JP2010031799A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭ層の欠落によるエミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】ＤＰＦ２２５を備えるエンジン２００を有するエンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００は、ＰＭ層修復制御を実行する。当該制御においては、ＤＰＦ２２５に堆積したＰＭの強制再生時に、ＰＭを大粒径化するための、主として燃焼形態を拡散燃焼に移行させるＰＭ層修復処理が実行される。この際、強制再生が正常終了したか途中終了したかによりＰＭ層修復処理の実行時間は可変となる。ＰＭ層修復処理により、ＰＭの粒子径が大径化し、ＰＭ粒子がフィルタ担体２２５ａの細孔を通過することなく当該細孔及びフィルタ担体２２５ａ表面で堆積する。このため、強制再生により欠落したＰＭ層が可及的速やかに修復され、微小径のＰＭが大気放出されることによるエミッションの悪化が抑制される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＰＭの捕捉及び再生が可能な、例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等を備えた内燃機関の排気浄化装置の技術分野に関する。

この種の装置として、フィルタにＰＭ層を形成させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された内燃機関の排気浄化装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、フィルタの温度と内燃機関の機関運転状態とに基づいて内燃機関の運転を制御することにより、ＰＭの堆積量を所定範囲内とすることが可能であるとされている。

尚、燃料噴射圧を低くすることで排出されるＰＭ量を増やし、ＰＭにナノＰＭを吸着させる技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、アイドル中に低圧力の燃料噴射を間欠的に行うことで、ナノＰＭの排出を防ぐ提案もなされている（例えば、特許文献３参照）。

更に、ＰＭを帯電させ、ＰＭ同士を衝突させることにより凝集した後、ＰＭ再生を行う技術も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００４−７６６８４号公報 特開２００７−５１５９８号公報 特開２００６−２５００３０号公報 特開２００１−４１０２４号公報

従来の技術は、フィルタにおけるＰＭの堆積量をコントロールすることがある程度は可能であり、その点において、フィルタの目詰まり及びＰＭの捕集率低下等を抑制することは可能である。然るに、フィルタにおけるＰＭ再生速度を精細に制御することは少なくとも容易でなく、またＰＭ排出量を増加させるための機関運転条件の変更にも限界があるから、少なくとも実践的にみれば、一時的にせよフィルタからＰＭ層が消失する、或いはＰＭ層がフィルタの一部において欠落する可能性は、少なくとも無視し得る程度には低くない。

ここで、ＰＭの粒子径は、一般的にフィルタに形成される細孔の径よりも小さいことが多く、一時的にせよ、また一部であるにせよＰＭ層が欠落していると、フィルタを通過して外界に放出されるＰＭの粒子数は、飛躍的に増加する。ところが、このような粒子数の増加を回避すべく従来の技術を適用し、機関から排出されるＰＭの量を増やしたところで、上述したようにＰＭはフィルタを通過し得るから大きな効果が得られない。即ち、従来の技術には、フィルタからＰＭ層が欠落することが考慮されておらず、エミッションが一時的にしろ悪化しかねないという技術的な問題点がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、エミッションの悪化を好適に抑制し得る内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設置され、排気に含まれるＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕捉し且つ該捕捉されたＰＭを堆積させることによりＰＭ層を形成可能なフィルタと、該フィルタにおける前記ＰＭ層の形成を促進可能な促進手段と、前記ＰＭ層の形成状態を特定する特定手段と、前記特定された形成状態に基づいて、前記ＰＭ層の形成が促進されるように前記促進手段に対し所定の促進制御を実行する制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る「内燃機関」とは、一又は複数の気筒を有し、当該気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いは各種アルコール等の燃料、又は当該燃料を含む混合気の爆発或いは燃焼に伴って生じる力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的な又は機械的な伝達経路を経て駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念であり、例えば２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン等を指す。特に、本発明に係る内燃機関は、好適な一形態として、軽油を燃料とし、例えば気筒内に吸入される気体（以下、適宜「吸気」と称する）が圧縮される過程等において（例えば、圧縮端等において）燃料が噴射され、当該燃料が高温高圧の気筒内で自着火して燃焼を生じる、或いは、吸気と燃料との混合気が気筒内で圧縮される過程において高温高圧の気筒内で自着火して燃焼を生じる、例えばディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関として構成される。

この内燃機関の排気系には、燃焼室における燃焼の過程において、未燃状態の個体炭素粒子（例えば、スート（煤））、或いはそれに適宜ＨＣ、特に粘着性のＳＯＦ（Solvable Organic Fraction）等が付着すること等によって生成される各種の粒子状物質等を包括する概念としてのＰＭを捕捉可能な、例えばセラミックウォールフロー型、メタルフロースルー型又はメタルウォールフロー型等の諸形態を採り得るＤＰＦ等のフィルタが備わる。このフィルタは、如何なる形態を採るにせよ、捕捉したＰＭを堆積させることにより、ＰＭが層状に堆積してなるＰＭ層を形成可能に構成される。

好適な一形態として、フィルタが、排気の入口側と出口側で互い違いに目封じされた複数の通路を有するハニカム状の担体を備えた、所謂ウォールフロー型のＤＰＦである場合、排気中のＰＭは、当該ハニカム状の担体において排気の流れる方向（以下、適宜「排気流れ方向」と略称する）に形成される複数の通路相互間を隔絶する壁体に阻まれ（排気自体は、壁体部に形成される細孔を介して隣接する通路へ流れる）、当該壁体部に濾し取られる形で捕捉される。ＰＭ層は、この捕捉されたＰＭが、フィルタ表面及び当該フィルタ表面に近い細孔部に堆積することにより形成される。ＰＭ層が形成されて以降は、本来壁体部の細孔を通過し得る程度に粒子径の小さいＰＭも、このＰＭ層に阻まれる形で濾し取られ、ＰＭ層の形成が進行する。いずれにせよフィルタの作用により、ＰＭの排出量は、少なくともフィルタを有さぬ場合と較べて幾らかなり低減される。

フィルタ上に形成されるＰＭ層は、このように言わばＰＭの自己捕集能を有するため、ＰＭ層がフィルタ上に、少なくとも実践上不足のない程度に形成されている場合（尚、ＰＭ層は、ＰＭがフィルタ面と接触して堆積することにより形成されるから、定常的にみれば、ＰＭ層の形成されていない領域は、少なくともＰＭが接触しない領域と等価であって、即ち、ＰＭ層の形成を必要としない領域である）、フィルタにおけるＰＭの捕集率は、少なくとも予め期待される範囲を実践上問題となる程度に逸脱することはない。一方で、フィルタは、その役割上排気経路に設置されるから、ＰＭ層の形成が必要以上に進行すると、所謂目詰まりによる圧力損失が内燃機関の動力性能を低下させかねない。また、ＰＭ層の形成が必要以上に進行すると、ＰＭ層を形成するＰＭが排気中の酸素或いは酸化剤と接触し難くなり、再生速度が低下することがある。或いは、ＰＭ層の形成が必要以上に進行すると、ＰＭの再生時に燃焼が急速に拡散して、フィルタ担体の熔損を生じかねない。このため、フィルタにおけるＰＭの再生は、少なくともこの種の不具合が実践上問題となる程度に顕在化する以前に実行される。

この際、例えばフィルタに酸化触媒が担持されていれば、当該ＤＰＦにおいてＰＭの酸化燃焼が促され、ＰＭの捕捉及び再生（端的には酸化燃焼）がＤＰＦ自体で行われる。また、ＤＰＦの排気流れ方向上流側に酸化触媒が別体として配置されていてもよく、その場合、当該酸化触媒により排気中のＮＯから酸化力が良好なＮＯ_２が生成され、当該ＮＯ_２によってＤＰＦに捕捉されたＰＭ（この場合、好適な一形態として、ＰＭ中のＳＯＦは酸化触媒により酸化され得、捕捉されるＰＭは主としてスートとなり得る）の再生が促進される。また、例えば排気温度或いはフィルタ温度等が、ＰＭの再生が開始される温度を超える運転領域、或いはそのような運転領域における運転が継続した場合には、この種の酸化触媒を有しておらずとも、ＤＰＦに捕捉されたＰＭの再生が好適に促進される。

一方で、ＰＭの再生は、例えば車両の走行条件等により排気温度やＤＰＦ温度が所定の反応開始温度（フィルタの構成や構造等に応じて可変である）となって生じる自然再生であれ、例えばポスト噴射や燃料の排気添加等により排気温度やフィルタ温度を強制的に高温化させてなされる強制再生であれ、その進行速度を精細に制御することは少なくとも容易ではない。従って、ＰＭの再生がなされた場合、フィルタにおいてＰＭ層が、一時的にせよ、その少なくとも一部の領域において欠落（尚、ここで規定される「欠落」とは、消失、欠損、崩落及び剥離等を包括する概念である）することがある。また、このような各種状況において生じるＰＭの再生の有無によらず、例えば何らかの物理衝撃や物理振動等によっても、一時的にせよＰＭ層の欠落が生じることがある。即ち、現実的にみれば、フィルタにおいてＰＭ層は一時的であるにせよ欠落し易く、少なくともその欠落自体を回避することには実践上の困難が伴い得る。

ここで特に、フィルタが、この種の自己捕集能を有するＰＭ層を有さずともＰＭを実践上問題無く捕集し得る場合には、この種の欠落が生じたところで問題はない（この場合、ＰＭ層自体の必要性が低下する）が、通常、ＰＭの粒子径はフィルタに形成される細孔の径に対し小さく、ＰＭ層が十分に形成されていない領域では、相当数のＰＭがフィルタを通過してしまう。とりわけ、内燃機関の平常時の燃焼形態として、燃料と吸気とを燃焼以前に十分に混合することによる予混合燃焼が支配的である場合には、拡散燃焼が支配的である場合と較べてＰＭの粒子径が小さく、フィルタを通過するＰＭの粒子数は相対的に多くなる。この種の粒子径の小さいＰＭを、ＰＭ層を介することなく捕捉可能なフィルタは、上述した圧損による影響を考えた場合には、実現可能であるか否かは別として少なくとも現実的には採用が難しい。従って、この種のフィルタを有する内燃機関では、ＰＭ層の欠落に起因する、ＰＭの放出量の増大を抑制する必要が生じる。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る特定手段により、ＰＭ層の形成状態が特定される。ここで、本発明に係る「形成状態」とは、形成されているか否かといった二値的状態及びどの程度形成されているか否かといった段階的又は連続的且つ定量的状態を含み、その厚さや密度等の分布をも含む概念である。

また、本発明に係る「特定」とは、特定対象（ここでは、形成状態）又は特定対象と相関する物理量、制御量又は指標値等を所定の検出手段を介して直接的に又は間接的に検出すること、当該検出手段を介して直接的に又は間接的に検出された特定対象と相関する物理量、制御量又は指標値に基づいて予め然るべき記憶手段等に記憶されたマップ等から該当値を選択すること、この種の特定対象と相関する物理量、制御量若しくは指標値又は該当値等から、予め設定されたアルゴリズムや計算式に従って導出又は推定すること、或いはこのように検出、選択、導出又は推定された各種の値を、例えば電気信号等の形で単に取得すること等を包括する広い概念である。係る概念に鑑みれば、特定手段によりなされる「ＰＭ層の形成状態を特定する」とは、例えば、フィルタにおけるＰＭの堆積量（ここで言う「堆積量」とは、排気中のＰＭ濃度、ＰＭ層の厚さ、ＰＭ層の密度、ＰＭ層におけるＰＭの粒子数或いはＰＭ層の重さ等を含む概念である）を然るべき検出手段を介して取得する、車両や内燃機関の現時点の運転条件又は過去の運転条件の履歴等からＰＭ層が如何なる厚さで、また如何なる分布で、更には如何なる密度で形成されているか等を推定する、フィルタの前後差圧（排気流れ方向におけるフィルタの上下流側の差圧）からＰＭ層が如何なる厚さで、また如何なる分布で、更には如何なる密度で形成されているかを推定する、ＰＭの再生の有無を参照する、強制再生にせよ自然再生にせよＰＭの再生がどの程度の期間継続したかを算出する、等の各種態様を好適に含み得る。

一方、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る制御手段により、この特定された形成状態に基づいて、ＰＭ層の形成が促進されるように、促進手段に対し所定の促進制御が実行される。尚、「促進されるように」とは、この種の促進制御がなされない場合と比較してＰＭ層の形成に要する時間を幾らかなり短縮化することを目標とすることを指す。

ここで、本発明に係る「促進手段」とは、フィルタにおけるＰＭ層の形成を促進可能な、例えば物理的、機械的又は電気的な手段を包括する概念であり、ＰＭ層の形成を促進することを主目的として設置される、言わば用途特化型の手段を含みつつ、内燃機関に通常備わる（即ち、主用途としてＰＭ層の形成以外の用途を有する）手段を好適に含む概念である。即ち、促進手段は、それ自体がＰＭ層の形成を促進可能であるものを含みつつ、好適な一形態として、物理的、機械的又は電気的な駆動制御（即ち、促進制御の一例）を受けて、結果としてＰＭ層の形成を促進可能な手段を採り得る趣旨である。

このため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、一時的にせよ部分的にせよ、また、強制再生に起因するにせよ、自然再生に起因するにせよ、物理衝撃や物理振動に起因するにせよ、或いは不測の事態に起因するにせよ、フィルタからＰＭ層が欠落した場合等において、フィルタを通過して大気中に放出されるＰＭの量を可及的に抑制することが可能となり、エミッションの悪化を可及的に抑制することが可能となるのである。

補足すると、本発明は、燃焼室からのＰＭの排出量をコントロールしてＰＭ層を所望の厚さに制御する等といった、一時的にせよ又一部の領域であるにせよフィルタからＰＭ層が欠落した状態においては実践上さしたる効果が得られ難い技術思想とは本質的に異なっており、予めＰＭ層が、強制再生に起因するか、自然再生に起因するか、物理衝撃や物理振動によるものか、或いは不測の事態によるものか等の別なく欠落し得る点を念頭におき、特定されるＰＭ層の形成状態に基づいて、ＰＭ層の形成（好適な一形態としては、フィルタが実践上問題無い（予め想定又は期待される範囲の）ＰＭ捕集能を回復する程度のＰＭ層の形成）に要する時間を二値的に、段階的に又は連続的に短縮化する（形成速度を二値的に、段階的に又は連続的に上昇させる）ことを可能とするものであり、一時的にせよ微小粒子径のＰＭが大量に放出されることによるエミッションの悪化を好適に抑制し得る点において、これらの技術思想に対し明らかに有利であることは明白である。

更に補足すれば、本発明は、迅速にＰＭ層の修復を図ることに主眼が置かれており、またＰＭ層が実践上十分に形成されている限りにおいてＰＭの捕集能が担保される点に鑑みれば、特定手段に要求されるＰＭ層の形成状態に係る特定精度は決して高くはない。極端な場合、特定される形成状態とは、ＰＭ層が欠落しているか否かを判別可能な程度であってよい。従って、然るべき演算手段等を利用して負荷の高い演算処理を行わずとも、本発明に係る本質的な効果は十分に担保される。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一の態様では、前記特定された形成状態に基づいて、前記フィルタから前記ＰＭ層の少なくとも一部が欠落しているか否かを判別する第１判別手段を更に具備し、前記制御手段は、前記ＰＭ層の少なくとも一部が欠落している旨が判別された場合に前記促進制御を実行する。

この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第１判別手段により、ＰＭ層の少なくとも一部が欠落しているか否かが判別され、ＰＭ層の少なくとも一部が欠落している旨が判別された場合に促進制御が実行される。従って、例えばＰＭの強制再生直後や過剰な高温環境下での自己再生直後等、ＰＭ層の全てが消失しかねない状況や、短時間のみ自然再生が生じる等してＰＭ層の一部が欠落しかねない状況、或いはその他各種の要因により少なくとも実践上不具合が顕在化し得る程度にＰＭ層の欠落が生じている状況等において、効率的にＰＭ層を回復させることが可能となる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記特定手段は、前記形成状態として前記ＰＭの堆積量、前記フィルタの前後差圧、前記ＰＭの再生の度合い及び前記内燃機関の負荷変化の度合いのうち少なくとも一部を特定する。

この態様によれば、特定手段が、上述した形成状態として、フィルタにおけるＰＭの堆積量、フィルタの前後差圧、ＰＭの再生の度合い（例えば、再生速度、再生時間又はフィルタ温度等であってもよい）及び内燃機関の負荷変化の度合い（例えば、減速度（負の加速度）或いはアクセル開度等により代替されてもよい、また実現象としては、前述のフィルタ前後差圧としても現れ得る）のうち少なくとも一部を特定する。これらは、直接的に検出されるにせよ、間接的に検出されるにせよ、代替値により推定されるにせよ（上述したように、いずれも特定の概念の範疇である）、夫々ＰＭ層の形成状態を好適に表し得る又はＰＭ層の形成状態の推定に供し得る物理量或いは指標値として好適であり、制御手段による促進制御が効率的になされ得る。

特に、上記第１判別手段が、この種の物理量又は指標値を参照値として利用した場合、例えば、ＰＭの堆積量が固定又は可変な基準値以上である場合、フィルタの前後差圧が固定又は可変な基準値以上である場合、ＰＭの再生が長時間継続している若しくは高温下でなされている場合、或いは過度な減速度が生じてＰＭ層に衝撃波が晒された場合等に、ＰＭ層が欠落している旨の判別を比較的簡便に下し得るため実践上有益である。また、補足すると、本発明に係る促進制御の実行要否を規定し得るＰＭ層の形成状態は、好適には、少なくともＰＭ層の欠落の有無を判別可能とする程度の特定精度を有していればよく、ＰＭ層を所望の層厚に制御する等、ＰＭの堆積量、ＰＭ層の分布、或いは再生速度等を時間軸上で連続して高精度に推定する必要が生じる制御と較べて、処理負荷を著しく軽減し得る点において顕著に効果的である。

尚、この態様では、前記特定手段は、前記ＰＭの堆積量及び前記ＰＭの再生の度合いを少なくとも特定してもよい。

ＰＭの再生の度合いは、ＰＭの再生が継続している限り幾らかなりＰＭ層の減少が進行し得る点に鑑みれば、無論それ自体がＰＭ層の形成状態を表し得るが、定性的には、ＰＭ層が厚い程ＰＭ層が欠落するまでに要する時間が長くなるから、ＰＭの堆積量（例えば、ＰＭ層の厚さや密度）の大小を考慮することにより、ＰＭ層の形成状態がより正確に特定され得る。従って、この場合、促進制御がより効率的に実行され得る。

尚、この態様では、前記特定手段は、前記ＰＭの堆積量及び前記フィルタの前後差圧及び前記負荷変化の度合いを少なくとも特定してもよい。

例えば、車両に過度な減速度が生じた場合（例えば、急制動時）等には、内燃機関の負荷が過渡的に減少し（即ち、負荷変化の度合いが大きくなり）、フィルタの上流側に一時的に生じる負圧の衝撃波（圧力波）によりＰＭ層が欠落することがある。従って、この種の過度な減速度を規定し得る指標値としての負荷変化の度合いや前後差圧により、ＰＭ層の形成状態は好適に特定され得るが、ＰＭ層が厚い程ＰＭ層が欠落するまでに要する時間が長くなる点に鑑みれば、ＰＭの再生の度合いと同様に、ＰＭの堆積量（例えば、ＰＭ層の厚さや密度）の大小が考慮された場合には、ＰＭ層の形成状態がより正確に表され得る。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記制御手段は、前記促進制御を所定時間実行する。

この態様によれば、促進制御が、例えば、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、少なくとも実践的に不足ない程度にＰＭ層を修復させ得る時間等として規定されてなる所定時間実行されるため、制御手段の制御上の負荷を低減することが可能である。尚、「所定時間」とは、必ずしも固定値でなくてもよく、例えば、特定された形成状態に応じて二値的、段階的又は連続的に可変な値であってもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記促進制御の実行期間において前記特定された形成状態に基づいて前記ＰＭ層が修復されたか否かを判別する第２判別手段を更に具備し、前記制御手段は、前記ＰＭ層が修復された旨が判別された場合に前記促進制御を終了する。

この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第２判別手段により、促進制御の実行期間において、ＰＭ層が修復されたか否かが判別され、ＰＭ層が修復された場合には促進制御が終了せしめられるため、促進制御を効率的且つ効果的に実行することが可能となる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記フィルタにおいて前記ＰＭの再生がなされているか否かを判別する第３判別手段を更に具備し、前記制御手段は、前記ＰＭの再生がなされている旨が判別された場合に、前記促進制御の実行を制限する。

この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第３判別手段により、ＰＭの再生がなされているか否かが判別され、ＰＭの再生がなされている場合には、促進制御の実行が制限される。ここで、「制限する」とは、好適な一形態として禁止することを含み、少なくとも何ら制限がなされない場合と比較してＰＭ層の形成を遅延させることを含む趣旨である。ＰＭの再生がなされている場合、ＰＭ層の形成を促進させたところでＰＭ層を構成するＰＭが再生されることとなり、促進制御が無駄になされかねないため、この種の制限がなされることによる実践上の利益が大となる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記促進手段は、前記ＰＭの粒子径を増大させることが可能であり、前記制御手段は、前記促進制御において前記ＰＭの粒子径を増大させる。

この態様によれば、促進制御の実行期間において、促進手段を介してＰＭの粒子径が増大せしめられるため、ＰＭ粒子がフィルタの細孔を通過し難くなり、ＰＭ層の形成が好適に促進される。また、この際、ＰＭの粒子径が、例えば燃料中のＳＯＦ等により、或いは燃焼室内を浮遊する過程で互いに衝突すること等により相互に結合する固体炭素の数に支配的に左右される点に鑑みれば、粒子径の増大は、一義的に粒子数の減少を招く。従って、このようにＰＭの粒子径を増大させた場合には、ＰＭ層の形成を促進することにより、フィルタを通過するＰＭの粒子数を減少させる効果が得られ、実践上極めて有益である。

ここで、ＰＭの粒子径を増大させるための措置としては、燃料の着火遅れ期間の短縮化（尚、短縮の基準は、好適な一形態として、ＰＭ層の形成を促進する必要のない平常時の着火遅れ期間である）が有効である。着火遅れ期間が短縮化されると、吸気（ＥＧＲの有無にかかわらず、少なくとも吸入空気を含む）と燃料との予混合が相対的に不十分となって、予混合燃焼の割合が低下し、燃焼形態は相対的に拡散燃焼に近くなる。拡散燃焼の割合が増加すると、酸素不足の領域が増加して（局所的に酸素不足の領域が形成されることを意味し、全体として空燃比は必ずしも変化する必要はない）、酸素不足の状態で加熱され水素が離脱してなる炭素粒子（フリーカーボン）が発生する。それに加え、着火遅れ期間が短縮化されると、筒内温度が比較的高温に保たれるため、これらフリーカーボン同士が結合し成長して大粒径のＰＭが生成され易くなるのである。

従って、ＰＭの粒子径を増大させることが可能な促進手段の構成としては、制御上、拡散燃焼の割合を増加させ得る構成や、着火遅れ期間の短縮化を図り得る構成が好適であり、例えば、促進手段は、燃焼室内に燃料を噴射するための噴射手段、吸気量を調整可能なスロットルバルブ等の吸気量調整手段、例えば排気ポート、排気マニホールド及び排気管等を適宜に含み得る概念としての排気系から、排気の一部を、不活性のＣＯ_２を多量に含むＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして、例えば吸気ポート、吸気マニホールド及び吸気管等を適宜に含み得る概念としての吸気系に、直接若しくは間接的に、又はＥＧＲバルブ等、ＥＧＲガスの循環量（以下、適宜「ＥＧＲ量」と略称する）を制御可能な弁体、弁機構、弁装置又は弁システム或いはそれに類する機構等の状態に応じて限定的に循環供給することが可能に構成されたＥＧＲ装置、圧縮比を変化させることが可能な圧縮比可変装置（例えば、可変動弁装置等）或いは燃焼室内の温度（以下、「燃焼温度」と称する）を上昇させることが可能な加熱手段等の形態を有していてもよい。

尚、この態様では、前記促進手段は、前記ＰＭに燃料を付着させることにより前記ＰＭの粒子径を増大させることが可能に構成されており、前記制御手段は、前記促進制御において前記ＰＭに燃料を付着させてもよい。

ＰＭの粒子径は、必ずしも燃焼形態の制御により増大させられる必要はない。ＰＭを形成する固体炭素同士を結合せしめる要素としては、燃料中のＳＯＦが有効であり、例えば、排気に燃料添加を行う、或いは燃料のポスト噴射を行う等の措置を講じることによって、フィルタに到達する以前にＰＭの粒子径を増大させることは可能である。この場合、促進手段は、排気経路に設置された燃料添加弁等の形態を採ってもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記促進手段は、前記排気の流速を変化させることが可能であり、前記制御手段は、前記促進制御において前記流速を低下させる。

排気の流速が低下すれば、ＰＭはフィルタを通過し難くなる。このため、ＰＭが堆積し易くなって、ＰＭ層の修復に要する時間が相対的に短縮される。とりわけ、吸気量を絞ること等によって排気の流速を低下させた場合、筒内の吸気量自体が減少するため、ＰＭの粒子数自体が減少する。このため、ＰＭ層の修復がなされている期間におけるＰＭのフィルタ通過量が減少し、より効果的である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。

＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「特定手段」、「制御手段」及び「第１判別手段」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するＰＭ層修復制御を実行することが可能に構成されている。

尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「特定手段」、「制御手段」及び「第１判別手段」の一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。

エンジン２００は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒ディーゼルエンジンである。エンジン２００の概略について説明すると、エンジン２００は、シリンダブロック２０１に４本のシリンダ２０２が並列配置された構成を有している。そして、各気筒内において燃料を含む混合気が圧縮自着火した際に生じる力が、不図示のピストンを紙面と垂直な方向に往復運動させ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト（いずれも不図示）の回転運動に変換される構成となっている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。尚、本実施形態に係るエンジン２００は、シリンダ２０２が図１において紙面と垂直な方向に４本並列してなる直列４気筒ディーゼルエンジンであるが、個々のシリンダ２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一のシリンダ２０２についてのみ説明することとする。

シリンダ２０２内における混合気の燃焼に際し、エアフィルタを介して外部から吸入された空気たる吸入空気は、吸気管２０３に導かれる。吸気管２０３には、吸入空気の量を調節可能なスロットルバルブ２０４が配設されている。このスロットルバルブ２０４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つＥＣＵ１００により上位に制御されるスロットルバルブモータ（不図示）から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、スロットルバルブ２０４を境にした吸気管２０３の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。

吸気管２０３は、吸気マニホールド２０５と連通しており、この吸気マニホールド２０５を介して更に、各シリンダに設けられた吸気ポート２０６に連通している。一方、吸気管２０３に導かれる吸入空気は、スロットルバルブ２０４の下流側の合流位置において、後述するＥＧＲガスと混合され、吸気ポート２０６とシリンダ内部とを連通させることが可能に構成された不図示の吸気バルブの開弁時にシリンダ２０２内に吸気として吸入される構成となっている。シリンダ２０２内には、筒内直噴型のユニットインジェクタ２０７から燃料たる軽油が噴射される構成となっており、噴射された燃料が各シリンダ内部で、当該吸気と混合され、上述した混合気となる。

尚、詳細は省略するが、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して公知の各種態様を採り得高圧ポンプ（不図示）に圧送される構成となっている。この高圧ポンプは、コモンレール２０８に対し、燃料を供給することが可能に構成されている。

コモンレール２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール２０８には、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。前述したユニットインジェクタ２０７は、シリンダ２０２毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリ２０９を介してコモンレール２０８に接続されている。

ここで、ユニットインジェクタ２０７の構成について補足すると、ユニットインジェクタ２０７は、ＥＣＵ１００から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル（いずれも不図示）とを備える。当該電磁弁は、コモンレール２０８の高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。

一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２０８より供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。

尚、燃料は、個々のシリンダ２０２において、ユニットインジェクタ２０７を介し、目標噴射量に相当する燃料が、燃焼室内の急激な温度上昇を防止するための、或いは燃料と吸気とを十分に予混合するための単数又は複数のパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当する主噴射とに分割して噴射される構成となっている。

上述した混合気は、圧縮工程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブ（不図示）の開弁時に排気ポート２１０を介して排気マニホールド２１１に導かれる構成となっている。この排気マニホールド２１１は、排気管２１２に連通しており、排気の大部分は、この排気管２１２に導かれる構成となっている。

一方、排気管２１２には、タービンハウジング２１３に収容される形でタービン２１４が設置されている。タービン２１４は、排気管２１２に導かれた排気の圧力（即ち、排気圧）により所定の回転軸を中心として回転可能に構成されている。このタービン２１４の回転軸は、コンプレッサハウジング２１６に収容される形で吸気管２０３に設置されたコンプレッサ２１５と共有されており、タービン２１４が排気圧により回転すると、コンプレッサ２１５も当該回転軸を中心として回転する構成となっている。

コンプレッサ２１５は、吸気管２０３に導かれる吸入空気を、その回転に伴う圧力により上述した吸気マニホールド２０５へ圧送供給することが可能に構成されており、このコンプレッサ２１５による吸入空気の圧送効果により、所謂過給が実現される構成となっている。即ち、タービン２１４とコンプレッサ２１５とにより、一種のターボチャージャが構成されている。尚、コンプレッサ２１５と吸気マニホールド２０５との間には、インタークーラが設置され、過給された吸入空気を冷却することによって過給効率が向上せしめられてもよい。

尚、吸気管２０３におけるコンプレッサ２１５の上流側には、エアフローメータ２１７が配設されている。エアフローメータ２１７は、吸気管２０３に導かれる吸入空気の量（吸入空気量）を検出する装置であり、所謂ホットワイヤー式と称される形態が採用されている。尚、エアフローメータ２１７の近傍に、吸気温センサが設置され、エアフローメータ２１７による吸入空気量の検出精度の向上が図られる構成であってもよい。

排気マニホールド２１１には、排気管２１２とは別にＥＧＲ通路２１８が連通している。ＥＧＲ通路２１８は、排気マニホールド２１１と吸気管２０３とを連通させる金属製且つ中空の管状部材であり、上述した合流位置において吸気管２０３と連通する構成となっている。ＥＧＲ通路２１８は、その一部の区間においてＥＧＲクーラ２２０が設置された冷却通路２１９とＥＧＲクーラ２２０が設置されないバイパス通路２２１とに分岐している。

ＥＧＲクーラ２２０は、ＥＧＲ通路２１８に設けられた冷却装置である。ＥＧＲクーラ２２０は、外周部にエンジン２００の冷却水配管が張り巡らされた金属製且つ中空の管状部材であり、ＥＧＲパイプ２１８に導かれ冷却通路２１９を介してＥＧＲクーラ２２０を通過するＥＧＲガスは、この冷却水との熱交換により冷却され、下流側（即ち、吸気管２０３側）へ導かれる構成となっている。ＥＧＲクーラ２２０には、夫々が上述したウォータジャケットに連通するインレットパイプ及びアウトレットパイプ接続されている。この際、冷却水は、インレットパイプから当該冷却水配管に流入し、アウトレットパイプを介して当該冷却水配管の外に排出される。排出された冷却水は、エンジン２００の冷却水循環系に還流され、所定の経路を経て再びインレットパイプから供給される。上述したバイパス通路２２１は、少なくともこのＥＧＲクーラ２２０をバイパスするように構成されている。

切り換えバルブ２２２は、ＥＧＲ通路２１８とバイパス通路２２１との分岐部位に設置された開閉可能な弁体と、当該弁体を駆動する駆動装置を含むバルブ機構である。切り換えバルブ２２２の弁体は、当該駆動装置により開閉状態が連続的に変化するように構成されており、当該開閉状態に応じて、冷却通路２１９とバイパス通路２２１との間のＥＧＲガスの流量比率を制御することが可能に構成されている。切り換えバルブ２２２の駆動装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、切り換えバルブ２２２の弁体の開閉状態は、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。

ＥＧＲバルブ２２３は、冷却通路２１９とバイパス通路２２１との合流位置下流側（吸気管２０３側）においてＥＧＲ通路２１８に設置された開閉可能な弁体と、当該弁体を駆動する駆動装置を含むバルブ機構である。ＥＧＲバルブ２２３の弁体は、当該駆動装置により開閉状態が連続的に変化するように構成されており、当該開閉状態に応じて、ＥＧＲ通路２１８を流れるＥＧＲガスの流量、即ち、ＥＧＲ量を制御することが可能に構成されている。ＥＧＲバルブ２２３の駆動装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＧＲバルブ２２３の弁体の開閉状態は、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。ＥＧＲ通路２１８、冷却通路２１９、ＥＧＲクーラ２２０、バイパス通路２２１、切り換えバルブ２２２及びＥＧＲバルブ２２３は、全体として、ＥＧＲ装置の一例を構成している。尚、以下の説明において、これら全体を総称する場合には適宜「ＥＧＲ装置」なる言葉を使用することとする。

排気管２１２におけるタービン２１４の下流側には、酸化触媒２２４及びＤＰＦ２２５が設置されている。

酸化触媒２２４は、排気中のＣＯ、ＨＣ（主としてＳＯＦ）及びＮＯ等を酸化することが可能に構成された触媒コンバータである。

ＤＰＦ２２５は、排気中のＰＭを捕捉可能に構成された、本発明に係る「フィルタ」の一例たるフィルタである。ＤＰＦ２２５は、金属製の筐体に、コージェライトやＳｉＣ等のセラミック製フィルタ担体２２５ａ（後述）が収容された構造を有する。ここで、図２を参照し、ＤＰＦ２２５の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、排気の流れに沿った方向におけるＤＰＦ２２５の模式的な断面図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図２において、ＤＰＦ２２５は、排気の流れる方向に伸長し且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の排気通路を有するフィルタ担体２２５ａを備えている。この排気通路は、排気の入口側と出口側とのうち一方が、相互に隣接しないように互い違いに目封じされており、所謂セラミックウォールフロー型のフィルタ構造を有している。このような構成において、ＤＰＦ２２５に図示矢線として表す排気が流入すると、目封じされていない方の排気通路から排気が流入し、図示極小矢線に示す如く、出口側が開放された排気通路へ移動した後に、下流側が目封じされていない排気通路より排出される。この際、後述するＰＭ層によって、排気中のＰＭが濾し取られ、排気が浄化される構成となっている。

図１に戻り、排気管２１２には、排気温センサ２２６、上流側圧力センサ２２７、下流側圧力センサ２２８、温度センサ２２９及びＰＭ濃度センサ２３０の、各センサ群が配設されている。

排気温センサ２２６は、酸化触媒２２４の上流側に設置された温度センサであり、酸化触媒２２４の上流側における排気温Ｔｅｘを検出することが可能に構成されている。上流側圧力センサ２２７は、ＤＰＦ２２５上流側の排気圧Ｐｄｐｆ１を検出可能な圧力センサである。下流側圧力センサ２２８は、ＤＰＦ２２５下流側の排気圧Ｐｄｐｆ２を検出可能な圧力センサである。温度センサ２２９は、ＤＰＦ２２５のフィルタ担体２２５ａの代表部位の温度を、ＤＰＦ温度Ｔｄｐｆとして検出可能に構成された温度センサである。ＰＭ濃度センサ２３０は、ＤＰＦ２２５下流側に設置され、ＤＰＦ下流の排気中におけるＰＭ濃度Ｄｐｍを検出可能に構成されたセンサである。これら各種センサは、各々がＥＣＵ１００と電気的に接続されており、当該各々により検出される各指標値（排気温Ｔｅｘ、排気圧Ｐｄｐｆ１、Ｐｄｐｆ２、Ｔｄｐｆ及びＤｐｍ）は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

排気管２１２には、燃料添加弁２３１が配設されている。燃料添加弁２３１は、燃料の供給ラインと連通した噴射弁であり、排気管２１２内に燃料を直接供給することが可能に構成されている。燃料添加弁２３１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その動作がＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。

＜実施形態の動作＞
＜ＰＭ層修復制御の概要＞
始めに、図３を参照し、ＤＰＦ２２５によるＰＭの捕捉機能について説明する。ここに、図３は、図２における点線枠Ａの模式的拡大図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図３（ａ）において、フィルタ担体２２５ａは、その基材たるセラミックが焼成される過程において、内部に細孔が形成されている。排気は、この細孔を通過して隣接する排気通路へ移動する。一方、細孔の径は、微小径のＰＭ（例えば、ナノメートルオーダのＰＭ）よりも大きく、初期状態（ＰＭ強制再生が完了した直後の状態を含む）においては、この種の微小径のＰＭを捕捉することができない。ここで、排気が通過する過程において、フィルタ担体２２５ａの表面には、一部細孔部に浸潤する形で、経時的にＰＭ層２２５ｂが形成される。ＰＭ層２２５ｂは、比較的粒子径の大きい（即ち、粒子径が細孔径よりも大きい）ＰＭが堆積して形成されたＰＭの層である。このＰＭ層２２５ｂは、自己捕集能を有しており、上述した微小径のＰＭの一部を捕捉することができる。

一方、ＰＭ層２２５がフィルタ担体２２５ａに過剰に形成されると、排気抵抗が大きくなって圧力損失が増大し、エンジン２００の動力性能が低下する。このため、ＥＣＵ１００は、所定間隔（ＰＭ層におけるＰＭ堆積量が所定量に到達したと推定される時点）で、ＰＭ強制再生用のポスト噴射（即ち、強制再生用の燃料を、当該燃料が排気管２１２を流れる過程で燃焼するように、通常の主噴射時期以降に噴射すること）を実行し、排気温度を上昇させる。ＰＭ層２２５を構成するＰＭは、粒子径はさておき、主として燃焼室内部に浮遊するフリーカーボンの凝集体及びそれらをコーティングする燃料（ＨＣ）中のＳＯＦ等（燃料中の金属アッシュやサルフェート等も微量に含む）から構成されており、このように排気温度が上昇し、ＤＰＦ２２５の温度が上昇すると、排気中の酸素或いは酸化剤により酸化燃焼を開始する。この際、このようなＰＭの酸化燃焼反応が開始されるＤＰＦ温度は、ＤＰＦの構成により様々であり、例えば、酸化触媒がフィルタ担体に担持されている場合には４００℃前後、担持されていない場合には６００℃前後、またＤＰＦの前段に本実施形態の如く酸化触媒が設置されている場合には、酸化触媒において酸化能を強いＮＯ２の生成が促進されることに起因して、例えば２５０℃前後でＰＭの酸化燃焼が開始される。

また、このようにＤＰＦ温度が反応開始温度に到達することによりＰＭの再生が開始される点に鑑みれば、エンジン２００の運転条件によっては、例えば、高負荷運転が長期にわたって継続した場合等に、排気温度が上昇してＤＰＦ温度が上昇し、上述したＰＭ強制再生と同等の現象が自然と生じることがある。また、本実施形態のように、酸化触媒を前段に備える構成では、反応開始温度が低いことに起因して、ＰＭの捕捉と再生とが連続的に行われる、ＣＲＴ（Continuous Re-generation Trap）と称されるＰＭの連続再生が可能である。これがＰＭの自然再生であり、このような自然再生が生じた場合には、ＥＣＵ１００側で特段の処理を行わずともＰＭの再生が行われ得る。但し、ＤＰＦがいずれの形態を採るにせよ、元よりガソリンエンジンに対して燃焼温度の低いディーゼルエンジンでは、ＤＰＦ温度が、この種の反応開始温度以上の温度領域にある期間は長くなく、実質的には上述したＰＭ強制再生が少なからず実施される。

ここで、ＰＭの再生が完了する、或いはある程度継続すると、ＰＭ層２２５ｂはその全て或いは一部が消失する。図３（ｂ）には、このようにＰＭ層２２５ｂの一部が消失し、図３（ａ）におけるＰＭ層２２５ｂが、ＰＭ層２２５ｂ１とＰＭ層２２５ｂ２とに分割された状態が示される。

このようにＰＭ層２２５ｂの少なくとも一部が消失した場合、元よりフィルタ担体２２５ａの細孔径よりも粒子径が小さい微小径のＰＭは、図示破線の経路を辿る等してフィルタ単体２２５ａを通過し、車両外へ排出され、エミッションを悪化させる要因となる。そこで、この種のエミッションの悪化を可及的に回避するため、ＥＣＵ１００は、通常の燃焼制御とは異なる処理ルーチンで、ＰＭ層修復制御を実行している。

＜ＰＭ層修復制御の詳細＞
ここで、図４を参照し、ＰＭ層修復制御の詳細について説明する。ここに、図４は、ＰＭ層修復制御のフローチャートである。

図４において、ＥＣＵ１００は、ＰＭの強制再生が開始されたか否かを判別する（ステップＳ１０１）。強制再生が開始されていない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、処理はステップＳ１０１に戻される。強制再生が開始された場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、強制再生が正常に終了したか否かを判別する（ステップＳ１０２）。ここで、「正常に終了した」とは、強制再生が予め設定された実行時間（強制再生は、ＤＰＦ２２５に堆積したＰＭの量が所定値を超えたと判断される場合に実施されるため、強制再生の実行時間は固定値である）継続して実行されたことを意味する。

強制再生が正常終了した場合（ステップＳ１０２）、処理はステップＳ１０３に移行され、ＰＭ層修復処理が実行される。一方、強制再生が正常終了しない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は更に、強制再生が途中終了したか否か（即ち、上記実行時間が経過する以前に終了したか否か）が判別される（ステップＳ１０４）。強制再生が継続中である場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、処理はステップＳ１０２に戻される。

強制再生が途中終了した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は更に、ＤＰＦ温度Ｔｄｐｆが基準値Ｔｄｐｆｔｈよりも高いか否かを判別する（ステップＳ１０５）。この基準値Ｔｄｐｆｔｈは、ＤＰＦ２２５の構成により定まる上述した反応開始温度に対応する値であり、本実施形態では、概ね２５０℃前後に設定されている（無論、一例であり、例えば酸化触媒２２４を有さない構成であれば、基準値は６００℃前後であってもよい）。

ＤＰＦ温度Ｔｄｐｆが基準値Ｔｄｐｆｔｈ以下である場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、処理はステップＳ１０１に戻される。即ち、この場合、ＤＰＦ２２５におけるＰＭの再生は、ＰＭ層２２５ｂの少なくとも一部を消失させる（実践的にみて十分なＰＭ捕集能を有さない程度にＰＭ層２２５ｂの厚さが減少した状態を含む）程度にはＰＭの再生が進行していないものとして、ＰＭ層２２５ｂの修復はなされない。

一方、ＤＰＦ温度Ｔｄｐｆが基準値Ｔｄｐｆｔｈよりも高い場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０６に移行し、ＰＭ層修復処理を実行する。ステップＳ１０３又はステップＳ１０６によりＰＭ層修復処理が実行されると、処理はステップＳ１０１に戻され、一連の処理が繰り返される。

ここで、ＰＭ層修復処理について説明する。

ＰＭ層２２５ｂの少なくとも一部が消失した場合、微小径のＰＭはフィルタ担体２２５ａの細孔部を通過する。ここで、エンジン２００の通常の燃焼形態は、燃料と吸気との予混合（着火以前の混合）を促進させてなる予混合燃焼が支配的である。予混合燃焼が支配的である場合、燃料分子の近傍に十分な量の酸素分子が存在し、燃焼時に燃料分子から水素が離脱した後にも周囲に酸素が存在する。従って、水素が離脱した後のフリーカーボンの酸化燃焼も進行する。このため、予混合燃焼が支配的である場合、燃焼室内に浮遊するフリーカーボンの量及び密度は相対的に低く抑えられ、総体的に見れば（即ち、ＰＭ層が十分に形成されている定常状態で見れば）エミッションの悪化が抑制され好適である。

ところが、このように予混合燃焼が支配的となる場合、フリーカーボンが凝集することにより生成されるスート（煤）の粒子の集合確率及び衝突確率が低下するため粒子径の大きなＰＭの成長が進行せず、ＰＭ層２２５ｂの一部が消失している場合には、ＤＰＦ２２５をすり抜けて大気中に放出されるＰＭの粒子数が増加してしまう。そこで、ＰＭ層修復処理では、このようにＰＭ層２２５ｂを修復する目的から、拡散燃焼の割合を増加させる各種の処理が実行される。

拡散燃焼では、燃料分子の近傍領域は部分的に酸素不足であり、フリーカーボンの酸化燃焼が進行しない。このため、気筒内部のフリーカーボンの量及び密度が増加して、集合確率及び衝突確率が増加する。その結果、フリーカーボン同士が結合し、これらが連鎖してなる粒子径の大きなＰＭの生成が促進される。ＰＭの粒子径が大きくなれば、ＰＭ層２２５ｂに生じた穴（即ち、ＰＭ層の欠落部分）を通過するＰＭの割合が減少し、ＰＭがフィルタ担体表面、或いは細孔表層部において捕捉され易くなる。その結果、ＰＭ層の形成が、少なくとも燃焼形態として予混合燃焼が支配的である通常時と較べて促進されるのである。

ＰＭ層修復処理としては、このように粒子径の大きなＰＭを生成させることが可能である限りにおいて、多様な形態を採ることができる。本実施形態では、これらのうち、（１）噴射制御による着火遅れ期間の短縮化、（２）圧縮端温度の上昇による着火遅れ期間の短縮化、（３）空燃比のリッチ化による拡散燃焼の促進及び（４）燃料の予混合阻害について説明する。

（１）噴射制御による着火遅れ期間の短縮化
エンジン２００の噴射制御において、燃料はパイロット噴射と主噴射とに分割して噴射される。この際、通常の噴射制御においては、燃焼主体となる主噴射燃料の噴射時期は、所謂リタード制御により遅角された状態にあり、より具体的には圧縮端よりも遅角側に設定されている。このため、主噴射燃料の着火は、圧縮端付近で燃料が噴射される場合と較べて遅延し、着火遅れ期間は総じて長くなる。その結果、燃料の予混合が促進され、予混合燃焼が支配的となる。

その点に着目し、（１）の制御形態が採用される場合、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２０７を駆動制御して、主噴射時期を進角側に設定する。主噴射時期が進角側に設定され、例えば圧縮端或いは圧縮端近傍（この場合、好適には圧縮端よりも進角側）に設定されると、噴射時点での筒内温度が高いため、主噴射燃料は通常の噴射制御と較べて早期に着火する。このため、混合気の予混合は総じて進行せず、燃焼形態として拡散燃焼が支配的となって、上述したように粒子径の大きなＰＭの成長が促進されるのである。

尚、同様の効果は、パイロットインタバル（パイロット噴射と主噴射との間隔）の短縮、或いはパイロット噴射量の増量によっても実現可能である。前者の場合、言わば火種となるパイロット噴射燃料と主噴射燃料との物理的位置が接近するため、主噴射燃料の着火が促進され、着火遅れ期間が短縮化される。また後者の場合、パイロット噴射による筒内温度の上昇が促進されるため、主噴射燃料の着火が促進され、着火遅れ期間が短縮化される。着火遅れ期間を短縮化するための制御としては、これらのいずれが採用されてもよく、またこれらが複合して実行されてもよい。

（２）圧縮端温度の上昇による着火遅れ期間の短縮化
主噴射燃料の着火遅れ期間を短縮するための手法は、上述した噴射制御に限定されない。（２）の制御形態が採用される場合、圧縮端温度が上昇せしめられ、筒内温度の上昇が図られる。筒内温度が上昇することにより、主噴射燃料は着火し易くなり、着火遅れ期間が短縮化される。

圧縮端温度を上昇させる場合、ＥＣＵ１００は、例えば、切り替えバルブ２２２を駆動制御して、ＥＧＲガスの供給経路をバイパス通路２２１側へ切り替える。この場合、ＥＧＲガスの冷却は停止するから、冷却通路２１９を通過するよりも高温の状態でＥＧＲガスが吸気系に還流せしめられる。その結果、吸気の温度が上昇して、圧縮端温度が上昇する。

尚、同様の効果は、圧縮比の増大或いは吸気加熱によっても実現可能である。前者の場合、例えば、図１において不図示の可変圧縮比機構等を介して、例えば気筒容積或いはピストンの行程長を変更することにより、圧縮比を増大させることができる。また、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）等、図1において不図示の可変動弁装置の駆動制御によっても、圧縮比を増大させることが可能である。後者の場合、ＰＴＣヒータ等、図１において不図示の吸気加熱装置の駆動制御により吸気を加熱することで、上記ＥＧＲガスの作用と同様に圧縮端温度を増加させることが可能である。着火遅れ期間を短縮化するための制御としては、これらのいずれが採用されてもよく、またこれらが複合して実行されてもよい。また、上記（１）の制御形態との協調がなされてもよい。

（３）空燃比のリッチ化による拡散燃焼の促進
着火遅れ期間を短縮化する以外にも、大粒径のＰＭの生成を促進することは可能である。（３）の制御形態においては、空燃比のリッチ化が図られる。空燃比がリッチ化（少なくとも、通常の燃焼形態における空燃比よりもリッチ側の空燃比が採用されることを指す）されると、気筒内の酸素濃度が相対的に減少するため、固体炭素の酸化燃焼がより阻害され、粒子径の大きなＰＭの成長が促進される。

空燃比のリッチ化を図る場合、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２２３を駆動制御して、ＥＧＲ率を上昇させる。ＥＧＲ率が上昇すると、吸気におけるＥＧＲガスの割合が増加して、吸気中の酸素濃度が低下する。その結果、空燃比はリッチ側に変化して、燃料の不完全燃焼が生じ易くなり、ＰＭが大粒径化し易くなるのである。

尚、同様の効果は、吸入空気量を減少させることによっても実現可能である。吸入空気量を減少させる場合、ＥＣＵ１００は、例えばスロットルバルブ２０４を閉弁側に駆動する。スロットルバルブ２０４が閉弁側へ駆動されることによって、吸入空気量自体が減少して、結果的に気筒内に吸入される吸気における酸素濃度が低下する。この場合は特に、負荷の低下に伴って排気の流速が低下し、排気中のＰＭがＤＰＦ２２５に捕捉され易くなるため、より効果的である。また、タービン２１４に流入する排気の量を調整可能な、例えばＶＮ（Variable Nozzle）等の調量手段が備わる場合、ＥＣＵ１００は、係る調量手段を閉鎖側へ駆動して、タービン２１４への排気の流入を制限してもよい。この場合、タービン２１４の回転速度が低下して過給圧が低下し、結果的に吸入空気量が減少する。空燃比をリッチ化するための制御としては、これらのいずれが採用されてもよく、またこれらが複合して実行されてもよい。また、上記（１）及び（２）の制御形態との協調がなされてもよい。

（４）燃料の予混合阻害
燃料の予混合が阻害される場合、気筒内の吸気は、全体としての空燃比が変化しなくても、燃料が偏在した相対的に空燃比リッチの領域と、空気が過多な相対的に空燃比リーンの領域との成層状態となる。このため、係る空燃比が相対的にリッチな領域においては、炭素の酸化燃焼が進行し難くなり、大粒径のＰＭが生じ易くなる。

このように燃料の予混合を阻害するに際し、ＥＣＵ１００は、例えば、インジェクタ２０７或いはコモンレール２０８の駆動制御を介して、燃料の噴射圧を低下させる。燃料の噴射圧が低下すると、主噴射燃料が偏在し易くなり、予混合の進行が緩慢となる。また、吸気ポート２０６に、スワールコントロールバルブ等、吸気の旋回流を形成可能な手段が備わる場合、吸気旋回流（スワール流）の流速を低下させる（端的には、スワールコントロールバルブを開弁側に制御する）ことにより、気筒内部における吸気と燃料との混合を緩慢にしてもよい。このように空燃比を局所的にリッチ化するための制御としては、これらのいずれが採用されてもよく、またこれらが複合して実行されてもよい。また、上記（１）乃至（３）の制御形態との協調がなされてもよい。

以上例示したように、ＰＭの大粒径化を促進する制御態様としてはエンジン２００に備わる、インジェクタ２０７、コモンレール２０８、ＥＧＲバルブ２２３、切り替えバルブ２２２及びスロットルバルブ２０４等（これらは、いずれもが本発明に係る「促進手段」の一例である）を使用するだけでも、上記各種の駆動制御（尚、上述した各種制御形態は、夫々が本発明に係る「促進制御」の一例である）が存在し、図１に図示しない、スワールコントロールバルブ、ＶＮ、ＶＶＴ、圧縮比可変機構及び吸気加熱装置等を備える場合には、更に多様化する。これらは、いずれもが、ＰＭの大粒径化に特化して設置されるものでなく、ＰＭの大粒径化を図るに際し、コストの増加は生じない。

ここで、ステップＳ１０３とステップＳ１０６とでは、各制御の実行時間が異なっており、強制再生が正常終了した際になされるステップＳ１０３ではＰＭ層修復処理の実行時間がＴａ、強制再生が途中終了した際になされるステップＳ１０６ではＰＭ層修復処理の実行時間がＴｂ（Ｔｂ＜Ｔａ）に設定される。即ち、強制再生が正常終了した際には、より長い期間についてＰＭ層修復処理が実行される。ＰＭ層修復処理の実行時間は、定性的な傾向としては、ＰＭ層２２５ｂの欠落の度合い（ＰＭ層が全て消失したか、或いは一部が消失したか等）に応じて可変であり、少なくとも実践上不具合が生じない（例えば、燃焼形態を通常時に復帰させ微小径のＰＭが増加しても、エミッションの悪化が顕在化しない）程度にＰＭ層２２５ｂを修復し得る時間として、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて決定されている。

このように、本実施形態によれば、ＰＭ層２２５ｂの少なくとも一部がＰＭの強制再生により消失したとしても、ＤＰＦ２２５のフィルタ担体２２５ａに形成される細孔部を通過し難い大粒径のＰＭの生成を促進するためのＰＭ層修復処理が実行される。このため、消失したＰＭ層２２５ｂを可及的に早期に修復させることが可能であり、ＰＭ層２２５ｂの消失部分からフィルタを通過する小粒径のＰＭによるエミッションの悪化が可及的に抑制されるのである。

＜第２実施形態＞
次に、図５を参照し、本発明の第２実施形態に係るＰＭ層修復制御について説明する。ここに、図５は、本発明の第２実施形態に係るＰＭ層修復制御のフローチャートである。尚、同図において、図４と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図５において、ＰＭの強制再生が開始された場合、ＥＣＵ１００は、強制再生が終了したか否かを判別する（ステップＳ２０１）。ここでは、正常終了であっても途中終了であっても、単に強制再生が終了したか否かが判別される。強制再生が終了してない場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、ステップＳ２０１が繰り返し実行され処理が実質的に待機状態に制御されると共に、強制再生が終了すると（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、排気圧Ｐｄｐｆ１と排気圧Ｐｄｐｆ２との差圧であるＤＰＦ前後差圧ΔＰ（即ち、本発明に係る「フィルタ前後差圧」の一例である）が、初期値ΔＰ０未満であるか否かを判別する（ステップＳ２０２）。

ここで初期値ΔＰ０とは、ＰＭ層２２５ｂが全く形成されていない状態でのＤＰＦ前後差圧ΔＰの値と典型値であり、ＤＰＦ２２５の構成及び構造により定まる固有の排気抵抗に支配的に依存する値となる。このため、初期値ΔＰ０は、予め実験的に求められ、固定値としてＲＯＭに格納されている。ＤＰＦ前後差圧ΔＰ０が初期値ΔＰ０未満である場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＰＭ層２２５ｂが全て消失している場合に対応するＰＭ層修復処理を実行する（ステップＳ１０３）。

一方、ＤＰＦ前後差圧ΔＰ０が初期値ΔＰ０以上である場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は更に、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが基準値ΔＰｔｈ未満であるか否かを判別する（ステップＳ２０３）。ここで、基準値ΔＰｔｈは、ＰＭ層２２５ｂが、少なくとも実践上不具合が顕在化し得る微小径のＰＭを通過が生じない程度に形成されている状態でのＤＰＦ前後差圧ΔＰの値であり、予め実験的に求められ、ＲＯＭに固定値として格納されている。

ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが基準値ΔＰｔｈ以上である場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、強制再生によるＰＭ層２２５ｂの消失は生じていないものとして、処理をステップＳ１０１に戻し、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが基準値ΔＰｔｈ未満である場合には（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、強制再生によりＰＭ層２２５ｂの一部が消失したものと判断して、実行時間ＴｂでＰＭ層修復処理を実行する（ステップＳ１０６）。

このように、本実施形態によれば、ＤＰＦ前後差圧ΔＰを、本発明に係る「ＰＭ層の形成状態」の一例として特定し、ＰＭ層２２５ｂの欠落の程度を判別することが可能となっており、第１実施形態と較べて、よりＤＰＦ２２５の実情に即した（即ち、強制再生時間を判断基準とするよりも、少なくともＤＰＦ２２５に経時的に生じる変化や劣化を顕著に反映し得る）判断が可能となっている。

＜第３実施形態＞
次に、図６を参照し、本発明の第３実施形態に係るＰＭ層修復制御について説明する。ここに、図６は、本発明の第３実施形態に係るＰＭ層修復制御のフローチャートである。尚、同図において、図５と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図６において、ＰＭの強制再生が終了した旨が判別された場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、強制再生中にＰＭ濃度Ｄｐｍが増加したか否かを判別する（ステップＳ３０１）。ここで、ＰＭ層２２５ｂが実践上問題なく形成されている場合、ＰＭ濃度Ｄｐｍは、概ね安定に推移する。一方で、ＰＭ層２２５ｂに消失が生じている場合、微小径のＰＭが細孔部を通過することによりＰＭ濃度Ｄｐｍが増加する。従って、ＰＭ濃度が増加したか否かに基づいて、ＰＭ層２２５ｂを修復すべきか否かの判別を簡便に行うことが可能となる。尚、増加したか否かに係る増加量の判断基準値は、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、通常生じ得るＰＭ濃度の変化をＰＭ層の消失として誤判別することなく且つ可及的にＰＭ層の消失が検出可能となるように、可及的に小さい値に設定されている。

強制再生中にＰＭ濃度Ｄｐｍが増加していない場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＰＭ層２２５ｂの消失が生じていないものとして処理をステップＳ１０１に戻すと共に、強制再生中にＰＭ濃度Ｄｐｍが増加した場合には（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、実行時間ＴａでＰＭ層修復処理を実行する（ステップＳ１０３）。

このように、本実施形態によれば、ＰＭ濃度Ｄｐｍを、本発明に係る「ＰＭ層の形成状態」の一例として特定し、ＰＭ層２２５ｂの消失の有無を判別することが可能となっており、第１実施形態と較べて、よりＤＰＦ２２５の実情に即した判断が可能となっている。

＜第４実施形態＞
次に、図７を参照し、本発明の第４実施形態に係るＰＭ層修復制御について説明する。ここに、図７は、本発明の第４実施形態に係るＰＭ層修復制御のフローチャートである。尚、同図において、図４と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図７において、ＥＣＵ１００は、車両が減速運転されたか否かを判別する（ステップＳ４０１）。減速運転されたか否かは、例えば、エアフローメータ２１７により検出される吸入空気量（即ち、実負荷を規定する指標値）、或いはアクセル開度センサ（図１には不図示）により検出されるアクセル開度、ブレーキペダル（図１には不図示）の操作量又は車両の前後加速度を検出可能な加速度センサが備わる場合には、係る加速度センサの出力値等に基づいて判別可能である。本実施形態では、エアフローメータ２１７により検出される吸入空気量に基づいて算出されるエンジン２００の負荷変化量に基づいて係る減速運転の有無が判別される。より具体的には、減速運転時には、エンジン２００の負荷が軽負荷側へ変化するため、負荷変化量は、負側の値を採る。ステップＳ４０１では、負荷変化量の符合が負であれば、減速運転がなされた旨の判別がなされる。

減速運転がなされていない場合（ステップＳ４０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４０１を繰り返し実行し、処理を実質的に待機状態に制御すると共に、減速運転がなされた場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、負荷変化量の判断基準値が設定される（ステップＳ４０２）。

ここで、減速運転或いは減速操作によって負荷変化が生じると、ＤＰＦ２２５の上流側が一時的に負圧となって、ＤＰＦ２２５は負圧の衝撃波に晒される。この負圧の衝撃波は、ＤＰＦ２２５上に形成されたＰＭ層２２５ｂを物理衝撃により崩落させる場合がある。一方で、このような負荷変化により物理衝撃が生じたところで、このような衝撃は一時的なものであり、その時点のＰＭ層２２５ｂの形成状態によっては、一部崩落が生じるにせよＰＭ層２２５ｂの厚さは十分に担保される可能性もある。そこで、ステップＳ４０２では、その時点のＰＭ層２２５ｂの厚さが推定され、係る推定されたＰＭ層の厚さに基づいて、実践上不具合を顕在化させ得るＰＭ層の崩落が生じているか否かを規定する判断基準値が可変に設定されるのである。

ステップＳ４０２において、ＥＣＵ１００は、ＰＭ濃度Ｄｐｍと排気流量（エンジン２００に排気流量センサが備わる場合には、センサ値を利用してもよく、本実施形態では、機関回転速度ＮＥと過給圧とに基づいて算出される）との積を時間積分することにより、ＰＭ層２２５ｂの厚さを推定する。ＰＭ層の厚さが推定されると、ＥＣＵ１００は、この推定値に基づいて事前に適合されたマップを参照し、予めマップに格納された判断基準値の中から一の値を選択的に取得する。このようにして負荷変化量の判断基準値が設定される。

ＥＣＵ１００は、負荷変化量が設定された判断基準値未満である場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、今回の減速運転或いは減速操作によるＰＭ層２２５ｂの崩落は生じていないものとして、処理をステップＳ４０１に戻すと共に、負荷変化量が設定された判断基準値以上である場合には（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、実行時間ＴａでＰＭ層修復処理を実行する（ステップＳ１０３）。

このように、本実施形態によれば、車両の減速時に一時的に生じるＰＭ層の崩落（消失というよりは、崩落であり、これもまた本発明に係る「欠落」の一例である）を検出し、ＰＭ層２２５ｂを効率的に修復することが可能となる。このため、上記第１乃至第３実施形態に係る強制再生処理時に対応する制御と共に、エンジン２００のエミッションの悪化を効率的に抑制し得る。

＜第５実施形態＞
次に、図８を参照し、本発明の第５実施形態に係るＰＭ層修復制御について説明する。ここに、図８は、本発明の第５実施形態に係るＰＭ層修復制御のフローチャートである。尚、同図において、図７と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図８において、ＥＣＵ１００は、車両が減速運転された場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、ＤＰＦ前後差圧ΔＰを参照し、係るＤＰＦ前後差圧ΔＰが低下したか否かを判別する（ステップＳ５０１）。ここで、上述した衝撃波によりＰＭ層２２５ｂの一部が崩落した場合、ＤＰＦ前後差圧ΔＰは低下する。このため、ＤＰＦ前後差圧ΔＰにより、減速時のＰＭ層の崩落を好適に検出することが可能となる。

ＤＰＦ前後差圧ΔＰが低下していない（誤差の範囲に属する低下に影響されないように、基準値は設定されているものとする）場合（ステップＳ５０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＰＭ層２２５ｂの崩落が生じていない旨の判断の下、処理をステップＳ４０１に戻すと共に、ＤＰＦ前後差圧ΔＰが低下している場合（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）、ＰＭ層修復処理を実行する（ステップＳ１０３）。

このように、本実施形態によれば、負荷変化量の判断基準値を設定せずとも、ＤＰＦ前後差圧ΔＰに基づいて、減速運転時の一時的なＰＭ層の崩落の有無を判別することが可能となり好適である。

＜第６実施形態＞
次に、図９を参照し、本発明の第６実施形態に係るＰＭ層修復制御について説明する。ここに、図９は、本発明の第６実施形態に係るＰＭ層修復制御のフローチャートである。尚、同図において、図７と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図９において、減速運転がなされた場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＰＭ濃度Ｄｐｍが増加したか否かを判別する（ステップＳ６０１）。ここで、上述した衝撃波によりＰＭ層２２５ｂの一部が崩落した場合、ＰＭ濃度Ｄｐｍは増加する。このため、ＰＭ濃度Ｄｐｍにより、減速時のＰＭ層の崩落を好適に検出することが可能となる。

ＰＭ濃度Ｄｐｍが増加していない（誤差の範囲に属する低下に影響されないように、基準値は設定されているものとする）場合（ステップＳ６０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＰＭ層２２５ｂの崩落が生じていない旨の判断の下、処理をステップＳ４０１に戻すと共に、ＰＭ濃度Ｄｐｍが増加している場合（ステップＳ６０１：ＹＥＳ）、ＰＭ層修復処理を実行する（ステップＳ６０２）。

ここで、ステップＳ６０２に係るＰＭ層修復処理とは、既に述べた各種の制御形態に準じたものであるが、本実施形態では、その実行時間が上記各実施形態と異なっている。即ち、ＥＣＵ１００は、ＰＭ濃度Ｄｐｍが定常値に復帰したか否かを判別する（ステップＳ６０３）。ここで、定常値とは、ＤＰＦ２２５に十分なＰＭ層２２５ｂが形成されている場合のＰＭ濃度Ｄｐｍの値であり、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、固定値又は一定の範囲を有する値として設定されている。

ＰＭ濃度Ｄｐｍが定常値に復帰しない場合（ステップＳ６０３：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＰＭ層修復処理によるＰＭ層の修復が未だ十分に完了していない旨の判断の下、ＰＭ層修復処理を継続すると共に、ＰＭ濃度Ｄｐｍが定常値に復帰した場合には（ステップＳ６０３：ＹＥＳ）、ＰＭ層修復制御を終了する（ステップＳ６０４）。

本実施形態によれば、負荷変化量の判断基準値を設定せずとも、ＰＭ濃度Ｄｐｍに基づいて、減速運転時の一時的なＰＭ層の崩落の有無を判別することが可能となり好適である。また、ＰＭ層修復処理の実行時間が可変であり、ＰＭ層２２５ｂが十分に修復した後にＰＭ層修復処理が終了されるため、ＰＭ層２２５ｂが確実に修復され好適である。

＜第７実施形態＞
次に、図１０を参照し、本発明の第７実施形態に係るＰＭ層修復制御について説明する。ここに、図１０は、本発明の第７実施形態に係るＰＭ層修復制御のフローチャートである。尚、同図において、図４と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図１０において、ＥＣＵ１００は、ＰＭの自然再生時間の判断基準値を設定する（ステップＳ７０１）。ここで、ＰＭの自然再生は、既に述べたように車両の運転履歴を受け、ＤＰＦ温度ＴｄｐｆがＰＭの酸化燃焼反応の開始温度に到達することにより、特別な制御を介することなく自然と発生する現象である。従って、係る自然再生が長時間継続すれば、強制再生と同等のＰＭ再生効果が得られる反面、極短い期間のみＰＭが再生されるに過ぎない場合もなる。このため、ＰＭの自然再生によるＰＭ層２２５ｂの形成状態の変化を判断するに際しては、係る自然再生の継続時間が重要となる。そこで、本実施形態では、ＰＭ層修復処理の実行要否を規定する自然再生時間の判断基準値が設定される。

ここで特に、この判断基準値の設定に際しては、第４実施形態のステップＳ４０２と同様に、その時点のＰＭ層２２５ｂの厚さが推定され、係る推定されたＰＭ層の厚さに基づいて、実践上不具合を顕在化させ得るＰＭ層の崩落が生じているか否かを規定するものとして、判断基準値が可変に設定される。

自然再生時間の判断基準値が設定されると、ＥＣＵ１００は、ＰＭの自然再生時間を推定し、係る推定された自然再生時間が先に設定された判断基準値以上であるか否かを判別する（ステップＳ７０２）。ここで、自然再生時間は、ＤＰＦ２２５に加えられた熱負荷に比例する。このため、ＥＣＵ１００は、排気温度Ｔｅｘ（即ち、エンジン負荷に対応する）及び空燃比（即ち、酸素量に対応する。尚、図１には不図示であるが、通常のエンジンには備わっている）に基づいて熱負荷の指標値を算出し、係る算出された熱負荷の指標値から、自然再生時間を推定する。無論、係る指標値が所定値に到達しない場合、自然再生自体が生じないものとして、自然再生時間はゼロとなる。

ＥＣＵ１００は、自然再生時間が判断基準値未満である（自然再生が生じていない旨を含む）場合（ステップＳ７０２：ＮＯ）、ＰＭ層２２５ｂの修復は必要ないものとして処理をステップＳ７０１に戻すと共に、自然再生時間が判断基準値以上である場合（ステップＳ７０２：ＹＥＳ）、自然再生が終了したか否かを判別する（ステップＳ７０３）。自然再生が終了していない場合（ステップＳ７０３：ＮＯ）ＰＭ層修復処理を実行したところで、大粒径化されたＰＭもまた酸化燃焼してしまい、実質的に意味がないため、処理は一時的に待機され、自然再生が終了した場合（ステップＳ７０３：ＹＥＳ）、ＰＭ層修復処理が実行される（ステップＳ１０３）。

このように、本実施形態によれば、ＰＭの自然再生によりＰＭ層２２５ｂの一部が消失したとしても、ＰＭ層修復処理が効率的に実行されることによって、ＰＭ層２２５ｂが迅速に修復され、エミッションの悪化が可及的に抑制される。

尚、ステップＳ７０１に係る判断基準値の設定に際しては、更に、ＰＭの自然再生中にＤＰＦ２２５に流入するＰＭの量を考慮して判断基準値を補正してもよい。即ち、ＤＰＦ２２５に流入するＰＭ量を、先に述べたＰＭ層の厚さと同様に、ＰＭ濃度Ｄｐｍと排気流量との積を積分することにより推定し、自然再生中にＰＭ層が幾らかなり形成されることを考慮して補正するのである。この場合、より効率的にＰＭ層修復処理を実行し得るため好適である。

また、本実施形態に係るＰＭ層修復制御も、強制再生時及び減速時の制御と同様に、判断基準値に基づいた判断を、ＤＰＦ前後差圧ΔＰ或いはＰＭ濃度Ｄｐｍに基づいた判断に代替させてもよい。或いは、このように判断基準値や各種指標値に基づいた判断処理自体を省略し、自然再生の実行時には所定時間（例えば、上述した実行時間Ｔａ）、ＰＭ層修復処理が実行されるようにしてもよい。いずれにせよ、ＰＭ層２２５ｂの修復によるエミッションの悪化に重点を置く限りにおいて、ＰＭ層修復制御の具体的態様は、多種多様である。

ここで、図１１を参照し、上述した各種実施形態の効果について説明する。ここに、図１１は、ＰＭ層修復処理の実行前後におけるＤＰＦ２２５下流のＰＭ粒子数の変化特性を例示する模式図である。

図１１において、図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）が、夫々ＰＭの強制再生時（第１乃至第３実施形態）、減速運転時（第４乃至第６実施形態）、及びＰＭの自然再生時（第７実施形態）に対応している。

図１１（ａ）においては、各実施形態に係る制御を適用した場合のＰＭ粒子数の特性が図示ＰＲＦ＿１（実線参照）として表され、比較例として、強制再生前後において通常の燃焼制御を継続して実行した場合の特性が図示ＰＲＦ＿ｒｅｆ１（破線参照）として表される。

図から明らかなように、本発明によれば、強制再生時に一時的にＰＭ粒子数が増大したとして、ＰＭ層修復処理の効果により、係るＰＭ粒子数の増大は可及的に短時間で収束する。これに対し、比較例では、微小径のＰＭによりＰＭ層が形成されるまでの長期にわたって、ＰＭ粒子数の増大傾向は継続し、図１１（ａ）を参照すれば粒子数にして約１０００倍程度のＰＭが、ＤＰＦ２２５に捕捉されることなく放出される。即ち、本発明は、比較例に対し明らかに優れている。

尚、このような本発明の優位性は、比較例として、通常の燃焼制御においてＰＭの排出量を増加させたところで実質的には何ら変わりない。微小径のＰＭをどれだけ排出しようが、それらはフィルタ担体２２５ａの細孔を通過して車外に排出されるに過ぎないからである。

図１１（ｂ）においては、各実施形態に係る制御を適用した場合のＰＭ粒子数の特性が図示ＰＲＦ＿２（実線参照）として表され、比較例として、強制再生前後において通常の燃焼制御を継続して実行した場合の特性が図示ＰＲＦ＿ｒｅｆ２（破線参照）として表される。

図から明らかなように、本発明によれば、車両の減速時にＰＭ層の崩落が生じ、一時的にＰＭ粒子数が増大したとして、ＰＭ層修復処理の効果により、係るＰＭ粒子数の増大は可及的に短時間で収束する。これに対し、比較例では、微小径のＰＭによりＰＭ層が形成されるまでの長期にわたって、ＰＭ粒子数の増大傾向は継続し、図１１（ｂ）を参照すれば粒子数にして約１０００倍程度のＰＭが、ＤＰＦ２２５に捕捉されることなく放出される。即ち、本発明は、比較例に対し明らかに優れている。

図１１（ｃ）においては、各実施形態に係る制御を適用した場合のＰＭ粒子数の特性が図示ＰＲＦ＿３（実線参照）として表され、比較例として、強制再生前後において通常の燃焼制御を継続して実行した場合の特性が図示ＰＲＦ＿ｒｅｆ３（破線参照）として表される。

図から明らかなように、本発明によれば、ＰＭの自然再生時にＰＭ層の消失が生じ、一時的にＰＭ粒子数が増大したとして、ＰＭ層修復処理の効果により、係るＰＭ粒子数の増大は可及的に短時間で収束する。これに対し、比較例では、微小径のＰＭによりＰＭ層が形成されるまでの長期にわたって、ＰＭ粒子数の増大傾向は継続し、図１１（ｃ）を参照すれば粒子数にして約１０００倍程度のＰＭが、ＤＰＦ２２５に捕捉されることなく放出される。即ち、本発明は、比較例に対し明らかに優れている。

以上各実施形態において説明したように、本発明は、燃焼室からのＰＭの排出量をコントロールしてＰＭ層を所望の厚さに制御する等といった、一時的にせよ又一部の領域であるにせよＤＰＦ２２５からＰＭ層２２５ｂが欠落した状態においては実践上さしたる効果を得られ難い技術思想とは本質的に異なっており、予めＰＭ層２２５ｂが、強制再生に起因するか、自然再生に起因するか、物理衝撃や物理振動によるものか、或いは不測の事態によるものか等の別なく欠落し得る点を念頭におき、特定されるＰＭ層の形成状態（ＰＭ濃度Ｄｐｍ、ＤＰＦ前後差圧ΔＰ、強制再生時間、自然再生時間、負荷変化量或いはＰＭ層の厚さ等）に基づいて、ＰＭ層の形成（好適な一形態としては、ＤＰＦ２２５が実践上問題無い（予め想定又は期待される範囲の）ＰＭ捕集能を回復する程度のＰＭ層の形成）に要する時間を二値的に、段階的に又は連続的に短縮化する（上記各種実施形態では二値的である）ことを可能とするものであり、一時的にせよ微小粒子径のＰＭが大量に放出されることによるエミッションの悪化を、可及的速やかに収束させ得る点において、これらの技術思想に対し明らかに有利であることは明白である。

尚、上記各種実施形態においては、ＰＭ層修復処理として、上記（１）乃至（４）の制御形態が適宜実行されるものとしたが、ＰＭ層の修復を、大粒径化したＰＭにより行う点については同様であるとして、その手法は必ずしもこれらに限定されない。例えば、ＥＣＵ１００は、ＰＭ層修復処理の少なくとも一部として、燃料添加弁２３１の開弁制御を実行し、排気管２１２に未燃の燃料を添加してもよい。この場合、燃焼室から排出される排気に含まれるＰＭが微小径であっても、これらがＤＰＦ２２５に到達する過程において、燃料中のＳＯＦにより相互に連結することが可能であり、大粒径のＰＭを生成することが可能となる。同様の趣旨として、ＥＣＵ１００は、燃料のポスト噴射を実行してもよい。この場合、ポスト噴射に係る噴射時期は、ＰＭの強制再生時よりも遅角側（即ち、筒内温度が、燃料の燃焼を生じない程度に低下した後に相当する時期）に設定されてよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の排気浄化装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。 図２は、排気の流れに沿った方向におけるＤＰＦの模式的な断面図である。 図２における点線枠の模式的拡大図である ＥＣＵにより実行されるＰＭ層修復制御のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係り、ＥＣＵにより実行されるＰＭ層修復制御のフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係り、ＥＣＵにより実行されるＰＭ層修復制御のフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係り、ＥＣＵにより実行されるＰＭ層修復制御のフローチャートである。 本発明の第５実施形態に係り、ＥＣＵにより実行されるＰＭ層修復制御のフローチャートである。 本発明の第６実施形態に係り、ＥＣＵにより実行されるＰＭ層修復制御のフローチャートである。 本発明の第７実施形態に係り、ＥＣＵにより実行されるＰＭ層修復制御のフローチャートである。 ＰＭ層修復処理の実行前後におけるＤＰＦ下流のＰＭ粒子数の変化特性を例示する模式図である。

符号の説明

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０３…吸気管、２０５…吸気マニホールド、２１１…排気マニホールド、２１７…エアフローメータ、２１８…ＥＧＲ通路、２２３…ＥＧＲバルブ、２２４…酸化触媒、２２５…ＤＰＦ、２２６…排気温センサ、２２７…上流側圧力センサ、２２８…下流側圧力センサ、２２９…温度センサ、２３０…ＰＭ濃度センサ、２３１…燃料添加弁。

Claims (11)

1. 内燃機関の排気系に設置され、排気に含まれるＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕捉し且つ該捕捉されたＰＭを堆積させることによりＰＭ層を形成可能なフィルタと、
   該フィルタにおける前記ＰＭ層の形成を促進可能な促進手段と、
   前記ＰＭ層の形成状態を特定する特定手段と、
   前記特定された形成状態に基づいて、前記ＰＭ層の形成が促進されるように前記促進手段に対し所定の促進制御を実行する制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記特定された形成状態に基づいて、前記フィルタから前記ＰＭ層の少なくとも一部が欠落しているか否かを判別する第１判別手段を更に具備し、
   前記制御手段は、前記ＰＭ層の少なくとも一部が欠落している旨が判別された場合に前記促進制御を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記特定手段は、前記形成状態として前記ＰＭの堆積量、前記フィルタの前後差圧、前記ＰＭの再生の度合い及び前記内燃機関の負荷変化の度合いのうち少なくとも一部を特定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記特定手段は、前記ＰＭの堆積量及び前記ＰＭの再生の度合いを少なくとも特定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記特定手段は、前記ＰＭの堆積量及び前記フィルタの前後差圧及び前記負荷変化の度合いを少なくとも特定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記制御手段は、前記促進制御を所定時間実行する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記促進制御の実行期間において前記特定された形成状態に基づいて前記ＰＭ層が修復されたか否かを判別する第２判別手段を更に具備し、
   前記制御手段は、前記ＰＭ層が修復された旨が判別された場合に前記促進制御を終了する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記フィルタにおいて前記ＰＭの再生がなされているか否かを判別する第３判別手段を更に具備し、
   前記制御手段は、前記ＰＭの再生がなされている旨が判別された場合に、前記促進制御の実行を制限する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記促進手段は、前記ＰＭの粒子径を増大させることが可能であり、
   前記制御手段は、前記促進制御において前記ＰＭの粒子径を増大させる
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記促進手段は、前記ＰＭに燃料を付着させることにより前記ＰＭの粒子径を増大させることが可能に構成されており、
    前記制御手段は、前記促進制御において前記ＰＭに燃料を付着させる
    ことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記促進手段は、前記排気の流速を変化させることが可能であり、
    前記制御手段は、前記促進制御において前記流速を低下させる
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images