CN102052133A - 还原剂喷射阀的异常检测装置及异常检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测还原剂喷射阀堵塞程度的还原剂喷射阀的异常检测装置及异常检测方法。在用于检测还原剂喷射装置中的还原剂喷射阀的堵塞的还原剂喷射阀异常检测装置中，具备：压力检测部，基于压力传感器的传感器值检测供给路径内的压力；泵控制部，在供给路径内的压力为规定范围内的值的状态下固定泵的输出；还原剂喷射阀控制部，在固定了泵的输出的状态下将还原剂喷射阀开阀规定时间；堵塞判定部，通过将还原剂喷射阀开阀规定时间后的供给路径内的压力或压力下降量与多个阈值进行比较，判定还原剂喷射阀的堵塞程度。

Description

还原剂喷射阀的异常检测装置及异常检测方法
技术领域
本发明涉及用于检测还原剂喷射阀的异常的异常检测装置及异常检测方法。
特别是关于用于检测在还原剂喷射阀中产生的规定的堵塞现象的异常检测装置及异常检测方法，其中还原剂喷射阀用于向排气管内喷射用于净化废气中氮氧化物的还原剂。
背景技术
一直以来，从汽车等内燃机排出的废气中含有氮氧化物(NOX)。作为还原净化该NOX的排气净化装置的一种有如下结构的排气净化装置，即：在内燃机的排气管中配设NOX净化催化剂，并在NOX净化催化剂的上游侧喷射尿素水溶液或未燃烧燃料等的还原剂。
这样的排气净化装置中，通过在NOX净化催化剂中促进还原剂和废气中的NOX的还原反应，将NOX分解成氮和水、二氧化碳等并排入大气中。
作为这样的排气净化装置具有的还原剂喷射装置的一种方式，有经由还原剂喷射阀直接向排气管内供给还原剂的注入式还原剂喷射装置。
此处，作为还原剂使用尿素水溶液时，尿素水溶液具有在规定温度域中产生冻结或结晶的性质，容易成为还原剂喷射阀的堵塞原因。
另外，无论还原剂的种类如何，均存在废气中所含有的灰尘等微粒子或未燃烧燃料进入还原剂喷射阀内部而进行炭化等，从而产生原剂喷射阀的堵塞的情况。若在还原剂喷射阀中产生这种堵塞，则在排气管内喷射目标量的还原剂将变得困难，应向NOX净化催化剂供给的还原剂量不足，从而排气净化效率下降。
因此，作为检测还原剂喷射阀的堵塞的方法，公开使用连接还原剂喷射阀及泵的供给路径内的压力下降量来判断有无堵塞的判定方法(参照专利文献1)。
具体而言是如下的方法，在注入式的喷射装置中，对表示在还原剂喷射阀处于喷射模式的状态下停止泵的压送时规定时间所下降的供给路径内的压力下降量的开阀时压力下降量，和表示在还原剂喷射阀处于全闭模式的状态下停止泵的压送时规定时间所下降的供给路径内的压力下降量的闭阀时压力下降量进行比较，从而判定还原剂喷射阀的堵塞。
该堵塞判定方法中，当开阀时压力下降量与闭阀时压力下降量之差在规定值以下时，判定还原剂喷射阀中存在堵塞。
另外，作为使用供给路径内压力下降量而判定有无堵塞的方法，还公开了如下述的方法(参照专利文献2)。
具体而言是例如如下的还原剂路径的堵塞判定方法，即包括：对泵的驱动进行能率(DUTY)控制，以使由配置于第1还原剂路径(配设于泵及还原剂喷射阀之间的路径)上的压力传感器检测的值维持在规定值，判别泵的驱动能率是否小于规定的阈值的工序；在判别出泵的驱动能率小于规定的阈值的情况下，停止泵并使还原剂喷射阀为全开，算出由压力传感器检测的第1还原剂路径内的压力值在规定时间内下降的压力下降量的工序；以及基于算出的压力下降量，判别在第1还原剂路径或第2还原剂路径(与还原剂喷射阀相连，用于使还原剂循环的路径)中是否产生了堵塞的工序。
[专利文献1]特开2008-180193号公报(全文、全图)
[专利文献2]特开2008-202469号公报(全文、全图)
但是，如果还原剂喷射阀存在产生喷孔的全部或大部分被堵的堵塞(以下称为“完全堵塞”)的情况，则也也存在产生不是完全堵塞程度而是喷孔一部分被堵的堵塞(以下称为“部分堵塞”)的情况。
这样的部分堵塞中，根据喷孔的闭塞情况其堵塞的程度各异。而且，当堵塞程度不同时，则在规定的开阀期间从还原剂喷射阀喷射的还原剂量将产生差异。
这里，在专利文献1及专利文献2所述的堵塞的判定方法中是将压力下降量与规定的阈值相比较。
即，虽然专利文献1和专利文献2的堵塞判定方法能够得到是否产生了堵塞的粗略判定结果，但是不能得到产生了哪种程度的堵塞的细致的判定结果。
因而，如果不能正确判定堵塞的程度，则难以正确进行因堵塞而引起的还原剂喷射量的补正，其结果，不能将直至解除堵塞期间的排气净化效率的下降抑制在最小限度。
另外，如果不能判定堵塞的程度，则难以根据堵塞的程度判断是否应该更换还原剂喷射阀或是否能够以喷射量补正来应对等其后的应对。
发明内容
因此，本发明的发明者通过锐意研究，发现通过设置多个用于进行还原剂喷射阀的堵塞判定的阈值，将这些阈值和还原剂供给路径内的压力比较，能够解决上述的课题，从而完成了本发明。
即，本发明以提供能够检测出还原剂喷射阀的堵塞程度的还原剂喷射阀的异常检测装置及异常检测方法为目的。
根据本发明，提供一种还原剂喷射阀的异常检测装置，用于检测还原剂喷射装置中的还原剂喷射阀的堵塞，所述还原剂喷射装置具备：容纳还原剂的贮藏箱、压送还原剂的泵、向内燃机的排气管内喷射由泵压送的还原剂的还原剂喷射阀、连接泵及还原剂喷射阀的供给路径、以及设置在供给路径上的压力传感器，所述还原剂喷射阀的异常检测装置的特征在于，具备：压力检测部，基于压力传感器的传感器值检测供给路径内的压力；泵控制部，在供给路径内的压力为规定范围内的值的状态下固定泵的输出；还原剂喷射阀控制部，在固定了泵的输出的状态下将还原剂喷射阀开阀规定时间；堵塞判定部，将还原剂喷射阀开阀规定时间后的供给路径内的压力或压力下降量与多个阈值进行比较，判定还原剂喷射阀的堵塞程度，从而能够解决上述课题。
另外，当构成本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置时，优选地是，堵塞判定部使用用于判定还原剂喷射阀完全堵塞的一次阈值来判定还原剂喷射阀中是否产生了堵塞，当判定还原剂喷射阀没有完全堵塞时，使用多个阈值来判定堵塞的程度。
另外，当构成本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置时，优选地是，泵控制部进行泵输出的反馈控制，以使还原剂喷射控制的实行中供给路径内的压力维持在规定的目标压力，当还原剂喷射控制的实行中未发现与来自还原剂喷射阀的喷射量相对应的泵的输出的变化时，堵塞判定部实行堵塞的程度的判定。
另外，当构成本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置时，优选地是，作为还原剂使用尿素水溶液时，当检测出还原剂喷射阀的堵塞时、外气温度或废气的温度小于规定温度时，在使装备在还原剂喷射装置中的加热机构或排气温度升温机构动作之后，堵塞判定部优选再次判定堵塞程度。
另外，当构成本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置时，优选地是，当还原剂喷射阀为具有多个喷孔的多喷型时，多个阈值的个数与喷孔的个数相同。
另外，本发明的其他方式是一种还原剂喷射阀的异常检测方法，用于检测还原剂喷射装置中的还原剂喷射阀的堵塞，所述还原剂喷射装置具备：容纳还原剂的贮藏箱、压送还原剂的泵、向内燃机的排气管内喷射由泵压送的还原剂的还原剂喷射阀、连接泵及还原剂喷射阀的供给路径、以及设置在供给路径上的压力传感器，所述还原剂喷射阀的异常检测方法的特征在于，在供给路径内的压力为规定范围内的值的状态下固定泵的输出，并且将还原剂喷射阀开阀规定时间，求出将还原剂喷射阀开阀规定时间后的供给路径内的压力或压力下降量，通过将检测出的供给路径内的压力或压力下降量与多个阈值进行比较，判定还原剂喷射阀的堵塞程度。
根据本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置及异常检测方法，由于进行在固定了泵的输出的状态下将还原剂喷射阀开阀规定时间后的供给路径内的压力或压力下降量与多个阈值的比较，因此能够基于根据堵塞的程度而不同的压力变化检测堵塞的程度。
从而，能够与还原剂喷射阀的堵塞程度相对应地进行还原剂的喷射量补正或用于解除堵塞的控制，或者正确判断是否需要更换还原剂喷射阀。
另外，在本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置中，通过堵塞判定部先判定还原剂喷射阀中是否产生了完全堵塞，之后当没有发现完全堵塞时判定还原剂喷射阀的堵塞的程度，所以当还原剂喷射阀中产生了完全堵塞时，能够迅速停止还原剂喷射阀的控制，或者促使更换还原剂喷射阀。
另外，在本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置中，通过堵塞判定部只有当还原剂喷射装置控制的实行中发现某些异常时才实行规定的堵塞程度的判定，所以在发现异常为止的期间，还原剂喷射控制不被中断，因此消除了对排气净化控制的影响。
另外，在本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置中，作为还原剂使用尿素水溶液时，当检测出还原剂喷射阀的堵塞时的外气温度或废气的温度小于规定温度时，在使规定的加热机构或排气温度升温机构动作之后，堵塞判定部再次判定堵塞的程度，所以能够检测起因于还原剂的冻结或一时结晶化的堵塞以外的堵塞的程度。
另外，在本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置中，通过使用还原剂喷射阀的喷孔个数的阈值而判定堵塞的程度，因此能够对比喷孔的个数来判定堵塞的程度。
附图说明
图1是表示排气净化装置构成例的图。
图2是表示本发明第一实施方式的还原剂喷射阀的异常检测装置的构成例的框图。
图3是说明本发明第一实施方式的还原剂喷射阀的异常检测方法的时序图。
图4是说明本发明第一实施方式的还原剂喷射阀的异常检测方法(第二实施方式的三次判定控制)的流程图。
图5是说明本发明第一实施方式的还原剂喷射阀的异常检测方法(第二实施方式的三次判定控制)的流程图。
图6是表示本发明第二实施方式的还原剂喷射阀的异常检测装置的构成例的框图。
图7是说明本发明第二实施方式的还原剂喷射阀异常检测方法的流程图。
图8是说明本发明第二实施方式的一次判定控制的流程图。
图9是说明本发明第二实施方式的二次判定控制的流程图。
附图标记说明：
5：内燃机，10：排气净化装置，11：排气管，12、13：温度传感器，14：NOX传感器，20：还原催化剂，30：还原剂喷射装置，31：贮藏箱，34：还原剂喷射阀，40：泵模块，41：泵，42：过滤器，43：压力传感器，57：第1供给路径，58：第2供给路径，59：循环路径，60：控制装置(还原剂喷射阀的异常检测装置)，62：泵控制部，63：还原剂喷射阀控制部，64：加热器控制部，65：排气温度升温控制部，66：堵塞判定部，92～97：加热器，163：还原剂喷射阀控制部，168：第1堵塞判定部，169：第2堵塞判定部。
具体实施方式
以下，参照适当附图对与本发明的还原剂喷射阀的异常检测装置及异常检测方法相关的实施方式进行具体说明。
但是，以下实施方式是表示本发明一种方式而已，并不限定本发明，在本发明的范围内能够进行任意变更。
另外，在各图中，标有同样附图标记的部件表示相同的部件，省略其适当说明。
[第一实施方式]
第一实施方式是一种还原剂喷射阀的异常检测装置，用于检测还原剂喷射装置中的还原剂喷射阀的堵塞，所述还原剂喷射装置具备：收容还原剂的贮藏箱、压送还原剂的泵、向内燃机排气管内喷射由泵压送的还原剂的还原剂喷射阀、连接泵及还原剂喷射阀的供给路径、以及设置在供给路径的压力传感器，所述还原剂喷射阀的异常检测装置的特征在于，具备：压力检测部，基于压力传感器的传感器值检测供给路径内的压力；泵控制部，以供给路径内的压力为规定范围内的值的状态固定泵的输出；还原剂喷射阀控制部，以固定了泵的输出的状态使还原剂喷射阀开阀规定时间；以及堵塞判定部，通过对规定将还原剂喷射阀开阀规定时间时的供给路径内的压力或压力下降量与多个阈值进行比较，判定还原剂喷射阀的堵塞程度。
1.排气净化装置
图1是表示还原剂喷射装置30所具备的排气净化装置10的构成例的图。该排气净化装置10具有：还原催化剂20，微粒过滤器21，氧化催化剂22，还原剂喷射装置30，以及控制装置60等。
该排气净化装置10是作为使用作为还原剂的尿素水溶液净化从搭载在车辆上的内燃机5排出的废气中的NOX的尿素SCR系统构成。但是，本发明中的还原剂不限于尿素水溶液。
另外，还原催化剂20配设在排气管11中，吸附在上游侧因喷射在排气管11内的尿素水溶液加水分解而生成的氨，促进氨和NOX的还原反应，将NOX分解成氮和水、二氧化碳等。还原催化剂20适合使用公知的催化剂。
另外，在选择还原催化剂20的上游侧设有上游侧温度传感器12，在下游侧设有下游侧温度传感器13及NOX传感器14。
用这些传感器检测出的传感信息发送到控制装置60，求出排气温度Tgas或还原催化剂温度Tcat，还原催化剂20下游侧的废气中的NOX浓度Nnox等。
另外，微粒过滤器21设置在还原催化剂20的上游侧，收集废气中的微粒。另外，氧化催化剂22设置在微粒过滤器21的上游侧，主要用于微粒过滤器21的再生控制。
具体地说，通过内燃机5中的快速喷射将供给到排气管11内的未燃烧燃料氧化，并通过使废气Tgas升温，使微粒过滤器21收集的微粒强制燃烧，使微粒过滤器21再生。微粒过滤器21及氧化催化剂22分别适用公知的微粒过滤器和氧化催化剂。
另外，使排气温度Tgas上升的排气温度升温机构不限于实行快速喷射的机构，例如能够使用向氧化催化剂22的上游侧喷射供给燃料的装置。
此外，也可使微粒过滤器21的上游侧具备加热器或燃烧器装置等，从而启动这些加热器或燃烧器装置使排气温度Tgas升温。
2.还原剂喷射装置
另外，还原剂喷射装置30以贮藏箱31、还原剂喷射阀34、具有泵41的泵模块40等为主要的要素而构成。
此处，贮藏箱31及泵41由第1供给路径57连接，泵41及还原剂喷射阀34由第2供给路径58连接。另外，在第2供给路径58的中途连接有与贮藏箱31相通的循环路径59。而且，还原剂喷射装置30自身能够使用公知的结构。
另外，贮藏箱31中容纳有调节到考虑了NOX净化效率和耐寒性等后的浓度(例如32.5重量％)的尿素水溶液。
调节到该浓度调节的尿素水溶液的冻结温度为大约-11°。从而，为预防寒冷时尿素水溶液的局部或全部被冻结，从贮藏箱31至泵模块40或第2供给路径58等上备有加热器92～97。也可以取代加热器92～97而成为使发动机冷却水循环，对还原剂喷射装置30进行加热的结构。
该尿素水溶液不仅有在寒冷时容易冻结的性质之外，还具有当尿素水溶液的温度在规定范围内的温度状态(约80℃～120℃)时，作为尿素水溶液的溶剂的水分蒸发而容易结晶化的性质。
另外，尿素水溶液的一时结晶化能够通过加热到规定温度(约120℃)以上而溶解，但与时间一起改性的结晶具有耐热且难以溶解的性质。
另外，还原剂喷射阀34固定在还原催化剂20的上游侧、微粒过滤器21的下游侧的排气管11上，并向排气管11内喷射尿素水溶液。
作为这样的还原剂喷射阀34，例如采用由通电控制成全开或全闭的电磁驱动式通一断阀。
本实施方式中，作为还原剂喷射阀34使用具有三个喷孔的多喷孔型还原剂喷射阀34。另外，多喷孔型还原剂喷射阀34的每一个喷孔成形为例如与只有一个喷孔的单喷孔型的还原剂喷射阀的喷孔相比其直径要小。但是，也可使用单喷孔型的还原剂喷射阀。
另外，泵模块40具备泵41、过滤器42、压力传感器43等。
这样的泵41例如使用通过控制装置60被驱动控制的电动泵。而且，本实施方式的泵41进行输出的反馈控制，以使由压力传感器43检测的第2供给路径58内的压力维持在规定值。
另外，过滤器42及压力传感器43配置在第2供给路径58上。
而且，通过过滤器42来收集尿素水溶液中的异物。
另外，基于从压力传感器43输出的传感器值来检测第2供给路径58内的压力PV。检测出的第2供给路径58内的压力PV不但用于泵41的输出控制，还用于还原剂喷射阀34的堵塞判定。
3.控制装置(异常检测装置)
另外，异常检测装置60，不仅具有作为还原剂喷射装置30的控制装置的功能，而且还具有作为还原剂喷射阀34的异常检测装置的功能。
图2表示针对本实施方式的控制装置60中的关于还原剂喷射阀34的异常检测的部分以功能性框图表示的构成例。
即，本实施方式的控制装置60由泵控制部62、还原剂喷射阀控制部63、加热器控制部64、排气温度升温控制部65、堵塞判定部66等作为主要的要素而构成。各部通过由微型计算机(未图示)的程序的实行而实现。
该控制装置60不仅能够读取由装备在第2供给路径58上的压力传感器43或装备在排气管11上的上游侧温度传感器12及下游侧温度传感器13、外气温度传感器等检测出的传感信息，也能够读取从燃料喷射量或喷射时机，内燃机5的转数Ne等至与内燃机5运转状态相关的信息。
另外，控制装置具有未图示的RAM(Random Access Memory)，存储由控制装置60读取的各种信息和各部中的演算结果。该RAM中预先存储用于实施还原剂喷射阀34的异常检测的三个不同阈值Pdet_thr1～Pdet_thr3。
另外，泵控制部62连续读入通过压力传感器43检测的第2供给路径58内的压力PV，进行泵41的输出的反馈控制，以使该压力PV维持在规定的目标压力PV_tgt。
另外，当泵控制部62接收到来自堵塞判定部66的诊断开始信号Sdet_start时，进行固定泵41的输出的控制。
另外，还原剂喷射阀控制部63基于排气温度Tgas、还原催化剂温度Tcat、还原催化剂20的下游侧的NOx浓度Nnox、还有关于内燃机5的运转状态的信息等来演算还原剂的目标喷射量Qurea，并进行还原剂喷射阀34的驱动控制，以达到目标喷射量Qurea。
另外，在还原剂喷射阀控制部63接收到来自堵塞判定部66的开阀信号Sopen时进行通电控制，以使还原剂喷射阀34进行预定的规定时间的开阀动作。该规定时间只要是通过伴随着开阀的还原剂的喷射而明显表现出第2供给路径58内的压力变化的时间即可，不进行特别限定。
另外，加热器控制部64进行相对于加热器92～97的通电控制，并进行加热还原剂喷射装置30和尿素水溶液的控制。
本实施方式的控制装置60中，在基于通过外气温度传感器检测出的外气温度Tenv等判断尿素水溶液有可能产生冻结时，进行向加热器92～97的通电。另外，在加热器控制部64接收到来自堵塞判定部66的加热器动作信号Sheat时，也进行相对于加热器92～97的通电控制。
另外，在堆积在微粒过滤器21中的微粒的堆积量Vpm超过规定的阈值时，排气温度升温控制部65进行使排气温度Tgas升温的控制。
而且，排气温度升温控制部65在接收到来自堵塞判定部66的排气温度升温实行信号Srege时也进行使排气温度Tgas升温的控制。
在本实施方式中，排气温度升温控制部65相对于内燃机5的燃料喷射阀的控制部输出快速喷射实行信号，使排气温度Tgas升温。
另外，堵塞判定部66在由压力传感器43检测的第2供给路径58内的压力处于规定范围内时，相对于泵控制部62输出诊断开始信号Sdet_start，使泵41的输出固定。
与此同时或稍微晚些，实行通电控制，以使堵塞判定部66相对于还原剂喷射阀控制部63输出开阀信号Sopen，进行还原剂喷射阀34的规定时间的开阀动作。
而且，堵塞判定部66将进行了还原剂喷射阀34的开阀动作后的第2供给路径58内的压力Pdet与存储在RAM中的多个阈值Pdet_thr1～Pdet_thr3进行比较，判定还原剂喷射阀34的堵塞程度。
本实施方式的控制装置60中，除了第2供给路径58内的压力PV处于规定范围内的情况以外，排气温度Tgas处于规定温度以上为诊断开始的条件，除此之外也可以设定尿素水溶液的温度Turea为规定温度以上等各种条件。排气温度Tgas小于规定温度时堵塞判定部66相对于排气温度升温控制部65输出排气温度升温实行信号Srege。
另外，对判定通过堵塞判定部66而实行的还原剂喷射阀34的堵塞的程度的方法进行具体说明。
即，堵塞判定部66判别以进行还原剂喷射阀34的规定时间的开阀动作的方式实行通电控制之后检测出的压力Pdet属于被三个阈值Pdet_thr1～Pdet_thr3分成的四个区域A1～A4中的哪个区域。
另外，当属于压力Pdet超过阈值Pdet_thr1的区域A4时，堵塞判定部66判定为还原剂喷射阀34完全堵塞的完全堵塞状态。
另外，当属于压力Pdet超过阈值Pdet_thr2并在阈值Pdet_thr1以下的区域A3时，堵塞判定部66判定为虽然不是完全堵塞状态但也是重度堵塞的状态，当属于压力Pdet超过阈值Pdet_thr3并在阈值Pdet_thr2以下的区域A2时，判定为轻度堵塞状态。
另外，当属于压力Pdet在阈值Pdet_thr3以下的区域A1时，堵塞判定部66判定为还原剂喷射阀34完全没产生堵塞的无堵塞状态。
如上所述，在本实施方式的还原剂喷射装置30中使用了多喷孔型还原剂喷射阀34，阈值Pdet_thr1～Pdet_thr3与喷孔个数相应地设定。
即，预先设定各阈值Pdet_thr1～Pdet_thr3，使将相当于还原剂喷射阀34的三个喷孔全部堵塞的状态作为完全堵塞状态而被检测，将相当于三个喷孔中的两个喷孔堵塞的状态作为重度堵塞状态而被检测，将相当于三个喷孔中的一个喷孔堵塞的状态作为轻度堵塞状态而被检测。通过进一步增加阈值的个数能够更细致地判定堵塞程度。
另外，本实施方式的控制装置60中，当堵塞判定部66判定还原剂喷射阀34产生了某种堵塞时，通过向加热器控制部94发送加热器启动信号Sheat，或向排气温度升温控制部95发送排气温度升温实行信号Srege，或者使加热器92～97动作或者使排气温度Tgas升温。由此构成为：当由于还原剂的冻结或一时结晶化而产生了还原剂喷射阀34的堵塞时，实行解除这种堵塞的控制，检测还原剂的冻结或一时结晶化以外的原因而产生的堵塞。
在上述判定堵塞的程度的方法的例子中，将进行了还原剂喷射阀34的开阀动作后检测出的压力与多个阈值Pdet_thr1～Pdet_thr3进行比较，但是将进行了还原剂喷射阀34的开阀动作后的规定时间的第2供给路径58内的压力的下降量或压力下降比例与多个阈值进行比较也可进行同样的异常检测。另外，阈值也可以不是固定的值而是具有规定的梯度的图案。此时，也可以是连续地监视进行了还原剂喷射阀34的开阀动作后的规定时间的第2供给路径58内的压力，将第2供给路径58内的压力的推移与多个阈值进行比较。
4.还原剂喷射阀的异常检测方法
其次，基于图3所示的时序图及图4～图5所示的控制流程对通过本实施方式的控制装置(异常检测装置)60而进行的判定还原剂喷射阀34的堵塞程度的方法进行具体说明。图3表示第2供给通路58内的压力随时间的变化及时间值推移。
该控制流程中，首先，在开始后的步骤S11中，在泵41驱动的状态下判别排气温度Tgas是否为规定温度Tgas0以上。也可以根据催化剂温度Tcat等推定排气温度Tgas，而不用直接看排气温度Tgas。重复该步骤S11直至排气温度Tgas为规定温度Tgas0以上，当排气温度Tgas为规定温度Tgas0以上时则进入步骤S12。
在步骤S12中，此次判别第2供给路径58内的压力PV是否表示规定范围内的值(图3的t0～t1期间)。当压力PV不在规定范围内则无法正确判定堵塞而结束本程序，另一方面，当压力PV在规定范围内则进入步骤S13，固定泵41的输出。
其次，在步骤S14中实行通电控制以进行还原剂喷射阀34的规定时间的开阀动作后，在步骤S15中读入第2供给路径58内的压力Pdet。然后，在步骤S16中判别在步骤S15中读入的压力Pdet是否超过了Pdet_thr1(图3的t2的时间点)。当压力Pdet超过了Pdet_thr1时属于区域A4而进入步骤S17，标上表示还原剂喷射阀34完全堵塞的状态的标记F1进入步骤S23。另一方面，当压力Pdet为Pdet_thr1以下时进入步骤S18。
在步骤S18中判别压力Pdet是否超过了Pdet_thr2。当压力Pdet超过了阈值Pdet_thr2时，压力Pdet属于超过了阈值Pdet_thr2并在阈值Pdet_thr1以下的区域A3。此时，进入步骤S19，标上表示还原剂喷射阀34重度的堵塞状态的标记F2进入步骤S23。另一方面，当压力Pdet在Pdet_thr2以下时进入步骤S20。
在步骤S20中判别压力Pdet是否超过了Pdet_thr3。当压力Pdet超过了阈值Pdet_thr3时，压力Pdet属于超过了阈值Pdet_thr3并在阈值Pdet_thr2以下的区域A2。此时，进入步骤S21，标上表示还原剂喷射阀34轻度的堵塞状态的标记F3进入步骤S23。另一方面，当压力Pdet属于Pdet_thr3以下且区域A1时进入步骤S22。由于压力Pdet在Pdet_thr3以下而进入的步骤S22中，判定还原剂喷射阀34未产生堵塞，并结束本程序。
在步骤S17、步骤S19、步骤S21中分别标上表示产生某种堵塞的标记而进入的步骤S23中，判别外气温度Tenv是否在规定的阈值Tenv0以上。该步骤是用于确定有可能由于还原剂的冻结而产生还原剂喷射阀34的堵塞的步骤。外气温度Tenv在规定的阈值Tenv0以上时进入下一个步骤S24，另一方面，在外气温度Tenv小于规定的阈值Tenv0时进入步骤S28，判别计数加热器动作次数的计数器的值NA是否在规定的阈值NA0以上。
计数器的值NA小于阈值NA0时进入步骤S29，对加热器92～97通电，加温还原剂喷射装置30，并且计数器的值NA加1之后返回步骤S12。另一方面，计数器的值NA在NA0以上时，还原剂喷射装置30被充分加温，认为还原剂喷射阀34的堵塞不是因为还原剂的冻结而进入步骤S24。
步骤S24中判别排气温度Tgas是否在规定的阈值Tgas1以上。可以根据催化剂温度Teat等推定排气温度Tgas，而不用直接看排气温度Tgas。排气温度Tgas在阈值Tgas1以上时进入下一个步骤S25，另一方面，当排气温度Tgas小于阈值Tgas1时进入步骤S30，判别是否标有表示排气温度Tgas升温控制的实行记录的标记F4。
当未标有标记F4时进入步骤S31实行排气温度升温控制，而且标上标记F4后返回步骤S12。另一方面，当标有标记F4时认为还原剂喷射阀34的堵塞不是因为还原剂的一时结晶化而进入步骤S25。
进入了步骤S25的状态中，由于在还原剂喷射阀34产生堵塞的可能性高，因此将错误计数器的计数器值NB加上1。而后，进入步骤S26，判别计数器值NB是否在用于最终判定产生了堵塞的阈值NB0以上。计数器值NB小于阈值NB0时返回步骤S12，另一方面，当计数器值NB在阈值以上NB0时进入步骤S27，与在表示堵塞状态的标记F1～F3之中当前所标示的标记所表示的堵塞状态相应地输出判定结果信号，从而结束本程序。
虽然未图示，但还原剂喷射阀34处在轻度的堵塞状态或重度的堵塞状态时，例如通过延长还原剂喷射阀34的开阀时间或增加还原剂喷射阀34的喷射压力，能够进行抑制还原剂喷射量的偏差的控制。另外，还原剂喷射阀34处在重度的堵塞状态或完全堵塞状态时，例如能够使促进还原剂喷射阀34的更换的警示灯动作，同时能够施加内燃机5的输出限制。
[第二实施方式]
第二实施方式的还原剂喷射阀的异常检测装置及异常检测方法构成为在判定第一实施方式中说明的还原剂喷射阀的堵塞程度之前，进行在还原剂喷射阀中师傅产生了某种堵塞的判定。
即，一种还原剂喷射阀的异常检测方法，用于检测还原剂喷射装置中的还原剂喷射阀的堵塞，所述还原剂喷射装置具备：容纳还原剂的贮藏箱、压送还原剂的泵、向内燃机的排气管内喷射由泵压送的还原剂的还原剂喷射阀、连接泵及还原剂喷射阀的供给路径、以及设置在供给路径的压力传感器，所述还原剂喷射阀的异常检测方法的特征在于：在供给路径内的压力为规定范围内的值的状态下固定泵的输出，并将还原剂喷射阀开阀规定时间，求出将还原剂喷射阀开阀了规定时间后的供给路径内的压力或压力下降量，将检测出的供给路径内的压力或压力下降量与多个阈值进行比较，从而判定还原剂喷射阀的堵塞程度。
以下，以与第一实施方式的不同点为中心，对本实施方式的还原剂喷射阀的异常检测装置及异常检测方法进行说明。还原剂喷射装置30的结构采用了与第一实施方式相同的结构。
1.控制装置(异常检测装置)
图6是表示对本实施方式的控制装置160中的还原剂喷射阀34的异常检测相关部分用功能性框图表示的构成例。该控制装置160以泵控制部62、还原剂喷射阀控制部163、加热器控制部64、排气温度升温控制部65、第1堵塞判定部168、以及第2堵塞判定部169等作为主要的要素而构成。
这些之中的泵控制部62、加热器控制部64、排气温度升温控制部65与第一实施方式中说明的结构相同。
(1)还原剂喷射阀控制部
还原剂喷射阀控制部163的基本结构与第一实施方式的控制装置60的还原剂喷射阀控制部63相同，在此进一步进行详细说明。
还原剂喷射阀控制部163为了使由NOx传感器14检测的还原催化剂20下游侧的NOx浓度Nd相对于根据内燃机5的运转状态推定的还原催化剂20上游侧的NOx浓度Nu的比率Rnox为零，求出与比率Rnox的值相对应的反馈系数α。通过将该反馈系数α与基于排气温度Tgas或还原催化剂温度Tcat等算出的还原剂的目标喷射量Qurea’相乘来算出目标喷射量Qurea。既可以使反馈系数α每隔规定的时间更新一次，也可以经常更新。
(2)第1堵塞判断部
第1堵塞判定部168实行一次判定控制及三次判定控制。由于其中三次判定控制与由第一实施方式的控制装置60的堵塞判定部66实行的内容相同，在此省略其详细说明。当从第2堵塞判定部169发送来二次判定结束信号S2时实行该三次判定控制。
另外，一次判定控制基本上与三次判定控制同样地进行。但是，与进行了还原剂喷射阀34的开阀动作之后读入的第2供给通路58内的压力Pdet进行比较的一次阈值Pdet_thr0设定在比用于三次判定控制的阈值Pdet_thr1稍高的值。一次判定控制通过将检测出的压力Pdet与该一次阈值Pdet_thr0进行比较，检测出在还原剂喷射阀34中确实产生了完全堵塞状态。该一次判定控制主要是在内燃机5启动时，即还原剂喷射装置30运转时实行，由于实行时第2供给路径58内有可能混入错误，因此只检测确实产生了完全堵塞的情况成为一次判定控制的目的。
当检测出确实产生了完全堵塞状态时，第1堵塞判定部168迅速停止还原剂喷射控制，例如将内燃机切换成跛行回家模式(LimpHome)。另外，当没有检测出完全堵塞状态时，第1堵塞判定部168相对于第2堵塞判定部169发出一次判定结束信号S1。
(3)第2堵塞判定部
依靠第1堵塞判定部168实行的一次判定控制及三次判定控制利用了以固定泵41的输出的状态进行还原剂喷射阀34的开阀动作时的第2供给通路58内的压力变化。与此相比，第2堵塞判定部169是通过在实行通常的还原剂喷射控制且泵41的输出基于第2供给路径58内的压力而被反馈控制的状态下，通过观察泵41的输出是否与来自于还原剂喷射阀34的喷射量而对应地变化，实行还原剂喷射阀34的堵塞判定。
具体地说，第2堵塞判定部169连续读入还原剂喷射阀34的驱动DUTY及泵41的输出(驱动DUTY)，求出当在还原剂喷射阀34的驱动DUTY产生了规定以上的变化时的泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump。当泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump小于规定的阈值ΔD1时，第2堵塞判定部169则认为还原剂喷射阀34有可能处于完全堵塞的状态，并且为进一步实行三次判定控制而相对于第1堵塞判定部168发送二次判定结束信号S2。
另外，即便是泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump为规定的阈值ΔD1以上，第2堵塞判定部169此次将驱动DUTY的变化ΔDpump与大于阈值ΔD1的阈值ΔD2进行比较。当驱动DUTY的变化ΔDpump小于阈值ΔD2时，第2堵塞判定部169把握读入在还原剂喷射阀控制部163设定的此时的反馈系数α而在喷射量产生误差的程度，并且为进一步实行三次判定控制而相对于第1堵塞判定部168发送二次判定结束信号S2。
这样，只有对通过该二次判定控制来判定在还原剂喷射阀34中产生了某种堵塞的情况才转移到三次判定控制。从而，能够在直至出现这样的堵塞的可能性为止，监视还原剂喷射阀34有无堵塞而不用中断通常的燃料喷射控制模式。
此外，能够使用喷射量的信息来替代还原剂喷射阀34的驱动DUTY。另外，能够使用第2供给路径58内的压力的信息或泵41的排出量信息来代替泵41的驱动DUYT。
2.还原剂喷射阀的异常检测方法
其次，基于图7～图9所示的控制流程对通过本实施方式的控制装置(异常检测装置)160而进行的还原剂喷射阀34的堵塞程度的判定的方法进行具体说明。
图7表示本实施方式的堵塞判定的整体流程。
在该堵塞判定中中，首先在步骤S101中实行一次判定控制。图8表示一次判定控制的流程。在该一次判定控制的例子中，首先沿图4～图5所示的三次判定控制(相当于第1实施方式中说明的判定控制)的流程中图4的步骤S12～步骤S15的次序实行步骤S201～步骤S204，读入第2供给路径58内的压力Pdet。而后，在步骤S205中，使用大于三次判定控制中使用的阈值Pdet_thr1的一次阈值Pdet_thr0，从而判别压力Pdet是否超过一次阈值Pdet_thr0。
当压力Pdet为一次阈值Pdet_thr0以下时，判断还原剂喷射阀34不是完全堵塞状态，直接进入步骤S211。另一面，当压力Pdet超过一次阈值Pdet_thr0时，还原剂喷射阀34有可能处于完全堵塞状态。此时，进入步骤206，沿三次判定控制的流程中图5的步骤S23～步骤S31的次序，实行以后的步骤S206～步骤S209。其结果，当检测出不是因还原剂冻结或一时结晶化的完全堵塞状态时进入步骤S210，标上表示确实产生了完全堵塞状态的标记F0而进入步骤S211。
在结束是否产生完全堵塞状态的判别而进入的步骤S211中，分别复位计数器NA，计数器NB、标记F4之后，发送一次判定结束信号S1，结束一次判定控制。
回到图7，在步骤S101中结束一次判定控制，则在其次的步骤S102中判别是否标有表示一次判定控制的结果、还原剂喷射阀34的完全堵塞状态的标记F0。当标有标记F0时进入步骤S106，另一方面，当没标有标记F0时进入步骤S103，开始由还原剂喷射装置30的通常的还原剂喷射控制之后，为进一步实行二次判定控制而进入步骤S104。
图9表示二次判定控制的流程。在该二次判定控制的例子中，首先在步骤S301中连续读入还原剂喷射阀34的驱动DUTY，算出驱动DUTY的变化ΔDinj。其次，在步骤S302中判别还原剂喷射阀34的驱动DUTY的变化ΔDinj是否为规定值ΔD3以上。驱动DUTY的变化ΔDinj小于规定值ΔD3时返回步骤S301，直至判定驱动DUTY的变化ΔDinj为规定值ΔD3以上为止，重复步骤S310及步骤S302。
驱动DUTY的变化ΔDinj在规定值ΔD3以上时进入步骤S303，算出此时的泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump之后，在步骤S304中判别泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump是否为规定的阈值ΔD1以下。泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump为规定的阈值ΔD1以下时，由于还原剂喷射阀34可能处在完全堵塞状态，应该进一步实行三次判定控制，进入步骤S305，发送二次判定结束信号S2，结束二次判定控制。
另一方面，泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump超过阈值ΔD1时进入步骤S306，此次判别泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump是否为大于阈值ΔD1的阈值ΔD2以下。当泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump超过ΔD2时，由于还原剂喷射阀34没有堵塞的可能性而返回步骤S301。另一方面，泵41的驱动DUTY的变化ΔDpump为阈值ΔD2以下时进入步骤S307，读入由还原剂喷射阀控制部163设定的当前反馈系数α，判别反馈系数α是否为规定的阈值α0以上。
虽然当反馈系数α小于阈值α0时存在还原剂喷射阀34中有可能产生部分堵塞的可能性，但由于不会对还原剂的喷射量产生大的影响，因而不用移至三次判定控制而返回步骤S301。另一方面，由于反馈系数α为阈值α0以上时有可能产生对还原剂的喷射量产生很大影响的还原剂喷射阀34的部分堵塞，所以应该进一步实行三次判定控制，进入步骤S305，发送二次判定结束信号S2，结束二次判定控制。
返回图7，在步骤S104中实行的二次判定控制的结果，当发送向三次判定控制转移的信号S2时进入步骤S105，实行三次判定控制。三次判定控制沿图4及图5的控制流程而实行。
本实施方式中，以在二次判定控制中在还原剂喷射阀34中产生了某种堵塞为前提而转移到三次判定控制，在步骤S105结束时特定了还原剂喷射阀34的堵塞程度。
而且，在一次判定控制中检测完全堵塞状态，或在三次判定控制中特定了堵塞程度而进入步骤S106中，与堵塞的程度相对应地例如使用于促使还原剂喷射阀34的更换的警示灯动作，或时间内燃机5的输出限制之后，结束本程序。
根据本实施方式的还原剂喷射阀的异常检测方法中，还原剂喷射装置30的运转时判别是否确实产生了还原剂喷射阀34的完全堵塞状态，当发现产生了完全堵塞状态时实行通常的还原剂喷射控制。另外，在实行还原剂喷射控制期间，只要没有发现还原剂喷射阀34中产生了某种堵塞的可能性，就不必中断还原剂喷射控制。从而，能够不会对排气净化控制产生影响地实行还原剂喷射阀34的异常检测。

Claims (6)

1.一种还原剂喷射阀的异常检测装置，用于检测还原剂喷射装置中的还原剂喷射阀的堵塞，所述还原剂喷射装置具备：容纳还原剂的贮藏箱、压送所述还原剂的泵、向内燃机的排气管内喷射由所述泵压送的所述还原剂的还原剂喷射阀、连接所述泵及所述还原剂喷射阀的供给路径、以及设置在所述供给路径上的压力传感器；
所述还原剂喷射阀的异常检测装置的特征在于，具备：
压力检测部，基于所述压力传感器的传感器值检测所述供给路径内的压力；
泵控制部，在所述供给路径内的压力为规定范围内的值的状态下固定所述泵的输出；
还原剂喷射阀控制部，在固定了所述泵的输出的状态下使所述还原剂喷射阀开阀规定时间；
堵塞判定部，通过将所述还原剂喷射阀开阀了所述规定时间后的所述供给路径内的压力或压力下降量与多个阈值进行比较，判定所述还原剂喷射阀的堵塞程度。
2.权利要求1所述的还原剂喷射阀的异常检测装置，其特征在于，所述堵塞判定部使用用于判定所述还原剂喷射阀完全堵塞的一次阈值来判定所述还原剂喷射阀中是否产生了堵塞，当判定所述还原剂喷射阀没有完全堵塞时，使用所述多个阈值来判定所述堵塞的程度。
3.权利要求1所述的还原剂喷射阀的异常检测装置，其特征在于，所述泵控制部进行所述泵的输出的反馈控制，以使还原剂喷射控制的实行中所述供给路径内的压力维持在规定的目标压力，
当所述还原剂喷射控制的实行中未发现与来自所述还原剂喷射阀的喷射量相对应的所述泵的输出的变化时，所述堵塞判定部实行所述堵塞的程度的判定。
4.权利要求1所述的还原剂喷射阀的异常检测装置，其特征在于，作为所述还原剂使用尿素水溶液时，当检测出所述还原剂喷射阀的堵塞时、外气温度或废气的温度小于规定温度时，在使装备在所述还原剂喷射装置中的加热机构或排气温度升温机构动作之后，所述堵塞判定部再次判定所述堵塞的程度。
5.权利要求1所述的还原剂喷射阀的异常检测装置，其特征在于，当所述还原剂喷射阀为具有多个喷孔的多喷型时，所述多个阈值的个数与所述喷孔的个数相同。
6.一种还原剂喷射阀的异常检测方法，用于检测还原剂喷射装置中的还原剂喷射阀的堵塞，所述还原剂喷射装置具备：容纳还原剂的贮藏箱、压送所述还原剂的泵、向内燃机的排气管内喷射由所述泵压送的所述还原剂的还原剂喷射阀、连接所述泵及所述还原剂喷射阀的供给路径、以及设置在所述供给路径上的压力传感器；
所述还原剂喷射阀的异常检测方法的特征在于，
在所述供给路径内的压力为规定范围内的值的状态下固定所述泵的输出，并且将所述还原剂喷射阀开阀规定时间，求出将所述还原剂喷射阀开阀所述规定时间后的所述供给路径内的压力或压力下降量，通过将检测出的所述供给路径内的压力或压力下降量与多个阈值进行比较，判定所述还原剂喷射阀的堵塞程度。
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