排气装置的异常判定系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及排气装置的异常判定系统。其课题是，利用测定比颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压的差压传感器来判定配置在比颗粒过滤器靠下游的排气系统部件的异常。本发明的排气装置的异常判定系统，基于由差压传感器测定的差压即第一实际差压和测定该第一实际差压时的排气流量即第一排气流量，来推定与第一排气流量不同的排气流量即第二排气流量下的差压，若实际的排气流量为第二排气流量时由差压传感器测定的第二实际差压与推定差压的差为预定阈值以上，则判定为比颗粒过滤器靠下游的排气系统部件异常。
【专利说明】
排气装置的异常判定系统
技术领域
[0001]本发明涉及如下技术:在具备配置于内燃机的排气通路的颗粒过滤器和取得比颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压的单元的排气装置中，判定配置于比颗粒过滤器靠下游的位置的排气系统部件的异常。
【背景技术】
[0002]已知如下技术:在内燃机的排气通路配置用于捕集排气中的PM(Parti cu IateMatter:颗粒物)的颗粒过滤器的构成中，设置测定比颗粒过滤器靠上游的排气压力与比颗粒过滤器靠下游的排气压力的差压的差压传感器，基于该差压传感器的测定值来判定颗粒过滤器的PM捕集量和/或异常等(例如，参照日本特开2008-111409号公报)。
[0003]在日本特开平07-180528号公报中公开了如下技术:若内燃机的运转时的比颗粒过滤器靠下游的排气压力脱离了预定的阈值范围，则判定为在比颗粒过滤器靠下游产生了通气异常。
[0004]在日本特开2009-041456号公报中公开了如下技术:在具备检测比颗粒过滤器靠上游的排气压力与比颗粒过滤器靠下游的排气压力的差压的差压传感器的系统中，根据在预定时间内取得的2个排气流量和颗粒状物质堆积量推定值，求取排气流量大的一方的堆积量推定值与排气流量小的一方的堆积量推定值的差，在该差比预定阈值大的情况下，判定为比颗粒过滤器靠上游侧处的差压传感器的配管产生了泄漏。
[0005]在日本特开2009-085126号公报中公开了如下技术:算出差压传感器的测定值的变化相对于排气体积流量的变化的变化程度，如果该变化程度大于与颗粒过滤器的PM堆积量对应的阈值，则判定为在比颗粒过滤器靠下游侧处的差压传感器的配管产生了异常。[000?]在日本特开2007-292013号公报中公开了如下技术:在内燃机的过渡运转时，将排气流量的变化量与差压传感器的测定值的变化量之比同预定的阈值进行比较，来判定颗粒过滤器的状态。
[0007]在日本特开2008-057443号公报中公开了，基于内燃机的运转状态或差压传感器的测定值，来推定颗粒过滤器的PM堆积量的技术。
【发明内容】
[0008](发明要解决的问题)
[0009]另外，由于比颗粒过滤器靠下游的排气通路与大气相通，因此可以考虑使用取得比颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压的差压取得单元来判定颗粒过滤器的PM捕集量和/或异常等的方法。
[0010]但是，若配置在比颗粒过滤器靠下游的位置的排气管、消声器、或排气净化用催化剂等排气系统部件产生了异常，则由所述差压取得单元取得的差压有可能不会成为反映了颗粒过滤器的状态的值。针对于此，可以考虑设置用于检测配置在比颗粒过滤器靠下游的排气系统部件的异常的装置的方法，但是有可能导致部件个数的增加和/或成本的增加。
[0011]本发明鉴于上述那样的实际情况而做出，其目的在于，在具备配置于内燃机的排气通路的颗粒过滤器和取得比颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压的差压取得单元的排气装置的异常判定系统中，利用差压取得单元来判定配置于比颗粒过滤器靠下游的排气系统部件的异常。
[0012](用于解决问题的手段)
[0013]本发明为了解决上述的问题，提出一种排气装置的异常判定系统，判定具备颗粒过滤器以及差压取得单元的排气装置的异常，所述颗粒过滤器配置于内燃机的排气通路且捕集排气中的PM，所述差压取得单元取得比该颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的实际的差即实际差压，在所述排气装置的异常判定系统中，基于由差压取得单元取得的第一实际差压和取得该第一实际差压时的排气流量即第一排气流量，推定与第一排气流量不同的第二排气流量下的差压，将所推定的差压与实际的排气流量为第二排气流量时由差压取得单元取得的第二实际差压进行比较，如果它们的差在预定阈值以上，则判定为比颗粒过滤器靠下游的排气系统部件异常。
[0014]具体而言，本发明的排气装置的异常判定系统判定具备颗粒过滤器以及差压取得单元的排气装置的异常，所述颗粒过滤器配置于内燃机的排气通路且捕集排气中的PM，所述差压取得单元取得比该颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的实际的差即实际差压，在所述排气装置的异常判定系统中，具备:检测单元，其检测通过所述颗粒过滤器的排气的流量;推定单元，其基于由所述差压取得单元取得的实际差压即第一实际差压、以及在取得该第一实际差压时由所述检测单元检测出的排气流量即第一排气流量，推定在通过所述颗粒过滤器的排气流量为与所述第一排气流量不同的第二排气流量的情况下的比所述颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压；以及判定单元，其在由所述推定单元推定出的差压、与在由所述检测单元检测出的排气流量等于所述第二排气流量时由所述差压取得单元取得的实际差压即第二实际差压之差为预定阈值以上的情况下，判定为配置在比所述颗粒过滤器靠下游的位置的排气系统部件异常。在此提及的“排气系统部件”是配置在比颗粒过滤器靠下游的排气管、消声器、或排气净化用催化剂等。另外，在此提及的“由推定单元推定的差压”是假定为比颗粒过滤器靠下游的排气系统部件正常的情况下的差压的推定值。进而，在此提及的“预定阈值”是认为若比颗粒过滤器靠下游的排气系统部件产生异常，则在第二排气流量下的推定差压与第二实际差压之间产生该预定阈值以上的差的值，是预先通过利用了实验等的适应性处理求取的值。
[0015]在如此构成的排气装置的异常判定系统中，差压取得单元取得第一实际差压，并且检测单元检测第一排气流量。此时，可以预先确定第一排气流量，由此将由检测单元检测出的排气流量与第一排气流量相等时差压取得单元所取得的实际差压作为第一实际差压使用。另外，也可以将在任意的时期由差压取得单元取得的实际差压作为第一实际差压，将同时期由检测单元检测的排气流量作为第一排气流量使用。若如上述那样取得和检测了第一实际差压以及第一排气流量，则推定单元将第一实际差压和第一排气流量作为参数，来推定通过颗粒过滤器的排气流量为第二排气流量的情况下的比颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压(以下，称为“推定差压”)。在此，在排气系统部件正常的情况下，比颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压与通过颗粒过滤器的排气流量相关。例如，在排气系统部件正常的情况下，通过颗粒过滤器的排气流量越多，则比颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压越大。因此，若预先通过实验求得这样的相互关系，则能够将第一实际差压和第一排气流量作为自变量，来推定假定为排气系统部件正常且通过颗粒过滤器的排气流量为第二排气流量的情况下的差压。并且，当由检测单元检测的排气流量与所述第二排气流量相等时，差压取得单元取得第二实际差压。判定单元通过比较由差压取得单元取得的第二实际差压与由推定单元推定的推定差压，来判定排气系统部件是异常还是正常。即，若第二实际差压与推定差压的差为预定阈值以上，则判定单元判定为排气系统部件异常。在此，在排气系统部件为异常的情况和为正常的情况下，差压的变化量相对于排气流量的变化量的比率不同。因此，第二实际差压在排气系统部件产生了异常的情况下和排气系统部件正常的情况下不同。结果，排气系统部件异常的情况下的第二实际差压为与排气系统部件正常的情况下的第二实际差压不同的值。并且，推定差压与排气系统部件正常的情况下的差压相当，因此，可以认为排气系统部件发生了异常的情况下的第二实际差压是与所述推定差压不同的值。但是，由于推定差压有可能包含推定误差，因此，优选以第二实际差压与推定差压的差比推定误差大为条件来进行排气系统部件异常的判定。因此，所述预定阈值被设定为比所述推定误差大的值。根据这样的构成，可以利用已有的差压取得单元来判定排气系统部件的异常，因此，无需另外设置用于检测排气系统部件的异常的装置。
[0016]此外，由差压取得单元取得的实际差压根据大气压而变化。因此，若取得第一实际差压时的大气压与取得第二实际差压时的大气压不同，则有可能无法准确地进行排气系统部件的异常判定。于是，本发明的排气装置的异常判定系统可以还具备:取得大气压的大气压取得单元；以及修正单元，其基于取得所述第一实际差压时由所述大气压取得单元取得的大气压与取得所述第二实际差压时由所述大气压取得单元取得的大气压的差即大气压差，对由所述推定单元推定的推定差压进行修正，所述判定单元在由所述修正单元修正后的推定差压与所述第二实际差压的差为所述预定阈值以上的情况下，判定为所述排气系统部件异常。根据这样的构成，由修正单元修正后的推定差压为与取得第二实际差压时的大气压相同的大气压下的差压的推定值。因此，即便在取得第一实际差压时的大气压与取得第二实际差压时的大气压不同的情况下，也能够通过比较修正后的推定差压与第二实际差压，来更准确地判定排气系统部件的异常。
[0017]另外，由差压取得单元取得的实际差压除了根据大气压变化外，还根据颗粒过滤器所捕集的PM的量(PM捕集量)变化。因此，若取得所述第一实际差压时的PM捕集量与取得所述第二实际差压时的PM捕集量不同，则有可能无法准确地进行排气系统部件的异常判定。于是，本发明的排气装置的异常判定系统可以还具备运算单元，其基于内燃机的运转历时记录，对在所述差压取得单元取得所述第一实际差压的时刻的所述颗粒过滤器的PM捕集量与在所述差压取得单元取得所述第二实际差压的时刻的PM捕集量的差进行运算，所述修正单元基于所述大气压差和由所述运算单元算出的PM捕集量的差，来修正由所述推定单元推定的推定差压。该情况下，所述判定单元在由所述修正单元修正后的推定差压与所述第二实际差压的差为所述预定阈值以上的情况下，判定为所述排气系统部件异常即可。根据这样的构成，由修正单元修正后的推定差压为与取得第二实际差压时的大气压相同的大气压下的差压的推定值，并且为与取得第二实际差压时的PM捕集量相同的PM捕集量下的差压的推定值。因此，即便在取得第一实际差压时的大气压与取得第二实际差压时的大气压不同的情况下、和/或取得第一实际差压时的PM捕集量与取得第二实际差压时的PM捕集量不同的情况下，也能够通过对修正后的推定差压与第二实际差压进行比较，来更准确地判定排气系统部件的异常。
[0018]在此，产生了排气系统部件的压力损失降低的异常(例如，因穿孔等导致的排气泄漏)的情况与排气系统部件正常的情况相比，差压的变化量相对于排气流量的变化量的比率增大。即，与排气系统部件正常的情况相比，在产生了排气系统部件的压力损失降低的异常的情况下，排气流量增加了时的差压的增加量较大。另外，与排气系统部件正常的情况相比，在产生了排气系统部件的压力损失降低的异常的情况下，排气流量减少了时的差压的减少量较大。因此，在产生了排气系统部件的压力损失降低的异常的情况下，所述第二排气流量相对于所述第一排气流量的大小关系和所述第二实际差压相对于所述推定差压的大小关系是同等的。即，在产生了排气系统部件的压力损失降低的异常的情况下，若第一排气流量比第二排气流量大则推定差压比第二实际差压大的关系、和若第一排气流量比第二排气流量小则推定差压比第二实际差压小的关系中的任意一方成立。
[0019]另一方面，产生了排气系统部件的压力损失增加的异常(例如，因堵塞和/或堆积物的增加等导致的通路截面积的缩小)的情况与排气系统部件正常的情况相比，差压的变化量相对于排气流量的变化量的比率变小。即，与排气系统部件正常的情况相比，在产生了排气系统部件的压力损失增加的异常的情况下，排气流量增加了时的差压的增加量较小。另外，与排气系统部件正常的情况相比，产生了排气系统部件的压力损失增加的异常的情况下，排气流量减少了时的差压的减少量较小。因此，在产生了排气系统部件的压力损失增加的异常的情况下，所述第二排气流量相对于所述第一排气流量的大小关系和所述第二实际差压相对于所述推定差压的大小关系是相反的。即，在产生了排气系统部件的压力损失增加的异常的情况下，若第一排气流量比第二排气流量大则推定差压比第二实际差压小的关系、和若第一排气流量比第二排气流量小则推定差压比第二实际差压大的关系中的任意一方成立。
[0020]因此，在所述推定差压与所述第二实际差压的差为所述预定阈值以上的情况下，所述判定单元可以在所述第一排气流量比所述第二排气流量大且所述推定差压比所述第二实际差压大时、或所述第一排气流量比所述第二排气流量小且所述推定差压比所述第二实际差压小时，判定为产生了所述排气系统部件的压力损失降低的异常，在所述第一排气流量比所述第二排气流量大且所述推定差压比所述第二实际差压小时、或所述第一排气流量比所述第二排气流量小且所述推定差压比所述第二实际差压大时，判定为产生了所述排气系统部件的压力损失增加的异常。根据这样的构成，在排气系统部件产生了异常的情况下，能够判别该异常是排气系统部件的压力损失降低的异常、还是排气系统部件的压力损失增加的异常。
[0021]进而，本发明的排气装置的异常判定系统可以还具备:PM捕集量取得单元，其以由所述差压取得单元取得的差压为参数，取得所述颗粒过滤器的PM捕集量；以及控制单元，其在由所述判定单元判定为所述排气系统部件异常的情况下，禁止由所述PM捕集量取得单元取得PM捕集量。在排气系统部件产生了异常的情况下，颗粒过滤器的PM捕集量与由差压取得单元取得的实际差压的相互关系会变低，因此，难以根据由差压取得单元取得的实际差压取得准确的PM捕集量。于是，在由所述判定单元判定为所述排气系统部件异常的情况下，通过禁止所述PM捕集量取得单元取得PM捕集量，能够防止取得错误的PM捕集量。
[0022]另外，即使在排气系统部件未产生异常的情况下，若颗粒过滤器产生了异常，则所述推定差压与所述第二实际差压的差也有可能为所述预定阈值以上。于是，可以在进行排气系统部件的异常判定之前，执行颗粒过滤器的异常诊断，以诊断为颗粒过滤器正常作为条件来执行排气系统部件的异常判定。作为诊断颗粒过滤器的异常的方法，例如，可以使用下述方法:在比颗粒过滤器靠下游的排气通路配置电极式PM传感器，若从除去堆积在该PM传感器的电极间的PM的处理结束开始到该电极间导通为止所花费的时间为预定的时间以上，则判定为颗粒过滤器正常。
[0023](发明的效果)
[0024]根据本发明，在具备配置于内燃机的排气通路的颗粒过滤器、和取得比颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压的差压取得单元的排气装置的异常判定系统中，能够利用差压取得单元来判定配置于比颗粒过滤器靠下游的位置的排气系统部件的异常。
【附图说明】
[0025]图1是示出应用本发明的内燃机的排气系统的概略构成的图。
[0026]图2是示出在颗粒过滤器以及排气系统部件正常的情况下，排气流量、差压和PM捕集量的相互关系的图。
[0027]图3是示出在产生了使排气系统部件的压力损失降低的异常且第一排气流量比第二排气流量少的情况下的推定差压与第二实际差压的关系的图。
[0028]图4是示出在产生了使排气系统部件的压力损失降低的异常且第一排气流量比第二排气流量多的情况下的推定差压与第二实际差压的关系的图。
[0029]图5是示出在产生了使排气系统部件的压力损失增加的异常且第一排气流量比第二排气流量少的情况下的推定差压与第二实际差压的关系的图。
[0030]图6是示出在产生了使排气系统部件的压力损失增加的异常且第一排气流量比第二排气流量多的情况下的推定差压与第二实际差压的关系的图。
[0031]图7是示出执行异常判定处理时由ECU执行的处理例程的流程图。
[0032](附图标记的说明)
[0033]I内燃机；2排气管；3催化剂箱;4过滤器箱；5差压传感器;6 ECU; 7加速位置传感器;8曲轴位置传感器;9空气流量计；1大气压传感器。
【具体实施方式】
[0034]以下，基于附图对本发明的【具体实施方式】进行说明。关于本实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、相对配置等，只要未特别记载，就不旨在将发明的技术的范围仅局限于此。
[0035]图1是示出应用本发明的内燃机的排气系统的概略构成的图。图1所示的内燃机I是搭载于车辆的火花点火式的内燃机，但也可以是压缩点火式的内燃机。内燃机I与排气管2连接，该排气管2用于使在该内燃机I的气缸内燃烧了的已燃气体流通。在排气管2的中途配置有催化剂箱3。催化剂箱3在筒状的箱内容纳氧化催化剂等排气净化用催化剂。在比催化剂箱3靠下游的排气管2配置有过滤器箱4。过滤器箱4在筒状的箱内容纳颗粒过滤器。颗粒过滤器捕集排气中含有的尘等颗粒状物质(PM)。
[0036]在所述催化剂箱3与所述过滤器箱4之间的排气管2安装有差压传感器5。差压传感器5是测定向所述过滤器箱4流入的排气的压力与大气压的实际的差压的传感器，与本发明的“差压取得单元”相当。此外，本发明的“差压取得单元”也可以由测定向所述过滤器箱4流入的排气的压力的压力传感器、测定大气压的压力传感器和运算这2个压力传感器的测定值的差的ECU6来实现。所述差压传感器5的测定值输入E⑶6JCU6是由CPU、R0M、RAM、备份RAM等构成的电子控制单元。ECU6除与所述差压传感器5电连接之外，还与加速位置传感器
7、曲轴位置传感器8、空气流量计9、以及大气压传感器10等各种传感器电连接。
[0037]加速位置传感器7是输出与未图示的加速踏板的操作量(加速开度)相关的电信号的传感器。曲轴位置传感器8是输出与内燃机I的曲轴的旋转位置相关的电信号的传感器。空气流量计9是输出与内燃机I的吸入空气量相关的电信号的传感器。大气压传感器10是输出与大气压相关的电信号的传感器，与本发明的“大气压取得单元”相当。
[0038]ECU6基于所述的各种传感器的测定值，来控制内燃机I的运转状态。另外，E⑶6执行作为本发明的要旨的异常判定处理。在此提及的异常判定处理是判定配置在比过滤器箱4靠下游的排气管2、消音器、或排气净化用催化剂等排气系统部件的异常的处理，是判定该排气系统部件的穿孔等而产生的排气泄漏和/或堵塞等的处理。以下，对于本实施例的异常判定处理的执行方法进行说明。
[0039]在异常判定处理中，ECT6读入差压传感器5的测定值(第一实际差压)，并且检测在测定所述第一实际差压的时刻的排气流量(第一排气流量)。排气流量可以通过在排气管2安装流量传感器而直接检测出，或者可以通过在空气流量计9的测定值(吸入空气量)上加上燃料喷射量而运算出。ECU6用这样的方法检测排气流量，由此实现本发明的“检测单元”。然后，ECU6以所述第一实际差压和所述第一排气流量为参数，推定在排气流量与所述第一排气流量不同的第二排气流量下且排气系统部件正常的情况下向所述过滤器箱4流入的排气的压力与大气压的差的推定值(推定差压)。在此，在ECU6的ROM中，预先存储有图2所示那样的示出排气流量、差压和PM捕集量的相互关系的映射或函数式。此外，图2所示的相互关系是示出颗粒过滤器以及排气系统部件正常的情况下的相互关系。示出这样的相互关系的映射或函数式在以排气流量和差压传感器5的测定值为自变量来取得颗粒过滤器的PM捕集量之际使用，也在异常判定处理中在求取所述推定差压之际使用。具体而言，E⑶6首先以第一排气流量和第一实际差压为自变量来求取PM捕集量，接下来，以PM捕集量和第二排气流量为自变量来求取所述推定差压。ECU6用这样的方法推定推定差压，由此实现本发明的“推定单元”。另外，ECU6使用排气流量、差压传感器5的测定值和图2所示的映射或函数式取得颗粒过滤器的PM捕集量，由此实现本发明的“PM捕集量取得单元”。
[0040]若求取了第二排气流量下的差压的推定值即推定差压，则ECU6运算排气流量为所述第二排气流量时的差压传感器5的测定值(第二实际差压)与所述推定差压的差。然后，ECU6判别所述第二实际差压与所述推定差压的差是否为预定阈值以上。在此，存在排气流量越多则差压传感器5的测定值越大的倾向，但差压的变化量相对于排气流量的变化量的比率在排气系统部件正常时和异常时是不同的。因此，第二实际差压在排气系统部件产生了异常的情况下和排气系统部件正常的情况下是不同的。结果，排气系统部件异常的情况下的第二实际差压为与排气系统部件正常的情况下的第二实际差压不同的值。因此，可以认为排气系统部件产生了异常的情况下的第二实际差压为与排气系统部件正常的情况下的差压的推定值即推定差压不同的值。但是，若所述推定差压包含推定误差，则存在下述可能性:尽管排气系统部件正常但第二实际差压与推定差压不同，或者尽管排气系统部件异常但第二实际差压与推定差压为相同值。于是，所述预定阈值被设定为如下的值:比所述推定差压的推定误差大，且在排气系统部件异常的情况下推定差压与第二实际差压之间产生该预定阈值以上的差。这样的预定阈值可以预先通过利用实验等的适应性处理来确定。另夕卜，ECU6若所述第二实际差压与所述推定差压的差为所述预定阈值以上，则判定为所述排气系统部件异常即可。
[0041]此外，推定差压与第二实际差压的差根据第一排气流量以及第二排气流量的大小而变化。因此，在第一排气流量与第二排气流量预先被固定为恒定的流量的情况下，可以将所述预定阈值固定为恒定值，但是如使用在任意的时期差压传感器5所测定出的值作为第一实际差压的情况那样，第一排气流量和第二排气流量未预先被固定为恒定值的情况下，所述预定阈值设为根据第一排气流量以及第二排气流量的大小而变更。另外，若第一排气流量与第二排气流量的差比较小，则推定差压与第二实际差压的差也有可能变小，因此，有可能难以准确地判定排气系统部件的异常。因此，不论在第一排气流量以及第二排气流量预先被固定为恒定值的情况下还是在第一排气流量以及第二排气流量未预先固定为固定值的情况下，都优选将第一排气流量和第二排气流量确定成第一排气流量与第二排气流量的差比较大。例如，优选将第一排气流量与第二排气流量的差确定为，在排气系统部件异常的情况下和正常的情况下，推定差压与第二实际差压的差产生明确的差异。
[0042]然后，在推定差压与第二实际差压的差为所述预定阈值以上的情况下，ECU6判别第二排气流量相对于第一排气流量的大小关系与第二实际差压相对于推定差压的大小关系是否同等，由此判别是产生了使排气系统部件的压力损失降低的异常，还是产生了使排气系统部件的压力损失增加的异常。
[0043]在此，产生了排气系统部件的压力损失变小的异常(例如，由于穿孔等导致的排气泄漏)的情况与排气系统部件正常的情况相比，差压的变化量相对于排气流量的变化量的比率变大。因此，在第一排气流量比第二排气流量小的情况下，若产生了排气系统部件的压力损失变小的异常，则如图3所示那样，推定差压比第二实际差压小。另外，在第一排气流量比第二排气流量大的情况下，若产生了排气系统部件的压力损失变小的异常，则如图4所示那样，推定差压比第二实际差压大。因此，在产生了排气系统部件的压力损失变小的异常的情况下，第二排气流量相对于第一排气流量的大小关系和第二实际差压相对于推定差压的大小关系是同等的。
[0044]另一方面，产生了排气系统部件的压力损失变大的异常(例如，因堵塞和/或堆积物的增加而引起的通路截面积的缩小)的情况与排气系统部件正常的情况相比，差压的变化量相对于排气流量的变化量的比率变小。因此，在第一排气流量比第二排气流量小的情况下，若产生了排气系统部件的压力损失变大的异常，则如图5所示，推定差压比第二实际差压大。另外，在第一排气流量比第二排气流量大的情况下，若产生了排气系统部件的压力损失变大的异常，则如图6所示，推定差压比第二实际差压小。因此，在产生了排气系统部件的压力损失变大的异常的情况下，第二排气流量相对于第一排气流量的大小关系和第二实际差压相对于推定差压的大小关系是相反的。
[0045]鉴于上述的图3至图6的特性，在第二排气流量相对于第一排气流量的大小关系和第二实际差压相对于推定差压的大小关系是同等(第一排气流量比第二排气流量小且推定差压比第二实际差压小的情况、或者第一排气流量比第二排气流量大且推定差压比第二实际差压大的情况)的情况下，可以判定为产生了使排气系统部件的压力损失降低的异常。另一方面，在第二排气流量相对于第一排气流量的大小关系和第二实际差压相对于推定差压的大小关系为相反(第一排气流量比第二排气流量小且推定差压比第二实际差压大的情况、或者第一排气流量比第二排气流量大且推定差压比第二实际差压小的情况)的情况下，可以判定为产生了使排气系统部件的压力损失增加的异常。
[0046]另外，差压传感器5的测定值根据大气压而变化。因此，若测定第一实际差压时的大气压与测定第二实际差压时的大气压不同，则基于第一实际差压推定的推定差压有可能不会成为与测定第二实际差压时的大气压相符合的值。因此，在测定第一实际差压时的大气压与测定第二实际差压时的大气压不同的情况下，有可能难以准确地判定排气系统部件的异常。针对这样的问题，在本实施例中，在推定差压上加上在测定第一实际差压的时刻的大气压传感器10的测定值(以下，称为“第一大气压”)与在测定第二实际差压的时刻的大气压传感器10的测定值(以下，称为“第二大气压”)的差即大气压差(从第一大气压减去第二大气压而得的值)，由此对推定差压进行修正。若这样对推定差压进行修正，则修正后的推定差压成为与测定第二实际差压时的大气压相符合的值。并且，基于修正后的推定差压和第二实际差压来进行排气系统部件的异常判定，由此即便在测定第一实际差压时的大气压与测定第二实际差压时的大气压不同的情况下，也能够更准确地判定排气系统部件的异常。
[0047]另外，差压传感器5的测定值除根据大气压变化外，也根据颗粒过滤器的PM捕集量变化。因此，若测定第一实际差压时的PM捕集量与测定第二实际差压时的PM捕集量不同，则基于第一实际差压推定的推定差压不会成为与测定第二实际差压时的PM捕集量相符合的值，有可能难以准确地判定排气系统部件的异常。于是，在本实施例中，基于测定第一实际差压时的PM捕集量(以下，称为“第一 PM捕集量”)与测定第二实际差压时的PM捕集量(以下，称为“第二PM捕集量”)的差，来修正推定差压。具体而言，求取起因于第一PM捕集量与第二PM捕集量的差(从第二 PM捕集量减去第一 PM捕集量而得的值)的差压的变化量，在推定差压上加上该变化量即可。此时，预先通过实验求取PM捕集量的变化量与差压的变化量的相互关系，以映射或函数式的方式将它们的相互关系存储于ECU6的ROM。并且，ECU6以第一PM捕集量与第二PM捕集量的差为自变量，对所述的映射或函数式进行访问，由此导出差压的变化量即可。若如此对推定差压进一步修正，则修正后的推定差压会成为与测定第二实际差压时的PM捕集量相符合的值。
[0048]此外，上述的第一PM捕集量以及第二PM捕集量设为不使用前述的图2的相互关系而求取的。在使用图2的相互关系求取PM捕集量的方法中，需要使用差压传感器5的测定值作为自变量，但在求取上述的第一 PM捕集量以及第二 PM捕集量的时刻排气系统部件是否正常这一点是不明确的，因此，差压传感器5的测定值是否是反映了PM捕集量的值这是不明确的。因此，上述的第一PM捕集量以及第二PM捕集量，不使用前述的图2的相互关系，而根据内燃机I的运转历时记录推定。具体而言，ECU6首先以混合气的空燃比和量(燃料喷射量与吸入空气量的总和)为参数，运算每单位时间从内燃机I排出的PM的量。另外，ECU6以排气的流量(流速)和PM捕集量的前次的推定值为参数，运算颗粒过滤器的PM捕集率(被颗粒过滤器捕集的PM的量相对于流入颗粒过滤器的PM量的比率)。然后，ECU6对每单位时间从内燃机I排出的PM的量乘以PM捕集率，由此运算每单位时间被颗粒过滤器捕集的PM的量。然后，ECU6累计每单位时间的PM捕集量，由此推定颗粒过滤器的PM捕集量。基于这样的方法的PM捕集量的推定处理在内燃机I的运转期间中反复被执行。然后，ECU6对在测定第一实际差压的时刻的PM捕集量的推定值(第一 PM捕集量)与在测定第二实际差压的时刻的PM捕集量的推定值(第二PM捕集量)的差进行运算(与本发明的“运算单元”相当)，以该差为自变量来求取起因于PM捕集量的变化的差压的变化量。
[0049]如上所述，E⑶6基于第一大气压与第二大气压的差(大气压差)和/或第一PM捕集量与第二PM捕集量的差来修正推定差压，由此实现本发明的“修正单元”。
[0050]另外，推定差压与第二实际差压的差为所述预定阈值以上的原因不局限于排气系统部件的异常，也考虑到是颗粒过滤器的异常。因此，本实施例的异常判定处理是以颗粒过滤器正常为条件来执行的。作为判别颗粒过滤器是否正常的方法，可以使用下述方法:在比过滤器箱4靠下游的排气管2安装电极式的PM传感器，若从除去堆积于该PM传感器的电极间的PM的处理结束开始到该电极间导通为止所需要的时间(以下，称为“导通时间”)为预定的时间以上，则判定为颗粒过滤器正常，若所述导通时间比预定的时间短，则判定为颗粒过滤器异常。
[0051]在通过上述那样的方法执行的异常判定处理中，在判定为排气系统部件异常的情况下，差压传感器5的测定值不会成为反映了颗粒过滤器的状态(例如，PM捕集量)的值。因此，若进行使用排气流量、差压传感器5的测定值和图2所示的映射或函数式来取得颗粒过滤器的PM捕集量的处理，则所取得的PM捕集量与实际的PM捕集量的误差有可能会变大。于是，在本实施例中，ECU6在判定为排气系统部件异常的情况下，禁止基于差压传感器5的测定值取得PM捕集量(控制单元)。
[0052]以下，参照图7对本实施例的异常判定处理的执行步骤进行说明。在此，说明第一排气流量以及第二排气流量预先被固定为恒定的流量的情况下的执行步骤。图7是示出在进行排气系统部件的异常判定之际由ECU6执行的处理例程的流程图。图7所示的处理例程预先存储于ECU6的ROM，在内燃机I的运转期间中反复被执行。
[0053]在图7的处理例程中，ECU6首先在SlOl的处理中判别异常判定标记的值是否为“O”。在此提及的异常判定标记是设定于ECU6的备份RAM等的存储区域，在判定为排气系统部件正常时写入“O”，在判定为排气系统部件异常时写入“I”。在SlOl的处理中判定为否定的情况下(异常判定标记= 1)，ECU6在S115的处理中复位存储于RAM的各种数据(后述的第一实际差压Dpbase、第一大气压Apl、以及第一PM捕集量Σ PMl)的值而结束本处理例程的执行。另一方面，在SlOl的处理中判定为肯定的情况下(异常判定标记=0)，E⑶6进入S102的处理。
[0054]在S102的处理中，E⑶6判别异常判定处理的执行条件是否成立。在此提及的执行条件是颗粒过滤器正常。颗粒过滤器是否正常的判别通过如前述那样判别安装于比过滤器箱4靠下游的排气管2的电极式的PM传感器的导通时间是否为预定的时间以上来执行。在所述S102的处理中判定为否定的情况下，ECU6执行S115的处理而结束本处理例程的执行。另一方面，在所述S102的处理中判定为肯定的情况下，E⑶6进入S103的处理。
[0055]在S103的处理中，ECU6判别排气流量是否与预先确定的第一排气流量Ofl相等。在S103中判定为否定的情况下，E⑶6反复执行该S103的处理。另一方面，在S103的处理中判定为肯定的情况下，ECT6进入S104的处理。
[0056]在S104的处理中，EOT6读入差压传感器5的测定值(第一实际差压)Dpbase、大气压传感器10的测定值(第一大气压)Ap2、以及颗粒过滤器的PM捕集量的推定值(第一PM捕集量)Σ PMl，并使这些数据存储于RAM等存储装置。
[0057]在S105的处理中，ECU6判别排气流量是否与预先确定的第二排气流量Of2相等。在S105的处理中判定为否定的情况下，E⑶6反复执行该S105的处理。另一方面，在S105的处理中判定为肯定的情况下，E⑶6进入S106的处理。此外，在ECU6反复执行S105的处理的中途，内燃机I的运转停止的情况下，E⑶6复位存储于RAM的各种数据(第一实际差压Dpbase、第一大气压Apl、以及第一 PM捕集量Σ PMl)的值而结束本处理例程的执行。
[0058]在S106的处理中，ECU6读入差压传感器5的测定值(第二实际差压)Dpact、大气压传感器10的测定值(第二大气压)Apl、以及颗粒过滤器的PM捕集量的推定值(第二PM捕集量)ΣΡΜ2。此外，所述S104以及所述S105的处理也可以在所述S103以及所述S104的处理之前执行。
[0059]在S107的处理中，E⑶6运算假定为排气流量与第二排气流量相等且排气系统部件正常的情况下的差压的推定值(推定差压)Dpest。具体而言，ECU6如前述那样首先以第一排气流量和第一实际差压Dpbase为自变量来对图2所示的映射或函数式进行访问，由此运算PM捕集量，以该PM捕集量和第二排气流量为自变量对图2的映射或函数式进行访问，由此运算第二排气流量下的差压的推定值。进而，ECU6基于第一大气压Apl与第二大气压Ap2的差(大气压差)、以及第一PM捕集量Σ PMl与第二PM捕集量Σ PM2的差对所述推定值进行修正，由此求取推定差压Dpest。
[0060]在S108的处理中，ECU6判别在所述S106的处理中读入的第二实际差压Dpact与所述S107的处理中求得的推定差压Dpest的差(| Dpest-Dpact | )是否为预定阈值Δ Dpthr以上。在所述S108的处理中判定为否定的情况下，ECU6进入SI 13的处理，对异常判定标记写入“O”。另一方面，在所述S108的处理中判定为肯定的情况下，E⑶6进入S109的处理，对异常判定标记写入“I”。
[0061 ] ECU6在执行了所述S109的处理之后进入SI 10的处理，判别第二排气流量Of 2相对于第一排气流量0Π的大小关系和第二实际差压Dpact相对于推定差压Dpest的大小关系是否是同等的(第一排气流量Ofl比第二排气流量0f2小且推定差压Dpest比第二实际差压Dpact小、或者第一排气流量0Π比第二排气流量0f2大且推定差压Dpest比第二实际差压Dpact大)。即，ECU6在SllO的处理中，判别前述的图3、图4所示的关系是否成立。在SllO的处理中判定为肯定的情况下，ECU6进入Slll的处理，判定为排气系统部件的异常是使压力损失降低的异常。另一方面，在SllO的处理中判定为否定的情况下，前述的图5、图6所示的关系成立，因此ECU6进入S112的处理，判定为排气系统部件的异常是使压力损失增加的异常。此外，在所述Slll以及所述S112的处理中，E⑶6也可以将异常的种类存储于备份RAM等。
[0062]E⑶6若执行完S11US112、或S113的处理，则进入S114的处理，将存储于RAM的各种数据(第一实际差压Dpbase、第一大气压Apl、以及第一PM捕集量Σ PMl)的值复位而结束本处理例程的执行。此时，ECU6不复位异常判定标记的值。
[0063]此外，E⑶6执行S108、S109、S113的处理，由此实现本发明的“判定单元”。
[0064]若如上述那样依照图7的处理例程执行排气系统部件的异常判定处理，则能够利用差压传感器5来判定排气系统部件的异常，因此，无需另外设置用于检测排气系统部件的异常的装置。因此，既能够抑制部件个数的增加和/或成本的增加，又能够判定排气系统部件的异常。
【主权项】
1.一种排气装置的异常判定系统，应用于具备颗粒过滤器以及差压取得单元的排气装置，判定该排气装置的异常，所述颗粒过滤器配置于内燃机的排气通路且捕集排气中的PM，所述差压取得单元取得比该颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的实际的差即实际差压，所述异常判定系统的特征在于，具备: 检测单元，其检测通过所述颗粒过滤器的排气的流量； 推定单元，其基于作为由所述差压取得单元取得的实际差压的第一实际差压、以及在取得该第一实际差压时由所述检测单元检测出的排气流量即第一排气流量，推定在通过所述颗粒过滤器的排气流量为与所述第一排气流量不同的第二排气流量的情况下的比所述颗粒过滤器靠上游的排气压力与大气压的差压；以及 判定单元，其在由所述推定单元推定出的差压、与在由所述检测单元检测出的排气流量等于所述第二排气流量时由所述差压取得单元取得的实际差压即第二实际差压之差为预定阈值以上的情况下，判定为配置在比所述颗粒过滤器靠下游的位置的排气系统部件异常。2.根据权利要求1所述的排气装置的异常判定系统，还具备: 大气压取得单元，其取得大气压；以及 修正单元，其基于大气压差来修正由所述推定单元推定出的差压，所述大气压差是在取得所述第一实际差压时由所述大气压取得单元取得的大气压与在取得所述第二实际差压时由所述大气压取得单元取得的大气压之差； 所述判定单元在由所述修正单元修正后的差压与所述第二实际差压之差为所述预定阈值以上的情况下，判定为所述排气系统部件异常。3.根据权利要求2所述的排气装置的异常判定系统， 还具备运算单元，该运算单元基于内燃机的运转历史记录来运算在取得所述第一实际差压的时刻的所述颗粒过滤器的PM捕集量与在取得所述第二实际差压的时刻的所述颗粒过滤器的PM捕集量之差， 所述修正单元基于由所述运算单元算出的PM捕集量之差和所述大气压差来修正由所述推定单元推定出的差压， 所述判定单元在由所述修正单元修正后的差压与所述第二实际差压之差为所述预定阈值以上的情况下，判定为所述排气系统部件异常。4.根据权利要求1?3中任一项所述的排气装置的异常判定系统， 在由所述推定单元推定出的差压与所述第二实际差压之差为所述预定阈值以上的情况下， 所述判定单元， 在所述第一排气流量比所述第二排气流量大且所述推定差压比所述第二实际差压大时，或在所述第一排气流量比所述第二排气流量小且所述推定差压比所述第二实际差压小时，判定为产生了所述排气系统部件的压力损失降低的异常， 在所述第一排气流量比所述第二排气流量大且所述推定差压比所述第二实际差压小时，或在所述第一排气流量比所述第二排气流量小且所述推定差压比所述第二实际差压大时，判定为产生了所述排气系统部件的压力损失增加的异常。5.根据权利要求1?4中任一项所述的排气装置的异常判定系统，还具备: PM捕集量取得单元，其以由所述差压取得单元取得的实际差压为参数，取得所述颗粒过滤器的PM捕集量；以及 控制单元，其在由所述判定单元判定为所述排气系统部件异常的情况下，禁止由所述PM捕集量取得单元取得PM捕集量。6.根据权利要求1?5中任一项所述的排气装置的异常判定系统， 所述判定单元在内燃机的起动后且进行所述排气系统部件的异常判定之前，执行所述颗粒过滤器的异常诊断，以诊断为所述颗粒过滤器正常作为条件来执行所述排气系统部件的异常判定。
【文档编号】F01N11/00GK105927342SQ201610102105
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月24日
【发明人】角冈卓, 大冢孝之, 桥本浩成, 小桥纪靖
【申请人】丰田自动车株式会社