(57)【要約】【課題】切替弁の異常を検出することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】本発明の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路が二つの分岐排気通路に分岐し、一方の分岐排気通路内にフィルタ２４が配置される。分岐部にはフィルタに排気ガスが流入するフィルタ流入位置と、フィルタをバイパスさせるバイパス位置との間で切り替えられる切替弁２７が配置される。切替弁の作動位置に応じて各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２９、３０を具備する。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、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。【選択図】　　　図１
2004132213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
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内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
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における排気通路内の圧力とのいずれか一方に基づいて圧損を推定する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
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請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
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請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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