CN115461533A - 控制装置、内燃机系统及诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的控制装置、内燃机系统及诊断方法能够早期且高精度地检测阀门的异常。控制装置是内燃机系统的控制装置，该内燃机系统具备排气系统，该排气系统具有开度被控制的阀装置，该控制装置具备：获取部，获取表示因开度受到控制而排气温度上升的情况下的内燃机系统的状态的参数；计算部，计算所获取的多个参数的平均值；以及判定部，判定计算出的平均值、或者基于平均值计算出的规定的值是否超过规定的阈值，并且在平均值或者规定的值超过规定的阈值的情况出现的次数超过规定的次数的情况下，判定为阀装置异常。
Description
技术领域
本发明涉及控制装置、内燃机系统及诊断方法。
背景技术
以往，已知有在排气系统具备能够变更开度的排气节流阀或排气制动阀的内燃机。
排气节流阀通过使其开度减小，使排气阻力上升，内燃机的负荷上升，燃料喷射量增大，另外，使废气的排出困难，使废气难以冷却，从而有助于排气温度上升。
另外，排气制动阀通过使其开度减小，使排气阻力上升，内燃机的旋转阻力上升，从而有助于输出转速的抑制。
排气系统中配置有通过捕集废气中的PM(Particulate Matter，颗粒物)来净化废气的柴油微粒过滤器(Diesel Particulate Filter：DPF，过滤器)。
已知有通过将过滤器所捕集的PM燃烧除去来使过滤器再生的方法。例如，在专利文献1中，作为过滤器再生方法公开了以下方法：通过缸内后喷或排气管喷射，向配置于过滤器上游的氧化催化剂供给燃料，利用其放热使废气升温。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-142362号公报。
发明内容
发明要解决的问题
然而，在过滤器再生时，有时关闭排气节流阀或排气制动阀(以下称为阀门)进行再生。这时，在阀门异常的情况下，具体而言，在阀门由于油烟的沉积而堵塞的情况下，排气压力上升，进气量减少，无法进行缸内后喷或排气管喷射，因此，有可能在过滤器的再生未完成、即PM的燃烧除去仍旧不完全的状态下结束排气的升温控制。
本发明的目的在于，提供能够早期且高精度地检测阀门的异常的控制装置、内燃机系统及诊断方法。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的控制装置是内燃机系统的控制装置，该内燃机系统具备排气系统，该排气系统具有开度被控制的阀装置，该控制装置具备：
获取部，获取表示因所述开度受到控制而排气温度上升的情况下的所述内燃机系统的状态的参数；
计算部，计算所获取的多个所述参数的平均值；以及
判定部，判定计算出的所述平均值、或者基于所述平均值计算出的规定的值是否超过规定的阈值，并且在所述平均值或者所述规定的值超过规定的阈值的情况出现的次数超过规定的次数的情况下，判定为所述阀装置异常。
本发明的内燃机系统具备上述的控制装置。
本发明的内燃机系统的诊断方法是内燃机系统的诊断方法，该内燃机系统具备排气系统，该排气系统具有开度被控制的阀装置，该内燃机系统的诊断方法包括以下步骤：
获取步骤，获取表示因所述开度受到控制而排气温度上升的情况下的所述内燃机系统的状态的参数；
计算步骤，计算通过所述获取步骤获取的多个所述参数的平均值；以及
判定步骤，判定通过所述计算步骤计算出的所述平均值、或者基于所述平均值计算出的规定的值是否超过规定的阈值，并且在所述平均值或者所述规定的值超过规定的阈值的情况出现的次数超过规定的次数的情况下，判定为所述阀装置异常。
发明效果
根据本发明能够早期且高精度地检测阀门的异常。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式的内燃机系统的图。
图2A是表示再生次数与燃料喷射量的关系的图。
图2B是表示再生次数与进气量的关系的图。
图3是表示本发明的实施方式的ECU的动作的一例的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示意性地表示本实施方式的内燃机系统1A的图。在图1中，虚线箭头表示电信号的流动。
图1所示的内燃机系统1A具备内燃机1、排气净化装置2及ECU(Electric ControlUnit，电子控制单元)100。内燃机1等例如搭载于车辆。
内燃机1例如是柴油发动机。内燃机1具备四个气缸3。在各气缸3设置有向气缸3内进行燃料喷射的燃料喷射装置(喷射器)4。各燃料喷射装置4的燃料喷射量、燃料喷射时期及燃料喷射压力由ECU100控制。
ECU100基于表示内燃机1的负荷及内燃机1的转速与燃料喷射量之间的关系的喷射量映射表来计算燃料喷射量。此外，内燃机1的转速由转速检测传感器(未图示)检测。内燃机1的负荷由转矩传感器(未图示)检测，或基于燃料喷射量、转速等通过运算求出。
另外，在内燃机1连接有供向气缸3内供给的空气流动的进气管5。在进气管5中流动从空气滤清器6引入的空气。
进气量传感器7检测在进气管5流动的空气的进气量。进气量传感器7将表示检测出的进气量的信号向ECU100输出。
另外，在内燃机1连接有供在内燃机1中产生的废气流动的排气管8。在排气管8中从上游侧按顺序配置有排气制动阀11、排气净化装置2及排气节流阀12。
排气制动阀11进行排气管8的开闭。VSV(真空开关阀阀门)13由ECU100控制，利用真空罐15的负压，使排气制动阀11进行开闭动作。具体而言，在将驾驶座的排气制动开关(未图示)接通的情况下，在松开了油门时，由于排气制动阀11关闭，从而切断从内燃机1排出的废气的流动，使排气温度上升。在图1中用带阴影线的箭头表示废气的流动。此外，将排气制动阀11及后述的排气节流阀12统称为“阀门”。阀门与本发明的“阀装置”对应。
在内燃机1的下游且是排气制动阀11的上游配置有检测排气管8内的压力的排气压力传感器16。排气压力传感器16将表示检测出的压力的信号向ECU100输出。
排气节流阀12进行排气管8的开闭。VSV17由ECU100控制，使用真空罐18的负压使排气节流阀12进行开闭动作。在手动进行过滤器再生的情况下，具体而言，在将驾驶座的过滤器再生开关19接通的情况下，排气节流阀12关闭，从而从内燃机1排出的废气的流动被切断，使得排气温度上升。在图1中用箭头表示废气的流动。过滤器再生显示灯26在过滤器再生开关19被接通的情况下进行亮灯显示。
在是排气净化装置2的下游且是排气节流阀12的上游的位置配置有检测排气管8内的压力的排气压力传感器21。排气压力传感器21将表示检测出的压力的信号向ECU100输出。
排气净化装置2具有DOC(Diesel Oxidation Catalyst，氧化催化剂)31及过滤器32。DOC31、过滤器32按此顺序设置于排气管8。
DOC31在是活性状态的情况下，将废气中所含的HC及CO氧化，在是非活性状态的情况下，吸留废气中所含的HC。
过滤器32捕集废气中所含的PM。捕集到的PM在过滤器32沉积。过滤器32例如由具有微孔径的多孔陶瓷等形成。
在是排气制动阀11的下游且是DOC31的上游的位置配置有检测排气管8内的温度的排气温度传感器22。排气温度传感器22将表示检测到的温度的信号向ECU100输出。
在DOC31的下游且是过滤器32的上游配置有检测排气管8内的温度的排气温度传感器23。排气温度传感器23将表示检测到的温度的信号向ECU100输出。
在排气节流阀12的下游配置有减少排气声的消音器25。
此外，λ传感器(空气过剩率)24检测废气中所含的氧浓度，并将检测出的氧浓度向ECU100输出。
然而，在过滤器再生时，有时关闭阀门(排气制动阀11或排气节流阀12)进行再生。这时，当油烟在阀门沉积而发生了堵塞的情况下，排气压力上升，进气量减少，无法进行缸内后喷或排气管喷射，因此有可能出现过滤器的再生未完成的情况。
图2A是表示燃料喷射量与过滤器再生次数的关系的图，图2B是表示进气量与过滤器再生次数的关系的图。图2A及图2B各自的纵轴表示每1冲程的燃料喷射量及每单位时间的进气量，横轴表示过滤器再生次数。
首先，对以往的课题进行说明。以往，存在以下问题：当在油烟在阀门沉积的状态下进行过滤器再生时，如图2A及图2B所示，与再生次数相应地燃料喷射量增加，并且进气量减少，在达到某个再生次数的情况下，燃料喷射量达到不良状况发生值，另外，进气量达到不良状况发生值。由此，导致发生过滤器的再生未完成的情况。
在本实施方式中，对表示过滤器再生时的内燃机系统1A的状态的参数进行监视，并预测阀门的堵塞。具体而言，表示内燃机系统1A的状态的参数包括：燃料喷射装置4的燃料喷射量、由进气量传感器7检测出的空气量、由排气压力传感器16、21检测出的压力、由排气温度传感器22、23检测出的温度、和由λ传感器24检测出的氧浓度等。另外，表示内燃机系统1A的状态的参数也包括利用上述的燃料喷射量等多个参数中的一个或两个以上的参数计算出的数值──例如根据燃料喷射量及空气量计算出的空燃比。
ECU100例如具有CPU(Central Processing Unit、中央处理器)、ROM(Read OnlyMemory、只读存储器)、RAM(Random Access Memory、随机存取存储器)等作为硬件。ECU100通过CPU在RAM上执行从ROM读取的计算机程序而作为获取部101、空燃比计算部102、判定部103及输出部104发挥功能。此外，上述的喷射量映射表可以存储在ROM中，例如也可以存储在EPROM(Erasable ROM、可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableROM、电可擦除可编程只读存储器)中。
在是过滤器再生(具体而言，过滤器再生开关19为接通)、且排气节流阀12为关闭、且车速为0(km/h)、且油门位置传感器为0(％)(APS＝0％)的情况下，获取部101、CPU获取以下的参数。
获取部101获取从开始阀门的开度的控制(过滤器再生)起经过了规定的时间t1秒后且在一定时间t2秒以内的参数。
获取从开始过滤器再生起经过了规定的时间t1秒后的参数的理由是，在刚刚开始过滤器再生时参数的数值不稳定。另外，获取在一定时间t2秒以内的参数的理由是为了避免以下情况，即，由于时间不同，参数的数值并非同一条件下的参数的数值，因而参数的数值发生变动的情况。
此外，在以下的说明中，设为如下情况来进行说明：所获取的参数为燃料喷射装置4的燃料喷射量和由进气量传感器7检测到的进气量。
空燃比计算部102计算所获取的燃料喷射量及进气量各自的平均值。另外，空燃比计算部102利用计算出的燃料喷射量及进气量各自的平均值计算空燃比(平均值)。计算参数的平均值的理由如下：由于参数的数值会变动，因此，例如，若是参数的最大值，有可能不能得到稳定的数值，另一方面，若是参数的平均值，则会得到比较稳定的数值。
判定部103判定计算出的空燃比(平均值)是否超过规定的阈值。另外，在空燃比(平均值)超过规定的阈值的情况出现的次数超过规定的次数的情况下，判定部103判定为阀门异常。
输出部104将判定部103的判定结果(阀门异常的情况)经由通信线路向内燃机1(或车辆)的管理者、使用者或维修店(例如，车辆的经销商)输出。其结果，能够在发生过滤器的再生的未完成的情况之前施以对策。具体而言，能够进行阀门的维护。
通过进行阀门的维护，从而不会在油烟在阀门沉积的状态下进行过滤器再生，因此，如图2A及图2B所示，在导入本公开的发明后，与手动再生次数相应地，燃料喷射量增加，进气量减少，在达到某个阈值时能够发出警报，从而在燃料喷射量达到不良状况发生值，或进气量达到不良状况发生值之前，通知异常。由此，能够防止突发性地发生过滤器的再生无法完成这样的状况。
接着，参照图3对本实施方式的ECU100的动作的一例进行说明。图3是表示本实施方式的ECU100的动作的一例的流程图。伴随内燃机1的起动而开始本流程。此外，如上所述，表示过滤器再生时的内燃机系统1A的状态的参数例如是由ECU100计算出的燃料喷射量、由进气量传感器7检测到的进气量，但是，在以下的说明中，设为该参数是由规定的传感器测量的参数而进行说明。另外，ECU100的动作通过由获取部101、空燃比计算部102、判定部103及输出部104分别发挥功能来进行，但是，在此，设为该动作由CPU进行，来进行说明。
首先，在步骤S100中，CPU设定参数的初始值及阈值。
接着，在步骤S110，在是在过滤器再生中，且排气节流阀12为关闭，且车速为0(km/h)，且油门位置传感器为0的情况下(APS＝0)，规定的传感器对参数进行测量。
接着，在步骤S120中，CPU进行t1秒待机。
接着，在步骤S130中，规定的传感器对参数进行测量。
接着，在步骤S140中，CPU判定规定的传感器是否完成了对于参数的t2秒的测量。在规定的传感器完成了对于参数的t2秒的测量的情况下(步骤S140：“是”)，处理转移到步骤S150。在规定的传感器未能完成对于参数的t2秒的测量的情况下(步骤S140：“否”)，处理返回到步骤S110之前。在此，规定的传感器未能完成对于参数的t2秒的测量的情况是指，测量停止条件(过滤器再生被解除的情况、排气节流阀12被打开的情况、车速比0(km/h)快的情况、或APS比0(％)大的情况)成立了的情况。
在步骤S150中，CPU计算参数的平均值。
接着，在步骤S160中，CPU计算参数的平均值与参数的初始值之差。
接着，在步骤S170中，CPU判定计算出的差是否超过阈值。在差超过阈值的情况下(步骤S170：“是”)，处理转移到步骤S180。在差未超过阈值的情况下(步骤S170：“否”)，处理返回到步骤S110之前。
在步骤S180中，CPU对差超过阈值的情况出现的次数k进行计数。
接着，在步骤S190中，CPU判定次数k是否是规定次数n(n＝2以上的自然数)。在次数k为规定次数n的情况下(步骤S190：“是”)，处理转移到步骤S200。在次数k不是规定次数n的情况下(步骤S190：“否”)，处理返回到步骤S110之前。
在步骤S200中，CPU执行发送表示阀门异常的警报的控制。
上述实施方式的ECU100是具备排气系统的内燃机系统1A，该排气系统具有开度被控制的阀门，该ECU100具备：获取部，获取表示因开度受到控制而排气温度上升的情况下的内燃机系统1A的状态的参数；计算部，计算所获取的多个参数的平均值；以及判定部，判定计算出的平均值或者基于平均值计算出的规定的值(平均值与初始值之差)是否超过规定的阈值，并且在平均值或者规定的值超过规定的阈值的情况出现的次数超过规定的次数的情况下，判定为阀门异常。
根据上述结构，阀门是否异常的判定不是通过实际观察阀门来进行，而是基于表示内燃机系统的状态的参数来进行，因此，能够早期地检测阀门的异常。另外，基于参数的平均值进行阀门是否异常的判定，因而能够高精度地检测阀门的异常。进而，在参数的平均值超过规定的阈值的情况出现的次数超过规定的次数的情况下，判定为阀门异常，因此，能够进一步高精度地检测阀门的异常。其结果，能够在发生突发性的过滤器再生未完成的情况之前通知阀门异常这一情况。
另外，在上述实施方式的ECU100中，由获取部101所获取的多个参数是从开始阀门的开度的控制起经过了规定的时间t1秒后的参数。由此，能够得到参数稳定后的数值，因此，能够进一步高精度地检测阀门的异常。
另外，在上述实施方式的ECU100中，获取部101获取时间t2秒以内的参数。由此，能够避免由于时间不同，参数的数值并非同一条件下的参数的数值，因而参数的数值发生变动的情况，因此，能够进一步高精度地检测阀门的异常。
另外，在上述实施方式的ECU100中，输出部104输出判定部103的判定结果。由此，能够利用被输出的判定结果，事先进行维护(修理、部件更换)，能够防止突发性的过滤器再生未完成的情况。其结果，例如，能够防止车辆在道路上出现故障的情况。另外，在接收车辆的一侧(销售网点、维修店)，能够预先准备部件或预测工时，因此能够提高作业效率。
此外，在上述实施方式中，CPU判定参数的平均值与参数的初始值之差是否超过阈值，但是，本发明不限于此，例如，也可以判定参数的绝对值是否超过阈值，另外，也可以判定参数的变化率是否超过阈值。
另外，在上述实施方式中，基于燃料喷射量、进气量、空燃比各自的平均值进行阀门是否异常的判定，但是，还可以基于除此以外的表示内燃机系统1A的状态的参数的平均值来进行判定。
另外，在上述实施方式中，也可以是，在高地、高气温、低气温等特殊环境时(气压、气温超过允许值的情况)，不基于参数的平均值判定阀门是否异常。
另外，在上述实施方式中，构成为，利用VSV13进行排气制动阀11的开闭动作，另外，利用VSV17进行排气节流阀12的开闭动作，但是，本发明不限于此，例如，也可以构成为利用电动致动器等已知的装置进行开闭。
此外，上述实施方式都仅表示实施本发明的具体化的一例，本发明的技术范围不应受这些实施方式的限制。即，能够不脱离其要点或其主要特征地以各种形式实施本发明。
本申请基于在2020年05月19日提交的日本专利申请(特愿2020-087500)，其内容在此作为参照而引入。
工业实用性
本发明能够适宜地用于具备要求早期且高精度地检测阀门的异常的控制装置的内燃机系统。
附图标记说明
1：内燃机
1A：内燃机系统
2：排气净化装置
3：气缸
4：燃料喷射装置
5：进气管
6：空气滤清器
7：进气量传感器
8：排气管
11：排气制动阀
12：排气节流阀
13、17：VSV
15、18：真空罐
16、21：排气压力传感器
19：过滤器再生开关
22、23：排气温度传感器
24：λ传感器
25：消音器
26：过滤器再生显示灯
31：DOC
32：过滤器
100：ECU
101：获取部
102：空燃比计算部
103：判定部
104：输出部
Claims (7)
1.一种控制装置，其为内燃机系统的控制装置，该内燃机系统具备排气系统，该排气系统具有开度被控制的阀装置，该控制装置具备：
获取部，获取表示因所述开度受到控制而排气温度上升的情况下的所述内燃机系统的状态的参数；
计算部，计算所获取的多个所述参数的平均值；以及
判定部，判定计算出的所述平均值、或者基于所述平均值计算出的规定的值是否超过规定的阈值，并且在所述平均值或者所述规定的值超过所述规定的阈值的情况出现的次数超过规定的次数的情况下，判定为所述阀装置异常。
2.如权利要求1所述的控制装置，其中，
所述所获取的所述多个参数是从开始所述开度的控制起经过了规定的时间后的参数。
3.如权利要求2所述的控制装置，其中，
所述所获取的所述多个参数是一定时间以内的参数。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的控制装置，其中，
所述所获取的所述多个参数包括燃料喷射量及进气量。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的控制装置，其中，
具备输出所述判定部的判定结果的输出部。
6.一种内燃机系统，其具备权利要求1至5中任意一项所述的控制装置。
7.一种诊断方法，其为内燃机系统的诊断方法，该内燃机系统具备排气系统，该排气系统具有开度被控制的阀装置，该诊断方法包括以下步骤：
获取步骤，获取表示因所述开度受到控制而排气温度上升的情况下的所述内燃机系统的状态的参数；
计算步骤，计算通过所述获取步骤获取的多个所述参数的平均值；以及
判定步骤，判定通过所述计算步骤计算出的所述平均值、或者基于所述平均值计算出的规定的值是否超过规定的阈值，并且在所述平均值或者所述规定的值超过所述规定的阈值的情况出现的次数超过规定的次数的情况下，判定为所述阀装置异常。
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