CN113226517B - 检测装置、检测方法以及具备检测装置的排气净化装置 - Google Patents
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Abstract
一种检测装置，其检测被设置在内燃机(10)的排气系统流路内的过滤器(32)所捕集的PM的崩落，该检测装置包括：压差传感器(91)，获取过滤器(32)的排气入口侧与排气出口侧的压差(ΔP)；水产生判定部(120)，判定在排气系统流路内是否产生了水；PM崩落判定部(130)，在根据所取得的压差(ΔP)推定的PM堆积量(DA)为预定的第一阈值以上，且由水产生判定部(120)判定为产生了水的状态下，若根据在预定期间内取得的压差(ΔP)推定的PM堆积量(DA)增加预定量以上，则判定为过滤器(32)所捕集的PM的至少一部分发生了崩落。
Description
技术领域
本公开涉及检测装置、检测方法以及具备检测装置的排气净化装置。
背景技术
作为排气净化装置的一个示例，已知其具备捕集从内燃机排出的废气中的颗粒状物质(Particulate Matter，以下，PM)的颗粒过滤器(下面，过滤器)。在这种排气净化装置中，根据过滤器的前后压差推定过滤器的PM堆积量，并且若PM堆积量到达预定量，则定期地实施燃烧除去PM的所谓的过滤器再生。
即使定期性地实施过滤器再生，也有时会形成在过滤器中过多堆积PM的所谓的PM过捕集状态。若在这样的PM过捕集状态下实施过滤器再生，则由于伴随过剩堆积的PM的急剧燃烧的热失控等而有时会引起过滤器的裂纹或熔损。作为防止这样的过滤器的熔损等的技术，例如专利文献1中公开了一种技术，在PM堆积量超过预定的上限量的情况下，禁止过滤器再生。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本国特开2006-316733号公报
发明内容
[发明要解决的技术问题]
然而，在引擎停止后，例如，将排气净化装置置于低温环境下时，排气管内有时会产生由结露等导致的冷凝水。这样的冷凝水附着在堆积于过滤器的PM时，由于引擎起动后流入的废气的影响等，存在PM崩落的情况。PM崩落时，过滤器的腔局部性地被堵塞而使得压差上升，从而尽管实际上在过滤器中没有过多地捕集PM，也可能误检测成PM过捕集状态。
本公开的技术的目的在于，有效地检测过滤器所捕集的PM的崩落。
[用于解决技术问题的技术手段]
本公开的检测装置检测被设置在内燃机的排气系统流路内d过滤器所捕集的颗粒状物质的崩落，包括：压差获取装置，获取所述过滤器的排气入口侧与排气出口侧的压差；水产生判定装置，判定在所述排气系统流路内是否产生了水；以及崩落判定装置，在所取得的所述压差为预定的第一压差阈值以上，或根据所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量为预定的第一堆积量阈值以上，且由所述水产生判定装置判定为产生了水的状态下，若在预定期间内所取得的所述压差增加预定压差以上，或者根据在所述预定期间内取得的所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量增加预定堆积量以上，则判定为所述过滤器所捕集的颗粒状物质的至少一部分发生了崩落。
另外，优选地，还包括水温获取装置，其获取所述内燃机的冷却水的水温，所述水产生判定装置在从停止时水温减去重新启动时水温所得到的停止期间中的水温降低量为预定量以上的情况下，判定为在所述排气系统流路内产生了水，所述停止时水温在所述内燃机停止时由所述水温获取装置取得，所述重新启动时水温在所述内燃机的重新启动时由所述水温获取装置取得。
本公开的排气净化装置是具备前述检测装置的排气净化装置，包括：所述过滤器；氧化催化剂，被设置于比所述过滤器更靠排气上游侧的所述排气系统流路内；燃料供给装置，能够向所述氧化催化剂供给未燃燃料；以及过滤器再生装置，若由所述崩落判定装置判定为颗粒状物质发生了崩落，则使所述燃料供给装置供给所述未燃燃料，实施燃烧除去所述过滤器中堆积的颗粒状物质的过滤器再生。
另外，优选地，在所取得的所述压差达到大于所述第一压差阈值的预定的第二压差阈值，或者根据所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量达到大于所述第一堆积量阈值的预定的第二堆积量阈值的情况下，所述过滤器再生装置也实施所述过滤器再生。
另外，优选地，还包括：过捕集判定装置，若所取得的所述压差达到大于所述第二压差阈值的预定的第三压差阈值，或者根据所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量达到大于所述第二堆积量阈值的预定的第三堆积量阈值，则判定为在所述过滤器过多捕集了颗粒状物质的过捕集状态；以及禁止装置，若由所述过捕集判定装置判定为过捕集状态，则禁止所述过滤器再生装置实施所述过滤器再生。
本公开的检测方法是检测被设置在内燃机的排气系统流路内的过滤器所捕集的颗粒状物质的崩落的检测方法，获取所述过滤器的排气入口侧与排气出口侧的压差，并且判定在所述排气系统流路内是否产生了水，在所取得的所述压差为预定的第一压差阈值以上，或者根据所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量为预定的第一堆积量阈值以上，且判定为在所述排气系统流路内产生了水的状态下，若在预定期间内所取得的所述压差增加预定压差以上，或者根据在所述预定期间内取得的所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量增加预定堆积量以上，则判定为所述过滤器所捕集的颗粒状物质的至少一部分发生了崩落。
[发明效果]
根据本公开的技术，能够有效地检测过滤器所捕集的PM的崩落。
附图说明
图1是示出本实施方式的内燃机的排气系统的示意性的整体结构图。
图2是示出本实施方式的电子控制单元以及相关的周边结构的示意性的功能框图。
图3A是用于说明到堆积在本实施方式的过滤器中的PM由于崩落而堵塞腔为止的流程的一个示例的示意图。
图3B是用于说明到堆积在本实施方式的过滤器中的PM由于崩落而堵塞腔为止的流程的一个示例的示意图。
图3C是用于说明到堆积在本实施方式的过滤器中的PM由于崩落而堵塞腔为止的流程的一个示例的示意图。
图4是说明由于PM崩落而增加的过滤器的前后压差、以及根据该前后压差推定的PM堆积量的变化的一个示例的时序图。
图5是说明本实施方式的检测处理以及过滤器再生处理的流程图。
具体实施方式
下面，根据附图，针对本实施方式的检测装置、检测方法以及具备检测装置的排气净化装置进行说明。对于相同的部件标注相同的附图标记，其名称和功能也相同。因此，不重复针对它们的详细说明。
图1是示出本实施方式的内燃机的排气系统的示意性的整体结构图。
如图1所示，在引擎(内燃机)10的各汽缸中，设置有向缸内直接喷射燃料的缸内喷射器11(燃料供给装置的一个示例)。对应于从电子控制单元(Electronic Control Unit，下面称为ECU)100输入的指示信号来控制缸内喷射器11的燃料喷射量、喷射定时、喷射次数等。
引擎10中设置有使从各汽缸排出的废气集中的排气歧管12(排气系统流路的一个示例)。导出废气的排气管13(排气系统流路的一个示例)连接于排气歧管12。在排气管13中，从排气上游侧依次设置有排气管喷射器20(燃料供给装置的一个示例)、排气后处理装置30等。
排气后处理装置30包括连接于排气管13的壳体30A(排气系统流路的一个示例)。另外，在壳体30A内，从排气上游侧依次容纳氧化催化剂31以及过滤器32。在氧化催化剂31的正下游(出口部)设置有排气温度传感器90，其获取流入过滤器32的废气的温度TE。在过滤器32的排气入口部及排气出口部，设置有获取过滤器32的前后压差ΔP的压差传感器91(压差获取装置)。这些各传感器90、91的传感器值被发送到电连接着的ECU100。
氧化催化剂31例如是在堇青石蜂窝状构造体等陶瓷制载体表面承载催化剂成分等而形成的。当通过缸内喷射器11的远后喷射或排气管喷射器20的排气管喷射来供给未燃燃料(HC)时，氧化催化剂31将其氧化，使排气温度上升。
过滤器32例如是通过沿排气的流动方向配置由多孔质性的隔壁32A划分的多个腔32C，并用塞32B交替将这些腔32C的上游端与下游端封孔，从而形成。在本实施方式中，过滤器32优选地以腔32C的路径方向(轴向)朝向大致横向(大致水平方向)的方式，被容纳在壳体30A内。
过滤器32在隔壁32A的细孔或表面捕集废气中的PM，并且实施定期性地燃烧除去堆积的PM的过滤器再生。利用缸内喷射器11的远后喷射及、或排气管喷射器20的排气管喷射，向氧化催化剂31供给未燃燃料，使流入过滤器32的废气的温度上升到PM燃烧温度(例如，约600℃)，从而进行过滤器再生。过滤器再生的详细内容将在后文叙述。
引擎转速传感器92从引擎10的没有图示的曲轴获取引擎转速Ne。油门开度传感器93获取与没有图示的油门踏板的踏入量对应的引擎10的燃料喷射量Q(对缸内喷射器11的指示值)。冷却水温传感器94(水温获取装置)获取引擎10的没有图示的冷却水回路的冷却水温TW。这些各传感器92～94的传感器值被发送给电连接着的ECU100。
图2是示出本实施方式的ECU100、以及相关的周边结构的示意性的功能框图。
ECU100进行引擎10等的各种控制，构成为具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、输入端口、输出端口等。
另外，ECU100具有PM堆积量推定部110、水产生判定部120、PM崩落判定部130、过滤器再生控制部140、PM过捕集判定部150、过滤器再生禁止部160作为一部分功能要素。说明了这些各功能要素包含在作为一体的硬件即ECU100中，但也可以将它们的任意一部分设置在单独的硬件中。
PM堆积量推定部110根据从压差传感器91输入的过滤器32的前后压差ΔP，推定过滤器32的PM堆积量DA。具体而言，ECU100的存储器中存储有预先制作的规定过滤器32的前后压差ΔP与PM堆积量DA的关系的PM堆积量图M。在PM堆积量图M中，被设定为前后压差ΔP越高而PM堆积量DA越增加。PM堆积量推定部110通过根据从压差传感器91所输入的前后压差ΔP，参照PM堆积量图M，从而在每个预定的周期或实时推定过滤器32的PM堆积量DA。此外，PM堆积量DA的推定手法并不限定于使用图M的手法，也可以根据公式等进行推定。
水产生判定部120判定在包含排气管13或壳体30A等的排气系统流路内是否产生了因结露引起的冷凝水等、在排气系统流路内是否产生了水等。具体而言，水产生判定部120在引擎10由于没有图示的点火开关的OFF操作而停止时，将在该时由冷却水温传感器94检测到的冷却水温(下面，停止时冷却水温TW1)存储在ECU100的存储器中。并且，在引擎10由于点火开关的ON操作而重新启动时，水产生判定部120获取在该时由冷却水温传感器94检测到的冷却水温(下面，重新启动时冷却水温TW2)。并且，如果从停止时冷却水温TW1减去重新启动时冷却水温TW2所得到的引擎停止期间中的水温降低量ΔTW(＝TW1－TW2)为预定的上限降低量阈值ΔTWMax以上，则水产生判定部120判定为排气系统流路内产生了水。例如通过将引擎10在停止期间中置于低温环境下，预先通过实验等取得在排气系统流路内可能产生冷凝水的冷却水的水温降低量，从而设定上限降低量阈值ΔTMax即可。
PM崩落判定部130判定是否发生了过滤器32所捕集的PM从过滤器32的隔壁32A崩落在腔32C内的PM崩落。在此，所谓PM崩落，是指如下状态：例如，如图3A所示，堆积在过滤器32的隔壁32A上的PM，如图3B所示，由于冷凝水等的水附着而从隔壁32A浮起并向腔32C的轴心侧伸出，其后，如图3C所示，该伸出的PM受到通过过滤器32的废气等的影响，崩落在腔32C内，局部性地堵塞腔32C。
在由PM堆积量推定部110推定的PM堆积量DA为表示在过滤器32中一定程度堆积了PM的预定的第一堆积量阈值DA1以上(或者，前后压差ΔP为预定的第一压差阈值ΔP1以上)，且由水产生判定部120判定为水产生了的状态下，在由PM堆积量推定部110推定的PM堆积量DA(或前后压差ΔP)以异常的速度增加的情况下，PM崩落判定部130判定为发生了PM崩落。关于PM堆积量DA的增加幅度是否符合异常增加，例如，如图4所示，在时刻t1～t2的PM堆积量DA的增加量ΔDA(或者，前后压差ΔP的增加量ΔPInc)相对于根据引擎10的运转状态等假定的一般的基准PM增加量ΔDA_ST(或者基准压差增加量ΔPInc＿ST)增加了预定量以上的情况下，判定是否符合即可。例如通过引擎转速传感器92或油门开度传感器93等取得引擎10的运转状态即可。
这样，通过根据预定期间t1～t2中的PM堆积量DA的增加幅度来检测PM崩落，从而能够有效地防止由于PM堆积量DA仅示出较大的值而判定为PM过捕集状态，即所谓的误判定。此外，PM崩落的判定并不限定于基于PM堆积量DA的判定，也可以根据前后压差ΔP的增加幅度进行判定。
在(1)由PM崩落判定部130判定为发生了PM崩落的情况下，或者，(2)在由PM堆积量推定部110推定的PM堆积量DA达到大于第一堆积量阈值DA1的预定的第二堆积量阈值DA2(或者，前后压差ΔP达到大于第一压差阈值P1的预定的第二压差阈值ΔP2)的情况下，过滤器再生控制部140执行从过滤器32燃烧除去PM的过滤器再生。
通过远后喷射和/或排气管喷射向氧化催化剂31供给未燃燃料，使流入过滤器32的废气的温度上升至PM燃烧温度，从而进行过滤器再生。关于过滤器再生时的燃料喷射量，例如根据作为目标的PM燃烧温度和由排气温度传感器90取得的排气温度TE的偏差进行反馈控制即可。例如在由PM堆积量推定部110推定的PM堆积量DA降低至预定的下限堆积量(或者，前后压差ΔP降低至预定的下限压差)，或者从开始过滤器再生的经过时间达到预定的上限时间时，结束过滤器再生。
在由PM堆积量推定部110推定的PM堆积量DA达到大于第二堆积量阈值DA2的预定的第三堆积量阈值DA3(或前后压差ΔP达到大于第二压差阈值ΔP2的预定的第三压差阈值ΔP3)时，PM过捕集判定部150判定为在过滤器32中过多堆积了PM的PM过捕集状态。当判定为PM过捕集状态时，执行警告，在显示装置200上显示过滤器32需要维修的内容。此外，警告的手法没有特别的限定，也可以基于扬声器210等的声音进行。
由PM过捕集判定部150判定为PM过捕集状态时，过滤器再生禁止部160禁止过滤器再生控制部140实施过滤器再生。在过滤器32在维修工场等被维护(例如，清扫或更换等)时解除过滤器再生的禁止。
接着，根据图5，说明本实施方式的检测处理以及过滤器再生处理的流程。本程序例如通过引擎10的点火开关的ON操作而开始。
在步骤S100中，判定根据过滤器32的前后压差ΔP推定的PM堆积量DA是否处于预定的第一堆积量阈值DA1以上。在PM堆积量DA为第一堆积量阈值DA1以上的情况下(是)，本控制进入步骤S110。另一方面，在PM堆积量DA小于第一堆积量阈值DA1的情况下(否)，本控制重复步骤S100的判定处理。
在步骤S110中，判定从上一次引擎停止时存储的停止时冷却水温TW1减去此次的重新启动时冷却水温TW2所得到的引擎停止期间中的水温降低量ΔTW(＝TW1－TW2)是否处于预定的上限降低量阈值ΔTWMax以上。在水温降低量ΔTW为上限降低量阈值ΔTWMax以上的情况下(是)，本控制进入步骤S120。另一方面，在水温降低量ΔTW小于上限降低量阈值ΔTWMax的情况下(否)，本控制进入步骤S150的判定。此外，步骤S100及步骤S110的各处理不分先后。
在步骤S120中，判定为在包含排气管13或壳体30A等的排气系统流路内产生了水。接着，在步骤S130中，判定在预定期间内根据前后压差ΔP推定的PM堆积量DA是否以异常的速度增加。在PM堆积量DA异常增加的情况下(是)，进入步骤S140，判定为发生了PM崩落，进行步骤S200的处理。另一方面，在PM堆积量DA没有异常增加的情况下(否)，进行步骤S150的判定。
在步骤S150中，判定根据前后压差ΔP推定的PM堆积量DA是否为预定的第二堆积量阈值DA2以上。在PM堆积量DA为第二堆积量阈值DA2以上的情况下(是)，本控制进入步骤S160的判定。另一方面，PM堆积量DA小于第二堆积量阈值DA2的情况下(否)，本控制重复步骤S150的判定处理。
在步骤S160中，判定根据前后压差ΔP推定的PM堆积量DA是否为预定的第三堆积量阈值DA3以上。在PM堆积量DA为第三堆积量阈值DA3以上的情况下(是)，本控制进行步骤S300，判定为PM过捕集状态，在步骤S310中禁止过滤器再生，其后，本控制结束。另一方面，在PM堆积量DA小于第三堆积量阈值DA3的情况下(否)，本控制进入步骤S200的处理。
若从步骤S140或步骤S160进入步骤S200后，执行基于后喷射或排气管喷射的过滤器再生。接着，在步骤S210中，判定过滤器再生的结束条件是否成立。过滤器再生的结束条件在PM堆积量DA降低至预定的下限堆积量，或者从过滤器再生开始的经过时间到达预定的上限时间时成立即可。在结束条件成立的情况下(是)，本控制进行步骤S220的判定。另一方面，在结束条件不成立的情况下(否)，本控制继续步骤S200的处理。
在步骤S220中，判定引擎10是否由于点火开关的OFF操作而停止。在引擎10没有停止的情况下(否)，本控制返回步骤S100的处理。另一方面，在引擎10停止的情况下(是)，本控制进入步骤S230的处理，将停止时冷却水温TW1存储在ECU100的存储器中，其后结束。
根据以上详细叙述的本实施方式，在判定为过滤器32的PM堆积量DA为第一堆积量阈值DA1以上，且排气系统流路内产生了水的状态下，在预定期间1t～t2中推定的PM堆积量DA以异常速度增加的情况下，判定为发生了过滤器32所捕集的PM的至少一部分崩落的PM崩落。即，构成为根据预定期间t1～t2中的PM堆积量DA的增加程度，有效地检测PM崩落。由此，能够有效地防止虽然实际上没有在过滤器32中过多捕集PM，但由于PM堆积量DA仅示出较大的值，从而一律判定为PM过捕集状态，即所谓的误判定。
此外，在检测到PM崩落的情况下，构成为实施燃烧除去PM的过滤器再生。由此，在PM崩落的情况下，适当地燃烧除去由于崩落而局部性地堵塞腔32C的PM，从而PM崩落后也能够继续使用过滤器32。
此外，本公开并不限定于上述实施方式，在不脱离本公开的宗旨的范围内，能够适当变形实施。
例如，在图5所示的流程中，也可以在执行步骤S200的过滤器再生前，根据排气温度传感器90的传感器值，判定氧化催化剂31的温度是否到达预定的活性温度(例如，约200℃)，在没有到达活性温度的情况下，构成为进行催化剂升温控制，在该催化剂升温控制中，使进气节流件或缸内喷射器11执行早期远后喷射(在接近后喷射的定时进行的喷射)。
另外，在上述实施方式中，说明了通过远后喷射或排气管喷射进行过滤器再生，但也可以构成为在过滤器32中设置加热器等，通过该加热器燃烧除去PM。另外，引擎10并不限定于图示例的4汽缸，也可以是单汽缸，或者4汽缸以外的多汽缸引擎。
本申请基于2018年12月29日提交的日本国专利申请(特愿2018-248797)，其内容作为参照引用至此。
[工业上的可利用性]
本公开的检测装置、检测方法以及具备检测装置的排气净化装置，其有用之处在于能够有效地检测过滤器所捕集的PM的崩落。
[附图标记说明]
10 引擎(内燃机)
11 缸内喷射器(燃料供给装置)
12 排气歧管(排气系统流路)
13 排气管(排气系统流路)
20 排气管喷射器(燃料供给装置)
30 排气后处理装置
30A 壳体(排气系统流路)
31 氧化催化剂
32 过滤器
90 排气温度传感器
91 压差传感器(压差获取装置)
92 引擎转速传感器
93 油门开度传感器
94 冷却水温传感器(水温获取装置)
100 ECU
110 PM堆积量推定部
120 水产生判定部(水产生判定装置)
130 PM崩落判定部(崩落判定装置)
140 过滤器再生控制部(过滤器再生装置)
150 PM过捕集判定部(过捕集判定装置)
160 过滤器再生禁止部(禁止装置)
Claims (6)
1.一种检测装置，用于检测被设置在内燃机的排气系统流路内的过滤器所捕集的颗粒状物质的崩落，包括：
压差获取装置，获取所述过滤器的排气入口侧与排气出口侧的压差；
水产生判定装置，判定在所述排气系统流路内是否产生了水；以及
崩落判定装置，在所取得的所述压差为预定的第一压差阈值以上，或根据所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量为预定的第一堆积量阈值以上，且由所述水产生判定装置判定为产生了水的状态下，若在预定期间内所取得的所述压差增加预定压差以上，或者根据在所述预定期间内取得的所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量增加预定堆积量以上，则判定为所述过滤器所捕集的颗粒状物质的至少一部分发生了崩落。
2.根据权利要求1所述的检测装置，
还包括水温获取装置，其获取所述内燃机的冷却水的水温，
所述水产生判定装置在从停止时水温减去重新启动时水温所得到的停止期间中的水温降低量为预定量以上的情况下，判定为在所述排气系统流路内产生了水，所述停止时水温在所述内燃机停止时由所述水温获取装置取得，所述重新启动时水温在所述内燃机的重新启动时由所述水温获取装置取得。
3.一种排气净化装置，是具备权利要求1或2所述的检测装置的排气净化装置，包括：
所述过滤器；
氧化催化剂，被设置于比所述过滤器更靠排气上游侧的所述排气系统流路内；
燃料供给装置，能够向所述氧化催化剂供给未燃燃料；以及
过滤器再生装置，若由所述崩落判定装置判定为颗粒状物质发生了崩落，则使所述燃料供给装置供给所述未燃燃料，实施燃烧除去所述过滤器中堆积的颗粒状物质的过滤器再生。
4.根据权利要求3所述的排气净化装置，
在所取得的所述压差达到大于所述第一压差阈值的预定的第二压差阈值，或者根据所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量达到大于所述第一堆积量阈值的预定的第二堆积量阈值的情况下，所述过滤器再生装置也实施所述过滤器再生。
5.根据权利要求4所述的排气净化装置，还包括：
过捕集判定装置，若所取得的所述压差达到大于所述第二压差阈值的预定的第三压差阈值，或者根据所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量达到大于所述第二堆积量阈值的预定的第三堆积量阈值，则判定为在所述过滤器过多捕集了颗粒状物质的过捕集状态；以及
禁止装置，若由所述过捕集判定装置判定为过捕集状态，则禁止所述过滤器再生装置实施所述过滤器再生。
6.一种检测方法，用于检测被设置在内燃机的排气系统流路内的过滤器所捕集的颗粒状物质的崩落，
获取所述过滤器的排气入口侧与排气出口侧的压差，并且判定在所述排气系统流路内是否产生了水，在所取得的所述压差为预定的第一压差阈值以上，或者根据所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量为预定的第一堆积量阈值以上，且判定为在所述排气系统流路内产生了水的状态下，若预定期间内所取得的所述压差增加预定压差以上，或者根据在所述预定期间内取得的所述压差推定的所述过滤器的颗粒状物质堆积量增加预定堆积量以上，则判定为所述过滤器所捕集的颗粒状物质的至少一部分发生了崩落。
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