CN103620169B - 微颗粒捕集过滤器状态检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的微颗粒捕集过滤器状态检测装置具备：为了精确地进行对排气中的微颗粒进行捕集的过滤器的状态判定的、第一压力检测单元，检测在排气流通路径上的过滤器的上游侧产生的第一压力；第二压力检测单元，检测在排气流通路径上的过滤器的下游侧产生的第二压力；第一傅立叶变换单元，对由第一压力检测单元检测出的第一压力值进行傅立叶变换；第二傅立叶变换单元，对由第二压力检测单元检测出的第二压力值进行傅立叶变换；比较单元，将由第一傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位以及处于预定频率的频谱强度和/或相位、与由第二傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位以及处于预定频率的频谱强度和/或相位进行比较；以及过滤器状态判定单元，基于由比较单元得到的比较结果来判定过滤器的状态。

Description

微颗粒捕集过滤器状态检测装置
技术领域
本发明涉及一种微颗粒捕集过滤器状态检测装置，是关于一种适于基于过滤器前后的压力来判定过滤器的状态的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，该过滤器对流通于排气流通路径的排气中所包含的微颗粒进行捕集。
背景技术
以往，已知一种为了对从柴油发动机排除的以C(碳)为主的微颗粒(PM)进行捕集而具备由多孔陶瓷构成的微颗粒捕集过滤器(DPF：dieselparticulatefilter)的系统。随着柴油发动机的持续的使用，DPF中逐渐堆积PM。为了防止DPF的开裂等或向DPF下游侧的PM的露出，DPF中所堆积的PM在适当的时刻被燃烧而被氧化除去。另外，如果在DPF中堆积一定量的PM之前实施DPF的再生，则会引起燃耗的恶化。因此，堆积有PM的DPF在适当的时刻被再生。
为了对DPF的PM堆积量进行测定并使该PM的燃烧时机适合，考虑在DPF的上游侧排气流通路径及下游侧排气流通路径上分别设置压力传感器，并分别计算出各压力传感器的输出的交流分量的大小之比及直流分量之差(例如参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开昭60－85214号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，对于上述专利文献1所记载的测定系统，在DPF的状态判定中会产生误差，很难称得上是高精度的检测装置。
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种能够在排气的低流区域及高流区域两者中精确地进行捕集排气中的微颗粒的过滤器的状态判定的微颗粒捕集过滤器状态检测装置。
用于解决上述课题的手段
经本发明的发明人对产生上述误差的原因进行锐意研究，查明其原因为柴油发动机的排气脉动。
排气流通路径内的压力由于柴油发动机的排气脉动而大幅变动。并且，该压力中包含与发动机转速对应的基本波的同时，还包含对应该基本波的高次谐波成分。另外，DPF下游侧的压力相对于DPF上游侧的压力产生相位的偏差(作为时间的偏差而显现)。对于专利文献1所记载的技术，由于未进行DPF上游侧的压力值与DPF下游侧的压力值的相位调和(调和时间的偏差)，因此难以基于两压力值来精确地进行DPF的状态、也即PM堆积的判定。
为了达到上述目的，本发明的微颗粒捕集过滤器状态检测装置对过滤器的状态进行检测，该过滤器对包含在流通于排气流通路径中的排气中的微颗粒进行捕集，该微颗粒捕集过滤器状态检测装置具备：第一压力检测单元，检测在所述排气流通路径上的所述过滤器的上游侧产生的第一压力；第二压力检测单元，检测在所述排气流通路径上的所述过滤器的下游侧产生的第二压力；以及过滤器状态判定单元，判定所述过滤器的状态，所述过滤器状态判定单元由演算部和存储部构成，将由所述第一压力检测单元及第二压力检测单元检测出的所述第一压力及第二压力的值存储在所述存储部，将由所述第一压力检测单元及第二压力检测单元检测出的所述第一压力及第二压力的值从所述存储部发送至所述演算部，并且，在所述演算部中，通过利用比较单元来判定所述过滤器的状态，其中，该比较单元将由第一傅立叶变换单元及第二傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度(spectralintensity)和/或相位、以及处于预定频率的频谱强度和/或相位进行比较，该第一傅立叶变换单元及第二傅立叶变换单元对所述第一压力及第二压力的值分别进行傅立叶变换。
另外，为了达到上述目的，本发明的微颗粒捕集过滤器状态检测装置对过滤器的状态进行检测，该过滤器对包含在流通于排气流通路径中的排气中的微颗粒进行捕集，该微颗粒捕集过滤器状态检测装置具备：第一压力检测单元，检测在所述排气流通路径上的所述过滤器的上游侧产生的第一压力；第二压力检测单元，检测在所述排气流通路径上的所述过滤器的下游侧产生的第二压力；第一傅立叶变换单元，对由所述第一压力检测单元检测出的所述第一压力的值进行傅立叶变换；第二傅立叶变换单元，对由所述第二压力检测单元检测出的所述第二压力的值进行傅立叶变换；比较单元，将由所述第一傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位以及处于预定频率的频谱强度和/或相位、与由所述第二傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位以及处于所述预定频率的频谱强度和/或相位进行比较；以及过滤器状态判定单元，基于由所述比较单元得到的比较结果来判定所述过滤器的状态。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，所述比较单元也可以具有：第一和计算单元，计算由所述第一傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位与处于所述预定频率的频谱强度和/或相位之和；第二和计算单元，计算由所述第二傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位与处于所述预定频率的频谱强度和/或相位之和；以及差计算单元，计算由所述第一和计算单元计算出的和与由所述第二和计算单元计算出的和之差，所述过滤器状态判定单元基于由所述差计算单元计算出的所述差，来判定所述过滤器的状态。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，所述过滤器状态判定单元可以基于由所述比较单元得到的比较结果，来估计由所述过滤器所捕集的所述微颗粒的堆积量。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，可以具备过滤器再生指示单元，当由所述过滤器状态判定单元估计的所述堆积量达到预定量时，该过滤器再生指示单元指示所述过滤器的再生。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，所述过滤器状态判定单元可以基于由所述比较单元得到的比较结果的、从所述过滤器的初始状态到该过滤器的再生实施后的变化，来估计在所述过滤器中堆积的不燃烧残留物量。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，所述过滤器状态判定单元可以基于由所述比较单元得到的比较结果的时间变化，来判定或估计所述过滤器的异常或故障。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，所述预定频率可以是与内燃机的转速对应的频率。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，所述预定频率可以是内燃机的转速的基频。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，所述预定频率可以是比内燃机的转速的基频高的高频率。
另外，在上述微颗粒捕集过滤器状态检测装置中，利用所述第一压力检测单元来检测所述第一压力的时间间隔及利用所述第二压力检测单元来检测所述第二压力的时间间隔可以均比处于内燃机的转速的基频的周期短。
发明的效果
根据本发明，能够在排气的低流区域及高流区域两者中精确地进行捕集排气中的微颗粒的过滤器的状态判定。
附图说明
图1是具备作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置的系统的整体结构图。
图2是在作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置中所执行的控制流程的一个例子的流程图。
图3是表示在作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置中FFT(快速傅立叶变换)处理前后的压力值的时间序列数据的波形图。
图4是比较在过滤器前后的压力波形的图。
图5是表示在作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置中分别针对过滤器上游侧的压力及过滤器下游侧的压力进行FFT处理后的频谱强度的波形图。
图6是用于对作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置所产生效果进行说明的图。
具体实施方式
在根据专利文献1((日本)特开昭60-85214号公报)中公开的现有的内燃机用过滤器再生装置的堆积于DPF的微颗粒的堆积量的检测方法中，存在堆积于DPF的微颗粒的堆积量的检测精度变低的问题。对该微颗粒的堆积量的检测精度变低的原因进行了研究。查明了排气流通路径内的压力由于柴油发动机的排气脉动而大幅变动，DPF上游侧的压力值与DPF下游侧的压力值之间产生相位的偏差(作为时间的偏差显现)的事实。然而，对于专利文献1所记载的技术，在对DPF中堆积的微颗粒的堆积量进行检测时，由于是利用DPF上游侧的压力值及DPF下游侧的压力值本身，很大程度地受到相位偏差(作为时间的偏差显现)的影响，因此发现了微颗粒的堆积量的检测精度变低的问题。
对此，通过对DPF上游侧的压力值及DPF下游侧的压力值分别进行傅立叶变换并求出各个频率的频谱强度，从而能够不受相位偏差的影响而对DPF上游侧和DPF下游侧的两压力进行比较。另外，因为排气流通路径内的压力的交流分量由于DPF而衰减，因此基于发动机的排气脉动的相同特定频率的频谱强度在DPF前后衰减，并且因为排气流通路径内的压力的直流分量也由于DPF而衰减，因此零频率的频谱强度在DPF前后衰减。已知在DPF上游侧的基于特定频率的频谱强度和零频率的频谱强度的值与在DPF下游侧的基于特定频率的频谱强度和零频率的频谱强度的值之间的相对关系、和堆积在DPF中的微颗粒的堆积量有关。
因此，发现以下效果并完成了本发明：在对DPF上游侧的压力值及DPF下游侧的压力值分别进行傅立叶变换并求出各个频率的频谱强度的基础上，比较基于特定频率的频谱强度的值与零频率的频谱强度的值，基于该比较结果可精确地检测出堆积在DPF中的微颗粒的堆积量。
以下，参照附图对本发明的微颗粒捕集过滤器状态检测装置的具体的实施方式进行说明。
图1是具备作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10的系统的整体结构图。本实施方式的系统是对微颗粒捕捉过滤器(DPF：DieselParticulateFilter)14的状态(具体来说为PM堆积量)进行检测，并当该检测出的PM堆积量达到预定量时实现DPF14的再生的系统，其中微颗粒捕捉过滤器14对包含在从内燃机(具体来说为柴油发动机)12所排出的排气中的微颗粒(PM：ParticulateMatter)进行捕集。
如图1所示，微颗粒捕集过滤器状态检测装置10具备设在与内燃机12连接的排气流通路径16上的DPF14。DPF14是可捕捉包含在从内燃机12所排出的排气中的PM的过滤器。另外，微颗粒捕集过滤器状态检测装置10具备设在排气流通路径16上的一对压力传感器20、22。需要说明的是，压力传感器20、22优选配设在排气流通路径16内的、随着排气的密度和流速而变化的动压的影响为最小的位置(不受共振影响的位置)，也即可对主要随着压力损失而变化的静压进行测定的位置上。
压力传感器20是输出基于在排气流通路径16上的DPF14的上游侧产生的压力(上游侧压力)的电气信号(电压信号)的传感器。另外，压力传感器22是输出基于在排气流通路径16上的DPF14的下游侧产生的压力(下游侧压力)的电气信号(电压信号)的传感器。以下，将压力传感器20、压力传感器22分别称为上游侧压力传感器20、下游侧压力传感器22。上游侧压力传感器20及下游侧压力传感器22分别与以微计算机为主体构成的状态检测部24连接。上游侧压力传感器20的输出信号及下游侧压力传感器22的输出信号分别被供应到状态检测部24。
状态检测部24基于上游侧压力传感器20的输出信号来检测在DPF14的上游侧产生的上游侧压力Pin，并基于下游侧压力传感器22的输出信号来检测在DPF14的下游侧产生的下游侧压力Pout。由该状态检测部24所进行的压力检测按每个预定的采样时间(例如500μs)、也即预定的采样周期(例如2kHz)来进行。
需要说明的是，上述预定的采样时间是比处于内燃机12的转速NE的基频Fbase的周期短的采样时间。另外，所谓该基频Fbase，是由内燃机12的转速NE的值来确定的频率，转速NE越小则基频Fbase越为低频率，转速NE越大则基频Fbase越为高频率。例如，在内燃机12为串列4缸4冲程发动机的情况下，由于每一转从该内燃机12有2次排气，对于排气压力每一转有2次脉动，因此1000rpm时，发生2000次/分钟的排气脉动，基于发动机转速的脉动的振动数为33.3Hz，基频Fbase为33.3Hz。但是，上述预定的采样时间可以设为比处于内燃机12的转速NE的、用于进行压力检测的上限的基频Fbase(例如当作为串列4缸4冲程发动机的内燃机12的转速的、用于进行压力检测的上限为3000rpm时，为100Hz)的周期(10ms)短。如后面详细描述，状态检测部24对上述检测出的上游侧压力Pin及下游侧压力Pout进行演算处理，计算出堆积于DPF14的PM的堆积量M。
对状态检测部24还分别供应表示内燃机12的转速NE的信号、以及表示内燃机12的排气空气量Q的信号。状态检测部24检测内燃机12的转速NE及排气空气量Q。需要说明的是，由于转速NE与压力波形之间发生时间的偏差，因此优选校正该偏差而使用。
本实施例的系统还具备进行内燃机12的各种控制的发动机用电子控制单元(以下称为发动机ECU)32。在发动机ECU32上连接有上述状态检测部24。状态检测部24判断计算出的向DPF14堆积的PM堆积量M是否达到预定量，并作为该判断的结果，当PM堆积量M达到预定量时对发动机ECU32供应用于再生DPF14的指令。当发动机ECU32从状态检测部24接受DPF14的再生指令时，执行再生DPF32的处理(例如，促进内燃机12燃烧对DPF32进行加热的处理)。
接着，参照图2～图6，对本实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10中的检测处理进行说明。
图2是在作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10中状态检测部24所执行的控制流程的一个例子的流程图。图3(A)是表示在作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10中状态检测部24进行FFT(快速傅立叶变换：FastFourierTransform)处理前的DPF前后的压力值Pin、Pout的时间序列数据的波形图。图3(B)是表示在作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10中状态检测部24对图3(A)所示的压力值Pin、Pout分别进行了FFT处理后的频谱强度的频率数据的波形图。
图4是比较在过滤器前后的压力波形的图。图5(A)是表示在作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10中针对DPF上游侧的压力值Pin进行FFT处理后的频谱强度的波形图。图5(B)是表示在作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10中针对DPF下游侧的压力值Pout进行FFT处理后的频谱强度的波形图。另外，图6是用于对作为本发明的一个实施方式的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10所产生效果进行说明的图。需要说明的是，在图6中，表示出按内然机12的转速分类及转矩分类的、DPF前后的压力值Pin、Pout各自的FFT处理后的处于零频率F0的频谱强度与处于基频Fbase的频谱强度之和的DPF前后差DI、和堆积在过滤器中的PM的堆积量之间关系的一个例子。
在本实施方式中，状态检测部24按每个预定的采样时间，基于上游侧压力传感器20的输出信号来检测在DPF14的上游侧产生的上游侧压力Pin[kPa]，并基于下游侧压力传感器22的输出信号来检测在DPF14的下游侧产生的下游侧压力Pout[kPa](步骤100)。并且，将预定时间(例如10秒等)中的上游侧压力值Pin及下游侧压力值Pout的数据分别存储在存储器中。
状态检测部24通过对上述存储的预定时间中的上游侧压力值Pin进行FFT处理，将该上游侧压力值Pin变换为每个频率的频谱强度Iin[(kPa)2/Hz]，并通过对上述存储的预定时间中的下游侧压力值Pout进行FFT处理，将该下游侧压力值Pout变换为每个频率的频谱强度Iout[(kPa)2/Hz](步骤102；参见图3)。若进行该变换，则发生基于发动机转速NE的脉动的上游侧压力值Pin及下游侧压力值Pout分别分离为其相位与分量。
状态检测部24从上述FFT处理后的频谱强度来检测、选择基频Fbase(步骤104)。具体来说，以FFT处理后的各个频率的频谱强度之中频谱强度为最大值的频率为基频Fbase。需要说明的是，基频Fbase根据内燃机12的转速NE和该内燃机12的种类来唯一地确定。转速NE越小则基频Fbase越为低频率，转速NE越大则基频Fbase越为高频率。
另外，作为求出基频Fbase的其他手法，(1)当内然机12为串列4缸4冲程发动机时，可以将FFT处理后的频谱强度之中显现出预定以上的频谱强度的最低频率的4倍的频率作为基频Fbase，另外，(2)可以基于检测出的内燃机12的转速NE来求出与该转速NE对应的脉动的基频Fbase。在此情况下，当内燃机12为串列4缸4冲程发动机、转速NE为2000rpm时，基频Fbase被设定为66.67Hz。
当状态检测部24如上所述计算出FFT处理后的各频谱强度Iin、Iout及基频Fbase时，接着提取处于频率为零的零频率F0的频谱强度IinF0、IoutF0，并且提取处于该计算出的基频Fbase的频谱强度IinFbase、IoutFbase(步骤106)。接着，基于这些关于上游侧压力值Pin的频谱强度IinF0、IinFbase和关于下游侧压力值Pout的频谱强度IoutF0、IoutFbase，来估计在DPF14中堆积的PM的堆积量M[g/l]。
具体来说，状态检测部24在估计DPF14的PM堆积量M[g/L]时，首先根据下式(1)关于上游侧压力值Pin计算出将处于零频率F0的频谱强度IinF0乘以X倍而得到的值与将处于基频Fbase的频谱强度IinFbase乘以Y倍而得到的值之和(以下称为第一频谱和)Ain，并根据下式(2)关于下游侧压力值Pout计算出将处于零频率F0的频谱强度IoutF0乘以X倍而得到的值与将处于基频Fbase的频谱强度IoutFbase乘以Y倍而得到的值之和(以下称为第二频谱和)Aout(步骤108)。
Ain=IinF0·X+IinFbase·Y(1)
Aout=IoutF0·X+IoutFbase·Y(2)
需要说明的是，上述值X是在计算上述频谱和Ain、Aout时乘以处于零频率F0的频谱强度的系数。另外，上述值Y是在计算上述频谱和Ain、Aout时乘以处于基频Fbase的频谱强度的系数。这些值X、Y是以成为预定之比的方式预先固定的值，例如被分别设定为“1”。
状态检测部24计算如上所述计算出的第一频谱和Ain与第二频谱和Aout之差DI(=Ain-Aout)(步骤110)。并且，基于该DI之大小，来估计堆积在DPF14中的PM的堆积量M[g/l](步骤112)。
关于上游侧压力值Pin的第一频谱和Ain与关于下游侧压力值Pout的第二频谱和Aout之差DI随着向DPF14堆积的PM的堆积量成比例地、直线性地变化，该堆积量越少则差DI越小，该堆积量越多则差DI越大。
状态检测部24预先存储向DPF14堆积的PM的堆积量与关于该DPF前后的压力的频谱的上述差DI的关系。需要说明的是，该PM堆积量与差DI的关系可以根据内燃机12的转速NE或转矩设定。状态检测部24在上述步骤112中，参照所存储的PM堆积量与上述差DI的关系，基于在上述步骤110中计算出的第一频谱和Ain与第二频谱和Aout之差DI，进一步考虑内燃机12的转速NE或扭矩，来估计堆积在DPF14中的PM的堆积量M。
需要说明的是，状态检测部24可以在估计DPF14的PM堆积量M时，根据DPF14的初始压力损失ΔP或排气空气量(另外，可以是存储Pin、Pout数据的预定时间中的平均值)来进行校正。例如，由于即便是相同的转速也即相同的基频Fbase，频谱强度IinFbase与IoutFbase之间的关系也会随着压力损失ΔP的大小而变化，具体来说，由于压力损失ΔP越大则IoutFbase变得越小，因此为了基于处于零频率F0的频谱强度IinF0、IoutF0以及处于基频Fbase的频谱强度IinFbase、IoutFbase来估计PM堆积量M，例如压力损失ΔP越大则可以将IoutFbase校正为越小的值。
这样一来，在本实施例的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10中，对DPF14前后的上游侧压力Pin及下游侧压力Pout分别按每个预定的采样时间来进行采样，对该压力值Pin、Pout的数据进行FFT处理，基于处于零频率F0的频谱强度IinF0、IoutF0以及处于与内燃机12的转速NE对应的基频Fbase的频谱强度IinFbase、IoutFbase，来计算出处于零频率F0的频谱强度与处于基频Fbase的频谱强度之和的、DPF前后差DI，并基于该计算出的DPF前后差DI来估计堆积在DPF14中的PM的堆积量M。
在DPF14的上游侧和下游侧，由于通过DPF14的排气而产生压力差ΔP(=Pin-Pout)。该压力差ΔP是由于DPF14的存在而产生的压力损失，并随着气体流量或温度等而变化。另外，排气的压力由于内燃机12的排气脉动而大幅变动，包含与内燃机12的转速NE对应的基频Fbase的成分，还包含该基频Fbase的高次谐波成分。在排气通过DPF14的过程中，在DPF14前后，由脉动而产生的压力交流分量的振幅衰减，并且作为时间平均值的压力直流分量衰减。因此，在DPF14前后，处于零频率F0的频谱强度衰减，并且处于基频Fbase及其高次谐波的频谱强度衰减。
这些处于零频率F0的频谱强度的衰减率及处于基频Fbase的频谱强度的衰减率分别随着向DPF14堆积的PM的堆积量而变化，向DPF14堆积的PM堆积量越多，则处于零频率F0的频谱强度与处于基频Fbase的频谱强度之和的、DPF前后的衰减率变得越大。换言之，PM堆积量越多，则相对于在DPF14的上游侧的零频率F0与基频Fbase的频谱强度之和(第一频谱和Ain)，在DPF14的下游侧的频率F0与基频Fbase的频谱强度之和(第二频谱和Aout)变得越小。
因此，根据本实施例的微颗粒捕集过滤器状态检测装置10，在对捕集排气中的PM的DPF14的PM堆积量进行估计时，通过利用对DPF14前后的各压力值Pin、Pout进行FFT处理而得到的频谱强度Iin、Iout，从而能够消除DPF14前后的压力的作为时间偏差显现的相位偏差，因此能够精确地估计对排气中的PM进行捕集的DPF14的PM堆积量。
另外，在本实施例中，在估计对排气中的PM进行捕集的DPF14的PM堆积量时，使用考虑了在DPF前后各自的压力的交流分量和直流分量的值的、DPF前后差(具体来说，关于DPF14上游侧的处于零频率F0的频谱强度IinF0与处于基频Fbase的频谱强度IinFbase之和(第一频谱和Ain)、与关于DPF14下游侧的处于零频率F0的频谱强度IoutF0与处于基频Fbase的频谱强度IoutFbase之和(第二频谱和Aout)之差DI)。
在该构成中，由于将压力的直流分量也包括在内而从DPF前后的频谱强度差来估计PM堆积量，因此如图6所示，无论是在内燃机12的高速旋转时也即排气的高流速时、还是在内燃机12的低速旋转时也即排气的低流速时，均能够精确地估计对排气中的PM进行捕集的DPF14的PM堆积量，并且无论是内燃机12的高转矩时还是低转矩时，均能够精确地估计对排气中的PM进行捕集的DPF14的PM堆积量。换言之，能够与内燃机12的转速或转矩的大小无关地、精确地估计DPF14的PM堆积量。
在本实施例的系统中，当状态检测部14如上所述估计DPF14的PM堆积量M时，对该PM堆积量是否达到预定量进行判断。需要说明的是，该预定量是有可能产生从DPF14向下游侧泄漏的PM的值的下限值，并被预先规定。当状态检测部24判断为所估计的PM堆积量M达到预定量时，对发动机ECU32进行DPF14的再生指令。当进行相关处理时，由于DPF14被加热，因此堆积在该DPF14中的PM被燃烧除去。因此，根据本实施例的系统，能够在即将于DPF14中堆积最大捕集量(需要说明的是，所谓该最大捕集量是在PM燃烧时于DPF14不产生开裂的量)的PM之前适时地实施堆积有PM的DPF14的再生，并能够促进DPF14的重复利用。
另外，通过将对DPF14的上游侧压力值Pin及下游侧压力值Pout进行FFT处理后的相位波形进行比较，从而能够得到DPF14的细微裂纹或微量的PM变化等的更详细的信息。相位在与频谱强度的峰频率相同的频率处具有峰值，在DPF14的上游侧和下游侧变化。从DPF14的上游侧到下游侧，尽管频谱强度衰减，但由于相位也有增长，因此能够从相位的衰减率或增长率来估计DPF14的状态。
此外，在上述实施方式中，DPF14相当于权利要求书中记载的“过滤器”。通过状态检测部24基于上游侧压力传感器20的输出信号来检测在DPF14的上游侧产生的上游侧压力Pin实现了权利要求书中记载的“第一压力检测单元”，通过状态检测部24基于下游侧压力传感器22的输出信号来检测在DPF14的下游侧产生的下游侧压力Pout实现了权利要求书中记载的“第二压力检测单元”，通过状态检测部24对上游侧压力值Pin进行FFT处理实现了权利要求书中记载的“第一傅立叶变换单元”，通过状态检测部24对下游侧压力值Pout进行FFT处理实现了权利要求书中记载的“第二傅立叶变换单元”，通过状态检测部24将关于上游侧压力值Pin的FFT处理后的处于零频率F0的频谱强度IinF0及处于基频Fbase的频谱强度IinFbase、与关于下游侧压力值Pout的FFT处理后的处于零频率F0的频谱强度IoutF0及处于基频Fbase的频谱强度IoutFbase进行比较实现了权利要求书中记载的“比较单元”。
另外，在上述实施方式中，通过状态检测部24计算出关于上游侧压力值Pin的FFT处理后的处于零频率F0的频谱强度IinF0与处于基频Fbase的频谱强度IinFbase之和(第一频谱和Ain)实现了权利要求书中记载的“第一和计算单元”，通过状态检测部24计算出关于下游侧压力值Pout的FFT处理后的处于零频率F0的频谱强度IoutF0与处于基频Fbase的频谱强度IoutFbase之和(第二频谱和Aout)实现了权利要求书中记载的“第二和计算单元”，通过状态检测部24计算出上述第一频谱和Ain与上述第二频谱和Aout之差DI实现了权利要求书中记载的“差计算单元”。
另外，在上述实施方式中，通过状态检测部24基于上述差DI来估计在DPF14中堆积的PM的堆积量M实现了权利要求书中记载的“过滤器状态判定单元”，状态检测部24通过当判定为PM堆积量M达到预定量时向发动机ECU32进行DPF14的再生指令以便加热DPF14实现了权利要求书中记载的“过滤器再生指示单元”。
以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于该特定的实施方式，在权利要求书中记载的主旨内可进行各种变形或变更。
例如，在上述实施方式中，尽管是基于DPF14的前后的压力值Pin、Pout各自的FFT处理后的处于零频率F0的频谱强度与处于基频Fbase的频谱强度之和的、DPF前后差DI来估计堆积在DPF14中的PM的堆积量，但本发明并不限定于此，也可以基于该DPF前后差DI，来估计以堆积在DPF14中的金属作为成分的不燃烧残留物的量(也即，灰(Ash)堆积量)。
换言之，尽管在DPF14的初始状态(刚制造之后)下未堆积不燃烧残留物，但如果继续使用DPF14，则在该DPF14中逐渐堆积不燃烧残留物。该不燃烧残留物即使通过加热来再生DPF14也不会被除去。另外，上述的DPF前后差DI在堆积有和未堆积有不燃烧残留物时大幅变化。因此，在DPF14的初始状态下存储基于压力值Pin、Pout各自的FFT处理后的处于零频率F0及处于基频Fbase的频谱强度的上述第一频谱和Ain与上述第二频谱和Aout之和的DPF前后差DI的基础上，在DPF14的再生实施后，计算出基于压力值Pin、Pout各自的FFT处理后的处于零频率F0及基频Fbase的频谱强度的上述第一频谱和Ain与上述第二频谱和Aout之和的DPF前后差DI，能够基于该DPF前后差DI的、从DPF14的初始状态到DPF14的再生实施后的变化来估计堆积在DPF14中的不燃烧残留物量。例如，从DPF14的初始状态到再生实施后的上述DPF前后差DI的变化量越多，则可判定堆积在DPF14中的不燃烧残留物量越多。
需要说明的是，上述的DPF14中的不燃烧残留物量的估计可以在上述实施方式中紧接在由于DPF14中堆积的PM的堆积量M达到预定量而加热再生该DPF14之后进行，另外，也可以利用与上述实施方式不同的手法在刚再生DPF14之后进行。
另外，在上述实施方式中，尽管是根据基于DPF14前后的压力值Pin、Pout各自的FFT处理后的处于零频率F0及基频Fbase的频谱强度的上述第一频谱和Ain与上述第二频谱和Aout之和的DPF前后差DI来估计堆积在DPF14中的PM的堆积量，但本发明并不限定于此，也可以基于该DPF前后差DI，来判定或估计DPF14的异常或故障。
换言之，如果DPF14处于正常状态，则上述的DPF前后差DI随着该DPF14中的PM或不燃烧残留物的堆积等而在预定的范围内变化(降低)，另一方面，如果DPF14发生异常或故障，则上述DPF前后差DI脱离上述预定的范围而变化。因此，可根据基于DPF14前后的压力值Pin、Pout各自的FFT处理后的处于零频率F0及基频Fbase的频谱强度的上述第一频谱和Ain与上述第二频谱和Aout之和的DPF前后差DI的变化来判定或估计DPF14的异常或故障。例如，当该DPF前后差DI脱离预先设定的预定范围而变化时，可以判定或估计为DPF14发生了异常或故障。另外，当判定或估计为DPF14发生了异常或故障时，可以利用警报、灯的闪烁、亮灯等来进行警告，以便向车辆驾驶员、使用者或操作者通知该异常或故障。
另外，在上述实施方式中，尽管是在再生DPF14时由状态检测部24向发动机ECU32进行DPF14的再生指令，但本发明并不限定于此，也可以在DPF14的内部或周围设置加热器，通过从状态检测部24向该加热器供应电力而实现DPF14的加热再生。
再有，在上述实施方式或变形例中，在判定DPF14的状态时，尽管是使用基于DPF14前后的压力值Pin、Pout各自的FFT处理后的处于零频率F0及基频Fbase的频谱强度的上述第一频谱和Ain与上述第二频谱和Aout之和的DPF前后差DI，但也可以代替处于基于内燃机12的转速NE的基板频率Fbase的频谱强度，而是使用处于比该基频Fbase高的高次谐波的特定频率F的频谱强度，计算基于DPF14前后的压力值Pin、Pout各自的FFT处理后的处于零频率F0及该特定频率F的频谱强度的上述第一频谱和Ain与上述第二频谱和Aout之和的DPF前后差DI，进行DPF14的状态判定。
符号说明
10微粒捕集过滤器状态检测装置
12内燃机
14DPF
16排气流通路径
20上游侧压力传感器
22下游侧压力传感器
24状态检测部
32发动机ECU

Claims (10)

1.一种微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其对过滤器的状态进行检测，该过滤器对包含在流通于排气流通路径中的排气中的微颗粒进行捕集，其特征在于，所述微颗粒捕集过滤器状态检测装置具备：
第一压力检测单元，检测在所述排气流通路径上的所述过滤器的上游侧产生的第一压力；
第二压力检测单元，检测在所述排气流通路径上的所述过滤器的下游侧产生的第二压力；以及
过滤器状态判定单元，判定所述过滤器的状态，
所述过滤器状态判定单元由演算部和存储部构成，
将由所述第一压力检测单元及第二压力检测单元检测出的所述第一压力及第二压力的值存储在所述存储部，
将由所述第一压力检测单元及第二压力检测单元检测出的所述第一压力及第二压力的值从所述存储部发送至所述演算部，并且，
在所述演算部中，通过利用比较单元来判定所述过滤器的状态，其中，该比较单元将由第一傅立叶变换单元及第二傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位、以及处于预定频率的频谱强度和/或相位进行比较，该第一傅立叶变换单元及第二傅立叶变换单元对所述第一压力及第二压力的值分别进行傅立叶变换，
所述比较单元具有：
第一和计算单元，计算由所述第一傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位与处于所述预定频率的频谱强度和/或相位之和；
第二和计算单元，计算由所述第二傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位与处于所述预定频率的频谱强度和/或相位之和；以及
差计算单元，计算由所述第一和计算单元计算出的和与由所述第二和计算单元计算出的和之差，
所述过滤器状态判定单元基于由所述差计算单元计算出的所述差，来判定所述过滤器的状态。
2.一种微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其对过滤器的状态进行检测，该过滤器对包含在流通于排气流通路径中的排气中的微颗粒进行捕集，其特征在于，所述微颗粒捕集过滤器状态检测装置具备：
第一压力检测单元，检测在所述排气流通路径上的所述过滤器的上游侧产生的第一压力；
第二压力检测单元，检测在所述排气流通路径上的所述过滤器的下游侧产生的第二压力；
第一傅立叶变换单元，对由所述第一压力检测单元检测出的所述第一压力的值进行傅立叶变换；
第二傅立叶变换单元，对由所述第二压力检测单元检测出的所述第二压力的值进行傅立叶变换；
比较单元，将由所述第一傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位以及处于预定频率的频谱强度和/或相位、与由所述第二傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位以及处于所述预定频率的频谱强度和/或相位进行比较；以及
过滤器状态判定单元，基于由所述比较单元得到的比较结果来判定所述过滤器的状态，
所述比较单元具有：
第一和计算单元，计算由所述第一傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位与处于所述预定频率的频谱强度和/或相位之和；
第二和计算单元，计算由所述第二傅立叶变换单元得到的处于零频率的频谱强度和/或相位与处于所述预定频率的频谱强度和/或相位之和；以及
差计算单元，计算由所述第一和计算单元计算出的和与由所述第二和计算单元计算出的和之差，
所述过滤器状态判定单元基于由所述差计算单元计算出的所述差，来判定所述过滤器的状态。
3.根据权利要求1或2所述的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其特征在于，所述过滤器状态判定单元基于由所述比较单元得到的比较结果，来估计由所述过滤器所捕集的所述微颗粒的堆积量。
4.根据权利要求3所述的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其特征在于，所述微颗粒捕集过滤器状态检测装置具备过滤器再生指示单元，当由所述过滤器状态判定单元估计的所述堆积量达到预定量时，所述过滤器再生指示单元指示所述过滤器的再生。
5.根据权利要求1或2所述的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其特征在于，所述过滤器状态判定单元基于由所述比较单元得到的比较结果的、从所述过滤器的初始状态到该过滤器的再生实施后的变化，来估计在所述过滤器中堆积的不燃烧残留物量。
6.根据权利要求1或2所述的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其特征在于，所述过滤器状态判定单元基于由所述比较单元得到的比较结果的时间变化，来判定或估计所述过滤器的异常或故障。
7.根据权利要求1或2所述的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其特征在于，所述预定频率是与内燃机的转速对应的频率。
8.根据权利要求7所述的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其特征在于，所述预定频率是内燃机的转速的基频。
9.根据权利要求7所述的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其特征在于，所述预定频率是比内燃机的转速的基频高的高频率。
10.根据权利要求1或2所述的微颗粒捕集过滤器状态检测装置，其特征在于，利用所述第一压力检测单元来检测所述第一压力的时间间隔及利用所述第二压力检测单元来检测所述第二压力的时间间隔均比处于内燃机的转速的基频的周期短。
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