JP5949870B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

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。そのため、堆積したＰＭ（以下、「堆積ＰＭ」と称する場合もある）によるフィルタ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。このフィルタ再生処理は、堆積ＰＭが酸化除去等されることによって行われる。例えば、一般的に排気の空燃比が継続的にリーン側の空燃比であるディーゼルエンジンでは、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、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、フィルタの上流部は、排気がフィルタに流れ込む部位でもあるため、その排気流れの影響を受けて、温度が上昇しにくく、当該上流部よりも下流側の部位の方が温度上昇しやすい傾向がある。その結果、フィルタ再生処理を行ったとしてもフィルタの上流部には堆積ＰＭが燃え残りやすい。そこで、特許文献１には、異なる二種類のフィルタでのＰＭ堆積量を推定し、それらを比較することでフィルタの上流部に燃え残りが生じていると判断した場合には、フィルタ再生処理の時間をより長くすることで当該燃え残りを燃焼させる技術が開示されている。

特開２００６−５７６０８号公報 特開２００７−３２４６４号公報

上記の通り、フィルタの上流部は排気が流れ込むため温度上昇しにくく、フィルタ再生処理が行われても当該上流部には堆積したＰＭが燃え残りやすい。このように上流部に堆積ＰＭが燃え残ったままでは、フィルタ全体としてはＰＭ堆積量は少ない状態であっても、フィルタの上流部に遍在する堆積ＰＭによって目詰まりが生じてしまうおそれがある。そこで、従来技術のようにフィルタの上流部におけるＰＭ堆積量が多くなった状態においてフィルタ再生処理の時間をより長くすると、その再生処理での排気温度上昇に要するエネルギー量が多くなり、内燃機関の燃費が悪化するおそれがある。

また、もとよりフィルタの上流部は温度上昇がしにくい部位であるため、仮にフィルタ再生処理の時間を長くしたとしても、必ずしも上流部の温度を、堆積ＰＭが酸化除去されるために十分な温度まで上昇できるとは限らない。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタ全体における堆積ＰＭの酸化除去を効率的に行う、内燃機関の排気浄化装置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、ＰＭが堆積しやすいフィルタの上流部を、排気の空燃比にかかわらず加熱可能に設置された加熱装置を利用して、排気空燃比の制
御による堆積ＰＭの酸化除去処理（通常フィルタ再生処理）とは別のフィルタ上流再生処理を行う構成を採用した。そして、当該フィルタ上流再生処理は、フィルタ全体のＰＭ堆積量にかかわらず、フィルタの上流部におけるＰＭ堆積量が所定量（第４堆積量）に減少するまで実行される。

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、少なくとも該フィルタの上流部に酸化触媒が担持されたフィルタと、排気の空燃比にかかわらず前記フィルタの前記上流部を加熱可能となるように設けられた加熱装置と、を有する内燃機関の排気浄化装置である。そして、当該制御装置は、前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質の堆積量であるフィルタＰＭ堆積量を推定する第１推定部と、前記上流部に堆積した粒子状物質である上流部堆積ＰＭの堆積量である上流部ＰＭ堆積量を推定する第２推定部と、前記第１推定部によって推定された前記フィルタＰＭ堆積量が第１堆積量を超えると、前記フィルタに流れ込む排気の空燃比を制御することにより該フィルタＰＭ堆積量が該第１堆積量より小さい第２堆積量に減少するまで粒子状物質を酸化除去する通常フィルタ再生処理を行う通常フィルタ再生部と、前記上流部堆積ＰＭを酸化除去するために実行される再生処理であって、前記第２推定部によって推定された前記上流部ＰＭ堆積量が第３堆積量を超えると、前記加熱装置を制御することにより該上流部堆積ＰＭを酸化除去するフィルタ上流再生処理を行うフィルタ上流再生部と、を備えている。そして、前記フィルタ上流再生部により前記フィルタ上流再生処理が行われると、該フィルタ上流再生処理による前記上流部堆積ＰＭの減少量が、前記第１推定部により推定される前記フィルタＰＭ堆積量に反映されるとともに、前記フィルタ上流再生部は、該反映されたフィルタＰＭ堆積量が前記第２堆積量より大きい状態であっても、該上流部ＰＭ堆積量が、前記第３堆積量より小さい第４堆積量に到達すると該フィルタ上流再生処理を終了させる。

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、フィルタ上流部の少なくとも一部には、酸化触媒が担持されており、排気中の未燃燃料を酸化触媒により酸化させてフィルタ温度を上昇させることが可能となる。なお、当該上流部は、フィルタにおいて排気が流れ込む上流端面を少なくとも含む所定の範囲の部位である。したがって、上流部は、フィルタにおいて排気の流れに直接晒されるところであるため、上流部で生じた未燃燃料の酸化反応熱は比較的その下流側に流れやすく、上流部そのものの温度は上昇しにくい傾向がみられる。

そこで、フィルタの上流部を効果的に温度上昇させるために、加熱装置が配置されている。この加熱装置は、排気に乗ってフィルタに流れ込む未燃燃料の酸化反応ではない加熱形態によって、フィルタの上流部を加熱可能なように構成される。たとえば、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、又は、フィルタ内に埋め込まれたヒータ等、既知の加熱装置の形態が採用できる。なお、加熱装置によるフィルタ上流部の加熱中においても、未燃燃料がフィルタに流入すれば、該未燃燃料の酸化反応は当然に生じる。つまり、「酸化触媒の酸化反応熱によらず」とは、酸化触媒における未燃燃料の酸化反応が全く生じない状態を指すものではない。

このようなフィルタと加熱装置を有する内燃機関において、本発明に係る制御装置は、フィルタに堆積したＰＭの酸化除去を行うための再生処理として、通常フィルタ再生部による通常フィルタ再生処理と、フィルタ上流再生部によるフィルタ上流再生処理が少なくとも実行される。通常フィルタ再生処理は、フィルタに流れ込む排気の空燃比を制御し、排気中の未燃燃料の酸化反応熱を利用して行う再生処理であり、フィルタ全体の堆積ＰＭの量であるフィルタＰＭ堆積量が、第１堆積量を超えたときに実行開始され、そしてフィルタＰＭ堆積量が第２堆積量に減少するまで続けられることになる。したがって、当該第１堆積量は、通常フィルタ再生処理の開始を判断するためのフィルタＰＭ堆積量の閾値で
ある。フィルタにおいてフィルタＰＭ堆積量が第１堆積量を超えた状態となると、フィルタ全体の目詰まりが進行し、背圧が上昇する。また、当該第２堆積量は、通常フィルタ再生処理の終了を判断するためのフィルタＰＭ堆積量の閾値である。なお、当該フィルタＰＭ堆積量は、第１推定部より推定される堆積量であり、例えば、フィルタの上流側と下流側の排気圧力差や内燃機関の運転履歴等に基づいてフィルタＰＭ堆積量を推定することが可能である。

通常フィルタ再生処理は、フィルタ全体に堆積したＰＭを酸化除去するために行われるものである。ここで、フィルタで形成される温度分布は、排気の流れに大きく影響されることになる。そのため、通常フィルタ再生処理が行われたとしても上流部において堆積ＰＭが酸化除去されずに残存する可能性がある（以下、通常フィルタ再生処理が行われてもフィルタの上流部に残存する堆積ＰＭを「残存ＰＭ」と称する場合もある）。このような上流部での残存した堆積ＰＭは、その量が増えていくと、上流部に担持された酸化触媒を覆い隠すことになる。その結果、上流部での酸化能が著しく低下し、通常フィルタ再生処理による堆積ＰＭの酸化除去に多くの時間を要するおそれがある。したがって、効率的なフィルタ全体における堆積ＰＭの酸化除去が阻害されることになる。特に、排気中のＮＯを上流部の酸化触媒によりＮＯ_２に酸化することで、堆積ＰＭの酸化除去を促進させることが可能であるが、上流部の残存ＰＭは、このＮＯ_２によるＰＭの酸化除去も阻害することになる。

そこで、この残存ＰＭを酸化除去するためにフィルタ上流再生処理が行われる。このフィルタ上流再生処理は、加熱装置から付与される熱エネルギーによってフィルタの上流部を直接加熱するものである。そのため、排気の流れの影響を比較的受けにくく、効果的に上流部を温度上昇させ、そこに堆積しているＰＭを酸化除去することが可能となる。具体的には、フィルタ上流再生処理は、上流部ＰＭ堆積量が第３堆積量を超えたときに実行開始され、そして上流部ＰＭ堆積量が第４堆積量に減少するまで続けられることになる。当該第３堆積量は、フィルタ上流再生処理の開始を判断するための上流部ＰＭ堆積量の閾値であり、上流部ＰＭ堆積量が第３堆積量を超えた状態となると、上流部における酸化触媒の酸化能が十分に発揮されない状況が形成されたと想定される。また、当該第４堆積量は、フィルタ上流再生処理の終了を判断するための上流部ＰＭ堆積量の閾値である。なお、当該上流部ＰＭ堆積量は、第２推定部より推定される堆積量である。

ここで、フィルタ上流再生処理が行われると、上流部堆積ＰＭが酸化除去されることを考慮して、フィルタ全体のＰＭ堆積量であるフィルタＰＭ堆積量に、その酸化除去された上流部堆積ＰＭの減少量が反映される。当該反映の形態としては、酸化除去された上流部ＰＭ堆積量をフィルタＰＭ堆積量から減量させる形態が例示できる。なお、このような減量形態において、酸化除去された上流部ＰＭ堆積量と、フィルタＰＭ堆積量の減少量は必ずしも同量である必要はなく、フィルタＰＭ堆積量と上流部堆積ＰＭの量がそれぞれ有する技術的意義や、各再生処理における両者の量的な相関関係を考慮して、当該反映は行われればよい。また、上流部ＰＭ堆積量とフィルタＰＭ堆積量とは直接的に比較可能な単位で推定されてもよく、あるいは、異なる単位等で推定されてもよい。

そして、当該フィルタ上流再生処理は、上流部ＰＭ堆積量が、第３堆積量より小さい第４堆積量に到達すると終了されるが、このとき上流部ＰＭ堆積量の減少が反映されたフィルタＰＭ堆積量が第２堆積量よりも大きい状態であっても、すなわち、仮に通常フィルタ再生処理が行われた場合においてフィルタＰＭ堆積量がその終了閾値まで到達していない状態であっても、フィルタ上流再生処理は終了されることになる。フィルタ上流再生処理により少なくとも上流部での堆積ＰＭが酸化除去されれば、そこに担持されている酸化触媒の酸化能が効果的に発揮できる状態となる。その結果、排気中の未燃燃料による酸化反応熱の効率的な発生や、排気中のＮＯのＮＯ_２への効率的な酸化が実現でき、結果として
、後に行われる通常フィルタ再生処理を効率的に実行できることになる。したがって、上記の通り、反映されたフィルタＰＭ堆積量が第２堆積量よりも大きい状態であってもフィルタ上流再生処理を終了させることで、内燃機関全体としては、フィルタの再生処理に要するエネルギーを可及的に少なく抑えつつ、効率的な堆積ＰＭの酸化除去を実現することが可能となる。

ここで、上記の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタＰＭ堆積量が前記第１堆積量を超えた状態であって、且つ、前記上流部ＰＭ堆積量が前記第３堆積量を超えた状態である場合には、前記フィルタ上流再生処理が前記通常フィルタ再生処理より優先して実行されてもよい。上記の通り、フィルタ上流再生処理が行われることで、フィルタの上流部に担持されている酸化触媒の酸化能が効果的に発揮される状態が形成されることになる。したがって、フィルタＰＭ堆積量が第１堆積量を超えた状態、すなわち通常フィルタ再生処理が開始されてもよい状態と、上流部ＰＭ堆積量が第３堆積量を超えた状態、すなわちフィルタ上流再生処理が開始されてもよい状態が形成された場合には、フィルタ上流再生処理が優先して実行されることで、その後に行われる通常フィルタ再生処理を効率的に実行できる。なお、フィルタ上流再生処理が行われることでフィルタＰＭ堆積量に酸化除去された上流部ＰＭ堆積量が反映されるが、当該反映後になおもフィルタＰＭ堆積量が第１堆積量を超えている場合はフィルタ上流再生処理の終了後に直ちに通常フィルタ再生処理を行ってもよく、また、当該反映後にフィルタＰＭ堆積量が第１堆積量を超えていない場合には、その後の内燃機関の運転とともにフィルタＰＭ堆積量の増加を待って通常フィルタ再生処理を行えばよい。あるいは、フィルタＰＭ堆積量が第１堆積量を超えていない場合にも、フィルタ上流再生処理の終了後に直ちに通常フィルタ再生処理を行ってもよい。

ここで、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、第２推定部による上流部ＰＭ堆積量の推定形態について、以下に示す２つの形態を例示できる。なお、下記の記載は、以下の２例以外の推定形態を本願発明に採用することを妨げるものではない。先ず、第１の形態として、前記第２推定部は、前記通常フィルタ再生部による前記通常フィルタ再生処理の終了時における、前記フィルタの上流側と下流側の排気圧力差である第１排気圧力差に基づいて、該終了時での前記フィルタでのＰＭ堆積量である残存ＰＭ堆積量を算出する第１算出部と、前記第１排気圧力差と、前記通常フィルタ再生処理の終了時からの、前記フィルタの上流側と下流側の排気圧力差の増加量との比率に基づいて、該終了時からの前記上流部でのＰＭ堆積量の増加量を算出し、該算出されたＰＭ堆積量の増加量に前記残存ＰＭ堆積量を加えて、前記上流部ＰＭ堆積量として算出する第２算出部と、を有してもよい。

第１算出部は、通常フィルタ再生処理が終了した際にフィルタに残存しているＰＭ堆積量を、第１排気圧力差に基づいて算出する。通常フィルタ再生処理は、フィルタに流れ込む排気空燃比を制御することによりフィルタ温度を上昇させる処理であるため、比較的温度の上がりにくいフィルタの上流部には堆積ＰＭが残存する可能性が高い。そこで、第１算出部により算出された残存ＰＭ堆積量は、通常フィルタ再生処理の終了時に、フィルタの上流部に残存している堆積ＰＭ量と考えることができる。そして、第２算出部は、通常フィルタ再生処理の終了からの時間経過に伴ってフィルタの上流部に堆積していくＰＭ堆積量を算出する。ここで、本出願人は、このように時間経過とともに上流部に堆積していくＰＭ堆積量は、第１排気圧力差と、当該経過時間における排気圧力差の増加量との比率、すなわち、通常フィルタ再生処理の終了後におけるフィルタにおける排気圧力差の増加率と所定の相関を有していることを見出した。そこで、第２算出部はこの所定の相関に従って当該経過時間における上流部ＰＭ堆積量の増加量を算出する。更に、第２算出部は、この上流部ＰＭ堆積量の増加量と、第１算出部が算出した残存ＰＭ堆積量を足し合わせることで、最終的な上流部ＰＭ堆積量を算出、推定するものである。

次に、第２の形態としては、前記第２推定部は、前記通常フィルタ再生部により前記通常フィルタ再生処理が行われた場合、該通常フィルタ再生処理の開始直前の前記上流部ＰＭ堆積量を、該通常フィルタ再生処理の終了時での該フィルタでのＰＭ堆積量である残存ＰＭ堆積量として算出する第１算出部と、前記第１排気圧力差と、前記通常フィルタ再生処理の終了時からの、前記フィルタの上流側と下流側の排気圧力差の増加量との比率に基づいて、該終了時からの前記上流部でのＰＭ堆積量の増加量を算出し、該算出されたＰＭ堆積量の増加量に前記残存ＰＭ堆積量を加えて、前記上流部ＰＭ堆積量として算出する第２算出部と、を有してもよい。

この形態における第１算出部は、通常フィルタ再生処理の開始直前の上流部ＰＭ堆積量を残存ＰＭ堆積量とする。すなわち、当該第１算出部は、通常フィルタ再生処理では、上流部堆積ＰＭは酸化除去されずにそのまま残存するとの想定に従い、残存ＰＭ堆積量を算出する。なお、第２算出部については、上記の第１の形態における第２算出部と同じである。したがって、第２の形態においては、第１の形態と比べて上流部ＰＭ堆積量の推定値が増加しやすく、フィルタ上流再生処理の実行頻度が高くなる。この結果、フィルタ上流再生処理で利用される加熱装置での消費エネルギーが多くはなるものの、フィルタの上流部における酸化触媒の酸化能が好適に発揮される状態を、可及的に頻度高く形成することができ、この点からもフィルタ全体における堆積ＰＭの酸化除去を効率的に行うことが可能になると言える。

上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記第４堆積量は零と設定されてもよい。これにより、フィルタ上流再生処理が行われると、上流部に堆積しているＰＭ堆積量は可及的に少なくなっていることから、上流部における酸化触媒の酸化能を最大限発揮させることが可能となる。

本発明によれば、フィルタ全体における堆積ＰＭの酸化除去を効率的に行う、内燃機関の排気浄化装置を提供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概略構成を示す図である。 図１に示す内燃機関の排気浄化装置が備えるフィルタにおける堆積ＰＭとＮＯの酸化状況を示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で実行される通常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。 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で実行されるフィルタ上流再生制御に関する第１のフローチャートである。 図４に示すフィルタ上流再生制御において残存ＰＭ堆積量を算出するための制御マップを示す図である。 図４に示すフィルタ上流再生制御において増加ＰＭ堆積量を算出するための制御マップを示す図である。 図４に示すフィルタ上流再生制御において上流部堆積ＰＭを酸化除去するためのヒータを制御するための制御マップを示す図である。 図３に示す通常フィルタ再生制御及び図４に示すフィルタ上流再生制御が実行されたときの、フィルタでのＰＭ堆積量及びフィルタにおける排気圧力差の時間推移を示すタイムチャートである。 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で実行されるフィルタ上流再生制御に関する第２のフローチャートである。 図３に示す通常フィルタ再生制御及び図９に示すフィルタ上流再生制御が実行されたときの、フィルタでのＰＭ堆積量の時間推移を示すタイムチャートである。 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で実行される通常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。

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。なお、その詳細な構造については図２に従って後述する。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、内燃機関１から排出される排気中の空燃比にかかわらず隣接するフィルタ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の上流端面を加熱し得る。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の検出値に基づいてフィルタ４におけるＰＭの堆積状況を把握することが可能であり、その処理については後述する。

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（粒子状物質）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、図２に基づいてフィルタ４におけるＰＭ捕集について説明する。図２に示すように、フィ
ルタ４はウォールフロータイプのフィルタであり、図２において左側が、排気が流れ込む端面、すなわち上流端面側となる。また、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が担持されており、図２では基材上または基材中の黒丸で表されている。酸化触媒は、図２に示すように、フィルタ内壁面及びその内部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、図２の上段（ａ）には、フィルタ４にＰＭを含む排気が流れ込み、フィルタ４にＰＭが堆積した状態を示している。この堆積状態では、ＰＭがフィルタ内壁面の上流側から下流側にわたって堆積した状態となっている。そして、フィルタ４で堆積した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。当該背圧の上昇を解消するための処理を、本明細書では、「通常フィルタ再生処理」という。具体的に、通常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燃焼されることで、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。

ここで、排気中にはＮＯが含まれている。このＮＯはそれ自身では比較的酸化力は弱いものの、酸化触媒で酸化されてＮＯ_２となるとフィルタ４に堆積しているＰＭを酸化除去し得る程度の酸化力を備える。したがって、フィルタ４に堆積しているＰＭを酸化除去する際に、未燃燃料の酸化反応熱の他にＮＯ_２の酸化力を利用すれば、効率的な堆積ＰＭの酸化除去が可能となる。しかし、図２（ａ）に示す堆積状態では、担持されている酸化触媒が堆積ＰＭにより覆われているため、ＮＯ_２を効率的に生成することができず、結果として、フィルタ４全体での効率的な堆積ＰＭの酸化除去が困難となる。

そこで、効率的な堆積ＰＭの酸化除去の観点に立てば、図２（ｂ）に示すようなＰＭ堆積状態、すなわち、フィルタ４の上流端面を含む上流部４ａにおいて堆積ＰＭが酸化除去され、担持された酸化触媒とＮＯとの接触機会がある程度担保され得る状態が好ましい。このようなＰＭ堆積状態が形成されれば、燃料供給弁５から供給された未燃燃料の、上流部４ａでの酸化反応熱をその下流側に伝えることで、そこに堆積しているＰＭの酸化除去を促進できる。また、フィルタ４の上流部４ａにおいて、酸化触媒により排気中のＮＯをＮＯ_２へと酸化させれば、そのＮＯ_２を、フィルタ４の上流部４ａの下流側に堆積しているＰＭに対して供給することができるため、ＮＯ_２をＰＭの酸化除去に効果的に利用することができる。

しかし、フィルタ４の上流部４ａは、上流端面を含む領域であるため、排気の流れの影響を極めて受けやすく、通常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、上流部４ａに担持されている酸化触媒によって酸化されても、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、上流部４ａ自身の温度を、堆積ＰＭが酸化除去となる温度まで上昇させにくい。したがって、通常フィルタ再生処理が行われても、上流部４ａには堆積ＰＭが燃え残りやすく、上述した効率的な堆積ＰＭの酸化除去が見込まれる図２（ｂ）に示すＰＭ堆積状態を形成するのは極めて困難である。

そこで、本発明に係る内燃機関１の排気浄化装置では、図３および図４に示すフィルタ４の各再生制御が実行されることで、効率的な堆積ＰＭの酸化除去の実現が図られる。これらの再生制御は、ＥＣＵ２０において所定の制御プログラムが実行されることでそれぞれ所定間隔で繰り返し実行される制御である。また、図３に示す通常フィルタ再生制御と、図４に示すフィルタ上流再生制御は、それぞれ並行して繰り返し実行される制御であるが、後述するように両再生制御は、一定の範囲で互いに関係し合っている。

先ず、図３に基づいて、内燃機関１の排気浄化装置で実行される通常フィルタ再生制御について説明する。当該通常フィルタ再生制御は、フィルタ４に流れ込む排気の空燃比を制御することにより、すなわち燃料供給弁５からの未燃燃料の供給制御を介して、フィルタ４の昇温が図られ、そこに堆積しているＰＭの酸化除去を行う通常再生処理を実行する。なお、内燃機関１の運転条件を調整することで排気の空燃比を制御し、通常フィルタ再生処理を行ってもよい。まず、Ｓ１０１では、内燃機関１から排出される排気中のＰＭ量に基づいて、フィルタ４全体に堆積しているＰＭ量であるフィルタＰＭ堆積量Ｘ１が推定される。なお、この内燃機関１からのＰＭ排出量は、直近の通常フィルタ再生処理が終了してから排出されたＰＭ量の積算値である。具体的には、クランクポジションセンサ１１で検出された内燃機関１の機関回転速度と、アクセル開度センサ１２で検出された内燃機関１の機関負荷（又は、内燃機関１における燃料噴射量）に基づいて、現時点における排気中のＰＭ量が算出される。なお、機関回転速度及び機関負荷と、ＰＭ量との相関を予め実験等で測定し、当該相関を制御マップの形でＥＣＵ２０内のメモリに格納しておくことで、制御マップへのアクセスを介して当該算出が実行される。この算出されたＰＭ量を積算することで、ＰＭ排出量が求められる。なお、更に、排気中のＰＭ量は、内燃機関１の燃焼室内の吸気量に依存することから、エアフローメータ１０による吸気量に基づいて上記算出されたＰＭ排出量を補正し、その補正ＰＭ排出量を積算していくことで、ＰＭ排出量としてもよい。そして、フィルタ４によるＰＭの所定の捕集率を、ＰＭ排出量に乗ずることで、最終的にフィルタ４に堆積しているフィルタＰＭ堆積量Ｘ１が算出されることになる。

また、Ｓ１０１では、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１の推定に当たって、後述するフィルタ上流再生処理によりフィルタ４上の堆積ＰＭが酸化除去された場合に、その酸化除去によるＰＭ量の反映（以下、「上流部再生の反映」という）も行われる。詳細は後述するが、フィルタ上流再生制御においてフィルタ上流再生処理（後述のＳ２１１での処理）が実行されると、上流部４ａの堆積ＰＭが酸化除去される。そして、Ｓ１０１での上流部再生の反映として、この酸化除去された堆積ＰＭ量に対応する量が、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１から減量調整されることになる。以上のＳ１０１の処理が、本発明に係る第１推定部による処理に相当する。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、Ｓ１０１で推定されたフィルタＰＭ堆積量Ｘ１が、基準ＰＭ堆積量Ｒ１（本発明に係る第１堆積量に相当）を超えているか否かが判定される。当該基準ＰＭ堆積量Ｒ１は、堆積ＰＭの酸化除去のために燃料供給弁５から未燃燃料の供給を行う後述の通常フィルタ再生処理（Ｓ１０４での処理）の実行を判断するための閾値である。そして、Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

また、Ｓ１０３では、Ｓ１０４での通常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、Ｓ１０３で肯定判定されるとＳ１０４へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

次に、Ｓ１０４では、通常フィルタ再生処理が実行開始される。具体的には、フィルタ４の温度が堆積ＰＭの酸化除去に適した温度（以下、「酸化除去温度」という）となるように、燃料供給弁５から未燃燃料の供給が行われる。すなわち、当該処理は、フィルタ４に流れ込む排気空燃比を制御することで行われる堆積ＰＭの酸化除去であり、本発明に係る通常フィルタ再生部による処理に相当する。なお、フィルタ４の温度は、温度センサ９の検出値を利用して把握可能である。Ｓ１０４の処理が終了すると、通常処理フラグがＯ
Ｎとされる。当該通常処理フラグは、本発明に係る内燃機関１の排気浄化装置において、通常フィルタ再生処理が実行されていることを示すためのフラグである。

そして、Ｓ１０６では、通常フィルタ再生処理が実行されている状況下において、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１が更新される。通常フィルタ再生処理実行時でのフィルタ４での堆積ＰＭの単位時間当たりの減少量（酸化除去量）は、フィルタ４の温度に応じて変化する。そこで、フィルタ４の温度に応じて単位時間当たりに酸化除去可能なＰＭ量を事前に実験等で求めておき、その単位時間当たりのＰＭ除去量と、当該温度を継続している継続時間に基づいて、通常フィルタ再生処理が開始されてからの堆積ＰＭの減少量が算出され、それを以てフィルタＰＭ堆積量Ｘ１が更新される。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、Ｓ１０６で更新されたフィルタＰＭ堆積量Ｘ１が、基準ＰＭ堆積量Ｒ２（本発明に係る第２堆積量に相当）以下であるか否かが判定される。当該基準ＰＭ堆積量Ｒ２は、通常フィルタ再生処理（Ｓ１０４での処理）の終了を判断するための閾値である。そして、Ｓ１０７で肯定判定されるとＳ１０８へ進み、否定判定されるとＳ１０６以降の処理が繰り返される。そして、Ｓ１０８では通常フィルタ再生処理、すなわち燃料供給弁５からの未燃燃料の供給が終了され、それに伴いＳ１０９で通常処理フラグがＯＦＦにされる。

次に、図４に基づいて、内燃機関１の排気浄化装置で実行されるフィルタ上流再生制御について説明する。当該フィルタ上流再生制御は、上記の通常フィルタ再生制御とは異なり、ヒータ３からの加熱を制御することにより排気の空燃比にかかわらずフィルタ４の上流部４ａの昇温が図られ、上流部４ａに堆積しているＰＭの酸化除去を行う制御である。すなわち、フィルタ上流再生制御は、図２（ｂ）に示すＰＭ堆積状態を形成するために堆積ＰＭの酸化除去を行う制御である。

まず、Ｓ２０１では、上記の通常フィルタ再生制御で使用されている通常処理フラグがＯＦＦであるか否かが判定される。すなわち、Ｓ２０１では、通常フィルタ再生処理が実行中であるか否かが判定される。Ｓ２０１で肯定判定され、通常フィルタ再生処理が実行されていない場合にはＳ２０２へ進む。Ｓ２０１で否定判定され、通常フィルタ再生処理が実行されている場合にはフィルタ上流再生制御を終了する。

次に、Ｓ２０２では、通常フィルタ再生処理が終了直後の状態にあるか否かが判定される。具体的には、通常フィルタ再生処理におけるフィルタＰＭ堆積量Ｘ１の値が、上記基準ＰＭ堆積量Ｒ２以下の値である場合には、通常フィルタ再生処理が終了直後の状態であると判定、すなわち肯定判定することができる。また、別法として、通常フィルタ再生制御において通常フィルタ再生処理が終了し通常処理フラグがＯＦＦとされてから、一度も、後述するＳ２０３、Ｓ２０４の処理が行われていない場合には、通常フィルタ再生処理が終了直後の状態であると判定してもよい。Ｓ２０２で肯定判定されるとＳ２０３へ進み、否定判定されるとＳ２０５へ進む。

Ｓ２０３では、その時点におけるフィルタ４の上流側と下流側の排気圧力差（以下、単に「排気圧力差」という）ΔＰαが取得される。なお、排気圧力差の取得は、差圧センサ８が利用される。また、当該排気圧力差ΔＰαが、本発明に係る第１排気圧力差に相当する。そして、Ｓ２０４では、Ｓ２０３で取得された排気圧力差ΔＰαに基づいて、その時点においてフィルタ４に残存しているＰＭの堆積量である残存ＰＭ堆積量Ｙ１が算出される。Ｓ２０３、Ｓ２０４の処理は、通常フィルタ再生処理が終了した直後に行われるところ、その時点でフィルタ４に残存しているＰＭは、概ね上流部４ａに残存していると考えられる。これは、上述の通り、通常フィルタ再生処理が行われた場合、上流部４ａの温度
が上昇しにくい状況に置かれることに依る。したがって、残存ＰＭ堆積量Ｙ１は、通常フィルタ再生処理の終了直後において、上流部４ａに残存しているＰＭの堆積量とみなすことができる。

ここで、図５に基づいて、残存ＰＭ堆積量Ｙ１の算出手法について説明する。図５は、残存ＰＭ堆積量Ｙ１を算出するための制御マップであり、排気圧力差ΔＰαと残存ＰＭ堆積量Ｙ１との相関が記録されている。当該相関の一例としては、排気圧力差ΔＰαが大きくなるに従い残存ＰＭ堆積量Ｙ１が増加する態様が例示できる。そこで、Ｓ２０４では、この図５に示す相関を利用して、残存ＰＭ堆積量Ｙ１が算出される。Ｓ２０４の処理が終了すると、Ｓ２０５へ進む。

次に、Ｓ２０５では、その時点におけるフィルタ４の排気圧力差ΔＰβが取得され、次にＳ２０６では、その排気圧力差ΔＰβに基づいて、通常フィルタ再生処理が終了してからの排気圧力差の増加率（本発明に係る「第１排気圧力差と、通常フィルタ再生処理の終了時からの、フィルタの上流側と下流側の排気圧力差の増加量との比率」に相当）が、以下の式１に従って算出される。
増加率 ＝ （ΔＰβ−ΔＰα）／ΔＰα ・・・（式１）
上記の通り、式１は、通常フィルタ再生処理が終了してから経過した期間（以下、単に「経過期間」という）においてフィルタ４に堆積したＰＭにより、通常フィルタ再生処理の終了直後からどの程度排気圧力差が増加したかを示す指標である。

そして、次にＳ２０７では、Ｓ２０６で算出された排気圧力差の増加率に基づいて、上記経過期間に新たに上流部４ａに堆積したＰＭ量である増加ＰＭ堆積量Ｙ２が算出される。詳細には、本願の発明者は、Ｓ２０６で算出された排気圧力差の増加率と、増加ＰＭ堆積量Ｙ２との間には、図６に示す所定の相関が存在することを見出した。これは、上流部４ａはフィルタ４において排気が流れ込む部位であるため、上流部４ａで新たに堆積したＰＭは、排気圧力差の増加率に敏感に反映される傾向があることに依る。なお、図６は、増加ＰＭ堆積量Ｙ２を算出するための制御マップであり、排気圧力差の増加率と増加ＰＭ堆積量Ｙ２との相関が記録されている。Ｓ２０７の処理が終了すると、Ｓ２０８へ進む。

Ｓ２０８では、Ｓ２０４で算出された残存ＰＭ堆積量Ｙ１（Ｓ２０２で否定判定されたことによってＳ２０４の処理が行われなかった場合には、既に行われたフィルタ上流再生制御でのＳ２０４で算出された残存ＰＭ堆積量Ｙ１）とＳ２０７で算出された増加ＰＭ堆積量Ｙ２を合算して、上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が算出される。すなわち、Ｓ２０８で算出される上流部ＰＭ堆積量Ｙ３は、その時点で上流部４ａに堆積していると推定されるＰＭ量であり、したがってＳ２０３−Ｓ２０８の処理は、本発明に係る第２推定部による処理に相当する。Ｓ２０８の処理が終了すると、Ｓ２０９へ進む。

Ｓ２０９では、Ｓ２０８で算出された上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が、基準ＰＭ堆積量Ｒ３（本発明に係る第３堆積量に相当）を超えているか否かが判定される。当該基準ＰＭ堆積量Ｒ３は、上流部４ａに堆積しているＰＭをヒータ３からの加熱により酸化除去するための、後述のフィルタ上流再生処理（Ｓ２１１での処理）の実行を判断するための閾値である。そして、Ｓ２０９で肯定判定されるとＳ２１０へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

Ｓ２１０では、Ｓ２１１でのフィルタ上流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、排気通路２における排気の流速が、上流部４ａでの堆積ＰＭの効率的な酸化除去が阻害されない程度に低い所定流速以下であることが一例として挙げられる。これは、排気流速が所定流速を超えると、ヒータ３からの加熱エネルギーがフィルタ４の下流部側に流れてしまい、上流部４ａの昇
温を効率的に行うことが困難となるからである。なお、排気流速は、エアフローメータ１０による検出値又は内燃機関１の機関回転速度から推定できる。Ｓ２１０で肯定判定されるとＳ２１１へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

次に、Ｓ２１１では、フィルタ上流再生処理が実行開始される。当該フィルタ上流再生処理が、本発明に係るフィルタ上流再生部による処理に相当する。具体的には、ヒータ３に外部電源から電力供給され、上流部４ａが上流端面側から加熱される。ここで、ヒータ３による加熱については、上流部４ａの温度が一定の酸化除去温度となるようにヒータ３から上流部４ａへの供給熱量が制御される。なお、当該加熱制御は、上流部４ａの温度はフィルタ４の温度に反映されることから、温度センサ９による検出値を利用して行われる。このように上流部４ａの温度を酸化除去温度に一定に保つことで、当該酸化除去温度とヒータ３による加熱時間とをパラメータとして、フィルタ上流再生処理による単位時間当たりの堆積ＰＭの酸化除去量を把握することができる。

具体的には、図７に示す制御マップに従って、当該堆積ＰＭの酸化除去量が算出され、その結果を以て、フィルタ上流再生処理が行われている状況下での上流部ＰＭ堆積量Ｙ３の更新が行われる。図７は、堆積ＰＭの酸化除去量と、排気通路２における排気流量と、ヒータ３から上流部４ａへの供給熱量との相関を示す図である。排気流量が大きくなるほど上流部４ａの温度を酸化除去温度に維持しにくくなり、供給熱量が大きいほど上流部４ａの温度が低いことを意味するので、図７に示す制御マップにおいては、排気流量及び供給熱量が大きくなるほど、フィルタ上流再生処理による単位時間当たりの堆積ＰＭの酸化除去量は小さくなる傾向にある。そして、Ｓ２１２では、図７の制御マップに従って算出された単位時間当たりの堆積ＰＭの酸化除去量が、それまでの上流部ＰＭ堆積量Ｙ３から減量されて、該上流部ＰＭ堆積量Ｙ３の更新が行われる。

また、Ｓ２１２で算出されたフィルタ上流再生処理による単位時間当たりの堆積ＰＭの酸化除去量は、通常フィルタ再生制御におけるフィルタＰＭ堆積量Ｘ１にも反映される（上記のＳ１０１の処理に関する記載を参照）。これにより、フィルタ上流再生処理によって酸化除去された堆積ＰＭ量に応じて、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１の推定値が減量調整されることになる。Ｓ２１２の処理が終了すると、Ｓ２１３へ進む。

Ｓ２１３では、Ｓ２１２で更新された上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が、基準ＰＭ堆積量Ｒ４（本発明に係る第４堆積量に相当）以下であるか否かが判定される。当該基準ＰＭ堆積量Ｒ４は、フィルタ上流再生処理の終了を判断するための閾値であり、本実施例では零が設定される。そして、Ｓ２１３で肯定判定されるとＳ２１４へ進み、否定判定されるとＳ２１２以降の処理が繰り返される。そして、Ｓ２１４ではＳ２１３の判定結果を踏まえてフィルタ上流再生処理、すなわちヒータ３による加熱制御が終了される。なお、このとき、残存ＰＭ堆積量Ｙ１は零に設定される。これらの排気圧力差ΔＰα及び残存ＰＭ堆積量Ｙ１は、次にＳ２０２で肯定判定され新たにＳ２０３、Ｓ２０４の処理が行われるまで、次回以降のフィルタ上流再生制御で利用される。

ここで、図３に示した通常フィルタ再生制御、及び図４に示したフィルタ上流再生制御が行われたときの、フィルタ４におけるＰＭ堆積量（推定量）の時間推移、及び排気圧力差（実測値）の時間推移の一例を図８の上段（ａ）と下段（ｂ）にそれぞれ示す。図８（ａ）における線Ｌ１がフィルタＰＭ堆積量Ｘ１の時間推移であり、線Ｌ２が上流部ＰＭ堆積量Ｙ３の時間推移である。また、図８（ａ）の縦軸におけるＲ１−Ｒ４は、上述した基準ＰＭ堆積量Ｒ１−Ｒ４にそれぞれ対応する。なお、当該通常フィルタ再生制御では、通常フィルタ再生処理の実行時にフィルタ４の温度が酸化除去温度となる範囲において、燃料供給弁５からの単位時間当たりの燃料供給量は一定量とされている。ここで、タイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３で、それぞれフィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準ＰＭ堆積量Ｒ１を超える
ことで、通常フィルタ再生処理が実行されている。そして、それぞれの通常フィルタ再生処理の実行期間が、ｔ１、ｔ２、ｔ３で示されている。このとき、ｔ１、ｔ２、ｔ３については、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３の相関が成立する。これは、通常フィルタ再生処理を実行したとしても、上記の通り上流部４ａに酸化除去されずに堆積ＰＭが残存し、その量が次第に増加することで上流部４ａにおいて堆積ＰＭに覆われてしまう酸化触媒の割合が増加し、その酸化能を十分に発揮できなくなることに依る。なお、上流部４ａにおける堆積ＰＭの増加は、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準ＰＭ堆積量Ｒ１を超えるタイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３における排気圧力差のピーク値が時間の経過とともに大きくなっていることから理解できる。そして、上流部４ａでの酸化能が十分に発揮されなくなるに従い、フィルタ４の温度は低下し、その分、通常フィルタ再生処理に要する時間が長くなる。

そこで、図８において３回目の通常フィルタ再生処理が実行された後に、タイミングＴ０で上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が基準ＰＭ堆積量Ｒ３を超えることで、期間ｔ０にわたってフィルタ上流再生処理が実行されることになる。この結果、ヒータ３からの加熱制御によって上流部４ａに堆積していたＰＭが酸化除去され、図２（ｂ）に示したＰＭ堆積状態が形成されることになる。なお、この期間ｔ０でフィルタ上流再生処理が行われることによって酸化除去された堆積ＰＭ量に応じて、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１の推定値も減量調整されている。なお、図８（ｂ）には、タイミングＴ３で実行された通常フィルタ再生処理の終了直後の排気圧力差ΔＰαと、タイミングＴ０でフィルタ上流再生処理が実行開始された際の排気圧力差ΔＰβが例示的にプロットされている。

そしてフィルタ上流再生処理の終了後、再びフィルタＰＭ堆積量Ｘ１と上流部ＰＭ堆積量Ｙ３の推定が行われていき、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準ＰＭ堆積量Ｒ１を超えたタイミングＴ４で、通常フィルタ再生処理が実行開始されることになり、このとき通常フィルタ再生処理の実行時間ｔ４は、上記のｔ１と概ね同じ時間長となり、ｔ２、ｔ３よりも短い。

このように、本発明によれば、フィルタ上流再生処理により上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が基準ＰＭ堆積量Ｒ４に到達したときに、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準ＰＭ堆積量Ｒ２より多い状態であっても、換言すれば、仮に通常フィルタ再生処理が行われたとしたときに、まだ当該再生処理が終了したと判断できない状態であっても、フィルタ上流再生処理は終了される。このとき、フィルタ４には、図２（ｂ）に示したＰＭ堆積状態が形成されていると想定される。当該ＰＭ堆積状態では、上流部４ａの酸化触媒はその酸化能を十分に発揮できるため、フィルタ上流再生処理を上記のような状態で終了したとしても、排気中のＮＯをＮＯ_２へ酸化することで下流側の堆積ＰＭを効率的に酸化除去でき、また燃料供給弁５から供給される未燃燃料の酸化反応熱を下流側に伝えて同じように堆積ＰＭを効率的に酸化除去できる状態にある。この点は、上記実行期間ｔ４が、実行期間ｔ２、ｔ３よりも短いことから理解できる。したがって、上記の通りフィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準ＰＭ堆積量Ｒ２より多い状態でフィルタ上流再生処理を終了させても、その後に行われる通常フィルタ再生処理を効率的に実行できる状況が形成されていることになり、以て、内燃機関１の排気浄化装置として、効率的な堆積ＰＭの酸化除去が実現できる。

＜変形例１＞
上記実施例では、フィルタ４全体に堆積しているＰＭ量であるフィルタＰＭ堆積量Ｘ１の推定においては、内燃機関１から排出されるＰＭ量が利用された。この態様に代えて、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１も、差圧センサ８により検出される排気圧力差を利用して推定されてもよい。ここで、フィルタＰＭ堆積量と排気圧力差との関係においては、フィルタＰＭ堆積量が多くなるほど排気圧力差は大きくなる傾向があり、また、フィルタＰＭ堆積量が同じであってもフィルタ４に流れ込む排気流量が大きくなるほど排気圧力差が大きくなる傾向がある。更に、フィルタ４における排気流量はその排気温度に依存することも知ら
れている。そこで、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１の算出に当たり、排気流量と排気温度との依存関係を踏まえて、排気圧力差を補正した上で、フィルタＰＭ堆積量を推定する。なお、排気圧力差に基づくフィルタＰＭ堆積量の推定手法は周知の技術であるため、その詳細な説明は割愛する。

ここで、図３に示す通常フィルタ再生制御でのＳ１０１の処理において、排気圧力差に基づいてフィルタＰＭ堆積量Ｘ１が推定されるケースでの、上流部再生の反映について言及する。排気圧力差に基づいてフィルタＰＭ堆積量Ｘ１を推定すると、その推定には、実際にフィルタ４に堆積しているＰＭ量が反映されていることになる。したがって、当該ケースでは、フィルタ上流再生処理が実行された後でも排気圧力差に基づいたフィルタＰＭ堆積量Ｘ１の推定を行うことで、フィルタ上流再生処理により酸化除去された上流部ＰＭ堆積量Ｙ３の減少量が、自動的に、すなわち上記実施例で行われた減少量分をフィルタＰＭ堆積量から減量調整することなくフィルタＰＭ堆積量に反映されることになる。

また当該ケースでは、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１も上流部ＰＭ堆積量Ｙ３もともに差圧センサ８の検出値に基づいて推定されることになるため、図８（ａ）に示すように上流部ＰＭ堆積量Ｙ３がフィルタＰＭ堆積量Ｘ１を大きく上回る機会は多くはない。しかし、このことは上述した本願発明の特徴である、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準閾値Ｒ２より大きい状態であってもフィルタ上流再生処理が終了されることで得られる効果、すなわち、内燃機関１の排気浄化装置としての効率的な堆積ＰＭの酸化除去の実現を阻害するものではない。

＜変形例２＞
上記実施例では、フィルタ４の上流側に、フィルタ４とは個別に形成される酸化触媒装置は配置されていないが、その態様に代えて、フィルタ４の上流側の排気通路２に当該酸化触媒装置を配置しても構わない。また、上記実施例では、フィルタ４の基材の上流側から下流側までの範囲にわたって酸化触媒が担持されているが、上流部４ａ部のみ酸化触媒が担持されていてもよい。

本発明に係る内燃機関１の排気浄化装置の第２の実施例について、図９及び図１０に基づいて説明する。図９は、本実施例に係るフィルタ上流再生制御のフローチャートであり、当該フィルタ上流再生制御に含まれる処理のうち、図４に示したフィルタ上流再生制御に含まれる処理と同一のものについては同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施例では、図４に示したフィルタ上流再生制御に含まれるＳ２０３、Ｓ２０４の処理に代えて、Ｓ３０１の処理が含まれている。したがって、Ｓ２０２で肯定判定されると、Ｓ３０１の処理が行われることになる。

ここで、Ｓ３０１では、Ｓ２０２で終了直後と判定された対象の通常フィルタ再生処理が実行開始される直前の上流部ＰＭ堆積量Ｙ３を、当該通常フィルタ再生処理の終了直後の残存ＰＭ堆積量Ｙ１として取得される。すなわち、本実施例では、当該通常フィルタ再生処理によって上流部４ａの堆積ＰＭは酸化除去されずに残存しているとの想定に従って、残存ＰＭ堆積量Ｙ１が取得される。Ｓ３０１の処理が終了すると、Ｓ２０５へ進む。

ここで、図３に示す通常フィルタ再生制御とともに図９に示すフィルタ上流再生制御が行われた場合のＰＭ堆積量の時間推移を、図１０の上段（ａ）に示すとともに、参考として、実施例１に係るＰＭ堆積量の時間推移（図８の上段（ａ）に示す時間推移）を、図１０の下段（ｂ）に示す。なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示す時間推移の記載態様は、図８における記載態様と同じである。

本実施例では、上記のＳ３０１の処理により、タイミングＴ１、Ｔ２で実行された通常フィルタ再生処理の実行期間において、上流部ＰＭ堆積量Ｙ３は同じ値（通常フィルタ再生処理の実行開始直前の上流部ＰＭ堆積量Ｙ３の値）に維持される。その結果、上流部ＰＭ堆積量Ｙ３は、実施例１に示す形態での上流部ＰＭ堆積量Ｙ３（図１０（ｂ）で線Ｌ２で示される上流部ＰＭ堆積量Ｙ３）よりも早い時期Ｔ０’に基準ＰＭ堆積量Ｒ３を超えることになる。図１０においては、この早まった基準ＰＭ堆積量Ｒ３への到達時間がΔＴで記載されている。そして、タイミングＴ０’で実行開始されたフィルタ上流再生処理は、実行期間ｔ０’経過したところで終了され、この終了時点において、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１は、実施例１と同じように、基準ＰＭ堆積量Ｒ２より大きい状態である。

このように本実施例では、上流部ＰＭ堆積量Ｙ３の算出手法が簡便化されるとともに、フィルタ上流ＰＭ再生処理の実行頻度を高めることができる。この実行頻度の向上は、あくまでも上流部ＰＭ堆積量Ｙ３を所定の想定の下で推定した結果から得られるものであり、いたずらにフィルタ上流再生処理の実行頻度を高めるものではない。したがって、本実施例によれば、ヒータ３による加熱制御での消費エネルギーをいたずらに大きくすることなく、フィルタ４において図２（ｂ）に示すＰＭ堆積状態を比較的高い頻度で形成することができ、以て、内燃機関１の排気浄化装置として、効率的な堆積ＰＭの酸化除去が実現できる。

本発明に係る内燃機関１の排気浄化装置の第３の実施例について、図１１に基づいて説明する。図１１は、本実施例に係る通常フィルタ再生制御のフローチャートであり、当該フィルタ再生制御に含まれる処理のうち、図３に示した通常フィルタ再生制御に含まれる処理と同一のものについては同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施例では、図３に示した通常フィルタ再生制御に含まれるＳ１０２の処理とＳ１０３の処理の間に、Ｓ４０１−Ｓ４０４の処理が挿入されている。したがって、Ｓ１０２で肯定判定されると、Ｓ４０１の処理が行われることになる。

ここで、Ｓ４０１では、並行して行われているフィルタ上流再生制御において推定されている上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が、基準ＰＭ堆積量Ｒ３を超えているか否かが判定される。すなわち、Ｓ４０１では、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準ＰＭ堆積量Ｒ１を超えた状態において、更に上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が基準ＰＭ堆積量Ｒ３を超えているか否かを判定するものであり、換言すれば、通常フィルタ再生処理とフィルタ上流再生処理のそれぞれの実行が開始可能な状態にあるか否かを判定するものである。Ｓ４０１で肯定判定されると、すなわち両再生処理が実行可能な状態にあると判定されるとＳ４０２へ進み、否定判定されると、すなわちフィルタ上流判定処理は実行可能な状態にはないと判定されるとＳ１０３へ進む。

そして、Ｓ４０２では、通常フィルタ再生処理の実行開始が待機される。上記の通り、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準ＰＭ堆積量Ｒ１を超えた状態にあるため、Ｓ１０３における開始条件が満たされれば通常フィルタ再生処理としては実行される状態にある。このように通常フィルタ再生処理の実行開始が待機された状態となると、一方でフィルタ上流再生制御においては、上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が基準ＰＭ堆積量Ｒ３を超えていることにより、Ｓ２１０の実行開始条件が満たされればフィルタ上流再生処理の方が優先的に実行開始されることになる。そして、この待機状態においては、Ｓ４０３においてフィルタＰＭ堆積量Ｘ１の更新が行われる。当該更新は、Ｓ１０１に示したフィルタＰＭ堆積量Ｘ１の推定処理と実質的に同じ処理であり、待機中に内燃機関１から排出されるＰＭ量を踏まえてフィルタＰＭ堆積量Ｘ１の値が更新され、また、優先して行われているフィルタ上流再生処理による堆積ＰＭの減少量を踏まえてフィルタＰＭ堆積量Ｘ１の値が更新される。Ｓ４０３の処理が終了すると、Ｓ４０４へ進む。

Ｓ４０４では、優先して行われているフィルタ上流再生処理が終了したか否かが判定される。ここで、肯定判定されるとＳ１０２へ戻り、否定判定されるとＳ４０２以降の処理が繰り返される。なお、Ｓ１０２へ戻った場合、そこでの判定の対象となるフィルタＰＭ堆積量Ｘ１は、Ｓ４０３で更新されたフィルタＰＭ堆積量Ｘ１である。

本制御によれば、フィルタＰＭ堆積量Ｘ１が基準ＰＭ堆積量Ｒ１を超えた状態であって、且つ、上流部ＰＭ堆積量Ｙ３が基準ＰＭ堆積量Ｒ３を超えた状態にある場合は、フィルタ上流再生処理が通常フィルタ再生処理より優先して実行されることになる。このように両再生制御が実行可能な状態になることは、両再生制御の開始条件の成立状況等により十分にあり得る。そのような場合に、フィルタ上流再生処理が優先的に実行されることで、後で通常フィルタ再生処理が行われる際に、フィルタ４において図２（ｂ）に示すＰＭ堆積状態が形成されているため、内燃機関１の排気浄化装置として効率的なＰＭ酸化除去を実現することができる。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ ヒータ
４ フィルタ
４ａ 上流部
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

Claims (5)

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、少なくとも該フィルタの上流部に酸化触媒が担持されたフィルタと、
   前記酸化触媒の酸化反応熱によらず前記フィルタの前記上流部を加熱可能となるように設けられた加熱装置と、
   を有する内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記フィルタ全体に堆積した粒子状物質の堆積量であるフィルタＰＭ堆積量を推定する第１推定部と、
   前記上流部に堆積した粒子状物質である上流部堆積ＰＭの堆積量である上流部ＰＭ堆積量を推定する第２推定部と、
   前記第１推定部によって推定された前記フィルタＰＭ堆積量が第１堆積量を超えると、前記フィルタに担持された酸化触媒による未燃燃料の酸化反応熱により該フィルタＰＭ堆積量が該第１堆積量より小さい第２堆積量に減少するまで粒子状物質を酸化除去する通常フィルタ再生処理を行う通常フィルタ再生部と、
   前記第２推定部によって推定された前記上流部ＰＭ堆積量が第３堆積量を超えると、前記加熱装置を制御することにより該上流部堆積ＰＭを酸化除去するフィルタ上流再生処理を行うフィルタ上流再生部と、
   を備え、
   前記フィルタ上流再生部により前記フィルタ上流再生処理が行われると、該フィルタ上流再生処理による前記上流部堆積ＰＭの減少量が、前記第１推定部により推定される前記フィルタＰＭ堆積量に反映されるとともに、前記フィルタ上流再生部は、該反映されたフィルタＰＭ堆積量が前記第２堆積量より大きい状態であっても、該上流部ＰＭ堆積量が、前記第３堆積量より小さい第４堆積量に到達すると該フィルタ上流再生処理を終了させる、
   内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記フィルタＰＭ堆積量が前記第１堆積量を超えた状態であって、且つ、前記上流部ＰＭ堆積量が前記第３堆積量を超えた状態である場合には、前記フィルタ上流再生処理が前記通常フィルタ再生処理より優先して実行される、
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記第２推定部は、
   前記通常フィルタ再生部による前記通常フィルタ再生処理の終了時における、前記フィルタの上流側と下流側の排気圧力差である第１排気圧力差に基づいて、該終了時での前記フィルタでのＰＭ堆積量である残存ＰＭ堆積量を算出する第１算出部と、
   前記第１排気圧力差と、前記通常フィルタ再生処理の終了時からの、前記フィルタの上流側と下流側の排気圧力差の増加量との比率に基づいて、該終了時からの前記上流部でのＰＭ堆積量の増加量を算出し、該算出されたＰＭ堆積量の増加量に前記残存ＰＭ堆積量を加えて、前記上流部ＰＭ堆積量として算出する第２算出部と、
   を有する、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記第２推定部は、
   前記通常フィルタ再生部により前記通常フィルタ再生処理が行われた場合、該通常フィルタ再生処理の開始直前の前記上流部ＰＭ堆積量を、該通常フィルタ再生処理の終了時での該フィルタでのＰＭ堆積量である残存ＰＭ堆積量として算出する第１算出部と、
   前記通常フィルタ再生部による前記通常フィルタ再生処理の終了時における、前記フィルタの上流側と下流側の排気圧力差である第１排気圧力差と、前記通常フィルタ再生処理の終了時からの、前記フィルタの上流側と下流側の排気圧力差の増加量との比率に基づいて、該終了時からの前記上流部でのＰＭ堆積量の増加量を算出し、該算出されたＰＭ堆積量の増加量に前記残存ＰＭ堆積量を加えて、前記上流部ＰＭ堆積量として算出する第２算出部と、
   を有する、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記第４堆積量は、零である、
   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装置。

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