内燃机的排气净化系统的制作方法
【专利摘要】一种内燃机的排气净化系统，具备：捕集能力取得部，其基于对与从SCRF流出的排气相关的预定参数进行检测的排气传感器的检测值，来取得与PM捕集能力相关的信息；NOx净化能力取得部，其基于从SCRF流出的排气中的NOx量，来取得与NOx净化能力相关的信息，其中，在通过捕集能力取得部而取得的捕集能力处于预定的低捕集能力状态时，基于通过NOx净化能力取得部而取得的NOx净化能力来区别并判断出由SCRF所实现的PM捕集功能未被发挥的捕集异常状态、以及由排气传感器所实现的预定参数的检测功能未被发挥的传感器异常状态。由此，在具有SCRF的内燃机的排气净化系统中，正确地进行SCRF的异常判断。
【专利说明】
内燃机的排气净化系统
技术领域
[0001]本发明涉及内燃机的排气净化系统。
【背景技术】
[0002]以往，作为在内燃机的排气通道中所设置的排气净化装置，开发了一种将对排气中的NOx进行选择还原的选择还原型NOx催化剂(以下有时也称为“SCR催化剂”)负载于过滤器上的装置。过滤器对排气中的颗粒状物质(以下称为“PM”)进行捕集。SCR催化剂将氨(NH3)作为还原剂来对排气中的NOx进行还原。以下，将负载有此类SCR催化剂的过滤器称为“SCRF”。而且，在具有SCRF的内燃机的排气净化系统中，在SCRF的上游侧，配置有氧化催化剂及NOx净化用的尿素添加阀。通过如上述那样在排气净化系统中采用SCRF，从而能够在排气通道中的更靠上游侧配置SCR催化剂，因此该SCR催化剂变得易于通过排气的热量而被加热，从而能够实现SCR催化剂的暖机性的提高以及SCR催化剂的NOx净化率的提高。
[0003]此处，专利文献I所示的排气净化系统中也具备SCRF，在其破损判断中使用了设置在该过滤器的下游侧的PM传感器。由于假如过滤器发生破损等，则排气将集中流入该破损部位，因此该PM传感器的检测值将大幅上升。因此，利用该检测值上升来进行SCRF的破损判断。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:德国专利申请公开第102009000286号说明书
[0007]专利文献2:日本专利公开2013-181465号公报
[0008]专利文献3:日本专利公开2008-231978号公报
[0009]专利文献4:日本专利公开2007-107465号公报
【发明内容】
[0010]本发明要解决的问题
[0011 ]如上述现有技术所示，在具有SCRF的内燃机的排气净化系统中，能够通过在SCRF的下游侧配置PM传感器并利用其检测值来进行该异常判断。但是，在PM传感器自身变为本来的颗粒状物质的检测功能不能充分发挥的异常状态时，其检测值有可能会与正常时的值相比而大幅升高。在此种情况下，在如现有技术那样基于PM传感器的检测值来进行SCRF的异常判断时，即使SCRF是正常的但PM传感器的检测值也异常地高，因此其结果为，有可能会错误地判断为SCRF处于异常状态。
[0012]本发明是鉴于上述问题而实施的发明，其目的在于，在具有SCRF的内燃机的排气净化系统中正确地进行SCRF的异常判断。
[0013]用于解决问题的手段
[0014]在本发明中，为了解决上述问题，本申请的
【申请人】着眼于SCRF具有对颗粒状物质进行捕集的功能、以及对排气中的NOx进行选择还原净化的功能这一点。即，可以认为SCRF是用于实现同时发挥两种功能的排气净化的结构，在检测SCRF的异常时，优选为，充分考虑该SCRF特有的功能。
[0015]具体而言，本发明为一种内燃机的排气净化系统，具备:N0X净化过滤器，其为被设置于内燃机的排气通道中的对排气中的颗粒状物质进行捕集的过滤器，且以负载有选择还原型NOx催化剂的方式而形成，所述选择还原型NOx催化剂以氨作为还原剂来对排气中的NOx进行选择还原;还原剂供给部，其经由流入该NOx净化过滤器的排气来对所述NOx净化过滤器供给氨或氨的前驱体;捕集能力取得部，其基于对与从所述NOx净化过滤器流出的排气相关的预定参数进行检测的排气传感器的检测值，来取得与由所述NOx净化过滤器所实现的排气中的颗粒状物质的捕集能力相关的信息;NOx净化能力取得部，其基于从所述NOx净化过滤器流出的排气中的NOx量，来取得与由该NOx净化过滤器所实现的NOx净化能力相关的信息；判断部，其在所述捕集能力处于预定的低捕集能力状态时，基于所述NOx净化能力来区别并判断出由所述NOx净化过滤器所实现的颗粒状物质的捕集功能未被发挥的捕集异常状态、以及由所述排气传感器所实现的所述预定参数的检测功能未被发挥的传感器异常状态。
[0016]本发明所涉及的排气净化系统通过具备相当于所谓的SCRF的NOx净化过滤器(以下简称为“过滤器”)，从而能够同时进行由选择还原型NOx催化剂所实现的排气中的NOx净化、和由过滤器所实现的排气中的颗粒状物质的捕集。关于前者，通过利用由还原剂供给部向排气供给的作为还原剂的氨或其前驱体(以下称为“氨等”)而最终使氨吸附在过滤器所负载的选择还原型NOx催化剂上，从而进行与NOx的选择还原反应。另一方面，关于后者，排气中的颗粒状物质通过过滤器而被捕集，从而抑制了向外部的释放。
[0017]在上述排气净化系统中，实施了由判断部所进行的与过滤器和排气传感器相关的异常判断。此处，排气传感器为，用于检测与从过滤器流出的排气相关的预定参数、例如排气中的颗粒状物质量及排气的压力等的传感器。而且，捕集能力取得部利用该排气传感器的检测值，来取得与由过滤器所实现的颗粒状物质的捕集能力相关的信息。作为该信息的一例可列举出如下的捕集率，所述捕集率为，表示流入过滤器的排气内所含的颗粒状物质中何种程度的颗粒状物质被过滤器所捕集的参数。因此，如果根据内燃机的运转状态以及其他传感器来取得流入过滤器的排气中所含的颗粒状物质量，则捕集能力取得部能够与上述排气传感器的检测值一起而取得作为捕集能力的捕集率。此外，在使用检测过滤器的上游侧和下游侧的排气差压的差压传感器来作为排气传感器的情况下，能够根据差压传感器的检测值的变化量来掌握过滤器捕集的颗粒状物质量的变化，由此，捕集能力取得部能够取得作为捕集能力的捕集率。如此，上述排气传感器只要是根据从过滤器流出的排气而对反映有过滤器所进行的颗粒状物质的捕集能力的参数进行检测的传感器，则也可以采用上述PM传感器及差压传感器以外的传感器。
[0018]而且，上述排气净化系统具有NOx净化能力取得部，由此取得了与NOx净化能力相关的信息，所述NOx净化能力为，表示通过过滤器所负载的选择还原型NOx催化剂而能够以何种程度对流入过滤器的排气中的NOx进行净化的参数。作为该信息的一例，可列举出由过滤器所实现的NOx净化率。此处，NOx净化能力取得部也与捕集能力取得部同样地，通过至少使用从过滤器流出的排气的NOx量，来进行作为NOx净化能力的NOx净化率的取得。例如，通过利用设置在过滤器的下游侧的NOx传感器的检测值，并通过基于内燃机的运转状态而实施的推断以及其他传感器的检测值，来获得流入过滤器的排气中的NOx量，从而能够取得作为NOx净化能力的NOx净化率。
[0019]此处，如果考虑到过滤器是SCRF，则在过滤器中产生了不能发挥该颗粒状物质的捕集功能的捕集异常状态时，在过滤器的下游侧将流出未充分除去颗粒状物质的排气，且在该排气中，由负载于过滤器上的选择还原型NOx催化剂所实现的排气净化能力未充分地发挥作用。因此，在过滤器的捕集异常状态发生时，通过上述捕集能力取得部而取得的捕集能力和通过上述NOx净化能力取得部而取得的NOx净化能力均与正常时相比而恶化。另一方面，关于在现有技术中不能充分地检测出的、排气传感器的检测功能未被发挥的传感器异常状态，由于即使发生该异常状态但过滤器本身也是正常的，因此，虽然由上述捕集能力取得部所取得的捕集能力受到排气传感器的异常检测值的影响，但至少NOx净化能力未受到该影响。
[0020]因此，判断部充分考虑作为SCRF的过滤器的功能，在捕集能力处于预定的低捕集能力状态时，判断部能够基于NOx净化能力，来区别并判断出过滤器的捕集异常状态和排气传感器的传感器异常状态。由此，本发明所涉及的排气净化系统能够适当地检测出过滤器的异常状态。
[0021]此外，如上所述，作为与由过滤器所实现的捕集能力相关的信息而能够例示出捕集率，且作为与由过滤器所实现的NOx净化能力相关的信息而能够例示出NOx净化率。即可以设为，所述捕集能力取得部基于所述排气传感器的检测值，来取得由所述NOx净化过滤器所实现的排气中的颗粒状物质的捕集率，以作为与所述捕集能力相关的信息，所述NOx净化能力取得部基于从所述NOx净化过滤器流出的排气中的NOx量，来取得由该NOx净化过滤器所实现的NOx净化率，以作为与所述NOx净化能力相关的信息。在此情况下，所述判断部在所述捕集率处于与所述预定的低捕集能力状态相对应的预定的低捕集率区域时，基于所述NOx净化率来区别并判断出所述捕集异常状态和所述传感器异常状态。该预定的低捕集率区域是从颗粒状物质的捕集率的侧面来特定NOx净化过滤器的捕集功能未被发挥的状态的捕集率的范围。
[0022]此处，在上述内燃机的排气净化系统中可以采用如下结构，S卩，在由所述判断部所进行的判断中，作为所述NOx净化率所属的区域而至少设定有预定的低净化率区域、和与该预定的低净化率区域相比NOx净化率相对较高的预定的高净化率区域。而且可以设定为，所述判断部在所述捕集率处于所述预定的低捕集率区域、且所述NOx净化率处于所述预定的低净化率区域时，判断为所述NOx净化过滤器处于所述捕集异常状态，在所述捕集率处于所述预定的低捕集率区域、且所述NOx净化率处于所述预定的高净化率区域时，判断为所述排气传感器处于所述传感器异常状态。
[0023]作为由NOx净化能力取得部取得的NOx净化率所属的区域，至少设定有低净化率区域和高净化率区域。如上所述，这两个区域是与过滤器的捕集异常状态和排气传感器的传感器异常状态相关联的区域。在作为SCRF的过滤器成为捕集异常状态时，由过滤器所实现的捕集率与正常时相比而下降(B卩，由于不能适当地进行颗粒状物质的捕集，因此过滤器的下游侧的排气中的颗粒状物质量与正常时相比而增加)，并且NOx净化率也下降(S卩，由于不能适当地进行NOx净化，因此NOx量与正常时相比而增加)。依据这一点，低净化率区域是与过滤器的捕集异常状态相关联的区域。另一方面，在SCRF为正常但排气传感器为传感器异常状态时，由过滤器所实现的捕集率也与正常时相比而较低(即，虽然由过滤器所实现的颗粒状物质的捕集被适当地实施，但是，反映了异常的传感器输出值)，并且NOx净化率维持正常的值(即，由于过滤器没有异常，因此不会受到排气传感器的影响而取得了适当的NOx净化率)。因此，依据这一点，高净化率区域是与排气传感器的传感器异常相关联的区域。如此，通过与SCRF所具有的功能相关联地设定NOx净化率所属的区域，从而能够适当地区别并判断出过滤器的捕集异常状态和传感器的传感器异常状态。
[0024]此处，此前所述的内燃机的排气净化系统还可以采用如下结构，S卩，还具备捕集率补正部，该捕集率补正部基于所述NOx净化过滤器中所捕集到的颗粒状物质量而对所述捕集率进行补正，在该情况下，所述判断部在由所述捕集率补正部补正后的捕集率处于所述预定的低捕集率区域时，进行基于由所述NOx净化能力取得部所取得的NOx净化率而进行的所述判断。用于判断过滤器的捕集功能的上述捕集率优选为，基于由过滤器所实现的捕集功能是否能够实质性地发挥作用这一观点来取得。此处，通常情况下，由于在过滤器处的颗粒状物质的堆积量较少的情况下由过滤器内的细孔所进行的捕集会被高效地进行，因此处于过滤器本来的捕集易于实施的状况。另一方面，在过滤器处的颗粒状物质的堆积量增加时，细孔内将被堵塞，从而颗粒状物质变得易于堆积在过滤器的表层，因而处于堆积量增加并且该表层的堆积部分的比例增加的倾向。这种表层的颗粒状物质的堆积难以说成是过滤器本来的捕集。因此，如上所述，在考虑此类过滤器中的颗粒状物质的实质的捕集状态并反映由捕集率补正部补正后的捕集率的基础上，进行由判断部所进行的判断。由此，能够正确地判断过滤器的捕集功能，从而能够正确地执行上述过滤器及传感器的异常判断。
[0025]而且，在此前所述的内燃机的排气净化系统中，还可以采用如下结构，S卩，还具备NOx净化率补正部，该NOx净化率补正部基于所述NOx净化过滤器中所捕集到的颗粒状物质量而对所述NOx净化率进行补正，所述判断部在所述捕集率处于所述预定的低捕集率区域时，进行基于被所述NOx净化率补正部补正后的NOx净化率而进行的所述判断。为了区别过滤器的捕集异常状态和排气传感器的传感器异常状态，上述NOx净化率优选为，反映由负载在过滤器上的选择还原型NOx催化剂所实现的NOx净化能力的实质性的作用程度的参数。此处，在过滤器中颗粒状物质的堆积量增加时，由于选择还原型NOx催化剂的表面将被颗粒状物质覆盖，并且选择还原型NOx催化剂周围的NO2量将减少，因此成为了作为SCRF实质上具有的NOx净化能力降低的状态。尽管这种状况实际上从NOx净化功能的观点来看处于正常的状态，但是，偏向于将NOx净化率过低地估算的方向，从而可能会对由判断部所进行的判断产生负面影响。因此，如上所述，在考虑此类过滤器的颗粒状物质的实质的捕集状态，并反映由NOx净化率补正部补正后的NOx净化率的基础上，进行由判断部所进行的判断。由此，能够正确地判断过滤器的NOx净化能力，从而能够正确地执行上述过滤器及传感器的异常判断。
[0026]此外，在上述发明中，通过对捕集率及NOx净化率进行补正，从而实现了消除实际的捕集能力与捕集率的背离、以及实际的NOx净化能力与NOx净化率的背离，从而提高了由判断部所实现的判断精度。取代该方式，通过基于颗粒状物质量来对划分预定的低捕集率区域和预定的低净化率区域的阈值进行补正，同样也能够提高由判断部所实现的判断精度。具体而言，在上述内燃机的排气净化系统中还可以采用如下结构，即，还具备捕集率阈值补正部，该捕集率阈值补正部基于所述NOx净化过滤器中所捕集到的颗粒状物质量，来对划分所述预定的低捕集率区域的捕集率的上限阈值进行补正。而且，所述判断部在所述捕集率处于由被所述捕集率阈值补正部补正后的所述上限阈值所划分出的补正低捕集率区域时，进行基于由所述NOx净化能力取得部取得的NOx净化率而进行的所述判断。
[0027]此外，在上述的内燃机的排气净化系统中还可以采用如下结构，S卩，还具备净化率阈值补正部，该净化率阈值补正部基于所述NOx净化过滤器中所捕集到的颗粒状物质量，来对划分所述预定的低净化率区域和所述预定的高净化率区域的NOx净化率的阈值进行补正。而且，所述判断部在所述捕集率处于所述预定的低捕集率区域、且所述NOx净化率处于由被所述净化率阈值补正部补正后的所述NOx净化率的阈值所划分出的补正高净化率区域时，判断为所述排气传感器处于所述传感器异常状态。
[0028]此处，在此前所述的内燃机的排气净化系统中还可以采用如下结构，S卩，所述捕集异常状态包括由所述NOx净化过滤器的破裂所导致的破损状态、所述NOx净化过滤器的熔损状态、所述NOx净化过滤器的未设置状态中的至少一个。
[0029]此外，在此前所述的内燃机的排气净化系统中还可以采用如下结构，S卩，还具备告知部，该告知部将所述判断部所产生的判断结果告知使用者。由此，能够正确地向使用者告知该判断结果，且能够督促过滤器和排气传感器的更换、修理等。
[0030]发明效果
[0031]根据本发明，在具有SCRF的内燃机的排气净化系统中，能够正确地进行SCRF的异常判断。
【附图说明】
[0032]图1为表示本发明所涉及的内燃机的排气净化系统的概要结构的图。
[0033]图2为在本发明所涉及的内燃机的排气净化系统中被执行的、用于与SCRF相关的异常判断的第一控制流程图。
[0034]图3为表示在图2所示的异常判断控制中通过SCRF的NOx净化率和PM捕集率而划分出的控制区域的第一图。
[0035]图4为表示在图2所示的异常判断控制中通过SCRF的NOx净化率和PM捕集率而划分出的控制区域的第二图。
[0036]图5为表示本发明涉及的内燃机的排气净化系统的另一概要结构的图。
[0037]图6为在本发明涉及的内燃机的排气净化系统中被执行的、用于与SCRF相关的异常判断的第二控制流程图。
[0038]图7为在本发明涉及的内燃机的排气净化系统中被执行的、用于与SCRF相关的异常判断的第三控制流程图。
[0039]图8为表示与在图7所示的异常判断控制中进行的NOx净化率的补正相关的PM堆积量和补正系数的相关关系的图。
[0040]图9为表示与在图7所示的异常判断控制中进行的PM捕集率的补正相关的PM堆积量和补正系数的相关关系的图。
【具体实施方式】
[0041]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本实施例记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只要没有特别地记载，则并不表示将本发明的技术范围仅限定于此的含义。
[0042]实施例1
[0043]基于附加在说明书中的附图来对本发明所涉及的内燃机的排气净化系统的实施例进行说明。图1为表示本实施例所涉及的内燃机的排气净化系统的概要结构的图。内燃机I为车辆驱动用的柴油发动机。但是，本发明涉及的内燃机并不限于柴油发动机，也可以是汽油发动机等。
[0044]在内燃机I上连接有排气通道2 ο在排气通道2上设置有SCRF4，该SCRF4以将选择还原NOx催化剂(以下简称为“SCR催化剂”)负载于对排气中的颗粒状物质(PM)进行捕集的壁流型过滤器上的方式而形成，其中，所述选择还原NOx催化剂以氨作为还原剂来对排气中的NOx进行选择还原。而且，为了在负载于SCRF4上的SCR催化剂中生成作为还原剂而发挥作用的氨，从而利用位于SCRF4的上游侧的供给阀7而将储存于尿素罐8中的作为氨的前驱体的尿素水向排气中进行供给。从供给阀7供给的尿素水因排气的热而水解并生成氨，在该氨到达SCRF4时将被SCRF上所负载的SCR催化剂吸收。而且，发生氨和排气中的NOx的还原反应，从而进行NOx的净化。在本实施例中，如上所述，从供给阀7供给尿素水，但是，也可取代于此而将氨或氨水直接向排气中进行供给。
[OO45 ]在S CR4的下游侧，设有用于使从S CRF 4输送来的氨氧化的氧化催化剂(以下称为“ASC催化剂”)5。此外，ASC催化剂5也可以是通过将氧化催化剂和以氨为还原剂来对排气中的NOx进行还原的SCR催化剂进行组合而构成的催化剂。在该情况下，例如，可通过在以氧化招(AI2O3)和沸石等为材料的载体上负载铀(Pt)等贵金属而形成氧化催化剂，也可以通过在以沸石为原料的载体上负载铜(Cu)或铁(Fe)等卑金属而形成SCR催化剂。通过将ASC催化剂5设为这种构成的催化剂，从而能够使排气中的HC、CO及氨氧化，而且，能够通过使氨的一部分氧化从而生成NOx并且利用剩余的氨而对该生成的NOx进行还原。
[0046]而且，在SCRF4及供给阀7的上游侧，设有具有氧化功能的氧化催化剂3。而且，能够经由流入氧化催化剂3的排气而向氧化催化剂3供给内燃机I的燃料(燃料成分)的燃料供给阀6被配置于该氧化催化剂3的上游侧。从燃料供给阀6被供给到排气中的燃料成分通过氧化催化剂3而被氧化，并能够使流入位于下游的SCRF4中的排气的温度上升。
[0047]而且，在SCRF4的上游侧，设有对流入SCRF4的排气中的NOx量进行检测的NOx传感器1，在SCRF4的下游侧，设有对从SCRF4流出的排气中的NOx量进行检测的NOx传感器11和对该排气所含的PM量进行检测的PM传感器12。而且，在内燃机I上同时设置有电子控制单元(ECU)20，该ECU20为，对内燃机I的运转状态和排气净化系统等进行控制的单元。在ECU20上，除了上述NOx传感器10、11、PM传感器12之外，还电连接有曲轴位置传感器21及加速器开度传感器22和未图示的设置在内燃机I的进气系统中的空气流量计等，各传感器的检测值被发送到ECU20。因此，E⑶20能够掌握基于空气流量计的检测值而获得的吸入空气量、基于该吸入空气量而计算出的排气流量、基于曲轴位置传感器21的检测而获得的内燃机转数、基于加速器开度传感器22的检测而获得的内燃机负载等与内燃机I的运转状态相关的参数。
[0048]另外，在本实施例中，流入SCRF4的排气中的NOx能够由NOx传感器10检测出，但是，由于从内燃机I排出的排气(由SCRF4净化前的排气、S卩流入SCRF4中的排气)中所含的NOx量与内燃机的运转状态具有关联性，因此，也能够基于上述内燃机I的运转状态来进行推断。
[0049]而且，根据以上述方式而被检测、推断出的排气中的NOx量(NOx浓度)，E⑶20向供给阀7发出指示，并将NOx的还原净化中所需的量的尿素水向排气中进行供给。例如，可以使由以下的式I所决定的由SCRF4所实现的NOx净化率收敛于从排气净化的观点出发为优选的预定范围内的方式，对来自供给阀7的尿素水进行控制，此外，作为其他方法，可根据上游侧的NOx传感器1的输出来决定来自供给阀7的尿素水供给量。
[0050]NOx净化率=1-(N0X传感器11的检测值)/(N0x传感器10的检测值) (式I)
[0051]在以上述方式而构成的内燃机I的排气净化系统中，如上所述，通过根据排气中的NOx量来实施从供给阀7的尿素水的供给，从而执行由SCRF4所进行的NOx净化，并且利用SCRF4的过滤功能来捕集排气中的PM。此处，通过进行由SCRF4所进行的NOx净化及PM捕集，从而利用附加在SCRF4上的热负载和外部因素等来发现与SCRF4相关联的各种异常状态。因此，在本发明所涉及的排气净化系统中，实施以下所示的用于判断与SCRF4相关联的异常状态的异常判断控制，并基于图2来对该控制进行说明。而且，图2所示的异常判断控制通过执行存储于ECU20中的控制程序而被实施，且通过该异常判断控制而判断出的异常状态如下。
[0052](判断出的异常状态)
[0053](1)SCRF4的捕集异常状态
[0054]该捕集异常状态意指由SCRF4所实现的PM的捕集功能未被发挥、且PM未被充分捕集的排气流出到SCRF4的下游侧的状态。例如，可例示出在SCRF4的基材产生裂纹(破裂)、且因该裂纹部位从而不能进行充分的PM捕集的破损状态。此外，可例示出在对SCRF4中所捕集到的PM进行氧化去除的情况下，因该氧化热而使SCRF4成为过度高温的状态进而使该基材熔化、且因该熔损部位从而不能进行充分的PM捕集的熔损状态。而且，在内燃机I的排气净化系统中，由于在成为SCRF4本身被拆下的状态、即成为未设置状态的情况下，事实上也不能进行由SCRF4所进行的PM捕集，因此也可包括于该捕集异常状态中。
[0055](2)PM传感器12的传感器异常状态
[0056]该传感器异常状态意指由PM传感器12所实现的PM量的检测功能未被发挥、且检测到与实际的排气中的PM量相比而较高的PM量的状态。即，在发现该传感器异常状态时，由PM传感器12所获得的检测结果为，将实际的排气中的PM量过大地估算的结果。
[0057](3)SCRF4上所负载的SCR催化剂的劣化状态或与尿素水供给相关的异常状态(以下称为“催化剂等异常状态”)
[0058]该催化剂等异常状态是与由SCRF4所进行的NOx净化相关联的异常状态。例如可例示出SCRF4上所负载的SCR催化剂发生劣化从而不能适当地体现由SCRF4所实现的NOx净化功能的劣化状态。此外，还可以例示出因由供给阀7供给的尿素水浓度低于预定的浓度、或者供给阀7所供给的尿素水量少于本来应当供给的量，从而不能适当地体现出由SCRF4所实现的NOx净化功能的与尿素水供给相关的异常状态。
[0059]接下来，基于图2来说明用于判断出上述异常状态的异常判断控制。而且，该异常判断控制在进行由SCRF4所进行的NOx净化时、即在SCRF4上所负载的SCR催化剂的温度到达适合于NOx净化的温度范围时被执行，优选为，在从供给阀7进行尿素水的供给时被执行。首先，在步骤SlOl中，基于NOx传感器10及NOx传感器11的检测值，并依据上述式I而计算出由SCRF4所实现的NOx净化率。NOx净化率是表示利用SCRF4上所负载的SCR催化剂的NOx净化功能来还原净化NOx的能力的参数。在NOx净化率的计算之际，如上所述，在NOx净化率的计算时，也可以利用根据内燃机I的运转状态而推断出的流入SCRF4的排气中的NOx量，来代替NOx传感器10的检测值。在SlOl的处理结束时，进入S102。
[0060]在S102中，基于PM传感器12的检测值来计算出由SCRF4所实现的PM捕集率。PM捕集率是表示利用SCRF4的过滤功能来捕集排气中的PM的能力的参数。在PM捕集率的计算时，流入SCRF4的排气中的PM量与内燃机I的运转状态具有关联性，因此，可基于其运转状态(内燃机转速和内燃机负载等)来推断出流入SCRF4的排气中的PM量。而且，PM捕集率根据以下的式2来进行计算。
[0061 ] PM捕集率=I 一(PM传感器12的检测值)/(流入SCRF4的排气中的推断PM量)(式2)
[0062]在S102的处理结束时，进入S103。
[0063]在S103中，对SlOl中计算出的NOx净化率是否在预定的NOx净化率NI以下进行判断。该预定的NOx净化率NI是用于判断由SCRF4所进行的NOx净化是否被适当地进行的阈值。如上所述，在通过本异常判断控制而进行判断的异常判断中，包括(1)SCRF4的捕集异常状态和
(3)催化剂等异常状态。由于SCRF4具有在过滤器上负载SCR催化剂的结构，因此，在发现SCRF4的捕集异常状态时，由于根据情况排气会流入裂纹部位、熔损部位等的不存在SCRF的空间，因此其结果为，该排气将成为未被实施由SCR催化剂所实现的NOx净化作用，从而NOx没有被充分净化，且NOx净化率可能会下降。此外，在催化剂等异常状态下，虽然如捕集异常状态那样在过滤器侧没有问题，但其为与过滤器上所负载的SCR催化剂或尿素水供给相关的异常，在该情况下，NOx也没有被充分净化，且NOx净化率可能会下降。因此，在本实施例中，考虑到这些异常状态下的NOx净化率的下降程度，以能够将两种异常状态与这两者以外的异常状态及正常状态区别开的方式而设定上述阈值NI。在S103中作出肯定判断时，进入S104，在S103中作出否定判断时，进入S107。
[0064]接着，在S104中，对S102中计算出的PM捕集率是否在预定的PM捕集率Pl以下进行判断。该预定的PM捕集率Pl为，用于判断由SCRF4所进行的PM捕集是否被适当地进行的阈值。如上所述，在通过本异常判断控制而进行判断的异常判断中，包括(1)SCRF4的捕集异常状态和(2)传感器异常状态。在SCRF4的捕集异常状态下，由于根据情况而排气流入裂纹部位和熔损部位等的不存在SCRF的空间，因此其结果为，对于该排气未进行由过滤器所进行的PM捕集，从而没有充分捕集PM，且PM捕集率可能会下降。此外，在传感器异常状态下，由于虽然如捕集异常状态那样在过滤器侧没有问题，但是在PM传感器12的检测功能上发生问题，因此会检测到与实际的PM量相比而过大的PM量，从而根据上述式2而计算出的PM捕集率可能会下降。因此，在本实施方式中，考虑到这些异常状态下的PM捕集率的下降程度，以能够将两种异常状态与这两者以外的异常状态及正常状态区别开的方式而设定上述阈值P1。在S104中作出肯定判断时，进入S105，在S104中作出否定判断时，进入S106。
[0065]此外，在步骤S103中作出否定判断后的S107中，与S104同样地，判断在S102中计算出的PM捕集率是否在预定的PM捕集率Pl以下。而且，在S107中作出肯定判断时，进入S108，在S107中作出否定判断时，进入S109。
[0066]此处，对于S105、S106、S108、S109中的各处理，基于图3来进行说明。图3为，使由S1I中所计算出的SCRF4的NOx净化率和S12中所计算出的SCRF4的PM捕集率所划分出的四个控制区域Rl?R4、与由本异常判断控制而判断出的异常状态及正常状态相关联的图。而且，在图3中，PM捕集率在预定的PM捕集率Pl以下的区域相当于本发明涉及的预定的低捕集率区域。此外，NOx净化率在预定的NOx净化率NI以下的区域相当于本发明涉及的预定的低净化率区域，NOx净化率大于预定的NOx净化率NI的区域相当于本发明涉及的预定的高净化率区域。
[0067]而且，在NOx净化率和PM捕集率属于区域Rl的情况下，即异常判断控制的处理进入S105的情况下，判断为发现了上述(I)捕集异常状态。这是考虑到当在内燃机I的排气净化系统中发现捕集异常状态时，将不能同时适当地进行由SCRF4所进行的PM捕集和NOx净化的情况。此外，在NOx净化率和PM捕集率属于区域R2的情况下，即异常判断控制的处理进入S108的情况下，判断为发现了上述(2)传感器异常状态。这是考虑到当在内燃机I的排气净化系统中发现捕集异常状态时，将会在适当地维持由SCRF4所进行的NOx净化的同时，因传感器异常而不能适当地计算出PM捕集率的情况。如此，在本异常判断控制中，在NOx净化率和PM捕集率属于预定的低捕集率区域的情况下，通过以NOx净化率为基准来进一步判断NOx净化率和PM捕集率属于预定的低净化率区域还是属于预定的高净化率区域，从而结果将区别并判断出捕集异常状态及传感器异常状态。
[0068]此外，在NOx净化率和PM捕集率属于区域R3的情况下，即异常判断控制的处理进入S106的情况下，判断为发现了上述(3)催化剂等异常状态。这是考虑到当在内燃机I的排气净化系统中发现催化剂等异常状态时，将会在适当地维持由SCRF4所进行的捕集功能的同时，无法适当地发挥NOx净化功能的情况。而且，在NOx净化率和PM捕集率属于区域R4的情况下，即异常判断控制的处理进入到S109的情况下，作出正常判断。在该情况下，意味着至少没有发现与SCRF4的捕集功能及在NOx净化功能相关的异常状态及PM传感器12的异常状态。
[0069]在3105、3106、3108、3109的处理结束时，结束本异常判断控制。根据本控制，在基于NOx净化率和PM捕集率而设想为SCRF4的PM捕集未被适当地进行的状况下，能够明确地区别并判断出捕集异常状态和传感器异常状态。而且，由于还能够区别并判断出与SCRF4负载的SCR催化剂等相关的催化剂等异常状态，因此其结果为，能够实现与SCRF4相关的正确的异常状态判断。另外，在本实施例中，在判断出任意一种异常状态时，为了向内燃机I的使用者告知发现了该异常状态的状况，可使指示器点亮。该指示器可以与每种异常状态对应地设置，也可以采用以下结构，即，在发现任何异常状态时都使一个指示器点亮并另行访问ECU20等的处理结果来对其详细情况进行确认。
[0070](变形例I)
[0071]虽然在上述实施例中，通过NOx净化率和PM捕集率而被划分出的各控制区域是用与NOx净化率相关的阈值NI和与PM捕集率相关的阈值Pl来区分开的，但是，在本变形例中，如图4所示，将用于区别与捕集异常状态相关联的区域Rl和与传感器异常状态相关联的区域R2的NOx净化率的阈值设为NI’，将用于区别与催化剂等异常状态相关联的区域R3和与正常状态相关联的区域R4的NOx净化率的阈值设为与NI’不同的N2’。如上述那样设定不同的两个阈值NI’和N2 ’是考虑到通过区别捕集异常状态下的裂纹部位等的存在所导致的NOx净化率的下降程度和催化剂等异常状态下的SCR催化剂的劣化所导致的NOx净化率的下降程度，从而能够适当地进行捕集异常状态和传感器异常状态、或者催化剂等异常状态和正常状态的区别。
[0072]此外，同样地，不仅可以将与PM捕集率相关的阈值设定为阈值Pl，也可以设定为其他阈值。而且，在此情况下，关于区域R1、R2的相关关系，将区域Rl设定于低净化率侧，将区域R2设定于高净化率侧。
[0073](变形例2)
[0074]虽然在上述实施例中，是利用设置在SCRF4的下游侧的PM传感器12的检测值来计算出SCRF4所形成的PM捕集率的，但是，取而代之，也可以如图5所示，利用对SCRF4上游侧的排气压力和下游侧的排气压力的差压进行检测的差压传感器13的检测值，来计算出由SCRF4所实现的PM捕集率。而且，图5是表示本变形例所涉及的内燃机I的排气净化系统的另一概要结构的图，在该排气净化系统中，对与图1所示的排气净化系统实质相同的结构标注相同的参照标记并省略其详细说明。在此情况下，可根据从内燃机I排出的PM量的推断值和基于差压传感器的检测值而推断出的在SCRF4中堆积的PM量的相关关系，来计算出由SCRF4所实现的PM捕集率。具体而言，基于内燃机I的运转状态(内燃机负载、内燃机转速等)来推断在预定期间内从内燃机I排出的PM量。而且，通过根据相同期间内的差压传感器13的检测值的增加量而推断出的、SCRF4处的PM堆积量的增加量和推断出的排出PM量的比较，从而能够计算出PM捕集率。而且，对于利用差压传感器13的检测值的PM堆积量的推断是现有技术的内容，因此，省略其详细说明，但是，通过在该推断时考虑排气流量和排气温度，从而能够实现更准确的PM堆积量的增加量的推断。而且，通过上述异常判断控制而被判断出的异常状态，取代PM传感器12的传感器异常状态而成为该差压传感器的传感器异常状态，这将意味由该差压传感器而实现的差压的检测功能未被发挥，从而将会检测出与实际的差压相比而较低的差压的状态。
[0075](变形例3)
[0076]在此前所述的实施例中，使用PM捕集率来作为表示SCRF4的捕集能力的参数，并使用NOx净化率来作为表示SCRF4的NOx净化能力的参数。代替该形式，也可以使用SCRF4下游侧的排气中的PM浓度来作为该捕集能力，并使用SCRF4下游侧的排气中的NOx浓度来作为该NOx净化能力。在该情况下，PM浓度由PM传感器而检测出，该PM浓度越高则意味着捕集能力越降低。而且，在该PM浓度超过预定浓度时，SCRF4将达到预定的低捕集能力。此外，NOx浓度由NOx浓度传感器而检测出，该NOx浓度越高则意味着NOx净化能力越降低。
[0077]实施例2
[0078]如上述实施例所示，在本发明涉及的内燃机I的排气净化系统中，在利用NOx净化率及PM捕集率来判断与SCRF4相关的异常状态的情况下，优选为，这些参数能够正确地反应由SCRF4所实现的NOx净化能力及PM捕集能力。但是，可以认为，在PM被捕集且堆积在SCRF4上时，根据该PM的堆积程度，从而在本来的SCRF4的NOx净化能力及PM捕集能力与计算出的NOx净化率及PM捕集率之间会产生偏差。这是由于NOx净化率及PM捕集率这两个参数分别利用NOx传感器10、11及PM传感器12的检测值而被计算出所导致的。在发生这种偏差时，有可能会对与上述SCRF4相关的异常判断的判断精度产生负面影响。因此，基于图6来说明用于执行与SCRF4相关的更正确的异常判断的异常判断控制。
[0079]此处，对于图6所示的异常判断控制中所包含的各处理中的与图2所示的异常判断控制中所包含的处理相同的处理，标注相同的参照标记并省略其详细说明。而且，在本实施例中，在S102的处理结束时，进行S201的处理。在S201中，进行在SCRF4中被捕集并堆积的PM量的计算。具体而言，利用在进行了SCRF4中所捕集的PM的氧化除去后的期间内的、基于内燃机I的运转履历(燃料喷射量和内燃机转速等)而计算出的从内燃机I被排出的排气中的PM的量，以及在S102中计算出的PM捕集率的履历等，来进行SCRF4中所堆积的PM量的计算。以上述方式来计算SCRF4的PM堆积量的理由在于，由SCRF4所实现的PM捕集功能和NOx净化功能会受到该PM堆积量的影响而变动，并可能会对与SCRF4相关的异常判断的精度产生影响。在S201的处理结束时，进入S202。
[0080]在S202中，基于在S201中计算出的PM堆积量来对在S103的判断中所使用的阈值NI和在S104及S107的判断中所使用的阈值Pl进行补正。阈值NI如上所述，是用于判断SCRF^9NOx净化能力是否处于相对较低的状态的、与NOx净化率相关的阈值。在SCRF4中的PM堆积量增加时，SCRF4中所负载的SCR催化剂的表面将被PM覆盖，从而会促进堆积的PM和排气中的NO2的反应而使供给到NOx还原的NO2量减少，因此，成为作为SCRF4而实质上所具有的NOx净化能力降低的状态。这种状况为所计算出的NOx净化率没有适当反映出SCRF4的实际NOx净化能力的状态，其可能会对异常判断控制产生负面影响。因此，为了缓和该NOx净化率和SCRF4的实际NOx净化能力的偏差的影响，从而对与NOx净化率相关的阈值NI进行了补正。具体而言，依据在PM堆积量增加时NOx净化能力将会降低的情况，从而以随着PM堆积量的增加而使阈值NI减小的方式进行补正。
[0081 ]此外，阈值Pl如上所述是用于判断SCRF4的PM捕集能力是否为相对较低的状态的、与PM捕集率相关的阈值。由于在SCRF4处中的PM堆积量较少的情况下能够高效地进行由过滤器内的细孔所进行的捕集，因此处于易于进行实质上的由过滤器所进行的捕集的状况，但是，在PM堆积量增加时细孔内将被堵塞，从而PM变得易于堆积在过滤器的表层，且随着堆积量的增加其该表层的堆积部分的比例将增加。这种表层处的PM捕集可以说是被拉高了的PM捕集，而难以说是实现了 SCRF4本来的捕集功能的结果。此种状况为，所计算出的PM捕集率没有适当地反映出SCRF4实际的PM捕集能力的状态，其会对异常判断控制中的异常判断造成负面影响。因此，为了缓和该PM捕集率和SCRF4的实际PM捕集能力的偏差的影响，从而对与PM捕集率相关的阈值Pl进行了补正。具体而言，依据在PM堆积量增加时PM捕集能力将提高的情况，从而以随着PM堆积量的增加而使阈值Pl增大的方式进行补正。
[0082]在S202的处理结束时，利用被补正后的阈值【、？1来进行3103、3104、3107的判断处理。由此，能够缓和由计算出的PM捕集率、NOx净化率和实际的SCRF4的PM捕集能力、NOx净化能力的背离所引起的、对于异常判断控制的判断精度的影响。
[0083](变形例)
[0084]此处，基于图7至图9来对缓和了由上述背离所引起的对异常判断控制的判断精度的影响的实施例的变形例进行说明。而且，对于图7所示的异常判断控制中所包含的各处理中的与图2、图6所示的异常判断控制中所包含的处理相同的处理，标注相同的参照标记并省略其详细说明。而且，在本实施例中，进行S203的处理以代替上述S202的处理。
[0085]在S203中，基于在S201中计算出的PM堆积量，来进行SlOl中计算出的NOx净化率和S102中计算出的PM捕集率的补正。首先，基于图8来对NOx净化率的补正进行说明。如上所述，在SCRF4中的PM堆积量增加时，成为作为SCRF4而实质上具有的NOx净化能力降低的状态。因此，考虑到上述堆积PM对NOx净化率所造成的影响，而在S203中计算出对在SI OI中计算出的NOx净化率进行补正的补正系数Cl。具体而言，依据图8所示的PM堆积量和补正系数Cl的相关关系，来进行该补正系数Cl的计算。如上所述，随着PM堆积量增加，SCRF4本来的NOx净化能力降低，因此，为了计算出与本来的NOx净化能力相对应的NOx净化率，作为一例，以随着PM堆积量增加而使补正系数Cl以对数形式而增加的方式，设定了 PM堆积量和补正系数Cl的相关关系。而且，SlOl中计算出的NOx净化率与补正系数Cl相乘而得的值被设为补正后的NOx净化率。
[0086]接着，基于图9来说明PM捕集率的补正。如上所述，在PM堆积量增加时，成为作为SCRF4而实质上所具有的PM捕集能力提高的状态。因此，考虑到上述堆积PM对PM捕集率所造成的影响，而在S203中计算出对在S102中计算出的PM捕集率进行补正的补正系数C2。具体而言，根据图9所示的PM堆积量和补正系数C2的相关关系，来进行该补正系数C2的计算。如上所述，随着PM堆积量增加，SCRF4本来的PM捕集能力被拉高，因此，为了计算出与本来的PM捕集能力相对应的PM捕集率，作为一例，以随着PM堆积量增加而使补正系数C2减小的方式而设定了 PM堆积量和补正系数C2的相关关系。而且，S102中计算出的PM捕集率与补正系数C2相乘而得的值被设为补正后的PM捕集率。
[0087]在S202的处理结束时，与图2所示的异常判断控制同样地进行S103以后的处理。由此，能够缓和由计算出的PM捕集率、NOx净化率和实际的SCRF4的PM捕集能力、N0X净化能力的背离所引起的对异常判断控制的判断精度的影响。
[0088]符号说明:
[0089]I内燃机2排气通道3氧化催化剂4选择还原型NOx催化剂(SCR催化剂)5ASC催化剂6燃料供给阀7供给阀10、11N0X传感器12PM传感器13差压传感器20ECU 21曲轴位置传感器22加速器开度传感器
【主权项】
1.一种内燃机的排气净化系统，具备: NOx净化过滤器，其为被设置于内燃机的排气通道中的对排气中的颗粒状物质进行捕集的过滤器，且以负载有选择还原型NOx催化剂的方式而形成，所述选择还原型NOx催化剂以氨作为还原剂来对排气中的NOx进行选择还原； 还原剂供给部，其经由流入该NOx净化过滤器的排气来对所述NOx净化过滤器供给氨或氨的前驱体； 捕集能力取得部，其基于对与从所述NOx净化过滤器流出的排气相关的预定参数进行检测的排气传感器的检测值，来取得与由所述NOx净化过滤器所实现的排气中的颗粒状物质的捕集能力相关的信息； NOx净化能力取得部，其基于从所述NOx净化过滤器流出的排气中的NOx量，来取得与由该NOx净化过滤器所实现的NOx净化能力相关的信息； 判断部，其在所述捕集能力处于预定的低捕集能力状态时，基于所述NOx净化能力来区别并判断出由所述NOx净化过滤器所实现的颗粒状物质的捕集功能未被发挥的捕集异常状态、以及由所述排气传感器所实现的所述预定参数的检测功能未被发挥的传感器异常状??τ O2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化系统，其中， 所述捕集能力取得部基于所述排气传感器的检测值，来取得由所述NOx净化过滤器所实现的排气中的颗粒状物质的捕集率，以作为与所述捕集能力相关的信息， 所述NOx净化能力取得部基于从所述NOx净化过滤器流出的排气中的NOx量，来取得由该NOx净化过滤器所实现的NOx净化率，以作为与所述NOx净化能力相关的信息， 所述判断部在所述捕集率处于与所述预定的低捕集能力状态相对应的预定的低捕集率区域时，基于所述NOx净化率来区别并判断出所述捕集异常状态和所述传感器异常状态。3.如权利要求2所述的内燃机的排气净化系统，其中， 在由所述判断部所进行的判断中，作为所述NOx净化率所属的区域而至少设定有预定的低净化率区域、和与该预定的低净化率区域相比NOx净化率相对较高的预定的高净化率区域， 所述判断部在所述捕集率处于所述预定的低捕集率区域、且所述NOx净化率处于所述预定的低净化率区域时，判断为所述NOx净化过滤器处于所述捕集异常状态， 所述判断部在所述捕集率处于所述预定的低捕集率区域、且所述NOx净化率处于所述预定的高净化率区域时，判断为所述排气传感器处于所述传感器异常状态。4.如权利要求2或3所述的内燃机的排气净化系统，其中， 还具备捕集率补正部，该捕集率补正部基于所述NOx净化过滤器中所捕集到的颗粒状物质量而对所述捕集率进行补正， 所述判断部在由所述捕集率补正部补正后的捕集率处于所述预定的低捕集率区域时，进行基于由所述NOx净化率取得部所取得的NOx净化率而进行的所述判断。5.如权利要求2或3所述的内燃机的排气净化系统，其中， 还具备ΝΟχ净化率补正部，该ΝΟχ净化率补正部基于所述ΝΟχ净化过滤器中所捕集到的颗粒状物质量而对所述NOx净化率进行补正， 所述判断部在所述捕集率处于所述预定的低捕集率区域时，进行基于被所述NOx净化率补正部补正后的NOx净化率而进行的所述判断。6.如权利要求2或3所述的内燃机的排气净化系统，其中， 还具备捕集率阈值补正部，该捕集率阈值补正部基于所述NOx净化过滤器中所捕集到的颗粒状物质量，来对划分所述预定的低捕集率区域的捕集率的上限阈值进行补正， 所述判断部在所述捕集率处于由被所述捕集率阈值补正部补正后的所述上限阈值所划分出的补正低捕集率区域时，进行基于由所述NOx净化率取得部取得的NOx净化率而进行的所述判断。7.如权利要求3所述的内燃机的排气净化系统，其中， 还具备净化率阈值补正部，该净化率阈值补正部基于所述NOx净化过滤器中所捕集到的颗粒状物质量，来对划分所述预定的低净化率区域和所述预定的高净化率区域的NOx净化率的阈值进行补正， 所述判断部在所述捕集率处于所述预定的低捕集率区域、且所述NOx净化率处于由被所述净化率阈值补正部补正后的所述NOx净化率的阈值所划分出的补正高净化率区域时，判断为所述排气传感器处于所述传感器异常状态。8.如权利要求1至7中任一项所述的内燃机的排气净化系统，其中， 所述捕集异常状态包括由所述NOx净化过滤器的破裂所导致的破损状态、所述NOx净化过滤器的熔损状态、所述NOx净化过滤器的未设置状态中的至少一个。9.如权利要求1至8中任一项所述的内燃机的排气净化系统，其中， 所述排气传感器为，对从所述NOx净化过滤器流出的排气中的颗粒状物质量进行检测的PM传感器、或对所述NOx净化过滤器的上游侧和下游侧的排气差压进行检测的差压传感器。10.如权利要求1至9中任一项所述的内燃机的排气净化系统，其中， 还具备告知部，该告知部将由所述判断部所获得的判断结果告知使用者。
【文档编号】F01N3/24GK105829670SQ201480069484
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月19日
【发明人】萩本大河, 小郷知由, 松本有史, 古井宪治, 鱼住昭文
【申请人】丰田自动车株式会社