JP3979099B2

JP3979099B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3979099B2
Application number: JP2002014303A
Authority: JP
Inventors: 栄記守谷; 慎治池田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: JP2003214146A

Description

【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（ＮＯ_x）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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for purifying exhaust gas from an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, internal combustion engines mounted on automobiles and the like have been required to improve exhaust emissions. In particular, in compression ignition type internal combustion engines (diesel engines) using light oil as fuel, carbon monoxide (CO), hydrocarbons ( In addition to HC), nitrogen oxides (NOx), etc., it is required to purify or remove soot and particulates (PM: Particulate Matter) such as SOF (Soluble Organic Fraction) contained in the exhaust gas.
[0003]
For this reason, a particulate filter made of a porous base material having a large number of pores having a very small cross-sectional area is disposed in the exhaust passage of the diesel engine, and the exhaust of the diesel engine is caused to flow through the pores of the particulate filter. A method for collecting PM in exhaust gas is known.
[0004]
However, if the amount of PM trapped by the particulate filter increases excessively, the exhaust resistance at the particulate increases, and the back pressure acting on the internal combustion engine may increase accordingly. It is necessary to regenerate the PM collection ability of the particulate filter by purifying the collected PM at an appropriate time.
[0005]
In response to such a demand, conventionally, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-173498, a differential pressure sensor for detecting the differential pressure across the particulate filter is provided, and the output signal value of the differential pressure sensor is predetermined. There has been proposed a technique for determining that the amount of fine particles deposited on the particulate filter exceeds the allowable maximum value when the value exceeds the value.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in recent diesel engines, a technique is known in which an oxygen concentration sensor (air-fuel ratio sensor) is provided in the exhaust passage of the diesel engine to control the operation state of the diesel engine so that the oxygen concentration in the exhaust gas becomes a desired concentration. It has been.
[0007]
By the way, since the oxygen concentration sensor has an output characteristic depending on the pressure, it is necessary to correct the output signal value of the oxygen concentration sensor in accordance with the absolute pressure of the exhaust gas in order to accurately detect the oxygen concentration of the exhaust gas.
[0008]
However, the above-described conventional technology only includes a differential pressure sensor that detects the differential pressure across the particulate filter, and cannot detect the absolute pressure of the exhaust gas. It cannot be detected accurately.
[0009]
The present invention has been made in view of the problems as described above, and in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising means for detecting a differential pressure across a collection mechanism provided in an exhaust system of the internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a technique capable of detecting the absolute pressure of exhaust gas.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems.
[0011]
That is, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulates in the exhaust, and an exhaust gas in an exhaust passage upstream of the collection mechanism. Before the first gas introduction part to introduce qi Guides exhaust in the exhaust passage downstream from the collection mechanism The second gas introduction part to enter, and the pressure applied to the first introduction part and the second gas introduction part Detect force difference The differential pressure sensor provided with the sensor body and the first or second gas introduction part Exhaust in the exhaust passage upstream or downstream of the collection mechanism Switching between the introduction of air and the introduction of air Qi introduction switching means and When the differential pressure across the collection mechanism does not need to be detected, the atmosphere is introduced to the first or second gas introduction part. Controlling the air introduction switching means to , The detected value of the sensor body at that time Under the collection mechanism Current or above Absolute exhaust in flow Absolutely regarded as pressure Counter pressure detection control means.
[0012]
The present invention relates to a collection mechanism provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a difference for detecting a differential pressure across the collection mechanism. With pressure sensor In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine equipped with For pressure sensor When it is not necessary to detect the differential pressure across the collection mechanism by adopting a configuration that can selectively introduce either the exhaust in the exhaust passage upstream or downstream of the collection mechanism or the atmosphere. Instead of exhaust upstream or downstream of the collection mechanism To pressure sensor By introducing it, the greatest feature is to detect the pressure difference between the atmosphere and the exhaust downstream or upstream of the collection mechanism, that is, the absolute pressure of the exhaust.
[0013]
In such an exhaust purification device for an internal combustion engine, the absolute pressure detection control means detects the atmospheric air instead of the exhaust in the exhaust passage upstream (or downstream) from the collection mechanism. To pressure sensor The air introduction switching means is controlled to introduce it.
[0014]
In this case, the difference For pressure sensor The exhaust gas in the exhaust passage downstream (or upstream) from the collection mechanism and the atmosphere are introduced. As a result, the difference Pressure sensor Thus, the differential pressure between the exhaust pressure and the atmospheric pressure downstream (or upstream) from the collection mechanism is detected, and the differential pressure corresponds to the absolute pressure of the exhaust downstream (or upstream) from the collection mechanism.
[0015]
At that time, the difference between the atmosphere and the exhaust in the exhaust passage downstream (or upstream) from the collection mechanism To pressure sensor The pressure difference between the exhaust and the air downstream (or upstream) from the collection mechanism is detected, and the exhaust in the exhaust passage upstream from the collection mechanism and the exhaust in the exhaust passage downstream from the collection mechanism are detected. difference To pressure sensor If the difference between the exhaust pressure upstream and downstream of the collection mechanism is detected, the absolute pressure of the exhaust upstream (or downstream) from the collection mechanism is calculated using these two differential pressures. It is also possible.
[0016]
Therefore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is For pressure sensor On the other hand, it is possible to selectively introduce either the exhaust or the atmosphere in the exhaust passage upstream or downstream of the collection mechanism, so that the absolute pressure of the exhaust upstream of the collection mechanism and the collection mechanism It is possible to detect both the absolute pressure of the exhaust gas downstream.
[0017]
Further, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is based on an oxygen concentration sensor provided in an exhaust passage upstream and downstream of a collection mechanism and an absolute pressure of exhaust detected by an absolute pressure detection control means. You may make it further provide the correction | amendment means which correct | amends the output signal value of an oxygen concentration sensor.
[0018]
In this case, since the output signal value of the oxygen concentration sensor is corrected based on the absolute pressure of the exhaust, an accurate oxygen concentration is detected regardless of the exhaust pressure.
[0019]
On the other hand, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, when the oxygen concentration sensors are provided upstream and downstream of the collection mechanism, the output characteristics of the oxygen concentration sensor described above depend on the exhaust pressure. Therefore, the internal combustion engine is operated at a lean air-fuel ratio and the trapping mechanism is based on the output difference between the upstream oxygen concentration sensor and the downstream oxygen concentration sensor when the oxygen storage capacity of the trapping mechanism is saturated. The clogging of the collecting mechanism may be determined.
[0020]
This is because when the internal combustion engine is operated at a lean air-fuel ratio and the oxygen storage capacity of the trapping mechanism is saturated, the oxygen concentration in the exhaust upstream of the trapping mechanism and the oxygen in the exhaust downstream of the trapping mechanism Because the concentrations match, the difference between the output signal value of the upstream oxygen concentration sensor and the output signal value of the downstream oxygen concentration sensor at that time is due to the differential pressure before and after the collection mechanism. Is based.
[0021]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the trapping mechanism can be exemplified by a particulate filter carrying an oxidation catalyst and a NOx storage agent.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
<Embodiment 1>
First, a first embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0024]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied and its intake and exhaust system.
[0025]
An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type diesel engine having four cylinders 2. In the internal combustion engine 1, every time a fuel injection valve 3 that directly injects fuel into the combustion chamber of each cylinder 2 and a crankshaft that is an engine output shaft of the internal combustion engine 1 rotate by a predetermined angle (for example, 15 °). A crank position sensor 4 that outputs a pulse signal and a water temperature sensor 5 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of cooling water flowing through a water jacket (not shown) of the internal combustion engine 1 are attached.
[0026]
The fuel injection valve 3 described above is connected to a pressure accumulating chamber (common rail) 7 through a fuel pipe 6. The common rail 7 is connected to a fuel pump 9 attached to the fuel tank 8 via a fuel pipe 10 and to the fuel tank 8 via a return pipe 11.
[0027]
When the fuel pressure in the common rail 7 is lower than a preset maximum pressure, the common rail 7 is closed at the connecting portion of the return pipe 11 to cut off the conduction between the common rail 7 and the return pipe 11. When the internal fuel pressure becomes equal to or higher than the maximum pressure, there is provided a pressure regulating valve 12 that opens and allows the common rail 7 and the return pipe 11 to conduct.
[0028]
A fuel pressure sensor 13 for outputting an electric signal corresponding to the fuel pressure in the common rail 7 is attached to the common rail 7.
[0029]
In the fuel system configured as described above, the fuel pump 9 pumps up the fuel stored in the fuel tank 8 and pumps the pumped up fuel to the common rail 7 through the fuel pipe 10. At that time, the fuel discharge amount of the fuel pump 9 is feedback-controlled based on the output signal value of the fuel pressure sensor 13 described above.
[0030]
The fuel supplied from the fuel pump 9 to the common rail 7 is accumulated until the pressure of the fuel reaches a desired target pressure. The fuel accumulated up to the target pressure in the common rail 7 is distributed to the fuel injection valves 3 of the respective cylinders 2 through the fuel pipe 6. Each fuel injection valve 3 opens when a drive current is applied, and injects fuel at a target pressure supplied from the common rail 7 into the combustion chamber of each cylinder 2.
[0031]
In the fuel system described above, when the fuel pressure in the common rail 7 becomes higher than the maximum pressure, the pressure adjustment valve 12 is opened. In this case, a part of the fuel stored in the common rail 7 is returned to the fuel tank 8 through the return pipe 11, and the fuel pressure in the common rail 7 is reduced.
[0032]
Next, an intake branch pipe 14 formed so that a plurality of branch pipes merge into one collecting pipe is connected to the internal combustion engine 1. Each branch pipe of the intake branch pipe 14 communicates with the combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown). A collecting pipe of the intake branch pipe 14 is connected to an intake pipe 15, and the intake pipe 15 is connected to an air cleaner box 16.
[0033]
An air flow meter 17 that outputs an electric signal corresponding to the mass of the intake air flowing in the intake pipe 15 and a temperature of the intake air flowing in the intake pipe 15 are disposed in the intake pipe 15 immediately downstream of the air cleaner box 16. And an intake air temperature sensor 18 for outputting an electrical signal corresponding to the above.
[0034]
A compressor housing 19a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 19 that operates using the thermal energy of exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 as a drive source is provided in a portion of the intake pipe 15 downstream of the air flow meter 17. Yes.
[0035]
An intercooler 20 for cooling fresh air that has been compressed in the compressor housing 19a and has reached a high temperature is provided in a portion of the intake pipe 15 downstream of the compressor housing 19a.
[0036]
An intake throttle valve 21 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 15 is provided in a portion of the intake pipe 15 downstream of the intercooler 20. An intake throttle actuator 21a that opens and closes the intake throttle valve 21 and an intake throttle valve opening sensor 21b that outputs an electrical signal corresponding to the opening of the intake throttle valve 21 are attached to the intake throttle valve 21. It has been.
[0037]
In the intake system configured as described above, fresh air that has flowed into the air cleaner box 16 is removed through the intake pipe 15 after dust or dust in the fresh air is removed by an air cleaner (not shown) in the air cleaner box 16. It flows into the compressor housing 19a of the centrifugal supercharger 19.
[0038]
The fresh air flowing into the compressor housing 19a is compressed by the rotation of the compressor wheel built in the compressor housing 19a. The fresh air that has been compressed in the compressor housing 19 a and has reached a high temperature is cooled by the intercooler 20.
[0039]
The fresh air cooled by the intercooler 20 is guided to the intake branch pipe 14 with the flow rate adjusted by the intake throttle valve 21 as necessary. The fresh air guided to the intake branch pipe 14 is distributed from the collecting pipe of the intake branch pipe 14 to each branch pipe and is guided to the combustion chamber of each cylinder 2.
[0040]
The fresh air distributed to the combustion chamber of each cylinder 2 is compressed by a piston (not shown), and burns using the fuel injected from the fuel injection valve 3 as an ignition source.
[0041]
Next, an exhaust branch pipe 24 formed so that a plurality of branch pipes merge into one collecting pipe is connected to the internal combustion engine 1. Each branch pipe of the exhaust branch pipe 24 communicates with the combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port (not shown). The collecting pipe of the exhaust branch pipe 24 is connected to the exhaust pipe 25 a via the turbine housing 19 b of the centrifugal supercharger 19.
[0042]
A portion of the exhaust branch pipe 24 located immediately upstream of the turbine housing 19b and a portion of the exhaust pipe 25a located immediately downstream of the turbine housing 19b are connected by a turbine bypass passage 26 that bypasses the turbine housing 19b. Has been.
[0043]
A waste gate valve 27 including a valve body 27a for opening and closing the turbine bypass path 26 and an actuator 27b for opening and closing the valve body 27a is attached to the turbine bypass path 26.
[0044]
The actuator 27b is connected to the intake pipe 15 located immediately downstream of the compressor housing 19a via the working pressure passage 28, and the pressure of fresh air flowing in the intake pipe 15 immediately downstream of the compressor housing 19a, in other words, The valve body 27a is driven to open and close using the pressure (supercharging pressure) of fresh air compressed in the compressor housing 19a.
[0045]
Specifically, the actuator 27b holds the valve body 27a in the closed position when a pressure lower than a predetermined pressure is applied from the intake pipe 15 via the operating pressure passage 28, and the operating pressure passage from the intake pipe 15 When a pressure higher than a predetermined pressure is applied via 28, the valve element 27a is driven to open.
[0046]
That is, when the supercharging pressure of the intake air by the centrifugal supercharger 19 reaches a predetermined pressure or higher, the actuator 27b opens the valve body 27a to bring the turbine bypass passage 26 into a conductive state, and the exhaust gas flowing into the turbine housing 19b The flow rate is decreased so that the supercharging pressure does not exceed the predetermined pressure.
[0047]
The exhaust pipe 25a is connected to an exhaust purification mechanism 29 that purifies harmful gas components in the exhaust, particularly particulates such as soot (PM). The exhaust purification mechanism 29 is connected to an exhaust pipe 25b, and the exhaust pipe 25b is connected downstream to a muffler (not shown). Hereinafter, the exhaust pipe 25a upstream from the exhaust purification mechanism 29 is referred to as an upstream exhaust pipe 25a, and the exhaust pipe 25b downstream from the exhaust purification mechanism 29 is referred to as a downstream exhaust pipe 25b.
[0048]
The exhaust purification mechanism 29 is an embodiment of the collection mechanism according to the present invention, and is a DPF (Diesel Particulate Filter) that collects PM contained in the exhaust or a wall flow type made of a porous substrate. An example is a DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction) catalyst in which an oxidation catalyst typified by platinum (Pt) and a NOx occluding agent typified by potassium (K) or cesium (Cs) are supported on the particulate filter. it can. Hereinafter, the exhaust purification mechanism 29 is referred to as a particulate filter 29.
[0049]
An oxygen concentration sensor 38 that outputs an electric signal corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas flowing through the upstream exhaust pipe 25a is attached to the upstream exhaust pipe 25a. Differential pressure that outputs an electrical signal corresponding to the differential pressure between the exhaust pressure in the upstream exhaust pipe 25a and the exhaust pressure in the downstream exhaust pipe 25b to the upstream exhaust pipe 25a and the downstream exhaust pipe 25b. A sensor 39 is attached.
[0050]
As shown in FIG. 2, the differential pressure sensor 39 has two gas introduction portions 391 and 392, and outputs an electric signal corresponding to the pressure difference between the two gases introduced into the two gas introduction portions 391 and 392. A sensor main body 390 for outputting is provided. Hereinafter, the gas introduction part 391 is referred to as a first gas introduction part 391, and the gas introduction part 392 is referred to as a second gas introduction part 392.
[0051]
The first gas introduction part 391 communicates with the upstream exhaust pipe 25a via the first gas introduction pipe 393, and the second gas introduction part 392 is connected to the second gas introduction pipe 394. And is connected to a three-way switching valve 395.
[0052]
In addition to the second gas introduction pipe 394 described above, an exhaust introduction pipe 396 and an atmosphere introduction pipe 397 are connected to the three-way selector valve 395. The three-way selector valve 395 includes an exhaust introduction pipe 396 and an atmosphere introduction pipe 397. Is selectively connected to the second gas introduction pipe 394. The three-way switching valve 395 is composed of, for example, a vacuum switching valve (VSV).
[0053]
The exhaust introduction pipe 396 is connected to the downstream exhaust pipe 25b, and the atmosphere introduction pipe 397 is opened to the atmosphere.
[0054]
In the differential pressure sensor 39 configured in this way, when the three-way switching valve 395 connects the second gas introduction pipe 394 and the exhaust introduction pipe 396, as shown in FIG. Exhaust pressure upstream: Pup is applied to the first gas introduction part 391 of the sensor body 390, and exhaust pressure Pdown downstream of the particulate filter 29: Pdown is the second gas introduction part 392 of the sensor body 390. Will be applied.
[0055]
In this case, the sensor body 390 has a pressure difference between the exhaust pressure upstream of the particulate filter 29: Pup and the exhaust pressure downstream of the particulate filter 29: Pdown (hereinafter referred to as a differential pressure across the filter): ΔP An electrical signal corresponding to (= Pup−Pdown) is output.
[0056]
Further, when the three-way switching valve 395 connects the second gas introduction pipe 394 and the atmospheric introduction pipe 397, as shown in FIG. 4, the pressure of the exhaust gas upstream of the particulate filter 29: Pup is the sensor. While being applied to the first gas introduction part 391 of the main body 390, the atmospheric pressure: Pa is applied to the second gas introduction part 392 of the sensor main body 390.
[0057]
In this case, the sensor body 390 is an electrical signal corresponding to the pressure difference (= Pup−Pa) between the exhaust pressure upstream of the particulate filter 29: Pup and atmospheric pressure: Pa, in other words, upstream of the particulate filter 29. An electric signal corresponding to the absolute pressure of the exhaust gas is output.
[0058]
As described above, according to the differential pressure sensor 39 according to the present embodiment, it is possible to detect the absolute pressure of the exhaust gas in the upstream side exhaust pipe 25a only by attaching the three-way switching valve to the existing differential pressure sensor.
[0059]
Returning to FIG. 1, an exhaust throttle valve 33 for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the downstream exhaust pipe 25b is attached to the downstream exhaust pipe 25b. An exhaust throttle actuator 34 that opens and closes the exhaust throttle valve 33 is attached to the exhaust throttle valve 33.
[0060]
In the exhaust system configured as described above, the burned gas burned in the combustion chamber of each cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 24 through the exhaust port of each cylinder 2 and then the exhaust branch pipe. It flows into the turbine housing 19b of the centrifugal supercharger 19 from each branch pipe of 24 through the collecting pipe.
[0061]
When the exhaust gas flows into the turbine housing 19b of the centrifugal supercharger 19, the heat energy of the exhaust gas is converted into the rotational energy of the turbine wheel that is rotatably supported in the turbine housing 19b. The rotational energy of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the aforementioned compressor housing 19a, and the compressor wheel compresses fresh air by the rotational energy transmitted from the turbine wheel.
[0062]
At that time, when the pressure (supercharging pressure) of fresh air compressed in the compressor housing 19 a rises to a predetermined pressure or higher, the supercharging pressure is applied to the actuator 27 b of the wastegate valve 27 through the operating pressure passage 28. The actuator 27b drives the valve body 27a to open.
[0063]
When the valve element 27a of the wastegate valve 27 is opened, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 24 flows to the upstream exhaust pipe 25a via the turbine bypass passage 26, so that the exhaust gas flowing into the turbine housing 19b is discharged. The flow rate decreases, and the thermal energy of the exhaust gas flowing into the turbine housing 19b, in other words, the thermal energy converted into the rotational energy of the turbine wheel in the turbine housing 19b decreases. As a result, rotational energy transmitted from the turbine wheel to the compressor wheel is reduced, and an excessive increase in supercharging pressure is suppressed.
[0064]
Exhaust gas discharged from the turbine housing 19b to the upstream side exhaust pipe 25a and exhaust gas guided from the turbine bypass passage 26 to the upstream side exhaust pipe 25a flow into the particulate filter 29 from the upstream side exhaust pipe 25a. The exhaust gas flowing into the particulate filter 29 is purified or removed from particulates such as soot contained in the exhaust gas, then discharged to the downstream exhaust pipe 25b, and then released into the atmosphere through the downstream exhaust pipe 25b.
[0065]
Further, an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 100 is connected to the exhaust branch pipe 24, and the EGR passage 100 is connected to the intake branch pipe 14. An EGR valve 101 that opens and closes an opening end of the EGR passage 100 in the intake branch pipe 14 is provided at a connection portion between the EGR passage 100 and the intake branch pipe 14. The EGR valve 101 is composed of an electromagnetic valve or the like, and the opening degree can be changed according to the magnitude of applied power.
[0066]
In the middle of the EGR passage 100, an EGR cooler 103 for cooling the exhaust gas flowing in the EGR passage 100 (hereinafter referred to as EGR gas) is provided.
[0067]
Two pipes 104 and 105 are connected to the EGR cooler 103, and these two pipes 104 and 105 are connected to a radiator 106 for radiating the heat of the cooling water of the internal combustion engine 1 into the atmosphere. ing.
[0068]
One of the two pipes 104 and 105 described above is a pipe for guiding a part of the cooling water cooled in the radiator 106 to the EGR cooler 103, and the other pipe 105 is This is a pipe for guiding the cooling water after circulating through the EGR cooler 103 to the radiator 106. Hereinafter, the pipe 104 will be referred to as a cooling water introduction pipe 104 and the pipe 105 will be referred to as a cooling water outlet pipe 105.
[0069]
In the middle of the cooling water outlet pipe 105, an on-off valve 107 for opening and closing a flow path in the cooling water outlet pipe 105 is provided. The on-off valve 107 is composed of an electromagnetically driven valve that opens when drive power is applied.
[0070]
In the exhaust gas recirculation mechanism (EGR mechanism) configured as described above, when the EGR valve 101 is opened, the EGR passage 100 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing in the exhaust branch pipe 24 passes through the EGR passage 100. It is led to the intake branch pipe 14.
[0071]
At this time, if the on-off valve 107 is in the open state, the circulation path connecting the radiator 106, the cooling water introduction pipe 104, the EGR cooler 103, and the cooling water outlet pipe 105 becomes conductive, and the cooling water cooled by the radiator 106 Circulates through the EGR cooler 103. As a result, in the EGR cooler 103, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 100 and the cooling water circulating in the EGR cooler 103, thereby cooling the EGR gas.
[0072]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 24 to the intake branch pipe 14 via the EGR passage 100 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with fresh air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 14. The fuel injected from the fuel injection valve 3 is burned using an ignition source.
[0073]
Here, the EGR gas contains water (H ₂ O) and carbon dioxide (CO ₂ ) And the like, if EGR gas is contained in the air-fuel mixture, the combustion temperature of the air-fuel mixture is lowered, and thus nitrogen oxides (NO) _x ) Can be suppressed.
[0074]
Further, when the EGR gas is cooled in the EGR cooler 103, the temperature of the EGR gas itself is lowered and the volume of the EGR gas is reduced. Therefore, when the EGR gas is supplied into the combustion chamber, the atmosphere in the combustion chamber is reduced. The temperature will not increase unnecessarily, and the amount of fresh air (volume of fresh air) supplied into the combustion chamber will not unnecessarily decrease.
[0075]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 35 is a unit that controls the operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine 1 and the request of the driver.
[0076]
In addition to the crank position sensor 4, the water temperature sensor 5, the fuel pressure sensor 13, the air flow meter 17, the intake air temperature sensor 18, the intake throttle valve opening sensor 21 b, the oxygen concentration sensor 38, and the differential pressure sensor 39, the ECU 35 An accelerator position sensor 37 that outputs an electrical signal corresponding to the amount of operation (accelerator opening) of an accelerator pedal 36 provided in the room is electrically connected, and the output signal of each sensor described above is input to the ECU 35. It has become.
[0077]
On the other hand, the fuel injection valve 3, the fuel pump 9, the intake throttle actuator 21a, the exhaust throttle actuator 34, the EGR valve 101, the on-off valve 107, the three-way switching valve 395, and the like are electrically connected to the ECU 35. It is possible to control each part.
[0078]
Here, as shown in FIG. 5, the ECU 35 includes a CPU 41, a ROM 42, a RAM 43, a backup RAM 44, an input port 45, and an output port 46 that are connected to each other by a bidirectional bus 40. And an A / D converter (A / D) 47 connected to the input port 45.
[0079]
The input port 45 receives an output signal of a sensor that outputs a signal in the form of a digital signal like the crank position sensor 4 and transmits the output signal to the CPU 41 and the RAM 43 via the bidirectional bus 40.
[0080]
The input port 45 includes a water temperature sensor 5, a fuel pressure sensor 13, an air flow meter 17, an intake air temperature sensor 18, an intake throttle valve opening sensor 21b, an accelerator position sensor 37, an oxygen concentration sensor 38, a differential pressure sensor 39, and the like. An output signal of a sensor that outputs an analog signal format signal is input via the A / D 47, and these output signals are transmitted to the CPU 41 and the RAM 43 via the bidirectional bus 40.
[0081]
The output port 46 is electrically connected to the fuel injection valve 3, the fuel pump 9, the intake throttle actuator 21a, the exhaust throttle actuator 34, the EGR valve 101, the on-off valve 107, the three-way switching valve 395, and the like via a drive circuit (not shown). The control signal output from the CPU 41 is transmitted to the above-described units.
[0082]
The ROM 42 stores various application programs such as a fuel injection control routine, an intake throttle control routine, an exhaust throttle control routine, an EGR control routine, a PM regeneration control routine, and various control maps.
[0083]
The RAM 43 stores output signals from the sensors, calculation results of the CPU 41, and the like. The calculation result is, for example, an engine speed calculated based on a time interval at which the crank position sensor 4 outputs a pulse signal. These data are rewritten to the latest data every time the crank position sensor 4 outputs a pulse signal.
[0084]
The backup RAM 44 is a non-volatile memory capable of storing data even after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped.
[0085]
The CPU 41 operates according to an application program stored in the ROM 42, and in addition to well-known controls such as fuel injection control, fuel pump control, intake throttle control, exhaust throttle control, EGR control, PM regeneration control, The oxygen concentration sensor output correction control which is the gist of the embodiment is executed.
[0086]
In the following, the oxygen concentration sensor output correction control in the present embodiment will be described.
[0087]
In general, an oxygen concentration sensor has a characteristic that an output signal value changes in accordance with exhaust pressure. For example, the output signal value (sensor output ratio) of the oxygen concentration sensor with respect to the actual oxygen concentration is “1” when the oxygen concentration sensor is used under the same pressure as the atmospheric pressure, as shown in FIG. . However, when the oxygen concentration sensor is used under a pressure lower than the atmospheric pressure, the sensor output ratio becomes a value less than “1” and at the same time shows a smaller value as the pressure becomes lower. On the other hand, when the oxygen concentration sensor is used under a pressure higher than the atmospheric pressure, the sensor output ratio becomes larger than “1” and at the same time becomes larger as the pressure increases.
[0088]
Considering such a situation, when an oxygen concentration sensor is arranged upstream of a member such as a particulate filter where pressure loss is relatively large and the degree of pressure loss is likely to change, There is a possibility that an error between the output signal value of the oxygen concentration sensor and the actual oxygen concentration becomes large due to pressure fluctuation or the like.
[0089]
On the other hand, in the oxygen concentration sensor output correction control in the present embodiment, the control using the output signal value of the oxygen concentration sensor 38, for example, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the particulate filter 29 is set as a desired oxygen concentration. Therefore, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture used for combustion in the internal combustion engine 1 is feedback controlled, the exhaust gas in the upstream side exhaust pipe 25a is utilized by using the differential pressure sensor 39 as described in the explanation of FIG. , And the output signal value of the oxygen concentration sensor 38 is corrected based on the detected absolute pressure of the exhaust gas.
[0090]
Specifically, the CPU 41 controls the differential pressure sensor 39 to detect the absolute pressure of the exhaust gas in the upstream side exhaust pipe 25a on the condition that it is not necessary to detect the differential pressure before and after the filter: ΔP. That is, as described in the explanation of FIG. 4 described above, the CPU 41 controls the three-way switching valve 395 so as to make the second gas introduction pipe 394 and the atmosphere introduction pipe 397 conductive, and the output of the sensor body 390 at that time The signal value (= Pup−Pa) and the output signal value of the oxygen concentration sensor 38 are read.
[0091]
Subsequently, the CPU 41 uses the output signal value (= Pup−Pa) of the sensor body 390 as a parameter and a correction coefficient: A _(Pup-Pa) And its correction coefficient: A _(Pup-Pa) Is integrated with the output signal value of the oxygen concentration sensor 38 to calculate the actual oxygen concentration. Correction coefficient as described above: A _(Pup-Pa) Is a coefficient specific to the oxygen concentration sensor 38 and is obtained experimentally in advance.
[0092]
Thus, in the oxygen concentration sensor output correction control according to the present embodiment, the absolute pressure of the exhaust gas in the upstream side exhaust pipe 25a is detected using the differential pressure sensor 39, and the oxygen concentration is based on the absolute pressure of the exhaust gas. Since the output signal value of the sensor 38 is corrected, it is possible to detect the accurate oxygen concentration of the exhaust gas in the upstream side exhaust pipe 25a.
[0093]
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, it is possible to detect the absolute pressure of the exhaust gas by attaching a three-way switching valve to an existing differential pressure sensor, and therefore, upstream of the particulate filter. Thus, it is possible to accurately obtain the oxygen concentration of the exhaust gas.
[0094]
<Embodiment 2>
Next, a second embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a configuration different from the above-described first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
[0095]
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the upstream side exhaust pipe 25a and the downstream side exhaust pipe 25b have a difference between the exhaust pressure in the upstream side exhaust pipe 25a and the exhaust pressure in the downstream side exhaust pipe 25b. A differential pressure sensor 50 that outputs an electrical signal corresponding to the pressure is attached.
[0096]
As shown in FIG. 8, the differential pressure sensor 50 has two gas introduction portions 501 and 502, and an electric power corresponding to the pressure difference between the two gases introduced into the two gas introduction portions 501 and 502. A sensor main body 500 that outputs a signal is provided. Hereinafter, the gas introduction unit 501 is referred to as a first gas introduction unit 501, and the gas introduction unit 502 is referred to as a second gas introduction unit 502.
[0097]
The first gas introduction part 501 communicates with a three-way switching valve 504 via a first gas introduction pipe 503, and the second gas introduction part 502 is provided via a second gas introduction pipe 507. It is connected to the downstream exhaust pipe 25b.
[0098]
In addition to the first gas introduction pipe 503 described above, an exhaust introduction pipe 505 and an atmosphere introduction pipe 506 are connected to the three-way selector valve 504. Is selectively connected to the first gas introduction pipe 503.
[0099]
The exhaust introduction pipe 505 described above is connected to the upstream exhaust pipe 25a, and the above-described atmosphere introduction pipe 506 is open to the atmosphere.
[0100]
In the differential pressure sensor 50 configured as described above, when the three-way switching valve 504 connects the first gas introduction pipe 503 and the exhaust introduction pipe 505, as shown in FIG. Exhaust gas pressure Pup is applied to the first gas introduction part 501 of the sensor body 500, and exhaust gas pressure Pdown downstream of the particulate filter 29 is Psecond, which is the second gas introduction part 502 of the sensor body 500. Will be applied.
[0101]
In this case, the sensor body 500 is configured such that the pressure of the exhaust gas upstream of the particulate filter 29: Pup and the pressure of the exhaust gas downstream of the particulate filter 29: differential pressure (differential pressure before and after the filter): ΔP (= Pup− An electrical signal corresponding to Pdown) is output.
[0102]
When the three-way switching valve 504 connects the first gas introduction pipe 503 and the atmosphere introduction pipe 506, the first gas introduction of the sensor main body 500 is performed as shown in FIG. In addition to being applied to the part 501, the exhaust pressure Pdown downstream from the particulate filter 29 is applied to the second gas introduction part 502 of the sensor body 500.
[0103]
In this case, the sensor main body 500 has an electrical signal corresponding to a differential pressure between the atmospheric pressure: Pa and the exhaust pressure downstream of the particulate filter 29: Pdown (= Pa−Pdown, hereinafter referred to as the atmospheric / exhaust pressure difference). Will be output. The absolute value of this output signal value is a value corresponding to the absolute pressure of the exhaust gas downstream from the particulate filter 29.
[0104]
When the absolute pressure of the exhaust gas upstream of the particulate filter 29 is detected using the differential pressure sensor 50 configured as described above, the first gas introduction is performed as described in the explanation of FIG. The three-way selector valve 504 is operated to connect the pipe 503 and the exhaust introduction pipe 505 to detect the differential pressure before and after the filter: ΔP (= Pup−Pdown), and as described in the explanation of FIG. The three-way switching valve 504 is operated to connect the first gas introduction pipe 503 and the atmosphere introduction pipe 506 to detect the atmospheric / exhaust pressure difference (= Pa−Pdown). Next, by subtracting the atmospheric / exhaust pressure difference (= Pa−Pdown) from the differential pressure before and after the filter: ΔP (= Pup−Pdown) ((Pup−Pdown) − (Pa−Pdown) = Pup−Pa) The absolute pressure (= Pup−Pa) of the exhaust gas upstream from the particulate filter 29 can be obtained.
[0105]
Therefore, according to the differential pressure sensor 50 according to the present embodiment, as in the first embodiment described above, it is possible to detect the absolute pressure of the exhaust upstream from the particulate filter 29. It is also possible to correct the output signal value of the oxygen concentration sensor 38 using the absolute pressure. As a result, the oxygen concentration of the exhaust gas upstream of the particulate filter 29 can be obtained accurately.
[0106]
<Embodiment 3>
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a configuration different from the above-described first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
[0107]
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, an upstream oxygen concentration sensor 38a and a downstream oxygen concentration sensor 38b are respectively provided in the upstream exhaust pipe 25a and the downstream exhaust pipe 25b in place of the differential pressure sensor. Has been placed.
[0108]
Correspondingly, the A / D 47 of the ECU 35 includes a water temperature sensor 5, a fuel pressure sensor 13, an air flow meter 17, an intake air temperature sensor 18, an intake throttle valve opening sensor 21b, an accelerator position sensor, as shown in FIG. 37, the upstream oxygen concentration sensor 38a and the downstream oxygen concentration sensor 38b are connected.
[0109]
In this case, the CPU 41 operates according to the application program stored in the ROM 42, and in addition to well-known controls such as fuel injection control, fuel pump control, intake throttle control, exhaust throttle control, EGR control, PM regeneration control, That is, the differential pressure detection control before and after the filter is executed.
[0110]
In the filter front-rear differential pressure detection control, the CPU 41 executes a filter front-rear differential pressure detection control routine as shown in FIG. This filter front-rear differential pressure detection control routine is a routine stored in the ROM 42 in advance, and is a routine that is repeatedly executed by the CPU 41 every predetermined time (for example, every time the crank position sensor 4 outputs a pulse signal).
[0111]
In the filter front-rear differential pressure detection control routine, first, in S1301, the CPU 41 determines whether or not the internal combustion engine 1 is operated at a lean air-fuel ratio.
[0112]
If it is determined in S1301 that the internal combustion engine 1 is not operating at a lean air-fuel ratio, the CPU 41 resets the value of the lean operation counter: C to “0” and temporarily terminates the execution of this routine. The above-described lean operation counter C is a counter that measures the time during which the internal combustion engine 1 is continuously operated at a lean air-fuel ratio.
[0113]
On the other hand, if it is determined in S1301 that the internal combustion engine 1 is operating at a lean air-fuel ratio, the CPU 41 proceeds to S1302 and starts a lean operation counter: C.
[0114]
In S1303, the CPU 41 determines whether or not the lean operation counter: C timing time: C is equal to or longer than a predetermined OSC saturation time. The OSC saturation time described above is from when the lean air-fuel ratio operation of the internal combustion engine 1 is started until the oxygen storage capacity of the particulate filter 29 is saturated (the particulate filter 29 can no longer store oxygen in the exhaust gas). This is the time required and is a value obtained experimentally in advance.
[0115]
When it is determined in S1303 that the lean operation counter: C timing time: C is less than the OSC saturation time, the CPU 41 executes the above-described processing after S1301 again.
[0116]
When it is determined in S1303 that the lean operation counter: C timing time: C is equal to or greater than the OSC saturation time, the CPU 41 proceeds to S1304, and the output signal value: Dup and downstream oxygen of the upstream oxygen concentration sensor 38a. The output signal value Ddown of the density sensor 38b is read.
[0117]
In S1305, the CPU 41 calculates a difference: ΔD (= Dup−Ddown) between the output signal value Dup of the upstream oxygen concentration sensor 38a: Dup and the output signal value Ddown of the downstream oxygen concentration sensor 38b.
[0118]
In S1306, the CPU 41 converts the difference calculated in S1305: ΔD into a differential pressure across the filter: ΔP. Here, when the internal combustion engine 1 is operated at the link air-fuel ratio and the oxygen storage capacity of the particulate filter 29 is saturated, the actual oxygen concentration of the exhaust gas upstream of the particulate filter 29 and the particulate filter 29 Since the actual oxygen concentration of the exhaust gas in the downstream matches, the difference between the values detected by the upstream oxygen concentration sensor 38a and the downstream oxygen concentration sensor 38b under such circumstances: ΔD is the differential pressure before and after the filter: Δ It can be said that this is due to P.
[0119]
Therefore, the relationship between the differential pressure before and after the filter: ΔP and the difference: ΔD is experimentally obtained in advance, and the relationship is mapped, whereby the differential pressure before and after the filter: Δ using the difference: ΔD as a parameter. P can be obtained.
[0120]
Therefore, in the internal combustion engine 1 provided with the oxygen concentration sensors 38a and 38b before and after the particulate filter 29, the output characteristic of the oxygen concentration sensor according to the change of the exhaust pressure is used, so that the filter is not provided. It becomes possible to obtain the front-rear differential pressure. As a result, it is possible to determine the amount of PM trapped by the particulate filter 29 using the differential pressure before and after the filter as a parameter.
[0121]
【The invention's effect】
According to the present invention, the collection mechanism provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and the difference for detecting the differential pressure across the collection mechanism. With pressure sensor In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine equipped with the above, when there is no need to detect the differential pressure across the collection mechanism, the exhaust or upstream of the collection mechanism is differentiated from the atmosphere. To pressure sensor By introducing it, it becomes possible to detect the absolute pressure of the exhaust upstream or downstream of the collection mechanism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a differential pressure sensor according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of a differential pressure sensor (1).
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the differential pressure sensor (2).
FIG. 5 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
FIG. 6 is a graph showing output characteristics of an oxygen concentration sensor according to pressure change.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine in a second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a differential pressure sensor in the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the differential pressure sensor (1).
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the differential pressure sensor (2).
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a third embodiment.
FIG. 12 is a block diagram showing an internal configuration of an ECU in the third embodiment.
FIG. 13 is a flowchart showing a filter front-rear differential pressure detection control routine.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
17 ... Air flow meter
25a ・・ Upstream exhaust pipe
25b .. Downstream exhaust pipe
29 ... Particulate filter (collection mechanism)
35 ... ECU
38 ... Oxygen concentration sensor
38a ・・ Upstream oxygen concentration sensor
38b ・・ Downstream oxygen concentration sensor
41 ... CPU
50 ... Differential pressure sensor
500 ・・ Sensor body
501..First gas introduction part
502 .. Second gas introduction part
503..First gas introduction pipe
504 .. Second gas introduction pipe
505 ... Three-way selector valve
506 ・・ Exhaust pipe
507 ... Air introduction pipe

Claims

A collecting mechanism provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulates in the exhaust;
The first gas inlet, before Symbol second gas inlet for introducing the exhaust gas in the exhaust passage downstream of from collecting mechanism for introducing the exhaust upstream of the exhaust passage from the collection mechanism, and the second a differential pressure sensor provided with the sensor body you detect differences in pressure applied to the second gas inlet and the first inlet portion,
Wherein to the first or second gas inlet, and a large air introduction switching means for switching between the introduction of the exhaust introduction and the atmosphere in the upstream or downstream of the exhaust passage than the previous SL trapping mechanism,
When there is no need to detect the differential pressure across the collection mechanism, the first or to the second gas inlet to control the atmosphere introduction switching means in order to introduce air, said sensor body at that time and absolute pressure detection control means regarded as absolute pressure of exhaust gas in the bottom stream or the upper stream of the detection value before Symbol collecting mechanism,
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:

An oxygen concentration sensor provided in an exhaust passage upstream and downstream from the collection mechanism;
Correction means for correcting the output signal value of the oxygen concentration sensor based on the absolute pressure of the exhaust gas detected by the absolute pressure detection control means;
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising:

A collecting mechanism provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulates in the exhaust;
An upstream oxygen concentration sensor provided in an exhaust passage upstream from the collection mechanism;
A downstream oxygen concentration sensor provided in an exhaust passage downstream from the collection mechanism;
The collection is based on the output difference between the upstream oxygen concentration sensor and the downstream oxygen concentration sensor when the internal combustion engine is operated at a lean air-fuel ratio and the oxygen storage capacity of the collection mechanism is saturated. Clogging determination means for determining clogging of the mechanism;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:

The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1 or 3, wherein the collection mechanism is a particulate filter carrying an oxidation catalyst and a NOx storage agent.