JP6870638B2 - 内燃機関の排気浄化装置および内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置および内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」と称する場合もある。）を捕集する機能を有するパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」と称する場合もある。）を設置する場合がある。また、このようなフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、フィルタ前後の排気の圧力差、または、フィルタの上流側の排気の圧力と大気圧との差に基づいて、該フィルタにおけるＰＭ堆積量を推定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このようなフィルタに、酸化能および酸素吸蔵能を有する触媒を担持させる場合もある（例えば、特許文献１参照）。酸化能を有する触媒がフィルタに担持されている場合、該フィルタに堆積したＰＭを該触媒によって酸化させることで、該ＰＭを除去することができる。

特開２０１０−１３９７４号公報

内燃機関の排気通路に設けられたフィルタにおいては、捕集されたＰＭが堆積することで徐々にＰＭ堆積量が増加する。一方で、フィルタが酸化能を有する触媒を担持している場合、該フィルタに流入する排気の空燃比がリーン空燃比（理論空燃比よりも大きい空燃比）であり、且つ、該フィルタの温度がＰＭの酸化が可能な温度（以下、「ＰＭ酸化温度」と称する場合もある。）となるような状況が生じると、該フィルタに堆積したＰＭが酸化される。また、フィルタにある程度の量のＰＭが堆積しており、且つ、該フィルタの温度がＰＭ酸化温度であるときに、内燃機関での燃料噴射が停止される、所謂フューエルカット制御等の制御が実行されることで、該フィルタに大量の酸素が供給された場合、ＰＭの酸化が急激に進行することで、該フィルタが過昇温してしまう虞がある。

ここで、フィルタにおいては、その隔壁の内部（すなわち、隔壁に形成された細孔内）、および、その隔壁の表面にＰＭが堆積する。以下、フィルタの隔壁内に堆積したＰＭを「壁内ＰＭ」と称し、フィルタの隔壁の表面上に堆積したＰＭを「表層ＰＭ」と称する。そして、フィルタの過昇温は、表層ＰＭの酸化よりも壁内ＰＭの酸化に起因して発生し易い傾向にあることを本発明の発明者は新たに見出した。つまり、フィルタにおける総ＰＭ堆積量が同一であったとしても、壁内ＰＭの堆積量の割合が高いときは、その割合が低いときよりも、ＰＭの酸化に起因したフィルタの過昇温が発生し易くなる。これは、フィルタに担持された触媒との接触面積が、壁内ＰＭの方が表層ＰＭよりも大きいために、壁内ＰＭの方が表層ＰＭよりも酸化が促進され易いことに起因すると推測される。このような新たな知見を考慮すると、フィルタの過昇温の発生を好適に抑制しようとした場合、フィルタにおける壁内ＰＭの堆積量を高精度で推定することが望まれる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、フィルタにおける壁内ＰＭの堆積量を高精度で推定することを目的とする。

本発明では、フィルタにおける壁内ＰＭ堆積量と、該フィルタに担持された触媒の酸素
吸蔵能力との相関関係を利用して、壁内ＰＭ堆積量を推定するものである。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能および酸素吸蔵能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、前記触媒の酸素吸蔵能力を推定する酸素吸蔵能力推定手段と、前記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量であるフィルタＰＭ堆積量が略零の状態から、前記フィルタＰＭ堆積量の増加に伴って大きくなる前記触媒の酸素吸蔵能力が最大値に達するまでの間における、前記フィルタＰＭ堆積量の変化に応じた、前記酸素吸蔵能力推定手段によって推定される前記触媒の酸素吸蔵能力の推移を、前記パティキュレートフィルタの隔壁内における粒子状物質の堆積量である壁内ＰＭ堆積量の基準値と前記触媒の酸素吸蔵能力との相関関係として取得する取得手段と、前記取得手段によって前記相関関係が取得された後において、前記酸素吸蔵能力推定手段によって推定された現在の前記触媒の酸素吸蔵能力と、前記相関関係とに基づいて、現在の前記壁内ＰＭ堆積量を推定する壁内ＰＭ堆積量推定手段と、を備える。

ここで、フィルタにＰＭが堆積する場合、先ず、主に隔壁内にＰＭが堆積し、その後、隔壁の表面上にＰＭが堆積する傾向がある。これに対し、酸化能を有する触媒を担持したフィルタにおいては、壁内ＰＭと表層ＰＭとが堆積している状態でＰＭが酸化する場合、先ず、主に壁内ＰＭが酸化し、その後、表層ＰＭが酸化する傾向があることを、本発明の発明者は新たに見出した。これは、上述したように、フィルタに担持された触媒との接触面積が、壁内ＰＭの方が表層ＰＭよりも大きいために、壁内ＰＭの方が表層ＰＭよりも酸化が促進され易いことに起因すると推測される。さらに、フィルタに堆積したＰＭがある程度酸化された後、該フィルタ７において壁内ＰＭが残っており且つ表層ＰＭはほとんど酸化されずに堆積している状態で、ＰＭが再度堆積し始めた場合は、表層ＰＭが堆積していく傾向にあることも、本発明の発明者は新たに見出した。これは、フィルタにおいて表層ＰＭが堆積している状態では、隔壁内にまでＰＭが入り込み難いためであると推測される。

また、フィルタにおけるＰＭ捕集量とＰＭ酸化量とを積算することでフィルタＰＭ堆積量を推定する手法が知られている。しかしながら、上記のような、壁内ＰＭおよび表層ＰＭの堆積の仕方および酸化の仕方を考慮すると、フィルタＰＭ堆積量と壁内ＰＭ堆積量との相関関係は常に一義的な関係にあるわけではない。そのため、常時、フィルタＰＭ堆積量に基づいて壁内ＰＭ堆積量を高精度で推定することは困難である。

そこで、本発明の発明者は、フィルタに担持された触媒の酸素吸蔵能力と、壁内ＰＭ堆積量および表層ＰＭ堆積量との相関関係に着目した。詳細には、壁内ＰＭ堆積量が多いほど触媒の酸素吸蔵能力が大きくなり、その一方で、表層ＰＭ堆積量が変化しても触媒の酸素吸蔵能力は変化しないという傾向にあることを本発明の発明者は新たに見出した。これは、壁内ＰＭ堆積量が増加していくと、それとともに、フィルタの隔壁内における排気の経路が変化し、該排気の経路が分散されることになり、その結果、隔壁内において排気と接触する触媒の面積が大きくなることで、該触媒に吸蔵される酸素量が増加するためであると推測される。また、表層ＰＭ堆積量が変化しても、フィルタの隔壁内における排気の経路は変化しないため、隔壁内において排気と接触する触媒の面積も変化せず、該触媒に吸蔵される酸素量は変化しないためであると推測される。

上記のような知見に基づき、本発明では、取得手段が、フィルタＰＭ堆積量が略零の状態から、フィルタＰＭ堆積量の増加に伴って大きくなる触媒の酸素吸蔵能力が最大値に達するまでの間における、フィルタＰＭ堆積量の変化に応じた、酸素吸蔵能力推定手段によって推定される前記触媒の酸素吸蔵能力の推移を、壁内ＰＭ堆積量の基準値と触媒の酸素吸蔵能力との相関関係として取得する。ここで、上述したように、フィルタＰＭ堆積量が
零の状態からフィルタにＰＭが堆積する場合は、先ず壁内ＰＭから堆積する。また、壁内ＰＭ堆積量が増加すると、それに伴って、触媒の酸素吸蔵能力が大きくなる。そして、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達すると触媒の酸素吸蔵能力が最大値に達することになる。従って、フィルタＰＭ堆積量が略零の状態から、触媒の酸素吸蔵能力が最大値に達するまでの間におけるフィルタＰＭ堆積量の推移は、壁内ＰＭ堆積量の推移に相当する。また、この間のフィルタＰＭ堆積量は、従来の手法、例えば、フィルタにおけるＰＭ捕集量とＰＭ酸化量とを積算する手法等によって推定することができる。そこで、本発明では、この間のフィルタＰＭ堆積量の推移を壁内ＰＭ堆積量の基準値の推移として捉えて、該壁内ＰＭ堆積量の基準値と触媒の酸素吸蔵能力との相関関係を取得手段が取得する。

そして、取得手段によって壁内ＰＭ堆積量の基準値と触媒の酸素吸蔵能力との相関関係が取得された後において、壁内ＰＭ堆積量推定手段が、酸素吸蔵能力推定手段によって推定された現在の触媒の酸素吸蔵能力と、該相関関係に基づいて、現在の壁内ＰＭ堆積量を推定する。触媒の酸素吸蔵能力が一旦最大値に達した後、すなわち、壁内ＰＭ堆積量が一旦上限値に達した後においては、壁内ＰＭ堆積量が酸化により減少すれば、その減少量に応じて触媒の酸素吸蔵能力も小さくなる。一方で、表層ＰＭ堆積量が変化しても、触媒の酸素吸蔵能力は変化しない。そのため、取得手段によって取得された壁内ＰＭ堆積量と触媒の酸素吸蔵能力との相関関係から、現在の触媒の酸素吸蔵能力に対応する現在の壁内ＰＭ堆積量を推定することができる。

上記のように、本発明によれば、表層ＰＭ堆積量の影響を受けない触媒の酸素吸蔵能力に基づいて壁内ＰＭ堆積量を推定することで、壁内ＰＭ堆積量を高精度で推定することができる。

ここで、フィルタに流入する排気の空燃比を変化させた場合、該フィルタよりも下流側の排気の空燃比はそれに応じて変化するが、このときの下流側の排気の空燃比の変化の仕方は、該フィルタに担持された触媒の最大酸素吸蔵量（すなわち、触媒に吸蔵可能な酸素の最大量）の影響を受ける。そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、フィルタよりも下流側の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、フィルタに流入する排気の空燃比を変化させる空燃比制御手段と、をさらに備えてもよい。そして、酸素吸蔵能力推定手段は、触媒の酸素吸蔵能力として、空燃比制御手段により排気の空燃比を変化させたときの空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化に基づいて触媒の最大酸素吸蔵量を算出してもよい。

また、フィルタよりも上流側の排気の圧力と所定の基準圧力（例えば、フィルタよりも下流側の排気の圧力、または、大気圧）との差であるフィルタ差圧に基づいて、フィルタＰＭ堆積量を推定する手法が知られている。しかしながら、壁内ＰＭ堆積量が変化した場合と表層ＰＭ堆積量が変化した場合とでは、その変化量が同一であっても、フィルタ差圧の変化量は異なる。そのため、フィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係は常に一義的な関係にあるわけではないため、フィルタ差圧のみに基づいてフィルタＰＭ堆積量を高精度で推定することは困難である。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、フィルタ差圧を検出する差圧検出手段と、触媒の酸素吸蔵能力が一旦最大値に達した時点以降において、壁内ＰＭ堆積量推定手段によって推定された現在の壁内ＰＭ堆積量、および、該差圧検出手段によって検出された現在のフィルタ差圧に基づいて、現在のフィルタＰＭ堆積量を推定するフィルタＰＭ堆積量推定手段と、をさらに備えてもよい。このとき、フィルタＰＭ堆積量推定手段は、現在の壁内ＰＭ堆積量および現在のフィルタ差圧と、下記式１によって表されるフィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係に基づいて、現在のフィルタＰＭ堆積量を推定してもよい。
ｄＰｆ＝ｃ１×Ｑｆｐｍ＋（ｄＰ０＋ｄＰｉｎ）・・・式１
ただし、
ｄＰｆ：フィルタ差圧
ｃ１：表層ＰＭのみが堆積したと仮定したときのフィルタ差圧の増加率
Ｑｆｐｍ：フィルタＰＭ堆積量
ｄＰ０：フィルタＰＭ堆積量が零の状態のときのフィルタ差圧
ｄＰｉｎ：壁内ＰＭ堆積量推定手段によって推定された壁内ＰＭ堆積量に対応するフィルタ差圧増加分

ここで、壁内ＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係は実験等に基づいて求めることができる。そのため、壁内ＰＭ堆積量推定手段によって壁内ＰＭ堆積量が推定されれば、該壁内ＰＭ堆積量に対応するフィルタ差圧増加分ｄＰｉｎ（すなわち、フィルタＰＭ堆積量が零の状態のときのフィルタ差圧ｄＰ０に対する増加分）を取得することができる。

また、表層ＰＭ堆積量とフィルタ差圧とは比例関係にあり、表層ＰＭのみが堆積したと仮定したときのフィルタ差圧の増加率ｃ１（すなわち、表層ＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の単位増加量）は実験等に基づいて求めることができる。そして、上述したように、触媒の最大酸素吸蔵量が一旦最大値に達した時点（すなわち、壁内ＰＭが一旦上限値に達した時点）以降においては、壁内ＰＭの酸化の有無にかかわらず、フィルタＰＭ堆積量の増加は表層ＰＭが堆積していくことに起因したものとなる傾向にある。したがって、触媒の最大酸素吸蔵量が一旦最大値に達した時点以降においては、表層ＰＭ堆積量のみが増加したと仮定したときのフィルタ差圧の増加率ｃ１が、フィルタＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の単位増加量に相当する。

以上のような点を考慮すると、触媒の最大酸素吸蔵量が一旦最大値に達した時点以降におけるフィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係は上記式１で表すことができる。そのため、上記式１で示されるフィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係に基づいてフィルタＰＭ堆積量を推定することで、フィルタＰＭ堆積量を高精度で推定することができる。

また、本発明に係る内燃機関においては、フューエルカット制御の実行が可能なフィルタの温度の上限値を、壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量に基づいて設定してもよい。

より詳しくは、本発明に係る排気浄化装置を有する内燃機関の制御装置は、内燃機関において、減速運転時に燃料噴射を停止するフューエルカット制御を実行するフューエルカット実行手段と、前記壁内ＰＭ堆積量推定手段によって推定された前記壁内ＰＭ堆積量と、前記フィルタＰＭ堆積量推定手段によって推定された前記フィルタＰＭ堆積量とに基づいて、前記フューエルカット実行手段による前記フューエルカット制御の実行が可能な前記パティレートフィルタの温度の上限値を設定する設定手段と、を備えてもよい。

上述したように、フィルタの過昇温は、表層ＰＭの酸化よりも壁内ＰＭの酸化に起因して発生し易い傾向にある。そのため、フィルタＰＭ堆積量のみならず、壁内ＰＭ堆積量にも基づいて、フューエルカット制御の実行が可能なフィルタの温度の上限値を設定することで、フューエルカット制御の実行に伴うフィルタの過昇温をより好適に抑制することができる。

本発明によれば、フィルタにおける壁内ＰＭの堆積量を高精度で推定することができる。

実施例に係る内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。 目標空燃比と、三元触媒よりも下流側の排気の空燃比との推移を示した図である。 第一ＰＭ堆積量算出部の機能を示すブロック図である。 フィルタＰＭ堆積量の変化に応じたフィルタ差圧の推移について説明するための図である。 フィルタＰＭ堆積量の変化に応じた最大酸素吸蔵量の推移について説明するための図である。 フィルタにＰＭが堆積していないときの排気の経路を示す図である。 フィルタの隔壁内にＰＭが堆積しているときの排気の経路を示す図である。 フィルタの隔壁内および隔壁の表面にＰＭが堆積しているときの排気の経路を示す図である。 第二ＰＭ堆積量算出部の機能を示すブロック図である。 第二ＰＭ堆積量算出部におけるフィルタＰＭ堆積量の算出方法について説明するための図である。 壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量を推定する際のフローを示すフローチャートである。 上限温度設定部の機能を示すブロック図である。 壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量と上限温度との相関関係を示す図である。

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。

＜実施例＞
（概略構成）
図１は、本実施例に係る内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のガソリンエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関はガソリンエンジンに限られるものではなく、ディーゼルエンジンであってもよい。内燃機関１には、気筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は、吸気ポート内に燃料を噴射するものでもよく、また、気筒内に燃料を直接噴射するものであってもよい。また、内燃機関１には吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２には、エアフローメータ４およびスロットル弁５が設けられている。エアフローメータ４は、吸気の流量（すなわち、内燃機関１の吸入空気量）を検出する。スロットル弁は、吸気の流路の断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。

排気通路３には、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称する。）７が設けられている。フィルタ７は、排気中のＰＭを捕集するウォールフロー型のフィルタである。フィルタ７は、複数の隔壁を有しており、該隔壁に形成された細孔を排気が通過することで、排気中のＰＭが捕集される。そして、フィルタ７においては、その隔壁の内部（すなわち、隔壁に形成された細孔内）、および、その隔壁の表面に、捕集されたＰＭが徐々に堆積する。

また、フィルタ７には三元触媒８が担持されている。三元触媒８は、酸化能および酸素吸蔵能を有している。そして、三元触媒８は、酸素吸蔵能により、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも大きな空燃比であるリーン空燃比のときに酸素を吸蔵し、流入する排
気の空燃比が理論空燃比よりも小さな空燃比であるリッチ空燃比のときに酸素を放出する。なお、本実施例においては三元触媒８が、本発明に係る「触媒」に相当する。ただし、本発明に係る触媒は、三元触媒に限られるものではなく、酸化能および酸素吸蔵能を有する他の触媒を採用してもよい。

三元触媒８よりも上流側の排気通路３には、排気の空燃比を検出する第一空燃比センサ１４が設けられている。また、三元触媒８よりも下流側の排気通路３には、排気の空燃比を検出する第二空燃比センサ１５及び排気の温度を検出する温度センサ１６が設けられている。なお、第一空燃比センサ１４及び第二空燃比センサ１５は、例えば、限界電流式の酸素濃度センサであってもよく、また、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサ（Ｏ_２センサ）であってもよい。なお、本実施例においては、第二空燃比センサ１５が、本発明に係る「空燃比検出手段」に相当する。また、排気通路３には、フィルタ７よりも上流側の排気の圧力とフィルタ７よりも下流側の排気の圧力との差であるフィルタ差圧を検出する差圧センサ１３が設けられている。なお、本実施例においては、差圧センサ１３が、本発明に係る「差圧検出手段」に相当する。したがって、本実施例においては、フィルタ７よりも下流側の排気の圧力が、本発明に係る「所定の基準圧力」に相当する。ただし、差圧センサ１３に代えて、フィルタ７よりも上流側の排気の圧力と大気圧との差をフィルタ差圧として検出するセンサを採用してもよい。

そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、第一空燃比センサ１４、第二空燃比センサ１５、温度センサ１６、および差圧センサ１３が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、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が電気的に接続されている。そして、各センサの検出値がＥＣＵ１０に入力される。

ＥＣＵ１０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する。また、ＥＣＵ１０は、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。なお、本実施例では、フィルタ７に流入する排気の空燃比は、第一空燃比センサ１４によって検出することが可能であるが、該排気の空燃比を、エアフローメータ４により検出される吸入空気量及び燃料噴射弁６からの燃料噴射量に基づいて推定することも可能である。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１６によって検出される排気の温度に基づいて、フィルタ７及び三元触媒８の温度を導出する。なお、フィルタ７と三元触媒８とは一体であるため、フィルタ７の温度と三元触媒８の温度は等しい。また、温度センサ１６を用いずに、内燃機関１の運転状態に基づいて、フィルタ７及び三元触媒８の温度を推定することも可能である。また、ＥＣＵ１０には、スロットル弁５および燃料噴射弁６が電気的に接続されている。そして、これらの装置がＥＣＵ１０によって制御される。例えば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の減速運転時に燃料噴射弁６からの燃料噴射を停止するフューエルカット制御を実行する。ＥＣＵ１０は、該ＥＣＵ１０に予め記憶されているプログラムを実行することにより、フューエルカット制御を実現する。なお、本実施例においては、フューエルカット制御を実行するＥＣＵ１０が、本発明に係る「フューエルカット実行手段」として機能する。

（触媒の酸素吸蔵能力の推定）
本実施例では、ＥＣＵ１０が、三元触媒８の酸素吸蔵能力として、所謂Ｃｍａｘ法を用いて該三元触媒８の最大酸素吸蔵量（すなわち、三元触媒８に吸蔵可能な酸素量の上限値）を算出する。三元触媒８の最大酸素吸蔵量は、三元触媒８に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化してから、三元触媒８より流出する排気の空燃比がリーン空燃比へ変化するまでの時間及び空燃比と相関がある。同様に、三元触媒８の最大酸素吸蔵量は、三元触媒８に流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化
してから、三元触媒８より流出する排気の空燃比がリッチ空燃比へ変化するまでの時間及び空燃比と相関がある。したがって、これらの時間及び空燃比に基づいて、三元触媒８の最大酸素吸蔵量を算出することができる。

ここで、三元触媒８の最大酸素吸蔵量の具体的な算出方法について図２に基づいて説明する。図２は、目標空燃比（実線）と、三元触媒８よりも下流側（すなわち、フィルタ７より下流側）の排気の空燃比（一点鎖線）との推移を示した図である。目標空燃比は、内燃機関１の気筒内における混合気の空燃比（すなわち、三元触媒８に流入する排気の空燃比）の目標値である。Ｃｍａｘ法により最大酸素吸蔵量を算出するときには、目標空燃比を、理論空燃比を挟んで変動させる制御であるアクティブ制御が実行される。なお、本実施例では、ＥＣＵ１０がアクティブ制御を実施することにより、本発明に係る空燃比制御手段として機能する。ＥＣＵ１０は、該ＥＣＵ１０に予め記憶されているプログラムを実行することにより、アクティブ制御を実現する。

図２は、アクティブ制御を実行したときの、目標空燃比と、三元触媒８よりも下流側の排気の空燃比との推移を示している。アクティブ制御では、三元触媒８よりも下流側の排気の空燃比、すなわち、第二空燃比センサ１５により検出される空燃比が、リッチ空燃比からリーン空燃比へ変化したときに、目標空燃比をリッチ空燃比へ切り換え、第二空燃比センサ１５により検出される空燃比が、リーン空燃比からリッチ空燃比へ変化したときに、目標空燃比をリーン空燃比へ切り換える。ＥＣＵ１０は、実際の空燃比が目標空燃比に近付くように、燃料噴射弁６からの燃料噴射量等を調整する。

なお、第二空燃比センサ１５が、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサ（Ｏ_２センサ）であれば、検出される空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化した直後に、目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換える。一方、第二空燃比センサ１５が、限界電流式の酸素濃度センサの場合には、所定のリーン空燃比となったときに目標空燃比を切り換えてもよい。すなわち、検出される空燃比がリーン空燃比となっても目標空燃比をすぐにリッチ空燃比へ切り換えるのではなく、検出される空燃比がリーン空燃比の状態がある程度維持された後に目標空燃比を切り換えてもよい。これは、三元触媒８から酸素が放出されている場合であっても、三元触媒８から流出する排気の空燃比は厳密には理論空燃比からずれている場合もあるため、このような場合には空燃比を切り換えないようにするためである。

そして、図２において、目標空燃比を示す線と、三元触媒８よりも下流の空燃比を示す線とで囲まれる範囲（ハッチングを施した範囲）の面積が、三元触媒８の最大酸素吸蔵量に比例する。したがって、この面積と最大酸素吸蔵量との関係を予め実験等により求めておけば、この面積に基づいて最大酸素吸蔵量を求めることができる。なお、このような方法で三元触媒８の最大酸素吸蔵量を算出する際には、目標空燃比がリーン空燃比のときの面積Ａに基づいて最大酸素吸蔵量を求めてもよいし、目標空燃比がリッチ空燃比のときの面積Ｂに基づいて最大酸素吸蔵量を求めてもよいし、目標空燃比がリーン空燃比のときの面積Ａと目標空燃比がリッチ空燃比のときの面積Ｂとの平均値に基づいて最大酸素吸蔵量を求めてもよい。なお、以下においては、上記のように、アクティブ制御を実行するとともに、三元触媒８の最大酸素吸蔵量を算出する処理を、「酸素吸蔵能力算出処理」と称する場合もある。

なお、本実例では、ＥＣＵ１０が上記のような手法によって三元触媒８の最大酸素吸蔵量を求めることにより、本発明に係る「酸素吸蔵能力推定手段」として機能する。ＥＣＵ１０は、該ＥＣＵ１０に予め記憶されているプログラムを実行することにより、三元触媒８の最大酸素吸蔵量を推定する。なお、本実施例では、上記のとおり、ＥＣＵ１０がＣｍａｘ法を用いて最大酸素吸蔵量を算出することで三元触媒８の酸素吸蔵能力を求めている
が、これを求める手法としては、周知の他の手法を採用してもよい。

（第一ＰＭ堆積量算出部）
また、本実施例において、ＥＣＵ１０は、機能部として、フィルタ７におけるＰＭ捕集量とＰＭ酸化量とを積算することでフィルタＰＭ堆積量を所定の演算周期で繰り返し算出する第一ＰＭ堆積量算出部を有している。図３は、ＥＣＵ１０における第一ＰＭ堆積量算出部の機能を示すブロック図である。図３に示す第一ＰＭ堆積量算出部１１０は、ＥＣＵ１０において所定のプログラムが実行されることによって実現される。なお、本実施例に係る第一ＰＭ堆積量算出部１１０においては、フィルタ７のＰＭ捕集機能が正常な状態であると仮定して、フィルタＰＭ堆積量が算出される。

フィルタ７においては、捕集されたＰＭが堆積することで徐々にＰＭ堆積量が増加する。一方で、フィルタ７に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ、該フィルタ７の温度がＰＭ酸化温度となるような状況が生じると、該フィルタ７に堆積したＰＭが酸化され、それによって、ＰＭ堆積量が減少する。そこで、第一ＰＭ堆積量算出部１１０においては、フィルタ７によって捕集されるＰＭ量であるＰＭ捕集量と、フィルタ７において酸化されるＰＭの量であるＰＭ酸化量とを積算することで、現在のフィルタＰＭ堆積量が算出される。詳細には、第一ＰＭ堆積量算出部１１０は、ＰＭ捕集量算出部１１１とＰＭ酸化量算出部１１２とを有する。ＰＭ捕集量算出部１１１は、フィルタＰＭ堆積量の演算周期に応じた第一所定期間中にフィルタ７によって捕集されるＰＭ量をＰＭ捕集量として算出する。ＰＭ酸化量算出部１１２は、第一所定期間中にフィルタ７において酸化されるＰＭの量をＰＭ酸化量として算出する。

ＰＭ捕集量算出部１１１には、第一所定期間中に内燃機関１から排出されるＰＭ量（ＰＭ排出量）が入力される。ＰＭ排出量は内燃機関１の運転状態に基づいて推定することができる。ＰＭ捕集量算出部１１１では、入力されたＰＭ排出量に対して所定のＰＭ捕集率（すなわち、フィルタ７に流入するＰＭ量に対するフィルタ７に捕集されるＰＭ量の割合）が乗算されることで、ＰＭ捕集量が算出される。なお、所定のＰＭ捕集率は、排気流量に基づいて設定される値であってもよい。

一方、ＰＭ酸化量算出部１１２には、フィルタ７の温度（フィルタ温度）、フィルタ７に流入する排気の空燃比（流入Ａ／Ｆ）が入力される。さらに、ＰＭ酸化量算出部１１２には、前回の演算で算出されたフィルタＰＭ堆積量（堆積量前回値）が入力される。そして、ＰＭ酸化量算出部１１２においては、入力された、フィルタ温度、流入Ａ／Ｆ、および、堆積量前回値に基づいて、ＰＭ酸化量が算出される。

そして、第一ＰＭ堆積量算出部１１０においては、堆積量前回値に対し、増加分であるＰＭ捕集量を加算するとともに、減少分であるＰＭ酸化量を減算することで、今回のフィルタＰＭ堆積量（現在のフィルタＰＭ堆積量）が算出される。なお、算出された今回のフィルタＰＭ堆積量が、次回の演算の際に堆積量前回値として用いられる。

（壁内ＰＭ堆積量の推定）
上述したように、本実施例では、内燃機関１の減速運転時にフューエルカット制御が実行される。ただし、フューエルカット制御が実行されると、フィルタ７に大量の酸素が供給されることになる。そのため、フィルタ７の温度がＰＭ酸化温度であって、且つ、該フィルタ７におけるＰＭ堆積量が比較的多い状態のときに、フューエルカット制御が実行されると、ＰＭの酸化が急激に進行することで、該フィルタ７が過昇温してしまう虞がある。また、このようなフィルタ７の過昇温は、隔壁の表面上に堆積しているＰＭである表層ＰＭの酸化よりも、隔壁の内部に堆積しているＰＭである壁内ＰＭの酸化に起因して発生し易い傾向にある。これは、フィルタ７に担持された三元触媒８との接触面積が、壁内Ｐ
Ｍの方が表層ＰＭよりも大きいために、壁内ＰＭの方が表層ＰＭよりも酸化が促進され易いことに起因すると推測される。

そこで、本実施例では、フューエルカット制御の実行に伴うフィルタ７の過昇温の発生を抑制すべく、フィルタ７における壁内ＰＭの堆積量がＥＣＵ１０によって推定される。以下、本実施例に係る壁内ＰＭの堆積量の推定手法について説明する。本実施例においては、差圧センサ１３によってフィルタ差圧が検出される。図４は、フィルタＰＭ堆積量の変化に応じたフィルタ差圧の推移について説明するための図である。図４において、横軸はフィルタＰＭ堆積量を表しており、縦軸はフィルタ差圧を表している。

図４において、実線Ｌ１、Ｌ２は、フィルタＰＭ堆積量が零の状態から増加していったときのフィルタ差圧の推移を示している。フィルタ７におけるＰＭ堆積量が零の状態から増加していった場合、実線Ｌ１、Ｌ２に沿って矢印の方向にフィルタ差圧が推移する。ここで、フィルタ７において、ＰＭ堆積量が零の状態からＰＭが堆積する場合、先ず、主に壁内ＰＭが堆積し、その後、表層ＰＭが堆積する傾向にある。そして、図４において、Ｑｆｐｍ１は壁内ＰＭ堆積量の上限値を表している。つまり、フィルタＰＭ堆積量が零からＱｆｐｍ１に達するまでの期間（以下、「壁内堆積期間」と称する場合もある。）における実線Ｌ１は、壁内ＰＭ堆積量の増加に応じたフィルタ差圧の推移を示していると捉えることができる。また、壁内堆積期間以降における実線Ｌ２は、表層ＰＭ堆積量の増加に応じたフィルタ差圧の推移を示していると捉えることができる。なお、図４の実線Ｌ１、Ｌ２に示すように、壁内ＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の増加量は、表層ＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の増加量よりも大きくなる傾向にある。

また、フィルタ７の温度がＰＭ酸化温度であるときに、該フィルタ７に流入する排気の空燃比がリーン空燃比となることでＰＭが酸化されると、フィルタ差圧は減少する。図４において、一点鎖線Ｌ３は、フィルタ７に表層ＰＭが堆積している状態でＰＭが酸化されたときのフィルタ差圧の推移を示している。なお、各一点鎖線Ｌ３は、それぞれ、異なるタイミングでＰＭが酸化されたときのフィルタ差圧の推移を示している。ここで、フィルタ７に表層ＰＭが堆積している状態でＰＭが酸化される場合であっても、該フィルタ７においては、先ず、主に壁内ＰＭが酸化される傾向にある。そして、壁内ＰＭが酸化された後で、表層ＰＭが酸化される傾向にある。これは、フィルタ７に担持された三元触媒８との接触面積が、壁内ＰＭの方が表層ＰＭよりも大きいために、壁内ＰＭの方が表層ＰＭよりも酸化が促進され易いことに起因すると推測される。そして、ＰＭ堆積量が増加する場合と同様、壁内ＰＭ堆積量の単位減少量当たりのフィルタ差圧の減少量は、表層ＰＭ堆積量の単位減少量当たりのフィルタ差圧の減少量よりも大きくなる傾向にある。そのため、ＰＭが酸化された場合（すなわち、壁内ＰＭが酸化された場合）は、フィルタ差圧は実線Ｌ２に沿って推移せずに、一点鎖線Ｌ３に沿って矢印の方向に推移する。

また、フィルタ７におけるＰＭの酸化が停止した後においては、該フィルタ７においてＰＭが再度堆積し始める。そして、フィルタ７におけるＰＭ堆積量が増加すると、フィルタ差圧が再度増加する。図４において、二点鎖線Ｌ４は、フィルタ７において壁内ＰＭがある程度酸化された後、該フィルタ７において壁内ＰＭが残っており且つ表層ＰＭはほとんど酸化されずに堆積している状態で、ＰＭが再度堆積し始めたときのフィルタ差圧の推移を示している。ここで、フィルタ７に表層ＰＭが堆積している状態でＰＭが再度堆積し始めた場合、該フィルタ７においては、壁内ＰＭは増加せず、表層ＰＭがさらに堆積していく（すなわち、表層ＰＭ堆積量が増加していく）傾向にある。これは、フィルタ７において表層ＰＭが堆積している状態では、隔壁内にまでＰＭが入り込み難いためであると推測される。そのため、ＰＭが再度堆積した場合は、フィルタ差圧は、表層ＰＭ堆積量の増加に伴って増加することになる。したがって、フィルタ差圧は、一点鎖線Ｌ３に沿って増加せずに、二点鎖線Ｌ４に沿って矢印の方向に推移する。このとき、二点鎖線Ｌ４におけ
るフィルタＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の増加量は、表層ＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の増加量となるため、該二点鎖線Ｌ４の傾きは実線Ｌ２の傾きと同等となる。

上記のような、壁内ＰＭおよび表層ＰＭの堆積の仕方および酸化の仕方を考慮すると、フィルタＰＭ堆積量と壁内ＰＭ堆積量との相関関係は常に一義的な関係にあるわけではないことがわかる。また、フィルタ差圧と壁内ＰＭ堆積量との相関関係も常に一義的な関係にあるわけではないことがわかる。そのため、常時、フィルタＰＭ堆積量またはフィルタ差圧に基づいて壁内ＰＭ堆積量を高精度で推定することは困難である。

そこで、本実施例においては、フィルタ７に担持された三元触媒８の酸素吸蔵能力に相当する該三元触媒８の最大酸素吸蔵量（以下、単に「最大酸素吸蔵量」と称する場合もある。）に基づいて壁内ＰＭ堆積量を推定する手法を採用する。図５は、フィルタＰＭ堆積量の変化に応じた最大酸素吸蔵量の推移について説明するための図である。図５において、横軸はフィルタＰＭ堆積量を表しており、縦軸は最大酸素吸蔵量を表している。

図５において、実線Ｌ５、Ｌ６は、フィルタＰＭ堆積量が零の状態から増加していったときの最大酸素吸蔵量の推移を示している。つまり、フィルタ７におけるＰＭ堆積量が零の状態から増加していった場合、実線Ｌ５、Ｌ６に沿って矢印の方向に最大酸素吸蔵量が推移する。ここで、図５においては、図４と同様、Ｑｆｐｍ１が壁内ＰＭ堆積量の上限値を表している。つまり、図４において、壁内堆積期間における実線Ｌ５は、壁内ＰＭ堆積量の増加に応じた最大酸素吸蔵量の推移を示していると捉えることができる。また、壁内堆積期間以降における実線Ｌ６は、表層ＰＭ堆積量の増加に応じた最大酸素吸蔵量の推移を示していると捉えることができる。

ここで、図５の実線Ｌ５に示すように、フィルタＰＭ堆積量が零のときに最大酸素吸蔵量が最小値ＯＳＣｍｉｎとなっている。そして、壁内ＰＭ堆積量が増加すると、それに応じて最大酸素吸蔵量が増加する。一方で、図５の実線Ｌ６に示すように、表層ＰＭ堆積量が増加しても最大酸素吸蔵量は変化しない。つまり、壁内ＰＭ堆積量が多いほど最大酸素吸蔵量が多くなり（すなわち、三元触媒８の酸素吸蔵能力が大きくなる。）、その一方で、表層ＰＭ堆積量が変化しても最大酸素吸蔵量は変化しない（すなわち、三元触媒８の酸素吸蔵能力は変化しない。）、という傾向にあることがわかる。そのため、フィルタＰＭ堆積量がＱｆｐｍ１まで増加した時点、すなわち、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達した時点で、最大酸素吸蔵量が最大値ＯＳＣｍａｘとなる。そして、その後、フィルタＰＭ堆積量がさらに増加しても、すなわち、表層ＰＭ堆積量が増加しても、最大酸素吸蔵量はその最大値ＯＳＣｍａｘに維持される。

最大酸素吸蔵量が上記のように推移するのは、フィルタ７において、壁内ＰＭ堆積量が変化するか、表層ＰＭ堆積量が変化するかに応じて、該フィルタ７の隔壁における排気の経路の変化が異なったものとなることに起因すると推測される。以下、この点について、図６、図７、図８に基づいて詳細を説明する。図６、図７、図８は、フィルタ７の隔壁７Ａ内における排気の経路を示す図である。図６は、フィルタ７にＰＭが堆積していないときの排気の経路を示す図である。つまり、図６は、フィルタＰＭ堆積量が零の状態のときの排気の経路を示している。図７は、フィルタ７の隔壁７Ａ内にＰＭが堆積しているときの排気の経路を示す図である。つまり、図７は、壁内堆積期間中における隔壁７Ａ内での排気の経路を示している。図８は、フィルタ７の隔壁７Ａ内および隔壁７Ａの表面にＰＭが堆積しているときの排気の経路を示す図である。図６、図７、図８においては、排気の経路を矢印で示しており、且つ、各経路における排気の流量を矢印の太さで表している。

図６に示すように、フィルタ７にＰＭが堆積していない状態では、隔壁７Ａにおいて、
細孔径が相対的に小さい箇所に比べて、細孔径が相対的に大きな箇所に、排気が流れ易い。そして、排気が隔壁７Ａ内を流れる際に、細孔の壁面上に担持されている三元触媒８に酸素が吸蔵されることになる。そのため、フィルタ７にＰＭが堆積していない状態では、隔壁７Ａ内における細孔径が相対的に大きな箇所により多くの酸素が吸蔵される。

また、排気が隔壁７Ａ内を流れると、該排気とともに該隔壁７Ａ内に流れ込んだＰＭが、該排気の経路上で捕集され堆積していくことになる。そうなると、図７に示すように、より多くの排気が流れていた細孔径が相対的に大きい細孔がＰＭ（壁内ＰＭ）によって塞がれるようになる。その結果、隔壁７Ａ内において、細孔径が相対的に小さな箇所に、より多くの排気が流れるようになる。つまり、壁内ＰＭが増加していくと、それとともに、隔壁７Ａ内における排気の経路が変化し、該排気の経路が分散されることになる。すなわち、細孔径が相対的に小さな箇所にもより多くの排気が流れることになる。そうなると、隔壁７Ａ内において、排気と接触する三元触媒８（細孔の壁面上に担持されている三元触媒）の表面積が大きくなる。そのために、壁内ＰＭ堆積量の増加に伴い、最大酸素吸蔵量が増加するものと推測される。

一方で、図８に示すように、壁内ＰＭ堆積量が上限値に達した状態で、隔壁７Ａの表面上にＰＭが堆積していったとしても、該隔壁７Ａ内における排気の経路は変化しない。そのため、表層ＰＭ堆積量が変化しても、隔壁７Ａ内において、排気と接触する三元触媒８の表面積は変化しない。したがって、表層ＰＭ堆積量が変化しても、最大酸素吸蔵量は変化しないものと推測される。

ここで、図５の説明に戻る。図５において、一点鎖線Ｌ７は、フィルタ７に表層ＰＭが堆積している状態でＰＭが酸化されたときの最大酸素吸蔵量の推移を示している。なお、各一点鎖線Ｌ７は、それぞれ、異なるタイミングでＰＭが酸化されたときの最大酸素吸蔵量の推移を示している。上述したように、フィルタ７に表層ＰＭが堆積している状態でＰＭが酸化される場合であっても、該フィルタ７においては、先ず、主に壁内ＰＭが酸化される傾向にある。そのため、ＰＭが酸化された場合は、壁内ＰＭが酸化されることになるため、フィルタ差圧は実線Ｌ６に沿って推移せずに、一点鎖線Ｌ７に沿って矢印の方向に推移する。つまり、酸化による壁内ＰＭの減少に伴って最大酸素吸蔵量が減少する。

また、図５において、二点鎖線Ｌ８は、フィルタ７において壁内ＰＭがある程度酸化された後、該フィルタ７において壁内ＰＭが残っており且つ表層ＰＭはほとんど酸化されずに堆積している状態で、ＰＭが再度堆積し始めたときの最大酸素吸蔵量の推移を示している。上述したように、フィルタ７に表層ＰＭが堆積している状態でＰＭが再度堆積し始めた場合、該フィルタ７においては、壁内ＰＭは増加せず、表層ＰＭがさらに堆積していく傾向にある。そのため、ＰＭが再度堆積した場合は、最大酸素吸蔵量は一点鎖線Ｌ７に沿って増加せずに、二点鎖線Ｌ８に沿って矢印の方向に推移する。つまり、壁内ＰＭの酸化が停止した時点の最大酸素吸蔵量が維持されることになる。

以上説明したように、フィルタ７においてＰＭが堆積する場合およびＰＭが酸化する場合のいずれであっても、最大酸素吸蔵量は、表層ＰＭ堆積量が変化しても変化せず、壁内ＰＭ堆積量に依存して変化する。そのため、最大酸素吸蔵量に基づいて壁内ＰＭ堆積量を推定することができる。

そこで、本実施例では、第一ＰＭ堆積量算出部１１０によって算出されるフィルタＰＭ堆積量が零の状態のときに酸素吸蔵量算出処理を実行することで、最大酸素吸蔵量の最小値ＯＳＣｍｉｎを算出する。さらに、第一ＰＭ堆積量算出部１１０によって算出されるフィルタＰＭ堆積量の増加に応じて、酸素吸蔵量算出処理を繰り返し実行することで、最大酸素吸蔵量の最大値ＯＳＣｍａｘを算出する。このとき、フィルタＰＭ堆積量が増加して
も最大酸素吸蔵量が変化しなくなれば、その時点の最大酸素吸蔵量が最大値ＯＳＣｍａｘであると判断できる。また、最大酸素吸蔵量が最大値ＯＳＣｍａｘに達した時点のフィルタＰＭ堆積量が壁内ＰＭ堆積量の上限値Ｑｆｐｍ１であると判断できる。そして、フィルタＰＭ堆積量が略零の状態のときから最大酸素吸蔵量が最大値ＯＳＣｍａｘに達するまでの間における、第一ＰＭ堆積量算出部１１０によって算出されるフィルタＰＭ堆積量の推移を、壁内堆積期間中における壁内ＰＭ堆積量の推移と捉えることができる。そこで、この間における、第一ＰＭ堆積量算出部１１０によって算出されるフィルタＰＭ堆積量の変化に応じた最大酸素吸蔵量の推移を、壁内ＰＭ堆積量の基準値と最大酸素吸蔵量との相関関係としてＥＣＵ１０が取得する。取得されたこれらの相関関係は、ＥＣＵ１０に記憶される。そして、その後においては、ＥＣＵ１０は、記憶された壁内ＰＭ堆積量の基準値と最大酸素吸蔵量との相関関係と、酸素吸蔵量算出処理を実行することで得られる現在の最大酸素吸蔵量と、に基づいて、現在の壁内ＰＭ堆積量を算出する。このように、表層ＰＭ堆積量の影響を受けない最大酸素吸蔵量に基づいて壁内ＰＭ堆積量を推定することで、壁内ＰＭ堆積量を高精度で推定することができる。なお、本実施例では、上記のように壁内ＰＭ堆積量の基準値と最大酸素吸蔵量との相関関係を取得するＥＣＵ１０が、本発明に係る「取得手段」として機能する。

（第二ＰＭ堆積量算出部）
ここで、上述したように、本実施例においては、フィルタＰＭ堆積量が略零の状態からＱｆｐｍ１に達するまでの期間である壁内堆積期間においては、ＥＣＵ１０における第一ＰＭ堆積量算出部１１０が、フィルタ７におけるＰＭ捕集量とＰＭ酸化量とを積算することでフィルタＰＭ堆積量を算出する。そして、この壁内堆積期間中におけるフィルタＰＭ堆積量の推移が壁内ＰＭ堆積量の基準値の推移として用いられる。ただし、壁内堆積期間以降において、壁内ＰＭの酸化や表層ＰＭの再堆積が繰り返し生じた場合、第一ＰＭ堆積量算出部１１０によるフィルタＰＭ堆積量の推定精度が低下する虞がある。また、差圧センサ１３によって検出されるフィルタ差圧に基づいてフィルタＰＭ堆積量を推定する手法を採用することも考えられるが、図４に示したように、壁内ＰＭ堆積量が変化した場合と表層ＰＭ堆積量が変化した場合とでは、その変化量が同一であっても、フィルタ差圧の変化量は異なる。そのため、フィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係は常に一義的な関係にあるわけではないため、フィルタ差圧のみに基づいてフィルタＰＭ堆積量を高精度で推定することは困難である。

そこで、本実施例に係るＥＣＵ１０には、壁内堆積期間以降、すなわち、三元触媒８の酸素吸蔵能力が一旦最大値に達した時点以降において、第一ＰＭ堆積量算出部１１０とは異なる手法でフィルタＰＭ堆積量を算出する第二ＰＭ堆積量算出部が設けられている。図９は、ＥＣＵ１０における第二ＰＭ堆積量算出部の機能を示すブロック図である。図９に示す第二ＰＭ堆積量算出部１２０は、ＥＣＵ１０において所定のプログラムが実行されることによって実現される。

上述したように、壁内堆積期間以降においては、三元触媒８の最大酸素吸蔵量に基づいて壁内ＰＭ堆積量を推定することができる。図９に示すように、第二ＰＭ堆積量算出部１２０には、この最大酸素吸蔵量に基づいて推定された壁内ＰＭ堆積量が入力される。さらに、第二ＰＭ堆積量算出部１２０には、差圧センサ１３によって検出されるフィルタ差圧が入力される。そして、第二ＰＭ堆積量算出部１２０は、これらの値に基づいてフィルタＰＭ堆積量を算出する。以下、第二ＰＭ堆積量算出部１２０におけるフィルタＰＭ堆積量の算出方法について図１０に基づいて説明する。

図１０において、横軸はフィルタＰＭ堆積量を表しており、縦軸はフィルタ差圧を表している。また、図１０において、一点鎖線Ｌ９は、図４における実線Ｌ１、Ｌ２と同様、フィルタＰＭ堆積量が零の状態から、先ず壁内ＰＭが堆積し、その後、表層ＰＭが堆積し
た場合のフィルタ差圧の推移を示している。つまり、一点鎖線Ｌ９は、フィルタＰＭ堆積量が零の状態から、ＰＭが酸化されることなく増加していったときのフィルタ差圧の推移を示している。そのため、一点鎖線Ｌ９は、フィルタＰＭ堆積量に対するフィルタ差圧の最大値の推移を示していることになる。また、二点鎖線Ｌ１０は、フィルタＰＭ堆積量が零の状態から、仮に表層ＰＭのみが堆積ししていったと仮定したときのフィルタ差圧の推移を示している。二点鎖線Ｌ１０に示すように、表層ＰＭ堆積量とフィルタ差圧とは比例関係にある。そして、二点鎖線Ｌ１０の傾きが、表層ＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の単位増加量であるフィルタ差圧の増加率を示している。また、一点鎖線Ｌ９における壁内堆積期間以降のフィルタ差圧の増加は表層ＰＭの堆積に起因するものである。そのため、二点鎖線Ｌ１０の傾きは、壁内堆積期間以降の一点鎖線Ｌ９の傾きと同等となる。また、表層ＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の増加量は、壁内ＰＭ堆積量の単位増加量当たりのフィルタ差圧の増加量よりも小さくなる傾向にあるため、二点鎖線Ｌ１０は、フィルタＰＭ堆積量に対するフィルタ差圧の最小値の推移を示していることになる。

上記のように、一点鎖線Ｌ９は、フィルタＰＭ堆積量に対するフィルタ差圧の最大値の推移を示しており、二点鎖線Ｌ１０は、フィルタＰＭ堆積量に対するフィルタ差圧の最小値の推移を示している。したがって、壁内堆積期間以降の何れかの時期において、酸化によって壁内ＰＭが減少した場合は、フィルタ差圧が一点鎖線Ｌ９と二点鎖線Ｌ１０との間の値となる。また、上述したように、酸化による壁内ＰＭがある程度の量減少した後、壁内ＰＭが残っており且つ表層ＰＭがほとんど酸化されずに堆積している状態では、表層ＰＭが増加していくため、そのときのフィルタ差圧の増加率は二点鎖線Ｌ１０と同等となる。そして、このときのフィルタ差圧は、壁内ＰＭ堆積量が零で表層ＰＭのみが堆積しているときのフィルタ差圧である二点鎖線Ｌ１０上の値に対して、壁内ＰＭ堆積量に対応するフィルタ差圧の増加分ｄＰｉｎが加算された値となる。したがって、壁内堆積期間以降のフィルタ差圧推移は、図１０における実線Ｌ１１で示したものとなる。

そして、図１０における実線Ｌ１１で示される、壁内堆積期間以降（すなわち、三元触媒８の最大酸素吸蔵量が一旦最大値に達した時点以降）におけるフィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係は、下記式１によって表すことができる。
ｄＰｆ＝ｃ１×Ｑｆｐｍ＋（ｄＰ０＋ｄＰｉｎ）・・・式１
ただし、
ｄＰｆ：フィルタ差圧
ｃ１：表層ＰＭのみが堆積したと仮定したときのフィルタ差圧の増加率
Ｑｆｐｍ：フィルタＰＭ堆積量
ｄＰ０：フィルタＰＭ堆積量が零の状態のときのフィルタ差圧
ｄＰｉｎ：壁内ＰＭ堆積量に対応するフィルタ差圧増加分

本実施例では、ＥＣＵ１０に、実験等に基づいて求められた壁内ＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係もマップまたは関数をとして予め記憶されている。そして、第二ＰＭ堆積量算出部１２０は、入力された現在の壁内ＰＭ堆積量に基づいて、それに対応するフィルタ差圧増加分ｄＰｉｎを算出する。また、ＥＣＵ１０には、上記式１によって表されるフィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係がマップまたは関数をとして記憶されている。そこで、第二ＰＭ堆積量算出部１２０は、算出したフィルタ差圧増加分ｄＰｉｎ、および、入力された現在のフィルタＰＭ堆積量と、上記式１によって表されるフィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係と、に基づいて、現在のフィルタＰＭ堆積量を算出する。このように、フィルタ差圧のみならず、高精度で推定される壁内ＰＭ堆積量を用いてフィルタＰＭ堆積量を推定することで、フィルタＰＭ堆積量を高精度で推定することができる。

（ＰＭ堆積量推定フロー）
次に、本実施例に係る、壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量を推定する際のフローについて図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中であって、壁内堆積期間以降に、所定の間隔で繰り返し実行される。なお、第一ＰＭ堆積量算出部１１０によって推定されるフィルタＰＭ堆積量が零となってから壁内堆積期間が経過するまでの間においては、上述したように、ＥＣＵ１０は、酸素吸蔵能力算出処理を繰り返し実行することで、壁内ＰＭ堆積量の基準値と最大酸素吸蔵量との相関関係を取得する。そのため、本フローが実行される時期においては、ＥＣＵ１０に、これらの相関関係が記憶されている。

本フローでは、先ずＳ１０１において、上述した酸素吸蔵能力算出処理が実行されることで、現在の三元触媒８の最大酸素吸蔵量ＯＳＣｎが算出される。次に、Ｓ１０２において、ＥＣＵ１０に記憶されている壁内ＰＭ堆積量の基準値と最大酸素吸蔵量との相関関係と、現在の最大酸素吸蔵量ＯＳＣｎとに基づいて、現在の壁内ＰＭ堆積量Ｑｐｍｉｎｎが算出される。なお、ここで算出された壁内ＰＭ堆積量ＱｐｍｉｎｎはＥＣＵ１０に記憶される。そして、次に、Ｓ１０３において、ＥＣＵ１０に記憶されている壁内ＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係に基づいて、現在の最大酸素吸蔵量ＯＳＣｎに対応するフィルタ差圧増加分ｄＰｉｎが算出される。

次に、Ｓ１０４において、差圧センサ１３によって検出される現在のフィルタ差圧ｄＰｆｎが取得される。次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０３で算出されたフィルタ差圧増加分ｄＰｉｎ、および、Ｓ１０４で取得された現在のフィルタ差圧ｄＰｆｎと、ＥＣＵ１０に記憶されている、上記式１によって表されるフィルタＰＭ堆積量とフィルタ差圧との相関関係と、に基づいて、現在のフィルタＰＭ堆積量Ｑｆｐｍｎが算出される。なお、ここで算出されたフィルタＰＭ堆積量ＱｆｐｍｎはＥＣＵ１０に記憶される。

また、上述したように、本フローが所定の間隔で繰り返し実行されるため、壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量は所定の間隔で繰り返し算出されることになる。そのため、ＥＣＵ１０に記憶されたこれらの値は所定の間隔で更新されることになる。

（上限温度）
本実施例では、フューエルカット制御の実行に伴うフィルタ７の過昇温の発生を抑制すべく、フューエルカット制御の実行が可能なフィルタ７の温度の上限値（以下、単に「上限温度」と称する場合もある。）を設定する。図１２は、ＥＣＵ１０における上限温度設定部の機能を示すブロック図である。図１２に示す上限温度設定部１３０は、ＥＣＵ１０において所定のプログラムが実行されることによって実現される。

図１２に示すように、上限温度設定部１３０には、上述したような手法で推定された壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量が入力される。そして、上限温度設定部１３０は入力されたこれらの値に基づいて上限温度を算出する。なお、上述したように、壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量は所定の間隔で繰り返し算出されるため、ＥＣＵ１０に記憶されたこれらの値が更新されれば、上限温度設定部１３０にも新たな値が入力される。

ここで、壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量と上限温度との相関関係について図１３に基づいて説明する。図１３において、横軸はフィルタＰＭ堆積量を表しており、縦軸はフィルタ温度を表している。そして、図１３における各実線が、フィルタＰＭ堆積量と上限温度との相関関係を示している。つまり、図１３における各実線より上側の温度領域が、フューエルカット制御が実行された場合にフィルタ７の過昇温が生じる可能性のある領域（ＯＴ領域）を示している。

図１３に示すように、フィルタＰＭ堆積量が多いほど上限温度は低くなる。これは、フィルタＰＭ堆積量が多いほど、ＰＭが酸化した場合にフィルタ７の温度が大きく上昇するためである。さらに、上述したように、フィルタ７の過昇温は、表層ＰＭの酸化よりも、壁内ＰＭの酸化に起因して発生し易い傾向にある。そのため、図１３に示すように、フィルタＰＭ堆積量と上限温度との相関関係は、壁内ＰＭ堆積量に応じて変化する。つまり、フィルタＰＭ堆積量が同一である場合、壁内ＰＭ堆積量が多いほど（すなわち、フィルタＰＭ堆積量における壁内ＰＭ堆積量の割合が高いほど）、上限温度が低くなる。したがって、壁内ＰＭ堆積量が多いほどＯＴ領域が広くなる。換言すれば、壁内ＰＭ堆積量が少ないほどＯＴ領域は狭くなる。

図１３に示すような、壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量と上限温度との相関関係は、実験等に基づいて予め求めることができる。そこで、本実施例では、ＥＣＵ１０にこれらの相関関係が記憶されている。そして、上限温度設定部１３０は、記憶されているこれらの相関関係と、入力された壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量とに基づいて、上限温度を算出する。また、上限温度設定部１３０は、算出した値に上限温度を設定する。

そして、ＥＣＵ１０は、上記のように設定された上限温度に基づいて、フィルタ７の過昇温の発生を抑制すべく内燃機関１の運転状態を制御する。具体的には、ＥＣＵ１０は、フィルタ７の温度が上限温度を超えないように、内燃機関１の運転状態を制御する。または、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態が減速運転に移行したときに、フィルタ７の温度が上限温度を超えていれば、フューエルカット制御の実行を禁止する。

この場合、上記のように算出された壁内ＰＭ堆積量およびフィルタＰＭ堆積量に基づいて上限温度が設定されることで、フィルタ７の過昇温の発生をより高い確率で抑制しつつ、該フィルタ７の過昇温の発生を抑制するための制御を不必要に実行することも抑制することができる。したがって、フューエルカット制御の実行に伴うフィルタ７の過昇温をより好適に抑制することができる。

１・・・内燃機関
３・・・排気通路
６・・・燃料噴射弁
７・・・パティキュレートフィルタ
８・・・三元触媒
１０・・ＥＣＵ
１３・・差圧センサ
１４・・第一空燃比センサ
１５・・第二空燃比センサ
１６・・温度センサ
１１０・・第一ＰＭ堆積量算出部
１２０・・第二ＰＭ堆積量算出部
１３０・・上限温度設定部

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能および酸素吸蔵能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、
   前記触媒の酸素吸蔵能力を推定する酸素吸蔵能力推定手段と、
   前記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量であるフィルタＰＭ堆積量が略零の状態から、前記フィルタＰＭ堆積量の増加に伴って大きくなる前記触媒の酸素吸蔵能力が最大値に達するまでの間における、前記フィルタＰＭ堆積量の変化に応じた、前記酸素吸蔵能力推定手段によって推定される前記触媒の酸素吸蔵能力の推移を、前記パティキュレートフィルタの隔壁内における粒子状物質の堆積量である壁内ＰＭ堆積量の基準値と前記触媒の酸素吸蔵能力との相関関係として取得する取得手段と、
   前記取得手段によって前記相関関係が取得された後において、前記酸素吸蔵能力推定手段によって推定された現在の前記触媒の酸素吸蔵能力と、前記相関関係とに基づいて、現在の前記壁内ＰＭ堆積量を推定する壁内ＰＭ堆積量推定手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記パティキュレートフィルタよりも下流側の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比を変化させる空燃比制御手段と、をさらに備え、
   前記酸素吸蔵能力推定手段は、前記触媒の酸素吸蔵能力として、前記空燃比制御手段により排気の空燃比を変化させたときの前記空燃比検出手段により得られる排気の空燃比の変化に基づいて前記触媒の最大酸素吸蔵量を算出する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記パティキュレートフィルタよりも上流側の排気の圧力と所定の基準圧力との差であるフィルタ差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記触媒の酸素吸蔵能力が一旦最大値に達した時点以降において、前記壁内ＰＭ堆積量推定手段によって推定された現在の前記壁内ＰＭ堆積量と、前記差圧検出手段によって検出された現在の前記フィルタ差圧と、下記式１によって表される前記フィルタＰＭ堆積量と前記フィルタ差圧との相関関係と、に基づいて、現在の前記フィルタＰＭ堆積量を推定するフィルタＰＭ堆積量推定手段と、を備える請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
   ｄＰｆ＝ｃ１×Ｑｆｐｍ＋（ｄＰ０＋ｄＰｉｎ）・・・式１
   ただし、
   ｄＰｆ：フィルタ差圧
   ｃ１：パティキュレートフィルタの隔壁の表面上にのみ粒子状物質が堆積したと仮定したときのフィルタ差圧の増加率
   Ｑｆｐｍ：フィルタＰＭ堆積量
   ｄＰ０：フィルタＰＭ堆積量が零の状態のときのフィルタ差圧
   ｄＰｉｎ：壁内ＰＭ堆積量推定手段によって推定された壁内ＰＭ堆積量に対応するフィルタ差圧増加分
4. 請求項３に記載の排気浄化装置を有する内燃機関の制御装置であって、
   内燃機関において、減速運転時に燃料噴射を停止するフューエルカット制御を実行するフューエルカット実行手段と、
   前記壁内ＰＭ堆積量推定手段によって推定された前記壁内ＰＭ堆積量と、前記フィルタＰＭ堆積量推定手段によって推定された前記フィルタＰＭ堆積量とに基づいて、前記フューエルカット実行手段による前記フューエルカット制御の実行が可能な前記パティレートフィルタの温度の上限値を設定する設定手段と、を備える内燃機関の制御装置。

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