CN115667680A - 过滤器状态检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高精度地检测过滤器的状态的过滤器状态检测装置。该过滤器状态检测装置具备：差压传感器，其检测过滤器的上游侧和下游侧的过滤器压差，该过滤器是为了捕捉车辆的废气中含有的颗粒物而配置在排气管中的；计算部，其计算以与废气的流量对应的方式预先设定的过滤器的上游侧和下游侧的基准压差与由差压传感器检测出的过滤器压差的压力比；以及判定部，其基于由计算部计算出的压力比，推断过滤器中的颗粒物的堆积量。
Description
技术领域
本发明涉及过滤器状态检测装置。
背景技术
以往，在例如商用车等车辆中，在排气管中配置有捕捉废气中含有的颗粒物(particulate matter)的过滤器，检测该过滤器的状态的过滤器状态检测装置已经实用化。作为过滤器状态检测装置的一例，已知有基于过滤器的上游侧和下游侧的过滤器压差来计算过滤器中的颗粒物的堆积量的技术。
例如，如果在刚进行了过滤器的再生处理之后使用，则过滤器状态检测装置能够基于过滤器压差计算颗粒物中的灰烬的堆积量。该灰烬是因发动机油和燃料添加物等中含有的金属氧化物和硫酸盐等造成的不易燃物质，难以通过利用高温使颗粒物燃烧的过滤器的再生处理除去。因此，通过计算灰烬的堆积量，例如能够判断进行过滤器的清洗和更换等维护的时期。在此，需要准确地判断过滤器的维护时期。
因此，作为准确地判定过滤器的维护时期的技术，例如，在专利文献1中公开了DPF(Diesel Particulate Filter，柴油机颗粒过滤器)的再生处理控制方法，该再生处理控制方法提高了有无DPF故障的判定精度。该再生处理控制方法基于灰烬的堆积量来改变用于判定颗粒物的过量堆积的阈值，因此能够考虑灰烬的堆积量来准确地判定过滤器的维护时期。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007-270695号公报。
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献1的再生处理控制方法是仅基于过滤器的上游侧和下游侧的过滤器压差来判断过滤器中的颗粒物的堆积量的。由于过滤器压差与废气的流量等相应地较大地变化，因此难以高精度地检测颗粒物的堆积量等过滤器的状态。
本发明的目的在于提供高精度地检测滤波器的状态的滤波器状态检测装置。
解决问题的方案
本发明的过滤器状态检测装置具备：差压传感器，其检测过滤器的上游侧和下游侧的过滤器压差，该过滤器是为了捕捉车辆的废气中含有的颗粒物而配置在排气管中的；计算部，其计算以与废气的流量对应的方式预先设定的过滤器的上游侧和下游侧的基准压差与由差压传感器检测出的过滤器压差的压力比；以及判定部，其基于由计算部计算出的压力比，推断过滤器中的颗粒物的堆积量。
发明效果
根据本发明，能够高精度地检测滤波器的状态。
附图说明
图1是示出具备本发明的实施方式1的过滤器状态检测装置的车辆的结构的图。
图2是示出由差压传感器检测出的过滤器压差的变化的曲线图。
图3是示出基准压差与过滤器压差的压力比的曲线图。
图4是示出每次实施过滤器的再生处理时计算出的压力比的变化的曲线图。
图5是示出实施方式2的过滤器状态检测装置的主要部分的结构的图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1示出具备本发明的实施方式1的过滤器状态检测装置的车辆的结构。车辆具有：内燃机1、进气管2、排气管3、内燃机控制部4和净化装置5。应予说明，作为车辆，例如可以举出卡车等的商用车。
内燃机1用于驱动车辆，例如由反复进行进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程这四个冲程的所谓四冲程发动机构成。作为内燃机1，例如可以举出柴油机等。
进气管2是其前端部连接于内燃机1的进气口的、将从外部吸入的空气向内燃机1供给的流路。
排气管3是配置成从内燃机1的排气口延伸到外部的、将从内燃机1排出的废气排出到外部的流路。
内燃机控制部4控制内燃机1，与内燃机1和净化装置5的再生处理控制部分别连接。内燃机控制部4例如对流过进气管2和排气管3的空气和废气的流量、发动机转速和燃料的喷射等进行控制。
净化装置5具有：氧化催化剂6、过滤器7、温度传感器8a和8b、阀9、喷射器10、再生处理控制部11、以及过滤器状态检测装置12。
氧化催化剂6配置在排气管3内，对废气中含有的烃和一氧化碳等未燃烧燃料进行氧化而将其净化。另外，氧化催化剂6通过将从喷射器10喷射的燃料氧化，利用其反应热将废气加热到高温。氧化催化剂6例如可以由铂和氧化铈等构成。
过滤器7在排气管3内配置在氧化催化剂6的下游侧，捕捉油烟成分和灰烬等颗粒物。过滤器7可由所谓的壁流型构成，该壁流型由例如由堇青石(cordierite)和碳化硅等多孔陶瓷形成的单元以入口和出口交替闭锁的方式排列而成。
温度传感器8a和8b检测在排气管3内流通的废气的温度，以夹着氧化催化剂6的方式配置在排气管3中。
阀9是与再生处理控制部11连接的、在再生处理控制部11的控制下调整排气管3的开度的所谓排气节流阀。阀9例如可以构成为通过绕与排气管3正交的旋转轴旋转来调整排气管3的开度。另外，阀9可以配置于在内燃机1和温度传感器8a之间的内燃机1的附近，具体而言，可以配置在未图示的涡轮增压器的下游侧。
喷射器10与再生处理控制部11连接，在再生处理控制部11的控制下，向排气管3内喷射燃料。喷射器10在排气管3中配置在阀9的下游侧。
再生处理控制部11与内燃机控制部4、温度传感器8a、温度传感器8b和过滤器状态检测装置12的差压传感器13连接。再生处理控制部11基于从过滤器状态检测装置12的差压传感器13输入的、过滤器7的上游侧与下游侧的过滤器压差，判定开始进行过滤器7的再生处理的时机。在判定为开始再生处理时，再生处理控制部11控制喷射器10以使其向排气管3内喷射燃料，并使氧化催化剂6反应而加热废气。另外，再生处理控制部11控制阀9而关闭排气管3，由此增加内燃机1的负荷，使废气的温度上升。此时，再生处理控制部11基于从温度传感器8a和8b输入的温度信息，控制过滤器7的再生处理。
另外，为了控制过滤器7的再生处理，在再生处理控制部11中预先设定有与废气的流量相应的过滤器7的上游侧和下游侧的基准压差。另外，从内燃机控制部4向再生处理控制部11依次输入废气的流量。再生处理控制部11基于从内燃机控制部4输入的废气的流量，依次计算过滤器7的基准压差。
应予说明，例如，可以通过模拟等制作表示过滤器7的压差相对于废气的流量的变化的映射图，设定过滤器7的基准压差。
过滤器状态检测装置12具有：差压传感器13、计算部14、判定部15、通知部16、通信部17和信息提供部18。差压传感器13经由计算部14连接到判定部15。计算部14还连接到再生处理控制部11。而且，判定部15分别与通知部16和通信部17连接，通信部17通过无线通信与信息提供部18连接。
差压传感器13配置在排气管3中，检测过滤器7的上游侧与下游侧的过滤器压差。
计算部14计算由再生处理控制部11计算出的过滤器7的基准压差与由差压传感器13检测出的过滤器7的过滤器压差的压力比。
判定部15基于由计算部14计算出的压力比，估计过滤器7中的灰烬的堆积量。然后，判定部15基于估计出的灰烬的堆积量来判定过滤器7的维护时期。
通知部16将由判定部15判定的判定结果通知给车辆的使用者。通知部16例如可以由显示部和扬声器等构成。
通信部17将由判定部15判定的判定结果以无线方式发送给信息提供部18。
信息提供部18基于从通信部17发送的判定结果，向车辆的使用者提供过滤器的维护时期。信息提供部18例如可以设置在车辆的管理公司、车辆的维修场以及经销商等。
应予说明，内燃机控制部4、再生处理控制部11、计算部14和判定部15的功能也可以通过计算机程序来实现。例如，计算机的读取装置从记录有用于实现内燃机控制部4、再生处理控制部11、计算部14和判定部15的功能的程序的记录介质读取该程序，并存储在存储装置中。然后，CPU将存储在存储装置中的程序复制到RAM中，从RAM依次读出并执行该程序中包含的命令，由此能够实现内燃机控制部4、再生处理控制部11、计算部14和判定部15的功能。
接着，对本实施方式的动作进行说明。
首先，如图1所示，内燃机控制部4控制内燃机1使车辆行驶之后，由内燃机1产生的废气流过排气管3并排出到外部。此时，废气通过过滤器7，从而包含在废气中的油烟成分和灰烬等颗粒物被过滤器7捕获。
这样，在过滤器7上堆积颗粒物，随着其堆积量的增加，过滤器7的上游侧与下游侧的过滤器压差上升。因此，差压传感器13依次检测过滤器7的过滤器压差。然后，再生处理控制部11基于由差压传感器13检测出的过滤器压差，判定将堆积在过滤器7上的颗粒物燃烧而除去的再生处理的开始时机。
例如，再生处理控制部11可以在由差压传感器13检测出的过滤器压差超过了规定的阈值固定期间时，判定为开始进行过滤器7的再生处理。
在判定为开始过滤器7的再生处理之后，再生处理控制部11基于由温度传感器8a和8b检测出的温度控制喷射器10，使喷射器10向排气管3内喷射燃料，例如轻油。由此，氧化催化剂6将从喷射器10喷射的燃料氧化，利用其反应热将废气加热到高温。另外，再生处理控制部11以关闭排气管3的方式控制阀9，使废气的温度上升。
这样，被加热到高温的废气通过过滤器7，从而使堆积在过滤器7上的颗粒物的油烟成分燃烧，过滤器7受到再生处理。然后，如果过滤器7的再生处理结束，则再生处理控制部11控制阀9以使得停止喷射器10，并打开排气管3。
通过该过滤器7的再生处理除去堆积在过滤器7上的颗粒物，再次由过滤器7捕捉废气中含有的颗粒物。在此，过滤器7不仅堆积有颗粒物中的可燃烧的油烟成分，还堆积有不能燃烧的灰烬。因此，通过过滤器7的再生处理，油烟成分被除去，而灰烬仍然堆积在过滤器7上。
因此，为了推断堆积在过滤器7上的灰烬的堆积量，计算部14获取在刚进行了过滤器7的再生处理之后由差压传感器13检测出的过滤器7的过滤器压差。例如，如图2所示，计算部14在从过滤器7的再生处理完成的时间S1到时间S2为止的规定时间内，以固定间隔依次获取由差压传感器13检测出的过滤器压差。
另外，计算部14获取由再生处理控制部11计算出的过滤器7的基准压差。在此，再生处理控制部11中预先设定有表示过滤器7的压差相对于废气的流量的变化的映射图。另外，再生处理控制部11从内燃机控制部4依次获取随着内燃机1的驱动而变化的废气的流量。再生处理控制部11基于预先设定的映射图，依次计算与从内燃机控制部4获取的废气的流量相应的过滤器7的上游侧和下游侧的基准压差。
这样，通过将过滤器7的压差相对于废气的流量的变化作为映射图来设定，再生处理控制部11能够容易地计算出过滤器7的基准压差。再生处理控制部11将计算出的过滤器7的基准压差输出到计算部14。
这样，计算部14依次输入由差压传感器13检测出的过滤器7的过滤器压差和由再生处理控制部11计算出的过滤器7的基准压差。而且，计算部14计算由差压传感器13检测出的过滤器7的过滤器压差和与检测出过滤器压差时的废气的流量相应的过滤器7的基准压差的压力比。
例如，如图3所示，计算部14在规定时间内依次计算由差压传感器13检测出的过滤器压差和与该过滤器压差对应的基准压差的压力比。而且，计算部14通过用近似式E将计算出的多个压力比近似，能够计算出刚进行了过滤器7的再生处理之后的压力比。计算部14将计算出的压力比输出到判定部15。
应予说明，计算部14不限于用近似式E将多个压力比近似，例如也可以通过对多个压力比取平均值来计算刚进行了过滤器7的再生处理之后的压力比。
接着，判定部15基于由计算部14计算出的压力比，推断过滤器7中的灰烬的堆积量。例如，再生处理控制部11中存储的映射图是基于堆积了规定量的颗粒物，例如整体地积满了颗粒物的过滤器7而预先设定的。该情况下，压力比越接近1，则判定部15推断为灰烬的堆积量越多，压力比越接近0，则判定部15推断为灰烬的堆积量越少。
在此，如图2所示，由差压传感器13检测出的过滤器压差，与废气的流量等相应地，由于检测时间而较大地变动。具体地说，如基于伯努利定理计算的那样，过滤器压差与废气的流量的平方成正比，例如，如果废气的流量成为1.2倍，则过滤器压差成为1.44倍。
以往，过滤器7中的灰烬的堆积量是根据由差压传感器13检测出的过滤器压差直接算出的。因此，计算值与废气的流量相应地较大地变动，有可能不能准确地推断灰烬的堆积量。为了抑制该计算值的变动，例如，在停止车辆并使加速器的操作量维持为恒定的状态下检测过滤器7的过滤器压差等，为了推断灰烬的堆积量需要花费大量的工夫。
因此，在本发明中，判定部15基于预先设定的过滤器7的基准压差与由差压传感器13检测出的过滤器压差的压力比，计算过滤器7中的灰烬的堆积量。在该方法中，例如，在废气的流量成为1.2倍时，过滤器压差和基准压差这二者都成为1.44倍，因此压力比与废气的流量无关地保持恒定。由此，能够抑制计算出的灰烬的堆积量与废气的流量相应地变动，高精度地检测过滤器7的状态。
另外，由于与废气的流量无关地，压力比为恒定，所以判定部15能够在车辆行驶的同时计算出灰烬的堆积量。因此，例如，无须进行将加速器的操作量维持为恒定等操作，就能够简单地计算出灰烬的堆积量。
另外，计算部14基于在规定时间内由差压传感器13依次检测出的多个过滤器压差来计算压力比。因此，判定部15能够基于由计算部14计算出的压力比，准确地推断过滤器7中的灰烬的堆积量。
此时，优选地，计算部14依次获取过滤器7的再生处理结束后约1小时以内的过滤器压差。
应予说明，优选地，计算部14基于在规定时间内由差压传感器13依次检测出的多个过滤器压差中的、内燃机1在额定状态附近运转时的过滤器压差，计算压力比。计算部14，例如从内燃机控制部4获取内燃机1的运转信息，基于该运转信息求出内燃机1在额定状态附近运转的时间区间。然后，计算部14根据在该时间区间内由差压传感器13检测出的过滤器压差，计算压力比。由此，计算部14能够准确地计算出压力比。
另外，计算部14计算基于整体地积满了颗粒物的过滤器7预先设定的基准压差、和在刚进行了过滤器7的再生处理之后由差压传感器13检测出的过滤器压差，即油烟成分基本被除去而仅堆积有灰烬的状态下的过滤器7的过滤器压差的压力比。因此，判定部15能够基于该压力比准确地推断过滤器7中的灰烬的堆积量。
这样，如图4所示，计算部14在每次实施过滤器7的再生处理时，计算预先设定的过滤器7的基准压差与由差压传感器13检测出的过滤器压差的压力比。接着，判定部15基于由计算部14计算出的压力比，推断过滤器7中的灰烬的堆积量。而且，判定部15基于推断出的灰烬的堆积量，判定过滤器7的维护时期。
例如，判定部15中预先设定有需要进行过滤器7的维护的压力比的阈值T。压力比越接近阈值T，则判定部15推断为过滤器7中的灰烬的堆积量越多。而且，压力比超过阈值T时，判定部15推断为在过滤器7上堆积了规定量的灰烬，判定为需要进行过滤器7的维护。
判定部15将判定结果输出到通知部16，并经由通信部17输出到信息提供部18。而且，通知部16基于判定部15的判定结果，通过显示过滤器7的维护时期等来通知车辆的使用者。另外，信息提供部18基于判定部15的判定结果，过滤器7的维护时期建立关联等，提供给车辆的使用者。
这样，通过提供过滤器7的维护时期，车辆的使用者能够有效地进行过滤器7的清洗和更换等维护。
进而，在由计算部14计算出的压力比超过1.0时，判定部15可以判定为除过滤器7以外的装置的不良状况。判定部15可以判定为，例如，由于内燃机1、氧化催化剂6、阀9和喷射器10等装置的不良状况，废气没有被加热到高温。
根据本实施方式，判定部15基于以与废气的流量对应的方式预先设定的过滤器7的基准压差与由差压传感器13检测出的过滤器压差的压力比，推断过滤器7中的灰烬的堆积量，因此能够高精度地检测过滤器7的状态。
(实施方式2)
以下，对本发明的实施方式2进行说明。在此，以与上述的实施方式1的不同点为中心进行说明，对于与上述的实施方式1的相同点，使用相同的附图标记，省略其详细说明。
在上述的实施方式1中，判定部15推断过滤器7中的灰烬的堆积量，但并不限于此，只要能够推断过滤器7中的颗粒物的堆积量即可。
例如，如图5所示，可以取代实施方式1的判定部15而配置判定部21，并取代再生处理控制部11而配置再生处理控制部22。判定部21与再生处理控制部22连接。
判定部21基于由计算部14计算出的压力比，推断在过滤器7上堆积的含有油烟成分和灰烬的颗粒物的堆积量。
再生处理控制部22基于由判定部21推断的颗粒物的堆积量，判定开始进行过滤器7的再生处理的时机。
通过这样的结构，计算部14获取在内燃机1驱动时由差压传感器13检测出的过滤器压差，并依次计算出以与废气的流量对应的方式预先设定的过滤器7的基准压差与由差压传感器13检测出的过滤器压差的压力比。计算部14将计算出的压力比输出到判定部21。
接着，判定部21基于由计算部14计算出的压力比，推断堆积在过滤器7上的颗粒物的堆积量。在此，与实施方式1同样地，再生处理控制部22中存储的映射图是基于整体地积满了颗粒物的过滤器7而预先设定的。在该情况下，压力比越接近1，则判定部21推断为颗粒物的堆积量越多，压力比越接近0，则判定部21推断为颗粒物的堆积量越少。
判定部21中预先设定有实施过滤器7的再生处理的压力比的阈值，在压力比超过阈值时，推断为在过滤器7上堆积了规定量的颗粒物。判定部21将颗粒物的堆积量输出到再生处理控制部22。
而且，在判定部21中推断为在过滤器7上堆积了规定量的颗粒物时，再生处理控制部22判定为开始进行过滤器7的再生处理。
以往，再生处理控制部22基于由差压传感器13检测出的过滤器压差，判定了开始进行过滤器7的再生处理的时机。因此，开始进行过滤器7的再生处理的时机与废气的流量相应地变动，在过滤器7上堆积了固定的堆积量的颗粒物时，难以开始过滤器的再生处理。
因此，在本发明中，判定部21基于以与废气的流量对应的方式预先设定的过滤器7的基准压差与由差压传感器13检测出的过滤器压差的压力比，推断过滤器7中的颗粒物的堆积量。而且，再生处理控制部22基于由判定部21推断出的过滤器7中的颗粒物的堆积量，判定开始进行过滤器7的再生处理的时机。因此，能够在过滤器7上堆积有固定的堆积量的颗粒物的时机对过滤器7进行再生处理，能够在适当的时机实施过滤器7的再生处理。
这样，如果判定为开始进行过滤器7的再生处理，则再生处理控制部22控制喷射器10和阀9，将废气加热到高温。由此，堆积在过滤器7上的颗粒物的油烟成分燃烧，过滤器7受到再生处理。
根据本实施方式，判定部21基于以与废气的流量对应的方式预先设定的过滤器7的基准压差与由差压传感器13检测出的过滤器压差的压力比，推断过滤器7中的颗粒物的堆积量。因此，再生处理控制部22能够基于由判定部21推断出的过滤器7中的颗粒物的堆积量，适当地判定开始进行过滤器7的再生处理的时机。
应予说明，在上述的实施方式1和2中，计算部14基于在规定时间内由差压传感器13检测出的多个过滤器压差计算出压力比，但也可以基于一个过滤器压差计算出压力比。
另外，在上述的实施方式1和2中，计算部14基于整体地积满了颗粒物的过滤器7预先设定了基准压差，但并不限于此，只要能够与废气的流量相应地设定基准压差即可。例如，计算部14也可以基于没有堆积颗粒物的过滤器7设定基准压差。
另外，在上述的实施方式1和2中，计算部14和判定部15被配置在车辆上，但也可以配置在外部，通过通信线路收发信息。
另外，在上述的实施方式1和2中，再生处理控制部对喷射器10进行控制而将废气加热到高温，但并不限于喷射器10，只要能够利用氧化催化剂6的反应热将废气加热到高温即可。
例如，再生处理控制部可以控制内燃机1的多级喷射而使氧化催化剂6反应。
应予说明，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。例如，关于在上述的实施方式中说明过的各部的形状、个数等的公开内容只是示例，可以进行适当变更后实施。
本申请基于在2020年5月29日提出的日本专利申请(特愿2020-094321)，其内容在此作为参照而引入。
工业实用性
本发明的过滤器状态检测装置可以用于在排气管中配置了捕捉废气中含有的颗粒物的过滤器的装置。
附图标记说明
1内燃机
2进气管
3排气管
4内燃机控制部
5净化装置
6氧化催化剂
7过滤器
8a、8b温度传感器
9阀
10喷射器
11、22再生处理控制部
12过滤器状态检测装置
13差压传感器
14计算部
15、21判定部
16通知部
17通信部
18信息提供部
S1、S2时间
E近似式
T阈值
Claims (7)
1.一种过滤器状态检测装置，具备：
差压传感器，其检测过滤器的上游侧和下游侧的过滤器压差，该过滤器是为了捕捉车辆的废气中含有的颗粒物而配置在排气管中的；
计算部，其计算以与所述废气的流量对应的方式预先设定的所述过滤器的上游侧和下游侧的基准压差与由所述差压传感器检测出的所述过滤器压差的压力比；以及
判定部，其基于由所述计算部计算出的压力比，推断所述过滤器中的所述颗粒物的堆积量。
2.如权利要求1所述的过滤器状态检测装置，其中，
所述计算部基于在规定时间内由所述差压传感器检测出的多个过滤器压差来计算所述压力比。
3.如权利要求1所述的过滤器状态检测装置，其中，
所述计算部计算基于堆积了规定量的所述颗粒物的所述过滤器而预先设定的所述基准压差与在刚进行了使堆积在所述过滤器上的所述颗粒物燃烧的再生处理之后由所述差压传感器检测出的所述过滤器压差的压力比。
4.如权利要求3所述的过滤器状态检测装置，其中，
所述计算部在每次实施所述再生处理时都计算所述压力比。
5.如权利要求1所述的过滤器状态检测装置，其中，
所述判定部推断所述颗粒物中的灰烬的堆积量。
6.如权利要求5所述的过滤器状态检测装置，其中，
所述判定部基于推断出的所述灰烬的堆积量来判定所述过滤器的维护时期。
7.如权利要求6所述的过滤器状态检测装置，其中，还具有：
通信部，其以无线方式发送由所述判定部判定的判定结果；以及
信息提供部，其基于从所述通信部发送来的所述判定结果，向车辆的使用者提供所述过滤器的维护时期。
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