CN105556075A - 诊断装置 - Google Patents

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Abstract

一种诊断装置，高精度地判定DPF的故障。具备：DPF(52)，捕获排气中的PM；电阻型PM传感器(20)，设置于DPF(52)的下游侧，根据在电极(22)间附着的PM中流动的电流值来检测PM量，并且能够进行将附着的PM燃烧除去的再生；实际再生间隔运算部(41)，运算从传感器(20)的再生结束到下一次再生开始为止的实际间隔；PM逃脱量运算部(43)，假定为DPF(52)正常，推测通过了DPF(52)的排气中的PM逃脱量；推测再生间隔运算部(45)，基于PM逃脱量，运算从传感器(20)的再生结束到下一次再生开始为止的推测间隔；以及DPF故障正常判定部(46)，对实际间隔和推测间隔进行比较，判定DPF(52)的故障或正常。

Description

诊断装置
技术领域
本发明涉及诊断装置，特别涉及在内燃机的排气系统中设置的排气净化过滤器的故障诊断。
背景技术
作为在柴油发动机等的排气系统中设置的排气净化过滤器，已知用于捕获排气中含有的煤等的颗粒状物质(ParticulateMatter：PM)的柴油微粒过滤器(DieselParticulateFilter：DPF)。
若DPF的PM捕获能力由于破损等而劣化，则未被DPF捕获而漏过的PM被放出到大气中，可能导致不满足废气限制值。因此，需要在车载状态(On-Board)下诊断DPF的故障。
作为判定DPF的故障的技术，例如已知在DPF的下游侧设置电阻型PM传感器并比较传感器值和基准阈值的手法(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-144577号公报
发明内容
发明所要解决的技术课题
一般来讲，电阻型PM传感器利用电极间的电阻值随着在一对电极间附着的导电性PM而变化这一原理来检测PM量。然而，在电阻型PM传感器中，若受到排气温度或排气流量的影响，则电极间附着的PM的电阻会变化，因此，可能无法检测正确的PM量。因此，在基于电阻型PM传感器的传感器值的诊断手法中，存在无法正确地判定DPF的劣化的课题。
本发明的装置的目的在于，高精度地判定DPF的故障。
解决课题所采用的技术手段
本发明的装置具备：过滤器，捕获从内燃机排出的排气中的颗粒状物质；传感器，设置于所述过滤器的下游侧，根据电极间附着的颗粒状物质中流动的电流值来检测颗粒状物质量，并且能够在电极间附着的颗粒状物质达到规定量时将该颗粒状物质燃烧除去、即再生；实际间隔运算单元，运算从所述传感器的再生结束到下一次再生开始为止的实际间隔；逃脱量推测单元，所述过滤器的捕获能力假定为正常，推测从所述内燃机排出而通过该过滤器的排气中的颗粒状物质逃脱量；推测间隔运算单元，基于所述颗粒状物质逃脱量，运算从所述传感器的再生结束到下一次再生开始为止的推测间隔；以及判定单元，对所述实际间隔和所述推测间隔进行比较，判定所述过滤器的至少故障。
发明效果
根据本发明的装置，能够高精度地判定DPF的故障。
附图说明
图1是表示应用了本发明的一个实施方式的诊断装置的发动机的吸排气系统的整体构成示意图。
图2中，(A)是表示本实施方式的电阻型PM传感器的主要部分的示意立体图，(B)是表示电阻型PM传感器的传感器再生信号的图。
图3是表示本实施方式的ECU40的功能框图。
图4是说明本实施方式的故障诊断的一个例子的图。
图5是说明本实施方式的故障诊断的一个例子的图。
图6是说明本实施方式的故障诊断的一个例子的图。
图7是表示本实施方式的诊断装置的控制内容的流程图。
图8是表示本实施方式的诊断装置的控制内容的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的一个实施方式的诊断装置。对相同的部件赋予相同的符号，其名称及功能也相同。因此，不对它们进行重复的详细说明。
如图1所示，柴油发动机(以下简称发动机)10中设置有吸气歧管10a和排气歧管10b。吸气歧管10a上连接着导入新气的吸气通路11，排气歧管10b上连接着将排气向大气放出的排气通路12。
吸气通路11中，从吸气上游侧起依次设置有空气滤清器13、MAF传感器31、增压机的压缩机14a、中冷器15、吸气温度传感器32、吸气氧浓度传感器33、增压压力传感器34等。排气通路12中，从排气上游侧起依次设置有增压机的涡轮14b、排气氧浓度传感器35、空燃比传感器36、排气温度传感器37、排气后处理装置50等。另外，在图1中，符号38表示发动机旋转传感器，符号39表示油门开度传感器。
排气后处理装置50在催化剂外壳50a内从排气上游侧起依次配置氧化催化剂(DieselOxidationCatalyst：DOC)51和DPF52而构成。此外，在DOC51的排气上游侧设置有排气管内喷射装置53，在DPF52的下游侧设置有检测流过DPF52的排气中的PM量的电阻型PM传感器20。
排气管内喷射装置53根据从电子控制单元(以下记作ECU)40输出的指示信号，向排气通路12内喷射未燃燃料(主要为HC)。另外，在使用基于发动机10的多级喷射的后喷射的情况下，也可以省略该排气管内喷射装置53。
DOC51例如是在堇青石蜂窝(cordieriteHoneycomb)构造体等的陶瓷制载体表面上担载催化剂成分而形成的。DOC51通过排气管内喷射装置53或者后喷射而被供给HC后，将其氧化而使排气温度上升。
DPF52例如是沿着排气的流动方向配置由多孔质分隔壁划分出的多个单元格、并将这些单元格的上游侧和下游侧交替地封闭而形成的。DPF52将排气中的PM捕获到分隔壁的细孔或表面上，并且在PM堆积量达到规定量时执行将其燃烧除去的所谓的过滤器强制再生。通过排气管内喷射装置53或者后喷射向DOC51供给未燃燃料(HC)，将向DPF52流入的排气温度升温至PM燃烧温度(例如约600℃)，从而进行过滤器强制再生。
电阻型PM传感器20如图2(A)所示，在绝缘基板21上具备被施加电压的梳齿状的一对电极22，利用电极22间的电阻值随着导电性的PM的附着而变化这一原理，来检测PM量。此外，电阻型PM传感器20具备未图示的加热器，如图2(B)所示，当电极22间附着的PM堆积到规定量时，由加热器对PM进行加热而将其燃烧除去，即传感器再生。该传感器再生信号(开始信号·结束信号)被输出至电连接的ECU40。
ECU40进行发动机10或排气管内喷射装置53等的各种控制，具备公知的CPU、ROM、RAM、输入端口、输出端口等而构成。
此外，ECU40如图3所示，具备实际再生间隔运算部41、发动机排出PM量运算部42、PM逃脱量运算部43、传感器PM堆积量运算部44、推测再生间隔运算部45和DPF故障正常判定部46，来作为一部分功能要素。说明了这些各功能要素被包含在作为一体硬件的ECU40中的情况，但是也可以将这些各功能要素中的任意一部分设置于分体的硬件中。
实际再生间隔运算部41是本发明的实际间隔运算单元的一个例子，运算从电阻型PM传感器20的再生结束到下一次再生开始为止的期间(以下将该期间称作实际再生间隔INTact)。实际再生间隔INTact基于从电阻型PM传感器20输入的再生开始信号及再生结束信号来运算。
发动机排出PM量运算部42实时地运算从发动机10排出的排气中的PM量(以下称作发动机排出PM量EGPM_out)。发动机排出PM量EGPM_out例如能够根据将由各种传感器31～39等检测到的吸排气系统的氧浓度O2、空燃比λ、排气温度T等作为输入值而包含的模型式等来求出。此外，也可以是，根据预先通过实验等制作出的PM排出量映射图(未图示)，读取与基于由传感器38、39等检测到的发动机转速N或油门开度Q的发动机10的运转状态对应的值来求出。
PM逃脱量运算部43构成本发明的逃脱量推测单元的一部分，实时地运算未被DPF52捕获而通过的PM量(以下称作PM逃脱量DPFPM_slp)。更详细地讲，ECU40中存储有预先通过实验等求出的、假定为DPF52的PM捕获能力正常的情况下的PM逃脱率SLP％。PM逃脱量DPFPM_slp通过对由发动机排出PM量推测部42运算出的发动机排出PM量EGPM_out乘以PM逃脱率SLP％来得到。
另外，优选为，PM逃脱率SLP％将DPF52因熔损等而即将要发生故障之前的状态设定为基准。由此，在后述的故障诊断中，能够在从DPF52逃脱的PM量即将超过废气基准值等时可靠地检测到故障。
传感器PM堆积量运算部44基于由PM逃脱量运算部43实时地运算出的PM逃脱量DPFPM_slp，运算在电阻型PM传感器20的电极22间堆积的PM堆积量SENSPM_dep。PM堆积量SENSPM_dep例如根据将PM逃脱量DPFPM_slp、排气温度T、排气流量Q等作为输入值来包含的模型式求出。排气流量Q可以根据MAF传感器31的检测值及发动机10的燃料喷射量等来运算，或者也可以直接从未图示的排气流量传感器取得。
推测再生间隔运算部45构成本发明的推测间隔运算单元的一部分，运算假定DPF52的PM捕获能力正常的情况下、从电阻型PM传感器20的再生结束起至下一次再生开始为止的期间(以下将该期间称作推测再生间隔INTest)。更详细地讲，推测再生间隔运算部45构成为，将从电阻型PM传感器20的再生结束起至由传感器PM堆积量运算部44运算出的PM堆积量SENSPM_dep的累计值达到传感器再生开始阈值时为止的期间，作为推测再生间隔INTest来运算。
DPF故障正常判定部46是本发明的判定单元的一个例子，基于由实际再生间隔运算部41运算出的实际再生间隔INTact、由推测再生间隔运算部45运算出的推测再生间隔INTest，判定DPF52的故障或者正常。以下，基于图4～6说明具体的判定手法。
图4所示的判定手法中，使用实际再生间隔INTact与推测再生间隔INTest之差。该判定手法中，实际再生间隔INTact与推测再生间隔INTest之差ΔINT超过预先规定的上限阈值ΔTMAX时，将DPF52判定为故障。上限阈值ΔTMAX例如优选为，将由于熔损等而从DPF52流过的PM逃脱量即将变得不满足废气基准值时的状态(故障之前的正常品)设定为基准。
图5所示的判定手法中使用实际再生间隔INTact与推测再生间隔INTest之比。该判定手法中，实际再生间隔INTact除以推测再生间隔INTest而得到的比率％INT超过预先规定的上限阈值TMAX％时，将DPF52判定为故障。上限阈值TMAX％与图4的例子同样，优选为，将流过DPF52的PM逃脱量即将不满足废气基准值时的状态设定为基准。
图6所示的判定手法以诊断时间的缩短化及诊断次数的增加为目的。图6(A)中，在推测再生间隔INTest的运算结束后经过了规定的阈值时间、但下一个传感器再生开始信号仍未被输入的情况下，将DPF52判定为正常。由此，在DPF52为正常的情况下，能够不用等待实际再生间隔INTact的运算结束而尽早判定出DPF52的正常的状态。
图6(B)中，在实际再生间隔INTact的运算结束后经过了规定的阈值时间、但推测再生间隔INTest的运算仍未结束的情况下，将DPF52判定为故障。由此，在DPF52的劣化显著的情况下，能够不用等待推测再生间隔INTest的运算结束而尽早检测到DPF52的故障。
接下来，基于图7、8，对本实施方式的诊断装置的控制流程进行说明。另外，本控制与发动机10的点火开关的接通操作同时开始。
如图7所示，在步骤(以下将步骤仅记作S)100中，与电阻型PM传感器20的电极22间附着的PM堆积量无关地执行传感器强制再生。在S110中，判定传感器强制再生是否已结束。在传感器强制再生已结束的情况下(是)，前进至S120，开始进行第n次(n＝1)的推测再生间隔INTest及实际再生间隔INTact的运算。
在S130中，判定是否已结束了推测再生间隔INTest的运算。在表示已结束了推测再生间隔INTest的运算的结束标志F1成为有效(F1＝1)的情况下(是)，前进至后述的图8的S300。另一方面，在推测再生间隔INTest的运算未结束的情况下(否)，前进至S140。
在S140中，判定第n次(n＝1)的传感器再生是否已开始。在已开始了传感器再生的情况下(是)，实际再生间隔INTact的运算结束，因此，在S150中，表示已结束了实际再生间隔INTact的运算的结束标志F2被设为有效(F2＝1)，前进至S160。
在S160中，判定从结束标志F2变成有效起是否经过了规定的阈值时间，在S170中，判定实际再生间隔INTact的结束标志F1是否被设成了有效(F1＝1)。在S170中结束标志F1不是有效的情况下(否)，成为在实际再生间隔INTact的运算之后经过了阈值时间、但推测再生间隔INTest的运算仍未结束的状态(参照图6(B))，因此，本控制前进至S200，将DPF52判定为故障，然后返回。
另一方面，S170中结束标志F1为有效的情况下(是)，实际再生间隔INTact及推测再生间隔INTest均结束了运算，因此在S180中对其进行比较。
在S180中实际再生间隔INTact与推测再生间隔INTest之差ΔINT超过预先规定的上限阈值ΔTMAX的情况下(是)，前进至S200，将DPF52判定为故障，然后返回。另一方面，在差ΔINT为上限阈值ΔTMAX以下的情况下(否)，在S210中将DPF52判定为正常。然后，在S220中将计数加1(n＝n+1)，返回至S120，以开始下一次运算。
接下来，基于图8，对在S130中判定为推测再生间隔INTest的运算已经结束(F1＝1)的情况的流程进行说明。
在S300中，判定从结束标志F1变成有效起是否经过了规定的阈值时间。在经过了阈值时间的情况下(是)，前进至S310，判定是否已开始了第n次(n＝1)的传感器再生。
在S310中传感器再生未开始的情况下(否)，成为在推测再生间隔INTest的运算后经过了阈值时间但仍未接收到传感器再生开始信号的状态(参照图6(A))，因此，本控制前进至S320，将DPF52判定为正常。然后，在S330中将计数加1(n＝n+1)，返回至S120，以开始下一次运算。
另一方面，在S310中为开始了传感器再生的情况下(是)，实际再生间隔INTact的运算结束，因此，S340中结束标志F2被设为有效(F2＝1)，前进至S350。
在S350中，实际再生间隔INTact及推测再生间隔INTest均已结束了运算，因此对其进行比较。在实际再生间隔INTact与推测再生间隔INTest之差ΔINT超过预先规定的上限阈值ΔTMAX的情况下(是)，前进至S370，将DPF52判定为故障，然后返回。另一方面，在差ΔINT为上限阈值ΔTMAX以下的情况下(否)，前进至S320，将DPF52判定为正常。然后，在S330中将计数加1(n＝n+1)，本控制返回至S120，以开始下一次运算。并且，上述的各步骤被反复执行，直至发动机10的点火开关的断开操作为止。
接下来，对本实施方式的诊断装置的作用效果进行说明。
以往，作为诊断DPF的故障的技术，已知比较在DPF的下游侧设置的电阻型PM传感器的PM量检测值与阈值的手法。然而，电极间附着的PM的电阻受到排气温度、排气流量的影响而变化，因此，在基于电阻型PM传感器的PM量检测值的诊断手法中，存在无法正确地判定DPF的劣化的课题。
与此相对，在本实施方式的诊断装置中，不使用电阻型PM传感器20的PM量检测值，而是基于根据电阻型PM传感器20的传感器再生信号运算出的实际再生间隔INTact、根据假定DPF52为正常时的PM逃脱量运算出的推测再生间隔INTest，来判定DPF52的故障。因此，根据本实施方式的诊断装置，能够不受排气温度及排气流量的影响而高精度地判定DPF52的故障。
此外，在本实施方式的诊断装置中，在推测再生间隔的运算结束后经过了规定时间、但下一个传感器再生开始信号仍未被输入的情况下，将DPF52判定为正常。即，在DPF52正常的情况下，不等待实际再生间隔的运算结束而能够尽早地进行判定。因此，根据本实施方式的诊断装置，能够有效地实现诊断时间的缩短化及诊断次数的增加。
此外，在本实施方式的诊断装置中，在实际再生间隔的运算结束后经过了规定时间、但推测再生间隔的运算仍未结束的情况下，将DPF52判定为故障。即，在DPF52的劣化显著的情况下，能够不等待推测再生间隔的运算结束而尽早判定为故障。因此，根据本实施方式的诊断装置，能够尽早检测到DPF52的故障。
此外，在本实施方式的诊断装置中，推测再生间隔是根据将DPF52假定为正常时的PM逃脱量来运算，该PM逃脱量是根据将发动机10的吸排气状态量等作为输入值来包含的模型式来运算。因此，根据本实施方式的诊断装置，与将实际再生间隔与阈值单纯地进行比较的构成相比，能够进行考虑了发动机10的运转状态的高精度的诊断。
另外，本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当变形来实施。
例如，说明了DPF52与DOC51分体设置的情况，但是也可以将它们一体化。此外，发动机10不限于柴油发动机，也能够广泛地应用于汽油发动机等其他内燃机。
符号的说明：
10发动机
20电阻型PM传感器
40ECU
41实际再生间隔运算部
42发动机排出PM量运算部
43PM逃脱量运算部
44传感器PM堆积量运算部
45推测再生间隔运算部
46DPF故障正常判定部
51DOC
52DPF
53排气管内喷射装置

Claims (7)

1.一种诊断装置，具备：
过滤器，捕获从内燃机排出的排气中的颗粒状物质；
传感器，设置于所述过滤器的下游侧，根据电极间附着的颗粒状物质中流动的电流值来检测颗粒状物质量，并且能够在电极间附着的颗粒状物质达到规定量时将该颗粒状物质燃烧除去、即再生；
实际间隔运算单元，运算从所述传感器的再生结束到下一次再生开始为止的实际间隔；
逃脱量推测单元，假定所述过滤器的捕获能力正常，推测从所述内燃机排出而通过该过滤器的排气中的颗粒状物质逃脱量；
推测间隔运算单元，基于所述颗粒状物质逃脱量，运算从所述传感器的再生结束到下一次再生开始为止的推测间隔；以及
判定单元，对所述实际间隔和所述推测间隔进行比较，判定所述过滤器的至少故障。
2.如权利要求1记载的诊断装置，
在所述推测间隔的运算结束后经过了规定的阈值时间、但所述过滤器的再生仍未开始的情况下，所述判定单元将所述过滤器判定为正常。
3.如权利要求1或2记载的诊断装置，
在所述实际间隔的运算结束后经过了规定的阈值时间、但所述推测间隔的运算仍未结束的情况下，所述判定单元将所述过滤器判定为故障。
4.如权利要求1至3中任一项记载的诊断装置，
在所述实际间隔与所述推测间隔之差超过规定的上限阈值时，所述判定单元将所述过滤器判定为故障。
5.如权利要求1至3中任一项记载的诊断装置，
在所述实际间隔与所述推测间隔之比超过规定的上限阈值时，所述判定单元将所述过滤器判定为故障。
6.如权利要求1至5中任一项记载的诊断装置，
所述逃脱量推测单元根据将与所述内燃机的运转状态相应地变化的吸排气状态量作为输入值来包含的模型式，推测所述颗粒状物质逃脱量。
7.如权利要求1至6中任一项记载的诊断装置，
在所述内燃机启动时，使所述传感器强制地再生。
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