JP2019167948A - Catalyst state estimation device, method for estimating state of catalyst, and computer program - Google Patents

Catalyst state estimation device, method for estimating state of catalyst, and computer program Download PDF

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Abstract

To improve accuracy of estimation in a technique for estimating purification performance of a catalyst for purifying exhaust of an internal combustion engine.SOLUTION: A catalyst state estimation device comprises: a first acquisition unit provided in a main flow passage through which exhaust from an internal combustion engine is passed, and acquiring information of a catalyst for purifying a hazardous material in exhaust; a storage unit for previously storing a catalyst state estimation model including at least one mathematical model; and an estimation unit for estimating purification performance of the catalyst by applying the information of the catalyst acquired by the first acquisition unit to the catalyst state estimation model.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、触媒の状態を推定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for estimating the state of a catalyst.

数理モデルを利用して、様々な条件下における現象を定量的に予測する技術が知られている。このような数理モデルの1つとして、人間の脳内にある神経回路網を人工ニューロンという数学的なモデルで表現したニューラルネットワーク(NN:Neural Network)が知られている。   A technique for quantitatively predicting a phenomenon under various conditions using a mathematical model is known. As one of such mathematical models, a neural network (NN: Neural Network) in which a neural network in the human brain is expressed by a mathematical model called an artificial neuron is known.

例えば、特許文献1には、NNに対して周囲温度、マニホールド圧力及び温度、燃料消費率、エンジン回転速度の各値を入力し、選択還元触媒(SCR触媒:Selective Catalytic Reduction catalyst)から排出される窒素酸化物(NOx)の量を予測することが記載されている。例えば、特許文献2には、NNに対してEGR弁リフト量指令値、過給圧、吸気温、排気圧、燃料噴射量、吸入空気流量、エンジン回転数の各値を入力し、NOx吸蔵還元触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction catalyst)に捕捉されたNOxの量を予測することが記載されている。例えば、特許文献3には、NNに対してエンジン回転数、燃料噴射量、燃料噴射時期、吸入空気量、空燃比、排気温度、過給圧の各値を入力し、エンジンから排出されるNOxの量を予測することが記載されている。   For example, in Patent Document 1, each value of ambient temperature, manifold pressure and temperature, fuel consumption rate, and engine rotation speed is input to NN and discharged from a selective reduction catalyst (SCR catalyst: Selective Catalytic Reduction catalyst). It is described that the amount of nitrogen oxides (NOx) is predicted. For example, in Patent Document 2, the EGR valve lift amount command value, the supercharging pressure, the intake air temperature, the exhaust pressure, the fuel injection amount, the intake air flow rate, and the engine speed are input to NN, and NOx occlusion reduction. It is described that the amount of NOx trapped in a catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst) is predicted. For example, in Patent Document 3, the values of engine speed, fuel injection amount, fuel injection timing, intake air amount, air-fuel ratio, exhaust temperature, and supercharging pressure are input to NN, and NOx discharged from the engine It is described to predict the amount of.

特開2003−328732号公報JP 2003-328732 A 特開2009−180086号公報JP 2009-180086 A 特開2011−132915号公報JP 2011-132915 A

ところで、例えば、SCR触媒、NSR触媒、三元触媒(Three-Way Catalyst)、粒子状物質除去フィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)、酸化触媒(DOC触媒:Diesel Oxidation Catalyst)等、機能が異なる様々な触媒を単独で用いて、あるいは組み合わせて、内燃機関の排気を浄化することが知られている。このような触媒の浄化性能を、数理モデルによって推定(予測)したいという要望があった。   By the way, for example, SCR catalyst, NSR catalyst, three-way catalyst (Three-Way Catalyst), particulate matter removal filter (DPF: Diesel Particulate Filter), oxidation catalyst (DOC catalyst: Diesel Oxidation Catalyst), etc. It is known to purify the exhaust of an internal combustion engine using a catalyst alone or in combination. There has been a demand for estimating (predicting) the purification performance of such a catalyst by a mathematical model.

しかし、特許文献1から3に記載の技術では、いずれも、NNへの入力として、内燃機関(エンジン)及びその吸気系に関するパラメータのみが想定されている。ここで、触媒の浄化性能は、触媒の温度や、触媒に吸着されている添加剤の量などにも影響を受けて変動するため、特許文献1から3に記載の技術では、いずれも、触媒の浄化性能を精度良く推定することができないという課題があった。   However, in each of the techniques described in Patent Documents 1 to 3, only parameters relating to the internal combustion engine (engine) and its intake system are assumed as inputs to the NN. Here, since the purification performance of the catalyst fluctuates depending on the temperature of the catalyst, the amount of the additive adsorbed on the catalyst, etc., all of the techniques described in Patent Documents 1 to 3 use the catalyst. There has been a problem that the purification performance of water cannot be estimated with high accuracy.

また、特許文献1から3に記載の技術では、複数の触媒を用いて内燃機関の排気を浄化する構成(例えば、SCR触媒を2つ以上設ける構成)において、当該複数の触媒による浄化性能を推定することについては考慮されていない。   Further, in the techniques described in Patent Documents 1 to 3, in a configuration for purifying exhaust gas of an internal combustion engine using a plurality of catalysts (for example, a configuration in which two or more SCR catalysts are provided), the purification performance by the plurality of catalysts is estimated. It is not considered to do.

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、内燃機関の排気を浄化する触媒の浄化性能を推定する技術において、推定の精度を向上させることを目的とする。   The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and an object of the present invention is to improve estimation accuracy in a technique for estimating the purification performance of a catalyst that purifies exhaust gas from an internal combustion engine. .

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、触媒状態推定装置が提供される。この触媒状態推定装置は、内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられ、前記排気中の有害物質を浄化する触媒の情報を取得する第1取得部と、少なくとも1つの数理モデルを含んだ触媒状態推定モデルを予め記憶する記憶部と、前記第1取得部により取得された前記触媒の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定する推定部と、を備える。 (1) According to one aspect of the present invention, a catalyst state estimation device is provided. This catalyst state estimation device is provided in a main flow path through which exhaust from an internal combustion engine flows, and includes a first acquisition unit that acquires information on a catalyst that purifies harmful substances in the exhaust, and at least one mathematical model. A storage unit that preliminarily stores a catalyst state estimation model; and an estimation unit that estimates the purification performance of the catalyst by applying the catalyst information acquired by the first acquisition unit to the catalyst state estimation model. Prepare.

触媒の浄化性能は、触媒の情報(例えば、触媒の温度、触媒に吸着されている添加剤の量)の影響を受けて変動する。この構成によれば、推定部は、触媒の浄化性能に影響を及ぼすこの触媒の情報を触媒状態推定モデルに適用することによって、触媒の浄化性能を精度良く推定することができる。すなわち、本構成によれば、内燃機関の排気を浄化する触媒の浄化性能を推定する技術において、推定の精度を向上させることができる。   The purification performance of the catalyst varies depending on the information of the catalyst (for example, the temperature of the catalyst and the amount of additive adsorbed on the catalyst). According to this configuration, the estimation unit can accurately estimate the catalyst purification performance by applying the catalyst information that affects the catalyst purification performance to the catalyst state estimation model. That is, according to this configuration, it is possible to improve the estimation accuracy in the technique for estimating the purification performance of the catalyst that purifies the exhaust gas of the internal combustion engine.

(2)上記形態の触媒状態推定装置では、さらに、前記触媒へと流入する前記排気の情報を取得する第2取得部を備え、前記推定部は、前記触媒の情報に加えてさらに、前記第2取得部により取得された前記排気の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定してもよい。触媒の浄化性能は、触媒の情報に加えてさらに、触媒に流入する排気の情報(例えば、排気の温度、排気の流量、排気中の窒素酸化物の量)の影響を受けて変動する。この構成によれば、推定部は、触媒の浄化性能に影響を及ぼすこれら触媒の情報と、触媒に流入する排気の情報との両方を触媒状態推定モデルに適用することによって、触媒の浄化性能をさらに精度良く推定することができる。 (2) The catalyst state estimation apparatus of the above aspect further includes a second acquisition unit that acquires information on the exhaust gas flowing into the catalyst, and the estimation unit further includes the first information in addition to the information on the catalyst. 2 The purification performance of the catalyst may be estimated by applying the exhaust gas information acquired by the acquisition unit to the catalyst state estimation model. The purification performance of the catalyst fluctuates in addition to the information on the catalyst, and is affected by the information on the exhaust gas flowing into the catalyst (for example, the exhaust gas temperature, the exhaust gas flow rate, and the amount of nitrogen oxide in the exhaust gas). According to this configuration, the estimation unit applies the catalyst information that affects the catalyst purification performance and the information on the exhaust gas flowing into the catalyst to the catalyst state estimation model, thereby improving the catalyst purification performance. Further, it can be estimated with high accuracy.

(3)上記形態の触媒状態推定装置では、さらに、前記触媒へと供給される添加剤の情報を取得する第3取得部を備え、前記推定部は、前記触媒の情報に加えてさらに、前記第3取得部により取得された前記添加剤の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定してもよい。この構成によれば、推定部は、触媒の情報に加えてさらに、添加剤の情報(例えば、添加剤の量)を触媒状態推定モデルに適用することによって、触媒の浄化性能を推定する。このため、例えば、選択還元触媒(SCR触媒:Selective Catalytic Reduction catalyst)や、吸蔵還元触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction catalyst)のように、添加剤を用いて有害物質を浄化する触媒の浄化性能を推定する場合において、推定の精度をより向上させることができる。 (3) The catalyst state estimation apparatus of the above aspect further includes a third acquisition unit that acquires information on the additive supplied to the catalyst, and the estimation unit further includes the information on the catalyst. The purification performance of the catalyst may be estimated by applying the information on the additive acquired by the third acquisition unit to the catalyst state estimation model. According to this configuration, the estimation unit estimates the purification performance of the catalyst by applying the information on the additive (for example, the amount of the additive) to the catalyst state estimation model in addition to the information on the catalyst. For this reason, for example, the purification performance of catalysts that purify harmful substances using additives such as selective reduction catalyst (SCR catalyst: Selective Catalytic Reduction catalyst) and storage reduction catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst). In the case of estimation, the accuracy of estimation can be further improved.

(4)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、機械学習モデルにより構成され、前記触媒の情報として、前記主流路における前記触媒の前端の温度と、前記触媒の温度と、1時刻前において前記触媒に吸着されている添加剤の吸着量と、のうちの少なくとも一つを入力とし、前記触媒における窒素酸化物の浄化率を出力とする第1モデルを含み、前記推定部は、前記第1モデルを用いて、前記触媒の浄化性能としての前記窒素酸化物の浄化率を推定してもよい。機械学習モデルは、入出力変数に因果関係さえあれば、複雑な関数近似をしなければ分類や回帰ができない場合(例えば、物理式で明示することが困難な現象が含まれる場合、現象を記述する物理式が複数必要となる場合、数多くの要因の影響が想定されることから物理式に対する入力が多くなる場合)であっても、低演算負荷で出力(推定結果)を得ることができる。この構成によれば、推定部は、機械学習モデルにより構成された第1モデルを用いて、窒素酸化物の浄化率を推定するため、数多くの要因が影響する窒素酸化物の浄化率の推定を、低演算負荷かつ高速に実施できる。また、十分に学習された機械学習モデルを第1のモデルとすることで、推定部は、窒素酸化物の浄化率を高精度で推定できる。 (4) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model is configured by a machine learning model, and as the catalyst information, the temperature of the front end of the catalyst in the main channel, the temperature of the catalyst, Including a first model that receives at least one of the adsorbed amount of the additive adsorbed on the catalyst one hour before and outputs the purification rate of nitrogen oxides in the catalyst; May estimate the purification rate of the nitrogen oxides as the purification performance of the catalyst using the first model. In machine learning models, if there is a causal relationship between input and output variables, classification and regression cannot be performed unless complex function approximation is performed (for example, if phenomena that are difficult to specify with physical formulas are included, describe the phenomenon) When a plurality of physical formulas are required, the output (estimation result) can be obtained with a low calculation load even if the input to the physical formula increases because the influence of many factors is assumed. According to this configuration, since the estimation unit estimates the nitrogen oxide purification rate using the first model configured by the machine learning model, the estimation unit estimates the nitrogen oxide purification rate affected by many factors. , Low computational load and high speed. Moreover, the estimation part can estimate the purification rate of nitrogen oxides with high accuracy by using the fully learned machine learning model as the first model.

(5)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、機械学習モデルにより構成され、前記触媒の情報として、前記主流路における前記触媒の前端の温度と、前記触媒の温度と、1時刻前において前記触媒に吸着されている添加剤の吸着量と、前記触媒の温度の時間微分値と、前記触媒における添加剤の飽和吸着量に対する前記吸着量の比と、のうちの少なくとも一つを入力とし、前記触媒から流出する添加剤の流出量を出力とする第2モデルを含み、前記推定部は、前記第2モデルを用いて、前記触媒の浄化性能としての前記流出量を推定してもよい。この構成によれば、推定部は、機械学習モデルにより構成された第2モデルを用いて、触媒から流出する添加剤の流出量を推定するため、より数多くの要因が影響する流出量の推定を、低演算負荷かつ高速に実施できる。また、十分に学習された機械学習モデルを第2のモデルとすることで、推定部は、流出量を高精度で推定できる。 (5) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model is configured by a machine learning model, and as the catalyst information, the temperature of the front end of the catalyst in the main channel, the temperature of the catalyst, At least one of the adsorption amount of the additive adsorbed on the catalyst one hour before, the time differential value of the temperature of the catalyst, and the ratio of the adsorption amount to the saturated adsorption amount of the additive in the catalyst. The estimation unit estimates the outflow amount as the purification performance of the catalyst using the second model. The second model uses the second model as an output and outputs the outflow amount of the additive flowing out from the catalyst. May be. According to this configuration, the estimation unit estimates the outflow amount of the additive flowing out from the catalyst using the second model configured by the machine learning model. , Low computational load and high speed. Moreover, the estimation part can estimate the outflow amount with high accuracy by using the sufficiently learned machine learning model as the second model.

(6)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、物理モデルにより構成され、前記触媒の情報として、前記主流路における前記触媒の前端の温度と、前記触媒の温度と、のうちの少なくとも一つを入力とし、前記触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を出力とする第3モデルを含み、前記推定部は、前記第3モデルを用いて、前記触媒の浄化性能としての前記触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を推定してもよい。物理モデルは、実際の物理則に基づき、相似律の上に成り立つ法則であるため、物理モデルによって得られる出力(推定結果)は、物理則を満たす。一方、機械学習モデルは、膨大なデータの学習の結果構築されたモデルであるため、物理則を満たす出力(推定結果)が得られない場合がある。この構成によれば、推定部は、物理モデルにより構成された第3モデルを用いて、触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を推定するため、影響する要因の少ない上記添加剤の量の推定を、物理則に則って高精度に推定できる。 (6) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model is configured by a physical model, and as the catalyst information, the temperature of the front end of the catalyst in the main channel and the temperature of the catalyst A third model that receives at least one of them and outputs an amount of an additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in the catalyst, and the estimation unit uses the third model to generate the catalyst. The amount of the additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in the catalyst as the purification performance may be estimated. Since the physical model is a law that is based on the similar physical rule based on the actual physical law, the output (estimated result) obtained by the physical model satisfies the physical law. On the other hand, since the machine learning model is a model constructed as a result of learning a huge amount of data, an output (estimation result) that satisfies the physical rule may not be obtained. According to this configuration, the estimation unit estimates the amount of the additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in the catalyst using the third model configured by the physical model. The amount of the agent can be estimated with high accuracy according to the physical law.

(7)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、前記第1モデルによって推定される現在の前記窒素酸化物の浄化率と、前記第2モデルによって推定される現在の前記流出量と、前記第3モデルによって推定される現在の前記触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量と、を入力とし、次の時刻における前記触媒への添加剤の吸着量を、物理則を用いて求めるモデルであり、前記推定部は、前記触媒状態推定モデルを用いて、前記触媒の浄化性能としての次の時刻における前記吸着量を推定してもよい。この構成によれば、推定部は、機械学習モデルである第1及び第2モデルによる推定結果(窒素酸化物の浄化率、触媒から流出する添加剤の流出量)と、物理モデルである第3モデルによる推定結果(触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量)とを併用し、物理則を用いて、触媒への添加剤の吸着量を推定する。このため、本構成によれば、より数多くの要因が影響する吸着量の推定を、物理則を満たしつつ、高精度、かつ高速に実施できる。また、触媒への添加剤の吸着量は、前の時刻の吸着量の影響を受けて変動する(換言すれば、時間履歴の影響を受けて変動する)。この構成によれば、推定部は、第1〜第3モデルによる現在の推定結果を用いて、次の時刻における吸着量を推定するため、前の時刻の触媒の浄化性能を踏まえて、次の時刻における触媒の浄化性能を高精度に推定できる。 (7) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model includes a current purification rate of nitrogen oxides estimated by the first model and a current outflow estimated by the second model. And the amount of additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in the current catalyst estimated by the third model, and the amount of additive adsorbed on the catalyst at the next time, The model may be obtained using a physical law, and the estimation unit may estimate the adsorption amount at the next time as the purification performance of the catalyst using the catalyst state estimation model. According to this configuration, the estimation unit uses the first and second models that are machine learning models to estimate the results (nitrogen oxide purification rate, the outflow amount of the additive flowing out from the catalyst), and the third physical model. Combined with the estimation result by the model (the amount of additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in the catalyst), the adsorption amount of the additive to the catalyst is estimated using the physical law. For this reason, according to this configuration, it is possible to estimate the amount of adsorption affected by more factors with high accuracy and at high speed while satisfying the physical law. Further, the amount of additive adsorbed on the catalyst varies under the influence of the amount of adsorption at the previous time (in other words, varies under the influence of the time history). According to this configuration, the estimation unit uses the current estimation results of the first to third models to estimate the amount of adsorption at the next time, and therefore, based on the purification performance of the catalyst at the previous time, The purification performance of the catalyst at the time can be estimated with high accuracy.

(8)上記形態の触媒状態推定装置において、前記第1モデル及び前記第2モデルは、さらに、前記排気の情報として、前記排気の温度と、前記排気の流量と、前記排気に含まれる窒素酸化物の量と、のうちの少なくとも一つを入力とし、前記添加剤の情報として、前記触媒に流入する前記添加剤の流入量を入力とし、前記第3モデルは、さらに、前記排気の情報として、前記排気の温度を入力とし、前記添加剤の情報として、前記触媒に流入する前記添加剤の流入量を入力としてもよい。この構成によれば、第1〜第3モデルにおいて、多様な種々の情報を考慮した推定を行うため、触媒の浄化性能をさらに高精度に推定できる。 (8) In the catalyst state estimation device according to the above aspect, the first model and the second model may further include, as the exhaust information, the temperature of the exhaust, the flow rate of the exhaust, and the oxidation of nitrogen contained in the exhaust. At least one of the quantity of the substance is input, and as the information on the additive, the inflow of the additive flowing into the catalyst is input, and the third model is further used as the information on the exhaust. The temperature of the exhaust gas may be input, and the amount of the additive flowing into the catalyst may be input as the additive information. According to this configuration, in the first to third models, estimation is performed in consideration of various kinds of information, so that the purification performance of the catalyst can be estimated with higher accuracy.

(9)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、劣化度の異なる複数の前記触媒から取得された教師データを用いて作成された複数の前記第1モデルと、劣化度の異なる複数の前記触媒から取得された教師データを用いて作成された複数の前記第2モデルと、を含んでいてもよい。この構成によれば、触媒状態推定モデルは、劣化度の異なる複数の触媒から取得された教師データを用いて作成された複数の第1及び第2モデルを含むため、触媒の劣化度に合わせて最適な第1モデル及び第2モデルを採用することができる。この結果、本構成によれば、触媒の浄化性能をさらに高精度に推定できる。 (9) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model includes a plurality of the first models created using teacher data acquired from a plurality of the catalysts having different degrees of deterioration, and a degree of deterioration. A plurality of second models created using teacher data obtained from a plurality of different catalysts. According to this configuration, the catalyst state estimation model includes a plurality of first and second models created using teacher data acquired from a plurality of catalysts having different degrees of deterioration, and accordingly, according to the degree of deterioration of the catalyst. The optimal first model and second model can be adopted. As a result, according to this configuration, the purification performance of the catalyst can be estimated with higher accuracy.

(10)本発明の一形態によれば、触媒の状態を推定する方法が提供される。この方法では、少なくとも1つの数理モデルを含んだ触媒状態推定モデルを予め記憶する記憶部を備える情報処理装置が、内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられ、前記排気中の有害物質を浄化する触媒の情報を取得する工程と、前記取得する工程において取得された前記触媒の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定する工程と、を備える。 (10) According to one aspect of the present invention, a method for estimating the state of a catalyst is provided. In this method, an information processing apparatus including a storage unit that stores in advance a catalyst state estimation model including at least one mathematical model is provided in a main flow path through which exhaust from an internal combustion engine flows, and harmful substances in the exhaust are removed. Obtaining information on the catalyst to be purified, and estimating the purification performance of the catalyst by applying the information on the catalyst obtained in the obtaining step to the catalyst state estimation model.

(11)本発明の一形態によれば、コンピュータプログラムが提供される。このコンピュータプログラムでは、少なくとも1つの数理モデルを含んだ触媒状態推定モデルを予め記憶する記憶部を備える情報処理装置に、内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられ、前記排気中の有害物質を浄化する触媒の情報を取得する機能と、前記取得する工程において取得された前記触媒の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定する機能と、を実行させる。 (11) According to one aspect of the present invention, a computer program is provided. In this computer program, an information processing apparatus including a storage unit that stores in advance a catalyst state estimation model including at least one mathematical model is provided in a main flow path through which exhaust from an internal combustion engine flows, and harmful substances in the exhaust And a function of estimating the purification performance of the catalyst by applying the information of the catalyst obtained in the obtaining step to the catalyst state estimation model. .

(12)上記形態の触媒状態推定装置において、前記主流路に同種の複数の前記触媒が設けられている場合に、前記第1取得部は、前記主流路において最上流に位置する前記触媒の情報を少なくとも取得し、前記推定部は、前記第1取得部により取得された前記触媒の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記複数の触媒全体としての浄化性能を推定してもよい。この構成によれば、主流路に複数の触媒が設けられている場合に、推定部は、最上流に位置する触媒の情報を触媒状態推定モデルに適用することで、主流路上の複数の触媒全体としての浄化性能を推定することができる。すなわち、本構成によれば、主流路上の複数の触媒を1つの触媒とみなして浄化性能を推定できるため、各触媒の浄化性能をそれぞれ推定する場合と比較して、触媒の情報の取得部(センサ等)の数や、予め準備する触媒状態推定モデルの数を減らすことができると共に、触媒状態推定装置における演算負荷を低減できる。また、推定部は、主流路に設けられた複数の触媒が同種の触媒である場合に、これらを1つの触媒とみなして浄化性能を推定する。同種の触媒であれば、浄化性能を左右する触媒の情報項目(例えば、触媒の温度、触媒に吸着されている添加剤の量)に相違がないため、推定部は、浄化性能を精度良く推定することができる。 (12) In the catalyst state estimation device according to the above aspect, when a plurality of the same type of catalysts are provided in the main flow path, the first acquisition unit is configured to provide information on the catalyst located at the most upstream position in the main flow path. The estimation unit may estimate the purification performance of the plurality of catalysts as a whole by applying the information on the catalyst acquired by the first acquisition unit to the catalyst state estimation model. . According to this configuration, when a plurality of catalysts are provided in the main flow path, the estimation unit applies information on the catalyst located in the uppermost stream to the catalyst state estimation model, thereby The purification performance as can be estimated. That is, according to this configuration, the purification performance can be estimated by regarding a plurality of catalysts on the main flow path as one catalyst, and therefore, compared with the case where the purification performance of each catalyst is estimated, the catalyst information acquisition unit ( The number of sensors, etc.) and the number of catalyst state estimation models prepared in advance can be reduced, and the calculation load on the catalyst state estimation device can be reduced. In addition, when the plurality of catalysts provided in the main flow path are the same type of catalyst, the estimation unit regards these as one catalyst and estimates the purification performance. If the catalyst is of the same type, there is no difference in the information items of the catalyst that affect the purification performance (for example, the temperature of the catalyst and the amount of additive adsorbed on the catalyst), so the estimation unit accurately estimates the purification performance. can do.

(13)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、機械学習モデルにより構成され、前記触媒の情報として、前記最上流に位置する触媒の前端の温度と、各前記触媒の温度と、1時刻前において前記複数の触媒に吸着されている添加剤の吸着量の合計と、のうちの少なくとも一つを入力とし、前記複数の触媒における窒素酸化物の浄化量の合計を出力とする第1モデルを含み、前記推定部は、前記第1モデルを用いて、前記浄化性能としての前記窒素酸化物の浄化量を推定してもよい。この構成によれば、推定部は、機械学習モデルにより構成された第1モデルを用いて、複数の触媒における窒素酸化物の浄化量の合計を推定するため、数多くの要因が影響する窒素酸化物の浄化量の推定を、低演算負荷かつ高速に実施できる。また、十分に学習された機械学習モデルを第1のモデルとすることで、推定部は、窒素酸化物の浄化量を高精度で推定できる。 (13) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model is configured by a machine learning model, and as the catalyst information, the temperature of the front end of the catalyst located at the uppermost stream and the temperature of each catalyst And at least one of the total adsorbed amounts of additives adsorbed on the plurality of catalysts one hour before the input, and an output of the total amount of nitrogen oxide purification in the plurality of catalysts The estimation unit may estimate a purification amount of the nitrogen oxide as the purification performance using the first model. According to this configuration, since the estimation unit estimates the total amount of nitrogen oxide purification in the plurality of catalysts using the first model configured by the machine learning model, the nitrogen oxide affected by many factors The amount of purification can be estimated at a low computational load and at high speed. Further, by using the fully learned machine learning model as the first model, the estimation unit can estimate the nitrogen oxide purification amount with high accuracy.

(14)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、機械学習モデルにより構成され、前記触媒の情報として、前記最上流に位置する触媒の前端の温度と、各前記触媒の温度と、1時刻前において前記複数の触媒に吸着されている添加剤の吸着量の合計と、各前記触媒の温度の時間微分値と、前記複数の触媒における添加剤の飽和吸着量の合計に対する前記吸着量の合計の比と、のうちの少なくとも一つを入力とし、前記主流路において最下流に位置する前記触媒から流出する添加剤の流出量を出力とする第2モデルを含み、前記推定部は、前記第2モデルを用いて、前記浄化性能としての前記流出量を推定してもよい。この構成によれば、推定部は、機械学習モデルにより構成された第2モデルを用いて、最下流に位置する触媒から流出する添加剤の流出量を推定するため、より数多くの要因が影響する流出量の推定を、低演算負荷かつ高速に実施できる。また、十分に学習された機械学習モデルを第2のモデルとすることで、推定部は、流出量を高精度で推定できる。 (14) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model is configured by a machine learning model, and as the catalyst information, the temperature of the front end of the catalyst located in the uppermost stream and the temperature of each catalyst And the sum of the adsorption amounts of the additives adsorbed on the plurality of catalysts one hour before, the time differential value of the temperature of each catalyst, and the sum of the saturated adsorption amounts of the additives in the plurality of catalysts. A second model having at least one of the total ratio of the adsorbed amounts as an input and outputting an outflow amount of the additive flowing out from the catalyst located on the most downstream side in the main flow path; May estimate the outflow amount as the purification performance using the second model. According to this configuration, the estimation unit estimates the amount of the additive flowing out from the catalyst located at the most downstream using the second model configured by the machine learning model, and therefore, more factors affect the estimation unit. The amount of outflow can be estimated with a low computational load and high speed. Moreover, the estimation part can estimate the outflow amount with high accuracy by using the sufficiently learned machine learning model as the second model.

(15)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、物理モデルにより構成され、前記触媒の情報として、前記最上流に位置する触媒の前端の温度と、各前記触媒の温度と、のうちの少なくとも一つを入力とし、前記最上流に位置する触媒へと供給される添加剤のうち、前記複数の触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を出力とする第3モデルを含み、前記推定部は、前記第3モデルを用いて、前記浄化性能としての、前記窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を推定してもよい。この構成によれば、推定部は、物理モデルにより構成された第3モデルを用いて、最上流に位置する触媒へと供給される添加剤のうち、複数の触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を推定するため、影響する要因の少ない上記添加剤の量の推定を、物理則に則って高精度に推定できる。 (15) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model is configured by a physical model, and as the catalyst information, the temperature of the front end of the catalyst located in the uppermost stream, the temperature of each catalyst, Among the additives supplied to the most upstream catalyst, the amount of the additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in the plurality of catalysts is output. Including a third model, the estimating unit may estimate the amount of the additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction as the purification performance using the third model. According to this configuration, the estimation unit uses the third model configured by the physical model to perform the nitrogen oxide purification reaction in the plurality of catalysts among the additives supplied to the catalyst located at the uppermost stream. Since the amount of additive that does not contribute is estimated, it is possible to estimate the amount of the additive that has few influential factors with high accuracy in accordance with physical laws.

(16)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、前記第1モデルによって推定される現在の前記窒素酸化物の浄化量の合計と、前記第2モデルによって推定される現在の前記流出量と、前記第3モデルによって推定される現在の前記窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量と、を入力とし、次の時刻における、前記複数の触媒に吸着される添加剤の吸着量の合計を、物理則を用いて求めるモデルであり、前記推定部は、前記触媒状態推定モデルを用いて、前記浄化性能としての、次の時刻における前記吸着量の合計を推定してもよい。この構成によれば、推定部は、機械学習モデルである第1及び第2モデルによる推定結果(複数の触媒における窒素酸化物の浄化量の合計、最下流に位置する触媒から流出する添加剤の流出量)と、物理モデルである第3モデルによる推定結果(最上流に位置する触媒へと供給される添加剤のうち、複数の触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量)とを併用し、物理則を用いて、複数の触媒に吸着される添加剤の吸着量の合計を推定する。このため、本構成によれば、より数多くの要因が影響する吸着量の合計の推定を、物理則を満たしつつ、高精度、かつ高速に実施できる。また、複数の触媒に吸着される添加剤の吸着量の合計は、前の時刻の吸着量の合計の影響を受けて変動する(換言すれば、時間履歴の影響を受けて変動する)。この構成によれば、推定部は、第1〜第3モデルによる現在の推定結果を用いて、次の時刻における吸着量の合計を推定するため、前の時刻の触媒の浄化性能を踏まえて、次の時刻における触媒の浄化性能を高精度に推定できる。 (16) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model includes a current total amount of nitrogen oxide purification estimated by the first model and a current amount estimated by the second model. Additives adsorbed on the plurality of catalysts at the next time with the outflow amount and the amount of additive that does not contribute to the current nitrogen oxide purification reaction estimated by the third model as inputs Is a model for obtaining the total amount of adsorption using physical laws, and the estimation unit estimates the total amount of adsorption at the next time as the purification performance using the catalyst state estimation model. Also good. According to this configuration, the estimation unit estimates the results of the first and second models that are machine learning models (the total amount of nitrogen oxide purification in the plurality of catalysts, the amount of the additive flowing out from the catalyst located at the most downstream position, Outflow amount) and estimation results based on the third model, which is a physical model (the amount of additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in a plurality of catalysts among the additives supplied to the catalyst located in the uppermost stream) In combination, and the physical quantity is used to estimate the total adsorbed amount of the additive adsorbed on the plurality of catalysts. For this reason, according to this configuration, it is possible to estimate the total amount of adsorption affected by a larger number of factors with high accuracy and high speed while satisfying the physical law. Further, the total amount of additives adsorbed by the plurality of catalysts varies under the influence of the total amount of adsorption at the previous time (in other words, varies under the influence of the time history). According to this configuration, the estimation unit uses the current estimation results of the first to third models to estimate the total amount of adsorption at the next time, and therefore, based on the purification performance of the catalyst at the previous time, The purification performance of the catalyst at the next time can be estimated with high accuracy.

(17)上記形態の触媒状態推定装置では、さらに、前記最上流に位置する触媒へと流入する排気の情報を取得する第2取得部と、前記最上流に位置する触媒へと供給される添加剤の情報を取得する第3取得部と、を備え、前記第1モデル及び前記第2モデルでは、さらに、前記排気の情報として、前記排気の温度と、前記排気の流量と、前記排気に含まれる窒素酸化物の量と、のうちの少なくとも一つを入力とし、前記添加剤の情報として、前記最上流に位置する触媒に流入する前記添加剤の流入量を入力とし、前記第3モデルは、さらに、前記排気の情報として、前記排気の温度を入力とし、前記添加剤の情報として、前記最上流に位置する触媒に流入する前記添加剤の流入量を入力としてもよい。触媒の浄化性能は、触媒の情報に加えてさらに、触媒に流入する排気の情報(例えば、排気の温度、排気の流量、排気中の窒素酸化物の量)や、添加剤の情報(例えば、添加剤の量)の影響を受けて変動する。この構成によれば、推定部は、触媒の浄化性能に影響を及ぼすこれら触媒の情報と、排気の情報と、添加剤の情報とを触媒状態推定モデルに適用することによって、触媒の浄化性能をさらに精度良く推定することができる。 (17) In the catalyst state estimation device according to the above aspect, the second acquisition unit that acquires information on the exhaust gas flowing into the most upstream catalyst, and the addition that is supplied to the most upstream catalyst A third acquisition unit that acquires information on the agent, and the first model and the second model further include the exhaust temperature, the exhaust flow rate, and the exhaust as the exhaust information. At least one of the amount of nitrogen oxides to be input, and as the information on the additive, the inflow amount of the additive flowing into the uppermost catalyst is input, and the third model is Further, the exhaust gas temperature may be input as the exhaust gas information, and the additive flow rate of the additive flowing into the most upstream catalyst may be input as the additive gas information. In addition to catalyst information, the purification performance of the catalyst further includes information on the exhaust flowing into the catalyst (for example, exhaust temperature, exhaust flow rate, amount of nitrogen oxide in the exhaust), and information on additives (for example, Fluctuates under the influence of the amount of additive). According to this configuration, the estimation unit applies the catalyst information that affects the catalyst purification performance, the exhaust information, and the additive information to the catalyst state estimation model, thereby improving the catalyst purification performance. Further, it can be estimated with high accuracy.

(18)上記形態の触媒状態推定装置において、前記触媒状態推定モデルは、模範用の主流路に配置された同種の複数の前記触媒からなる触媒群について、前記模範用の主流路において最上流に位置する前記触媒の入口を前記触媒群の入口とみなし、前記模範用の主流路において最下流に位置する前記触媒の出口を前記触媒群の出口とみなして、前記触媒群から取得された教師データを用いて作成された前記第1モデルと、前記第2モデルとのうちの少なくとも一方のモデルを含んでもよい。この構成によれば、模範用の主流路に配置された複数の触媒を1つの触媒(触媒群)として学習させることで、触媒状態推定モデルの第1及び/又は第2モデルを構築できる。このため、触媒状態推定モデルの第1及び/又は第2モデルでは、触媒群に属する各触媒間における主流路(排気管等)の影響を加味することができる。このようにして構築された触媒状態推定モデルを使用することで、推定部は、主流路上の各触媒間における排気管等の情報を必要とせず、複数の触媒全体としての浄化性能を精度良く推定することができる。 (18) In the catalyst state estimation device of the above aspect, the catalyst state estimation model is the most upstream in the exemplary main flow channel for a catalyst group including a plurality of the same type of catalysts arranged in the exemplary main flow channel. Teacher data obtained from the catalyst group, assuming that the inlet of the catalyst located is regarded as the inlet of the catalyst group, and that the outlet of the catalyst located at the most downstream in the exemplary main flow path is regarded as the outlet of the catalyst group. It may include at least one model of the first model and the second model created using. According to this configuration, the first and / or second model of the catalyst state estimation model can be constructed by learning a plurality of catalysts arranged in the exemplary main flow path as one catalyst (catalyst group). For this reason, in the first and / or second model of the catalyst state estimation model, the influence of the main flow path (exhaust pipe or the like) between the catalysts belonging to the catalyst group can be taken into consideration. By using the catalyst state estimation model constructed in this way, the estimation unit does not need information such as exhaust pipes between the catalysts on the main flow path, and accurately estimates the purification performance as a whole of a plurality of catalysts. can do.

(19)上記形態の触媒状態推定装置では、さらに、前記最上流に位置する触媒の温度から、前記主流路に設けられた他の前記触媒の温度を推定する温度推定部を備えてもよい。この構成によれば、温度推定部は、最上流に位置する触媒の温度から、主流路に設けられた他の触媒の温度を推定することができるため、他の触媒の温度を取得する取得部(センサ等)を省略できる。 (19) The catalyst state estimation apparatus according to the above aspect may further include a temperature estimation unit that estimates the temperature of the other catalyst provided in the main flow path from the temperature of the catalyst located in the uppermost stream. According to this configuration, since the temperature estimation unit can estimate the temperature of the other catalyst provided in the main flow path from the temperature of the catalyst located at the uppermost stream, the acquisition unit acquires the temperature of the other catalyst. (Sensors etc.) can be omitted.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、触媒状態推定装置及びシステム、触媒状態推定装置を含む排気浄化装置及び排気浄化システム、これら装置及びシステムの制御方法、これら装置及びシステムにおいて実行されるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。   It should be noted that the present invention can be realized in various modes. For example, a catalyst state estimation device and system, an exhaust purification device and an exhaust purification system including the catalyst state estimation device, a control method for these devices and systems, these The present invention can be realized in the form of a computer program executed in the apparatus and system, a server device for distributing the computer program, a non-temporary storage medium storing the computer program, and the like.

本発明の一実施形態としての排気浄化システムのブロック図である。1 is a block diagram of an exhaust purification system as one embodiment of the present invention. 第1モデルについて説明する図である。It is a figure explaining a 1st model. 第3モデルについて説明する図である。It is a figure explaining a 3rd model. 推定部による推定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the estimation process by an estimation part. 推定処理のステップS24について説明する図である。It is a figure explaining step S24 of an estimation process. 第2実施形態における排気浄化システムのブロック図である。It is a block diagram of the exhaust gas purification system in 2nd Embodiment. 第3実施形態における排気浄化システムのブロック図である。It is a block diagram of the exhaust gas purification system in 3rd Embodiment. 第4実施形態における排気浄化システムのブロック図である。It is a block diagram of the exhaust gas purification system in 4th Embodiment. 第5実施形態における排気浄化システムのブロック図である。It is a block diagram of the exhaust gas purification system in 5th Embodiment. 第6実施形態における排気浄化システムのブロック図である。It is a block diagram of the exhaust gas purification system in 6th Embodiment. 第6実施形態における推定部による推定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the estimation process by the estimation part in 6th Embodiment. 第7実施形態における排気浄化システムのブロック図である。It is a block diagram of the exhaust gas purification system in 7th Embodiment.

<第1実施形態>
図1は、本発明の一実施形態としての排気浄化システム1のブロック図である。本実施形態の排気浄化システム1は、燃焼状態制御部91及び内燃機関92と、排気浄化装置20と、触媒状態推定装置10を備える。本実施形態の排気浄化装置20は、内燃機関92の排気中における有害物質(窒素酸化物:NOx)を浄化する装置であり、触媒として選択還元触媒(SCR触媒:Selective Catalytic Reduction catalyst)40を備え、添加剤としてアンモニア(NH3)を発生する尿素水を使用する。本実施形態の触媒状態推定装置10は、排気浄化装置20に搭載されたSCR触媒40の状態、具体的には、SCR触媒40の浄化性能を推定できる。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram of an exhaust purification system 1 as an embodiment of the present invention. The exhaust purification system 1 of this embodiment includes a combustion state control unit 91, an internal combustion engine 92, an exhaust purification device 20, and a catalyst state estimation device 10. The exhaust purification device 20 of this embodiment is a device that purifies harmful substances (nitrogen oxides: NOx) in the exhaust of the internal combustion engine 92, and includes a selective reduction catalyst (SCR catalyst) 40 as a catalyst. As an additive, urea water that generates ammonia (NH 3 ) is used. The catalyst state estimation device 10 of the present embodiment can estimate the state of the SCR catalyst 40 mounted on the exhaust purification device 20, specifically, the purification performance of the SCR catalyst 40.

内燃機関92は、例えば、ディーゼルエンジンや、リーンバーン運転方式のガソリンエンジンである。燃焼状態制御部91は、内燃機関92に対する空気や燃料の噴射を制御することで、内燃機関92内の空燃比をリーン、ストイキ、リッチの各状態へと制御する。燃焼状態制御部91は、例えば、電子制御ユニット(ECU、Electronic Control Unit)により実装される。なお、以下の説明では、排気浄化装置20のうち、内燃機関92に近い側を「上流側」と呼び、内燃機関92に遠い側を「下流側」と呼ぶ。図1の場合、左側が上流側に相当し、右側が下流側に相当する。   The internal combustion engine 92 is, for example, a diesel engine or a lean burn operation type gasoline engine. The combustion state control unit 91 controls the air / fuel ratio in the internal combustion engine 92 to lean, stoichiometric, and rich states by controlling the injection of air and fuel to the internal combustion engine 92. The combustion state control unit 91 is implemented by, for example, an electronic control unit (ECU, Electronic Control Unit). In the following description, the side of the exhaust purification device 20 that is closer to the internal combustion engine 92 is referred to as “upstream side”, and the side that is farther from the internal combustion engine 92 is referred to as “downstream side”. In the case of FIG. 1, the left side corresponds to the upstream side, and the right side corresponds to the downstream side.

排気浄化装置20は、内燃機関92から伸びる排気管30と、排気管30上に設けられたSCR触媒40と、尿素ポンプユニット62及び尿素ノズル64とを備える。排気管30は、内燃機関92からの排気が流通する主流路を形成する。内燃機関92からの排気は、排気管30内の主流路を通って、SCR触媒40を通過して外気に放出される。SCR触媒40は、添加剤の供給を受けて、排気中のNOxを浄化する。SCR触媒40は「触媒」に相当する。尿素ポンプユニット62は、内部に添加剤となる尿素水を貯蔵すると共に、尿素ノズル64へと尿素水を送出するポンプを内蔵している。尿素ノズル64は、尿素水の噴射口であり、SCR触媒40の上流側に設けられてSCR触媒40に対して尿素水を供給する。   The exhaust purification device 20 includes an exhaust pipe 30 extending from the internal combustion engine 92, an SCR catalyst 40 provided on the exhaust pipe 30, a urea pump unit 62, and a urea nozzle 64. The exhaust pipe 30 forms a main flow path through which exhaust from the internal combustion engine 92 flows. Exhaust gas from the internal combustion engine 92 passes through the main flow path in the exhaust pipe 30, passes through the SCR catalyst 40, and is released to the outside air. The SCR catalyst 40 receives the supply of the additive and purifies NOx in the exhaust. The SCR catalyst 40 corresponds to a “catalyst”. The urea pump unit 62 stores therein urea water as an additive and incorporates a pump for sending urea water to the urea nozzle 64. The urea nozzle 64 is an injection port for urea water, and is provided on the upstream side of the SCR catalyst 40 to supply urea water to the SCR catalyst 40.

触媒状態推定装置10は、CPU11と、記憶部12と、流量取得部52と、NOx濃度取得部54と、前端温度取得部56と、温度取得部58とを備える。CPU11及び記憶部12は、例えば、ECUにより実装される。   The catalyst state estimation device 10 includes a CPU 11, a storage unit 12, a flow rate acquisition unit 52, a NOx concentration acquisition unit 54, a front end temperature acquisition unit 56, and a temperature acquisition unit 58. CPU11 and the memory | storage part 12 are mounted by ECU, for example.

CPU11は、ROMに格納されているコンピュータプログラムをRAMに展開して実行することにより、触媒状態推定装置10の各部を制御する。そのほかCPU11は、推定部110として機能し、流量取得部52、NOx濃度取得部54、前端温度取得部56、及び温度取得部58から取得された各取得値を受信し、後述する推定処理を実行する。記憶部12は、フラッシュメモリ、メモリカード、ハードディスクなどで構成される。記憶部12には、予め触媒状態推定モデル120が記憶されている。触媒状態推定モデル120には、第1モデル121と、第2モデル122と、第3モデル123とが含まれている。   CPU11 controls each part of the catalyst state estimation apparatus 10 by expand | deploying and executing the computer program stored in ROM on RAM. In addition, the CPU 11 functions as the estimation unit 110, receives each acquired value acquired from the flow rate acquisition unit 52, the NOx concentration acquisition unit 54, the front end temperature acquisition unit 56, and the temperature acquisition unit 58, and executes an estimation process to be described later. To do. The storage unit 12 includes a flash memory, a memory card, a hard disk, and the like. The storage unit 12 stores a catalyst state estimation model 120 in advance. The catalyst state estimation model 120 includes a first model 121, a second model 122, and a third model 123.

図2は、第1モデル121について説明する図である。第1モデル121は、SCR触媒40におけるNOx浄化率を推定するためのモデルであり、機械学習モデル、具体的にはニューラルネットワーク(NN:Neural Network)により構成されている。図2に示すように、本実施形態の第1モデル121は、入力層、中間層、出力層の3層で構成されており、中間層を1層とし、中間層の素子にシグモイド関数を用いる場合を例示する。なお、中間層の素子にはシグモイド関数を用いなくてもよい。   FIG. 2 is a diagram for explaining the first model 121. The first model 121 is a model for estimating the NOx purification rate in the SCR catalyst 40, and is configured by a machine learning model, specifically a neural network (NN). As shown in FIG. 2, the first model 121 of this embodiment is composed of three layers, an input layer, an intermediate layer, and an output layer. The intermediate layer is a single layer, and a sigmoid function is used for the elements of the intermediate layer. The case is illustrated. Note that the sigmoid function may not be used for the element in the intermediate layer.

第1モデル121の入力変数となるベクトルUは、n個の成分(u1,u2,・・・,un、nは自然数)で構成されている。ベクトルUの各成分には、以下の項目a1〜a3に示すパラメータが採用できる。
(a1)触媒の情報:SCR触媒40の前端の温度と、SCR触媒40の温度と、1時刻前においてSCR触媒40に吸着されているNH3の吸着量と、のうちの少なくとも1つ
(a2)排気の情報:内燃機関92からの排気の温度と、排気の流量と、排気に含まれるNOxの量と、のうちの少なくとも1つ
(a3)添加剤の情報:SCR触媒40に流入するNH3の流入量
The vector U that is an input variable of the first model 121 is composed of n components (u 1 , u 2 ,..., U n , n is a natural number). Parameters shown in the following items a1 to a3 can be adopted for each component of the vector U.
(A1) Information on catalyst: At least one of the temperature of the front end of the SCR catalyst 40, the temperature of the SCR catalyst 40, and the adsorption amount of NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 40 one hour ago (a2 ) Exhaust information: at least one of the temperature of the exhaust from the internal combustion engine 92, the flow rate of the exhaust, and the amount of NOx contained in the exhaust (a3) Information on the additive: NH flowing into the SCR catalyst 40 3 inflow

ここで、ベクトルUに対しては、項目a1に示す触媒の情報について、少なくとも1つ以上を入力することが必要であり、項目a2,a3に示す排気の情報と添加剤の情報とについては、少なくとも1つ以上が入力されてもよく、全て省略されてもよい。ただし、第1モデル121におけるNOx浄化率の推定精度向上のためには、入力されるパラメータの数は多い方が好ましい。   Here, for the vector U, it is necessary to input at least one or more of the catalyst information shown in the item a1, and the exhaust information and additive information shown in the items a2 and a3 are as follows. At least one or more may be input, or all may be omitted. However, in order to improve the estimation accuracy of the NOx purification rate in the first model 121, it is preferable that the number of input parameters is large.

ベクトルUの各成分が入力層に入力された後、中間層では、ベクトルUの各成分uiと重み定数Wijとの積を足し合わせる(数式1)。その後、数式2のように、中間層のノード毎の固有値θj(バイアス)を加味した上で、シグモイド関数を通過させて出力する。出力層では、入力値Yjと重み定数Wjkとの積を足し合わせ、固有値θk(バイアス)との和を求めて出力する(数式3)。第1モデル121の出力変数Zは、入力変数(ベクトルU)が表わす諸条件下における、SCR触媒40のNOx浄化率の推定値である。なお、nは入力変数の数、mは中間層ノードの数を表す。第1モデル121は「第1モデル」に相当する。 After each component of the vector U is input to the input layer, the intermediate layer adds up the product of each component u i of the vector U and the weight constant W ij (Equation 1). Thereafter, as shown in Equation 2, the eigenvalue θ j (bias) for each node in the intermediate layer is taken into account, and the sigmoid function is passed through and output. In the output layer, the product of the input value Y j and the weight constant W jk is added, and the sum with the eigenvalue θ k (bias) is obtained and output (Formula 3). The output variable Z of the first model 121 is an estimated value of the NOx purification rate of the SCR catalyst 40 under various conditions represented by the input variable (vector U). Note that n represents the number of input variables, and m represents the number of intermediate layer nodes. The first model 121 corresponds to a “first model”.

Figure 2019167948
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第1モデル121は、出力変数Zが推定対象となる物理量(第1モデル121の場合はNOx浄化率)と一致するように、入力変数と出力変数との関係をNNに学習させ、NNにおける各値Wij,θj,Wjk,θkを予め決定しておく。第1モデル121の学習には、内燃機関92の過渡運転時に取得されたデータを教師データとして用いることが好ましい。なお、中間層のノード数は、例えば、教師データに対する精度と、教師データとして利用されなかったデータに対する精度とを考慮して決定できる。 The first model 121 causes the NN to learn the relationship between the input variable and the output variable so that the output variable Z matches the physical quantity to be estimated (NOx purification rate in the case of the first model 121). Values W ij , θ j , W jk , θ k are determined in advance. For learning the first model 121, it is preferable to use data acquired during transient operation of the internal combustion engine 92 as teacher data. Note that the number of nodes in the intermediate layer can be determined in consideration of, for example, accuracy with respect to teacher data and accuracy with respect to data that has not been used as teacher data.

第2モデル122は、SCR触媒40から流出するNH3の流出量を推定するためのモデルであり、機械学習モデル、具体的にはNNにより構成されている。第2モデル122は、後述の点を除き図2で説明した第1モデル121と同様の構成を有する。 The second model 122 is a model for estimating the outflow amount of NH 3 flowing out from the SCR catalyst 40, and is configured by a machine learning model, specifically, NN. The second model 122 has the same configuration as the first model 121 described with reference to FIG.

第2モデル122の入力変数となるベクトルUは、n個の成分(u1,u2,・・・,un、nは自然数)で構成されている。ベクトルUの各成分には、以下の項目b1〜b3に示すパラメータが採用できる。
(b1)触媒の情報:SCR触媒40の前端の温度と、SCR触媒40の温度と、1時刻前においてSCR触媒40に吸着されているNH3の吸着量(実吸着量)と、SCR触媒40の温度の時間微分値と、SCR触媒40におけるNH3の飽和吸着量に対する吸着量(実吸着量)の比と、のうちの少なくとも1つ
(b2)排気の情報:内燃機関92からの排気の温度と、排気の流量と、排気に含まれるNOxの量と、のうちの少なくとも1つ
(b3)添加剤の情報:SCR触媒40に流入するNH3の流入量
The vector U as an input variable of the second model 122 is composed of n components (u 1 , u 2 ,..., U n , n is a natural number). For each component of the vector U, parameters shown in the following items b1 to b3 can be adopted.
(B1) Information on the catalyst: the temperature of the front end of the SCR catalyst 40, the temperature of the SCR catalyst 40, the adsorption amount (actual adsorption amount) of NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 40 one hour ago, and the SCR catalyst 40 And the ratio of the adsorption amount (actual adsorption amount) to the saturated adsorption amount of NH 3 in the SCR catalyst 40 (b2) Exhaust information: The exhaust information from the internal combustion engine 92 Information on additive (b3) of at least one of temperature, flow rate of exhaust gas, and amount of NOx contained in exhaust gas: Inflow amount of NH 3 flowing into SCR catalyst 40

第2モデル122のベクトルUに対しては、第1モデル121と同様に、項目b1に示す触媒の情報について、少なくとも1つ以上を入力することが必要であり、項目b2,b3に示す排気の情報と添加剤の情報とについては、少なくとも1つ以上が入力されてもよく、全て省略されてもよい。ただし、第2モデル122における流出量の推定精度向上のためには、入力されるパラメータの数は多い方が好ましい。   For the vector U of the second model 122, as in the first model 121, it is necessary to input at least one or more of the catalyst information shown in the item b1, and the exhaust gas shown in the items b2 and b3. About information and the information of an additive, at least 1 or more may be input and all may be abbreviate | omitted. However, in order to improve the estimation accuracy of the outflow amount in the second model 122, it is preferable that the number of input parameters is large.

第2モデル122の出力変数Zは、入力変数(ベクトルU)が表わす諸条件下において、SCR触媒40から流出して失われるNH3の流出量の推定値である。なお、第2モデル122は「第2モデル」に相当する。 The output variable Z of the second model 122 is an estimated value of the outflow amount of NH 3 that flows out of the SCR catalyst 40 and is lost under various conditions represented by the input variable (vector U). The second model 122 corresponds to a “second model”.

図3は、第3モデル123について説明する図である。第3モデル123は、SCR触媒40において、NOxの浄化反応に寄与しない添加剤(NH3)の量を推定するためのモデルであり、物理モデルにより構成されている。NH3は、特に高温環境下において熱分解や酸化反応によって失われ、SCR触媒40におけるNOxの浄化反応に寄与しないことが知られている。第3モデル123では、これら熱分解及び酸化反応に起因して減少するNH3の量を、NOxの浄化反応に寄与しない添加剤(NH3)の量として推定する。図3に示すように、第3モデル123は、アレニウスの式により構成されている。アレニウスの式のうち、頻度因子(A)、活性化エネルギー(E)については予め実験等により求めた値を使用できる。 FIG. 3 is a diagram for explaining the third model 123. The third model 123 is a model for estimating the amount of the additive (NH 3 ) that does not contribute to the NOx purification reaction in the SCR catalyst 40, and is configured by a physical model. It is known that NH 3 is lost due to thermal decomposition and oxidation reaction particularly in a high temperature environment and does not contribute to the NOx purification reaction in the SCR catalyst 40. In the third model 123, the amount of NH 3 that decreases due to the thermal decomposition and oxidation reaction is estimated as the amount of the additive (NH 3 ) that does not contribute to the NOx purification reaction. As shown in FIG. 3, the third model 123 is configured by the Arrhenius equation. Of the Arrhenius equation, values obtained by experiments or the like in advance can be used for the frequency factor (A) and the activation energy (E).

第3モデル123の入力変数となるベクトルUは、n個の成分(u1,u2,・・・,un、nは自然数)で構成されている。ベクトルUの各成分には、以下の項目c1〜c3に示すパラメータが採用できる。
(c1)触媒の情報:SCR触媒40の前端の温度と、SCR触媒40の温度と、のうちの少なくとも1つ
(c2)排気の情報:内燃機関92からの排気の温度
(c3)添加剤の情報:SCR触媒40に流入するNH3の流入量
The vector U as an input variable of the third model 123 is composed of n components (u 1 , u 2 ,..., U n , n is a natural number). Parameters shown in the following items c1 to c3 can be adopted for each component of the vector U.
(C1) Information on the catalyst: at least one of the temperature of the front end of the SCR catalyst 40 and the temperature of the SCR catalyst 40 (c2) Information on exhaust: Temperature of exhaust from the internal combustion engine 92 (c3) Additive Information: NH 3 inflow into SCR catalyst 40

第1モデル121と同様に、第3モデル123のベクトルUに対しては、項目c1に示す触媒の情報について、少なくとも1つ以上を入力することが必要であり、項目c2,c3に示す排気の情報と添加剤の情報とについては、少なくとも1つ以上が入力されてもよく、全て省略されてもよい。ただし、第3モデル123における、NOxの浄化反応に寄与しないNH3の量の推定精度向上のためには、入力されるパラメータの数は多い方が好ましい。 Similar to the first model 121, it is necessary to input at least one or more of the catalyst information shown in the item c1 for the vector U of the third model 123, and the exhaust gas shown in the items c2 and c3. About information and the information of an additive, at least 1 or more may be input and all may be abbreviate | omitted. However, in order to improve the estimation accuracy of the amount of NH 3 that does not contribute to the NOx purification reaction in the third model 123, it is preferable that the number of input parameters is large.

第3モデル123の出力変数Zは、入力変数(ベクトルU)が表わす諸条件下において、SCR触媒40でNOxの浄化反応に寄与しないNH3の量の推定値である。なお、第3モデル123は「第3モデル」に相当する。 The output variable Z of the third model 123 is an estimated value of the amount of NH 3 that does not contribute to the NOx purification reaction in the SCR catalyst 40 under various conditions represented by the input variable (vector U). The third model 123 corresponds to a “third model”.

図1に戻り、説明を続ける。流量取得部52は、内燃機関92からの排気の流量を取得する。流量取得部52は、例えば、排気管30に設けられたピトー管式流量計によって測定された測定信号を取得することで実現してもよい。また、流量取得部52は、内燃機関92への吸入空気量信号や、燃料噴射量信号から排気の流量を推定してもよい。排気温度取得部53は、内燃機関92からの排気の温度を測定するセンサである。NOx濃度取得部54は、SCR触媒40へ流入する排気中のNOx濃度を測定するセンサである。なお、NOx濃度取得部54は、センサによる測定に代えて、内燃機関92の燃焼状態(リーン、ストイキ、リッチ)から排気中のNOx濃度を推定してもよい。前端温度取得部56は、SCR触媒40の入口近傍(前端)における温度を測定するセンサである。温度取得部58は、SCR触媒40の床温を測定するセンサである。   Returning to FIG. 1, the description will be continued. The flow rate acquisition unit 52 acquires the flow rate of exhaust from the internal combustion engine 92. The flow rate acquisition unit 52 may be realized, for example, by acquiring a measurement signal measured by a Pitot tube type flow meter provided in the exhaust pipe 30. The flow rate acquisition unit 52 may estimate the flow rate of the exhaust gas from the intake air amount signal to the internal combustion engine 92 or the fuel injection amount signal. The exhaust temperature acquisition unit 53 is a sensor that measures the temperature of exhaust from the internal combustion engine 92. The NOx concentration acquisition unit 54 is a sensor that measures the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 40. Note that the NOx concentration acquisition unit 54 may estimate the NOx concentration in the exhaust gas from the combustion state (lean, stoichiometric, rich) of the internal combustion engine 92 instead of measurement by the sensor. The front end temperature acquisition unit 56 is a sensor that measures the temperature in the vicinity of the inlet (front end) of the SCR catalyst 40. The temperature acquisition unit 58 is a sensor that measures the bed temperature of the SCR catalyst 40.

なお、流量取得部52と、排気温度取得部53と、NOx濃度取得部54とは、SCR触媒40へと流入する排気の情報を取得する「第2取得部」に相当する。前端温度取得部56と、温度取得部58とは、SCR触媒40の情報を取得する「第1取得部」に相当する。   The flow rate acquisition unit 52, the exhaust temperature acquisition unit 53, and the NOx concentration acquisition unit 54 correspond to a “second acquisition unit” that acquires information on the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 40. The front end temperature acquisition unit 56 and the temperature acquisition unit 58 correspond to a “first acquisition unit” that acquires information on the SCR catalyst 40.

図4は、推定部110による推定処理の手順を示すフローチャートである。推定処理は、SCR触媒40の浄化性能を推定する処理であり、任意のタイミングで実行される。例えば、推定処理は、排気浄化システム1または触媒状態推定装置10の利用者からの要求によって実行されてもよく、排気浄化システム1を搭載する車両における他の制御部からの要求によって実行されてもよい。図4に示す推定処理は、定期的に実行される。   FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of estimation processing by the estimation unit 110. The estimation process is a process for estimating the purification performance of the SCR catalyst 40, and is executed at an arbitrary timing. For example, the estimation process may be executed according to a request from a user of the exhaust purification system 1 or the catalyst state estimation device 10 or may be executed according to a request from another control unit in a vehicle on which the exhaust purification system 1 is mounted. Good. The estimation process shown in FIG. 4 is periodically executed.

なお、以降の説明では、上述した第1モデル121の入力として、項目a1〜a3のうち、SCR触媒40の前端の温度を除く全てのパラメータを採用し、第2モデル122の入力として項目b1〜b3で述べた全てのパラメータを採用し、第3モデル123の入力として項目c1〜c3で述べた全てのパラメータを採用する場合を例示する。また、以降の説明において、Δtは触媒状態推定装置10における単位時間(例えば、CPU11の演算周期、上述した各取得部52〜58におけるサンプリング周期)を表し、時刻t=kΔtは現在時刻を、時刻t=(k+1)Δtは1時刻後(1単位時間後)を、時刻t=(k−1)Δtは1時刻前(1単位時間前)を意味する。kは整数である。   In the following description, among the items a1 to a3, all parameters except for the temperature at the front end of the SCR catalyst 40 are adopted as the input of the first model 121, and the items b1 to b1 are input as the inputs of the second model 122. The case where all the parameters described in b3 are employed and all the parameters described in items c1 to c3 are employed as the input of the third model 123 is illustrated. In the following description, Δt represents a unit time in the catalyst state estimation device 10 (for example, a calculation cycle of the CPU 11 and a sampling cycle in each of the acquisition units 52 to 58 described above), and time t = kΔt represents the current time, t = (k + 1) Δt means one time later (after one unit time), and time t = (k−1) Δt means one time before (one unit time before). k is an integer.

ステップS10において推定部110は、推定処理の開始条件が成立しているか否かを判定する。具体的には例えば、推定部110は、温度取得部58が正常であり、かつ、尿素ポンプユニット62及び尿素ノズル64が正常であり、かつ、NOx濃度取得部54が活性状態である場合に、推定処理の開始条件が成立していると判定できる。推定処理の開始条件が成立している場合(ステップS10:YES)、推定部110は処理をステップS12へ遷移させる。推定処理の開始条件が成立していない場合(ステップS10:NO)、推定部110は処理を終了させる。   In step S10, the estimation unit 110 determines whether a start condition for the estimation process is satisfied. Specifically, for example, the estimation unit 110, when the temperature acquisition unit 58 is normal, the urea pump unit 62 and the urea nozzle 64 are normal, and the NOx concentration acquisition unit 54 is in an active state, It can be determined that the estimation processing start condition is satisfied. When the estimation process start condition is satisfied (step S10: YES), the estimation unit 110 shifts the process to step S12. When the estimation process start condition is not satisfied (step S10: NO), the estimation unit 110 ends the process.

ステップS12において推定部110は、流量取得部52から、現在(時刻t=kΔt)の排気管30内部の流量Q[k]を取得する。ステップS14において推定部110は、現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40に流入するNOx量NOx_SCRinを算出する。具体的には、推定部110は、NOx濃度取得部54から、SCR触媒40へと流入する排気中の現在のNOx濃度[k]を取得する。次に推定部110は、取得した排気中のNOx濃度[k]と、ステップS12で取得した排気の流量Q[k]とから、NOx量NOx_SCRin[k]を算出する。 In step S <b> 12, the estimation unit 110 acquires the current flow rate Q [k] in the exhaust pipe 30 from the flow rate acquisition unit 52 (time t = kΔt). Estimation unit 110 in step S14 calculates the amount of NOx NOx_SCR in flowing into the SCR catalyst 40 of the current (time t = k.DELTA.t). Specifically, the estimation unit 110 acquires the current NOx concentration [k] in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 40 from the NOx concentration acquisition unit 54. Next, the estimation unit 110 calculates the NOx amount NOx_SCR in [k] from the acquired NOx concentration [k] in the exhaust and the flow rate Q [k] of the exhaust acquired in step S12.

ステップS16において推定部110は、温度取得部58から、現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40の床温T[k]を取得する。ステップS18において推定部110は、尿素ノズル64から噴射される尿素水の噴射量から、予め用意された計算式やマップ等を用いて、現在(時刻t=kΔt)の、SCR触媒40に流入するNH3の流入量NH3_SCRin[k]を算出する。なお、ステップS18において推定部110は、添加剤の情報を取得する「第3取得部」としても機能する。 In step S <b> 16, the estimation unit 110 acquires the current (time t = kΔt) bed temperature T [k] of the SCR catalyst 40 from the temperature acquisition unit 58. In step S <b> 18, the estimation unit 110 flows into the SCR catalyst 40 at the current time (time t = kΔt) from the injection amount of urea water injected from the urea nozzle 64 using a prepared formula, map, or the like. NH 3 inflow amount NH 3 —SCR in [k] is calculated. In step S18, the estimation unit 110 also functions as a “third acquisition unit” that acquires information on additives.

ステップS20において推定部110は、排気温度取得部53から、現在(時刻t=kΔt)の、SCR触媒40に流入する排気の温度T_SCRin[k]を取得する。なお、ステップS20において推定部110は、排気の温度に代えて、SCR触媒40のSCR触媒40の入口近傍(前端)における温度を取得して、T_SCRin[k]としてもよい。 In step S20, the estimation unit 110 acquires the current temperature T_SCR in [k] of the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 40 from the exhaust temperature acquisition unit 53 (time t = kΔt). Note that in step S20, the estimation unit 110 may acquire the temperature of the SCR catalyst 40 in the vicinity of the inlet of the SCR catalyst 40 (front end) instead of the temperature of the exhaust gas and set it as T_SCR in [k].

ステップS22において推定部110は、現在(時刻t=kΔt)の、SCR触媒40の床温Tの時間微分値DiffT[k]を以下の数式4により算出する。数式4のうち、Δtは温度取得部58のサンプリング周期を表し、T[k]はステップS16で取得した現在のSCR触媒40の床温Tを表し、T[k−1]はステップS16で取得した1時刻前のSCR触媒40の床温Tを表す。なお、ステップS22において推定部110は、触媒の情報を取得する「第1取得部」としても機能する。   In step S <b> 22, the estimation unit 110 calculates the time differential value DiffT [k] of the bed temperature T of the SCR catalyst 40 at the current time (time t = kΔt) by the following mathematical formula 4. In Equation 4, Δt represents the sampling period of the temperature acquisition unit 58, T [k] represents the current bed temperature T of the SCR catalyst 40 acquired in step S16, and T [k−1] is acquired in step S16. Represents the bed temperature T of the SCR catalyst 40 one hour before. In step S22, the estimation unit 110 also functions as a “first acquisition unit” that acquires catalyst information.

Figure 2019167948
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図5は、推定処理のステップS24について説明する図である。図5では、横軸にSCR触媒40の床温を表し、縦軸にSCR触媒40におけるNH3の飽和吸着量を表している。SCR触媒40におけるNH3の飽和吸着量は、図示のように、床温の上昇につれて減少するという特性NPを持つ。特性NPを表す関係式は、予め実験等により求められ記憶部12に記憶されている。 FIG. 5 is a diagram illustrating step S24 of the estimation process. In FIG. 5, the horizontal axis represents the bed temperature of the SCR catalyst 40, and the vertical axis represents the saturated adsorption amount of NH 3 in the SCR catalyst 40. As shown in the figure, the saturated adsorption amount of NH 3 in the SCR catalyst 40 has a characteristic NP that decreases as the bed temperature increases. The relational expression representing the characteristic NP is obtained in advance through experiments or the like and stored in the storage unit 12.

図4のステップS24において推定部110は、SCR触媒40におけるNH3の飽和吸着量に対する実吸着量の比を算出する。具体的には、推定部110は、ステップS16で取得した現在のSCR触媒40の床温T[k]を、特性NPを表す関係式に当て嵌めて、現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40のNH3の飽和吸着量StrtNH3Ad[k]を求める(図5)。次に、求めた飽和吸着量StrtNH3Ad[k]と、現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40のNH3の実吸着量NH3Ad[k]とを用いて、飽和吸着量に対する実吸着量の比r[k]を算出する。 In step S24 of FIG. 4, the estimation unit 110 calculates the ratio of the actual adsorption amount to the saturated adsorption amount of NH 3 in the SCR catalyst 40. Specifically, the estimating unit 110 applies the current bed temperature T [k] of the SCR catalyst 40 acquired in step S16 to the relational expression representing the characteristic NP, and the current (time t = kΔt) SCR catalyst. The saturated adsorption amount StrtNH 3 Ad [k] of 40 NH 3 is obtained (FIG. 5). Next, the obtained saturated adsorption amount StrtNH 3 Ad [k], using the current actual adsorption amount NH 3 Ad of NH 3 in the SCR catalyst 40 (time t = kΔt) [k], the real for saturated adsorption amount The adsorption amount ratio r [k] is calculated.

現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40のNH3の実吸着量NH3Ad[k]について、推定部110は、前回実行された推定処理(図4)において得られた推定値を、実吸着量NH3Ad[k]として用いることができる。例えば推定処理の初回実行時など、前回の推定値が無い場合、推定部110は、実吸着量NH3Ad[k]として所定のデフォルト値を利用できる。デフォルト値は任意に設定できるが、例えば、0や飽和吸着量を利用できる。なお、ステップS22において推定部110は、触媒の情報を取得する「第1取得部」としても機能する。 For the actual adsorption amount NH 3 Ad [k] of NH 3 of the SCR catalyst 40 at the current time (time t = kΔt), the estimation unit 110 calculates the estimated value obtained in the previously executed estimation process (FIG. 4). It can be used as an adsorption amount NH 3 Ad [k]. For example, when there is no previous estimated value such as when the estimation process is executed for the first time, the estimating unit 110 can use a predetermined default value as the actual adsorption amount NH 3 Ad [k]. Although a default value can be set arbitrarily, for example, 0 or a saturated adsorption amount can be used. In step S22, the estimation unit 110 also functions as a “first acquisition unit” that acquires catalyst information.

ステップS26において推定部110は、SCR触媒40のNOx浄化率の推定値を算出する。具体的には、推定部110は、NOx浄化率を推定するための第1モデル121(図2)の入力変数ベクトルUに、ステップS12〜S20で求めた現在(時刻t=kΔt)の以下の各値を設定し、出力変数Zを求める。推定部110は、第1モデル121から得られた出力変数Zを、現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40のNOx浄化率NOxConv[k]とする。
(a1)触媒の情報:
・SCR触媒40の温度(床温)T[k](ステップS16)
・1時刻前においてSCR触媒40に吸着されているNH3の吸着量(実吸着量)NH3Ad[k](前回の推定処理の結果)
(a2)排気の情報:
・内燃機関92からの排気の温度T_SCRin[k](ステップS20)
・排気の流量Q[k](ステップS12)
・排気に含まれるNOxの量NOx_SCRin[k](ステップS14)
(a3)添加剤の情報:
・SCR触媒40に流入するNH3の流入量NH3_SCRin[k](ステップS18)
In step S26, the estimation unit 110 calculates an estimated value of the NOx purification rate of the SCR catalyst 40. Specifically, the estimation unit 110 adds the following values of the current (time t = kΔt) obtained in steps S12 to S20 to the input variable vector U of the first model 121 (FIG. 2) for estimating the NOx purification rate. Each value is set and the output variable Z is obtained. The estimation unit 110 sets the output variable Z obtained from the first model 121 as the NOx purification rate NOxConv [k] of the SCR catalyst 40 at the current time (time t = kΔt).
(A1) Catalyst information:
SCR catalyst 40 temperature (bed temperature) T [k] (step S16)
-Adsorption amount of NH 3 adsorbed on SCR catalyst 40 one hour before (actual adsorption amount) NH 3 Ad [k] (result of previous estimation process)
(A2) Exhaust information:
The temperature T_SCR in [k] of the exhaust from the internal combustion engine 92 (step S20)
Exhaust flow rate Q [k] (step S12)
-NOx amount contained in exhaust gas NOx_SCR in [k] (step S14)
(A3) Information on additives:
· Inflow NH of NH 3 flowing into the SCR catalyst 40 3 _SCR in [k] (Step S18)

このように、ステップS26において推定部110は、第1モデル121を用いてSCR触媒40の浄化性能としての、NOx浄化率NOxConv[k]を推定する。第1モデル121のような機械学習モデルは、入出力変数(例えば、入力変数のベクトルUと出力変数のZ)に因果関係さえあれば、複雑な関数近似をしなければ分類や回帰ができない場合(例えば、物理式で明示することが困難な現象が含まれる場合、現象を記述する物理式が複数必要となる場合、数多くの要因の影響が想定されることから物理式に対する入力が多くなる場合)であっても、低演算負荷で出力(推定結果)を得ることができる。ステップS26によれば、推定部110は、機械学習モデルにより構成された第1モデル121を用いて、NOx浄化率NOxConv[k]を推定するため、数多くの要因が影響するNOxの浄化率の推定を、低演算負荷かつ高速に実施できる。また、十分に学習された機械学習モデルを第1モデル121とすることで、推定部110は、NOxの浄化率を高精度で推定できる。   In this way, in step S26, the estimation unit 110 estimates the NOx purification rate NOxConv [k] as the purification performance of the SCR catalyst 40 using the first model 121. A machine learning model such as the first model 121 can be classified and regressed without complex function approximation as long as there is a causal relationship between input and output variables (for example, the input variable vector U and the output variable Z). (For example, when a phenomenon that is difficult to specify with a physical formula is included, when multiple physical formulas that describe the phenomenon are required, the influence of many factors is assumed, and input to the physical formula increases. ), An output (estimation result) can be obtained with a low calculation load. According to step S26, since the estimation unit 110 estimates the NOx purification rate NOxConv [k] using the first model 121 configured by the machine learning model, the estimation of the NOx purification rate influenced by many factors is performed. Can be implemented at low speed and with low computational load. Further, by using the fully learned machine learning model as the first model 121, the estimation unit 110 can estimate the NOx purification rate with high accuracy.

ステップS28において推定部110は、SCR触媒40から流出するNH3の流出量の推定値を算出する。具体的には、推定部110は、NH3の流出量を推定するための第2モデル122の入力変数ベクトルUに、ステップS12〜S24で求めた現在(時刻t=kΔt)の以下の各値を設定し、出力変数Zを求める。推定部110は、第2モデル122から得られた出力変数Zを、現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40から流出するNH3の流出量NH3_SCRout[k]とする。
(b1)触媒の情報:
・SCR触媒40の温度(床温)T[k](ステップS16)
・1時刻前においてSCR触媒40に吸着されているNH3の吸着量(実吸着量)NH3Ad[k](前回の推定処理の結果)
・SCR触媒40の温度の時間微分値DiffT[k](ステップS22)
・SCR触媒40におけるNH3の飽和吸着量に対する吸着量(実吸着量)の比r[k](ステップS24)
(b2)排気の情報:
・内燃機関92からの排気の温度T_SCRin[k](ステップS20)
・排気の流量Q[k](ステップS12)
・排気に含まれるNOxの量NOx_SCRin[k](ステップS14)
(b3)添加剤の情報:
・SCR触媒40に流入するNH3の流入量NH3_SCRin[k](ステップS18)
In step S <b> 28, the estimation unit 110 calculates an estimated value of the outflow amount of NH 3 flowing out from the SCR catalyst 40. Specifically, the estimation unit 110 adds the following values of the current (time t = kΔt) obtained in steps S12 to S24 to the input variable vector U of the second model 122 for estimating the outflow amount of NH 3. To obtain the output variable Z. Estimation unit 110, the output variable Z obtained from the second model 122, a current (time t = k.DELTA.t) outflow of NH 3 NH 3 flowing out of the SCR catalyst 40 of _SCR out [k].
(B1) Catalyst information:
SCR catalyst 40 temperature (bed temperature) T [k] (step S16)
-Adsorption amount of NH 3 adsorbed on SCR catalyst 40 one hour before (actual adsorption amount) NH 3 Ad [k] (result of previous estimation process)
-Time differential value DiffT [k] of the temperature of the SCR catalyst 40 (step S22)
Ratio r [k] of the adsorption amount (actual adsorption amount) to the saturated adsorption amount of NH 3 in the SCR catalyst 40 (step S24)
(B2) Exhaust information:
The temperature T_SCR in [k] of the exhaust from the internal combustion engine 92 (step S20)
Exhaust flow rate Q [k] (step S12)
-NOx amount contained in exhaust gas NOx_SCR in [k] (step S14)
(B3) Additive information:
· Inflow NH of NH 3 flowing into the SCR catalyst 40 3 _SCR in [k] (Step S18)

このように、ステップS28において推定部110は、第2モデル122を用いてSCR触媒40の浄化性能としての、NH3の流出量NH3_SCRout[k]を推定する。第2モデル122は、上述した第1モデル121と同様に、機械学習モデルにより構成されているため、より数多くの要因が影響するNH3の流出量の推定を、低演算負荷かつ高速に実施できる。また、十分に学習された機械学習モデルを第2モデル122とすることで、推定部110は、流出量を高精度で推定できる。 In this way, in step S28, the estimation unit 110 estimates the NH 3 outflow amount NH 3 _SCR out [k] as the purification performance of the SCR catalyst 40 using the second model 122. Like the first model 121 described above, the second model 122 is configured by a machine learning model, so that it is possible to estimate the outflow amount of NH 3 affected by more factors at a low computational load and at high speed. . Further, by using the fully learned machine learning model as the second model 122, the estimation unit 110 can estimate the outflow amount with high accuracy.

ステップS30において推定部110は、SCR触媒40において、NOxの浄化反応に寄与しない添加剤(NH3)の量の推定値を算出する。具体的には、推定部110は、NOxの浄化反応に寄与しないNH3の量を推定するための第3モデル123の入力変数ベクトルUに、ステップS16〜S20で求めた現在(時刻t=kΔt)の以下の各値を設定し、出力変数Zを求める。推定部110は、第3モデル123から得られた出力変数Zを、現在(時刻t=kΔt)の、NOxの浄化反応に寄与しないNH3の量NH3_thrmlytc[k]とする。
(c1)触媒の情報:
・SCR触媒40の温度(床温)T[k](ステップS16)
(c2)排気の情報:
・内燃機関92からの排気の温度T_SCRin[k](ステップS20)
(c3)添加剤の情報:
・SCR触媒40に流入するNH3の流入量NH3_SCRin[k](ステップS18)
In step S30, the estimation unit 110 calculates an estimated value of the amount of the additive (NH 3 ) that does not contribute to the NOx purification reaction in the SCR catalyst 40. Specifically, the estimation unit 110 obtains the current value (time t = kΔt) obtained in steps S16 to S20 as the input variable vector U of the third model 123 for estimating the amount of NH 3 that does not contribute to the NOx purification reaction. The following values are set to obtain an output variable Z. Estimation unit 110, the output variable Z obtained from the third model 123, a current (time t = k.DELTA.t), the amount NH 3 _Thrmlytc of NH 3 which does not contribute to purification reaction of NOx [k].
(C1) Catalyst information:
SCR catalyst 40 temperature (bed temperature) T [k] (step S16)
(C2) Exhaust information:
The temperature T_SCR in [k] of the exhaust from the internal combustion engine 92 (step S20)
(C3) Additive information:
· Inflow NH of NH 3 flowing into the SCR catalyst 40 3 _SCR in [k] (Step S18)

このように、ステップS30において推定部110は、第3モデル123を用いてSCR触媒40の浄化性能としての、NOxの浄化反応に寄与しないNH3の量NH3_thrmlytc[k]を推定する。第3モデル123のような物理モデルは、実際の物理則に基づき、相似律の上に成り立つ法則である。このため、第3モデル123(物理モデル)によって得られる出力(推定結果)は、物理則を満たす。一方、第1モデル121及び第2モデル122(機械学習モデル)は、膨大なデータの学習の結果構築されたモデルであるため、物理則を満たす出力(推定結果)が得られない場合がある。ステップS30によれば、推定部110は、物理モデルにより構成された第3モデル123を用いて、SCR触媒40においてNOxの浄化反応に寄与しないNH3(添加剤)の量を推定するため、影響する要因の少ない上記NH3の量の推定を、物理則に則って高精度に推定できる。 In this way, in step S30, the estimation unit 110 estimates the amount NH 3 —thrmlytc [k] of NH 3 that does not contribute to the NOx purification reaction as the purification performance of the SCR catalyst 40 using the third model 123. A physical model such as the third model 123 is a law that is based on a similarity rule based on an actual physical law. For this reason, the output (estimation result) obtained by the third model 123 (physical model) satisfies the physical law. On the other hand, since the first model 121 and the second model 122 (machine learning model) are models constructed as a result of learning a huge amount of data, an output that satisfies the physical law (estimation result) may not be obtained. According to step S30, the estimation unit 110 estimates the amount of NH 3 (additive) that does not contribute to the NOx purification reaction in the SCR catalyst 40 using the third model 123 configured by a physical model. Therefore, the amount of NH 3 can be estimated with high accuracy according to physical laws.

ステップS32において推定部110は、1時刻後(時刻t=(k+1)Δt)において、SCR触媒40に吸着されているNH3の吸着量の推定値を、以下の数式5により算出する。なお、数式5は「触媒状態推定モデル120」として機能する。 In step S <b> 32, the estimation unit 110 calculates an estimated value of the adsorption amount of NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 40 after one time (time t = (k + 1) Δt) by the following Equation 5. Formula 5 functions as “catalyst state estimation model 120”.

Figure 2019167948
Figure 2019167948

数式5の各値は、それぞれ、推定部110がステップS12〜S30で推定または算出した、現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40の浄化性能(状態)である。具体的には、NOxConv[k]は、第1モデル121によって推定されたSCR触媒40のNOx浄化率である。NH3_SCRout[k]は、第2モデル122によって推定されたSCR触媒40から流出するNH3の流出量である。NH3_thrmlytc[k]は、第3モデル123によって推定されたNOxの浄化反応に寄与しないNH3の量である。NH3Ad[k]は、前回の推定処理の結果得られた、SCR触媒40に吸着されているNH3の吸着量(実吸着量)である。NH3_SCRin[k]は、SCR触媒40に流入するNH3の流入量である。NOx_SCRin[k]は、SCR触媒40に流入する排気に含まれるNOxの量である。 Each value of Formula 5 is the purification performance (state) of the SCR catalyst 40 at the current time (time t = kΔt) estimated or calculated by the estimation unit 110 in steps S12 to S30. Specifically, NOxConv [k] is the NOx purification rate of the SCR catalyst 40 estimated by the first model 121. NH 3 _SCR out [k] is the amount of NH 3 flowing out from the SCR catalyst 40 estimated by the second model 122. NH 3 —thrmlytc [k] is the amount of NH 3 that does not contribute to the NOx purification reaction estimated by the third model 123. NH 3 Ad [k] is the adsorption amount (actual adsorption amount) of NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 40 obtained as a result of the previous estimation process. NH 3 _SCR in [k] is the amount of NH 3 flowing into the SCR catalyst 40. NOx_SCR in [k] is the amount of NOx contained in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst 40.

ステップS32が終了した後、推定部110は、ステップS32で推定したNH3の吸着量NH3Ad[k+1]を出力する。出力は任意の態様で実施でき、例えば、触媒状態推定装置10が備える図示しない表示部に表示させてもよく、記憶部12内の推定履歴に記録してもよく、排気浄化システム1を搭載する車両における他の制御部に信号を送信してもよい。また、推定部110は、ステップS32で推定したNH3の吸着量NH3Ad[k+1]と共に、又はNH3の吸着量NH3Ad[k+1]に代えて、ステップS12〜S30の少なくともいずれかによって取得、算出、推定された結果を出力してもよい。その後、推定部110は、処理を終了させる。 After step S32 is completed, the estimation unit 110 outputs the NH 3 adsorption amount NH 3 Ad [k + 1] estimated in step S32. The output can be carried out in an arbitrary manner. For example, the output may be displayed on a display unit (not shown) included in the catalyst state estimation device 10 or may be recorded in an estimation history in the storage unit 12, and the exhaust purification system 1 is mounted. You may transmit a signal to the other control part in a vehicle. Further, the estimating unit 110, together with the amount of adsorption NH 3 Ad [k + 1] of the NH 3 estimated in step S32, or adsorption of NH NH 3 3 instead of Ad [k + 1], by at least one of steps S12~S30 Obtained, calculated, and estimated results may be output. Thereafter, the estimation unit 110 ends the process.

以上のように、第1実施形態の触媒状態推定装置10によれば、推定部110は、触媒状態推定モデル120を利用して、SCR触媒40に吸着されているNH3(添加剤)の吸着量NH3Ad[k+1]を推定する。数式5から明らかなように、触媒状態推定モデル120は、機械学習モデル(NNモデル)である第1モデル121及び第2モデル122による推定結果(NOx浄化率、SCR触媒40から流出するNH3の流出量)と、物理モデルである第3モデル123による推定結果(SCR触媒40においてNOxの浄化反応に寄与しないNH3の量)とを併用し、物理則を用いて、1時刻後(時刻t=(k+1)Δt)においてSCR触媒40に吸着されているNH3(添加剤)の吸着量NH3Ad[k+1]を推定するモデルである。このため、本実施形態によれば、推定部110は、数多くの要因(例えば、項目a1〜a3,b1〜b3,c1〜c3に列挙した要因)が影響する吸着量NH3Ad[k+1]の推定を、物理則を満たしつつ、高精度、かつ高速に実施できる。 As described above, according to the catalyst state estimation device 10 of the first embodiment, the estimation unit 110 uses the catalyst state estimation model 120 to adsorb NH 3 (additive) adsorbed on the SCR catalyst 40. Estimate the quantity NH 3 Ad [k + 1]. As is clear from Equation 5, the catalyst state estimation model 120 is an estimation result (NOx purification rate, NH 3 flowing out from the SCR catalyst 40) of the first model 121 and the second model 122 which are machine learning models (NN models). The amount of NH 3 that does not contribute to the NOx purification reaction in the SCR catalyst 40 in combination with the physical model, and one hour later (time t = (K + 1) Δt) is a model for estimating the adsorption amount NH 3 Ad [k + 1] of NH 3 (additive) adsorbed on the SCR catalyst 40. For this reason, according to the present embodiment, the estimation unit 110 determines the amount of adsorption NH 3 Ad [k + 1] affected by a number of factors (for example, the factors listed in the items a1 to a3, b1 to b3, c1 to c3). The estimation can be performed with high accuracy and high speed while satisfying the physical laws.

また、SCR触媒40に吸着されているNH3(添加剤)の吸着量は、前の時刻(時刻t=kΔt)の吸着量NH3Ad[k]の影響を受けて変動する(換言すれば、時間履歴の影響を受けて変動する)。第1実施形態の推定部110は、第1モデル121、第2モデル122、及び第3モデル123による現在の推定結果NOxConv[k],NH3_SCRout[k],及びNH3_thrmlytc[k]を用いて、1時刻後(時刻t=(k+1)Δt)における吸着量NH3Ad[k+1]を推定する。このため、推定部110は、前の時刻(時刻t=kΔt)のSCR触媒40の浄化性能を踏まえて、次の時刻におけるSCR触媒40の浄化性能を高精度に推定できる。 Further, the adsorption amount of NH 3 (additive) adsorbed on the SCR catalyst 40 varies under the influence of the adsorption amount NH 3 Ad [k] at the previous time (time t = kΔt) (in other words, And fluctuate under the influence of time history). The estimation unit 110 according to the first embodiment performs the current estimation results NOxConv [k], NH 3 _SCR out [k], and NH 3 _thrmlytc [k] based on the first model 121, the second model 122, and the third model 123. Is used to estimate the adsorption amount NH 3 Ad [k + 1] after one time (time t = (k + 1) Δt). Therefore, the estimation unit 110 can estimate the purification performance of the SCR catalyst 40 at the next time with high accuracy based on the purification performance of the SCR catalyst 40 at the previous time (time t = kΔt).

さらに、SCR触媒40の浄化性能は、触媒の情報(例えば、SCR触媒40の温度、SCR触媒40に吸着されているNH3の量)の影響を受けて変動する。第1実施形態の触媒状態推定装置10によれば、推定部110は、SCR触媒40の浄化性能に影響を及ぼすこの触媒の情報を、第1モデル121(項目a1)、第2モデル122(項目b1)、及び第3モデル123(項目a3)の入力変数となるベクトルUのパラメータに採用することで、触媒状態推定モデル120に適用する。この結果、推定部110は、SCR触媒40の浄化性能を精度良く推定することができ、内燃機関92の排気を浄化するSCR触媒40の浄化性能を推定する技術において、推定の精度を向上させることができる。 Further, the purification performance of the SCR catalyst 40 varies under the influence of catalyst information (for example, the temperature of the SCR catalyst 40, the amount of NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 40). According to the catalyst state estimation device 10 of the first embodiment, the estimation unit 110 uses the first model 121 (item a1) and the second model 122 (item) as information on this catalyst that affects the purification performance of the SCR catalyst 40. It is applied to the catalyst state estimation model 120 by adopting it as a parameter of the vector U that is an input variable of b1) and the third model 123 (item a3). As a result, the estimation unit 110 can accurately estimate the purification performance of the SCR catalyst 40, and improve the estimation accuracy in the technique for estimating the purification performance of the SCR catalyst 40 that purifies the exhaust gas of the internal combustion engine 92. Can do.

さらに、SCR触媒40の浄化性能は、触媒の情報に加えてさらに、触媒に流入する排気の情報(例えば、排気の温度、排気の流量、排気中のNOxの量)の影響を受けて変動する。第1実施形態の触媒状態推定装置10によれば、推定部110は、SCR触媒40の浄化性能に影響を及ぼすこれら触媒の情報(項目a1,b1,c1)と、触媒に流入する排気の情報(項目a2,b2,c2)との両方を触媒状態推定モデル120に適用することで、SCR触媒40の浄化性能をさらに精度良く推定することができる。また、推定部110は、触媒の情報(項目a1,b1,c1)に加えてさらに、添加剤の情報(例えば、NH3の量、項目a3,b3,c3)を触媒状態推定モデル120に適用することによって、SCR触媒40の浄化性能を推定する。このため、例えば、本実施形態で例示したSCR触媒40や、そのほか吸蔵還元触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction catalyst)のように、添加剤を用いて有害物質を浄化する触媒の浄化性能を推定する場合において、推定の精度をより向上させることができる。 Further, the purification performance of the SCR catalyst 40 varies in addition to the information on the catalyst, and is also affected by the information on the exhaust gas flowing into the catalyst (for example, the exhaust gas temperature, the exhaust gas flow rate, and the amount of NOx in the exhaust gas). . According to the catalyst state estimation device 10 of the first embodiment, the estimation unit 110 has information on these catalysts (items a1, b1, and c1) that affect the purification performance of the SCR catalyst 40, and information on the exhaust gas flowing into the catalyst. By applying both (items a2, b2, and c2) to the catalyst state estimation model 120, the purification performance of the SCR catalyst 40 can be estimated with higher accuracy. In addition to the catalyst information (items a1, b1, c1), the estimation unit 110 further applies additive information (for example, the amount of NH 3 , items a3, b3, c3) to the catalyst state estimation model 120. By doing so, the purification performance of the SCR catalyst 40 is estimated. For this reason, for example, the purification performance of a catalyst that purifies harmful substances using an additive, such as the SCR catalyst 40 exemplified in the present embodiment, or other storage reduction catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst) is estimated. In some cases, the estimation accuracy can be further improved.

さらに、第1モデル121及び第2モデル122を生成する際の教師データを、内燃機関92の過渡運転時に取得されたデータを用いれば、推定部110は、内燃機関92の通常運転時におけるSCR触媒40の浄化性能に加えてさらに、内燃機関92の過渡運転時におけるSCR触媒40の浄化性能をも推定できる。   Furthermore, if the data acquired during the transient operation of the internal combustion engine 92 is used as the teacher data when generating the first model 121 and the second model 122, the estimation unit 110 causes the SCR catalyst during the normal operation of the internal combustion engine 92. In addition to the purification performance of 40, the purification performance of the SCR catalyst 40 during transient operation of the internal combustion engine 92 can also be estimated.

<第2実施形態>
図6は、第2実施形態における排気浄化システム1aのブロック図である。図1に示す第1実施形態では、推定部110は、第1〜3モデル121〜123の推定結果を利用して、SCR触媒40の浄化性能として、1時刻後(時刻t=(k+1)Δt)におけるSCR触媒40に吸着されているNH3の吸着量を推定した。しかし、第2実施形態の推定部110aは、第1モデル121を利用して、SCR触媒40の浄化性能として、現在(時刻t=kΔt)のSCR触媒40のNOx浄化率NOxConv[k]を推定する。
Second Embodiment
FIG. 6 is a block diagram of an exhaust purification system 1a according to the second embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 1, the estimation unit 110 uses the estimation results of the first to third models 121 to 123 as the purification performance of the SCR catalyst 40 one time later (time t = (k + 1) Δt The amount of NH 3 adsorbed on the SCR catalyst 40 in FIG. However, the estimation unit 110a of the second embodiment uses the first model 121 to estimate the current (time t = kΔt) NOx purification rate NOxConv [k] of the SCR catalyst 40 as the purification performance of the SCR catalyst 40. To do.

第2実施形態の記憶部12には、図2で説明した第1モデル121のみを含む触媒状態推定モデル120aが予め記憶されている。推定部110aは、触媒状態推定モデル120aの第1モデル121を利用して、図4で説明した推定処理のうち、ステップS10〜S24と、ステップS26とを実行する。ステップS26の実行後、推定部110aは、ステップS26において推定されたSCR触媒40のNOx浄化率NOxConv[k]を、SCR触媒40の浄化性能として出力する。このように、第2実施形態においても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the storage unit 12 of the second embodiment, a catalyst state estimation model 120a including only the first model 121 described in FIG. 2 is stored in advance. The estimation unit 110a uses the first model 121 of the catalyst state estimation model 120a to execute steps S10 to S24 and step S26 in the estimation process described in FIG. After execution of step S26, the estimation unit 110a outputs the NOx purification rate NOxConv [k] of the SCR catalyst 40 estimated in step S26 as the purification performance of the SCR catalyst 40. Thus, also in 2nd Embodiment, there can exist an effect similar to 1st Embodiment mentioned above.

なお、排気浄化システム1aでは、第1モデル121に代えて/又は第1モデル121と共に第2モデル122を備えていてもよい。この場合、推定部110aは、ステップS26に代えて/又はステップS26と共にステップS28を実行し、その推定結果をSCR触媒40の浄化性能として出力する。また、排気浄化システム1aでは、第1モデル121に代えて/又は第1モデル121と共に第3モデル123を備えていてもよい。この場合、推定部110aは、ステップS26に代えて/又はステップS26と共にステップS30を実行し、その推定結果をSCR触媒40の浄化性能として出力する。また、排気浄化システム1aでは、上述した数式5を備えず、第1モデル121と、第2モデル122と、第3モデル123とを備えていてもよい。この場合、推定部110aは、ステップS26〜S30を実行し、その推定結果をSCR触媒40の浄化性能として出力する。このようにしても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Note that the exhaust purification system 1 a may include the second model 122 instead of the first model 121 and / or together with the first model 121. In this case, the estimation unit 110a executes step S28 instead of step S26 and / or step S26, and outputs the estimation result as the purification performance of the SCR catalyst 40. Further, the exhaust purification system 1 a may include a third model 123 instead of the first model 121 and / or together with the first model 121. In this case, the estimation unit 110a executes step S30 instead of step S26 and / or together with step S26, and outputs the estimation result as the purification performance of the SCR catalyst 40. Further, the exhaust purification system 1a may include the first model 121, the second model 122, and the third model 123 without including the above-described mathematical formula 5. In this case, the estimation unit 110a executes steps S26 to S30 and outputs the estimation result as the purification performance of the SCR catalyst 40. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to 1st Embodiment mentioned above.

<第3実施形態>
図7は、第3実施形態における排気浄化システム1bのブロック図である。図1に示す第1実施形態では、SCR触媒の浄化性能を推定した。しかし、第3実施形態の排気浄化システム1bでは、SCR触媒に代えて吸蔵還元触媒(NSR触媒)を備え、NSR触媒の浄化性能を推定する。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a block diagram of an exhaust purification system 1b in the third embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 1, the purification performance of the SCR catalyst is estimated. However, the exhaust purification system 1b of the third embodiment includes a storage reduction catalyst (NSR catalyst) instead of the SCR catalyst, and estimates the purification performance of the NSR catalyst.

排気浄化システム1bは、さらにリッチスパイク制御部93を備え、触媒状態推定装置10に代えて触媒状態推定装置10bを、排気浄化装置20に代えて排気浄化装置20bを備える。リッチスパイク制御部93は、内燃機関92に対する空気や燃料の噴射を制御することで、リッチスパイク(ごく短時間の燃料リッチ燃焼)を生じさせる制御部であり、例えばECUにより実装される。リッチスパイク制御部93は、リッチスパイクを生じさせることで、内燃機関92から供給される一酸化炭素(CO)、水素(H2)、炭化水素(HC)を還元剤として、NSR触媒70に吸蔵されているNOxを還元し、除去する。 The exhaust purification system 1b further includes a rich spike control unit 93, and includes a catalyst state estimation device 10b instead of the catalyst state estimation device 10 and an exhaust purification device 20b instead of the exhaust purification device 20. The rich spike control unit 93 is a control unit that generates rich spikes (extremely short fuel rich combustion) by controlling the injection of air and fuel to the internal combustion engine 92, and is implemented by, for example, an ECU. The rich spike control unit 93 causes the NSR catalyst 70 to store the carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), and hydrocarbon (HC) supplied from the internal combustion engine 92 as a reducing agent by generating a rich spike. NOx that has been reduced is reduced and removed.

排気浄化装置20bは、SCR触媒40に代えてNSR触媒70を備え、尿素ポンプユニット62及び尿素ノズル64を備えていない。NSR触媒70は、排気中に含まれるNOxを吸蔵物質にため込む(吸蔵する)ことで排気中のNOxを浄化する。NSR触媒70は「触媒」に相当する。   The exhaust purification device 20b includes an NSR catalyst 70 instead of the SCR catalyst 40, and does not include the urea pump unit 62 and the urea nozzle 64. The NSR catalyst 70 purifies NOx in the exhaust by storing (storing) NOx contained in the exhaust into the storage material. The NSR catalyst 70 corresponds to a “catalyst”.

触媒状態推定装置10bは、前端温度取得部56に代えて前端温度取得部76を、温度取得部58に代えて温度取得部78を、推定部110に代えて推定部110bを、触媒状態推定モデル120に代えて触媒状態推定モデル120bを備えている。前端温度取得部76は、NSR触媒70の入口近傍(前端)における温度を測定するセンサである。温度取得部78は、NSR触媒70の床温を測定するセンサである。前端温度取得部76と温度取得部78とは、NSR触媒70の情報を取得する「第1取得部」に相当する。   The catalyst state estimation device 10b includes a front end temperature acquisition unit 56 instead of the front end temperature acquisition unit 56, a temperature acquisition unit 78 instead of the temperature acquisition unit 58, an estimation unit 110b instead of the estimation unit 110, and a catalyst state estimation model. Instead of 120, a catalyst state estimation model 120b is provided. The front end temperature acquisition unit 76 is a sensor that measures the temperature in the vicinity of the inlet (front end) of the NSR catalyst 70. The temperature acquisition unit 78 is a sensor that measures the bed temperature of the NSR catalyst 70. The front end temperature acquisition unit 76 and the temperature acquisition unit 78 correspond to a “first acquisition unit” that acquires information on the NSR catalyst 70.

触媒状態推定モデル120bは、第1実施形態の触媒状態推定モデル120と同様に、機械学習モデルにより構成され、NSR触媒70におけるNOxの浄化率を出力とする第1モデルと、機械学習モデルにより構成され、NSR触媒70からのCO,H2,HCの流出量を出力とする第2モデルと、物理モデルにより構成され、NOxの浄化反応に寄与しないCO,H2,HCの量を出力とする第3モデルとを含んでいる。推定部110bは、このような触媒状態推定モデル120bを用いて、図2の推定処理を実行し、NSR触媒70におけるNOxの吸蔵量を、物理則(例えば、質量保存則、物質収支則、熱収支則、エネルギー収支則)を用いて求める。なお、NSR触媒70におけるNOxの吸蔵量は、第1実施形態のNH3吸着量と同様に、前の時刻における吸蔵量の影響を受けて変動する(換言すれば、時間履歴の影響を受けて変動する)。 Similar to the catalyst state estimation model 120 of the first embodiment, the catalyst state estimation model 120b includes a machine learning model, and includes a first model that outputs the NOx purification rate in the NSR catalyst 70 and a machine learning model. The second model that outputs CO, H 2 , and HC outflow from the NSR catalyst 70 and the physical model and outputs the amounts of CO, H 2 , and HC that do not contribute to the NOx purification reaction. And a third model. The estimation unit 110b executes the estimation process of FIG. 2 using such a catalyst state estimation model 120b, and determines the NOx occlusion amount in the NSR catalyst 70 by a physical law (for example, mass conservation law, mass balance law, heat balance). It is calculated using the balance law and energy balance law. Note that the NOx occlusion amount in the NSR catalyst 70 varies under the influence of the occlusion amount at the previous time (in other words, under the influence of the time history, similarly to the NH 3 adsorption amount of the first embodiment). fluctuate).

このようにすれば、NSR触媒70を利用した第3実施形態においても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   If it does in this way, also in 3rd Embodiment using NSR catalyst 70, there can exist an effect similar to 1st Embodiment mentioned above.

<第4実施形態>
図8は、第4実施形態における排気浄化システム1cのブロック図である。図1に示す第1実施形態では、SCR触媒の浄化性能を推定した。しかし、第4実施形態の排気浄化システム1cでは、SCR触媒に代えて三元触媒(Three-Way Catalyst)を備え、三元触媒の浄化性能を推定する。
<Fourth embodiment>
FIG. 8 is a block diagram of an exhaust purification system 1c in the fourth embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 1, the purification performance of the SCR catalyst is estimated. However, the exhaust purification system 1c of the fourth embodiment includes a three-way catalyst instead of the SCR catalyst, and estimates the purification performance of the three-way catalyst.

排気浄化システム1cは、触媒状態推定装置10に代えて触媒状態推定装置10cを、排気浄化装置20に代えて排気浄化装置20cを備える。排気浄化装置20cは、SCR触媒40に代えて三元触媒80を備え、尿素ポンプユニット62及び尿素ノズル64を備えていない。三元触媒80は、排気中に含まれるCO,HC,NOxをそれぞれ酸化又は還元することで除去し、これら有害物質を浄化する。なお、本実施形態の三元触媒80は、酸素吸蔵能(OSC:Oxygen Storage Capacity)を有し、三元触媒80に流入する排気中の酸素(O2)をため込む(吸蔵する)ことができる。 The exhaust purification system 1 c includes a catalyst state estimation device 10 c instead of the catalyst state estimation device 10, and an exhaust purification device 20 c instead of the exhaust purification device 20. The exhaust purification device 20c includes a three-way catalyst 80 instead of the SCR catalyst 40, and does not include the urea pump unit 62 and the urea nozzle 64. The three-way catalyst 80 removes CO, HC, and NOx contained in the exhaust gas by oxidizing or reducing, respectively, and purifies these harmful substances. Note that the three-way catalyst 80 of the present embodiment has an oxygen storage capacity (OSC) and can store (store) oxygen (O 2 ) in the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 80. .

触媒状態推定装置10cは、NOx濃度取得部54に代えて酸素濃度取得部84を、前端温度取得部56に代えて前端温度取得部86を、温度取得部58に代えて温度取得部88を、推定部110に代えて推定部110cを、触媒状態推定モデル120に代えて触媒状態推定モデル120cを備えている。酸素濃度取得部84は、内燃機関92からの排気中のO2濃度を取得する。酸素濃度取得部84は、例えば、排気管30に設けられたA/Fセンサによって測定された測定信号を取得することで実現してもよく、酸素センサによって測定された測定信号を取得することで実現してもよい。酸素濃度取得部84は、内燃機関92への吸入空気量信号や、燃料噴射量信号から排気中のO2濃度を推定してもよい。酸素濃度取得部84は、添加剤の情報を取得する「第3取得部」としても機能する。前端温度取得部86は、三元触媒80の入口近傍(前端)における温度を測定するセンサである。温度取得部88は、三元触媒80の床温を測定するセンサである。前端温度取得部86と温度取得部88とは、三元触媒80の情報を取得する「第1取得部」に相当する。 The catalyst state estimation device 10c includes an oxygen concentration acquisition unit 84 instead of the NOx concentration acquisition unit 54, a front end temperature acquisition unit 86 instead of the front end temperature acquisition unit 56, and a temperature acquisition unit 88 instead of the temperature acquisition unit 58. An estimation unit 110c is provided instead of the estimation unit 110, and a catalyst state estimation model 120c is provided instead of the catalyst state estimation model 120. The oxygen concentration acquisition unit 84 acquires the O 2 concentration in the exhaust from the internal combustion engine 92. The oxygen concentration acquisition unit 84 may be realized, for example, by acquiring a measurement signal measured by an A / F sensor provided in the exhaust pipe 30, or by acquiring a measurement signal measured by an oxygen sensor. It may be realized. The oxygen concentration acquisition unit 84 may estimate the O 2 concentration in the exhaust gas from the intake air amount signal to the internal combustion engine 92 or the fuel injection amount signal. The oxygen concentration acquisition unit 84 also functions as a “third acquisition unit” that acquires information on additives. The front end temperature acquisition unit 86 is a sensor that measures the temperature in the vicinity of the inlet (front end) of the three-way catalyst 80. The temperature acquisition unit 88 is a sensor that measures the bed temperature of the three-way catalyst 80. The front end temperature acquisition unit 86 and the temperature acquisition unit 88 correspond to a “first acquisition unit” that acquires information about the three-way catalyst 80.

触媒状態推定モデル120cは、第1実施形態の触媒状態推定モデル120と同様に、機械学習モデルにより構成され、三元触媒80におけるCO,HC,NOxのうち少なくともいずれか1つの浄化率を出力とする第1モデルと、機械学習モデルにより構成され、三元触媒80からのO2の流出量を出力とする第2モデルと、物理モデルにより構成され、CO,HC,NOxの浄化反応に寄与しないO2の量を出力とする第3モデルとを含んでいる。推定部110cは、このような触媒状態推定モデル120cを用いて、図2の推定処理を実行し、三元触媒80におけるO2の吸蔵量を、物理則(例えば、質量保存則、物質収支則、熱収支則、エネルギー収支則)を用いて求める。なお、三元触媒80におけるO2の吸蔵量は、第1実施形態のNH3吸着量と同様に、前の時刻における吸蔵量の影響を受けて変動する(換言すれば、時間履歴の影響を受けて変動する)。 Similar to the catalyst state estimation model 120 of the first embodiment, the catalyst state estimation model 120c is configured by a machine learning model, and outputs at least one purification rate of CO, HC, NOx in the three-way catalyst 80 as an output. The first model is composed of a machine learning model, and is composed of a second model that outputs an O 2 outflow from the three-way catalyst 80 and a physical model, and does not contribute to the purification reaction of CO, HC, and NOx. And a third model that outputs the amount of O 2 . The estimation unit 110c executes the estimation process of FIG. 2 using such a catalyst state estimation model 120c, and determines the O 2 occlusion amount in the three-way catalyst 80 by using physical laws (for example, mass conservation law, mass balance law). , Heat balance law, energy balance law). Note that the O 2 occlusion amount in the three-way catalyst 80 varies under the influence of the occlusion amount at the previous time as in the case of the NH 3 adsorption amount in the first embodiment (in other words, the influence of the time history). And fluctuate.)

このようにすれば、三元触媒80を利用した第4実施形態においても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   If it does in this way, also in 4th Embodiment using the three-way catalyst 80, there can exist an effect similar to 1st Embodiment mentioned above.

<第5実施形態>
図9は、第5実施形態における排気浄化システム1dのブロック図である。図1に示す第1実施形態では、単一の第1,2モデル121,122を使用してSCR触媒40の浄化性能を推定していた。しかし、第5実施形態の排気浄化システム1dでは、複数の第1,2モデル121d,122dを使い分けて、SCR触媒40の浄化性能を推定する。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a block diagram of an exhaust purification system 1d according to the fifth embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 1, the purification performance of the SCR catalyst 40 is estimated using the single first and second models 121 and 122. However, in the exhaust purification system 1d of the fifth embodiment, the purification performance of the SCR catalyst 40 is estimated by using a plurality of first and second models 121d and 122d.

排気浄化システム1dは、触媒状態推定装置10に代えて触媒状態推定装置10dを備える。触媒状態推定装置10dは、推定部110に代えて推定部110dを備え、触媒状態推定モデル120に代えて触媒状態推定モデル120dを備えている。触媒状態推定モデル120dには、複数の第1モデル121dと、複数の第2モデル122dと、第3モデル123とが含まれている。各第1モデル121dは、劣化度の異なる複数のSCR触媒40から取得された教師データを用いて、それぞれ作成されている。具体的には、例えば、第1モデル121d(1)は、劣化の度合が少ないSCR触媒40から取得された教師データから作成され、第1モデル121d(2)は、劣化の度合が中程度のSCR触媒40から取得された教師データから作成され、第1モデル121d(3)は、劣化の度合が大きいSCR触媒40から取得された教師データから作成されている。劣化の度合(劣化度)は、SCR触媒40の状態やSCR触媒40の取り換え時期等から判定してもよく、SCR触媒40から排出される排気中のNOx濃度から判定してもよく、車両の走行距離等から判定してもよい。各第2モデル122dは、第1モデル121dと同様に、劣化度の異なる複数のSCR触媒40から取得された教師データを用いて、それぞれ作成されている。   The exhaust purification system 1d includes a catalyst state estimation device 10d instead of the catalyst state estimation device 10. The catalyst state estimation device 10d includes an estimation unit 110d instead of the estimation unit 110, and includes a catalyst state estimation model 120d instead of the catalyst state estimation model 120. The catalyst state estimation model 120d includes a plurality of first models 121d, a plurality of second models 122d, and a third model 123. Each first model 121d is created using teacher data acquired from a plurality of SCR catalysts 40 having different degrees of deterioration. Specifically, for example, the first model 121d (1) is created from teacher data acquired from the SCR catalyst 40 with a low degree of deterioration, and the first model 121d (2) has a medium degree of deterioration. Created from the teacher data acquired from the SCR catalyst 40, the first model 121d (3) is generated from the teacher data acquired from the SCR catalyst 40 having a high degree of deterioration. The degree of deterioration (deterioration degree) may be determined from the state of the SCR catalyst 40, the replacement timing of the SCR catalyst 40, etc., may be determined from the NOx concentration in the exhaust discharged from the SCR catalyst 40, and It may be determined from the travel distance or the like. Each second model 122d is created using teacher data acquired from a plurality of SCR catalysts 40 having different degrees of degradation, similarly to the first model 121d.

推定部110dは、推定処理(図2)のステップS26において、SCR触媒40の劣化の度合に応じた第1モデル121dを用いて、SCR触媒40のNOx浄化率を推定する。また、ステップS28において、SCR触媒40の劣化の度合に応じた第2モデル122dを用いて、SCR触媒40から流出するNH3の流出量を推定する。 In step S26 of the estimation process (FIG. 2), the estimation unit 110d estimates the NOx purification rate of the SCR catalyst 40 using the first model 121d corresponding to the degree of deterioration of the SCR catalyst 40. In step S28, the outflow amount of NH 3 flowing out of the SCR catalyst 40 is estimated using the second model 122d corresponding to the degree of deterioration of the SCR catalyst 40.

このようにすれば、第5実施形態においても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第5実施形態によれば、触媒状態推定モデル120dは、劣化度の異なる複数のSCR触媒40から取得された教師データを用いて作成された、複数の第1モデル121d及び第2モデル122dを含むため、SCR触媒40の劣化度に合わせて最適な第1モデル121d及び第2モデル122dを採用することができる。この結果、第5実施形態によれば、触媒の浄化性能をさらに高精度に推定できる。   If it does in this way, also in 5th Embodiment, there can exist an effect similar to 1st Embodiment mentioned above. Further, according to the fifth embodiment, the catalyst state estimation model 120d is created using the teacher data acquired from the plurality of SCR catalysts 40 having different degrees of deterioration, and the plurality of first models 121d and second models 122d. Therefore, the optimal first model 121d and second model 122d can be adopted in accordance with the degree of deterioration of the SCR catalyst 40. As a result, according to the fifth embodiment, the purification performance of the catalyst can be estimated with higher accuracy.

<第6実施形態>
図10は、第6実施形態における排気浄化システム1eのブロック図である。図1に示す第1実施形態では、1つのSCR触媒の浄化性能を推定した。しかし、第6実施形態の排気浄化システム1eでは、複数のSCR触媒を搭載し、この複数のSCR触媒全体としての浄化性能を推定する。排気浄化システム1eは、触媒状態推定装置10に代えて触媒状態推定装置10eを備え、排気浄化装置20に代えて排気浄化装置20eを備える。
<Sixth Embodiment>
FIG. 10 is a block diagram of an exhaust purification system 1e in the sixth embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 1, the purification performance of one SCR catalyst is estimated. However, in the exhaust purification system 1e of the sixth embodiment, a plurality of SCR catalysts are mounted, and the purification performance of the plurality of SCR catalysts as a whole is estimated. The exhaust purification system 1e includes a catalyst state estimation device 10e instead of the catalyst state estimation device 10, and includes an exhaust purification device 20e instead of the exhaust purification device 20.

排気浄化装置20eは、さらに、SCR触媒40の下流側に配置された第2SCR触媒41を備える。以降では区別のために、SCR触媒40を第1SCR触媒40とも呼ぶ。第2SCR触媒41は、第1SCR触媒40と同種の選択還元触媒である。本実施形態において、「同種の触媒」とは、触媒における排気浄化メカニズムが同一又は類似の触媒を意味する。第2SCR触媒41は、第1SCR触媒40において浄化しきれずに排出された有害物質(NOx)を、第1SCR触媒40において使用しきれずに排出された添加剤(NH3)によって浄化する。なお、排気浄化装置20eは、尿素ポンプユニット62から、第2SCR触媒41に対して個別に尿素水を供給する尿素ノズルを備える構成でもよい。以降、排気浄化装置20eに搭載された複数の同種の触媒(第1及び第2SCR触媒40,41)を総称して「触媒群CG」とも呼ぶ。図10に示す構成において、第1SCR触媒40は「最上流に位置する触媒」に相当し、第2SCR触媒41は「最下流に位置する触媒」に相当する。 The exhaust purification device 20e further includes a second SCR catalyst 41 disposed on the downstream side of the SCR catalyst 40. Hereinafter, the SCR catalyst 40 is also referred to as a first SCR catalyst 40 for distinction. The second SCR catalyst 41 is a selective reduction catalyst of the same type as the first SCR catalyst 40. In the present embodiment, the “same catalyst” means a catalyst having the same or similar exhaust purification mechanism in the catalyst. The second SCR catalyst 41 purifies the harmful substances (NOx) exhausted without being purified by the first SCR catalyst 40 by the additive (NH 3 ) exhausted without being used by the first SCR catalyst 40. The exhaust purification device 20e may be configured to include a urea nozzle that supplies urea water individually from the urea pump unit 62 to the second SCR catalyst 41. Hereinafter, a plurality of the same type of catalysts (first and second SCR catalysts 40 and 41) mounted on the exhaust purification device 20e are collectively referred to as “catalyst group CG”. In the configuration shown in FIG. 10, the first SCR catalyst 40 corresponds to “the catalyst located at the most upstream position”, and the second SCR catalyst 41 corresponds to “the catalyst located at the most downstream position”.

触媒状態推定装置10eは、さらに、第2SCR触媒41の床温を測定するセンサからなる第2温度取得部59を備える。また、触媒状態推定装置10eは、推定部110に代えて推定部110eを、触媒状態推定モデル120に代えて触媒状態推定モデル120eを備える。推定部110eは、推定処理の内容が第1実施形態(図4)とは相違する。触媒状態推定モデル120eには、第1モデル121eと、第2モデル122eと、第3モデル123eとが含まれている。   The catalyst state estimation device 10e further includes a second temperature acquisition unit 59 including a sensor that measures the bed temperature of the second SCR catalyst 41. Further, the catalyst state estimation device 10e includes an estimation unit 110e instead of the estimation unit 110 and a catalyst state estimation model 120e instead of the catalyst state estimation model 120. The estimation unit 110e is different from the first embodiment (FIG. 4) in the content of the estimation process. The catalyst state estimation model 120e includes a first model 121e, a second model 122e, and a third model 123e.

第1モデル121eは、排気浄化装置20eに搭載された複数の同種の触媒(すなわち第1及び第2SCR触媒40,41)について、当該複数の触媒におけるNOxの浄化量の合計を推定するためのモデルである。第1モデル121eは、第1実施形態と同様に、機械学習モデル、具体的にはNNにより構成されている。第1モデル121eの入力変数となるベクトルUの各成分には、以下の項目a11〜a13に示すパラメータが採用できる。   The first model 121e is a model for estimating the total NOx purification amount in a plurality of the same type of catalysts (that is, the first and second SCR catalysts 40 and 41) mounted on the exhaust purification device 20e. It is. The first model 121e is configured by a machine learning model, specifically, an NN, as in the first embodiment. Parameters shown in the following items a11 to a13 can be adopted for each component of the vector U that is an input variable of the first model 121e.

(a11)触媒の情報:最上流に位置する第1SCR触媒40の前端の温度と、第1及び第2SCR触媒40,41の各温度と、1時刻前において複数の触媒に吸着されているNH3の吸着量の合計と、のうちの少なくとも1つ
(a12)排気の情報:内燃機関92から最上流に位置する第1SCR触媒40に流入する排気の温度と、当該排気の流量と、最上流に位置する第1SCR触媒40に流入する排気に含まれるNOxの量と、のうちの少なくとも1つ
(a13)添加剤の情報:最上流に位置する第1SCR触媒40に流入するNH3の流入量
(A11) Information on the catalyst: the temperature of the front end of the first SCR catalyst 40 located at the uppermost stream, the temperatures of the first and second SCR catalysts 40 and 41, and NH 3 adsorbed by a plurality of catalysts one hour before Information on at least one of (a12) exhaust gas: the temperature of the exhaust gas flowing from the internal combustion engine 92 into the first SCR catalyst 40 located at the most upstream, the flow rate of the exhaust gas, and the most upstream Information on the amount of NOx contained in the exhaust gas flowing into the first SCR catalyst 40 and information on at least one of the (a13) additives: the inflow amount of NH 3 flowing into the first SCR catalyst 40 positioned in the uppermost stream

第1実施形態と同様に、ベクトルUに対しては、項目a11に示す触媒の情報について、少なくとも1つ以上を入力することが必要であり、項目a12,a13に示す排気の情報と添加剤の情報とについては、少なくとも1つ以上が入力されてもよく、全て省略されてもよい。ベクトルUの各成分が入力層に入力された後の処理については、第1実施形態と同様である。第1モデル121eの出力変数Zは、入力変数(ベクトルU)が表わす諸条件下における、複数の触媒(すなわち第1及び第2SCR触媒40,41)におけるNOxの浄化量の合計の推定値である。   As in the first embodiment, it is necessary to input at least one or more of the catalyst information shown in the item a11 for the vector U, and the exhaust information and the additive information shown in the items a12 and a13. About information, at least 1 or more may be input and all may be abbreviate | omitted. Processing after each component of the vector U is input to the input layer is the same as in the first embodiment. The output variable Z of the first model 121e is an estimated value of the total NOx purification amount in a plurality of catalysts (that is, the first and second SCR catalysts 40 and 41) under various conditions represented by the input variable (vector U). .

第1モデル121eは、第1実施形態と同様に、出力変数Zが推定対象となる物理量と一致するように、入力変数と出力変数との関係をNNに学習させ、NNにおける各値Wij,θj,Wjk,θkを予め決定しておく。この学習の際、本実施形態では、模範用の主流路(排気管)に配置された同種の複数の触媒(第1及び第2SCR触媒)からなる触媒群について、最上流に位置する第1SCR触媒の入口を触媒群の入口とみなし、最下流に位置する第2SCR触媒の出口を触媒群の出口とみなして、当該触媒群から取得された教師データを用いることが好ましい。 As in the first embodiment, the first model 121e causes the NN to learn the relationship between the input variable and the output variable so that the output variable Z matches the physical quantity to be estimated, and each value W ij , θ j , W jk , θ k are determined in advance. At the time of learning, in the present embodiment, the first SCR catalyst located in the uppermost stream with respect to a catalyst group including a plurality of the same type of catalysts (first and second SCR catalysts) arranged in the exemplary main flow path (exhaust pipe). It is preferable to use the teacher data acquired from the catalyst group by regarding the inlet of the catalyst group as the inlet of the catalyst group and the outlet of the second SCR catalyst located at the most downstream as the outlet of the catalyst group.

第2モデル122eは、複数の触媒から流出するNH3の流出量、換言すれば、最下流に位置する第2SCR触媒41から流出するNH3の流出量を推定するためのモデルである。第2モデル122eは、第1実施形態と同様に、機械学習モデル、具体的にはNNにより構成されている。第2モデル122eの入力変数となるベクトルUの各成分には、以下の項目b11〜b13に示すパラメータが採用できる。 The second model 122e is outflow of the NH 3 flowing out of the plurality of catalyst, in other words, a model for estimating the outflow of NH 3 flowing out from the 2SCR catalyst 41 located downstream. Similar to the first embodiment, the second model 122e is configured by a machine learning model, specifically, an NN. Parameters shown in the following items b11 to b13 can be adopted for each component of the vector U that is an input variable of the second model 122e.

(b11)触媒の情報:最上流に位置する第1SCR触媒40の前端の温度と、第1及び第2SCR触媒40,41の各温度と、1時刻前において複数の触媒に吸着されているNH3の吸着量の合計(実吸着量の合計)と、第1SCR触媒40の温度の時間微分値及び第2SCR触媒41の温度の時間微分値と、複数の触媒におけるNH3の飽和吸着量の合計に対する吸着量の合計(実吸着量の合計)の比と、のうちの少なくとも1つ
(b12)排気の情報:内燃機関92から最上流に位置する第1SCR触媒40に流入する排気の温度と、当該排気の流量と、最上流に位置する第1SCR触媒40に流入する排気に含まれるNOxの量と、のうちの少なくとも1つ
(b13)添加剤の情報:最上流に位置する第1SCR触媒40に流入するNH3の流入量
(B11) Information on the catalyst: the temperature of the front end of the first SCR catalyst 40 located on the most upstream side, the temperatures of the first and second SCR catalysts 40 and 41, and NH 3 adsorbed by a plurality of catalysts one hour before The total adsorption amount (total actual adsorption amount), the time differential value of the temperature of the first SCR catalyst 40 and the time differential value of the temperature of the second SCR catalyst 41, and the sum of the saturated adsorption amounts of NH 3 in a plurality of catalysts. Ratio of total adsorption amount (total actual adsorption amount) and at least one of them (b12) Exhaust information: temperature of exhaust gas flowing from the internal combustion engine 92 into the first SCR catalyst 40 located at the uppermost stream, Information on additive of at least one of the flow rate of exhaust gas and the amount of NOx contained in the exhaust gas flowing into the first SCR catalyst 40 located in the upstream (b13): the first SCR catalyst 40 located in the upstream Inflowing N H 3 inflow

第1実施形態と同様に、ベクトルUに対しては、項目b11に示す触媒の情報について、少なくとも1つ以上を入力することが必要であり、項目b12,b13に示す排気の情報と添加剤の情報とについては、少なくとも1つ以上が入力されてもよく、全て省略されてもよい。第2モデル122eの出力変数Zは、入力変数(ベクトルU)が表わす諸条件下において、複数の触媒から流出して失われるNH3の流出量、換言すれば、最下流に位置する第2SCR触媒41から流出して失われるNH3の流出量の推定値である。なお、第2モデル122eは、第1モデル121eと同様に、入力変数と出力変数との関係をNNに学習させる際、模範用の主流路(排気管)に配置された同種の複数の触媒(第1及び第2SCR触媒)からなる触媒群について、最上流に位置する第1SCR触媒の入口を触媒群の入口とみなし、最下流に位置する第2SCR触媒の出口を触媒群の出口とみなして、当該触媒群から取得された教師データを用いることが好ましい。 As in the first embodiment, it is necessary to input at least one or more of the catalyst information shown in the item b11 for the vector U, and the exhaust information and the additive information shown in the items b12 and b13. About information, at least 1 or more may be input and all may be abbreviate | omitted. The output variable Z of the second model 122e is the amount of NH 3 flowing out from the plurality of catalysts lost under the conditions represented by the input variable (vector U), in other words, the second SCR catalyst located on the most downstream side. This is an estimated value of the amount of NH 3 efflux that flows out of 41 and is lost. Note that the second model 122e, like the first model 121e, has a plurality of catalysts of the same type (disposed in the main flow channel (exhaust pipe) for example) when the NN learns the relationship between the input variable and the output variable. For the catalyst group consisting of the first and second SCR catalysts), the inlet of the first SCR catalyst located at the uppermost stream is regarded as the inlet of the catalyst group, the outlet of the second SCR catalyst located at the most downstream is regarded as the outlet of the catalyst group, It is preferable to use teacher data acquired from the catalyst group.

第3モデル123eは、最上流に位置する第1SCR触媒40へと供給される添加剤(NH3)のうち、複数の触媒においてNOxの浄化反応に寄与しない添加剤の量を推定するためのモデルである。第3モデル123eは、第1実施形態と同様に、物理モデル、具体的にはアレニウスの式により構成されている。第3モデル123eの入力変数となるベクトルUの各成分には、以下の項目c11〜c13に示すパラメータが採用できる。 The third model 123e is a model for estimating the amount of the additive (NH 3 ) supplied to the first SCR catalyst 40 located in the most upstream stream that does not contribute to the NOx purification reaction in a plurality of catalysts. It is. The third model 123e is configured by a physical model, specifically, an Arrhenius equation, as in the first embodiment. Parameters shown in the following items c11 to c13 can be adopted for each component of the vector U that is an input variable of the third model 123e.

(c11)触媒の情報:最上流に位置する第1SCR触媒40の前端の温度と、第1及び第2SCR触媒40,41の各温度と、のうちの少なくとも1つ
(c12)排気の情報:内燃機関92から最上流に位置する第1SCR触媒40に流入する排気の温度
(c13)添加剤の情報:最上流に位置する第1SCR触媒40に流入するNH3の流入量
(C11) Information on the catalyst: Information on at least one of the temperature of the front end of the first SCR catalyst 40 located at the most upstream and each temperature of the first and second SCR catalysts 40, 41 (c12) Information on the exhaust gas: Internal combustion Temperature of exhaust gas flowing into first SCR catalyst 40 located upstream from engine 92 (c13) Information on additive: Inflow amount of NH 3 flowing into first SCR catalyst 40 located upstream

第1実施形態と同様に、ベクトルUに対しては、項目c11に示す触媒の情報について、少なくとも1つ以上を入力することが必要であり、項目c12,c13に示す排気の情報と添加剤の情報とについては、少なくとも1つ以上が入力されてもよく、全て省略されてもよい。第3モデル123eの出力変数Zは、入力変数(ベクトルU)が表わす諸条件下において、複数の触媒においてNOxの浄化反応に寄与しないNH3の量の推定値である。 Similarly to the first embodiment, it is necessary to input at least one or more of the catalyst information shown in the item c11 for the vector U. The exhaust information and the additive information shown in the items c12 and c13 are necessary. About information, at least 1 or more may be input and all may be abbreviate | omitted. The output variable Z of the third model 123e is an estimated value of the amount of NH 3 that does not contribute to the NOx purification reaction in the plurality of catalysts under the conditions represented by the input variable (vector U).

図11は、第6実施形態の推定部110eによる推定処理の手順を示すフローチャートである。第6実施形態の推定処理は、複数の触媒全体としての浄化性能を推定する処理であり、図4に示す第1実施形態と同様に、任意のタイミングで実行される。以降の説明において説明に使用する項目a11〜a13,b11〜b13,c11〜c13の各パラメータと、Δt、時刻t=kΔt、時刻t=(k+1)Δt、時刻t=(k−1)Δtの各定義は第1実施形態と同様である。また、以降の説明では、図4に示す第1実施形態と異なる処理についてのみ説明する。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure of estimation processing performed by the estimation unit 110e according to the sixth embodiment. The estimation process of the sixth embodiment is a process for estimating the purification performance of the plurality of catalysts as a whole, and is executed at an arbitrary timing, as in the first embodiment shown in FIG. In the following description, parameters a11 to a13, b11 to b13, c11 to c13 used for the description, Δt, time t = kΔt, time t = (k + 1) Δt, time t = (k−1) Δt Each definition is the same as in the first embodiment. In the following description, only processing different from the first embodiment shown in FIG. 4 will be described.

ステップS14eにおいて推定部110eは、現在(時刻t=kΔt)における、最上流に位置する第1SCR触媒40に流入するNOx量NOx_SCRinを算出する。ステップS16eにおいて推定部110eは、第1温度取得部58から、現在(時刻t=kΔt)の第1SCR触媒40の床温T1[k]を取得する。また、推定部110eは、第2温度取得部59から、現在(時刻t=kΔt)の第2SCR触媒41の床温T2[k]を取得する。ステップS18eにおいて推定部110eは、尿素ノズル64から噴射される尿素水の噴射量から、現在(時刻t=kΔt)における、最上流に位置する第1SCR触媒40に流入するNH3の流入量NH3_SCRin[k]を算出する。 Estimation unit 110e in step S14e, the at present (time t = k.DELTA.t), calculates the amount of NOx NOx_SCR in which flows into the 1SCR catalyst 40 located most upstream. In step S <b> 16 e, the estimating unit 110 e acquires the current (temperature t = kΔt) bed temperature T <b> 1 [k] of the first SCR catalyst 40 from the first temperature acquisition unit 58. In addition, the estimation unit 110e acquires the bed temperature T2 [k] of the second SCR catalyst 41 at the current time (time t = kΔt) from the second temperature acquisition unit 59. Estimation unit 110e in step S18e from the injection amount of urea water injected from the urea nozzle 64, the current (time t = k.DELTA.t) in the inflow amount of NH 3 NH 3 flowing into the first 1SCR catalyst 40 located at the most upstream _SCR in [k] is calculated.

ステップS20eにおいて推定部110eは、排気温度取得部53から、現在(時刻t=kΔt)における、最上流に位置する第1SCR触媒40に流入する排気の温度T1_SCRin[k]を取得する。ステップS22eにおいて推定部110eは、現在(時刻t=kΔt)の、各SCR触媒(第1及び第2SCR触媒40,41)の床温Tnの時間微分値DiffTn[k]を、以下の数式6によりそれぞれ算出する。数式6の変数nは、各触媒を区別するための自然数である。 In step S20e, the estimation unit 110e acquires, from the exhaust temperature acquisition unit 53, the temperature T1_SCR in [k] of the exhaust gas flowing into the first SCR catalyst 40 located at the uppermost stream at the current time (time t = kΔt). In step S22e, the estimation unit 110e calculates the time differential value DiffTn [k] of the bed temperature Tn of each SCR catalyst (first and second SCR catalysts 40, 41) at the current time (time t = kΔt) according to the following Equation 6. Calculate each. The variable n in Equation 6 is a natural number for distinguishing each catalyst.

Figure 2019167948
Figure 2019167948

ステップS24eにおいて推定部110eは、複数の触媒におけるNH3の飽和吸着量の合計に対する、実吸着量の合計の比を算出する。具体的には、推定部110eは、ステップS16eで取得した現在の第1SCR触媒40の床温T1[k]を、特性NPを表す関係式に当て嵌めて、現在(時刻t=kΔt)の第1SCR触媒40のNH3の飽和吸着量を求める(図5)。同様に、推定部110eは、ステップS16eで取得した現在の第2SCR触媒41の床温T2[k]を、特性NPを表す関係式に当て嵌めて、現在(時刻t=kΔt)の第2SCR触媒41のNH3の飽和吸着量を求める。推定部110eは、求めた各飽和吸着量の和を、複数の触媒におけるNH3の飽和吸着量の合計StrtNH3Ad[k]とする。次に、推定部110eは、求めた飽和吸着量の合計StrtNH3Ad[k]と、現在(時刻t=kΔt)の複数の触媒のNH3の実吸着量の合計NH3Ad[k]とを用いて、飽和吸着量の合計に対する実吸着量の合計の比r[k]を算出する。なお、複数の触媒のNH3の実吸着量の合計NH3Ad[k]について、前回実行された推定処理で得られた推定値を利用できる点、推定値が無い場合等に所定のデフォルト値を利用できる点については第1実施形態と同様である。 In step S24e, the estimation unit 110e calculates a ratio of the total actual adsorption amount to the total saturated adsorption amount of NH 3 in the plurality of catalysts. Specifically, the estimating unit 110e applies the current bed temperature T1 [k] of the first SCR catalyst 40 acquired in step S16e to the relational expression representing the characteristic NP, and the current (time t = kΔt) The saturated adsorption amount of NH 3 of the 1SCR catalyst 40 is obtained (FIG. 5). Similarly, the estimating unit 110e applies the current bed temperature T2 [k] of the second SCR catalyst 41 acquired in step S16e to the relational expression representing the characteristic NP, and the current (time t = kΔt) second SCR catalyst. The saturated adsorption amount of 41 NH 3 is determined. The estimation unit 110e sets the sum of the obtained saturated adsorption amounts as a total StrtNH 3 Ad [k] of the saturated adsorption amounts of NH 3 in the plurality of catalysts. Next, the estimation unit 110e calculates the total saturated adsorption amount StrtNH 3 Ad [k] obtained and the total NH 3 Ad [k] of the actual NH 3 adsorption amounts of the plurality of catalysts at the present time (time t = kΔt). Is used to calculate the ratio r [k] of the total actual adsorption amount to the total saturated adsorption amount. In addition, regarding the total NH 3 Ad [k] of the actual adsorption amounts of NH 3 of a plurality of catalysts, the estimated value obtained by the previously executed estimation process can be used, or a predetermined default value when there is no estimated value. The point that can be used is the same as in the first embodiment.

ステップS26eにおいて推定部110eは、複数の触媒(すなわち第1及び第2SCR触媒40,41)におけるNOxの浄化量の合計の推定値を算出する。具体的には、推定部110eは、第1モデル121eの入力変数ベクトルUに、ステップS12、S14e〜S20eで求めた現在(時刻t=kΔt)の各値を設定し、出力変数Zを求める。推定部110eは、第1モデル121eから得られた出力変数Zを、現在(時刻t=kΔt)の複数の触媒のNOxの浄化量の合計NOxConv[k]とする。   In step S26e, the estimation unit 110e calculates an estimated value of the total NOx purification amount in the plurality of catalysts (that is, the first and second SCR catalysts 40, 41). Specifically, the estimation unit 110e sets the current values (time t = kΔt) obtained in steps S12 and S14e to S20e to the input variable vector U of the first model 121e, and obtains the output variable Z. The estimation unit 110e sets the output variable Z obtained from the first model 121e as the total NOxConv [k] of the NOx purification amounts of the plurality of catalysts at the present time (time t = kΔt).

ステップS28eにおいて推定部110eは、複数の触媒から流出して失われるNH3の流出量、換言すれば、最下流に位置する第2SCR触媒41から流出して失われるNH3の流出量の推定値を算出する。具体的には、推定部110eは、第2モデル122eの入力変数ベクトルUに、ステップS12、S14e〜S24eで求めた現在(時刻t=kΔt)の各値を設定し、出力変数Zを求める。推定部110eは、第2モデル122eから得られた出力変数Zを、現在(時刻t=kΔt)の複数の触媒から流出して失われるNH3の流出量NH3_SCRout[k]とする。 In step S <b> 28 e, the estimation unit 110 e estimates the amount of NH 3 flowing out and lost from the plurality of catalysts, in other words, the amount of NH 3 flowing out and lost from the second SCR catalyst 41 located on the most downstream side. Is calculated. Specifically, the estimation unit 110e sets the current values (time t = kΔt) obtained in steps S12 and S14e to S24e to the input variable vector U of the second model 122e, and obtains the output variable Z. The estimation unit 110e sets the output variable Z obtained from the second model 122e as the outflow amount NH 3 _SCR out [k] of NH 3 that flows out and is lost from a plurality of catalysts at the present time (time t = kΔt).

ステップS30eにおいて推定部110eは、最上流に位置する第1SCR触媒40へと供給される添加剤(NH3)のうち、複数の触媒においてNOxの浄化反応に寄与しない添加剤の量の推定値を算出する。具体的には、推定部110eは、第3モデル123eの入力変数ベクトルUに、ステップS16e〜S20eで求めた現在(時刻t=kΔt)の各値を設定し、出力変数Zを求める。推定部110eは、第3モデル123eから得られた出力変数Zを、現在(時刻t=kΔt)の、複数の触媒においてNOxの浄化反応に寄与しないNH3の量NH3_thrmlytc[k]とする。 In step S <b> 30 e, the estimation unit 110 e calculates an estimated value of the amount of additive that does not contribute to the NOx purification reaction in the plurality of catalysts among the additives (NH 3 ) supplied to the first SCR catalyst 40 located in the uppermost stream. calculate. Specifically, the estimation unit 110e sets the current values (time t = kΔt) obtained in steps S16e to S20e to the input variable vector U of the third model 123e, and obtains the output variable Z. Estimation unit 110e is the output variable Z obtained from the third model 123e, as the current (time t = k.DELTA.t), the amount of NH 3 which does not contribute to the purification reaction of NOx in a plurality of catalytic NH 3 _thrmlytc [k] .

ステップS32eにおいて推定部110eは、1時刻後(時刻t=(k+1)Δt)において、複数の触媒に吸着されるNH3の吸着量の合計の推定値を、第1実施形態のステップS32で説明した数式5により算出する。ここで、数式5に適用する各値は、それぞれ、推定部110eがステップS12、S14e〜S30eで推定または算出した、現在(時刻t=kΔt)の複数の触媒における浄化性能(または状態)である。ステップS32eが終了した後、推定部110eは、ステップS32eで推定したNH3の吸着量の合計NH3Ad[k+1]を出力する。詳細は、第1実施形態と同様である。 In step S32e, the estimation unit 110e explains the estimated value of the total amount of NH 3 adsorbed on the plurality of catalysts after one time (time t = (k + 1) Δt) in step S32 of the first embodiment. It is calculated by the following formula 5. Here, each value applied to Formula 5 is the purification performance (or state) of the plurality of catalysts at the present time (time t = kΔt) estimated or calculated by the estimation unit 110e in steps S12 and S14e to S30e, respectively. . After the step S32E is finished, the estimation unit 110e outputs the total NH 3 Ad adsorption amount of NH 3 estimated in step S32e [k + 1]. Details are the same as in the first embodiment.

以上のように、第6実施形態の触媒状態推定装置10eによっても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第6実施形態の触媒状態推定装置10eによれば、主流路(排気管30)に複数の触媒(第1及び第2SCR触媒40,41)が設けられている場合に、推定部110eは、最上流に位置する第1SCR触媒40の情報を触媒状態推定モデル120eに適用することで、複数の触媒全体としての浄化性能を推定することができる。すなわち、第6実施形態の触媒状態推定装置10eによれば、主流路上の複数の触媒(第1及び第2SCR触媒40,41)を1つの触媒(すなわち、触媒群CG)とみなして触媒群CGの浄化性能を推定できるため、各触媒の浄化性能をそれぞれ推定する場合と比較して、触媒の情報の取得部(例えば、第2SCR触媒41へと流入する排気の流量取得部、排気温度取得部、NOx濃度取得部、第2SCR触媒41の前端温度取得部等を構成するセンサ)の数や、予め準備する触媒状態推定モデル120eの数を減らすことができると共に、触媒状態推定装置10eにおける演算負荷を低減できる。また、推定部110eは、主流路に設けられた複数の触媒が同種の触媒(第6実施形態の例では、SCR触媒)である場合に、これらを1つの触媒(触媒群CG)とみなして浄化性能を推定する。同種の触媒であれば、浄化性能を左右する触媒の情報項目(例えば、触媒の温度、触媒に吸着されている添加剤の量)に相違がないため、推定部110eは、浄化性能を精度良く推定することができる。   As described above, the catalyst state estimation device 10e according to the sixth embodiment can achieve the same effects as those of the first embodiment described above. Further, according to the catalyst state estimation device 10e of the sixth embodiment, when the plurality of catalysts (first and second SCR catalysts 40, 41) are provided in the main flow path (exhaust pipe 30), the estimation unit 110e is By applying the information of the first SCR catalyst 40 located on the most upstream side to the catalyst state estimation model 120e, it is possible to estimate the purification performance as a whole of the plurality of catalysts. That is, according to the catalyst state estimation device 10e of the sixth embodiment, the plurality of catalysts (first and second SCR catalysts 40 and 41) on the main flow path are regarded as one catalyst (that is, the catalyst group CG), and the catalyst group CG. As compared with the case of estimating the purification performance of each catalyst, the catalyst information acquisition unit (for example, the flow rate acquisition unit of exhaust gas flowing into the second SCR catalyst 41, the exhaust temperature acquisition unit) , The number of sensors constituting the NOx concentration acquisition unit, the front end temperature acquisition unit of the second SCR catalyst 41, etc.) and the number of catalyst state estimation models 120e prepared in advance can be reduced, and the calculation load on the catalyst state estimation device 10e can be reduced. Can be reduced. In addition, when the plurality of catalysts provided in the main flow path are the same type of catalyst (SCR catalyst in the example of the sixth embodiment), the estimation unit 110e regards these as one catalyst (catalyst group CG). Estimate purification performance. In the case of the same type of catalyst, there is no difference in the information items of the catalyst that influence the purification performance (for example, the temperature of the catalyst, the amount of additive adsorbed on the catalyst), and therefore the estimation unit 110e accurately improves the purification performance. Can be estimated.

また、第6実施形態の触媒状態推定装置10eによれば、模範用の主流路に配置された複数の触媒を1つの触媒(触媒群)として、当該触媒群から取得された教師データを用いて学習させることで、触媒状態推定モデル120eの第1モデル121e及び/又は第2モデル122eを構築できる。このため、触媒状態推定モデル120eの第1モデル121e及び/又は第2モデル122eでは、触媒群に属する各触媒間における主流路(排気管等)の影響を加味することができる。このようにして構築された触媒状態推定モデル120eを推定処理で使用することで、推定部110eは、主流路(排気管30)上の各触媒間(第1SCR触媒40と第2SCR触媒41との間)における排気管等の情報を必要とせず、複数の触媒全体としての浄化性能を精度良く推定することができる。   Further, according to the catalyst state estimation device 10e of the sixth embodiment, a plurality of catalysts arranged in the exemplary main flow path are regarded as one catalyst (catalyst group), using the teacher data acquired from the catalyst group. By learning, the first model 121e and / or the second model 122e of the catalyst state estimation model 120e can be constructed. For this reason, in the 1st model 121e and / or the 2nd model 122e of the catalyst state estimation model 120e, the influence of the main flow path (exhaust pipe etc.) between each catalyst which belongs to a catalyst group can be considered. By using the catalyst state estimation model 120e constructed in this way in the estimation process, the estimation unit 110e allows the inter-catalyst (the first SCR catalyst 40 and the second SCR catalyst 41 between the main flow path (exhaust pipe 30) to be connected. The purification performance as a whole of the plurality of catalysts can be estimated with high accuracy without the need for information on the exhaust pipe and the like.

なお、上記第6実施形態では、複数の触媒の具体例として、2つのSCR触媒(第1及び第2SCR触媒40,41)を例示した。しかし、排気浄化システム1eは、3つ以上のSCR触媒を備えていてもよい。また、排気浄化システム1eは、複数のNSR触媒を備えていてもよく、複数の三元触媒を備えていてもよい。図11で説明した第6実施形態の推定処理は、同種の複数の触媒において適用できる。   In the sixth embodiment, two SCR catalysts (first and second SCR catalysts 40 and 41) are illustrated as specific examples of the plurality of catalysts. However, the exhaust purification system 1e may include three or more SCR catalysts. In addition, the exhaust purification system 1e may include a plurality of NSR catalysts or a plurality of three-way catalysts. The estimation process of the sixth embodiment described in FIG. 11 can be applied to a plurality of the same type of catalysts.

<第7実施形態>
図12は、第7実施形態における排気浄化システム1fのブロック図である。図10に示す第6実施形態では、排気浄化装置20eに設けられた各触媒の温度(床温)は、各触媒に対してそれぞれ設けられた第1及び第2温度取得部58,59によってそれぞれ取得した。しかし、第7実施形態の排気浄化システム1fでは、触媒状態推定装置10fは、第2温度取得部59に代えて、最上流に位置する第1SCR触媒40以外の他の触媒(図12の例では、第2SCR触媒41)の温度を推定する温度推定部159を備える。
<Seventh embodiment>
FIG. 12 is a block diagram of an exhaust purification system 1f according to the seventh embodiment. In the sixth embodiment shown in FIG. 10, the temperature (bed temperature) of each catalyst provided in the exhaust purification device 20e is respectively determined by the first and second temperature acquisition units 58 and 59 provided for each catalyst. I got it. However, in the exhaust purification system 1f of the seventh embodiment, the catalyst state estimation device 10f replaces the second temperature acquisition unit 59 with a catalyst other than the first SCR catalyst 40 located on the most upstream side (in the example of FIG. 12). And a temperature estimating unit 159 for estimating the temperature of the second SCR catalyst 41).

温度推定部159は、第1温度取得部58により取得された第1SCR触媒40の温度T1から、予め用意された計算式やマップ等を用いて、第2SCR触媒41の温度T2を算出する。なお、温度推定部は、最上流に位置する第1SCR触媒40の温度T1に加えてさらに、内燃機関92からの排気の温度、排気の流量、第1SCR触媒40において排気中のNOxが反応することによって生じる反応熱、その他の任意のパラメータを考慮して、第2SCR触媒41の温度T2を算出してもよい。また、排気浄化システム1fに3つ以上の触媒が搭載されている場合であっても同様に、温度推定部159は、最上流に位置する第1SCR触媒40の温度T1等から予め用意された計算式やマップ等を用いて、他の触媒の温度Tn(nは、各触媒を区別するための自然数)を算出できる。推定部110fは、図11で説明した推定処理のステップS16eにおいて、温度推定部159から、他の触媒の温度Tnを取得する。   The temperature estimation unit 159 calculates the temperature T2 of the second SCR catalyst 41 from the temperature T1 of the first SCR catalyst 40 acquired by the first temperature acquisition unit 58 using a previously prepared calculation formula, map, or the like. In addition to the temperature T1 of the first SCR catalyst 40 located at the uppermost stream, the temperature estimation unit further reacts with the temperature of the exhaust from the internal combustion engine 92, the flow rate of the exhaust, and NOx in the exhaust at the first SCR catalyst 40. The temperature T2 of the second SCR catalyst 41 may be calculated in consideration of the reaction heat generated by the above and other arbitrary parameters. Similarly, even when three or more catalysts are mounted on the exhaust purification system 1f, the temperature estimation unit 159 similarly calculates the temperature prepared in advance from the temperature T1 of the first SCR catalyst 40 located at the uppermost stream. The temperature Tn of another catalyst (n is a natural number for distinguishing each catalyst) can be calculated using an equation, a map, or the like. The estimation unit 110f acquires the temperature Tn of the other catalyst from the temperature estimation unit 159 in step S16e of the estimation process described in FIG.

以上のように、第7実施形態の触媒状態推定装置10fによっても、上述した第1及び第6実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第7実施形態の触媒状態推定装置10fによれば、温度推定部159は、最上流に位置する第1SCR触媒40の温度から、主流路(排気管30)に設けられた第2SCR触媒41の温度を推定することができるため、第2SCR触媒41の温度を取得する取得部(センサ等)を省略できる。   As described above, the catalyst state estimation device 10f according to the seventh embodiment can achieve the same effects as those of the first and sixth embodiments described above. Further, according to the catalyst state estimation device 10f of the seventh embodiment, the temperature estimation unit 159 determines the second SCR catalyst 41 provided in the main flow path (exhaust pipe 30) from the temperature of the first SCR catalyst 40 located at the most upstream. Therefore, an acquisition unit (such as a sensor) for acquiring the temperature of the second SCR catalyst 41 can be omitted.

<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

[変形例1]
上記実施形態では、排気浄化システムの構成の一例を示した。しかし、排気浄化システムの構成は種々の変形が可能である。例えば、排気浄化システムの排気浄化装置には、SCR触媒と、NSR触媒と、三元触媒とのうちの複数の触媒が組み合わせて搭載され、触媒状態推定装置は、これら複数の触媒における浄化性能をそれぞれ推定してもよい。また、排気浄化装置には、粒子状物質(PM)を除去する粒子状物質除去フィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)が搭載され、触媒状態推定装置は、このDPFにおける浄化性能を推定してもよい。
[Modification 1]
In the said embodiment, an example of the structure of the exhaust gas purification system was shown. However, various modifications can be made to the configuration of the exhaust purification system. For example, the exhaust gas purification system of the exhaust gas purification system is equipped with a combination of a plurality of SCR catalysts, NSR catalysts, and three-way catalysts, and the catalyst state estimation device provides the purification performance of the plurality of catalysts. Each may be estimated. Further, the exhaust purification device is equipped with a particulate matter removal filter (DPF: Diesel Particulate Filter) for removing particulate matter (PM), and the catalyst state estimation device may estimate the purification performance in this DPF. .

例えば、触媒の床温を取得する温度取得部は、触媒の前方(入口近傍)又は後方(出口近傍)に設けられてもよい。   For example, the temperature acquisition part which acquires the bed temperature of a catalyst may be provided in the front (near entrance) or back (near exit) of a catalyst.

例えば、流量取得部、NOx濃度取得部、前端温度取得部、温度取得部がそれぞれ取得するとした流量、NOx濃度、前端温度、触媒の温度のうちの少なくともいずれかは、センサによる計測値に代えて、触媒状態推定モデルを用いて推定された温度で代用されてもよい。具体的には、例えば、触媒の温度は、上述したSCR触媒におけるNH3吸着量、NSR触媒におけるNOxの吸蔵量、及び三元触媒におけるO2の吸蔵量と同様に、時間履歴の影響を受ける。このため、触媒の温度を推定できる触媒状態推定モデルを別途作成し、当該触媒状態推定モデルによって、触媒の温度を推定してもよい。 For example, at least one of the flow rate, the NOx concentration, the front end temperature, and the catalyst temperature that the flow rate acquisition unit, the NOx concentration acquisition unit, the front end temperature acquisition unit, and the temperature acquisition unit respectively acquire is replaced with the measured value by the sensor. Alternatively, the temperature estimated using the catalyst state estimation model may be substituted. Specifically, for example, the temperature of the catalyst is affected by the time history as in the above-described NH 3 adsorption amount in the SCR catalyst, NOx occlusion amount in the NSR catalyst, and O 2 occlusion amount in the three-way catalyst. . For this reason, a catalyst state estimation model that can estimate the temperature of the catalyst may be created separately, and the temperature of the catalyst may be estimated using the catalyst state estimation model.

[変形例2]
上記実施形態では、推定部における推定処理の一例を示した(図4、図11)。しかし、推定処理の内容は種々の変形が可能である。例えば、図4に示す推定処理において、ステップS12〜S24の実行順序を変更してもよく、ステップS26〜S30の実行順序を変更してもよい。図11に示す推定処理においても同様に、ステップS12〜S24eの実行順序を変更してもよく、ステップS26e〜S30eの実行順序を変更してもよい。
[Modification 2]
In the said embodiment, an example of the estimation process in an estimation part was shown (FIG. 4, FIG. 11). However, the content of the estimation process can be variously modified. For example, in the estimation process shown in FIG. 4, the execution order of steps S12 to S24 may be changed, and the execution order of steps S26 to S30 may be changed. Similarly, in the estimation process shown in FIG. 11, the execution order of steps S12 to S24e may be changed, and the execution order of steps S26e to S30e may be changed.

例えば、推定部は、上述した各ステップに加えてさらに、次のステップS100,S102を実行してもよい。ステップS100,S102は任意のタイミングで実行できる。
・ステップS100:推定部は、SCR触媒の床温T[k]が、SCR触媒におけるNH3の飽和吸着量が0となる所定の温度閾値以上であるか否かを判定する。床温T[k]が所定の温度閾値以上である場合、推定部は、1時刻後(時刻t=(k+1)Δt)において、SCR触媒に吸着されているNH3の吸着量の推定値NH3Ad[k+1]を0にリセットする。
・ステップS102:推定部は、SCR触媒におけるNH3の飽和吸着量が100(飽和状態)となるまで、尿素ポンプユニット及び尿素ノズルから十分に尿素水を噴射させる。その後、推定部は、1時刻後(時刻t=(k+1)Δt)において、SCR触媒に吸着されているNH3の吸着量の推定値NH3Ad[k+1]を100(飽和吸着量)にリセットする。
このようなステップS100,S102によれば、図4、図11に示した推定処理を繰り返すことによって誤差が蓄積され、推定値が実際の値と乖離した場合に、これをリセットすることができる。
For example, the estimation unit may execute the following steps S100 and S102 in addition to the steps described above. Steps S100 and S102 can be executed at an arbitrary timing.
Step S100: The estimation unit determines whether or not the bed temperature T [k] of the SCR catalyst is equal to or higher than a predetermined temperature threshold value at which the saturated adsorption amount of NH 3 in the SCR catalyst becomes zero. When the bed temperature T [k] is equal to or higher than a predetermined temperature threshold, the estimation unit estimates the NH 3 adsorption amount NH adsorbed on the SCR catalyst after one time (time t = (k + 1) Δt). 3 Reset Ad [k + 1] to 0.
Step S102: The estimation unit sufficiently injects urea water from the urea pump unit and the urea nozzle until the saturated adsorption amount of NH 3 in the SCR catalyst reaches 100 (saturated state). Thereafter, the estimation unit resets the estimated value NH 3 Ad [k + 1] of the adsorption amount of NH 3 adsorbed on the SCR catalyst to 100 (saturated adsorption amount) after one time (time t = (k + 1) Δt). To do.
According to such steps S100 and S102, when the estimation process shown in FIGS. 4 and 11 is repeated, errors are accumulated, and when the estimated value deviates from the actual value, it can be reset.

上記第6及び第7実施形態では、第1モデルは、複数の同種の触媒(第1及び第2SCR触媒)について、当該複数の触媒におけるNOxの浄化量の合計を推定するモデルであるとした。しかし、第1モデルを、第1実施形態と同様に、複数の触媒におけるNOx浄化率を推定するモデルとして定義してもよい。この場合、複数の触媒におけるNOx浄化率は、例えば、同種の複数の触媒からなる触媒群について、最上流に位置する触媒の入口を触媒群の入口とみなし、最下流に位置する触媒の出口を触媒群の出口とみなして、「(入口におけるNOx量(又はNOx濃度)−出口におけるNOx量(又はNOx濃度))/入口におけるNOx量(又はNOx濃度)」に100を乗じることで定義できる。   In the sixth and seventh embodiments, the first model is a model that estimates the total NOx purification amount in the plurality of catalysts of the same type of catalyst (first and second SCR catalysts). However, the first model may be defined as a model for estimating the NOx purification rates in a plurality of catalysts, as in the first embodiment. In this case, the NOx purification rate in the plurality of catalysts is, for example, for a catalyst group consisting of a plurality of catalysts of the same type, the inlet of the catalyst located at the most upstream is regarded as the inlet of the catalyst group, and the outlet of the catalyst located at the most downstream is It can be defined by multiplying 100 by “(NOx amount (or NOx concentration) at the inlet−NOx amount (or NOx concentration) at the outlet) / NOx amount (or NOx concentration) at the inlet)”, which is regarded as the outlet of the catalyst group.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。   As mentioned above, although this aspect was demonstrated based on embodiment and a modification, embodiment of an above-described aspect is for making an understanding of this aspect easy, and does not limit this aspect. This aspect can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents are included in this aspect. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

1,1a〜1f…排気浄化システム
10,10a〜10f…触媒状態推定装置
11…CPU
12…記憶部
20,20b,20e…排気浄化装置
30…排気管
40…SCR触媒、第1SCR触媒
41…第2SCR触媒
52…流量取得部
53…排気温度取得部
54…NOx濃度取得部
56…前端温度取得部
58…温度取得部、第1温度取得部
59…第2温度取得部
62…尿素ポンプユニット
64…尿素ノズル
70…NSR触媒
76…前端温度取得部
78…温度取得部
80…三元触媒
84…酸素濃度取得部
86…前端温度取得部
88…温度取得部
91…燃焼状態制御部
92…内燃機関
93…リッチスパイク制御部
110,110a〜110f…推定部
120,120a〜120e…触媒状態推定モデル
121,121e…第1モデル
122,122e…第2モデル
123,123e…第3モデル
159…温度推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a-1f ... Exhaust gas purification system 10, 10a-10f ... Catalyst state estimation apparatus 11 ... CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Memory | storage part 20, 20b, 20e ... Exhaust gas purification device 30 ... Exhaust pipe 40 ... SCR catalyst, 1st SCR catalyst 41 ... 2nd SCR catalyst 52 ... Flow volume acquisition part 53 ... Exhaust temperature acquisition part 54 ... NOx density | concentration acquisition part 56 ... Front end Temperature acquisition unit 58 ... temperature acquisition unit, first temperature acquisition unit 59 ... second temperature acquisition unit 62 ... urea pump unit 64 ... urea nozzle 70 ... NSR catalyst 76 ... front end temperature acquisition unit 78 ... temperature acquisition unit 80 ... three-way catalyst 84 ... oxygen concentration acquisition unit 86 ... front end temperature acquisition unit 88 ... temperature acquisition unit 91 ... combustion state control unit 92 ... internal combustion engine 93 ... rich spike control unit 110, 110a-110f ... estimation unit 120, 120a-120e ... catalyst state estimation Model 121, 121e ... 1st model 122, 122e ... 2nd model 123, 123e ... 3rd model 159 ... Temperature estimation part

Claims (19)

触媒状態推定装置であって、
内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられ、前記排気中の有害物質を浄化する触媒の情報を取得する第1取得部と、
少なくとも1つの数理モデルを含んだ触媒状態推定モデルを予め記憶する記憶部と、
前記第1取得部により取得された前記触媒の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定する推定部と、
を備える、触媒状態推定装置。
A catalyst state estimation device comprising:
A first acquisition unit that is provided in a main flow path through which exhaust from the internal combustion engine circulates and acquires information on a catalyst that purifies a harmful substance in the exhaust;
A storage unit for preliminarily storing a catalyst state estimation model including at least one mathematical model;
An estimation unit that estimates the purification performance of the catalyst by applying the catalyst information acquired by the first acquisition unit to the catalyst state estimation model;
A catalyst state estimating device.
請求項1に記載の触媒状態推定装置であって、さらに、
前記触媒へと流入する前記排気の情報を取得する第2取得部を備え、
前記推定部は、前記触媒の情報に加えてさらに、前記第2取得部により取得された前記排気の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to claim 1, further comprising:
A second acquisition unit for acquiring information of the exhaust gas flowing into the catalyst;
In addition to the catalyst information, the estimation unit further applies the exhaust information acquired by the second acquisition unit to the catalyst state estimation model, thereby estimating the purification performance of the catalyst. Estimating device.
請求項1または請求項2に記載の触媒状態推定装置であって、さらに、
前記触媒へと供給される添加剤の情報を取得する第3取得部を備え、
前記推定部は、前記触媒の情報に加えてさらに、前記第3取得部により取得された前記添加剤の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation apparatus according to claim 1 or 2, further comprising:
A third acquisition unit for acquiring information of the additive supplied to the catalyst;
The estimation unit further applies the information on the additive acquired by the third acquisition unit to the catalyst state estimation model in addition to the information on the catalyst, thereby estimating the purification performance of the catalyst. State estimation device.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
機械学習モデルにより構成され、
前記触媒の情報として、前記主流路における前記触媒の前端の温度と、前記触媒の温度と、1時刻前において前記触媒に吸着されている添加剤の吸着量と、のうちの少なくとも一つを入力とし、
前記触媒における窒素酸化物の浄化率を出力とする第1モデルを含み、
前記推定部は、前記第1モデルを用いて、前記触媒の浄化性能としての前記窒素酸化物の浄化率を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to any one of claims 1 to 3,
The catalyst state estimation model is:
Consists of machine learning models,
As the catalyst information, at least one of the temperature of the front end of the catalyst in the main flow path, the temperature of the catalyst, and the adsorption amount of the additive adsorbed on the catalyst one hour before is input. age,
Including a first model whose output is a purification rate of nitrogen oxides in the catalyst;
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the purification rate of the said nitrogen oxide as a purification performance of the said catalyst using the said 1st model.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
機械学習モデルにより構成され、
前記触媒の情報として、前記主流路における前記触媒の前端の温度と、前記触媒の温度と、1時刻前において前記触媒に吸着されている添加剤の吸着量と、前記触媒の温度の時間微分値と、前記触媒における添加剤の飽和吸着量に対する前記吸着量の比と、のうちの少なくとも一つを入力とし、
前記触媒から流出する添加剤の流出量を出力とする第2モデルを含み、
前記推定部は、前記第2モデルを用いて、前記触媒の浄化性能としての前記流出量を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to any one of claims 1 to 4,
The catalyst state estimation model is:
Consists of machine learning models,
As the information of the catalyst, the temperature of the front end of the catalyst in the main flow path, the temperature of the catalyst, the adsorption amount of the additive adsorbed on the catalyst before one time, and the time differential value of the temperature of the catalyst And at least one of the ratio of the adsorption amount to the saturated adsorption amount of the additive in the catalyst, and
Including a second model whose output is an outflow amount of the additive flowing out from the catalyst,
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the said outflow amount as a purification performance of the said catalyst using the said 2nd model.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
物理モデルにより構成され、
前記触媒の情報として、前記主流路における前記触媒の前端の温度と、前記触媒の温度と、のうちの少なくとも一つを入力とし、
前記触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を出力とする第3モデルを含み、
前記推定部は、前記第3モデルを用いて、前記触媒の浄化性能としての前記触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to any one of claims 1 to 5,
The catalyst state estimation model is:
Composed of physical models,
As the information of the catalyst, at least one of the temperature of the front end of the catalyst in the main channel and the temperature of the catalyst is input,
A third model that outputs the amount of additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in the catalyst;
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the quantity of the additive which does not contribute to the purification | cleaning reaction of a nitrogen oxide in the said catalyst as said catalyst purification performance using the said 3rd model.
請求項4に従属する請求項5に従属する請求項6に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
前記第1モデルによって推定される現在の前記窒素酸化物の浄化率と、
前記第2モデルによって推定される現在の前記流出量と、
前記第3モデルによって推定される現在の前記触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量と、を入力とし、
次の時刻における前記触媒への添加剤の吸着量を、物理則を用いて求めるモデルであり、
前記推定部は、前記触媒状態推定モデルを用いて、前記触媒の浄化性能としての次の時刻における前記吸着量を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to claim 6 subordinate to claim 5 subordinate to claim 4, comprising:
The catalyst state estimation model is:
The present nitrogen oxide purification rate estimated by the first model;
The current runoff estimated by the second model;
The amount of additive that does not contribute to the nitrogen oxide purification reaction in the current catalyst estimated by the third model, and
It is a model for obtaining the amount of additive adsorbed on the catalyst at the next time using a physical law,
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the said adsorption amount in the next time as the purification performance of the said catalyst using the said catalyst state estimation model.
請求項7に従属する触媒状態推定装置であって、
前記第1モデル及び前記第2モデルは、さらに、
前記排気の情報として、前記排気の温度と、前記排気の流量と、前記排気に含まれる窒素酸化物の量と、のうちの少なくとも一つを入力とし、
前記添加剤の情報として、前記触媒に流入する前記添加剤の流入量を入力とし、
前記第3モデルは、さらに、
前記排気の情報として、前記排気の温度を入力とし、
前記添加剤の情報として、前記触媒に流入する前記添加剤の流入量を入力とする、触媒状態推定装置。
A catalyst state estimation device according to claim 7, comprising:
The first model and the second model further include:
As the exhaust information, at least one of the temperature of the exhaust, the flow rate of the exhaust, and the amount of nitrogen oxide contained in the exhaust is input,
As the information of the additive, the inflow amount of the additive flowing into the catalyst is input,
The third model further includes:
As the exhaust information, the temperature of the exhaust is input,
The catalyst state estimation apparatus which uses the inflow amount of the additive flowing into the catalyst as input as information on the additive.
請求項7または請求項8に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
劣化度の異なる複数の前記触媒から取得された教師データを用いて作成された複数の前記第1モデルと、
劣化度の異なる複数の前記触媒から取得された教師データを用いて作成された複数の前記第2モデルと、を含む、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation apparatus according to claim 7 or 8,
The catalyst state estimation model is:
A plurality of the first models created using teacher data acquired from a plurality of the catalysts having different degrees of deterioration;
And a plurality of second models created using teacher data acquired from the plurality of catalysts having different degrees of deterioration.
触媒の状態を推定する方法であって、
少なくとも1つの数理モデルを含んだ触媒状態推定モデルを予め記憶する記憶部を備える情報処理装置が、
内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられ、前記排気中の有害物質を浄化する触媒の情報を取得する工程と、
前記取得する工程において取得された前記触媒の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定する工程と、
を備える、方法。
A method for estimating the state of a catalyst, comprising:
An information processing apparatus including a storage unit that stores in advance a catalyst state estimation model including at least one mathematical model,
A step of obtaining information on a catalyst that is provided in a main flow path through which exhaust from an internal combustion engine flows and purifies harmful substances in the exhaust; and
Applying the catalyst information obtained in the obtaining step to the catalyst state estimation model to estimate the purification performance of the catalyst;
A method comprising:
コンピュータプログラムであって、
少なくとも1つの数理モデルを含んだ触媒状態推定モデルを予め記憶する記憶部を備える情報処理装置に、
内燃機関からの排気が流通する主流路に設けられ、前記排気中の有害物質を浄化する触媒の情報を取得する機能と、
前記取得する工程において取得された前記触媒の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記触媒の浄化性能を推定する機能と、
を実行させる、コンピュータプログラム。
A computer program,
An information processing apparatus including a storage unit that stores in advance a catalyst state estimation model including at least one mathematical model,
A function of obtaining information on a catalyst that is provided in a main flow path through which exhaust from an internal combustion engine flows and purifies harmful substances in the exhaust;
A function of estimating the purification performance of the catalyst by applying the catalyst information acquired in the acquiring step to the catalyst state estimation model;
A computer program that executes
請求項1に記載の触媒状態推定装置であって、
前記主流路に同種の複数の前記触媒が設けられている場合に、
前記第1取得部は、前記主流路において最上流に位置する前記触媒の情報を少なくとも取得し、
前記推定部は、前記第1取得部により取得された前記触媒の情報を前記触媒状態推定モデルに適用することで、前記複数の触媒全体としての浄化性能を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to claim 1,
When a plurality of the same type of catalyst is provided in the main flow path,
The first acquisition unit acquires at least information on the catalyst located in the uppermost stream in the main flow path,
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the purification performance as said whole several catalyst by applying the information of the said catalyst acquired by the said 1st acquisition part to the said catalyst state estimation model.
請求項12に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
機械学習モデルにより構成され、
前記触媒の情報として、前記最上流に位置する触媒の前端の温度と、各前記触媒の温度と、1時刻前において前記複数の触媒に吸着されている添加剤の吸着量の合計と、のうちの少なくとも一つを入力とし、
前記複数の触媒における窒素酸化物の浄化量の合計を出力とする第1モデルを含み、
前記推定部は、前記第1モデルを用いて、前記浄化性能としての前記窒素酸化物の浄化量を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to claim 12,
The catalyst state estimation model is:
Consists of machine learning models,
As the information of the catalyst, the temperature of the front end of the catalyst located in the most upstream, the temperature of each of the catalysts, and the total adsorbed amount of the additive adsorbed on the plurality of catalysts one hour before, At least one of
Including a first model whose output is the sum of the purification amounts of nitrogen oxides in the plurality of catalysts,
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the purification amount of the said nitrogen oxide as the said purification performance using the said 1st model.
請求項12または請求項13に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
機械学習モデルにより構成され、
前記触媒の情報として、前記最上流に位置する触媒の前端の温度と、各前記触媒の温度と、1時刻前において前記複数の触媒に吸着されている添加剤の吸着量の合計と、各前記触媒の温度の時間微分値と、前記複数の触媒における添加剤の飽和吸着量の合計に対する前記吸着量の合計の比と、のうちの少なくとも一つを入力とし、
前記主流路において最下流に位置する前記触媒から流出する添加剤の流出量を出力とする第2モデルを含み、
前記推定部は、前記第2モデルを用いて、前記浄化性能としての前記流出量を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation apparatus according to claim 12 or claim 13,
The catalyst state estimation model is:
Consists of machine learning models,
As the information of the catalyst, the temperature of the front end of the catalyst located at the most upstream, the temperature of each catalyst, the total amount of adsorbed adsorbed by the plurality of catalysts one hour before, At least one of a time differential value of the temperature of the catalyst and a ratio of the total adsorption amount to the total saturated adsorption amount of the additive in the plurality of catalysts is input,
Including a second model that outputs an outflow amount of the additive flowing out from the catalyst located on the most downstream side in the main flow path;
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the said outflow amount as said purification performance using the said 2nd model.
請求項12から請求項14のいずれか一項に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
物理モデルにより構成され、
前記触媒の情報として、前記最上流に位置する触媒の前端の温度と、各前記触媒の温度と、のうちの少なくとも一つを入力とし、
前記最上流に位置する触媒へと供給される添加剤のうち、前記複数の触媒において窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を出力とする第3モデルを含み、
前記推定部は、前記第3モデルを用いて、前記浄化性能としての、前記窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to any one of claims 12 to 14,
The catalyst state estimation model is:
Composed of physical models,
As the information of the catalyst, at least one of the temperature of the front end of the catalyst located in the uppermost stream and the temperature of each catalyst is input,
A third model that outputs an amount of an additive that does not contribute to a nitrogen oxide purification reaction among the plurality of catalysts among the additives supplied to the catalyst located at the uppermost stream;
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the quantity of the additive which does not contribute to the purification reaction of the said nitrogen oxide as said purification performance using the said 3rd model.
請求項13に従属する請求項14に従属する請求項15に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
前記第1モデルによって推定される現在の前記窒素酸化物の浄化量の合計と、
前記第2モデルによって推定される現在の前記流出量と、
前記第3モデルによって推定される現在の前記窒素酸化物の浄化反応に寄与しない添加剤の量と、を入力とし、
次の時刻における、前記複数の触媒に吸着される添加剤の吸着量の合計を、物理則を用いて求めるモデルであり、
前記推定部は、前記触媒状態推定モデルを用いて、前記浄化性能としての、次の時刻における前記吸着量の合計を推定する、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation apparatus according to claim 15 dependent on claim 14 dependent on claim 13, comprising:
The catalyst state estimation model is:
The total amount of nitrogen oxide purification currently estimated by the first model;
The current runoff estimated by the second model;
The amount of additive that does not contribute to the present nitrogen oxide purification reaction estimated by the third model, and
It is a model for obtaining the total amount of additives adsorbed on the plurality of catalysts at the next time using a physical law,
The said estimation part is a catalyst state estimation apparatus which estimates the total of the said adsorption amount in the next time as said purification performance using the said catalyst state estimation model.
請求項16に記載の触媒状態推定装置であって、さらに、
前記最上流に位置する触媒へと流入する排気の情報を取得する第2取得部と、
前記最上流に位置する触媒へと供給される添加剤の情報を取得する第3取得部と、を備え、
前記第1モデル及び前記第2モデルでは、さらに、
前記排気の情報として、前記排気の温度と、前記排気の流量と、前記排気に含まれる窒素酸化物の量と、のうちの少なくとも一つを入力とし、
前記添加剤の情報として、前記最上流に位置する触媒に流入する前記添加剤の流入量を入力とし、
前記第3モデルは、さらに、
前記排気の情報として、前記排気の温度を入力とし、
前記添加剤の情報として、前記最上流に位置する触媒に流入する前記添加剤の流入量を入力とする、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation apparatus according to claim 16, further comprising:
A second acquisition unit for acquiring information on exhaust flowing into the catalyst located at the uppermost stream;
A third acquisition unit for acquiring information on the additive to be supplied to the catalyst located in the uppermost stream,
In the first model and the second model,
As the exhaust information, at least one of the temperature of the exhaust, the flow rate of the exhaust, and the amount of nitrogen oxide contained in the exhaust is input,
As the information on the additive, the inflow amount of the additive flowing into the catalyst located in the uppermost stream is input,
The third model further includes:
As the exhaust information, the temperature of the exhaust is input,
The catalyst state estimation apparatus which uses the inflow amount of the additive flowing into the catalyst located at the uppermost stream as input as information on the additive.
請求項16または請求項17に記載の触媒状態推定装置であって、
前記触媒状態推定モデルは、
模範用の主流路に配置された同種の複数の前記触媒からなる触媒群について、前記模範用の主流路において最上流に位置する前記触媒の入口を前記触媒群の入口とみなし、前記模範用の主流路において最下流に位置する前記触媒の出口を前記触媒群の出口とみなして、前記触媒群から取得された教師データを用いて作成された前記第1モデルと、前記第2モデルとのうちの少なくとも一方のモデルを含む、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to claim 16 or 17,
The catalyst state estimation model is:
For the catalyst group consisting of a plurality of the same type of catalysts arranged in the exemplary main channel, the inlet of the catalyst located in the uppermost stream in the exemplary main channel is regarded as the inlet of the catalyst group, and the exemplary Of the first model and the second model created using teacher data acquired from the catalyst group, the outlet of the catalyst located at the most downstream in the main channel is regarded as the outlet of the catalyst group A catalyst state estimation device including at least one of the models.
請求項12から請求項18のいずれか一項に記載の触媒状態推定装置であって、さらに、
前記最上流に位置する触媒の温度から、前記主流路に設けられた他の前記触媒の温度を推定する温度推定部を備える、触媒状態推定装置。
The catalyst state estimation device according to any one of claims 12 to 18, further comprising:
A catalyst state estimation device comprising a temperature estimation unit that estimates the temperature of the other catalyst provided in the main flow path from the temperature of the catalyst located in the uppermost stream.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021071104A (en) * 2019-11-01 2021-05-06 株式会社豊田中央研究所 Catalyst state estimation device, method for estimating state of catalyst and computer program
JP2021076112A (en) * 2019-11-12 2021-05-20 株式会社豊田中央研究所 Catalyst state estimation device, method for estimating state of catalyst and computer program
CN114961949A (en) * 2022-05-09 2022-08-30 潍柴动力股份有限公司 Fault diagnosis method, device, equipment and medium of SCR system
WO2022260172A1 (en) * 2021-06-11 2022-12-15 Eneos株式会社 Search device, search method, program, and non-transitory computer-readable medium
JP7332566B2 (en) 2020-11-19 2023-08-23 株式会社豊田中央研究所 Sensor state estimation device, post-processing system, method for estimating sensor state, and computer program

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006242094A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Hino Motors Ltd Exhaust emission control device
JP2014206150A (en) * 2013-04-16 2014-10-30 株式会社豊田中央研究所 Exhaust gas purification control device and program
JP6268688B1 (en) * 2016-10-19 2018-01-31 マツダ株式会社 Engine exhaust purification control system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006242094A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Hino Motors Ltd Exhaust emission control device
JP2014206150A (en) * 2013-04-16 2014-10-30 株式会社豊田中央研究所 Exhaust gas purification control device and program
JP6268688B1 (en) * 2016-10-19 2018-01-31 マツダ株式会社 Engine exhaust purification control system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021071104A (en) * 2019-11-01 2021-05-06 株式会社豊田中央研究所 Catalyst state estimation device, method for estimating state of catalyst and computer program
JP2021076112A (en) * 2019-11-12 2021-05-20 株式会社豊田中央研究所 Catalyst state estimation device, method for estimating state of catalyst and computer program
JP7279687B2 (en) 2019-11-12 2023-05-23 株式会社豊田中央研究所 Catalyst state estimation device, method for estimating catalyst state, and computer program
JP7332566B2 (en) 2020-11-19 2023-08-23 株式会社豊田中央研究所 Sensor state estimation device, post-processing system, method for estimating sensor state, and computer program
WO2022260172A1 (en) * 2021-06-11 2022-12-15 Eneos株式会社 Search device, search method, program, and non-transitory computer-readable medium
CN114961949A (en) * 2022-05-09 2022-08-30 潍柴动力股份有限公司 Fault diagnosis method, device, equipment and medium of SCR system
CN114961949B (en) * 2022-05-09 2024-01-16 潍柴动力股份有限公司 Fault diagnosis method, device, equipment and medium of SCR (selective catalytic reduction) system

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