DE102016225244B4 - Abgasreinigungssystem für einen verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) umfassend:einen SCR-Filter (51), der in einem Abgaskanal (5) eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, der einen Filter und einen auf dem Filter geträgerten SCR-Katalysator (51a) einschließt, wobei der SCR-Katalysator (51a) eine Fähigkeit zum Reduzieren von NOx im Abgas unter Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel aufweist und der Filter eine Funktion zum Einfangen von partikelförmigem Material (PM) im Abgas aufweist;eine Ammoniakzuführeinrichtung (53), die konfiguriert ist zum Zuführen von Ammoniak zu dem SCR-Filter (51); undeine Steuereinheit (10), die konfiguriert ist zum Steuern der durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) zugeführten Ammoniakmenge, um so die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator (51a) auf eine Zieladsorptionsmenge einzustellen,wobei die Steuereinheit (10) die durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) zugeführte Ammoniakmenge kleiner macht, wenn eine Differenzdruckänderungsrate zum Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, als wenn die Differenzdruckänderungsrate zum Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) gleich oder größer ist als der vorbestimmte Grenzwert, und die durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) zugeführte Ammoniakmenge derart steuert, dass die Änderung der Menge an durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) zugeführtem Ammoniak relativ zu der Änderung einer Filter-PM-Ablagerungsmenge gleich Null ist, wenn die Differenzdruckänderungsrate geringer ist als der vorbestimmte Grenzwert, wobei die Differenzdruckänderungsrate definiert ist als das Ausmaß der Erhöhung eines konvertierten Differenzdruckwerts pro Erhöhungseinheit der Filter-PM-Ablagerungsmenge, wobei der konvertierte Differenzdruckwert erhalten wird durch Normalisieren des Abgasdifferenzdrucks über den SCR-Filter (51) mit der Abgasrate, und wobei die Filter-PM-Ablagerungsmenge definiert ist als die Menge an in dem SCR-Filter (51) abgelagertem partikelförmigem Material, die abgeschätzt wird auf Basis eines von dem konvertierten Differenzdruckwert verschiedenen Parameters.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, das mit einem in dem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehenen SCR-Filter ausgestattet ist.
  • Es ist im Stand der Technik bekannt, in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors einen SCR-Filter bereitzustellen, der aufgebaut aus einem Filter und einem auf dem Filter geträgerten SCR-Katalysator (Katalysator zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion). Der SCR-Filter besitzt die Fähigkeit, unter Verwendung von Ammoniak als einem Reduktionsmittel NOx im Abgas zu reduzieren. Der Filter besitzt die Funktion des Einfangens von partikelförmigem Material (welches nachfolgend als „PM“ bezeichnet wird) im Abgas.
  • Die Patentliteratur 1 offenbart eine Technologie, die eingesetzt wird in einem Abgasreinigungssystem, das eine SCR-Katalysator einschließt, der stromabwärts eines Filters in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, um die Menge an dem SCR-Katalysator zugeführtem Reduktionsmittel zu korrigieren unter Berücksichtigung der Menge an in dem Filter abgeschiedenem PM. In der in der Patentliteratur 1 offenbarten Technologie ist es notwendig, die dem SCR-Filter zugeführte Menge an Reduktionsmittel zu korrigieren, da NO2 im Abgas durch das in dem Filter abgeschiedene bzw. abgelagerte PM zu NO reduziert wird und sich folglich die geeignete Menge an Reduktionsmittel, die dem SCR-Katalysator zum Entfernen von NOx zugeführt werden soll, ändert.
  • Die Nichtpatentliteratur 1 lehrt, dass Erhöhungen hinsichtlich der Menge an in dem SCR-Filter abgelagertem PM bewirken, dass die Ammoniakadsorptionsmenge, welche definiert ist als Menge an Ammoniak die in einem auf dem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator adsorbiert ist, mehr dazu neigt, erhöht zu sein.
  • Ein Verfahren zum Ermitteln einer Sollgröße einer Reduktionsmittelspeicherkapazität eines SCR-Filters wird in der Patentliteratur 3 beschrieben und die Patentliteratur 4 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Einspritzmenge an Harnstoff für einen SCR-Filter, wobei in den in den beiden Patentliteraturen beschriebenen Verfahren bei der Dosierung des verwendeten Reduktionsmittels die Rußbeladung des Filters berücksichtigt wird. In der Patentliteratur 5 wird die Verwendung eines SCR-Katalysators zusätzlich zu einem Zweiwegekatalysator in einem Abgasreinigungssystem eines Dieselmotors beschrieben.
  • Liste der zitierten Literatur
    • Patentliteratur 1: JP 2009 - 293 606 A
    • Patentliteratur 2: JP 2001 - 193 440 A
    • Patentliteratur 3: DE 10 2014 111 473 A1
    • Patentliteratur 4: US 2014 / 0 182 270 A1
    • Patentliteratur 5: US 2010 / 0 319 324 A1
  • Nichtpatentliteratur 1: „Physico-Chemical Modeling of an Integrated SCR on DPF (SCR/DPF) System“, SAE International Journal of Engines, August 2012, Band 5, Nr.3, 958-974
  • Wie in dem zuvor zitierten Stand der Technik (Patentliteratur 1) offenbart, kann die Menge an in einem auf einem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator adsorbiertem Ammoniak variieren in Abhängigkeit von Zustand der Ablagerung von PM in dem SCR-Filter. Wenn die Menge an in dem SCR-Katalysator adsorbiertem Ammoniak zu groß ist relativ zu einer Zieladsorptionsmenge, besteht die Möglichkeit, dass eine Erhöhung der Menge an aus dem SCR-Katalysator strömendem Ammoniak die Folge ist. Wenn die Menge an in dem SCR-Katalysator adsorbiertem Ammoniak zu gering ist relativ zu der Zieladsorptionsmenge, besteht die Möglichkeit, dass es schwierig wird, mit dem SCR-Filter eine gewünschte NOx-Entfernungsrate zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem Abgasreinigungssystem mit einem SCR-Filter die Ammoniakadsorptionsmenge in einem auf dem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator soweit wie möglich an eine Zieladsorptionsmenge anzupassen durch Steuern der Menge an dem SCR-Filter zugeführtem Ammoniak unter Berücksichtigung des Zustands der Ablagerung von PM in dem SCR-Filter.
  • Wenn ein SCR-Filter PM im Abgas einfängt, wird das eingefangene PM allmählich in dem SCR-Filter abgeschieden bzw. abgelagert. In dem SCR-Filter wird PM als erstes in den Trennwänden des SCR-Filters abgelagert, insbesondere in Mikroporen in den Trennwänden. Nachdem die Menge an in den Trennwänden abgelagertem PM seine Obergrenze erreicht, wird PM auf der Oberfläche der Trennwände abgelagert. Nachfolgend wird die Abscheidung bzw. Ablagerung von PM in den Trennwänden des SCR-Filters manchmal als „PM-Ablagerung im Wandinneren“ bezeichnet, und wird die Periode während der die PM-Ablagerung im Wandinneren fortschreitet manchmal als „Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren“ bezeichnet. Die Menge an in den Trennwänden des SCR-Filters abgelagertem PM wird manchmal als die „PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren“ bezeichnet. Zudem wird die Ablagerung von PM auf der Oberfläche der Trennwände des SCR-Filters manchmal als „Oberflächen-PM-Ablagerung“ bezeichnet und wird die Periode während der die Oberflächen-PM-Ablagerung fortschreitet manchmal als die „Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung“ bezeichnet. Die Menge an auf der Oberfläche der Trennwände des SCR-Filters abgelagertem PM wird manchmal als „Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge“ bezeichnet.
  • Wie oben beschrieben, wurde üblicherweise angenommen, dass Zunahmen bei der im SCR-Filter abgelagerten Menge an PM dazu tendieren, eine erhöhte Neigung in Bezug auf die Erhöhung der Menge an in dem auf dem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator adsorbiertem Ammoniak zu bewirken. Bis jetzt waren jedoch noch keinerlei Einzelheiten bekannt hinsichtlich einer Beziehung zwischen dem Zustand der Ablagerung von PM im SCR-Filter und der Tendenz zur Erhöhung der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden die Tendenz, dass während die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator geneigter ist, erhöht zu sein, wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren im SCR-Filter groß ist als wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren klein ist, Erhöhungen oder Abnahmen der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge im SCR-Filter einen geringen Effekt aufzeigen im Hinblick auf Erhöhungen oder Abnahmen der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator. Es wird angenommen, dass der Grund wes wegen die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator eher erhöht ist, wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren im SCR-Filter groß ist als wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren gering ist, darin begründet ist, dass Zunahmen der PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren zu Zunahmen hinsichtlich der Ammoniakadsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysator führen, was zu Abnahmen hinsichtlich der Menge an von dem SCR-Katalysator desorbiertem Ammoniak führt. Demgegenüber führen Änderungen hinsichtlich der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge zu geringen Änderungen hinsichtlich der Ammoniakadsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators und demgemäß zu geringen Änderungen hinsichtlich der Menge an von dem SCR-Katalysator desorbierten Ammoniak. Daher wird davon ausgegangen, dass Zunahmen oder Abnahmen hinsichtlich der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge im SCR-Filter einen geringen Effekt ausüben auf Zunahmen oder Abnahmen hinsichtlich der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator. Die vorliegende Erfindung wendet die oben beschriebene Erkenntnis an zur Steuerung der Ammoniakzuführmenge in einem Abgasreinigungssystem mit einem SCR-Filter.
  • Im Speziellen wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt umfassend: einen SCR-Filter, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, der einen Filter und einen auf dem Filter geträgerten SCR-Katalysator einschließt, wobei der SCR-Katalysator eine Fähigkeit zum Reduzieren von NOx im Abgas unter Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel aufweist und der Filter eine Funktion zum Einfangen von partikelförmigem Material im Abgas aufweist; eine Ammoniakzuführeinrichtung, die konfiguriert ist zum Zuführen von Ammoniak zu dem SCR-Filter; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Steuern der durch die Ammoniakzuführvorrichtung zugeführten Ammoniakmenge, um so die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator auf eine Zieladsorptionsmenge einzustellen, wobei, wenn eine Differenzdruckänderungsrate zu dem Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr durch die Ammoniakzuführeinrichtung geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, die Steuereinheit die durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführte Ammoniakmenge kleiner macht als die durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführte Ammoniakmenge, wenn die Differenzdruckänderungsrate zu dem Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr durch die Ammoniakzuführeinrichtung gleich oder größer ist als der vorbestimmte Grenzwert, und die durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführte Ammoniakmenge derart steuert, dass die Änderung der Menge an durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführtem Ammoniak relativ zu der Änderung einer Filter-PM-Ablagerungsmenge gleich Null ist, wenn die Differenzdruckänderungsrate geringer ist als der vorbestimmte Grenzwert, wobei die Differenzdruckänderungsrate definiert ist als das Ausmaß der Erhöhung eines konvertierten Differenzdruckwerts pro Erhöhungseinheit der Filter-PM-Ablagerungsmenge, wobei der konvertierte Differenzdruckwert erhalten wird durch Normalisieren des Abgasdifferenzdrucks über den SCR-Filter mit der Abgasrate, und wobei die Filter-PM-Ablagerungsmenge definiert ist als die Menge an in dem SCR-Filter abgelagertem partikelförmigem Material, die abgeschätzt wird auf Basis eines von dem konvertierten Differenzdruckwert verschiedenen Parameters.
  • In dem Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird Ammoniak, welches als Reduktionsmittel fungiert, dem SCR-Filter durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführt. Das auf diese Weise zugeführte Ammoniak wird in dem auf dem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator adsorbiert. Die Ammoniakzuführeinrichtung kann Ammoniak in der Form von entweder einem Gas oder einer Flüssigkeit zuführen oder kann die Ammoniakzuführeinrichtung alternativ einen Vorläufer bzw. eine Vorläuferverbindung von Ammoniak zuführen.
  • Gemäß dem, was wie oben beschrieben von den Erfindern herausgefunden wurde, kann die Zunahme der Menge an in dem SCR-Katalysator adsorbiertem Ammoniak in Abhängigkeit von dem Zustand der Ablagerung von PM in dem SCR-Filter variieren, auch wenn die dem SCR-Filter zugeführte Menge an Ammoniak dieselbe ist. Im Speziellen verschiebt sich, wie oben beschrieben, die Art und Weise der Ablagerung von PM im SCR-Filter nachdem die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren seine Obergrenze erreicht hat zu einer Oberflächen-PM-Ablagerung. Daher befindet sich während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren immer an ihrer Obergrenze. Daher ist während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren größer als die während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren. Die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator neigt eher dazu, zuzunehmen, wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren groß ist als wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren gering ist. Daher ist auch dann, wenn die dem SCR-Filter zugeführte Menge an Ammoniak dieselbe ist, die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator eher dazu geneigt während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung zuzunehmen als während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren. Wenn die Menge an dem SCR-Filter zugeführtem Ammoniak während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung gleich der Menge an dem SCR-Filter zugeführtem Ammoniak während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren ist, besteht daher die Möglichkeit, dass die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung viel größer wird als eine Zieladsorptionsmenge.
  • Basierend auf der herkömmlich bekannten Theorie, dass Zunahmen hinsichtlich der PM-Ablagerungsmenge in einem SCR-Filter dazu führen, dass die Ammoniakadsorptionsmenge in einem SCR-Katalysator, der auf diesem SCR-Filter geträgert ist, eher dazu neigt, zuzunehmen, kann das System derart ausgestaltet werden, das die Menge an dem SCR-Filter zugeführten Ammoniak als Antwort auf Zunahmen hinsichtlich der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung verringert ist. Gemäß dem, was wie oben beschrieben von den Erfindern herausgefunden wurde, weisen jedoch Zunahmen oder Abnahmen hinsichtlich der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge in dem SCR-Filter einen geringen Effekt auf die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator auf. Wenn daher währende der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die dem SCR-Filter zugeführte Menge an Ammoniak verringert wird als Antwort auf Zunahmen hinsichtlich der PM-Ablagerungsmenge (das heißt, Zunahmen hinsichtlich der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge), besteht die Möglichkeit, dass die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator viel geringer wird als die Zieladsorptionsmenge.
  • Demgemäß wird in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung die Ammoniakzuführmenge während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung kleiner gemacht als während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren, wenn die Werte der anderen Parameter betreffend die Bestimmung der Ammoniakzuführmenge dieselben sind. Zudem wird während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die Änderung hinsichtlich der Menge an dem SCR-Filter zugeführten Ammoniak relativ zu der Änderung hinsichtlich der Filter-PM-Ablagerungsmenge auf gleich Null gehalten. Mit anderen Worten, während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung wird die Ammoniakzuführmenge konstant gehalten unabhängig von der Filter-PM-Ablagerungsmenge, wenn die Werte der Parameter betreffend die Bestimmung der Ammoniakzuführmenge dieselben sind.
  • Im Speziellen macht die Steuereinheit die Menge an mittels an Ammoniakzuführeinrichtung zugeführtem Ammoniak kleiner, wenn die Differenzdruckänderungsrate zum Zeitpunkt der Zuführung von Ammoniak durch die Ammoniakzuführeinrichtung geringer ist als der vorbestimmte Grenzwert als wenn die Differenzdruckänderungsrate zu diesem Zeitpunkt gleich oder höher ist als der vorbestimmte Grenzwert. Darüber hinaus steuert die Steuereinheit die Menge an durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführtem Ammoniak derart, dass die Änderung hinsichtlich der Menge an durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführtem Ammoniak relativ zu der Änderung hinsichtlich einer Filter-PM-Ablagerungsmenge gleich Null ist, wenn die Differenzdruckänderungsrate zum Zeitpunkt der Zufuhr von Ammoniak durch die Ammoniakzuführeinrichtung geringer ist als der vorbestimmte Grenzwert. Die Differenzdruckänderungsrate ist das Ausmaß der Erhöhung des konvertierten Differenzdruckwerts pro Erhöhungseinheit der Filter-PM-Ablagerungsmenge. Der Wert der PM-Ablagerungsmenge wird abgeschätzt auf Basis eines Parameters, der von dem konvertierten Differenzdruckwert verschieden ist. Der wie oben definierte Wert der Differenzdruckänderungsrate ist während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung geringer als während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren. Daher wird der vorbestimmte Grenzwert, auf den in dem Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, auf einen Wert festgesetzt, mit welchem nun unterschieden werden kann, ob man sich in der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren oder in der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung befindet.
  • Nachdem die PM-Ablagerung im Wandinneren ihre Obergrenze erreicht hat, wechselt der Modus der PM-Ablagerung im SCR-Filter zu der Oberflächen-PM-Ablagerung. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Oxidation von PM im SCR-Filter sowohl in den Trennwänden des SCR-Filters als auch auf der Oberfläche der Trennwände stattfinden kann. Auch wenn der Modus der PM-Ablagerung in dem SCR-Filter sich einmal zu einer Oberflächen-PM-Ablagerung verschoben hat, kann daher in einigen Fällen die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren durch eine Oxidation von PM in den Trennwänden verringert werden. Wenn in derartigen Fällen die Ablagerung von PM erneut beginnt, wird PM wieder in den Trennwänden abgelagert, mit anderen Worten, der Modus der Ablagerung wechselt von einer Oberflächen-PM-Ablagerung zu einer PM-Ablagerung im Wandinneren. Somit ist es schwierig, eine genau Feststellung zwischen der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren und der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung zu treffen basierend auf lediglich der seit dem Beginn der Ablagerung von PM im SCR-Filter verstrichenen Zeit oder der Filter-PM-Ablagerungsmenge (d.h., der Gesamtmenge an im SCR-Filter abgelagertem PM). Daher wird in dem Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Differenzdruckänderungsrate als ein Parameter verwendet bei der Durchführung einer Identifikation zwischen der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren und der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung.
  • Da, wie oben beschrieben, die Ammoniakzuführeinrichtung die Menge an durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführten Ammoniak auf Basis der Differenzdruckänderungsrate steuert, wird in dem Fall, wenn der Zeitpunkt der Zuführung von Ammoniak zu dem SCR-Filter in der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung liegt, die Ammoniakzuführmenge kleiner gemacht gegenüber dem Fall, wenn der Zeitpunkt der Zuführung von Ammoniak zu dem SCR-Filter in der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren liegt, wenn die anderen Parameter im Hinblick auf die Bestimmung der Ammoniakzuführmenge dieselben sind. Diese Steuerung kann verhindern, dass während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator viel größer wird als die Zieladsorptionsmenge. Da ferner, wie oben beschrieben, die Ammoniakzuführeinrichtung die Menge an durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführtem Ammoniak auf Basis der Differenzdruckänderungsrate steuert, wird die Änderung hinsichtlich der Menge an dem SCR-Filter zugeführtem Ammoniak relativ zu der Änderung hinsichtlich der Filter-PM-Ablagerungsmenge auf gleich Null gehalten, in dem Fall, bei dem der Zeitpunkt der Zufuhr von Ammoniak zu dem SCR-Filter in der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung liegt. Diese Steuerung kann verhindern, dass während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator viel kleiner wird als die Zieladsorptionsmenge. Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Ammoniakadsorptionsmenge in dem auf dem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator so nah wie möglich auf die Zieladsorptionsmenge eingestellt werden.
  • Der vorteilhafte Effekt gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Ammoniakadsorptionsmenge in dem auf dem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator so nah wie möglich auf die Zieladsorptionsmenge eingestellt werden kann.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund der Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
  • Es zeigt:
    • 1 eine Abbildung, die den allgemeinen Aufbau eines Verbrennungsmotors und dessen Lufteinlasssystems und Abgassystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ein Blockdiagramm, das die Funktionen einer Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge in einer ECU gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 3 ein Blockdiagramm, das die Funktionen einer Berechnungseinheit für die Ammoniakzuführmenge in der ECU gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 4 ein Diagramm, das aufzeigt, wie der Zustand der Ablagerung von PM in einem SCR-Filter die Ammoniakadsorptionssättigungsmenge eines auf dem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator beeinflusst;
    • 5 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Zustand der Ablagerung von PM im SCR-Filter und der Ammoniakadsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators aufzeigt;
    • 6 ein Zeitdiagramm, das Änderungen der Filtertemperatur, der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator und der Menge aus dem SCR-Filter 51 strömendem Ammoniak im Verlauf der Zeit aufzeigt;
    • 7 ein Diagramm, das Änderungen hinsichtlich des konvertieren Differenzdruckwerts bei Zunahmen der Filter-PM-Ablagerungsmenge zeigt;
    • 8 ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf eines Verfahrens zur Berechnung der Menge an Harnstofflösung aufzeigt, die gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch ein Harnstofflösungszugabeventil zuzugeben ist;
    • 9 ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs eines Verfahrens zur Steuerung der Zugabe von Harnstofflösung durch das Harnstofflösungszugabeventil gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Filtertemperatur und einem spezifischen Wert αx gemäß einer ersten Modifikation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich im Folgenden anhand der Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen. Die Abmessungen, Materialien, Formen, relative Anordnungen und andere Merkmale der Komponenten, die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben werden, sind nicht dazu beabsichtigt, den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung auf lediglich diese zu beschränken, insofern dies nicht speziell angegeben wird.
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine Abbildung, die den allgemeinen Aufbau eines Verbrennungsmotors und dessen Lufteinlasssystems und Abgassystems gemäß einer ersten Ausführungsform aufzeigt. Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 ist ein Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung (Dieselmotor), der Leichtöl als Kraftstoff verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch derart zu verstehen, dass sie auch auf einen Ottomotor (Verbrennungsmotor mit Fremdzündung) angewendet werden kann, welcher Benzin oder dergleichen als Kraftstoff verwendet.
  • Der Verbrennungsmotor 1 besitzt ein Kraftstoffeinspritzventil 3, das Kraftstoff in einen Zylinder 2 einspritzt. In dem Fall, bei der Verbrennungsmotor 1 ein Ottomotor ist, kann das Kraftstoffeinspritzventil 3 so ausgelegt sein, dass es Kraftstoff in eine Ansaugöffnung einspritzt.
  • Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Ansaugkanal 4 verbunden. Der Ansaugkanal 4 wird mit einem Luftmassenmesser 40 und einem Drosselventil 41 bereitgestellt. Der Luftmassenmesser 40 gibt ein elektrisches Signal aus, das die Menge (oder Masse) der in dem Ansaugkanal 4 strömenden Ansaugluft entspricht. Das Drosselventil 41 ist in dem Ansaugkanal 4 stromabwärts des Luftmassenmessers 40 angeordnet. Das Drosselventil 41 verändert die Kanalquerschnittsfläche des Einlasskanals 4, um die Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors 1 einzustellen.
  • Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Abgaskanal 5 verbunden. Der Abgaskanal 5 wird mit einem Oxidationskatalysator 50, einem SCR-Filter 51, einem Kraftstoffzugabeventil 52 und einem Harnstofflösungszugabeventil 53 bereitgestellt. Der SCR-Filter 51 ist aufgebaut aus einem Wandstromfilter, der aus einem porösen Basismaterial hergestellt ist, und einem darauf geträgerten SCR-Katalysator 51a. Der Filter besitzt die Funktion des Einfangens von PM in dem Abgas. Der SCR-Katalysator 51a ist in der Lage, im Abgas enthaltenes NOx unter Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel zu reduzieren. Somit ist der SCR-Filter 51 in der Lage, PM einzufangen und NOx zu entfernen. Der Oxidationskatalysator 50 ist in dem Abgaskanal 5 stromaufwärts des SCR-Filters 51 angeordnet. Das Kraftstoffzugabeventil 52 ist in dem Abgaskanal 5 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 50 angeordnet. Das Kraftstoffzugabeventil 52 wird verwendet, um dem in dem Abgaskanal 5 strömenden Abgas Kraftstoff zuzugeben. Das Harnstofflösungszugabeventil 53 ist in dem Abgaskanal 5 stromabwärts des Oxidationskatalysators 50 und stromaufwärts des SCR-Filters 51 angeordnet. Das Harnstofflösungszugabeventil 53 wird verwendet, um dem in dem Abgaskanal 5 strömenden Abgas Harnstofflösung zuzugeben. Da dem Abgas durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 Harnstofflösung zugegeben wird, wird die Harnstofflösung dem SCR-Filter 51 zugeführt. Somit wird Harnstoff als ein Vorläufer von Ammoniak dem SCR-Filter 51 zugeführt. Im SCR-Filter 51 wird in dem SCR-Katalysator 51a durch Hydrolyse des zugeführten Harnstoffs erzeugtes Ammoniak adsorbiert. Das in dem SCR-Katalysator 51a adsorbierten Ammoniaks fungiert als ein Reduktionsmittel zum Reduzieren von NOx im Abgas. Das Harnstofflösungszugabeventil 53 kann ersetzt werden durch ein Ammoniakzugabeventil, welches dem Abgas Ammoniakgas zuführt.
  • Der Abgaskanal 5 stromabwärts des Oxidationskatalysators 50 und stromaufwärts des Harnstofflösungszugabeventil 53 ist mit einem O2-Sensor 54, einem stromaufwärts angeordneten Temperatursensor 55 und einem stromaufwärts angeordneten NOx-Sensors 57 vorgesehen. Der Abgaskanal 5 stromabwärts des SCR-Filters 51 ist mit einem stromabwärts angeordneter Temperatursensors 56 und einem stromabwärts angeordneter NOx-Sensor 58 vorgesehen. Der O2-Sensor 54 gibt ein elektrisches Signal aus, das der O2-Konzentration im Abgas entspricht. Der stromaufwärts angeordnete Temperatursensor 55 und der stromabwärts angeordnete Temperatursensor 56 geben jeweils ein elektrisches Signal aus, welches der Temperatur des Abgases entspricht. Der stromabwärts angeordnete NOx-Sensor 57 und der stromabwärts angeordnete NOx-Sensor 58 geben jeweils ein elektrisches Signal aus, das der NOx-Konzentration im Abgas entspricht. Der Abgaskanal 5 ist mit einem Differenzdrucksensor 59 vorgesehen. Der Differenzdrucksensor 59 gibt ein elektrisches Signal aus, das dem Differenzdruck des Abgases über den SCR-Filter 51 entspricht, welcher nachfolgend manchmal als der „Filterdifferenzdruck“ bezeichnet wird.
  • Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU 10) ausgestattet. Die ECU 10 ist eine Einheit, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 steuert. Die ECU 10 ist elektrisch mit einer Vielzahl an Sensoren verbunden, einschließlich einem Gaspedalpositionssensor 7 und einem Kurbelwellensensor 8 ebenso wie dem Luftmassenmesser 40, dem O2-Sensor 54, dem stromaufwärts angeordneten Temperatursensor 55, dem stromaufwärts angeordneten NOx-Sensor 57, dem stromabwärts angeordneten Temperatursensor 56, dem stromabwärts angeordneten NOx-Sensor 58 und dem Differenzdrucksensor 59, wie oben erwähnt. Der Gaspedalpositionssensor 7 ist ein Sensor, der ein elektrisches Signal ausgibt, das dem Ausmaß einer Betätigung eines Gaspedals entspricht (Gaspedalöffnungsgrad), welches in den Zeichnungen nicht aufgeführt ist. Der Kurbelwellensensor 8 ist ein Sensor, der ein elektrisches Signal ausgibt, das der Umdrehungsposition der Motorabtriebswelle (oder Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 1 entspricht. Die von diesen Sensoren ausgegebenen Signale werden in die ECU 10 eingespeist. Die ECU 10 schätzt die Temperatur des SCR-Filters 51 ab auf Basis des Ausgabewerts des stromabwärts angeordneten Temperatursensors 56. Diese Temperatur wird nachfolgend manchmal als die „Filtertemperatur“ bezeichnet. Die ECU 10 schätzt die Strömungsrate des in den SCR-Filter strömenden Abgases auf Basis des Ausgabewerts des Luftmassenmessers 40 ab. Diese Strömungsrate wird nachfolgend manchmal der Einfachheit halber als die „Abgasströmungsrate“ bezeichnet.
  • Die ECU 10 ist elektrisch mit einer Vielzahl an Einrichtungen verbunden einschließlich des Kraftstoffeinspritzventils 3, des Drosselventils 41, des Kraftstoffzugabeventil 52 und des Harnstofflösungszugabeventils 53, wie oben erwähnt. Die ECU 10 steuert diese Einrichtungen unter Verwendung der von den zuvor erwähnten Sensoren ausgegebenen Signale. Beispielsweise steuert die ECU 10 die Menge an Harnstofflösung, die durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 zugegeben wird, derart, dass die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 51a auf eine vorbestimmte Zieladsorptionsmenge eingestellt wird. Die Zieladsorptionsmenge ist ein Zielwert der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a, welche bestimmt wird auf Basis des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1. Die Zieladsorptionsmenge wird vorab bestimmt durch beispielsweise ein Experiment als ein Wert, bei dem eine gewünschte NOx-Entfernungsrate mit dem SCR-Filter 51 erreicht werden kann und die Menge an aus dem SCR-Filter 51 strömendem Ammoniak innerhalb eines zulässigen Bereichs gehalten werden kann. Die Zieladsorptionsmenge ist in der ECU 10 gespeichert.
  • Die ECU 10 führt einen Filterregenerationsvorgang aus durch Zugeben von Kraftstoff durch das Kraftstoffzugabeventils 52, wenn die Menge an in dem SCR-Filter 51 abgelagertem PM (welche nachfolgend manchmal als die „Filter-PM-Ablagerungsmenge“ bezeichnet wird) eine vorbestimmte Ablagerungsmenge erreicht. Die Filter-PM-Ablagerungsmenge wird abgeschätzt durch ein Verfahren, welches später beschrieben wird. In dem Filterregenerationsvorgang wird die Temperatur des SCR-Filter 51 durch die Oxidationswärme erhöht, die erzeugt wird bei der Oxidation von Kraftstoff, der durch das Kraftstoffzugabeventil 52 in den Oxidationskatalysator 50 zugegeben wird. Als Folge davon wird das in dem SCR-Filter 51 abgelagerte PM verbrannt und entfernt.
  • Abschätzen der Filter-PM-Ablagerungsmenge
  • In dieser Ausführungsform berechnet die ECU 10 bei einem vorbestimmten Berechnungsintervall wiederholt die Filter-PM-Ablagerungsmenge. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen einer Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge in der ECU-10 veranschaulicht. Die Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge 110 ist eine Funktionseinheit, die konfiguriert ist zum Berechnen der Filter-PM-Ablagerungsmenge. Die Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge 110 wird gebildet durch Ausführen eines bestimmten Programms in der ECU 10. Die Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge 110 in dieser Ausführungsform ist konfiguriert zur Berechnung der Filter-PM-Ablagerungsmenge ohne der Verwendung eines konvertieren Differenzdruckwerts, welches ein konvertierter Wert des mittels des Differenzdrucksensors 59 gemessenen Filterdifferenzdrucks ist, der erhalten wird durch Umwandlung basierend auf der Annahme, dass die Abgasströmungsrate konstant ist, erhalten wird durch Normalisieren des durch den Differenzdrucksensor 59 gemessenen Filterdifferenzdrucks mit der Abgasströmungsrate. Der konvertierte Differenzdruckwert wird später beschrieben. Ferner ist die Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge 110 in dieser Ausführungsform konfiguriert zum Berechnen der Filter-PM-Ablagerungsmenge unter der Annahme, dass die PM-Einfangfunktion des SCR-Filters 51 sich in einem Normalzustand befindet.
  • Die Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge 110 berechnet die Filter-PM-Ablagerungsmenge zum gegenwärtigen Zeitpunkt durch Integrieren der Menge an eingefangenem PM, welche definiert ist als die Menge an mittels des SCR-Filters 51 eingefangenem PM, und der Menge an oxidiertem PM, die definiert ist als die Menge an im SCR-Filter 51 oxidiertem PM. Im Speziellen umfasst die Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge 110 eine Berechnungseinheit für die Menge an eingefangenem PM 111 und eine Berechnungseinheit für die Menge an oxidiertem PM 112. Die Berechnungseinheit für die Menge an eingefangenem PM 111 berechnet eine Menge an eingefangenem PM als die Menge an PM, die über einen ersten vorbestimmten Zeitraum, welcher bestimmt wird, entsprechend dem Intervall der Berechnung der Filter-PM-Ablagerungsmenge, durch den SCR-Filter 51 eingefangen wurde. Die Berechnungseinheit für die Menge an oxidiertem PM 112 berechnet eine Menge an oxidiertem PM als die Menge an PM, die über den ersten vorbestimmten Zeitraum in dem SCR-Filter 51 oxidiert wurde.
  • Die Berechnungseinheit für die Menge an eingefangen PM111 besitzt als einen Input die Menge an PM, die von dem Verbrennungsmotor 1 über den ersten vorbestimmten Zeitraum ausgestoßen wird (welche nachfolgend der Einfachheit halber manchmal als die „Menge an ausgestoßenem PM“ bezeichnet wird). Die Menge an ausgestoßenen PM kann abgeschätzt werden auf Basis des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1. Die Berechnungseinheit für die Menge an eingefangenem PM 111 berechnet die Menge an eingefangenem PM durch Multiplizieren des Inputwerts der Menge an ausgestoßenen PM mit einer vorbestimmten PM-Einfangrate, welche das Verhältnis der Menge durch den SCR-Filter 51 eingefangenem PM zu der Menge an in den SCR-Filter 51 strömendem PM ist. Die vorbestimmte PM-Einfangrate kann ein Wert sein, der auf Basis der Abgasströmungsrate abgeschätzt wird.
  • Die Berechnungseinheit für die Menge an oxidiertem PM 112 besitzt als Eingabewerte bzw. Input die Filtertemperatur, die O2-Konzentration in dem in den SCR-Filter 51 strömenden Abgas (welche nachfolgend manchmal als die „Konzentration an einströmendem O2“ bezeichnet wird) und die NO2-Konzentration in dem in den SCR-Filter 51 strömenden Abgas (welche nachfolgend manchmal als die „Konzentration an einströmendem NO2“ bezeichnet wird). Die Filtertemperatur kann abgeschätzt werden anhand des Ausgabewerts des stromabwärts angeordneten Temperatursensors 56. Die Konzentration an einströmendem O2 wir mittels des O2-Sensors 54 gemessen. Alternativ dazu kann die Konzentration an einströmendem O2 abgeschätzt werden auf Basis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases und des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1 und dergleichen. Die Konzentration an einströmendem NO2 kann abgeschätzt werden anhand des Ausgabewerts des Luftmassenmessers 40, des Ausgabewerts des stromaufwärts angeordneten Temperatursensors 55 und des Ausgabewerts des stromaufwärts angeordneten NOx-Sensors 57 und dergleichen. Im Speziellen kann die Menge an NOx im Abgas abgeschätzt werden anhand des Ausgabewerts des stromaufwärts angeordneten NOx-Sensors 57 und der Abgasströmungsrate. Der Anteil der Menge an NO2 in der Menge an NOx im Abgas kann abgeschätzt werden anhand der Temperatur des Oxidationskatalysators 50, welche abgeschätzt wird anhand des Ausgabewerts des stromaufwärts angeordneten Temperatursensors 55 und der Abgasströmungsrate. Die Konzentration an einströmendem NO2 kann dann abgeschätzt werden anhand der Menge an NOx im Abgas und dem abgeschätzten Anteil der Menge an NO2 in der Menge an NOx im Abgas. Zudem besitzt die Berechnungseinheit für die Menge an oxidiertem PM 112 auch als eine Eingabe einen Wert der Filter-PM-Ablagerungsmenge, die in der vorherigen (oder letzten) Berechnung berechnet wurde. Dieser Eingabewert wird nachfolgend manchmal auch als der „vorherige Wert der Ablagerungsmenge“ bezeichnet. Die Berechnungseinheit für die Menge an oxidiertem PM 112 berechnet die Menge an oxidiertem PM anhand der Eingabewerte der Filtertemperatur, der Konzentration an einströmendem O2, der Konzentration an einströmendem NO2 und dem vorherigen Wert der Ablagerungsmenge.
  • Die Berechnungseinheit für die PM-Ablagerungsmenge 110 berechnet die Filter-PM-Ablagerungsmenge der vorliegenden Zeit (oder die Filter-PM-Ablagerungsmenge zum gegenwärtigen Zeitpunkt) durch Addieren der Menge an eingefangenem PM als eine Erhöhung des vorherigen Werts der Ablagerungsmenge und Subtrahieren der Menge an oxidiertem PM als dessen Verringerung. Die auf diese Weise berechnete Filter-PM-Ablagerungsmenge zu diesem Zeitpunkt wird bei dem nächsten Berechnungsvorgang als der vorherige Wert der Ablagerungsmenge fungieren.
  • Das Verfahren zur Berechnung der Filter-PM-Ablagerungsmenge gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das oben beschriebenen beschränkt. In der vorliegenden Erfindung kann die Filter-PM-Ablagerungsmenge durch ein beliebiges Verfahren ohne Verwenden des später beschriebenen konvertierten Differenzdruckwerts berechnet werden.
  • Steuerung der Ammoniakzuführmenge
  • Wie oben beschrieben wird in dem System dieser Ausführungsform dem SCR-Filter 51 Ammoniak zugeführt, welcher erzeugt wird durch Hydrolyse einer Harnstofflösung, die durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 zugegeben wird. Die ECU 10 steuert die Menge an durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 zugegebenen Harnstofflösung, wodurch die Menge an dem SCR-Filter 51 zugegebenem Ammoniak (oder die Ammoniakzuführmenge) derart gesteuert wird, dass die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 51a auf eine Zieladsorptionsmenge eingestellt wird.
  • Ein Teil des Ammoniaks, der dem SCR-Filter 51 zugeführt und im SCR-Katalysator 51a adsorbiert wird, wird bei der Reduktion von NOx verbraucht. Ein anderer Teil des in dem SCR-Filter 51a adsorbierten Ammoniaks wird von dem SCR-Katalysator 51a desorbiert ohne bei der Reduktion von NOx verbraucht zu werden. Um die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 51a auf die Zieladsorptionsmenge einzustellen, wird in dem System dieser Ausführungsform dem SCR-Filter 51a eine Menge an Ammoniak zugeführt, die gleich der Summe der Ammoniakverbrauchsmenge, die definiert ist als die Menge an bei der Reduktion von NOx im SCR-Katalysator 51a verbrauchtem Ammoniak, und der Ammoniakdesorptionsmenge, die definiert ist als die Menge von dem SCR-Katalysator 51a desorbiertem Ammoniak.
  • In dem System dieser Ausführungsform berechnet die ECU 10 bei einem vorbestimmten Berechnungsintervall wiederholt die Ammoniakzuführmenge für den SCR-Filter 51 (das heißt, die Menge an dem SCR-Filter 51 zuzuführendem Ammoniak). 3 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen einer Berechnungseinheit für die Ammoniakzuführmenge in der ECU 10 veranschaulicht. Die Berechnungseinheit für die Ammoniakzuführmenge 120 ist eine Funktionseinheit die konfiguriert ist zum Berechnen der Menge an dem SCR-Filter 51 zuzuführendem Ammoniak. Die Berechnungseinheit für die Ammoniakzuführmenge 120 wird gebildet durch Ausführen eines speziellen Programms in der ECU 10.
  • Die Berechnungseinheit für die Ammoniakzuführmenge 120 umfasst eine Verbrauchsmengenberechnungseinheit 121, die die Ammoniakverbrauchsmenge berechnet, und eine Desorptionsmengenberechnungseinheit 122, die die Ammoniakdesoptionsmenge berechnet. Die Verbrauchsmengenberechnungseinheit 121 berechnet die Ammoniakverbrauchsmenge als die Menge an Ammoniak, die verbraucht wird bei der Reduktion von NOx im SCR-Katalysator 51a über einen vorbestimmten Zuführzeitraum, über den Ammoniak dem SCR-Filter 51 zugeführt wird (das heißt, dem Zeitraum über dem eine Zugabe von Harnstofflösung durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 durchgeführt wird). Die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 berechnet die Ammoniakdesorptionsmenge als die Menge an Ammoniak, die von dem SCR-Katalysator 51a über den vorbestimmten Zuführzeitraum desorbiert wird. Die Ammoniakzuführmengenberechnungseinheit 120 berechnet die Ammoniakzuführmenge als die Summe der Ammoniakverbrauchsmenge, die durch die Ammoniakverbrauchsmengenberechnungseinheit 121 berechnet wird, und der Ammoniakdesoptionsmenge, die durch die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 berechnet wird. Somit berechnet die Ammoniakzuführmengenberechnungseinheit 120 die Ammoniakzuführmenge als die Menge an Ammoniak, die dem SCR-Filter 51 über den vorbestimmten Zuführzeitraum zuzuführen ist.
  • Die Verbrauchsmengenberechnungseinheit 121 besitzt als Eingabewerte die Menge an einströmendem NOx, die Filtertemperatur und die Zieladsorptionsmenge. Die oben erwähnte Menge an einströmendem NOx ist die Menge an NOx, die während des vorbestimmten Zuführzeitraums in den SCR-Filter strömt. Die Menge an einströmendem NOx kann berechnet werden anhand der NOx Konzentration in dem in den SCR-Filter 51 strömenden Abgas, die gemessen wird durch den stromaufwärts angeordneten NOx-Sensor 57, und der Abgasströmungsrate. Die NOx Entfernungsrate mit dem SCR-Filter 51 korreliert mit der Filtertemperatur und der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a. Die Verbrauchsmengenberechnungseinheit 121 berechnet die abgeschätzte NOx-Entfernungsrate, die mit dem SCR-Katalysator 51a erreicht werden soll (welche nachfolgend manchmal als die „abgeschätzte NOx-Entfernungsrate“ bezeichnet wird) unter Verwendung der Eingabewerte der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge. Dann wird die Ammoniakverbrauchsmenge berechnet anhand des Eingabewerts der Menge an einströmendem NOx und der wie oben berechneten abgeschätzten NOx-Entfernungsrate. Auf diese Weise berechnet die Verbrauchsmengenberechnungseinheit 121 die Ammoniakverbrauchsmenge in einem angenommenen Fall, bei dem die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a gleich der Zieladsorptionsmenge ist.
  • Die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 weist die Eingabewerte der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge auf. Wenn die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 51a gleich bleibt, ist die Ammoniakdesorptionsmenge umso größer, je höher die Filtertemperatur ist. Wenn die Filtertemperatur gleich bleibt, ist die Ammoniakdesorptionsmenge umso größer, je größer die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a ist. Die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 berechnet die Ammoniakdesorptionsmenge anhand der Eingabewerte der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge auf Basis der obigen Beziehungen. Somit berechnet die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 die Ammoniakdesorptionsmenge in dem angenommenen Fall, bei dem die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a gleich der Zieladsorptionsmenge ist. Das Verfahren zur Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge durch die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 wird später ausführlicher beschrieben.
  • Beziehung zwischen dem Zustand der PM-Ablagerung und der Ammoniakadsorptionsmenge
  • Im Folgenden wird die Beziehung zwischen dem Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 und der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a diskutiert. Wie zuvor beschrieben, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass eine Beziehung zwischen dem Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter und der Tendenz zur Erhöhung der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator besteht. Wenn gemäß dieser Erkenntnis die Filtertemperatur und die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a dieselben sind, ist die Ammoniakdesorptionsmenge geringer, wenn die Menge an in den Trennwänden des SCR-Filters 51 abgelagertem PM (oder die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren) groß ist als vergleichsweise wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren gering ist. Wenn die Werte der anderen Parameter betreffend die Zunahme der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a dieselben sind, neigt daher die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a eher dazu, zuzunehmen, wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren groß ist als vergleichsweise wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren gering ist. Zu Zeitpunkten nach denen die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren im SCR-Filter 51 ihre Obergrenze erreicht hat und der Modus der Ablagerung von PM im SCR-Filter 51 von einer PM-Ablagerung im Wandinneren zu einer Oberflächen-PM-Ablagerung gewechselt hat, ändert sich die Ammoniakdesorptionsmenge wenig auch wenn die Filter-PM-Ablagerungsmenge (das heißt, die Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge) sich ändert, solange als die Filtertemperatur und die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a gleich bleiben. Daher haben Zunahmen oder Abnahmen der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge einen geringen Einfluss auf Zunahmen oder Abnahmen der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a.
  • Es wird angenommen, dass die oben beschriebene Tendenz einer Änderung hinsichtlich der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a in Abhängigkeit von dem Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 der Beziehung zwischen dem Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 und der Ammoniakadsorptionssättigungsmenge im SCR-Katalysator 51a zuzurechnen ist. Die Ammoniakadsorptionssättigungsmenge ist die größte Menge an Ammoniak, die im SCR-Katalysator 51a adsorbiert werden kann, und wird nachfolgen der Einfachheit halber manchmal als die „Adsorptionssättigungsmenge“ bezeichnet wird. 4 ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie der Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysator 51a beeinflusst. In 4 stellt die horizontale Achse die Filtertemperatur dar und stellt die vertikale Achse die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a dar. Die Linie L1 in 4 stellt die Beziehung zwischen der Filtertemperatur und der Adsorptionssättigungsmenge in einem Zustand dar, bei dem PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist. Die Linie L2 in 4 stellt die Beziehung zwischen der Filtertemperatur und der Adsorptionssättigungsmenge in einem Zustand dar, bei dem PM im SCR-Filter 51 abgelagert ist. Wie in 4 gezeigt, ist die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a in beiden Zuständen, wenn PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist und wenn PM im SCR-Filter 51 abgelagert ist, umso geringer, je höher die Filtertemperatur ist (das heißt, je höher die Temperatur des SCR-Katalysators 51a ist). Mit anderen Worten, je größer die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a ist, desto geringer ist die Filtertemperatur. Wie in 4 gezeigt, ist bei derselben Filtertemperatur die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a größer in dem Zustand, bei dem PM im SCR-Filter 51 abgelagert ist als vergleichsweise in dem Zustand, bei dem PM nicht in SCR-Filter 51 abgelagert ist.
  • Unter Bezug auf 5 wird nachfolgend die Beziehung zwischen dem Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 und der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a ausführlicher beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das eine angenommene Beziehung zwischen dem Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 und der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a zeigt. In 5 ist in der horizontalen Achse die Filter-PM-Ablagerungsmenge angegeben und ist in der vertikalen Achse die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a angegeben. 5 zeigt die Änderung der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a in einem Fall, bei dem die Filtertemperatur konstant gehalten wird.
  • Wie in 5 gezeigt, lagert sich PM in dem Prozess der Ablagerung von PM im SCR-Filter 51 zuerst in den Trennwänden ab (im Speziellen den Mikroporen in den Trennwänden). Nachdem die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren ihre Obergrenze erreicht hat, lagert sich PM dann auf der Oberfläche der Trennwände ab. Mit anderen Worten, nachdem die Obergrenze der PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren erreicht ist, wechselt der Modus der Ablagerung von PM im SCR-Filter 51 von der PM-Ablagerung im Wandinneren zu der Oberflächen-PM-Ablagerung. Wie in 5 gezeigt, nimmt in diesem Prozess während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysator 51a entsprechend der Zunahme der Filter-PM-Ablagerungsmenge, das heißt entsprechend der Zunahme der PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren, zu. Demgegenüber nimmt während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a nicht zu, sogar während die Filter-PM-Ablagerungsmenge zunimmt, das heißt, sogar während die Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge zunimmt. Es wird darauf hingewiesen, dass während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren sich an ihrer Obergrenze befindet. Während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung ist daher die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a konstant auf der Menge, die erreicht wird, wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren sich an ihrer Obergrenze befindet. Anhand des oben dargelegten wird davon ausgegangen, dass der Unterschied zwischen der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a in dem Zustand, in dem PM im SCR-Filter 51 abgelagert, und der in dem Zustand, in dem PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist, wie er in 4 gezeigt ist, der PM-Ablagerung im Wandinneren zuzurechnen ist.
  • Je größer die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a ist, desto geringer ist die Neigung, das Ammoniak von dem SCR-Katalysator 51a desorbiert wird. Wenn die Werte der anderen Parameter in Bezug auf die Ammoniakdesorptionsmenge dieselben sind, das heißt, wenn die Filtertemperatur und die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a dieselben sind, ist daher die Ammoniakdesorptionsmenge geringer, wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren groß ist als vergleichsweise wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren gering ist. Wenn die Filtertemperatur und die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a dieselben sind, ist daher die Ammoniakdesorptionsmenge während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung geringer als die während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren. Aus diesem Grund wird angenommen, dass die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung eher dazu neigt zuzunehmen als vergleichsweise während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren. Daher ist die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a größer während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung als während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren, wenn die Werte der anderen Parameter in Bezug auf die Zunahme der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a dieselben sind.
  • Während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung nimmt die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a nicht zu, auch wenn die Filter-PM-Ablagerungsmenge zunimmt, das heißt, auch wenn die Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge zunimmt. Während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung ändert sich daher nicht die Ammoniakdesorptionsmenge, auch wenn die Oberfläche-PM-Ablagerungsmenge sich ändert, wenn die Filtertemperatur und die Ammoniakadsorptionsmenge in SCR-Katalysator 51a gleich bleiben. Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung Zunahmen oder Abnahmen der Filter-PM-Ablagerungsmenge einen geringen Einfluss auf Zunahmen oder Abnahmen der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a haben.
  • Steuerung der Ammoniakzuführmenge
  • Es wird nun ein Problem beschrieben, das auftreten kann, wenn die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51 mit zunehmender PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren im SCR-Filter zunimmt. Wie oben beschrieben wird als Ursache, weswegen die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a mit zunehmender PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren im SCR-Filter 51 zunimmt davon ausgegangen, dass die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51 mit zunehmender PM-Ablagerung im Wandinneren zunimmt. Wie in 4 gezeigt, ist die Zunahme der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a, die der PM-Ablagerung im Wandinneren zuzurechnen ist (das heißt, der vertikale Abstand zwischen der Linie L1 und der Linie L2) umso größer je geringer die Filtertemperatur ist. In beiden Zuständen, wenn PM im SCR-Filter 51 abgelagert ist und wenn PM nicht im SCR-Filter abgelagert ist, nimmt die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a ab wenn die Filtertemperatur zunimmt. Die somit verursachte Abnahme der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a ist größer in dem Zustand, bei dem PM im SCR-Filter 51 abgelagert ist (das heißt, in dem Zustand, bei dem PM in den Trennwänden des SCR-Filters 51 abgelagert ist) als in dem Zustand, bei dem PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist. In dem Fall, bei dem in 4 die Filtertemperatur von beispielsweise TA auf TB ansteigt, nimmt in dem Zustand, bei dem PM in den Trennwänden des SCR-Filters 51 abgelagert ist, die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a um GA ab, und nimmt in dem Zustand, bei dem PM nicht in dem SCR-Filter 51 abgelagert ist, die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a um GB ab, wobei GA größer als GB ist.
  • Wenn die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a bei zunehmender Filtertemperatur abnimmt, wird ein Teil des im SCR-Katalysator 51a adsorbierten Ammoniaks desorbiert und strömt das desorbierte Ammoniak aus dem SCR-Filter 51 aus. Umso größer die Abnahme der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a ist, desto größer ist die Menge des somit aus dem SCR-Filter 51 strömendem Ammoniaks (welche nachfolgend als die ausströmende Ammoniakmenge bezeichnet wird). 6 ist ein Zeitdiagramm, das zeitliche Änderung der Filtertemperatur, der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a und der Menge an aus dem SCR-Filter 51 strömendem Ammoniak zeigt. In 6 stellt die Linie L3 die zeitliche Änderung der Filtertemperatur dar, welche sich bei Änderungen des Betriebszustands des Verbrennungsmotor 1 ändert. In 6 stellt die Linie L4 die zeitliche Änderung der Ammoniakadsorptionsmenge in dem Zustand, bei dem PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist, dar und stellt die Linie L5 die zeitliche Änderung der Ammoniakadsorptionsmenge in dem Zustand, bei dem PM in den Trennwänden des SCR-Filters 51 abgelagert ist, dar. In 6 stellt die Linie L6 die zeitliche Änderung der ausströmenden Ammoniakmenge in dem Zustand, bei dem PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist, dar und stellt die Linie L7 die zeitliche Änderung der ausströmenden Ammoniakmenge in dem Zustand, bei dem PM in den Trennwänden des SCR-Filters 51 abgelagert ist, dar. Wie in 6 gezeigt, nimmt die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a ab wenn die Filtertemperatur zunimmt, da Ammoniak aufgrund einer Abnahme der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a vom SCR-Katalysator 51a desorbiert wird. Diese Abnahme der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a ist größer in dem Zustand, bei dem PM in den Trennwänden des SCR-Filters abgelagert ist, als in den Zustand, bei dem PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist. Somit ist die Menge an von dem SCR-Katalysator 51a desorbiertem Ammoniak bei einer Erhöhung der Filtertemperatur größer in dem Zustand, bei dem PM in den Trennwänden des SCR-Filter 51 abgelagert ist, als in dem Zustand, bei dem PM nicht in dem SCR-Filter 51 abgelagert ist. Daher ist die Abnahme der Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 51a in dem Zustand, bei dem PM in den Trennwänden des SCR-Filters 51 abgelagert ist, größer als in dem Zustand, bei dem PM nicht in den SCR-Filter 51 abgelagert ist. Somit ist die Menge an aus dem SCR-Filter 51 strömendem Ammoniak aufgrund einer Erhöhung der Filtertemperatur in dem Zustand, bei dem PM in den Trennwänden des SCR-Filters 51 abgelagert ist, größer als in dem Zustand, bei dem PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist.
  • Wenn wie oben erläutert die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a aufgrund der PM-Ablagerung im Wandinneren im SCR-Filter 51 ansteigt und folglich die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR. Katalysator 51a die Zieladsorptionsmenge übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass die Menge an aus dem SCR-Filter 51 strömendem Ammoniak übermäßig ansteigen kann, wenn bei Änderungen des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1 die Temperatur des SCR-Filters 51 ansteigt. Um zu verhindern, das ein dermaßen übermäßiger Anstieg der Menge an aus dem SCR-Filter 51 strömendem Ammoniak stattfindet, ist es notwendig, die Menge an dem SCR-Filter 51 zugeführtem Ammoniak zu steuern unter Berücksichtigung des Zustands der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51, wodurch verhindert wird, dass die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a viel größer wird als die Zieladsorptionsmenge.
  • Um in dem System dieser Ausführungsform das oben dargelegte Problem anzugehen, wir bei der Berechnung der Ammoniakzuführmenge durch die Berechnungseinheit für die Ammoniakzuführmenge 120 der Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 berücksichtigt. Konkret wird der Zustand der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 bei der Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge durch die Desorptionsmenge durch die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 berücksichtigt. Insbesondere wird bei der Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge durch die Desoptionsmengenberechnungseinheit 122 der berechnete Wert der Ammoniakdesorptionsmenge abhängig davon variiert, ob dies während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren oder während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung stattfindet, auch wenn die Eingabewerte der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge dieselben sind. Wie in 5 gezeigt, ist die Adsorptionssättigungsmenge während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung größer als während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren. Wenn die anderen Parameter betreffend die Ammoniakdesorptionsmenge dieselben sind, ist daher die Ammoniakdesorptionsmenge während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung geringer als während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren. Die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 ist daher konfiguriert zum Berechnen der Ammoniakdesorptionsmenge derart, dass der berechnete Wert der Ammoniakdesorptionsmenge während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung geringer ist als während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren, wenn die Eingabewerte der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge dieselben sind. Als Folge davon ist der berechnete Wert der Ammoniakzuführmenge, der in der Berechnungseinheit für die Ammoniakzuführmenge 120 berechnet wird als die Summe der Ammoniakverbrauchsmenge und der Ammoniakdesorptionsmenge, geringer in den Fällen, bei denen der Zeitpunkt an dem Ammoniak dem SCR-Filter 51 zugeführt wird in der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung liegt als vergleichsweise in Fällen, bei denen der Zeitpunkt an dem Ammoniak dem SCR-Filter 51 zugeführt wird in der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren liegt. Die Steuerung der Zufuhr von Ammoniak zu dem SCR-Filter 51 mit der auf diese Weise berechneten Ammoniakzuführmenge kann verhindern, dass die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a viel größer wird als die Zieladsorptionsmenge während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung.
  • Als Nächstes wird beschrieben, wie die Menge an Ammoniak gesteuert wird, die während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung dem SCR-Filter 51 zugeführt wird. Wie oben beschrieben, ist die herkömmlich bekannte Theorie derart, dass Zunahmen hinsichtlich der PM-Ablagerungsmenge in einem SCR-Filter bewirken, dass die Ammoniakadsorptionsmenge in dem auf diesem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator eher dazu neigt, zuzunehmen. Ausgehend von dieser herkömmlichen Theorie und im Hinblick auf ein Verhindern, dass die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a viel größer wird als die Zieladsorptionsmenge, kann das System derart ausgestaltet werden, dass die während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung dem SCR-Filter 51 zugeführte Menge an Ammoniak als Antwort auf eine Erhöhung der PM-Ablagerungsmenge (d.h. eine Erhöhung der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge) verringert wird.
  • Gemäß dem, was die Erfinder der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben herausgefunden haben, haben jedoch Zunahmen oder Abnahmen der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge im SCR-Filter einen geringen Einfluss auf die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator. Im Speziellen erhöht sich die Adsorptionssättigungsmenge im SCR-Katalysator 51a nicht während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung, auch wenn die Filter-PM-Ablagerungsmenge ansteigt, wie in 5 gezeigt. Während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung ändert sich daher die Ammoniakdesorptionsmenge auch dann nicht, wenn die Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge sich ändert, insofern die Filtertemperatur und die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a dieselben sind. Wenn daher während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die Menge an dem SCR-Filter 51 zugeführtem Ammoniak verringert wird als Antwort auf Zunahmen hinsichtlich der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge, besteht die Möglichkeit, dass die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a viel kleiner wird als die Zieladsorptionsmenge. Wenn die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 51a viel kleiner als die Zieladsorptionsmenge ist, ist es schwierig, mit dem SCR-Filter 51 eine gewünschte NOx-Entfernungsrate zu erzielen.
  • Angesichts des oben dargelegten ist das System dieser Ausführungsform derart ausgestaltet, dass in dem Fall, bei dem der Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr zu dem SCR-Filter 51 in der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung liegt, die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 die Ammoniakdesorptionsmenge als einen konstanten Wert berechnet, wenn die Eingabewerte der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge dieselben sind. Somit ist die Änderung hinsichtlich der Ammoniakzuführmenge, die in der Ammoniakzuführmengenberechnungseinheit 120 berechnet wird als die Summe der Ammoniakverbrauchsmenge und der Ammoniakdesorptionsmenge, relativ zu der Änderung in der Filter-PM-Ablagerungsmenge gleich Null. Eine Steuerung der Zufuhr von Ammoniak zu dem SCR-Filter 51 mit der auf diese Weise berechneten Ammoniakzuführmenge kann verhindern, dass während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a viel kleiner wird als die Zieladsorptionsmenge.
  • Als Nächstes wird unter Bezug auf 7 ein Verfahren beschrieben, mit welchem identifiziert bzw. festgestellt werden kann welche von der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren und der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung gemäß der Ausführungsform vorliegt. 7 ist ein Diagramm, das Änderungen hinsichtlich des konvertierten Differenzdruckwerts bei Zunahmen der Filter-PM-Ablagerungsmenge zeigt. In 7 bezeichnet die horizontale Achse die Filter-PM-Ablagerungsmenge und bezeichnet die vertikale Achse den konvertierten Differenzdruckwert.
  • Der konvertierte Differenzdruckwert ist ein konvertierter Wert des Filterdifferenzdrucks, der erhalten wird durch Normalisieren des durch den Differenzdrucksensor 59 gemessenen Filterdifferenzdrucks mit der Abgasströmungsrate. Im Speziellen wird in dieser Ausführungsform der konvertierte Differenzdruckwert durch die folgende Gleichung 1 ausgedrückt: Ap=dP/Qg
    Figure DE102016225244B4_0001
    wobei Ap der konvertierte Differenzdruckwert ist, dP der Filterdifferenzdruck ist (d.h. der Messwert des Differenzdrucksensors 59) und Qg die Abgasströmungsrate ist.
  • Die Differenzdruckänderungsrate ist definiert als die Erhöhung des konvertierten Differenzdruckwerts pro Erhöhungseinheit der Filter-PM-Ablagerungsmenge (d.h., der Gradient der Linie in 7). Die Differenzdruckänderungsrate wird durch die folgende Gleichung 2 ausgedrückt: Rp = dAp / dQpm
    Figure DE102016225244B4_0002
    wobei Rp die Differenzdruckänderungsrate ist, dAp die Zunahme des konvertierten Differenzdruckwerts während einer zweiten vorbestimmten Periode ist und dQpm die Zunahme der Filter-PM-Ablagerungsmenge während der zweiten vorbestimmten Periode ist. Die Länge der zweiten vorbestimmten Periode wird vorab festgesetzt gemäß dem Berechnungsintervall zur Berechnung der Differenzdruckänderungsrate. Die Werte dAp und dQpm sind die Zunahme des konvertierten Differenzdruckwerts bzw. die Zunahme der Filter-PM-Ablagerungsmenge während derselben zweiten vorbestimmten Periode.
  • Wie in 7 gezeigt, nimmt der konvertierte Differenzdruckwert zu, wenn die Filter-PM-Ablagerungsmenge zunimmt. Bei dem SCR-Filter 51 beeinflusst eine Ablagerung von PM in den Trennwänden den Filterdifferenzdruck stärker als eine Ablagerung von PM auf der Oberfläche der Trennwände. Daher ist bei demselben Betrag der Zunahme der PM-Ablagerungsmenge die Größenordnung der Zunahme des konvertierten Differenzdruckwerts größer bei einer Zunahme der PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren als bei einer Zunahme der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge. Daher ist, wie in 7 gezeigt, die Differenzdruckänderungsrate während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren größer als während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung. Mit anderen Worten, eine Änderung hinsichtlich des Modus der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 von einer PM-Ablagerung im Wandinneren zu einer Oberflächen-PM-Ablagerung bewirkt eine Abnahme der Differenzdruckänderungsrate. Daher kann eine Identifikation hinsichtlich der PM-Ablagerungsperiode im Wandinneren und der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung durchgeführt werden auf Basis der Differenzänderungsrate. Im Speziellen kann geschlussfolgert werden, dass die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorherrscht, wenn die Differenzdruckänderungsrate gleich oder größer ist als ein spezifischer Grenzwert. Wenn die Differenzdruckänderungsrate geringer als der spezifische Grenzwert ist, kann geschlussfolgert werden, dass die Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung vorherrscht.
  • Wie oben beschrieben, wechselt der Modus der PM-Ablagerung im SCR-Filter 51 in der Reihenfolge von einer PM-Ablagerung im Wandinneren zu einer Oberflächen-PM-Ablagerung. Dabei ist zu beachten, dass eine Oxidation von PM im SCR-Filter 51 sowohl im Inneren der Trennwände als auch auf der Oberfläche der Trennwände stattfinden kann. Auch nachdem der Modus der PM-Ablagerung einmal zu der Oberflächen-PM-Ablagerung gewechselt hat, kann daher in einigen Fällen die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren aufgrund von Oxidation abnehmen. Wenn in derartigen Fällen eine Ablagerung von PM im SCR-Filter 51 erneut beginnt, lagert sich PM zuerst in den Trennwänden ab. Dann können Fälle auftreten, bei denen in einem Zustand, bei dem PM auf der Oberfläche der Trennwände verbleibt, die PM-Ablagerung im Wandinneren abläuft. Daher ist es schwierig, eine Identifizierung zwischen der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren und der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung mit hoher Genauigkeit durchzuführen basierend auf lediglich der seit dem Beginn der Ablagerung von PM im SCR-Filter 51 verstrichenen Zeit (z.B. der seit dem Ende des Filterregenerationsvorgangs verstrichenen Zeit) oder der Filter-PM-Ablagerungsmenge (d.h., der Gesamtmenge an im SCR-Filter 51 abgelagertem PM). Die Verwendung der Differenzdruckänderungsrate als einen Parameter bei der Durchführung einer Identifikation zwischen der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren und der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung ermöglicht eine weit genauere Identifikation.
  • Ablauf der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge Unter Bezug auf 8 wird nun der Ablauf einer Berechnung der Menge an Harnstofflösung, beschrieben, die gemäß der Ausführungsform durch das Harnstofflösungszugabeventil zuzugeben ist. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Berechnung der Menge an Harnstofflösung zeigt, die durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 zuzugeben ist. Dieser Berechnungsvorgang wird zu einem vorbestimmten Intervall (derselbe wie der zuvor erwähnte Intervall der Berechnung der Ammoniakzuführmenge) wiederholt von der ECU 10 ausgeführt. Die Länge dieses Berechnungsintervalls ist gleich oder kürzer als die Länge der vorbestimmten Zuführperiode.
  • In diesem Ablauf wird zuerst im Schritt S101 die Ammoniakverbrauchsmenge Ca berechnet. Im Schritt S101 wird auf Basis der Zieladsorptionsmenge und der Filtertemperatur zum gegenwärtigen Zeitpunkt eine abgeschätzte NOx Entfernungsrate berechnet. Wie oben beschrieben, wird die Zieladsorptionsmenge auf Basis des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 1 bestimmt. Darüber hinaus wird im Schritt S101 die Ammoniakverbrauchsmenge Ca errechnet auf Basis der auf diese Weise abgeschätzten NOx-Entfernungsrate und der Menge an einströmendem NOx. Die Abarbeitung des Schritts S101 wird von der Verbrauchsmengenberechnungseinheit 121 ausgeführt.
  • Im Schritt S102 wird dann eine Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab berechnet. Die Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab ist ein Basiswert der Ammoniakdesorptionsmenge, welches die Ammoniakdesorptionsmenge in einem angenommenen Fall ist, bei dem PM nicht im SCR-Filter 51 abgelagert ist. Die Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab wird berechnet auf Basis der Zieladsorptionsmenge und der Filtertemperatur zum vorliegenden Zeitpunkt. Die Beziehung der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge zu der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab wird vorab durch beispielsweise ein Experiment bestimmt und in der ECU 10 als ein Kennfeld oder eine Funktion gespeichert. Im Schritt S102 wird die Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab unter Verwendung dieses Kennfelds oder dieser Funktion berechnet.
  • Im Schritt S103 wird dann die Differenzdruckänderungsrate Rp zum vorliegenden Zeitpunkt eingelesen. Die Differenzdruckänderungsrate Rp wird bei dem vorbestimmten Berechnungsintervall unter Verwendung der oben aufgezeigten Gleichung 2 durch einen weiteren von diesem Ablauf getrennten Ablauf, der von der ECU 10 ausgeführt wird, berechnet. Der berechnete Wert der Differenzdruckänderungsrate Rp wird in der ECU 10 gespeichert. Daher wird die in der ECU 10 gespeicherte Differenzdruckänderungsrate Rp jedes Mal upgedatet, wenn die Berechnung ausgeführt wird. Im Schritt S104 wird dann bestimmt, ob die im Schritt S103 eingelesene Differenzdruckänderungsrate Rp gleich oder höher als ein vorbestimmter Grenzwert Rpth ist. Der vorbestimmte Grenzwert Rpth ist ein Grenzwert mittels dem eine Unterscheidung gemacht werden kann zwischen dem Vorliegen einer Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren oder einer Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung. Der vorbestimmte Grenzwert Rpth wird vorab durch beispielsweise ein Experiment bestimmt und in der ECU 10 gespeichert.
  • Wenn die im Schritt 104 durchgeführte Entscheidung bejaht wird, kann geschlussfolgert werden, dass zum gegenwärtigen Zeitpunkt eine Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorliegt. In diesem Fall wird als nächstes die Abarbeitung des Schritt S105 durchgeführt. Im Schritt S105 wird ein Korrekturkoeffizient α für die Verwendung bei der Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge Da im Schritt S107, welche später beschrieben wird, auf 1 gesetzt. Wenn die in Schritt S104 durchgeführte Entscheidung verneint wird, kann geschlussfolgert werden, dass zum vorliegenden Zeitpunkt eine Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung vorliegt. In diesem Fall wird als nächstes die Abarbeitung des Schritt S106 durchgeführt. Im Schritt S106 wird der Korrekturkoeffizient a für eine Verwendung bei der Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge Da im Schritt S107, welche später beschrieben wird, auf einen spezifischen Wert αx festgesetzt. Der spezifische Wert αx ist ein Wert der größer als 0 und kleiner als 1 ist. Der spezifische Wert αx ist ein konstanter Wert unabhängig von der Filter-PM-Ablagerungsmenge zum vorliegenden Zeitpunkt. Mit anderen Worten, der spezifische Wert αx ist ein konstanter Wert unabhängig von der Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge zum vorliegenden Zeitpunkt. Der spezifische Wert αx wird derart festgesetzt, dass die in Schritt S107 berechnete Ammoniakdesorptionsmenge Da gleich der Ammoniakdesorptionsmenge in einem angenommenen Fall ist, bei dem die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren im SCR-Filter 51 ihre Obergrenze erreicht hat. Der spezifische Wert αx als solcher wird vorab durch beispielsweise ein Experiment bestimmt und in der ECU 10 gespeichert.
  • Nach der Abarbeitung von S105 oder S106 wird die Abarbeitung des Schritts S107 ausgeführt. Im Schritt S107 wird die Ammoniakdesorptionsmenge Da berechnet durch Multiplizieren der im Schritt S102 berechneten Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab mit dem im Schritt S105 oder S106 berechneten Korrektureffizienten α. Mit dem auf die oben beschriebene Weise bestimmten Korrektureffizienten α wird in dem Fall, bei dem die in Schritt S104 getroffene Entscheidung bejaht wird, das heißt, in dem Fall, bei dem zum vorliegenden Zeitpunkt eine Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorliegt, der in Schritt S102 berechnete noch nicht korrigierte Wert der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab als der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da verwendet (das heißt, Da = Dab). In dem Fall, bei dem die in Schritt S104 getroffene Entscheidung verneint wird, das heißt, in dem Fall, bei dem zum vorliegenden Zeitpunkt eine Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung vorliegt, wird demgegenüber der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da durch eine Verringerungskorrektur kleiner gemacht als die in Schritt S102 berechnete Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab (das heißt, Da < Dab). Da der spezifische Wert αx ein konstanter Wert ist, unabhängig von der Filter-PM-Ablagerungsmenge zum vorliegenden Zeitpunkt, ist in dem Fall, bei dem die in Schritt S104 durchgeführte Entscheidung verneint wird, das heißt, in dem Fall, bei dem zum vorliegenden Zeitpunkt die Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung vorliegt, die Änderung hinsichtlich der Ammoniakdesorptionsmenge Da relativ zu der Änderung hinsichtlich der Filter-PM-Ablagerungsmenge gleich 0. Die Abarbeitung der Schritte S102 bis S107 wird von der Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 ausgeführt.
  • Im Schritt S108 wird dann die Ammoniakzuführmenge Sa berechnet. Die Ammoniakzuführmenge Sa wird berechnet als die Summe der im Schritt S101 berechneten Ammoniakverbrauchsmenge Ca und der im Schritt S107 berechneten Ammoniakdesorptionsmenge Da. Mit der auf die oben beschriebene Weise berechneten Ammoniakdesorptionsmenge Da wird der berechnete Wert der Ammoniakzuführmenge Sa in dem Fall, bei dem die im Schritt S104 durchgeführte Entscheidung verneint wird (das heißt, in dem Fall, bei dem zum vorliegenden Zeitpunkt die Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung vorliegt), kleiner als in dem Fall, bei dem die in dem Schritt S104 durchgeführte Entscheidung bejaht wird (das heißt, in dem Fall, bei den zum vorliegenden Zeitpunkt die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorliegt). Mit der auf die oben beschriebene Weise berechneten Ammoniakdesorptionsmenge Da ist die Änderung hinsichtlich der Ammoniakzuführmenge Sa relativ zu der Änderung hinsichtlich der Filter-PM-Ablagerungsmenge gleich 0 in dem Fall, bei dem die in dem Schritt S104 durchgeführte Entscheidung verneint wird (das heißt, in dem Fall, bei dem zum vorliegenden Zeitpunkt die Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung vorliegt).
  • Im Schritt S109 wird dann die durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 zuzugebende Harnstofflösungszugabemenge Qu berechnet anhand der im Schritt S108 berechneten Ammoniakzuführmenge Sa. In diesem Schritt wird die durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 über die vorbestimmte Zuführperiode zuzugebende Menge an Harnstofflösung als die Harnstofflösungszugabemenge Qu berechnet. Die Harnstofflösungszugabemenge Qu wird derart berechnet, dass die Menge an Ammoniak, die erzeugt wird durch Hydrolyse des Harnstoffs, der in der durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 zugegebenen Harnstofflösung enthalten ist, gleich der im Schritt S108 berechneten Ammoniakzuführmenge Sa ist. Die Beziehung zwischen der Ammoniakzuführmenge Sa und der Harnstofflösungszugabemenge Qu kann vorab beispielsweise durch ein Experiment bestimmt werden. Das Verhältnis zwischen diesen wird in der ECU 10 als ein Kennfeld oder eine Funktion gespeichert. Im Schritt S109 wird unter Verwendung dieses Kennfelds oder dieser Funktion die Harnstofflösungszugabemenge Qu berechnet. Der Wert der im Schritt S109 berechneten Harnstofflösungszugabemenge Qu wird in der ECU 10 gespeichert. Daher wird die in der ECU 10 gespeicherte Harnstofflösungszugabemenge Qu jedes Mal upgedatet, wenn dieser Berechnungsvorgang ausgeführt wird.
  • Ablauf der Harnstofflösungszugabesteuerung
  • Unter Bezug auf 9 wird als nächstes ein Ablauf des Vorgangs der Steuerung der Zugabe von Harnstofflösung durch das Harnstofflösungszugabeventil gemäß der Ausführungsform beschrieben. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf des Steuerungsvorgangs der Zugabe der Harnstofflösung durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 in dem System gemäß der Ausführungsform zeigt. Dieser Vorgang wird zu jeder oben erwähnter vorbestimmter Zuführperiode wiederholt durch die ECU 10 ausgeführt.
  • In diesem Ablauf wird als erstes im Schritt S201 die Harnstofflösungszugabemenge Qu eingelesen, die durch den oben beschriebenen Ablauf der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge berechnet und in der ECU 10 gespeichert wurde. Im Schritt S202 wird dann die Zugabe von Harnstofflösung durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 derart durchgeführt, dass die durch das Harnstofflösungszugabeventil 53 über die vorbestimmte Zuführperiode zugegebene Menge an Harnstoff die in Schritt S201 eingelesene Harnstofflösungszugabemenge Qu ergibt.
  • Durch die Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge und die Steuerung der Harnstofflösungszugabe gemäß dem oben beschriebenen Ablauf wird die Menge an dem SCR-Filter 51 zugeführtem Ammoniak auf eine Menge gesteuert, die an den Zustand der Ablagerung von PM im SCR-Filter 51 angepasst ist. Daher kann die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a so nah wie möglich an die Zieladsorptionsmenge angepasst werden.
  • In dem oben beschriebenen Ablauf der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge wird vorab die Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab berechnet und wird die Ammoniakdesorptionsmenge Da berechnet durch Multiplizieren der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab mit den Korrekturkoeffizienten α, der in Schritt S105 oder S106 bestimmt wurde. Alternativ dazu können ein Kennfeld, das eine Beziehung der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge zu der Ammoniakdesorptionsmenge Da darstellt, für eine Verwendung während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren und ein Kennfeld, das eine Beziehung der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge zu der Ammoniakdesorptionsmenge Da darstellt, für eine Verwendung während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung getrennt hergestellt und in der ECU 10 gespeichert werden. Diese Kennfelder können selektiv verwendet werden in Abhängigkeit davon, ob zum vorliegenden Zeitpunkt die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorliegt oder zum vorliegenden Zeitpunkt die Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung vorliegt, um an die jeweiligen Perioden angepasste Ammoniakdesorptionsmengen Da zu berechnen. In diesem Fall ist der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge für dieselbe Filtertemperatur und Zieladsorptionsmenge in dem Kennfeld zur Verwendung während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung geringer als in dem Kennfeld für die Verwendung während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren. In dem Kennfeld für die Verwendung während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung ist der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge konstant, wenn die Werte der Filtertemperatur und der Zieladsorptionsmenge dieselben sind. Durch selektives Verwenden dieser Kennfelder bei der Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge kann die Ammoniakdesorptionsmenge geeignet berechnet werden, wie in dem Fall, bei dem die Abarbeitung der Schritte S102 bis S107 in dem oben beschriebenen Ablauf der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge ausgeführt werden.
  • In dem oben beschriebenen Ablauf der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge wird in dem Fall, bei dem im Schritt S104 bestimmt wird, dass die Differenzdruckänderungsrate Rp gleich oder höher als der vorbestimmte Grenzwert Rpth ist, das heißt, in dem Fall, bei dem zum vorliegenden Zeitpunkt die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorliegt, der noch nicht korrigierte Wert der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab als der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da verwendet, unabhängig von der PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren zum vorliegenden Zeitpunkt. Demgemäß ist in dem Fall, bei dem zum vorliegenden Zeitpunkt die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorliegt, die Ammoniakzuführmenge Sa gleich der Summe der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab und der Ammoniakverbrauchsmenge Ca, unabhängig von der PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren zum vorliegenden Zeitpunkt. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren die tatsächliche Ammoniakdesorptionsmenge kleiner ist als die Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab aufgrund der Ablagerung von PM in den Trennwänden des SCR-Filters 51. Wenn daher dem SCR-Filter 51 eine Ammoniakmenge zugeführt wird, die gleich der Summe der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab und der Ammoniakverbrauchsmenge Ca ist, wird davon ausgegangen, dass die Möglichkeit besteht, dass die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a viel größer wird als die Zieladsorptionsmenge.
  • Angesichts des oben dargelegten ist es auch während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren theoretisch bevorzugt, dass der berechnete Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da kleiner gemacht wird als die Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab durch eine Verringerungskorrektur unter Berücksichtigung der PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren zum vorliegenden Zeitpunkt. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Menge an Harnstofflösung derart gesteuert wird, dass die dem SCR-Filter 51 zugeführte Ammoniakmenge auf die korrigierte Ammoniakdesorptionsmenge angepasst ist. Da jedoch, wie oben beschrieben, eine Oxidation von PM im SCR-Filter 51 sowohl im Inneren der Trennwände als auch auf der Oberfläche der Trennwände stattfinden kann, auch wenn die Filter-PM-Ablagerungsmenge (d.h., die PM-Ablagerungsgesamtmenge im gesamten SCR-Filter 51) dieselbe ist, ist die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren nicht notwendigerweise dieselbe. Auch wenn die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren dieselbe ist, variiert darüber hinaus der konvertierte Differenzdruckwert, wenn die Oberflächen-PM-Ablagerungsmenge variiert. Daher ist es schwierig, während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren präzise zu bestimmen auf Basis der Filter-PM-Ablagerungsmenge und des konvertierten Differenzdruckwerts. Aus diesem Grund wird in dieser Ausführungsform in dem Fall, bei dem zum gegenwärtigen Zeitpunkt die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorliegt, der noch nicht korrigierte Wert der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab als der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da verwendet. Allgemein ist die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren viel kürzer als die Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung. Auch wenn die tatsächliche Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren ausgehend von der Zieladsorptionsmenge durch den Effekt der PM-Ablagerung im Wandinneren erhöht ist, dürften daher kaum wesentliche Probleme auftreten.
  • In dem Fall, bei dem zum gegenwärtigen Zeitpunkt die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren vorliegt, ist es nicht notwendig, dass der noch nicht korrigierte Wert der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab als der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da verwendet wird. Beispielsweise kann vorab eine Annahme getroffen werden, dass die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren sich während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren in einem gewissen Ausmaß verändert und kann der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da berechnet werden durch eine Verringerungskorrektur der Ammoniakdesorptionsgrundmenge Dab auf Basis dieser Annahme. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der berechnete Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da kleiner gemacht wird, wenn die angenommene PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren groß ist als wenn die angenommene PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren klein ist. Mit anderen Worten, es ist bevorzugt, dass der berechnete Wert der Ammoniakzuführmenge Sa kleiner gemacht wird, wenn die angenommene PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren groß ist als wenn die angenommene PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren klein ist. Auch in dem Fall, bei dem die Ammoniakdesorptionsmenge Da während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren auf diese Weise berechnet wird, ist der berechnete Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da größer als der Wert der Ammoniakdesorptionsmenge Da während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung bei derselben Filtertemperatur und derselben Zieladsorptionsmenge. Mit anderen Worten, wenn die Menge an einströmendem NOx, die Filtertemperatur und die Zieladsorptionsmenge dieselben sind, ist die Ammoniakzuführmenge Sa während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren größer als die Ammoniakzuführmenge Sa während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung.
  • In dieser Ausführungsform entspricht der SCR-Filter 51 dem SCR-Filter gemäß der vorliegenden Erfindung und entspricht das Harnstofflösungszugabeventil 53 der Ammoniakzuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform verkörpern die Abarbeitung des in 8 gezeigten Ablaufs der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge und des in 9 gezeigten Ablaufs der Harnstofflösungszugabesteuerung die Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Erste Modifikation
  • Wie in 4 gezeigt ist die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a größer in dem Zustand, bei dem PM im SCR-Filter 51 abgelagert wird, als in dem Zustand, bei dem PM nicht in dem SCR-Filter 51 abgelagert wird, wenn die Filtertemperatur dieselbe ist. Wie oben beschrieben ist eine derartige Variation hinsichtlich der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a nicht auf eine Oberflächen-PM-Ablagerung anwendbar sondern auf eine PM-Ablagerung im Wandinneren. Wie in 4 gezeigt, ist die Größenordnung der Zunahme der Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a, die der PM-Ablagerung im Wandinneren zuzurechnen ist, umso größer je geringer die Filtertemperatur ist. Auch während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung, während der die PM-Ablagerungsmenge im Wandinneren sich konstant an ihrer Obergrenze befindet, wenn die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 51a dieselbe ist, ist daher die Größenordnung der Abnahme der Ammoniakdesorptionsmenge, die der PM-Ablagerung im Wandinneren zuzurechnen ist, umso größer je geringer die Filtertemperatur ist. Daher ist die Größenordnung der Zunahme der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a, die der Ablagerung von PM in den Trennwänden des SCR-Filters 51 zuzurechnen ist, umso größer je geringer die Temperatur des SCR-Filters 51 ist.
  • Daher kann in der Ausführungsform der spezifische Wert αx, der im Schritt S106 in dem in 8 gezeigten Ablauf der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge als der Wert des Korrekturkoeffizienten α bestimmt wird, entsprechend der Filtertemperatureingabe in die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 variiert werden. 10 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Filtertemperatur und dem spezifischen Wert αx zeigt. Wie in 10 gezeigt, kann, wenn die Filtertemperatur niedrig ist, der spezifische Wert αx kleiner gemacht werden als wenn die Filtertemperatur hoch ist. Dies verbessert die Genauigkeit der Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge Da in dem Fall, bei dem die Differenzdruckänderungsrate Rp zum Zeitpunkt der Zuführung von Ammoniak zu dem SCR-Filter 51 geringer als der vorbestimmte Grenzwert Rpth ist, das heißt, während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung. Daher kann die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung mit verbesserter Genauigkeit auf die Zieladsorptionsmenge eingestellt werden.
  • Zweite Modifikation
  • In dem System gemäß der Ausführungsform kann die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 in der Zuführmengenberechnungseinheit 120 konfiguriert sein für eine Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge mittels des folgenden Berechnungsverfahrens. Wenn der SCR-Katalysator 51a sich in einem Gleichgewichtszustand befindet in welchem die Rate der Adsorption von Ammoniak und die Rate der Desorption von Ammoniak gleich sind, kann die Beziehung zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a und der Ammoniakdesorptionsmenge durch die folgende Gleichung 3 gemäß der Gleichung der Langmuir-Adsorptionsisotherme ausgedrückt werden: A D = K × D a 1 + K × D a × σ
    Figure DE102016225244B4_0003
    wobei AD die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 51a ist, Da die Ammoniakdesorptionsmenge ist, σ die Ammoniakadsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysator 51a ist und K eine Gleichgewichtskonstante ist.
  • Die obige Gleichung 3 kann zu der folgenden Gleichung 4 transformiert werden, welche als eine Gleichung zur Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge verwendet werden kann: D a = A D K × σ × ( 1 − 1 σ × A D )
    Figure DE102016225244B4_0004
  • Die Ammoniakadsorptionssättigungsmenge σ im SCR-Katalysator 51a und die Gleichgewichtskonstante K variieren in Abhängigkeit von der Filtertemperatur. Im Speziellen ist, wie in 4 gezeigt, die Adsorptionssättigungsmenge σ des SCR-Katalysators 51a umso kleiner je höher die Filtertemperatur ist. Darüber hinaus ist die Gleichgewichtskonstante K umso kleiner je höher die Filtertemperatur ist.
  • Auch wenn, wie oben beschrieben, die Filtertemperatur dieselbe ist, variiert die Adsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a in Abhängigkeit davon, ob die Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren oder die Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung vorherrscht. Daher kann die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 konfiguriert sein für eine Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge mittels der folgenden Gleichung 5, die auf der obigen Gleichung 4 basiert. D a = A D t K × ( σ 0 × β ) × ( 1 − 1 σ 0 × β × A D t )
    Figure DE102016225244B4_0005
    wobei ADt die Ammoniakadsorptionszielmenge ist, Da die Ammoniakdesorptionsmenge ist, σ0 die Ammoniakadsorptionssättigungsmenge des SCR-Katalysators 51a in einem angenommenen Fall ist, bei dem PM nicht in dem SCR-Filter abgelagert ist, K eine Gleichgewichtskonstante ist und β ein Korrekturkoeffizient ist.
  • Die Adsorptionssättigungsmenge σ0 des SCR-Katalysators 51a und die Gleichgewichtskonstante K in der obigen Gleichung 5 werden bestimmt auf Basis des Werts der Filtertemperatureingabe in die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122. Der Korrekturkoeffizient β in der obigen Gleichung 5 wird bestimmt auf Basis der Differenzdruckänderungsrate Rp zum Zeitpunkt, bei dem die Ammoniakdesorptionsmenge berechnet wird (oder der Differenzdruckänderungsrate zum Zeitpunkt, wenn dem SCR-Filter 51 Ammoniak zugeführt wird), wie folgt:
    • wenn Rp ≥ Rpth, β = 1;
    • wenn Rp < Rpth, β = βx.
  • Wenn wie oben gezeigt Rp < Rpth, wird der Korrekturkoeffizient β auf einen spezifischen Wert βx festgesetzt. Dieser spezifische Wert βx ist größer als 1. Der spezifische Wert βx ist ein konstanter Wert unabhängig von der Filter-PM-Ablagerungsmenge.
  • Die Adsorptionssättigungsmenge σ0 des SCR-Katalysators 51a wird durch den wie oben festgesetzten Korrekturkoeffizienten β korrigiert. Auch wenn die Gleichgewichtskonstante K und die Adsorptionssättigungsmenge σ0 dieselben sind aufgrund der selben Filtertemperatur und die Zieladsorptionsmenge ADt ebenfalls dieselbe ist, wird daher gemäß der obigen Gleichung 5 die Ammoniakdesorptionsmenge Da während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung (wenn β =βx >1) als ein kleinerer Wert berechnet als während der Periode der PM-Ablagerung im Wandinneren (wenn β =1). Da während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung der Korrekturkoeffizient β auf den spezifischen Wert βx festgesetzt wird, welcher konstant ist unabhängig von der Filter-PM-Ablagerungsmenge, wird die Ammoniakdesorptionsmenge Da als ein konstanter Wert berechnet unabhängig von der Filter-PM-Ablagerungsmenge, solange als die Filtertemperatur und die Zieladsorptionsmenge ADt dieselbe bleiben.
  • In dem Fall, bei dem die Desorptionsmengenberechnungseinheit 122 die Ammoniakdesorptionsmenge auch unter Verwendung der obigen Gleichung 5 berechnet, kann die Ammoniakdesorptionsmenge daher geeignet berechnet werden, wie in dem Fall, bei dem die Abarbeitung der Schritte S102 bis S107 in dem oben beschriebenen Ablauf der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge, wie er in 8 gezeigt ist, ausgeführt werden. Daher könnten auch in dem Fall, bei dem die Abarbeitung der Schritt S102 bis S107 in dem Ablauf der Berechnung der Harnstofflösungszugabemenge, wie er in 8 gezeigt ist, durch die Abarbeitung der Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge Da unter Verwendung der obigen Gleichung 5 ersetzt ist, die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte erhalten werden.
  • Wie bei dem spezifischen Wert αx in der oben beschriebenen ersten Modifikation 1, kann der spezifische Wert βx in Abhängigkeit von der Filtertemperatur variiert werden. Im Speziellen kann der spezifische Wert βx größer festgesetzt werden, wenn die Filtertemperatur gering ist als vergleichsweise wenn die Filtertemperatur hoch ist. Dies verbessert die Genauigkeit der Berechnung der Ammoniakdesorptionsmenge Da in dem Fall, bei dem die Differenzdruckänderungsrate Rp zum Zeitpunkt der Zuführung von Ammoniak zu dem SCR-Filter 51 geringer als der vorbestimmte Grenzwert Rpth ist, das heißt, während der Periode der Oberflächen-.PM-Ablagerung, wie in der ersten Modifikation. Daher kann die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 51a während der Periode der Oberflächen-PM-Ablagerung mit verbesserter Genauigkeit auf die Zieladsorptionsmenge eingestellt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, das einen SCR-Filter umfasst, kann die Ammoniakadsorptionsmenge in einem auf dem SCR-Filter geträgerten SCR-Katalysator so nahe wie möglich auf eine Zieladsorptionsmenge eingestellt werden. In dem erfindungsgemäßen System wird die durch eine Ammoniakzuführeinrichtung zugeführte Ammoniakmenge kleiner gemacht, wenn zum Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr durch die Ammoniakzuführeinrichtung eine Differenzdruckänderungsrate geringer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, als wenn zum Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr durch die Ammoniakzuführeinrichtung die Differenzdruckänderungsrate gleich oder größer als der vorbestimmte Grenzwert ist. Wenn die Differenzdruckänderungsrate geringer als der vorbestimmte Grenzwert ist, wird zudem die Änderung der Menge an durch die Ammoniakzuführeinrichtung zugeführtem Ammoniak relativ zu der Änderung der Filter-PM-Ablagerungsmenge auf gleich Null gehalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    4
    Ansaugkanal
    5
    Abgaskanal
    50
    Oxidationskatalysator
    51
    SCR-Filter
    51a
    SCR-Katalysator
    53
    Harnstofflösungszugabeventil
    59
    Differenzdrucksensor
    10
    ECU

Claims (1)

  1. Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) umfassend: einen SCR-Filter (51), der in einem Abgaskanal (5) eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, der einen Filter und einen auf dem Filter geträgerten SCR-Katalysator (51a) einschließt, wobei der SCR-Katalysator (51a) eine Fähigkeit zum Reduzieren von NOx im Abgas unter Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel aufweist und der Filter eine Funktion zum Einfangen von partikelförmigem Material (PM) im Abgas aufweist; eine Ammoniakzuführeinrichtung (53), die konfiguriert ist zum Zuführen von Ammoniak zu dem SCR-Filter (51); und eine Steuereinheit (10), die konfiguriert ist zum Steuern der durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) zugeführten Ammoniakmenge, um so die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator (51a) auf eine Zieladsorptionsmenge einzustellen, wobei die Steuereinheit (10) die durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) zugeführte Ammoniakmenge kleiner macht, wenn eine Differenzdruckänderungsrate zum Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, als wenn die Differenzdruckänderungsrate zum Zeitpunkt der Ammoniakzufuhr durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) gleich oder größer ist als der vorbestimmte Grenzwert, und die durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) zugeführte Ammoniakmenge derart steuert, dass die Änderung der Menge an durch die Ammoniakzuführeinrichtung (53) zugeführtem Ammoniak relativ zu der Änderung einer Filter-PM-Ablagerungsmenge gleich Null ist, wenn die Differenzdruckänderungsrate geringer ist als der vorbestimmte Grenzwert, wobei die Differenzdruckänderungsrate definiert ist als das Ausmaß der Erhöhung eines konvertierten Differenzdruckwerts pro Erhöhungseinheit der Filter-PM-Ablagerungsmenge, wobei der konvertierte Differenzdruckwert erhalten wird durch Normalisieren des Abgasdifferenzdrucks über den SCR-Filter (51) mit der Abgasrate, und wobei die Filter-PM-Ablagerungsmenge definiert ist als die Menge an in dem SCR-Filter (51) abgelagertem partikelförmigem Material, die abgeschätzt wird auf Basis eines von dem konvertierten Differenzdruckwert verschiedenen Parameters.
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