filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine can be estimated with the highest possible accuracy.

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。It is a figure which shows schematic structure of the internal combustion engine which concerns on the Example of this invention, and its intake / exhaust system. 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。It is a block diagram which shows the function of the adsorption amount calculation part in ECU which concerns on the Example of this invention. 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。It is a figure which shows the correlation with inflow NOx density | concentration and ammonia consumption. 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。It is a figure which shows the correlation with filter temperature and ammonia consumption. 排気流量とアンモニア消費量との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with an exhaust_gas | exhaustion flow volume and ammonia consumption. 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。It is a figure which shows the correlation with the ammonia adsorption amount in an SCR catalyst, and ammonia consumption. 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。It is a figure which shows the correlation with filter temperature and ammonia desorption amount. 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。It is a figure which shows the correlation with the ammonia adsorption amount and ammonia desorption amount in an SCR catalyst. 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。It is a figure which shows the correlation with the saturated adsorption amount of ammonia of the filter temperature and the SCR catalyst carry | supported by the SCR filter. フィルタ温度と平衡定数との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with filter temperature and an equilibrium constant. 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。It is a figure for demonstrating the influence which accumulation | storage of PM in an SCR filter has on the saturated adsorption amount of ammonia of this SCR catalyst about the correlation with the filter adsorption temperature and the saturated adsorption amount of ammonia of the SCR catalyst carry | supported by the SCR filter. 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。It is a figure which shows transition of the saturated adsorption amount and differential pressure conversion value of ammonia of the SCR catalyst carry | supported by the SCR filter according to the increase in total PM deposition amount. 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。It is a model figure which shows transition of the differential pressure | voltage conversion value according to the increase in total PM deposit amount. 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。It is a figure which shows the correlation with the PM deposit amount in a wall and the correction coefficient (alpha) based on the Example of this invention, and the correlation with total PM deposit amount (surface layer PM deposit amount) and the correction coefficient (alpha). 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。It is a flowchart which shows the calculation flow of the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst carry | supported by the SCR filter based on the Example of this invention.

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。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.

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。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine and its intake / exhaust system according to the present embodiment. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) using light oil as fuel. However, the present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine using gasoline or the like as fuel.

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。 The internal combustion engine 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel into the cylinder 2. When the internal combustion engine 1 is a spark ignition type internal combustion engine, the fuel injection valve 3 may be configured to inject fuel into the intake port.

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。 The internal combustion engine 1 is connected to the intake passage 4. An air flow meter 40 and a throttle valve 41 are provided in the intake passage 4. The air flow meter 40 outputs an electrical signal corresponding to the amount (mass) of intake air (air) flowing through the intake passage 4. The throttle valve 41 is disposed downstream of the air flow meter 40 in the intake passage 4. The throttle valve 41 adjusts the intake air amount of the internal combustion engine 1 by changing the passage cross-sectional area in the intake passage 4.

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。 The internal combustion engine 1 is connected to the exhaust passage 5. The exhaust passage 5 is provided with an oxidation catalyst 50, an SCR filter 51, a fuel addition valve 52, and a urea water addition valve 53. The SCR filter 51 is configured by supporting a SCR catalyst 51a on a wall flow type filter formed of a porous base material. The filter has a function of collecting PM in the exhaust. The SCR catalyst 51a has a function of reducing NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent. Therefore, the SCR filter 51 has a PM collection function and a NOx purification function. The oxidation catalyst 50 is provided in the exhaust passage 5 upstream of the SCR filter 51. The fuel addition valve 52 is provided in the exhaust passage 5 further upstream than the oxidation catalyst 50. The fuel addition valve 52 adds fuel to the exhaust flowing in the exhaust passage 5. The urea water addition valve 53 is provided in the exhaust passage 5 downstream of the oxidation catalyst 50 and upstream of the SCR filter 51. The urea water addition valve 53 adds urea water into the exhaust flowing through the exhaust passage 5. When urea water is added into the exhaust gas from the urea water addition valve 53, the urea water is supplied to the SCR filter 51. That is, urea, which is a precursor of ammonia, is supplied to the SCR filter 51. In the SCR filter 51, ammonia produced by hydrolysis of the supplied urea is adsorbed to the SCR catalyst 51a. Then, NOx in the exhaust is reduced using ammonia adsorbed on the SCR catalyst 51a as a reducing agent. Instead of the urea water addition valve 53, an ammonia addition valve for adding ammonia gas into the exhaust gas may be provided.

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、Ｏ_２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。Ｏ_２センサ５４は排気のＯ_２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。 In the exhaust passage 5 downstream of the oxidation catalyst 50 and upstream of the urea water addition valve 53, an O ₂ sensor 54, an upstream temperature sensor 55, and an upstream NOx sensor 57 are provided. A downstream temperature sensor 56 and a downstream NOx sensor 58 are provided in the exhaust passage 5 downstream of the SCR filter 51. The O ₂ sensor 54 outputs an electrical signal corresponding to the O ₂ concentration of the exhaust. The upstream temperature sensor 55 and the downstream temperature sensor 56 output an electrical signal corresponding to the exhaust temperature. The upstream NOx sensor 57 and the downstream NOx sensor 58 output an electrical signal corresponding to the NOx concentration of the exhaust. A differential pressure sensor 59 is provided in the exhaust passage 5. The differential pressure sensor 59 outputs an electrical signal corresponding to a difference in exhaust pressure between the upstream and downstream of the SCR filter 51 (hereinafter also referred to as “filter differential pressure”).

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、Ｏ_２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。 The internal combustion engine 1 is also provided with an electronic control unit (ECU) 10. ECU1
0 is a unit for controlling the operating state of the internal combustion engine 1 and the like. The ECU 10 includes an accelerator position sensor in addition to the air flow meter 40, the O ₂ sensor 54, the upstream temperature sensor 55, the upstream NOx sensor 57, the downstream temperature sensor 56, the downstream NOx sensor 58, and the differential pressure sensor 59. 7 and various sensors such as a crank position sensor 8 are electrically connected. The accelerator position sensor 7 is a sensor that outputs an electrical signal correlated with an operation amount (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown). The crank position sensor 8 is a sensor that outputs an electrical signal correlated with the rotational position of the engine output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1. Then, the output signals of these sensors are input to the ECU 10. The ECU 10 estimates the temperature of the SCR filter 51 (hereinafter also referred to as “filter temperature”) based on the output value of the downstream temperature sensor 56. Further, the ECU 10 estimates the flow rate of exhaust gas flowing into the SCR filter 51 (hereinafter sometimes simply referred to as “exhaust gas flow rate”) based on the output value of the air flow meter 40.

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。 The ECU 10 is electrically connected to various devices such as the fuel injection valve 3, the throttle valve 41, the fuel addition valve 52, and the urea water addition valve 53. The ECU 10 controls the various devices described above based on the output signals of the sensors as described above. For example, the ECU 10 controls the urea water addition amount from the urea water addition valve 53 in order to maintain or adjust the ammonia adsorption amount at the SCR catalyst 51a at a predetermined target adsorption amount. The predetermined target adsorption amount is a value that can secure a desired NOx purification rate in the SCR filter 51 and that can suppress the outflow amount of ammonia from the SCR filter 51 within an allowable range in advance based on experiments and the like. It is a defined value.

（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。 (Estimation of ammonia adsorption amount)
In the present embodiment, the ECU 10 repeatedly calculates the ammonia adsorption amount, which is the ammonia amount adsorbed on the SCR catalyst 51a, at a predetermined calculation cycle. FIG. 2 is a block diagram illustrating the function of the adsorption amount calculation unit in the ECU 10. The adsorption amount calculation unit 120 is a functional unit for calculating the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst 51a, and is realized by executing a predetermined program in the ECU 10. In the adsorption amount calculation unit 120 according to the present embodiment, the ammonia adsorption amount is calculated on the assumption that the NOx purification function of the SCR filter 51 is in a normal state.

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。 In the adsorption amount calculation unit 120, an ammonia supply amount which is an ammonia amount supplied to the SCR filter 51, an ammonia consumption amount which is an ammonia amount consumed for NOx reduction in the SCR catalyst 51a, and a desorption from the SCR catalyst 51a. The current ammonia adsorption amount is calculated by integrating the ammonia desorption amount, which is the amount of ammonia to be produced. Specifically, the adsorption amount calculation unit 120 includes a consumption amount calculation unit 121 and a desorption amount calculation unit 122. The consumption amount calculation unit 121 calculates, as the ammonia consumption amount, the ammonia amount consumed for the reduction of NOx in the SCR catalyst 51a during the first predetermined period corresponding to the calculation period of the ammonia adsorption amount. The desorption amount calculation unit 122 calculates the ammonia amount desorbed from the SCR catalyst during the first predetermined period as the ammonia desorption amount. Further, the adsorption amount calculation unit 120 estimates the ammonia amount supplied to the SCR filter 51 during the first predetermined period as the ammonia supply amount. As described above, the ammonia supplied to the SCR filter 51 is generated by hydrolysis of urea contained in the urea water added with the urea water addition valve 53. Therefore, the ammonia supply amount can be estimated based on the urea water amount added from the urea water addition valve 53 during the first predetermined period.

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。 The consumption amount calculation unit 121 includes the NOx concentration of exhaust gas flowing into the SCR filter 51 (hereinafter also referred to as “inflow NOx concentration”), the exhaust flow rate, the filter temperature, and the SCR calculated in the previous calculation. An ammonia adsorption amount at the catalyst 51a (hereinafter, also referred to as “adsorption amount previous value”) may be input. The inflow NOx concentration is detected by the upstream NOx sensor 57. Here, the NOx purification rate at the SCR catalyst 51a has a correlation with the exhaust gas flow rate, the filter temperature, and the ammonia adsorption amount at the SCR catalyst 51a. Therefore, the consumption amount calculation unit 121 is based on the input exhaust gas flow rate, filter temperature, and previous adsorption amount value, and the NOx purification rate (hereinafter, “estimated”) that is estimated to be exhibited in the SCR catalyst 51a at the present time. May be referred to as “NOx purification rate”). Further, in the consumption amount calculation unit 121, the NOx amount flowing into the SCR filter 51 during the first predetermined period (hereinafter referred to as “inflow NOx amount”) based on the input inflow NOx concentration and the exhaust gas flow rate. In some cases). Then, the ammonia consumption amount is calculated based on the calculated estimated NOx purification rate and inflow NOx amount.

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。 FIG. 3 is a diagram showing a correlation between the inflow NOx concentration and the ammonia consumption amount. As shown in FIG. 3, if the other parameters correlated with the ammonia consumption are the same, the ammonia consumption increases as the inflow NOx concentration increases. FIG. 4 is a diagram showing a correlation between the filter temperature and the ammonia consumption amount. As shown in FIG. 4, if other parameters correlated with ammonia consumption are the same, when the filter temperature is equal to or higher than the activation temperature of the SCR catalyst 51a, the ammonia consumption increases as the filter temperature increases. FIG. 5 is a diagram showing a correlation between the exhaust gas flow rate and the ammonia consumption amount. As shown in FIG. 5, if the other parameters correlated with the ammonia consumption are the same, the ammonia consumption decreases as the exhaust flow rate increases. FIG. 6 is a diagram showing the correlation between the ammonia adsorption amount and the ammonia consumption amount in the SCR catalyst 51a. As shown in FIG. 6, if the other parameters correlated with the ammonia consumption amount are the same, the ammonia consumption amount increases as the ammonia adsorption amount at the SCR catalyst 51a increases. Based on the correlation between the inflow NOx concentration, the filter temperature, the exhaust gas flow rate, the ammonia adsorption amount at the SCR catalyst 51a, and the ammonia consumption amount, as shown in these figures, the consumption amount calculation unit 121 The consumption is calculated.

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。 On the other hand, the desorption amount calculation unit 122 receives the filter temperature and the previous adsorption amount value. Then, the ammonia desorption amount is calculated based on the input filter temperature and the previous adsorption amount value. FIG. 7 is a diagram showing the correlation between the filter temperature and the ammonia desorption amount. As shown in FIG. 7, if the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst 51a is the same, the ammonia desorption amount increases as the filter temperature increases. FIG. 8 is a diagram showing a correlation between the ammonia adsorption amount and the ammonia desorption amount in the SCR catalyst 51a. As shown in FIG. 8, if the filter temperature is the same, the ammonia desorption amount increases as the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst 51a increases. The desorption amount calculation unit 122 calculates the ammonia desorption amount based on the correlation between the filter temperature and the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst 51a and the ammonia desorption amount as shown in these drawings. Is done. The details of the method for calculating the ammonia desorption amount in the desorption amount calculation unit 122 according to this embodiment will be described later.

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。 Then, the adsorption amount calculation unit 120 adds the ammonia supply amount that is an increase to the previous value of the adsorption amount, and subtracts the ammonia consumption amount and the ammonia desorption amount that are a decrease, thereby obtaining the current SCR. The ammonia adsorption amount at the catalyst 51a is calculated.

（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。

ＡＤ：ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量
ｄＤ：アンモニア脱離量
σ_０：ＳＣＲ触媒５１ａにおけるアンモニアの飽和吸着量
Ｋ：平衡定数 (Calculation of ammonia desorption amount)
Hereinafter, the details of the calculation method of the ammonia desorption amount in the desorption amount calculation unit 122 according to the present embodiment will be described. When it is assumed that the state of the SCR catalyst 51a is an equilibrium state in which the adsorption rate and desorption rate of ammonia are the same, the ammonia adsorption amount and the ammonia desorption amount on the SCR catalyst 51a are based on the Langmuir adsorption isotherm. Can be expressed by the following formula 1.

AD: Ammonia adsorption amount on the SCR catalyst 51a dD: Ammonia desorption amount σ ₀ : Saturated adsorption amount of ammonia on the SCR catalyst 51a K: Equilibrium constant

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。

Then, by converting the above formula 1, the following formula 2 can be obtained as a formula for calculating the ammonia desorption amount.

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。）σ_０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σ_０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σ_０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σ_０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。 Here, the saturated adsorption amount of ammonia in the SCR catalyst 51a (the upper limit value of the ammonia amount that can be adsorbed to the SCR catalyst 51a. Hereinafter, it may be simply referred to as “saturated adsorption amount”) σ ₀ and the equilibrium constant K are It is a value that changes according to the filter temperature. FIG. 9 is a diagram showing the correlation between the filter temperature and the saturated adsorption amount σ ₀ of the SCR catalyst 51a. As shown in FIG. 9, the higher the filter temperature, the smaller the saturated adsorption amount σ ₀ of the SCR catalyst 51a. FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the filter temperature and the equilibrium constant K. As shown in FIG. 10, the equilibrium constant K decreases as the filter temperature increases. Then, a correlation as shown in the above equation 2 is established between the ammonia desorption amount dD and the ammonia adsorption amount AD on the SCR catalyst 51a, and the filter temperature and the saturated adsorption amount σ ₀ of the SCR catalyst 51a and Since each of the equilibrium constants K has a correlation as shown in FIGS. 9 and 10, the correlation between the filter temperature and the ammonia adsorption amount at the SCR catalyst 51a and the ammonia desorption amount is shown in FIGS. The relationship is as shown in FIG.

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。 FIG. 11 is a diagram for explaining the influence of PM deposition on the SCR filter 51 on the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a, regarding the correlation between the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a and the filter temperature. In FIG. 11, the horizontal axis represents the filter temperature, and the vertical axis represents the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a. In FIG. 11, a line L1 indicates the correlation between the saturated adsorption amount and the filter temperature when PM is not deposited on the SCR filter 51. On the other hand, in FIG. 11, a line L2 indicates the correlation between the saturated adsorption amount and the filter temperature when PM is accumulated on the SCR filter 51. At this time, as shown in FIG. 11, the higher the filter temperature, the smaller the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a. In a state where the filter temperature is high, the PM deposition on the SCR filter 51 becomes the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a. The effect is small.

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。 Here, as described above, the present inventor has found new knowledge about the correlation between the PM deposition state in the SCR filter and the increasing tendency of the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst. According to this knowledge, the increase in the PM deposition amount in the wall in the SCR filter 51 tends to increase the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst 51a, but on the other hand, the surface PM deposition amount in the SCR filter 51 tends to increase. The increase / decrease tends to have little effect on the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst 51a.

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。 The fluctuation tendency of the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst 51a with respect to the PM accumulation state in the SCR filter 51 is caused by the correlation between the PM accumulation state in the SCR filter 51 and the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a. It is thought that there is. FIG. 12 shows the transition of the saturated adsorption amount and differential pressure conversion value of the SCR catalyst 51a in accordance with the increase in the total amount of PM deposition (hereinafter also referred to as “total PM deposition amount”) in the SCR filter 51. FIG. 12A and 12B, the horizontal axis represents the total PM deposition amount. 12A, the vertical axis represents the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a, and in FIG. 12B, the vertical axis represents the differential pressure conversion value. FIG. 12 shows transition of the saturated adsorption amount and the differential pressure conversion value of the SCR catalyst 51a when the filter temperature is constant and PM is deposited on the SCR filter 51 without being oxidized in the middle. Here, the differential pressure conversion value is acquired based on the filter differential pressure and the exhaust gas flow rate, and more specifically is a value obtained by dividing the filter differential pressure detected by the differential pressure sensor 59 by the exhaust gas flow rate.

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。 In FIG. 12, G1 indicates the saturation PM deposition amount in the in-wall PM deposition. As shown in FIG. 12A, when the total PM deposition amount is G1 or less, the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a is increased in accordance with the increase in the total PM deposition amount (that is, the increase in the in-wall PM deposition amount). To increase. On the other hand, when the total PM deposition amount is larger than G1, the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a is not affected by the increase or decrease in the total PM deposition amount (that is, the increase or decrease in the surface PM deposition amount), and the saturated adsorption amount. Becomes a constant amount corresponding to the saturated PM deposition amount in the in-wall PM deposition.

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。 And when the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a increases, ammonia becomes difficult to desorb from the SCR 51a. Therefore, if the filter temperature and the previous adsorption amount value are the same, the ammonia desorption amount decreases as the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a increases. Here, when the increase in the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a is not considered in accordance with the increase in the PM deposition amount in the wall, the filter temperature and the adsorption amount previous value are the same as in the case of considering. If so, the ammonia desorption amount is calculated to be larger. That is, by correcting the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a in accordance with the PM deposition amount in the wall, the ammonia desorption amount can be estimated with higher accuracy than when the saturated adsorption amount is not corrected. .

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。 Further, as shown in FIG. 12B, when the total PM deposition amount is G1 or less, the ratio of the change amount of the differential pressure conversion value to the change amount of the total PM deposition amount is relatively large. On the other hand, when the total PM deposition amount is larger than G1, the ratio of the change amount of the differential pressure conversion value to the change amount of the total PM deposition amount is smaller than that when the total PM deposition amount is G1 or less. This is because, as PM accumulates in the partition wall of the SCR filter 51, the resistance when the exhaust gas passes through the pores increases. However, even if PM accumulates on the surface of the partition wall of the SCR filter 51, the exhaust gas does not flow. This is because it does not affect the resistance when passing.

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。 As described above, FIG. 12 shows a case where PM deposited on the SCR filter 51 is not reduced by oxidation. In this case, since the total PM accumulation amount corresponding to the differential pressure conversion value can be uniquely determined, the total PM accumulation amount and the differential pressure conversion value shown in FIG. It is also considered that the amount of PM accumulated in the wall can be calculated according to the correlation, and the ammonia desorption amount can be estimated using the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a corrected according to the amount of PM deposition in the wall. However, depending on the operating state of the internal combustion engine 1, PM accumulated on the SCR filter 51 may be reduced by being oxidized. In this case, it is conceivable that each of the in-wall PM deposition amount and the surface PM deposition amount decreases, and the total PM deposition amount and the differential pressure conversion value do not always have the correlation shown in FIG. That is, the total PM deposition amount corresponding to the differential pressure conversion value cannot be uniquely determined. Therefore, it becomes difficult to calculate the PM deposition amount in the wall from the differential pressure conversion value using the correlation shown in FIG. Therefore, in this embodiment, the inside of the wall is calculated based on the estimated value of the total PM deposition amount at the present time (hereinafter sometimes referred to as “estimated PM deposition amount”) and the differential pressure conversion value at every calculation period of the ammonia adsorption amount. Estimate the amount of PM deposition.

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。 The estimated PM accumulation amount is obtained without using the detection value of the differential pressure sensor 59. In this embodiment, the estimated PM accumulation amount is obtained by subtracting the PM amount integrated value that decreases due to oxidation per unit time by the SCR filter 51 from the integrated value of the PM amount flowing into the SCR filter 51 per unit time. Can be obtained. The amount of PM flowing into the SCR filter 51 per unit time is related to the operating state (engine rotational speed and engine load) of the internal combustion engine 1. Therefore, if this relationship is obtained in advance by experiment or simulation, the amount of PM flowing into the SCR filter 51 per unit time can be obtained from the operating state of the internal combustion engine 1. The amount of PM that flows into the SCR filter 51 per unit time can also be detected by a sensor. The amount of PM that decreases due to oxidation per unit time by the SCR filter 51 can be calculated based on the filter temperature, the exhaust flow rate, the operating state of the internal combustion engine 1, and the like. Note that the method for calculating the estimated PM deposition amount is not limited to this, and a known technique can also be used.

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。 FIG. 13 is a model diagram showing the relationship between the total PM accumulation amount and the differential pressure conversion value. FIG. 13 approximates the relationship between the total PM deposition amount and the differential pressure conversion value using a straight line. The solid line shows the locus when PM is deposited on the SCR filter 51 without being oxidized in the PM deposition in the wall, and the alternate long and short dash line is the case where PM is deposited on the SCR filter 51 without being oxidized in the surface layer PM deposition. The trajectory is shown. When PM is not oxidized but is deposited on the SCR filter 51, as described above, first, PM is deposited in the partition wall, and after the PM deposition amount in the partition wall reaches the saturation deposition amount, PM accumulates on the surface. In FIG. 13, when the horizontal axis is X and the vertical axis is Y, the solid line is represented by Y = A1 · X + C1, and the alternate long and short dash line is represented by Y = B1 · X + D1. It should be noted that the locus (solid line) when PM is deposited on the SCR filter 51 without being oxidized in the PM deposition in the wall, and the locus (solid line) when PM is deposited on the SCR filter 51 without being oxidized in the surface layer PM deposition. ) Can be obtained in advance by experiments or simulations. In FIG. 13, the estimated PM accumulation amount at the present time is E1, and the differential pressure conversion value at the present time is F1. That is, the points (E1, F1) are points indicating the estimated PM accumulation amount at the present time and the differential pressure conversion value at the present time.

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。 Here, when only the PM accumulated in the partition wall of the SCR filter 51 decreases, the relationship between the estimated PM accumulation amount and the differential pressure conversion value changes in parallel with the straight line represented by Y = A1 · X + C1. I think that. On the other hand, when only the PM deposited on the surface of the partition wall of the SCR filter 51 decreases, the relationship between the estimated PM deposition amount and the differential pressure conversion value is parallel to the straight line represented by Y = B1 · X + D1. It is thought to change. For this reason, when the point (E1, F1) deviates from the straight line indicated by Y = B1 · X + D1, the PM deposition amount in the wall is reduced by the oxidation from the saturated PM deposition amount in the PM deposition in the wall. it is conceivable that. At this time, when it is assumed that only PM on the surface of the partition wall is removed from the point (E1, F1), the total PM passes along the line parallel to Y = B1 · X + D1 through the point (E1, F1). It is considered that the deposition amount and the differential pressure conversion value change. A straight line at this time is shown by a two-dot chain line in FIG. 13, and this two-dot chain line can be expressed by an equation of Y = B1 · X + (F1−B1 · E1). The intersection of Y = B1 · X + (F1−B1 · E1) and Y = A1 · X + C1 is the total PM deposition amount and the differential pressure conversion value when it is assumed that all the PM on the surface of the partition wall has disappeared. Is shown. That is, the total PM deposition amount at this time shows only the PM deposition amount in the wall.

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。 In summary, when the estimated PM deposition amount at the present time is E1 and the differential pressure conversion value at the current time is F1, the PM deposition amount in the wall at the current time can be obtained by Expression 3 shown below.
PM deposition amount in the wall = (F1-B1 · E1-C1) / (A1-B1) Equation 3
In FIG. 13, “A1”, “B1”, and “C1” are values that can be obtained in advance, and the values of A1, B1, and C1 are stored in the ROM of the ECU 10, and the wall represented by the above equation 3 The correlation between the internal PM accumulation amount, the estimated PM accumulation amount and the differential pressure conversion value is stored as a map or a function. A1 corresponds to the first slope in the present invention, B1 corresponds to the second slope in the present invention, C1 corresponds to the reference differential pressure conversion value in the present invention, and E1 represents the total PM deposition amount in the present invention. F1 corresponds to the differential pressure conversion value in the present invention.

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。 Then, the in-wall P calculated based on the estimated PM accumulation amount, the differential pressure conversion value, and the above equation 3
By correcting the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a by the M deposition amount, the ammonia desorption amount can be estimated with higher accuracy than when the saturated adsorption amount is not corrected.

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。

ＡＤ：ＳＣＲ触媒５１ａでのアンモニア吸着量
ｄＤ：アンモニア脱離量
σ_０：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 In the desorption amount calculation unit 122 according to the present embodiment, the ammonia desorption amount is calculated using the following equation 4 obtained by correcting the equation 2 based on the above points.

AD: Ammonia adsorption amount on SCR catalyst 51a dD: Ammonia desorption amount σ ₀ : Saturated adsorption amount of ammonia on SCR catalyst 51a K: Equilibrium constant α: Correction coefficient

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σ_０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。 When calculating the ammonia desorption amount, the previous value of the adsorption amount is substituted for the ammonia adsorption amount AD in Equation 4 above. Further, the saturated adsorption amount σ ₀ and the equilibrium constant K of the SCR catalyst 51a in the above formula 4 are determined based on the filter temperature when calculating the ammonia desorption amount. Further, the correction coefficient α for correcting the saturated adsorption amount of ammonia in the SCR catalyst 51a in the above equation 4 is expressed by the following equation 5 and the following equation 6 based on the in-wall PM accumulation amount Gw when calculating the ammonia desorption amount. To be determined.
If 0 ≦ Gw <G1,
α = f (Gw) (≧ 1) Equation 5
When Gw = G1,
α = const. (> 1) Formula 6
Gw: PM deposition amount in the wall G1: Saturated PM deposition amount in the PM deposition in the wall α: Correction coefficient The correction coefficient α is a predetermined coefficient of 1 or more. More specifically, when the in-wall PM accumulation amount Gw is 0, the correction coefficient α is determined to be 1. When the in-wall PM deposition amount Gw is greater than 0 and less than the saturated PM deposition amount G1 in the in-wall PM deposition, the correction coefficient α is determined to be a value greater than 1 as a function of the in-wall PM deposition amount Gw. Further, when the in-wall PM deposition amount Gw reaches the saturated PM deposition amount G1 in the in-wall PM deposition, the in-wall PM deposition amount Gw is related to the PM deposition amount (that is, the surface layer PM deposition amount) in the SCR filter 51. Therefore, the correction coefficient α is determined to be a constant value larger than 1.

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。 FIG. 14A shows the relationship between the in-wall PM deposition amount Gw, the filter temperature, and the correction coefficient α when the in-wall PM deposition amount Gw is smaller than the saturated PM deposition amount G1 in the in-wall PM deposition. It is a figure. As described above, during the in-wall PM deposition period, the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a increases as the in-wall PM deposition amount increases. Therefore, when the in-wall PM deposition amount Gw is smaller than the saturated PM deposition amount G1 in the in-wall PM deposition, the correction coefficient α is set to a larger value as the in-wall PM deposition amount Gw increases. As shown in FIG. 11 described above, since the saturated adsorption amount of the SCR catalyst 51a is affected by the filter temperature, the correction coefficient α may be set to a smaller value as the filter temperature increases. Good. The relationship between the in-wall PM accumulation amount Gw, the filter temperature, and the correction coefficient α is obtained in advance by experiments or simulations.

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。 That is, according to the above formula 4, during the PM deposition period in the wall, when the filter temperature and the previous adsorption amount value are the same, the ammonia desorption amount is calculated as a small amount according to the increase in the PM deposition amount in the wall. Will be.

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。 FIG. 14B shows the relationship between the total PM deposition amount, the filter temperature, and the correction coefficient α when the in-wall PM deposition amount Gw reaches the saturated PM deposition amount G1 in the in-wall PM deposition. FIG. When the in-wall PM deposition amount Gw reaches the saturated PM deposition amount G1 in the in-wall PM deposition, the correction coefficient α corresponds to the increase / decrease in the PM deposition amount in the SCR filter 51 (that is, the increase / decrease in the surface layer PM deposition amount). The constant value is set to a predetermined value corresponding to the saturation PM deposition amount G1 in the PM deposition in the wall. Note that this predetermined value may be set to be a small value as the filter temperature increases, and the predetermined value is obtained in advance by experiments or simulations.

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。 That is, at this time, according to the above equation 4, when the filter temperature and the previous adsorption amount value are the same, the ammonia desorption amount is equal to regardless of the PM deposition amount (that is, the surface PM deposition amount) in the SCR filter 51. It is calculated to be a constant amount corresponding to the saturated PM deposition amount in the in-wall PM deposition.

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。 Here, the calculation flow of the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst 51a according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a flowchart showing a calculation flow of the ammonia adsorption amount in the SCR catalyst 51a according to the present embodiment. This flow is repeatedly executed at a predetermined calculation cycle by the adsorption amount calculation unit 120 in the ECU 10.

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。 In this flow, first, in S101, the ammonia supply amount dS is calculated based on the urea water addition amount from the urea water addition valve 53 during the first predetermined period (that is, the period corresponding to the execution interval of this flow). . Next, in S102, the estimated NOx purification rate Rnox in the SCR catalyst 51a is calculated based on the exhaust gas flow rate, the filter temperature, and the previous adsorption amount value. Next, in S103, the ammonia consumption amount dC is calculated based on the estimated NOx purification rate Rnox, the inflow NOx concentration, and the exhaust gas flow rate calculated in S102. Note that the processing of S102 and S103 is executed by the consumption calculation unit 121.

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σ_０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σ_０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σ_０および平衡定数Ｋが算出される。 Next, in S104, the saturated adsorption amount σ ₀ and the equilibrium constant K of the SCR catalyst 51a are calculated based on the filter temperature. In the ECU 10, the correlation between the filter temperature as shown in FIG. 9 and the saturated adsorption amount σ ₀ of the SCR catalyst 51a, and the correlation between the filter temperature and the equilibrium constant K as shown in FIG. Stored in advance. In S104, the saturated adsorption amount σ ₀ and the equilibrium constant K of the SCR catalyst 51a are calculated using this map or function.

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。 Next, in S105, the in-wall PM accumulation amount Gw is calculated based on the estimated PM accumulation amount and the differential pressure conversion value. Note that the correlation between the PM deposition amount in the wall, the estimated PM deposition amount, and the differential pressure conversion value expressed by the above equation 3 is stored in advance in the ROM of the ECU 10 as a map or a function. In S105, the PM deposition amount Gw in the wall is calculated using this function or map. Next, in S106, it is determined whether or not the in-wall PM deposition amount Gw calculated in S105 is smaller than the saturated PM deposition amount G1 in the in-wall PM deposition. Note that the value of the saturated PM deposition amount G1 in the PM deposition in the wall is stored in advance in the ROM of the ECU 10. If an affirmative determination is made in S106, then in S107, the correction coefficient α used for the calculation of the ammonia desorption amount dD in S109, which will be described later, is calculated by the function of the in-wall PM deposition amount Gw represented by the above equation 5. . Here, in the calculation of the correction coefficient α in S107, a map based on Equation 5 may be used. In the ECU 10, the correlation between the in-wall PM accumulation amount Gw and the correction coefficient α as shown in FIG. 14A is stored in advance as a map or a function. In S107, the correction coefficient α is calculated using this map or function. On the other hand, if a negative determination is made in S106, then in S108, the ammonia desorption amount d in S109 described later
The correction coefficient α used for the calculation of D is calculated to a constant value represented by the above equation 6. In the ECU 10, a correction coefficient α corresponding to the saturation PM accumulation amount G1 in the PM accumulation in the wall as shown in FIG. 14B is stored in advance as a map or a function. In S108, the correction coefficient α is calculated using this map or function.

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σ_０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。 Following the processing of S107 or S108, the processing of S109 is executed. In S109, the ammonia desorption amount dD is calculated using Equation 4 above. At this time, the previous value of the adsorption amount is substituted into the ammonia adsorption amount AD of the above equation 4. Further, the value calculated in S104 is used as the saturated adsorption amount σ ₀ and the equilibrium constant K of the SCR catalyst 51a of the above formula 4. The processes from S104 to S109 are executed by the desorption amount calculation unit 122.

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。 Next, in S110, the ammonia supply amount dS calculated in S101 is added to the previous value of the adsorption amount, and the ammonia consumption amount dC calculated in S103 and the ammonia desorption amount dD calculated in S109 are subtracted. Thus, the current ammonia adsorption amount AD is calculated. Note that the ammonia adsorption amount AD calculated in S110 is stored in the ECU 10. The stored ammonia adsorption amount AD is used as the previous value of the adsorption amount in the next calculation.

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。 As described above, according to the present embodiment, the amount of PM deposition in the wall is estimated by the above equation 3. Then, during the in-wall PM deposition period, the ammonia desorption amount is calculated as a small amount in accordance with the increase in the in-wall PM deposition amount when the filter temperature and the previous adsorption amount value are the same. Therefore, the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst 51a can be estimated with the highest possible accuracy.

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。 Further, according to the present embodiment, when the PM deposition amount in the wall reaches the saturation PM deposition amount in the PM deposition in the wall, the ammonia desorption amount is the SCR filter when the filter temperature and the previous adsorption amount are the same. Regardless of the amount of PM deposited in 51, the amount is calculated to be a constant amount corresponding to the saturated PM deposition amount in the in-wall PM deposition. This also makes it possible to estimate the ammonia adsorption amount at the SCR catalyst 51a with higher accuracy.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 4 ... Intake passage 5 ... Exhaust passage 50 ... Oxidation catalyst 51 ... SCR filter 51a ... SCR catalyst 53 ... Urea water addition valve 19 ... Differential pressure sensor 10 ... ECU

Claims

An SCR filter provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, wherein a SCR catalyst is supported on a filter having a partition wall having pores, wherein the SCR catalyst is upstream of the SCR filter. The SCR filter has a function of reducing NOx in exhaust using ammonia supplied by an ammonia supply device provided in a passage as a reducing agent, and the filter has a function of collecting particulate matter in exhaust. , An ammonia adsorption amount estimation device for estimating the ammonia adsorption amount on the SCR catalyst,
Ammonia supply amount, which is the amount of ammonia supplied to the SCR filter by the ammonia supply device, ammonia consumption amount, which is the amount of ammonia consumed for NOx reduction in the SCR catalyst, and ammonia amount desorbed from the SCR catalyst Is an adsorption amount calculation unit that calculates an ammonia adsorption amount, which is the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst, by integrating the ammonia desorption amount, and the previously calculated ammonia adsorption on the SCR catalyst. The ammonia adsorption amount at the current SCR catalyst is calculated by adding the ammonia supply amount and subtracting the ammonia consumption amount and the ammonia desorption amount from the previous adsorption amount value which is a quantity. The adsorption amount calculation unit;
Differential pressure conversion for obtaining a differential pressure conversion value, which is a conversion value obtained by converting the difference in exhaust pressure between the upstream and downstream of the SCR filter into a value when the flow rate of exhaust gas flowing into the SCR filter is assumed to be constant. A value acquisition unit;
A total PM deposition amount estimator for estimating the total PM deposition amount when the particulate matter deposition amount in the SCR filter estimated based on parameters other than the differential pressure conversion value is a total PM deposition amount;
When the estimated deposition amount of particulate matter in the pores formed in the partition walls of the SCR filter is the PM deposition amount in the wall, the PM deposition amount estimation unit in the wall that estimates the PM deposition amount in the wall;
A first gradient, a second gradient, and a reference difference, which are parameters related to the correlation between the total PM deposition amount and the differential pressure conversion value when the particulate matter is sequentially deposited on the SCR filter without being oxidized. A pressure conversion value, and the differential pressure per unit increase amount of the total PM deposition amount when particulate matter is deposited in the pores formed in the partition walls of the SCR filter. The amount of increase in the conversion value is the first slope, and the total PM deposition amount at the stage where particulate matter is deposited on the surface of the partition wall of the SCR filter after the PM deposition amount in the wall reaches the saturation deposition amount. The increase amount of the differential pressure conversion value per unit increase amount is the second slope, and the differential pressure conversion value when the total PM deposition amount is 0 is the reference differential pressure conversion value. The values of the first slope, the second slope, and the reference differential pressure conversion value are recorded. Said storage unit that,
A desorption amount calculation unit for calculating the ammonia desorption amount based on the temperature of the SCR filter when calculating the ammonia desorption amount and the previous adsorption amount value;
The in-wall PM accumulation amount estimation unit is configured to store the total PM accumulation amount estimated by the total PM accumulation amount estimation unit, the differential pressure conversion value acquired by the differential pressure conversion value acquisition unit, and the storage unit. Based on the stored first slope, the second slope, and the reference differential pressure conversion value, the following formula:
PM deposition amount in the wall = (Differential pressure conversion value−Second slope / Total PM deposition amount−Reference differential pressure conversion value) / (First slope−Second slope)
To estimate the amount of PM deposition in the wall,
When the in-wall PM accumulation amount estimated by the in-wall PM accumulation amount estimation unit has not reached the saturation accumulation amount, the desorption amount calculation unit determines that the temperature of the SCR filter and the previous adsorption amount value are the same. In this case, when calculating the ammonia desorption amount, when the amount of PM deposition in the wall estimated by the PM deposition amount estimation unit in the wall is large, the amount of ammonia desorption is reduced to a smaller amount than when it is small. Calculate
When the in-wall PM accumulation amount estimated by the in-wall PM accumulation amount estimation unit has reached the saturation accumulation amount, the desorption amount calculation unit determines that the temperature of the SCR filter and the previous adsorption amount value are the same. In this case, regardless of the total PM deposition amount when calculating the ammonia desorption amount,
An ammonia adsorption amount estimation device that calculates the ammonia desorption amount to a constant amount according to the PM deposition amount in the wall when the PM deposition amount in the wall reaches the saturation deposition amount.