(57)【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、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、該フィルタの一部である第１領域と、該第１領域よりも下流側に位置する該フィルタの一部である第２領域とを有するフィルタと、
前記第１領域及び前記第２領域に堆積している粒子状物質の一部のみを酸化させるように、前記フィルタをその上流側から昇温させる所定昇温処理を実行する昇温手段と、
前記フィルタ上流の排気通路とその下流の排気通路との排気圧力差を取得する差圧取得手段と、
前記所定昇温処理が行われている際に、前記第１領域の温度が、捕集された粒子状物質の酸化が開始される所定酸化開始温度を超えてから、前記第２領域の温度が、該所定酸化開始温度を超えるまでの期間の少なくとも一部である第１酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第１差圧低下量と、該第１酸化期間の長さとに基づいて、該第１領域における粒子状物質の堆積量である第１堆積量を算出する第１算出手段と、
前記所定昇温処理が行われている期間であって前記第２領域の温度が前記所定酸化開始温度を超えた後の第２酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第２差圧低下量と、該第２酸化期間の長さとに基づいて、該第２領域における粒子状物質の堆積量である第２堆積量を算出する第２算出手段と、
を備える、内燃機関の排気浄化システムであって、
前記第１算出手段は、前記第１酸化期間の長さに対する前記第１差圧低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第１堆積量を多く算出し、
前記第２算出手段は、前記第２酸化期間の長さに対する、前記第２差圧低下量のうち前記第２領域分の差圧低下量に相当する第２領域部分低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第２堆積量を多く算出する、
内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記第１酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第１算出手段は、前記第１差圧低下量が大きくなるほど、前記第１堆積量を多く算出し、
前記第２酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第２算出手段は、前記第２領域部分低下量が大きくなるほど、前記第２堆積量を多く算出する、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記第２酸化期間は、前記第１酸化期間と同じ長さに設定され、
前記第２領域部分低下量は、前記第２差圧低下量と前記第１差圧低下量との差分に基づいて算出される、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記第１酸化期間において前記所定昇温処理により前記フィルタに供給される単位時間当たりの熱量と、前記第２酸化期間において該所定昇温処理により該フィルタに供給される単位時間当たりの熱量とは同じに設定される、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、
前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、を更に備え、
前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が前記再生基準量よりも少ない部分算出基準量を超えたときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第１算出手段による前記第１堆積量の算出及び前記第２算出手段による前記第２堆積量の算出を行
い、該第１堆積量が第１基準堆積量を超えているか、又は該第２堆積量が第２基準堆積量を超えている場合には、前記再生手段は、該フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が該再生基準量を超えていなくても前記フィルタ再生処理を実行する、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、
該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、を更に備え、
前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第１算出手段による前記第１堆積量の算出及び前記第２算出手段による前記第２堆積量の算出を行い、該第１堆積量が第３基準堆積量を超えておらず、且つ該第２堆積量が第４基準堆積量を超えていない場合には、該所定昇温処理に続いて、前記再生手段は前記フィルタ再生処理を開始する、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
少なくとも前記第１堆積量が前記第３基準堆積量を超えているか、又は前記第２堆積量が前記第４基準堆積量を超えている場合に、該第１堆積量の該第３基準堆積量に対する超過量が大きくなるほど、又は該第２堆積量の該第４基準堆積量に対する超過量が大きくなるほど、前記フィルタ再生処理と比べて前記フィルタに供給する単位時間当たりの熱量を小さくする緩慢フィルタ再生処理を行う緩慢再生手段を、更に備える、
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１領域における粒子状物質の堆積量である推定第１堆積量、及び前記第２領域における粒子状物質の堆積量である推定第２堆積量を推定する部分堆積量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、
前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、
を更に備え、
前記フィルタ再生処理が終了した後に所定時間が経過したときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第１算出手段による前記第１堆積量の算出及び前記第２算出手段による前記第２堆積量の算出を行い、該算出された第１堆積量及び該算出された第２堆積量に基づいて、前記部分堆積量推定手段により推定される前記推定第１堆積量及び前記推定第２堆積量を補正する、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
前記フィルタは、前記第２領域よりも下流側に位置する該フィルタの一部である第３領域を有し、
前記第２酸化期間は、前記所定昇温処理が行われている際に、前記第２領域の温度が、前記所定酸化開始温度を超えてから、前記第３領域の温度が、該所定酸化開始温度を超えるまでの期間の少なくとも一部の期間であって、
前記内燃機関の排気浄化システムは、
前記所定昇温処理が行われている期間であって前記第３領域の温度が前記所定酸化開始温度を超えた後の第３酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第３差圧低下量と、該第３酸化期間の長さとに基づいて、該第３領域における粒子状物質の堆積量である第３堆積量を算出する第３算出手段を、更に備え、
前記第３算出手段は、前記第３酸化期間の長さに対する、前記第３差圧低下量のうち前記第３領域分の差圧低下量に相当する第３領域部分低下量の大きさの比率が大きくなるほ
ど、前記第３堆積量を多く算出する、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称する）が外部に放出されることを抑制すべく、排気通路にフィルタが設けられる。このフィルタには、内燃機関の運転とともに排気中のＰＭが捕集され次第に堆積していくため、その目詰まりを防止するためにフィルタ再生処理が行われる。例えば、ディーゼルエンジンでは、一般には排気の空燃比が継続的にリーン側の空燃比であることから、排気中に未燃燃料を供給し排気通路に設けられた酸化触媒等で酸化させて排気温度を上昇させ、以て、堆積ＰＭの酸化除去が行われる。
【０００３】
ここで、一般にフィルタは排気の流れに沿った本体部分を有し、そこで排気中のＰＭ捕集が行われる。しかしながら、フィルタにおけるＰＭの堆積状況は必ずしも均一ではなく、排気の流れや内燃機関での負荷推移等に起因するフィルタにおける温度分布によって、局所的にＰＭ堆積量がばらつく可能性がある。このようにフィルタでの局所的なＰＭ堆積量のばらつきは、上記フィルタ再生処理時にフィルタの過昇温を招く原因となる可能性があり、フィルタを劣化等させるおそれがあるため好ましくない。そこで、特許文献１には、フィルタの排気流れ方向に複数の電磁波送受信手段を配置し、その検出結果を利用してフィルタにおけるＰＭ堆積量の空間分布（ばらつき）を計測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３７４４５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４４５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような電磁波を使用する計測手法では、電磁波の送受信のための装置をフィルタ近傍に設置する必要があり、内燃機関の排気系の設計が複雑となる。また、その製造コストも上昇する。
【０００６】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な手法により、フィルタでの局所的なＰＭ堆積量を好適に算出する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明において、上記課題を解決するために、フィルタの温度上昇過程における、局所的なＰＭ堆積量の算出対象となるフィルタの部分領域でのＰＭの酸化速度に着目した。ＰＭ酸化速度は、当該部分領域におけるＰＭ堆積量と相関を有している。そのため、当該相関に基づくことで、当該部分領域でのＰＭ酸化速度から当該部分領域でのＰＭ堆積量を算出することが可能となる。そして、本発明では、当該部分領域でのＰＭ酸化速度に関連するパラメータとして、フィルタの温度上昇過程での酸化期間の長さと、フィルタの上流側と下流側との間の排気差圧に着目している。
【０００８】
具体的には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、該フィルタの一部である第１領域と、該第１領域よりも下流側に位置する該フィルタの一部である第２領域とを有するフィルタと、前記第１領域及び前記第
２領域に堆積している粒子状物質の一部のみを酸化させるように、前記フィルタをその上流側から昇温させる所定昇温処理を実行する昇温手段と、前記フィルタ上流の排気通路とその下流の排気通路との排気圧力差を取得する差圧取得手段と、前記所定昇温処理が行われている際に、前記第１領域の温度が、捕集された粒子状物質の酸化が開始される所定酸化開始温度を超えてから、前記第２領域の温度が、該所定酸化開始温度を超えるまでの期間の少なくとも一部である第１酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第１差圧低下量と、該第１酸化期間の長さとに基づいて、該第１領域における粒子状物質の堆積量である第１堆積量を算出する第１算出手段と、前記所定昇温処理が行われている期間であって前記第２領域の温度が前記所定酸化開始温度を超えた後の第２酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第２差圧低下量と、該第２酸化期間の長さとに基づいて、該第２領域における粒子状物質の堆積量である第２堆積量を算出する第２算出手段と、を備える、内燃機関の排気浄化システムである。そして、前記第１算出手段は、前記第１酸化期間の長さに対する前記第１差圧低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第１堆積量を多く算出し、前記第２算出手段は、前記第２酸化期間の長さに対する、前記第２差圧低下量のうち前記第２領域分の差圧低下量に相当する第２領域部分低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第２堆積量を多く算出する。
【０００９】
上記内燃機関には、その排気通路にフィルタが設けられることで、排気中のＰＭの捕集が行われる。ここで、フィルタには、排気の流れ方向に沿って位置する該フィルタを構成する部分的な領域として、少なくとも第１領域と第２領域が含まれる。フィルタにおいては、第２領域が第１領域の下流側に位置すればよく、これらの領域以外の該フィルタの部分領域が含まれてもよい。また、第１領域と第２領域は互いに隣接している領域であるのが好ましい。また、本発明における第１領域の温度及び第２領域の温度としては、実際には各領域内では微視的には何らかの温度分布が形成されるが、各領域を代表する温度である。各領域を代表する温度設定の手法については様々な手法が採用でき、例えば、各領域での排気流れ方向における中央点での温度を各領域の温度として代表させてもよく、別法としては、中央点以外の点で、好ましくは各領域において同義の位置となる中央点以外の点での温度を各領域の温度として代表させてもよい。
【００１０】
そして、昇温手段は、フィルタをその上流側から昇温させる所定昇温処理を行う。したがって、所定昇温処理が行われると、フィルタにおいて上流側の第１領域が先に昇温し、その後に第２領域が昇温していくことになる。ここで、所定昇温処理は、後述のように第１領域および第２領域において堆積しているＰＭ量、すなわちフィルタにおいて局所的に堆積しているＰＭ堆積量を算出するために、フィルタを昇温させる処理であり、当該算出のために、フィルタの各領域に堆積しているＰＭの一部のみを酸化燃焼させるようにフィルタを昇温させる。なお、所定昇温処理のための具体的な昇温形態は、既知の様々な昇温形態を採用することができる。例えば、フィルタの上流側に酸化触媒が配置されている場合や、フィルタ内に酸化触媒が担持されている場合には、内燃機関での燃焼条件を制御し排気中に未燃燃料成分を含めることで、その酸化熱によるフィルタの昇温を図ってもよい。また、別法として、排気通路に排気に燃料添加を行う弁を設けて、添加される燃料の酸化熱を利用してフィルタの昇温を図ってもよい。また、別法として、フィルタの上流端面の上流側に隣接して設けられたヒータやバーナにより、フィルタの昇温を図ってもよい。何れの昇温形態にせよ、所定昇温処理は、フィルタ全体に堆積しているＰＭを酸化燃焼させるものではなく、フィルタの各領域における堆積ＰＭの一部のみを酸化燃焼させる昇温処理である。
【００１１】
ここで、本発明に係る排気浄化システムにおいては、フィルタの一部である第１領域において堆積しているＰＭ量である第１堆積量が第１算出手段により算出され、フィルタの一部である第２領域において堆積しているＰＭ量である第２堆積量が第２算出手段により
算出される。第１算出手段及び第２算出手段によるそれぞれのＰＭ堆積量の算出においては、上記所定昇温処理が行われている際の、各領域におけるＰＭの酸化速度と、各領域でのＰＭ堆積量との相関が考慮されている。
【００１２】
先ず、第１算出手段は、第１領域における第１堆積量を算出する。所定昇温処理が行われると、上流側に位置する第１領域は、第２領域よりも早期に昇温し、先に所定酸化開始温度に到達し超えることになる。当該所定酸化開始温度は、フィルタに堆積したＰＭが酸化され始める温度であり、事前の実験や技術常識等に従い適宜設定され得る。なお、所定昇温処理が実行されていると、第１領域が所定酸化開始温度を超えた後に、第２領域が同じく所定酸化開始温度に到達し超えることになる。この第１領域が所定酸化開始温度を超えてから第２領域が所定酸化開始温度を超えるまでの期間は、フィルタにおいて第１領域での堆積ＰＭの酸化燃焼は進んでいるが、第２領域での堆積ＰＭの酸化燃焼は進んでいない期間と言える。そこで、本発明では、当該期間の少なくとも一部を、第１酸化期間とする。
【００１３】
なお、フィルタにおける第１領域および第２領域の温度は、所定昇温処理によってフィルタに供給される熱量や、フィルタでの熱の伝播に関連する諸条件（例えば、フィルタの熱容量や排気流量等）に基づいて推定することができる。また、別法として、第１領域および第２領域に温度検出のためのセンサを設け、各領域の温度をそれぞれ検出するようにしてもよい。
【００１４】
ここで、第１酸化期間における第１差圧低下量は、所定昇温処理により第１領域での堆積ＰＭが酸化燃焼されたことによる堆積ＰＭの減少量を反映している。更に、その第１差圧低下量が生じた第１酸化期間の長さを考慮すると、第１酸化期間の長さに対する第１差圧低下量の大きさの比率（以下、「第１比率」とも言う）は、所定昇温処理における第１領域での堆積ＰＭの酸化速度を反映している。そして、フィルタにおける堆積ＰＭの酸化速度は堆積ＰＭ量に相関することを踏まえ、第１算出手段は、第１領域での第１堆積量を、上記第１比率に基づいて算出することが可能となる。詳細には、堆積ＰＭの酸化速度は堆積ＰＭ量が多くなるほど速くなる傾向があることを踏まえ、第１算出手段は、第１比率が大きくなるほど、第１堆積量を多くなるように算出する。なお、第１算出手段により算出される第１堆積量は、上記堆積ＰＭの酸化速度に基づいて算出されることを踏まえれば、堆積ＰＭの酸化が行われる所定昇温処理の実行時の堆積量と言える。
【００１５】
次に、第２算出手段による、第２領域での第２堆積量の算出について説明する。所定昇温処理が行われている状態で第２領域の温度が所定酸化開始温度を超えた後の第２酸化期間では、第２領域での堆積ＰＭの酸化燃焼も進むことになり、更に、上流側に位置する第１領域での堆積ＰＭの酸化燃焼も継続されている状態にある。したがって、第２酸化期間では、所定昇温処理により、第１領域及び第２領域でのそれぞれの堆積ＰＭが酸化燃焼されることになる。
【００１６】
したがって、第２酸化期間における第２差圧低下量は、所定昇温処理により第１領域及び第２領域での堆積ＰＭが酸化燃焼されたことによる堆積ＰＭの減少量を反映している。そこで、本発明では、第２差圧低下量のうち第２領域に存在する堆積ＰＭが酸化燃焼したことによる差圧低下量を第２領域部分低下量とする。そして、第２酸化期間の長さに対する第２領域部分低下量の大きさの比率（以下、「第２比率」とも言う）は、所定昇温処理における第２領域での堆積ＰＭの酸化速度を反映していることになる。そこで、上記の通り堆積ＰＭの酸化速度は堆積ＰＭ量が多くなるほど速くなる傾向があることを踏まえ、第２算出手段は、第２比率が大きくなるほど、第２堆積量を多くなるように算出する。なお、第２算出手段により算出される第２堆積量は、上記堆積ＰＭの酸化速度に基づいて算出されることを踏まえれば、堆積ＰＭの酸化が行われる所定昇温処理の実行時の堆積量と言
える。
【００１７】
ここで、第２領域部分低下量については、前記第２酸化期間が前記第１酸化期間と同じ長さに設定される場合、前記第２領域部分低下量は、前記第２差圧低下量と前記第１差圧低下量との差分に基づいて算出されてもよい。第２酸化期間を第１酸化期間と同じ長さに設定すると、第２酸化期間における第１領域での堆積ＰＭの酸化量と、第１酸化期間における第１領域での堆積ＰＭの酸化量を概ね同一とみなすことができる。そこで、第２差圧低下量のうち第１領域での堆積ＰＭが起因する差圧低下量は、上記第１差圧低下量と同量とみなすことができ、以て、第２差圧低下量から第１差圧低下量を減じた差圧低下量に基づいて第２領域部分低下量を算出できる。
【００１８】
また、別法として、第１酸化期間における第１領域での堆積ＰＭの酸化燃焼速度と第２酸化期間における第１領域での堆積ＰＭの酸化燃焼速度とが同程度であると考えて、第１差圧低下量に、第１酸化期間の長さに対する第２酸化期間の長さの割合を乗ずることで、第２酸化期間における第１領域での堆積ＰＭの酸化燃焼に起因する差圧低下量として算出できる。そこで、第２差圧低下量から当該乗算結果を差し引くことで、第２領域部分低下量を算出できる。
【００１９】
このように本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、フィルタを排気の流れ方向に区分した第１領域及び第２領域のそれぞれの堆積ＰＭ量を、フィルタの所定昇温処理及びフィルタの上流側と下流側との排気差圧を利用して算出できる。フィルタにおける所定昇温処理は、通常、フィルタで行われる堆積ＰＭの酸化除去処理に関する構成を利用でき、また、当該排気差圧はフィルタを有する排気浄化システムにおいて広く利用されるパラメータである。したがって、当該排気浄化システムは、簡便な手法により、フィルタでの局所的なＰＭ堆積量を好適に算出することを可能とする。
【００２０】
ここで、上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、上記第１堆積量の算出に当たって、このように第１酸化期間の長が一定の長さとなるように設定されている場合、上記第１比率における分母が固定値となるため、第１差圧低下量の大きさが、第１酸化期間における第１領域での堆積ＰＭの酸化速度に直接反映されることになる。同様に、上記第２堆積量の算出に当たって、このように第２酸化期間の長が一定の長さとなるように設定されている場合、上記第２比率における分母が固定値となるため、第２領域部分低下量の大きさが、第２酸化期間における第２領域での堆積ＰＭの酸化速度に直接反映されることになる。そこで、前記第１酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第１算出手段は、前記第１差圧低下量が大きくなるほど、前記第１堆積量を多く算出し、前記第２酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第２算出手段は、前記第２領域部分低下量が大きくなるほど、前記第２堆積量を多く算出してもよい。なお、第１酸化期間の長さと第２酸化期間の長さは必ずしも同じ長さである必要はない。
【００２１】
ここで、上記の内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記第１酸化期間において前記所定昇温処理により前記フィルタに供給される単位時間当たりの熱量と、前記第２酸化期間において該所定昇温処理により該フィルタに供給される単位時間当たりの熱量とは同じに設定されてもよい。すなわち、第１領域での第１堆積量と第２領域での第２堆積量の算出に当たって、所定昇温処理によるフィルタへの供給熱量の条件を一定のものとする。これにより、各堆積量の算出において、第１領域での堆積ＰＭの酸化条件と第２領域での堆積ＰＭの酸化条件を可及的に近付けることができるため、各堆積量の算出精度を高めることが可能となる。
【００２２】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、第１算出手段によって算出される第１堆積量と第２算出手段によって算出される第２堆積量とを利用する排気浄化処
理の形態として、以下の３つの形態を例示することができる。先ず、第１の形態として、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、を更に備えてもよい。その場合、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が前記再生基準量よりも少ない部分算出基準量を超えたときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第１算出手段による前記第１堆積量の算出及び前記第２算出手段による前記第２堆積量の算出を行う。その上で、該第１堆積量が第１基準堆積量を超えているか、又は該第２堆積量が第２基準堆積量を超えている場合には、前記再生手段は、該フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が該再生基準量を超えていなくても前記フィルタ再生処理を実行してもよい。
【００２３】
この排気浄化処理の形態では、フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するためのフィルタ再生処理が、フィルタ全体に堆積したＰＭ量に基づいて再生手段によって実行される。ここで、当該フィルタ再生処理が実行される前のタイミング、すなわちフィルタ全体でのＰＭ堆積量が部分算出基準量を超えたときに、その時点での第１領域及び第２領域での局所的なＰＭ堆積量である第１堆積量と第２堆積量が算出される。そして、その算出された第１堆積量と第２堆積量とは、それぞれに対応する第１基準堆積量又は第２基準堆積量と比較される。ここで、第１基準堆積量及び第２基準堆積量は、第１領域でのＰＭ堆積量又は第２領域でのＰＭ堆積量が、それぞれに対応する基準堆積量を超えた状態でもフィルタ再生処理が行われず、そしてその後フィルタ全体のＰＭ堆積量を基準としてフィルタ再生処理が行われると、局所的に多く堆積したＰＭによりフィルタにおいて局所的な過昇温が発生するおそれがあると判断するための基準となるＰＭ堆積量である。更に、第１基準堆積量及び第２基準堆積量は、各領域でのＰＭ堆積量が同堆積量であるときにフィルタ再生処理が行われたとしても、各領域において局所的な過昇温を招くことのないＰＭ堆積量とされる。例えば、第１基準堆積量及び第２基準堆積量の設定値としては、フィルタ全体に関する上記再生基準量に対して、フィルタ全体の容量に対する第１領域又は第２領域のぞれぞれの容量の比率が乗算されて求められた値としてもよい。以上より、第１の形態に係る排気浄化処理では、フィルタ全体としてはまだ再生基準量には到達していないものの、第１堆積量が第１基準堆積量を超えているか、又は第２堆積量が第２基準堆積量を超えている場合には、フィルタ再生処理が実行される。すなわち、フィルタ再生処理の実行が早められることになる。
【００２４】
次に、上記排気浄化処理の第２の形態として、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、を更に備えてもよい。その場合、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第１算出手段による前記第１堆積量の算出及び前記第２算出手段による前記第２堆積量の算出を行い、該第１堆積量が第３基準堆積量を超えておらず、且つ該第２堆積量が第４基準堆積量を超えていない場合には、該所定昇温処理に続いて、前記再生手段は前記フィルタ再生処理を開始してもよい。
【００２５】
この排気浄化処理の形態では、フィルタ再生処理の実行条件が成立した際、すなわち、フィルタ全体でのＰＭ堆積量が再生基準量を超えたときに、そのフィルタ再生処理の前に、その時点での第１領域及び第２領域での局所的なＰＭ堆積量である第１堆積量と第２堆積量が算出される。そして、その算出された第１堆積量と第２堆積量のいずれもが、それぞれに対応する第３基準堆積量又は第４基準堆積量を超えていないときには、その後にフィルタ再生処理が行われても局所的な過昇温が発生するおそれはないと判断できる。そこで、そのような場合には、第１堆積量等の算出のために行われた所定昇温処理に続いてフ
ィルタ再生処理が実行開始される。これにより、フィルタ再生処理時の過昇温の発生を抑制しつつ、所定昇温処理によってある程度昇温されているフィルタに対してフィルタ再生処理を行うことができ、フィルタ再生処理に要するエネルギー、すなわちフィルタ全体に堆積しているＰＭを酸化除去するのに要するエネルギー量を低減することができる。
【００２６】
ここで、上記の排気浄化処理の形態に係る上記内燃機関の排気浄化システムは、少なくとも前記第１堆積量が前記第３基準堆積量を超えているか、又は前記第２堆積量が前記第４基準堆積量を超えている場合に、該第１堆積量の該第３基準堆積量に対する超過量が大きくなるほど、又は該第２堆積量の該第４基準堆積量に対する超過量が大きくなるほど、前記フィルタ再生処理と比べて前記フィルタに供給する単位時間当たりの熱量を小さくする緩慢フィルタ再生処理を行う緩慢再生手段を、更に備えてもよい。すなわち、局所的な多量の堆積ＰＭによりフィルタが過昇温するおそれがある場合には、再生手段によるフィルタ再生処理とは異なる、緩慢再生手段による緩慢フィルタ再生処理が行われる。そして、当該緩慢フィルタ再生処理では、その際のフィルタへの単位時間当たりの熱供給量が、その過昇温のおそれの程度、すなわち上記超過量に応じて調整される。これにより、フィルタ全体の堆積ＰＭ除去に要する時間は長くなるものの、フィルタの過昇温を可及的に抑制しながら堆積ＰＭの酸化除去を遂行できる。
【００２７】
次に、上記排気浄化処理の第３の形態として、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１領域における粒子状物質の堆積量である推定第１堆積量、及び前記第２領域における粒子状物質の堆積量である推定第２堆積量を推定する部分堆積量推定手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量を推定する全体推定手段と、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質量が再生基準量を超えたときに、該フィルタを昇温させて粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を行う再生手段と、を更に備えてもよい。その場合、前記フィルタ再生処理が終了した後に所定時間が経過したときに、前記昇温手段により前記所定昇温処理を行うとともに、前記第１算出手段による前記第１堆積量の算出及び前記第２算出手段による前記第２堆積量の算出を行い、該算出された第１堆積量及び該算出された第２堆積量に基づいて、前記部分堆積量推定手段により推定される前記推定第１堆積量及び前記推定第２堆積量を補正してもよい。
【００２８】
この排気浄化処理の形態では、部分堆積量推定手段により、内燃機関の運転状態に基づいて推定第１堆積量と推定第２堆積量の推定が行われている。この部分堆積量推定手段による推定は、第１算出手段及び第２算出手段による算出とは独立した処理である。なお、部分堆積量推定手段により推定された推定第１堆積量及び推定第２堆積量は、排気浄化システムにおいて様々な目的の処理に利用することができる。例えば、上述したフィルタ再生処理や、フィルタにおける目詰まりの判定処理等が例示できる。
【００２９】
ここで、部分堆積量推定手段による推定は、内燃機関の運転状態に基づいて行われる処理であるため、所定昇温処理を伴う第１算出手段及び第２算出手段による算出よりも更に簡便な手法によりフィルタ内の局所的なＰＭ堆積量の取得が可能である。その反面、内燃機関の運転状態が変動するなど、その条件次第では、推定精度が低下する可能性も高い。そこで、この部分堆積量推定手段による推定精度を可及的に高めるために、第１算出手段及び第２算出手段による算出結果を利用して、その推定結果が補正される。なお、当該排気浄化処理の形態では、フィルタ再生処理が終了してから所定時間が経過したときに、推定結果を補正するための第１算出手段及び第２算出手段による算出が行われる。これは、第１算出手段及び第２算出手段による算出では、上記の通り、第１領域及び第２領域に堆積しているＰＭを部分的に酸化燃焼させ、それを排気差圧に反映させる必要があるため、その反映が的確に行われるためには、ある程度の量のＰＭが第１領域及び第２領域に堆積していることが好ましいと考えられるからである。そこで、所定時間として、このような
ＰＭ堆積状態が形成されるのに要する時間が設定される。
【００３０】
ここで、フィルタにおいて第２領域よりも更に下流側の第３領域でのＰＭ堆積量を算出する形態の一例について言及する。詳細には、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記フィルタは、前記第２領域よりも下流側に位置する該フィルタの一部である第３領域を有し、前記第２酸化期間は、前記所定昇温処理が行われている際に、前記第２領域の温度が、前記所定酸化開始温度を超えてから、前記第３領域の温度が、該所定酸化開始温度を超えるまでの期間の少なくとも一部の期間としてもよい。その場合、前記内燃機関の排気浄化システムは、前記所定昇温処理が行われている期間であって前記第３領域の温度が前記所定酸化開始温度を超えた後の第３酸化期間での、前記差圧取得手段によって取得される排気圧力差の低下量である第３差圧低下量と、該第３酸化期間の長さとに基づいて、該第３領域における粒子状物質の堆積量である第３堆積量を算出する第３算出手段を、更に備え、前記第３算出手段は、前記第３酸化期間の長さに対する、前記第３差圧低下量のうち前記第３領域分の差圧低下量に相当する第３領域部分低下量の大きさの比率が大きくなるほど、前記第３堆積量を多く算出する。
【００３１】
また、このようなフィルタにおける３つの部分領域のそれぞれでのＰＭ堆積量の算出に対しても、上述までの２つの部分領域での算出の形態で示した技術思想を適用することができる。例えば、上記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記第１酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第１算出手段は、前記第１差圧低下量が大きくなるほど、前記第１堆積量を多く算出し、前記第２酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第２算出手段は、前記第２領域部分低下量が大きくなるほど、前記第２堆積量を多く算出し、前記第３酸化期間が一定の長さの期間に設定された場合、前記第３算出手段は、前記第３領域部分低下量が大きくなるほど、前記第３堆積量を多く算出してもよい。
【００３２】
また、上記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記第１酸化期間、前記第２酸化期間、前記第３酸化期間はいずれも同じ長さに設定される場合、前記第２領域部分低下量は、前記第２差圧低下量と前記第１差圧低下量との差分に基づいて算出され、前記第３領域部分低下量は、前記第３差圧低下量と前記第２差圧低下量との差分に基づいて算出されてもよい。また、前記第１酸化期間において前記所定昇温処理により前記フィルタに供給される単位時間当たりの熱量と、前記第２酸化期間において該所定昇温処理により該フィルタに供給される単位時間当たりの熱量と、前記第３酸化期間において該所定昇温処理により該フィルタに供給される単位時間当たりの熱量とはいずれも同じになるように設定されてもよい。
【００３３】
なお、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタを第１領域及び第２領域に区分する場合は、第１領域をフィルタの上流側領域、第２領域をフィルタの下流側領域としてもよい。また、フィルタを第１領域、第２領域、第３領域に区分する場合は、第１領域をフィルタの上流側領域、第２領域をフィルタの中流側領域、第３領域をフィルタの下流側領域としてもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、簡便な手法により、フィルタでの局所的なＰＭ堆積量を好適に算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す排気浄化システムで、フィルタを２つの領域に分けた場合の、フィルタの部分ＰＭ堆積量を算出する際に行われる昇温処理によるフィルタ温度の推移、及びフィルタ前後での排気差圧の推移を示す図である。
【図３】図１に示す排気浄化システムが備えるフィルタにおける部分堆積ＰＭ量の算出手法を説明するための図である。
【図４Ａ】図１に示す排気浄化システムで実行される、フィルタの部分堆積量を算出するための処理に関する第１のフローチャートである。
【図４Ｂ】図１に示す排気浄化システムで実行される、フィルタの部分堆積量を算出するための処理に関する第２のフローチャートである。
【図５】図４Ａ及び図４Ｂに示す部分堆積量算出処理を利用した、フィルタの再生処理を行うための第１のフィルタ再生制御のフローチャートである。
【図６】図４Ａ及び図４Ｂに示す部分堆積量算出処理を利用した、フィルタの再生処理を行うための第２のフィルタ再生制御のフローチャートである。
【図７】図４Ａ及び図４Ｂに示す部分堆積量算出処理を利用した、フィルタにおける部分堆積量の推定処理を行うための部分堆積量推定制御のフローチャートである。
【図８】図１に示す排気浄化システムで、フィルタを３つの領域に分けた場合の、フィルタの部分ＰＭ堆積量を算出する際に行われる昇温処理によるフィルタ温度の推移、及びフィルタ前後での排気差圧の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００３７】
図１の上段（ａ）は、本発明に係る内燃機関１の排気浄化装置の概略構成を示す。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。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、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ４（以下、単に「フィルタ」という。）が設けられている。このフィルタ４は、ウォールフロータイプのフィルタであり、その基材には酸化触媒が担持されている。また、排気通路２におけるフィルタ４より上流側であって、フィルタ４の上流端面に概ね隣接するようにヒータ３が配置されている。このヒータ３は、隣接するフィルタ４の上流端面を加熱可能なように構成されており、具体的には、外部電源からの供給電力によりフィルタ４の上流端面に熱エネルギーを供給し、フィルタ４をその上流側から昇温させ得る。なお、ヒータ３は、フィルタ４の上流側に配置されているものの、フィルタ４への排気の流入を妨げることがないようにその形状や配置位置が調整されている。
【００３８】
そして、ヒータ３の上流側に、フィルタ４に流れ込む排気に燃料（未燃燃料）を供給する燃料供給弁５が設けられている。また、フィルタ４に流れ込む排気温度を検出可能となる位置、すなわち、ヒータ３とフィルタ４との間の排気通路２に温度センサ７が設置され、また、フィルタ４の下流側の排気通路２を流れる排気の温度を検出する温度センサ９が設置されている。更に、フィルタ４を挟んだ上流側および下流側の排気通路２における排気圧力の差（以下、単に「排気差圧」ともいう）を検出する差圧センサ８も設けられている。
【００３９】
また、内燃機関の吸気通路１３には、該吸気通路１３を流れる吸気流量を計測可能なエアフローメータ１０が配置されている。そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。このＥＣＵ２０には、上述した燃料供給弁５や温度センサ７、９、差圧センサ８、エアフローメータ１０、クランクポジションセンサ１１及びアクセル開度センサ１２等が電気的に接続され、燃料供給弁５は、ＥＣＵ２０からの指示に従い排気への燃料供給制御を行い、また、各センサによる検出値がＥＣＵ２０に渡されている。例えば、クランクポジションセンサ１１は内燃機関１のクランク角を検出し、アクセル開度センサ１２は内
燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出し、ＥＣＵ２０へと送る。その結果、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ１２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ７の検出値に基づいてフィルタ４に流れ込む排気温度を検出し、また排気温度センサ９の検出値に基づいてフィルタ４の温度を推定することができる。また、ＥＣＵ２０は、差圧センサ８を通して排気差圧を検出可能である。また、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ１０の検出値及び燃料噴射量に基づいて、排気流量を取得することも可能である。
【００４０】
ここで、本実施例では、図１の下段（ｂ）に示すように、フィルタを排気流れ方向に上流側に位置するフロント領域４ａと、下流側に位置するリア領域４ｂとに分割し、それぞれの領域におけるＰＭの部分堆積量が算出される。なお、図１（ｂ）において、白抜きの矢印が排気の流れを示す。また、フロント領域４ａにおけるＰＭ堆積量をフロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒといい、リア領域４ｂにおけるＰＭ堆積量をリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒという。
【００４１】
上記の通り構成される内燃機関１の排気浄化装置では、概略的には、排気に含まれるＰＭはフィルタ４によって捕集され、外部への放出が抑制される。その他、図示されない排気浄化用の触媒（ＮＯｘ浄化用の触媒等）が設けられてもよい。ここで、フィルタ４はウォールフロータイプのフィルタであり、フィルタ４の基材上には酸化能を有する酸化触媒、例えば白金族金属ＰＧＭが担持されている。酸化触媒は、フィルタ内壁面及びフィルタ基材の細孔内の上流側から下流側にわたって担持されている。この酸化触媒の酸化能により、排気中の未燃燃料やＮＯを酸化させることが可能となる。なお、ＮＯが酸化されＮＯ２となると、ＮＯ２自身の酸化能により、フィルタ４に堆積したＰＭの酸化除去を促進させることが可能となる。
【００４２】
ここで、フィルタ４に堆積したＰＭは、フィルタ４での限界堆積量まで堆積すると排気通路２における背圧が上昇するため、フィルタ４の昇温により酸化除去される。当該酸化除去のための処理を、本明細書では、「フィルタ再生処理」という。具体的に、フィルタ再生処理では、燃料供給弁５から所定量の燃料が排気中に供給されて、フィルタ４に担持されている酸化触媒で酸化されることで、フィルタ４が昇温され、それによりフィルタ４に堆積しているＰＭの酸化除去が行われる。
【００４３】
ここで、フィルタ４の上流端面を含むフロント領域４ａは、フィルタ再生処理により未燃燃料が燃料供給弁５から供給され、該未燃燃料がフロント領域４ａに担持されている酸化触媒によって酸化されても、フィルタ４を流れる排気流量の条件次第では、その酸化反応熱は排気の流れによって下流側に移りやすく、フロント領域４ａ自身の温度を、堆積ＰＭが酸化除去となる温度に維持しにくくなる場合がある。したがって、フィルタ再生処理が行われたとしても、フロント領域４ａにはＰＭが燃え残り、その後、フィルタ４によるＰＭ捕集が行われていく過程で、フロント領域４ａの方がリア領域４ｂよりもＰＭ堆積量が偏って存在する場合も生じ得る。また、別の場面としては、フィルタ４での排気流れの状況によっては、フィルタ再生処理が実行されたものの熱がリア領域４ｂまで十分に移行しないうちにフィルタ再生処理が終了してしまった場合、その後、フィルタ４によるＰＭ捕集が行われていく過程で、リア領域４ｂの方がフロント領域４ａよりもＰＭ堆積量が偏って存在する場合も生じ得る。
【００４４】
すなわち、フィルタ４でフィルタ再生処理が行われたとしても、フィルタ４におけるＰＭの堆積分布は、様々な条件次第で変動し得る。特に、フィルタ４全体としての堆積量は比較的少なくても、フィルタ４の部分的な領域において局所的に多量のＰＭが堆積している状態でフィルタ再生処理が行われると、当該領域でフィルタ温度が局所的に過昇温し、
フィルタそのものの劣化や酸化触媒の劣化等が懸念される。そこで、本実施例では、フィルタ４における局所的なＰＭ堆積量、すなわちフロント領域４ａでのＰＭ堆積量と、リア領域４ｂでのＰＭ堆積量の算出が行われ、それぞれの局所的なＰＭ堆積量を考慮してフィルタ再生処理が行われる。
【００４５】
そこで、図２及び図３に基づいて、フロント領域４ａでのＰＭ堆積量と、リア領域４ｂでのＰＭ堆積量の算出について説明する。なお、本実施例において、フィルタ４全体でのＰＭ堆積量と、フロント領域４ａでのＰＭ堆積量、又はリア領域４ｂでのＰＭ堆積量を区別するために、これらの領域でのＰＭ堆積量を部分堆積量と呼ぶ場合もある。図２の上段（ａ）は、各領域でのＰＭ堆積量を算出する際に行われるフィルタ４の昇温処理（以下、「算出時昇温処理」という）による各領域の温度推移を表し、下段（ｂ）は、その際の差圧センサ８の検出値の推移を表している。また、図３は、各領域でのＰＭ堆積量のロジックを説明するための図であり、上段（ａ）は、フィルタ４全体でのＰＭ堆積量と差圧センサ８により検出される排気差圧との相関を概略的に表しており、下段（ｂ）は、フィルタ４でのＰＭ堆積量と堆積ＰＭの酸化速度との相関を概略的に表している。
【００４６】
各領域でのＰＭ堆積量の算出に当たっては、上記の通り算出時昇温処理が行われる。当該処理は、フィルタ４を上流側から昇温させて、その昇温によりフィルタの各領域に堆積しているＰＭの一部を酸化燃焼させる処理である。具体的には、ヒータ３によりフィルタ４の上流側端面が加熱されることで、当該算出時昇温処理が実行される。その際に、ヒータ３からフィルタ４への加熱は、上記の通り、堆積ＰＭを酸化燃焼させることが可能となるように供給エネルギー量が制御される。
【００４７】
そして、この算出時昇温処理が行われた際のフロント領域４ａの温度推移が、図２（ａ）において線Ｌ１で示され、リア領域４ｂの温度推移が図２（ａ）において線Ｌ２で示されている。なお、各領域の温度推移としては、算出時昇温処理によりヒータ３からフィルタ４に対して供給される熱量と、フィルタ４における熱伝播に関する諸パラメータ（例えば、フィルタ４の熱容量、フィルタ４を流れる排気流量、フィルタ４での放熱係数等）に基づいて、各領域の代表点での温度推移がＥＣＵ２０によって推定される。本実施例における当該代表点は、フロント領域４ａ及びリア領域４ｂの排気流れ方向の中央点である。また、別法として、各領域に温度センサを埋め込んで直接各領域の温度を計測してもよい。
【００４８】
具体的には、タイミングＴ１で算出時昇温処理が開始されるとともに、上流側に位置するフロント領域４ａの温度が上昇を開始する。このとき、下流側のリア領域４ｂには多くの熱がまだ伝播していないため、その温度の動きは少ない。そして、タイミングＴ２において、フロント領域４ａの温度が、堆積ＰＭが酸化燃焼を開始する酸化開始温度Ｔｐｍに到達する。この頃からリア領域４ｂの温度も次第に上昇していき、タイミングＴ３においてリア領域４ｂの温度も酸化開始温度Ｔｐｍに到達する。その後、タイミングＴ４において、算出時昇温処理が終了され、各領域の温度も降下していく。
【００４９】
このようにフィルタ４の各領域の温度が酸化開始温度Ｔｐｍを超えると、そこに堆積しているＰＭが酸化燃焼される。それにより、フィルタ４におけるＰＭの堆積状態が変化する。その結果、ＰＭの堆積状態の変化が差圧センサ８による排気差圧に反映される。例えば、図２（ｂ）に示すように、排気差圧は、フロント領域４ａの温度が酸化開始温度Ｔｐｍに到達するタイミングＴ２から低下し始め、算出時昇温処理が行われている間、各領域での堆積ＰＭの酸化燃焼に伴い排気差圧が低下していく。
【００５０】
具体的には、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間では、酸化開始温度Ｔｐｍを超えているのはフロント領域４ａのみであるから、当該領域に堆積しているＰＭのみが酸化燃焼して排気
差圧の低下が生じ、その低下量はΔｄＰ＿Ｆｒとされる。また、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間では、酸化開始温度Ｔｐｍを超えているのはフロント領域４ａとリア領域４ｂである。そのため、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間では、両領域に堆積しているＰＭが酸化燃焼して排気差圧の低下が生じることになる。したがって、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間でのフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化燃焼による排気差圧の低下量がΔｄＰ＿Ｆｒ２とされ、リア領域４ｂでの堆積ＰＭの酸化燃焼による排気差圧の低下量がΔｄＰ＿Ｒｒとされると、同期間での排気差圧の低下量は、両低下量の和（ΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２）となる。
【００５１】
ここで、算出時昇温処理が行われた際の、フィルタ４の各領域での堆積ＰＭの酸化速度に注目する。先ず、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間では、フロント領域４ａでの堆積ＰＭが酸化燃焼している。したがって、当該期間で生じる排気差圧の低下量ΔｄＰ＿Ｆｒに対応するフィルタ４での堆積ＰＭの減少量ΔＸｐｍ（図３（ａ）参照）は、フロント領域４ａでの堆積ＰＭの減少量を表すことになる。そして、この堆積ＰＭの減少は、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間において生じたものであるから、当該期間でのフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化速度は、減少量ΔＸｐｍを当該期間の長さで除した値Ｚ０で表すことができる。
【００５２】
ここで、フィルタ４における堆積ＰＭの酸化速度は、物理的には以下の式１に従う。
Z0 = k [PM] [O2]α [NO2]β       （式１）
Z0:  酸化速度
k:  反応速度定数
[PM]:  ＰＭ堆積量
[O2]α:  酸素量
[NO2]β:  二酸化窒素量
また、反応速度定数kは、以下の式２に従う。
k = A exp(-Ea/R T)      （式２）
A:  頻度因子
Ea:  活性化エネルギ
R:  気体定数
T:  酸化温度（絶対温度）
【００５３】
上記式１からも理解できるように、フィルタ４のフロント領域４ａにおける堆積ＰＭの酸化速度Ｚ０は、ＰＭ堆積量やＰＭを酸化させる様々な物質に関するパラメータの積で表すことができ、特に、ＰＭ堆積量に比例する相関を有している。そして、このようなＰＭ堆積量と酸化速度の相関に基づいて、図３（ｂ）に示すように、上記の酸化速度Ｚ０より、フロント領域４ａでのＰＭ堆積量Ｙｐｍを算出することができる。ここで、酸化速度Ｚ０は、直接的には減少量ΔＸｐｍをタイミングＴ２〜Ｔ３の期間の長さで除したものであるが、減少量ΔＸｐｍと排気差圧の低下量ΔｄＰ＿Ｆｒとの相関を踏まえると、酸化速度Ｚ０は、当該期間の長さに対する排気差圧の低下量ΔｄＰ＿Ｆｒの大きさの比率であるフロント側比率に対応する。このフロント側比率は、上記の第１比率に相当する。したがって、図３（ｂ）に示す相関を考慮すると、フロント領域４ａでのＰＭ堆積量は、フロント側比率が大きくなるほど多くなるように算出されることになる。
【００５４】
また、リア領域４ｂにおけるＰＭ堆積量も、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間での排気差圧の低下量と、当該期間の長さに基づいて、フロント領域４ａの場合と同じように算出することができる。ただし、当該期間では、上記の通り、リア領域４ｂでの堆積ＰＭだけでなくフロント領域４ａでの堆積ＰＭも酸化燃焼され、その結果が、差圧低下量ΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２に反映されている。したがって、リア領域４ｂにおけるＰＭ堆積量を算出するためには、差圧低下量ΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２のうちリア領域４ｂに起因す
る分の低下量であるΔｄＰ＿Ｒｒを利用する必要がある。そして、フロント領域４ａの場合と同じように、リア領域４ｂでの酸化速度は、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間の長さに対する排気差圧の低下量ΔｄＰ＿Ｒｒの大きさの比率であるリア側比率に対応する。このリア側比率は、上記の第２比率に相当する。したがって、図３（ｂ）に示す相関を考慮すると、リア領域４ｂでのＰＭ堆積量は、リア側比率が大きくなるほど多くなるように算出されることになる。
【００５５】
ここで、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間での排気差圧の低下量ΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２から、低下量ΔｄＰ＿Ｒｒを抽出する手法としては、以下の手法が例示できる。第１の抽出手法としては、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間においてフロント領域４ａで酸化燃焼されるＰＭ堆積量が、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間においてフロント領域４ａで酸化燃焼されるＰＭ堆積量と同程度となるように、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間を設定する。その設定の一例としては、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間を、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間と同じ長さとする。このような条件の下で計測されたタイミングＴ３〜Ｔ４の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２のうち低下量ｄＰ＿Ｆｒ２は、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｆｒと同量になる。そこで、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２からタイミングＴ２〜Ｔ３の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｆｒを減じることで、低下量ΔｄＰ＿Ｒｒを算出できる。
【００５６】
また、第２の抽出手法としては、算出時昇温処理が行われている間での、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間におけるフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化燃焼速度が、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間におけるフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化燃焼速度と同程度であるとの想定の下、低下量ΔｄＰ＿Ｒｒが算出される。具体的には、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｆｒに、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間の長さに対するタイミングＴ３〜Ｔ４の期間の長さの割合を乗じて、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間におけるフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化燃焼に起因する低下量ΔｄＰ＿Ｆｒ２が算出される。そして、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２から、当該算出された低下量ΔｄＰ＿Ｆｒ２を差し引くことで、低下量ΔｄＰ＿Ｒｒが算出される。
【００５７】
以上より、図１に示す内燃機関１の排気浄化システムでは、フィルタ４におけるフロント領域４ａとリア領域４ｂでのＰＭ堆積量を、算出時昇温処理の実行とともに差圧センサ８の検出値を用いて容易に算出することが可能となる。また、算出時昇温処理において、ヒータ３からフィルタ４に供給される単位時間当たりの熱量は、少なくともＴ２〜Ｔ３の期間と、Ｔ３〜Ｔ４の期間とで同一となるようにヒータ３を制御するのが好ましい。これにより、各期間でのフロント領域４ａとリア領域４ｂでの堆積ＰＭの酸化燃焼条件をより同一に近い状態とすることができるため、上述した各領域でのＰＭ堆積量の算出精度を高めることができる。
【００５８】
＜部分堆積量算出処理＞
ここで、上述したフロント領域４ａ及びリア領域４ｂでの部分堆積量を算出するための処理である部分堆積量算出処理について、図４Ａ及び図４Ｂに基づいて説明する。両図には、部分堆積量算出処理を分割して記載している。この部分堆積量算出処理は、ＥＣＵ２０のメモリに格納されている制御プログラムが実行されることで行われる。先ず、Ｓ１０１では、フロント領域４ａ及びリア領域４ｂでの部分堆積量の算出要求があるか否かが判定される。当該算出要求は、所定の制御において、各領域での部分堆積量が必要とされる場合等に出されるものである。例えば、後述する図５、図６に示すフィルタ再生制御や、図７に示す部分堆積量推定制御において、本部分堆積量算出処理が呼び出される場合、当該算出要求が出されることになる。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されると本部分堆積量算出処理を終了する。
【００５９】
Ｓ１０２では、内燃機関１が、部分堆積量の算出が可能な状態にあるか否かが判定される。上記の通り部分堆積量の算出を行う場合、算出時昇温処理を行う必要がある。このとき、フロント領域４ａ及びリア領域４ｂにおける堆積ＰＭの一部の酸化燃焼を生じさせるが、算出精度の低下を避けるために、算出時昇温処理を行う期間においてその酸化燃焼条件が大きく変動しないことが好ましい。そこで、例えば、内燃機関１からの排気流量や排気温度が安定しているアイドル運転時の場合に、内燃機関１が部分堆積量の算出が可能な状態にあると判定してもよい。Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されると本部分堆積量算出処理を終了する。
【００６０】
次に、Ｓ１０３では、フロント領域４ａ及びリア領域４ｂの温度推定が開始される。具体的には、上記の通り、ヒータ３による加熱条件（例えば、ヒータ３からフィルタ４に対して供給される単位時間当たりの熱量等）と、フィルタ４における熱伝播に関する諸パラメータ（例えば、フィルタ４の熱容量、フィルタ４を流れる排気流量、フィルタ４での放熱係数等）に基づいてＥＣＵ２０が温度推定を開始する。このとき、フロント領域４ａの温度を代表する当該領域内の位置と、リア領域４ｂの温度を代表する当該領域内の位置との間の離間距離も考慮される。
【００６１】
次にＳ１０４では、算出時昇温処理が開始され、ヒータ３に駆動電流が供給される。これにより、単位時間当たりの熱供給量が一定の条件の下で、ヒータ３からフィルタ４へ熱エネルギーが供給される。なお、この算出時昇温処理での単位時間当たりの熱供給量は、上記の通り、フィルタ４の温度が、堆積ＰＭが燃焼可能となる酸化開始温度Ｔｐｍに到達し得る値とされる。なお、当該算出時昇温処理が開始されたタイミングが、図２（ａ）におけるタイミングＴ１である。その後、Ｓ１０５で、推定されているフロント領域４ａの温度Ｔｆｒが、酸化開始温度Ｔｐｍを超えたか否かが判定される。Ｓ１０５で肯定判定されるとＳ１０６へ進み、否定判定されると再びＳ１０５の処理を繰り返す。なお、Ｓ１０５で肯定判定されたタイミングが、図２（ａ）におけるタイミングＴ２である。
【００６２】
次にＳ１０６では、フロント領域４ａの温度が酸化開始温度Ｔｐｍを超えたことをもって、上流側に位置するフロント領域４ａでの堆積ＰＭのみが酸化燃焼する第１酸化期間Δｔ１のカウントが開始される。したがって、第１酸化期間Δｔ１の始点は、図２（ａ）におけるタイミングＴ２である。そして、当該カウントとともに、フロント領域４ａでの堆積ＰＭのみが酸化燃焼することに起因する排気差圧の低下量である第１差圧低下量ΔｄＰ１の測定が開始される。この第１差圧低下量ΔｄＰ１は、第１酸化期間Δｔ１の始点であるタイミングＴ２での排気差圧を始点として計測されていくことになる。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。
【００６３】
次に、Ｓ１０７では、推定しているリア領域４ｂの温度Ｔｒｒが、酸化開始温度Ｔｐｍを超えたか否かが判定される。Ｓ１０７で肯定判定されるとＳ１０８へ進み、否定判定されると再びＳ１０７の処理を繰り返す。なお、Ｓ１０７で肯定判定されたタイミングが、図２（ａ）におけるタイミングＴ３である。その後、Ｓ１０８では、リア領域４ｂの温度が酸化開始温度Ｔｐｍを超えたことをもって、第１酸化期間Δｔ１が決定される。すなわち、第１酸化期間Δｔ１は、上記始点であるタイミングＴ２から終点となるタイミングＴ３までの期間として決定される。それと同時に、タイミングＴ２での排気差圧を始点としタイミングＴ３における排気差圧を終点として、第１差圧低下量ΔｄＰ１が決定される。Ｓ１０８の処理が終了すると、Ｓ１０９へ進む。
【００６４】
Ｓ１０９では、リア領域４ｂの温度が酸化開始温度Ｔｐｍを超えたことをもって、下流側に位置するリア領域４ｂでの堆積ＰＭが酸化燃焼し始める第２酸化期間Δｔ２のカウントが開始される。したがって、第２酸化期間Δｔ２の始点は、図２（ａ）におけるタイミングＴ３である。そして、当該カウントとともに、リア領域４ｂでの堆積ＰＭ及びフロン
ト領域４ａでの堆積ＰＭが酸化燃焼することに起因する排気差圧の低下量である第２差圧低下量ΔｄＰ２の測定が開始される。この第２差圧低下量ΔｄＰ２は、第２酸化期間Δｔ２の始点であるタイミングＴ３での排気差圧を始点として計測されていくことになる。Ｓ１０９の処理が終了すると、Ｓ１１０へ進む。
【００６５】
Ｓ１１０では、第２酸化期間Δｔ２が規定時間を超えたか否かが判定される。当該規定時間としては、リア領域４ｂでの堆積ＰＭ及びフロント領域４ａでの堆積ＰＭが酸化燃焼することに起因する第２差圧低下量ΔｄＰ２として有意の差圧低下量が計測される限りにおいて、任意の時間を設定することができる。本実施例では、規定時間は、第１酸化期間Δｔ１と同じ長さの時間とする。Ｓ１１０で肯定判定されるとＳ１１１へ進み、否定判定されると再びＳ１１０の処理を繰り返す。なお、Ｓ１１０で肯定判定されたタイミングが、図２（ａ）におけるタイミングＴ４である。その後、Ｓ１１１では、第２酸化期間Δｔ２が規定時間を超えたことをもって、第２酸化期間Δｔ２が決定される。すなわち、第２酸化期間Δｔ２は、上記始点であるタイミングＴ３から終点となるタイミングＴ４までの期間、換言すれば第１酸化期間Δｔ１と同じ長さの期間として決定される。それと同時に、タイミングＴ３での排気差圧を始点としタイミングＴ４における排気差圧を終点として、第２差圧低下量ΔｄＰ２が決定される。Ｓ１１１の処理が終了すると、Ｓ１１２へ進む。
【００６６】
Ｓ１１２では、フロント領域４ａでのＰＭ堆積量を算出するためのフロント領域低下量である上記ｄＰ＿Ｆｒが、第１差圧低下量ΔｄＰ１に基づいて決定される。具体的には、第１酸化期間Δｔ１においてはフロント領域４ａでの堆積ＰＭのみが酸化燃焼するため、フロント領域低下量ｄＰ＿Ｆｒは、第１差圧低下量ΔｄＰ１そのものとなる。次に、Ｓ１１３では、リア領域４ｂでのＰＭ堆積量を算出するためのリア領域低下量である上記ｄＰ＿Ｒｒが、第２差圧低下量ΔｄＰ２に基づいて決定される。具体的には、上述の第１の抽出手法に従い、第２酸化期間Δｔ２を第１酸化期間Δｔ１と同じ長さとしたことにより、第２酸化期間Δｔ２におけるフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化量は、第１酸化期間Δｔ１におけるフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化量と同量とみなすことができる。そこで、リア領域低下量ｄＰ＿Ｒｒは、第２差圧低下量ΔｄＰ２から第１差圧低下量ΔｄＰ１を減じた値となる。
【００６７】
次に、Ｓ１１４では、上記フロント側比率に相当する、第１酸化期間Δｔ１の長さに対するフロント領域低下量ｄＰ＿Ｆｒの大きさの比率に基づいて、図３に基づいて説明したようにフロント領域４ａでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｆｒが算出される。具体的には、当該比率が大きくなるほど、フロント領域４ａでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｆｒが多くなるように算出される。また、上記リア側比率に相当する、第２酸化期間Δｔ２の長さに対するリア領域低下量ｄＰ＿Ｒｒの比率に基づいて、図３に基づいて説明したようにリア領域４ｂでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｒｒが算出される。具体的には、当該比率が大きくなるほど、リア領域４ｂでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｒｒが多くなるように算出される。
【００６８】
その後、Ｓ１１５では、次回の部分堆積量算出のために、第１酸化期間Δｔ１及び第２酸化期間Δｔ２のカウンタをクリアし、更に、第１差圧低下量ΔｄＰ１及び第２差圧低下量ΔｄＰ２の測定値をクリアする。
【００６９】
なお、上記の部分堆積量算出処理では、上記第１の抽出手法によりリア領域低下量ΔｄＰ＿Ｒｒを抽出するために、第２酸化期間Δｔ２を第１酸化期間Δｔ１と同じ長さに設定したが、その態様に代えて、第２酸化期間Δｔ２を第１酸化期間Δｔ１と異なる時間としてもよい。たとえ両酸化期間を異なる時間としても、第２酸化期間Δｔ２におけるフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化量が第１酸化期間Δｔ１におけるフロント領域４ａでの堆積ＰＭの酸化量と同量とみなすことができる場合には、上記第１の抽出手法によりリア領
域低下量ΔｄＰ＿Ｒｒを抽出すればよい。また、同量とみなせない場合には、上記第２の抽出手法によりリア領域低下量ΔｄＰ＿Ｒｒを抽出すればよい。
【００７０】
また、上記の部分堆積量算出処理では、第１酸化期間Δｔ１を、フロント領域４ａの温度Ｔｆｒが酸化開始温度Ｔｐｍを超えてから、リア領域４ｂの温度Ｔｒｒが酸化開始温度Ｔｐｍを超えるまでの期間（タイミングＴ２〜Ｔ３の期間）としているが、その態様に代えて、第１差圧低下量ΔｄＰ１として有意の値が得られる限り、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間の一部の期間であってもよい。この場合、第１差圧低下量ΔｄＰ１は、当該一部の期間に対応した差圧低下量となる。また、第２酸化期間Δｔ２についても、第２差圧低下量ΔｄＰ２として有意の値が得られる限り、リア領域４ｂの温度Ｔｒｒが酸化開始温度Ｔｐｍを超えた後の何れかの期間であってもよい。この場合、第２差圧低下量ΔｄＰ２は、当該何れかの期間に対応した差圧低下量となる。
【００７１】
＜第１のフィルタ再生制御＞
ここで、上記の部分堆積量算出処理を利用したフィルタ４のフィルタ再生処理を行うフィルタ再生制御の第１の例について、図５に基づいて説明する。このフィルタ再生制御は、ＥＣＵ２０のメモリに格納されている制御プログラムが実行されることで行われる。また、当該フィルタ再生制御が行われる前提として、ＥＣＵ２０は内燃機関１の機関回転速度や機関負荷等の運転状態に基づいて、フィルタ４の全体でのＰＭ堆積量を随時推定している。このフィルタ４の全体でのＰＭ堆積量の推定処理は、上記部分堆積量算出処理とは異なる処理であるが、当該推定処理は従来技術によるものであるからその詳細な説明は省略する。また、フィルタ４全体でのＰＭ堆積量は全体ＰＭ堆積量Ｘ１と称される。
【００７２】
ここで、図５に示すフィルタ再生制御におけるＳ２０１〜Ｓ２０６の処理は、フィルタ再生処理を実行するための標準的な一連の処理である。先ず、Ｓ２０１では、フィルタ４の全体ＰＭ堆積量Ｘ１が、再生基準量Ｒ０を超えているか否かが判定される。当該再生基準量Ｒ０は、フィルタ４においてフィルタ再生処理を実行すべき程度にＰＭが堆積していると判断するための閾値である。フィルタ４全体でのＰＭ堆積量がこの再生基準量Ｒ０を超えると、排気通路２での排気圧力が上昇し内燃機関１の運転に好ましくない影響が及ぼされ得る。Ｓ２０１で肯定判定されるとＳ２０２へ進み、否定判定されるとＳ２０７へ進む。
【００７３】
次に、Ｓ２０２では、フィルタ再生処理を開始するための開始条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、当該開始条件としては、フィルタ４に流れ込む排気の温度が、効率的な堆積ＰＭの酸化除去が阻害されない程度に高い所定温度以上であることが一例として挙げられる。なお、フィルタ４に流れ込む排気温度は、温度センサ７による検出値が利用できる。したがって、Ｓ２０２で肯定判定されるとＳ２０３へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
【００７４】
そして、Ｓ２０３ではフィルタ再生処理が実行される。具体的には、上記の通り燃料供給弁５から排気へ燃料供給が行われることで、フィルタ４に担持されている酸化触媒による酸化反応を利用してフィルタ４が酸化開始温度Ｔｐｍを超える温度まで昇温され、その温度の維持が図られる。このフィルタ４の温度維持のために、温度センサ９による検出温度が利用される。このようにフィルタ再生処理が実行されると、フィルタ４に堆積しているＰＭが酸化除去されていく。そこで、その酸化除去によりＰＭ堆積量が減少していく状態を全体ＰＭ堆積量Ｘ１に反映させるべく、Ｓ２０４で全体ＰＭ堆積量Ｘ１が更新される。この更新においては、フィルタ再生処理によって酸化除去される単位時間当たりのＰＭ量と、フィルタ再生処理によりフィルタ４の温度が酸化開始温度Ｔｐｍに到達してからの経過時間等が考慮される。
【００７５】
そして、Ｓ２０５では、Ｓ２０４で更新された全体ＰＭ堆積量Ｘ１が、基準ＰＭ堆積量Ｒ２未満であるか否かが判定される。当該基準ＰＭ堆積量Ｒ２は、フィルタ再生処理の終了を判断するための閾値である。そして、Ｓ２０５で肯定判定されるとＳ２０６へ進み、否定判定されるとＳ２０４以降の処理が繰り返される。このようにＳ２０４以降の処理が繰り返される場合には、Ｓ２０３で開始されたフィルタ再生処理が継続されている状態にある。そして、Ｓ２０６では、フィルタ再生処理が終了される。なお、このフィルタ再生処理の終了時に、後述の部分堆積量算出処理が実行されたことを示す実行フラグがＯＦＦに設定される。
【００７６】
このようにＳ２０１〜Ｓ２０６の処理によってフィルタ４の堆積ＰＭの酸化除去が行われるが、これに対してＳ２０１で否定判定された場合に、上記部分堆積算出処理を含むＳ２０７〜Ｓ２１０の一連の処理が行われる。そこで、Ｓ２０７では、全体ＰＭ堆積量Ｘ１が部分算出基準量Ｒ１を超えているか否かが判定される。当該部分算出基準量Ｒ１は、再生基準量Ｒ０より少なく、且つ基準ＰＭ堆積量Ｒ２より多い値であり、後述のＳ２０９で実行される部分堆積算出処理を実行するか否かを判定するための閾値である。ここで肯定判定されるとＳ２０８へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
【００７７】
次に、Ｓ２０８では、後述のＳ２０９で実行される部分堆積算出処理が実行され、既にフロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒとリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが算出されているか否かが、上記実行フラグに基づいて判定される。本制御では、一のフィルタ再生処理と次のフィルタ再生処理との間の期間に一度の部分堆積量算出処理が行われる。したがって、Ｓ２０８における判定は、当該期間を対象に、既に部分堆積量算出処理が行われているかを判定するものである。Ｓ２０８で肯定判定されるとＳ２１０へ進み、否定判定されるとＳ２０９へ進む。
【００７８】
そして、Ｓ２０９では、部分堆積量算出処理が実行され、その実行フラグがＯＮに設定される。この部分堆積量算出処理によって、フロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒとリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが算出されることになる。その後、Ｓ２１０で、フロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒが第１基準堆積量Ｆｒ０を超えているか、又はリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが第２基準堆積量Ｒｒ０を超えているかについて判定が行われる。少なくとも一方が対応する基準量を超えているとＳ２１０は肯定判定されることになり、その場合はＳ２０２以降の処理が行われることになる。一方で、両方とも対応する基準量を超えていなければＳ２１０は否定判定されることになり、その場合は本制御を終了する。ここで、第１基準堆積量Ｆｒ０は、第１基準堆積量Ｆｒ０は、フロント領域４ａでのＰＭ堆積量が、当該第１基準堆積量Ｆｒ０を超えた状態でもフィルタ再生処理が行われず、そしてその後フィルタ全体のＰＭ堆積量を基準としてフィルタ再生処理が行われると、フロント領域４ａに局所的に多く堆積したＰＭにより局所的な過昇温が発生するおそれがあると判断するための閾値であるとともに、フロント領域４ａでのＰＭ堆積量が第１基準堆積量Ｆｒ０であるときにフィルタ再生処理が行われたとしても、フロント領域４ａにおいて局所的な過昇温を招くことのないＰＭ堆積量とされる。また、第２基準堆積量Ｒｒ０は、リア領域４ｂでのＰＭ堆積量が、当該第２基準堆積量Ｒｒ０を超えたにもかかわらずフィルタ再生処理が行われないとし、その後フィルタ全体のＰＭ堆積量を基準としてフィルタ再生処理が行われると、リア領域４ｂに局所的に多く堆積したＰＭにより局所的な過昇温が発生するおそれがあると判断するための閾値であるとともに、リア領域４ｂでのＰＭ堆積量が第２基準堆積量Ｒｒ０であるときにフィルタ再生処理が行われたとしても、リア領域４ｂにおいて局所的な過昇温を招くことのないＰＭ堆積量とされる。
【００７９】
このように構成されるフィルタ再生制御では、フィルタ４全体のＰＭ堆積量が再生基準量Ｒ０を超えていない状態であっても、フロント領域４ａ又はリア領域４ｂの少なくとも何れかにおいてその部分堆積量が局所的な過昇温のおそれがある基準堆積量を超えると、
フィルタ再生処理が実行されることになる。このように早期のフィルタ再生処理が実行されることで、局所的な過昇温が顕在化する前にフィルタ４全体の堆積ＰＭの酸化除去が行われることになり、以て、フィルタ再生処理によるフィルタ４の溶損や酸化触媒の劣化等を可及的に回避することができる。
【００８０】
なお、部分堆積量算出処理が行われると、各領域の部分堆積量を算出するために算出時昇温処理が行われ、各領域に堆積しているＰＭの一部が酸化燃焼されるため、フィルタ４全体でのＰＭ堆積量も減少することになる。そこで、その場合、酸化燃焼されたＰＭ量を、随時推定されている全体ＰＭ堆積量Ｘ１の値に反映させてもよい。また、算出時昇温処理によるＰＭの酸化量がわずかであり無視し得る程度であれば、それを全体ＰＭ堆積量Ｘ１の値に反映させなくてもよい。
【００８１】
＜第２のフィルタ再生制御＞
ここで、上記の部分堆積量算出処理を利用したフィルタ４のフィルタ再生処理を行うフィルタ再生制御の第２の例について、図６に基づいて説明する。このフィルタ再生制御は、ＥＣＵ２０のメモリに格納されている制御プログラムが実行されることで行われる。また、当該フィルタ再生制御が行われる前提として、上記の第１の例と同様に、フィルタ４の全体での全体ＰＭ堆積量Ｘ１を随時推定している。更に、一のフィルタ再生処理と次のフィルタ再生処理との間の期間において、部分堆積量算出処理が行われたか否かを識別するための実行フラグが利用される。
【００８２】
先ず、Ｓ３０１では、フィルタ４の全体ＰＭ堆積量Ｘ１が、再生基準量Ｒ０を超えているか否かが判定される。当該判定は上記のＳ２０１の判定と実質的に同一である。Ｓ３０１で肯定判定されるとＳ３０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。次に、Ｓ３０２では、後述のＳ３０３で実行される部分堆積算出処理が実行され、既にフロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒとリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが算出されているか否かが、上記実行フラグに基づいて判定される。当該判定は上記のＳ２０８の判定と実質的に同一である。Ｓ３０２で肯定判定されるとＳ３０４へ進み、否定判定されるとＳ３０３へ進む。そして、Ｓ３０３では、部分堆積量算出処理が実行され、その実行フラグがＯＮに設定される。この部分堆積量算出処理によって、フロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒとリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが算出されることになる。
【００８３】
その後、Ｓ３０４では、フロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒが第３基準堆積量Ｆｒ１以下であり、且つリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが第４基準堆積量Ｒｒ１以下であるかについて判定が行われる。ここで、第３基準堆積量Ｆｒ１は、上記Ｓ２１０における第１基準堆積量Ｆｒ０とは異なり、現時点でフィルタ再生処理が行われるとフロント領域４ａに局所的に多く堆積したＰＭにより局所的な過昇温が発生するおそれがあると判断するための閾値である。同じように、第４基準堆積量Ｒｒ１も、上記Ｓ２１０における第２基準堆積量Ｒｒ０とは異なり、現時点でフィルタ再生処理が行われるとリア領域４ｂに局所的に多く堆積したＰＭにより局所的な過昇温が発生するおそれがあると判断するための閾値である。すなわち、第３基準堆積量Ｆｒ１及び第４基準堆積量Ｒｒ１は、各領域のＰＭ堆積量がそれぞれ対応する基準堆積量と同量であるとき又は当該基準堆積量未満であるときにフィルタ再生処理が行われても局所的な過昇温のおそれはないが、各領域のＰＭ堆積量がそれぞれ対応する基準堆積量を超えた場合にフィルタ再生処理が行われると局所的な過昇温が発生するおそれがある堆積量として設定される。Ｓ３０４で肯定判定されるとＳ３０５へ進み、否定判定されるとＳ３０６へ進む。
【００８４】
Ｓ３０５では、Ｓ３０４で肯定判定された場合のフィルタ４の再生処理として行われる標準フィルタ再生処理の実行条件が設定される。Ｓ３０４で肯定判定されたことは、現時点でフィルタ再生処理を実行しても、フィルタ４において局所的な過昇温が発生するおそ
れがないことを意味する。そこで、標準フィルタ再生処理の実行条件は、全体ＰＭ堆積量Ｘ１を超えるＰＭが堆積しているフィルタ４において燃料供給弁５から供給される燃料が酸化燃焼し、フィルタ４の温度を酸化開始温度Ｔｐｍを超える温度まで速やかに到達させ、且つ、供給された燃料がフィルタ４上に酸化されずに付着してしまわない程度の、燃料供給弁５による燃料供給条件とされる。当該燃料供給条件は、フィルタ４の温度や排気流量等に応じて変動させてもよい。Ｓ３０５で実行条件が設定されると、Ｓ３０７以降の処理により当該実行条件に従ったフィルタ再生処理、すなわち、標準フィルタ再生処理が行われることになる。
【００８５】
一方で、Ｓ３０６では、Ｓ３０４で否定判定された場合のフィルタ４の再生処理として行われる緩慢フィルタ再生処理の実行条件が決定される。Ｓ３０４で否定判定されたことは、現時点でフィルタ再生処理を実行すると、フィルタ４において局所的な過昇温が発生するおそれがあることを意味する。そこで、緩慢フィルタ再生処理の実行条件は、全体ＰＭ堆積量Ｘ１を超えるＰＭが堆積しているフィルタ４において燃料供給弁５から燃料が供給されたときに、フィルタ４において局所的な過昇温が抑制されるようにフィルタ４における温度上昇を緩やかにする程度の、燃料供給弁５による燃料供給条件とされる。そのため、フロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒが第３基準堆積量Ｆｒ１を超えている場合には、その超過量が大きくなるほど燃料供給弁５から単位時間あたりに供給される燃料量を少なくし、換言すれば、フィルタ再生処理のためにフィルタ４に供給される単位時間当たりの熱量を少なくする。同じように、リア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが第４基準堆積量Ｒｒ１を超えている場合には、その超過量が大きくなるほど燃料供給弁５から単位時間あたりに供給される燃料量を少なくする。Ｓ３０６で実行条件が設定されると、Ｓ３０７以降の処理により当該実行条件に従ったフィルタ再生処理、すなわち、緩慢フィルタ再生処理が行われることになる。
【００８６】
Ｓ３０５又はＳ３０６の処理が終了すると、Ｓ３０７以降の処理が行われるが、Ｓ３０７〜Ｓ３１１の処理は、上記のＳ２０２〜Ｓ２０６の処理と実質的に同一であるから、その詳細な説明は割愛する。
【００８７】
このように構成されるフィルタ再生制御では、フィルタ４全体のＰＭ堆積量が再生基準量Ｒ０を超えると、フィルタ４の再生処理が行われる前に、フロント領域４ａ及びリア領域４ｂの部分堆積量が算出される。そして、フィルタ４において局所的な過昇温のおそれが無い場合には、続いて標準フィルタ再生処理が行われる。すなわち、例えば、算出時昇温処理によって昇温されたフィルタの温度が低下することなく、引き続き標準フィルタ再生処理が行われる。このとき、フィルタ４は算出時昇温処理によってある程度昇温されているため、標準フィルタ再生処理によってフィルタ４を昇温させるエネルギー量を低減することができる。また、そして、フィルタ４において局所的な過昇温のおそれがある場合には、緩慢フィルタ再生処理によりフィルタ４の温度上昇を緩やかにすることで、堆積ＰＭの酸化除去に要する時間が長くなるものの、フィルタ４の局所的な過昇温を回避することができる。
【００８８】
＜部分堆積量推定制御＞
ここで、上記の部分堆積量算出処理を利用したフィルタ４の部分堆積量推定制御について、図７に基づいて説明する。この部分堆積量推定制御は、フロント領域４ａ及びリア領域４ｂのそれぞれの部分堆積量を推定する制御であり、ＥＣＵ２０のメモリに格納されている制御プログラムが実行されることで行われる。また、本制御とは並列して、フィルタ４のためのフィルタ再生処理に関する制御、例えば、図５や図６に示す制御が繰り返し実行されているものとする。そして、本制御は、一のフィルタ再生処理と次のフィルタ再生処理との間の期間に、後述するＳ４０６での部分堆積量算出処理が一度だけ行われる。それとともに、フィルタ再生処理の終了時には、その時点までに部分堆積量算出処理が実行
されたことを示す実行フラグがＯＦＦに設定される。
【００８９】
先ず、Ｓ４０１では、内燃機関１の運転状態が取得され、次に、Ｓ４０２では、前回の本制御が実行された際の各領域の推定出力値、すなわち後述のＳ４０８で出力された、フロント領域４ａ及びリア領域４ｂのそれぞれの部分堆積量の推定出力値が取得される。なお、この前回の推定出力値は、ＥＣＵ２０内のメモリに格納されている。
【００９０】
次に、Ｓ４０３では、Ｓ４０１で取得された内燃機関１の運転状態と、Ｓ４０２で取得された前回の推定出力値に基づいて、現時点でのフロント領域４ａ及びリア領域４ｂのそれぞれの部分堆積量が推定される。具体的には、内燃機関１の運転状態と、フィルタ４の各領域に追加的に堆積するＰＭ量との相関を、事前の実験等で制御マップの形でＥＣＵ２０のメモリ内に格納しておく。そして、現時点の運転状態、すなわちＳ４０１で取得された運転状態に基づいて、当該制御マップにアクセスして追加的に各領域において堆積するＰＭ堆積量を算出し、それを前回の各領域の推定出力値に加算して、今回の各領域の推定出力値として算出する。Ｓ４０３の処理が終了すると、Ｓ４０４へ進む。
【００９１】
Ｓ４０４では、本制御と並列して実行されているフィルタ４のフィルタ再生処理が終了してから所定時間が経過しているか否かが判定される。当該フィルタ再生処理の終了タイミングは、例えば、図５に示すフィルタ再生制御の処理Ｓ２０１又は図６に示すフィルタ再生制御の処理Ｓ３１１の実行タイミングである。ここで、当該所定時間とは、フィルタ再生処理が終了してから、そのフィルタ４において再びＰＭが堆積しＰＭ堆積量が部分堆積量算出処理を実行可能な程度の量に到達するまでの時間である。すなわち、部分堆積量算出処理は、算出時昇温処理によって各領域の堆積ＰＭの一部を酸化燃焼させる必要があることを考慮して、上記所定時間が決定される。Ｓ４０４で肯定判定されるとＳ４０５へ進み、否定判定されるとＳ４０８へ進む。
【００９２】
そして、Ｓ４０５では、後述のＳ４０６で実行される部分堆積算出処理が実行され、既にフロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒとリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが算出されているか否かが上記実行フラグに基づいて判定される。当該判定は上記のＳ２０８等の判定と実質的に同一であるので、その詳細な説明は省略する。Ｓ４０５で肯定判定されるとＳ４０７へ進み、否定判定されるとＳ４０６へ進む。そして、Ｓ４０６では、部分堆積量算出処理が実行され、フロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒとリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが算出されるとともに、その実行フラグがＯＮに設定される。
【００９３】
次に、Ｓ４０７では、Ｓ４０３で推定されたフロント領域４ａ及びリア領域４ｂのそれぞれの部分堆積量が、算出されたフロント領域堆積量ＰＭ＿Ｆｒとリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒに基づいて補正される。補正の一例としては、推定された部分堆積量と算出された各領域の堆積量との間にズレが存在する場合には、推定された部分堆積量が算出された各領域の堆積量に近づくように、該推定された部分堆積量に所定の補正値を加える。Ｓ４０７の処理が終了すると、Ｓ４０８へ進む。
【００９４】
Ｓ４０８では、今回の部分堆積量推定制御による各領域の部分堆積量の推定値が出力される。なお、Ｓ４０７を経てＳ４０８へ到達した場合には、Ｓ４０７での補正が施された各領域の推定値が、今回の推定値として出力される。また、Ｓ４０４で否定判定されてＳ４０８へ到達した場合には、Ｓ４０３で推定された各領域の推定値が、今回の各領域の推定値として出力される。そして、このＳ４０８で出力された各領域の推定値が、次の部分堆積量推定制御でのＳ４０２で取得対象となる各領域の推定出力値となる。
【００９５】
このように構成される部分堆積量推定制御では、内燃機関１の運転状態に基づいて各領域での部分堆積量が容易に推定することが可能である。一方で、その容易さ故に推定値が
実際の部分堆積量とかけ離れる可能性がある。そこで、上記のように部分堆積量算出処理が行われ、その算出結果に基づいて推定された部分堆積量が補正される。なお、当該算出結果が反映された、補正された部分堆積量は、次の部分堆積量推定制御で推定される部分堆積量に反映されるため、一度補正が行われると、それ以降の推定値には当該補正が引き続き反映されることになる。以上より、本部分堆積量推定制御によれば、容易な構成でより正確な各領域の部分堆積量を推定することが可能となる。
【００９６】
なお、推定された各領域の部分堆積量は、内燃機関１の排気浄化システムにおいて実行される様々な目的のための制御に利用することができる。また、Ｓ４０７の補正で使用される所定の補正値は、フィルタ４においてフィルタ再生処理が実行されるとクリアされる。
【実施例２】
【００９７】
次に、フィルタ４を排気流れに沿って３つの領域であるフロント領域４Ａ、センタ領域４Ｂ、リア領域４Ｃに区分した場合の、各領域でのＰＭ堆積量の算出について、図８に基づいて説明する。なお、本実施例におけるフィルタ４の区分けについては、図８の下段（ｃ）に示している。ここで、図８の上段（ａ）は、算出時昇温処理による各領域の温度推移を表し、線Ｌ１１による推移がフロント領域４Ａの温度推移であり、線Ｌ１２による推移がセンタ領域４Ｂの温度推移であり、線Ｌ１２による推移がリア領域４Ｃの温度推移である。これらの各領域の温度推移は、上記の実施例と同じように、ヒータ３からフィルタ４に対して供給される熱量と、フィルタ４における熱伝播に関する諸パラメータに基づいてＥＣＵ２０が推定する。また、図８の下段（ｂ）は、その際の差圧センサ８の検出値の推移を表している。
【００９８】
具体的には、タイミングＴ１１で算出時昇温処理が開始されるとともに、上流側に位置するフロント領域４Ａの温度が上昇を開始する。このとき、下流側のセンタ領域４Ｂ、リア領域４Ｃには多くの熱がまだ伝播していないため、その温度の動きは少ない。そして、タイミングＴ１２において、フロント領域４Ａの温度が酸化開始温度Ｔｐｍに到達する。この頃からセンタ領域４Ｂの温度も次第に上昇していき、タイミングＴ１３においてセンタ領域４Ｂの温度も酸化開始温度Ｔｐｍに到達する。更に、この頃からリア領域４Ｃの温度も次第に上昇していき、タイミングＴ１４においてリア領域４Ｃの温度も酸化開始温度Ｔｐｍに到達する。その後、タイミングＴ１５において、算出時昇温処理が終了され、各領域の温度も降下していく。
【００９９】
このようにフィルタ４の各領域の温度が推移すると、その温度が酸化開始温度Ｔｐｍを超えるとそこに堆積しているＰＭが酸化燃焼されることで、フィルタ４におけるＰＭの堆積状態が変化するための、その変化が差圧センサ８による排気差圧に反映されることになる。具体的には、タイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間では、酸化開始温度Ｔｐｍを超えているのはフロント領域４Ａのみであるから、当該領域に堆積しているＰＭのみが酸化燃焼して排気差圧の低下が生じ、その低下量はΔｄＰ＿Ｆｒとされる。また、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間では、酸化開始温度Ｔｐｍを超えているのはフロント領域４Ａとセンタ領域４Ｂである。そこで、両領域に堆積しているＰＭが酸化燃焼して排気差圧の低下が生じることになる。そして、当該期間でのフロント領域４Ａでの堆積ＰＭの酸化燃焼による排気差圧の低下量は、ΔｄＰ＿Ｆｒ２とされ、センタ領域４Ｂでの堆積ＰＭの酸化燃焼による排気差圧の低下量は、ΔｄＰ＿Ｃｅとされ、以て、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間での排気差圧の低下量は両低下量の和（ΔｄＰ＿Ｃｅ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２）となる。
【０１００】
更に、タイミングＴ１４〜Ｔ１５の期間では、酸化開始温度Ｔｐｍを超えているのはリア領域４Ｃを含む全領域である。そこで、全領域に堆積しているＰＭが酸化燃焼して排気差圧の低下が生じることになる。そして、当該期間でのフロント領域４Ａでの堆積ＰＭの
酸化燃焼による排気差圧の低下量は、ΔｄＰ＿Ｆｒ３とされ、センタ領域４Ｂでの堆積ＰＭの酸化燃焼による排気差圧の低下量は、ΔｄＰ＿Ｃｅ２とされ、リア領域４Ｃでの堆積ＰＭの酸化燃焼による排気差圧の低下量は、ΔｄＰ＿Ｒｒとされる。したがって、タイミングＴ１４〜Ｔ１５の期間での排気差圧の低下量はこれらの低下量の和（ΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｃｅ２＋ΔｄＰ＿Ｆｒ３）となる。
【０１０１】
そして、上記の実施例で示した第１の抽出手法を用いて、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間での排気差圧の低下量のうちセンタ領域４Ｂ分の差圧低下量に相当するΔｄＰ＿Ｃｅ、及びタイミングＴ１４〜Ｔ１５の期間での排気差圧の低下量のうちリア領域４Ｃ分の差圧低下量に相当するΔｄＰ＿Ｒｒを算出する。例えば、タイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間、タイミングＴ１４〜Ｔ１５の期間が同じ長さである場合には、各期間での各領域における堆積ＰＭの酸化量を同程度とみなすことができる。そこで、センタ領域４Ｂ分の差圧低下量に相当するΔｄＰ＿Ｃｅは、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間での排気差圧の低下量からタイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間での排気差圧の低下量を減じることで算出される。更に、リア領域４Ｃ分の差圧低下量に相当するΔｄＰ＿Ｒｒは、タイミングＴ１４〜Ｔ１５の期間での排気差圧の低下量からタイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間での排気差圧の低下量を減じることで算出される。
【０１０２】
そして、各領域に対応する差圧低下量であるΔｄＰ＿Ｆｒ、ΔｄＰ＿Ｃｅ、ΔｄＰ＿Ｒｒと、タイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間の長さ、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間の長さ、タイミングＴ１４〜Ｔ１５の期間の長さに基づいて、図３に基づいて示した算出ロジックに従い、各領域での部分堆積量が算出される。このとき、タイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間の長さに対するΔｄＰ＿Ｆｒの大きさの比率が大きくなるほど、フロント領域４Ａでの部分堆積量は多くなるように算出され、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間の長さに対するΔｄＰ＿Ｃｅの大きさの比率が大きくなるほど、センタ領域４Ｂでの部分堆積量は多くなるように算出され、タイミングＴ１４〜Ｔ１５の期間の長さに対するΔｄＰ＿Ｒｒの大きさの比率が大きくなるほど、リア領域４Ｃでの部分堆積量は多くなるように算出される。
【０１０３】
そして、本実施例のようにフィルタ４を３つの領域に分割し、各領域での部分堆積量を算出した場合であっても、その算出された部分堆積量を利用して、第１の実施例において開示した第１のフィルタ再生制御、第２のフィルタ再生制御、部分堆積量推定制御に実質的に相当する制御を実現することが可能である。例えば、第１のフィルタ再生制御に相当する制御を行う場合には、フロント領域４Ａ、センタ領域４Ｂ、リア領域４Ｃのそれぞれの部分堆積量と各領域に対応する基準堆積量（第１基準堆積量Ｆｒ０等に相当するＰＭ堆積量の閾値）とを比較することで、早期のフィルタ再生処理を実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１    内燃機関
２    排気通路
３    ヒータ
４    フィルタ
４ａ、４Ａ  フロント領域
４ｂ、４Ｃ  リア領域
４Ｂ  センタ領域
５    燃料供給弁
７、９      排気温度センサ
８    差圧センサ
１０  エアフローメータ
１１  クランクポジションセンサ
１２  アクセル開度センサ
１３  吸気通路
２０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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