(57)【要約】【課題】フィルタに担持された触媒の酸素吸蔵能力を精度よく推定する。【解決手段】酸素吸蔵能力を有する触媒を担持したフィルタと、フィルタよりも下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、フィルタに流入する排気の空燃比を変化させる空燃比制御手段と、フィルタの隔壁内に堆積している粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段と、空燃比制御手段により排気の空燃比を変化させたときの空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から、触媒の最大酸素吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、フィルタの隔壁内に堆積している粒子状物質の量に基づいて、触媒の最大酸素吸蔵量を補正する補正手段と、を備える。【選択図】図９
2019152165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタよりも下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比を変化させる空燃比制御手段と、
前記パティキュレートフィルタの隔壁内に堆積している粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段と、
前記空燃比制御手段により排気の空燃比を変化させたときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から、前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、
前記堆積量推定手段により推定される前記粒子状物質の量に基づいて、前記触媒の最大酸素吸蔵量を補正する補正手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記堆積量推定手段により推定される前記粒子状物質の量が多いときは少ないときよりも、前記最大酸素吸蔵量を少なくする側に補正するときの補正量をより大きくする、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に酸素吸蔵能力を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という。）を備えることが知られている。この触媒が劣化すると、触媒に最大限吸蔵可能な酸素の量（以下、最大酸素吸蔵量ともいう。）が減少するため、最大酸素吸蔵量に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。ここで、フィルタに堆積している粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）の量とフィルタの温度とに基づいて最大酸素吸蔵量を補正し、補正後の最大酸素吸蔵量に基づいて劣化判定を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
触媒の劣化判定時には、触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比を挟んでリッチ側からリーン側、または、リーン側からリッチ側に変化させる制御が行われる。例えば、触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも大きな空燃比から理論空燃比よりも小さな空燃比に変化すると、触媒に吸蔵されていた酸素が放出される。そして、この酸素の放出が行われている間は、触媒よりも下流で検出される排気の空燃比が理論空燃比近傍で一定となる。この理論空燃比近傍となっている期間は触媒の最大酸素吸蔵量に関連しているため、この期間に基づいて、最大酸素吸蔵量を求めることができる。しかし、触媒から放出された酸素がフィルタに堆積しているＰＭと反応することにより酸素が消費されると、触媒よりも下流で検出される排気の空燃比が理論空燃比近傍で一定となる期間が短くなる。そうすると、酸素吸蔵能力が低下していると誤判定される虞があるため、特許文献１では、ＰＭによって消費される分の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量に加算する補正を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６４８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、ＰＭによって最大酸素吸蔵量が実際よりも少なく算出される課題が記載されているが、ＰＭの堆積箇所によって最大酸素吸蔵量が変化することが見出された。したがって、従来のように最大酸素吸蔵量を補正すると、触媒の劣化判定において誤判定が生じる虞がある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタに担持された触媒の酸素吸蔵能力を精度よく推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタよりも下流の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比を変化させる空燃比制御手段と、前記パティキュレートフィルタの隔壁内に堆積している粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段と、前記空燃比制御手段により排気の空燃比を変化させたときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化から、前記触媒の最大酸素吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、前記堆積量推定手段により推定される前記粒子状物質の量に基づいて、前記触媒の最大酸素吸蔵量
を補正する補正手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置である。
【０００８】
触媒に流入する排気の空燃比を変化させたときの触媒よりも下流の排気の空燃比の変化に基づいて、触媒の最大酸素吸蔵量を求めることができる。しかし、最大酸素吸蔵量は、ＰＭが堆積している箇所によって影響を受けることが見出された。触媒を担持したフィルタにおいては、最大酸素吸蔵量が、フィルタの隔壁内（すなわち、隔壁に形成された細孔の内部）のＰＭ堆積量に応じて変化するが、フィルタの隔壁の表面（すなわち、隔壁に形成された細孔の外部）のＰＭ堆積量に応じては変化しないことが判明した。したがって、触媒の劣化の度合いが例え同じであったとしても、ＰＭが堆積している箇所によって最大酸素吸蔵量が変化し得る。このため、例えば最大酸素吸蔵量に基づいて触媒の劣化判定を実施すると誤判定が生じる虞がある。そこで、補正手段が最大酸素吸蔵量を補正する。
【０００９】
フィルタの隔壁内のＰＭ堆積量によって最大酸素吸蔵量が変化するため、フィルタの隔壁内のＰＭ堆積量と最大酸素吸蔵量の変化量とには相関がある。そのため、補正手段は、フィルタの隔壁内のＰＭ堆積量に基づいて、最大酸素吸蔵量を補正することができる。このようにして、最大酸素吸蔵量を補正することにより、フィルタの隔壁内のＰＭ堆積量の影響を受け難くすることができる。したがって、触媒の酸素吸蔵能力をより精度よく推定することができる。
【００１０】
また、前記補正手段は、前記堆積量推定手段により推定される前記粒子状物質の量が多いときは少ないときよりも、前記最大酸素吸蔵量を少なくする側に補正するときの補正量をより大きくすることができる。
【００１１】
補正手段は、フィルタの隔壁内のＰＭ堆積量の変化に応じて最大酸素吸蔵量が変化した場合に、その変化分を打ち消すように最大酸素吸蔵量を補正する。これにより、フィルタの隔壁内にＰＭが堆積していない状態の最大酸素吸蔵量を求める。そのため、例えば隔壁内のＰＭ堆積量が多くなれば、最大酸素吸蔵量が大きくなるため、最大酸素吸蔵量の補正量も大きくなる。したがって、補正手段は、堆積量推定手段により推定されるＰＭの量が多いときは少ないときよりも、最大酸素吸蔵量を少なくする側に補正するときの補正量をより大きくする。これにより、触媒の酸素吸蔵能力をより精度よく推定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィルタに担持された触媒の酸素吸蔵能力を精度よく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図２】目標空燃比（実線）と、三元触媒よりも下流の空燃比（一点鎖線）との推移を示した図である。
【図３】フィルタにＰＭが堆積していない場合にフィルタを通過する排気の流れを示している。
【図４】フィルタの隔壁内にＰＭが堆積している途中の排気の流れを示している。
【図５】フィルタの隔壁内へのＰＭの堆積が終了して、フィルタの隔壁の表面にＰＭが堆積している途中の排気の流れを示している。
【図６】フィルタにおけるＰＭ堆積量と、Ｃｍａｘ法によって求められる最大酸素吸蔵量との関係を示した図である。
【図７】フィルタの隔壁内のＰＭ堆積量（隔壁内堆積量）と最大酸素吸蔵量の補正量ΔＣとの関係を示した図である。
【図８】隔壁内堆積量を算出するフローを示したフローチャートである。
【図９】最大酸素吸蔵量を補正するフローを示したフローチャートである。
【図１０】三元触媒の劣化判定のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
（実施形態）
図１は、本実施形態に係る内燃機関１の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のガソリンエンジンである。ただし、内燃機関１はディーゼルエンジンであってもよい。内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、三元触媒３１を担持したパティキュレートフィルタ３（以下、フィルタ３という。）が設けられている。フィルタ３は、排気中のＰＭを捕集するウォールフロー型のフィルタであり、フィルタ３の隔壁に形成された細孔を排気が通過するときに排気中のＰＭが捕集される。
【００１６】
三元触媒３１は、酸素吸蔵能力を有し、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを最大効率で浄化する。三元触媒３１は、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも大きな空燃比であるリーン空燃比のときに酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも小さな空燃比であるリッチ空燃比のときに酸素を放出することにより、触媒雰囲気を理論空燃比に維持することができる。このような酸素吸蔵能力の作用により、三元触媒３１へ流入する排気の空燃比が理論空燃比以外であっても、三元触媒３１はＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化することができる。なお、本実施形態においては三元触媒３１が、本発明における触媒に相当する。本発明における触媒は、酸素吸蔵能力を有していればよいため、三元触媒３１以外の酸素吸蔵能力を有する触媒を採用することもできる。
【００１７】
三元触媒３１よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第一空燃比センサ１１が設けられている。また、三元触媒３１よりも下流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第二空燃比センサ１２及び排気の温度を検出する温度センサ１３が設けられている。なお、第一空燃比センサ１１及び第二空燃比センサ１２は、例えば限界電流式の酸素濃度センサであってもよく、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）であってもよい。限界電流式の酸素濃度センサは、広い空燃比領域に亘って空燃比に対応した電圧を出力する。一方、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサは、理論空燃比において急変する電圧を出力する。なお、本実施形態においては第二空燃比センサ１２が、本発明における空燃比検出手段に相当する。また、排気通路２には、フィルタ３よりも上流側の排気の圧力とフィルタ３よりも下流側の排気の圧力との差を検出する差圧センサ１４が設けられている。
【００１８】
また、内燃機関１には、気筒内に燃料を噴射する噴射弁４が気筒毎に設けられている。さらに、内燃機関１には、吸気通路５が接続されている。吸気通路５には、吸気の流量を検出するエアフローメータ１５が設けられている。
【００１９】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、上述した第一空燃比センサ１１、第二空燃比センサ１２、差圧センサ１４、エアフローメータ１５の他、クランクポジションセンサ１６及びアクセル開度センサ１７が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ１０に渡される。
【００２０】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１６の検出に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ１７の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。なお、本実施形態では、三元触媒３１に流れ込む排気の空燃比は第一空燃比センサ１１によって検出可能であるが、排気の空燃比をエアフローメータ１５により検出される吸入空気量及び噴射弁４からの燃料噴射量に基づいて推定することも可能である。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１３によって検出される排気の温度に基づいて、フィルタ３及び三元触媒３１の温度を検出することが可能である。なお、フィルタ３と三元触媒３１とは一体であるため、フィルタ３の温度と三元触媒３１の温度は等しい。また、温度センサ１３により検出される温度が、フィルタ３及び三元触媒３１の温度としてもよい。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、フィルタ３及び三元触媒３１の温度を推定することも可能である。また、差圧センサ１４の検出値とフィルタ３のＰＭ堆積量とには関連性があるため、ＥＣＵ１０は、差圧センサ１４の検出値に基づいて、フィルタ３のＰＭ堆積量を検出することができる。差圧センサ１４の検出値と、フィルタ３のＰＭ堆積量との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。なお、フィルタ３のＰＭ堆積量は、後述するように内燃機関１の運転状態等に基づいて算出することもできる。
【００２１】
また、ＥＣＵ１０は、三元触媒３１の劣化判定を実施する。ＥＣＵ１０は、三元触媒３１の最大酸素吸蔵量が下限値よりも少なくなった場合に、該三元触媒３１が劣化したと判定する。ここでいう劣化とは、回復することができない熱劣化等である。本実施形態では、Ｃｍａｘ法を用いて三元触媒３１の最大酸素吸蔵量を求め、この最大酸素吸蔵量と下限値とを比較することにより三元触媒３１の劣化判定を実施する。ここで、三元触媒３１の最大酸素吸蔵量は、三元触媒３１に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化してから、三元触媒３１より流出する排気の空燃比がリーン空燃比へ変化するまでの時間及び空燃比と関連している。同様に、三元触媒３１の最大酸素吸蔵量は、三元触媒３１に流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化してから、三元触媒３１より流出する排気の空燃比がリッチ空燃比へ変化するまでの時間及び空燃比と関連している。したがって、これらの時間及び空燃比に基づいて、三元触媒３１の最大酸素吸蔵量を算出することができる。
【００２２】
例えば、図２に示したようにＣｍａｘ法により最大酸素吸蔵量を算出することができる。図２は、目標空燃比（実線）と、三元触媒３１よりも下流の排気の空燃比（一点鎖線）との推移を示した図である。目標空燃比は、内燃機関１の気筒内における目標空燃比である。なお、目標空燃比に代えて、三元触媒３１よりも上流の空燃比としてもよい。Ｃｍａｘ法により最大酸素吸蔵量を算出するときには、目標空燃比を理論空燃比を挟んで変動させる制御であるアクティブ制御が実施される。なお、本実施形態ではＥＣＵ１０がアクティブ制御を実施することにより、本発明における空燃比制御手段として機能する。ＥＣＵ１０は、該ＥＣＵ１０に備わる記憶部（図示省略）に予め記憶されているプログラムを実行することにより、アクティブ制御を実施する。アクティブ制御では、三元触媒３１よりも下流の排気の空燃比、すなわち、第二空燃比センサ１２により検出される空燃比が、リッチ空燃比からリーン空燃比へ変化したときに、目標空燃比をリッチ空燃比へ切り換え、第二空燃比センサ１２により検出される空燃比が、リーン空燃比からリッチ空燃比へ変化したときに、目標空燃比をリーン空燃比へ切り換える。ＥＣＵ１０は、実際の空燃比が目標空燃比に近付くように、噴射弁４からの燃料噴射量等を調整する。なお、第二空燃比センサ１２が、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）であれば、検出される空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化した直後に、目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換える。一方、第二空燃比センサ１２が、限界電流式の酸素濃度センサの場合には、所定のリーン空燃比となったときに目標空燃比を切り換えてもよい。すなわち、検出される空燃比がリーン空燃比となっても目標空燃比をすぐにリッチ空燃比へ切り換えるのではなく、検出される空燃比がリーン空燃比の状態が維持された後に目標空燃比を切り換えてもよい。これは、三元触媒３１から酸素が放出されている場合であ
っても、三元触媒３１から流出する排気の空燃比は厳密には理論空燃比からずれている場合もあるため、このような場合には空燃比を切り換えないようにするためである。
【００２３】
図２において、目標空燃比を示す線と、三元触媒３１よりも下流の空燃比を示す線とで囲まれる範囲（ハッチングを施した範囲）の面積が、三元触媒３１の最大酸素吸蔵量に比例する。したがって、この面積と最大酸素吸蔵量との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、この面積に基づいて最大酸素吸蔵量を求めることができる。目標空燃比がリーン空燃比のときの面積Ａに基づいて最大酸素吸蔵量を求めてもよいし、目標空燃比がリッチ空燃比のときの面積Ｂに基づいて最大酸素吸蔵量を求めてもよいし、目標空燃比がリーン空燃比のときの面積Ａと目標空燃比がリッチ空燃比のときの面積Ｂとの平均値に基づいて最大酸素吸蔵量を求めてもよい。本実施形態では、ＥＣＵ１０がＣｍａｘ法によって最大酸素吸蔵量を求めることにより、本発明における吸蔵量推定手段として機能する。ＥＣＵ１０は、該ＥＣＵ１０に備わる記憶部（図示省略）に予め記憶されているプログラムを実行することにより、最大酸素吸蔵量を推定する。なお、本実施形態ではＣｍａｘ法を用いて最大酸素吸蔵量を求めているが、これに代えて三元触媒３１に流入する排気の空燃比を変化させたときの三元触媒３１よりも下流の空燃比の変化に基づいた周知の技術を採用して最大酸素吸蔵量を求めてもよい。
【００２４】
上記のようにして求まる最大酸素吸蔵量は、ＰＭがどのようにフィルタ３に堆積しているのかによって影響を受ける。図３は、フィルタ３にＰＭが堆積していない場合にフィルタ３を通過する排気の流れを示している。図４は、フィルタ３の隔壁内３ＢにＰＭが堆積している途中の排気の流れを示している。図５は、フィルタ３の隔壁内３ＢへのＰＭの堆積が終了して、フィルタ３の隔壁の表面３ＡにＰＭが堆積している途中の排気の流れを示している。図３、図４、図５において、排気の流れを矢印で示しており、排気の流量を矢印の太さで表している。図３に示すように、フィルタ３にＰＭが堆積していない状態では、細孔径が大きな箇所に排気が通り易い。この場合、排気に含まれるＰＭも細孔径が比較的大きな箇所を流通するため、この細孔径が比較的大きな箇所においてＰＭが捕集され易い。このときには、細孔径が比較的大きな箇所において酸素が吸蔵される。
【００２５】
そして、細孔径が比較的大きな箇所にＰＭが捕集され堆積すると、図４に示すように、細孔径が比較的大きな箇所を排気が通り難くなり、細孔径が比較的小さな箇所に排気がより多く流通するようになる。そのため、細孔径が比較的小さな箇所にもＰＭが捕集され堆積するようになる。このときには、細孔径が比較的小さな箇所において酸素が吸蔵される。なお、フィルタ３にＰＭが堆積する場合には、図４に示したように、まずは主に隔壁内３ＢにＰＭが堆積し、その後、図５に示したように主に隔壁の表面３ＡにＰＭが堆積することが判明している。図５に示したようにフィルタ３の隔壁の表面３ＡにＰＭが堆積しても、隔壁内３Ｂの排気の流れはほとんど変化しない。したがって、このときには、細孔径が比較的小さな箇所において酸素が吸蔵される。
【００２６】
フィルタ３の隔壁の表面３Ａ及び隔壁内３Ｂに堆積したＰＭは、高温状態（例えば５００℃以上）で且つ排気中に酸素が存在している状態のときに酸化され除去される。例えば、内燃機関１の高負荷運転時にフィルタ３が高温状態となる。そして、その後に、例えばフューエルカットが行われたり、または、内燃機関１がリーン空燃比で運転されたりすると、高温状態で且つ排気中に酸素が存在している状態となり、フィルタ３に堆積しているＰＭが酸化される。フィルタ３に堆積しているＰＭが酸化されるときには、まずは主に隔壁内３Ｂに堆積しているＰＭから酸化が始まり、隔壁内３Ｂに堆積していたＰＭが除去された後、主に隔壁の表面３Ａに堆積しているＰＭが酸化されることが判明している。
【００２７】
三元触媒３１への酸素の吸蔵は、酸素が三元触媒３１の吸蔵サイトに接触することにより行われる。このため、より多くの吸蔵サイトに酸素が接触するような状態になると、最
大酸素吸蔵量がより多くなる。ここで、フィルタ３の隔壁内３ＢにＰＭが堆積して隔壁内３Ｂの排気の流れが細孔径のより小さい箇所を通過するように変化すると、隔壁内３Ｂのより広い範囲に排気が流通するようになるため、酸素と接触する吸蔵サイトがより多くなる。したがって、フィルタ３の隔壁内３ＢにＰＭが堆積するにしたがって、最大酸素吸蔵量が多くなる。その後、フィルタ３の隔壁内３Ｂにある程度のＰＭが堆積して、隔壁内３ＢでＰＭを捕集できなくなると、フィルタ３の隔壁の表面３ＡにＰＭが堆積するようになる。フィルタ３の隔壁の表面３ＡにＰＭが堆積しても、フィルタ３の隔壁内３Ｂの排気の流れはほとんど変化しないため、酸素と接触する吸蔵サイトの数もほとんど変化しない。したがって、フィルタ３の隔壁の表面３ＡにおいてＰＭ堆積量が増加しても、最大酸素吸蔵量はほとんど変化しない。
【００２８】
また、フィルタ３に堆積しているＰＭが酸化される場合には、まずは主にフィルタ３の隔壁内３Ｂに堆積しているＰＭから酸化されることが判明している。隔壁内３ＢからＰＭが除去されるにしたがって、細孔径のより大きな箇所を排気が流れるようになるため、酸素が吸蔵サイトに接触する機会が減少する。そのため、ＰＭ堆積量の減少にしたがって、最大酸素吸蔵量が少なくなる。また、フィルタ３の隔壁内３Ｂに堆積していたＰＭが除去された後に、フィルタ３の隔壁の表面３Ａに堆積しているＰＭが酸化される。フィルタ３の隔壁の表面３Ａに堆積しているＰＭが減少しても、フィルタ３の隔壁内３Ｂの排気の流れはほとんど変化しないため、最大酸素吸蔵量はほとんど変化しない。
【００２９】
このようにフィルタ３にＰＭが堆積している箇所によって、最大酸素吸蔵量が変化し得る。図６は、フィルタ３におけるＰＭ堆積量と、Ｃｍａｘ法によって求められる最大酸素吸蔵量との関係を示した図である。図６の「第一状態」は、主にフィルタ３の隔壁内３ＢでＰＭが捕集されている途中の状態であって、フィルタ３の隔壁内３ＢのＰＭ堆積量が増加している途中の状態のときのＰＭ堆積量と最大酸素吸蔵量との関係を示している。図６の「第二状態」は、主にフィルタ３の隔壁の表面３ＡでＰＭが捕集されている途中の状態であって、フィルタ３の隔壁の表面３ＡのＰＭ堆積量が増加している途中の状態のときのＰＭ堆積量と最大酸素吸蔵量との関係を示している。図６の「第三状態」は、主にフィルタ３の隔壁内３ＢからＰＭが除去されている途中の状態であって、フィルタ３の隔壁内３ＢのＰＭ堆積量が減少している途中の状態のときのＰＭ堆積量と最大酸素吸蔵量との関係を示している。図６の「第四状態」は、主にフィルタ３の隔壁の表面３ＡからＰＭが除去されている途中の状態であって、フィルタ３の隔壁の表面３ＡのＰＭ堆積量が減少している途中の状態のときのＰＭ堆積量と最大酸素吸蔵量との関係を示している。上記のように、第一状態では、ＰＭ堆積量の増加にしたがって最大酸素吸蔵量が増加し、第二状態では、ＰＭ堆積量が増加しても最大酸素吸蔵量はほとんど変化しない。また、第三状態では、ＰＭ堆積量の減少にしたがって最大酸素吸蔵量が減少し、第四状態では、ＰＭ堆積量が減少しても最大酸素吸蔵量はほとんど変化しない。
【００３０】
このように、Ｃｍａｘ法によって求められる最大酸素吸蔵量が、フィルタ３の隔壁内３ＢのＰＭ堆積量によって変化するため、最大酸素吸蔵量と下限値との比較に基づいて三元触媒３１の劣化を判定する場合に、誤判定が生じる虞がある。そこで、ＥＣＵ１０は、Ｃｍａｘ法によって求めた最大酸素吸蔵量をフィルタ３の隔壁内３ＢのＰＭ堆積量に応じて補正する。本実施形態では、補正後の最大酸素吸蔵量が、仮にフィルタ３にＰＭが堆積していない状態における最大酸素吸蔵量を示すように補正を行う。なお、本実施形態ではＥＣＵ１０が最大酸素吸蔵量を補正することにより、本発明における補正手段として機能する。ＥＣＵ１０は、該ＥＣＵ１０に備わる記憶部（図示省略）に予め記憶されているプログラムを実行することにより、最大酸素吸蔵量を補正する。
【００３１】
図７は、フィルタ３の隔壁内３ＢのＰＭ堆積量（以下、隔壁内堆積量ともいう。）と最大酸素吸蔵量の補正量ΔＣとの関係を示した図である。ＥＣＵ１０は、Ｃｍａｘ法によっ
て求められた最大酸素吸蔵量から補正量ΔＣを減算することにより、最大酸素吸蔵量を補正する。隔壁内堆積量が多くなるほど、最大酸素吸蔵量が増加するため、その増加分を打ち消すように補正量ΔＣを設定する。そのため、隔壁内堆積量が多いときは少ないときよりも、補正量ΔＣは大きくなる。図７に示した関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めて補正マップとしてＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００３２】
次に、隔壁内堆積量を推定する方法について説明する。隔壁内堆積量は、フィルタ３の隔壁内３Ｂで単位時間当たりに捕集されるＰＭ量から、フィルタ３の隔壁内３Ｂで単位時間当たりに酸化により減少するＰＭ量を減算した値を積算することにより得ることができる。フィルタ３にＰＭが堆積していない状態でフィルタ３にＰＭが流入すると、先ずは、フィルタ３の隔壁内３ＢでＰＭが捕集される。このときには、フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭ量が、フィルタ３の隔壁内３Ｂで単位時間当たりに捕集されるＰＭ量に相当する。しかし、フィルタ３の隔壁内３Ｂで捕集可能なＰＭ量には上限がある。なお、以下では、隔壁内堆積量の上限を、上限隔壁内堆積量ともいう。隔壁内堆積量が上限隔壁内堆積量に達すると、その後にフィルタ３に流入するＰＭは、隔壁の表面３Ａに堆積する。したがって、隔壁内堆積量が上限隔壁内堆積量に達した後に、フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭ量は、フィルタ３の隔壁の表面３Ａで単位時間当たりに捕集されるＰＭ量に相当する。なお、以下では、フィルタ３の隔壁の表面３Ａに堆積しているＰＭの量を「表面堆積量」ともいう。フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭの量は、内燃機関１の運転状態と関連しているため、内燃機関１の運転状態に基づいて、フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭの量を求めることができる。この関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。
【００３３】
フィルタ３の再生が実施されると、フィルタ３からＰＭが減少する。フィルタ３の再生により単位時間当たりに減少するＰＭの量は、フィルタ３の温度及び内燃機関１の運転状態と関連しているため、この関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておく。フィルタ３の再生が実施されると、まずは、隔壁内堆積量が減少する。フィルタ３の隔壁内３Ｂで単位時間当たりに捕集されるＰＭ量から、フィルタ３の隔壁内３Ｂで単位時間当たりに酸化により減少するＰＭ量を減算した値が、隔壁内堆積量の単位時間当たりの変化量に相当する。フィルタ３の再生時には、この変化量が負の値になって隔壁内堆積量が減少していく。そして、隔壁内堆積量が０になると、次に、フィルタ３の隔壁の表面３Ａに堆積しているＰＭが酸化されるため、表面堆積量が減少する。フィルタ３の隔壁の表面３Ａで単位時間当たりに捕集されるＰＭ量から、フィルタ３の隔壁の表面３Ａで単位時間当たりに酸化により減少するＰＭ量を減算した値が、表面堆積量の単位時間当たりの変化量に相当する。フィルタ３の再生時には、この変化量が負の値になって表面堆積量が減少していく。なお、フィルタ３の再生の途中でフィルタ３の再生が終了した場合には、フィルタ３の隔壁の表面３ＡにＰＭが残存する。このときに、隔壁内堆積量が上限隔壁内堆積量よりも小さくなっていたとしても、フィルタ３に流入するＰＭは、フィルタ３の隔壁内３Ｂでは捕集されず、フィルタ３の隔壁の表面３Ａで捕集されることが見出された。
【００３４】
図８は、隔壁内堆積量ＰＭＭを算出するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の演算周期で実行される。したがって、ＥＣＵ１０は、随時、隔壁内堆積量ＰＭＭを把握可能である。ステップＳ１０１では、表面堆積量ＰＭＭＳが所定量以下であるか否か判定される。所定量は、十分に少ない表面堆積量であり、フィルタ３にＰＭが流入したときに隔壁内堆積量ＰＭＭが増加し得る表面堆積量である。ステップＳ１０１で肯定判定された場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０２では、隔壁内堆積量ＰＭＭが上限隔壁内堆積量未満であるか否か判定される。換言すると、ステップＳ１０２では、フィルタ３の隔壁内３ＢにＰＭが捕集可能であるか否か判定される。ステップＳ１０２で肯定判定された場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０６へ進
む。
【００３５】
ステップＳ１０３では、ＰＭ流入量ＰＭＴが算出される。ＰＭ流入量ＰＭＴは、演算周期でフィルタ３に流入したＰＭの総量である。ここで、フィルタ３に単位時間当たりに流入するＰＭの量は、内燃機関１の運転状態（機関回転速度及び機関負荷）と相関関係にある。この相関関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、内燃機関１の運転状態に基づいて、単位時間当たりにフィルタ３に流入するＰＭの量を求めることができる。そして、単位時間当たりにフィルタ３に流入するＰＭの量を演算周期で積算することにより、ＰＭ流入量ＰＭＴを求めることができる。このときにフィルタ３に流入するＰＭは、フィルタ３の隔壁内３Ｂに捕集される。
【００３６】
ステップＳ１０４では、隔壁内３ＢのＰＭ酸化量ＰＭＳが算出される。隔壁内３ＢのＰＭ酸化量ＰＭＳは、フィルタ３の隔壁内３Ｂにおいて演算周期で酸化されたＰＭの総量である。このときには、フィルタ３の隔壁内３ＢにＰＭが堆積しているため、まずは、フィルタ３の隔壁内３ＢのＰＭが酸化される。単位時間当たりにフィルタ３の隔壁内３Ｂにおいて酸化されるＰＭの量は、フィルタ３の温度及び内燃機関１の運転状態等と相関関係にある。この相関関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、フィルタ３の温度及び内燃機関１の運転状態等に基づいて、単位時間当たりにフィルタ３の隔壁内３Ｂにおいて酸化されるＰＭの量を求めることができる。そして、単位時間当たりにフィルタ３の隔壁内３Ｂにおいて酸化されるＰＭの量を演算周期で積算することにより、隔壁内３ＢのＰＭ酸化量ＰＭＳを求めることができる。次に、ステップＳ１０５では、前回の演算周期において算出された隔壁内堆積量ＰＭＭＯにＰＭ流入量ＰＭＴを加算し、ＰＭ酸化量ＰＭＳを減算することにより、隔壁内堆積量ＰＭＭが算出される。
【００３７】
一方、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４と同様にして、隔壁内３ＢのＰＭ酸化量ＰＭＳが算出される。フィルタ３の隔壁の表面３ＡにＰＭが堆積していても、隔壁内３ＢにＰＭが残留している場合には、まずは、隔壁内３ＢのＰＭが酸化されるため、その酸化されたＰＭの量を算出する。なお、隔壁内３ＢにＰＭが残留していない場合（前回の演算周期において算出された隔壁内堆積量ＰＭＭＯが０の場合）には、隔壁内３ＢのＰＭ酸化量ＰＭＳは０になる。次に、ステップＳ１０７では、前回の演算周期において算出された隔壁内堆積量ＰＭＭＯからＰＭ酸化量ＰＭＳを減算することにより、今回の演算周期における隔壁内堆積量ＰＭＭが算出される。なお、このときには、フィルタ３の隔壁の表面３ＡにＰＭが堆積しているため、フィルタ３に流入したＰＭはフィルタ３の隔壁の表面３Ａで捕集されるので、隔壁内堆積量ＰＭＭの増加分はない。
【００３８】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０３と同様にして、ＰＭ流入量ＰＭＴが算出される。このときにフィルタ３に流入するＰＭは、フィルタ３の隔壁の表面３Ａに捕集される。ステップＳ１０９では、フィルタ３の隔壁の表面３ＡのＰＭ酸化量ＰＭＳＳが算出される。なお、隔壁内３ＢにＰＭが残留している場合には、フィルタ３の隔壁の表面３ＡのＰＭ酸化量ＰＭＳＳは、０になる。隔壁の表面３ＡのＰＭ酸化量ＰＭＳＳは、フィルタ３の隔壁の表面３Ａにおいて演算周期で酸化されたＰＭの総量である。単位時間当たりにフィルタ３の隔壁の表面３Ａにおいて酸化されるＰＭの量は、フィルタ３の温度及び内燃機関１の運転状態等と相関関係にある。この相関関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、フィルタ３の温度及び内燃機関１の運転状態等に基づいて、単位時間当たりにフィルタ３の隔壁の表面３Ａにおいて酸化されるＰＭの量を求めることができる。そして、単位時間当たりにフィルタ３の隔壁の表面３Ａにおいて酸化されるＰＭの量を演算周期で積算することにより、隔壁の表面３ＡのＰＭ酸化量ＰＭＳＳを求めることができる。次に、ステップＳ１１０では、前回の演算周期において算出された表面堆積量ＰＭＭＳＯにＰＭ流入量ＰＭＴを加算し、フィルタ３の隔壁の表面３ＡのＰＭ酸化量ＰＭＳＳを減算することにより、表面堆積量ＰＭＭＳが算出される。このようにして、表面堆積量
ＰＭＭＳおよび隔壁内堆積量ＰＭＭを夫々算出することができる。
【００３９】
なお、ＥＣＵ１０が図８に示したフローチャートを実行することにより、本発明における堆積量推定手段として機能する。また、堆積量推定手段は、周知の技術を用いて隔壁内堆積量を推定してもよい。ＥＣＵ１０は、該ＥＣＵ１０に備わる記憶部（図示省略）に予め記憶されているプログラムを実行することにより、隔壁内堆積量を推定する。なお、ガソリン機関では、機関から排出されるＰＭ量が比較的少ない。また、ガソリン機関では排気の温度が高いためにＰＭが酸化され易い。そのため、ガソリン機関では、フィルタ３の隔壁の表面３ＡにほとんどＰＭが堆積しない。この場合、差圧センサ１４により検出される差圧と、隔壁内堆積量との相関が高い。そのため、差圧センサ１４により検出される差圧に基づいて、隔壁内堆積量を推定することもできる。
【００４０】
このようにして、現時点での隔壁内堆積量を把握することができるため、この隔壁内堆積量と図７に示した関係とから、最大酸素吸蔵量の補正量を求めることができる。図９は、最大酸素吸蔵量を補正するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００４１】
ステップＳ２０１では、隔壁内堆積量ＰＭＭが読み込まれる。隔壁内堆積量ＰＭＭは、ＥＣＵ１０が常時把握している。ステップＳ２０２では、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが算出される。ＥＣＵ１０は、アクティブ制御を実行してＣｍａｘ法により最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを算出する。ステップＳ２０３では、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘの補正量ΔＣの算出処理が行われる。本ステップＳ２０３では、ステップＳ２０１で読み込まれた隔壁内堆積量ＰＭＭと、図７に示した関係とに基づいて、ＥＣＵ１０が補正量ΔＣを算出する。そして、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２で算出された最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘから、ステップＳ２０３で算出された補正量ΔＣを減算することにより、補正後の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが算出される。
【００４２】
図９に示したフローチャートのステップＳ２０４において補正後の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが算出されると、ＥＣＵ１０は、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに基づいて三元触媒３１の劣化判定を実施する。図１０は、三元触媒３１の劣化判定のフローを示したフローチャートである。図１０に示した劣化判定は、図９に示したフローチャートによって補正後の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが算出されると実行される。ステップＳ３０１では、補正後の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが読み込まれ、ステップＳ３０２においてこの補正後の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが下限値以上であるか否か判定される。この下限値は、フィルタ３にＰＭが堆積していない状態において、三元触媒３１が正常といえる最大酸素吸蔵量の範囲の下限値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ３０２で肯定判定された場合にはステップＳ３０３へ進んで、三元触媒３１は正常であると判定される。一方、ステップＳ３０２で否定判定された場合にはステップＳ３０４へ進んで、三元触媒３１が劣化していると判定される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、フィルタ３の隔壁内３Ｂに堆積しているＰＭの量に基づいて最大酸素吸蔵量を補正するため、フィルタ３に担持された触媒の酸素吸蔵能力を精度よく推定することができる。このため、三元触媒３１の劣化判定時に、ＰＭ堆積状態の影響を受けて誤判定することを抑制できる。よって、フィルタ３に担持された触媒の劣化判定の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  内燃機関
２  排気通路
３  パティキュレートフィルタ
３Ａ  表面
３Ｂ  隔壁内
４  噴射弁
５  吸気通路
１０  ＥＣＵ
１１  第一空燃比センサ
１２  第二空燃比センサ
１３  温度センサ
１４  差圧センサ
１５  エアフローメータ
１６  クランクポジションセンサ
１７  アクセル開度センサ
３１  三元触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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