JP2010096039A - 尿素水噴射量制御装置及び尿素水噴射制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯ／ＮＯ２割合の推定精度を向上させることで、ＮＨ３供給量の過不足低減を促進できる尿素水噴射量制御装置を提供する。
【解決手段】ＤＯＣの酸化触媒においてＮＯが酸素により酸化されてＮＯ２に変換されるＮＯ２変換率と、ＤＰＦにおいて炭素がＮＯ２により酸化されることに伴いＮＯ２がＮＯへ変換されるＮＯ変換率とに基づき、ＳＣＲのＮＯｘ還元触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との割合（ＮＯ／ＮＯ２割合）を推定する。そして、このように推定したＮＯ／ＮＯ２割合に基づき、噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、尿素水から生成されるアンモニアを使用して排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに適用され、尿素水の噴射量を制御する尿素水噴射量制御装置及びその制御システムに関する。

従来、尿素水から生成されるアンモニアＮＨ３を使用して排気中の窒素酸化物ＮＯｘ（主にＮＯとＮＯ２）を還元するＮＯｘ還元触媒が知られており、その還元反応は主に以下の反応式（１）〜（３）によるものと考えられる。

ＮＨ₃＋1/2ＮＯ＋1/2ＮＯ₂→Ｎ₂＋3/2Ｈ₂Ｏ ・・・（１）
ＮＨ₃＋ＮＯ＋1/4Ｏ₂→Ｎ₂＋3/2Ｈ₂Ｏ ・・・（２）
ＮＨ₃＋3/4ＮＯ₂→7/8Ｎ₂＋3/2Ｈ₂Ｏ ・・・（３）
このことは、ＮＯｘ還元触媒に流入するＮＯ、ＮＯ２がいずれの反応式（１）〜（３）にしたがって還元されるのかに応じて、還元に用いられるＮＨ３の量が異なってくることを意味する。そのため、単純にＮＯｘ量を推定してその推定値に基づき尿素水の噴射量を制御した場合には、ＮＯ及びＮＯ２の割合（以下「ＮＯ／ＮＯ２割合」と記載）によってはＮＨ３供給量の過不足が生じる。ＮＨ３が不足するとＮＯｘ浄化率の低下を招き、ＮＨ３が過剰であるとＮＯｘ還元触媒からＮＨ３の過剰分が排出されるといったアンモニアスリップを招く。そこで従来では、ＮＯ／ＮＯ２割合を推定し、その推定結果に応じて尿素水の噴射量を制御することで、ＮＨ３供給量の過不足抑制を図っていた（特許文献１参照）。

特許文献１では、ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置された酸化触媒において、排気中のＮＯが以下の反応式（４）にしたがってＮＯ２に酸化されることに着目し、その酸化によるＮＯ２への変換率（ＮＯ２変換率）に基づきＮＯ／ＮＯ２割合を推定している。

２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂ ・・・（４）
ちなみに、上記反応式（１）〜（３）の中では反応式（１）の反応速度が最も速い。そして、上記酸化触媒に流入するＮＯｘの大半はＮＯであるが、上記反応式（４）の如くＮＯの一部をＮＯ２に変換することで、ＮＯｘ還元触媒に流入するＮＯ２量をＮＯ量に近づけるよう酸化触媒は機能し、これにより、ＮＯｘ還元触媒において反応式（１）による反応が促進され、ひいてはＮＯｘ浄化率の向上が図られることとなる。
特開２００２−２５０２２０号公報

しかしながら、酸化触媒上でのＮＯ２変換率に基づきＮＯ／ＮＯ２割合を推定する従来制御では、その推定精度を向上させる余地があることを本発明者らは見出した。

すなわち、排気中の炭素系微粒子（ＰＭ：particulate matters）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter）をＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置した排気浄化システムにおいては、ＤＰＦに捕集されたＰＭの主成分である煤（Ｃ）が以下の反応式（５）にしたがってＮＯ２により酸化される。すると、このような煤の酸化に伴いＮＯ２がＮＯに変換される。

Ｃ＋２ＮＯ₂→ＣＯ₂＋２ＮＯ ・・・（５）
したがって、ＮＯ／ＮＯ２割合は、酸化触媒上でのＮＯ２変換率に応じて変化するのみならず、ＤＰＦ上にて煤が酸化されることに伴いＮＯ２がＮＯへ変換される率（ＮＯ変換率）に応じても変化する、との知見を本発明者らは得た。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＮＯ／ＮＯ２割合の推定精度を向上させることで、ＮＨ３供給量の過不足低減を促進できる尿素水噴射量制御装置及び尿素水噴射制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、内燃機関の排気管に配置され、尿素水から生成されるアンモニアを使用して排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒と、前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側にて尿素水を噴射供給する噴射弁と、前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置され、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化しうる酸化触媒と、前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置され、排気中の炭素系微粒子を捕集するフィルタと、を備える内燃機関の排気浄化システムに適用されたものである。

そして、前記酸化触媒においてＮＯが酸素により酸化されてＮＯ２に変換されるＮＯ２変換率と、前記フィルタにおいて炭素がＮＯ２により酸化されることに伴いＮＯ２がＮＯへ変換されるＮＯ変換率とに基づき、前記ＮＯｘ還元触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との割合（ＮＯ／ＮＯ２割合）を推定する割合推定手段と、前記割合推定手段により推定されたＮＯ／ＮＯ２割合に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する噴射量制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明は、本発明者らによる上記知見、つまり「ＮＯ／ＮＯ２割合は、酸化触媒上におけるＮＯ２変換率に応じて変化するのみならず、フィルタ上におけるＮＯ変換率に応じても変化する」との知見に基づきなされたものであり、酸化触媒上でのＮＯ２変換率に加え、フィルタ上でのＮＯ変換率にも基づきＮＯ／ＮＯ２割合を推定するので、その推定精度を向上させることができる。よって、尿素水の噴射量過不足低減を促進でき、ひいては、ＮＨ３供給量の過不足低減を促進することができる。

請求項２記載の発明では、前記フィルタでの炭素系微粒子（ＰＭ）の堆積量を取得するＰＭ堆積量取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記ＰＭ堆積量取得手段により取得したＰＭ堆積量に基づき前記ＮＯ変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする。

先述した反応式（５）から明らかなように、ＰＭの主成分である煤（Ｃ）の量に応じてＮＯ変換率は変化する。この点に着目し、上記請求項２記載の発明では、ＰＭ堆積量に基づきＮＯ変換率を推定することでＮＯ／ＮＯ２割合を推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。

また、ＰＭ堆積量が多いほど反応式（５）中のＣの量が多くなり、ひいてはＮＯ２がＮＯに変換される率（ＮＯ変換率）が多くなる。よって、請求項３記載の如く前記堆積量が多いほど前記ＮＯ変換率が多くなるよう推定することが望ましい。

請求項４記載の発明では、前記フィルタの温度を取得するフィルタ温度取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記フィルタ温度取得手段により取得したフィルタ温度に基づき前記ＮＯ変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする。

先述した反応式（５）の反応速度はフィルタ温度に依存する。つまり、ＰＭ堆積量が同じであっても、フィルタ温度に応じてＮＯ２がＮＯに変換される量（ＮＯ変換率）は異なる。この点に着目し、上記請求項４記載の発明では、フィルタ温度に基づきＮＯ変換率を推定することでＮＯ／ＮＯ２割合を推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。

また、ＮＯ変換率とフィルタ温度との関係について説明すると、ＮＯ変換率はフィルタ温度が所定温度の時に極大となる。よって、請求項５記載の如く、前記フィルタ温度に基づき前記ＮＯ変換率を推定するにあたり、前記フィルタ温度が所定温度である時に前記ＮＯ変換率が極大となるよう推定することが望ましい。

請求項６記載の発明では、排気の流速を取得する排気流速取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した排気流速が速いほど、前記ＮＯ変換率の推定値を少なく補正することを特徴とする。

排気流速が速いほど反応式（５）の反応がなされることなくＮＯ２がフィルタを通過してしまう割合が高くなる。この点に鑑みた上記請求項６記載の発明では、排気流速が速いほどＮＯ変換率の推定値を少なく補正するので、ＮＯ変換率の推定精度を向上でき、ひいてはＮＯ／ＮＯ２割合の推定精度を向上できる。

請求項７記載の発明では、前記酸化触媒の温度を取得する酸化触媒温度取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した酸化触媒温度に基づき前記ＮＯ２変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする。

先述した反応式（４）の反応速度は酸化触媒温度に依存する。つまり、酸化触媒へ流入するＮＯの量が同じであっても、酸化触媒温度に応じてＮＯがＮＯ２に変換される率（ＮＯ２変換率）は異なる。この点に着目し、上記請求項７記載の発明では、酸化触媒温度に基づきＮＯ２変換率を推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。

また、ＮＯ２変換率と酸化触媒温度との関係について説明すると、ＮＯ２変換率は酸化触媒温度が所定温度の時に極大となる。よって、請求項８記載の如く、前記酸化触媒温度に基づき前記ＮＯ２変換率を推定するにあたり、前記酸化触媒温度が所定温度である時に前記ＮＯ２変換率が極大となるよう推定することが望ましい。

請求項９記載の発明では、排気の流速を取得する排気流速取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した排気流速が速いほど、前記ＮＯ２変換率の推定値を少なく補正することを特徴とする。

排気流速が速いほど反応式（４）の反応がなされることなくＮＯが酸化触媒を通過してしまう割合が高くなる。この点に鑑みた上記請求項９記載の発明では、排気流速が速いほどＮＯ２変換率の推定値を少なく補正するので、ＮＯ２変換率の推定精度を向上でき、ひいてはＮＯ／ＮＯ２割合の推定精度を向上できる。

請求項１０記載の発明は、内燃機関の排気管に配置され、尿素水から生成されるアンモニアを使用して排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒と、／前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側にて尿素水を噴射供給する噴射弁と、／前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置され、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化しうる酸化触媒と、／前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置され、排気中の炭素系微粒子を捕集するフィルタと、を備える内燃機関の排気浄化システムに適用され、／前記フィルタでの炭素系微粒子（ＰＭ）の堆積量を取得するＰＭ堆積量取得手段と、／前記ＰＭ堆積量取得手段により取得した炭素系微粒子の堆積量に基づき前記ＮＯｘ還元触媒に流入するＮＯとＮＯ２との割合を推定する割合推定手段と、／前記割合推定手段により推定されたＮＯとＮＯ２との割合に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する噴射量制御手段と、を備えることを特徴とする。

これによれば、フィルタにおいて炭素がＮＯ２により酸化されることに伴いＮＯ２がＮＯへ変換される率（ＮＯ変換率）と相関のあるＰＭ堆積量に基づきＮＯ／ＮＯ２割合を推定するので、その推定精度を向上させることができる。よって、尿素水の噴射量過不足低減を促進でき、ひいては、ＮＨ３供給量の過不足低減を促進することができる。

請求項１１記載の発明は、上記尿素水噴射量制御装置と、前記ＮＯｘ還元触媒、前記噴射弁、前記酸化触媒及び前記フィルタの少なくとも１つと、を備えることを特徴とする尿素水噴射制御システムである。この尿素水噴射制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、車載ディーゼルエンジン用の排気浄化システムとして本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。

はじめに、図１を参照して、本実施形態に係る排気浄化システムの構成について説明する。図１に示す排気浄化システムは、エンジン（内燃機関）の排気系に取り付けられ、同エンジンの排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭを主に浄化するものである。

具体的には、酸化触媒１１ａを有する酸化装置（ＤＯＣ１１：diesel oxidation catalyst）、排気中の炭素系微粒子（ＰＭ）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ１２）、ＮＯｘ還元触媒１３ａを有する還元装置（ＳＣＲ１３：selective catalytic reduction）を、排気上流側から順に並べて排気管１０に取り付けて構成されている。また、排気管１０のうちＳＣＲ１３の上流側かつＤＰＦ１２の下流側に位置する部分には、尿素水を排気中に噴射供給する噴射弁１４が取り付けられている。

ＤＯＣ１１は、基材１１ｂに白金系の酸化触媒１１ａを担持して構成されており、排気中の未燃燃料ＨＣ及びＣＯを酸化して浄化するとともに、排気中のＮＯを酸化してＮＯ２に変換する。ＤＰＦ１２は、コーディエライト等の耐熱性セラミックからなる多孔質隔壁構造に形成され、排気中のＰＭを捕集する連続再生式のフィルタである。例えばメインの燃料噴射後のポスト噴射等で捕集ＰＭを繰り返し燃焼除去する（再生処理に相当）ことにより継続的に使用することができる。

車両には、尿素を純水に溶け込ませてなる尿素水を貯蔵する尿素水タンク１５が搭載されている。尿素水タンク１５に貯蔵された尿素水は、電動ポンプ１６により汲み上げられ、フィルタ１７を介して噴射弁１４へ供給される。電動ポンプ１６は、エンジン運転中常時駆動するよう電子制御装置（ＥＣＵ２０）により制御されており、図示しないレギュレータにより噴射弁１４への尿素水の供給圧力が一定となるよう制御される。

噴射弁１４は、電動ポンプ１６から供給された尿素水を、排気管１０内のうちＳＣＲ１３の排気上流側に噴射する。より詳細に説明すると、噴射弁１４は、噴孔を開閉するニードル（図示せず）を備えており、ニードルの作動をＥＣＵ２０が制御することで噴孔の開閉状態を制御する。そして、所定時間あたりに噴孔を開く時間を制御することで、尿素水の噴射量をＥＣＵ２０は制御する。

噴射弁１４から噴射された尿素水は、排気の熱によってアンモニア（ＮＨ３）に変換され（次式（６）参照）、排気共々下流のＳＣＲ１３へ供給される。

（ＮＨ₂）２ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂ ・・・（６）
ＳＣＲ１３は、基材１３ｂに酸化バナジウム等のＮＯｘ還元触媒１３ａを担持して構成されており、酸素共存下でも選択的に排気中のＮＯｘをアンモニアと反応させて（上記式（１）〜（３）参照）、ＮＯｘを還元して浄化する。ちなみに、ＤＯＣ１１に流入するＮＯｘの大半はＮＯであるが、上記反応式（４）の如くＮＯの一部をＮＯ２に変換することで、ＳＣＲ１３に流入するＮＯ２量はＮＯ量に近づくこととなるので、ＳＣＲ１３において上記反応式（１）による反応が促進され、ひいてはＮＯｘ浄化率の向上が図られることとなる。

ＥＣＵ２０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、エアフロメータ２１、アクセル開度センサ２２、クランク角センサ２３等の各種センサの検出値に基づいて、１燃焼サイクル当たりに燃焼室に吸入される吸気量、エンジンの要求トルク、クランク軸の回転速度（エンジン回転速度）等を算出する。そして、これらの算出値に基づきエンジンの運転状態（例えば燃料噴射量、噴射タイミング、ＥＧＲ量、過給圧等）を制御する。

さらにＥＣＵ２０は、ＳＣＲ１３に流入するＮＯ量及びＮＯ２量を算出し、これらの量のＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアに相当する尿素水の量を算出し、算出した量の尿素水を噴射するよう噴射弁１４の作動を制御する。

次に、ＳＣＲ１３にアンモニアを過不足なく供給するような尿素水噴射量を算出する手順について、図２の機能ブロック図を用いて説明する。ＥＣＵ２０のマイコンは、所定プログラムを実行することで尿素水噴射量を算出するが、その算出処理の過程で実行される各種処理内容を、図２中の各推定部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ及び算出部２０ｄにて示している。

＜ＮＯｘ量推定部２０ａ＞
先ず、ＮＯｘ量推定部２０ａは、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度、燃料噴射量及び吸気量）に基づき、燃焼室からの排気（つまりＤＯＣ１１に流入する排気）に含まれるＮＯｘ量を算出する。なお、このようにエンジン運転状態に基づきＮＯｘ量を算出することに替え、ＮＯｘセンサをＤＯＣ１１の排気上流側に設けて、当該ＮＯｘセンサの検出値に基づきＮＯｘ量を算出するようにしてもよい。

＜ＤＯＣでのＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｂ＞
上述した反応式（４）によりＤＯＣ１１にてＮＯがＮＯ２に変換される量は、当該反応の雰囲気温度つまりＤＯＣ１１の温度（以下「ＤＯＣ温度」と記載）に依存する。そこで、ＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｂ（割合推定手段）では、ＤＯＣ温度（厳密には、基材１１ｂの温度又は酸化触媒１１ａの温度）に基づき、図３（ａ）のマップを用いてＮＯ２変換率を算出する。このマップは、ＤＯＣ温度が所定温度である時にＮＯ２変換率が極大となるよう設定されている。ＮＯ２変換率の算出に用いるＤＯＣ温度は、ＤＯＣ１１上流側に設置された排気温度センサ２４の検出値に基づき取得すればよい。なお、ＤＯＣ１１上流側以外の場所に配置された排気温度センサの検出値に基づき、応答遅れ時間を考慮してＤＯＣ温度を推定するようにしてもよい。

また、反応式（４）の反応速度は、吸気量（厳密には、単位時間当たりに流れる吸気流量又は１燃焼サイクル当たりに燃焼室に吸入される吸気量）が多いほど遅くなる。つまり、反応式（４）にしたがったＤＯＣ１１でのＮＯ２変換率は、吸気量（つまり排気量（厳密には排気流速））が多いほど小さくなる。そこで、ＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｂでは、図３（ａ）のマップに基づき算出したＮＯ２変換率を、吸気量に応じて補正している。例えば、吸気量とＮＯ２変換率補正値（ＮＯｘ反応量補正値）との関係を予め試験により取得しておき、当該関係を記憶してなる図３（ｄ）のマップを用いてＮＯ２変換率を補正すればよい。

換言すれば、ＤＯＣ１１でのＮＯ２変換率は、ＤＯＣ１１に流入するＮＯｘ量（絶対量）が多いほど低くなる。そこで、図３（ａ）のマップに基づき算出したＮＯ２変換率を、図３（ｅ）に示すマップを用いてＮＯｘ量に応じて補正するようにしてもよい。

そして、ＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｂは、このように算出したＮＯ２変換率と、ＮＯｘ量推定部２０ａで算出したＮＯｘ量とに基づき、ＤＯＣ１１から流出してＤＰＦ１２へ流入するＮＯ量及びＮＯ２量を算出する。

＜ＤＰＦでのＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｃ＞
上述した反応式（５）によりＤＰＦ１２にてＮＯ２がＮＯに変換される量は、当該反応の雰囲気温度つまりＤＰＦ１２のフィルタ温度（以下「ＤＰＦ温度」と記載）と、ＤＰＦ１２にて捕集されたＰＭの堆積量（厳密には、ＰＭ中に含まれる炭素成分の量）に依存する。そこで、ＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｃ（割合推定手段）では、ＤＰＦ１２でのＰＭ堆積量及びＤＰＦ温度に基づきＮＯ変換率を算出している。

具体的には、先ず、差圧センサ２５，２６の検出値に基づき、ＤＰＦ１２の上流側及び下流側の排気圧力の差（ＤＰＦ差圧）を取得する。そして、取得したＤＰＦ差圧に基づき、図３（ｂ）のマップを用いてＰＭ堆積量を算出する。なお、ＤＰＦ差圧が同じであってもその時の排気流量に応じてＰＭ堆積量は異なってくるので、図３（ｂ）のマップは排気流量に応じたＰＭ堆積量を算出できるよう設定されている。

次に、このように算出したＰＭ堆積量及びＤＰＦ温度に基づき、図３（ｃ）のマップを用いてＮＯ変換率を算出する。このマップは、ＰＭ堆積量が多いほどＮＯ変換率が大きくなるよう設定されるとともに、ＤＰＦ温度が所定温度である時にＮＯ変換率が極大となるよう設定されている。ＮＯ変換率の算出に用いるＤＰＦ温度は、ＤＯＣ１１上流側に配置された先述の排気温度センサ２４の検出値に基づき、応答遅れ時間を考慮して推定される。なお、ＤＯＣ１１上流側以外の場所（例えばＤＰＦ１２とＤＯＣ１１の間、ＤＰＦ１２とＳＣＲ１３の間、或いはＳＣＲ１３の下流側）に排気温度センサを設置して、当該センサの検出値に基づきＤＰＦ温度を算出するようにしてもよい。

また、反応式（５）の反応速度は、吸気量（つまり排気量（厳密には排気流速））が多いほど遅くなる。つまり、反応式（５）にしたがったＤＰＦ１２でのＮＯ変換率は、吸気量が多いほど小さくなる。そこで、ＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｃでは、図３（ｂ）（ｃ）のマップに基づき算出したＮＯ変換率を、吸気量に応じて補正している。例えば、吸気量とＮＯ変換率補正値（ＮＯｘ反応量補正値）との関係を予め試験により取得しておき、当該関係を記憶してなる図３（ｄ）のマップを用いてＮＯ変換率を補正すればよい。

換言すれば、ＤＰＦ１２でのＮＯ変換率は、ＤＰＦ１２に流入するＮＯｘ量（絶対量）が多いほど低くなる。そこで、図３（ｂ）（ｃ）のマップに基づき算出したＮＯ変換率を、図３（ｅ）に示すマップを用いてＮＯｘ量に応じて補正するようにしてもよい。

そして、ＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｃは、このように算出したＮＯ変換率と、ＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｂで算出したＮＯ量及びＮＯ２量とに基づき、ＤＰＦ１２から流出してＳＣＲ１３へ流入するＮＯ量及びＮＯ２量を算出する。

＜尿素水の噴射量算出部２０ｄ＞
ＳＣＲ１３において、Ｏ２及びＮＯｘ等の酸化物を含む排気成分の中からＮＯｘを選択的に還元するにあたり、ＮＯ及びＮＯ２は先述した反応式（１）〜（３）にしたがって還元される。そこで、尿素水の噴射量算出部２０ｄ（噴射量制御手段）では、ＮＯ／ＮＯ２割合推定部２０ｃで算出したＮＯ量及びＮＯ２量に基づき、反応式（１）〜（３）にてＮＨ３が過不足なく供給されることとなるよう、噴射弁１４からの尿素水噴射量を算出する。

以上により、本実施形態によれば以下の効果が得られるようになる。

（１）ＤＯＣ１１でＮＯがＮＯ２に変換されることに加え、ＤＰＦ１２でＮＯ２がＮＯに変換されることをも加味してＳＣＲ１３へ流入するＮＯ量及びＮＯ２量を算出するので、ＤＯＣ１１でのＮＯ２への変換のみを加味して算出した場合に比べ、ＮＯ量及びＮＯ２量の算出精度を向上できる。よって、尿素水の噴射量過不足低減を促進でき、ひいては、ＮＨ３供給量の過不足低減を促進することができる。

（２）具体的には、ＤＯＣ１１でのＮＯ２変換率をＤＯＣ温度に基づき推定し、推定したＮＯ２変換率に基づきＤＰＦ１２へ流入するＮＯ量及びＮＯ２量を算出する。そして、ＤＰＦ１１でのＮＯ変換率を、ＤＰＦ温度及びＰＭ堆積量に基づき推定し、推定したＮＯ変換率に基づきＳＣＲ１３へ流入するＮＯ量及びＮＯ２量を算出する。要するに、ＤＯＣ温度、ＤＰＦ温度及びＰＭ堆積量に基づき、ＳＣＲ１３へ流入するＮＯ量及びＮＯ２量を算出する。

このように、ＮＯ２変換率をＤＯＣ温度に基づき推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。また、ＮＯ変換率をＤＰＦ温度及びＰＭ堆積量に基づき推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。

（３）ＮＯ変換率及びＮＯ２変換率を推定するにあたり、吸気量が多いほど（つまり排気流速が速いほど）これらの変換率を小さくするよう補正して推定するので、推定精度の向上を促進できる。

（４）ＮＯ変換率及びＮＯ２変換率は、ＤＯＣ温度又はＤＰＦ温度が所定温度である時に極大となるとの知見に基づき、図３（ａ）及び図３（ｃ）のマップを設定しているので、これら変換率の推定精度向上を促進できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。また、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、差圧センサ２５，２６の検出値に基づき、ＮＯ変換率の算出に用いるＰＭ堆積量を算出しているが、この差圧センサ２５，２６を廃止して、エンジン運転状態に基づきＰＭ堆積量を算出するようにしてもよい。その算出手法の具体例を以下に説明する。

先ず、エンジン回転速度及び燃料噴射量に基づき、燃焼室から排出されるＰＭの量（ＰＭ排出量）を推定する。例えば、エンジン回転速度及び燃料噴射量とＰＭ排出量との関係を予め試験により取得しておき、当該関係を記憶してなる図４（ａ）のマップを用いてＰＭ排出量を推定すればよい。次に、ＤＰＦ温度に基づきＤＰＦ１２で燃焼して除去されるＰＭの量（ＰＭ燃焼量）を推定する。例えば、ＤＰＦ温度とＰＭ燃焼量との関係を予め試験により取得しておき、当該関係を記憶してなる図４（ｂ）のマップを用いてＰＭ燃焼量を推定すればよい。そして、推定したＰＭ排出量からＰＭ燃焼量を減算して得られた値をＰＭ堆積量として算出する。

・上記実施形態では、図１に示すようにＤＯＣ１１とＤＰＦ１２とをそれぞれ別々に構成した排気浄化システムに本発明を適用させているが、ＤＯＣ１１とＤＰＦ１２とを一体化した構成、具体的には、ＤＰＦ１２のフィルタ上に酸化触媒１１ａを担持させた酸化触媒付ＤＰＦを備えた排気浄化システムに本発明を適用させてもよい。

・上記実施形態では、ディーゼルエンジンに本発明を適用させているが、点火式エンジン（ガソリンエンジン）であっても、理論空燃比よりもリーンの混合気で燃焼させるエンジン等、ＳＣＲ１３が搭載されたエンジンであれば本発明を適用させることができる。

本発明の一実施形態にかかる尿素水噴射量制御装置が適用された、排気浄化システムの概要を示す図。 図１に示すＥＣＵが尿素水噴射量を算出するにあたり、その算出手順を示す機能ブロック図。 図２の各種推定部で用いるマップ。 図２の推定部２０ｃで用いるマップの変形例。

符号の説明

１１ａ…ＤＯＣ１１が有する酸化触媒、１２…ＤＰＦ（フィルタ）、１３ａ…ＳＣＲ１３が有するＮＯｘ還元触媒、１４…噴射弁、２０…ＥＣＵ（ＰＭ堆積量取得手段、フィルタ温度取得手段、排気流速取得手段、酸化触媒温度取得手段）、２０ｂ…ＮＯ／ＮＯ２割合推定部（割合推定手段）、２０ｃ…ＮＯ／ＮＯ２割合推定部（割合推定手段）、２０ｄ…尿素水噴射量算出部（噴射量制御手段）。

Claims (11)

1. 内燃機関の排気管に配置され、尿素水から生成されるアンモニアを使用して排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒と、
   前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側にて尿素水を噴射供給する噴射弁と、
   前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置され、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化しうる酸化触媒と、
   前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置され、排気中の炭素系微粒子を捕集するフィルタと、
   を備える内燃機関の排気浄化システムに適用され、
   前記酸化触媒においてＮＯが酸素により酸化されてＮＯ２に変換されるＮＯ２変換率と、前記フィルタにおいて炭素がＮＯ２により酸化されることに伴いＮＯ２がＮＯへ変換されるＮＯ変換率とに基づき、前記ＮＯｘ還元触媒へ流入するＮＯとＮＯ２との割合を推定する割合推定手段と、
   前記割合推定手段により推定されたＮＯとＮＯ２との割合に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する噴射量制御手段と、
   を備えることを特徴とする尿素水噴射量制御装置。
2. 前記フィルタでの炭素系微粒子の堆積量を取得するＰＭ堆積量取得手段を備え、
   前記割合推定手段は、前記ＰＭ堆積量取得手段により取得した炭素系微粒子の堆積量に基づき前記ＮＯ変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする請求項１に記載の尿素水噴射量制御装置。
3. 前記割合推定手段は、前記堆積量が多いほど前記ＮＯ変換率が多くなるよう推定することを特徴とする請求項２に記載の尿素水噴射量制御装置。
4. 前記フィルタの温度を取得するフィルタ温度取得手段を備え、
   前記割合推定手段は、前記フィルタ温度取得手段により取得したフィルタ温度に基づき前記ＮＯ変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の尿素水噴射量制御装置。
5. 前記割合推定手段は、前記フィルタ温度に基づき前記ＮＯ変換率を推定するにあたり、前記フィルタ温度が所定温度である時に前記ＮＯ変換率が極大となるよう推定することを特徴とする請求項４に記載の尿素水噴射量制御装置。
6. 排気の流速を取得する排気流速取得手段を備え、
   前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した排気流速が速いほど、前記ＮＯ変換率の推定値を少なく補正することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の尿素水噴射量制御装置。
7. 前記酸化触媒の温度を取得する酸化触媒温度取得手段を備え、
   前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した酸化触媒温度に基づき前記ＮＯ２変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の尿素水噴射量制御装置。
8. 前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度に基づき前記ＮＯ２変換率を推定するにあたり、前記酸化触媒温度が所定温度である時に前記ＮＯ２変換率が極大となるよう推定することを特徴とする請求項７に記載の尿素水噴射量制御装置。
9. 排気の流速を取得する排気流速取得手段を備え、
   前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した排気流速が速いほど、前記ＮＯ２変換率の推定値を少なく補正することを特徴とする請求項７又は８に記載の尿素水噴射量制御装置。
10. 内燃機関の排気管に配置され、尿素水から生成されるアンモニアを使用して排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒と、
    前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側にて尿素水を噴射供給する噴射弁と、
    前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置され、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化しうる酸化触媒と、
    前記ＮＯｘ還元触媒の排気上流側に配置され、排気中の炭素系微粒子を捕集するフィルタと、
    を備える内燃機関の排気浄化システムに適用され、
    前記フィルタでの炭素系微粒子の堆積量を取得するＰＭ堆積量取得手段と、
    前記ＰＭ堆積量取得手段により取得した炭素系微粒子の堆積量に基づき前記ＮＯｘ還元触媒に流入するＮＯとＮＯ２との割合を推定する割合推定手段と、
    前記割合推定手段により推定されたＮＯとＮＯ２との割合に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する噴射量制御手段と、
    を備えることを特徴とする尿素水噴射量制御装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の尿素水噴射量制御装置と、
    前記ＮＯｘ還元触媒、前記噴射弁、前記酸化触媒及び前記フィルタの少なくとも１つと、
    を備えることを特徴とする尿素水噴射制御システム。

Images