JP4258200B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の排気通路から分岐して分岐部に再び戻る環状通路を設け、この環状通路内に流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置には、さらに分岐部に切替弁が配置され、該切替弁は排気ガスのほとんどが環状通路に流入するフィルタ流入位置と、排気ガスのほとんどが環状通路に流入せずに分岐部下流へと排気通路内を流れるバイパス位置との間で切り替えられる。
【0003】
また、このような排気浄化装置では切替弁のフィルタ流入位置が二つあり、一方のフィルタ流入位置では排気ガスが環状通路を一方の方向(順方向)へ流れ、他方のフィルタ位置では排気ガスが環状通路を上記一方の方向とは反対方向(逆方向)へ流れる。これにより、パティキュレートフィルタを効率的に使用することができるようになる。
【0004】
ところで、このような排気浄化装置では、切替弁に故障等の異常があると、切替弁が作動しなくなってしまう。切替弁が作動しなくなると、パティキュレートフィルタに排気ガスを流入させるべきときにパティキュレートフィルタに排気ガスが流入せずに、微粒子が除去されずに排気ガスが大気中に放出されてしまったり、排気ガスにパティキュレートフィルタをバイパスさせるべきときにパティキュレートフィルタに排気ガスが流入してパティキュレートフィルタの詰まりが悪化してしまったりといった問題が生じる。このため、切替弁の異常を監視する必要がある。このように切替弁の異常を監視するようになっている排気浄化装置は従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−38920号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタが未使用状態にある時と使用された時とにおいて圧損検出手段によって検出された差圧に基づいて切替弁の異常を判定している。ところが、上記排気浄化装置では、圧損検出手段によって検出された差圧はパティキュレートフィルタに起因する圧損のみを示すものではなく、他の様々な要因に起因する圧損の影響も受ける。したがって、切替弁が異常であるのに、圧損検出手段によって検出された差圧が比較的高くなってしまって、切替弁に異常が無いと判定してしまうことがある。
【0007】
したがって、本発明の目的は、正確に切替弁の異常を検出することができるような排気浄化装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第1の発明では、内燃機関の排気通路が二つの分岐排気通路に分岐し、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを第一分岐排気通路内に配置し、上記分岐排気通路の分岐部に切替弁が配置され、該切替弁は第一分岐排気通路に少なくとも大部分の排気ガスが流入するフィルタ流入位置と、第二分岐排気通路に少なくとも大部分の排気ガスが流入するバイパス位置との間で切り替えられる内燃機関の排気浄化装置において、切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには第一分岐排気通路およびパティキュレートフィルタに起因する圧損を推定し、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときには第二分岐排気通路に起因する圧損を推定するための圧損推定手段を具備し、切替弁の作動位置をフィルタ流入位置にするように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値と、切替弁の作動位置をバイパス位置にするように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値との差が所定値以下の場合には切替弁に異常があると判定するようにした。
【0009】
一般に、切替弁に異常がないときには切替弁の作動位置を変更するように切替弁に命令すると圧損推定手段によって推定される圧損の値が大きく変化するが、切替弁に異常があるときには切替弁の作動位置を変更するように切替弁に命令しても切替弁の位置が変更されないため圧損推定手段によって推定される圧損の値は大きく変化しない。したがって、第1の発明によれば、切替弁の作動位置を変更するように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値の差が小さい場合には切替弁に異常があると判定している。また、切替弁の作動位置をフィルタ流入位置にしたときの圧損の値と切替弁の作動位置をバイパス位置にしたときの圧損の値とを比較することにより、切替弁の異常の判定をより正確に行うことができる。
【0010】
第2の発明では、内燃機関の排気通路から分岐して該分岐部に再び戻る環状通路を設け、該環状通路内に流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを配置し、上記分岐部に切替弁が配置され、該切替弁は環状通路に少なくとも大部分の排気ガスが流入するフィルタ流入位置と、排気ガスの少なくとも大部分が環状通路に流入することなく上記分岐部下流へと排気通路内を流れるバイパス位置との間で切り替えられる内燃機関の排気浄化装置において、切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには環状通路およびパティキュレートフィルタに起因する圧損を推定し、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときには分岐部の排気上流と排気下流との間の排気通路に起因する圧損を推定するための圧損推定手段を具備し、切替弁の作動位置をフィルタ流入位置にするように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値と、切替弁の作動位置をバイパス位置にするように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値との差が所定値以下の場合には切替弁に異常があると判定するようにした。
【0011】
第3の発明では、第1または第2の発明において、上記圧損推定手段は内燃機関に吸入される吸入空気量と分岐部の排気上流の圧力とのいずれか一方に基づいて圧損を推定する。
なお、圧損推定手段が吸入空気量に基づいて圧損を推定する場合、内燃機関を搭載している車両が減速していて(すなわち、内燃機関が低負荷・低回転で運転されていて)且つ内燃機関に流入する空気量を絞るためのスロットル弁とEGRガスの流量を絞るためのEGR弁とを全開にする。
【0012】
第4の発明では、第1の発明において、上記分岐排気通路はパティキュレートフィルタの排気下流で合流しており、上記圧損推定手段は分岐部の排気上流における排気通路内の圧力と合流部の排気下流における排気通路内の圧力との差圧に基づいて圧損を推定する。
【0013】
第5の発明では、第2の発明において、上記圧損推定手段は分岐部の排気上流における排気通路内の圧力と分岐部の排気下流における排気通路内の圧力との差圧に基づいて圧損を推定する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について説明する。図1は本発明の排気浄化装置を備えた筒内噴射型の圧縮自着火式のディーゼル内燃機関を示している。なお、本発明において用いられる排気浄化装置は火花点火式内燃機関にも搭載可能である。
【0015】
図1および図2を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレッサ15に連結される。
【0016】
吸気ダクト13内にはスロットル弁駆動用ステップモータ16により駆動されるスロットル弁17が配置され、さらに吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置18が配置される。図1に示した内燃機関では冷却装置18内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート10は排気マニホルド19および排気管20を介して排気ターボチャージャ14の排気タービン21に連結され、排気タービン21の出口は排気管22を介して以下に詳述する排気浄化装置23に連結される。
【0017】
排気マニホルド19とサージタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路31を介して互いに連結され、EGR通路31内には電気制御式EGR制御弁32が配置される。またEGR通路31周りにはEGR通路31内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置33が配置される。図1に示した内燃機関では冷却装置33内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりEGRガスが冷却される。
【0018】
一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管6aを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール34に連結される。このコモンレール34内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ35から燃料が供給され、コモンレール34内に供給された燃料は各燃料供給管6aを介して燃料噴射弁6に供給される。コモンレール34にはコモンレール34内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ36が取り付けられ、燃料圧センサ36の出力信号に基づいてコモンレール34内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ35の吐出量が制御される。
【0019】
電子制御ユニット(ECU)40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41により互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備する。燃料圧センサ36の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。
【0020】
アクセルペダル51にはアクセルペダル51の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ52が接続され、負荷センサ52の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。さらに入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ53が接続される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、スロットル弁駆動用ステップモータ16、EGR制御弁32、および燃料ポンプ35に接続される。
【0021】
次に、本発明の排気浄化装置23の構成について説明する。本発明の排気浄化装置23は流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ(以下、フィルタと称す)24と、排気管25とを具備する。排気管25は上流側排気管(排気通路)25aと、分岐部25bと、フィルタ側分岐管(分岐排気通路)25cと、バイパス側分岐管(分岐排気通路)25dと、合流部25eと、下流側排気管25fとを具備し、フィルタ24がフィルタ側分岐管25c上に配置されたケーシング26内に内蔵される。
【0022】
排気管25についてより詳細に説明すると、排気管25の上流に配置される排気管22に上流側排気管25aが連結される。上流側排気管25aは分岐部25bにおいてフィルタ24が配置されたフィルタ側分岐管25cとフィルタ24をバイパスするためのバイパス側分岐管25dとに分岐する。これら分岐管25c、25dはフィルタ24の排気下流の合流部25eにおいて合流し、下流側排気管25fへと続く。そして、分岐部25bには流量調整弁27が設けられる。流量調整弁27は対応する駆動回路48を介してECU40の出力ポート46に接続された流量調整弁用ステップモータ28により制御される。
【0023】
流量調整弁27はバイパス側分岐管25dに流入する排気ガスの流量を調整することができる。特に、流量調整弁27はその作動位置に応じてフィルタ側分岐管25cに流入する排気ガスの流量とバイパス側分岐管25dに流入する排気ガスの流量との割合を調整することができる。例えば、流量調整弁27はバイパス側分岐管25dを閉鎖するフィルタ流入位置(図1に実線で示した位置)とフィルタ側分岐管25cを閉鎖するバイパス位置(図1に破線で示した位置)との間で揺動し、フィルタ側分岐管25cを閉鎖する位置からの角度θに応じて各分岐管25c、25dに流入する排気ガスの流量が定まる。なお、流量調整弁27の作動位置がフィルタ流入位置にあると、上流側排気管25aから分岐部25bに流入した排気ガスのうちフィルタ側分岐管25cに大部分のまたは全ての排気ガスが流入し、一方、流量調整弁27の作動位置がバイパス位置にあると、上流側排気管25aから分岐部25bに流入した排気ガスのうちバイパス側分岐管25dに大部分のまたは全ての排気ガスが流入する。また、流量調整弁27をこれらフィルタ流入位置とバイパス位置との間で切り替えることができる切替弁として使用することもできる。
【0024】
さらに、上流側排気管25aおよび下流側排気管25fにはそれぞれ圧力センサ29、30が設けられる。すなわち、上流側排気管25aがフィルタ側分岐管25cとバイパス側分岐管25dとに分岐する分岐部25bの排気上流側に上流側圧力センサ29が設けられ、フィルタ側分岐管25cとバイパス側分岐管25dとが合流する合流部25eの排気下流側に下流側圧力センサ30が設けられる。これら圧力センサ29、30によって、それぞれ上流側排気管25a内を流れる排気ガスの圧力および下流側排気管25f内を流れる排気ガスの圧力を検出することができる。したがって、これら圧力センサ29、30は分岐部25bの排気上流の圧力と合流部25eの排気下流の圧力との差圧を検出することができる。換言すると、これら圧力センサ29、30は流量調整弁27の作動位置がフィルタ流入位置にあるときにはフィルタ側分岐管25cおよびフィルタ24に起因する圧力損失(以下、圧損と称す)、すなわちフィルタ24の詰まり具合を検出することができ、流量調整弁27の作動位置がバイパス位置にあるときにはバイパス側分岐管25dに起因する圧損を検出することができる。このため、これら圧力センサ29、30はフィルタ側分岐管25cおよびフィルタ24とバイパス側分岐管25dとに起因する圧損を推定するための圧損推定手段として使用される。
【0025】
ところで、上述した流量調整弁27は高温な排気ガスの流路上に配置されており、過酷な条件下で使用されている。このような過酷な条件下で長く使用されていると、流量調整弁27が正常に作動しなくなってしまうことがある。例えば、流量調整弁27の作動位置を変更するようにECU40から流量調整弁27へと信号が送られても、流量調整弁27は作動せず、作動位置が変更されなくなってしまう。
【0026】
このように流量調整弁27が作動しなくなると、排気ガス中に微粒子が多く含まれている場合等、フィルタ24に排気ガスを流入させるべきときにフィルタ24に排気ガスが流入せず、よって微粒子の浄化されていない排気ガスが大気中に放出されてしまう。一方、フィルタ24で微粒子の酸化が起こってフィルタ24の温度が高くなり過ぎてしまっている場合等、フィルタ24に排気ガスを流入させるべきではないときにフィルタ24に排気ガスが流入してしまい、さらにフィルタ24の温度が高くなってフィルタ24が溶損してしまう。したがって、このような場合には、早急に流量調整弁27を修理または交換する必要があり、そのためには流量調整弁27を診断し、流量調整弁27の異常を診断することができるようにする必要がある。
【0027】
ところで、一般に、フィルタ24は微粒子等を全く捕集していなくても排気ガスの流れに対して抵抗になるので、排気ガスがフィルタ24を通過する場合にはフィルタ24に起因する圧損が発生する。したがって、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にして排気ガスをフィルタ側分岐管25cに流入させるようにすると、圧損推定手段によって比較的大きな圧損が検出される。一方、バイパス側分岐管25dには大きな圧損が発生させるようなものが何もないため、内燃機関の運転中に流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にして排気ガスをバイパス側分岐管25dに流入させるようにすると、圧損推定手段によって推定される圧損値は非常に小さい。したがって、流量調整弁27の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定されるフィルタ側分岐管25cおよびフィルタ24に起因する圧損値は、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にしたときに圧損推定手段によって推定されるバイパス側分岐管25dに起因する圧損値よりも大きく、その圧損値の差も比較的大きい。
【0028】
一方、流量調整弁27に異常があって流量調整弁27がフィルタ流入位置とバイパス位置との間で移動しない場合、あるいは流量調整弁27の作動位置を変更することができない場合、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするように流量調整弁27に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損値と、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするように流量調整弁27に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損値との差は比較的小さいか、あるいはほとんど零である。したがって、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするように流量調整弁27に命令した場合と流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするように流量調整弁27に命令した場合とに圧損推定手段によって推定される圧損値の差(以下、単に圧損推定手段によって推定される圧損値の差と称す)は、流量調整弁27が正常に作動している場合に比べて流量調整弁に異常がある場合の方が小さい。
【0029】
そこで、本発明の第一実施形態の排気浄化装置23では、圧損推定手段によって推定される圧損値の差が所定値以下である場合には流量調整弁27に異常があると判定するようにしている。
【0030】
ここで、所定値とは、流量調整弁27が正常に作動している場合に圧損推定手段によって推定される圧損値の差がとりうる最も小さい値である。一般に、流量調整弁27が正常に作動している場合に圧損推定手段によって推定される圧損値の差が最も小さくなるのはフィルタ24に微粒子等が全く捕集されてないとき、またはフィルタ24が未使用であるときであるため、上記流量調整弁27が正常に作動している場合に圧損推定手段によって推定される圧損値の差がとりうる最も小さい値とはフィルタ24に微粒子等が全く捕集されていないとき、またはフィルタ24が未使用であるときの圧損値の差である。
【0031】
このように、圧損推定手段によって推定される圧損値の差が所定値以下であるか否かを判定することによって流量調整弁27の異常を診断することができるようになり、流量調整弁27が作動しないことによる微粒子の大気中への放出やフィルタ24の圧損等が防止される。
【0032】
本発明の第一実施形態の排気浄化装置23では、上述したように圧損推定手段として分岐部25bの排気上流と合流部25eの排気下流とにそれぞれ設けられた二つの圧力センサ29、30が用いられており、これら二つの圧力センサ29、30間の差圧からこれら二つの圧力センサ29、30間の圧損を推定する。したがって、流量調整弁27の作動位置がフィルタ流入位置にある場合には、これら圧力センサ29、30によってフィルタ側分岐管25cの排気上流側と排気下流側との間に生じる差圧を検出することができ、流量調整弁27の作動位置がバイパス位置にある場合には、これら圧力センサ29、30によってバイパス側分岐管25dの排気上流側と排気下流側との間に生じる差圧を検出することができる。上述したようにフィルタ24に起因する圧損が大きいため、フィルタ側分岐管25cの上下流間に生じる差圧はバイパス側分岐管25dの上下流間に生じる差圧よりも大きい。
【0033】
そして、流量調整弁27の異常の判定に関しては、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするように流量調整弁27に命令したときと流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするように流量調整弁に命令したときとにおいて二つの圧力センサ29、30から検出される差圧の差(以下、単に圧力センサから検出される差圧の差と称す)が所定以下である場合には流量調整弁27に異常があると判定する。より詳細には、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときに圧力センサ29、30によって検出される差圧と、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときに圧力センサ29、30によって検出される差圧との差が所定値以下である場合には流量調整弁27に異常があると判定する。なお、上記所定値は、フィルタ24に何も捕集されていないとき、またはフィルタ24が未使用であるときに圧力センサ29、30によって検出される差圧の差に等しい。
【0034】
なお、上記本発明の第一実施形態の排気浄化装置23では、二つの圧力センサ29、30によって検出された圧力から分岐部25bの排気上流側における上流側排気管25a内の圧力と合流部25eの排気下流側における下流側排気管25f内の圧力との間の差圧を検出していたが、圧力センサでなく、差圧センサによって分岐部25bの排気上流側の圧力と合流部25eの排気下流側の圧力との間の差圧を検出してもよい。
【0035】
次に、本発明の第一実施形態の排気浄化装置23における流量調整弁27の異常診断制御について説明する。異常診断制御では、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときに二つの圧力センサ29、30から差圧Pdbが検出され、また、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときに二つの圧力センサから差圧Pdfが検出される。そして検出された二つの差圧から差圧の差ΔPdがPdf−Pdbとして算出される。この差圧の差ΔPdが所定値ΔPdp以上である場合には流量調整弁27に故障や異常はないと判定され、検出された差圧の差ΔPdが所定値ΔPdpよりも小さい場合には流量調整弁27に故障や異常があると判定される。なお、所定値ΔPdpはフィルタ24を初めて使用する場合であって流量調整弁27が正常に作動している場合における差圧の差ΔPdであってもよいし、フィルタ24およびECU40の製造時から予め定められていてもよい。
【0036】
次に、図2を参照して、本発明の第一実施形態の排気浄化装置における流量調整弁27の異常診断制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ101において、流量調整弁27の異常診断の実施時期であるか否かが判別される。この実施時期とは前回の異常診断が実行されてから所定時間が経過したときや、内燃機関が車両に搭載されている場合には前回の異常診断が実行されてから車両が所定走行距離だけ走行されたときである。ステップ101で実施時期でないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。ステップ101において実施時期であると判定された場合にはステップ102へと進む。ステップ102では、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信される。次いで、ステップ103では、二つの圧力センサ29、30の出力から二つの圧力センサ29、30間の差圧Pdbが算出され、ステップ104へと進む。
【0037】
ステップ104では、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信される。次いで、ステップ105では、二つの圧力センサ29、30の出力から二つの圧力センサ29、30間の差圧Pdfが算出され、ステップ106へと進む。ステップ106では上記二つの差圧Pdf、Pdbから算出された差圧の差ΔPdが所定値ΔPdpより小さいか否かが判別される。差圧の差ΔPdが所定値ΔPdp以上であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、差圧の差ΔPdが所定値ΔPdpより小さいと判定された場合には、ステップ107へと進む。ステップ107では、流量調整弁27に故障や異常がある判定され、ユーザへの警告がなされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【0038】
ところで、圧損推定手段によって推定された圧損の値を一定の所定値と比較することによって流量調整弁27の異常を判定するとして説明したが、実際には本発明ではフィルタ24等に流入する排気ガスの流量に応じて所定値を補正しつつ流量調整弁27の異常判定が行われる。一般に、フィルタ側分岐管25cおよびフィルタ24またはバイパス側分岐管25dに起因する圧損、例えばこれら分岐管25c、25dの上流側と下流側との差圧は、これらフィルタ24等の詰まり度合いだけでなく分岐管25c、25dに流入する排気ガスの流量、例えば内燃機関の回転数に応じて変化する。この様子を図3に示す。図3は、微粒子等が捕集されていない状態のフィルタ24に流入する排気ガスの流量と、フィルタ24の排気上流側と排気下流側との間の差圧との関係を示す。
【0039】
図3から分かるように、フィルタ24に流入する排気ガスの流量が少ないときにはフィルタ24の上下流間の差圧は小さく、よってフィルタ24に起因する圧損は小さく、また、フィルタ24に流入する排気ガスの流量が多いときにはフィルタ24の上下流間の差圧は大きく、よってフィルタ24に起因する圧損は大きい。したがって、例えば、フィルタ24に流入する排気ガスの流量が多いとフィルタ24に微粒子がほとんど捕集されていなくてもフィルタ24に起因する圧損が大きくなってしまい、逆にフィルタ24に流入する排気ガスの流量が少ないとフィルタ24に微粒子が多量に捕集されていてもフィルタ24に起因する圧損が小さくなってしまう。このため、場合によっては、流入する排気ガスの流量が少なくなることによって分岐管25c、25dに起因する圧損が小さくなったにも関わらず、流量調整弁27に異常があると判定されてしまう可能性がある。
【0040】
したがって、本発明の実施形態では、流量調整弁27の異常判定におけるフィルタ24等に流入する排気ガスの流量の影響を排除するようにしている。より詳細には、本発明の第一実施形態の排気浄化装置23では、フィルタ24に微粒子等がほとんど捕集されていない状態においてフィルタ側分岐管25cに流入する排気ガスの流量と、フィルタ側分岐管25cの上下流間の差圧とを予め実験的に求め、図3に示したようなマップとしてECU40のROM42に保存する。そして、使用時には内燃機関から排出された排気ガスの流量に基づいて所定値ΔPdpを算出する。このように算出された所定値ΔPdpを上述した差圧の差ΔPdと比較することによって流量調整弁27に故障や異常があるか否かが判定される。なお、内燃機関から排出された排気ガスの流量は、分岐部25bの排気上流に配置された流量センサ(図示せず)によって検出されてもよいし、内燃機関の回転数や内燃機関の吸気量等から算出されてもよい。
【0041】
特に、本発明の第一実施形態の排気浄化装置23では、減速時に圧損推定手段によって圧損を推定するのが好ましい。上述したように本発明の実施形態では、所定値ΔPdを排気ガスの流量に基づいて補正しているが、このような補正を行ったとしても排気ガスの流量が頻繁に変動していると流量調整弁27の異常判定に対する排気ガスの流量の影響を良好に除去することができない。ここで、減速時以外の内燃機関の運転中には、内燃機関に対する負荷が頻繁に変動し、これに伴って燃料が噴射されて内燃機関の回転数も頻繁に変動し、よって排気ガスの流量も頻繁に変動してしまう。これに対して、減速時には内燃機関の燃焼室5には燃料がほとんど噴射されず、よって内燃機関の回転数が頻繁に変動することがなく、また、排気ガスの流量が頻繁に変動することもない。よって、本発明の第一実施形態では、減速時に圧損推定手段によって圧損を推定することにより、流量調整弁27の異常判定に対する排気ガスの流量の影響を良好に除去することができる。
【0042】
また、上述したように流量調整弁27の異常判定に対する排気ガスの流量の影響を除去しさえすれば、分岐管25c、25dに流入する排気ガスの流量は多ければ多いほど好ましい。すなわち、排気ガスの流量が多ければ、それに伴って圧損推定手段によって推定される実際の圧損の値も大きくなる。一般に、圧損の値が大きくなればなるほど、推定された圧損の値と実際の圧損の値との相対誤差が小さくなるため、分岐管25c、25dに流入する排気ガスの流量が多くなればなるほど、推定された圧損の値と実際の圧損の値との相対誤差が小さくなる。そこで、上記第一実施形態では、圧損推定手段によって圧損を推定するときには、分岐管25c、25dに流入する排気ガスの流量を多くするためにスロットル弁17が全開にされると共にEGR弁32が全閉にされる。すなわち、スロットル弁17が全開にされることにより吸入空気量自体が多くなることによって、また、EGR弁32が全閉にされることにより排気ガスが再び吸気通路8、11に戻されることが防止されることによって、分岐管25c、25dに流入する排気ガスの流量が多くなり、圧損の検出精度を高めることができる。
【0043】
さらに、上記第一実施形態の排気浄化装置23では、検出された差圧または圧力は温度によっても影響を受ける。すなわち、フィルタ24の詰まり度合いが同程度でも、排気ガスまたはフィルタ24の温度が高いと検出される差圧または圧力が大きく、排気ガスまたはフィルタ24の温度が低いと検出される差圧または圧力が小さい。したがって、本発明では排気ガスまたはフィルタ24の温度を検出し、検出された温度に基づいて差圧センサまたは圧力センサ29、30によって検出された差圧または圧力を補正するようにした。より詳細には、流量調整弁27の作動位置がバイパス位置にあるときには、排気温度を検出し、検出された排気温度に基づいて上記差圧または圧力を補正し、流量調整弁27の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには、フィルタ温度を検出し、検出されたフィルタ温度に基づいて上記差圧または圧力を補正するのが好ましい。
【0044】
次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置60について説明する。本発明の第二実施形態の排気浄化装置60の構成は、基本的に第一実施形態の排気浄化装置23の構成と同様であるが、第一実施形態では合流部25eの排気下流に配置されていた圧力センサ30が第二実施形態では配置されていない。
【0045】
一般に、本発明の排気浄化装置の排気下流は大気中に開放されているか、または更なる排気浄化器が設けられる。大気圧は基本的に大きく変動しないため、排気浄化装置の排気下流が大気中に開放されている場合には上記合流部25eの排気下流側の圧力はほぼ一定である。また、合流部25eの排気下流に更なる排気浄化器が設けられていても、この排気浄化器にバイパス通路等が設けられていて排気ガスの流路を切り替えるようになっていたりしない限り、合流部25eの排気下流側の圧力は大きく変動しない。このように、合流部25eの排気下流側の圧力が大きく変動せず、ほぼ一定である場合、分岐部25bの排気上流側の圧力のみを測定すれば、分岐部25bの排気上流側の圧力と合流部25eの排気下流側の圧力との差圧を推定することができ、フィルタ側排気管25cおよびフィルタ24に起因する圧損やバイパス側排気管25dに起因する圧損を算出することができる。したがって、本発明の第二実施形態の排気浄化装置60では、一つの圧力センサ29で流量調整弁の故障や異常を検出することができる。
【0046】
より詳細には、本発明の第二実施形態の排気浄化装置60では、上述したように圧損推定手段として分岐部25bの排気上流に設けられた一つの圧力センサ29が用いられており、この圧力センサ29によって検出される分岐部25bの排気上流側の圧力から分岐部25bの排気上流側と合流部25eの排気下流側との間の圧損を推定する。したがって、流量調整弁27の作動位置がフィルタ流入位置にある場合には、圧力センサ29によってフィルタ側分岐管25cの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができ、流量調整弁27の作動位置がバイパス位置にある場合には、圧力センサ29によってバイパス側分岐管25dの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができる。
【0047】
そして、流量調整弁27の異常の判定に関しては、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするように流量調整弁27に命令したときと、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするように流量調整弁27に命令したときとに圧力センサ29から検出される圧力との差が所定値以下である場合には流量調整弁27に異常があると判定する。より詳細には、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときに圧力センサ29によって検出される圧力と、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときに圧力センサ29によって検出される圧力との差が所定値以下である場合には流量調整弁に異常があると判定する。なお、上記所定値は、フィルタ24に何も捕集されていないとき、またはフィルタ24が未使用であるときに圧力センサによって検出される圧力の差に等しい。
【0048】
次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置60における流量調整弁27の異常診断制御について説明する。異常診断制御では、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときに圧力センサ29から圧力Pbが検出され、また、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときに圧力センサ29から圧力Pfが検出される。そして検出された二つの圧力から圧力の差ΔPがPf−Pbとして算出される。この圧力の差ΔPが所定値ΔPp以上である場合には流量調整弁に故障や異常はないと判定され、検出された差圧の差ΔPが所定値ΔPpよりも小さい場合には流量調整弁27に故障や異常があると判定される。なお、所定値ΔPpはフィルタ24を初めて使用する場合であって流量調整弁27が正常に作動している場合における差圧の差ΔPであってもよいし、フィルタ24およびECU40の製造時から予め定められていてもよい。
【0049】
第二実施形態の排気浄化装置60では、第一実施形態の排気浄化装置23と比べて圧力センサを一つ削減することができるため、排気浄化装置の製造コストを低下させることができるようになる。
【0050】
次に、本発明の第三実施形態の排気浄化装置65について説明する。本発明の第三実施形態の排気浄化装置65の構成は、基本的に第一実施形態の排気浄化装置23の構成と同様であるが、第一実施形態において分岐部25bの排気上流側および合流部25eの排気下流側にそれぞれ配置されていた圧力センサ29、30が第三実施形態では配置さていない。また、第三実施形態の排気浄化装置65には、排気ターボチャージャ14のコンプレッサ15の吸気上流側の吸気ダクト内にエアフロメータ66が配置され、大気中から内燃機関の燃焼室5へと吸入される空気の量(以下、吸入空気量と称す)を測定することができる。
【0051】
ところで、第三実施形態のような構成の排気浄化装置65では、エアフロメータ66によって測定される吸入空気量から排気マニホルド19内の圧力を推定することができる。より詳細には、排気マニホルド19内の圧力が高くなると、内燃機関の燃焼室5から排気ガスが流出しにくくなるため、燃焼室5内に吸気ガス(吸入空気およびEGRガス)が流入しにくくなり、よってエアフロメータ66によって測定される吸入空気量が減少し、逆に、排気マニホルド19内の圧力が低くなると、内燃機関の燃焼室5から排気ガスが流出しやすくなるため、燃料室5内に吸気ガスが流入しやすくなり、エアフロメータ66によって測定される吸入空気量が増加する。上述したように、分岐部25bの排気上流側の圧力を検出することによって、フィルタ24等に起因する圧損を推定することができるため、第三実施形態の排気浄化装置65によれば、流量調整弁27の作動位置がフィルタ流入位置にある場合には、エアフロメータ66によってフィルタ側分岐管25cの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができ、流量調整弁27の作動位置がバイパス位置にある場合には、エアフロメータ66によってバイパス側分岐管25dの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができる。
【0052】
また、EGR弁32が全開である場合、排気マニホルド19内の排気ガスの圧力が変化すると、排気マニホルド19からEGR通路31を介して燃焼室5に流入する排気ガスの量であるEGRガス量が変化する。一般に、排気マニホルド19内の排気ガスの圧力が高くなるとEGRガス量が増加し、排気マニホルド19内の排気ガスの圧力が低くなるとEGRガス量が減少する。そして、このEGRガス量に応じて吸入空気量が変化する。一般に、EGRガス量が多くなると吸入空気量は減少し、逆に、EGRガス量が少なくなると吸入空気量は増加する。したがって、EGR弁32を全開にすることによっても、排気マニホルド19内の排気ガスの圧力が高くなると吸入空気量が減少し、排気マニホルド19内の排気ガスの圧力が低くなると吸入空気量が増加するため、EGR弁32を全開にすることでエアフロメータ66によって測定された吸入空気量からフィルタ24等に起因する圧損をより正確に測定することができるようになる。
【0053】
また、第一実施形態において説明したように、フィルタ24等に起因する圧損はフィルタ24等に流入する排気ガスの流量、例えば内燃機関の回転数に応じて変化するため、本実施形態でも第一実施形態と同様にエアフロメータ66から推定された圧損の値をフィルタ24等に流入する排気ガスの流量に基づいて補正するようにしている。また、第一実施形態と同様に、減速時にエアフロメータ66によって吸入空気量を測定し、圧損の値を推定することで、圧損の値から排気ガスの流量の影響を良好に除去することができるようにしている。さらに、第一実施形態と同様に、圧損の推定時にはスロットル弁17を全開にすることで、圧損の検出精度を高めるようにしている。
【0054】
したがって、本発明の第三実施形態の排気浄化装置65では、圧損推定手段としてエアフロメータ66を用い、車両が減速していて且つスロットル弁17およびEGR弁32を全開にしたときにエアフロメータ66によって検出される吸入空気量から分岐部25bの排気上流側と合流部25eの排気下流側との間の圧損を推定する。
【0055】
そして、流量調整弁27の異常の判定に関しては、車両が減速していて且つスロットル弁17およびEGR弁32を全開にしたときに、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするように流量調整弁27に命令した場合と流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするように流量調整弁27に命令した場合とにおいてエアフロメータ66から検出される吸入空気量の差が所定値以下である場合には流量調整弁27に異常があると判定する。より詳細には、車両が減速していて且つスロットル弁17およびEGR弁32を全開にした場合に、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときにエアフロメータ66によって検出される吸入空気量と、流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときにエアフロメータ66によって検出される吸入空気量との差が所定値以下である場合には流量調整弁27に異常があると判定する。なお、上記所定値は、フィルタ24に何も捕集されていないとき、またはフィルタ24が未使用であるときにエアフロメータ27によって検出される吸入空気量の差に等しい。
【0056】
次に、本発明の第三実施形態の排気浄化装置65における流量調整弁27の異常診断制御について説明する。異常診断制御では、車両が減速していて且つスロットル弁17およびEGR弁32を全開にした場合において流量調整弁27の作動位置をバイパス位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときにエアフロメータ66から吸入空気量Qafが検出され、また、流量調整弁27の作動位置をフィルタ流入位置にするようにECU40から流量調整弁27に信号が送信されたときにエアフロメータ66から吸入空気量Qabが検出される。そして検出された二つの吸入空気量から吸入空気量の差ΔQaがQaf−Qabとして算出される。この吸入空気量の差ΔQaが所定値ΔQap以上である場合には流量調整弁27に故障や異常はないと判定され、検出された吸入空気量の差ΔQaが所定値ΔQapよりも小さい場合には流量調整弁27に故障や異常があると判定される。なお、所定値ΔQapはフィルタ24を初めて使用する場合であって流量調整弁27が正常に作動している場合における吸入空気量の差ΔQaであってもよいし、フィルタ24およびECU40の製造時から予め定められていてもよい。
【0057】
次に、図6を参照して本発明の第四実施形態の排気浄化装置70について説明する。第四実施形態の排気浄化装置70は第一実施形態の排気浄化装置23と同様な構成であるが、排気管75の構成が第一実施形態の排気管25の構成と異なる。なお、図6(A)は流量調整弁77が第一作動位置にあるとき、図6(B)は流量調整弁77が第二作動位置にあるとき、図6(C)は流量調整弁77が中立作動位置にあるときをそれぞれ示す。また、これら図中の矢印は排気ガスの流れを示す。
【0058】
図6に示したように第四実施形態では、排気管75は、基幹排気管75a、75eと、基幹排気管75a、75eに連結された環状分岐管(環状通路)75c、75dとを備えており、環状分岐管75c、75d上にはフィルタ24を内蔵したケーシング76が配置されている。そして、基幹排気管75a、75eと環状分岐管75c、75dの接続部分には分岐部75bが配置される。すなわち、環状分岐管75cは基幹排気管75a、75eの分岐部75bから分岐して再び分岐部75bに戻る。
【0059】
より詳細には、基幹排気管は分岐部75bよりも排気上流側の上流側部分排気管75aと分岐部75bよりも排気下流側の下流側部分排気管75eとから成り、環状分岐管は分岐部75bとフィルタ24の一方の面とを連結する第一部分環状分岐管75cと、分岐部75bとフィルタ24の上記一方の面とは反対側の他方の面とを連結する第二部分環状分岐管75dとから成る。上流側部分排気管75aが分岐部75bにおいて第一部分環状分岐管75cと第二部分環状分岐管75dと下流側部分排気管75eとの三つの排気管に分岐する。上流側部分排気管75aおよび下流側部分排気管75eにはそれぞれ圧力センサ79、80が設けられ、対応するA/D変換器47を介してECU40の入力ポート45に接続される。
【0060】
また、分岐部75bには流量調整弁77が設けられる。流量調整弁77の作動は、対応する駆動回路48を介してECU40の出力ポート37に接続された流量調整弁用ステップモータ78により制御される。流量調整弁77は分岐部75bの中心周りで連続的に回動し、基幹排気管75a、75eの軸線に対して角度θが変化し、これにより上流側部分排気管75aから分岐部75bに流入する排気ガスのうち第一部分環状分岐管75cおよび第二部分環状分岐管75dに流入する排気ガスの流量が調整される。
【0061】
特に、第二実施形態の流量調整弁77は大別して角度の異なる三つの作動位置間で回動する。これら三つの位置とは図6(A)に示した第一作動位置(フィルタ流入位置)と、図6(B)に示した第二作動位置(フィルタ流入位置)と、図6(C)に示した中立作動位置とである。流量調整弁77が図6(A)に示した第一作動位置にある場合、上流側部分排気管75aから分岐部75bに流入する排気ガスの少なくとも大部分は第一部分環状分岐管75cに流入し、フィルタ24を一方の方向に通過して第二部分環状分岐管75dに流れ、再び分岐部75bに戻る。第二部分環状分岐管75dから分岐部75bに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管75eへと流出する。なお、以下では排気ガスが環状分岐管75c、75dおよびフィルタ24をこのように流れる方向を順方向として説明する。
【0062】
また、流量調整弁77が図6(B)に示した第二作動位置にある場合、上流側部分排気管75aから分岐部75bに流入する排気ガスの少なくとも大部分は第二部分環状分岐管75dに流入し、フィルタ24を上記流量調整弁77が第一作動位置にある場合の一方の方向とは反対の方向に通過して第一部分環状分岐管75cに流れ、再び分岐部75bに戻る。第一部分環状分岐管75cから分岐部75bに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管75eへと流出する。なお、以下では排気ガスが環状分岐管75c、75dおよびフィルタ24をこのように流れる方向を逆方向として説明する。
【0063】
すなわち、上述したように、流量調整弁77の作動位置によっては上流側部分排気管75aから分岐部75bに流入した排気ガスは、フィルタ24が配置された環状分岐管75c、75dを一方の方向へまたはそれとは逆の方向へ流れて、その後分岐部75bを介して下流側部分排気管75eへと流出することができる。
【0064】
このように、第四実施形態では、フィルタ24を通過する排気ガスの流れを順方向と逆方向との間で反転させることができるので、フィルタ24内の位置による微粒子捕集量を緩和して、フィルタ24を効率的に利用することができる。さらに、排気ガスの流れ方向を反転することにより、フィルタ24の詰まりを防止する効果もある。
【0065】
一方、流量調整弁77が図6(C)に示した中立作動位置にある場合、上流側部分排気管75aから分岐部75bに流入した排気ガスの少なくとも大部分は環状分岐管75c、75dに流入せずに下流側部分排気管75eに流入する。すなわち、流量調整弁77が中立作動位置にあると、排気ガスはフィルタ24を通過することなく下流側排気管75eへと流出する。したがって、第四実施形態では、流量調整弁77の中立作動位置は、上記実施形態における流量調整弁77のバイパス位置と同様に、フィルタ24をバイパスさせるためのバイパス位置である。
【0066】
このように、第四実施形態の排気浄化装置70は第一〜第三実施形態の排気浄化装置と同様に、流量調整弁77の作動位置を第一作動位置および第二作動位置にして排気ガスをフィルタに流入させたり、流量調整弁77の作動位置を中立作動位置にして排気ガスがフィルタをバイパスするようにしたりすることができる。したがって、第四実施形態の排気浄化装置70においても、第一〜第三実施形態の排気浄化装置と同様に流量調整弁77の作動位置を第一作動位置および第二作動位置にするように流量調整弁77に命令したときと、中立作動位置にするように流量調整弁に命令したときとの間の圧損値の差を推定することによって流量調整弁の異常を検知することができる。
【0067】
より詳細には、本発明の第四実施形態の排気浄化装置70では、流量調整弁77の異常の判定は、流量調整弁77を第一作動位置または第二作動位置にした場合に推定される上流側排気管75aと下流側排気管75eとの間の圧損と、流量調整弁77を中立作動位置にした場合の上記圧損との差に基づいて行われる。上流側排気管75aと下流側排気管75eとの間の圧損は、上流側排気管75aに設けられた圧力センサ79と下流側排気管75eに設けられた圧力センサ80とによって検出される上流側排気管75aと下流側排気管75eとの間の差圧から推定される。あるいは、上流側排気管75aと下流側排気管75eとの間の圧損は、第二実施形態の排気浄化装置60と同様に上流側排気管75aに設けられた圧力センサ79によって検出される上流側排気管75a内の圧力から推定されてもよいし、第三実施形態の排気浄化装置65と同様に吸気通路上に設けられたエアフロメータ66によって検出される吸入空気量から推定されてもよい。
【0068】
なお、上記実施形態において用いられるフィルタ24は以下に説明するメカニズムで捕集した微粒子を連続的に酸化して除去することができるように、活性酸素生成剤を備えたパティキュレートフィルタであってもよい。
【0069】
以下、フィルタによる排気ガスの浄化メカニズム、特に排気ガス中の微粒子除去作用について説明する。図7においては、貴金属触媒として白金(Pt)を利用し、活性酸素生成剤としてカリウム(K)を利用した場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【0070】
図7(A)および(B)はフィルタの隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図7(A)および(B)において85は白金の粒子を示しており、86はカリウム等の活性酸素生成剤を含む担体層を示している。
【0071】
まず、吸気通路および燃焼室5内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、フィルタに流入する排気ガスの空燃比はリーンである場合、燃焼室5では、NOX、特にNOおよびNO2が発生するので、排気ガス中にはNOxが含まれている。このように、フィルタには過剰酸素、および、NOXを含んだ排気ガスが流入する。
【0072】
排気ガスがフィルタに流入すると、図7に示したように排気ガス中の酸素はO2 -またはO2-の形で白金の表面に付着する。一方、排気ガス中のNOは白金の表面上でO2 -またはO2-と反応し、NO2となる(2NO+O2→2NO2)。次いで生成されたNO2および排気ガス中のNO2の一部は白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤86に吸収され、Kと結合しながら図7に示したように硝酸イオン(NO3 -)の形で活性酸素生成剤86内に拡散し、硝酸塩(KNO3)を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸イオンの形で活性酸素生成剤86に保持される。
【0073】
ところで、燃焼室内では主にカーボン(C)からなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれる。排気ガス中の微粒子は、排気ガスがフィルタ内を流れているときに、図7(B)に示したように、活性酸素生成剤86の表面上に接触し、付着する。
【0074】
活性酸素生成剤86上に微粒子87が付着すると、活性酸素生成剤86の表面とその内部との間に濃度差が生じる。活性酸素生成剤86内には硝酸イオンの形で酸素が吸蔵されており、この吸蔵されている酸素が微粒子87と活性酸素生成剤86との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤86内に形成されている硝酸塩(KNO3)がKとOとNOとに分解され、Oが活性酸素生成剤86の表面に向かい、その一方でNOが活性酸素生成剤86から外部に離脱せしめられる。このように外部に離脱せしめられたNOは上述したメカニズムで下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤86内に硝酸イオンの形で保持される。
【0075】
ところで微粒子87と活性酸素生成剤86との接触面に向かうOは硝酸塩(KNO3)のような化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。これら活性酸素が微粒子87に接触すると微粒子87は短時間(数秒〜数十分)のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子87は完全に消滅する。したがって、このようにして微粒子87が酸化・除去され、微粒子87がフィルタ上に堆積することはほとんどない。
【0076】
【発明の効果】
本発明によれば、切替弁の作動位置を変更するように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値の差が大きい場合には切替弁に異常があると判定することにより、確実に切替弁の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の図である。
【図2】異常診断制御のフローチャートである。
【図3】排気ガスの流量とフィルタの上下流間の差圧との関係を示す図である。
【図4】本発明の第二実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の図である。
【図5】本発明の第三実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の図である。
【図6】本発明の第四実施形態の排気浄化装置の図である。
【図7】微粒子除去作用の説明に関する図である。
【符号の説明】
23…排気浄化装置
24…パティキュレートフィルタ
25…排気管
27…流量調整弁
29、30…圧力センサ
40…ECU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an annular passage that branches off from the exhaust passage of the internal combustion engine and returns to the branching portion is provided, and a particulate filter that collects particulates in the exhaust gas flowing into the annular passage is disposed. It has been known. In such an exhaust purification device, a switching valve is further arranged at the branch portion, and the switching valve has a filter inflow position where most of the exhaust gas flows into the annular passage, and most of the exhaust gas does not flow into the annular passage. It is switched between a bypass position that flows in the exhaust passage downstream of the branch portion.
[0003]
Further, in such an exhaust purification device, there are two filter inflow positions of the switching valve. At one filter inflow position, the exhaust gas flows in one direction (forward direction) through the annular passage, and at the other filter position, the exhaust gas flows. The annular passage flows in the opposite direction (reverse direction) to the one direction. As a result, the particulate filter can be used efficiently.
[0004]
By the way, in such an exhaust purification device, if there is an abnormality such as a failure in the switching valve, the switching valve will not operate. When the switching valve does not operate, when exhaust gas should flow into the particulate filter, the exhaust gas does not flow into the particulate filter, and the exhaust gas is released into the atmosphere without removing fine particles, When exhaust gas should bypass the particulate filter, the exhaust gas flows into the particulate filter and the particulate filter becomes clogged. For this reason, it is necessary to monitor the abnormality of the switching valve. An exhaust emission control device that monitors the abnormality of the switching valve in this way is conventionally known (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-38920 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the exhaust emission control device described in
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust purification device that can accurately detect an abnormality of a switching valve.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, the particulate filter that collects particulates in the exhaust gas flowing in the exhaust passage of the internal combustion engine into two branch exhaust passages is provided in the first branch exhaust passage. The switching valve is disposed at a branch portion of the branch exhaust passage, and the switch valve has a filter inflow position where at least most of the exhaust gas flows into the first branch exhaust passage and at least a large portion at the second branch exhaust passage. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is switched between a bypass position where exhaust gas flows in part, when the operating position of the switching valve is at the filter inflow position, pressure loss caused by the first branch exhaust passage and the particulate filter is estimated And a pressure loss estimating means for estimating a pressure loss caused by the second branch exhaust passage when the operating position of the switching valve is in the bypass position. Pressure loss value estimated by the pressure loss estimation means when commanding the switching valve to the filter inflow position and pressure loss estimation when commanding the switching valve to set the operation position of the switching valve to the bypass position When the difference from the pressure loss value estimated by the means is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the switching valve is abnormal.
[0009]
In general, if the switching valve is commanded to change the operating position of the switching valve when there is no abnormality in the switching valve, the pressure loss value estimated by the pressure loss estimating means changes greatly. Even if the switching valve is commanded to change the operating position, the position of the switching valve is not changed, so that the pressure loss value estimated by the pressure loss estimating means does not change greatly. Therefore, according to the first aspect of the invention, when the switching valve is instructed to change the operating position of the switching valve, the switching valve is abnormal when the difference in pressure loss values estimated by the pressure loss estimating means is small. It is determined. In addition, by comparing the pressure loss value when the switching valve operating position is set to the filter inflow position with the pressure loss value when the switching valve operating position is set to the bypass position, it is possible to more accurately determine the switching valve abnormality. Can be done.
[0010]
In the second invention, an annular passage that branches off from the exhaust passage of the internal combustion engine and returns to the branch portion is provided, a particulate filter that collects particulates in the exhaust gas flowing into the annular passage is disposed, A switching valve is disposed at the branching portion, and the switching valve is located at a filter inflow position where at least most of the exhaust gas flows into the annular passage and downstream of the branching portion without flowing at least most of the exhaust gas into the annular passage. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is switched between a bypass position that flows in the exhaust passage, when the operating position of the switching valve is at the filter inflow position, pressure loss caused by the annular passage and the particulate filter is estimated, and the switching valve Pressure loss estimating means for estimating pressure loss caused by the exhaust passage between the exhaust upstream and downstream of the branch when the operating position is in the bypass position; The pressure loss value estimated by the pressure loss estimation means when the switching valve is commanded to the filter inflow position and the switching valve so that the switching valve operating position is set to the bypass position. If the difference from the pressure loss value estimated by the pressure loss estimating means when commanded is less than or equal to a predetermined value, it is determined that there is an abnormality in the switching valve.
[0011]
According to a third aspect, in the first or second aspect, the pressure loss estimating means estimates the pressure loss based on either the amount of intake air taken into the internal combustion engine or the pressure upstream of the exhaust at the branch portion.
When the pressure loss estimation means estimates the pressure loss based on the intake air amount, the vehicle on which the internal combustion engine is mounted is decelerated (that is, the internal combustion engine is operated at a low load and low rotation) and the internal combustion engine The throttle valve for restricting the amount of air flowing into the engine and the EGR valve for restricting the flow rate of EGR gas are fully opened.
[0012]
According to a fourth invention, in the first invention, the branch exhaust passage is merged downstream of the particulate filter exhaust, and the pressure loss estimating means is configured to detect the pressure in the exhaust passage upstream of the branch exhaust and the exhaust of the merge portion. The pressure loss is estimated based on the differential pressure with the pressure in the exhaust passage downstream.
[0013]
In a fifth aspect based on the second aspect, the pressure loss estimation means estimates the pressure loss based on a differential pressure between the pressure in the exhaust passage upstream of the branch portion and the pressure in the exhaust passage downstream of the branch portion. To do.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust emission control device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an in-cylinder injection self-ignition type diesel internal combustion engine equipped with an exhaust emission control device of the present invention. The exhaust purification device used in the present invention can also be mounted on a spark ignition internal combustion engine.
[0015]
1 and 2, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, and 8 is intake air. Port, 9 is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The
[0016]
A
[0017]
The
[0018]
On the other hand, each
[0019]
The electronic control unit (ECU) 40 is a digital computer and includes a ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an
[0020]
A
[0021]
Next, the configuration of the exhaust
[0022]
The
[0023]
The flow
[0024]
Furthermore,
[0025]
By the way, the flow
[0026]
When the
[0027]
By the way, in general, the
[0028]
On the other hand, when the flow
[0029]
Therefore, in the
[0030]
Here, the predetermined value is the smallest value that can be taken by the difference in pressure loss values estimated by the pressure loss estimation means when the flow
[0031]
As described above, it is possible to diagnose the abnormality of the flow
[0032]
In the
[0033]
Regarding the determination of the abnormality of the flow
[0034]
In the
[0035]
Next, abnormality diagnosis control of the flow
[0036]
Next, a control routine for abnormality diagnosis control of the flow
[0037]
In
[0038]
By the way, although it has been described that the abnormality of the flow
[0039]
As can be seen from FIG. 3, when the flow rate of the exhaust gas flowing into the
[0040]
Therefore, in the embodiment of the present invention, the influence of the flow rate of the exhaust gas flowing into the
[0041]
In particular, in the exhaust
[0042]
Further, as described above, it is preferable that the flow rate of the exhaust gas flowing into the
[0043]
Furthermore, in the
[0044]
Next, the exhaust
[0045]
Generally, the exhaust gas downstream of the exhaust gas purification apparatus of the present invention is open to the atmosphere, or a further exhaust gas purifier is provided. Since the atmospheric pressure basically does not fluctuate greatly, the pressure on the exhaust downstream side of the merging
[0046]
More specifically, in the exhaust
[0047]
Regarding the determination of the abnormality of the flow
[0048]
Next, abnormality diagnosis control of the flow
[0049]
In the
[0050]
Next, the exhaust
[0051]
By the way, in the
[0052]
Further, when the
[0053]
Further, as described in the first embodiment, the pressure loss due to the
[0054]
Therefore, in the exhaust
[0055]
Regarding the determination of the abnormality of the flow
[0056]
Next, abnormality diagnosis control of the flow
[0057]
Next, an exhaust
[0058]
As shown in FIG. 6, in the fourth embodiment, the
[0059]
More specifically, the main exhaust pipe is composed of an upstream
[0060]
Further, a flow
[0061]
In particular, the flow
[0062]
When the flow
[0063]
That is, as described above, depending on the operating position of the flow
[0064]
Thus, in the fourth embodiment, the flow of exhaust gas passing through the
[0065]
On the other hand, when the flow
[0066]
As described above, the
[0067]
More specifically, in the
[0068]
The
[0069]
Hereinafter, the exhaust gas purification mechanism by the filter, particularly the particulate removal action in the exhaust gas will be described. In FIG. 7, a case where platinum (Pt) is used as a noble metal catalyst and potassium (K) is used as an active oxygen generator will be described as an example. However, other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, Even if a transition metal is used, the same fine particle removing action is performed.
[0070]
FIGS. 7A and 7B schematically show enlarged views of the surface of the support layer formed on the surface of the partition walls of the filter and on the pore surfaces of the partition walls. 7A and 7B,
[0071]
First, when the ratio of air and fuel supplied into the intake passage and the
[0072]
When the exhaust gas flows into the filter, the oxygen in the exhaust gas becomes O as shown in FIG.2 -Or O2-It adheres to the surface of platinum in the form of On the other hand, NO in the exhaust gas is O on the surface of platinum.2 -Or O2-Reacts with NO2(2NO + O2→ 2NO2). Then the generated NO2And NO in exhaust gas2Part of the oxygen is absorbed by the
[0073]
Incidentally, fine particles mainly composed of carbon (C) are generated in the combustion chamber. Therefore, these fine particles are contained in the exhaust gas. The fine particles in the exhaust gas come into contact with and adhere to the surface of the active
[0074]
When the
[0075]
By the way, O toward the contact surface between the
[0076]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the switching valve is commanded to change the operating position of the switching valve, it is determined that there is an abnormality in the switching valve when the difference in pressure loss values estimated by the pressure loss estimating means is large. Thus, the abnormality of the switching valve can be reliably detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram of an internal combustion engine equipped with an exhaust emission control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of abnormality diagnosis control.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the flow rate of exhaust gas and the differential pressure between the upstream and downstream of the filter.
FIG. 4 is a diagram of an internal combustion engine provided with an exhaust purification device of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram of an internal combustion engine provided with an exhaust purification device of a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram of an exhaust emission control device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram relating to an explanation of the particulate removal action.
[Explanation of symbols]
23. Exhaust purification device
24 ... Particulate filter
25 ... exhaust pipe
27 ... Flow control valve
29, 30 ... Pressure sensor
40 ... ECU
Claims (5)
切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには第一分岐排気通路およびパティキュレートフィルタに起因する圧損を推定し、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときには第二分岐排気通路に起因する圧損を推定するための圧損推定手段を具備し、切替弁の作動位置をフィルタ流入位置にするように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値と、切替弁の作動位置をバイパス位置にするように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値との差が所定値以下の場合には切替弁に異常があると判定するようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。The exhaust passage of the internal combustion engine branches into two branch exhaust passages, a particulate filter that collects particulates in the inflowing exhaust gas is disposed in the first branch exhaust passage, and a switching valve is provided at the branch portion of the branch exhaust passage. The switching valve switches between a filter inflow position where at least most of the exhaust gas flows into the first branch exhaust passage and a bypass position where at least most of the exhaust gas flows into the second branch exhaust passage. In an exhaust gas purification device for an internal combustion engine,
When the switching valve operating position is at the filter inflow position, the pressure loss due to the first branch exhaust passage and the particulate filter is estimated, and when the switching valve operating position is at the bypass position, the pressure loss due to the second branch exhaust passage is estimated. Pressure loss estimating means for estimating, and bypassing the pressure loss value estimated by the pressure loss estimating means when the switching valve is commanded to set the operating position of the switching valve to the filter inflow position, and the operating position of the switching valve When the switch valve is instructed to be in the position, if the difference from the pressure loss value estimated by the pressure loss estimation means is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the switch valve is abnormal. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには環状通路およびパティキュレートフィルタに起因する圧損を推定し、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときには分岐部の排気上流と排気下流との間の排気通路に起因する圧損を推定するための圧損推定手段を具備し、切替弁の作動位置をフィルタ流入位置にするように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値と、切替弁の作動位置をバイパス位置にするように切替弁に命令したときに圧損推定手段によって推定される圧損の値との差が所定値以下の場合には切替弁に異常があると判定するようにした内燃機関の排気浄化装置。An annular passage that branches off from the exhaust passage of the internal combustion engine and returns to the branch portion is provided, a particulate filter that collects particulates in the exhaust gas flowing into the annular passage is disposed, and a switching valve is disposed at the branch portion. The switching valve is provided with a filter inflow position where at least most of the exhaust gas flows into the annular passage, and a bypass that flows through the exhaust passage downstream of the branch portion without flowing at least most of the exhaust gas into the annular passage. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can be switched between positions,
When the operating position of the switching valve is in the filter inflow position, pressure loss caused by the annular passage and the particulate filter is estimated, and when the operating position of the switching valve is in the bypass position, the exhaust between the exhaust upstream of the branching section and the exhaust downstream Pressure loss estimating means for estimating the pressure loss caused by the passage, and switching the pressure loss value estimated by the pressure loss estimating means when commanding the switching valve to set the operation position of the switching valve to the filter inflow position When the switching valve is commanded to set the valve operating position to the bypass position, if the difference from the pressure loss estimated by the pressure loss estimating means is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the switching valve is abnormal. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
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