CN103314191B - 颗粒过滤器的故障检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是更适当地检测颗粒过滤器的故障。本发明的颗粒过滤器的故障检测装置具有：取得部，所述取得部取得从颗粒过滤器流出的排气中的PM量；再生处理执行部，所述再生处理执行部执行使堆积在颗粒过滤器中的PM氧化并除去的过滤器再生处理；故障判定部，在从再生处理执行部的过滤器再生处理的执行结束的时刻开始的规定期间中，在由所述取得部取得的排气中的PM量未减少规定的基准量以上的情况下，所述故障判定部判定为颗粒过滤器产生故障。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测设置在内燃机的排气通路中的颗粒过滤器的故障的故障检测装置。
背景技术
公知有在内燃机的排气通路中设置用于捕捉排气中的颗粒状物质（ParticulateMatter：以下称为PM）的颗粒过滤器（以下简称为过滤器）的技术。
另外，在专利文献1中公开了如下技术：在内燃机的排气通路中设置有PM捕集器（与过滤器相当）的情况下，基于伴随内燃机的运转状态的变化而产生的PM捕集器的前后压差的变化量来检测PM捕集器的故障。
在专利文献2中公开了如下技术：基于设置在比过滤器更靠下游侧的排气通路中的颗粒量检测传感器的检测值来进行过滤器的故障诊断。在该专利文献2记载的技术中，过滤器的PM捕捉效率比规定值低的条件成立时，禁止过滤器的故障诊断。
另外，在专利文献2中记载了以下内容：在再生结束后不久的期间内，粒径比过滤器的网眼小的PM穿过过滤器，因此，过滤器的PM捕捉效率变低，当一定量的PM堆积并逐渐填埋过滤器的网眼时，PM捕捉效率恢复。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-327392号公报
专利文献2：日本特开2007-315275号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为使过滤器的前后压差在过滤器正常时和产生故障时成为明显不同的值，需要在过滤器中堆积一定程度的量的PM。在除去堆积在过滤器中的PM的过滤器再生处理的执行刚结束之后，过滤器中的PM堆积量非常少。因此，在过滤器再生处理的执行刚结束之后，难以基于过滤器的前后压差来检测过滤器的故障。另外，为检测过滤器的前后压差，需要在过滤器的上游侧和下游侧双方设置压力传感器。
本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的是更适当地检测过滤器的故障。
用于解决课题的方案
本发明是基于过滤器再生处理的执行刚结束之后的从过滤器流出的排气中的PM量（以下有时也称为流出PM量）的变化，检测过滤器的故障。
更详细来说，本发明的颗粒过滤器的故障检测装置对设置在内燃机的排气通路中并捕捉排气中的颗粒状物质的颗粒过滤器的故障进行检测，其特征在于，具有：取得部，所述取得部取得从所述颗粒过滤器流出的排气中的PM量；再生处理执行部，所述再生处理执行部执行使堆积在所述颗粒过滤器中的PM氧化并除去的过滤器再生处理；故障判定部，在从所述再生处理执行部的过滤器再生处理的执行结束的时刻开始的规定期间中，在由所述取得部取得的排气中的PM量未减少规定的基准量以上的情况下，所述故障判定部判定为所述颗粒过滤器产生故障。
在过滤器再生处理的执行结束的时刻，过滤器的PM捕捉效率变低。而且，从过滤器再生处理的执行刚结束之后起，PM被捕捉并堆积在过滤器中，由此，过滤器的PM捕捉效率上升。因此，若过滤器正常，则在过滤器再生处理刚执行之后，流出PM量随着时间的经过而减少。
但是，在产生了过滤器的故障的情况下，过滤器再生处理的执行结束后，过滤器的PM捕捉效率几乎不上升。因此，流出PM量也不减少。
因此，在本发明中，在从过滤器再生处理的执行结束的时刻开始的规定期间中，在由取得部取得的流出PM量未减少规定量以上的情况下，故障判定部判定为过滤器产生故障。这里，规定期间是指：在过滤器正常的情况下，包含过滤器的PM捕捉效率随着时间的经过而上升的期间中的至少一部分的期间。另外，规定的基准量是能够判断为过滤器正常的流出PM量的减少量的阈值。
根据本发明，过滤器再生处理的执行结束后，能够立刻检测过滤器的故障。另外，能够更高精度地检测过滤器的故障。
在本发明中，也可以构成为，故障判定部对在所述规定期间中的、内燃机的运转状态大致相同时的至少两点由取得部取得的流出PM量进行比较，在该流出PM量未减少所述规定的基准量以上的情况下，判定为所述颗粒过滤器产生故障。
即使过滤器的状态相同，内燃机的运转状态不同时，有时流出PM量也成为不同的量。根据上述记载，通过对相同的运转状态下的流出PM量进行比较，判别过滤器是否产生故障。因此，能够进一步提高过滤器的故障检测的精度。
发明的效果
根据本发明，能够更适当地检测过滤器的故障。
附图说明
图1是表示实施例的内燃机的排气系统的概要结构的图。
图2是表示实施例的、过滤器中的PM堆积量和过滤器的PM捕捉效率之间的关系的图。
图3是表示实施例的、从过滤器再生处理的执行结束时开始的流出PM量和搭载有内燃机的车辆的车速的推移的时序图。
图4是表示实施例的过滤器的故障检测方法的流程的流程图的一部分。
图5是表示实施例的过滤器的故障检测方法的流程的流程图的一部分。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的具体实施方式。本实施例记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别的记载，本发明的技术范围就不仅限于实施例的记载内容。
＜实施例＞
［内燃机的排气系统的概要结构］
图1是表示本实施例的内燃机的排气系统的概要结构的图。内燃机1是车辆驱动用的柴油发动机。但是，本发明的内燃机不限于柴油发动机，也可以是汽油发动机。
在内燃机1上连接有排气通路2。在排气通路2中设置有过滤器4。过滤器4捕捉排气中的PM。在比过滤器4更靠上游侧的排气通路2中，作为前段催化剂而设置有氧化催化剂3。
在比氧化催化剂3更靠上游侧的排气通路2中设置有燃料添加阀5。燃料添加阀5将成为还原剂的燃料添加到排气中。在比过滤器4更靠下游侧的排气通路2中设置有PM传感器6。PM传感器6是输出与从过滤器4流出的排气中的PM量（流出PM量）对应的电气信号的传感器。
在内燃机1一并设置有电子控制单元（ECU）10。该ECU10是用于控制内燃机1的运转状态等的单元。在ECU10上，除了PM传感器6以外，还电连接有曲柄位置传感器11及油门开度传感器12。曲柄位置传感器11是输出与内燃机1的发动机转速对应的脉冲信号的传感器。油门开度传感器12是输出与搭载有内燃机1的车辆的油门开度对应的电气信号的传感器。各传感器的输出信号被输入到ECU10。
ECU10基于曲柄位置传感器11的检测值导出内燃机1的发动机转速，并基于油门开度传感器12的检测值导出内燃机1的发动机负载。
另外，在ECU10上电连接有燃料添加阀5。通过ECU10控制该燃料添加阀5。
［过滤器再生处理］
被捕捉的PM堆积在过滤器4中。在本实施例中，ECU10基于内燃机1的运转状态的履历，推定过滤器4中的PM堆积量。而且，在该推定值成为规定的阈值以上时，ECU10执行过滤器再生处理。
过滤器再生处理通过从燃料添加阀5添加燃料来实现。从燃料添加阀5添加的燃料被供给到氧化催化剂3。通过该燃料在氧化催化剂3中被氧化而产生的氧化热，使排气升温。其结果是，过滤器4的温度上升，堆积在该过滤器4中的PM被氧化并被除去。
此外，只要能够使过滤器4升温到能够进行PM的氧化的温度，过滤器再生处理可以通过公知的任意方法来实现。
［过滤器再生处理执行结束后的PM捕捉效率等的推移］
以下，对过滤器再生处理的执行结束后的PM堆积量、PM捕捉效率及流出PM量的推移，基于图2及3进行说明。图2是表示过滤器4中的PM堆积量和过滤器4的PM捕捉效率之间的关系的图。在图2中，横轴表示过滤器4中的PM堆积量Qpm，纵轴表示过滤器4的PM捕捉效率Rtpm。这里，PM捕捉效率Rtpm是表示被过滤器4捕捉的每单位时间的PM量相对于流入过滤器4的每单位时间的PM量的比例的值。另外，在图2中，L1表示过滤器4正常情况下的PM捕捉效率Rtpm的推移，L2表示过滤器产生故障的情况下的PM捕捉效率Rtpm的推移。
在过滤器再生处理的执行结束的时刻，过滤器4中的PM堆积量Qpm大致为零。PM堆积量Qpm大致为零时，粒径小的PM容易穿过过滤器4。因此，如图2所示，过滤器4中的PM堆积量Qpm大致为零时，与PM堆积在过滤器4中时相比，过滤器4的PM捕捉效率Rtpm变低。
而且，从过滤器再生处理的执行刚结束之后起，新的PM开始被过滤器4捕捉，过滤器4中的PM堆积量随时间的经过而增加。若过滤器4正常，则在PM捕捉量增加时，PM难以穿过过滤器4。因此，如图2的L1所示，在过滤器4中的PM堆积量Qpm从大致为零开始到达到一定程度的量为止的期间（图2中的Δt1所示的期间），与PM堆积量Qpm的增加相应地，过滤器4的PM捕捉效率Rtpm上升。
但是，在过滤器再生处理的执行过程中，过滤器4的温度成为高温，因此，容易产生熔损或破损等过滤器4的故障。在产生这样的过滤器4的故障时，即使过滤器4整体的PM堆积量增加，一定程度的量的PM也会从过滤器4中的故障位置穿过。因此，如图2的L2所示，即使PM堆积量Qpm从大致为零的状态开始增加，过滤器4的PM捕捉效率Rtpm也几乎不上升。
图3是表示从过滤器再生处理的执行结束时开始的流出PM量和搭载有内燃机1的车辆的车速的推移的时序图。在图3中，上段表示过滤器4产生故障时的流出PM量Qpmout的推移，中段表示过滤器4正常时的流出PM量Qpmout的推移，下段表示车速Vv的推移。
如上所述，若过滤器4正常，则从过滤器再生处理的执行结束开始随着时间的经过，PM堆积量增加，过滤器4的PM捕捉效率Rtpm上升。因此，如图3的中段所示，过滤器4正常时，对过滤器再生处理的执行刚结束之后（图3中的t1所示的时刻）的流出PM量、和之后车速Vv成为与t1时的车速大致相同的时刻（图3的t2所示的时刻）的流出PM量进行比较时，t2时刻的流出PM量更少。
另一方面，过滤器4产生异常时，即使从过滤器再生处理的执行结束开始随着时间的经过PM堆积量增加，过滤器4的PM捕捉效率Rtpm也几乎不变。因此，如图3的上段所示，在t1时刻和t2时刻，流出PM量成为大致相同的量。
［过滤器的故障检测方法］
因此，在本实施例中，基于过滤器再生处理的执行结束后的流出PM量的变化来检测过滤器的故障。也就是说，对过滤器再生处理的执行刚结束之后的流出PM量Qpmout1、和之后的流出PM量Qpmout2进行比较。而且，若它们之间的流出PM量的减少量未达到规定的基准量，则判定为过滤器4产生故障。
以下，对本实施例的过滤器的故障检测方法的流程，基于图4及5所示的流程图进行说明。本流程被预先存储在ECU10中，通过ECU10以规定的间隔反复执行。
在本流程中，首先，在步骤S101中，判别过滤器再生处理的执行是否结束。在步骤S101中作出了否定判定的情况下，本流程的执行暂时结束。在步骤S101中作出了肯定判定的情况下，接着，在步骤S102中，判别内燃机1的运转状态是否在规定范围内。这里，规定范围是指：从内燃机1排出的PM量较多，若过滤器4正常，则流出PM量与过滤器4中的PM堆积量相应地产生明确的差异的运转状态的范围。该规定范围基于实验等预先确定。
在步骤S102中作出了否定判定的情况下，步骤S102的处理再次被执行。在步骤S102中作出了肯定判定的情况下，接着，在步骤S103中，在该时刻，读取由PM传感器6检测的流出PM量Qpmout1。这里，设检测到流出PM量Qpmout1时的内燃机的运转状态为OS1。接着，在步骤S104中，算出从检测到流出PM量Qpmout1的时刻开始的内燃机1中的燃料喷射量的累计值ΣQf。
接着，在步骤S105中，判别内燃机1中的燃料喷射量的累计值ΣQf是否是规定的累计值ΣQf0以上。这里，规定的累计值ΣQf0是指能够判断如下情况的值，即，若过滤器4正常，则与检测到流出PM量Qpmout1的时刻相比，过滤器4的PM捕捉效率越明显地上升，则过滤器4中的PM堆积量越增加。该规定的累计值ΣQf0基于实验等预先确定。
在步骤S105中作出了否定判定的情况下，步骤S104的处理再次被执行。在步骤S105中作出了肯定判定的情况下，接着，在步骤S106中，判别内燃机1的运转状态是否与OS1大致相同。这里的大致相同的范围是从内燃机1排出的PM量成为大致相同的范围。
在步骤S106中作出了否定判定的情况下，步骤S106的处理再次被执行。在步骤S106中作出了肯定判定的情况下，接着，在步骤S107中，在该时刻，读取由PM传感器6检测的流出PM量Qpmout2。
接着，在步骤S108中，从在步骤S103中读取的流出PM量Qpmout1减去在步骤S106中读取的流出PM量Qpmout2，由此算出流出PM量的减少量ΔQpmout。
接着，在步骤S109中，判别流出PM量的减少量ΔQpmout是否是规定的基准量ΔQpmoutb以上。这里，规定的基准量ΔQpmoutb是能够判断为过滤器4正常的流出PM量的减少量的阈值。该规定的基准量ΔQpmoutb基于实验等预先确定。此外，规定的基准量ΔQpmoutb也可以根据检测出流出PM量Qpmout1、Qpmout2时的内燃机1的运转状态进行变更。
在步骤S109中作出了肯定判定的情况下，接着，在步骤S110中，判定为过滤器4正常。另一方面，在步骤S109中作出了否定判定的情况下，接着，在步骤S111中，判定为过滤器4产生故障。
若过滤器4正常，则在过滤器再生处理的执行结束后，过滤器4的PM捕捉效率立刻开始上升。因此，根据上述过滤器的故障检测方法，在容易产生过滤器4的故障的过滤器再生处理的执行结束之后，能够立刻检测过滤器4的故障。另外，过滤器4是否产生故障的判定本身也能够在非常短的时间内进行。
过滤器再生执行结束后的流出PM量的减少量的变化与过滤器4的前后压差的变化相比，相对于过滤器4的故障程度的灵敏度更高。也就是说，即使过滤器4中的熔损或破损的位置小，过滤器再生执行结束后的流出PM量的减少量的值也比过滤器4正常时更容易产生差异。因此，能够更高精度地检测过滤器4的故障。
在上述流程中，基于内燃机1中的燃料喷射量的累计值ΣQf，决定读取最初的流出PM量Qpmout1之后执行读取下一次的流出PM量Qpmout2的时期。但是，该时期也能够仅基于经过时间决定。另外，还能够基于假设过滤器4正常的情况下的过滤器4中的PM堆积量的推定值决定。
在本实施例中，在读取最初的流出PM量Qpmout1的时期和读取下一次的流出PM量Qpmout2的时期之间，包含过滤器4的PM捕捉效率Rtpm与过滤器4中的PM堆积量Qpm的增加相应地上升的期间（也就是说，图2中的Δt1所示的期间）中的至少一部分即可。例如，最初的流出PM量Qpmout1和下一次的流出PM量Qpmout2都在图2的Δt1所示的期间中读取即可。另外，也可以在过滤器再生执行结束后，在三点以上读取流出PM量，基于这些值算出流出PM量的减少量。
而且，在上述流程中，读取最初的流出PM量Qpmout1的时期采用在过滤器再生处理的执行结束后、判定为内燃机1的运转状态在规定范围内的时刻。但是，也不一定必须是内燃机1的运转状态在规定范围内，也可以在过滤器再生处理的执行结束的时刻，读取最初的流出PM量Qpmout1。但是，通过使读取最初的流出PM量Qpmout1的时期采用内燃机1的运转状态在规定范围内的时刻，能够进一步提高过滤器4的故障检测的精度。
另外，在上述流程中，基于内燃机1的运转状态大致相同时的两点的流出PM量算出了流出PM量的减少量。但是，不一定必须是检测这两点的流出PM量时的内燃机1的运转状态大致相同。例如，也可以基于在不同的运转状态下检测的两点的流出PM量，考虑到其运转状态的差异而算出流出PM量的减少量，基于该算出值，判定过滤器4是否产生故障。但是，通过基于内燃机1的运转状态大致相同时的两点的流出PM量算出流出PM量的减少量，并基于该算出值判定过滤器4是否产生故障，能够进一步提高过滤器4的故障检测的精度。
附图标记说明
1内燃机
2排气通路
3氧化催化剂
4颗粒过滤器
5燃料添加阀
6PM传感器
10ECU
11曲柄位置传感器
12油门开度传感器
Claims (1)
1.一种颗粒过滤器的故障检测装置，对设置在内燃机的排气通路中并捕捉排气中的颗粒状物质的颗粒过滤器的故障进行检测，其特征在于，具有：
取得部，所述取得部取得从所述颗粒过滤器流出的排气中的PM量；
再生处理执行部，所述再生处理执行部执行使堆积在所述颗粒过滤器中的PM氧化并除去的过滤器再生处理；以及
故障判定部，在从所述再生处理执行部的过滤器再生处理的执行结束的时刻开始的规定期间中，在由所述取得部取得的排气中的PM量未减少规定的基准量以上的情况下，所述故障判定部判定为所述颗粒过滤器产生故障，
所述故障判定部对在所述规定期间中的、内燃机的运转状态大致相同时的至少两点由所述取得部取得的排气中的PM量进行比较，在该PM量未减少所述规定的基准量以上的情况下，判定为所述颗粒过滤器产生故障。
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