CN110741140B - 颗粒过滤器的故障检测装置以及故障检测方法 - Google Patents

Abstract

一种颗粒过滤器(101)的故障检测装置(1)，具备：传感器(2)，具有输出与PM堆积量对应的信号的颗粒状物质检测部(20)和将上述颗粒状物质检测部加热的加热部(3)；在内燃机停止中利用上述加热部加热到能够将颗粒状物质燃烧去除的再生温度T的再生控制部(10A)；判定上述内燃机的启动的启动判定部(10B)；在内燃机运转中判定有无排气中的水滴的故障判定部(10C)；加热控制部(10D)，在再生控制后，判定为上述内燃机启动且无水滴时，利用上述加热部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度(T1)；以及基于传感器输出值判定有无过滤器故障的故障判定部(10E)。

Description

颗粒过滤器的故障检测装置以及故障检测方法

相关申请的相互参照

本申请基于2017年6月15日申请的日本申请号2017－117948，通过参照将其专利申请的全部内容引入本说明书中。

技术领域

本公开涉及捕集从内燃机排出的颗粒状物质的颗粒过滤器的故障检测装置以及故障检测方法。

背景技术

近年来，汽车发动机的排出限制变严，在排气通路设置颗粒过滤器来对颗粒状物质(即，Particulate Matter；以下，适当地称作PM)进行捕集。颗粒状物质是以导电性的Soot(即，煤)为主要成分并包含由未燃烧的燃料、发动机油产生的SOF(即，SolubleOrganic Fraction；可溶性有机成分)的混合物。另外，要求设置检测颗粒状物质的PM传感器来迅速地检测颗粒过滤器的故障。

PM传感器例如具备在绝缘性基体的表面配置有一对电极的电阻式的传感器元件，若颗粒状物质堆积于元件表面而一对电极间导通，则检测出与PM堆积量相应的电流输出。另外，存在具备静电电容式的传感器元件的PM传感器，例如利用一对电极间的静电电容与颗粒状物质的堆积一同变化的情况，计算PM堆积量。通过将这种PM传感器配置于颗粒过滤器的下游侧，能够基于传感器输出检测故障的有无。

使用了堆积型的PM传感器的故障检测装置通常在周期性地执行的判定处理之前进行再生处理，将附着于PM传感器的颗粒状物质燃烧去除。在该情况下，在进行再生处理的期间，由于不执行判定处理，因此能够检测颗粒状物质的期间会相应变短。为了延长能够进行该检测的期间，例如在专利文献1中公开了在检测发动机中的PM排出量异常的装置中，在使用了PM传感器的发动机启动时的异常诊断之前，在发动机停止时利用加热机构实施颗粒状物质的燃烧去除。

另外，专利文献2所公开的过滤器的故障诊断装置设置在发动机停止中进行PM传感器的再生的再生控制机构，并且设置进行排气管的干燥判定的干燥判定机构，判断能否进行传感器再生。例如在未进行干燥判定的状态下发动机停止了的情况下，传感器再生中止，在传感器再生完成之前发动机启动了的情况下，传感器再生结束。通过这种控制，可抑制PM传感器在浸水的状态下被加热所引起的浸水开裂，不需要或者缩短启动后的传感器再生，因此诊断期间变长。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5533477号公报

专利文献2：日本特开2016－205168号公报

发明内容

然而，在发动机启动时，由于排出相对较多的颗粒状物质，因此如专利文献1、2那样，通过在发动机停止中进行再生处理，从而在发动机启动后迅速地进行故障判定，有望提早检测出颗粒过滤器的故障。然而，在发动机停止后，到再次启动为止经过了时间的情况下，排气管内的温度降低而排气所含的水分成为冷凝水，成为PM传感器容易浸水的状态。

在如冷启动时那样排气管内存在大量的水滴的条件下，发动机启动的话，则水滴乘着排气流而移动，容易被PM传感器获取。若与颗粒状物质一起附着于传感器元件的一对电极间的水分量增大，则会给电阻、静电电容带来影响，因此担心传感器输出变化，导致检测精度降低。因而，以往在冷启动时，需要排气管内成为干燥状态之后重新进行再生处理，发现不能检测在冷启动时排出的颗粒状物质这一课题。

另外，在专利文献2中，在启动时进行干燥判定，在不成立的情况下进行继续低温下的加热的处理，从而不进行启动后的再生处理。然而，直到干燥判定成立为止，为了避免颗粒状物质以及水分附着而保持在比再生温度低且比排气温度高的温度，且在干燥后开始颗粒状物质的捕集，在该情况下，也不能检测冷启动时排出的颗粒状物质。另外，即使在干燥后，直到被适度地冷却为止，颗粒状物质也不会附着，因此若捕集开始的定时变化，则容易成为输出偏差、误差因素。

另外，近年来，推进了发动机的燃烧控制技术的改进，暖机后的PM排出量有大幅降低的趋势。因此，期望能够检测冷启动时的PM排出量，提早地进行颗粒过滤器的故障判定。

本公开的目的在于，提供一种即使在如内燃机的冷启动时那样在排气通路中存在水滴的条件下也能够高精度地检测排出的颗粒状物质、能够提早地检测配置于排气通路的颗粒过滤器的故障的颗粒过滤器的故障检测装置以及颗粒过滤器的故障检测方法。

本公开的一方式是一种颗粒过滤器的故障检测装置，该颗粒过滤器配设于内燃机的排气通路，上述故障检测装置具备：

传感器，具有颗粒状物质检测部和加热部，该颗粒状物质检测部使通过了上述颗粒过滤器的排气中的颗粒状物质堆积于表面，输出与堆积量对应的信号，该加热部对上述颗粒状物质检测部进行加热；

再生控制部，在上述内燃机的停止中使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够将颗粒状物质燃烧去除的再生温度；

启动判定部，判定上述内燃机的启动；

干燥判定部，在上述内燃机的运转中判定排气中有无水滴；

加热控制部，在上述再生控制部的加热之后判定为上述内燃机启动、且排气中没有水滴时，使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度；以及

故障判定部，在上述加热控制部的加热之后，基于上述传感器的输出值，判定上述颗粒过滤器是否发生故障。

本公开的其他方式为一种颗粒过滤器的故障检测装置，该颗粒过滤器配设于内燃机的排气通路，故障检测装置具备：

传感器，具有颗粒状物质检测部和加热部，该颗粒状物质检测部使通过了上述颗粒过滤器的排气中的颗粒状物质堆积于表面，输出与堆积量对应的信号，该加热部对上述颗粒状物质检测部进行加热；

输出存储部，在上述内燃机的停止时或者停止中，将上述传感器的输出值作为下次启动时的初始值而存储；

启动判定部，判定上述内燃机的启动；

干燥判定部，在上述内燃机的运转中判定排气中有无水滴；

加热控制部，在上述内燃机的下次启动之后，判定为排气中没有水滴时，使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度；以及

故障判定部，在上述加热控制部的加热之后，基于上述传感器的输出值与上述初始值的差分，判定上述颗粒过滤器是否发生故障。

本公开的其他方式为一种颗粒过滤器的故障检测方法，该颗粒过滤器配设于内燃机的排气通路，在该故障检测方法中，

在上述颗粒过滤器的下游侧配设传感器，该传感器具有颗粒状物质检测部和加热部，该颗粒状物质检测部使通过了上述颗粒过滤器的排气中的颗粒状物质堆积于表面，输出与堆积量对应的信号，该加热部对上述颗粒状物质检测部进行加热，

上述故障检测方法具备：

再生工序，在上述内燃机的停止中使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够将堆积的颗粒状物质燃烧去除的再生温度；

启动判定工序，判定上述再生工序的加热之后的上述内燃机的启动；

干燥判定工序，在上述再生工序的加热之后的上述内燃机的运转中，判定排气中有无水滴；

加热工序，在通过上述干燥判定工序判定为排气中没有水滴时，使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度；以及

故障判定工序，在上述加热工序的加热之后，基于上述传感器的输出值，判定上述颗粒过滤器是否发生故障。

本公开的另一其他方式为一种颗粒过滤器的故障检测方法，该颗粒过滤器配设于内燃机的排气通路，在该故障检测方法中，

在上述颗粒过滤器的下游侧配设传感器，该传感器具有颗粒状物质检测部和加热部，该颗粒状物质检测部使通过了上述颗粒过滤器的排气中的颗粒状物质堆积于表面，输出与堆积量对应的信号，该加热部对上述颗粒状物质检测部进行加热，

上述故障检测方法具备：

输出存储工序，在上述内燃机的停止时或者停止中，将上述传感器的输出值作为下次启动时的初始值而存储；

启动判定工序，判定上述输出存储工序后的上述内燃机的启动；

干燥判定工序，在上述内燃机的下次启动后的运转中，判定排气中有无水滴；

加热工序，在通过上述干燥判定工序判定为排气中没有水滴时，使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度；以及

故障判定工序，在上述加热工序的加热之后，基于上述传感器的输出值与上述初始值的差分，判定上述颗粒过滤器是否发生故障。

发明效果

在上述一方式的故障检测装置中，再生控制部在内燃机的停止中使加热部工作，将颗粒状物质检测部加热到规定的再生温度，将颗粒状物质燃烧去除。之后，若由启动判定部做出内燃机的启动判定，则由干燥判定部判定为无水滴为止，颗粒状物质堆积于颗粒状物质检测部。若由干燥判定部判定为无水滴，则加热控制部使加热部工作，将颗粒状物质检测部加热到规定的第一温度。该第一温度是能够将堆积的颗粒状物质所含的水分去除但颗粒状物质不被去除的相对较低的温度，可抑制浸水开裂。另外，由于成为排气通路中不存在水滴的状态，因此不会附着新的水分。即，该状态下的颗粒状物质检测部的输出值与不包含水分的颗粒状物质的量对应，基于此，能够在故障判定部中进行颗粒过滤器的故障检测。

因而，即使是在冷启动时堆积的物质，通过在排气通路成为干燥状态之后仅去除颗粒状物质所含的水分，也能够准确地检测PM排出量。或者，取代利用再生控制部进行再生，将内燃机的停止时或者停止中的输出值作为下次启动时的初始值，基于与颗粒状物质检测部的输出值的差分进行故障判定也可获得相同的效果。

而且，作为使用这些故障检测装置进行故障检测的方法，能够依次执行上述另一其他方式的故障检测方法中的再生工序或者输出存储工序、接着这些工序的启动判定工序、干燥判定工序、加热工序以及故障判定工序。由此，能够使用PM排出量相对较多的运转条件中的输出值迅速地实施故障判定，高精度地进行颗粒过滤器的故障检测。

如上所述，根据上述方式，能够提供即使在如内燃机的冷启动时那样在排气通路中存在水滴的条件下也能够高精度地检测排出的颗粒状物质、能够提早地检测配置于排气通路的颗粒过滤器的故障的颗粒过滤器的故障检测装置以及颗粒过滤器的故障检测方法。

附图说明

关于本公开的上述目的及其他目的、特征及优点，参照附图并通过下述详细的叙述会变得更明确。该附图为：

图1是实施方式1中的、具备颗粒过滤器的故障检测装置的内燃机的概略构成图，

图2是表示实施方式1中的PM传感器的传感器元件的构成例的概略立体图，

图3是实施方式1中的、设于故障检测装置的PM传感器的整体剖面图，

图4是用于说明实施方式1中的PM传感器的检测原理的传感器元件主要部分的示意图，

图5是实施方式1中的、在故障检测装置中执行的颗粒过滤器的故障检测处理的流程图，

图6是用于说明实施方式1中的、颗粒状物质的构造的示意图，

图7是将实施方式1中的PM传感器的输出值的时间变化与比较方式1的故障检测处理的输出值的时间变化比较而示出的时序图，

图8是用于说明实施方式2中的PM传感器的检测原理的传感器元件主要部分的示意图，

图9是实施方式2中的、在故障检测装置中执行的颗粒过滤器的故障检测处理的流程图，

图10是将实施方式2中的PM传感器的输出值的时间变化与比较方式2的故障检测处理的输出值的时间变化比较而示出的时序图。

具体实施方式

(实施方式1)

接下来，参照图1～图7，对颗粒过滤器的故障检测装置的实施方式1进行说明。如图1所示，内燃机例如是柴油发动机(以下，称作发动机)E，构成为具备增压器T/C的4缸直喷发动机。在作为其排气通路的排气管EX中配设有颗粒过滤器101，为了检测颗粒过滤器101的故障而设置故障检测装置1。在排气管EX中，在颗粒过滤器101的上游侧配置有氧化催化剂102。在颗粒过滤器101的下游侧配置有作为传感器的PM传感器2，将通过颗粒过滤器101而向下游侧排出的颗粒状物质捕集，输出与PM堆积量对应的信号。

如图2所示，PM传感器2具有作为颗粒状物质检测部的传感器元件20。另外，与传感器元件20一体地设置用于将堆积于传感器元件20的颗粒状物质加热的加热部3。传感器元件20包括细长的长方体形状的绝缘性基体23，在其一端侧的表面(例如图2的左端侧的上表面)具有梳齿状的一对电极21、22。在传感器元件2的内部，在与一对电极21、22对应的位置埋设有构成加热部3的加热器电极31。从一对电极21、22沿长度方向延伸的引线21a、22a在传感器元件2的另一端侧经由端子部21b、22b连接于外部的电压施加部24，能够向一对电极21、22施加规定的检测用电压。同样，加热器电极31经由向传感器元件2的另一端侧引出的引线31a、31b连接于未图示的车载电池等电源部。绝缘性基体23例如由氧化铝等绝缘性陶瓷构成，一对电极21、22、加热器电极31例如由Pt等贵金属电极构成。

如图3所示，PM传感器2具有收容传感器元件20的壳体H、安装于壳体H的前端侧的排气侧罩C1、以及安装于基端侧的大气侧罩C2。传感器元件20以其长度方向与PM传感器2的轴向X一致、具有一对电极21、22的一端侧位于排气侧罩C1内的方式，经由筒状绝缘体H1保持固定于壳体H的内周。PM传感器2利用设于壳体H的外周的螺纹部安装于排气管EX(例如参照图1)的管壁。由此，传感器元件20的一端侧在被排气侧罩C1保护的状态下，位于向排气管EX内突出的位置，暴露于在排气管EX内流通的排气中。排气侧罩C1例如是包括内罩C11与外罩C12的双重容器状，能够经由设于两罩C11、C12的通孔C11a、C12a使排气流通。

这里，参照图4，说明PM传感器2对PM量的检测原理。在电阻式的PM传感器2中，在传感器元件20的绝缘性基体23的一表面相互分离并且对置地配设有一对电极21、22。在检测期间，例如能够利用电压施加部24向一对电极21、22间施加规定的检测用电压。由此，通过在一对电极21、22间产生的电场，将在传感器元件20的附近悬浮的颗粒状物质(即，图中的PM)静电捕集。在绝缘性基体23的表面逐渐堆积导电性的颗粒状物质，一对电极21、22间在由颗粒状物质连接后形成导电通路。因此，其输出特性表示直到形成导电通路为止传感器输出为0的不灵敏时段。另外，也可以不依靠静电捕集、而是利用热泳、物理性碰撞而使颗粒状物质堆积于一对电极21、22间。

之后，若传感器输出上升，则随着PM堆积量的增加，电极间电阻降低。因而，通过由电流计25检测此时流过的电流值，可获得与PM堆积量相应的输出值。另外，通过设定与该不灵敏时段对应的PM堆积量以上的规定的阈值，或者将不灵敏时段的长度作为参数，能够进行基于PM堆积量的颗粒过滤器101的故障判定。

在图1中，PM传感器2的检测信号被随时输入到连接于发动机控制装置(以下，称作ECU)100的传感器控制部10。

传感器控制部10具备再生控制部10A，在发动机E的停止中使加热部3工作，将传感器元件20加热到可将颗粒状物质燃烧去除的再生温度T。

另外，在发动机控制装置100内设置判定发动机E的启动的启动判定部10B和在发动机E的运转中判定有无排气中的水滴的干燥判定部10C。

设于传感器控制部10的加热控制部10D基于这些判定结果，在再生控制部10A的加热后发动机E启动，并且判定为无排气中的水滴时，使加热部3工作，将传感器元件2加热到能够使堆积的颗粒状物质残留且去除颗粒状物质所含的水分的第一温度T1。

另外，具备在加热控制部10C的加热后基于PM传感器2的输出值(以下，适当地称作传感器输出值)S来判定有无颗粒过滤器101的故障的故障判定部10E。

之后详细叙述使用这些各部而由故障检测装置1执行的故障检测处理。

在发动机E上与各气缸对应地设置燃料喷射阀INJ，利用接收来自ECU 100的指令的驱动装置103驱动，向燃烧室内直接喷射燃料。燃烧后的排气向排气通路EX排出，在通过氧化催化剂102以及颗粒过滤器101的期间被净化。颗粒过滤器101例如具有公知的壁流类型的过滤器构造，捕集排气所含的颗粒状物质。具体而言，优选使用在由堇青石等构成的多孔质陶瓷蜂窝结构体内形成成为气体流路的多个单元、并将多个单元的入口侧或者出口侧封堵成相互不同的构成。

氧化催化剂102例如在由堇青石等构成的多孔质陶瓷蜂窝结构体构成的载体表面承载氧化催化剂成分而构成。在氧化催化剂102的上游侧配设用于向排气中添加燃料的燃料添加阀104，例如在颗粒过滤器101的再生时，能够使从燃料添加阀104供给的燃料在氧化催化剂102上进行氧化燃烧而使排气升温。

在作为吸气通路的吸气管IN中，在根据加速器开度而调整吸入空气量的节流阀105的上游侧设置检测吸入空气量的空气流量计106。增压器107以设于排气管EX的涡轮107a驱动设于吸气管IN的压缩机107b，将吸入空气压缩为规定的增压压力。另外，排气管EX与吸气管IN之间以具备EGR阀108a的EGR通路108连接，与EGR阀108a的开度相应的流量的排气向吸气管IN再次循环。在EGR通路108的下游侧的吸气管IN配设吸气压传感器109。

经由输入输出接口100A，除了来自空气流量计106、吸气压传感器109的检测信号之外，还有来自未图示的加速器开度传感器、发动机转速传感器等各种传感器的检测信号输入到ECU 100中。ECU 100基于来自这些各种传感器的检测信号，得知发动机E的运转状态，基于预先存储的程序、每个运转条件的映射值等，控制发动机各部以成为最佳的发动机燃烧状态。驱动装置103基于来自ECU 100的指令信号，分别在规定的定时驱动燃料喷射阀INJ、燃料添加阀104、节流阀105、涡轮107a、EGR阀108a。通过这种控制，能够适当地控制增压压力、EGR量，使与排气一起排出的颗粒状物质、NOx等减少。另外，由于利用设置于排气管EX的颗粒过滤器101捕集颗粒状物质，因此可抑制向外部的释放。

然而，在颗粒过滤器101产生了某些故障的情况下，担心颗粒过滤器101的捕集功能降低，颗粒状物质向下游侧排出。这里，颗粒过滤器101的“故障”不仅包含构成颗粒过滤器101的多孔质陶瓷蜂窝结构体产生破裂所导致的局部的功能丧失，还包括微小裂纹、恶化所导致的捕集率的降低、其他异常。故障检测装置1为了迅速地检测这种故障并通知给驾驶员，由PM传感器2检测在颗粒过滤器101的下游漏出的颗粒状物质，并由传感器控制部10进行故障判定。

故障检测装置1具体而言通过再生控制部10A、启动判定部10B、干燥判定部10C、加热控制部10D以及故障判定部10E依次执行以下的再生工序、启动判定工序、干燥判定工序、加热工序以及故障判定工序，从而检测颗粒过滤器101的故障。

即，若判定为发动机E停止，则再生控制部10A在发动机E的停止中使加热部3工作，执行使传感器元件20再生的再生工序。此时，传感器元件20将堆积的颗粒状物质加热到能够燃烧去除的再生温度T。

之后，启动判定部10B执行判定基于再生工序的加热后的发动机E的启动的启动判定工序。另外，在发动机E的启动的同时，开始基于传感器元件20的颗粒状物质的捕集。

接着，干燥判定部10C在基于再生工序的加热后的发动机E的运转中，执行判定有无排气中的水滴的干燥判定工序。

进而，加热控制部10D在通过干燥判定工序判定为无水滴时，使加热部3工作，执行加热传感器元件20的加热工序。此时，传感器元件20被加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并将颗粒状物质所含的水分去除的第一温度T1。

并且，故障判定部10E在加热工序的加热后，基于PM传感器2的输出值S，执行判定有无颗粒过滤器101的故障的故障判定工序。

以下，详细地说明这些各工序。图5所示流程图是在故障检测装置1中周期性地执行的故障检测处理的一个例子，步骤S12与再生工序对应，步骤S13与启动判定工序对应，步骤S14与干燥判定工序对应，步骤S15与加热工序对应，步骤S16～S19与故障判定工序对应。

首先，若故障检测处理开始，则在步骤S11中，判定发动机E是否停止。一旦步骤S11做出肯定判定，就进入步骤S12而使PM传感器2再生。在做出否定判定的情况下，重复步骤S11直到做出肯定判定为止。

这里，发动机E的停止指的是例如驾驶员操作发动机开关或者发动机钥匙而点火开关断开的情况、或由发动机转速传感器检测的发动机转速为0的情况等。另外，在具有怠速停止功能的车辆中，检测停车时的怠速状态而发动机E自动停止，但预测到在极短的时间内再次启动，浸水的隐患较小。另外，由于存在下一步骤的再生期间未完成的可能性，因此期望在怠速停止带来的自动停止时不对步骤S11做出肯定判定。

在步骤S12中，使内置于PM传感器2的传感器元件20的加热部3工作，加热到传感器元件20的再生温度T，将附着于表面的颗粒状物质燃烧去除。如图6所示，排气所含的颗粒状物质包含由导电性的碳成分构成的煤颗粒即Soot和附着于其表面的非导电性的成分、例如有未燃烧燃料、油产生的膜状的烃(即，Adsorbed Hydrocarbons：吸留烃)或者颗粒状的烃(即，Hydrocarbon Particles：烃类颗粒)所构成的SOF成分、或包含由燃料中的硫黄成分产生的硫黄氧化物与水分的硫酸盐(即，Sulfate)等而构成。在步骤S12中，再生温度T期望设定为能够将Soot燃烧去除的600℃以上的温度(例如700℃)。由此，能够完全将颗粒状物质燃烧去除。

如此，在发动机E的停止中，通过升温至预先设定的再生温度T并保持规定期间，能够使PM传感器2复位。另外，也可以在步骤S12之前进行干燥判定，仅在不产生PM传感器2的浸水的条件下进行PM传感器2的再生。干燥判定例如通过用未图示的排气温度传感器检测排气管EX内的排气温度来进行，在排气温度为排气管EX内的冷凝水能够蒸发的规定温度(例如100℃)以上时，能够判定为干燥。排气温度例如也能够根据即将停止前的发动机E的运转状态来推断。另外，也可以基于未图示的发动机E的冷却水温传感器的检测结果、发动机E的停止前的运转时间等进行干燥判定。

在步骤S12的PM传感器2的再生后，进入步骤S13，判定发动机E是否启动。在步骤S13中，例如通过驾驶员的发动机开关或者发动机钥匙的操作，在点火开关接通的情况下、由发动机转速传感器检测出的发动机转速从0达到规定值以上的情况下，能够判定为发动机E启动。优选的是以有PM传感器2的浸水的可能性的冷启动为条件，对步骤S13做出肯定判定。发动机E的冷启动例如能够基于未图示的排气温度传感器、来自发动机E的冷却水温传感器的检测信号、发动机E的停止后的经过时间来判断。

若发动机E启动，步骤S13做出肯定判定，则PM传感器2开始颗粒状物质的捕集。例如在通过静电捕集来进行捕集的情况下，从电压施加部24对传感器元件20的一对电极21、22间施加检测用电压。在发动机E的启动的同时，向排气管EX内排出的排气通过颗粒过滤器101而到达PM传感器2。此时，若颗粒过滤器101产生了某种故障，则排气中的颗粒状物质将不会被捕集，而是向下游侧漏出。使该向下游侧漏出的颗粒状物质堆积于具有一对电极21、22的传感器元件20的表面，将该堆积量作为一对电极21、22间的电阻值变化而检测，从而能够检测颗粒过滤器101的故障。

这里，在步骤S11中，在发动机E停止之后经过了相对较长的时间的情况下等，在步骤S13中，在发动机E再次启动之前，发动机E的温度降低而成为冷启动状态。在该情况下，在排气中排出相对较大量的颗粒状物质，并且水分成为凝结的水滴而向排气管EX排出。另外，若残留在排气管EX内的排气接触壁面，则排气中的水蒸气凝结而成为水滴。这些水滴若乘着排气从PM传感器2的排气侧罩C1的通孔C11进入内部，则会与颗粒状物质一起附着于传感器元件20的表面。

如此，在传感器元件20浸水的状态下，不能准确地检测PM量，因此继续颗粒状物质的捕集直到能够检测为止。因此，一旦步骤S13做出肯定判定，则接着进入步骤S14，进行干燥判定，另外，根据干燥判定结果判定是否成为干燥判定的结束条件。干燥判定的结束条件是指进行判定排气中有无水滴的干燥判定而成为判断为排气中不存在水滴的状态的情况，干燥判定能够与步骤S12同样地进行。例如将排气管EX内的排气温度通过排气温度传感器检测，或者根据发动机E的运转状态进行推断，在排气管EX内的水分能够蒸发的规定温度(例如100℃)以上时，判定为干燥。另外，也可以基于未图示的发动机E的冷却水温传感器的检测结果、发动机E的启动后的运转时间等进行干燥判定。

在步骤S14做出否定判定的情况下，在步骤S14中重复干燥判定直到做出肯定判定为止，一旦判定为干燥而没有水滴的状态，就结束干燥判定而进入步骤S15。在步骤S15中，使内置于PM传感器2的传感器元件20的加热部3工作，将传感器元件20加热到规定的第一温度T1，去除附着于表面的水分。第一温度T1是能够使堆积的颗粒状物质残留且去除颗粒状物质所含的水分的温度，期望设定为100℃～500℃的范围(例如200℃)。若第一温度T1低于100℃，则水分不会完全蒸发，若超过500℃，则担心颗粒状物质燃烧。

或者，在步骤S15中，也能够将传感器元件20加热到规定的第二温度T2来取代第一温度T1，并去除附着于表面的水分以及SOF成分。第二温度T2能够设定为超过200℃且低于500℃的范围(例如300℃)。若非导电性的SOF成分的含量变多，则不能忽略基于导电性的Soot的对传感器元件20的输出的影响，成为输出灵敏度降低、输出偏差的重要因素。在该情况下，加热到除了水分以外、还能够将非导电性的SOF成分也去除的第二温度T2，使导电性的Soot残留，从而能够更准确地检测PM堆积量。若第二温度T2为200℃以下，则SOF成分的去除变得不充分，若超过500℃，则担心颗粒状物质燃烧。

在步骤S15中，通过以第一温度T1或者第二温度T2进行规定的期间的加热，能够去除颗粒状物质所含的水分、或者水分以及SOF成分。之后，进入步骤S16，实施传感器输出的检测。在步骤S16中，读入PM传感器2的输出值S，在步骤S17中，与规定的阈值S0进行比较，判定传感器输出值S是否小于规定的阈值S0(即，S＜S0？)。

阈值S0是超过颗粒过滤器101正常的情况下的传感器输出的规定值，基于预先进行的实机试验等结果并考虑吸入空气量等运转条件的变化而决定。阈值S0例如能够作为由空气流量计106检测的每个吸入空气量的映射值存储于传感器控制部10或者ECU 100的存储区域。或者，也可以将吸入空气量等作为参数而由ECU 100的运算部每次将计算出的阈值S0向传感器控制部10输出。

一旦步骤S17做出肯定判定，则进入步骤S18，判定为颗粒过滤器101正常。若步骤S17做出否定判定，则进入步骤S19，视为颗粒过滤器101产生了某种故障而进行故障判定。之后，暂时结束本处理。

接下来，利用图7的时序图，说明按照上述图5的流程图进行故障检测处理的情况下的效果。作为颗粒过滤器101，使用预先构成为PM捕集率低于规定的基准值的基准故障柴油颗粒过滤器(以下，称作基准故障DPF)，安装于发动机E的排气管EX，在其下游的管壁安装PM传感器2。将使发动机E冷启动时的PM排出量和PM传感器2的传感器输出值S的时间变化与进行了以往的故障检测处理的情况(即，图中的中段的比较方式1)进行比较。比较方式1的故障检测处理在发动机E的启动后判定为排气管EX内的干燥完成的状态之后，进行传感器再生处理，然后进行PM捕集，进行基于传感器输出值S的故障或者正常判定。

如图7的上段示出排气管EX中的PM浓度的推移那样，在时刻T0发动机E启动之后，向发动机E的燃烧室喷射燃料而进行燃烧，从而向排气管EX排出的排气增大。由此，在从时刻T0起稍微隔开时间后，PM排出量急增，之后，燃烧继续而排气温度上升，从而PM排出量急减。在其附近的时刻T1，排气管EX内成为干燥状态，以后的PM排出量变得极小。因此，在图7的中段所示的比较方式1中，PM排出量急减之后，将传感器元件20加热而进行传感器再生处理(例如700℃)，在再生结束的时刻T3以后，PM堆积开始。

然而，在时刻T3，发动机E的冷启动引起的过大的PM排出已结束，而且暖机后排出的PM量极其微量，因此传感器输出不上升，时刻T3以后的传感器输出值S保持大幅低于阈值S0。因此，无法正确地进行颗粒过滤器101的故障判定。另外，在比较方式例1中，在从发动机启动到传感器再生结束为止的时间T0～T3内，不进行用于传感器输出信号检测的电压施加，因此传感器输出为零。

与此相对，在图7的下段所示的实施方式1中，在时刻T0发动机E启动之后，开始PM堆积。在时刻T1，若干燥判定结束，则开始用于去除水分的加热(例如200℃)，在比时刻T3早的时刻T2，水分去除结束。此时，在时间T0～T1内，堆积于PM传感器2的物质中的水分被去除，作为导电成分的颗粒状物质残留。另外，在直到基于加热的水分去除结束为止的时间T0～T2内，不进行用于传感器输出信号检测的电压施加，因此传感器输出值S为零。之后，若开始来自PM传感器2的输出信号检测，则在冷启动中排出的PM所引起的传感器输出值S迅速上升，超过规定的阈值S0。如上述那样，阈值S0相当于能够判断为颗粒过滤器101发生故障的PM量，因此在到达阈值S0的时刻，做出故障判定。

因而，根据实施方式1，即使在冷启动时，传感器输出值S也反映出PM排出量，通过与规定的阈值S0比较，能够高精度地进行颗粒过滤器101的故障检测。

(实施方式2)

参照图8～图10说明颗粒过滤器的故障检测装置的实施方式2。PM传感器2所具备的传感器元件20只要是通过使颗粒状物质堆积于元件表面而产生传感器输出即可，也可以是间歇地或者不连续地产生传感器输出的传感器元件20，还可以是连续地产生传感器输出的传感器元件20。在上述实施方式1中，作为间歇地产生传感器输出的例子，使用了电阻式的传感器元件20，但在本方式中，作为连续地产生传感器输出的例子，使用静电电容式的传感器元件20。本方式中的故障检测装置1、PM传感器2的基本构造与上述实施方式1相同，省略图示。以下，以不同点为中心进行说明。

另外，在实施方式2以后使用的附图标记中，与已出现过的实施方式中所使用的附图标记相同的附图标记，只要没有特别表示，则表示与已出现过的实施方式相同的构成要素等。

如图8所示，静电电容式的传感器元件20例如具有与上述实施方式1相同的一对电极21、22，取代检测电极间电阻的变化，只要检测静电电容的变化即可。具体而言，在传感器元件20的表面以覆盖一对电极21、22的方式形成有电介质层26，颗粒状物质(即，图7中的PM)堆积在电介质层26上。一对电极21、22间的静电电容C一般来说由下述式1表示。

式1：C＝ε×(S/d)

式1中，ε是介电常数，S是电极21、22的表面积，d是电极21、22间的距离。

在式1中，电极21、22的表面积S为一定，因此若因在电介质层26上堆积颗粒状物质而电极21、22之间的介电常数ε变化，则伴随于此，静电电容C将会变化。

因而，通过测定一对电极21、22间的静电电容C，能够根据PM传感器2的输出值S检测PM堆积量。另外，能够基于PM传感器2的输出值S，进行颗粒过滤器101的故障或者正常判定。

另外，在本方式中，也可以如上述实施方式1那样使传感器输出恢复为初始值(即，输出值S＝0)，但也可以不恢复到初始值，基于连续地产生的传感器输出的差分检测PM堆积量。在该情况下，在发动机E的停止中不进行传感器再生处理，存储传感器输出而作为下次的初始值S1。

因此，本方式中的故障检测装置1在传感器控制部10中取代上述图1中的再生控制部10A而具有输出存储部10F。

输出存储部10F在发动机E的停止时或者停止中将PM传感器2的输出值作为下次启动时的初始值S1而存储。

另外，ECU 100中设有判定发动机E的启动的启动判定部10B、

以及在发动机E的运转中判定有无排气中的水滴的干燥判定部10C，传感器控制部10中设置：

加热控制部10D，在发动机E的下次启动后，在判定为无排气中的水滴时，使加热部3工作，将传感器元件2加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度T1；以及

故障判定部10E，在加热控制部10C的加热后，基于PM传感器2的输出值S与初始值S1的差分，判定有无颗粒过滤器101的故障。

另外，与上述实施方式1相同，在进行使传感器输出恢复到初始值的处理的情况下，能够设置与上述实施方式1相同的再生控制部10A。并且，在发动机E的停止中，使加热部3工作，将传感器元件20加热到再生温度T，将颗粒状物质燃烧去除。在该情况下，加热控制部10D和故障判定部10E的处理也与上述实施方式1相同地进行。

故障检测装置1具体而言由输出存储部10F、启动判定部10B、干燥判定部10C、加热控制部10D以及故障判定部10E依次执行以下的输出存储工序、启动判定工序、干燥判定工序、加热工序以及故障判定工序，从而检测颗粒过滤器101的故障。

即，若判定为发动机E停止，则输出存储部10F在发动机E的停止时或者停止中执行将PM传感器2的输出值S作为下次启动时的初始值S1而存储的输出存储工序。

之后，启动判定部10B执行输出存储工序后的判定发动机E的启动的启动判定工序。另外，在发动机E的启动的同时，开始基于传感器元件20的颗粒状物质的捕集。

接着，干燥判定部10C在发动机E的下次启动后的运转中，执行判定有无排气中的水滴的干燥判定工序。

进而，加热控制部10D在通过干燥判定工序判定为无水滴时，使加热部3工作而执行将传感器元件20加热的加热工序。此时，传感器元件20被加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度T1。

并且，故障判定部10E在加热工序的加热后，基于PM传感器2的输出值S与初始值S1的差分，执行判定有无颗粒过滤器101的故障的故障判定工序。

以下，详细地说明这些各工序。图9所示的流程图是在故障检测装置1中周期性地执行的故障检测处理的一个例子，步骤S22与输出存储工序对应，步骤S23与启动判定工序对应，步骤S24与干燥判定工序对应，步骤S25与加热工序对应，步骤S26～S29与故障判定工序对应。

首先，若故障检测处理开始，则在步骤S21中，判定发动机E是否停止。发动机E的停止判定能够与上述实施方式1中的步骤S11相同地进行。若步骤S21做出肯定判定，则进入步骤S22。在做出否定判定的情况下，重复步骤S21直到做出肯定判定为止。

在步骤S22中，将该时刻的PM传感器2的输出值S作为下次启动时的初始值S1，例如存储于传感器控制部10的存储区域。接着，进入步骤S23，判定发动机E是否启动。发动机E的启动判定能够与上述实施方式1中的步骤S13相同地进行，优选的是以存在PM传感器2的浸水的可能性的冷启动作为条件，对步骤S23做出肯定判定。

若发动机E启动，步骤S23做出肯定判定，则例如向传感器元件20的一对电极21、22间施加检测用电压，开始基于PM传感器2的颗粒状物质的捕集。接着，进入步骤S24，与上述实施方式1中的步骤S14相同地进行干燥判定，另外，判定是否成为干燥判定的结束条件。在步骤S24做出否定判定的情况下，在步骤S24中重复干燥判定直到做出肯定判定为止，若判定为干燥而没有水滴的状态，就结束干燥判定而进入步骤S25。

在步骤S25中，使内置于PM传感器2的传感器元件20的加热部3工作。然后，与上述实施方式1中的步骤S25相同，将传感器元件20加热到规定的第一温度T1(例如200℃)，将附着于表面的水分去除。或者，在步骤S25中，也能够将传感器元件20加热到规定的第二温度T2(例如300℃)而取代第一温度T1，去除附着于表面的水分以及SOF成分。

在步骤S25中，以第一温度T1或者第二温度T2在规定的期间进行加热，从而能够去除颗粒状物质所含的水分、或者水分以及SOF成分。之后，进入步骤S26，实施传感器输出的检测。在步骤S26中，读入PM传感器2的传感器输出值S，进而使用在步骤S22中存储的初始值S1，计算作为传感器输出值S与初始值S1的差分的S－S1。接着，进入步骤S27，读入规定的阈值S0，判定差分S－S1是否小于规定的阈值S0(即，S－S1＜S0？)。阈值S0使对具备静电电容式的传感器元件20的PM传感器2，预先进行实机试验等而适当地决定的。

若步骤S27做出肯定判定，则进入步骤S28，判定为颗粒过滤器101正常。若步骤S27做出否定判定，则进入步骤S29，视为颗粒过滤器101产生了某种故障并进行故障判定。之后，暂时结束本处理。

接下来，利用图10的时序图，说明按照上述图9的流程图进行故障检测处理的情况下的效果。在该情况下，作为颗粒过滤器101，使用与实施方式1相同的基准故障DPF进行试验，将使发动机E冷启动时的PM排出量和PM传感器2的输出值的时间变化与进行以往的故障检测处理的情况(即，图中的中段的比较方式2)进行了比较。

在比较方式2中，与实施方式2相同，使用具备能够连续输出传感器信号的静电电容式的传感器元件20的PM传感器2，除此以外与比较方式1相同地进行故障判定。即，在发动机E的启动后，判定为排气管EX内的干燥完成的状态之后，进行传感器再生处理，之后进行基于进行了PM捕集的情况下的传感器输出值S的故障判定。

图10的上段所示的排气管EX中的PM浓度的推移与上述图7同样，从在时刻T0发动机E启动的时刻T0起稍微隔开时间后，PM排出量急增，之后，PM排出量急减。在其附近的时刻T1，排气管EX内成为干燥状态，以后的PM排出量变得极小。因此，在图10的中段所示的比较方式2中，PM排出量急减之后，将传感器元件20加热而进行传感器再生处理(例如700℃)，在再生结束的时刻T3以后，PM堆积开始。

由此，在比较方式2中，在到传感器的再生结束为止的时间T0～T3内，没有进行用于传感器信号检测的电压施加，传感器输出为零，在时刻T3以后，传感器输出逐渐增加，但传感器输出值S保持大幅低于阈值S0。这是因为，在时刻T3，发动机E的冷启动引起的过大的PM排出已结束，另外，在暖机后排出的PM量极其微量。因此，无法高精度地进行颗粒过滤器101的故障判定。

与此相对，在图10的下段所示的实施方式2中，在时刻T0发动机E启动之后，开始PM堆积。在时刻T1，若干燥判定结束，则开始用于去除水分的加热(例如200℃)，在比时刻T3早的时刻T2，水分去除结束。此时，在时间T0～T1内，仅去除堆积于PM传感器2的物质中的水分，作为导电成分的颗粒状物质残留。在直到基于加热的水分去除结束为止的时间T0～T2内，由于不施加用于传感器信号检测的电压，因此传感器输出值S为零。之后，若开始PM传感器2的信号检测，则在冷启动中排出的PM所引起的传感器输出值S立即上升。

因而，传感器输出值S与初始值S1的差分S－S1(即，图中的ΔS)比规定的阈值S0大，能够进行故障判定。如此，根据本方式，也能够通过在冷启动时比较反映了PM排出量的值即差分S－S1与规定的阈值S0来高精度地进行颗粒过滤器101的故障检测。

本公开并不限定于上述各实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够应用于各种实施方式。例如在上述实施方式中示出了对具备增压器以及EGR机构的内燃机的应用例，但能够适当变更包含内燃机的系统构成。另外，内燃机并不限定于柴油发动机，也可以是汽油发动机、燃气发动机等。另外，并不局限于汽车用，也能够利用于各种用途，PM传感器、传感器元件的构造也能够适当变更。

Claims (10)

1.一种颗粒过滤器(101)的故障检测装置(1)，该颗粒过滤器(101)配设于内燃机(E)的排气通路(EX)，上述故障检测装置(1)的特征在于，具备：

传感器(2)，具有颗粒状物质检测部(20)和加热部(3)，该颗粒状物质检测部(20)使通过了上述颗粒过滤器的排气中的颗粒状物质堆积于表面，输出与堆积量对应的信号，该加热部(3)对上述颗粒状物质检测部进行加热；

再生控制部(10A)，在上述内燃机的停止中使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够将颗粒状物质燃烧去除的再生温度(T)；

启动判定部(10B)，判定上述内燃机的启动；

干燥判定部(10C)，在上述内燃机的运转中判定排气中有无水滴；

加热控制部(10D)，在上述再生控制部的加热之后判定为上述内燃机启动、且排气中没有水滴时，使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度(T1)；以及

故障判定部(10E)，在上述加热控制部的加热之后，基于上述传感器的输出值(S)，判定上述颗粒过滤器是否发生故障。

2.一种颗粒过滤器(101)的故障检测装置(1)，该颗粒过滤器(101)配设于内燃机(E)的排气通路(EX)，上述故障检测装置(1)的特征在于，具备：

传感器(2)，具有颗粒状物质检测部(20)和加热部(3)，该颗粒状物质检测部(20)使通过了上述颗粒过滤器的排气中的颗粒状物质堆积于表面，输出与堆积量对应的信号，该加热部(3)对上述颗粒状物质检测部进行加热；

输出存储部(10F)，在上述内燃机的停止时或者停止中，将上述传感器的输出值作为下次启动时的初始值(S1)而存储；

启动判定部(10B)，判定上述内燃机的启动；

干燥判定部(10C)，在上述内燃机的运转中判定排气中有无水滴；

加热控制部(10D)，在上述内燃机的下次启动之后，判定为排气中没有水滴时，使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度(T1)；以及

故障判定部(10E)，在上述加热控制部的加热之后，基于上述传感器的输出值(S)与上述初始值的差分，判定上述颗粒过滤器是否发生故障。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒过滤器的故障检测装置，其中，

上述第一温度在100℃以上且低于500℃的范围内选择。

4.根据权利要求1或2所述的颗粒过滤器的故障检测装置，其中，

上述加热控制部将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分以及可溶性有机成分的第二温度(T2)，取代加热到上述第一温度。

5.根据权利要求4所述的颗粒过滤器的故障检测装置，其中，

上述第二温度在超过200℃且低于500℃的范围内选择。

6.一种颗粒过滤器(F)的故障检测方法，该颗粒过滤器(F)配设于内燃机(E)的排气通路(EX)，上述故障检测方法的特征在于，

在上述颗粒过滤器的下游侧配设传感器(2)，该传感器(2)具有颗粒状物质检测部(20)和加热部(3)，该颗粒状物质检测部(20)使通过了上述颗粒过滤器的排气中的颗粒状物质堆积于表面，输出与堆积量对应的信号，该加热部(3)对上述颗粒状物质检测部进行加热，

上述故障检测方法具备：

再生工序(S12)，在上述内燃机的停止中使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够将堆积的颗粒状物质燃烧去除的再生温度；

启动判定工序(S13)，判定上述再生工序的加热之后的上述内燃机的启动；

干燥判定工序(S14)，在上述再生工序的加热之后的上述内燃机的运转中，判定排气中有无水滴；

加热工序(S15)，在通过上述干燥判定工序判定为排气中没有水滴时，使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度(T1)；以及

故障判定工序(S16～S19)，在上述加热工序的加热之后，基于上述传感器的输出值(S)，判定上述颗粒过滤器是否发生故障。

7.一种颗粒过滤器(F)的故障检测方法，该颗粒过滤器(F)配设于内燃机(E)的排气通路(EX)，上述故障检测方法的特征在于，

在上述颗粒过滤器的下游侧配设传感器(2)，该传感器(2)具有颗粒状物质检测部(20)和加热部(3)，该颗粒状物质检测部(20)使通过了上述颗粒过滤器的排气中的颗粒状物质堆积于表面，输出与堆积量对应的信号，该加热部(3)对上述颗粒状物质检测部进行加热，

上述故障检测方法具备：

输出存储工序(S22)，在上述内燃机的停止时或者停止中，将上述传感器的输出值作为下次启动时的初始值(S1)而存储；

启动判定工序(S23)，判定上述输出存储工序后的上述内燃机的启动；

干燥判定工序(S24)，在上述内燃机的下次启动后的运转中，判定排气中有无水滴；

加热工序(S25)，在通过上述干燥判定工序判定为排气中没有水滴时，使上述加热部工作，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分的第一温度(T1)；以及

故障判定工序(S26～S29)，在上述加热工序的加热之后，基于上述传感器的输出值(S)与上述初始值的差分，判定上述颗粒过滤器是否发生故障。

8.根据权利要求6或7所述的颗粒过滤器的故障检测方法，其中，

上述第一温度在100℃以上且低于500℃的范围内选择。

9.根据权利要求6或7所述的颗粒过滤器的故障检测方法，其中，

在上述加热工序中，将上述颗粒状物质检测部加热到能够使堆积的颗粒状物质残留并去除颗粒状物质所含的水分以及可溶性有机成分的第二温度(T2)，取代加热到上述第一温度。

10.根据权利要求9所述的颗粒过滤器的故障检测方法，其中，

上述第二温度在超过200℃且低于500℃的范围内选择。

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