过滤器异常判定系统的制作方法
【专利摘要】一种过滤器异常判定系统，包括：PM传感器(8)，其配置为将流入过滤器(4)的下游侧的排气通道(2)中的排气的一部分引入至传感器主体中并将传感器输出与传感器主体中的传感器元件上积聚的颗粒物质的量相关联；异常判定单元(20)，其配置为基于PM传感器(8)的输出来执行过滤器异常判定；判定时机确定单元，其配置为基于传感器元件上积聚的颗粒物质的估计量来确定异常判定单元(20)执行异常判定的时机；以及判定执行调整单元，其配置为依据布置有PM传感器(8)的排气通道(2)中每单位时间内排气流速的变动来调整由判定时机确定单元所确定的执行时机。
【专利说明】
过滤器异常判定系统
技术领域
[0001]本发明涉及布置在内燃机的排气通道中的过滤器的异常判定系统。
【背景技术】
[0002]为了捕集从内燃机排放的排气中包含的颗粒物质(下文也称作“PM”)，过滤器布置在其排气通道中。当过滤器由于破损等原因到达异常状态时，会排放出没有充分去除PM的排气，因此用于检测排气中的PM的PM传感器可以布置在过滤器的下游侧以便检测过滤器的异常状态。此处，依据PM传感器所处状况，PM传感器的输出和排气中的PM的量之间会发生偏离，并且可能难以恰当地检测PM。因此，在国际公开号2012/77182(W02012/77182)所公开的技术中，关注点集中在该偏差和排气流速之间的关联上，通过用排气流速作为参数来校正PM传感器的输出而实现了 PM检测精度的改进。
[0003]日本专利申请公开号2012-122399(JP2012-122399A)公开了这样一种配置，其基于PM在PM传感器的传感器元件上的附着依据排气流速而变化的事实来调整PM传感器的输出。
【发明内容】
[0004]当PM传感器用于判定过滤器是否异常时，将包含PM的排气引入PM传感器中以便于准确地检测排气中的PM是重要的，该PM传感器布置在过滤器的下游侧，该过滤器布置在内燃机的排气通道中。尤其在配置为将传感器元件中积聚的PM的量与传感器输出相关联的PM传感器中，当待检测的排气没有恰当地到达传感器元件时，难以检测排气中包含的PM。
[0005]当设有PM传感器的排气通道中的排气流速的变动增大时，诸如当内燃机的发动机负载增加时，本发明的
【申请人】发现PM传感器附近的排气流受到扰动且待检测的排气没有恰当地引入PM传感器的主体中。本发明的
【申请人】还发现该排气的扰动即使在排气流速的变动消失之后仍然保持了相对较长的时间，从而对PM传感器的PM检测精度具有较大影响。当PM传感器的检测精度下降时，难以高精度地判定过滤器是否异常，从而难以促使使用者对过滤器进行修理等。
[0006]本发明提供了一种能够利用具有高精度的PM传感器来判定过滤器是否异常的过滤器异常判定系统。
[0007]在本发明中，
【申请人】依据短时间内排气流速的变动(S卩，布置有PM传感器的排气通道中的每单位时间内排气流速的变动)来调整基于PM传感器的输出来执行过滤器异常判定的时间。根据该配置，可以抑制由于排气引入PM传感器中失败而引起的PM传感器的检测精度降低进而造成的过滤器异常判定的精度下降。
[0008]根据本发明的方案，提供了一种过滤器异常判定系统，其包括:过滤器，其布置在内燃机的排气通道中以便于捕集排气中的颗粒物质;PM传感器，其配置为将流入过滤器的下游的排气通道的排气的一部分引入传感器主体中并将传感器输出与传感器主体中的传感器元件上积聚的颗粒物质的量相关联;异常判定单元，其配置为基于PM传感器的输出来执行过滤器异常判定;判定时机确定单元，其配置为基于传感器元件上积聚的颗粒物质的估计量来确定异常判定单元执行异常判定的时机；以及判定执行调整单元，其配置为依据布置有PM传感器的排气通道中每单位时间内排气流速的变动来调整由判定时机确定单元所确定的执行时机。
[0009]根据本发明的另一方案，提供了一种过滤器异常判定系统，其包括:过滤器，其布置在内燃机的排气通道中，过滤器配置为捕集排气中的颗粒物质;传感器，其包括在传感器的主体中的传感器元件，传感器配置为将流入过滤器的下游的排气通道的排气的一部分引入主体中，传感器元件配置为输出与传感器元件上的颗粒物质的积聚量相关的值；以及电子控制单元，其配置为a)基于传感器的输出来执行过滤器异常判定，b)估计传感器元件上的颗粒物质的积聚量，c)基于颗粒物质的量来确定异常判定的执行时机，d)依据布置有传感器的排气通道中每单位时间内排气流速的变动来调整执行时机。
[0010]根据本发明的该方案的过滤器异常判定系统判定布置在排气通道中的过滤器是否异常。此处，过滤器具有捕集排气中的颗粒物质(PM)的功能。当在过滤器中出现了因升温过高而引起的诸如裂缝或腐蚀的异常状态时，其中的PM没有充分地捕集的排气会向过滤器的下游侧流出，从而PM传感器布置在过滤器的下游侧以便于检测排气。此处，PM传感器配置为将流入排气通道的排气的一部分引入传感器主体中并将PM传感器的输出与通过将所引入排气中包含的PM积聚在设置在传感器主体中的传感器元件上而积聚的PM的量相关联。
[0011]在具有上述配置的PM传感器中，由于排气中的PM逐渐引入传感器主体中，因此PM传感器的输出反映了引入至传感器主体中的PM的积聚量。因此，为了使异常判定单元基于PM传感器的输出有效地判定过滤器的异常状态(S卩，为了在PM传感器的输出中显著地反映出过滤器的异常状态)，PM传感器在预定时段内引入PM并利用在该时段内传感器元件上积聚的PM的量。因此，为了实现有效的过滤器异常判定，执行该异常判定的时机由判定时机确定单元基于传感器元件上积聚的PM的估计量来确定。
[0012]但是，如上所述，当布置有PM传感器的排气通道中的每单位时间内排气流速的变动(下文简称为“排气流速的变动”或“变动”)增加时，排气没有准确地引入至PM传感器的主体，从而PM没有准确地在传感器元件上积聚。因此，在由判定时机确定单元所确定的异常判定执行时机与适合进行过滤器异常判定的时机之间可能会发生偏差。在某些情况中，依据判定时机确定单元所确定的执行时机，可能会在PM实际上没有充分地在传感器元件上积聚的情形下(即，没有充分地反映出排气中的PM的量且积聚的PM的量过小的情形下)执行过滤器异常判定，且异常判定单元会错误地判定过滤器为正常(错误的正常判定)。
[0013]因此，在根据本发明的过滤器异常判定系统中，判定执行调整单元依据排气流速的变动来调整由判定时机确定单元所确定的执行时机。即，考虑到在排气流速的变动变大时更难将排气恰当地引入PM传感器的主体中，调整了由判定时机确定单元所调整的执行时机。例如，由于认为在排气流速的变动变大且所引入的排气的量变得较小时传感器元件上积聚的PM的量下降，因此执行了由判定执行调整单元所进行的调整以便于避免因积聚的PM的量的下降而引起过滤器异常判定精度的下降。根据该配置，在恰当的时机来执行基于PM传感器的输出的过滤器异常判定，从而可以改善异常判定单元的异常判定精度。
[0014]在过滤器异常判定系统中，PM传感器可以包括配置为将排气引入至传感器的主体的引入部，并且传感器可以附着至排气通道上使得由上述引入部所引入的排气的方向与排气通道中的排气的流动方向成预定角度。此处，引入方向为排气从引入部流入传感器主体的方向。由该引入方向和排气通道中排气的流动方向所限定的预定角度为PM传感器的附着角度，其引起了在排气通道中的排气流速的变动增大时所发生的排气流的扰动妨碍了排气通过引入部而引入的情形。以预定角度附着至排气通道的PM传感器在检测到PM时容易受到排气通道中的排气流速的变动影响，从而可以适当地将本发明应用于此。
[0015]在过滤器异常判定系统中，判定执行调整单元可以配置为在每单位时间内排气流速的变动大于或等于预定参考变动时避免由判定时机确定单元执行异常判定。判定执行调整单元可以配置为在每单位时间内排气流速的变动小于预定参考变动时使异常判定单元依据判定时机确定单元的确定而进行异常判定。此处，预定参考变动为用于判定在排气通道中的排气流速的变动变大时因排气引入传感器主体失败而使传感器元件上的不良的PM积聚的影响相对变大的阈值。
[0016]因此，在排气流速的变动大于或等于预定参考变动时，可以认为排气中的PM的实际量和基于传感器输出的PM的量之间出现偏差，以不良影响对异常判定单元的异常判定精度产生了影响。因此，在这种情况下，没有依据由判定时机确定单元所确定的异常判定执行时机而避免了异常判定单元所进行的异常判定。另一方面，当排气流速的变动小于预定参考变动时，认为将变动的影响忽略，并且在由判定时机确定单元所确定的时机来执行由异常判定单元所进行的异常判定。
[0017]可以不采用由判定执行调整单元来调整执行时机的方案，而是采用以下调整执行时机的方案。即，在过滤器异常判定系统中，判定时机确定单元可以配置为估计传感器元件上积聚的颗粒物质的量并在积聚的颗粒物质的估计量达到预定的判定执行积聚量时确定由异常判定单元来执行的异常判定的时机到来。在这种情况下，判定执行调整单元可以配置为依据PM传感器的非检测时间(每单位时间内排气流速的变动大于或等于预定变动的时间)调整由判定时机确定单元所确定的执行时机，该非检测时间基于每单位时间内排气流速的变动来确定。
[0018]在PM传感器中的过滤器的正常状态和异常状态之间的差别显著的时机来执行异常判定时，所述判定时机确定单元估计传感器元件上积聚的颗粒物质的量并基于积聚的颗粒物质的估计量来确定异常判定单元的异常判定执行时机的方案是有意义的。在基于传感器元件上积聚的PM的量的估计结果来确定异常判定执行时机的方案中，当排气通道中的排气流速的变动增大时，因排气引入传感器主体中失败而使传感器元件上的不良的PM积聚的影响相对变大，且在传感器元件上积聚的PM的估计量和积聚的PM的实际量之间出现了偏差。
[0019]因此，在这种情况下，关注点集中在由排气流速的变动引起的PM传感器的非检测时间上。如上所述，当排气流速的变动增大时，由于排气流的扰动，排气没有较好地引入至传感器主体。因此，PM传感器不能检测流入排气通道的排气中的PM，从而不检测PM的时间在本发明中称为“PM传感器的非检测时间”。认为传感器元件上积聚的PM的估计量与积聚的PM的实际量之间的偏差归因于PM传感器的非检测时间。因此，依据与排气流速的变动相关的PM传感器的非检测时间来调整由判定时机确定单元所确定的执行时机，可以允许异常判定单元在恰当的时机来执行异常判定。
[0020]在由判定执行调整单元依据PM传感器的非检测时间来调整异常判定执行时机的方案中，例如，判定执行调整单元可以配置为在排气通道中的排气流速开始有变动之后经过PM传感器的非检测时间前停止由判定时机确定单元对积聚的颗粒物质的量的估计。以这种方式，通过在经过非检测时间前暂时停止对PM传感器的传感器元件上积聚的PM的量的估计，可以防止积聚的PM的估计量增加，从而避免与传感器元件上积聚的PM的实际量产生偏离。因此，由判定时机确定单元所确定的执行时机为可以由异常判定单元适当地执行异常判定的时机。
[0021]在由判定执行调整单元依据PM传感器的非检测时间来调整异常判定执行时机的另一方案中，例如，当判定时机确定单元不管排气通道中的排气流速开始有变动之后经过的PM传感器的非检测时间而继续估计积聚的颗粒物质的量时，判定执行调整单元可以配置为基于在排气通道中排气流速开始有变动之后到非检测时间到达之前的时段内在传感器元件上积聚的颗粒物质的量来校正由判定时机确定单元确定或估计的积聚的颗粒物质的预定判定执行积聚量或估计量。在该方案中，与上述方案相比，连续地估计该传感器元件上积聚的PM的量。因此，通过基于积聚的PM的估计量和积聚的PM实际量之间的偏差来校正由判定时机确定单元确定或估计的颗粒物质的预定判定执行积聚量或估计量，消除了该偏差对异常判定精度的影响，该偏差可能在排气流速开始有变动之后到经过非检测时间之前出现。因此，由判定时机确定单元所确定的执行时机为能够由异常判定单元适当地执行异常判定的时机。
[0022]在过滤器异常判定系统中，非检测时间可以随着每单位时间内的排气流速的变动越大而设定为越长。通过本发明的
【申请人】的研究，获得了这样的新知识:存在排气流速变得越大则PM引入PM传感器的传感器主体的失败程度越大的趋势。当引入失败的程度增大时，PM传感器的非检测时间变得更长。因此，通过设定排气流速的变动与上述非检测时间之间的关联，可以由判定执行调整单元依据PM传感器的非检测时间来实施恰当的调整。
[0023]在异常判定系统中，例如，传感器元件可以包括绝缘层和靠近绝缘层布置的电极对，排气中的颗粒物质在绝缘层上积聚，传感器元件可以配置为通过向电极对供应电流来在绝缘层上电性地捕集排气中的颗粒物质，并且PM传感器可以是配置为基于电极对之间的电阻来检测排气中的颗粒物质的量的传感器，该电阻依据绝缘层上积聚的颗粒物质而确定。
[0024]过滤器异常判定系统可以进一步包括指示器单元，其配置为向使用者指示异常判定单元的异常判定结果。因此，由于判定结果可以向使用者确凿地指示，所以可以促使使用者对过滤器进行更换、修理等。
[0025]根据本发明，可以提供一种过滤器异常判定系统，其能够利用具有高精度的PM传感器判定过滤器是否异常。
【附图说明】
[0026]下面将参照附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，其中相似的参考标号标记相似的元件，并且其中:
[0027]图1是示意性地示出了安装有根据本发明的过滤器异常判定系统的内燃机的配置的图例；
[0028]图2是示意性地示出了布置在图1所示的内燃机的排气通道中的PM传感器的配置的图例；
[0029]图3是示意性地示出了图2所示的PM传感器的传感器元件的配置的图例；
[0030]图4是图3所示的PM传感器的传感器元件的剖视图；
[0031]图5是示出了安装有根据本发明的过滤器异常判定系统的内燃机的排气通道中的排气流速的变动以及用于每个表征流速变动的PM传感器的输出的转变的图例；
[0032]图6是在基于根据现有技术的排气通道中所布置的PM传感器的输出而执行过滤器异常判定时的安装有内燃机的车辆的车速的转变、经过PM传感器的PM的量、PM传感器中积聚的PM的量以及PM传感器的输出的图例；
[0033]图7是示出了在根据本发明的过滤器异常判定系统中所执行的过滤器异常判定控制的第一流程图；
[0034]图8是示出了在根据本发明的过滤器异常判定系统中所执行的过滤器异常判定控制的第二流程图；
[0035]图9是示出了在根据本发明的过滤器异常判定系统中所执行的过滤器异常判定控制的第三流程图；
[0036]图10是示出了在根据本发明的过滤器异常判定系统中所执行的过滤器异常判定控制的第四流程图；
[0037]图11是示出了在根据本发明的过滤器异常判定系统中所执行的过滤器异常判定控制的第五流程图。
【具体实施方式】
[0038]下文将参照附图来描述本发明的具体实施例。只要没有特别提及，本实施例中所描述的构成部件的尺寸、材料、形状、相对布置等并非旨在将本发明的技术范围限制于此。
[0039]图1是示意性地示出了安装有本发明的过滤器异常判定系统的内燃机I的配置的图例。内燃机I为用于驱动车辆的柴油发动机。内燃机I与进气通道10和排气通道2连接。进气通道10设有用于检测内燃机I的进气量的空气流量计9。内燃机I与设有颗粒过滤器4(下文简称为“过滤器”)的排气通道2连接，该过滤器捕集排气中的颗粒物质(PM)。氧化催化剂3布置在排气通道2中过滤器4的上游侧。氧化催化剂3具有将排气中的未燃烧的燃料成分、NO等氧化的功能。
[0040]向流入氧化催化剂3的排气供应燃料(未燃烧的燃料)的燃料供应阀布置在氧化催化剂3的上游侧。未燃烧燃料可以不从燃料供应阀5供应，而是通过内燃机I内的燃烧控制来增加排气中所包含的未燃烧的燃料的量来供应至氧化催化剂3。例如，通过在压缩冲程的上止点附近处进行主喷射之后所执行的后喷射，未燃烧的燃料可以供应至氧化催化剂3。过滤器4的附近布置有检测流入过滤器4的下游侧的排气通道2的排气中所包含的PM的量的PM传感器8、检测排气的温度的温度传感器7以及检测过滤器4的下游侧的排气压力的压力传感器6。稍后将会对PM传感器8的细节进行描述。
[0041 ]内燃机I设有电子控制单元(ECTWOt3ECU 20是一种控制内燃机I的操作状态等的单元。E⑶20除了与燃料供应阀5、压力传感器6、温度传感器7以及PM传感器8电连接之外，还与空气流量计9、曲轴位置传感器11、加速器开度传感器12等电连接。因此，燃料供应阀5响应来自ECU 20的指令来向排气供应燃料。曲轴位置传感器11检测内燃机I的曲轴角度并向ECU 20输出所检测到的曲轴角度。加速器开口传感器12检测安装有内燃机I的车辆的加速器开度并向ECU 20输出所检测到的加速器开度。因此，ECU20基于曲轴位置传感器11的输出来计算内燃机I的发动机转速，并基于加速器开度传感器12的输出来计算内燃机I的发动机负载。ECU 20可以基于空气流量计9的输出来计算排气通道2中的排气流量。这是因为内燃机I中的进气流速和排气流量之间存在恒定关联。
[0042]在具有上述配置的内燃机I的排气系统中，简而言之，排气中所包含的颗粒物质(PM)由过滤器4捕集，从而抑制了 PM向外排放。而且，可以提供用于净化NOx的NOx选择性还原催化剂、用于净化NOx的还原剂供给单元等。过滤器4的PM捕集功能会下降，从而过滤器会进入不能充分地捕集PM的异常状态。其一示例为破损状态，S卩，在过滤器4的基材中出现裂缝且因裂缝位置而不能充分地捕集PM。其另一示例为腐蚀状态，S卩，当利用从燃料供应阀5供应的燃料来增加排气温度来氧化而去除由过滤器4捕集的PM时，过滤器4处于因其氧化热而引起的过高温状态，基材受到腐蚀且由于腐蚀位置而不能充分地捕集PM。过滤器4的异常状态还可以包括过滤器4从内燃机I的排气控制系统卸下时的状态，S卩，没有布置过滤器4的情况，因为PM实质上不能由过滤器4捕集。
[0043]在过滤器4的异常状态下，E⑶20采用布置在过滤器4的下游侧的PM传感器8的输出来适当地判定异常状态。因此，在使ECU 20判定过滤器4是否异常时，将在下面首先描述PM传感器8的结构。图2示出了 PM传感器8的示意性配置和PM传感器8在排气通道2中的安装状态。PM传感器8包括排气中的PM所附着并积聚的传感器元件Sc，覆盖传感器元件Sc的内罩Sb以及覆盖内罩Sb的外罩8a。排气沿两个罩的纵向(传感器元件Sc的纵向)而在其中流动的排气流道8d在内罩8b和外罩8a之间形成。排气流道8d的一个端部8f朝排气通道2侧开口，且另一端部与在内罩8b中形成的排气流道8e连接。因此，在PM传感器8中，排气从端部8f (排气流道Sd的开口)而引入至排气流道8d、流进排气流道Se并从排气流道Se的朝排气通道2侧开口的端部Sg返回至排气通道2。以这种方式，当引入至PM传感器8的排气流入排气流道Se时，排气与设置在其中的传感器元件Sc接触，从而排气中的PM在传感器元件Sc上附着并积聚。
[0044]下面将参照图3和图4来描述传感器元件Sc的详细结构。图3是PM传感器8的传感器元件Sc的部分放大视图。如图3所示，传感器元件Sc在其表面上包括一对电极80、电极90。电极80、电极90排布为在两者之间有固定间隙，处于两者彼此不接触的状态。更具体地，电极
80、电极90包括在传感器元件Sc的纵向上延伸的传导部81、传导部91，且沿垂直于传导部
81、传导部91的方向上延伸的多个传导部82、92在传感器元件Sc的顶端附近形成。即，电极80、电极90包括以梳齿形排布在传感器元件Sc的顶端附近的传导部82、传导部92，且梳齿形的部分彼此嗤合来排布。
[0045]图4是沿图3的线A-B所截取的示意性剖视图。图4的上侧对应于图3的传感器元件8c的表面侧。如图4所示，电极80、电极90排布在绝缘层12上。绝缘层12具有捕集PM的功能。当通过供电电路等从电源对电极80、电极90施加电压时，电场在电极80和电极90之间产生，排气中带电的PM由电场吸引，且PM在电极80和电极90之间积聚。
[0046]对应于电极80和电极90的诸如热电耦的温度传感器14嵌埋在绝缘层12中与电极80和电极90邻近。检测对应的温度传感器14中所产生的电动势的检测器(未示出)通过预定电路与每个温度传感器14连接，且ECU 20能够通过检测电动势来检测电极80和电极90附近的温度。加热器16嵌埋在温度传感器14之下。加热器16形成为使得加热中心位于电极80、电极90的正下方。加热器16能够通过供电电路等来进行供电。当加热器16供有电力时，使传感器元件8c加热，从而电极80和电极90之间积聚的PM可以通过燃烧来去除。这样，通过向加热器16供电来去除电极80和电极90之间积聚的PM的过程称为“传感器再利用处理”。传感器再利用处理是一种调整电压施加使得温度传感器14的所检测到的温度变为适合通过燃料来去除PM的温度的处理，并在电极80和电极90之间积聚的PM的量大于预定阈值时执行来去除所积聚的PM。
[0047]具有该配置的PM传感器8与ECU 20电连接。PM传感器8向ECU 20输出对应于电极80和电极90之间的电阻的传感器输出ACU 20能够基于PM传感器8的传感器输出来检测排气中的PM的量。具体而言，通过PM传感器8对PM进行的检测在对PM传感器8执行传感器再利用处理后下一刻即开始。在传感器再利用处理后下一刻，PM尚未在电极80和电极90之间积聚。因此，两电极彼此电绝缘且此时的传感器输出为零。
[0048]随着排气引入至PM传感器8中，PM在电极80和电极90之间缓慢积聚。但是，由于最初所积聚的PM的量较小，因此基于电极80和电极90之间所积聚的PM的传导路径还没有在两者之间形成。因此，在该状态下，电极80和电极90彼此绝缘且传感器输出保持为零。之后，当PM在电极80和电极90之间积聚且达到积聚的PM的预定量时，由于所积聚的PM而在电极80和电极90之间形成传导路径。当传导路径形成时，电极80和电极90之间的电阻下降，且输出PM传感器8的传感器输出。所积聚的PM越多，传导路径变得越宽，且电极80和电极90之间的电阻变得越小。这样，PM传感器8将与所积聚的PM的量相关联的电极80和电极90之间的电阻的降低用作传感器输出。
[0049]当利用具有这些输出特性的PM传感器8来判定过滤器4的异常时，将在下面参照图5和图6来描述对异常判定精度具有影响的PM传感器8的特性以及由本发明
【申请人】所得到的作为新知识的现象。图5示出了排气通道2中的排气流速的变动(每单位时间内排气流速的变动)以及用于流速变动的每个表征量值的PM传感器8的传感器输出的转变。具体而言，上边部分(a)示出了当流速无变动(流速变动小到认为是零)时的转变，中间部分(b)示出了当流速变动较小(其峰值为20m/s/s)时的转变，且下边部分(c)示出了当流速变动较大(其峰值为35m/s/s)时的转变。在图5的(a)、(b)和(c)中，排气流速的变动的转变由VS1、VS2和VS3来表示，且传感器输出的转变由P1、P2和P3来表示。图5的(a)、( b)和(c)中的纵轴表示其时间，其尺度相同。
[0050]此处，图5的(a)、(b)和(C)示出了包括预定量的PM的排气到达PM传感器8的情形，且图5的(b)和(c)示出了排气流速的变动在TO时开始的情形。在该情形下，当排气流速无变动(图5的(a))时，PM传感器8在时间TO开始输出传感器输出，且传感器输出缓慢增大。这时，当排气流速无变动时，可以理解为排气较好地弓I入至PM传感器8，且传感器元件Sc上所积聚的PM的量增大。
[0051 ]另一方面，当排气流速的变动相对较小(图5的(b))时，PM传感器8在时间TO之后经过时间Dl的时刻开始输出传感器输出，且传感器输出缓慢增大。即，在排气流速开始有由VS2所表示的变动之后经过时间Dl的时段内，几乎没有由PM传感器8执行PM检测。这是因为由于排气流速的变动使PM传感器8的附近的排气流中发生了扰动，且妨碍了从图2所示的PM传感器8的端部8f来引入排气。在本实施例中，时间Dl称为PM传感器8的“非检测时间”。由于排气流速的变动而发生的排气流的扰动大致随着时间Dl的经过而收敛，排气由此引入至PM传感器8内，且传感器输出增大。当排气流速的变动较大(图5的(c))时，PM传感器8附近的排气流的扰动的程度变大，从而PM传感器8的非检测时间Dl变得比图5的(b)中的要长。
[0052]以这种方式，在PM传感器中，当排气流速出现变动时，可以发现妨碍了排气引入其内部以及随变动变大非检测时间变长的这些特性。在非检测时间内，PM实际上没有积聚在PM传感器8的传感器元件Sc上，从而存在一种可能，即假设积聚了 PM而在现有技术的过滤器4的异常判定控制中作出了错误的判定。将参照图6来描述根据现有技术的过滤器4的异常判定控制。在图6的(a)中，安装有内燃机I的车辆的车速的转变由线LI表示。在图6的(b)中，流入布置有PM传感器8的排气通道2的排气中PM的量的转变由线L2表示，且在PM传感器8的传感器Sc上积聚的PM的估计量(下文称为“积聚的PM的估计量”)的转变由线L3表示。在图6的(c)中，PM传感器8的传感器输出的转变由线L4表示。
[0053]在根据现有技术的异常判定控制中，当PM传感器8的传感器输出大于阈值时，则判定过滤器4处于异常状态(参见图6的(C))。在PM传感器8中，排气中的PM在传感器元件Sc上积聚，且所积聚的PM的量与传感器输出相关。为了有效地判定过滤器4的异常状态，有必要在一定时段内将PM引入至PM传感器8中，并有必要在所积聚的PM量中显著地反映出过滤器4的异常状态。因此，假设从内燃机I排放并经过过滤器4的部分排气引入至PM传感器8中且所引入的排气中包含的PM在传感器元件Sc上积聚，于是估计在传感器元件Sc上所积聚的PM量。当所积聚的PM的估计量达到设定为有可能进行有效的异常判定的积聚的PM的量的判定执行积聚量时(图6的(b)中所示的时间Tl)，则执行基于PM传感器8的传感器输出的异常判定。
[0054]在由图6的(a)中的RI所表示的时段中，安装有内燃机I的车辆迅速地加速，然后继续加速。因此，在时段Rl之后，将排气中的PM的实际量增加的状态如线L2所示地维持。此处，通过考虑内燃机I中的加速状态而反映出排气中所包含的PM的量，将所积聚的PM的估计量估计为使得传感器元件Sc上所积聚的PM的量随时间的经过而增大。但是，由于随着车辆的迅速加速，排气通道2中的排气流速极大地增大，因此出现了传感器元件Sc上的PM的积聚没有较好地进行的非检测时间，并且由于因排气流速的变动而阻碍了排气引入PM传感器8中的现象，传感器输出没有按照图6的(c)中的时段R2所示地变化。因此，在积聚的PM的估计量达到判定执行积聚量的时刻，PM实际上没有在传感器元件Sc上积聚到能反映出排气中的PM的量以致能够实现有效的异常判定的程度的量。在某些情况下，当在该时刻执行异常判定时，可能因传感器输出低于阈值而错误地判定了过滤器4为正常。
[0055]因此，在根据本实施例的过滤器4的异常判定系统中，考虑因排气流速的变动而妨碍排气引入至PM传感器8中的现象来执行图7所示的异常判定控制，且实现了过滤器4的异常判定精度的改进。异常判定控制通过存储在ECU 20中的控制程序来执行。下面将参照图7来描述根据本实施例的异常判定控制。
[0056]首先，在SlOl中，执行传感器再利用处理以通过燃烧来去除在PM传感器8的传感器元件Sc上所积聚的PM。具体而言，通过向加热器16供应电力来提高传感器元件Sc的温度。当过程SlOl完成时，控制流程进行至S102。
[0057]在S102中，估计传感器元件Sc上所积聚的PM的量。在上述的现有技术中也执行了该估计过程，但作为本发明中对所积聚的PM的量的估计而进行了再次描述。具体而言，在执行过程S102的时刻，基于内燃机I的操作状态(例如，发动机负载或发动机转速)估计了排气中包含的PM的量，且假设PM通过将PM传感器8暴露至包括PM的排气而在传感器8上积聚，于是基于排气中的PM的量和排气流量，估计在处理时刻在传感器元件8c上新积聚的PM的量。通过将新积聚的PM的量与在之前的估计所积聚的PM的量的过程中所估计的传感器元件Sc上所积聚的PM的估计量相加，计算出在执行过程S102的时刻传感器元件Sc上所积聚的PM的估计量。当过程S102完成时，控制流程进行至S103。
[0058]在S103中，计算出在布置了PM传感器8的排气通道2中的排气流速的变动AVS。具体而言，采用表达式(I)所表示的状态方程来计算排气流量V。
[0059]V = n.R.Τ/Ρ...(1)
[0000]此处，η表不排气物质的量，R表不气体常数，T表不排气温度，且P表不排气压力。温度传感器7的输出用作排气温度Τ。压力传感器6的输出用作排气压力P。当没有安装压力传感器6时，通过将考虑排气流量而计算出的排气通道2中的相对压力值与未示出的大气压力传感器的输出相加而获得的压力可以用作排气压力P。此处，η采用表达式(2)来计算。
[0061 ] η =(排气流速)/ (排气的分子量)…(2)
[0062]然后，将通过表达式(I)计算出的排气流量V除以形成排气通道2的排气管道的横截面面积S(与排气流垂直的方向上的截面面积)，计算出排气流速U。通过计算在之前计算过程中计算出的排气流速U与在当前计算过程中所计算出的新的排气流速U之间的差(SP，通过将所计算出的排气流速U相对于时间求微分)，计算出执行过程S103的时刻的排气流速的变动A VS。当过程S103完成时，控制流程进入至S104。
[0063]在S104中，判定在S103中计算出的排气流速的变动AVS是否大于或等于预定参考变动A VSO。预定参考变动△ VSO是用于判定在排气通道2中的排气流速△ VS的变动增大时出现向PM传感器8弓I入排气失败的变动阈值。因此，当S104的判定结果为否定时，其意味着较好地执行了向PM传感器8引入排气，然后执行判定过程S105。在S105中，判定传感器元件Sc上所积聚的PM的估计量是否大于或等于判定执行积聚量。判定执行积聚量是积聚的PM的量的阈值，用来基于图6的(b)所示的PM传感器8的输出来确定执行过滤器4的异常判定的时机。即，判定过程S105对应于由根据本发明的判定时机确定单元所执行的过程。当S105的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S106，且当S105的判定结果为否定时，则重复执行过程S102以及后续步骤。
[0064]在S106中，判定PM传感器的输出是否大于或等于图6的(C)所示的阈值以便执行过滤器4的异常判定。该阈值是用于判定其中的PM没有充分地捕集的排气是否因为表现出过滤器4的异常而流向其下游侧的阈值。当S106的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S107且判定过滤器4处于异常状态。另一方面，当S106的判定结果为否定时，则控制过程进行至S108且判定过滤器4处于正常状态。过程S106至过程S108对应于由根据本发明的异常判定单元所执行的过程。
[0065]当S104的判定结果为肯定时，其意味着形成了这样的状态:由于向PM传感器8引入排气失败使传感器元件Sc上所积聚的PM的估计量偏离于用于确定PM传感器的输出的所积聚的PM的实际量，且尽管PM传感器向包含PM的排气暴露但PM传感器8的输出没有增大(PM传感器8的输出状态由图6的(c)中的时段R2表示)。因此，当在该情况下执行S106所示的过滤器4的异常判定时，误判的可能性会增大。因此，当S104的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S109且在S109中重新设定目前已经估计的传感器元件Sc上所积聚的PM的量以避免通过判定过程S105来执行过滤器4的异常判定(S卩，过程S106至过程S108)。通过该重新设定，异常判定控制从S1I重新开始。
[0066]在图7所示的异常判定控制中，假定基于传感器元件Sc上所积聚的PM的估计量来确定执行过滤器4的异常判定，当从传感器再利用处理到异常判定的执行之前的时段中排气流速的变动大于或等于预定参考变动时，会出现向PM传感器8引入排气失败，从而避免了异常判定的执行。因此，可以避免与参照图6所描述的过滤器4的异常判定有关的误判，并可以适当地保持判定精度。在本实施例中，当判定过滤器4处于异常状态时，可以打开或关闭指示器来向内燃机I的使用者指示表现出了异常状态。
[0067]改进示例
[0068]在上述实施例中，PM传感器8的输出和阈值进行比较作为过滤器4的异常判定，但是，例如，如图8所示，可以基于PM传感器8的输出达到预定输出值之前的达到时间而不是上述的方案来执行过滤器4的异常判定。具体而言，当S105的判定结果为肯定时，则执行过程Slll。在Slll中，计算出PM传感器8的输出达到输出阈值之前的时间Ta。达到时间Ta定义为在传感器再利用处理SlOl完成之后在输出值达到输出阈值(例如，与S106中的阈值相等的传感器输出)之前的时间。
[0069]然后，在过程S111完成之后，在S112中判定达到时间Ta是否比参考达到时间短。参考达到时间是反映出过滤器4的异常状态的时间，且可以认为当达到时间Ta比参考达到时间短时，其中的PM没有充分地捕集的排气流向过滤器4的下游侧。因此，当SI 12的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S113且判定过滤器4处于异常状态。另一方面，当S112的判定结果为否定时，则控制流程进行至SI 14且判定过滤器4处于正常状态。以这种方式，即使当基于达到时间Ta来执行过滤器4的异常判定且通过根据本发明的异常判定控制而使排气流速的变动大于或等于预定参考变动时，仍然可以通过避免执行异常判定来避免与过滤器4的异常判定有关的误判。
[0070]下面将参照图9来描述内燃机I中所执行的异常判定控制的第二实施例。此处，在图9所示的异常判定控制中所包含的多个过程之中，与图7所示的异常判定控制中所包含的(多个过程中)相同的过程通过相同的参考标记进行参考，且不对其进行重复描述。在本实施例中，在过程SlOl之后没有执行过程S102，而是执行过程S103。当过程S103完成时，则执行过程S201。在S201中，与S104类似，判定了排气流速的变动△ VS是否大于或等于预定参考变动AVS0。当S201的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S202，且当S201的判定结果为否定时控制流程进行至S204，其将会稍后进行描述。
[0071]然后，在S202中，基于在S103中所计算出的排气流速的变动AVS来计算PM传感器8的非检测时间D1。非检测时间Dl与参照图5所描述的相同，并与排气流速的变动△ VS相关。因此，预先测得PM传感器8中的排气流速的变动AVS和非检测时间Dl之间的关联，且控制图在ECU 20的存储器中预先形成。通过在执行过程S202时访问该控制图，计算出PM传感器8的非检测时间D1。当过程S202完成时，则控制流程进行至S203。
[0072]在S203中，判定在开始有排气流速的变动△VS之后(例如，图5的(b)和(c)中的时间T0)是否经过了PM传感器8的非检测时间D1。当S203的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S204，且当S203的判定结果为否定时，则重复过程S203。在S204中，传感器元件8c上所积聚的PM的量以与S102类似的方式来估计。在S204之后，通过判定过程S105来执行S106至S108中的过滤器4的异常判定。
[0073]在图9所示的异常判定控制中，假设基于传感器元件Sc上所积聚的PM的估计量来确定执行过滤器4的异常判定，于是当在从传感器再利用处理至异常判定的执行之前的时段中排气流速的变动大于或等于预定参考变动时，则不对传感器元件Sc上所积聚的PM的量进行估计，或者在开始有排气流速的变动之后经过了 PM传感器8的非检测时间Dl之前的时段中对所积聚的PM的量的估计处于就绪状态。这是考虑到(如上所述)排气流速的变动变得相对较大，会发生向PM传感器8的排气引入失败，从而难以执行PM在传感器元件Sc上的积聚。通过执行该过程，图6的(b)所示的异常判定执行时机Tl延迟了非检测时间Dl，且可以在尽可能地减小传感器元件Sc上所积聚的PM的实际量与所积聚的PM的估计量之间的偏差的状态下确定过滤器4的异常判定执行时机。因此，可以避免与过滤器4的异常判定有关的误判，并可以适当地保持判定精度。
[0074]下面将参照图10来描述内燃机I中所执行的异常判定控制的第三实施例。此处，在图10所示的异常判定控制中所包含的多个过程之中，与图7至图9所示出的异常判定控制中所包含的(多个过程中)相同的过程通过相同的参考标记进行参考，且不对其进行重复描述。在本实施例中，在过程SlOl之后没有执行过程S102，而是执行过程S103。当过程S103完成时，则执行过程S301至过程S309。首先，在S301中，与S104类似，判定排气流速的变动AVS是否大于或等于预定参考变动A VS0。当S301的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S302，且当S301的判定结果为否定时，则控制流程进行至稍后进行描述的S306。
[0075]当S301的判定结果为肯定时，则基于S103中计算出的排气流速的变动AVS而在S302中计算PM传感器8的非检测时间D1。然后，在S303中，与S102类似，对传感器元件8c上所积聚的PM的量进行估计。然后，在S304中，在因排气流速的变动而引起的PM传感器8的非检测时间中(即，在开始有排气流速的变动之后经过非检测时间Dl之前的时段中)计算作为过程S303中的传感器元件8c上积聚的PM的量而增加的积聚的PM的估计量PX。在本实施例中，由于在稍后进行描述的S306中估计了积聚的PM的量，因此过程S304是计算(在估计过程S303和估计过程S306中所估计的积聚的PM的量之中)在估计过程S303中所增加的积聚的PM的估计量PX的过程。当过程S304完成时，与S203类似，在S305中判定在开始有排气流速的变动A VS之后是否经过了PM传感器8的非检测时间Dl ο当S305的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S307，且当S305的判定结果为否定时，则重复过程S303及其后续步骤。
[0076]此处，当S301的判定结果为否定时，则与S303类似，在S306中估计传感器元件8c上积聚的PM的量，然后控制流程进行至S307。
[0077]然后，在S307中，基于在S304中计算出的积聚的PM的量PX来校正判定执行积聚量(用于确定过滤器4的异常判定的执行时机的阈值)。具体而言，通过将由积聚的PM的量PX与未校正的判定执行积聚量相加所获得的积聚的PM的量设定为已校正的判定执行积聚量。在该控制中，当S301的判定结果不是肯定时(S卩，当没有计算积聚的PM的量PX时)，则出于便于控制的目的，将未校正的判定执行积聚量设定为校正的判定执行积聚量。当过程S307完成时，则控制流程进行至S308。
[0078]在S308中，判定传感器元件Sc上积聚的PM的估计量是否大于或等于S307中已校正的判定执行积聚量。与S105类似，S308的判定过程对应于确定执行过滤器4的异常判定的时机的过程。当S308的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S309，且当S308的判定结果为否定时，则重复过程S103及其后续步骤。过程S309对应于过滤器4的上述异常判定，并整体地表示了过程S106至过程S108。
[0079]在图10所示的异常判定控制中，假设基于传感器元件Sc上积聚的PM的估计量来确定执行过滤器4的异常判定，于是连续地执行对传感器元件Sc上积聚的PM的量进行估计的过程，而不管排气流速的变动是否大于或等于预定参考变动。但是，当从传感器再利用处理到执行异常判定的时段中的排气流速的变动大于或等于预定参考变动时，则判定执行积聚量(用于确定异常判定执行时机的阈值)基于非检测时间中的积聚的PM的量PX来校正而增加了积聚的PM的量PX。通过执行该过程，图6的(b)所示的异常判定执行时机Tl延迟了判定执行积聚量的增加量，且可以在尽可能减小传感器元件Sc上积聚的PM的实际量和积聚的PM的估计量之间的偏差的状态下确定过滤器4的异常判定执行时机。因此，可以避免与过滤器4的异常判定相关的误判，并可以适当地保持判定精度。
[0080]下面将参照图11来描述内燃机I中所执行的异常判定控制的第四实施例。此处，在图11所示的异常判定控制中所包含的多个过程之中，与图10所示出的异常判定控制中所包含的(多个过程中)相同的过程通过相同的参考标记进行参考，且不对其进行重复描述。在本实施例中，执行了过程S401和过程S402而不执行图10所示的过程S307和过程S308。具体而言，当S305的判定结果为肯定时或在过程S306完成时，则执行过程S401。在S401中，基于S304中所计算出的积聚的PM的量PX来校正到当前时刻已估计的传感器元件8c上积聚的PM的量。具体而言，通过从积聚的PM的未校正的估计量减去积聚的PM的量PX而获得的积聚的PM的量设定为已校正的判定执行积聚量。在该控制中，当S301的判定结果不为肯定时(SP，当没有计算积聚的PM的量PX时)，出于便于控制的目的，将积聚的PM的未校正的估计量设定为积聚的PM的已校正估计量。当过程S401完成时，则控制流程进行至S402。
[0081 ]然后，在S402中，判定在S401中校正的积聚的PM的估计量是否大于或等于判定执行积聚量。与S105类似，判定过程S401对应于确定执行过滤器4的异常判定的时机的过程。当S402的判定结果为肯定时，则控制流程进行至S309，且当S402的判定结果为否定时，则重复过程S103及其后续步骤。
[0082]在图11所示的异常判定控制中，假设基于传感器元件Sc上所积聚的PM的估计量来确定执行过滤器4的异常判定，于是连续地执行对传感器元件Sc上积聚的PM的量进行估计的过程，而不管排气流速的变动是否大于或等于预定参考变动。但是，当从传感器再利用处理到执行异常判定之前的时段中的排气流速的变动大于或等于预定参考变动时，到该时刻之前已估计的传感器元件Sc上所积聚的PM的量基于非检测时间中所积聚的PM的量PX来校正从而减少了积聚的PM的量PX。通过执行该过程，图6的(b)所示的异常判定执行时机Tl延迟了积聚的PM的估计量的减少量，且可以在尽可能地减小传感器元件Sc上积聚的PM的实际量与积聚的PM的估计量之间的偏差的状态下确定过滤器4的异常判定执行时机。因此，可以避免与过滤器4的异常判定相关的误判，并可以适当地保持判定精度。
【主权项】
1.一种过滤器异常判定系统，其包括: 过滤器，其布置在内燃机的排气通道中，所述过滤器配置为捕集排气中的颗粒物质； 传感器，其包括在所述传感器的主体中的传感器元件，所述传感器配置为将流入所述过滤器的下游的排气通道的排气的一部分引入至所述主体中，所述传感器元件配置为输出与所述传感器元件上的颗粒物质的积聚量相关的值;以及 电子控制单元，其配置为 a)基于所述传感器的所述输出来执行过滤器异常判定， b)估计所述传感器元件上的所述颗粒物质的积聚量， c)基于所述颗粒物质的量来确定所述异常判定的执行时机;并且 d)依据布置有所述传感器的所述排气通道中的每单位时间内排气流速的变动来调整所述执行时机。2.根据权利要求1所述的过滤器异常判定系统，其中所述传感器包括配置为将所述排气引入至所述传感器的所述主体的引入部，并且 其中所述传感器附着至所述排气通道使得由所述引入部所引入的排气的引入方向与所述排气通道中的所述排气的流动方向成预定角度。3.根据权利要求1或2所述的过滤器异常判定系统，其中所述电子控制单元配置为当每单位时间内所述排气流速的所述变动大于或等于预定参考变动时避免所述异常判定的执行，并且 其中所述电子控制单元配置为当每单位时间内所述排气流速的所述变动小于所述预定参考变动时在所述执行时机执行所述异常判定。4.根据权利要求1或2所述的过滤器异常判定系统，其中所述电子控制单元配置为当所述颗粒物质的积聚量达到预定量时确定所述异常判定的所述执行时机到达， 其中所述电子控制单元配置为计算非检测时间，在所述非检测时间中每单位时间内所述排气流速的所述变动大于或等于预定变动，并且 其中所述电子控制单元配置为依据所述非检测时间来调整所述执行时机。5.根据权利要求4所述的过滤器异常判定系统，其中所述电子控制单元配置为从所述排气通道中的所述排气流速开始有变动之后到所述非检测时间经过前停止对所述颗粒物质的积聚量的估计。6.根据权利要求4所述的过滤器异常判定系统，其中所述电子控制单元配置为基于从所述排气通道中的所述排气流速开始有所述变动之后到所述非检测时间到达之前的时段内的所述颗粒物质的积聚量来校正所积聚的颗粒物质的所述预定量或估计量。7.根据权利要求4至6中的任一项所述的过滤器异常判定系统，其中所述电子控制单元配置为随着每单位时间内所述排气流速的所述变动越大而将所述非检测时间设定得越长。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的过滤器异常判定系统，其中所述传感器元件包括绝缘层和靠近所述绝缘层布置的电极对，所述排气中的所述颗粒物质在所述绝缘层上积聚， 其中所述传感器元件配置为通过向所述电极对供应电流来在所述绝缘层上电性地捕集所述排气中的所述颗粒物质，并且 其中所述传感器配置为基于所述电极对之间的电阻来检测所述排气中的所述颗粒物质的量，所述电阻依据所述绝缘层上积聚的所述颗粒物质而确定。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的过滤器异常判定系统，进一步包括指示器，其配置为向使用者指示异常判定结果。
【文档编号】F01N11/00GK105917093SQ201580004500
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年1月14日
【发明人】高冈哉, 高冈一哉, 小郷知由, 西嶋大和
【申请人】丰田自动车株式会社