用于內燃機的過濾器的功能診斷系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于診斷內燃機的過濾器的功能的過濾器功能診斷系統(tǒng)，在過濾器上負載有選擇還原型NOx催化劑。該類型的過濾器具有捕集排氣中的PM(顆粒物質)的PM捕集功能，還具有使用氨作為還原劑來還原排氣中的NOx的NOx轉化功能。
【背景技術】
[0002]已知在內燃機的排氣通路中，設置捕集排氣中的PM的過濾器的技術。在一些情況下，過濾器發(fā)生故障，諸如腐蝕或者破損。如果過濾器發(fā)生這種故障，則未被過濾器捕集而是從過濾器流出的PM的量增加。如果過濾器發(fā)生故障或者過濾器中出現(xiàn)異常，諸如從排氣通路中移除過濾器，則釋放至大氣的PM增加。因而，已經開發(fā)了一種在過濾器下游的排氣通路中設置PM傳感器并且基于PM傳感器的輸出值進行對過濾器的異常診斷的技術。作為用于過濾器的異常診斷的PM傳感器的一個類型，已知一種具有一對電極作為傳感器元件并且輸出與沉積在電極之間的PM量對應的信號的傳感器。
[0003]而且，已知一種排放控制系統(tǒng)，在該排放控制系統(tǒng)中，過濾器、尿素水添加設備、選擇還原型NOx催化劑(其可以稱為“SCR催化劑”)以及PM傳感器按此順序從上游側沿著排氣的流向布置在內燃機的排氣通路中。SCR催化劑具有使用通過從尿素水添加設備注入的水解尿素所產生的氨作為還原劑來還原排氣中的NOx的功能。在如上所述構建的排放控制系統(tǒng)中，當PM由PM傳感器檢測時，從尿素水添加設備注入尿素水被限制，如國際公開號2013/042190中所公開的。
[0004]如果由于過濾器中發(fā)生故障導致過濾器的PM捕集功能下降，則從過濾器流出的PM量增加。因此，在過濾器下游的排氣通路中設置的PM傳感器的電極之間捕集的PM量增加。結果，沉積在PM傳感器的電極之間的PM量變得大于在過濾器處于正常狀態(tài)情形下沉積在PM傳感器的電極之間的PM量。因此，基于在給定時間獲得的PM傳感器的輸出值，能夠診斷過濾器的PM捕集功能。

【發(fā)明內容】

[0005]近年來，已經開發(fā)了負載有SCR催化劑的過濾器。在下文中，這種類型的過濾器可以稱為“SCRF” JCRF具有捕集排氣中的PM的PM捕集功能，還具有使用氨作為還原劑來還原排氣中的NOx的NOx轉化功能。
[0006]當過濾器呈SCRF形式時，尿素水從上游側供給至SCRF，使得包含在排氣中的NOx在SCRF中還原。如果如此供給的尿素水滑過SCRF并且到達PM傳感器，則尿素水會影響PM傳感器的輸出值。在該情況下，如果基于在SCRF下游的排氣通路中設置的PM傳感器的輸出值，通過類似于上述診斷方法的診斷方法來診斷SCRF的PM捕集功能，則可能會進行錯誤的診斷。
[0007]本發(fā)明提供一種使用在SCRF下游的排氣通路中設置的PM傳感器的輸出值來診斷SCRF的PM捕集功能的過濾器功能診斷系統(tǒng)。
[0008]提供了一種根據(jù)本發(fā)明的一個方案的用于內燃機的過濾器的功能診斷系統(tǒng)。過濾器設置在內燃機的排氣通路中。過濾器構造為負載有選擇還原型NOx催化劑，所述選擇還原型NOx催化劑使用氨作為還原劑來還原排氣中的NOx。過濾器構造為捕集在排氣中包含的PM。內燃機包括有在排氣通路中位于過濾器的上游的尿素水添加設備。尿素水添加設備構造為將尿素水注入排氣中。功能診斷系統(tǒng)包括PM傳感器以及ECU(電子控制單元)AM傳感器在排氣通路中設置于過濾器的下游。PM傳感器具有一對電極。PM傳感器構造為當PM沉積在一對電極之間并且該一對電極導電時輸出與PM的沉積量對應的信號。ECU構造為:(i)計算過濾器中的NOx轉化率，(ii)基于NOx轉化率來判定過濾器的NOx轉化功能是否正常，(iii)實施去除沉積在PM傳感器的電極之間的PM的傳感器恢復處理，(iv)在實施傳感器恢復處理結束之后，連續(xù)監(jiān)控在預定PM沉積重開始時間之后的PM傳感器的輸出值，所述PM沉積重開始時間是假定PM在PM傳感器的電極之間的沉積重新開始的時間點，以及(V)當電子控制單元判定出過濾器的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)時，當連續(xù)監(jiān)控的PM傳感器的輸出值降低時判定出過濾器的PM捕集功能存在異常。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的上述方案的功能診斷系統(tǒng)中，從尿素水添加設備注入排氣中的尿素水被供給至SCRF。然后，通過水解所供給的尿素水所產生的氨被吸附在于SCRF上負載的SCR催化劑上。在SCRF中，使用氨作為還原劑來還原排氣中的NOx。可以發(fā)現(xiàn)的是，即使當SCRF發(fā)生故障(諸如破損或者腐蝕)時(S卩，即使當PM捕集功能存在異常時)，SCRF的NOx轉化功能也可以處于正常狀態(tài)。還可以發(fā)現(xiàn)，如果SCRF的PM捕集功能存在異常，則即使當其NOx轉化功能處于正常狀態(tài)時供給至SCRF的尿素水也會從SCRF流出。
[0010]在捕集的PM沉積在PM傳感器的電極之間的期間中，即在PM沉積重開始時間之后，尿素水被從尿素水添加設備注入。此時，如果發(fā)生如上所述的尿素水的流出，則尿素水會附著至PM傳感器的電極之間，并且會影響PM傳感器的輸出值。因而，在預定PM沉積重開始時間之后連續(xù)監(jiān)控PM傳感器的輸出值，該預定PM沉積重開始時間作為在傳感器恢復處理完成之后假定PM在PM傳感器的電極之間的沉積重新開始時的時間。當傳感器恢復處理完成之后電壓施加到PM傳感器的電極之間時，電壓施加開始時間可以被視為PM沉積重開始時間。而且，在傳感器恢復處理完成之前當電壓開始施加至PM傳感器的電極時，傳感器恢復處理完成的時間可以被視為PM沉積重開始時間。在該情況下，從傳感器恢復處理完成時起經過了如下的預定期間后的時間點可以被視為PM沉積重開始時間:該預定期間是PM傳感器的電極溫度降低至捕集的PM不被氧化的程度為止所需的期間。
[0011]通過連續(xù)監(jiān)控PM傳感器的輸出值，可以連續(xù)掌握PM傳感器的輸出值的舉動。然后，基于SCRF的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)時的PM傳感器的輸出值的舉動，診斷SCRF的PM捕集功能。更具體來說，當判定出SCRF的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)時，如果PM傳感器的輸出值降低，則ECU判定出SCRF的PM捕集功能存在異常。
[0012]從SCRF流出的PM被連續(xù)捕集在PM傳感器的電極之間。因此，隨著PM沉積量連續(xù)增加，PM傳感器的輸出值也連續(xù)增加。另一方面，如果尿素水從SCRF流出并且尿素水附著至PM傳感器的電極之間，則沉積在電極之間的一部分PM可以因尿素水而脫落。在該情況下，沉積在電極之間的PM的量降低，并且PM傳感器的輸出值降低。因此，當連續(xù)增加的PM傳感器的輸出值在PM沉積重開始時間之后降低時，PM傳感器的輸出值的該舉動極有可能指示尿素水附著至PM傳感器的電極之間。然后，如果此時SCRF的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)，則能夠判定出尿素水的流出是由因SCRF中的故障(諸如破損或者腐蝕)所導致的PM捕集功能惡化引起的。因此，如果當判定出SCRF的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)時PM傳感器的輸出值呈現(xiàn)上述舉動，則能夠判定出SCRF的PM捕集功能存在異常。
[0013]如上所述，能夠使用設置在SCRF下游的排氣通路中的PM傳感器的輸出值來診斷SCRF的PM捕集功能。而且，無需限制尿素水對SCRF的供給就能夠診斷SCRF的PM捕集功能。因此，SCRF中的NOx轉化率不易或者不可能由于限制從尿素水添加設備注入尿素水(例如，注入量降低或者停止注入)而降低。
[OOM]在根據(jù)本發(fā)明的上述方案的功能診斷系統(tǒng)中，ECU可以構造為，當電子控制單元判定出過濾器的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)時，當連續(xù)監(jiān)控的PM傳感器的輸出值不降低時，ECU基于在自PM沉積重開始時間起經過了預定判定期間時PM傳感器的輸出值來診斷過濾器的PM捕集功能。利用該布置，如果在自PM沉積重開始時間起經過預定判定期間之前PM傳感器的輸出值沒有由于尿素水的影響而降低，則能夠基于在自PM沉積重開始時間起經過了判定期間時獲得的PM傳感器的輸出值，來診斷SCRF的PM捕集功能。
[0015]假定功能診斷系統(tǒng)僅基于在自PM沉積重開始時間起經過了判定期間時獲得的PM傳感器的輸出值來診斷PM捕集功能。在該情況下，如果僅基于在自PM沉積重開始時間起經過了判定期間時獲得的PM傳感器的輸出值來診斷PM捕集功能，當在預定判定期間中PM傳感器的輸出值由于尿素水附著至PM傳感器的電極之間而降低時，即使SCRF的PM捕集功能實際上存在異常，也可能錯誤地判定出SCRF的PM捕集功能處于正常狀態(tài)。而且，在該情況下，可以考慮當PM傳感器的輸出值在預定判定期間中降低時禁止執(zhí)行對SCRF的PM捕集功能的診斷。但是，在該情況下，僅當在預定判定期間中PM傳感器的輸出值不降低時，才能夠執(zhí)行SCRF的PM捕集功能的診斷。這使得很難確保以充分高的頻率來執(zhí)行過濾器功能的診斷。這些問題可以通過結合兩個類型的PM捕集功能的診斷來解決，正如在上述本發(fā)明的布置中的那樣。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的以上方案的功能診斷系統(tǒng)中，ECU可以構造為，當電子控制單元判定出過濾器的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)時，當連續(xù)監(jiān)控的PM傳感器的輸出值降低時，ECU在PM沉積重開始時間之后限制從尿素水添加設備注入尿素水，并且基于在自PM沉積重開始時間起經過了預定判定期間時PM傳感器的輸出值來診斷過濾器的PM捕集功能。利用該布置，在尿素水對PM傳感器的輸出值的影響降低的條件下能夠診斷SCRF的PM捕集功能。因此，能夠以更高精確度診斷SCRF的PM捕集功能。當判定出SCRF的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)時，如果連續(xù)監(jiān)控的PM傳感器的輸出值降低，則作為診斷結果判定出SCRF的PM捕集功能存在異常，并且僅當獲得該診斷結果時限制從尿素水添加設備注入尿素水。因而，相比于每當執(zhí)行SCRF的PM捕集功能的診斷時限制從尿素水添加設備注入尿素水的情形，能夠降低對注入尿素水實施限制的頻率。因此，SCRF中的NOx轉化率不易或者不可能由于對注入尿素水的限制而降低。
[0017]可以發(fā)現(xiàn)的是，在內燃機的排氣系統(tǒng)中，從發(fā)動機排出的PM的一部分在其到達PM傳感器前會一度附著至排氣通路的壁或者附著至設置于排氣通路中的各種結構(其將稱為“排氣系統(tǒng)結構”)，諸如SCRF的下游端面、催化劑以及還原劑添加設備(包括尿素水添加設備)。還發(fā)現(xiàn)的是，附著的PM會脫落并且到達PM傳感器，在PM傳感器處，脫落的PM被捕集在PM傳感器的電極之間。在下文中，在一度附著至壁或者排氣系統(tǒng)結構之后從排氣通路的壁或者排氣系統(tǒng)結構脫落的PM將稱為“脫落PM”。當在從發(fā)動機排出的排氣中包含的普通PM需要與“脫落PM”區(qū)分時，普通PM將稱為“普通PM”。
[0018]如果脫落PM發(fā)生并且捕集在PM傳感器的電極之間，則在從電壓施加時間至經過預定判定期間后的時間的期間中，PM傳感器的輸出值會以與普通PM被捕集在電極之間的情形不同的方式表現(xiàn)或者變化。更具體來說，如果脫落PM被捕集在PM傳感器的電極之間，則PM傳感器的輸出值相應增加。但是，注意的是，捕集在PM傳感器的電極之間的脫落PM相比于普通PM更易于從電極之間去除。如果之前捕集在PM傳感器的電極之間的脫落PM從電極之間去除，則PM傳感器的輸出值降低。即，發(fā)現(xiàn)的是，當產生脫落PM并且被捕集在PM傳感器的電極之間時，在從電壓施加時間至判定期間終止時間的期間中，即使當SCRF的PM捕集功能處于正常狀態(tài)時也會降低PM傳感器的輸出值。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的上述方案的功能診斷系統(tǒng)中，ECU可以構造為判定預定的脫落PM發(fā)生條件是否滿足。脫落PM發(fā)生條件是這樣的條件:在該條件下能夠發(fā)生之前附著至排氣通路的壁或者附著至排氣系統(tǒng)結構的PM從排氣通路的壁或者排氣系統(tǒng)結構脫落的現(xiàn)象。ECU可以構造為，當電子控制單元判定出過濾器的NOx轉化功能處于正常狀態(tài)并且電子控制單元判定出脫落PM發(fā)生條件不滿足時，基于連續(xù)監(jiān)控的PM傳感器的輸出值來診斷過濾器的PM捕集功能。利用該布置，即使SCRF的PM捕集功能實際處于正常狀態(tài)，也不易或者不可能由