内燃机的排气净化装置的制作方法

本公开涉及内燃机的排气净化装置，尤其涉及包括捕集排气中的颗粒状物质的过滤器的排气净化装置。

背景技术：

例如，柴油引擎的排气净化装置一般包含捕集排气中的颗粒状物质(pm)的过滤器。并且，在过滤器中沉积有一定量以上的pm的情况下，为了燃烧除去该沉积的pm，会进行过滤器再生。在过滤器再生时，将升温用的追加燃料会从被设置于排气通道的过滤器上游侧的喷射阀喷射供给到排气通道内(例如，参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2014-159780号公报

专利文献2：日本国特开2016-89775号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

可是，在过滤器再生时，有时过滤器的温度会上升到异常高温。当直接接受该温度上升时，会存在导致过滤器烧损的可能，因此并不合意。

因此，在发生了这样的过滤器的异常升温的情况下，考虑停止来自喷射阀的燃料喷射，从而抑制过滤器的温度上升。

但是，当在喷射阀中发生喷射阀不闭阀的故障，即常开故障时，无法实质性地停止来自喷射阀的燃料喷射。因此，会存在以下风险：无法抑制过滤器的温度上升，从而引起过滤器的烧损。

本公开的目的在于提供一种能够抑制因过滤器再生时的过滤器的异常升温而导致的过滤器烧损的内燃机的排气净化装置。

用于解决课题的手段

本公开的技术提供一种内燃机的排气净化装置，该排气净化装置包括：

过滤器，其被设置于排气通道，对排气中的颗粒状物质进行捕集，

喷射阀，其被设置于所述排气通道中的所述过滤器的上游侧，向所述排气通道内喷射燃料，

燃料泵，其向所述喷射阀供给燃料，

切断阀，其被夹设在所述燃料泵与所述喷射阀之间，并选择性地切断从所述燃料泵向所述喷射阀的燃料供给，以及

控制单元，其被构成为控制所述喷射阀及所述切断阀；

所述控制单元在所述过滤器再生时，在检测到所述喷射阀的常开故障且检测到所述过滤器的异常升温时，使所述切断阀闭阀。

优选的是，所述控制单元在所述过滤器再生时，在未检测到所述喷射阀的常开故障或未检测到所述过滤器的异常升温时，使所述切断阀开阀。

优选的是，所述控制单元在不为所述过滤器再生时，使所述切断阀闭阀。

优选的是，所述排气净化装置还包括共轨、以及向共轨供给高压燃料的高压泵；

所述燃料泵向所述喷射阀与所述高压泵二者供给燃料。

发明效果

根据本公开的上述技术，能够提供一种可抑制因过滤器再生时的过滤器的异常升温而导致的过滤器烧损的内燃机的排气净化装置。

附图的简要说明

图1是表示实施方式的内燃机的排气净化装置的构成的概略图。

图2是控制例程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本公开的内燃机的排气净化装置的实施方式进行说明。另外，应留意不被限定于以下的实施方式这点。

图1是表示本实施方式的内燃机的排气净化装置的构成的概略图。本实施方式的内燃机(引擎)是作为动力源而搭载于车辆(未图示)的压缩点火式内燃机即柴油引擎。车辆为货车等大型车辆。然而，车辆及内燃机的种类、用途等并不被特别限定，例如车辆也可以是乘用车等小型车辆，引擎也可以是汽油引擎。本实施方式对直列4汽缸引擎的情况进行说明，但引擎的汽缸配置形式、汽缸数等是任意的。

引擎包括共轨式燃料喷射装置，该共轨式燃料喷射装置包括：各汽缸的缸内喷射器2，其向缸内直接喷射燃料；以及共轨3，其被连接于各缸内喷射器2。共轨3储存从缸内喷射器2喷射的高压燃料。

此外，引擎包括：燃料罐4，其在常压下储存燃料；输油泵5，其从燃料罐4抽吸燃料，并以较低压(例如约1mpa)吐出；供给泵7，从输油泵5吐出的燃料被供给到该供给泵7；以及燃料过滤器6，其被夹设在输油泵5及供给泵7之间，将燃料在进入到供给泵7之前过滤。供给泵7将从输油泵5供给的低压燃料加压到更高压(例如最大约200mpa)为止，并将其供给到共轨3。因此，供给泵7成为向共轨3供给高压燃料的高压泵。

此外，在引擎的排气通道20中，从上游侧起依次设置有：喷射阀即排气喷射器21，其向排气通道20内喷射燃料；氧化催化剂22；以及过滤器23。氧化催化剂22及过滤器23分别成为执行排气后处理的后处理构件。

氧化催化剂22氧化排气中的未燃成分(烃hc及一氧化碳co)以将其净化，并且以此时的反应热将排气气体加热升温。过滤器23也被称为连续再生式柴油颗粒过滤器(dpf)，对排气中包含的颗粒状物质(也称pm)进行捕集，并且使该捕集到的pm与催化剂贵金属反应以将其连续地燃烧除去。对于过滤器23，使用将蜂窝结构的基材的两端开口交错地方格状地闭塞而成的所谓壁流式过滤器。

另外，虽未图示，但也可以在过滤器23的下游侧，从上游侧起依次设置选择还原型nox催化剂(scr)及氨氧化催化剂作为其它后处理构件。在该情况下，在nox催化剂的上游侧，设置有将作为还原剂的尿素水添加到排气通道20内的添加阀。nox催化剂也可以是吸收还原型nox催化剂(lnt)，在该情况下，添加阀可以省略。

燃料被从输油泵5供给到排气喷射器21。因此，输油泵5相当于保护技术方案中所说的燃料泵。在本实施方式的情况下，由燃料过滤器6过滤后的低压燃料在燃料过滤器6内的分岔位置p处分岔，并被供给到排气喷射器21。因此，输油泵5向排气喷射器21与供给泵7双方供给燃料。因为设置成利用原本向供给泵7供给燃料的输油泵5，也向排气喷射器21供给燃料，所以，与将专用的燃料泵设置于排气喷射器21的情况相比，能够削减部件数量，从而能够降低制造成本。

另外，燃料的分岔位置p未必需要设为燃料过滤器6内，例如也能够设为燃料过滤器6的外部下游侧且供给泵7的上游侧。

此外，在本实施方式中，在输油泵5与排气喷射器21之间，夹设有切断阀24。切断阀24为用于选择性地切断从输油泵5向排气喷射器21的燃料供给的阀，也被称为燃料切断阀(fcv)。在本实施方式中，切断阀24被设置于从燃料过滤器6内的分岔位置p到排气喷射器21之间的燃料流路25。

用于控制引擎的控制装置被搭载于车辆。控制装置具有构成控制单元或控制器的电子控制单元(称为ecu)100。ecu100包含cpu、rom、ram、输出/输入端口及存储装置等。ecu100被构成为控制缸内喷射器2、供给泵7、排气喷射器21及切断阀24，并被编程。缸内喷射器2、排气喷射器21及切断阀24均在被ecu100开启时被开阀，在被关闭时闭阀。但是，针对切断阀24，也可以相反。

控制装置也具有以下的传感器类。即，设置有：排气温传感器42、43，其用于检测氧化催化剂22及过滤器23的入口部的排气气体温度(入口气体温度)；排气温传感器44，其用于检测过滤器23的出口部的排气气体温度(出口气体温度)；以及差压传感器45，其用于检测过滤器23的入口部及出口部中的排气压的差压(前后差压)。这些传感器的输出信号被发送到ecu100。

ecu100为了将沉积于过滤器23的pm燃烧除去并使过滤器23再生而执行过滤器再生(或过滤器再生控制，下同)。在此，过滤器再生大致被分成：手动再生，其通过由驾驶员打开未图示的手动再生开关来执行；以及自动再生，其在不打开手动再生开关的状态(关闭的状态)下被自动执行。在以下的说明中，除非特别说明，否则在过滤器再生这样的情况下，其意味着手动再生与自动再生这两者。

ecu100在由差压传感器45检测到的实际差压p成为预定的开始阈值p1以上时，视为在过滤器23中沉积有较为多量或近乎满量的pm，为了将该pm燃烧除去，开始过滤器再生(自动再生)。在过滤器再生时，ecu100使切断阀24开阀，从而能够向排气喷射器21供给燃料，并且将排气喷射器21置于开阀状态，使燃料从排气喷射器21喷射。于是，被喷射出来的燃料在氧化催化剂22中被氧化、燃烧，高温的排气气体被从氧化催化剂22中排出，该高温的排气气体被供给到过滤器23。然后，过滤器23被升温，在过滤器23内，沉积pm通过催化剂反应被燃烧除去。另外，在过滤器再生时，排气喷射器21被ecu100进行占空比控制，并每隔较短的占空比周期重复开闭(打开关闭)。

然后，ecu100在由差压传感器45检测到的实际的差压p成为预定的结束阈值p2(＜p1)以下时，视为沉积pm被大致除去，其量较为少量或近乎全空，并结束过滤器再生。在过滤器再生结束后的并非过滤器再生时，即过滤器再生停止时，ecu100使切断阀24闭阀，从而切断向排气喷射器21的燃料供给，并且将排气喷射器21置于闭阀状态，使来自排气喷射器21的燃料喷射停止。

另外，在设想了没有切断阀24的比较例的情况下，在该比较例中，在过滤器再生停止时，来自排气喷射器21的燃料喷射仅通过排气喷射器21的闭阀而被停止。但是，来自输油泵5的燃料压力始终被附加于排气喷射器21。因该燃料压力，从露出在排气通道20内的排气喷射器21的微细的喷孔，虽然较为微量，但仍有燃料漏出，该漏出的燃料被高温的排气气体加热而碳化，有时会沉积在喷孔附近。因该沉积的碳化燃料的影响，有时会发生排气喷射器21不完全地闭阀的故障，即常开故障。当常开故障发生时，即使从ecu100向排气喷射器21发送闭阀指示信号(关闭信号)，排气喷射器21也无法物理性地闭阀，从而会从排气喷射器21供给意外的燃料。

另外，排气喷射器21如公知的那样，通过使针阀与喷嘴主体密接、分离来开闭喷孔。即使在喷孔闭止时使针阀与喷嘴主体密接，当从其上游侧送来施加了压力的燃料时，燃料也会从针阀与喷嘴主体之间的一点间隙中漏出。另一方面，碳化燃料有时也会沉积在喷嘴主体内部的喷孔附近。该碳化燃料的一部分会咬入到针阀与喷嘴主体之间，从而会发生针阀与喷嘴主体不完全密接的常开故障。

因此，在本实施方式中，为了抑制该常开故障的发生，设置有切断阀24。当设置有切断阀24时，在过滤器再生停止时，能够通过使切断阀24闭阀来切断从输油泵5向排气喷射器21的燃料压力附加和燃料供给。因此，能够可靠地抑制燃料从闭阀中的排气喷射器21的喷孔中漏出。因为没有燃料压力，所以发生漏出的可能性被大幅降低，就算发生了漏出，该漏出量最大也被限定于从切断阀24到排气喷射器21之间的燃料流路25中积存的量。因此，能够可靠地抑制因漏出的燃料而使碳化燃料沉积于喷孔附近的情况、以及因沉积的碳化燃料的影响而发生的常开故障。

另外，即使在设置有切断阀24的情况下，也不能说排气喷射器21的因其它某种原因(例如电气故障等)而发生常开故障的可能性为零，倒不如从obd(on-boarddiagnosis:车辆自我诊断)的观点出发，期望也设想到那样的故障，且能够进行对应。

另外，在过滤器再生时，过滤器23的温度有时会上升到异常高温。该异常升温的原因多种多样，例如可举出如下情况等：因驾驶员的关系等而无法很好地协同执行手动再生与自动再生，从而在过滤器23中沉积有过量pm，其会在高负载运转时等一口气地燃烧。

当放任该异常升温时，会存在导致过滤器23烧损的可能，因此并不理想。因此，在发生了异常升温的情况下，考虑将排气喷射器21控制在闭阀状态(关闭)，并强制停止来自排气喷射器21的燃料喷射，从而抑制过滤器的温度上升。

但是，在排气喷射器21中发生了上述常开故障且没有切断阀24的比较例的情况下，无法实质性地停止来自排气喷射器21的燃料喷射。因此，无法抑制过滤器23的温度上升，会存在引起过滤器23烧损的风险。

因此，在本实施方式中，为了解决该问题，进行了如下所述的控制。

首先，本实施方式的ecu100具备自我诊断功能，被构成为对排气喷射器21的常开故障进行检测。该检测方法可采用包含公知方法在内的任意的方法。例如，也可以是，ecu100在过滤器再生时，在由排气温传感器43检测到的过滤器23的入口气体温度(即氧化催化剂22的出口气体温度)比排气喷射器21的正常时的值高预定值以上时，视为喷射了比正常时更多的燃料，并检测排气喷射器21的常开故障。或者，也可以是，ecu100在尽管向排气喷射器21发送了闭阀指示信号(关闭信号)，但从排气喷射器21接收到与开阀时相当的反馈电流的情况下，视为排气喷射器21因电气故障而被通电，并检测排气喷射器21的常开故障。

此外，ecu100基于由排气温传感器43检测到的过滤器23的入口气体温度与由排气温传感器44检测到的过滤器23的出口气体温度中的至少一者来推定过滤器23的温度(床层温)tf。该推定方法也可以采用包含公知方法在内的任意的方法。例如，既可以将过滤器23的入口气体温度与出口气体温度的平均值作为过滤器温度tf，也可以将过滤器23的出口气体温度作为过滤器温度tf。另外，也可以利用设置于过滤器23的温度传感器来直接检测过滤器温度tf。为了方便，将这推定与检测二者统称为检测。

ecu100在这样推定出的过滤器温度tf为预定的异常判定值tlim以上时，检测出过滤器23的异常升温。异常判定值tlim被设定为当其以上的过滤器温度持续预定时间以上时会发生过滤器23的烧损那样的过滤器温度的最小值。

接着，参照图2，对本实施方式的控制例程进行说明。该例程由ecu100每隔预定的运算周期τ(例如10ms)反复执行。

首先，在步骤s101中，ecu100判断当前是否为过滤器再生时，换言之，在当前时间点过滤器再生是否为执行中。

在不为过滤器再生时的情况下，ecu100前进到步骤s104，并使切断阀闭阀。由此，能够在不为过滤器再生时，切断向排气喷射器21的燃料压力附加及燃料供给，并抑制排气喷射器21中的碳化燃料沉积、以及因此而导致的排气喷射器21的常开故障。

另一方面，在为过滤器再生时的情况下，ecu100前进到步骤s102，并判断是否检测到排气喷射器21的常开故障，换言之，是否已经将该常开故障检测出来。

在检测到常开故障的情况下，ecu100前进到步骤s103，并判断是否检测到过滤器23的异常升温，换言之，推定过滤器温度tf是否成为异常判定值tlim以上。

在检测到过滤器23的异常升温的情况下，ecu100前进到步骤s104，使切断阀24闭阀，并结束例程。另外，优选与切断阀24的闭阀一并地，也将排气喷射器21设为闭阀状态。

另一方面，在步骤s102中未检测到排气喷射器21的常开故障的情况下、以及在步骤s103中未检测到过滤器23的异常升温的情况下，ecu100前进到步骤s105，使切断阀24开阀，并结束例程。另外，此时，当然将排气喷射器21置于开阀状态。

如此，ecu100在过滤器23的再生时(s101：是)，在检测到排气喷射器21的常开故障(s102：是)且检测到过滤器23的异常升温(s103：是)时，使切断阀24闭阀(s104)。因此，即使在发生了排气喷射器21的常开故障的情况下，也能够通过使切断阀24闭阀来停止来自排气喷射器21的燃料喷射，从而抑制过滤器23的温度上升。因此，能够可靠地抑制过滤器23的烧损。

此外，ecu100在过滤器23再生时(s101：是)，在未检测到排气喷射器21的常开故障(s102：否)或未检测到过滤器23的异常升温(s103：否)时，使切断阀24开阀(s105)。在未检测到排气喷射器21的常开故障的情况下，常开故障未发生，能够从排气喷射器21正常进行燃料喷射，因此在该情况下，能够通过使切断阀24开阀来将燃料喷射所需的燃料顺利地供给到排气喷射器21。此外，在未检测到过滤器23的异常升温的情况下，即使如通常一样从排气喷射器21进行燃料喷射也毫无问题，因此在该情况下，能够通过使切断阀24开阀来将燃料喷射所需的燃料顺利地供给到排气喷射器21。

此外，在本实施方式的情况下，ecu100在过滤器23再生时(s101：是)，即使在检测到排气喷射器21的常开故障(s102：是)的情况下，在未检测到过滤器23的异常升温时(s103：否)，也使切断阀24开阀(s105)。在该情况下，因为发生了排气喷射器21的常开故障，因此从排气喷射器21会喷射出比正常时更多的燃料。然而，因为未发生过滤器23的异常升温，所以尚有可使过滤器23升温的余地，到升温极限为止还有余裕。因此，在该情况下，与过滤器23的保护相比，更优先升温，并使切断阀24开阀以使燃料从排气喷射器21中喷射。由此，即使在检测到排气喷射器21的常开故障的情况下，也依然能够继续过滤器再生。

另外，在本实施方式的情况下，虽未图示，但ecu100在过滤器23再生时，即使在检测到过滤器23的异常升温的情况下，在未检测到排气喷射器21的常开故障时，也使切断阀24开阀。然后，ecu100不使切断阀24闭阀，而是向排气喷射器21发送闭阀指示信号以将其设为闭阀状态，从而使来自排气喷射器21的燃料喷射停止。由此，也能够抑制过滤器23的温度上升，从而抑制过滤器23的烧损。

以上，对本公开的实施方式详细地进行了叙述，也可考虑其它各种实施方式。

(1)例如，燃料喷射装置也可以不是储存高压燃料来进行喷射的共轨式燃料喷射装置，也可以是喷射低压燃料的通常的燃料喷射装置。

(2)如果在过滤器再生时即使没有氧化催化剂22，过滤器23也能够升温，则也可以省略氧化催化剂22。

本公开的实施方式并非仅限于前述实施方式，由保护技术方案限定的本公开的思想所包含的所有变形例或应用例、等同物均被包含在本公开之内。因此，本公开不应被限定性地解释，也能够适用于归属于本公开的思想范围内的其它任意技术。

本申请基于2017年12月20日申请的日本专利申请(特愿2017-244237)，并将其内容作为参照援引于此。

工业可利用性

本公开的内燃机的排气净化装置在抑制因过滤器再生时的过滤器的异常升温而导致的过滤器烧损这样的点上是有用的。

附图标记说明

5输油泵(燃料泵)

20排气通道

21排气喷射器(喷射阀)

23过滤器

24切断阀

100电子控制单元(控制单元)