(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の微粒子を捕集する捕集機構と、
前記捕集機構より上流の排気通路内の排気を導入する第１のガス導入部、前記捕集機構より下流の排気通路内の排気を導入する第２のガス導入部、及び前記第１の導入部と前記第２のガス導入部に印加される圧力の差を検出するセンサ本体を具備した差圧センサと、
前記第１又は第２のガス導入部に対し、前記捕集機構より上流又は下流の排気通路内の排気の導入と大気の導入とを切り換える大気導入切換手段と、
前記捕集機構の前後差圧を検出する必要がないときに、前記第１又は第２のガス導入部に対し大気を導入させるべく前記大気導入切換手段を制御し、その際の前記センサ本体の検出値を前記捕集機構の下流又は上流における排気の絶対圧とみなす絶対圧検出制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記捕集機構より上流およびまたは下流の排気通路に設けられた酸素濃度センサと、
前記絶対圧検出制御手段により検出された排気の絶対圧に基づいて前記酸素濃度センサの出力信号値を補正する補正手段と、
を更に備える請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の微粒子を捕集する捕集機構と、
前記捕集機構より上流の排気通路に設けられた上流側酸素濃度センサと、
前記捕集機構より下流の排気通路に設けられた下流側酸素濃度センサと、
前記内燃機関がリーン空燃比で運転されており且つ前記捕集機構の酸素貯蔵能力が飽和しているときの前記上流側酸素濃度センサ及び前記下流側酸素濃度センサの出力差に基づいて前記捕集機構の詰まりを判定する詰まり判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記捕集機構は、酸化触媒とＮＯx吸蔵剤とが担持されたパティキュレートフィルタであることを特徴とする請求項１又は請求項３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、内燃機関の排気を浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上が要求されており、特に軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼル機関）では、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等に加え、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化もしくは除去することが要求されている。
【０００３】
このため、断面積が非常に小さい細孔を多数備えた多孔質の基材からなるパティキュレートフィルタをディーゼル機関の排気通路に配置し、ディーゼル機関の排気をパティキュレートフィルタの細孔に流すことにより、排気中のＰＭを捕集する方法が知られている。
【０００４】
但し、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に増加すると、パティキュレートにおける排気抵抗が高くなり、それに応じて内燃機関に作用する背圧が過剰に高くなる虞があるため、パティキュレートフィルに捕集されたＰＭを適当な時期に浄化してパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生させる必要がある。
【０００５】
このような要求に対し、従来では、特開２００１−１７３４９８号公報に記載されているように、パティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサを設け、差圧センサの出力信号値が所定値以上となったときに、パティキュレートフィルタに堆積した微粒子量が許容最大値を超えていると判定する技術が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年のディーゼル機関では、該ディーゼル機関の排気通路に酸素濃度センサ（空燃比センサ）を設け、排気中の酸素濃度が所望の濃度となるようにディーゼル機関の運転状態を制御する技術が知られている。
【０００７】
ところで、酸素濃度センサは、圧力に依存した出力特性を有するため、排気の酸素濃度を正確に検出するには排気の絶対圧に応じて酸素濃度センサの出力信号値を補正する必要がある。
【０００８】
しかしながら、前述した従来の技術では、パティキュレートフィルタの前後差圧を検出する差圧センサを備えているのみであり、排気の絶対圧を検出することが不可能であるため、排気の酸素濃度を正確に検出することができない。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気系に設けられた捕集機構の前後差圧を検出する手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気の絶対圧を検出することができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
【００１１】
すなわち、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、排気中の微粒子を捕集する捕集機構と、前記捕集機構より上流の排気通路内の排気を導入する第１のガス導入部、前記捕集機構より下流の排気通路内の排気を導入する第２のガス導入部、及び前記第１の導入部と前記第２のガス導入部に印加される圧力の差を検出するセンサ本体を具備した差圧センサと、前記第１又は第２のガス導入部に対し、前記捕集機構より上流又は下流の排気通路内の排気の導入と大気の導入とを切り換える大気導入切換手段と、前記捕集機構の前後差圧を検出する必要がないときに、前記第１又は第２のガス導入部に対し大気を導入させるべく前記大気導入切換手段を制御し、その際の前記センサ本体の検出値を前記捕集機構の下流又は上流における排気の絶対圧とみなす絶対圧検出制御手段と、を備えるようにした。
【００１２】
この発明は、内燃機関の排気通路に設けられた捕集機構と、この捕集機構の前後差圧を検出する差圧センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置において、差圧センサに対して捕集機構より上流又は下流の排気通路内の排気と大気との何れか一方を選択的に導入可能な構成を採用することにより、捕集機構の前後差圧を検出する必要がないときに、捕集機構より上流又は下流の排気の代わりに大気を差圧センサへ導入させることにより、大気と捕集機構より下流又は上流における排気との圧力差、すなわち排気の絶対圧を検出することを最大の特徴としている。
【００１３】
かかる内燃機関の排気浄化装置では、絶対圧検出制御手段は、捕集機構より上流（又は下流）の排気通路内の排気の代わりに大気を差圧センサへ導入させるべく大気導入切換手段を制御する。
【００１４】
この場合、差圧センサには、捕集機構より下流（又は上流）の排気通路内の排気と大気とが導入されることになる。この結果、差圧センサは、捕集機構より下流（又は上流）における排気の圧力と大気圧との差圧を検出することになり、その差圧は捕集機構より下流（又は上流）における排気の絶対圧に相当する。
【００１５】
その際、大気と捕集機構より下流（又は上流）の排気通路内の排気とを差圧センサへ導入させて捕集機構より下流（又は上流）における排気と大気との圧力差を検出するとともに、捕集機構より上流の排気通路内の排気と捕集機構より下流の排気通路内の排気とを差圧センサへ導入させて前記捕集機構の上流と下流との排気圧力の差を検出するようにすれば、それら二つの差圧を用いて捕集機構より上流（又は下流）における排気の絶対圧を算出することも可能となる。
【００１６】
従って、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、差圧センサに対して捕集機構より上流又は下流の排気通路内の排気と大気との何れか一方を選択的に導入可能に構成されることにより、捕集機構より上流における排気の絶対圧と捕集機構より下流における排気の絶対圧との双方を検出することが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、捕集機構より上流およびまたは下流の排気通路に設けられた酸素濃度センサと、絶対圧検出制御手段により検出された排気の絶対圧に基づいて酸素濃度センサの出力信号値を補正する補正手段とを更に備えるようにしてもよい。
【００１８】
この場合、酸素濃度センサの出力信号値が排気の絶対圧に基づいて補正されることになるため、排気の圧力が如何なる状態にあっても正確な酸素濃度が検出されることになる。
【００１９】
一方、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、捕集機構の上流と下流とに酸素濃度センサが設けられている場合には、前述した酸素濃度センサの出力特性が排気の圧力に依存することを利用して、内燃機関がリーン空燃比で運転されており且つ捕集機構の酸素貯蔵能力が飽和しているときの上流側酸素濃度センサ及び下流側酸素濃度センサの出力差に基づいて捕集機構の詰まりを判定するようにしてもよい。
【００２０】
これは、内燃機関がリーン空燃比で運転されており且つ捕集機構の酸素貯蔵能力が飽和しているときは、捕集機構より上流における排気の酸素濃度と捕集機構より下流における排気の酸素濃度とが一致するため、その際の上流側酸素濃度センサの出力信号値と下流側酸素濃度センサの出力信号値との差は、捕集機構の前後差圧に因るものであるという知見に基づくものである。
【００２１】
尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構としては、酸化触媒とＮＯx吸蔵剤とが担持されたパティキュレートフィルタを例示することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜実施の形態１＞
先ず、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態について図１〜図６に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２５】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１には、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフトが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５とが取り付けられている。
【００２６】
前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるとともに、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続されている。
【００２７】
前記コモンレール７におけるリターンパイプ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コモンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となったときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。
【００２８】
前記コモンレール７には、該コモンレール７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧センサ１３が取り付けられている。
【００２９】
このように構成された燃料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポンプ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力信号値に基づいてフィードバック制御される。
【００３０】
燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給された燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するまで蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。各燃料噴射弁３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の燃焼室内へ噴射する。
【００３１】
尚、前記した燃料系では、コモンレール７内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられた燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧されることになる。
【００３２】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されている。
【００３３】
前記吸気管１５において前記エアクリーナボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取り付けられている。
【００３４】
前記吸気管１５において前記エアフローメータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。
【００３５】
前記吸気管１５において前記コンプレッサハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気を冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。
【００３６】
前記吸気管１５において前記インタークーラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁２１が設けられている。この吸気絞り弁２１には、該吸気絞り弁２１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ２１ａと、前記吸気絞り弁２１の開度に応じた電気信号を出力する吸気絞り弁開度センサ２１ｂとが取り付けられている。
【００３７】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１６に流入した新気は、該エアクリーナボックス１６内の図示しないエアクリーナによって新気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５を介して遠心過給機１９のコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
【００３８】
コンプレッサハウジング１９ａに流入した新気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気は、インタークーラ２０にて冷却される。
【００３９】
インタークーラ２０によって冷却された新気は、必要に応じて吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導かれた新気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４０】
各気筒２の燃焼室へ分配された新気は、図示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼する。
【００４１】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管は、遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂを介して排気管２５ａに接続されている。
【００４２】
前記排気枝管２４において前記タービンハウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂回するタービンバイパス通路２６によって接続されている。
【００４３】
前記タービンバイパス通路２６には、該タービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなるウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。
【００４４】
前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッサハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる新気の圧力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにおいて圧縮された新気の圧力（過給圧）を利用して前記弁体２７ａを開閉駆動する。
【００４５】
具体的には、アクチュエータ２７ｂは、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧未満の圧力が印加されているときは弁体２７ａを閉弁位置に保持し、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧以上の圧力が印加されたときは弁体２７ａを開弁駆動する。
【００４６】
つまり、アクチュエータ２７ｂは、遠心過給機１９による吸気の過給圧が所定圧以上に達すると、弁体２７ａを開弁させてタービンバイパス通路２６を導通状態とし、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量を減少させ、以て過給圧が前記した所定圧を越えないようにする。
【００４７】
前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成分、特に煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化する排気浄化機構２９に接続されている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接続されている。以下では、排気浄化機構２９より上流の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂと称するものとする。
【００４８】
前記排気浄化機構２９は、本発明に係る捕集機構の一実施態様であり、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）や、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタに白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯx吸蔵剤とが担持されたＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒を例示することができる。尚、以下では、排気浄化機構２９をパティキュレートフィルタ２９と称するものとする。
【００４９】
前記上流側排気管２５ａには、該上流側排気管２５ａ内を流れる排気の酸素濃度に対応した電気信号を出力する酸素濃度センサ３８が取り付けられている。前記上流側排気管２５ａと前記下流側排気管２５ｂには、これら上流側排気管２５ａ内の排気圧力と下流側排気管２５ｂ内の排気圧力との差圧に対応した電気信号を出力する差圧センサ３９が取り付けられている。
【００５０】
差圧センサ３９は、図２に示すように、二つのガス導入部３９１、３９２を有し、それら二つのガス導入部３９１、３９２に導入された二つのガスの圧力差に対応した電気信号を出力するセンサ本体３９０を備えている。以下では、ガス導入部３９１を第１のガス導入部３９１と称し、ガス導入部３９２を第２のガス導入部３９２と記す。
【００５１】
前記第１のガス導入部３９１は、第１のガス導入管３９３を介して前記した上流側排気管２５ａと連通しており、前記第２のガス導入部３９２は、第２のガス導入管３９４を介して三方切換弁３９５に接続されている。
【００５２】
前記三方切換弁３９５には、上記した第２のガス導入管３９４に加え、排気導入管３９６と大気導入管３９７が接続されており、三方切換弁３９５は、排気導入管３９６と大気導入管３９７との何れか一方を選択的に前記第２のガス導入管３９４と導通させる。この三方切換弁３９５は、例えば、バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）で構成されている。
【００５３】
前記した排気導入管３９６は、前記した下流側排気管２５ｂに接続され、前記した大気導入管３９７は、大気中に開放されている。
【００５４】
このように構成された差圧センサ３９では、三方切換弁３９５が第２のガス導入管３９４と排気導入管３９６とを導通させた場合には、図３に示されるように、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の圧力：Ｐupがセンサ本体３９０の第１のガス導入部３９１に印加されるとともに、パティキュレートフィルタ２９より下流における排気の圧力：Ｐdownがセンサ本体３９０の第２のガス導入部３９２に印加されることになる。
【００５５】
この場合、センサ本体３９０は、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の圧力：Ｐupとパティキュレートフィルタ２９より下流における排気の圧力：Ｐdownとの差圧（以下、フィルタ前後差圧と称する）：△Ｐ（＝Ｐup−Ｐdown）に対応した電気信号を出力することになる。
【００５６】
また、三方切換弁３９５が第２のガス導入管３９４と大気導入管３９７とを導通させた場合には、図４に示されるように、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の圧力：Ｐupがセンサ本体３９０の第１のガス導入部３９１に印加されるとともに、大気圧：Ｐaがセンサ本体３９０の第２のガス導入部３９２に印加されることになる。
【００５７】
この場合、センサ本体３９０は、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の圧力：Ｐupと大気圧：Ｐaとの差圧（＝Ｐup−Ｐa）に対応した電気信号、言い換えれば、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の絶対圧に対応した電気信号を出力することになる。
【００５８】
このように本実施の形態に係る差圧センサ３９によれば、既存の差圧センサに三方切換弁を取り付けるのみで上流側排気管２５ａ内の排気の絶対圧を検出することが可能となる。
【００５９】
ここで図１に戻り、前記下流側排気管２５ｂには、該下流側排気管２５ｂ内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁３３が取り付けられている。この排気絞り弁３３には、該排気絞り弁３３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ３４が取り付けられている。
【００６０】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２の燃焼室で燃焼された既燃ガスは、各気筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。
【００６１】
遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に排気が流入すると、排気の熱エネルギが前記タービンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールの回転エネルギに変換される。タービンホイールの回転エネルギは、前述のコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッサホイールは、前記タービンホイールから伝達された回転エネルギによって新気を圧縮する。
【００６２】
その際、コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮された新気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上昇すると、その過給圧が作動圧通路２８を介してウェストゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂへ印加され、アクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁駆動することになる。
【００６３】
ウェストゲートバルブ２７の弁体２７ａが開弁されると、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内に流入する排気の熱エネルギ、言い換えれば、タービンハウジング１９ｂにおいてタービンホイールの回転エネルギに変換される熱エネルギが減少する。この結果、タービンホイールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネルギが減少し、過給圧の過剰な上昇が抑制される。
【００６４】
前記タービンハウジング１９ｂから上流側排気管２５ａへ排出された排気、及び、タービンバイパス通路２６から上流側排気管２５ａへ導かれた排気は、上流側排気管２５ａからパティキュレートフィルタ２９へ流入する。パティキュレートフィルタ２９に流入した排気は、該排気に含まれる煤などの微粒子を浄化又は除去された後に下流側排気管２５ｂへ排出され、下流側排気管２５ｂを通って大気中に放出される。
【００６５】
また、排気枝管２４には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１００は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて開度を変更することが可能となっている。
【００６６】
前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられている。
【００６７】
前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱するためのラジエター１０６と接続されている。
【００６８】
前記した２本の配管１０４、１０５のうちの一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記ＥＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。
【００６９】
前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
【００７０】
このように構成された排気再循環機構（ＥＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１４へ導かれる。
【００７１】
その際、開閉弁１０７が開弁状態にあると、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲクーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れるＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００７２】
ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４から吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１４の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、前記燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００７３】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などの不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量を抑制することが可能となる。
【００７４】
更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することがない。
【００７５】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００７６】
ＥＣＵ３５には、クランクポジションセンサ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、酸素濃度センサ３８、差圧センサ３９に加えて、車両の室内に設けられたアクセルペダル３６の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ３７が電気的に接続され、上記した各センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００７７】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７、三方切換弁３９５等が電気的に接続され、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能になっている。
【００７８】
ここで、ＥＣＵ３５は、図５に示すように、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。
【００７９】
前記入力ポート４５は、クランクポジションセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００８０】
前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ３７、酸素濃度センサ３８、差圧センサ３９等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００８１】
前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７、三方切換弁３９５等と図示しない駆動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力される制御信号を前記した各部へ送信する。
【００８２】
前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り制御ルーチン、排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ制御ルーチン、ＰＭ再生制御ルーチンなどの各種アプリケーションプログラムを記憶するとともに、種々の制御マップを記憶している。
【００８３】
前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００８４】
前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００８５】
前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、燃料ポンプ制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＰＭ再生制御などの周知の制御に加え、本実施の形態の要旨となる酸素濃度センサ出力補正制御を実行する。
【００８６】
以下では、本実施の形態における酸素濃度センサ出力補正制御について述べる。
【００８７】
一般に、酸素濃度センサは、排気の圧力に応じて出力信号値が変化するという特性を有している。例えば、実際の酸素濃度に対する酸素濃度センサの出力信号値（センサ出力比）は、図６に示すように、酸素濃度センサが大気圧と同一の圧力下で使用されているときには“１”となる。しかしながら、酸素濃度センサが大気圧より低い圧力下で使用されているときには、センサ出力比は、“１”未満の値になると同時に圧力が低くなるほど小さい値を示すようになる。一方、酸素濃度センサが大気圧より高い圧力下で使用されているときには、センサ出力比は、“１”より大きな値になると同時に圧力が高くなるほど大きな値を示すようになる。
【００８８】
このような実情を考慮すると、パティキュレートフィルタのように圧力損失が比較的大きく且つその圧力損失の度合いが変化し易い部材の上流に酸素濃度センサが配置された場合には、排気の圧力上昇や圧力変動などによって酸素濃度センサの出力信号値と実際の酸素濃度との誤差が大きくなる虞がある。
【００８９】
これに対し、本実施の形態における酸素濃度センサ出力補正制御では、酸素濃度センサ３８の出力信号値を利用した制御、例えば、パティキュレートフィルタ２９に流入する排気の酸素濃度を所望の酸素濃度とすべく内燃機関１で燃焼に供される混合気の空燃比をフィードバック制御する場合等に、前述した図４の説明で述べたように差圧センサ３９を利用して上流側排気管２５ａ内の排気の絶対圧を検出し、検出された排気の絶対圧に基づいて酸素濃度センサ３８の出力信号値を補正するようにした。
【００９０】
具体的には、ＣＰＵ４１は、フィルタ前後差圧：△Ｐを検出する必要がないことを条件に、上流側排気管２５ａ内の排気の絶対圧を検出させるべく差圧センサ３９を制御する。すなわち、ＣＰＵ４１は、前述した図４の説明で述べたように、第２のガス導入管３９４と大気導入管３９７とを導通させるべく三方切換弁３９５を制御し、その際のセンサ本体３９０の出力信号値（＝Ｐup−Ｐa）と酸素濃度センサ３８の出力信号値とを読み込む。
【００９１】
続いて、ＣＰＵ４１は、センサ本体３９０の出力信号値（＝Ｐup−Ｐa）をパラメータとして補正係数：Ａ(Pup-Pa)を算出し、その補正係数：Ａ(Pup-Pa)を前記酸素濃度センサ３８の出力信号値に積算して実際の酸素濃度を算出する。前記した補正係数：Ａ(Pup-Pa)は、酸素濃度センサ３８固有の係数であり、予め実験的に求められているものとする。
【００９２】
このように本実施の形態に係る酸素濃度センサ出力補正制御では、差圧センサ３９を利用して上流側排気管２５ａ内の排気の絶対圧を検出し、その排気の絶対圧に基づいて酸素濃度センサ３８の出力信号値を補正するため、上流側排気管２５ａ内の排気の正確な酸素濃度を検出することが可能となる。
【００９３】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、既存の差圧センサに三方切換弁を取り付けることにより排気の絶対圧を検出することが可能となり、以てパティキュレートフィルタより上流における排気の酸素濃度を正確に求めることが可能となる。
【００９４】
＜実施の形態２＞
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態について図７〜図１０に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【００９５】
本実施の形態では、図７に示すように、上流側排気管２５ａと下流側排気管２５ｂには、これら上流側排気管２５ａ内の排気圧力と下流側排気管２５ｂ内の排気圧力との差圧に対応した電気信号を出力する差圧センサ５０が取り付けられている。
【００９６】
前記した差圧センサ５０は、図８に示すように、二つのガス導入部５０１、５０２を有し、それら二つのガス導入部５０１、５０２に導入された二つのガスの圧力差に対応した電気信号を出力するセンサ本体５００を備えている。以下では、ガス導入部５０１を第１のガス導入部５０１と称し、ガス導入部５０２を第２のガス導入部５０２と記す。
【００９７】
前記第１のガス導入部５０１は、第１のガス導入管５０３を介して三方切換弁５０４と連通しており、前記第２のガス導入部５０２は、第２のガス導入管５０７を介して下流側排気管２５ｂに接続されている。
【００９８】
前記三方切換弁５０４には、上記した第１のガス導入管５０３に加え、排気導入管５０５と大気導入管５０６が接続されており、三方切換弁５０４は、排気導入管５０５と大気導入管５０６との何れか一方を選択的に前記第１のガス導入管５０３と導通させる。
【００９９】
前記した排気導入管５０５は、上流側排気管２５ａに接続され、前記した大気導入管５０６は、大気中に開放されている。
【０１００】
このように構成された差圧センサ５０では、三方切換弁５０４が第１のガス導入管５０３と排気導入管５０５とを導通させた場合には、図９に示されるように、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の圧力：Ｐupがセンサ本体５００の第１のガス導入部５０１に印加されるとともに、パティキュレートフィルタ２９より下流における排気の圧力：Ｐdownがセンサ本体５００の第２のガス導入部５０２に印加されることになる。
【０１０１】
この場合、センサ本体５００は、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の圧力：Ｐupとパティキュレートフィルタ２９より下流における排気の圧力：Ｐdownとの差圧（フィルタ前後差圧）：△Ｐ（＝Ｐup−Ｐdown）に対応した電気信号を出力することになる。
【０１０２】
また、三方切換弁５０４が第１のガス導入管５０３と大気導入管５０６とを導通させた場合には、図１０に示されるように、大気圧：Ｐaがセンサ本体５００の第１のガス導入部５０１に印加されるとともに、パティキュレートフィルタ２９より下流における排気の圧力：Ｐdownがセンサ本体５００の第２のガス導入部５０２に印加されることになる。
【０１０３】
この場合、センサ本体５００は、大気圧：Ｐaとパティキュレートフィルタ２９より下流における排気の圧力：Ｐdownとの差圧（＝Ｐa−Ｐdown、以下、大気・排気圧力差と称する）に対応した電気信号を出力することになる。この出力信号値の絶対値は、パティキュレートフィルタ２９より下流における排気の絶対圧に対応した値となる。
【０１０４】
尚、上記したように構成された差圧センサ５０を用いてパティキュレートフィルタ２９より上流における排気の絶対圧を検出する場合には、前述した図９の説明で述べたように第１のガス導入管５０３と排気導入管５０５とを導通させるべく三方切換弁５０４を動作させてフィルタ前後差圧：△Ｐ（＝Ｐup−Ｐdown）を検出するとともに、前述した図１０の説明で述べたように第１のガス導入管５０３と大気導入管５０６とを導通させるべく三方切換弁５０４を動作させて大気・排気圧力差（＝Ｐa−Ｐdown）を検出する。次いで、フィルタ前後差圧：△Ｐ（＝Ｐup−Ｐdown）から大気・排気圧力差（＝Ｐa−Ｐdown）を減算することにより（（Ｐup−Ｐdown）−（Ｐa−Ｐdown）＝Ｐup−Ｐa）、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の絶対圧（＝Ｐup−Ｐa）を求めることができる。
【０１０５】
従って、本実施の形態に係る差圧センサ５０によれば、前述した第１の実施の形態と同様に、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の絶対圧を検出することが可能となり、その排気の絶対圧を利用して酸素濃度センサ３８の出力信号値を補正することも可能となる。その結果、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の酸素濃度を正確に求めることが可能となる。
【０１０６】
＜実施の形態３＞
次に、本発明に係る第３の実施の形態について図１１〜図１３に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１０７】
本実施の形態では、図１１に示すように、上流側排気管２５ａと下流側排気管２５ｂには、差圧センサの代わりに、上流側酸素濃度センサ３８ａと下流側酸素濃度センサ３８ｂとが各々配置されている。
【０１０８】
これに対応して、ＥＣＵ３５のＡ／Ｄ４７には、図１２に示すように、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ３７、上流側酸素濃度センサ３８ａ、及び下流側酸素濃度センサ３８ｂが接続されることになる。
【０１０９】
この場合、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、燃料ポンプ制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＰＭ再生制御などの周知の制御に加え、本実施の形態の要旨となるフィルタ前後差圧検出制御を実行することになる。
【０１１０】
フィルタ前後差圧検出制御では、ＣＰＵ４１は、図１３に示すようなフィルタ前後差圧検出制御ルーチンを実行する。このフィルタ前後差圧検出制御ルーチンは、予めＲＯＭ４２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【０１１１】
フィルタ前後差圧検出制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、先ず、Ｓ１３０１において、内燃機関１がリーン空燃比で運転されているか否かを判別する。
【０１１２】
前記Ｓ１３０１において内燃機関１がリーン空燃比で運転されていないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、リーン運転カウンタ：Ｃの値を“０”にリセットして本ルーチンの実行を一旦終了する。前記したリーン運転カウンタ：Ｃは、内燃機関１が連続してリーン空燃比で運転されている時間を計時するカウンタである。
【０１１３】
一方、前記Ｓ１３０１において内燃機関１がリーン空燃比で運転されていると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１３０２へ進み、リーン運転カウンタ：Ｃを起動する。
【０１１４】
Ｓ１３０３では、ＣＰＵ４１は、前記リーン運転カウンタ：Ｃの計時時間：Ｃが所定のＯＳＣ飽和時間以上である否かを判別する。前記したＯＳＣ飽和時間は、内燃機関１のリーン空燃比運転が開始された時点からパティキュレートフィルタ２９の酸素貯蔵能力が飽和する（パティキュレートフィルタ２９が排気中の酸素を吸蔵しきれなくなる）までに要する時間であり、予め実験的に求められた値である。
【０１１５】
前記Ｓ１３０３においてリーン運転カウンタ：Ｃの計時時間：ＣがＯＳＣ飽和時間未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、前述したＳ１３０１以降の処理を再度実行する。
【０１１６】
前記Ｓ１３０３においてリーン運転カウンタ：Ｃの計時時間：ＣがＯＳＣ飽和時間以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１３０４へ進み、上流側酸素濃度センサ３８ａの出力信号値：Ｄupと下流側酸素濃度センサ３８ｂの出力信号値：Ｄdownとを読み込む。
【０１１７】
Ｓ１３０５では、ＣＰＵ４１は、上流側酸素濃度センサ３８ａの出力信号値：Ｄupと下流側酸素濃度センサ３８ｂの出力信号値：Ｄdownとの差分：△Ｄ（＝Ｄup−Ｄdown）を算出する。
【０１１８】
Ｓ１３０６では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ１３０５で算出された差分：△Ｄをフィルタ前後差圧：△Ｐに換算する。ここで、内燃機関１がリンク空燃比で運転されており且つパティキュレートフィルタ２９の酸素貯蔵能力が飽和しているときには、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気の実際の酸素濃度とパティキュレートフィルタ２９より下流における排気の実際の酸素濃度とは一致するため、そのような状況下で上流側酸素濃度センサ３８ａ及び下流側酸素濃度センサ３８ｂが検出した値の差分：△Ｄは、フィルタ前後差圧：△Ｐに起因したものであると言える。
【０１１９】
そこで、フィルタ前後差圧：△Ｐと差分：△Ｄとの関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化しておくことにより、差分：△Ｄをパラメータとしてフィルタ前後差圧：△Ｐを求めることが可能となる。
【０１２０】
従って、パティキュレートフィルタ２９の前後に酸素濃度センサ３８ａ、３８ｂを備えた内燃機関１では、排気圧力の変化に応じた酸素濃度センサの出力特性を利用することにより、差圧センサを設けることなくフィルタ前後差圧を求めることが可能となる。その結果、フィルタ前後差圧をパラメータとしてパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量を判定することも可能となる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた捕集機構と、この捕集機構の前後差圧を検出する差圧センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構の前後差圧を検出する必要がないときに、前記捕集機構より上流又は下流の排気と大気とを差圧センサへ導入させることにより、捕集機構より上流又は下流における排気の絶対圧を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態における内燃機関の概略構成を示す図
【図２】  第１の実施の形態における差圧センサの構成を示す図
【図３】  差圧センサの動作を説明する図（１）
【図４】  差圧センサの動作を説明する図（２）
【図５】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図６】  圧力変化による酸素濃度センサの出力特性を示す図
【図７】  第２の実施の形態における内燃機関の概略構成を示す図
【図８】  第２の実施の形態における差圧センサの構成を示す図
【図９】  差圧センサの動作を説明する図（１）
【図１０】  差圧センサの動作を説明する図（２）
【図１１】  第３の実施の形態における内燃機関の概略構成を示す図
【図１２】  第３の実施の形態におけるＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図１３】  フィルタ前後差圧検出制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１７・・・エアフローメータ
２５ａ・・上流側排気管
２５ｂ・・下流側排気管
２９・・・パティキュレートフィルタ（捕集機構）
３５・・・ＥＣＵ
３８・・・酸素濃度センサ
３８ａ・・上流側酸素濃度センサ
３８ｂ・・下流側酸素濃度センサ
４１・・・ＣＰＵ
５０・・・差圧センサ
５００・・センサ本体
５０１・・第１のガス導入部
５０２・・第２のガス導入部
５０３・・第１のガス導入管
５０４・・第２のガス導入管
５０５・・三方切換弁
５０６・・排気導入管
５０７・・大気導入管
【図１】
0003979099.tif 000002
【図２】
0003979099.tif 000003
【図３】
0003979099.tif 000004
【図４】
0003979099.tif 000005
【図５】
0003979099.tif 000006
【図６】
0003979099.tif 000007
【図７】
0003979099.tif 000008
【図８】
0003979099.tif 000009
【図９】
0003979099.tif 000010
【図１０】
0003979099.tif 000011
【図１１】
0003979099.tif 000012
【図１２】
0003979099.tif 000013
【図１３】
0003979099.tif 000014