CN105673168B - 用于内燃机的过滤器的功能诊断系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于内燃机(1)的过滤器(51)的功能诊断系统。所述功能诊断系统包括PM传感器(55)以及电子控制单元(10)。所述电子控制单元(10)构造为：(i)计算所述过滤器(51)中的NOx转化率；(ii)判定所述过滤器(51)的NOx转化功能是否正常；(iii)实施去除沉积在所述PM传感器(55)的电极之间的PM的传感器恢复处理；(iv)在实施所述传感器恢复处理结束之后，连续监控预定PM沉积重开始时间之后的所述PM传感器(55)的输出值；以及(v)当所述电子控制单元判定出所述过滤器(51)的所述NOx转化功能处于正常状态时，当连续监控的所述PM传感器(55)的所述输出值降低时判定出所述过滤器(51)的PM捕集功能存在异常。

Description

用于内燃机的过滤器的功能诊断系统

技术领域

本发明涉及一种用于诊断内燃机的过滤器的功能的过滤器功能诊断系统，在过滤器上负载有选择还原型NOx催化剂。该类型的过滤器具有捕集排气中的PM(颗粒物质)的PM捕集功能，还具有使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx的NOx转化功能。

背景技术

已知在内燃机的排气通路中，设置捕集排气中的PM的过滤器的技术。在一些情况下，过滤器发生故障，诸如腐蚀或者破损。如果过滤器发生这种故障，则未被过滤器捕集而是从过滤器流出的PM的量增加。如果过滤器发生故障或者过滤器中出现异常，诸如从排气通路中移除过滤器，则释放至大气的PM增加。因而，已经开发了一种在过滤器下游的排气通路中设置PM传感器并且基于PM传感器的输出值进行对过滤器的异常诊断的技术。作为用于过滤器的异常诊断的PM传感器的一个类型，已知一种具有一对电极作为传感器元件并且输出与沉积在电极之间的PM量对应的信号的传感器。

而且，已知一种排放控制系统，在该排放控制系统中，过滤器、尿素水添加设备、选择还原型NOx催化剂(其可以称为“SCR催化剂”)以及PM传感器按此顺序从上游侧沿着排气的流向布置在内燃机的排气通路中。SCR催化剂具有使用通过从尿素水添加设备注入的水解尿素所产生的氨作为还原剂来还原排气中的NOx的功能。在如上所述构建的排放控制系统中，当PM由PM传感器检测时，从尿素水添加设备注入尿素水被限制，如国际公开号2013/042190中所公开的。

如果由于过滤器中发生故障导致过滤器的PM捕集功能下降，则从过滤器流出的PM量增加。因此，在过滤器下游的排气通路中设置的PM传感器的电极之间捕集的PM量增加。结果，沉积在PM传感器的电极之间的PM量变得大于在过滤器处于正常状态情形下沉积在PM传感器的电极之间的PM量。因此，基于在给定时间获得的PM传感器的输出值，能够诊断过滤器的PM捕集功能。

发明内容

近年来，已经开发了负载有SCR催化剂的过滤器。在下文中，这种类型的过滤器可以称为“SCRF”。SCRF具有捕集排气中的PM的PM捕集功能，还具有使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx的NOx转化功能。

当过滤器呈SCRF形式时，尿素水从上游侧供给至SCRF，使得包含在排气中的NOx在SCRF中还原。如果如此供给的尿素水滑过SCRF并且到达PM传感器，则尿素水会影响PM传感器的输出值。在该情况下，如果基于在SCRF下游的排气通路中设置的PM传感器的输出值，通过类似于上述诊断方法的诊断方法来诊断SCRF的PM捕集功能，则可能会进行错误的诊断。

本发明提供一种使用在SCRF下游的排气通路中设置的PM传感器的输出值来诊断SCRF的PM捕集功能的过滤器功能诊断系统。

提供了一种根据本发明的一个方案的用于内燃机的过滤器的功能诊断系统。过滤器设置在内燃机的排气通路中。过滤器构造为负载有选择还原型NOx催化剂，所述选择还原型NOx催化剂使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx。过滤器构造为捕集在排气中包含的PM。内燃机包括有在排气通路中位于过滤器的上游的尿素水添加设备。尿素水添加设备构造为将尿素水注入排气中。功能诊断系统包括PM传感器以及ECU(电子控制单元)。PM传感器在排气通路中设置于过滤器的下游。PM传感器具有一对电极。PM传感器构造为当PM沉积在一对电极之间并且该一对电极导电时输出与PM的沉积量对应的信号。ECU构造为：(i)计算过滤器中的NOx转化率，(ii)基于NOx转化率来判定过滤器的NOx转化功能是否正常，(iii)实施去除沉积在PM传感器的电极之间的PM的传感器恢复处理，(iv)在实施传感器恢复处理结束之后，连续监控在预定PM沉积重开始时间之后的PM传感器的输出值，所述PM沉积重开始时间是假定PM在PM传感器的电极之间的沉积重新开始的时间点，以及(v)当电子控制单元判定出过滤器的NOx转化功能处于正常状态时，当连续监控的PM传感器的输出值降低时判定出过滤器的PM捕集功能存在异常。

在根据本发明的上述方案的功能诊断系统中，从尿素水添加设备注入排气中的尿素水被供给至SCRF。然后，通过水解所供给的尿素水所产生的氨被吸附在于SCRF上负载的SCR催化剂上。在SCRF中，使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx。可以发现的是，即使当SCRF发生故障(诸如破损或者腐蚀)时(即，即使当PM捕集功能存在异常时)，SCRF的NOx转化功能也可以处于正常状态。还可以发现，如果SCRF的PM捕集功能存在异常，则即使当其NOx转化功能处于正常状态时供给至SCRF的尿素水也会从SCRF流出。

在捕集的PM沉积在PM传感器的电极之间的期间中，即在PM沉积重开始时间之后，尿素水被从尿素水添加设备注入。此时，如果发生如上所述的尿素水的流出，则尿素水会附着至PM传感器的电极之间，并且会影响PM传感器的输出值。因而，在预定PM沉积重开始时间之后连续监控PM传感器的输出值，该预定PM沉积重开始时间作为在传感器恢复处理完成之后假定PM在PM传感器的电极之间的沉积重新开始时的时间。当传感器恢复处理完成之后电压施加到PM传感器的电极之间时，电压施加开始时间可以被视为PM沉积重开始时间。而且，在传感器恢复处理完成之前当电压开始施加至PM传感器的电极时，传感器恢复处理完成的时间可以被视为PM沉积重开始时间。在该情况下，从传感器恢复处理完成时起经过了如下的预定期间后的时间点可以被视为PM沉积重开始时间：该预定期间是PM传感器的电极温度降低至捕集的PM不被氧化的程度为止所需的期间。

通过连续监控PM传感器的输出值，可以连续掌握PM传感器的输出值的举动。然后，基于SCRF的NOx转化功能处于正常状态时的PM传感器的输出值的举动，诊断SCRF的PM捕集功能。更具体来说，当判定出SCRF的NOx转化功能处于正常状态时，如果PM传感器的输出值降低，则ECU判定出SCRF的PM捕集功能存在异常。

从SCRF流出的PM被连续捕集在PM传感器的电极之间。因此，随着PM沉积量连续增加，PM传感器的输出值也连续增加。另一方面，如果尿素水从SCRF流出并且尿素水附着至PM传感器的电极之间，则沉积在电极之间的一部分PM可以因尿素水而脱落。在该情况下，沉积在电极之间的PM的量降低，并且PM传感器的输出值降低。因此，当连续增加的PM传感器的输出值在PM沉积重开始时间之后降低时，PM传感器的输出值的该举动极有可能指示尿素水附着至PM传感器的电极之间。然后，如果此时SCRF的NOx转化功能处于正常状态，则能够判定出尿素水的流出是由因SCRF中的故障(诸如破损或者腐蚀)所导致的PM捕集功能恶化引起的。因此，如果当判定出SCRF的NOx转化功能处于正常状态时PM传感器的输出值呈现上述举动，则能够判定出SCRF的PM捕集功能存在异常。

如上所述，能够使用设置在SCRF下游的排气通路中的PM传感器的输出值来诊断SCRF的PM捕集功能。而且，无需限制尿素水对SCRF的供给就能够诊断SCRF的PM捕集功能。因此，SCRF中的NOx转化率不易或者不可能由于限制从尿素水添加设备注入尿素水(例如，注入量降低或者停止注入)而降低。

在根据本发明的上述方案的功能诊断系统中，ECU可以构造为，当电子控制单元判定出过滤器的NOx转化功能处于正常状态时，当连续监控的PM传感器的输出值不降低时，ECU基于在自PM沉积重开始时间起经过了预定判定期间时PM传感器的输出值来诊断过滤器的PM捕集功能。利用该布置，如果在自PM沉积重开始时间起经过预定判定期间之前PM传感器的输出值没有由于尿素水的影响而降低，则能够基于在自PM沉积重开始时间起经过了判定期间时获得的PM传感器的输出值，来诊断SCRF的PM捕集功能。

假定功能诊断系统仅基于在自PM沉积重开始时间起经过了判定期间时获得的PM传感器的输出值来诊断PM捕集功能。在该情况下，如果仅基于在自PM沉积重开始时间起经过了判定期间时获得的PM传感器的输出值来诊断PM捕集功能，当在预定判定期间中PM传感器的输出值由于尿素水附着至PM传感器的电极之间而降低时，即使SCRF的PM捕集功能实际上存在异常，也可能错误地判定出SCRF的PM捕集功能处于正常状态。而且，在该情况下，可以考虑当PM传感器的输出值在预定判定期间中降低时禁止执行对SCRF的PM捕集功能的诊断。但是，在该情况下，仅当在预定判定期间中PM传感器的输出值不降低时，才能够执行SCRF的PM捕集功能的诊断。这使得很难确保以充分高的频率来执行过滤器功能的诊断。这些问题可以通过结合两个类型的PM捕集功能的诊断来解决，正如在上述本发明的布置中的那样。

在根据本发明的以上方案的功能诊断系统中，ECU可以构造为，当电子控制单元判定出过滤器的NOx转化功能处于正常状态时，当连续监控的PM传感器的输出值降低时，ECU在PM沉积重开始时间之后限制从尿素水添加设备注入尿素水，并且基于在自PM沉积重开始时间起经过了预定判定期间时PM传感器的输出值来诊断过滤器的PM捕集功能。利用该布置，在尿素水对PM传感器的输出值的影响降低的条件下能够诊断SCRF的PM捕集功能。因此，能够以更高精确度诊断SCRF的PM捕集功能。当判定出SCRF的NOx转化功能处于正常状态时，如果连续监控的PM传感器的输出值降低，则作为诊断结果判定出SCRF的PM捕集功能存在异常，并且仅当获得该诊断结果时限制从尿素水添加设备注入尿素水。因而，相比于每当执行SCRF的PM捕集功能的诊断时限制从尿素水添加设备注入尿素水的情形，能够降低对注入尿素水实施限制的频率。因此，SCRF中的NOx转化率不易或者不可能由于对注入尿素水的限制而降低。

可以发现的是，在内燃机的排气系统中，从发动机排出的PM的一部分在其到达PM传感器前会一度附着至排气通路的壁或者附着至设置于排气通路中的各种结构(其将称为“排气系统结构”)，诸如SCRF的下游端面、催化剂以及还原剂添加设备(包括尿素水添加设备)。还发现的是，附着的PM会脱落并且到达PM传感器，在PM传感器处，脱落的PM被捕集在PM传感器的电极之间。在下文中，在一度附着至壁或者排气系统结构之后从排气通路的壁或者排气系统结构脱落的PM将称为“脱落PM”。当在从发动机排出的排气中包含的普通PM需要与“脱落PM”区分时，普通PM将称为“普通PM”。

如果脱落PM发生并且捕集在PM传感器的电极之间，则在从电压施加时间至经过预定判定期间后的时间的期间中，PM传感器的输出值会以与普通PM被捕集在电极之间的情形不同的方式表现或者变化。更具体来说，如果脱落PM被捕集在PM传感器的电极之间，则PM传感器的输出值相应增加。但是，注意的是，捕集在PM传感器的电极之间的脱落PM相比于普通PM更易于从电极之间去除。如果之前捕集在PM传感器的电极之间的脱落PM从电极之间去除，则PM传感器的输出值降低。即，发现的是，当产生脱落PM并且被捕集在PM传感器的电极之间时，在从电压施加时间至判定期间终止时间的期间中，即使当SCRF的PM捕集功能处于正常状态时也会降低PM传感器的输出值。

在根据本发明的上述方案的功能诊断系统中，ECU可以构造为判定预定的脱落PM发生条件是否满足。脱落PM发生条件是这样的条件：在该条件下能够发生之前附着至排气通路的壁或者附着至排气系统结构的PM从排气通路的壁或者排气系统结构脱落的现象。ECU可以构造为，当电子控制单元判定出过滤器的NOx转化功能处于正常状态并且电子控制单元判定出脱落PM发生条件不满足时，基于连续监控的PM传感器的输出值来诊断过滤器的PM捕集功能。利用该布置，即使SCRF的PM捕集功能实际处于正常状态，也不易或者不可能由于脱落PM的影响而错误地判定出SCRF的PM捕集功能存在异常。

随着沉积在排气通路的壁上或者排气系统结构上的PM量增加，脱落PM更易于发生。在如上所述的功能诊断系统中，ECU可以构造为控制内燃机以使得实施用于氧化且去除沉积在过滤器中的PM的过滤器恢复处理。ECU可以构造为基于在完成过滤器恢复处理之后从内燃机排放的PM量的积分值来判定脱落PM发生条件是否满足。如果执行过滤器恢复处理，不仅沉积在SCRF中的PM而且附着至排气通路的壁或者附着至排气系统结构的PM都极可能被氧化且去除。然后，当完成过滤器恢复处理时，随着从内燃机排放PM，PM开始再次附着至排气通路的壁或者附着至排气系统结构。因此，沉积在排气通路的壁上或者排气系统结构上的PM量与PM排放量的积分值之间存在相关性。因此，基于PM排放量的积分值可以判定脱落PM发生条件是否满足。更具体来说，如果PM排放量的积分值等于或者大于预定判定积分值，则能够判定出满足脱落PM发生条件。

随着在排气通路中流动的排气的流量越大，脱落PM就越易于发生。在如上所述的功能诊断系统中，ECU可以构造为除了基于在完成过滤器恢复处理之后从内燃机排放的PM量的积分值之外，还基于在排气通路中流动的排气的流量来判定脱落PM发生条件是否满足。更具体来说，作为用于基于PM排放量的积分值来判定脱落PM发生条件是否满足的阈值的判定积分值，可以随着排气的流量越大被设定成越小的值。

根据本发明上述方案的功能诊断系统能够使用设置在SCRF下游的排气通路中的PM传感器的输出值来诊断SCRF的PM捕集功能。

附图说明

以下将参考附图描述本发明的示范实施例的特征、优势以及技术及工业重要性，其中相似标记指代相似元件，并且其中：

图1是示意地示出根据本发明一个实施例的内燃机及其进气和排气系统的构造的图；

图2是示意地示出根据图1的实施例的PM传感器的构造的图；

图3是示出根据实施例的沉积在PM传感器的电极之间的PM量和PM传感器的输出值之间的关系的图；

图4是图示出根据实施例的用于诊断SCRF的NOx转化功能的控制流的流程图；

图5是示出根据实施例在电压施加时间之后PM传感器的输出值随时间的变化的第一图；

图6是示出根据实施例在电压施加时间之后PM传感器的输出值随时间的变化的第二图；

图7A是示出当PM传感器的输出值呈现如图6的线L3的由虚线a围绕的部分指示的举动时，PM传感器的在电极之间的一部分的图像的图；

图7B是示出当PM传感器的输出值呈现如图6的线L3的由虚线b围绕的部分指示的举动时，PM传感器的在电极之间的一部分的图像的图；

图7C是示出当PM传感器的输出值呈现如图6的线L3的由虚线c围绕的部分指示的举动时，PM传感器在电极之间的一部分的图像的图；

图8是图示出根据本发明第一实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的一部分控制流的流程图；

图9是图示出根据第一实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的另一部分控制流的流程图；

图10是图示出根据本发明第二实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的一部分控制流的流程图；

图11是示出沉积在PM传感器的电极之间的PM的图像的图；

图12是图示出根据本发明第三实施例的用于判定是否满足脱落PM发生条件的控制流的流程图；以及

图13是图示出根据第三实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的一部分控制流的流程图。

具体实施方式

将参考附图描述本发明的一些实施例。实施例中所描述的构成部件的尺寸、材料、形状、相对布置等不应视为将本发明的技术范围限制成以下描述的，除非另有规定。

图1示意地示出根据本发明第一实施例的内燃机及其进气和排气系统的构造。图1中示出的发动机1是使用轻质油作为燃料的压缩点火式内燃机(柴油发动机)。发动机1可以是使用汽油等作为燃料的火花点火式内燃机。

内燃机1包括将燃料喷射入气缸2的燃料喷射阀3。在发动机1是火花点火式内燃机的情形下，燃料喷射阀3可以构造为将燃料喷射入进气口。

内燃机1连接至进气通路4。空气流量计40以及进气节流阀41设置在进气通路4中。空气流量计40输出与在进气通路4中流动的进气(空气)的量(质量)对应的电信号。进气节流阀41在进气通路4中位于空气流量计40的下游。进气节流阀41能够操作以改变进气通路4的截面面积以便调节发动机1的进入空气量。

内燃机1连接至排气通路5。氧化催化剂50、SCRF51、燃料添加阀52以及尿素水添加阀53构成排放控制系统，设置在排气通路5中。SCRF51是由多孔基材形成的壁流型过滤器，且SCR催化剂由过滤器的基材负载。如此构建的SCRF51具有捕集排气中的PM(颗粒物质)的PM捕集功能，以及具有使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx的NOx转化功能。氧化催化剂50设置在SCRF51上游的排气通路5中。燃料添加阀52设置在氧化催化剂50进一步上游的排气通路5中。燃料添加阀52注入燃料至在排气通路5中流动的排气中。尿素水添加阀53设置在氧化催化剂50下游以及SCRF51上游的排气通路5中。尿素水添加阀53注入尿素水至在排气通路5中流动的排气中。当尿素水从尿素水添加阀53注入排气中时，将尿素水供给至SCRF51。在SCRF51中，如此供给的尿素水被水解以生成氨，氨被吸附在SCR催化剂上。于是，使用吸附在SCR催化剂上的氨作为还原剂，来还原排气中的NOx。即，当尿素水从尿素水添加阀53供给至SCRF51时，SCRF51执行NOx转化功能。

上游NOx传感器56设置在氧化催化剂50下游以及尿素水添加阀53上游的排气通路5中。下游NOx传感器57设置在SCRF51下游的排气通路5中。上游NOx传感器56和下游NOx传感器57中的每个输出对应于排气的NOx浓度的电信号。而且，温度传感器54和PM传感器55设置在SCRF51下游的排气通路5中。温度传感器54输出对应于排气温度的电信号。PM传感器55输出与从过滤器51流出的PM量相关的电信号。

将参考图2描述PM传感器55的构造。图2示意地示出PM传感器55的构造。PM传感器55是电极类型PM传感器。虽然图2示出了一对电极，但是可以设置两对以上电极。

PM传感器55包括传感器元件553、电流表554、加热器555以及盖556。传感器元件553由一对电极551、552组成，一对电极551、552布置在板状绝缘体550的表面上以使得电极551、552彼此隔开。电流表554测量在电极551、552之间流动的电流。加热器555是电热加热器，布置在绝缘体550的后表面上。盖556覆盖传感器元件553。多个通孔557形成在盖556中。从设置在外部的电源60供给电力至PM传感器55的电极551、552以及加热器555。然后，从PM传感器55产生与由电流表554测量的电流值对应的输出值。

如果如上构造的PM传感器55安装在排气通路5中，则在排气通路5中流动的部分排气穿过通孔557并且流入盖556的内部。然后，将在流入盖556的排气中包含的PM捕集在电极551、552之间。如果此时将电压施加至电极551、552，可促进PM在电极551、552之间的捕集。

沉积在电极551、552之间的PM量和PM传感器55的输出值之间的关系基于图3进行说明。在图3中，水平轴线指示沉积在电极551、552之间的PM量，竖直轴线指示PM传感器55的输出值。随着PM捕集在电极551、552之间，沉积在电极551、552之间的PM量逐渐增加。此时，如果电压施加在电极551、552上并且给定量的PM沉积在电极551、552之间，则直到如此沉积的PM从一个电极551延伸至另一个电极552时，电极551、552通过PM导电，因为PM具有导电性。但是，如果沉积在电极551、552之间的PM量小于给定量，则电极551、552处于非导电状态。使电极551、552处于导电状态的PM沉积量将称为“有效PM沉积量”。

如图3所示，在沉积在电极551、552之间的PM量达到有效PM沉积量以前，电极551、552处于非导电状态；因此，PM传感器55的输出值等于零。然后，如果沉积在电极551、552之间的PM量变得等于或者大于有效PM沉积量，则电极551、552之间的电阻随着沉积在电极551、552之间的PM量增加而减小。结果，在电极551、552之间流动的电流增加。因此，PM传感器的输出值根据沉积在电极551、552之间的PM量的增加而增加。在以下说明中，PM传感器55的输出值自零开始增加时的时间将称为“输出开始时间”。随着沉积在电极551、552之间的PM量增加，电极551、552之间的电阻的减小量相对于PM沉积量的增加量而增加；结果，在电极551、552之间流动的电流的增加量增加。因此，随着沉积在电极551、552之间的PM量增加，PM传感器55的输出值的增加量相对于PM沉积量的增加量而增加。

返回图1，内燃机1装备有电子控制单元(ECU)。ECU10是控制发动机1的运转状态等的单元。各种传感器电连接至ECU10，除了上述提到的空气流量计40、上游NOx传感器56、下游NOx传感器57、温度传感器54和PM传感器55之外，还包括加速踏板位置传感器7以及曲柄位置传感器8。加速踏板位置传感器7输出与加速踏板(未示出)的操作量(加速行程)相关的电信号。曲柄位置传感器8输出与发动机1的发动机输出轴(曲轴)的旋转位置相关的电信号。ECU10接收这些传感器的输出信号。PM传感器55的输出信号传递至ECU10的监控单元101。即，在该实施例中，ECU10的监控单元101能够连续监控PM传感器55的输出值。当PM传感器55设置有用于控制PM传感器55的传感器控制单元(子ECU)时，子ECU可以包括连续监控PM传感器55的输出值的监控单元。

而且，各种设备电连接至ECU10，包括上述提到的燃料喷射阀3、进气节流阀41、燃料添加阀52以及尿素水添加阀53。ECU10基于上述传感器的输出信号而控制这些各种设备。例如，ECU10控制从尿素水添加阀53注入的尿素水的量，以便保持吸附在SCRF51中的氨的量(即，吸附在SCR催化剂上的氨的量)等于目标吸附量。目标吸附量是通过实验等提前确定的值，作为能够确保SCRF51中的期望NOx转化率(SCRF51中还原的NOx量与流入SCRF51的NOx量之比)同时保持从SCRF51流出的氨的量在容许范围内的值。

当SCRF51中的PM沉积量的估计值达到预定阈值时，ECU10通过控制从内燃机1的燃料添加阀52注入的燃料量而执行过滤器恢复处理。在过滤器恢复处理中，通过当从燃料添加阀52注入的燃料在氧化催化剂50中氧化时产生的氧化热来升高SCRF51的温度。此时，ECU10控制从燃料添加阀52注入的燃料的量，使得基于温度传感器54的输出值所估计的SCRF51的温度变得等于目标温度。目标温度是通过实验等提前确定的值，作为PM能够被氧化的温度。结果，燃烧并且去除沉积在SCRF51中的PM。沉积在SCRF51中的PM量可以例如基于从上次过滤器恢复处理完成时的时间起从燃料喷射阀3喷射的燃料量的积分值,以及SCRF51的温度历史来估计。而且，可以每当从燃料喷射阀3喷射的燃料量的积分值达到预定恢复实施阈值时实施过滤器恢复处理。

如果负载在SCRF51上的SCR催化剂劣化，则SCRF51的NOx转化功能下降，从而导致释放至大气的NOx量增加。因而，在该实施例中，诊断SCRF51的NOx转化功能。在以下中，将参考图4描述根据该实施例的诊断SCRF的NOx转化功能的方法。图4是图示出根据该实施例的用于诊断SCRF的NOx转化功能的控制流的流程图。当满足用于诊断NOx转化功能的特定条件时，该控制流由ECU10实施。用于诊断NOx转化功能的条件是执行SCRF51的NOx转化功能的诊断的条件。用于诊断NOx转化功能的条件设定成使得SCRF51的NOx转化功能的诊断能够以所需且足够的频率执行。作为用于诊断NOx转化功能的条件的一个例子，从上次实施图4的流程起已经经过了NOx转化功能的预定诊断期间，并且SCRF51的温度在负载于SCRF51上的SCR催化剂的活化温度范围内。

在图4的流程中，一开始在步骤S101中，基于上游NOx传感器56的输出值和下游NOx传感器57的输出值来计算SCRF51中的NOx转化率Rpnox。然后，在步骤S102中，判定在步骤S101计算的SCRF51中的NOx转化率Rpnox是否等于或者高于预定判定转化率Rpnox0。判定转化率Rpnox0是能够判定出SCRF51的NOx转化功能处于正常状态所基于的阈值。判定转化率Rpnox0可以是通过实验等提前确定的固定值。即使SCRF51的NOx转化功能处于正常状态，SCRF51中的NOx转化率也可以根据吸附在SCRF51中的氨的量而改变。因而，基于SCRF51的NOx转化功能处于正常状态的假定来估计吸附在SCRF51中的氨的量，并且判定转化率Rpnox0可以基于该估计值来确定。在该情况下，可以采用用于估计吸附在SCR催化剂上的氨的量的任何公知方法，作为基于SCRF51的NOx转化功能处于正常状态的假定而估计吸附在SCRF51中的氨的量的方法。

当在步骤S102中做出肯定判断(是)时，即，当SCRF51中的NOx转化率Rpnox等于或者高于预定判定转化率Rpnox0时，在步骤S103中于是判定出SCRF51的NOx转化功能处于正常状态。另一方面，当在步骤S102中做出否定判断(否)时，即，当SCRF51中的NOx转化率Rpnox低于预定判定转化率Rpnox0时，在步骤S104中于是判定出SCRF51的NOx转化功能存在异常(即，负载在SCRF51上的SCR催化剂劣化)。如果在步骤S104中判定出SCRF51的NOx转化功能存在异常，则该诊断结果被存储在ECU10中。

在SCRF51中，可能发生由于实施过滤器恢复处理引起的升高温度等导致的故障，诸如破损或者腐蚀。如果这种故障发生，则SCRF51的PM捕集功能下降，从而导致释放至大气的PM量增加。因而，在该实施例中，使用PM传感器55的输出值来诊断SCRF51的PM捕集功能。下面，将描述根据该实施例的诊断SCRF的PM捕集功能的方法。

在根据该实施例的诊断SCRF的PM捕集功能的方法中，一开始执行用于去除沉积在PM传感器55的电极551、552之间的PM的传感器恢复处理。更具体来说，电力从电源60供给至加热器555，使得传感器元件553被加热器555加热。结果，沉积在电极551、552之间的PM被氧化并且去除。在传感器恢复处理中，调节供给至加热器555的电力量，使得将传感器元件553的温度控制到PM能够被氧化的温度。

如果沉积在电极551、552之间的PM通过传感器恢复处理被去除，则电压开始被从电源60施加至电极551、552。下面，电压开始施加至电极551、552的时间将称为“电压施加时间”。在完成传感器恢复处理之后，电极551、552的温度暂时地保持高温。因此，用于冷却电极551、552的冷却期间可以设置在完成传感器恢复处理和电压施加时间之间。而且，如上所述，如果电压施加至电极551、552，可促进PM在电极551、552之间的捕集。因此，在该实施例中，电压施加时间对应于根据本发明的PM沉积重开始时间。而且，在该实施例中，电压可以在实施传感器恢复处理过程中开始施加至电极551、552。在该情况下，完成传感器恢复处理的时间(即，停止将电力供给至加热器555的时间)可以被视为根据本发明的PM沉积重开始时间。而且，在该情况下，从传感器恢复处理完成的时间起经过了如下的给定期间后的时间点可以被视为根据本发明的PM沉积重开始时间：在该给定期间之后能够判定出PM传感器55的电极551、552的温度已经低到捕集的PM不能被氧化的程度。

将参考图5描述在电压开始施加至电极551、552之后PM传感器55的输出值的举动。图5示出了在电压施加时间之后PM传感器55的输出值随时间的变化。在图5中，水平轴线指示自电压施加时间起的经过时间，竖直轴线指示PM传感器55的输出值。在图5中，线L1和线L2指示当内燃机1在相同运转状态而SCRF51的PM捕集功能处于不同状态时的PM传感器55的输出值。即，线L1示出了当SCRF51的PM捕集功能处于正常状态时PM传感器55的输出值随时间的变化，线L2示出了当SCRF51的PM捕集功能存在异常时PM传感器55的输出值随时间的变化。在图5中，ts1指示当SCRF51的PM捕集功能处于正常状态时的输出开始时间，ts2指示当SCRF51的PM捕集功能存在异常时的输出开始时间。

如果SCRF51的PM捕集功能下降，则每单位时间从SCRF51流出的PM量(PM排放量)增加。随着PM排放量增加，到达PM传感器55并且被捕集在电极551、552之间的PM的量增加。即，沉积在电极551、552之间的PM量的增加率增加。结果，如果SCRF51的PM捕集功能进入异常状态，则相比于SCRF51的PM捕集功能处于正常状态时的时间，沉积在电极551、552之间的PM的量在更早的时间点达到有效PM沉积量。因此，如图5所示，当SCRF51的PM捕集功能处于异常状态时，相比于SCRF51的PM捕集功能处于正常状态的情形，从电压施加时间至输出开始时间的期间缩短(ts2<ts1)。而且，如果SCRF51的PM捕集功能进入异常状态，则相比于SCRF51的PM捕集功能处于正常状态时的时间，在输出开始时间之后沉积在电极551、552之间的PM量的增加率变大。因此，如图5所示，当SCRF51的PM捕集功能处于异常状态时，相比于SCRF51的PM捕集功能处于正常状态的情形，在输出开始时间之后PM传感器55每单位时间的输出值的增加率变大。

上述差异出现在SCRF51的PM捕集功能处于正常状态时的时间与SCRF51的PM捕集功能存在异常时的时间之间的PM传感器55的输出值的举动中。结果，当SCRF51的PM捕集功能存在异常时，在自电压施加时间起经过特定时间段之后的PM传感器55的输出值大于在SCRF51的PM捕集功能处于正常状态情形下PM传感器55的输出值。因而，在该实施例中，基于在自电压施加时间起已经经过了预定判定期间dtd之后的判定时间td的PM传感器55的输出值，来诊断SCRF51的PM捕集功能。更具体来说，当在判定时间td的PM传感器55的输出值等于或者大于预定异常判定值pmsth时，判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。

关于这一点，判定期间dtd被设定成这样的期间，即从电压施加时间至沉积在PM传感器55的电极551、552之间的PM量的基准值(其将称为“基准PM沉积量”)达到预定判定PM沉积量时的时间。基准PM沉积量是假定SCRF51的PM捕集功能处于基准故障状态而估计的值。基准故障状态指的是在SCRF的PM捕集功能的诊断中，应该被判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常的故障状态之中具有最小程度故障的故障状态。即，在SCRF的PM捕集功能的诊断中，甚至在SCRF51的PM捕集功能下降至某一程度的条件下，如果该条件好于基准故障状态(即，如果破损或者腐蚀程度小)也可判定出SCRF51的PM捕集功能处于正常状态。异常判定值pmsth设定为当沉积在PM传感器55的电极551、552之间的PM量等于判定PM沉积量时的PM传感器55的输出值。

基准PM沉积量是当假定SCRF51的PM捕集功能处于基准故障状态时通过估计捕集在PM传感器55的电极551、552之间的PM量(将简单称为“捕集PM量”)以及对捕集PM量的估计值进行积分而计算出的。甚至在SCRF51的PM捕集功能处于相同状态的情形下，从SCRF51流出的PM量也会根据发动机1的运转状态(诸如从燃料喷射阀3喷射的燃料量、排气的流量等)以及SCRF51中的PM沉积量而变化。而且，捕集在PM传感器55的电极551、552之间的PM与排气中包含的PM量之比(将称为“PM捕集比”)根据排气的流量而变化。因此，当捕集PM量是假定SCRF51的PM捕集功能处于基准故障状态而估计出的时，也考虑发动机1的运转状态和SCRF51中的PM沉积量。任何公知方法可以用作计算基准PM沉积量的具体方法。

如上所述，在该实施例中，从尿素水添加阀53注入的尿素水供给至SCRF51。发现的是，即使SCRF51的PM捕集功能存在异常，SCRF51的NOx转化功能也能够处于正常状态。但是，如果SCRF51的PM捕集功能存在异常，即使SCRF51的NOx转化功能处于正常状态，供给至SCRF51的尿素水也会从SCRF51流出。这可能是因为尿素水会滑过SCRF51的破损部(或者熔损部)。如果尿素水从SCRF51流出，则尿素水会到达PM传感器55，并且会附着至PM传感器55的电极551、552之间。此时，如果电压施加至PM传感器55的电极551、552，并且PM沉积在电极551、552之间，则PM传感器55的输出值受到尿素水影响。

将参考图6和图7描述当在电压施加时间之后从尿素水添加阀53注入尿素水并且从SCRF51流出的尿素水附着至PM传感器55的电极551、552之间时，尿素水对PM传感器55的输出值的影响。类似图5，图6示出了在电压施加时间之后PM传感器55的输出值随时间的变化。在图6，水平轴线指示自电压施加时间起的经过时间，竖直轴线指示PM传感器55的输出值。而且，类似于图5的线L1，图6中的线L1指示了当SCRF51的PM捕集功能处于正常状态时PM传感器55的输出值随时间的变化。在图6，线L3指示当SCRF51的PM捕集功能存在异常并且从SCRF51流出的尿素水附着至PM传感器55的电极551、552之间时PM传感器55的输出值。

图7A至图7C示出了当尿素水附着至沉积了PM的PM传感器55的电极551、552之间时电极551、552之间的状态的图像。图7A示出了当PM传感器55的输出值如图6的线L3的由虚线a围绕的部分所指示的那样表现时电极551、552之间的状态。图7B示出了当PM传感器55的输出值如图6的线L3的由虚线b围绕的部分所指示的那样表现时电极551、552之间的状态。图7C示出了当PM传感器55的输出值如图6的线L3的由虚线c围绕的部分所指示的那样表现时电极551、552之间的状态。在图7A–图7C，菱形代表尿素水，黑圈代表PM。

如上所述，当SCRF51的PM捕集功能存在异常时，相比于PM捕集功能处于正常状态的情形，从电压施加时间至输出开始时间的期间缩短。因此，线L3的输出开始时间ts3早于线L1的输出开始时间ts1。而且，随着沉积在电极551、552之间的PM量增加，由线L3所指示的PM传感器55的输出值从输出开始时间ts3起逐渐增加。此时，如果在指示为tx的时间尿素水附着至电极551、552之间，则沉积在电极551、552之间的一部分PM可以通过尿素水脱落，如图7A所示。在该情况下，沉积在电极551、552之间的PM量降低。因此，PM传感器55的输出值降低，正如图6的线L3的由虚线a围绕的部分指示的。

然后，如果一部分PM因尿素水而脱落的状态转为电极551、552通过包含PM的尿素水而导电的状态，如图7B所示，则PM传感器55的输出值再次增加，正如图6的线L3的由虚线b围绕的部分指示的。但是，在附着于电极551、552之间的尿素水中包含的水分随时间而蒸发。如果尿素水中的水分蒸发，则PM和尿素的混合物(沉淀)沉积在电极551、552之间，如图7C所示。此处，尿素的导电性低于PM。因此，如果PM和尿素的混合物沉积在电极551、552之间，则相比于仅PM沉积在电极551、552之间的状态，电极551、552之间的电阻值增加。因此，在PM传感器55的输出值由于电极551、552之间经由包含PM的尿素水的导电而再次增加之后，输出值随着尿素水中水分蒸发而降低。在PM和尿素的混合物沉积在电极551、552之间的状态下，PM传感器55的输出值低于在仅相同量的PM沉积在电极551、552之间的状态下的输出值，如图6的线L3的由虚线c围绕的部分指示的。

因为当尿素水附着至PM传感器55的电极551、552之间时PM传感器的输出值如上所述地那样表现，所以在自电压施加时间起经过了预定判定期间dtd之后的判定时间td的PM传感器55的输出值可能会很大程度上偏离与在判定期间dtd中从SCRF51流出的PM量的积分值对应的值。在该情况下，通过使用在上述的判定时间td的PM传感器55的输出值进行诊断PM捕集功能，难以精确地诊断SCRF51的PM捕集功能。例如，如果尿素水在图6指示的时刻附着至PM传感器55的电极551、552之间，并且电极551、552之间的PM因尿素水脱落，则判定时间td在PM传感器55的输出值降低时到达。在该情况下，在上述的PM捕集功能的诊断中，即使SCRF51的PM捕集功能存在异常，也可能错误地判定出SCRF51的PM捕集功能处于正常状态。而且，在判定时间td在PM传感器55的输出值降低时到达的情形下，在PM和尿素的混合物沉积在PM传感器55的电极551、552之间的状态下，相比于当仅相同量的PM沉积在电极551、552之间的时间，在上述PM捕集功能的诊断中，可能错误地判定出SCRF51的PM捕集功能处于正常状态，正如如上所述的情况中那样。

因而，在该实施例中，如上所述，基于在判定时间td的PM传感器55的输出值进行的PM捕集功能的诊断，将称为“PM捕集功能的第二诊断”。SCRF51的PM捕集功能还通过“PM捕集功能的第一诊断”来诊断，PM捕集功能的第一诊断是通过与PM捕集功能的第二诊断的诊断方法不同的诊断方法来执行的。在以下中，将描述根据该实施例的PM捕集功能的第一诊断。

在该实施例中，通过ECU10的监控单元101连续监控电压施加时间之后的PM传感器55的输出值。即，通过监控单元101能够监控如图5或者图6所示的PM传感器55的输出值的举动。在PM捕集功能的第一诊断中，基于从电压施加时间起直到经过了预定判定期间dtd时PM传感器55的输出值的举动来诊断SCRF51的PM捕集功能，其举动由监控单元101所监控。更具体来说，假定在上述NOx转化功能的诊断中判定出SCRF51的NOx转化功能处于正常状态，如果在自电压施加时间起经过预定判定期间dtd之前PM传感器55的输出值降低，则判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。

从SCRF51流出的PM被连续捕集在PM传感器55的电极551、552之间。因此，除非尿素水附着至电极551、552之间，否则，PM传感器55的输出值根据沉积在电极551、552之间的PM量的连续增加而连续增加，如图5的L1、L2指示的。另一方面，如果尿素水附着至电极551、552之间并且沉积在电极551、552之间的一部分PM因尿素水脱落，则PM传感器55的输出值降低，正如图6的线L3的由虚线a围绕的部分指示的。因此，如果连续增加的PM传感器55的输出值在电压施加时间之后降低，则PM传感器55的输出值的该举动极可能指示尿素水附着至PM传感器55的电极551、552之间。如果此时SCRF51的NOx转化功能处于正常状态，则能够判定出尿素水从SCRF51流出不是因为被假定为为了还原NOx而消耗的尿素水没有因还原NOx而消耗，而是因为SCRF51中的故障，诸如破损或者腐蚀(即，PM捕集功能的下降)。因此，如果当判定出SCRF51的NOx转化功能处于正常状态时PM传感器55的输出值呈现如上所述的举动，则能够判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。即，甚至在以上描述的PM捕集功能的第二诊断中错误地判定出PM捕集功能为正常的情形下，在PM捕集功能的第一诊断中，也能够判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。

将参考图8和图9描述根据该实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流。图8和图9是图示出根据该实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流的流程图。当满足用于诊断PM捕集功能的预定条件时由ECU10实施该流程。用于诊断PM捕集功能的条件是执行SCRF51的PM捕集功能的诊断的条件。用于诊断PM捕集功能的条件设定成使得能够以所需且足够的频率执行SCRF51的PM捕集功能的诊断。作为用于诊断PM捕集功能的条件的一个例子，例如，内燃机1处于稳定运转，且从上次实施图8、图9的流程起已经经过预定时间段或者自从开始发动机1的当前运转时起已经经过了诊断PM捕集功能的预定期间。当PM传感器55设置有子ECU时，图8、图9的流程可以由子ECU实施。

在图8、图9的流程中，一开始在步骤S201中判定SCRF51的NOx转化功能是否处于正常状态。如上所述，在该实施例中，独立于图8、图9所示的流程而实施图4所示的流程，以便诊断SCRF51的NOx转化功能，并且诊断结果存储在ECU10中。在步骤S201中，读取紧接在图8、图9的流程开始实施之前所进行的SCRF51的NOx转化功能的诊断的结果。如果在ECU10中存储了SCRF51的NOx转化功能存在异常的效果的诊断结果，则在步骤S201中做出否定判断(否)。在该情况下，终止实施该流程。另一方面，如果在ECU10中未存储SCRF51的NOx转化功能存在异常的效果的诊断结果，则在步骤S201中做出肯定判断(是)。即，在该实施例中，ECU10基于从诊断中未判定出SCRF51的NOx转化功能存在异常的事实来判定出SCRF51的NOx转化功能为正常。当在步骤S201中做出肯定判断(是)时，于是实施步骤S202。

可以考虑这样的情形：在实施如图4所示的用于诊断SCRF51的NOx转化功能的控制流时，异常已经出现在SCRF51的PM捕集功能中。在该情况下，如果由于SCRF51的PM捕集功能的异常导致尿素水从SCRF51流出，则已经流出的尿素水会到达下游NOx传感器57。但是，注意的是，即使尿素水到达下游NOx传感器57，鉴于NOx传感器的结构，尿素水对下游NOx传感器57的输出值的影响小于尿素水对PM传感器55的输出值的影响。因此，即使由于SCRF51的PM捕集功能的异常导致尿素水从SCRF51流出，尿素水的流出也不易或不可能影响SCRF51的NOx转化功能的诊断结果。

在步骤S202中，判定PM传感器55是否处于正常状态。在该实施例中，类似SCRF51的NOx转化功能的诊断，用于诊断PM传感器55的故障的控制流实施作为与图8、图9的流程独立的程序，并且诊断结果存储在ECU10中。在步骤S202中，读取存储在ECU10中的PM传感器55的故障诊断结果。如果在ECU10中存储了PM传感器55故障的诊断结果，则在步骤S202中做出否定判断(否)。在该情况下，终止实施该流程。另一方面，如果在ECU10中未存储PM传感器55故障的诊断结果，则在步骤S202中做出肯定判断(是)。在该情况下，随后实施步骤S203。可以采用任何公知方法作为诊断PM传感器55的故障的方法。

在步骤S203中，实施传感器恢复处理。即，将电力从电源60供给至加热器555。然后，将传感器元件553的温度控制到PM能够被氧化的温度。在步骤S203中，电力至加热器555的供给继续，直到从开始供给电力起经过了预定传感器恢复时间。此处，传感器恢复时间可以是通过实验等提前确定的固定值，作为足以去除沉积在PM传感器55的电极551、552之间的PM的时间长度。而且，可以估计出在开始传感器恢复处理时沉积在电极551、552之间的PM量，并且基于估计的PM沉积量可以设定传感器恢复时间。如果从开始供电给加热器555起经过了传感器恢复时间，则停止从电源60供给电力至加热器555，使得终止实施传感器恢复处理。在终止实施传感器恢复处理时，沉积在PM传感器55的电极551、552之间的PM量大致等于零。

然后，实施步骤S204。在步骤S204中，电压开始施加至PM传感器55的电极551、552。结果，可促进PM在电极551、552之间的捕集。在该实施例中，当电压开始施加至PM传感器55的电极551、552时，也开始通过ECU10的监控单元101监控PM传感器55的输出值。如上所述，用于冷却电极551、552的冷却期间可以设置在完成传感器恢复处理时的时间与电压开始施加至PM传感器55的电极551、552时的时间之间。而且，如上所述，电压开始施加至PM传感器55的电极551、552的时间可以无须与通过ECU10的监控单元101开始监控PM传感器55的输出值的时间一致。

然后，在步骤S205中，计算基准PM沉积量Qpme。在该步骤中，基于内燃机1的运转状态和当假定过滤器51处于基准故障状态时过滤器51中的PM沉积量，来计算基准PM沉积量Qpme。通过估计当假定过滤器51处于基准故障状态时被过滤器51所捕集的PM量和当由于排气温度增加导致PM氧化时从过滤器51去除的PM量并且对这些估计值进行积分，能够计算当假定过滤器51处于基准故障状态时过滤器51中的PM沉积量。

然后，在步骤S206中，读取PM传感器55的输出值pms1。下面，在步骤S206中读取的PM传感器55的输出值pms1将称为“第一传感器输出值pms1”。然后，在步骤S207中，读取自从PM传感器55生成步骤S206中读取的第一传感器输出值pms1的时间点起经过预定时间之后的PM传感器55的输出值pms2。下面，在步骤S207中读取的PM传感器55的输出值pms2将称为“第二传感器输出值pms2”。

然后，在步骤S208中，通过从步骤S207中读取的第二传感器输出值pms2减去步骤S206中读取的第一传感器输出值pms1，来计算传感器输出差Dpms。然后，在步骤S209中，判定在步骤S208中计算出的传感器输出差Dpms是否等于或者大于零。PM传感器55的输出值中可能包含误差。因此，在步骤S209中，可以判定传感器输出差Dpms是否等于或者大于预定阈值，该预定阈值大于零并且是鉴于PM传感器55的输出值中的误差而设定的。如果在步骤S209中做出肯定判断(是)，于是在步骤S210中判定在步骤S205中计算出的基准PM沉积量Qpme是否等于或者大于判定PM沉积量Qpm0。如果在步骤S210中做出否定判断(否)，则再次实施从步骤S205至步骤S210的处理。另一方面，如果在步骤S210中做出肯定判断(是)，则当PM传感器55的输出值在该期间中不降低时，判定出从电压施加时间起已经经过了判定期间dtd。在该情况下，在步骤S211中，基于在判定时间td的PM传感器55的输出值执行SCRF51的PM捕集功能的诊断(即，PM捕集功能的第二诊断)。更具体来说，判定在基准PM沉积量Qpme达到判定PM沉积量Qpm0时的PM传感器55的输出值pms(即，在判定时间td的PM传感器55的输出值)是否等于或者大于异常判定值pmsth。如果在步骤S211中做出肯定判断(是)，于是在步骤S212中判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。另一方面，如果在步骤S211中做出否定判断(否)，于是在步骤S213中判定出SCRF51的PM捕集功能不存在异常。即，判定出SCRF51的PM捕集功能处于正常状态。在步骤S212或者步骤S213中判定出SCRF51的PM捕集功能是异常或者正常之后，在步骤S214中停止将电压施加至PM传感器55的电极551、552。

另一方面，如果在步骤S209中做出否定判断(否)，则在从电压施加时间起经过判定期间dtd之前，使第二传感器输出值pms2降低至小于第一传感器输出值pms1。即，降低PM传感器55的输出值。在该情况下，尿素水极可能附着至PM传感器55的电极551、552之间。即，能够判定出由于SCRF51的PM捕集功能的下降导致的尿素水从SCRF51的流出或者排放已经发生。在该情况下，于是在步骤S212中判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。

在上述的流程中，当判定出在从电压施加时间起经过判定期间dtd之前PM传感器55的输出值降低时，在该时间点判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。即，在从电压施加时间起经过判定期间dtd之前执行PM捕集功能的第一诊断。但是，PM捕集功能的第一诊断可以在从电压施加时间起经过判定期间dtd之后执行。在该情况下，也基于在从电压施加时间起经过判定期间dtd之前PM传感器55的输出值的降低是否发生，来判定SCRF51的PM捕集功能是否存在异常。而且，在该情况下，如果通过PM捕集功能的第一诊断判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常，则PM捕集功能的第一诊断的结果是优先的，即使当通过PM捕集功能的第二诊断判定出SCRF51的PM捕集功能处于正常状态。即，最终判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。

在SCR催化剂以及过滤器是不同的主体或者构件并且SCR催化剂在排气通路中设置在过滤器的上游的情形下，正如公知排放控制系统那样，SCR催化剂发生故障(诸如破损或者腐蚀)的可能性(该故障引起尿素水的流出)低于SCRF发生故障的可能性。如果SCR催化剂正常执行NOx转化功能，即使过滤器的PM捕集功能恶化，尿素水也不可能流出到过滤器的下游侧。因此，如果SCR催化剂的NOx转化功能本身处于正常状态，则仅在SCR催化剂的基材的表面覆盖有PM并且SCR催化剂无法执行NOx转化功能的情形下，尿素水才可能到达设置在过滤器下游的PM传感器。另一方面，如上所述，在SCRF中，由于PM捕集功能的下降导致尿素水易于流出。因此，在基于PM传感器的输出值的SCRF的PM捕集功能的诊断中，如果试图限制尿素水供给至SCRF以降低尿素水对PM传感器的输出值的影响，则每次执行PM捕集功能的诊断时，都需要限制从尿素添加阀注入尿素水(例如，注入量降低或者注入停止)。但是，如果每次执行PM捕集功能的诊断时限制尿素水的注入，则SCRF中的NOx转化率可能过度降低。另一方面，在该实施例中，执行PM捕集功能的第一诊断，使得无需限制尿素水供给至SCRF51就能够诊断SCRF51的PM捕集功能。因此，能够抑制由限制从尿素水添加阀53注入尿素水引起的SCRF51中的NOx转化率的降低。

在该实施例中，SCRF的PM捕集功能是通过PM捕集功能的第一诊断和PM捕集功能的第二诊断进行诊断的。但是，在该发明中，不是始终需要执行PM捕集功能的第二诊断。如果尿素水在SCRF的PM捕集功能存在异常的条件下注入，则尿素水相对极可能从SCRF流出。因此，由于尿素水附着至电极之间导致PM传感器的输出降低还相对极可能发生。因此，仅通过PM捕集功能的第一诊断，能够以一定精确度判定SCRF的PM捕集功能是否存在异常。但是，如果通过PM捕集功能的第一诊断和PM捕集功能的第二诊断二者来诊断SCRF的PM捕集功能，如在该实施例中，则能够进一步提高诊断的精确度。

在本发明第二实施例中，SCRF51的PM捕集功能以与第一实施例的方式基本相同的方式进行诊断。在该实施例中，当在PM捕集功能的第一诊断中判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常时，该诊断结果被视为暂时诊断结果。然后，当获得暂时诊断结果时，在停止从水尿素添加阀53注入尿素水的条件下，再次执行传感器恢复处理和将电压施加至PM传感器55的电极551、552，并且执行PM捕集功能的第二诊断。

在上述方式中，在停止从尿素水添加阀53注入尿素水的条件下，基于在从电压施加时间起已经经过了预定判定期间dtd时的PM传感器55的输出值，来诊断SCRF51的PM捕集功能。即，在消除了尿素水对PM传感器55的输出值的影响的条件下能够执行PM捕集功能的第二诊断。因此，能够以更高精确度诊断SCRF51的PM捕集功能。而且，仅当通过PM捕集功能的第一诊断获得SCRF51的PM捕集功能存在异常的暂时诊断结果时停止从尿素水添加阀53注入尿素水。以这种方式，相比于每次基于PM传感器55的输出值来诊断SCR51的PM捕集功能时停止从尿素水添加阀53注入尿素水的情形，能够降低停止注入尿素水操作的实施频率。因此，能够抑制由停止注入尿素水引起的SCRF51中的NOx转化率的降低。

将参考图10描述根据该实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流。图10是图示出根据该实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流的流程图。在该实施例中，同样，实施如图8、图9所示的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流。当在如图8、图9所示的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流中在步骤S209中做出否定判断(否)，并且在步骤S212中判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常时，在步骤S214中停止将电压施加至电极551、552之后，由ECU10实施图10中示出的流程。如果PM传感器55设置有子ECU，则类似于图8、图9所示的流程，可以由子ECU实施图10的流程。

在图10的流程中，一开始在步骤S301中停止从尿素水添加阀53注入尿素水。然后，在步骤S302和S303中分别执行与图8、图9所示的流程的步骤S203和S204的操作相同的操作。即，执行传感器恢复处理，并且在完成传感器恢复处理之后电压开始施加至PM传感器55的电极551、552。然后，在步骤S304和S305中分别执行与图8、图9所示的流程的步骤S205和S210的操作相同的操作。即，计算基准PM沉积量Qpme，然后判定计算出的基准PM沉积量Qpme是否等于或者大于判定PM沉积量Qpm0。如果在步骤S305中做出否定判断(否)，则再次实施步骤S304和S305。另一方面，如果在步骤S305中做出肯定判断(是)，则然后实施步骤S306。

在步骤S306中，判定当基准PM沉积量Qpme达到判定PM沉积量Qpm0时所获得的PM传感器55的输出值pms是否等于或者大于异常判定值pmsth，正如图8、图9所示的流程的步骤S211。即，执行PM捕集功能的第二诊断。如果在步骤S306中做出肯定判断(是)，则于是在步骤S307中判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常，正如图8、图9所示的流程的步骤S212。另一方面，如果在步骤S306中做出否定判断(否)，则于是在步骤S308中判定出SCRF51的PM捕集功能处于正常状态，正如图8、图9所示的流程的步骤S213。在步骤S307或者S308中判定出SCRF51的PM捕集功能是异常或者正常之后，在步骤S309中停止将电压施加至PM传感器55的电极551、552，正如图8、图9所示的流程的步骤S214。然后，在步骤S310中，停止从尿素水添加阀53注入尿素水的操作终止。

在上述实施例中，当通过PM捕集功能的第一诊断获得SCRF51的PM捕集功能存在异常的暂时诊断结果时，停止从尿素水添加阀53注入尿素水。但是，不是始终需要停止从尿素水添加阀53注入尿素水，而是通过限制供给尿素水至SCRF51可以降低尿素水对PM传感器55的输出值的影响。结果，能够以更高的精确度诊断SCRF51的PM捕集功能。因此，在该实施例中，当通过PM捕集功能的第一诊断获得SCRF51的PM捕集功能存在异常的暂时诊断结果时，在从尿素水添加阀53注入的尿素水量降低的条件下，可以再次执行传感器恢复处理以及电压施加至PM传感器55的电极551、552，然后可以执行PM捕集功能的第二诊断。

而且，在该实施例中，当通过PM捕集功能的第一诊断获得SCRF51的PM捕集功能存在异常的暂时诊断结果时，停止从尿素水添加阀53注入尿素水，然后，开始实施传感器恢复处理。但是，为了消除或者降低尿素水对PM传感器55的输出值的影响，仅需要从PM传感器55的电极551、552之间的PM沉积重新开始时起限制从尿素水添加阀53注入尿素水。因此，在该实施例的情况下，从尿素水添加阀53注入尿素水在实施传感器恢复处理期间照常继续，并且从电压施加时间起，可以停止尿素水的注入或者可以降低注入的尿素水的量。

在本发明第三实施例中，在SCRF51的PM捕集功能的诊断中考虑脱落PM对PM传感器55的输出值的影响。在图1示出的内燃机的排气系统的布置中，排气中的部分PM附着至排气通路5的壁以及附着至排气系统的结构(诸如是过滤器51的下游端面以及氧化催化剂50)。之前附着至排气通路5的壁和排气系统结构的PM会从壁和排气系统结构脱落，如此脱落的PM可以到达PM传感器55并且可捕集在电极551、552之间。下面，将参考图11描述当该现象发生时脱落PM对PM传感器55的输出值的影响。图11示出了沉积在PM传感器55的电极551、552之间的PM的图像。图11的左侧视图示出了这样的状态：除了在从发动机1排放的排气中包含的普通PM以外，还有脱落PM也捕集在电极551、552之间，使得脱落PM和普通PM沉积在电极551、552之间。另一方面，图11的右侧视图示出了这样的状态：之前捕集在电极551、552之间的脱落PM从电极551、552之间去除。

如果PM附着至排气通路5的壁和排气系统结构，则PM沉积并且凝聚在壁上和排气系统结构上。然后凝聚的PM脱落以产生“脱落PM”。因此，脱落PM的尺寸通常大于普通PM的尺寸。因而，如果脱落PM被捕集在PM传感器55的电极551、552之间，如图11所示，则相比于当仅普通PM捕集在PM传感器55的电极551、552之间时，沉积在电极551、552之间的PM量急速增加。结果，PM传感器55的输出值急速增加。但是，其尺寸大于普通PM的尺寸的脱落PM，比普通PM更易于从PM传感器55的电极551、552之间去除。当之前捕集在PM传感器55的电极551、552之间的脱落PM从电极551、552之间去除时，已经由于PM沉积量增加而增加的PM传感器55的输出值降低。即，当脱落PM发生并且捕集在PM传感器55的电极551、552之间时，在从电压施加时间至判定期间dtd经过时的时间的期间中，即使SCRF51的PM捕集功能处于正常状态，PM传感器55的输出值也会降低。在PM捕集功能的第一诊断中，如果由于脱落PM所导致的PM传感器55的输出值的降低与由于尿素水所导致的PM传感器55的输出值的降低混淆，则可能错误地判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常，即使SCRF51的PM捕集功能实际处于正常状态。

因而，在该实施例中，当作为脱落PM能够发生的条件的预定脱落PM发生条件满足时，不执行基于PM传感器55的输出值的SCRF51的PM捕集功能的诊断。换句话说，基于当判定出SCRF51的NOx转化功能处于正常状态并且不满足脱落PM发生条件时获得的PM传感器55的输出值，来诊断SCRF51的PM捕集功能。通过该布置，即使SCRF51的PM捕集功能实际处于正常状态，也不易或者不可能因为脱落PM的影响而错误地判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常。因此，以进一步提高的精确度来诊断SCRF51的PM捕集功能。

关于这一点，随着沉积在排气通路5的壁和排气系统结构上的PM量增加，脱落PM更易于发生。而且，如果执行以上描述的过滤器恢复处理，在排气通路5中流动的排气的温度升高，使得不仅沉积在SCRF51中的PM而且附着至排气通路5的壁和排气系统结构的PM都极可能被氧化并且去除。在实施过滤器恢复处理结束之后，随着PM从内燃机1排放，PM开始再次附着至排气通路5的壁和排气系统结构。因此，沉积在排气通路5的壁上和排气系统结构上的PM量与PM排放量的积分值(从实施过滤器恢复处理结束时的时间起，从发动机1排放的PM的积分值)有相关性。而且，随着在排气通路5中流动的排气的流量越大，之前沉积在排气通路5的壁上和排气系统结构上的PM就越易于脱落。即，随着在排气通路5中流动的排气的流量越大，脱落PM就越易于发生。因而，在该实施例中，使用PM排放量的积分值和排气的流量作为参数，判定是否满足脱落PM发生条件。

将参考图12描述根据该实施例的用于判定脱落PM发生条件是否满足的控制流。图12是图示出根据该实施例的用于判定脱落PM发生条件是否满足的控制流的流程图。图12的流程提前存储在ECU10中，并且在内燃机1的运转中以给定间隔由ECU10重复实施。

在图12的流程中，一开始在步骤S401中，计算在完成上次过滤器恢复处理之后(即，在停止用于以上描述的过滤器恢复处理的从燃料添加阀52注入燃料之后)的PM排放量的积分值Ipmd。可以基于发动机1的运转状态估计从内燃机1排放的PM量。然后，在步骤S402中，基于排气的流量来设定判定积分值Ipmd0，作为用来判定脱落PM发生条件是否满足的阈值。此时，随着排气的流量越大，判定积分值Ipmd0就被设定为越小值。可以基于空气流量计40的输出值估计排气的流量。而且，判定积分值Ipmd0和排气的流量之间的关系提前通过实验等确定。该关系作为图表或者函数存储在ECU10中。在步骤S402中，使用该映射图或者函数来设定判定积分值Ipmd0。

然后，在步骤S403中判定在步骤S401中计算出的PM排放量的积分值Ipmd是否等于或者大于步骤S402中设定的判定积分值Ipmd0。如果在步骤S403中做出肯定判断(是)，即，如果PM排放量的积分值Ipmd等于或者大于判定积分值Ipmd0，则于是在步骤S404中判定出满足脱落PM发生条件。另一方面，如果在步骤S403中做出否定判断(否)，即，如果PM排放量的积分值Ipmd小于判定积分值Ipmd0，则于是在步骤S405中判定出不满足脱落PM发生条件。然后，在步骤S404或者S405中获得的判定结果存储在ECU10中。

接下来，将参考图13描述根据该实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流。图13是图示出根据该实施例的用于诊断SCRF的PM捕集功能的一部分控制流的流程图。图13的流程以与第一实施例中的如图8、图9所示的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流的正时相同的正时实施。而且，在图13的流程中除了步骤S502之外的每个步骤中执行的操作与图8、图9示出的流程中的每个对应步骤中所执行的操作基本相同。因此，对执行与图8、图9示出的流程中的步骤的操作相同的操作的步骤给以相同附图标记，并且将不提供对这些步骤的解释。

在图13的流程中，如果在步骤S201中做出肯定判断(是)，即如果判定出SCRF51的NOx转化功能处于正常状态，则于是实施步骤S502。在步骤S502中，判定脱落PM发生条件是否满足。如上所述，在该实施例中，实施图12所示的流程，使得判定脱落PM发生条件是否满足，并且判定结果存储在ECU10中。在步骤S502中，读取存储在ECU10中的判定结果。然后，如果在ECU10中存储了脱落PM发生条件满足的判定结果，则在步骤502中做出肯定判断(是)。在该情况下，终止实施图13所示的流程。另一方面，如果在ECU10中存储了脱落PM发生条件不满足的判定结果，则在步骤S502中做出否定判断(否)。在该情况下，然后实施步骤S202。步骤S202和后续步骤与图8、图9所示流程的那些步骤相同。

在该实施例中，如上所述，使用PM排放量的积分值和排气的流量作为参数，判定脱落PM发生条件是否满足。但是，不是PM排放量的积分值和排气的流量二者都必须用作用于判定脱落PM发生条件是否满足的参数，而是可以仅使用PM排放量的积分值。但是，注意的是，相比于仅使用PM排放量的积分值的情形，使用PM排放量的积分值和排气的流量二者使得能够以更高精确度判定脱落PM发生条件是否满足。而且，除了PM排放量的积分值和排气的流量之外，还可以使用与脱落PM发生的可能性相关的一个参数或多个参数来判定脱落PM发生条件是否满足。例如，基于从实施过滤器恢复处理结束时的时间点起测量的其上安装有发动机1的车辆的行驶距离，可以更简单地判定是否满足脱落PM发生条件。

在该实施例中，如图12所示的用于判定脱落PM发生条件是否满足的控制流，设置成独立于如图13所示的用于诊断SCRF的PM捕集功能的控制流。但是，图12所示的流程中的这些步骤可以并入图13所示的流程。在该情况下，实施图12所示的步骤S401至S403来代替图13所示的流程中的步骤S502。即，当在图13所示的流程的步骤S201中做出肯定判断(是)时，然后实施图12所示的步骤S401至S403。然后，如果在步骤S403中做出肯定判断(是)，则终止实施图13所示的流程。另一方面，如果在步骤S403中做出否定判断(否)，然后实施步骤S202。

上述第三实施例可以结合上述第二实施例。即，通过当脱落PM发生条件不满足时执行的PM捕集功能的第一诊断，当判定出SCRF51的PM捕集功能存在异常时，该判定可以被视为暂时诊断结果。当获得该暂时诊断结果时，在停止从尿素水添加阀53注入尿素水的条件下(或者注入的尿素水量降低)，可以再次执行传感器恢复处理和将电压施加至PM传感器55的电极551、552，然后可以执行PM捕集功能的第二诊断。

Claims (7)

1.一种用于内燃机(1)的过滤器(51)的功能诊断系统，所述过滤器(51)设置在所述内燃机(1)的排气通路(5)中，所述过滤器(51)构造为负载有选择还原型NOx催化剂，所述选择还原型NOx催化剂使用氨作为还原剂来还原排气中的NOx，所述过滤器(51)构造为捕集在所述排气中包含的PM，所述内燃机(1)包括有在所述排气通路(5)中位于所述过滤器(51)的上游的尿素水添加设备(53)，所述尿素水添加设备(53)构造为将尿素水注入所述排气中，所述功能诊断系统的特征在于包括：

PM传感器(55)，其在所述排气通路中设置于所述过滤器(51)的下游，所述PM传感器(55)具有一对电极，所述PM传感器(55)构造为当所述PM沉积在所述一对电极之间并且所述一对电极导电时输出与所述PM的沉积量对应的信号；以及

电子控制单元(10)，其构造为：

(i)计算所述过滤器(51)中的NOx转化率；

(ii)基于所述NOx转化率来判定所述过滤器(51)的NOx转化功能是否正常；

(iii)实施去除沉积在所述PM传感器(55)的电极之间的所述PM的传感器恢复处理；

(iv)在实施所述传感器恢复处理结束之后，连续监控在预定PM沉积重开始时间之后的所述PM传感器(55)的输出值，所述PM沉积重开始时间是假定所述PM在所述PM传感器(55)的所述电极之间的沉积重新开始的时间点；以及

(v)当所述电子控制单元判定出所述过滤器(51)的所述NOx转化功能处于正常状态时，当所述连续监控的所述PM传感器(55)的所述输出值降低时判定出所述过滤器(51)的PM捕集功能存在异常。

2.根据权利要求1所述的功能诊断系统，其中

所述电子控制单元(10)构造为，当所述电子控制单元判定出所述过滤器(51)的所述NOx转化功能处于所述正常状态时，当所述连续监控的所述PM传感器(55)的所述输出值不降低时，所述电子控制单元(10)基于在自所述PM沉积重开始时间起经过了预定判定期间时所述PM传感器(55)的所述输出值来诊断所述过滤器(51)的所述PM捕集功能。

3.根据权利要求1所述的功能诊断系统，其中

所述电子控制单元(10)构造为，当所述电子控制单元判定出所述过滤器(51)的所述NOx转化功能处于所述正常状态时，当所述连续监控的所述PM传感器(55)的所述输出值降低时，所述电子控制单元(10)在所述PM沉积重开始时间之前实施所述传感器恢复处理且在所述PM沉积重开始时间之后限制从所述尿素水添加设备(53)注入尿素水，并且基于在自所述PM沉积重开始时间起经过了预定判定期间时所述PM传感器(55)的所述输出值来诊断所述过滤器(51)的所述PM捕集功能。

4.根据权利要求1所述的功能诊断系统，其中

所述电子控制单元(10)构造为，当所述电子控制单元判定出所述过滤器(51)的所述NOx转化功能处于所述正常状态时，当所述连续监控的所述PM传感器(55)的所述输出值降低时，所述电子控制单元(10)限制从所述尿素水添加设备(53)注入尿素水，在所述PM沉积重开始时间之前实施所述传感器恢复处理，并且基于在自所述PM沉积重开始时间起经过了预定判定期间时所述PM传感器(55)的所述输出值来诊断所述过滤器(51)的所述PM捕集功能。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的功能诊断系统，其中：

所述电子控制单元(10)构造为判定预定的脱落PM发生条件是否满足，所述脱落PM发生条件是这样的条件：在该条件下能够发生之前附着至所述排气通路(5)的壁或者附着至排气系统结构的所述PM从所述排气通路(5)的所述壁或者从所述排气系统结构脱落的现象；以及

所述电子控制单元(10)构造为，当所述电子控制单元判定出所述过滤器(51)的所述NOx转化功能处于所述正常状态并且所述电子控制单元判定出所述脱落PM发生条件不满足时，基于所述连续监控的所述PM传感器(55)的所述输出值来诊断所述过滤器(51)的所述PM捕集功能。

6.根据权利要求5所述的功能诊断系统，其中

所述电子控制单元(10)构造为控制所述内燃机(1)以使得实施用于氧化且去除沉积在所述过滤器(51)中的所述PM的过滤器恢复处理；以及

所述电子控制单元(10)构造为基于在完成所述过滤器恢复处理之后从所述内燃机(1)排放的PM量的积分值来判定所述脱落PM发生条件是否满足。

7.根据权利要求6所述的功能诊断系统，其中

所述电子控制单元(10)构造为除了基于在完成所述过滤器恢复处理之后从所述内燃机(1)排放的所述PM量的所述积分值之外，还基于在所述排气通路(5)中流动的排气的流量来判定所述脱落PM发生条件是否满足。