CN103270263A - 内燃机的过滤器故障检测装置 - Google Patents

Abstract

更加高精度地检测过滤器（3）的故障。包括过滤器（3）、物质量检测部（4）、流速检测部（10）和判定部（10），所述过滤器（3）设置在内燃机（1）的排气通路（2）内，捕集排气中所含的物质，所述物质量检测部（4）设置在比过滤器（3）靠下游侧的排气通路（2）内，检测排气中的物质量，所述流速检测部（10）检测或者推测通过过滤器（3）的排气的流速，当通过过滤器（3）的排气的流速越快，物质量的变化量与排气的流速的变化量的比越大时，所述判定部（10）判定为过滤器（3）发生故障。

Description

内燃机的过滤器故障检测装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机的过滤器故障检测装置。

背景技术

公知一种根据比过滤器靠上游侧的位置和比过滤器靠下游侧的位置的压力差，检测该过滤器的故障的技术，该过滤器设置在内燃机的排气通路中，捕集排气中的颗粒状物质（PM）（例如参照专利文献1。）。但是，在过滤器发生了故障时，也有很难检测压力差的变化的情况，所以故障检测的精度可能降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007–327392号公报

专利文献2：日本特开2008–101606号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明是鉴于上述问题而做成的，其目的在于更加高精度地检测过滤器的故障。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的内燃机的过滤器故障检测装置包括过滤器、物质量检测部、流速检测部和判定部，

上述过滤器设置在内燃机的排气通路中，捕集排气中所含的物质，

上述物质量检测部设置在比上述过滤器靠下游侧的排气通路中，对通过上述过滤器的上述物质的量进行检测，

上述流速检测部检测或者推测通过上述过滤器的排气的流速，

在通过上述过滤器的排气的流速越快，由上述物质量检测部检测的物质量的变化量、与由上述流速检测部检测或推测的排气的流速的变化量的比越大时，上述判定部判定为上述过滤器发生故障。

这里，排气的流速越快，过滤器中的压损的增加程度越大。并且，当过滤器裂开时，通过裂开的部位的物质量随着压损的增加而呈非线性增加。即，当过滤器发生故障时，例如在通过过滤器的排气的流速持续加快时，由物质量检测部检测的物质量的增加率持续增高。相对于此，在过滤器正常的情况下，通过过滤器的排气的流速与比过滤器靠下游侧的物质量的关系为线性。即，在过滤器正常的情况下，例如在通过过滤器的排气的流速持续加快时，由物质量检测部检测的物质量的增加率是恒定的。这样，物质量的变化量与排气的流速的变化量的比在过滤器正常的情况下、和在过滤器裂开的情况下大不相同。并且，在通过过滤器的排气的流速越快，物质量的变化量与排气的流速的变化量的比越大的情况下，能够判定为过滤器发生了故障。这样，由于根据通过过滤器的排气的流速和比过滤器靠下游侧的物质量，判定过滤器的故障，所以不必推测比过滤器靠上游侧的物质量。另外，能够根据一直被普遍采用的传感器的测量值判定故障。并且，与比过滤器靠上游侧的物质量的检测或推测的精度相比，能够高精度地检测或推测通过过滤器的排气的流速，所以能够提高过滤器的故障的判定精度。另外，能够采用以下说明的各种方法，检测出通过过滤器的排气的流速越快，物质量的变化量与排气的流速的变化量的比越大。

即，在本发明中，当在上述物质量的变化量与上述排气的流速的变化量的比为规定值以上时、由上述流速检测部检测或者推测的排气的流速为阈值以下的情况下，上述判定部能够判定为上述过滤器发生故障。

在过滤器发生了故障的情况下，随着排气的流速的加快，由物质量检测部检测的物质量增加。并且，当排气的流速达到某一值时，物质量开始急剧增加。该物质量开始急剧增加的点（以下也称为骤变点。）相当于物质量的变化量与排气的流速的变化量的比为规定值时。在过滤器未发生故障时，不存在该骤变点。因此，规定值成为高于在过滤器正常的情况下的、物质量的变化量与排气的流速的变化量的比的值。另外，过滤器的故障的程度越高，骤变点越向排气的流量低的一侧移动。因而，能够根据出现骤变点时的排气的流速判定过滤器的故障的程度。并且，预先将在超过了过滤器的故障的程度的容许范围时出现骤变点的排气的流速确定为阈值。即，在出现骤变点的排气的流速为阈值以下的情况下，能够判定为过滤器的故障的程度超过了容许范围。

在本发明中，当在上述物质量的变化量与上述排气的流速的变化量的比为规定值以上时、由上述物质量检测部检测的物质量为阈值以上的情况下，上述判定部能够判定为上述过滤器发生故障。

这里，在相同的排气的流速时，骤变点出现在物质量比过滤器正常时多的一侧。因而，能够根据出现骤变点时的物质量，判定过滤器的故障的程度。并且，预先将超过了故障的程度的容许范围时出现骤变点的物质量确定为阈值。即，在出现骤变点的物质量为阈值以上的情况下，能够判定为过滤器的故障的程度超过了容许范围。

在本发明中，当在上述排气的流速为规定值以上时、由上述物质量检测部检测的上述物质量为阈值以上的情况下，上述判定部能够判定为上述过滤器发生故障。

将该规定值设定为在过滤器发生故障的情况下出现骤变点时的排气的流速的下限值。另外，也可以将规定值设定为在过滤器的故障的程度刚刚超过了可容许的限度后出现骤变点时的排气的流速。另外，这里所说的阈值是在通过过滤器的排气的流速为规定值以上的情况下，过滤器发生故障时的由物质量检测部检测的物质量的下限值。另外，也可以将阈值设定为在过滤器发生故障时出现骤变点时的物质量的下限值。即，在过滤器发生故障的情况下，当排气的流速超过骤变点时，由物质量检测部检测的物质量急剧增加，所以当物质量成为阈值以上时，能够判定为过滤器发生故障。

另外，上述判定部能够依据上述排气的流速变更上述阈值。即，排气的流速越快，由物质量检测部检测的物质量越增加，所以当相对应地提高阈值时，能够进行更加高精度的故障检测。另外，也可以将阈值设定为恒定而简化过滤器的故障检测。

在本发明中，上述判定部对在上述排气的流速为规定值以上时由上述物质量检测部检测的上述物质量、和在上述排气的流速低于规定值时由上述物质量检测部检测的上述物质量进行比较，能够判定上述过滤器是否发生故障。

当过滤器发生故障时，物质量的增加量与排气的流速相对应地变得更大。特别是在排气的流速成为规定值以上时，由物质量检测部检测的物质量急剧增加，所以在排气的流速低于规定值时、和为规定值以上时，由物质量检测部检测的物质量大不相同。因而，通过比较各物质量，能够判定为过滤器是否发生故障。

另外，当在上述排气的流速为规定值以上时由上述物质量检测部检测的上述物质量，与在上述排气的流速低于规定值时由上述物质量检测部检测的上述物质量的差或比为阈值以上的情况下，上述判定部能够判定上述过滤器是否发生故障。

这里，在过滤器发生故障的情况下，排气的流速为规定值以上时的所检测到的物质量比低于规定值时的所检测到的物质量多。即，在各种排气的流速时检测到的物质量的差或比增大。通过将该差或比与阈值进行比较，能够判定过滤器是否发生故障。这里所说的阈值是过滤器发生故障时的上述差或比的下限值。

在本发明中，上述判定部在上述排气的流速在包含规定值的规定范围内或规定值以上的规定范围内时，求出在假定上述排气的流速和上述物质量处于线性的关系时的、物质量的变化量与排气的流速的变化量的比，在该比为阈值以上的情况下，能够判定为上述过滤器发生故障。

这里，规定范围是为了求出物质量的变化量与排气的流速的变化量的比而所需的范围。通过在该范围内多次检测物质量，能够求出物质量的变化量与排气的流速的变化量的比。当过滤器发生故障时，虽然排气的流速和物质量实际上为非线性的关系，但是通过假定两者处于线性的关系，求出物质量的变化量与排气的流速的变化量的比（倾斜度）。当过滤器发生故障时，在排气的流速高于骤变点时，物质量的变化量与排气的流速的变化量的比增高。另一方面，在过滤器正常的情况下，该比比较低。因而，在将过滤器发生故障时的上述比的下限值设定为阈值时，能够判定过滤器是否发生故障。这样，通过多次检测物质量而判定过滤器的故障，能够更加高精度地判定故障。

在本发明中，上述判定部在上述排气的流速在包含规定值的规定范围内时，求出在假定上述排气的流速和上述物质量处于线性的关系时的、物质量的变化量与排气的流速的变化量的比，在根据上述比获得的物质量与由上述物质量检测部检测的物质量的差的合计为阈值以上的情况下，能够判定为上述过滤器发生故障。

为了求出物质量的变化量与排气的流速的变化量的比，多次检测排气的流速不同时的物质。这里，在过滤器发生了故障的情况下，排气的流速和物质量实际上处于非线性的关系。因此，在假定两者处于线性的关系的情况下，根据假定的关系获得的物质量与由物质量检测部检测的物质量产生差异。故障的程度越高，该差异越大。另外，对于在利用物质量检测部检测了物质量后的排气的流速，获得该差异。并且，该差的合计成为与过滤器的故障的程度相对应的值。因而，在将过滤器发生故障时的上述差的合计的下限值设定为阈值时，能够判定过滤器是否发生故障。另外，当过滤器发生故障时，在排气的流速在包含规定值的规定范围内时，物质量急剧增加，所以上述差的合计增大。因此，能够高精度地进行过滤器的故障检测。这样，通过多次检测物质量而判定过滤器的故障，能够更加高精度地判定故障。

在本发明中，上述判定部在上述排气的流速为规定值以上时以及低于规定值时，分别求出假定上述排气的流速和上述物质量均处于线性的关系时的、物质量的变化量与排气的流速的变化量的比，在这些比的差或者比为阈值以上时，能够判定为上述过滤器发生故障。

这里，在排气的流速超过骤变点之前，物质量的变化量与排气的流速的变化量的比比较低。另一方面，当排气的流速超过骤变点时，物质量的变化量与排气的流速的变化量的比变得比较高。即，物质量的变化量与排气的流速的变化量的比（倾斜度），在排气的流速为规定值以上时、和低于规定值时产生差异。另一方面，在过滤器正常的情况下，上述比基本不存在差异。因而，在将过滤器发生故障时的倾斜度的差或比的下限值设定为阈值时，能够判定过滤器是否发生故障。这样，通过比较在不同的条件下检测的物质量的变化量与排气的流速的变化量的比，而判定过滤器的故障，能够更加高精度地判定故障。

另外，上述规定值也可以是在过滤器的故障的程度为处于是否在容许范围内的边界时，由上述物质量检测部检测的物质量的变化量、与由上述流速检测部检测或者推测的排气的流速的变化量的比为规定值时的排气的流速。这样，通过根据在过滤器的故障的程度为是处于是否在容许范围内的边界时的排气的流速，判定过滤器的故障，能够容易且高精度地判定故障。

另外，上述过滤器设置在柴油发动机的排气通路内，能够捕集排气中的颗粒状物质。即，能够在颗粒状物质的排出量比较多的柴油发动机中高精度地判定过滤器的故障，所以能够抑制将颗粒状物质排放到大气中。另外，也可以是汽油发动机。

另外，上述物质量检测部也可以是测量排气中的颗粒状物质的量的传感器。通过使用这种传感器，能够容易地测量排气中的颗粒状物质，所以过滤器的故障判定容易进行。另外，通过利用传感器测量颗粒状物质的量，能够准确地获得该颗粒状物质的量，所以能够更加高精度地判定故障。

发明效果

采用本发明，能够更加高精度地检测过滤器的故障。

附图说明

图1是表示实施例的内燃机的过滤器故障检测装置的大概结构的图。

图2是表示比过滤器靠上游侧的PM量、与比过滤器靠下游侧的PM量的关系的图。

图3是表示通过过滤器的排气的流速、与比过滤器靠下游侧的PM量的关系的图。

图4是表示通过过滤器的排气的流速、与比过滤器靠下游侧的PM量、与过滤器的故障的程度的关系的图。

图5是表示通过过滤器的排气的流速、与比过滤器靠下游侧的PM量、与规定值A及阈值B的关系的图。

图6是表示实施例2的过滤器的故障检测的流程的流程图。

图7是表示通过过滤器的排气的流速、与比过滤器靠下游侧的PM量、与规定值A及规定值C的关系的图。

图8是表示实施例3的过滤器的故障检测的流程的流程图。

图9是表示实施例3的过滤器的故障检测的流程的流程图。

图10是表示通过过滤器的排气的流速、与比过滤器靠下游侧的PM量、与规定值A及规定值F的关系的图。

图11是表示实施例4的过滤器的故障检测的流程的流程图。

图12是表示通过过滤器的排气的流速、与比过滤器靠下游侧的PM量、与规定值A及规定值C的关系的图。

图13是表示实施例5的过滤器的故障检测的流程的流程图。

图14是表示通过过滤器的排气的流速、与比过滤器靠下游侧的PM量、与规定值A的关系的图。

图15是表示实施例6的过滤器的故障检测的流程的流程图。

图16是表示实施例6的过滤器的故障检测的流程的流程图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的内燃机的过滤器故障检测装置的具体的实施方式。另外，以下的实施例可以适当地组合。

实施例1

图1是表示实施例的内燃机的过滤器故障检测装置的大概结构的图。在本实施例中，内燃机1是柴油发动机，但也可以是汽油发动机。排气通路2与内燃机1相连接。在排气通路2内设置有捕集排气中的微颗粒物质（PM）的过滤器3。

比过滤器3靠下游侧的排气通路2内，设置有检测自过滤器3流出的排气中的PM量的PM传感器4。PM传感器4具有一对电极，利用该电极间的电阻与附着（堆积）在电极间的PM量相对应地进行变化的现象，输出与该PM量相对应的信号。根据该信号，能够检测在每单位时间内通过过滤器3的PM量。另外，也可以在规定的期间内检测通过过滤器3的PM量。并且，在本实施例中，PM传感器4相当于本发明中的物质量检测部。另外，在本实施例中，PM相当于本发明中的物质。在比过滤器3靠上游侧的排气通路2内，设置有对流入过滤器3的排气的温度进行测量的温度传感器5和对排气的压力进行测量的压力传感器6。

另外，进气通路7与内燃机1相连接。在进气通路7内设置有测量内燃机1的吸入空气量的空气流量计8。另外，内燃机1设置有向气缸内喷射燃料的燃料喷射阀9。

以上述方式构成的内燃机1一并设有作为控制该内燃机1的电子控制单元的ECU10。除了上述传感器之外，输出与驾驶员踏下加速踏板11的量相对应的电信号而检测内燃机负荷的油门开度传感器12、和检测内燃机转速的曲柄位置传感器13也借助电气配线与ECU10相连接，这些各种传感器的输出信号输入到ECU10。

另外，ECU10根据这些输入的由各传感器获得的检测值进行内燃机1的运转状态的控制。例如，ECU10运算来自燃料喷射阀9的燃料喷射量而控制该燃料喷射阀9。另外，ECU10根据PM传感器4的输出信号算出在每单位时间内自过滤器3流出的PM量。可以预先将PM传感器4的输出信号与自过滤器3流出的PM量的关系做成映射。并且，在本实施例中，根据PM传感器4的输出信号进行过滤器3的故障检测。

这里，当过滤器3例如裂开时，PM在裂开的部分通过，所以PM向过滤器3的下游侧流出。因此，在比过滤器3靠下游侧的位置检测到的每单位时间内的PM量增加。

图2是表示比过滤器3靠上游侧的PM量（也称为过滤器上游PM量）、与比过滤器3靠下游侧的PM量（也称为过滤器下游PM量）的关系的图。实线表示过滤器3正常的情况，点划线表示过滤器3裂开而发生了故障的情况，双点划线表示过滤器3裂开而发生了故障的情况且含有误差的情况。在过滤器3正常的情况下，即使比该过滤器3靠上游侧的PM量增加，由于在过滤器3内捕集PM，所以比过滤器3靠下游侧的PM量也几乎不会增加。另一方面，当过滤器3裂开时，PM通过该裂开的部位，所以随着比过滤器3靠上游侧的PM量的增加，比过滤器3靠下游侧的PM量增加。

于是，通过求出比过滤器3靠上游侧的PM量、与比过滤器3靠下游侧的PM量的关系，能够检测过滤器3的故障。但是，为了求出比过滤器3靠上游侧的PM量而在比过滤器3靠上游侧的位置设置PM传感器，费用较高。另外，虽然也可以根据内燃机1的运转状态等推测比过滤器3靠上游侧的PM量，但是由于在进行PM量的推测时误差大，所以如图2的双点划线所示，偏离实际的值很多。当这样根据偏离了实际值的值进行过滤器3的故障检测时，精度降低。

对此，在本实施例中，着眼于通过过滤器3的排气的流速与比过滤器3靠下游侧的PM量的关系，实施过滤器3的故障检测。另外，可以将通过过滤器3的排气的流速设定为流入过滤器3的排气的流速或自过滤器3流出的排气的流速。另外，可以将比过滤器3靠下游侧的PM量设定为自过滤器3流出的PM量。另外，以下，也将“通过过滤器3的排气的流速”称作“过滤器通过流速”或简称为“排气的流速”，也将“比过滤器3靠下游侧的PM量”简称为“PM量”。

通过过滤器3的排气的流速按照以下方法求出。首先，将利用空气流量计8测量的吸入空气量GA（g/s）、和利用ECU10算出的燃料喷射量GF（g/s）相加，算出通过过滤器3的气体量GALL（g/s）。

GALL=GA+GF

接着，利用下述算式算出通过过滤器3的排气的流速Q。

Q=（GALL×TGAS/PGAS）×k

其中，TGAS是流入过滤器3的排气的温度，PGAS是流入过滤器3的排气的压力，k是气体常数。流入过滤器3的排气的温度TGAS由温度传感器5测量，流入过滤器3的排气的压力PGAS由压力传感器6测量。另外，这些值也可以根据内燃机1的运转状态等来推测。并且，在本实施例中，算出在过滤器3通过的排气的流速的ECU10相当于本发明中的流速检测部。另外，也可以安装对排气的流速Q进行测量的传感器，利用该传感器获得排气的流速Q。

图3是表示通过过滤器3的排气的流速、与比过滤器3靠下游侧的PM量的关系的图。实线表示过滤器3正常的情况，点划线表示过滤器3裂开而发生了故障的情况，双点划线表示过滤器3裂开而发生了故障的情况且含有误差的情况。这里，能够利用现有的传感器高精度地测量为了算出在过滤器3通过的排气的流速而所需的物理量（例如吸入空气量、燃料喷射量）。因此，与推测比过滤器3靠上游侧的PM量相比，推测通过过滤器3的排气的流速的精度较高。即，与比过滤器3靠上游侧的PM量的推测值相比，通过过滤器3的排气的流速的推测值的误差减小。

这里，排气的流速越高，过滤器3中的压损的增加程度越大。并且，当过滤器3裂开时，通过裂开的部位的PM量随着压损的增加而非线性地增加。对此，在过滤器3正常的情况下，通过过滤器3的排气的流速、与比过滤器3靠下游侧的PM量的关系为线性。这样，通过过滤器3的排气的流速与比过滤器3靠下游侧的PM量的关系，在过滤器3正常的情况下和过滤器3裂开的情况下大不相同。因此，能够根据通过过滤器3的排气的流速与比过滤器靠下游侧的PM量的关系，高精度地进行过滤器3的故障检测。

例如在通过过滤器3的排气的流速与比过滤器3靠下游侧的PM量的关系为非线性的情况下，能够判定为过滤器3发生故障。另外，在本实施例中，这样判定过滤器3的故障的ECU10相当于本发明中的判定部。

另外，也可以根据通过过滤器3的排气的流速与比过滤器3靠下游侧的PM量的关系，判定过滤器3的故障的程度。图4是表示通过过滤器3的排气的流速、与比过滤器3靠下游侧的PM量、与过滤器3的故障的程度的关系的图。实线表示过滤器3正常的情况，点划线表示过滤器3的故障的程度较高的情况，双点划线表示过滤器3的故障的程度较低的情况。这里，在过滤器3发生了故障的情况下，当排气的流速持续加快时，存在PM量开始急剧增加的点（以下称作骤变点）。也可以将该骤变点作为使PM量的变化量与排气的流速的变化量的比成为规定值的点。

并且，故障的程度越高，通过过滤器3裂开的部位的PM量越从更低的流速开始增加。即，故障的程度越高，骤变点越向排气的流速低的一侧移动。这里，预先将在故障的程度超过了所容许的限度的情况下出现骤变点时的排气的流速设定为阈值。由此，当出现骤变点的排气的流速为阈值以下时，能够判定为容许过滤器3的故障的程度超过了容许范围。

另外，也可以根据出现了骤变点时的比过滤器3靠下游侧的PM量，检测过滤器3的故障。这里，当过滤器3的故障的程度增高时，骤变点向PM量多的一侧移动。因此，当出现了骤变点时的比过滤器3靠下游侧的PM量为阈值以上时，能够判定为过滤器3发生了故障。预先通过实验等，作为在故障的程度成为所容许的限度的情况下出现骤变点时的比过滤器3靠下游侧的PM量，而求出该阈值。

这样，根据相对于通过过滤器3的排气的流速的、比过滤器3靠下游侧的PM量，进行过滤器3的故障检测，从而不必推测比过滤器3靠上游侧的PM量。另外，可以根据一直被普遍采用的传感器的测量值，进行故障检测。另外，与比过滤器3靠上游侧的PM量的推测相比，能够高精度地推测通过过滤器3的排气的流速，所以能够提高过滤器3的故障检测的精度。

实施例2

在本实施例中，当在排气的流速为规定值A以上时的比过滤器3靠下游侧的PM量为阈值B以上的情况下，利用ECU10判定为过滤器3发生故障。其他装置与实施例1相同，所以省略说明。

图5是表示通过过滤器3的排气的流速、与比过滤器3靠下游侧的PM量、与规定值A及阈值B的关系的图。实线表示过滤器3正常的情况，点划线表示过滤器3发生故障的情况。将规定值A设定为在过滤器3发生故障的情况下出现骤变点的排气的流速的下限值以上的值。也可以将规定值A设定为在过滤器3的故障的程度达到了可容许的限度时出现骤变点的排气的流速。预先通过实验等，作为在通过过滤器3的排气的流速为规定值A的情况下、过滤器3正常时的比该过滤器3靠下游侧的PM量的上限值，而求出阈值B。另外，也可以将阈值B设定为在过滤器3发生故障时出现骤变点的PM量的下限值。另外，也可以是无论通过过滤器3的排气的流速为多少，都将阈值B设定为恒定，也可以是通过过滤器3的排气的流速越快，使阈值B越大。这样，将规定值A和阈值B设定在能够获取发生故障的过滤器3的骤变点的范围内。

这样，在排气的流速比骤变点高的一侧，PM量急剧增加，所以当过滤器3的故障的程度增高时，在流速高的一侧，自过滤器3流出的PM量增多。当利用该现象时，能够高精度地进行过滤器3的故障检测。

图6是表示本实施例的过滤器3的故障检测的流程的流程图。利用ECU10每隔规定的时间执行本程序。

在步骤S101中，判定内燃机1的暖机是否结束。这里，在内燃机1的暖机结束前，存在自该内燃机1排出的PM量比较多的情况，所以可能无法与过滤器3的故障进行区分。因此，通过在内燃机1的暖机结束后进行过滤器3的故障检测，能够提高该故障检测的精度。例如当内燃机1的冷却水温度为暖机结束后的温度以上时，判定为内燃机1的暖机结束。当在步骤S101中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S102，当进行了否定判定的情况下，不进行故障检测而结束本程序。

在步骤S102中，算出通过过滤器3的气体量。该气体量是在每单位时间内通过过滤器3的排气的质量。该气体量是将由空气流量计8测量的吸入空气量和由ECU10算出的燃料喷射量相加后得到的值。

在步骤S103中，通过过滤器3的排气的流速根据下述算式算出。

Q=（GALL×TGAS/PGAS）×k

其中，Q是通过过滤器3的排气的流速，GALL是在步骤S102中算得的气体量，TGAS是流入过滤器3的排气的温度，PGAS是流入过滤器3的排气的压力，k是气体常数。流入过滤器3的排气的温度TGAS由温度传感器5测量，流入过滤器3的排气的压力PGAS由压力传感器6测量。另外，也可以根据内燃机1的运转状态等推测这些值。另外，在本实施例中，处理步骤S103的ECU10相当于本发明中的流速检测部。

在步骤S104中，判定通过过滤器3的排气的流速是否为规定值A以上。该规定值A是图5所示的规定值A。即，在本步骤中，判定在过滤器3发生故障的情况下是否为出现骤变点的排气的流速以上。当在步骤S104中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S105，当进行了否定判定的情况下，返回到步骤S102。

在步骤S105中，读入比过滤器3靠下游侧的PM量。即，读入由PM传感器4检测的PM量。

在步骤S106中，判定在步骤S105中读入的PM量是否比阈值B多。该阈值B是图5所示的阈值B。即，在本步骤中，判定过滤器3是否发生故障。当在步骤S106中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S107，当进行了否定判定的情况下，进入步骤S108。另外，在本实施例中，处理步骤S106的ECU10相当于本发明中的判定部。

在步骤S107中，将过滤器故障标记设为设定，在步骤S108中，将过滤器故障标记设为未设定。该过滤器故障标记是表示过滤器3是否发生故障的标记，当过滤器3发生故障时为设定，当过滤器3正常时为未设定。当过滤器故障标记为设定时，例如通过点亮表示过滤器3发生故障的灯等方式，警告驾驶员。

这样，根据相对于通过过滤器3的排气的流速的、比过滤器3靠下游侧的PM量，进行过滤器3的故障检测，从而不必推测比过滤器3靠上游侧的PM量。另外，能够根据一直被普遍采用的传感器的测量值，进行故障检测。另外，与比过滤器3靠上游侧的PM量的推测相比，能够高精度地推测通过过滤器3的排气的流速，所以能够提高过滤器3的故障检测的精度。

实施例3

在本实施例中，比较：在排气的流速低于规定值A时的比过滤器3靠下游侧的PM量和在排气的流速为规定值A以上时的比过滤器3靠下游侧的PM量，判定过滤器3是否发生故障。另外，规定值A是与实施例2相同的值。其他装置与实施例1相同，所以省略说明。

如实施例2所述，当过滤器3发生故障时，在排气的流速为规定值A以上的情况下，相对于排气的流速的变化量的、比过滤器3靠下游侧的PM量的变化量变得更大。另一方面，即使过滤器3发生了故障，当在其程度较低时排气的流速低于规定值A的情况下，比过滤器3靠下游侧的PM量比较少。另外，当过滤器3的故障的程度较高时，即使排气的流速低于规定值A，比过滤器3靠下游侧的PM量也是比较多的。

即，比较在排气的流速为规定值A以上时的比过滤器3靠下游侧的PM量和在排气的流速低于规定值A时的比过滤器3靠下游侧的PM量，在它们的差或比较大时，能够判定为过滤器3发生故障。

图7是表示通过过滤器3的排气的流速、与比过滤器3靠下游侧的PM量、与规定值A及规定值C的关系的图。实线表示过滤器3正常的情况，点划线表示过滤器3的故障的程度比较高的情况，双点划线表示过滤器3的故障的程度比较低的情况。规定值A是与实施例2相同的值。将规定值C设定为低于规定值A的值，且设定为低于在过滤器3发生故障的情况下出现骤变点的排气的流速的下限值的值。也可以将规定值C设定为比在过滤器3的故障的程度达到了可容许的限度时出现上述骤变点的流速低的流速。另外，预先通过实验等，作为低于在过滤器3的故障的程度比较低的情况下出现骤变点的排气的流速、且高于在过滤器3的故障的程度比较高的情况下出现骤变点的排气的流速的值，求出规定值C。

在过滤器3发生故障的情况下，出现骤变点的排气的流速为规定值A以下。并且，在故障的程度比较低的情况下，出现骤变点的排气的流速为规定值C以上且低于规定值A。在该情况下，排气的流速为规定值C时的PM量比较少，排气的流速为规定值A时的PM量比较多。因此，在过滤器3发生故障时，排气的流速为规定值A时的比过滤器3靠下游侧的PM量，与排气的流速为规定值C时的比过滤器3靠下游侧的PM量的差或比增大。另一方面，在过滤器3正常的情况下，它们的差或比为0或者是比较小的值。

因而，求出排气的流速为规定值A时的PM量与为规定值C时的PM量的差或比，在将该值与阈值D进行比较时，能够检测过滤器3的故障。这里所说的阈值D是过滤器3正常的情况下的上述差或比的上限值。另外，由于在过滤器3的故障的程度比较高的情况下，出现骤变点的排气的流速低于规定值C，所以排气的流速为规定值C时的PM量增多。因此，当排气的流速低于规定值C时的PM量超过阈值E时，能够判定为过滤器3发生故障。在该情况下，即使不检测在排气的流速为规定值A以上时的PM量，也能判定过滤器3的故障，所以能够缩短判定所需的时间。另外，阈值E是在过滤器3的故障的程度比较高的情况下的、排气的流速为规定值C时的PM量的下限值。

接着，图8和图9是表示本实施例的过滤器3的故障检测的流程的流程图。利用ECU10每隔规定的时间执行本程序。另外，对于进行与上述流程图相同的处理的步骤，标注与上述流程图相同的附图标记而省略说明。

在步骤S201中，判定排气的流速是否为规定值C。另外，也可以在排气的流速在包含规定值C的规定范围内时，判定为排气的流速是规定值C。

在步骤S202中，读入排气的流速为规定值C时的PM量GPM1。

在步骤S203中，判定在步骤S202中读入的PM量GPM1是否比阈值E多。在本步骤中，判定过滤器3的故障的程度是否比较高。当在步骤S203中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S107，使过滤器故障标记设定。另一方面，当在步骤S203中进行了否定判定的情况下，经步骤S102、S103而进入步骤S204。

在步骤S204中，判定排气的流速是否为规定值A。另外，也可以在排气的流速在包含规定值A的规定范围内时，判定为排气的流速是规定值A。

在步骤S205中，读入排气的流速为规定值A时的PM量GPM2。

在步骤S206中，算出在排气的流速为规定值A时的PM量GPM2、与在排气的流速为规定值C时的PM量GPM1的比，即，PM量比（GPM2/GPM1）。

在步骤S207中，判定PM量比（GPM2/GPM1）是否大于阈值D。在本步骤中，判定过滤器3的故障的程度是否较低。当在步骤S207中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S107，当进行了否定判定的情况下，进入步骤S108。另外，在本实施例中，处理步骤S207的ECU10相当于本发明中的判定部。

另外，也可以代替PM量比（GPM2/GPM1）地判定PM量的差（GPM2–GPM1）是否大于阈值。

这样，比较在排气的流速低于规定值A时的比过滤器3靠下游侧的PM量，和在排气的流速为规定值A以上时的比过滤器3靠下游侧的PM量，能够高精度地判定过滤器3是否发生故障。

实施例4

在本实施例中，当排气的流速在包含规定值A的规定范围内或者在规定值A以上的规定范围内时，求出在假定排气的流速和PM量处于线性的关系时的、PM量的变化量与排气的流速的变化量的比，在该比为阈值以上的情况下，判定为过滤器3发生故障。另外，规定值A是与实施例2相同的值。其他装置与实施例1相同，所以省略说明。

如实施例2所述，当过滤器3发生故障时，在排气的流速为规定值A以上时，与排气的流速的变化量相比，比过滤器3靠下游侧的PM量的变化量更多。因而，PM量的变化量与排气的流速的变化量的比随着排气的流速的增加而增大。

这里，图10是表示通过过滤器3的排气的流速、与比过滤器3靠下游侧的PM量、与规定值A及规定值F的关系的图。实线表示过滤器3正常的情况，点划线表示过滤器3发生故障的情况。另外，虚线表示假定排气的流速和PM量处于线性的关系的情况。规定值A与实施例2相同。规定值F是取得PM量的排气的流量的上限值，预先通过实验等求出最佳值。另外，在本实施例中，从规定值A到规定值F的范围相当于本发明中的规定范围。并且，在本实施例中，根据在排气的流速为规定值A以上且规以下定值F时获得的PM量，进行过滤器3的故障检测。

这里，在本实施例中，根据在排气的流速为规定值A以上且规定值F以下时获得的PM量，算出PM量的变化量与排气的流速的变化量的比。假定排气的流速和PM量处于线性的关系，例如利用最小二乘法算出该比。即，算出近似图10所示的点划线的直线的倾斜度。为此，通过改变排气的流速而进行多次PM量的取得。另外，也可以将PM量的变化量与排气的流速的变化量的比，设定为图10中的点划线所示的曲线的切线的倾斜度。

这样求得的倾斜度与过滤器3的故障的程度相对应地增大。即，在排气的流速为规定值A以上的情况下，当过滤器3发生故障时，随着排气的流速的增加，比过滤器3靠下游侧的PM量的增加程度增大。因此，发生故障的过滤器3的上述倾斜度比正常的过滤器3的上述倾斜度大。因而，在将阈值设定为过滤器3正常时的倾斜度的上限值时，当该倾斜度大于阈值时，能够判定为过滤器3发生故障。另外，也可以根据上述倾斜度求出过滤器3的故障的程度。

另外，在本实施例中，根据在排气的流速为规定值A以上且规定值F以下时的PM量，算出上述倾斜度，但是也可以根据排气的流速低于规定值A时的PM量，算出上述倾斜度。

接着，图11是表示本实施例的过滤器3的故障检测的流程的流程图。利用ECU10每隔规定的时间执行本程序。另外，对于进行与上述流程图相同的处理的步骤，标注与上述流程图相同的附图标记而省略说明。

在步骤S301中，将计数PMCNT的值设为0。利用该计数PMCNT将取得了PM量的次数存储起来。

在步骤S302中，判定排气的流速是否在规定范围内。这里所说的规定范围是规定值A以上且规定值F以下的范围。即，在本步骤中，判定是否为适合进行PM量的取得的排气的流速。当在步骤S302中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S303，当进行了否定判定的情况下，返回到步骤S102。

在步骤S303中，读入比过滤器3靠下游侧的PM量。另外，也同时读入在检测了PM量后的排气的流速。

在步骤S304中，将1加在计数PMCNT上。即，由于在步骤S303中取得了PM量，所以使计数PMCNT增加。

在步骤S305中，判定计数PMCNT是否为规定值以上。这里所说的规定值是能够求得上述倾斜度的PM量的取得次数。即，在本步骤中，判定是否能够算出倾斜度。当在步骤S305中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S306，当进行了否定判定的情况下，返回到步骤S102。

在步骤S306中，假定排气的流速和PM量处于线性的关系，例如利用最小二乘法算出倾斜度。

在步骤S307中，判定倾斜度是否大于阈值G。阈值G是过滤器3正常时的倾斜度的上限值，预先通过实验等求出。在本步骤中，判定过滤器3是否发生故障。当在步骤S307中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S107，当进行了否定判定的情况下，进入步骤S108。另外，在本实施例中，处理步骤S307的ECU10相当于本发明中的判定部。

这样，求出排气的流速在包含规定值A的规定范围内或者在规定值A以上的规定范围内的倾斜度，在该倾斜度为阈值以上的情况下，能够判定为过滤器3发生故障。另外，在本实施例中，由于多次求出比过滤器3靠下游侧的PM量与通过过滤器3的排气的流速的关系，而算出上述比，所以精度高。

实施例5

在本实施例中，当排气的流速在规定值C～规定值A的范围内时，假定排气的流速和PM量处于线性的关系，求出排气的流速与PM量的关系式。并且，根据实际的PM量偏离该关系式多少程度，判定过滤器3是否发生故障。另外，规定值A是与实施例2相同的值。另外，规定值C是与实施例3相同的值。其他装置与实施例1相同，所以省略说明。

如实施例2所述，在过滤器3发生故障时，若排气的流速超过骤变点，则比过滤器3靠下游侧的PM量急剧增多。因而，在过滤器3发生故障时，排气的流速为规定值A时与为规定值C时的、比过滤器3靠下游侧的PM量的差增大。另外，在过滤器3正常的情况下，排气的流速与PM量成为线性的关系，但是在过滤器3发生故障的情况下，排气的流速和PM量实际上成为非线性的关系。因而，在假定排气的流速和PM量处于线性的关系而求得了排气的流速与PM量的关系式的情况下，当过滤器3发生故障时，实际检测出的PM量与求得的关系式的差增大。并且，过滤器3的故障的程度越高，实际检测出的PM量与求得的关系式的差越大。

这里，图12是表示通过过滤器3的排气的流速、比过滤器3靠下游侧的PM量、与规定值A及规定值C的关系的图。实线表示过滤器3正常的情况，点划线表示过滤器3发生故障的情况。另外，双点划线表示假定了排气的流速和PM量处于线性的关系的情况。规定值A是与实施例2相同的值。规定值C是与实施例3相同的值。另外，在本实施例中，规定值C～规定值A的范围相当于本发明中的规定范围。另外，规定范围只要包含规定值A即可，也可以包括比规定值A高的排气的流速的范围。

在过滤器3发生故障的情况下，排气的流速与实际的PM量的关系成为如点划线那样的非线性。因此，通过将排气的流速与实际的PM量的关系假定为线性而获得的双点划线，和作为实际的关系的点划线，根据排气的流速的不同而产生偏差。该偏差的程度与过滤器3的故障程度相对应地增大。例如，实际的PM量与根据双点划线所示的关系获得的PM量的差的累计值，与过滤器3的故障的程度相对应地增大，所以能够根据该累计值判定过滤器3的故障。另外，例如在将阈值设定为过滤器3正常时的累计值的上限值时，当该累计值大于阈值时，能够判定为过滤器3发生故障。另外，也可以依据累计值求出过滤器3的故障的程度。也可以使该累计值为图12中的由点划线和双点划线围成的部分的面积。

接着，图13是表示本实施例的过滤器3的故障检测的流程的流程图。利用ECU10每隔规定的时间执行本程序。另外，对于进行与上述流程图相同的处理的步骤，标注与上述流程图相同的附图标记而省略说明。

在步骤S401中，判定排气的流速是否在规定范围内。这里所说的规定范围是规定值C以上且规定值A以下的范围。即，在本步骤中，判定是否为适合进行PM量的取得的排气的流速。当在步骤S401中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S303，当进行了否定判定的情况下，返回到步骤S102。

在步骤S402中，假定排气的流速和PM量处于线性的关系，例如利用最小二乘法算出关系式。

在步骤S403中，算出在步骤S402中获得的关系式、与在步骤S303中读入的PM量的差的累计值。即，在针对排气的每种流速，算出各个被多次读入的PM量的差，算出该差的合计。

在步骤S404中，判定在步骤S403中算出的累计值是否大于阈值H。阈值H是过滤器3正常时的累计值的上限值，预先通过实验等求出。在本步骤中，判定过滤器3是否发生故障。当在步骤S404进行了肯定判定的情况下，进入步骤S107，当进行了否定判定的情况下，进入步骤S108。另外，在本实施例中，处理步骤S404的ECU10相当于本发明中的判定部。

这样，在排气的流速为规定值C以上且规定值A以下时，根据在假定了排气的流速和PM量处于线性的关系时的关系式与所检测的PM量的偏差程度，能够高精度地判定过滤器3是否发生故障。

实施例6

在本实施例中，算出在排气的流速为规定值A以上时、和低于规定值A时，分别PM量的变化量与排气的流速的变化量的比。此时，在排气的流速为规定值A以上时、和低于规定值A时，分别假定排气的流速与PM量的关系为线性。可以与实施例4同样，作为“倾斜度”求出这些比。即，与实施例4同样，在排气的流速为规定值A以上时、和低于规定值A时，分别假定排气的流速与PM量的关系为线性，求出各情况下的倾斜度。并且，比较排气的流速为规定值A以上时、和低于规定值A时的倾斜度，在该差或比大时，判定过滤器3发生故障。另外，规定值A是与实施例2相同的值。其他装置与实施例1相同，所以省略说明。

即，在过滤器3发生故障时，若排气的流速为规定值A以上，则PM量的变化量与排气的流速的变化量的比变得比较大。另一方面，在排气的流速低于规定值A的情况下，即使过滤器3发生了故障，PM量的变化量与排气的流速的变化量的比，也比排气的流速为规定值A以上的情况低。另外，在过滤器3正常的情况下，无论排气的流速怎样，PM量的变化量与排气的流速的变化量的比均大致恒定。因而，通过比较排气的流速为规定值A以上时、和低于规定值A时的、PM量的变化量与排气的流速的变化量的比，能够检测过滤器3的故障。

这里，图14是表示通过过滤器3的排气的流速、与比过滤器3靠下游侧的PM量、与规定值A的关系的图。实线表示过滤器3正常的情况，点划线表示过滤器3发生故障的情况。另外，虚线表示假定了排气的流速和PM量处于线性的关系的情况。规定值A是与实施例2相同的值。

这样，虚线的倾斜度在规定值A以上的情况和低于规定值的情况下不同。该倾斜度的差与过滤器3的故障程度相对应地增大。例如在将阈值设定为过滤器3正常的情况下的倾斜度的差的上限值时，当实际获得的倾斜度的差大于阈值时，能够判定过滤器3发生故障。另外，也可以依据倾斜度的差求出过滤器3的故障的程度。另外，也可以使用倾斜度的比来代替倾斜度的差进行故障检测。

接着，图15和图16是表示本实施例的过滤器3的故障检测的流程的流程图。利用ECU10每隔规定的时间执行本程序。另外，对于进行与上述流程图相同的处理的步骤，标注与上述流程图相同的附图标记而省略说明。

在步骤S501中，将计数PMCNT1和计数PMCNT2的值设定为0。利用计数PMCNT1存储了在排气的流量为规定值A以上时取得了PM量的次数，利用计数PMCNT2存储了在排气的流量低于规定值A时取得了PM量的次数。

在步骤S502中，判定排气的流速是否为规定值A以上。当在步骤S502中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S503，当进行了否定判定的情况下，进入步骤S504。

在步骤S503中，将1加在计数PMCNT1上。另外，在步骤S504中，将1加在计数PMCNT2上。

在步骤S505中，判定计数PMCNT1和计数PMCNT2是否均为规定值以上。这里所说的规定值是能够求出上述倾斜度的PM量的取得次数。即，在本步骤中，判定在排气的流量为规定值A以上时、和低于规定值A时，是否均能算出倾斜度。当在步骤S505中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S506，当进行了否定判定的情况下，返回到步骤S102。

在步骤S506中，假定排气的流速和PM量处于线性的关系，例如利用最小二乘法算出在排气的流量为规定值A以上时、和低于规定值A时的倾斜度。

在步骤S507中，判定排气的流量为规定值A以上时的倾斜度、与低于规定值时的倾斜度的差是否大于阈值J。阈值J是过滤器3正常时的倾斜度的差的上限值，预先通过实验等求出。在本步骤中，判定过滤器3是否发生故障。当在步骤S507中进行了肯定判定的情况下，进入步骤S107，当进行了否定判定的情况下，进入步骤S108。另外，在本实施例中，处理步骤S507的ECU10相当于本发明中的判定部。

形成为以上的结构，也能高精度地进行过滤器3的故障判定。

附图标记说明

1、内燃机；2、排气通路；3、过滤器；4、PM传感器；5、温度传感器；6、压力传感器；7、进气通路；8、空气流量计；9、燃料喷射阀；10、ECU；11、加速踏板；12、油门开度传感器；13、曲柄位置传感器。

Claims (13)

1.一种内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

该内燃机的过滤器故障检测装置包括过滤器、物质量检测部、流速检测部和判定部，

所述过滤器设置在内燃机的排气通路内，捕集排气中所含的物质，

所述物质量检测部设置在排气通路中的比所述过滤器靠下游侧的位置，对通过所述过滤器的所述物质的量进行检测，

所述流速检测部检测或者推测通过所述过滤器的排气的流速，

当通过所述过滤器的排气的流速越变高，由所述物质量检测部检测的物质量的变化量与由所述流速检测部检测或推测的排气的流速的变化量的比越变大时，所述判定部判定为所述过滤器发生故障。

2.根据权利要求1所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

当在所述物质量的变化量与所述排气的流速的变化量的比为规定值以上时、由所述流速检测部检测或推测的排气的流速为阈值以下的情况下，所述判定部判定为所述过滤器发生故障。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

当在所述物质量的变化量与所述排气的流速的变化量的比为规定值以上时、由所述物质量检测部检测的物质量为阈值以上的情况下，所述判定部判定为所述过滤器发生故障。

4.根据权利要求1所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

当在所述排气的流速为规定值以上时、由所述物质量检测部检测的所述物质量为阈值以上的情况下，所述判定部判定为所述过滤器发生故障。

5.根据权利要求4所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

所述判定部依据所述排气的流速而变更所述阈值。

6.根据权利要求1所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

所述判定部对在所述排气的流速为规定值以上时由所述物质量检测部检测的所述物质量、和在所述排气的流速低于规定值时由所述物质量检测部检测的所述物质量进行比较，而判定所述过滤器是否发生故障。

7.根据权利要求6所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

当在所述排气的流速为规定值以上时由所述物质量检测部检测的所述物质量、与在所述排气的流速低于规定值时由所述物质量检测部检测的所述物质量的差或比为阈值以上的情况下，所述判定部判定为所述过滤器发生故障。

8.根据权利要求1所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

所述判定部在所述排气的流速在包含规定值的规定范围或规定值以上的规定范围内时，求出在假定所述排气的流速和所述物质量处于线性的关系时的、物质量的变化量与排气的流速的变化量的比，在该比为阈值以上的情况下，判定为所述过滤器发生故障。

9.根据权利要求1所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

所述判定部在所述排气的流速在包含规定值的规定范围内时，求出在假定所述排气的流速和所述物质量处于线性的关系时的、物质量的变化量与排气的流速的变化量的比，在根据所述比获得的物质量、与由所述物质量检测部检测的物质量的差的合计为阈值以上的情况下，判定为所述过滤器发生故障。

10.根据权利要求1所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

所述判定部在所述排气的流速为规定值以上时以及低于规定值时，分别求出在假定所述排气的流速和所述物质量处于线性的关系时的、物质量的变化量与排气的流速的变化量的比，当这些比的差或比为阈值以上时，判定为所述过滤器发生故障。

11.根据权利要求4～10中任意一项所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

所述规定值是在过滤器的故障的程度处于是否在容许范围内的边界时，由所述物质量检测部检测的物质量的变化量、与由所述流速检测部检测或推测的排气的流速的变化量的比成为规定值时的排气的流速。

12.根据权利要求1～11中任意一项所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

所述过滤器设置在柴油发动机的排气通路内，捕集排气中的颗粒状物质。

13.根据权利要求1～12中任意一项所述的内燃机的过滤器故障检测装置，其中，

所述物质量检测部是测量排气中的颗粒状物质的量的传感器。

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