JP2016223356A

JP2016223356A - 内燃機関の排気浄化システム

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Publication number: JP2016223356A
Application number: JP2015109971A
Authority: JP
Inventors: 山下　芳雄; Yoshio Yamashita; 芳雄山下; 寛真西岡; Hiromasa Nishioka; 藤原　清; Kiyoshi Fujiwara; 清藤原; 大地今井; Daichi Imai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-28

Abstract

【課題】フィルタ再生処理時におけるフィルタの過昇温を回避する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられたフィルタにおいて複数に区分けられた部分領域ごとに、粒子状物質の堆積量を推定し、その推定結果に基づいて、各領域に堆積しているＰＭを酸化除去する内燃機関の排気浄化システムにおいて、下流側部分領域における粒子状物質の堆積量が下流側基準堆積量を超えた場合、該下流側部分領域の上流側に位置し該最上流部分領域を含む部分領域の何れかのうち粒子状物質の堆積量が最大である上流側対象部分領域の温度が、前記再生温度より高く該上流側対象部分領域が過昇温状態とならない温度範囲に収まるように前記フィルタ再生処理のための熱量を供給し、且つ、該上流側対象部分領域における粒子状物質の堆積量が多いときには、少ないときと比べて、該フィルタ再生処理における、該下流側部分領域の昇温のための単位時間当たりの供給熱量が小さくされる。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

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。

ここで、フィルタ再生処理時のフィルタ温度を適切に制御するために、フィルタの静電容量を検出し、その検出結果に基づいてフィルタにおけるＰＭ堆積量とフィルタ温度を推定する技術が、特許文献１に開示されている。当該技術では、推定されたフィルタ温度が目標温度以下となるように、フィルタ再生のための燃料供給量がフィードバック制御されている。

特開２０１４−１５９７８０号公報

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、フィルタを溶損等させるおそれがあるため好ましくない。

例えば、内燃機関の運転状態によって、フィルタの下流側の部位に多くＰＭが堆積する場合があるが、このような場合、当該下流側の部位に堆積しているＰＭを酸化除去するためにフィルタの上流側から高温の排気を流入させると、少なからず該下流側の部位より上流側に位置する部位での堆積ＰＭも酸化されることになる。その結果、上流側に位置する部位で温度が過度に上昇し、フィルタが溶損等するおそれがある。一方で、その下流側の部位は昇温しにくい位置にあるため、フィルタへの高温排気の流入を積極的に行う必要がある。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタ再生処理時におけるフィルタの過昇温を回避しつつフィルタの下流側部位における堆積ＰＭの酸化除去を効率的に行う技術を提供することを目的とする。

本発明において、上記課題を解決するために、複数の部分領域が画定されたフィルタにおいて、そのうちの最上流側の部分領域以外の下流側部分領域に、フィルタ再生処理を行うべき程度にＰＭが堆積している場合には、当該下流側部分領域より上流側の部分領域に
おけるＰＭ堆積量に応じて、フィルタ再生処理のための供給熱量を調整する構成を採用した。このような構成により、堆積ＰＭの酸化除去のための下流側部分領域の昇温過程において、その上流側の部分領域における堆積ＰＭが酸化されることで生じる発熱量を抑制し、その過昇温を回避しつつ下流側部分領域での堆積ＰＭの酸化除去を促進できる。

具体的には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ且つ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタにおいて排気の流れ方向に沿って複数に区分けられた部分領域ごとに、粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、前記複数の部分領域ごとに前記推定手段によって推定された粒子状物質の堆積量が、該部分領域に対応した基準堆積量を超えたときに、該部分領域の温度が該部分領域に堆積している粒子状物質が酸化除去される再生温度に到達するように、前記フィルタをその上流側から昇温させるフィルタ再生処理を行う再生手段と、を備える、内燃機関の排気浄化システムである。そして、前記複数の部分領域のうち最上流側に位置する最上流部分領域以外の部分領域の何れかである下流側部分領域における粒子状物質の堆積量が、該下流側部分領域に対応する前記基準堆積量である下流側基準堆積量を超えた場合、前記再生手段は、該下流側部分領域の上流側に位置し該最上流部分領域を含む部分領域の何れかのうち粒子状物質の堆積量が最大である上流側対象部分領域の温度が、前記再生温度より高く該上流側対象部分領域が過昇温状態とならない温度範囲に収まるように前記フィルタ再生処理のための熱量を供給し、且つ、該上流側対象部分領域における粒子状物質の堆積量が多いときには、少ないときと比べて、該フィルタ再生処理における、該下流側部分領域の昇温のための単位時間当たりの供給熱量を小さくする。

本発明によれば、フィルタ再生処理時におけるフィルタの過昇温を回避しつつフィルタの下流側部位における堆積ＰＭの酸化除去を効率的に行うことが可能となる。

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。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ＰＭ堆積量の算出手法を説明するための図である。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フィルタ再生制御に関する第１のフローチャートである。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フィルタ再生制御に関する第２のフローチャートである。図５Ａ及び図５Ｂに示すフィルタ再生制御が実行された際の、フィルタの各領域の温度推移の一例を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すフィルタ再生制御において、フィルタ再生処理のために供給する熱量を決定するための制御マップである。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。

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。

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。

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。

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。

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沿って最上流側に位置するフロント領域４Ａと、最下流側に位置するリア領域４Ｃ、両領域の間に位置するセンタ領域とに分割し、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、センタ領域４ＢにおけるＰＭ堆積量をセンタ領域堆積量ＰＭ＿Ｃｅといい、リア領域４ＣにおけるＰＭ堆積量をリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒという。

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Ｐ
Ｍ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ＮＯ_２となると、ＮＯ_２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。

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。なお、本願において、フィルタ再生処理の用語は、後述するようにフィルタ４の各領域に堆積したＰＭを酸化除去するための処理にも適用される。

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の方がセンタ領域４Ｂやリア領域４Ｃ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センタ領域４Ｂやリア領域４Ｃ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、特にリア領域４Ｃ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。

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、センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量と、リア領域４Ｃ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、各領域において局所的な過昇温が生じないようにフィルタ再生処理が行われる。

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、センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量と、リア領域４Ｃ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、センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量、リア領域４Ｃ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。

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。

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Ｌ１１で示され、センタ領域４Ｂの温度推移が、図２（ａ）において線Ｌ１２で示され、リア領域４Ｃの温度推移が図２（ａ）において線Ｌ１３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、センタ領域４Ｂ、リア領域４Ｃ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。

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。

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。

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。

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Ｔ１２〜Ｔ１３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Ｔ１２〜Ｔ１３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。

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）

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Ｔ１２〜Ｔ１３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。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。

また、センタ領域４ＢにおけるＰＭ堆積量も、タイミングＴ１３〜Ｔ１４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、センタ領域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＿Ｃｅ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２に反映されている。したがって、センタ領域４ＢにおけるＰＭ堆積量を算出するためには、差圧低下量ΔｄＰ＿Ｃｅ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２のうちセンタ領域４Ｂに起因する分の低下量であるΔｄＰ＿Ｃｅ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、センタ領域４Ｂでの酸化速度は、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間の長さに対する排気差圧の低下量ΔｄＰ＿Ｃｅの大きさの比率であるセンタ側比率に対応する。したがって、図３（ｂ）に示す相関を考慮すると、センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量は、センタ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。

ここで、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間での排気差圧の低下量ΔｄＰ＿Ｃｅ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２から、低下量ΔｄＰ＿Ｃｅ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Ｔ１３〜Ｔ１４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Ｔ１２〜Ｔ１３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Ｔ１３〜Ｔ１４の期間を設定する。その設定の一例としては、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間を、タイミングＴ１２〜Ｔ１３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Ｔ１３〜Ｔ１４の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｃｅ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２のうち低下量ｄＰ＿Ｆｒ２は、タイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｆｒと同量になる。そこで、タイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｃｅ＋ΔｄＰ＿Ｆｒ２からタイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｆｒを減じることで、低下量ΔｄＰ＿Ｃｅを算出できる。

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Ｔ１２〜Ｔ１３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Ｔ１３〜Ｔ１４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＿Ｃｅが算出される。具体的には、タイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｆｒに、タイミングＴ１２〜Ｔ１３の期間の長さに対するタイミングＴ１３〜Ｔ１４の期間の長さの割合を乗じて、タイミングＴ１３〜Ｔ１４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Ｔ１３〜Ｔ１４の期間での低下量ΔｄＰ＿Ｃｅ＋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＿Ｃｅが算出される。

更に、リア領域４ＣでのＰＭ堆積量の算出についても、上記センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量の算出の場合と同じように、タイミングＴ１４〜Ｔ１５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算出することができる。この場合、当該期間での低下量であるΔｄＰ＿Ｒｒ＋ΔｄＰ＿Ｃｅ２＋ΔｄＰ＿Ｆｒ３のうち、リア領域４Ｃに起因する分の低下量である低下量ΔｄＰ＿Ｒｒに基づいて、リア領域４ＣでのＰＭ堆積量が算出されることになる。なお、当該低下量ΔｄＰ＿Ｒｒの算出にてついては、上記第１の抽出手法に従えば、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できる。

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、センタ領域４Ｂ、リア領域４Ｃ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Ｔ１２〜Ｔ１３の期間と、Ｔ１３〜Ｔ１４の期間と、Ｔ１４〜Ｔ１５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、センタ領域４Ｂ、リア領域４Ｃ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。

＜部分堆積量算出処理＞
ここで、上述したフロント領域４Ａ、センタ領域４Ｂ、リア領域４Ｃ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、フィルタ４の各領域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５Ａ、図５Ｂに示すフィルタ再生制御において、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。

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、各領域における堆積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。

次に、Ｓ１０３では、フロント領域４Ａ及びリア領域４Ｃ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、センタ領域４Ｂの温度を代表する当該領域内の位置と、リア領域４Ｃ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。

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Ｔ１１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Ｔ１２である。

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Ｔ１２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Ｔ１２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。

次に、Ｓ１０７では、推定しているセンタ領域４Ｂの温度Ｔｃｅ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Ｔ１３である。その後、Ｓ１０８では、センタ領域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Ｔ１２から終点となるタイミングＴ１３までの期間として決定される。それと同時に、タイミングＴ１２での排気差圧を始点としタイミングＴ１３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。

Ｓ１０９では、センタ領域４Ｂの温度が酸化開始温度Ｔｐｍを超えたことをもって、下流側に位置するセンタ領域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Ｔ１３である。そして、当該カウントとともに、センタ領域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Ｔ１３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。

次に、Ｓ１１０では、推定しているリア領域４Ｃ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。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Ｔ１４である。その後、Ｓ１１１では、リア領域４Ｃの温度が酸化開始温度Ｔｐｍ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Ｔ１３から終点となるタイミングＴ１４までの期間として決定される。それと同時に、タイミングＴ１３での排気差圧を始点としタイミングＴ１４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。

Ｓ１１２では、リア領域４Ｃの温度が酸化開始温度Ｔｐｍを超えたことをもって、最下流側に位置するリア領域４Ｃでの堆積ＰＭが酸化燃焼し始める第３酸化期間Δｔ３のカウントが開始される。したがって、第３酸化期間Δｔ３の始点は、図２（ａ）におけるタイミングＴ１４である。そして、当該カウントとともに、リア領域４Ｃでの堆積ＰＭ及びフロント領域４Ａ、センタ領域４Ｂ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３差圧低下量ΔｄＰ３の測定が開始される。この第３差圧低下量ΔｄＰ３は、第３酸化期間Δｔ３の始点であるタイミングＴ１４での排気差圧を始点として計測されていくことになる。Ｓ１１２の処理が終了すると、Ｓ１１３へ進む。

Ｓ１１３では、第３酸化期間Δｔ３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４Ｃでの堆積ＰＭ及びフロント領域４Ａ、センタ領域４Ｂでの堆積ＰＭが酸化燃焼することに起因する第３差圧低下量ΔｄＰ３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２酸化期間Δｔ２と同じ長さの時間とする。Ｓ１１３で肯定判定されるとＳ１１４へ進み、否定判定されると再びＳ１１３の処理を繰り返す。なお、Ｓ１１３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Ｔ１５である。その後、Ｓ１１４では、第３酸化期間Δｔ３が規定時間を超えたことをもって、第３酸化期間Δｔ３が決定される。すなわち、第３酸化期間Δｔ３は、上記始点であるタイミングＴ１４から終点となるタイミングＴ１５までの期間として決定される。それと同時に、タイミングＴ１４での排気差圧を始点としタイミングＴ１５における排気差圧を終点として、第３差圧低下量ΔｄＰ３が決定される。Ｓ１１４の処理が終了すると、Ｓ１１５へ進む。

Ｓ１１５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、センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量を算出するためのセンタ領域低下量である上記ｄＰ＿Ｃｅ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２の抽出手法に従い、第２酸化期間Δｔ２と第１酸化期間Δｔ１の長さの比率を考慮して、センタ領域低下量ｄＰ＿Ｃｅが算出される。また、リア領域４Ｃ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３差圧低下量ΔｄＰ３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３酸化期間Δｔ３を第２酸化期間Δｔ２と同じ長さとしたことにより、第３酸化期間Δｔ３におけるフロント領域４Ａとセンタ領域４Ｂでの堆積ＰＭの酸化量は、第２酸化期間Δｔ２におけるフロント領域４Ａとセンタ領域４Ｂ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３差圧低下量ΔｄＰ３から第２差圧低下量ΔｄＰ２を減じた値となる。

次に、Ｓ１１６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、上記センタ側比率に相当する、第２酸化期間Δｔ２の長さに対するセンタ領域低下量ｄＰ＿Ｃｅの比率に基づいて、図３に基づいて説明したようにセンタ領域４ＢでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｃｅが算出される。具体的には、当該比率が大きくなるほど、センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｃｅが多くなるように算出される。そして、上記リア側比率に相当する、第３酸化期間Δｔ３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４Ｃ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４ＣでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｒｒが多くなるように算出される。

その後、Ｓ１１７では、次回の部分堆積量算出のために、第１酸化期間Δｔ１、第２酸化期間Δｔ２、第３酸化期間Δｔ３のカウンタをクリアし、更に、第１差圧低下量ΔｄＰ１、第２差圧低下量ΔｄＰ２、第３差圧低下量ΔｄＰ２の測定値をクリアする。

＜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について、図５Ａ及び図５Ｂに基づいて説明する。両図には、フィルタ再生制御を分割して記載している。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、繰り返し行われる。当該フィルタ再生制御では、フィルタ４に設定された各領域におけるＰＭ堆積量が基準堆積量を超えたときに、その領域に堆積しているＰＭを酸化除去するためのフィルタ再生処理が実行される。

先ず、Ｓ２０１では、図４Ａ及び図４Ｂに示した部分堆積量算出処理が実行される。この結果、フロント領域４ＡでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｆｒ、センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｃｅ、リア領域４ＣでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｒｒが算出される。Ｓ２０１が終了すると、Ｓ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、フロント領域４ＡでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｆｒが、フロント領域４Ａに対応して設定されている基準堆積量Ｆｒ０を超えているか否かが判定される。この基準堆積量Ｆｒ０は、フロント領域４Ａにおける堆積ＰＭが酸化除去すべき程度の量であることを判定するための閾値である。Ｓ２０２で肯定判定されるとＳ２０３へ進み、否定判定されるとＳ２１０へ進む。

次に、Ｓ２０３では、フロント領域４ＡにおけるＰＭ堆積量が基準堆積量Ｆｒ０を超えていることをもって、当該領域の堆積ＰＭを酸化除去するためのフィルタ再生処理が開始される。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ロント領域４Ａ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。このフロント領域４Ａの堆積ＰＭの酸化除去のための燃料供給条件については、事前に実験等で決定しておき、その条件をＥＣＵ２０内のメモリに格納しておく。

このようにフロント領域４Ａのためのフィルタ再生処理が実行されると、フロント領域４Ａに堆積しているＰＭが酸化除去されるとともに、センタ領域４Ｂやリア領域４Ｃにもその酸化熱が伝播したり、また、燃料供給弁５により供給された燃料がセンタ領域４Ｂやリア領域４Ｃにも到達したりすることで各領域が昇温し、各領域の堆積ＰＭの一部も酸化除去されることになる。そこで、Ｓ２０４では、フロント領域４Ａのためのフィルタ再生処理の結果、各領域で酸化除去されたＰＭ堆積量に基づいて、その領域でのＰＭ堆積量の更新を行う。当該更新においては、フロント領域４Ａのためのフィルタ再生処理が行われたときの、センタ領域４Ｂ及びリア領域４Ｃの温度推移を事前の実験等で測定しＥＣＵ２０のメモリ内に格納しておくとともに、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各領域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。

そして、Ｓ２０５では、Ｓ２０４で更新された各領域のＰＭ堆積量のうち、フロント領域４ＡのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｆｒが、基準ＰＭ堆積量Ｆｒ１以下となっているか否かが判定される。当該基準ＰＭ堆積量Ｆｒ１は、フロント領域４Ａのための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上記フィルタ再生処理を終了し、本制御を終了する。また、Ｓ２０５で否定判定されると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で開始されたフロント領域４Ａのためのフィルタ再生処理が継続されている状態にある。

次に、Ｓ２０２で否定判定され、Ｓ２１０に処理が進んだ場合について説明する。Ｓ２１０では、センタ領域４ＢでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｃｅが、センタ領域４Ｂに対応して設定されている基準堆積量Ｃｅ０を超えているか否か、又は、リア領域４ＣでのＰＭ堆積量ＰＭ＿Ｒｒが、リア領域４Ｃに対応して設定されている基準堆積量Ｒｒ０を超えているか否かが判定される。この基準堆積量Ｃｅ０は、センタ領域４Ｂにおける堆積ＰＭが酸化除去すべき程度の量であることを判定するための閾値であり、基準堆積量Ｒｒ０は、リア領域４Ｃにおける堆積ＰＭが酸化除去すべき程度の量であることを判定するための閾値である。Ｓ２１０で肯定判定されると、すなわちセンタ領域４Ｂかリア領域４Ｃの何れかが、対応する基準堆積量を超えていると判定されるとＳ２１１へ進み、それ以外の場合は（すなわち否定判定されると）本制御を終了する。なお、基準堆積量Ｃｅ０、Ｒｒ０は、各領域に対応して設定されている閾値であり、基準堆積量Ｆｒ０を含めて、何れも同じ値でもよく、又は、各領域に対応してそれぞれ異なる値でもよい。

ここで、センタ領域４Ｂ及びリア領域４Ｃは、フィルタ４において最上流側に位置するフロント領域４Ａ以外の領域であるから、本願発明に係る下流側部分領域に相当することになる。なお、図４Ｂにおいては、記載を簡便にするため、下流側部分領域を「対象領域」と記載している。この対象領域は、フィルタ４において少なからず最上流側に位置する部分領域ではなく昇温しにくいため、対象領域に堆積しているＰＭを酸化除去しようとする場合、フィルタ４の上流側からその酸化除去のための熱エネルギーを積極的に投入する必要がある。一方で、そのように酸化除去のための熱エネルギーをフィルタ４の上流側から供給すると、対象領域の上流側に位置する領域（対象領域がセンタ領域４Ｂである場合は、フロント領域４Ａが上流側に位置する領域に相当し、対象領域がリア領域４Ｃである場合は、フロント領域４Ａ及びセンタ領域４Ｂが上流側に位置する領域に相当する）にも多くの熱エネルギーが到達するため、当該上流側に位置する領域の温度が過度に上昇するおそれがある。

そこで、Ｓ２１０で肯定判定され、対象領域における堆積ＰＭの酸化除去を行おうとする場合、対象領域の堆積ＰＭの効率的な酸化除去と上述した上流側に位置する領域での過昇温の抑制を両立する熱量供給が行われることになる。先ず、Ｓ２１１では、対象領域の
温度が、堆積ＰＭを酸化除去するための目標温度Ｔｐｍ以上となっているか否かが判定される。なお、対象領域の温度は、後述する対象領域の昇温処理や温度維持処理が行われたときの対象領域の温度推移を事前の実験等で測定しＥＣＵ２０のメモリ内に格納しておくことで、適宜推定される。Ｓ２１１で肯定判定されるとＳ２１２へ進み、否定判定されるとＳ２１５へ進む。

Ｓ２１２では、対象領域での堆積ＰＭの酸化除去を継続できるように、既に目標温度Ｔｐｍに到達している対象領域の温度の維持処理が行われる。なお、この場合、対象領域の温度は既に目標温度Ｔｐｍとなっており、且つ、上流側に位置する領域の温度は、後述するように過昇温状態とはなっていない。そして、Ｓ２１２では、上流側に位置する領域の温度が過昇温状態とならないように、排気の流れによる対象領域からの持ち去り熱等を考慮して、対象領域の目標温度の維持に必要な燃料の供給量が決定され、燃料供給弁５から供給されることになる。Ｓ２１２の処理が終了すると、Ｓ２１３へ進む。

また、Ｓ２１１で否定判定されてＳ２１５へ進んだ場合、Ｓ２１５では、本発明に係る上流側対象領域が決定される。上流側対象領域とは、上記対象領域の上流側に位置する領域のうち、ＰＭ堆積量が最大である領域を指す。例えば、対象領域がセンタ領域４Ｂである場合には、上流側対象領域は、一義的にフロント領域４Ａとなる。また、対象領域がリア領域４Ｃである場合には、上流側対象領域は、フロント領域４Ａとセンタ領域４Ｂのうち、ＰＭ堆積量が多い方の領域となる。なお、この上流側対象領域の決定においては、後述のＳ２１３におけるＰＭ堆積量の更新結果が随時反映されることになる。このように上流側対象領域を決定するのは、対象領域に堆積しているＰＭを酸化除去する際に、その上流側に位置している領域における過昇温状態は、そこに相対的に多くのＰＭが堆積していることに起因しているとの考えに基づく。Ｓ２１５の処理が終了すると、Ｓ２１６へ進む。

Ｓ２１６では、対象領域における堆積ＰＭを酸化除去するための供給熱量、すなわち、対象領域の温度を目標温度Ｔｐｍに到達させるための供給熱量が決定される。具体的には、上流側対象領域の温度が、図６に示すようにフィルタ４が過昇温により溶損し得る温度であるＴｏｈより低くなる範囲で、図７に示すようにＳ２１５で決定された上流側対象領域のＰＭ堆積量に基づいて、当該供給熱量が調整される。図６は、対象領域がリア領域４Ｃである場合にフィルタ再生処理が行われた際の、各領域の温度推移の一例を示すグラフであり、線Ｌ１４はフロント領域４Ａの温度推移を表し、線Ｌ１５はセンタ領域４Ｂの温度推移を表し、線Ｌ１６はリア領域４Ｃの温度推移を表している。このように最下流側に位置するリア領域４Ｃを目標温度Ｔｐｍまで昇温させる過程において、上流側対象領域の温度が、そこに堆積したＰＭ量によっては目標温度を超える可能性がある。しかし、その温度が溶損温度Ｔｏｈを超えなければ、フィルタ４においては過昇温による障害は発生しないことになる。このような上流側対象領域における温度推移と実際に生じるフィルタ４での障害を考慮して、Ｓ２１６では、上流側対象領域の温度が溶損温度Ｔｏｈを超えない範囲で、上流側対象領域のＰＭ堆積量が多くなるほど、フィルタ４への供給熱量が少なくなるように燃料供給弁５からの燃料供給量が少なく設定される。Ｓ２１６の処理が終了するとＳ２１７へ進み、Ｓ２１６で決定された量の燃料が、燃料供給弁５から供給される。Ｓ２１７の処理が終了すると、Ｓ２１３へ進む。

ここで、Ｓ２１２の温度維持処理やＳ２１７の昇温処理が実行されると、対象領域の堆積ＰＭだけではなく、対象領域の上流側や下流側に位置している領域に堆積しているＰＭも酸化除去され得る。そこで、Ｓ２１３では、Ｓ２１２の温度維持処理やＳ２１７の昇温処理の結果、各領域で酸化除去されたＰＭ堆積量に基づいて、その領域でのＰＭ堆積量の更新を行う。当該更新においては、Ｓ２１２の温度維持処理やＳ２１７の昇温処理が行われたときの、各領域４の温度推移を事前の実験等で測定しＥＣＵ２０のメモリ内に格納し
ておくとともに、各処理によって酸化除去される単位時間当たりのＰＭ量と、各処理により各領域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。Ｓ２１３の処理が終了すると、Ｓ２１４へ進む。

Ｓ２１４では、対象領域でのＰＭ酸化除去が完了したか否かが判定される。具体的には、対象領域がセンタ領域４Ｂである場合には、Ｓ２１３での更新が反映されたセンタ領域堆積量ＰＭ＿Ｃｅが、基準ＰＭ堆積量Ｃｅ１以下であるか否かが判定される。当該基準ＰＭ堆積量Ｃｅ１は、センタ領域４Ｂにおいて堆積ＰＭが十分に酸化除去されたと判断するための閾値である。また、対象領域がリア領域４Ｃである場合には、Ｓ２１３での更新が反映されたリア領域堆積量ＰＭ＿Ｒｒが、基準ＰＭ堆積量Ｒｒ１以下であるか否かが判定される。当該基準ＰＭ堆積量Ｒｒ１は、リア領域４Ｃにおいて堆積ＰＭが十分に酸化除去されたと判断するための閾値である。

このように構成されるフィルタ再生制御では、最上流側に位置するフロント領域４Ａ以外の領域での堆積ＰＭを酸化除去する際には、その昇温過程において当該領域よりも上流側に位置する領域でのＰＭ堆積量を考慮して、酸化除去のために供給される熱量が調整されることになる。その結果、対象となる領域での堆積ＰＭの酸化除去を効率的に実行しつつ、フィルタ４での局所的な過昇温を回避することが可能となる。

本実施例では、フィルタ４を排気流れに沿って２つの領域であるフロント領域４ａ、リア領域４ｂ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Ｌ１による推移がフロント領域４ａの温度推移であり、線Ｌ２による推移がリア領域４ｂ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。

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。

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８（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。

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。

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Ｔ３〜Ｔ４の期間での排気差圧の低下量のうちリア領域４ｂ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Ｔ２〜Ｔ３の期間とタイミングＴ３〜Ｔ４の期間が同じ長さである場合には、各期間でのフロント領域４ａ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、リア領域４ｂ分の差圧低下量に相当するΔｄＰ＿Ｒｒは、タイミングＴ３〜Ｔ４の期間での排気差圧の低下量からタイミングＴ２〜Ｔ３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。

そして、各領域に対応する差圧低下量であるΔｄＰ＿Ｆｒ、ΔｄＰ＿Ｒｒと、タイミングＴ２〜Ｔ３の期間の長さ、タイミングＴ３〜Ｔ４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Ｔ２〜Ｔ３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Ｔ３〜Ｔ４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４ｂでの部分堆積量は多くなるように算出される。

そして、本実施例のようにフィルタ４を２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、図５Ａ、５Ｂに示すフィルタ再生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。この場合、リア領域４ｂが、本発明に係る下流側部分領域に相当し、上記対象領域に相当することになる。そして、リア領域４ｂが対象領域とされる場合、フロント領域４ａが一義的に上流側対象領域として、上記Ｓ２１５で決定されることになる。

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
２０ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ且つ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタにおいて排気の流れ方向に沿って複数に区分けられた部分領域ごとに、粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、
前記複数の部分領域ごとに前記推定手段によって推定された粒子状物質の堆積量が、該部分領域に対応した基準堆積量を超えたときに、該部分領域の温度が該部分領域に堆積している粒子状物質が酸化除去される再生温度に到達するように、前記フィルタをその上流側から昇温させるフィルタ再生処理を行う再生手段と、
を備える、内燃機関の排気浄化システムであって、
前記複数の部分領域のうち最上流側に位置する最上流部分領域以外の部分領域の何れかである下流側部分領域における粒子状物質の堆積量が、該下流側部分領域に対応する前記基準堆積量である下流側基準堆積量を超えた場合、前記再生手段は、該下流側部分領域の上流側に位置し該最上流部分領域を含む部分領域の何れかのうち粒子状物質の堆積量が最大である上流側対象部分領域の温度が、前記再生温度より高く該上流側対象部分領域が過昇温状態とならない温度範囲に収まるように前記フィルタ再生処理のための熱量を供給し、且つ、該上流側対象部分領域における粒子状物質の堆積量が多いときには、少ないときと比べて、該フィルタ再生処理における、該下流側部分領域の昇温のための単位時間当たりの供給熱量を小さくする、
内燃機関の排気浄化システム。