JP7106922B2 - Engine exhaust gas state estimation method, catalyst abnormality determination method, and engine catalyst abnormality determination device - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気ガス状態推定方法及び触媒異常判定方法、並びに、エンジンの触媒異常判定装置に関する技術分野に属する。 The present invention belongs to a technical field related to an engine exhaust gas state estimation method, a catalyst abnormality determination method, and an engine catalyst abnormality determination device.

従来より、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、選択還元型NOx触媒に、還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを備えるエンジンが知られている。 Conventionally, a selective reduction NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine and reduces NOx with a supplied reducing agent, and a reduction that can supply ammonia or a precursor of ammonia as a reducing agent to the selective reduction NOx catalyst Engines are known which are equipped with an agent supply means.

例えば、特許文献1には、内燃機関(エンジン)の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤とする選択還元型NOx触媒と、選択還元型NOx触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路に配設され、排気中のアンモニアもNOxとして検出するNOxセンサとを備え、NOxセンサの検出値に基づいて、選択還元型NOx触媒の劣化判定を行うものにおいて、選択還元型NOx触媒から流出するアンモニアの量を推定し、アンモニアの流出量が多い場合には、劣化判定においてNOxセンサの検出値の利用を制限するか、又は、劣化判定自体を禁止することが開示されている。 For example, Patent Document 1 describes a selective reduction NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine (engine) and uses ammonia as a reducing agent, and ammonia or a precursor of ammonia in the exhaust that flows into the selective reduction NOx catalyst. and a NOx sensor disposed in a passage on the downstream side of the selective reduction type NOx catalyst and detecting ammonia in the exhaust gas as NOx. In the one that determines the deterioration of the NOx type NOx catalyst, the amount of ammonia flowing out from the selective reduction type NOx catalyst is estimated, and if the amount of ammonia flowing out is large, whether to limit the use of the detected value of the NOx sensor in the deterioration determination. , or prohibiting the deterioration determination itself.

また、特許文献1には、選択還元型NOx触媒の温度が上昇すると、選択還元型NOx触媒へのアンモニアの吸着量が増大して、アンモニアの吸着量が過剰になると、アンモニアが該選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路に排出されやすくなることが開示されている。 Further, in Patent Document 1, when the temperature of the selective reduction NOx catalyst rises, the amount of ammonia adsorbed on the selective reduction NOx catalyst increases, and when the amount of ammonia adsorbed becomes excessive, the selective reduction type It is disclosed that the NOx catalyst is more likely to be discharged into the downstream passage.

特開2014-109224号公報JP 2014-109224 A

ところが、本願発明者らの検討によれば、選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量(以下、アンモニアのスリップ量ということがある)は、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とのバランスによって決まることが判明した。すなわち、アンモニアの吸着反応速度が脱離反応速度によりも大きいときには、見かけ上、アンモニアの吸着反応が支配的になって、アンモニアのスリップ量が少なくなる一方で、アンモニアの脱離反応速度が吸着反応速度よりも大きいときには、見かけ上、アンモニアの脱離反応が支配的になって、アンモニアのスリップ量が多くなる。このことから、アンモニアのスリップ量は、アンモニアの吸着反応速度及び脱離反応速度の少なくとも一方に影響するパラメータを考慮する必要がある。 However, according to studies by the inventors of the present application, the amount of ammonia discharged into a passage downstream of the selective reduction NOx catalyst (hereinafter sometimes referred to as the slip amount of ammonia) was determined by the balance between the adsorption and desorption kinetics of That is, when the ammonia adsorption reaction rate is higher than the desorption reaction rate, the ammonia adsorption reaction appears to be dominant and the ammonia slip amount decreases, while the ammonia desorption reaction rate is higher than the adsorption reaction rate. When it is higher than the speed, the desorption reaction of ammonia apparently becomes dominant, and the slip amount of ammonia increases. For this reason, it is necessary to consider a parameter that affects at least one of the ammonia adsorption reaction rate and the ammonia desorption reaction rate for the slip amount of ammonia.

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、選択還元型NOx触媒を有するエンジンにおいて、排気通路における該選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量の推定精度を向上させることにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and its object is to provide an engine having a selective reduction NOx catalyst, in which a passage to a passage downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage is provided. An object of the present invention is to improve the accuracy of estimating ammonia emissions.

上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、該選択還元型NOx触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを有するエンジンの排気ガス状態推定方法を対象として、上記選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中の酸素濃度を取得する酸素濃度取得工程と、上記酸素濃度取得工程で取得した酸素濃度に基づいて、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定工程と、上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程と、上記選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中のアンモニア濃度を取得するアンモニア濃度取得工程と、を備え、上記スリップ量推定工程は、上記酸素濃度取得工程で取得した酸素濃度に加えて、上記アンモニア吸着量推定工程で推定された推定アンモニア吸着量、及び、上記アンモニア濃度取得工程で取得したアンモニア濃度に基づいて、上記スリップ量を推定する工程であり、上記スリップ量推定工程において、上記酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて、上記スリップ量を多く推定する、ようにした。 In order to achieve the above object, the present invention provides a selective reduction NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine and reduces NOx with a supplied reducing agent; A method for estimating the exhaust gas state of an engine having a reducing agent supply means capable of supplying ammonia or a precursor of ammonia, the oxygen concentration for obtaining the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst Based on the obtaining step and the oxygen concentration obtained in the oxygen concentration obtaining step, an ammonia slip amount, which is the amount of ammonia discharged into a passage downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage, is estimated. a slip amount estimation step; an ammonia adsorption amount estimation step of estimating the ammonia adsorption amount of the selective reduction NOx catalyst; and an ammonia concentration acquisition step of acquiring the ammonia concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst. , the slip amount estimating step includes, in addition to the oxygen concentration acquired in the oxygen concentration acquiring step, the estimated ammonia adsorption amount estimated in the ammonia adsorption amount estimating step, and the ammonia concentration acquired in the ammonia concentration acquiring step A step of estimating the slip amount based on the concentration of ammonia, and in the slip amount estimating step, when the oxygen concentration is low, the slip amount is estimated to be larger than when the oxygen concentration is high. did.

すなわち、選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中の酸素濃度は、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着反応速度に影響するパラメータであり、排気ガス中にHCやCOが多く存在して酸素濃度が低いと、上記吸着反応速度が低くなって、アンモニアのスリップ量が多くなる。このことから、上記酸素濃度を考慮することにより、アンモニアのスリップ量を精度良く推定することができるようになる。 That is, the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst is a parameter that affects the adsorption reaction rate of ammonia in the selective reduction NOx catalyst. If the concentration is low, the adsorption reaction rate will be low and the slip amount of ammonia will increase. Therefore, by considering the oxygen concentration, the slip amount of ammonia can be accurately estimated.

上記エンジンの排気ガス状態推定方法の一実施形態では、上記スリップ量推定工程において、上記酸素濃度の変化に対する上記スリップ量の変化が線形になるように該スリップ量を推定する。 In one embodiment of the engine exhaust gas state estimation method, in the slip amount estimation step, the slip amount is estimated so that the change in the slip amount becomes linear with respect to the change in the oxygen concentration.

特に、上記スリップ量推定工程において、最小酸素濃度から最大酸素濃度に至るまで、上記酸素濃度の変化に対する上記スリップ量の変化が線形になるように該スリップ量を推定する、ことが好ましい。 In particular, in the slip amount estimating step, it is preferable to estimate the slip amount so that the change in the slip amount is linear with respect to the change in the oxygen concentration from the minimum oxygen concentration to the maximum oxygen concentration.

このように酸素濃度の変化に対するスリップ量の変化が線形になるようにスリップ量を推定することにより、アンモニアのスリップ量を容易に推定することができるとともに、スリップ量をより一層精度良く推定することができる。 By estimating the slip amount so that the change in the slip amount becomes linear with respect to the change in the oxygen concentration, the slip amount of ammonia can be easily estimated, and the slip amount can be estimated more accurately. can be done.

上記エンジンの排気ガス状態推定方法の他の実施形態では、記選択還元型NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出工程と、を更に備え、記スリップ量推定工程は、更に上記触媒温度検出工程で検出された検出触媒温度に基づいて、上記スリップ量を推定する工程である。 Another embodiment of the engine exhaust gas state estimation method further comprises a catalyst temperature detection step of detecting the temperature of the selective reduction NOx catalyst, wherein the slip amount estimation step further includes the catalyst temperature detection. This is a step of estimating the slip amount based on the detected catalyst temperature detected in the step.

すなわち、選択還元型NOx触媒の温度は、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの脱離反応速度に影響するパラメータである。したがって、推定アンモニア吸着量と検出触媒温度と酸素濃度とに基づいてアンモニアのスリップ量を推定することで、アンモニアのスリップ量をより一層精度良く推定することができるようになる。 That is , the temperature of the NOx selective reduction catalyst is a parameter that affects the desorption reaction rate of ammonia in the NOx selective reduction catalyst. Therefore, by estimating the ammonia slip amount based on the estimated ammonia adsorption amount, the detected catalyst temperature, and the oxygen concentration, the ammonia slip amount can be estimated more accurately.

上記他の実施形態においては、上記スリップ量推定工程において、上記酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて、上記スリップ量を多く推定するとともに、同一の上記酸素濃度及び同一の上記検出触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が多いときには、該推定アンモニア吸着量が少ないときに比べて、上記スリップ量を多く推定する一方、同一の上記酸素濃度及び同一の上記推定アンモニア吸着量で比較したときに、上記検出触媒温度が高いときには、該検出触媒温度が低いときに比べて、上記スリップ量を多く推定する、ことが好ましい。 In the other embodiment, in the slip amount estimating step, when the oxygen concentration is low, the slip amount is estimated larger than when the oxygen concentration is high, and the same oxygen concentration and the same When the estimated ammonia adsorption amount is large when compared with the detected catalyst temperature, the slip amount is estimated to be larger than when the estimated ammonia adsorption amount is small, while the same oxygen concentration and the same estimated ammonia It is preferable that when the detected catalyst temperature is high, the slip amount is estimated to be larger than when the detected catalyst temperature is low, when the adsorption amount is compared.

このことにより、アンモニアのスリップ量をより一層精度良く推定することができるようになる。 This makes it possible to estimate the slip amount of ammonia with much higher accuracy.

このように上記スリップ量を推定する場合において、上記スリップ量推定工程は、上記推定アンモニア吸着量及び上記検出触媒温度に基づいて推定した仮のスリップ量に対して、上記酸素濃度に基づいて補正して、上記スリップ量を推定する工程である、ことが好ましい。 In estimating the slip amount in this manner, the slip amount estimating step corrects the provisional slip amount estimated based on the estimated ammonia adsorption amount and the detected catalyst temperature based on the oxygen concentration. and estimating the slip amount.

このことにより、推定アンモニア吸着量及び検出触媒温度に基づくスリップ量の検討と、酸素濃度に基づくスリップ量の検討とを別々に行って、開発工数を削減することができる。また、アンモニアのスリップ量の推定精度は確保することができる。 As a result, the study of the slip amount based on the estimated ammonia adsorption amount and the detected catalyst temperature and the study of the slip amount based on the oxygen concentration can be performed separately, thereby reducing the man-hours required for development. Also, the estimation accuracy of the ammonia slip amount can be ensured.

上記他の実施形態において、上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも上流側に配設され、排気ガス中のNOxを吸蔵しかつ吸蔵したNOxを還元可能な吸蔵還元型NOx触媒と、上記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元すべく、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にするNOx触媒再生制御手段と、を更に有し、上記NOx触媒再生制御手段により上記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元したときに、上記吸蔵還元型NOx触媒から排気ガス中に排出されたアンモニア量を推定する還元時アンモニア発生量推定工程を更に備え、上記アンモニア吸着量推定工程は、上記還元剤供給手段で供給されたアンモニアの量又はアンモニアの前駆体の量と、上記還元時アンモニア発生量推定工程で推定されたアンモニア量とに基づいて、上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定する工程である、ことが好ましい。 In the other embodiment, the engine is disposed upstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage, and is capable of absorbing NOx in the exhaust gas and reducing the absorbed NOx. a catalyst; and NOx catalyst regeneration control means for making the air-fuel ratio of the exhaust gas close to the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to reduce the NOx stored in the storage reduction type NOx catalyst. Ammonia generation during reduction for estimating the amount of ammonia discharged into the exhaust gas from the storage reduction type NOx catalyst when the NOx stored in the storage reduction type NOx catalyst is reduced by the NOx catalyst regeneration control means An amount estimating step is further provided, wherein the ammonia adsorption amount estimating step includes the amount of ammonia supplied by the reducing agent supply means or the amount of ammonia precursor and the amount of ammonia estimated in the ammonia generation amount estimating step during reduction. and estimating the ammonia adsorption amount of the selective reduction NOx catalyst.

すなわち、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にすることで、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元する反応には、NOxと排気ガス中のHCとの反応が含まれる。このため、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元する過程では、HCの水素とNOxの窒素とが反応してアンモニアが発生する。選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量の推定精度を高くするには、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元したことにより発生したアンモニア量も考慮することが好ましい。よって、上記のような構成とすることにより、アンモニア吸着量推定工程における、選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量の推定精度を向上させることができ、延いては、アンモニアのスリップ量の推定精度をより一層向上させることができる。 That is, by making the air-fuel ratio of the exhaust gas close to the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the reaction to reduce the NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst requires NOx and Includes reaction with HC. Therefore, in the process of reducing NOx stored in the storage-reduction type NOx catalyst, hydrogen in HC reacts with nitrogen in NOx to generate ammonia. In order to increase the accuracy of estimating the amount of ammonia adsorbed by the selective reduction NOx catalyst, it is preferable to consider the amount of ammonia generated by reducing the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst. Therefore, with the configuration as described above, it is possible to improve the accuracy of estimating the ammonia adsorption amount of the selective reduction NOx catalyst in the ammonia adsorption amount estimating step. It can be improved further.

本発明の別の側面では、上記エンジンの排気ガス状態推定方法を用いた、エンジンの触媒異常判定方法を対象として、上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側に設けられかつ排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサを更に有し、上記NOxセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定工程を備え、上記異常判定工程は、上記スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限する異常判定制限工程を含むものとする。 In another aspect of the present invention, the engine catalyst abnormality determination method using the engine exhaust gas state estimation method is targeted, and the engine is provided downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage. and a NOx sensor whose output value changes according to the amount of NOx and ammonia in the exhaust gas, and based on the output value of the NOx sensor, whether or not there is an abnormality in the selective reduction NOx catalyst The abnormality determination step includes an abnormality determination limiting step of limiting the abnormality determination when the ammonia slip amount estimated in the slip amount estimation step is equal to or greater than a predetermined slip amount. shall include

この構成によると、NOxセンサは、排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するため、排気ガス中のアンモニア量が多いときには、NOx量が少ない場合であっても、排気ガス中のNOx量が多いとみなしてしまう。このため、NOxセンサの出力値に基づいて、選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする場合、排気ガス中のNOx量が少ない場合であっても、選択還元型NOx触媒に異常があると誤判定をしてしまうおそれがある。そこで、スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限することによって、排気ガス中のNOx量が少ない場合において、選択還元型NOx触媒に異常があると誤判定してしまうのを抑制することができる。 According to this configuration, the output value of the NOx sensor changes according to the amount of NOx and the amount of ammonia in the exhaust gas. It is assumed that the amount of NOx inside is large. Therefore, when determining whether or not there is an abnormality in the selective reduction NOx catalyst based on the output value of the NOx sensor, even if the amount of NOx in the exhaust gas is small, the selective reduction NOx catalyst If there is an abnormality in the Therefore, when the slip amount of ammonia estimated in the slip amount estimating step is equal to or greater than the predetermined slip amount, the abnormality determination is limited so that the selective reduction NOx catalyst is abnormal when the amount of NOx in the exhaust gas is small. It is possible to suppress erroneous determination when there is

本発明の更に別の側面では、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、上記選択還元型NOx触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを有するエンジンの触媒異常判定装置を対象として、上記選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中の酸素濃度を取得する酸素濃度取得手段と、上記酸素濃度取得手段により取得した酸素濃度に基づいて、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定手段と、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側に設けられ、排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサと、上記NOxセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定手段と、上記スリップ量推定手段で推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定手段の上記異常判定を制限する異常判定制限手段と、上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定手段と、上記選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中のアンモニア濃度を取得するアンモニア濃度取得手段と、を備え、上記スリップ量推定手段は、上記酸素濃度取得手段で取得した酸素濃度に加えて、上記アンモニア吸着量推定手段により推定された推定アンモニア吸着量、及び、上記アンモニア濃度取得手段により取得したアンモニア濃度に基づいて、上記スリップ量を推定し、上記スリップ量推定手段は、上記酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて、上記スリップ量を多く推定するように構成されているものとする。 In still another aspect of the present invention, a selective reduction NOx catalyst provided in an exhaust passage of an engine for reducing NOx with a supplied reducing agent; oxygen concentration acquisition means for acquiring the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst; slip amount estimating means for estimating a slip amount of ammonia, which is an amount of ammonia discharged into a passage downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage, based on the oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquiring means; a NOx sensor provided downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage and having an output value that changes according to the amount of NOx and ammonia in the exhaust gas; an abnormality determination means for determining whether or not there is an abnormality in the selective reduction type NOx catalyst; an abnormality determination limiting means for limiting the abnormality determination of the means ; an ammonia adsorption amount estimation means for estimating an ammonia adsorption amount of the selective reduction NOx catalyst; and an ammonia concentration in exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst. the slip amount estimating means, in addition to the oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquiring means, the estimated ammonia adsorption amount estimated by the ammonia adsorption amount estimating means; and The slip amount is estimated based on the ammonia concentration acquired by the ammonia concentration acquiring means, and the slip amount estimating means increases the slip amount when the oxygen concentration is low compared to when the oxygen concentration is high. It shall be configured to estimate

この構成においても、NOxセンサは、排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するため、異常判定手段は、排気ガス中のNOx量が少ない場合であっても、選択還元型NOx触媒に異常があると誤判定をしてしまうおそれがある。そこで、スリップ量推定手段において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限することによって、排気ガス中のNOx量が少ない場合において、選択還元型NOx触媒に異常があると誤判定してしまうのを抑制することができる。また、スリップ量推定手段においてはアンモニアのスリップ量を精度良く推定することができる。 Also in this configuration, since the output value of the NOx sensor changes according to the amount of NOx and the amount of ammonia in the exhaust gas, the abnormality determination means is a selective reduction type sensor even when the amount of NOx in the exhaust gas is small. There is a possibility that an erroneous determination may be made if there is an abnormality in the NOx catalyst. Therefore, when the slip amount of ammonia estimated by the slip amount estimating means is equal to or greater than the predetermined slip amount, the abnormality determination is restricted so that when the amount of NOx in the exhaust gas is small, the selective reduction NOx catalyst is abnormal. It is possible to suppress erroneous determination when there is Further, the slip amount estimating means can accurately estimate the slip amount of ammonia.

以上説明したように、本発明によると、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着反応速度に影響するパラメータである、選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中の酸素濃度に基づいて、アンモニアのスリップ量を推定するようにしたことにより、アンモニアのスリップ量を精度良く推定することができるようになる。 As described above, according to the present invention, the amount of ammonia is determined based on the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst, which is a parameter that affects the adsorption reaction rate of ammonia in the selective reduction NOx catalyst. By estimating the slip amount, it becomes possible to accurately estimate the slip amount of ammonia.

本発明の実施形態に係るエンジンの触媒異常判定装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine system to which an engine catalyst abnormality determination device according to an embodiment of the present invention is applied; FIG. エンジンシステムの制御系を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a control system of the engine system; FIG. パッシブDeNOx制御及びアクティブDeNOx制御の制御マップを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing control maps for passive DeNOx control and active DeNOx control; 排気ガスを浄化する触媒を選択する際のフローチャートである。4 is a flow chart when selecting a catalyst for purifying exhaust gas. DeNOx制御を実行する際のフローチャートの一部である。It is a part of the flowchart when performing DeNOx control. DeNOx制御を実行する際のフローチャートの残部である。It is the remainder of the flowchart when executing the DeNOx control. NOxセンサのNOx検出原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the NOx detection principle of a NOx sensor. SCR触媒からのアンモニアのスリップ量を推定する処理動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a processing operation for estimating a slip amount of ammonia from an SCR catalyst; SCR触媒のアンモニア吸着量とSCR触媒の温度とに基づくアンモニアのスリップ量を示すマップである。4 is a map showing the slip amount of ammonia based on the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst and the temperature of the SCR catalyst; 図9に示すマップにおいてSCR触媒のアンモニア吸着量に対するアンモニアのスリップ量を示すマップである。FIG. 10 is a map showing the ammonia slip amount with respect to the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst in the map shown in FIG. 9; FIG. 図10に示すマップにおいてアンモニアのスリップ量が少ない領域を拡大したマップである。FIG. 11 is an enlarged map of a region where the slip amount of ammonia is small in the map shown in FIG. 10. FIG. SCR触媒に導入される排気ガス中のアンモニア濃度とそれに基づく補正係数との関係を示すマップである。4 is a map showing the relationship between the concentration of ammonia in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst and the correction coefficient based thereon; SCR触媒の異常判定の処理動作を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a processing operation for determining abnormality of an SCR catalyst; SCR触媒の異常判定における各パラメータの時間変化を模式的に示すタイムチャートである。4 is a time chart schematically showing changes over time of each parameter in abnormality determination of the SCR catalyst; SCR触媒に導入される排気ガス中の酸素濃度とそれに基づく補正係数との関係を示すマップである。4 is a map showing the relationship between the concentration of oxygen in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst and the correction coefficient based thereon;

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの異常判定装置が適用されたエンジンシステム200を示す。エンジンシステム200は、ディーゼルエンジンとしてのエンジンEと、エンジンEに吸気を供給する吸気系INと、エンジンEに燃料を供給するための燃料供給系FSと、エンジンEの排気ガスを排出するEXと、エンジンシステム200に関する各種の状態を検出するセンサ100~119とを有する。また、エンジンシステム200には、該エンジンシステム200の制御を行うPCM(Power-train Control Module)60(図2参照)と、後述する尿素インジェクタ51の制御を行うDCU(Dosing Control Unit)70とが設けられている。このエンジンシステム200は車両に設けられるエンジンシステムであり、エンジンEは該車両の駆動源として用いられる。 FIG. 1 shows an engine system 200 to which an engine abnormality determination device according to an embodiment of the present invention is applied. The engine system 200 includes an engine E as a diesel engine, an intake system IN that supplies intake air to the engine E, a fuel supply system FS that supplies fuel to the engine E, and an EX that discharges exhaust gas from the engine E. , and sensors 100 - 119 that detect various conditions relating to the engine system 200 . The engine system 200 includes a PCM (Power-train Control Module) 60 (see FIG. 2) for controlling the engine system 200, and a DCU (Dosing Control Unit) 70 for controlling the urea injector 51, which will be described later. is provided. This engine system 200 is an engine system provided in a vehicle, and an engine E is used as a driving source of the vehicle.

吸気系INは、吸気が通過する吸気通路1を有する。この吸気通路1には、上流側から順に、エアクリーナ3と、第1ターボ過給機5のコンプレッサと、第2ターボ過給機6のコンプレッサと、インタークーラ8と、スロットルバルブ7と、サージタンク12とが設けられている。また、吸気通路1には、第2ターボ過給機6のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路1aと、吸気バイパス通路1aを開閉する吸気バイパスバルブ6aとが設けられている。 The intake system IN has an intake passage 1 through which intake air passes. In this intake passage 1, in order from the upstream side, there are an air cleaner 3, a compressor of the first turbocharger 5, a compressor of the second turbocharger 6, an intercooler 8, a throttle valve 7, and a surge tank. 12 are provided. The intake passage 1 is also provided with an intake bypass passage 1a that bypasses the compressor of the second turbocharger 6, and an intake bypass valve 6a that opens and closes the intake bypass passage 1a.

吸気通路1におけるエアクリーナ3の直下流側の通路には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ101及び吸気温度を検出する第1吸気温度センサ102が設けられている。吸気通路1における第1ターボ過給機5と第2ターボ過給機6との間の通路には、吸気の圧力を検出する第1吸気圧センサ103が設けられている。吸気通路1におけるインタークーラ8の直下流側の通路には、インタークーラ8を通過した吸気の温度を検出する第2吸気温度センサ106が設けられている。スロットルバルブ7には、該スロットルバルブ7の開度を検出するポジションセンサ105が設けられている。サージタンク12には、吸気マニホールドにおける吸気の圧力を検出する第2吸気圧センサ108が設けられている。 An air flow sensor 101 that detects the amount of intake air and a first intake temperature sensor 102 that detects the temperature of the intake air are provided in the intake passage 1 immediately downstream of the air cleaner 3 . A passage between the first turbocharger 5 and the second turbocharger 6 in the intake passage 1 is provided with a first intake pressure sensor 103 that detects the pressure of intake air. A second intake air temperature sensor 106 that detects the temperature of the intake air that has passed through the intercooler 8 is provided in the intake passage 1 immediately downstream of the intercooler 8 . The throttle valve 7 is provided with a position sensor 105 for detecting the opening degree of the throttle valve 7 . The surge tank 12 is provided with a second intake pressure sensor 108 that detects the pressure of intake air in the intake manifold.

エンジンEは、吸気通路1の吸気マニホールドから供給された吸気を燃焼室17内に導入するための吸気バルブ15と、燃焼室17に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁20と、通電により発熱する発熱部を燃焼室17内に備えたブロープラグ21と、燃焼室17内での混合気の燃焼により往復運動するピストン23と、燃焼室17内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路41に排出するための排気バルブ27とを有する。ピストン23は、コンロッド24を介してクランクシャフト25と連結されている。クランクシャフト25は、ピストン23の往復運動により回転される。 The engine E includes an intake valve 15 for introducing intake air supplied from an intake manifold of the intake passage 1 into a combustion chamber 17, a fuel injection valve 20 for injecting fuel toward the combustion chamber 17, and heat generated by energization. A blow plug 21 having a heat generating portion in the combustion chamber 17, a piston 23 reciprocating due to combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 17, and exhaust gas generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 17. and an exhaust valve 27 for discharging to passage 41 . Piston 23 is connected to crankshaft 25 via connecting rod 24 . The crankshaft 25 is rotated by the reciprocating motion of the piston 23 .

エンジンEには、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ100が設けられている。PCM60(図2参照)は、クランク角センサ100からの検出信号に基づいて、エンジン回転数を取得する。 The engine E is provided with a crank angle sensor 100 that detects the rotation angle of the crankshaft. PCM 60 (see FIG. 2) acquires the engine speed based on the detection signal from crank angle sensor 100 .

燃料系FSは、燃料を貯蔵する燃料タンク30と、燃料タンク30から燃料噴射弁20に燃料を供給するための燃料供給通路38とを有する。燃料供給通路38には、上流側から順に、低圧燃料ポンプ31と、高圧燃料ポンプ33と、コモンレール35とが設けられている。 The fuel system FS has a fuel tank 30 for storing fuel and a fuel supply passage 38 for supplying fuel from the fuel tank 30 to the fuel injection valves 20 . The fuel supply passage 38 is provided with a low-pressure fuel pump 31, a high-pressure fuel pump 33, and a common rail 35 in this order from the upstream side.

排気系EXは、排気ガスが通路する排気通路41を有する。排気ガス通路41には、上流側から順に、第2ターボ過給機6のタービンと、第1ターボ過給機5のタービンと、吸蔵還元型NOx触媒45と、DPF(Diesel paticulate Filter)46と、DPF46の下流側の排気通路41中に尿素を噴射する尿素インジェクタ51と、尿素インジェクタ51から噴射された尿素を用いてNOxを浄化するSCR(Selective Catalytic Reduction)触媒47と、SCR触媒47から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化するスリップ触媒48と、が設けられている。また、排気通路41には、第2ターボ過給機6のタービンをバイパスする排気バイパス通路41aと、この排気バイパス通路41aを開閉する排気バイパスバルブ6bとが設けられている。さらに、排気通路41には、第1ターボ過給機5のタービンをバイパスするウェイストゲート通路41bと、このウェイストゲート通路41bを開閉するウェイストゲートバルブ5aとが設けられている。 The exhaust system EX has an exhaust passage 41 through which exhaust gas passes. The exhaust gas passage 41 includes, from the upstream side, the turbine of the second turbocharger 6, the turbine of the first turbocharger 5, the NOx storage reduction catalyst 45, and the DPF (Diesel particulate filter) 46. , a urea injector 51 for injecting urea into the exhaust passage 41 on the downstream side of the DPF 46; a selective catalytic reduction (SCR) catalyst 47 for purifying NOx using the urea injected from the urea injector 51; and a slip catalyst 48 that oxidizes and purifies the unreacted ammonia. Further, the exhaust passage 41 is provided with an exhaust bypass passage 41a that bypasses the turbine of the second turbocharger 6, and an exhaust bypass valve 6b that opens and closes the exhaust bypass passage 41a. Further, the exhaust passage 41 is provided with a waste gate passage 41b that bypasses the turbine of the first turbocharger 5, and a waste gate valve 5a that opens and closes the waste gate passage 41b.

吸蔵還元型NOx触媒45は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態(空気過剰率λがλ>1)において排気ガス中のNOxを吸蔵し、吸蔵したNOxを、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態(λ≒1)あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態(λ<1)において還元する、NOx吸蔵還元型触媒(NSC:NOx Storage Catalyst)である。また、吸蔵還元型NOx触媒45は、NSCとしての機能だけでなく、排気ガス中の酸素を用いて炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)などを酸化して水と二酸化炭素に変化させるディーゼル触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)としての機能も有するように構成されている。詳しくは、吸蔵還元型NOx触媒45は、DOCの触媒層の表面に、NSCの触媒材がコーティングされることで形成されている。 The storage-reduction type NOx catalyst 45 stores NOx in the exhaust gas in a lean state (excess air ratio λ>1) where the air-fuel ratio of the exhaust gas is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and converts the stored NOx into the exhaust gas. NOx storage reduction type catalyst (NSC: NOx Storage Catalyst) that reduces in a state where the air-fuel ratio is close to the theoretical air-fuel ratio (λ≈1) or in a rich state (λ<1) smaller than the theoretical air-fuel ratio. In addition, the storage reduction type NOx catalyst 45 not only functions as an NSC, but also uses oxygen in the exhaust gas to oxidize hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), etc. to water and carbon dioxide. It is configured to also function as a diesel catalyst (DOC: Diesel Oxidation Catalyst). Specifically, the storage-reduction NOx catalyst 45 is formed by coating the surface of the DOC catalyst layer with the NSC catalyst material.

DPF46は、排気中の粒子状物質(PM:Paticulate Matter)を捕集するフィルタである。DPF46に捕集されたPMは、高温に晒されかつ酸素の供給を受けることで燃焼し、DPF46から除去されるようになっている。 The DPF 46 is a filter that collects particulate matter (PM) in the exhaust. The PM trapped in the DPF 46 is combusted by exposure to high temperatures and supplied with oxygen, and removed from the DPF 46 .

SCR触媒47は、尿素インジェクタ51から噴射された尿素から生成されたアンモニアを吸着し、この吸着したアンモニアを排気ガス中のNOxと反応(還元)させて浄化する。このことから、SCR触媒47は、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒に相当し、尿素インジェクタ51は、還元剤としての、アンモニアの前駆体である尿素を供給可能な還元剤供給手段に相当する。SCR触媒47は、アンモニアによってNOxを還元する触媒金属を、アンモニアをトラップする(アンモニアが吸着される)ゼオライトに担持させて構成されている。 The SCR catalyst 47 adsorbs ammonia produced from urea injected from the urea injector 51 and reacts (reduces) the adsorbed ammonia with NOx in the exhaust gas to purify it. Therefore, the SCR catalyst 47 corresponds to a selective reduction type NOx catalyst that reduces NOx with the supplied reducing agent, and the urea injector 51 is a reducing agent capable of supplying urea, which is a precursor of ammonia, as a reducing agent. corresponds to the agent supply means. The SCR catalyst 47 is configured by supporting a catalyst metal that reduces NOx with ammonia on zeolite that traps ammonia (ammonia is adsorbed).

吸蔵還元型NOx触媒45とSCR触媒47とは、いずれもNOxを浄化可能な触媒であるが、NOxの浄化率(NOx吸蔵率)が高くなる温度が互いに異なっている。詳しくは、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx浄化率は、吸蔵還元型NOx触媒45の温度が比較的低温のときに高くなる一方、SCR触媒47のNOx浄化率は、SCR触媒47の温度(以下、SCR触媒温度という)が比較的高温のときに高くなる。 Both the storage reduction type NOx catalyst 45 and the SCR catalyst 47 are catalysts capable of purifying NOx, but the temperatures at which the NOx purification rate (NOx storage rate) increases are different from each other. Specifically, the NOx purification rate of the storage reduction type NOx catalyst 45 increases when the temperature of the storage reduction type NOx catalyst 45 is relatively low, while the NOx purification rate of the SCR catalyst 47 increases when the temperature of the SCR catalyst 47 (hereinafter referred to as , SCR catalyst temperature) is relatively high.

排気通路41における第2ターボ過給機6よりも上流側の通路には、排気ガスの圧力を検出する排気圧センサ109及び排気ガスの温度を検出する第1排気温度センサ110が設けられている。排気通路41における第1ターボ過給機5の直下流側の通路には、排気ガス中の酸素濃度を検出する第1O2センサ111が設けられている。排気通路41における吸蔵還元型NOx触媒45の周辺には、吸蔵還元型NOx触媒45の直上流側の通路における排気ガスの温度を検出する第2排気温度センサ112と、吸蔵還元型NOx触媒45とDOC46との間の通路における排気ガスの温度を検出する第3排気温度センサ113と、DPF46の直上流側の通路とDPF46の直下流側の通路との圧力差を検出する差圧センサ114と、SCR触媒47に導入される排気ガス中の酸素濃度を検出する第2O2センサ115と、DPF46の直下流側の通路でかつ尿素インジェクタ51よりも上流側の位置におけるNOxの濃度を検出する第1NOxセンサ116と、が設けられている。また、排気通路41におけるSCR触媒47の周辺には、SCR触媒温度を検出する触媒温度センサ117と、SCR触媒47の直下流側の通路におけるNOxの濃度を検出する第2NOxセンサ118と、が設けられている。さらに、排気通路41には、スリップ触媒48の直上流側の通路における排気ガス中のPMを検出するPMセンサ119が設けられている。詳しくは後述するが、少なくとも第2NOxセンサ118は、排気ガス中のNOx量だけでなく、アンモニア量に応じても出力値が変化するNOxセンサである。 An exhaust pressure sensor 109 that detects the pressure of the exhaust gas and a first exhaust temperature sensor 110 that detects the temperature of the exhaust gas are provided in a passage upstream of the second turbocharger 6 in the exhaust passage 41. . A first O2 sensor 111 that detects the concentration of oxygen in the exhaust gas is provided in the exhaust passage 41 immediately downstream of the first turbocharger 5 . Around the NOx storage reduction catalyst 45 in the exhaust passage 41 , a second exhaust temperature sensor 112 for detecting the temperature of the exhaust gas in the passage immediately upstream of the NOx storage reduction catalyst 45 , and the NOx storage reduction catalyst 45 . A third exhaust temperature sensor 113 that detects the temperature of the exhaust gas in the passage between the DOC 46, a differential pressure sensor 114 that detects the pressure difference between the passage immediately upstream of the DPF 46 and the passage immediately downstream of the DPF 46, A second O2 sensor 115 that detects the concentration of oxygen in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47, and a first NOx sensor that detects the concentration of NOx in a passage immediately downstream of the DPF 46 and upstream of the urea injector 51. 116 and are provided. A catalyst temperature sensor 117 that detects the temperature of the SCR catalyst and a second NOx sensor 118 that detects the concentration of NOx in the passage immediately downstream of the SCR catalyst 47 are provided around the SCR catalyst 47 in the exhaust passage 41. It is Furthermore, the exhaust passage 41 is provided with a PM sensor 119 that detects PM in the exhaust gas in the passage immediately upstream of the slip catalyst 48 . Although details will be described later, at least the second NOx sensor 118 is a NOx sensor whose output value changes depending not only on the amount of NOx in the exhaust gas but also on the amount of ammonia.

本実施形態におけるエンジンシステム200は、排気ガスの一部を吸気に還流させるEGR装置43を更に有する。EGR装置43は、排気通路41における排気バイパス通路41aの上流端よりも上流側の通路と、吸気通路1におけるスロットルバルブ7とサージタンク12との間の通路とを接続するEGR通路43aと、EGR通路43aを通過する排気ガスを冷却するためのEGRクーラ43bと、EGR通路43aを開閉する第1EGRバルブ43cとを有する。また、EGR装置43は、EGRクーラ43bをバイパスするEGRクーラバイパス通路43dと、EGRクーラバイパス通路を開閉する第2EGRバルブ43eとを有する。 The engine system 200 in this embodiment further has an EGR device 43 that recirculates part of the exhaust gas to the intake. The EGR device 43 includes an EGR passage 43a connecting a passage upstream of an upstream end of the exhaust bypass passage 41a in the exhaust passage 41 and a passage between the throttle valve 7 and the surge tank 12 in the intake passage 1; It has an EGR cooler 43b for cooling the exhaust gas passing through the passage 43a and a first EGR valve 43c for opening and closing the EGR passage 43a. The EGR device 43 also has an EGR cooler bypass passage 43d that bypasses the EGR cooler 43b, and a second EGR valve 43e that opens and closes the EGR cooler bypass passage.

本実施形態のエンジンシステム200は、主として、車両に搭載されたPCM60によって制御される。PCM60は、CPU、ROM、RAM、I/Oバス等で構成されるマイクロプロセッサである。CPUは、コンピュータプログラム(OS等の基本制御プログラム、及び、OS上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)を実行する中央演算処理装置である。ROMは、種々のコンピュータプログラムやデータ、後述のマップが格納されたメモリである。RAMは、CPUが一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられるメモリである。I/Oバスは、PCM60に対して電気信号の入出力をする入出力バスである。 The engine system 200 of this embodiment is mainly controlled by the PCM 60 mounted on the vehicle. The PCM 60 is a microprocessor comprising a CPU, ROM, RAM, I/O bus, and the like. The CPU is a central processing unit that executes computer programs (including basic control programs such as an OS, and application programs that are started on the OS and implement specific functions). The ROM is a memory that stores various computer programs, data, and maps to be described later. The RAM is a memory provided with a processing area used when the CPU performs a series of processes. The I/O bus is an input/output bus for inputting/outputting electrical signals to/from the PCM 60 .

PCM60には、各種センサ100~119の検出信号が入力される。また、PCM60には、上記車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ150、及び、上記車両の車速を検出する車速センサ151のそれぞれが出力した検出信号が入力される。PCM60は、入力された信号に基づいて、主に、スロットルバルブ7、燃料噴射弁20、グロープラグ21、第1EGRバルブ43c及び第2EGRバルブ43eの作動を制御する。また、PCM60は、DCU70に出力信号を送ることで、DCU70を介して尿素インジェクタ51の作動を制御する。DCU70も、PCM60と同様の構成である。PCM60は、DCU70を介さず直接に尿素インジェクタ51の作動を制御してもよい。 Detection signals from various sensors 100 to 119 are input to the PCM 60 . Also, to the PCM 60, an accelerator opening sensor 150 for detecting the accelerator opening corresponding to the operation amount of the accelerator pedal (not shown) of the vehicle and a vehicle speed sensor 151 for detecting the vehicle speed of the vehicle are output. A detection signal is input. The PCM 60 mainly controls the operations of the throttle valve 7, the fuel injection valve 20, the glow plug 21, the first EGR valve 43c and the second EGR valve 43e based on the input signal. The PCM 60 also controls the operation of the urea injector 51 via the DCU 70 by sending an output signal to the DCU 70 . The DCU 70 also has the same configuration as the PCM 60 . PCM 60 may directly control the operation of urea injector 51 without going through DCU 70 .

尚、詳しくは後述するが、PCM60は、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定部61と、排気通路41のSCR触媒47よりも下流側の通路における排気ガス中のアンモニア量を推定するスリップ量推定部62と、第2NOxセンサ118の出力値に基づく異常判定条件により、エンジンシステム200に異常があるか否かの異常判定をする異常判定部63と、該異常判定部63による異常判定を制限する異常判定制限部64と、SCR触媒47に導入される排気ガス中の酸素濃度を取得する酸素濃度取得部65(酸素濃度取得手段)と、を備えている。本実施形態では、酸素濃度取得部65は、第2O2センサ115の検出により上記酸素濃度を取得する。尚、酸素濃度取得部65は、上記酸素濃度を推定して取得するようにしてもよい。この場合、酸素濃度取得部65は、例えば第1O2センサ111の検出結果から上記酸素濃度を推定する。 Although details will be described later, the PCM 60 includes an ammonia adsorption amount estimator 61 that estimates the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47, and an ammonia amount in the exhaust gas in the passage downstream of the SCR catalyst 47 in the exhaust passage 41. An abnormality determination unit 63 that determines whether or not there is an abnormality in the engine system 200 based on an abnormality determination condition based on the estimated slip amount estimation unit 62 and the output value of the second NOx sensor 118, and the abnormality determination unit 63 An abnormality determination limiting unit 64 that limits abnormality determination, and an oxygen concentration acquisition unit 65 (oxygen concentration acquisition means) that acquires the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47 are provided. In this embodiment, the oxygen concentration acquisition unit 65 acquires the oxygen concentration by detection by the second O2 sensor 115 . The oxygen concentration acquisition unit 65 may estimate and acquire the oxygen concentration. In this case, the oxygen concentration acquisition unit 65 estimates the oxygen concentration from the detection result of the first O2 sensor 111, for example.

〈通常の燃料噴射制御〉
PCM60は、後述するDeNOx制御を実施しない通常の燃料噴射制御では、燃焼室17内の混合気の空燃比が、理論空燃比よりもリーンな状態(λ>1)になるように、燃料噴射弁20を制御する。また、PCM60は、通常の燃料噴射制御では、DeNOx制御において実施されるポスト噴射は停止させてメイン噴射のみを実行させる。
<Normal fuel injection control>
The PCM 60 controls the fuel injection valve so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (λ>1) in normal fuel injection control that does not perform DeNOx control, which will be described later. 20. Further, in normal fuel injection control, the PCM 60 stops the post-injection performed in the DeNOx control and executes only the main injection.

PCM60は、通常の燃料噴射制御では、車両の運転状態に応じてメイン噴射における燃料の噴射量を設定する。具体的には、まず、PCM60は、各種センサ100~119,150,151からの入力信号を取得する。次に、PCM60は、取得された上記アクセルペダルの操作等を含む車両の運転状態に基づいて、目標加速度を設定する。次いで、PCM60は、決定された目標加速度を実現するためのエンジンEの目標トルクを決定する。そして、PCM60は、決定された目標トルクをエンジンEから出力させるべく、当該目標トルク及びエンジン回転数に基づいて、燃料噴射弁20から噴射させるべき噴射量を算出する。 In normal fuel injection control, the PCM 60 sets the injection amount of fuel in the main injection according to the operating state of the vehicle. Specifically, first, the PCM 60 acquires input signals from various sensors 100 to 119, 150, and 151. FIG. Next, the PCM 60 sets a target acceleration based on the acquired operating conditions of the vehicle including the operation of the accelerator pedal. The PCM 60 then determines the target torque of the engine E for achieving the determined target acceleration. Then, the PCM 60 calculates the injection amount to be injected from the fuel injection valve 20 based on the target torque and the engine speed so that the determined target torque is output from the engine E.

また、PCM60は、通常の燃料噴射制御では、車両の運転状態に応じてメイン噴射の噴射タイミングを設定する。 Also, in normal fuel injection control, the PCM 60 sets the injection timing of the main injection in accordance with the operating state of the vehicle.

その後、PCM60は、設定された噴射量及び噴射タイミングとなるように、燃料噴射弁20を制御する。 After that, the PCM 60 controls the fuel injection valve 20 to achieve the set injection amount and injection timing.

〈DeNOx制御〉
次に、吸蔵還元型NOx触媒45に吸蔵されたNOx(以下、吸蔵NOxということがある)を吸蔵還元型NOx触媒45から離脱させるDeNOx制御について説明する。
<DeNOx control>
Next, the DeNOx control for releasing the NOx stored in the storage reduction NOx catalyst 45 (hereinafter sometimes referred to as stored NOx) from the storage reduction NOx catalyst 45 will be described.

本実施形態では、PCM60は、NOx吸蔵量が第1所定吸蔵量以上であるときには(例えば、NOx吸蔵量が吸蔵限界付近にあるときには)、吸蔵還元型NOx触媒45に吸蔵されたNOxをほぼ0にまで低下させるために、DeNOx制御を実行する。また、本実施形態では、PCM60は、NOx吸蔵量が第1所定吸蔵量未満であっても、NOx吸蔵量が第1所定吸蔵量よりも少ない第2所定吸蔵量以上でありかつ車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときには、DeNOx制御を実行することがある。以下の説明では、NOx吸蔵量が第1所定吸蔵量以上であるときに実行するDeNOx制御をアクティブDeNOx制御といい、NOx吸蔵量が第2所定吸蔵量以上でありかつ車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに実行するDeNOx制御をパッシブDeNOx制御という。これらを区別しないときには、単に、DeNOx制御という。 In this embodiment, when the NOx storage amount is equal to or greater than the first predetermined storage amount (for example, when the NOx storage amount is near the storage limit), the PCM 60 reduces the NOx stored in the storage reduction NOx catalyst 45 to substantially zero. DeNOx control is executed in order to reduce the Further, in the present embodiment, the PCM 60 ensures that even if the NOx storage amount is less than the first predetermined storage amount, the NOx storage amount is equal to or larger than the second predetermined storage amount, which is less than the first predetermined storage amount, and the vehicle is accelerated. DeNOx control may be executed when the air-fuel ratio of the exhaust gas changes to the rich side. In the following description, DeNOx control executed when the NOx storage amount is equal to or greater than the first predetermined storage amount is referred to as active DeNOx control. DeNOx control executed when the air-fuel ratio changes to the rich side is called passive DeNOx control. When these are not distinguished, they are simply referred to as DeNOx control.

上述したように、吸蔵還元型NOx触媒45は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態(λ≒1)あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態(λ<1)において、吸蔵NOxが還元される。このため、DeNOx制御では、吸蔵NOxを還元するためには、排気ガスの空燃比を通常運転時よりも低下させる必要がある。そこで、本実施形態では、メイン噴射に加えてポスト噴射を実行することで、排気ガスの空燃比を低下させて吸蔵NOxを還元させる。尚、DeNOx制御時の空気過剰率λは、例えば、λ=0.94~1.06程度である。 As described above, the NOx storage reduction catalyst 45 stores NOx in a state where the air-fuel ratio of the exhaust gas is close to the stoichiometric air-fuel ratio (λ≈1) or in a rich state (λ<1) smaller than the stoichiometric air-fuel ratio. is returned. Therefore, in the DeNOx control, it is necessary to lower the air-fuel ratio of the exhaust gas than during normal operation in order to reduce the stored NOx. Therefore, in the present embodiment, the post injection is executed in addition to the main injection to lower the air-fuel ratio of the exhaust gas and reduce the stored NOx. The excess air ratio λ during DeNOx control is, for example, λ=0.94 to 1.06.

ポスト噴射における燃料の噴射量(以下、単にポスト噴射量という)は、エンジンEの運転状態に基づいて設定される。具体的には、まず、PCM60は、少なくとも、エアフローセンサ101によって検出された吸入空気量、第1O2センサ111によって検出された排気ガス中の酸素濃度、上記の燃料噴射制御において算出されたメイン噴射でお噴射量を取得する。さらに、PCM60は、所定のモデルなどにより求められた、EGR装置43によって吸気系INに還流される排気ガス量(EGR量)も取得する。 The injection amount of fuel in the post injection (hereinafter simply referred to as post injection amount) is set based on the operating state of the engine E. As shown in FIG. Specifically, first, the PCM 60 detects at least the amount of intake air detected by the air flow sensor 101, the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the first O2 sensor 111, and the main injection calculated in the above fuel injection control. Get your injection amount. Furthermore, the PCM 60 also acquires the amount of exhaust gas (EGR amount) recirculated to the intake system IN by the EGR device 43, which is obtained by a predetermined model or the like.

次に、PCM60は、取得された新気量及びEGRガス量に基づき、エンジンEに導入される空気量を算出する。そして、PCM60は、算出された空気量から、エンジンEに導入される空気の酸素濃度を算出する。 Next, the PCM 60 calculates the amount of air to be introduced into the engine E based on the obtained fresh air amount and EGR gas amount. Then, the PCM 60 calculates the oxygen concentration of the air introduced into the engine E from the calculated air amount.

次いで、PCM60は、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比以下の目標空燃比(以下、目標DeNOx空燃比という)にするのに必要なポスト噴射量を算出する。すなわち、PCM60は、排気ガスの空燃比を目標DeNOx空燃比にするためにメイン噴射の噴射量に加えてどれだけの量の燃料をポスト噴射で噴射すればよいかを決定する。このとき、PCM60は、第1O2センサ111によって検出された酸素濃度と、エンジンEに導入される空気の酸素濃度との差を考慮して、ポスト噴射量を算出する。 Next, the PCM 60 calculates the post-injection amount required to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas to a target air-fuel ratio (hereinafter referred to as a target DeNOx air-fuel ratio) near or below the theoretical air-fuel ratio. That is, the PCM 60 determines how much fuel should be injected in the post injection in addition to the injection amount of the main injection in order to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas to the target DeNOx air-fuel ratio. At this time, the PCM 60 calculates the post-injection amount in consideration of the difference between the oxygen concentration detected by the first O2 sensor 111 and the oxygen concentration of the air introduced into the engine E.

本実施形態では、パッシブDeNOx制御は、車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに実行されるため、排気ガスの空燃比を目標DeNOx空燃比にするために必要な燃料の噴射量は、パッシブDeNOx制御の方がアクティブDeNOx制御に比べて少なくなる。このため、パッシブDeNOx制御を出来る限り高頻度で行って、アクティブDeNOx制御の頻度を少なくすれば、DeNOx制御による燃費の悪化を抑制することができる。 In the present embodiment, the passive DeNOx control is executed when the air-fuel ratio of the exhaust gas changes to the rich side due to acceleration of the vehicle. The injection amount is smaller in passive DeNOx control than in active DeNOx control. Therefore, if the passive DeNOx control is performed as frequently as possible and the active DeNOx control is performed less frequently, it is possible to suppress deterioration in fuel consumption due to the DeNOx control.

ポスト噴射における燃料の噴射タイミングについては、本実施形態では、DeNOx制御の形態によって噴射タイミングが変更される。具体的には、PCM60は、アクティブDeNOx制御を実行するときには、ポスト噴射された燃料が燃焼室17内において燃焼されるタイミングに設定する。一方で、パッシブDeNOx制御を実行するときには、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されずに未燃燃料として排気通路41に排出されるタイミングに設定する。 As for the fuel injection timing in the post-injection, in the present embodiment, the injection timing is changed depending on the form of DeNOx control. Specifically, the PCM 60 sets the timing at which the post-injected fuel is combusted in the combustion chamber 17 when executing the active DeNOx control. On the other hand, when executing the passive DeNOx control, the timing is set such that the post-injected fuel is not burned in the cylinder and is discharged to the exhaust passage 41 as unburned fuel.

ここで、アクティブDeNOx制御及びパッシブDeNOx制御のそれぞれを実行する運転条件について図3を参照して説明する。図3は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジン負荷を示している。また、図3において、曲線L1は、エンジンEの最大トルク線を示している。 Here, operating conditions for executing active DeNOx control and passive DeNOx control will be described with reference to FIG. 3 . In FIG. 3, the horizontal axis indicates the engine speed, and the vertical axis indicates the engine load. Further, in FIG. 3, a curve L1 indicates the maximum torque line of the engine E. As shown in FIG.

本実施形態では、PCM60は、エンジン負荷が第1所定負荷Lo1以上かつ第2所定負荷Lo2(>第1所定負荷Lo1)未満である中負荷域であるとともに、エンジン回転数が第1所定回転数N1以上かつ第2所定回転数N2(>第1所定回転数N1)未満である中回転域であるとき、すなわち、図3に示す第1運転領域R1において、アクティブDeNOx制御を実行する。これは、空気と燃料が適切に混合された状態で着火が生じるようにして、スモーク及びHCの発生を抑制するためである。このために、例えば、アクティブDeNOx制御時には適量のEGRガスを導入することで、ポスト噴射された燃料の着火を効果的に遅延させるようにしてもよい。 In this embodiment, the PCM 60 is in a medium load range in which the engine load is greater than or equal to the first predetermined load Lo1 and less than the second predetermined load Lo2 (>the first predetermined load Lo1), and the engine speed is the first predetermined speed. Active DeNOx control is executed in the middle speed range of N1 or more and less than the second predetermined speed N2 (>first predetermined speed N1), that is, in the first operating region R1 shown in FIG. This is to suppress the generation of smoke and HC by allowing ignition to occur in a state in which air and fuel are appropriately mixed. For this reason, for example, the ignition of post-injected fuel may be effectively delayed by introducing an appropriate amount of EGR gas during active DeNOx control.

尚、アクティブDeNOx制御時にHCの発生を抑制する理由は、上記のようにEGRガスを導入する場合に、HCもEGRガスとして吸気系INに還流されて、このHCがバインダとなって煤と結合してEGRガスの通路が閉塞してしまうのを防止するためである。加えて、吸蔵還元型NOx触媒45の温度が低く、HCの浄化性能が確保されないような領域においてアクティブDeNOx制御を実行したときに、HCが浄化されずに排出されてしまうのを防止するためである。 The reason for suppressing the generation of HC during active DeNOx control is that when EGR gas is introduced as described above, HC is also recirculated to the intake system IN as EGR gas, and this HC becomes a binder and combines with soot. This is to prevent the passage of EGR gas from being clogged due to the In addition, when the temperature of the storage reduction type NOx catalyst 45 is low and the HC purification performance is not ensured, HC is prevented from being discharged without being purified when the active DeNOx control is executed. be.

一方で、本実施形態では、エンジン負荷が第1運転領域R1よりもかなり高い領域、すなわち、図3に示す第2運転領域R2にあるときに、パッシブDeNOx制御を実行する。これは、エンジン負荷が第2運転領域R2にあるときには、通常、吸蔵還元型NOx触媒45の温度が、該吸蔵還元型NOx触媒45を構成するDOCによるHCの浄化性能が発揮される程度の温度になっているため、パッシブDeNOx制御により排気通路41に排出された未燃燃料(HC)が、吸蔵還元型NOx触媒45によって十分に浄化されるためである。 On the other hand, in the present embodiment, passive DeNOx control is executed when the engine load is in a region considerably higher than the first operating region R1, that is, in the second operating region R2 shown in FIG. This is because when the engine load is in the second operating region R2, the temperature of the NOx storage reduction catalyst 45 is usually a temperature at which the DOC constituting the NOx storage reduction catalyst 45 exhibits the HC purification performance. This is because the unburned fuel (HC) discharged into the exhaust passage 41 by the passive DeNOx control is sufficiently purified by the storage reduction type NOx catalyst 45 .

第1及び第2運転領域R1,R2以外の運転領域について説明すると、エンジン負荷が第1運転領域R1よりも高いが第2運転領域R2よりも低い領域では、エンジンEの筒内温度が高くなって、空気と燃料が適切に混合されていない状態で燃焼が生じ、スモークやHCが発生しやすい。また、エンジン負荷は第1運転領域R1と同じであるがエンジン回転数が第1運転領域R1よりも高い領域では、エンジンEの1ストロークにかかる時間が短いために、空気と燃料が適切に混合されていない状態で燃焼が生じ、スモークやHCが発生しやすい。さらに、エンジン負荷が第1運転領域R1よりも低い領域、あるいは、エンジン負荷は第1運転領域R1と同じであるがエンジン回転数が第1運転領域R1よりも低い領域では、吸蔵還元型NOx触媒45の温度が吸蔵NOxを還元できる温度よりも低くなりやすい。これらのことから、本実施形態では、エンジンEの運転領域が、第1及び第2運転領域R1,R2以外の運転領域にあるときには、DeNOx制御を実行しないようにしている。 Operating regions other than the first and second operating regions R1 and R2 will be explained. In a region in which the engine load is higher than the first operating region R1 but lower than the second operating region R2, the in-cylinder temperature of the engine E increases. Therefore, combustion occurs when the air and fuel are not properly mixed, and smoke and HC are likely to occur. In a region where the engine load is the same as in the first operating region R1 but the engine speed is higher than the first operating region R1, the time required for one stroke of the engine E is short, so air and fuel are properly mixed. Combustion occurs when it is not done, and smoke and HC are likely to occur. Furthermore, in a region where the engine load is lower than the first operating region R1, or a region where the engine load is the same as the first operating region R1 but the engine speed is lower than the first operating region R1, the NOx storage reduction catalyst 45 tends to be lower than the temperature at which stored NOx can be reduced. For these reasons, in the present embodiment, the DeNOx control is not executed when the operating range of the engine E is in an operating range other than the first and second operating ranges R1 and R2.

エンジンEの運転領域が、第1及び第2運転領域R1,R2以外の運転領域にあるときにおいて、NOx吸蔵量が上記第1所定吸蔵量以上のときには、NOxは吸蔵還元型NOx触媒45ではほとんど浄化されない。しかしながら、本実施形態では、吸蔵還元型NOx触媒45よりも下流側にSCR触媒47が設けられているため、吸蔵還元型NOx触媒45で浄化されなかった分のNOxについてはSCR触媒47により浄化することができる。 When the operating region of the engine E is in an operating region other than the first and second operating regions R1 and R2, and the NOx storage amount is equal to or greater than the first predetermined storage amount, most NOx is stored in the storage reduction NOx catalyst 45. not purified. However, in this embodiment, since the SCR catalyst 47 is provided downstream of the NOx storage reduction catalyst 45, the SCR catalyst 47 purifies the NOx that has not been purified by the NOx storage reduction catalyst 45. be able to.

本実施形態では、上述したようなDeNOx制御を実行するか否かは、上述したエンジンEの運転領域に加えて、SCR触媒47によるNOxの浄化が可能であるか否かに応じて判断される。これは、排気ガス中のNOxをSCR触媒47によって適切に浄化させることができるのであれば、吸蔵還元型NOx触媒45によるNOxの浄化性能を確保すべくDeNOx制御を敢えて行う必要がないからである。上述したように、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx浄化率は排気ガスの温度が比較的低温のときに高くなる一方、SCR触媒47のNOx浄化率は排気ガスの温度が比較的高温のときに高くなる。そこで、本実施形態では、図4のフローチャートに示すように、PCM60は、SCR触媒温度に応じて、DeNOx制御を実行して吸蔵還元型NOx触媒45でNOxを浄化するか、又は、SCR触媒47によりNOxを浄化するかを選択するようにしている。 In the present embodiment, whether or not to execute the DeNOx control as described above is determined based on whether or not the SCR catalyst 47 can purify NOx in addition to the operating range of the engine E described above. . This is because if the NOx in the exhaust gas can be properly purified by the SCR catalyst 47, there is no need to perform the DeNOx control to ensure the NOx purification performance of the storage reduction NOx catalyst 45. . As described above, the NOx purification rate of the storage reduction type NOx catalyst 45 is high when the temperature of the exhaust gas is relatively low, while the NOx purification rate of the SCR catalyst 47 is high when the temperature of the exhaust gas is relatively high. get higher Therefore, in this embodiment, as shown in the flowchart of FIG. to purify NOx.

図4のフローチャートを参照して、排気ガスを浄化する触媒を選択する際のPCM60の処理について説明する。PCM60は、エンジンEが作動している間は、常に又は所定期間毎に、このフローチャートに基づく処理を実行する。 The processing of the PCM 60 when selecting a catalyst for purifying exhaust gas will be described with reference to the flowchart of FIG. While the engine E is operating, the PCM 60 always or at predetermined intervals executes processing based on this flow chart.

まず、ステップS101において、PCM60は、各種センサ100~119,150,151からの情報を読み込み、次のステップS102で、SCR触媒温度が第1所定温度未満であるか否かを判定する。上記ステップS102の判定がYESであるときには、ステップS103に進む一方、上記ステップS102の判定がNOであるときには、ステップS104に進む。尚、上記第1所定温度は、SCR触媒47によるNOxの浄化が可能であるがNOxの浄化率が所定浄化率未満となる温度であり、例えば、160℃である。 First, in step S101, the PCM 60 reads information from various sensors 100 to 119, 150, 151, and in the next step S102, determines whether or not the SCR catalyst temperature is lower than the first predetermined temperature. When the determination in step S102 is YES, the process proceeds to step S103, while when the determination in step S102 is NO, the process proceeds to step S104. The first predetermined temperature is a temperature at which the SCR catalyst 47 can purify NOx but the NOx purification rate is less than a predetermined purification rate, and is 160° C., for example.

上記ステップS103では、PCM60は、SCR触媒47ではNOxを浄化させずに、DeNOx制御を実行して吸蔵還元型NOx触媒45のみによりNOxを浄化させる。このステップS103では、PCM60は、尿素インジェクタ51による尿素の供給を制限させることで、SCR触媒47ではNOxを浄化させないようにする。つまり、ここでいう、「SCR触媒47ではNOxを浄化させない」とは、「尿素インジェクタ51による尿素の供給を制限させる」ことを意味する。上記ステップS103の後はリターンする。 In step S<b>103 , the PCM 60 executes the DeNOx control to purify NOx only with the occlusion reduction type NOx catalyst 45 without purifying NOx with the SCR catalyst 47 . In this step S103, the PCM 60 restricts the supply of urea by the urea injector 51 so that the SCR catalyst 47 does not purify NOx. In other words, the phrase "NOx is not purified by the SCR catalyst 47" means "limiting the supply of urea by the urea injector 51". After step S103, the process returns.

上記ステップS104では、SCR触媒温度が第2所定温度(>第1所定温度)未満であるか否かを判定する。上記ステップS104の判定がYESであるときには、ステップS105に進む一方、上記ステップS104の判定がNOであるときには、ステップS106に進む。尚、上記第2所定温度は、SCR触媒47のNOxの浄化率が上記所定以上となり得る温度範囲の下限付近の温度であり、例えば、250℃である。 In step S104, it is determined whether or not the SCR catalyst temperature is lower than the second predetermined temperature (>first predetermined temperature). When the determination in step S104 is YES, the process proceeds to step S105, while when the determination in step S104 is NO, the process proceeds to step S106. The second predetermined temperature is a temperature near the lower limit of the temperature range in which the NOx purification rate of the SCR catalyst 47 can be equal to or higher than the predetermined temperature, and is, for example, 250.degree.

上記ステップS105では、PCM60は、DeNOx制御を実行して吸蔵還元型NOx触媒45によりNOxを浄化させるとともに、SCR触媒47でもNOxを浄化させる。つまり、このステップS105では、PCM60は、尿素インジェクタ51から尿素を供給させる。上記ステップS105の後はリターンする。 In step S<b>105 , the PCM 60 executes the DeNOx control to cause the storage reduction type NOx catalyst 45 to purify NOx, and also causes the SCR catalyst 47 to purify NOx. That is, in this step S105, the PCM 60 causes the urea injector 51 to supply urea. After step S105, the process returns.

上記ステップS106では、SCR触媒47に導入される排気ガスの流量が所定流量未満であるか否かを判定する。上記ステップS106の判定がYESであるときには、ステップS107に進む一方、上記ステップS106の判定がNOであるときには、ステップS105に進む。このステップS106において、排気ガスの流量について判定を行うのは、SCR触媒温度が上記第2所定温度以上であったとしても、例えば、エンジンEの運転状態が高回転高負荷の運転領域にあって、排気ガスの流量が多い場合には、SCR触媒47のみではNOxを浄化しきれないことがあるためである。つまり、排気ガスの流量が所定流量以上であるNOのときには、吸蔵還元型NOx触媒45とSCR触媒47との両方でNOxを浄化させる方が好ましく、ステップS105に進むようにしている。尚、上記排気ガスの流量は、エンジンEの運転状態(特にエンジン負荷及びエンジン回転数)から推定することができる。 In step S106, it is determined whether or not the flow rate of the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47 is less than a predetermined flow rate. When the determination in step S106 is YES, the process proceeds to step S107, while when the determination in step S106 is NO, the process proceeds to step S105. The reason why the flow rate of the exhaust gas is determined in step S106 is that even if the SCR catalyst temperature is equal to or higher than the second predetermined temperature, the operating state of the engine E is, for example, in the high-speed, high-load operating region. This is because, when the flow rate of the exhaust gas is large, the SCR catalyst 47 alone may not be able to purify NOx. That is, when the flow rate of the exhaust gas is NO, which is equal to or higher than the predetermined flow rate, it is preferable to purify NOx by both the NOx catalyst 45 and the SCR catalyst 47, and the process proceeds to step S105. The flow rate of the exhaust gas can be estimated from the operating state of the engine E (in particular, the engine load and the engine speed).

上記ステップS107では、吸蔵還元型NOx触媒45ではNOxを浄化させずに、SCR触媒47のみによりNOxを浄化させる。このステップS107でも、PCM60は、尿素インジェクタ51からSCR触媒47へ尿素を供給させる。このステップS107では、DeNOx制御の実行を禁止して、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx吸蔵量を吸着限界にすることで、吸蔵還元型NOx触媒45でNOxを浄化させないようにする。上記ステップS107の後はリターンする。尚、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx吸蔵量が限界に到達していなければ、吸蔵還元型NOx触媒45でNOxを吸蔵することが可能であるため、このステップS107においても、吸蔵還元型NOx触媒45でNOxが浄化される(吸蔵される)ことがある。つまり、ここでいう、「吸蔵還元型NOx触媒45ではNOxを浄化させない」とは、「DeNOx制御の実行を禁止する」ことを意味する。 In step S<b>107 , NOx is purified only by the SCR catalyst 47 without using the NOx storage reduction catalyst 45 . The PCM 60 causes the urea injector 51 to supply urea to the SCR catalyst 47 also in this step S107. In this step S107, the execution of the DeNOx control is prohibited, and the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst 45 is set to the adsorption limit, so that the NOx storage reduction catalyst 45 is prevented from purifying NOx. After step S107, the process returns. If the NOx storage amount of the storage reduction NOx catalyst 45 has not reached the limit, the storage reduction NOx catalyst 45 can store NOx. NOx may be purified (stored) at 45 . In other words, "do not purify NOx with the storage-reduction type NOx catalyst 45" here means "prohibit execution of DeNOx control".

次に、DeNOx制御を実行する際のPCM60の処理動作について、図5及び図6を参照して説明する。PCM60は、図4に示すフローチャートに従ってDeNOx制御を実行することになった場合には、図5及び図6に示すフローチャートに基づく処理動作を実行する。 Next, the processing operation of the PCM 60 when executing the DeNOx control will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. When the PCM 60 is to execute the DeNOx control according to the flowchart shown in FIG. 4, it executes processing operations based on the flowcharts shown in FIGS.

まず、ステップS201において、PCM60は、各種センサ100~119,150,151からの情報を読み込み、次のステップS202で、吸蔵還元型NOx触媒45におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量以上であるか否かを判定する。上記ステップS202の判定がYESであるときには、ステップS203に進む一方、上記ステップS202の判定がNOであるときには、ステップS211に進む。尚、NOx吸蔵量は、例えば、エンジンEの運転状態、排気ガスの流量、排気ガスの温度等に基づいて、排気ガス中のNOx量を推定し、この推定したNOx量を積算することによって求められる。 First, in step S201, the PCM 60 reads information from various sensors 100 to 119, 150, and 151, and in the next step S202, whether the NOx storage amount in the storage reduction NOx catalyst 45 is equal to or greater than the first predetermined storage amount. determine whether or not When the determination in step S202 is YES, the process proceeds to step S203, while when the determination in step S202 is NO, the process proceeds to step S211. The NOx storage amount is obtained by estimating the NOx amount in the exhaust gas based on, for example, the operating state of the engine E, the flow rate of the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas, etc., and integrating the estimated NOx amount. be done.

上記ステップS203では、PCM60は、エンジンEの運転領域が第1運転領域R1に属するか否かを判定する。上記ステップS203の判定がYESであるときには、アクティブDeNOx制御を実行すべく、ステップS205に進む一方、上記ステップS203の判定がNOであるときには、ステップS212に進む。 In step S203, the PCM 60 determines whether or not the operating range of the engine E belongs to the first operating range R1. When the determination in step S203 is YES, the process proceeds to step S205 to execute the active DeNOx control, while when the determination in step S203 is NO, the process proceeds to step S212.

上記ステップS204では、PCM60は、ポスト噴射量を設定する。上述したように、ポスト噴射量は、エンジンEに導入される空気の酸素濃度やメイン噴射での燃料の噴射量等に基づいて、排気ガスの空燃比が目標DeNOx空燃比になるのに必要な噴射量に設定される。 At step S204, the PCM 60 sets the post-injection amount. As described above, the post-injection amount is based on the oxygen concentration of the air introduced into the engine E, the injection amount of fuel in the main injection, and the like, and is the amount necessary for the air-fuel ratio of the exhaust gas to reach the target DeNOx air-fuel ratio. It is set to the injection amount.

次のステップS205では、PCM60は、ポスト噴射のタイミングを設定する。上述したように、アクティブDeNOx制御では、ポスト噴射のタイミングは、ポスト噴射された燃料が燃焼室17内において燃焼されるタイミングに設定される。 In the next step S205, the PCM 60 sets the timing of post-injection. As described above, in the active DeNOx control, the post-injection timing is set to the timing at which the post-injected fuel is combusted in the combustion chamber 17 .

続く、ステップS206では、PCM60は、上記ステップS204で算出したポスト噴射量が第1所定噴射量未満であるか否かを判定する。上記ステップS206の判定がYESであるときには、ステップS207に進む一方、上記ステップS206の判定がNOであるときには、ステップS208に進む。この第1所定噴射量を設定することにより、DeNOxを実行することによる燃費の悪化を抑制するようにしている。 Subsequently, in step S206, the PCM 60 determines whether or not the post-injection amount calculated in step S204 is less than the first predetermined injection amount. When the determination in step S206 is YES, the process proceeds to step S207, while when the determination in step S206 is NO, the process proceeds to step S208. By setting the first predetermined injection amount, deterioration of fuel consumption due to execution of DeNOx is suppressed.

上記ステップS207では、PCM60は、上記ステップS205で設定したポスト噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁20を制御する。上記ステップS207の次はステップS210に進む。 At step S207, the PCM 60 controls the fuel injection valve 20 so as to post-inject the post-injection amount set at step S205. After step S207, the process proceeds to step S210.

一方で、上記ステップS208では、スロットルバルブ7を閉じ側に制御し、次のステップS209では、第1所定噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁20を制御する。このステップS208及びステップS209では、第1所定噴射量を超えないポスト噴射量(実際には第1所定噴射量の値そのもの)によって排気ガスの空燃比を目標DeNOx空燃比にすべく、スロットルバルブ7を絞って、エンジンEに導入する空気の酸素濃度を低下させている。上記ステップS209の次はステップS210に進む。 On the other hand, in step S208, the throttle valve 7 is controlled to be closed, and in the next step S209, the fuel injection valve 20 is controlled so as to post-inject with the first predetermined injection amount. In steps S208 and S209, the throttle valve 7 is adjusted so that the air-fuel ratio of the exhaust gas reaches the target DeNOx air-fuel ratio by the post-injection amount not exceeding the first predetermined injection amount (actually, the value of the first predetermined injection amount itself). is throttled to lower the oxygen concentration of the air introduced into the engine E. After step S209, the process proceeds to step S210.

上記ステップS210では、PCM60は、NOx吸蔵量が略0になったか否かを判定する。上記ステップS210の判定がYESであるときには、アクティブDeNOx制御を終了してリターンする一方、上記ステップS210の判定がNOであるときには、ステップS203に戻る。上記ステップS210において、NOx吸蔵量が略0になったか否かは、ポスト噴射量を積算して、該積算値が第1所定吸蔵量以上の吸蔵NOxを略0にするだけの値になったか否かに基づいて判定する。尚、NOx吸蔵量が略0になるとは、NOx吸蔵量が0なることも含む。 At step S210, the PCM 60 determines whether or not the NOx storage amount has become substantially zero. When the determination in step S210 is YES, the active DeNOx control is terminated and the process returns, while when the determination in step S210 is NO, the process returns to step S203. In step S210, whether or not the NOx storage amount has become substantially zero is determined by accumulating the post-injection amount, and determining whether the integrated value has reached a value sufficient to reduce the absorbed NOx amount equal to or greater than the first predetermined absorption amount to substantially zero. It is determined based on whether or not It should be noted that the fact that the NOx storage amount becomes substantially zero also includes the fact that the NOx storage amount becomes zero.

一方で、ステップS202の判定がNOであるときに進む上記ステップS211では、PCM60は、吸蔵還元型NOx触媒45におけるNOx吸蔵量が第2所定吸蔵量以上であるか否かを判定する。上記ステップS211の判定がYESであるときには、ステップS212に進む一方、上記ステップS211の判定がNOであるときには、アクティブDeNOx制御及びパッシブDeNOx制御を実行する必要がないためリターンする。 On the other hand, in step S211, which is followed when the determination in step S202 is NO, the PCM 60 determines whether or not the NOx storage amount in the storage reduction NOx catalyst 45 is equal to or greater than the second predetermined storage amount. When the determination in step S211 is YES, the process proceeds to step S212. When the determination in step S211 is NO, the process returns because there is no need to execute active DeNOx control and passive DeNOx control.

上記ステップS212では、PCM60は、ポスト噴射量を設定する。ポスト噴射量は、上記ステップS204と同様に、エンジンEに導入される空気の酸素濃度やメイン噴射での燃料の噴射量等に基づいて、排気ガスの空燃比が目標DeNOx空燃比になるのに必要な噴射量に設定される。 At step S212, the PCM 60 sets the post-injection amount. Similar to step S204, the post-injection amount is determined based on the oxygen concentration of the air introduced into the engine E, the injection amount of fuel in the main injection, etc., even though the air-fuel ratio of the exhaust gas reaches the target DeNOx air-fuel ratio. It is set to the required injection amount.

上記ステップS213では、PCM60は、ポスト噴射のタイミングを設定する。上述したように、パッシブDeNOx制御では、ポスト噴射のタイミングは、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されずに未燃燃料として排気通路41に排出されるタイミングに設定される。 At step S213, the PCM 60 sets the timing of the post-injection. As described above, in the passive DeNOx control, the timing of post-injection is set to the timing at which the post-injected fuel is not burned in the cylinder and is discharged to the exhaust passage 41 as unburned fuel.

次のステップS214では、PCM60は、上記ステップS212で算出したポスト噴射量が第2所定噴射量未満であるか否かを判定する。上記ステップS206の判定がYESであるときには、ステップS207に進む一方、上記ステップS206の判定がNOであるときには、ステップS208に進む。上記第2所定噴射量は、車両の運転領域が上記第2運転領域にあるときにのみ設定されるような値に設定されており、上記第1所定噴射量よりも小さい値である。つまり、ポスト噴射量が上記第2所定噴射量未満であるときには、車両の運転領域は、パッシブDeNOx制御が実行可能な上記第2運転領域にあることになる。 In the next step S214, the PCM 60 determines whether or not the post-injection amount calculated in step S212 is less than the second predetermined injection amount. When the determination in step S206 is YES, the process proceeds to step S207, while when the determination in step S206 is NO, the process proceeds to step S208. The second predetermined injection amount is set to a value that is set only when the operating range of the vehicle is in the second operating range, and is a value smaller than the first predetermined injection amount. That is, when the post-injection amount is less than the second predetermined injection amount, the operating range of the vehicle is in the second operating range in which the passive DeNOx control can be executed.

続く、上記ステップS215では、PCM60は、上記ステップS215で設定したポスト噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁20を制御する。上記ステップS216の後は、パッシブDeNOx制御を終了してリターンする。 Subsequently, in step S215, the PCM 60 controls the fuel injection valve 20 so as to perform post-injection with the post-injection amount set in step S215. After step S216, the passive DeNOx control is terminated and the process returns.

上記ステップS216では、PCM60は、パッシブDeNOx制御を実行せずに、通常の燃料噴射制御を実行する。すなわち、ポスト噴射をせずにメイン噴射のみを行うように燃料噴射弁20を制御する。上記ステップS216の後は、ステップS203に戻る。 In step S216, the PCM 60 executes normal fuel injection control without executing passive DeNOx control. That is, the fuel injection valve 20 is controlled so that only main injection is performed without post injection. After step S216, the process returns to step S203.

以上のように、DeNOx制御を実行することで、本実施形態では、DeNOx制御による燃費の悪化を抑制しつつ、排気ガス中のNOxを適切に浄化できるようにしている。 As described above, by executing the DeNOx control, in the present embodiment, it is possible to appropriately purify NOx in the exhaust gas while suppressing deterioration in fuel consumption due to the DeNOx control.

〈SCR触媒の異常判定〉
次に、SCR触媒47の異常判定について説明する。
<SCR catalyst abnormality determination>
Next, the abnormality determination of the SCR catalyst 47 will be described.

SCR触媒47では、SCR触媒47に吸着したアンモニアと、排気ガス中のNOxとを反応(還元)させることによって、NOxを浄化する。SCR触媒47に吸着するアンモニアは、基本的には、尿素インジェクタ51から噴射される尿素((NH2)2CO)が、排気通路41内で熱分解反応又は加水分解反応することによって生成される。 The SCR catalyst 47 purifies NOx by causing a reaction (reduction) between ammonia adsorbed on the SCR catalyst 47 and NOx in the exhaust gas. Ammonia adsorbed on the SCR catalyst 47 is basically generated by a thermal decomposition reaction or a hydrolysis reaction in the exhaust passage 41 of urea ((NH2)2CO) injected from the urea injector 51 .

尿素インジェクタ51からの尿素の噴射量(以下、単に尿素噴射量という)は、DCU70によって制御される。具体的には、DCU70は、SCR触媒47のアンモニア吸着量が、予め設定された目標吸着量になるように尿素噴射量を設定する。より詳しくは、DCU70は、モデルによりSCR触媒47の現在のアンモニア吸着量を推定し、上記目標吸着量と該推定値との差に基づいて尿素噴射量を設定する。 The injection amount of urea from the urea injector 51 (hereinafter simply referred to as urea injection amount) is controlled by the DCU 70 . Specifically, the DCU 70 sets the urea injection amount so that the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 reaches a preset target adsorption amount. More specifically, the DCU 70 estimates the current ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 using a model, and sets the urea injection amount based on the difference between the target adsorption amount and the estimated value.

SCR触媒47の現在のアンモニア吸着量は、詳しくは後述するが、尿素噴射量と、DeNOx制御によって生じるアンモニア量と、NOx流入量と、SCR触媒47の浄化効率とからモデルにより推定する。また、上記目標吸着量は、SCR触媒温度が高い方が、SCR触媒温度が低いときに比べて、小さくなるように設定される。さらに、上記目標吸着量は、SCR触媒47におけるアンモニアの吸着限界よりも小さい値に設定されている。 The current ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is estimated by a model from the urea injection amount, the ammonia amount generated by the DeNOx control, the NOx inflow amount, and the purification efficiency of the SCR catalyst 47, which will be described later in detail. Also, the target adsorption amount is set to be smaller when the SCR catalyst temperature is higher than when the SCR catalyst temperature is low. Furthermore, the target adsorption amount is set to a value smaller than the ammonia adsorption limit of the SCR catalyst 47 .

SCR触媒47の異常判定は、PCM60の異常判定部63により、SCR触媒47でのNOxの実際の浄化率に基づいて行われる。具体的には、まず、異常判定部63は、SCR触媒47よりも上流側の通路におけるNOx量(以下、上流側NOx量という)を第1NOxセンサ116の検出結果に基づいて算出し、SCR触媒47よりも下流側の通路におけるNOx量(以下、下流側NOx量という)を第2NOxセンサ118の検出結果に基づいて算出して、以下の式1に基づいてSCR触媒47の実際の浄化率を算出する。 The abnormality determination of the SCR catalyst 47 is performed by the abnormality determination unit 63 of the PCM 60 based on the actual NOx purification rate of the SCR catalyst 47 . Specifically, first, the abnormality determination unit 63 calculates the NOx amount in the passage on the upstream side of the SCR catalyst 47 (hereinafter referred to as the upstream NOx amount) based on the detection result of the first NOx sensor 116, and calculates the SCR catalyst. The amount of NOx in the passage on the downstream side of 47 (hereinafter referred to as the amount of NOx on the downstream side) is calculated based on the detection result of second NOx sensor 118, and the actual purification rate of SCR catalyst 47 is calculated based on Equation 1 below. calculate.

浄化率=1-(下流側NOx量/上流側NOx量)・・・(式1)
次に、異常判定部63は、式1で算出される浄化率が所定浄化率以下であるときには、SCR触媒47に異常が発生している可能性ありとして、故障カウントを1つ加算する。そして、異常判定部63は、故障カウントのカウント数が所定値以上になったときに、SCR触媒47に異常があると判定する。つまり、浄化率が所定浄化率以下であること及び故障カウントのカウント数が所定値以上になることが、異常判定部63の異常判定条件に相当する。
Purification rate = 1 - (downstream NOx amount/upstream NOx amount) (Formula 1)
Next, when the purification rate calculated by Equation 1 is equal to or less than the predetermined purification rate, the abnormality determination unit 63 determines that there is a possibility that an abnormality has occurred in the SCR catalyst 47, and adds one to the failure count. Then, the abnormality determination unit 63 determines that the SCR catalyst 47 has an abnormality when the count number of the failure count reaches or exceeds a predetermined value. In other words, the failure determination condition of the failure determination unit 63 is that the purification rate is equal to or less than a predetermined purification rate and that the failure count is equal to or greater than a predetermined value.

また、異常判定部63は、SCR触媒47に異常があると判定したときには、車両の乗員にSCR触媒47に異常がある旨の警告を行う。この警告は、例えば、車両の乗員が視認可能な位置に設けられたランプを点灯させる等により行われる。 Further, when the abnormality determination unit 63 determines that the SCR catalyst 47 is abnormal, it warns the occupants of the vehicle that the SCR catalyst 47 is abnormal. This warning is given, for example, by turning on a lamp provided at a position visible to the occupants of the vehicle.

上記の異常判定を正確に行うには、特に、第2NOxセンサ118の検出結果に基づく下流側NOx量の算出を正確に行う必要がある。しかしながら、一般に、NOxセンサは、排気ガス中のNOxだけでなく、排気ガス中のアンモニアでも出力値(検出値)が変化してしまうため、下流側NOx量を正確に算出できずに、異常判定部63が誤判定してしまうことがある。以下、NOxセンサによるNOxの検出原理について図7を参照しながら説明する。 In order to accurately determine the abnormality, it is particularly necessary to accurately calculate the downstream NOx amount based on the detection result of the second NOx sensor 118 . However, in general, the output value (detected value) of the NOx sensor changes not only with NOx in the exhaust gas but also with ammonia in the exhaust gas. The unit 63 may make an erroneous determination. The principle of NOx detection by the NOx sensor will be described below with reference to FIG.

図7には、NOxの検出原理を模式的に示す。この図7では、第2NOxセンサ118を例示しているが、第1NOxセンサ116も同様の構成である。図7に示すように、第2NOxセンサ118は、排気通路41に接続された第1キャビティ118aと、該第1キャビティ118aに接続された第2キャビティ118bとを有している。第2NOxセンサ118に流入した排気ガスは、まず、第1キャビティ118aで、排気ガス中のHCやCOが酸化されて、NOx以外の気体が取り除かれる。次に、第1キャビティ118bを通過したNOxは、次の第2キャビティ118bで窒素に還元される。このとき、第2キャビティ118b内では、NOxに由来する酸素が発生する。第2NOxセンサ118では、第2キャビティ118bで発生する、NOxに由来の酸素の濃度を検出することで、NOxの濃度を検出する。 FIG. 7 schematically shows the NOx detection principle. Although FIG. 7 illustrates the second NOx sensor 118, the first NOx sensor 116 has the same configuration. As shown in FIG. 7, the second NOx sensor 118 has a first cavity 118a connected to the exhaust passage 41 and a second cavity 118b connected to the first cavity 118a. In the exhaust gas that has flowed into the second NOx sensor 118, HC and CO in the exhaust gas are first oxidized in the first cavity 118a, and gases other than NOx are removed. NOx that has passed through the first cavity 118b is then reduced to nitrogen in the next second cavity 118b. At this time, oxygen derived from NOx is generated in the second cavity 118b. The second NOx sensor 118 detects the concentration of NOx by detecting the concentration of oxygen derived from NOx generated in the second cavity 118b.

ここで、第2NOxセンサ118に流入した排気ガス中に、アンモニアが混入していた場合には、該排気ガス中のアンモニアは、図7に示すように、第1キャビティ118a内で酸化されて、NOxとH2Oとに分解される。このアンモニア由来のNOxは、図7に示すように、第2キャビティ118bで還元されて、窒素と酸素とに分解される。このため、第2NOxセンサ118は、アンモニア由来のNOxも排気ガス中のNOxとして検出してしまう。このことから、第2NOxセンサ118は、排気ガス中のNOx及びアンモニアに応じて出力値が変化してしまう。 Here, when ammonia is mixed in the exhaust gas that has flowed into the second NOx sensor 118, the ammonia in the exhaust gas is oxidized in the first cavity 118a as shown in FIG. It is decomposed into NOx and H2O. As shown in FIG. 7, this ammonia-derived NOx is reduced in the second cavity 118b and decomposed into nitrogen and oxygen. Therefore, the second NOx sensor 118 also detects NOx derived from ammonia as NOx in the exhaust gas. Therefore, the output value of the second NOx sensor 118 changes according to the NOx and ammonia in the exhaust gas.

尚、第1NOxセンサ116も排気ガス中のアンモニアに応じて出力値が変化する。詳しくは後述するが、アンモニアはDeNOx制御によっても生じるため、第1NOxセンサ116もアンモニアをNOxとして検出することがある。しかし、DeNOx制御によって生じるアンモニアの量を推定して、該推定値と第1NOxセンサ116の検出結果とに基づいて上流側NOx量を算出することで、上流側NOx量については精度良く算出することができる。 The output value of the first NOx sensor 116 also changes according to the amount of ammonia in the exhaust gas. Although details will be described later, since ammonia is also generated by the DeNOx control, the first NOx sensor 116 may also detect ammonia as NOx. However, by estimating the amount of ammonia generated by the DeNOx control and calculating the upstream NOx amount based on the estimated value and the detection result of the first NOx sensor 116, the upstream NOx amount can be calculated with high accuracy. can be done.

基本的には、DCU70により、目標吸着量を適切な値に設定することで、排気通路41におけるSCR触媒47よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量(以下、アンモニアのスリップ量という)をある程度抑えることができる。しかしながら、SCR触媒47内では、アンモニアの吸着反応と脱離反応とが常に発生しており、脱離反応が支配的になるような状況では、アンモニアがSCR触媒47よりも下流側の通路へ排出されてしまう(アンモニアのスリップが発生してしまう)。このため、第2NOxセンサ118の検出結果から下流側NOx量を正確に算出できなくなることがある。 Basically, by setting the target adsorption amount to an appropriate value by the DCU 70, the ammonia discharge amount (hereinafter referred to as ammonia slip amount) to the passage downstream of the SCR catalyst 47 in the exhaust passage 41 can be reduced. can be suppressed to some extent. However, in the SCR catalyst 47, the adsorption reaction and the desorption reaction of ammonia always occur. (Ammonia slip occurs). Therefore, it may not be possible to accurately calculate the downstream NOx amount from the detection result of the second NOx sensor 118 .

そこで、本実施形態では、アンモニアのスリップ量を推定して、この推定スリップ量に基づいて、異常判定部63による異常判定を制限するようにしている。以下、アンモニアのスリップ量の推定方法について詳細に説明する。 Therefore, in the present embodiment, the slip amount of ammonia is estimated, and the abnormality determination by the abnormality determination section 63 is limited based on this estimated slip amount. A method for estimating the slip amount of ammonia will be described in detail below.

SCR触媒47内でのアンモニアの吸着反応と脱離反応に基づくアンモニアのスリップ量は、主に、SCR触媒47内でのアンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とのバランスによって決まる。上記吸着反応速度及び上記脱離反応速度は、以下の式2及び式3で示される。 The ammonia slip amount based on the ammonia adsorption reaction and the ammonia desorption reaction within the SCR catalyst 47 is mainly determined by the balance between the ammonia adsorption reaction speed and the ammonia desorption reaction speed within the SCR catalyst 47 . The adsorption reaction rate and the desorption reaction rate are represented by Equations 2 and 3 below.

吸着反応速度
=Aa×(1-θ)×exp(-Ea/RT)×C1×C2・・・(式2)
脱離反応速度=Ad×exp(-Ed/RT)×吸着量・・・(式3)
上記式2において、Aaは吸着反応の頻度係数、θはSCR触媒47のアンモニアの被覆率、Eaは吸着反応に必要な活性化エネルギー、Rは気体常数、TはSCR触媒温度、C1は、SCR触媒47に導入される排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数、C2は、SCR触媒47に導入される排気ガス中の酸素濃度に基づく補正係数である。活性化エネルギーEaは、実験やシミュレーションにより求められる定数である。被覆率θはSCR触媒47の現在のアンモニア吸着量を当該SCR触媒47の吸着限界(ここでは、一定とする)で割った値であり、0以上1以下の値を取り得る変数である。一方で、上記式3において、Adは脱離反応の頻度係数、Edは脱離反応に必要な活性化エネルギー、Rは気体常数、TはSCR触媒温度である。活性化エネルギーEdは、実験やシミュレーションにより求められる定数である。吸着量は、SCR触媒47のアンモニア吸着量である。頻度係数Aa及び頻度係数Adは、実験やシミュレーションによって予め求められる。
Adsorption reaction rate = Aa x (1-θ) x exp (-Ea/RT) x C1 x C2 (Formula 2)
Desorption reaction rate = Ad x exp (-Ed/RT) x adsorption amount (Equation 3)
In the above formula 2, Aa is the frequency coefficient of the adsorption reaction, θ is the ammonia coverage of the SCR catalyst 47, Ea is the activation energy required for the adsorption reaction, R is the gas constant, T is the SCR catalyst temperature, and C1 is the SCR. A correction coefficient C2 based on the concentration of ammonia in the exhaust gas introduced into the catalyst 47 is a correction coefficient based on the concentration of oxygen in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47 . The activation energy Ea is a constant determined by experiments and simulations. The coverage θ is a value obtained by dividing the current ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 by the adsorption limit (here, assumed to be constant) of the SCR catalyst 47, and is a variable that can take a value of 0 or more and 1 or less. On the other hand, in Equation 3 above, Ad is the frequency coefficient of the desorption reaction, Ed is the activation energy required for the desorption reaction, R is the gas constant, and T is the SCR catalyst temperature. The activation energy Ed is a constant determined by experiments and simulations. The adsorption amount is the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 . The frequency coefficient Aa and the frequency coefficient Ad are obtained in advance through experiments and simulations.

SCR触媒47へのアンモニアの吸着反応は、該SCR触媒47の酸点にアンモニアが吸着するだけの反応である一方、SCR触媒47からのアンモニアの脱離反応は、吸着したアンモニアを該SCR触媒47の酸点から切り離す反応である。このため、脱離反応の活性化エネルギーEdは、吸着反応の活性化エネルギーEaに比べてかなり大きい。つまり、吸着反応速度はSCR触媒温度に影響されにくい一方で、脱離反応速度はSCR触媒温度に影響されやすい。 The adsorption reaction of ammonia to the SCR catalyst 47 is a reaction in which ammonia is only adsorbed to the acid points of the SCR catalyst 47, while the desorption reaction of ammonia from the SCR catalyst 47 is to remove the adsorbed ammonia from the SCR catalyst 47. is a reaction that separates from the acid site of Therefore, the activation energy Ed of the desorption reaction is considerably larger than the activation energy Ea of the adsorption reaction. That is, while the adsorption reaction rate is less affected by the SCR catalyst temperature, the desorption reaction rate is more likely to be affected by the SCR catalyst temperature.

また、上記排気ガス中のアンモニア濃度は、最終的なアンモニアのスリップ量には影響するものの、SCR触媒47のアンモニアの被覆率ほど、吸着反応速度に影響を与えない。 Although the concentration of ammonia in the exhaust gas affects the final slip amount of ammonia, it does not affect the adsorption reaction speed as much as the ammonia coverage of the SCR catalyst 47 does.

したがって、吸着反応速度は、主に、SCR触媒47のアンモニアの被覆率(すなわち、SCR触媒47のアンモニア吸着量)とSCR触媒47に導入される排気ガス中の酸素濃度とに依存する一方で、脱離反応速度は、主に、SCR触媒47のアンモニア吸着量とSCR触媒温度とに依存する。よって、吸着反応速度と脱離反応速度とのバランスによって決まる、アンモニアのスリップ量は、主に、SCR触媒47のアンモニア吸着量とSCR触媒温度と上記酸素濃度とを考慮する必要がある。そこで、本実施形態では、PCM60において、アンモニア吸着量推定部61がSCR触媒47のアンモニア吸着量を推定し、触媒温度センサ117によりSCR触媒温度を検出し、酸素濃度取得部65が、第2O2センサ115よる検出により上記酸素濃度を取得し、スリップ量推定部62が、アンモニア吸着量推定部61で推定されたアンモニア吸着量と、触媒温度センサ117により検出されたSCR触媒温度と、酸素濃度取得部65により取得された酸素濃度とに基づいて、排気通路41のSCR触媒47よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するようにしている。 Therefore, while the adsorption reaction rate mainly depends on the ammonia coverage of the SCR catalyst 47 (that is, the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47) and the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47, The desorption reaction rate mainly depends on the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 and the SCR catalyst temperature. Therefore, the ammonia slip amount, which is determined by the balance between the adsorption reaction speed and the desorption reaction speed, must mainly consider the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47, the SCR catalyst temperature, and the oxygen concentration. Therefore, in the present embodiment, in the PCM 60, the ammonia adsorption amount estimation unit 61 estimates the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47, the catalyst temperature sensor 117 detects the SCR catalyst temperature, and the oxygen concentration acquisition unit 65 detects the second O2 sensor. 115 to acquire the oxygen concentration, and the slip amount estimating unit 62 calculates the ammonia adsorption amount estimated by the ammonia adsorption amount estimating unit 61, the SCR catalyst temperature detected by the catalyst temperature sensor 117, and the oxygen concentration acquiring unit. Based on the oxygen concentration acquired by 65, the slip amount of ammonia, which is the amount of ammonia discharged into the passage downstream of the SCR catalyst 47 of the exhaust passage 41, is estimated.

ここで、本実施形態では、アンモニア吸着量推定部61は、尿素噴射量と、DeNOx制御によって生じるアンモニア量と、SCR触媒47へのNOx流入量と、SCR触媒47の浄化効率とに基づいて、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定する。具体的には、アンモニア吸着量推定部61は、まず、尿素噴射量及びDeNOx制御によって生じるアンモニア量に基づいて、SCR触媒47に流入したアンモニア量を算出する。DeNOx制御によって生じるアンモニアは、吸蔵還元型NOx触媒45の吸蔵NOxを還元したときに、吸蔵還元型NOx触媒45から排気ガス中に排出されるアンモニアであって、吸蔵還元型NOx触媒45の吸蔵NOxとポスト噴射によって供給されるHCとの反応によって生じるものである。このため、DeNOx制御によって生じるアンモニアは、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx吸蔵量とポスト噴射量とから推定することができる。次に、アンモニア吸着量推定部61は、SCR触媒47へのNOx流入量とSCR触媒47の浄化効率とに基づいて、SCR触媒47から消費されたアンモニア量を算出する。SCR触媒47へのNOx流入量は、第1NOxセンサ116の検出結果とDeNOx制御によって生じるアンモニアの推定値とに基づいて算出する。SCR触媒47の浄化効率は、SCR触媒温度や、SCR触媒47に導入される排気ガスの流量等に基づいて予め算出された理論値を、PCM60の上記メモリに格納されたマップを読み込むことで求める。そして、アンモニア吸着量推定部61は、SCR触媒47に流入したアンモニア量の積算値とSCR触媒47から消費されたアンモニア量の積算値との差から、SCR触媒47の現在のアンモニア吸着量を推定する。以下、アンモニア吸着量推定部61で推定されたSCR触媒47のアンモニア吸着量を推定アンモニア吸着量という。 Here, in the present embodiment, the ammonia adsorption amount estimator 61, based on the urea injection amount, the ammonia amount generated by the DeNOx control, the NOx inflow amount to the SCR catalyst 47, and the purification efficiency of the SCR catalyst 47, The ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is estimated. Specifically, the ammonia adsorption amount estimator 61 first calculates the amount of ammonia that has flowed into the SCR catalyst 47 based on the urea injection amount and the ammonia amount generated by the DeNOx control. The ammonia generated by the DeNOx control is the ammonia discharged into the exhaust gas from the NOx storage reduction catalyst 45 when the NOx stored in the NOx catalyst 45 is reduced. and HC supplied by post-injection. Therefore, ammonia generated by DeNOx control can be estimated from the NOx storage amount of the storage reduction NOx catalyst 45 and the post-injection amount. Next, the ammonia adsorption amount estimator 61 calculates the amount of ammonia consumed from the SCR catalyst 47 based on the amount of NOx flowing into the SCR catalyst 47 and the purification efficiency of the SCR catalyst 47 . The amount of NOx flowing into the SCR catalyst 47 is calculated based on the detection result of the first NOx sensor 116 and the estimated value of ammonia produced by the DeNOx control. The purification efficiency of the SCR catalyst 47 is obtained by reading a map stored in the memory of the PCM 60 with a theoretical value calculated in advance based on the SCR catalyst temperature, the flow rate of the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47, and the like. . Then, the ammonia adsorption amount estimator 61 estimates the current ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 from the difference between the integrated value of the amount of ammonia flowing into the SCR catalyst 47 and the integrated value of the amount of ammonia consumed from the SCR catalyst 47. do. Hereinafter, the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 estimated by the ammonia adsorption amount estimation unit 61 is referred to as an estimated ammonia adsorption amount.

尚、DeNOx制御が実行されていないときには、アンモニア吸着量推定部61は、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定において、DeNOx制御によって生じるアンモニア量を考慮しない。 Note that when the DeNOx control is not being executed, the ammonia adsorption amount estimator 61 does not consider the ammonia amount generated by the DeNOx control in estimating the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 .

図8は、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量を推定する際のPCM60の処理動作を示す。尚、SCR触媒47のアンモニア吸着量は、アンモニア吸着量推定部61により推定され、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量は、スリップ量推定部62により推定される。 FIG. 8 shows the processing operation of the PCM 60 when estimating the ammonia slip amount from the SCR catalyst 47 . The ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is estimated by an ammonia adsorption amount estimating section 61 , and the slip amount of ammonia from the SCR catalyst 47 is estimated by a slip amount estimating section 62 .

まず、ステップS301において、PCM60は、各種センサ100~119,150,151からの情報を読み込む。このステップS301では、特に、触媒温度センサ117によりSCR触媒温度を検出する。また、ステップS301では、酸素濃度取得部65が、第2O2センサ115からの情報の読み込みにより酸素濃度を取得することになる。 First, in step S301, the PCM 60 reads information from various sensors 100-119, 150, and 151. FIG. In this step S301, in particular, the catalyst temperature sensor 117 detects the SCR catalyst temperature. Also, in step S301, the oxygen concentration acquisition unit 65 acquires the oxygen concentration by reading information from the second O2 sensor 115. FIG.

次のステップS302で、PCM60は、DeNOx制御中であるか否かを判定する。このステップS302の判定がYESであるときには、ステップS303に進む一方で、このステップS302の判定がNOであるときには、ステップS304に進む。 In the next step S302, the PCM 60 determines whether DeNOx control is being performed. When the determination in step S302 is YES, the process proceeds to step S303, while when the determination in step S302 is NO, the process proceeds to step S304.

次のステップS303では、PCM60は、DeNOx制御により発生するアンモニア量を推定する。 In the next step S303, the PCM 60 estimates the amount of ammonia generated by DeNOx control.

上記ステップS304では、PCM60は、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定する。このステップS304では、上記ステップS303を経由したときには、DeNOx制御により発生するアンモニア量を考慮して、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定する一方で、上記ステップS303を経由していないときには、DeNOx制御により発生するアンモニア量は考慮せずに、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定する。 In step S<b>304 described above, the PCM 60 estimates the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 . In step S304, when step S303 is passed through, the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is estimated in consideration of the amount of ammonia generated by the DeNOx control. The amount of ammonia adsorbed by the SCR catalyst 47 is estimated without considering the amount of ammonia generated by .

次いで、ステップS305では、PCM60(スリップ量推定部62)は、上記ステップS304で推定した推定アンモニア吸着量と、上記ステップS301において触媒温度センサ117により検出したSCR触媒温度と、上記ステップS301において取得した酸素濃度とに基づいて、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量を推定する。詳しくは、上記推定アンモニア吸着量と上記SCR触媒温度とを、図9に示すマップや図10に示すマップに当てはめて、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量(仮のスリップ量)を推定し、この仮のスリップ量に対して、酸素濃度に基づいて補正して、上記スリップ量を推定する。ステップS306の後はリターンする。 Next, in step S305, the PCM 60 (slip amount estimating unit 62) acquires the estimated ammonia adsorption amount estimated in step S304, the SCR catalyst temperature detected by the catalyst temperature sensor 117 in step S301, and the SCR catalyst temperature obtained in step S301. The slip amount of ammonia from the SCR catalyst 47 is estimated based on the oxygen concentration. Specifically, the estimated ammonia adsorption amount and the SCR catalyst temperature are applied to the map shown in FIG. 9 and the map shown in FIG. 10 to estimate the ammonia slip amount (provisional slip amount) from the SCR catalyst 47, This provisional slip amount is corrected based on the oxygen concentration to estimate the slip amount. After step S306, the process returns.

図9は、実験により、SCR触媒47のアンモニア吸着量とSCR触媒温度とを変化させてアンモニアのスリップ量を求めることで得られたマップ(PCM60の上記メモリに格納されている)を示す。詳しくは後述するが、排気ガス中のアンモニア濃度及び酸素濃度に基づく後述の補正係数は1としている。図9において、縦軸はSCR触媒47のアンモニア吸着量であり、横軸はSCR触媒温度である。縦軸の下限値は0であり、縦軸の上限値はSCR触媒47のアンモニアの吸着限界である。横軸は、SCR触媒47を利用可能な温度範囲に設定されており、最低温度は160℃、最高温度は400℃に設定されている。図9の「小」、「中」及び「大」は、アンモニアのスリップ量を表し、「小」、「中」及び「大」の順にアンモニアのスリップ量が多い。ここでは、アンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上、詳しくは、第2NOxセンサ118によるNOxの濃度の検出に影響する程度の量以上である場合に、その量に応じて「小」、「中」及び「大」としている。また、図9の「0」は、アンモニアのスリップがないか、又は、アンモニアのスリップ量が、第2NOxセンサ118によるNOxの濃度の検出に影響しない程度に少ないことを表している。 FIG. 9 shows a map (stored in the memory of the PCM 60) obtained by experimenting to determine the ammonia slip amount while varying the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 and the SCR catalyst temperature. Although the details will be described later, a correction coefficient, which will be described later, is set to 1 based on the concentrations of ammonia and oxygen in the exhaust gas. In FIG. 9, the vertical axis is the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47, and the horizontal axis is the SCR catalyst temperature. The lower limit of the vertical axis is 0, and the upper limit of the vertical axis is the ammonia adsorption limit of the SCR catalyst 47 . The horizontal axis is set to the temperature range in which the SCR catalyst 47 can be used, with the minimum temperature set at 160°C and the maximum temperature set at 400°C. "Small", "Medium", and "Large" in FIG. 9 represent the ammonia slip amount, and the ammonia slip amount increases in the order of "Small", "Medium", and "Large". Here, when the ammonia slip amount is equal to or greater than a predetermined slip amount, more specifically, an amount equal to or greater than an amount that affects the NOx concentration detection by the second NOx sensor 118, "small" or "medium" is selected according to the amount. and "large". "0" in FIG. 9 indicates that there is no slip of ammonia or that the amount of slip of ammonia is small enough not to affect detection of NOx concentration by the second NOx sensor 118 .

尚、SCR触媒47を利用可能な最高温度とは、SCR触媒47が取り得る最高の温度のことを意味し、エンジンEの運転領域が高回転高負荷の領域にあるときのSCR触媒温度に相当する。 The maximum temperature at which the SCR catalyst 47 can be used means the maximum temperature that the SCR catalyst 47 can take, and corresponds to the SCR catalyst temperature when the operating range of the engine E is in the high speed, high load range. do.

図9に示すように、SCR触媒47を利用可能な温度範囲においては、アンモニアのスリップ量は、推定アンモニア吸着量が多くなりかつSCR触媒温度が高くなるほど大きくなることが分かる。また、図9に示すように、SCR温度が最高温度にあるときには、SCR触媒47のアンモニア吸着量が少なくてもアンモニアのスリップが発生することが分かる。 As shown in FIG. 9, in the temperature range in which the SCR catalyst 47 can be used, the ammonia slip amount increases as the estimated ammonia adsorption amount increases and the SCR catalyst temperature increases. Further, as shown in FIG. 9, when the SCR temperature is at the maximum temperature, even if the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is small, ammonia slip occurs.

さらに、図9に示すように、SCR触媒47のアンモニア吸着量が吸着限界付近にあるときには、SCR触媒温度が低いときであってもアンモニアのスリップが発生することが分かる。本実施形態では、SCR触媒47のアンモニア吸着量が吸着限界にあるときに、アンモニアのスリップ量が上記所定スリップ量以上になる温度は約200℃である。つまり、SCR触媒47のアンモニア吸着量が最大であるときには、SCR触媒温度が上記第2所定温度(例えば250℃)のときには、アンモニアのスリップ量が所定スリップ量を超えることになる。 Furthermore, as shown in FIG. 9, when the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is near the adsorption limit, ammonia slip occurs even when the SCR catalyst temperature is low. In this embodiment, when the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is at the adsorption limit, the temperature at which the ammonia slip amount becomes equal to or greater than the predetermined slip amount is about 200.degree. In other words, when the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is maximum, the ammonia slip amount exceeds the predetermined slip amount when the SCR catalyst temperature is the second predetermined temperature (for example, 250° C.).

図10は、図9のマップにおいて、SCR触媒47のアンモニア吸着量とアンモニアのスリップ量との関係をより詳細に示すマップである。縦軸は、アンモニアのスリップ量であり、横軸はSCR触媒47のアンモニア吸着量である。横軸の下限は0であり、上限はSCR触媒47の吸着限界である。図10中の各曲線L1~L4は、SCR触媒温度がそれぞれ異なる。具体的には、L1はSCR触媒47の最高温度(400℃)における曲線であり、L4はSCR触媒47の最低温度(160℃)における曲線である。L2及びL3は、SCR触媒47の最高温度と最低温度との間の温度における曲線であって、SCR触媒47の最高温度と最低温度との間を3等分したときの、高い方の温度(320℃)における曲線がL2であり、低い方の温度(240℃)における曲線がL3である。 FIG. 10 is a map showing in more detail the relationship between the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 and the ammonia slip amount in the map of FIG. The vertical axis represents the ammonia slip amount, and the horizontal axis represents the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 . The lower limit of the horizontal axis is 0 and the upper limit is the adsorption limit of the SCR catalyst 47 . Curves L1 to L4 in FIG. 10 have different SCR catalyst temperatures. Specifically, L1 is the curve at the maximum temperature (400° C.) of the SCR catalyst 47, and L4 is the curve at the minimum temperature (160° C.) of the SCR catalyst 47. L2 and L3 are curves at the temperature between the maximum temperature and the minimum temperature of the SCR catalyst 47, and the higher temperature ( The curve at 320° C.) is L2 and the curve at the lower temperature (240° C.) is L3.

図10に示すように、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒温度が同一である(ここでは、上記酸素濃度及び上記アンモニア濃度も同一である(以下、同様))条件では、当該SCR触媒47のアンモニア吸着量が多いときには、当該SCR触媒47のアンモニア吸着量が少ないときに比べて、アンモニアのスリップ量が多くなることが分かる。これは、SCR触媒47のアンモニア吸着量が多いと、SCR触媒47のアンモニアの被覆率θが大きくなって吸着反応速度が低下する一方で、脱離反応速度は上昇するためである。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、同一のアンモニア濃度、同一の酸素濃度及び同一のSCR触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が多いときには、該推定アンモニア吸着量が少ないときに比べて、アンモニアのスリップ量を多く推定するように構成されている。特に、本実施形態では、スリップ量推定部62は、上記推定アンモニア吸着量がSCR触媒47の吸着限界に近づく程、アンモニアのスリップ量を多く推定するように構成されている。 As shown in FIG. 10, in the temperature range in which the SCR catalyst 47 can be used, under the condition that the SCR catalyst temperature is the same (here, the oxygen concentration and the ammonia concentration are also the same (hereinafter the same)), the It can be seen that when the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is large, the ammonia slip amount increases compared to when the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is small. This is because when the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is large, the ammonia coverage θ of the SCR catalyst 47 increases and the adsorption reaction rate decreases, while the desorption reaction rate increases. Therefore, in the present embodiment, the slip amount estimator 62 determines that the estimated ammonia adsorption When the amount is large, the ammonia slip amount is estimated to be larger than when the estimated ammonia adsorption amount is small. In particular, in the present embodiment, the slip amount estimator 62 is configured to estimate a larger ammonia slip amount as the estimated ammonia adsorption amount approaches the adsorption limit of the SCR catalyst 47 .

また、図10に示すように、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒47のアンモニア吸着量が同一である(ここでは、上記酸素濃度及び上記アンモニア濃度も同一である(以下、同様))条件では、当該SCR触媒47の温度が高いときには、当該SCR触媒47の温度が低いときに比べて、アンモニアのスリップ量が多くなることが分かる。これは、SCR触媒温度が高いほど、式3における、exp(-Ed/RT)の値が小さくなり、脱離反応速度が上昇するためである。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、同一のアンモニア濃度、同一の酸素濃度及び同一の上記推定アンモニア吸着量で比較したときに、SCR触媒温度が高いときには、SCR触媒温度が低いときに比べて、アンモニアのスリップ量を多く推定するように構成されている。 Further, as shown in FIG. 10, the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is the same in the temperature range in which the SCR catalyst 47 can be used (here, the oxygen concentration and the ammonia concentration are also the same (the same applies hereinafter). )) condition, when the temperature of the SCR catalyst 47 is high, the ammonia slip amount is greater than when the temperature of the SCR catalyst 47 is low. This is because the higher the SCR catalyst temperature, the smaller the value of exp(-Ed/RT) in Equation 3 and the higher the desorption reaction rate. Therefore, in the present embodiment, the slip amount estimator 62 determines that the SCR catalyst 47 can be used in a temperature range in which the SCR catalyst 47 When the temperature is high, the slip amount of ammonia is estimated to be larger than when the SCR catalyst temperature is low.

さらに、図10に示すように、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒温度が同一である条件では、当該SCR触媒47のアンモニア吸着量が多いときには、当該SCR触媒47のアンモニア吸着量が少ないときに比べて、SCR触媒47のアンモニア吸着量の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化(すなわち、図10の曲線の傾き)が大きくなることが分かる。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、同一のアンモニア濃度、同一の酸素濃度及び同一のSCR触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が多いときには、該推定アンモニア吸着量が少ないときに比べて、上記推定アンモニア吸着量の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化が大きくなるように、アンモニアのスリップ量を推定するように構成されている。 Furthermore, as shown in FIG. 10, under the condition that the SCR catalyst temperature is the same within the temperature range in which the SCR catalyst 47 can be used, when the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is large, the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is It can be seen that the change in ammonia slip amount (that is, the slope of the curve in FIG. 10) with respect to the change in the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 increases compared to when the SCR catalyst 47 is small. Therefore, in the present embodiment, the slip amount estimator 62 determines that the estimated ammonia adsorption The ammonia slip amount is estimated such that when the amount is large, the change in the ammonia slip amount with respect to the change in the estimated ammonia adsorption amount is greater than when the estimated ammonia adsorption amount is small. .

特に、SCR触媒温度が上記第2所定温度以上のときには、SCR触媒温度が同一である条件では、アンモニアの吸着量が吸着限界の1/3以上のときには、アンモニアの吸着量が吸着限界の1/3未満のときに比べて、SCR触媒47のアンモニア吸着量の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化が大きいことが分かる。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、特に、SCR触媒温度が上記第2所定温度以上のときには、同一のアンモニア濃度、同一の酸素濃度及び同一のSCR触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が吸着限界の1/3以上のときには、上記推定アンモニア吸着量が吸着限界の1/3未満のときに比べて、上記推定アンモニア吸着量の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化が大きくなるように、アンモニアのスリップ量を推定するように構成されている。 In particular, when the SCR catalyst temperature is equal to or higher than the second predetermined temperature, and under the condition that the SCR catalyst temperature is the same, when the ammonia adsorption amount is 1/3 or more of the adsorption limit, the ammonia adsorption amount is 1/3 of the adsorption limit. It can be seen that the change in ammonia slip amount with respect to the change in the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is greater than when it is less than 3. Therefore, in this embodiment, when the SCR catalyst temperature is equal to or higher than the second predetermined temperature, the slip amount estimator 62, when compared with the same ammonia concentration, the same oxygen concentration, and the same SCR catalyst temperature, When the estimated ammonia adsorption amount is ⅓ or more of the adsorption limit, the change in the ammonia slip amount relative to the change in the estimated ammonia adsorption amount is greater than when the estimated ammonia adsorption amount is less than ⅓ of the adsorption limit. It is configured to estimate the slip amount of ammonia so as to increase.

また、図10に示すように、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒47のアンモニア吸着量が同一である条件では、当該SCR触媒温度が高いときには、当該SCR触媒温度が低いときに比べて、当該SCR触媒温度の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化が大きくなることが分かる。特に、SCR触媒47のアンモニア吸着量が、SCR触媒47の吸着限界の半分以下の領域では、上述の傾向が顕著に表れていることが分かる。上述したように、脱離反応に必要な活性化エネルギーが比較的大きい。このため、SCR触媒温度が低いときには、式3におけるexp(-Ed/RT)の値自体が小さく、SCR触媒温度が上昇したとしても、脱離反応速度が上昇しにくい。一方で、SCR触媒温度が高いときには、式3におけるexp(-Ed/RT)の値が大きくなるため、SCR触媒温度が上昇すると脱離反応速度が上昇しやすい。このため、上記のような変化となる。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、同一のアンモニア濃度、同一の酸素濃度及び同一の上記推定アンモニア吸着量で比較したときに、SCR触媒温度が高いときには、SCR触媒温度が低いときに比べて、SCR触媒温度の変化に対する上記アンモニアのスリップ量の変化が大きくなるように、アンモニアのスリップ量を推定するように構成されている。 Further, as shown in FIG. 10, in the temperature range in which the SCR catalyst 47 can be used, under the condition that the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is the same, when the SCR catalyst temperature is high, when the SCR catalyst temperature is low, In comparison, it can be seen that the change in the slip amount of ammonia becomes greater with respect to the change in the SCR catalyst temperature. In particular, it can be seen that the above-described tendency is conspicuous in a region in which the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 is half or less of the adsorption limit of the SCR catalyst 47 . As described above, the activation energy required for the elimination reaction is relatively large. Therefore, when the SCR catalyst temperature is low, the value of exp(-Ed/RT) in Equation 3 itself is small, and even if the SCR catalyst temperature rises, the desorption reaction rate does not easily increase. On the other hand, when the SCR catalyst temperature is high, the value of exp(-Ed/RT) in Equation 3 is large, so the desorption reaction rate tends to increase as the SCR catalyst temperature rises. For this reason, the above changes occur. Therefore, in the present embodiment, the slip amount estimator 62 determines that the SCR catalyst 47 can be used in a temperature range in which the SCR catalyst 47 When the temperature is high, compared to when the SCR catalyst temperature is low, the ammonia slip amount is estimated so that the change in the ammonia slip amount with respect to the change in the SCR catalyst temperature is greater.

図11は、図10において、アンモニアのスリップ量が比較的少ない領域を拡大したマップである。図11を参照すると、SCR触媒温度が高いほど、SCR触媒47のアンモニア吸着量が小さいときから、アンモニアのスリップが発生することが分かる。これは、SCR触媒温度が高いほど、式3におけるexp(-Ed/RT)の値が大きくなって、SCR触媒47のアンモニア吸着量が少ない状態でも、吸着反応速度に比べて脱離反応速度の方が早くなるためであると考えられる。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒温度が高いほど、アンモニアのスリップが発生し始めるアンモニア吸着量が少ないと推定するように構成されている。 FIG. 11 is an enlarged map of a region where the slip amount of ammonia is relatively small in FIG. Referring to FIG. 11, it can be seen that the higher the SCR catalyst temperature, the smaller the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47, and the more ammonia slip occurs. This is because the higher the SCR catalyst temperature, the larger the value of exp(-Ed/RT) in Equation 3, and even in a state where the SCR catalyst 47 adsorbs a small amount of ammonia, the desorption reaction rate is lower than the adsorption reaction rate. This is thought to be because it is faster. Therefore, in the present embodiment, the slip amount estimator 62 is configured to estimate that the higher the SCR catalyst temperature is, the smaller the ammonia adsorption amount at which ammonia slip begins to occur within the temperature range in which the SCR catalyst 47 can be used. It is

本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47に導入される排気ガス中の酸素濃度の影響を考慮するために、図9のマップを構成する数値(仮のスリップ量)に対して、酸素濃度に基づいて補正して、上記スリップ量を推定する。具体的には、スリップ量推定部62は、図9のマップの数値に対して、酸素濃度に基づく補正係数(式2のC2とは異なる)を乗じて、上記スリップ量を推定する。 In the present embodiment, the slip amount estimator 62 considers the influence of the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47 by , the slip amount is estimated by correcting it based on the oxygen concentration. Specifically, the slip amount estimator 62 multiplies the values of the map in FIG. 9 by a correction coefficient (different from C2 in Equation 2) based on the oxygen concentration to estimate the slip amount.

図15は、SCR触媒47に導入される排気ガス中の酸素濃度とそれに基づく補正係数との関係を示すマップ(PCM60の上記メモリに格納されている)の一例である。上記排気ガス中の酸素濃度に基づく補正係数は、酸素濃度が低いほど大きくなるような補正係数となる。したがって、スリップ量推定部62は、上記酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて、上記スリップ量を多く推定することになる。 FIG. 15 is an example of a map (stored in the memory of the PCM 60) showing the relationship between the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47 and the correction coefficient based thereon. The correction coefficient based on the oxygen concentration in the exhaust gas is a correction coefficient that increases as the oxygen concentration decreases. Therefore, when the oxygen concentration is low, the slip amount estimator 62 estimates the slip amount more than when the oxygen concentration is high.

本実施形態では、上記酸素濃度が最大酸素濃度(空気中の酸素濃度と同じ)であるときに、上記酸素濃度に基づく補正係数は1であり、ここから上記酸素濃度が小さくなるに従って、該補正係数は1に対して大きくなる。該補正係数が1であれば、上記酸素濃度を考慮したアンモニアのスリップ量は、図9のマップの数値と同じになる。 In the present embodiment, when the oxygen concentration is the maximum oxygen concentration (same as the oxygen concentration in air), the correction coefficient based on the oxygen concentration is 1, and as the oxygen concentration decreases from here, the correction coefficient The coefficient is larger than 1. If the correction coefficient is 1, the ammonia slip amount considering the oxygen concentration is the same as the numerical values in the map of FIG.

図15の上記マップは、上記酸素濃度を横軸としかつ上記補正係数を縦軸とする二次元直交グラフ上において、最小酸素濃度(0)から上記最大酸素濃度に至るまで、直線で表される。これにより、スリップ量推定部62は、最小酸素濃度(0)から上記最大酸素濃度に至るまで、上記酸素濃度の変化に対する上記スリップ量の変化が線形となるように、上記スリップ量を推定することになる。尚、これに限らず、上記マップは、最小酸素濃度(0)と上記最大酸素濃度との間の一部で、直線で表されてもよく、最小酸素濃度(0)から上記最大酸素濃度に至るまで、曲線で表されてもよい。 The map in FIG. 15 is represented by a straight line from the minimum oxygen concentration (0) to the maximum oxygen concentration on a two-dimensional orthogonal graph in which the oxygen concentration is on the horizontal axis and the correction coefficient is on the vertical axis. . As a result, the slip amount estimator 62 estimates the slip amount so that the change in the slip amount becomes linear with respect to the change in the oxygen concentration from the minimum oxygen concentration (0) to the maximum oxygen concentration. become. In addition, the map is not limited to this, and may be represented by a straight line in a part between the minimum oxygen concentration (0) and the maximum oxygen concentration, and from the minimum oxygen concentration (0) to the maximum oxygen concentration It may be represented by a curve.

ここで、上記式2で示したように、吸着反応速度は、厳密には、SCR触媒47に導入される排気ガス中のアンモニア濃度によっても変化する。このため、アンモニアのスリップ量をより正確に推定するには、上記排気ガス中のアンモニア濃度を考慮する方が好ましい。そこで、本実施形態では、スリップ量推定部62は、図9のマップの数値(仮のスリップ量)に、上記酸素濃度に基づく補正係数に加えて、SCR触媒47に導入される排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数(式2のC1とは異なる)も乗じるようにしている。 Strictly speaking, the adsorption reaction rate also changes depending on the concentration of ammonia in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47, as shown in Equation 2 above. Therefore, in order to more accurately estimate the ammonia slip amount, it is preferable to consider the concentration of ammonia in the exhaust gas. Therefore, in the present embodiment, the slip amount estimator 62 adds a correction coefficient based on the oxygen concentration to the numerical values (provisional slip amount) of the map in FIG. A correction coefficient (different from C1 in Equation 2) based on the ammonia concentration is also multiplied.

図12は、SCR触媒47に導入される排気ガス中のアンモニア濃度とそれに基づく補正係数との関係を示すマップ(PCM60の上記メモリに格納されている)の一例である。上述したように、上記排気ガス中のアンモニア濃度は、吸着反応速度に影響を与えるパラメータである。具体的には、排気ガス中のアンモニア濃度が低い場合には、吸着反応が抑制されるため、吸着反応速度が低くなる(つまり、上記スリップ量が多くなる)。このため、排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数は、図12に示すように、アンモニア濃度が低いほど大きくなるような補正係数となる。本実施形態では、エンジンシステム200が取り得る最大のアンモニア濃度と0との中間のアンモニア濃度D1における補正係数を1として、アンモニア濃度がD1よりも高いときには、補正係数を1よりも小さくする一方、アンモニア濃度がD1よりも低いときには、補正係数を1よりも小さくする。この補正係数は0よりも大きくかつ2よりも小さい範囲で変化する。尚、排気ガス中のアンモニア濃度については、PCM60は、SCR触媒47に導入される排気ガスの流量と、尿素噴射量と、DeNOx制御によって生じるアンモニア量とに基づいて推定する。また、D1の値については、実験等により実際のエンジンシステムに合わせて設定される。 FIG. 12 is an example of a map (stored in the memory of the PCM 60) showing the relationship between the concentration of ammonia in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47 and the correction coefficient based thereon. As described above, the ammonia concentration in the exhaust gas is a parameter that affects the adsorption reaction rate. Specifically, when the concentration of ammonia in the exhaust gas is low, the adsorption reaction is suppressed, so the adsorption reaction speed is low (that is, the slip amount increases). Therefore, as shown in FIG. 12, the correction coefficient based on the ammonia concentration in the exhaust gas is a correction coefficient that increases as the ammonia concentration decreases. In the present embodiment, the correction coefficient is set to 1 at an ammonia concentration D1 intermediate between the maximum ammonia concentration that the engine system 200 can take and 0, and when the ammonia concentration is higher than D1, the correction coefficient is set to be smaller than 1, When the ammonia concentration is lower than D1, the correction coefficient is made smaller than one. This correction factor varies over a range greater than zero and less than two. Note that the PCM 60 estimates the ammonia concentration in the exhaust gas based on the flow rate of the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47, the urea injection amount, and the ammonia amount generated by the DeNOx control. Also, the value of D1 is set according to an actual engine system through experiments or the like.

以上のようにしてスリップ量推定部62で、アンモニアのスリップ量を推定することで、アンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とに影響するパラメータが考慮されるため、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量の推定精度を向上させることができる。 By estimating the slip amount of ammonia in the slip amount estimating unit 62 as described above, the parameters that affect the adsorption reaction rate and the desorption reaction rate of ammonia are considered. It is possible to improve the estimation accuracy of the slip amount.

スリップ量推定部62で推定された、アンモニアの推定スリップ量は、PCM60の異常判定制限部64に入力される。異常判定制限部64は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量以上、詳しくは、第2NOxセンサ118によるNOxの濃度の検出に影響する程度の量以上であるときには、異常判定部63によるSCR触媒47の異常判定を制限する。具体的には、異常判定制限部64は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量であるときには、異常判定部63が上記式1で算出した浄化率が所定浄化率以下であったとしても、異常判定を中止して、異常判定部63に故障カウントをさせないようにする。これにより、異常判定部63は、SCR触媒47をスリップしたアンモニアによって、SCR触媒47の浄化率が所定浄化率以下であると判定されたとしても、SCR触媒47の故障とは判定しないようにすることができる。これにより、異常判定部63は、下流側NOx量を正確に算出できる状況でSCR触媒47の故障を判定できるようになるため、異常判定部63の誤判定を抑制することができる。 The estimated slip amount of ammonia estimated by the slip amount estimating section 62 is input to the abnormality determination limiting section 64 of the PCM 60 . When the estimated slip amount of ammonia is equal to or greater than a predetermined slip amount, more specifically, an amount that affects the NOx concentration detection by the second NOx sensor 118, the abnormality determination limiter 64 controls the SCR catalyst 47 by the abnormality determination unit 63. limit the abnormality judgment of Specifically, when the estimated slip amount of ammonia is equal to the predetermined slip amount, the abnormality determination limit unit 64 determines that even if the purification rate calculated by the abnormality determination unit 63 using Equation 1 is equal to or less than the predetermined purification rate, Determination is stopped so that the abnormality determination unit 63 is prevented from counting failures. As a result, the abnormality determination unit 63 does not determine that the SCR catalyst 47 is out of order even if it is determined that the purification rate of the SCR catalyst 47 is equal to or lower than the predetermined purification rate due to the ammonia slipping in the SCR catalyst 47. be able to. As a result, the abnormality determination unit 63 can determine the failure of the SCR catalyst 47 in a situation where the downstream NOx amount can be accurately calculated, so that erroneous determination by the abnormality determination unit 63 can be suppressed.

次に、SCR触媒47の異常判定を実行する際のPCM60の処理動作について、図13を参照して説明する。以下に説明する処理動作では、SCR触媒47の異常判定に関する制御はPCM60の異常判定部63により実行され、該異常判定の制限に関する制御においては、異常判定制限部64により実行されている。このフローチャートに基づく異常判定は、SCR触媒47が使用可能な間(SCR触媒温度が第1所定温度以上である間)は所定時間毎に実行される。 Next, the processing operation of the PCM 60 when executing the abnormality determination of the SCR catalyst 47 will be described with reference to FIG. In the processing operations to be described below, control related to abnormality determination of the SCR catalyst 47 is performed by the abnormality determination section 63 of the PCM 60, and control regarding restriction of the abnormality determination is performed by the abnormality determination restriction section 64. FIG. Abnormality determination based on this flowchart is performed at predetermined time intervals while the SCR catalyst 47 is usable (while the SCR catalyst temperature is equal to or higher than the first predetermined temperature).

まず、ステップS401において、PCM60は、各種センサ100~119,150,151からの情報を読み込み、次のステップS402で、SCR触媒47のNOxの浄化率を算出する。 First, in step S401, the PCM 60 reads information from various sensors 100 to 119, 150, and 151, and in the next step S402, calculates the NOx purification rate of the SCR catalyst 47. FIG.

次のステップS403では、PCM60は、上記ステップS402で算出したSCR触媒47のNOxの浄化率が所定浄化率未満であるか否かを判定する。このステップS403の判定がYESであるときには、ステップS404に進む一方で、このステップS403の判定がNOであるときには、SCR触媒47は正常であると判定してリターンする。 In the next step S403, the PCM 60 determines whether or not the NOx purification rate of the SCR catalyst 47 calculated in step S402 is less than a predetermined purification rate. When the determination in step S403 is YES, the process proceeds to step S404, while when the determination in step S403 is NO, the SCR catalyst 47 is determined to be normal and the process returns.

上記ステップS404では、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かを判定する。上記ステップS404の判定がYESであるときには、ステップS405に進む一方、上記ステップS404の判定がNOであるときには、ステップS409に進む。尚、このアンモニアの推定スリップ量は、図8に示すフローチャートに基づいて推定される。 In step S404, it is determined whether or not the estimated slip amount of ammonia is less than a predetermined slip amount. When the determination in step S404 is YES, the process proceeds to step S405, while when the determination in step S404 is NO, the process proceeds to step S409. The estimated slip amount of ammonia is estimated based on the flowchart shown in FIG.

上記ステップS405では、PCM60は、故障カウントを1つ加算し、次のステップS406において、PCM60は、故障カウントのカウント数が所定値以上になったか否かを判定する。上記ステップS406の判定がYESであるときには、ステップS407に進む一方、上記ステップS406の判定がNOであるときには、未だ判定期にあるとしてリターンする。 In step S405, the PCM 60 increments the failure count by one, and in the next step S406, the PCM 60 determines whether or not the failure count has reached a predetermined value or more. When the determination in step S406 is YES, the process proceeds to step S407, while when the determination in step S406 is NO, the process returns as still in the determination period.

上記ステップS407では、SCR触媒47に異常があると判定して、次のステップS408において、車両の乗員に警告する。ステップS408の後はリターンする。 In step S407, it is determined that there is an abnormality in the SCR catalyst 47, and in the next step S408, the vehicle occupants are warned. After step S408, the process returns.

一方で、上記ステップS404の判定がNOであるときに進むステップS409では、PCM60は異常判定を中止し、その後リターンする。 On the other hand, in step S409 to which the PCM 60 proceeds when the determination in step S404 is NO, the PCM 60 stops abnormality determination, and then returns.

PCM60による異常判定を実行する際の各パラメータ(推定スリップ量等)の変化を、図14のタイムチャートにより説明する。尚、図14において、アンモニア吸着量は、PCM60のアンモニア吸着量推定部61で推定される値であり、アンモニアのスリップ量は、PCM60のスリップ量推定部62で推定される値である。また、NOxセンサの出力値は、破線が第1NOxセンサ116の出力値であり、実線が第2NOxセンサ118の出力値である。 Changes in each parameter (estimated slip amount, etc.) when the PCM 60 executes abnormality determination will be described with reference to the time chart of FIG. 14, the ammonia adsorption amount is a value estimated by the ammonia adsorption amount estimating section 61 of the PCM 60, and the slip amount of ammonia is a value estimated by the slip amount estimating section 62 of the PCM 60. FIG. As for the output values of the NOx sensor, the dashed line is the output value of the first NOx sensor 116 and the solid line is the output value of the second NOx sensor 118 .

まず、初期状態では、PCM60は通常の燃料噴射制御を実行しており、SCR触媒47は未活性状態であるとする。この初期状態から、DeNOx制御を実行したとすると、該DeNOx制御に伴いアンモニアが発生するため、SCR触媒47のアンモニア吸着量が多くなる。その後、SCR触媒温度が第1所定温度未満、すなわち、SCR触媒47によるNOxの浄化が行われない状態で、DeNOx制御が実行されると、SCR触媒47からはアンモニアが消費されずに、SCR触媒47のアンモニア吸着量が増加する。 First, in the initial state, the PCM 60 is executing normal fuel injection control, and the SCR catalyst 47 is in an inactive state. If the DeNOx control is executed from this initial state, the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 increases because ammonia is generated with the DeNOx control. After that, when the SCR catalyst temperature is lower than the first predetermined temperature, that is, when the SCR catalyst 47 does not purify NOx and the DeNOx control is executed, ammonia is not consumed from the SCR catalyst 47 and the SCR catalyst The ammonia adsorption amount of 47 increases.

SCR触媒温度が第1所定温度以上になると、SCR触媒47によりNOxの浄化が開始されるため、SCR触媒47のアンモニア吸着量が減少し始める。これと同時に、SCR触媒47の異常診断が開始される。また、NOxが吸蔵還元型NOx触媒45よりも下流側に流れるため、第1NOxセンサ116の出力値が上昇する。 When the SCR catalyst temperature reaches or exceeds the first predetermined temperature, the SCR catalyst 47 starts to purify NOx, so the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 47 starts to decrease. At the same time, abnormality diagnosis of the SCR catalyst 47 is started. In addition, since NOx flows downstream of the storage-reduction NOx catalyst 45, the output value of the first NOx sensor 116 increases.

SCR触媒47の温度が高くなると、アンモニアのスリップが発生する。これにより、第2NOxセンサ118の出力値が上昇する。そして、アンモニアのスリップが所定スリップ量以上になったときには、PCM60は、SCR触媒47の異常判定を中止する。これにより、図14に示すように、第2NOxセンサ118の出力値が第1NOxセンサ116の出力値を超えるような状態で上記異常判定が実行されるのを防止することができる。尚、PCM60は、アンモニアのスリップが所定スリップ量未満になったときには、SCR触媒47の異常判定を再開する。 When the temperature of the SCR catalyst 47 rises, ammonia slip occurs. As a result, the output value of the second NOx sensor 118 increases. Then, when the ammonia slip reaches or exceeds a predetermined slip amount, the PCM 60 stops the abnormality determination of the SCR catalyst 47 . As a result, as shown in FIG. 14, it is possible to prevent the abnormality determination from being executed in a state where the output value of the second NOx sensor 118 exceeds the output value of the first NOx sensor 116. FIG. The PCM 60 restarts the abnormality determination of the SCR catalyst 47 when the ammonia slip becomes less than the predetermined slip amount.

また、図14に示すように、PCM60は、アンモニアのスリップが発生したときには、アンモニアのスリップがない場合よりも、アンモニアの吸着量を少なく推定する。アンモニアのスリップが発生しているときには、SCR触媒47からのアンモニアの脱離反応が支配的であるから、アンモニアのスリップがない場合よりもSCR触媒47のアンモニア吸着量が少ないとみなせるためである。これにより、SCR触媒47のアンモニア吸着量の推定精度が向上され、延いては、アンモニアのスリップ量の推定精度が向上される。 Further, as shown in FIG. 14, when ammonia slip occurs, the PCM 60 estimates the ammonia adsorption amount to be smaller than when there is no ammonia slip. This is because when ammonia slip occurs, the desorption reaction of ammonia from the SCR catalyst 47 is dominant, so the amount of ammonia adsorbed by the SCR catalyst 47 can be considered smaller than when there is no ammonia slip. This improves the accuracy of estimating the amount of ammonia adsorbed by the SCR catalyst 47, which in turn improves the accuracy of estimating the slip amount of ammonia.

したがって、本実施形態では、スリップ量推定部62が、SCR触媒47に導入される排気ガス中の酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量を多く推定するようにしたので、上記スリップ量の推定精度を向上させることができる。 Therefore, in the present embodiment, when the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47 is low, the slip amount estimator 62 determines that the slip amount of ammonia from the SCR catalyst 47 is lower than when the oxygen concentration is high. is estimated, the accuracy of estimating the slip amount can be improved.

また、本実施形態では、スリップ量推定部62が、上記酸素濃度に加えて、上記推定アンモニア吸着量、及び、上記検出触媒温度に基づいて、上記スリップ量を推定するようにしたので、SCR触媒47における、アンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とに比較的大きく影響するパラメータが考慮されることで、上記スリップ量の推定精度をより一層向上させることができる。 Further, in the present embodiment, the slip amount estimator 62 estimates the slip amount based on the estimated ammonia adsorption amount and the detected catalyst temperature in addition to the oxygen concentration. By taking into consideration the parameters in 47 that have a relatively large effect on the adsorption reaction rate and desorption reaction rate of ammonia, the estimation accuracy of the slip amount can be further improved.

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and substitutions are possible without departing from the scope of the claims.

例えば、上述の実施形態では、図9のマップの数値(仮のスリップ量)に対して、排気ガス中の酸素濃度に基づく補正係数と、排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数とを乗じて、最終的にアンモニアのスリップ量を推定したが、図9のマップの数値に対して、排気ガス中の酸素濃度に基づく補正係数のみを乗じて、最終的にアンモニアのスリップ量を推定してもよい。また、SCR触媒47に導入される排気ガスの流量(排気ガスの流量が多くなるほど、頻度係数Aaが小さくなりかつ頻度係数Adが大きくなる)、及び/又は、SCR触媒47の劣化度(劣化度が大きくなると、SCR触媒47のアンモニアの吸着限界が低下して、被覆率θが大きくなる)の影響も考慮するために、図9のマップの数値に対して、排気ガス中の酸素濃度に基づく補正係数に加えて、排気ガスの流量に基づく補正係数、及び/又は、SCR触媒47の劣化度に基づく補正係数を更に乗じて、最終的にアンモニアのスリップ量を推定してもよい。排気ガスの流量に基づく補正係数は、排気ガスの流量が多いときには、該排気ガスの流量が少ないときに比べて大きくなる。 For example, in the above-described embodiment, the numerical value (provisional slip amount) of the map in FIG. Although the slip amount of ammonia was finally estimated, even if the numerical value of the map in FIG. good. Further, the flow rate of the exhaust gas introduced into the SCR catalyst 47 (as the flow rate of the exhaust gas increases, the frequency coefficient Aa decreases and the frequency coefficient Ad increases), and/or the degree of deterioration of the SCR catalyst 47 (degree of deterioration increases, the ammonia adsorption limit of the SCR catalyst 47 decreases and the coverage θ increases). In addition to the correction coefficient, a correction coefficient based on the flow rate of the exhaust gas and/or a correction coefficient based on the degree of deterioration of the SCR catalyst 47 may be further multiplied to finally estimate the ammonia slip amount. The correction coefficient based on the exhaust gas flow rate is larger when the exhaust gas flow rate is high than when the exhaust gas flow rate is low.

上記劣化度は、SCR触媒47に付与される熱負荷、及び/又は、SCR触媒47のHC被毒量とすることができ、上記熱負荷は、例えば、SCR触媒47に付与された熱エネルギーの積算値とすることができる。この熱エネルギーの積算値は、例えば、SCR触媒温度と該SCR触媒温度が維持された時間とを掛けた値における該SCR触媒温度毎の値を足し合わせた値で代用することができる。熱負荷が大きくなるほど、SCR触媒47のアンモニアの吸着限界が低下する(つまり、上記スリップ量が多くなる)。SCR触媒47のHC被毒量は、エンジンEの運転状態から推定されるHC発生量の積算値に対して所定割合を掛けた値とする。該所定割合は、実験等に求めた値とする。SCR触媒47のHC被毒量が多くなるほど、SCR触媒47のアンモニアの吸着限界が低下する(つまり、上記スリップ量が多くなる)。SCR触媒47の劣化度に基づく補正係数は、劣化度が大きいときには、劣化度が小さいときに比べて小さくなる。 The degree of deterioration can be the heat load applied to the SCR catalyst 47 and/or the amount of HC poisoning of the SCR catalyst 47. The heat load is, for example, the heat energy applied to the SCR catalyst 47. It can be an integrated value. This integrated value of thermal energy can be substituted by, for example, a value obtained by adding the values for each SCR catalyst temperature obtained by multiplying the SCR catalyst temperature by the time during which the SCR catalyst temperature is maintained. As the heat load increases, the ammonia adsorption limit of the SCR catalyst 47 decreases (that is, the slip amount increases). The HC poisoning amount of the SCR catalyst 47 is a value obtained by multiplying the integrated value of the HC generation amount estimated from the operating state of the engine E by a predetermined ratio. The predetermined ratio is a value obtained by experiment or the like. As the HC poisoning amount of the SCR catalyst 47 increases, the ammonia adsorption limit of the SCR catalyst 47 decreases (that is, the slip amount increases). The correction coefficient based on the degree of deterioration of the SCR catalyst 47 is smaller when the degree of deterioration is large than when the degree of deterioration is small.

さらに、補正係数に代えて、補正量を求めるようにして、図9のマップの数値に対して、該補正量を加算又は減算するようにしてもよい。 Furthermore, instead of the correction coefficient, a correction amount may be obtained, and the correction amount may be added or subtracted from the numerical values of the map in FIG.

また、上記実施形態では、尿素インジェクタ51によりアンモニアの前駆体である尿素を供給するようにしていたが、アンモニアを直接供給するような構成にしてもよい。 In the above embodiment, urea, which is a precursor of ammonia, is supplied by the urea injector 51, but ammonia may be directly supplied.

さらに、上記実施形態では、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量の推定を、SCR触媒47の異常判定に利用する場合について説明したが、例えば、尿素インジェクタ51による尿素噴射量の算出やスリップ触媒48の浄化率の判定などに利用してもよい。つまり、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量の推定は、SCR触媒47の異常判定以外のものにも利用可能である。 Furthermore, in the above embodiment, the case where the estimation of the slip amount of ammonia from the SCR catalyst 47 is used for the abnormality determination of the SCR catalyst 47 has been described. It may be used for determining the purification rate of In other words, the estimation of the slip amount of ammonia from the SCR catalyst 47 can be used for purposes other than the abnormality determination of the SCR catalyst 47 .

また、上記実施形態では、PCM60の異常判定において、SCR触媒47の浄化率が所定浄化率未満であるか否かの判定(ステップS403)をした後、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かの判定(ステップS404)をしていたが、これに限らず、SCR触媒47の浄化率の算出及び該浄化率に基づく判定の前に、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かの判定をしてもよい。この場合、PCM60の処理動作は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量以上であるときには、SCR触媒47の浄化率の算出や該浄化率に基づく判定もせずに、そのままリターンするような処理動作になる。 Further, in the above embodiment, in the abnormality determination of the PCM 60, after determining whether or not the purification rate of the SCR catalyst 47 is less than the predetermined purification rate (step S403), if the estimated slip amount of ammonia is less than the predetermined slip amount, Although the determination (step S404) of whether or not there is an estimated slip amount of ammonia is less than the predetermined slip amount before the calculation of the purification rate of the SCR catalyst 47 and the determination based on the purification rate, the determination is not limited to this. It may be determined whether or not In this case, the processing operation of the PCM 60 is such that when the estimated slip amount of ammonia is equal to or greater than the predetermined slip amount, the processing operation returns without calculating the purification rate of the SCR catalyst 47 or making a determination based on the purification rate. Become.

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples, and should not be construed as limiting the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the scope of claims, and all variations and modifications within the equivalent scope of the claims are within the scope of the invention.

本発明は、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、該選択還元型NOx触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを有するエンジンの排気ガス状態を推定する際に有用である。 The present invention comprises a selective reduction NOx catalyst that reduces NOx with a supplied reducing agent, and a reducing agent supply means capable of supplying ammonia or a precursor of ammonia as the reducing agent to the selective reduction NOx catalyst. It is useful when estimating the exhaust gas state of an engine with

E エンジン
41 排気通路
45 吸蔵還元型NOx触媒
47 SCR触媒(選択還元型NOx触媒)
51 尿素インジェクタ(還元剤供給手段)
60 PCM
61 アンモニア吸着量推定部(アンモニア吸着量推定手段)
62 スリップ量推定部(スリップ量推定手段)
63 異常判定部(異常判定手段)
64 異常判定制限部(異常判定制限手段)
65 酸素濃度取得部(酸素濃度取得手段)
117 触媒温度センサ(触媒温度検出手段)
118 第2NOxセンサ(排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサ)
E engine 41 exhaust passage 45 storage reduction NOx catalyst 47 SCR catalyst (selective reduction NOx catalyst)
51 urea injector (reducing agent supply means)
60 PCM
61 Ammonia adsorption amount estimation unit (ammonia adsorption amount estimation means)
62 slip amount estimator (slip amount estimator)
63 Abnormality determination unit (abnormality determination means)
64 Abnormality judgment limiting unit (abnormality judgment limiting means)
65 oxygen concentration acquisition unit (oxygen concentration acquisition means)
117 catalyst temperature sensor (catalyst temperature detection means)
118 Second NOx sensor (NOx sensor whose output value changes according to the amount of NOx and ammonia in the exhaust gas)

Claims (9)

エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、該選択還元型NOx触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを有するエンジンの排気ガス状態推定方法であって、
上記選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中の酸素濃度を取得する酸素濃度取得工程と、
上記酸素濃度取得工程で取得した酸素濃度に基づいて、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定工程と、
上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程と、
上記選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中のアンモニア濃度を取得するアンモニア濃度取得工程と、を備え、
上記スリップ量推定工程は、上記酸素濃度取得工程で取得した酸素濃度に加えて、上記アンモニア吸着量推定工程で推定された推定アンモニア吸着量、及び、上記アンモニア濃度取得工程で取得したアンモニア濃度に基づいて、上記スリップ量を推定する工程であり、
上記スリップ量推定工程において、上記酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて、上記スリップ量を多く推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。
A selective reduction NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine and reduces NOx with a supplied reducing agent, and a reducing agent capable of supplying ammonia as the reducing agent or a precursor of ammonia to the selective reduction NOx catalyst. A method for estimating the exhaust gas state of an engine having supply means,
an oxygen concentration acquisition step of acquiring the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst;
A slip amount estimating step of estimating a slip amount of ammonia, which is an amount of ammonia discharged into a passage downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage, based on the oxygen concentration obtained in the oxygen concentration obtaining step. When,
an ammonia adsorption amount estimation step of estimating the ammonia adsorption amount of the selective reduction NOx catalyst;
an ammonia concentration acquisition step of acquiring the ammonia concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst;
The slip amount estimating step is based on the oxygen concentration obtained in the oxygen concentration obtaining step, the estimated ammonia adsorption amount estimated in the ammonia adsorption amount estimating step, and the ammonia concentration obtained in the ammonia concentration obtaining step. is a step of estimating the slip amount,
A method for estimating the exhaust gas state of an engine, wherein in the slip amount estimating step, the slip amount is estimated to be larger when the oxygen concentration is low than when the oxygen concentration is high.
請求項1記載のエンジンの排気ガス状態推定方法において、
上記スリップ量推定工程において、上記酸素濃度の変化に対する上記スリップ量の変化が線形になるように該スリップ量を推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。
In the method for estimating the exhaust gas state of an engine according to claim 1,
A method for estimating the exhaust gas state of an engine, wherein in the slip amount estimating step, the slip amount is estimated so that the change in the slip amount becomes linear with respect to the change in the oxygen concentration.
請求項2記載のエンジンの排気ガス状態推定方法において、
上記スリップ量推定工程において、最小酸素濃度から最大酸素濃度に至るまで、上記酸素濃度の変化に対する上記スリップ量の変化が線形になるように該スリップ量を推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。
In the engine exhaust gas state estimation method according to claim 2,
In the slip amount estimating step, the slip amount is estimated so that the change in the slip amount is linear with respect to the change in the oxygen concentration from the minimum oxygen concentration to the maximum oxygen concentration. State estimation method.
請求項1~3のいずれか1つに記載のエンジンの排気ガス状態推定方法において、
記選択還元型NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出工程と、を更に備え、
記スリップ量推定工程は、更に上記触媒温度検出工程で検出された検出触媒温度に基づいて、上記スリップ量を推定する工程であることを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。
In the engine exhaust gas state estimation method according to any one of claims 1 to 3,
a catalyst temperature detection step of detecting the temperature of the selective reduction NOx catalyst;
The method for estimating the exhaust gas state of an engine, wherein the slip amount estimating step is a step of estimating the slip amount based on the catalyst temperature detected in the catalyst temperature detecting step.
請求項4記載のエンジンの排気ガス状態推定方法において、
上記スリップ量推定工程において、上記酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて、上記スリップ量を多く推定するとともに、同一の上記酸素濃度及び同一の上記検出触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が多いときには、該推定アンモニア吸着量が少ないときに比べて、上記スリップ量を多く推定する一方、同一の上記酸素濃度及び同一の上記推定アンモニア吸着量で比較したときに、上記検出触媒温度が高いときには、該検出触媒温度が低いときに比べて、上記スリップ量を多く推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。
In the engine exhaust gas state estimation method according to claim 4,
In the slip amount estimating step, when the oxygen concentration is low, the slip amount is estimated to be larger than when the oxygen concentration is high, and when compared with the same oxygen concentration and the same detected catalyst temperature. When the estimated ammonia adsorption amount is large, the slip amount is estimated to be larger than when the estimated ammonia adsorption amount is small. A method for estimating the exhaust gas state of an engine, wherein when the detected catalyst temperature is high, the slip amount is estimated more than when the detected catalyst temperature is low.
請求項5記載のエンジンの排気ガス状態推定方法において、
上記スリップ量推定工程は、上記推定アンモニア吸着量及び上記検出触媒温度に基づいて推定した仮のスリップ量に対して、上記酸素濃度に基づいて補正して、上記スリップ量を推定する工程であることを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。
In the engine exhaust gas state estimation method according to claim 5,
The slip amount estimating step is a step of estimating the slip amount by correcting a provisional slip amount estimated based on the estimated ammonia adsorption amount and the detected catalyst temperature based on the oxygen concentration. A method for estimating the exhaust gas state of an engine, characterized by:
請求項4~6のいずれか1つに記載のエンジンの排気ガス状態推定方法において、
上記エンジンは、
上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも上流側に配設され、排気ガス中のNOxを吸蔵しかつ吸蔵したNOxを還元可能な吸蔵還元型NOx触媒と、
上記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元すべく、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にするNOx触媒再生制御手段と、
を更に有し、
上記NOx触媒再生制御手段により上記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元したときに、上記吸蔵還元型NOx触媒から排気ガス中に排出されたアンモニア量を推定する還元時アンモニア発生量推定工程を更に備え、
上記アンモニア吸着量推定工程は、上記還元剤供給手段で供給されたアンモニアの量又はアンモニアの前駆体の量と、上記還元時アンモニア発生量推定工程で推定されたアンモニア量とに基づいて、上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定する工程であることを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。
In the engine exhaust gas state estimation method according to any one of claims 4 to 6,
The above engine
a storage reduction NOx catalyst disposed upstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage, capable of storing NOx in the exhaust gas and reducing the stored NOx;
NOx catalyst regeneration control means for reducing the NOx stored in the NOx storage reduction type NOx catalyst so that the air-fuel ratio of the exhaust gas is close to the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio;
further having
A step of estimating the amount of ammonia generated during reduction for estimating the amount of ammonia discharged into the exhaust gas from the storage-reduction type NOx catalyst when the NOx stored in the storage-reduction-type NOx catalyst is reduced by the NOx catalyst regeneration control means. further comprising
In the ammonia adsorption amount estimation step, the selection is performed based on the amount of ammonia or the amount of ammonia precursor supplied by the reducing agent supply means and the amount of ammonia estimated in the step of estimating the amount of ammonia generated during reduction. A method for estimating the exhaust gas state of an engine, comprising: a step of estimating an ammonia adsorption amount of a reduced NOx catalyst.
請求項1~7のいずれか1つに記載のエンジンの排気ガス状態推定方法を用いた、エンジンの触媒異常判定方法であって、
上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側に設けられかつ排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサを更に有し、
上記NOxセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定工程を備え、
上記異常判定工程は、上記スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限する異常判定制限工程を含むことを特徴とするエンジンの触媒異常判定方法。
An engine catalyst abnormality determination method using the engine exhaust gas state estimation method according to any one of claims 1 to 7,
The engine further includes a NOx sensor provided downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage and having an output value that changes according to the amount of NOx and the amount of ammonia in the exhaust gas,
an abnormality determination step of determining whether or not there is an abnormality in the selective reduction NOx catalyst based on the output value of the NOx sensor;
The abnormality determination step includes an abnormality determination restriction step for limiting the abnormality determination when the ammonia slip amount estimated in the slip amount estimation step is equal to or greater than a predetermined slip amount. Method.
エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、上記選択還元型NOx触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを有するエンジンの触媒異常判定装置であって、
上記選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中の酸素濃度を取得する酸素濃度取得手段と、
上記酸素濃度取得手段により取得した酸素濃度に基づいて、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定手段と、
上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側に設けられ、排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサと、
上記NOxセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定手段と、
上記スリップ量推定手段で推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定手段の上記異常判定を制限する異常判定制限手段と
上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定手段と、
上記選択還元型NOx触媒に導入される排気ガス中のアンモニア濃度を取得するアンモニア濃度取得手段と、を備え、
上記スリップ量推定手段は、上記酸素濃度取得手段で取得した酸素濃度に加えて、上記アンモニア吸着量推定手段により推定された推定アンモニア吸着量、及び、上記アンモニア濃度取得手段により取得したアンモニア濃度に基づいて、上記スリップ量を推定し、
上記スリップ量推定手段は、上記酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて、上記スリップ量を多く推定するように構成されていることを特徴とすることを特徴とするエンジンの触媒異常判定装置。
A selective reduction NOx catalyst provided in an exhaust passage of an engine for reducing NOx with a supplied reducing agent, and a reducing agent capable of supplying ammonia as the reducing agent or a precursor of ammonia to the selective reduction NOx catalyst. A catalyst abnormality determination device for an engine having supply means,
oxygen concentration acquisition means for acquiring the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst;
Slip amount estimating means for estimating a slip amount of ammonia, which is an amount of ammonia discharged into a passage downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage, based on the oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquiring means. When,
a NOx sensor provided downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage and having an output value that changes according to the amount of NOx and the amount of ammonia in the exhaust gas;
Abnormality determination means for determining whether or not there is an abnormality in the selective reduction NOx catalyst based on the output value of the NOx sensor;
and abnormality determination limiting means for limiting the abnormality determination of the abnormality determining means when the ammonia slip amount estimated by the slip amount estimating means is equal to or greater than a predetermined slip amount. ,
ammonia adsorption amount estimating means for estimating the ammonia adsorption amount of the selective reduction NOx catalyst;
an ammonia concentration acquisition means for acquiring the ammonia concentration in the exhaust gas introduced into the selective reduction NOx catalyst;
The slip amount estimating means is based on the estimated ammonia adsorption amount estimated by the ammonia adsorption amount estimating means and the ammonia concentration acquired by the ammonia concentration acquiring means in addition to the oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquiring means. to estimate the above slip amount,
The slip amount estimating means is configured to estimate the slip amount more when the oxygen concentration is low than when the oxygen concentration is high. Abnormality determination device.
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