用于内燃机的过滤器的功能诊断系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于诊断内燃机的过滤器的功能的过滤器功能诊断系统，在过滤器上负载有选择还原型NOx催化剂。该类型的过滤器具有捕集排气中的PM(颗粒物质)的PM捕集功能，还具有使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx的NOx转化功能。
【背景技术】
[0002]已知在内燃机的排气通路中，设置捕集排气中的PM的过滤器的技术。在一些情况下，过滤器发生故障，诸如腐蚀或者破损。如果过滤器发生这种故障，则未被过滤器捕集而是从过滤器流出的PM的量增加。如果过滤器发生故障或者过滤器中出现异常，诸如从排气通路中移除过滤器，则释放至大气的PM增加。因而，已经开发了一种在过滤器下游的排气通路中设置PM传感器并且基于PM传感器的输出值进行对过滤器的异常诊断的技术。作为用于过滤器的异常诊断的PM传感器的一个类型，已知一种具有一对电极作为传感器元件并且输出与沉积在电极之间的PM量对应的信号的传感器。
[0003]而且，已知一种排放控制系统，在该排放控制系统中，过滤器、尿素水添加设备、选择还原型NOx催化剂(其可以称为“SCR催化剂”)以及PM传感器按此顺序从上游侧沿着排气的流向布置在内燃机的排气通路中。SCR催化剂具有使用通过从尿素水添加设备注入的水解尿素所产生的氨作为还原剂来还原排气中的NOx的功能。在如上所述构建的排放控制系统中，当PM由PM传感器检测时，从尿素水添加设备注入尿素水被限制，如国际公开号2013/042190中所公开的。
[0004]如果由于过滤器中发生故障导致过滤器的PM捕集功能下降，则从过滤器流出的PM量增加。因此，在过滤器下游的排气通路中设置的PM传感器的电极之间捕集的PM量增加。结果，沉积在PM传感器的电极之间的PM量变得大于在过滤器处于正常状态情形下沉积在PM传感器的电极之间的PM量。因此，基于在给定时间获得的PM传感器的输出值，能够诊断过滤器的PM捕集功能。
【发明内容】
[0005]近年来，已经开发了负载有SCR催化剂的过滤器。在下文中，这种类型的过滤器可以称为“SCRF” JCRF具有捕集排气中的PM的PM捕集功能，还具有使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx的NOx转化功能。
[0006]当过滤器呈SCRF形式时，尿素水从上游侧供给至SCRF，使得包含在排气中的NOx在SCRF中还原。如果如此供给的尿素水滑过SCRF并且到达PM传感器，则尿素水会影响PM传感器的输出值。在该情况下，如果基于在SCRF下游的排气通路中设置的PM传感器的输出值，通过类似于上述诊断方法的诊断方法来诊断SCRF的PM捕集功能，则可能会进行错误的诊断。
[0007]本发明提供一种使用在SCRF下游的排气通路中设置的PM传感器的输出值来诊断SCRF的PM捕集功能的过滤器功能诊断系统。
[0008]提供了一种根据本发明的一个方案的用于内燃机的过滤器的功能诊断系统。过滤器设置在内燃机的排气通路中。过滤器构造为负载有选择还原型NOx催化剂，所述选择还原型NOx催化剂使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx。过滤器构造为捕集在排气中包含的PM。内燃机包括有在排气通路中位于过滤器的上游的尿素水添加设备。尿素水添加设备构造为将尿素水注入排气中。功能诊断系统包括PM传感器以及ECU(电子控制单元)AM传感器在排气通路中设置于过滤器的下游。PM传感器具有一对电极。PM传感器构造为当PM沉积在一对电极之间并且该一对电极导电时输出与PM的沉积量对应的信号。ECU构造为:(i)计算过滤器中的NOx转化率，(ii)基于NOx转化率来判定过滤器的NOx转化功能是否正常，(iii)实施去除沉积在PM传感器的电极之间的PM的传感器恢复处理，(iv)在实施传感器恢复处理结束之后，连续监控在预定PM沉积重开始时间之后的PM传感器的输出值，所述PM沉积重开始时间是假定PM在PM传感器的电极之间的沉积重新开始的时间点，以及(V)当电子控制单元判定出过滤器的NOx转化功能处于正常状态时，当连续监控的PM传感器的输出值降低时判定出过滤器的PM捕集功能存在异常。
[0009]在根据本发明的上述方案的功能诊断系统中，从尿素水添加设备注入排气中的尿素水被供给至SCRF。然后，通过水解所供给的尿素水所产生的氨被吸附在于SCRF上负载的SCR催化剂上。在SCRF中，使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx。可以发现的是，即使当SCRF发生故障(诸如破损或者腐蚀)时(S卩，即使当PM捕集功能存在异常时)，SCRF的NOx转化功能也可以处于正常状态。还可以发现，如果SCRF的PM捕集功能存在异常，则即使当其NOx转化功能处于正常状态时供给至SCRF的尿素水也会从SCRF流出。
[0010]在捕集的PM沉积在PM传感器的电极之间的期间中，即在PM沉积重开始时间之后，尿素水被从尿素水添加设备注入。此时，如果发生如上所述的尿素水的流出，则尿素水会附着至PM传感器的电极之间，并且会影响PM传感器的输出值。因而，在预定PM沉积重开始时间之后连续监控PM传感器的输出值，该预定PM沉积重开始时间作为在传感器恢复处理完成之后假定PM在PM传感器的电极之间的沉积重新开始时的时间。当传感器恢复处理完成之后电压施加到PM传感器的电极之间时，电压施加开始时间可以被视为PM沉积重开始时间。而且，在传感器恢复处理完成之前当电压开始施加至PM传感器的电极时，传感器恢复处理完成的时间可以被视为PM沉积重开始时间。在该情况下，从传感器恢复处理完成时起经过了如下的预定期间后的时间点可以被视为PM沉积重开始时间:该预定期间是PM传感器的电极温度降低至捕集的PM不被氧化的程度为止所需的期间。
[0011]通过连续监控PM传感器的输出值，可以连续掌握PM传感器的输出值的举动。然后，基于SCRF的NOx转化功能处于正常状态时的PM传感器的输出值的举动，诊断SCRF的PM捕集功能。更具体来说，当判定出SCRF的NOx转化功能处于正常状态时，如果PM传感器的输出值降低，则ECU判定出SCRF的PM捕集功能存在异常。
[0012]从SCRF流出的PM被连续捕集在PM传感器的电极之间。因此，随着PM沉积量连续增加，PM传感器的输出值也连续增加。另一方面，如果尿素水从SCRF流出并且尿素水附着至PM传感器的电极之间，则沉积在电极之间的一部分PM可以因尿素水而脱落。在该情况下，沉积在电极之间的PM的量降低，并且PM传感器的输出值降低。因此，当连续增加的PM传感器的输出值在PM沉积重开始时间之后降低时，PM传感器的输出值的该举动极有可能指示尿素水附着至PM传感器的电极之间。然后，如果此时SCRF的NOx转化功能处于正常状态，则能够判定出尿素水的流出是由因SCRF中的故障(诸如破损或者腐蚀)所导致的PM捕集功能恶化引起的。因此，如果当判定出SCRF的NOx转化功能处于正常状态时PM传感器的输出值呈现上述举动，则能够判定出SCRF的PM捕集功能存在异常。
[0013]如上所述，能够使用设置在SCRF下游的排气通路中的PM传感器的输出值来诊断SCRF的PM捕集功能。而且，无需限制尿素水对SCRF的供给就能够诊断SCRF的PM捕集功能。因此，SCRF中的NOx转化率不易或者不可能由于限制从尿素水添加设备注入尿素水(例如，注入量降低或者停止注入)而降低。
[OOM]在根据本发明的上述方案的功能诊断系统中，ECU可以构造为，当电子控制单元判定出过滤器的NOx转化功能处于正常状态时，当连续监控的PM传感器的输出值不降低时，ECU基于在自PM沉积重开始时间起经过了预定判定期间时PM传感器的输出值来诊断过滤器的PM捕集功能。利用该布置，如果在自PM沉积重开始时间起经过预定判定期间之前PM传感器的输出值没有由于尿素水的影响而降低，则能够基于在自PM沉积重开始时间起经过了判定期间时获得的PM传感器的输出值，来诊断SCRF的PM捕集功能。
[0015]假定功能诊断系统仅基于在自PM沉积重开始时间起经过了判定期间时获得的PM传感器的输出值来诊断PM捕集功能。在该情况下，如果仅基于在自PM沉积重开始时间起经过了判定期间时获得的PM传感器的输出值来诊断PM捕集功能，当在预定判定期间中PM传感器的输出值由于尿素水附着至PM传感器的电极之间而降低时，即使SCRF的PM捕集功能实际上存在异常，也可能错误地判定出SCRF的PM捕集功能处于正常状态。而且，在该情况下，可以考虑当PM传感器的输出值在预定判定期间中降低时禁止执行对SCRF的PM捕集功能的诊断。但是，在该情况下，仅当在预定判定期间中PM传感器的输出值不降低时，才能够执行SCRF的PM捕集功能的诊断。这使得很难确保以充分高的频率来执行过滤器功能的诊断。这些问题可以通过结合两个类型的PM捕集功能的诊断来解决，正如在上述本发明的布置中的那样。
[0016]在根据本发明的以上方案的功能诊断系统中，ECU可以构造为，当电子控制单元判定出过滤器的NOx转化功能处于正常状态时，当连续监控的PM传感器的输出值降低时，ECU在PM沉积重开始时间之后限制从尿素水添加设备注入尿素水，并且基于在自PM沉积重开始时间起经过了预定判定期间时PM传感器的输出值来诊断过滤器的PM捕集功能。利用该布置，在尿素水对PM传感器的输出值的影响降低的条件下能够诊断SCRF的PM捕集功能。因此，能够以更高精确度诊断SCRF的PM捕集功能。当判定出SCRF的NOx转化功能处于正常状态时，如果连续监控的PM传感器的输出值降低，则作为诊断结果判定出SCRF的PM捕集功能存在异常，并且仅当获得该诊断结果时限制从尿素水添加设备注入尿素水。因而，相比于每当执行SCRF的PM捕集功能的诊断时限制从尿素水添加设备注入尿素水的情形，能够降低对注入尿素水实施限制的频率。因此，SCRF中的NOx转化率不易或者不可能由于对注入尿素水的限制而降低。
[0017]可以发现的是，在内燃机的排气系统中，从发动机排出的PM的一部分在其到达PM传感器前会一度附着至排气通路的壁或者附着至设置于排气通路中的各种结构(其将称为“排气系统结构”)，诸如SCRF的下游端面、催化剂以及还原剂添加设备(包括尿素水添加设备)。还发现的是，附着的PM会脱落并且到达PM传感器，在PM传感器处，脱落的PM被捕集在PM传感器的电极之间。在下文中，在一度附着至壁或者排气系统结构之后从排气通路的壁或者排气系统结构脱落的PM将称为“脱落PM”。当在从发动机排出的排气中包含的普通PM需要与“脱落PM”区分时，普通PM将称为“普通PM”。
[0018]如果脱落PM发生并且捕集在PM传感器的电极之间，则在从电压施加时间至经过预定判定期间后的时间的期间中，PM传感器的输出值会以与普通PM被捕集在电极之间的情形不同的方式表现或者变化。更具体来说，如果脱落PM被捕集在PM传感器的电极之间，则PM传感器的输出值相应增加。但是，注意的是，捕集在PM传感器的电极之间的脱落PM相比于普通PM更易于从电极之间去除。如果之前捕集在PM传感器的电极之间的脱落PM从电极之间去除，则PM传感器的输出值降低。即，发现的是，当产生脱落PM并且被捕集在PM传感器的电极之间时，在从电压施加时间至判定期间终止时间的期间中，即使当SCRF的PM捕集功能处于正常状态时也会降低PM传感器的输出值。
[0019]在根据本发明的上述方案的功能诊断系统中，ECU可以构造为判定预定的脱落PM发生条件是否满足。脱落PM发生条件是这样的条件:在该条件下能够发生之前附着至排气通路的壁或者附着至排气系统结构的PM从排气通路的壁或者排气系统结构脱落的现象。ECU可以构造为，当电子控制单元判定出过滤器的NOx转化功能处于正常状态并且电子控制单元判定出脱落PM发生条件不满足时，基于连续监控的PM传感器的输出值来诊断过滤器的PM捕集功能。利用该布置，即使SCRF的PM捕集功能实际处于正常状态，也不易或者不可能由