CN102791996A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

在该发明中，内燃机的控制装置根据设置于内燃机的排气路径上的微粒传感器的电极间的电特性来检测排气路径中的废气中所包含的微粒量。这里，电特性例如是施加了规定电压时的电流值等、根据微粒的堆积量而变化的特性。另外，在内燃机起动后，当微粒量的检测结束后，通过将微粒传感器的元件部控制在规定的温度范围，使元件部所堆积的微粒被燃烧除去。并且，在微粒被燃烧除去后，该内燃机的控制装置在内燃机停止之前的期间内，将元件部控制在规定的温度范围。由此，能够在微粒被燃烧除去后，抑制微粒堆积在元件部中，从而在下次内燃机起动时立即进行微粒的检测。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

该发明涉及内燃机的控制装置。更具体而言，涉及具有设置于内燃机的排气路径中、用于检测废气中的微粒量的微粒传感器的内燃机的控制装置。

背景技术

例如在专利文献1中，公开了一种检测内燃机的废气中的微粒(particulate matter;以下也称为“PM”)量的传感器。专利文献1的传感器具备使PM附着的绝缘层和彼此隔开间隔而配置在绝缘层上的一对电极。该传感器与废气接触，当废气中的PM在电极间堆积时，电极间的导电性根据PM堆积量而发生变化，因此电极间的电阻发生变化。因此，通过检测传感器的电极间的电阻来检测电极间的PM堆积量，由此来推算废气中的PM量，并检测PM捕集用过滤器的故障等。

在该传感器中，当电极间的PM堆积量超过了一定量时，电极间的电阻值已经不再变化，之后成为无法输出对应于PM堆积量的输出值的状态。对此，在专利文献1的技术中，在电极间的PM堆积量增加了的阶段，利用内置于传感器的加热器对传感器加热规定时间，执行燃烧除去所堆积的PM的PM重置。

专利文献1:日本特开2008-190502号公报

然而，在内燃机起动后，处于在排气路径中滞留有冷凝水的状态。在这种情况下，在内燃机起动时，有时会因为冷凝水而导致PM传感器的元件部进水。在元件部进水的状态下，在由于进行PM重置而对元件部急剧加热的情况下，PM传感器8有时会发生元件损坏的情况。

为了防止这样的元件损坏，通常在内燃机起动时，在排气路径的水分被排出并确认干燥之后，进行PM传感器的升温再生。但是，在这种情况下，在内燃机起动后，在到PM重置结束、并进入PM量的检测模式为止，需要相当长的时间。其结果，尤其是在低温起动后，在水温还未完全升高的期间内就停止的短途运转被反复进行这样的情况下等，会发生PM传感器不进入PM量的检测模式的状况。

另外，为了在内燃机起动后立即成为PM检测模式，例如也考虑了在内燃机的运转停止后、或起动前(预热)实施PM重置的情况。但是，上述时刻的PM重置对电池负荷造成的影响较大，且难以确保PM重置时间。

发明内容

该发明以解决上述课题为目的，提供一种被改良成为在内燃机起动时成为能够尽快进行PM量的测量的状态的内燃机的控制装置。

该发明的内燃机的控制装置为了实现上述目的，具备检测废气中的微粒量的单元和将元件部所堆积的微粒燃烧除去的单元。

这里，检测微粒量的单元根据设置于内燃机的排气路径的微粒传感器的电极间的电特性，来检测排气路径中的废气中所包含的微粒量。这里，电特性例如是施加了规定电压时的电流值等根据微粒的堆积量而变化的特性。

另外，将元件部所堆积的微粒燃烧除去的单元在内燃机起动后，在微粒量的检测结束后将微粒传感器的元件部控制在规定的温度范围，由此将元件部所堆积的微粒燃烧除去。这里，规定的温度范围是能够使元件部所堆积的微粒燃烧的温度范围。

并且，在该发明中内燃机的控制装置具备在微粒被燃烧除去后，在到内燃机停止为止的期间内将元件部控制在规定的温度范围的单元。

另外，该发明的内燃机的控制装置可以具备对与微粒量的检测中的条件有关的参数进行记录的单元。在这种情况下，还具备在内燃机此次起动后，判别在从内燃机的上次起动到停止的上次运转中微粒量的检测是否结束的单元、和在判定为未结束的情况下，读取上次运转中所记录的参数的单元，检测微粒量的单元在内燃机此次起动后，能够根据参数来继续执行上次运转中的微粒量的检测。

另外，在该发明的内燃机的控制装置如上述那样继续执行上次运转中的微粒量的检测的情况下，在内燃机此次起动后，当判定为排气路径的温度高于基准温度时，检测微粒量的单元还可以开始继续执行上次运转中的微粒量的检测。

根据该发明，在微粒量的检测结束后，进行微粒的燃烧除去，然后在到内燃机停止之前，元件部被维持在使微粒燃烧的温度范围。由此，能够在微粒的除去结束后对元件部中微粒堆积的情况进行抑制。因此，通过在到上次的内燃机的停止前为止将元件部维持在该温度范围，能够在此次内燃机起动时，不用进行传感器的微粒的燃烧除去而开始进行微粒量的检测。

另外，即使因内燃机起动时的排气路径的冷凝水而导致元件部进水，微粒量检测时的温度与微粒除去时的温度相比较低，元件损坏也不易发生。因此，能够在内燃机起动后不用等待冷凝水的干燥而立即开始进行微粒量的检测。因此，能够在内燃机起动后在较早的阶段进入微粒量的检测模式，能够更可靠地确保微粒量的检测的机会。

附图说明

图1是用于说明该发明的实施方式中的系统的整体构成的示意图。

图2是用于说明该发明的实施方式的PM传感器的元件部的构成的示意图。

图3是用于说明在该发明的实施方式中由控制装置执行的控制程序的流程图。

图4是用于说明在该发明的实施方式中由控制装置执行的其他控制的程序的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各附图中，对相同或者相当的部分赋予相同附图标记，并且简化甚至省略其说明。

实施方式

[关于本实施方式的系统的构成]

图1是用于说明该发明的实施方式的系统的整体构成的图。在图1所示的系统中，在内燃机2的排气路径4上设置有DPF(Diesel ParticulateFilter)6。DPF6是用于捕集废气中所含的微粒状物质(PM:particulatematter)的过滤器。在排气路径4的DPF6的下游设置有PM传感器8(微粒传感器)。PM传感器8被用于检测通过了DPF6的废气中的PM量。

该系统具备控制装置10。在控制装置10的输入侧，除了PM传感器8以外，还连接有各种传感器。另外，在控制装置10的输出侧，连接有内燃机2的各种致动器。控制装置10根据来自各种传感器的输入信息来执行规定的程序，通过使各种致动器动作来执行与内燃机2有关的各种控制。

图2是放大表示本实施方式的PM传感器8的元件部的示意图。如图2所示那样，PM传感器8的元件部在其表面具有一对电极12、14。一对电极12、14在相互不接触的状态下，隔开一定的间隔而配置。并且，电极12、14分别具有被形成为齿梳形状的部分，并被配置为在该部分相互咬合。电极12、14与在其下层形成的绝缘层16接触。绝缘层16具有使PM附着的功能。在绝缘层16内部的电极12、14的下层，埋入有未图示的加热器。

电极12和电极14分别经由电源电路等与电源(未图示)连接。由此能够在电极12和电极14之间施加规定的电压。加热器经由电源电路等与电源(未图示)连接，通过向加热器提供规定的电力来对元件部进行加热。电源电路等与控制装置10连接而被其控制。

[本实施方式的控制的概要]

在本实施方式中，在控制装置10所进行的控制中，包含有进行废气中的PM量的检测以及基于此的DPF6的故障判定的控制。具体而言，控制装置10在电极12、14之间施加用于检测PM量的规定的电压(以下称为“捕集用电压”)，并作为传感器输出而经由检测器检测流过PM传感器8的电流值。

这里，若在电极12、14之间施加了捕集用电压，则废气中的PM在电极12、14之间堆积。随着在电极12、14之间堆积的PM增加，电极12、14间的导通部位增加，电极12、14间的电阻变小。在本实施方式中，PM传感器8的传感器输出是流过PM传感器8的电流值，其随着电极12、14间的PM堆积量的增加而增加。因此，根据PM传感器8来检测废气中的PM量。另外，后面也将施加捕集用电压，并检测电流值的状态称为“PM检测模式”。另外，在PM检测模式下，元件部被维持在300℃以下的温度。

控制装置10还对检测出的传感器输出和判定的基准值进行比较，由此来判定DPF6是否发生故障。这里的基准值在DPF6正常的情况下，是与DPF6下游的废气所能包含的PM量对应的传感器输出的上限值附近的值，是针对每个PM传感器8通过实验等求出的、被适当设定的值。因此，在传感器输出大于基准值的情况下，向DPF6下游排出的PM较多，判定为DPF6发生了故障。

并且，在控制装置10所进行的控制中，包含将附着于PM传感器8的元件部的PM燃烧除去的PM重置。具体而言，在上述DPF6的故障判定中，将针对在规定的时间内堆积于元件部的PM量的传感器输出与基准值进行比较。因此，在开始进行DPF6的故障判定的情况下，需要进行一次将PM传感器8所附着的PM除去的处理。因此，控制装置10对加热器通电，将PM传感器8的元件部加热至PM被燃烧的温度以上的温度并维持规定时间，从而执行使PM燃烧除去的PM重置。另外，这里的PM重置的温度设为500℃以上。

[本实施方式的特殊控制]

有时在内燃机2起动时冷凝水会滞留于排气路径4，而若在由于冷凝水导致PM传感器8进水的状态下使PM传感器8急剧升温则有时会导致元件损坏。因此，在一般情况下，在内燃机2起动后，除去排气路径的冷凝水，然后执行PM重置，在PM重置结束后，将PM传感器设为PM检测模式，从而执行DPF的故障判定。在这种情况下，难以在内燃机起动后尽早地将PM传感器设为PM检测模式。

另外，在内燃机2起动时，如果处于PM传感器8中没有堆积PM的状态，则能够在刚起动后不用进行PM重置而立即设为PM检测模式。并且，PM检测模式在300℃以下的温度被执行，其温度低于PM重置时的温度。因PM传感器8的元件部的进水而导致的元件损坏，是由于在元件部进水的状态下使元件部急剧升温而导致，而如果是PM检测模式下的300℃左右的温度，则元件损坏不易发生。因此，如果是内燃机2的PM传感器8中没有堆积PM的状态，则能够不用等待排气路径的冷凝水的排水、干燥而立即设为PM检测模式，从而进行DPF6的故障判定。

于是在本实施方式中，为了能够在内燃机起动后立即进入PM检测模式而进行以下的控制。即，在内燃机起动后，在DPF6的故障判定结束的情况下进行PM重置。并且当PM重置结束时，在到内燃机2停止为止的期间内，元件温度保持不变地维持为PM重置时的温度(500℃以上)。

在元件温度被保持为PM重置时的温度的情况下，由于PM被燃烧，所以成为PM难以堆积于元件部的状态。因此，在PM重置结束后，能够一直维持在元件部中没有堆积PM的状态。在这样维持上次元件部中没有堆积PM的状态而停止了内燃机的情况下，在此次的内燃机2起动时，能够不用进行PM重置而直接开始进行DPF6的故障判定。

但是，例如在上次DPF6的故障判定执行中内燃机2停止的情况也存在。在这样的在DPF6的故障判定执行中内燃机2停止的情况下，控制装置10将对PM量进行了检测的检测时间、用于各种输出修正的运转条件参数等保存在备份RAM中。

然后，在此次内燃机2被起动后，读取备份RAM中存储的信息，在不进行PM重置的情况下继续执行接着上次的PM量的检测(DPF 6的故障判定)。这里与上述同样，由于PM检测模式的温度被维持在300℃以下，因此能够在不会造成元件损坏的情况下，在内燃机2起动后立即开始进行DPF6的故障判定。

另外，例如在上次DPF6的故障判定结束后，在PM重置未结束的状态下内燃机2停止的情况也存在。在这种情况下，需要在此次内燃机2起动后进行PM重置，从而除去元件部的PM。需要在PM重置时升温至500℃以上的高温。因此，在这种情况下，在内燃机2起动后防止PM传感器8进水所需要的条件等、PM重置开始所需要的条件被满足之后才执行PM重置。然后，在元件部的PM被除去了的状态下进行DPF6的故障判定。在故障判定结束后，与上述同样，再次执行PM重置，当PM重置结束时，在此次的内燃机2停止之前元件部一直被维持为PM重置时的温度。

[本实施方式的具体的控制程序]

图3是用于说明在该发明的实施方式中由控制装置执行的控制程序的流程图。图3的程序每隔一定期间被反复执行。在图3的程序中，首先判别判定内燃机2是否起动(S102)。在判定为内燃机未起动的情况下，直接结束处理。

若在步骤S102中判定为内燃机起动，则接着判别传感器是否正常(S104)。在判定为PM传感器8不正常的情况下，直接结束处理。

若在步骤S104中判定为PM传感器8正常，则接着将传感器温度控制在300℃以下(S106)。该温度是通常的PM传感器8进行PM检测时的使用环境，一般情况下不用通过加热器等的加热等而被直接使用。

接着，判别标识XMODE_1是否为ON(S108)。标识XMODE_1的初始值为OFF，按照后述的处理在从DPF6的故障判定开始后到故障判定结束为止的期间内的故障判定中被设为OFF。因此，这里在判定为XMODE_1=ON的情况下，确认为是在上次的内燃机停止前故障判定已经结束的状态。

若在步骤S108中判定为XMODE_1=ON成立，则接着判别标识XMODE_2是否为ON(S110)。这里的标识XMODE_2，其初始值为OFF，是按照后述的处理在从DPF6的故障判定开始后到PM重置结束为止的期间内被设为OFF的标识。因此，若在步骤S110中判定为XMODE_2=ON成立，则确认为在上次内燃机2停止前，故障判定已经结束，并且PM重置也已经结束。

若在步骤S110中判定为XMODE_2=ON成立，则接着开始施加捕集用电压，从而开始进行PM的捕集(S112)。这里，根据来自控制装置10的规定的控制信号，开始在电极12、14之间施加规定的捕集用电压，并检测PM传感器8的输出。

接着，设定XMODE_1=OFF、XMODE_2=OFF 、XMODE_3=ON(S114)。XMODE_3的初始值为OFF，在从故障判定开始后到后述的PM重置结束为止被设为ON。

接着，执行DPF6的故障判定(S116)。DPF6的故障判定通过检测在捕集用电压施加开始后经过了规定的时间后的PM传感器8的输出，并将该输出与基准值进行比较而被执行。即，在传感器输出大于基准值的情况下，判断为DPF6发生了故障。该DPF6的故障判定按照故障判定执行用程序而被控制，故障判定中的PM检测时的经过时间、用于各种输出修正的运转条件参数等被保存于备份RAM。

当步骤S116的故障判定结束时，接着设定标识XMODE_1=ON(S118)。由此表示在此次的内燃机2的运转过程中故障判定已经结束。

接着，执行PM重置(S120)。即，根据控制装置10的控制信号对加热器通电，将元件部加热至规定的温度以上。由此PM传感器8的元件部所堆积的PM被燃烧除去。

接着，判别PM重置是否结束(S122)。在判定为PM重置未结束的情况下，在PM重置执行中的状态下，每隔一定时间就反复执行步骤S122的PM重置结束的判定。

在步骤S122中判定为PM重置结束的情况下，接着将标识XMODE_2设为ON，将标识XMODE_3设为OFF(S124)。由此认为在此次的内燃机2的运转中PM重置也已经结束。

接着，将传感器温度控制在500℃以上(S126)。这里，由于PM重置时的温度在500℃以上，所以在PM重置后，元件部的温度被直接保持在500℃以上。在该温度范围内元件部不会堆积PM。即，在步骤S124中PM传感器8的PM被燃烧了的状态被维持。

然后，结束此次的处理。在如上述那样在步骤S126结束后内燃机2停止的情况下，在下次的内燃机2的起动后，也能够按照上述步骤S102-S126的处理来执行内燃机2刚起动后的PM检测(故障判定)。

另一方面，在上次的内燃机2的运转过程中，在从上述步骤S120的PM重置被执行后，到在步骤S122中PM重置消除的结束判定前的阶段，内燃机停止，在该程序结束了的情况下，成为标识XMODE_1=ON，标识XMODE_2为OFF的状态。在这种情况下，若在此次的内燃机2起动后该程序被执行，则在步骤S110中，判定XMODE_2=ON不成立。

在这种情况下，认为在PM传感器8的元件部中堆积有PM，需要在开始进行故障判定前执行PM重置。因此，在步骤S110中判定为XMODE_2=ON不成立的情况下，接着在步骤S130中，判别PM重置的条件是否已经成立。这里，具体而言，PM重置的条件例如是排气路径4的壁温、冷凝水积存处的温度在露点或者100℃以上等、用于防止因冷凝水导致的进水的条件等，被预先设定并被存储于控制装置10。

在判定为PM重置的条件不成立的情况下，步骤S130的条件成立的判定处理每隔一定时间被反复执行，直到判定为条件成立为止。另一方面，若在步骤S130中PM重置的条件成立，则接着执行PM重置(S132)。具体而言，这里，根据来自控制装置10的控制信号，加热器被通电，元件部被加热至规定的温度。

接着，判别PM重置是否已经结束(S134)。在判定为PM重置未结束的情况下，步骤S134的PM重置的结束的判定处理被反复执行。

另一方面，当在步骤S134中判定为PM重置结束时，元件部所堆积的PM被除去，判定为处于能够执行故障判定的状态。因此，进行至步骤S112，按照上述的S112-S126的处理来执行控制。

另外，在上次在上述步骤S116的故障判定中内燃机2停止并且该程序结束了的情况下，标识XMODE_1在步骤S114中保持原样为OFF。因此，若在此次内燃机2起动后该程序被执行，则在上述步骤S108中，判定为XMODE_1=ON不成立。

在这种情况下，接着判别标识XMODE_3是否为ON(S136)。当在上述的步骤S114的处理中标识XMODE_1、XMODE_2被设为ON时，XMODE_3被同时设为ON。XMODE_1在之后的步骤S118的处理中，比XMODE_2、XMODE_3先反转而成为ON。因此，在PM重置一次也未完成的情况下，当XMODE_1为OFF时XMODE_3也为OFF。

因此，当在步骤S136中判定为XMODE_3=ON不成立时，PM传感器8的最初的PM重置按照步骤S130-S134的处理被执行，然后，按照步骤S112-S126的处理来执行控制。

另一方面，当在步骤S136中判定为XMODE_3=ON成立时，认为上次的内燃机2的运转在DPF6的故障判定的处理中已停止。在这种情况下，在上次的故障判定中被记录的参数等被读入(S138)。然后，附带着这些信息进行至步骤S112，开始进行上次被中断的故障判定，依次执行S112-S128的处理。

如以上说明的那样，在本实施方式中，在从内燃机2的起动到停止的1个过程的期间内，进行一次故障判定和PM重置，在PM重置被执行后，将PM传感器8维持在500℃以上，从而维持元件部中没有堆积PM这样的状态。因此，在下次内燃机2起动时，能够不用等待冷凝水的排水而立即执行故障判定。由此，能够缩短从起动到故障判定结束的时间，因此即使在1个过程比较短的情况下也能够执行故障判定，能够确保更多的故障判定执行的机会。

[本实施方式的其他控制例]

另外，在本实施方式中，对在步骤S138的参数读入后，立即在步骤S112中开始施加捕集用电压的情况进行了说明。但是，该发明不限于此。图4是用于说明在该发明的实施方式中由控制装置执行的其他控制程序的流程图。

图4的程序与图3的程序相比，除了在步骤S138的处理后、在步骤S112的处理前具有步骤S140的处理这一点以外，其他都相同。在图4的程序中，当在步骤S138中读入了上次的参数时，在步骤S140中，判别在成为了PM检测模式的情况下的防止进水条件是否成立。这里的防止进水条件例如是排气路径4的壁温、冷凝水积存处的温度在露点或者100℃以上等用于防止因冷凝水导致的进水的条件，被预先设定并被存储于控制装置10。

在判定为步骤S140的条件不成立的情况下，反复执行步骤S140的判定处理，直到判定为步骤S140的条件成立为止。另一方面，若在步骤S140中判定为条件成立，则接着进行至步骤S112，继续执行接着上次的故障判定。

另外，在本实施方式中，对在起动后作为PM检测模式而进行DPF6的故障判定的情况进行了说明。但是，该发明并不被限定于进行DPF6的故障判定的情况，对在起动后的较早阶段作为PM检测模式而检测废气中的PM量的情况等也有效。

另外，在本实施方式中，对将PM重置时的温度和重置结束后的温度都设定在500℃以上的情况进行了说明。其是用于使元件部所附着的PM燃烧的有效温度。但是，在该发明中，使微粒燃烧的温度范围并未被限定为一定在500℃以上，可以根据微粒的附着量、微粒的成分等来适当地设定。

另外，在本实施方式中，将PM检测模式时的温度说明为在300℃以下。但是，该发明中的PM检测时的温度并不被其限定。但是，PM检测时的温度被设为是低于PM重置时的温度、且即使元件部进水也难以发生元件损坏的范围内的温度。

另外，当在以上的实施方式中提及各要素的个数、数量、量、范围等的数值时，除了特别说明的情况和从原理上被明确确定为该数的情况以外，该提及的数值并不对该发明进行限定。另外，在该实施方式中说明的构造和步骤等，除了特别说明的情况和从原理上被明确确定的情况以外，未必对于该发明必不可少。

附图标记说明：

2…内燃机；4…排气路径；6…DPF；8…PM传感器；10…控制装置

Claims (3)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：

根据设置于内燃机的排气路径的微粒传感器的电极间的电特性来检测上述排气路径的废气中的微粒量的单元；

在上述内燃机起动后，当上述微粒量的检测结束后，将上述微粒传感器的元件部控制在使堆积于上述元件部的微粒燃烧的规定的温度范围，来将堆积于上述元件部的微粒燃烧除去的单元；和

在从燃烧除去上述微粒后至上述内燃机停止的期间内，将上述元件部控制在上述规定的温度范围的单元。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

该内燃机的控制装置还具备：

对与上述微粒量的检测中的条件有关的参数进行记录的单元；

在上述内燃机此次起动后，判别在上述内燃机的上次起动到停止的上次运转过程中上述微粒量的检测是否结束的单元；和

在上述内燃机此次起动后，在判定为在上述上次运转过程中微粒量的检测未结束的情况下，读入上述上次运转过程中被记录的上述参数的单元，

在上述内燃机此次起动后，上述检测微粒量的单元根据上述参数来继续执行上述上次运转过程中的微粒量的检测。

3.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

在上述内燃机此次起动后，在判定为上述排气路径的温度高于基准温度的情况下，上述检测微粒量的单元开始继续执行上述上次运转过程中的微粒量的检测。

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