DE102011087924B4

DE102011087924B4 - Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter

Info

Publication number: DE102011087924B4
Application number: DE102011087924.2A
Authority: DE
Inventors: Shigeto Yahata; Tomohiro Ueno
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: JP5115873B2; JP2012122399A; US20120144813A1; DE102011087924A1; US8561388B2

Abstract

Fehlererfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Partikelfilters (30), der in einem Abgasdurchlass (21) einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist und Partikelstoffe (PM), die im Abgas einer Brennkraftmaschine (10) enthalten sind, sammelt, mit:einem PM-Sensor (41), der an einer stromabwärts gelegenen Seite des Partikelfilters (30) in dem Abgasdurchlass (21) angeordnet ist, ein Paar von Elektroden (413) umfasst, zwischen denen die PM abgelagert werden, um zu erlauben, dass ein Strom zwischen dem Paar von Elektroden (413) fließt, und eine Menge an PM basierend auf einem Strom, der durch die PM fließt, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, erfasst, wobei der PM-Sensor (41) ein Heizelement (414) umfasst, das den PM-Sensor (41) erhitzt, um die PM, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, zu verbrennen und zu entfernen;einer Zeitpunktschätzeinheit (60), die einen Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt nach einem Verbrennen und Entfernen des PM auf Grund des Heizelements (414) schätzt, wobei der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ein Energetisierungszeitpunkt ist, bei dem der PM-Sensor (41) beginnt, energetisiert zu werden, aufgrund der PM, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert werden, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist; undeiner Fehlerbestimmungseinheit (518), die (i) einen tatsächlichen Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors (41) basierend auf einer Ausgabe des PM-Sensors (41) und (ii) den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt, der durch die Zeitpunktschätzeinheit (60) geschätzt wird, vergleicht, und bestimmt, dass der Partikelfilter (30) in einem Fehlerzustand ist, wenn der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt früher als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ist, wobeidie Zeitpunktschätzeinheit (60) umfasst:eine PM-Einströmungsmengenschätzeinheit (511), die eine PM-Einströmungsmenge schätzt, die eine Menge an PM ist, die in den Partikelfilter (30) strömen;eine Sammeleffizienzschätzeinheit (512), die eine Fehlerzustandsammeleffizienz schätzt, die eine Sammeleffizienz des Partikelfilters (30) ist, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist;eine PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit (513), die eine PM-Ausströmungsmenge in einem Fehlerzustand schätzt, die eine Menge an PM ist, die aus dem Partikelfilter (30) ausströmen, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist, basierend auf der PM-Einströmungsmenge, die durch die PM-Einströmungsmengenschätzeinheit (511) geschätzt wird und der Fehlerzustandsammeleffizienz, die durch die Sammeleffizienzschätzeinheit (512) geschätzt wird, unddie Zeitpunktschätzeinheit (60) den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt basierend auf der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand, die durch die PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit (513) geschätzt wird, schätzt, wobeidie Sammeleffizienzschätzeinheit (512) eine Anhäufungsmengenberechnungseinheit (521) umfasst, die eine PM-Anhäufungsmenge berechnet, die eine Menge der PM ist, die auf dem Partikelfilter (30) angehäuft wird, und die Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf einer im Voraus gespeicherten Korrelation (112) zwischen der PM-Anhäufungsmenge, die durch die Anhäufungsmengenberechnungseinheit (521) berechnet wird, und der Fehlerzustandsammeleffizienz berechnet, wobei die Korrelation (112) angibt, dass sich die Fehlerzustandsammeleffizienz bei Erreichen einer vorbestimmten PM-Anhäufungsmenge verringert, wenn sich die PM-Anhäufungsmenge erhöht.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-273591 , eingereicht am 8. Dezember 2010, dessen Beschreibung hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[Technisches Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fehlererfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Partikelfilters, der Partikelstoffe sammelt, die in dem Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten sind.
[Stand der Technik]
Um Ruß, der von einer Brennkraftmaschine, wie etwa einer Dieselmaschine ausgestoßen wird, zu reduzieren, kann gemäß dem Stand der Technik ein Dieselpartikelfilter (DPF), der granulatförmige Substanzen, das heißt sogenannte Partikelstoffe (PM), die den Ruß bilden, sammelt, in einem Abgasdurchlass der Maschine angeordnet werden. Es wird sichergestellt, dass solch ein DPF wiederholt verwendbar ist, durch periodisches Durchführen eines Regenerationsprozesses, bei dem die PM, die in dem DPF angehäuft werden, verbrannt und entfernt werden.
Der Regenerationsprozess kann jedoch verursachen, dass die Temperatur des DPF übermäßig erhöht wird. In diesem Fall kann der DPF aufgrund der übermäßig erhöhten Temperatur geschmolzen werden oder brechen (das heißt, der DPF kann ausfallen). Wenn der DPF in einem Fehlerzustand ist, werden die PM, die den DPF durchdringen, erhöht, und somit ist es unwahrscheinlich, dass der DPF die Emissionsgrenzen erfüllt.
In letzter Zeit ist eine Entwicklung einer Fehlererfassungsvorrichtung, die einen Fehler der DPF erfasst, erwünscht, aufgrund einer Anforderung einer On-Board-Diagnose (OBD), die durch einen Computer durchgeführt wird, der an einem Fahrzeug angebracht ist. Als solch eine Vorrichtung wird eine Fehlererfassungsvorrichtung, die eine PM-Sensor einer Elektrodenart verwendet (siehe JP-A-2009-144577 und JP-A-S62-035252 ), der eine Menge an PM erfasst, vorgeschlagen (siehe JP-A-2009-144577 ).
Ein PM-Sensor einer Elektrodenart ist durch Bereitstellen eines Paares von Elektroden auf einer isolierenden Basis konfiguriert. Der PM-Sensor ist in einem Abgaspfad angeordnet und bei einer Verwendung des PM-Sensors wird eine Spannung über das Paar von Elektroden angelegt.
Die PM, die in dem Abgas enthalten sind, lagern sich auf dem elektrisch isolierenden Material zwischen dem Paar von Elektroden ab. Die PM bestehen aus Kohlenstoffpartikeln und besitzen eine elektrische Leitfähigkeit. Dementsprechend ermöglicht eine Erhöhung der Menge von abgelagerten PM, dass Strom über das Paar von Elektroden fließt (das heißt, der PM-Sensor wird energetisiert bzw. mit Strom versorgt). Der Wert des Stroms ist äquivalent zu der Menge an abgelagerten PM, das heißt, äquivalent zu der Menge an PM, die in dem Abgas enthalten sind. Der PM-Sensor liest den Wert des Stroms (Widerstand zwischen den Elektroden, der äquivalent zu dem Wert des Stroms ist), um dadurch die Menge an PM zu erfassen.
Wenn der DPF in einem Fehlerzustand ist, wird sich die Menge an PM, die durch den DPF dringen, erhöhen, und der Widerstand über dem Paar von Elektroden des PM-Sensors wird verringert werden. Deshalb ist die Fehlererfassungsvorrichtung, die in der JP-A-2009-144577 offenbart ist, konfiguriert, um den Widerstand des PM-Sensors (die Ausgabe des PM-Sensors) zu erfassen. Wenn in dieser Einrichtung der Widerstand kleiner als ein Bezugswiderstand wird, wird bestimmt, dass in dem DPF ein Fehler aufgetreten ist. Mit anderen Worten, die in der JP-A-2009-144577 offenbarte Fehlererfassungsvorrichtung erfasst einen Fehler des DPF basierend auf dem Absolutwert der Ausgabe von dem PM-Sensor.
Jedoch werden die PM, die auf dem isolierenden Material zwischen den Elektroden des PM-Sensors abgelagert wurden, einen elektrischen Widerstand aufweisen, der beträchtlich in Abhängigkeit der Temperatur schwankt. Genauer kann die in der JP-A-2009-144577 offenbarte Fehlererfassungsvorrichtung zum Beispiel bestimmen, dass der DPF in einem Fehlerzustand ist, obwohl der DPF in einem normalen Zustand sind, oder bestimmen, dass der DPF in einem normalen Zustand ist, obwohl der DPF in einem Fehlerzustand sind. Somit wird der Fehler des DPF mit solch einer Fehlererfassungsvorrichtung, die in der JP-A-2009 - 144577 offenbart ist, nicht genau erfasst.
Die Druckschrift DE 10 2006 018 956 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Masse von Partikeln oder eines Partikelmassenstroms in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei in dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine zumindest ein resistiver Partikelsensor angeordnet ist, dessen gemessene Signaländerung mit einer aus einem Motormodell ermittelten prognostizierten Signaländerung des Partikelsensors verglichen wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts vorstehend beschriebenen Bedingungen vorgenommen und es ist eine Aufgabe, eine Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter bereitzustellen, der dazu in der Lage ist, einen Fehler eines Partikelfilters mit einer guten Genauigkeit zu erfassen.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Fehlererfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Partikelfilters, der in einem Abgasdurchlass einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und Partikelstoffe (PM), die im Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten sind, sammelt, bereitgestellt, mit:

einem PM-Sensor, der an einer stromabwärts gelegenen Seite des Partikelfilters in dem Abgasdurchlass-angeordnet ist, ein Paar von Elektroden umfasst, zwischen denen die PM abgelagert werden, um zu erlauben, dass ein Strom zwischen dem Paar von Elektroden fließt, und eine Menge an PM basierend auf einem Strom, der durch die PM fließt, die zwischen dem Paar von Elektroden abgelagert sind, erfasst, wobei der PM-Sensor ein Heizelement umfasst, das den PM-Sensor erhitzt, um die PM, die zwischen dem Paar von Elektroden abgelagert sind, zu verbrennen und zu entfernen;
einer Zeitpunktschätzeinheit, die einen Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt nach einem Verbrennen und Entfernen des PM auf Grund des Heizelements schätzt, wobei der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ein Energetisierungszeitpunkt ist, bei dem der PM-Sensor beginnt, energetisiert zu werden, aufgrund der PM, die zwischen dem Paar von Elektroden abgelagert werden, unter der Annahme, dass der Partikelfilter ausgefallen ist; und
einer Fehlerbestimmungseinheit, die (i) einen tatsächlichen Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors basierend auf einer Ausgabe des PM-Sensors und (ii) den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt, der durch die Zeitpunktschätzeinheit geschätzt wird, vergleicht, und bestimmt, dass der Partikelfilter in einem Fehlerzustand ist, wenn der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt früher als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ist, wobei
die Zeitpunktschätzeinheit umfasst:
- eine PM-Einströmungsmengenschätzeinheit, die eine PM-Einströmungsmenge schätzt, die eine Menge an PM ist, die in den Partikelfilter strömen;
- eine Sammeleffizienzschätzeinheit, die eine Fehlerzustandsammeleffizienz schätzt, die eine Sammeleffizienz des Partikelfilters ist, unter der Annahme, dass der Partikelfilter ausgefallen ist;
- eine PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit, die eine PM-Ausströmungsmenge in einem Fehlerzustand schätzt, die eine Menge an PM ist, die aus dem Partikelfilter ausströmen, unter der Annahme, dass der Partikelfilter ausgefallen ist, basierend auf der PM-Einströmungsmenge, die durch die PM-Einströmungsmengenschätzeinheit geschätzt wird und der Fehlerzustandsammeleffizienz, die durch die Sammeleffizienzschätzeinheit geschätzt wird, und
- die Zeitpunktschätzeinheit den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt basierend auf der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand, die durch die PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit geschätzt wird, schätzt, wobei
- die Sammeleffizienzschätzeinheit eine Anhäufungsmengenberechnungseinheit umfasst, die eine PM-Anhäufungsmenge berechnet, die eine Menge der PM ist, die auf dem Partikelfilter angehäuft wird, und die Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf einer im Voraus gespeicherten Korrelation zwischen der PM-Anhäufungsmenge, die durch die Anhäufungsmengenberechnungseinheit berechnet wird, und der Fehlerzustandsammeleffizienz berechnet, wobei die Korrelation angibt, dass sich die Fehlerzustandsammeleffizienz bei Erreichen einer vorbestimmten PM-Anhäufungsmenge verringert, wenn sich die PM-Anhäufungsmenge erhöh.

Somit schätzt die Zeitpunktschätzeinheit einen maximalen Energetisierungszeitpunkt (Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt) des PM-Sensors, der auftreten würde, wenn der Partikelfilter in einem Fehlerzustand ist. Der Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors hängt von der Menge an PM ab, die zwischen den Elektroden abgelagert sind, aber hängt nicht von einer Temperaturschwankung der PM, die zwischen den Elektroden abgelagert sind (Schwankung eines elektrischen Widerstands der PM), ab . Wenn der Partikelfilter in einem Fehlerzustand ist, wird die Menge an PM, die den Partikelfilter durchdringt, erhöht. Dementsprechend wird der PM-Sensor in einem Fehlerzustand früher energetisiert, als in einem normalen Zustand. Somit bestimmt die Fehlerbestimmungseinheit, dass der Partikelfilter in einem Fehlerzustand ist, wenn der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt früher als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ist, der durch die Zeitpunktschätzeinheit geschätzt wird. Deshalb kann der Fehler des Partikelfilters mit guter Genauigkeit erfasst werden, unabhängig von der Temperaturschwankung der PM, die zwischen den Elektroden abgelagert sind.
Da der PM-Sensor das Heizelement zum Verbrennen und Entfernen der PM umfasst, werden die PM durch das Heizelement verbrannt und entfernt, so dass der PM-Sensor kontinuierlich verwendbar ist. In diesem Fall schätzt die Zeitpunktschätzeinheit den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt nach einem Verbrennen und Entfernen der PM, das heißt, den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ab dann, wenn die PM verbrannt und entfernt sind und keine PM zwischen den Elektroden abgelagert sind. Dementsprechend wird der geschätzte Wert, des Fehlerzustandkonduktionszeitpunkts bzw. Fehlerzustandleitungszeitpunkts, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
Weiterhin, wenn der Partikelfilter in einem Fehlerzustand ist, wird die Sammeleffizienz von PM im Vergleich mit einem normalen Zustand verringert und erhöht dadurch die PM-Ausströmungsmenge des Partikelfilters. Somit schätzt die Sammeleffizienzschätzeinheit eine Fehlerzustandsammeleffizienz des Partikelfilters in einem Fehlerzustand, während die PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit eine PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand schätzt, basierend auf der PM-Ausströmungsmenge und der Fehlerzustandsammeleffizienz. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
Unterdessen hängt der Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors von der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand ab. Somit schätzt die Zeitpunktschätzeinheit einen Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt basierend auf der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand. Auf diese Weise wird der geschätzte Werts des Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkts, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
In dem beispielhaften Aspekt kann die Zeitpunktschätzeinheit umfassen: eine Ablagerungsverhältnisschätzeinheit, die ein PM-Ablagerungsverhältnis schätzt, das ein Verhältnis der PM ist, die auf dem Paar von Elektroden abgelagert sind, mit Bezug auf alle PM, die in dem Abgas auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Partikelfilters in dem Abgasdurchlass enthalten sind; eine Ablagerungsmengenberechnungseinheit, die einen integrierten Wert einer PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand berechnet, dadurch, dass diese über Zeit integriert wird, wobei die PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand eine Menge der PM ist, die zwischen dem Paar von Elektroden abgelagert ist, unter der Annahme, dass der Partikelfilter ausgefallen ist, und die Zeitpunktschätzeinheit, die schätzt, als den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt, einen Zeitpunkt, an dem der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand nicht weniger als eine Energetisierungsablagerungsmenge wird, die als PM-Ablagerungsmenge zum Energetisierungszeitpunkt vorbestimmt ist.
In dieser Hinsicht wird der Energetisierungszeitpunkt durch den integrierten Wert der PM, die zwischen den Elektroden abgelagert sind, beeinflusst. Somit berechnet die Ablagerungsmengenberechnungseinheit eine PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand durch Integrieren der PM-Ablagerungsmenge über Zeit. Dann schätzt die Zeitpunktschätzeinheit den Zeitpunkt, wenn die PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand gleich oder mehr als die Energetisierungsablagerungsmenge wird, das heißt, schätzt einen Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert des Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
In diesem Fall hängt die PM-Ablagerungsmenge von dem PM-Ablagerungsverhältnis ab. Deshalb schätzt die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit ein PM-Ablagerungsverhältnis. Dann berechnet die Ablagerungsberechnungseinheit eine PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand basierend auf dem PM-Ablagerungsverhältnis und der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
Weiterhin besitzen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Sachkenntnis, dass eine Sammeleffizienz von einer PM-Anhäufungsmenge abhängt. Somit schätzt die Sammeleffizienzschätzeinheit eine Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf einer PM-Anhäufungsmenge. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert der Fehlerzustandsammeleffizienz, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
In dem beispielhaften Aspekt kann die Sammeleffizienzschätzeinheit eine Abgasströmungsratenberechnungseinheit aufweisen, die eine Abgasströmungsrate berechnet und die Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf der Abgasströmungsrate, die durch die Abgasströmungsratenberechnungseinheit berechnet wird, schätzt.
In dieser Hinsicht besitzen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Sachkenntnis, dass eine Sammeleffizienz von der Abgasströmungsrate abhängt. Somit schätzt die Sammeleffizienzschätzeinheit eine Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf einer Abgasströmungsrate. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert der Fehlerzustandsammeleffizienz, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
In dem beispielhaften Aspekt kann die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit eine Elektrodentemperaturschätzeinheit aufweisen, die die Temperatur der Elektroden schätzt, und das PM-Ablagerungsverhältnis schätzen, das niedriger wird, wenn die Temperatur der Elektroden, die durch die Elektrodentemperaturschätzeinheit gemessen wird, höher wird.
In dieser Hinsicht besitzen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Sachkenntnis, dass eine höhere Temperatur der Elektroden des PM-Sensors ein PM-Ablagerungsverhältnis geringer macht, das durch eine thermische Migration beeinflusst wird. Somit schätzt die Elektrodentemperaturschätzeinheit die Temperatur der Elektroden. Dann schätzt die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit ein PM-Ablagerungsverhältnis, das niedriger wird, wenn die Temperatur der Elektroden höher wird. Auf diese Weise wird die geschätzte Temperatur, die von dem PM-Ablagerungsverhältnis geschätzt wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
In dem beispielhaften Aspekt kann die Elektrodentemperaturschätzeinheit eine Heizelementwiderstandsmesseinheit aufweisen, die einen Heizelementwiderstand misst, der ein elektrischer Widerstand des Heizelements ist, und schätzt die Temperatur der Elektroden basierend auf dem Heizelementwiderstand, der durch die Heizelementwiderstandsmesseinheit gemessen wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung besitzen die Sachkenntnis, dass die Elektroden eine Temperatur aufweisen, die äquivalent zu dem Heizelementwiderstand ist. Somit misst die Heizelementwiderstandsmesseinheit einen Heizelementwiderstand, während die Elektrodentemperaturschätzeinheit die Temperatur der Elektroden basierend auf dem Heizelementwiderstand schätzt. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert der Temperatur der Elektroden, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
In dem beispielhaften Aspekt kann die Elektrodentemperaturschätzeinheit eine Wärmeaustauschmengenberechnungseinheit aufweisen, die eine Wärmeaustauschmenge berechnet, die eine Menge von Wärme ist, die zwischen den Elektroden und dem Abgas getauscht wird, und schätzt die Temperatur der Elektroden basierend auf der Wärmeaustauschmenge, die durch die Wärmeaustauschmengenberechnungseinheit berechnet wird, und einer Wärmekapazität der Elektroden.
Somit berechnet die Wärmeaustauschmengenberechnungseinheit die Menge an Wärme, die zwischen den Elektroden und dem Abgas getauscht wird. Somit kann eine ungefähre Menge an Wärme, die von den Elektroden durch das Abgas abgeleitet wird, geschätzt werden. Ebenso hängt die Temperatur der Elektroden von der Menge an Wärme, die von den Elektroden abgeleitet wird (Wärmeaustauschmenge) und der Wärmekapazität der Elektroden ab. Dementsprechend schätzt die Elektrodentemperaturschätzeinheit die Temperatur der Elektroden basierend auf der Wärmeaustauschmenge und der Wärmekapazität der Elektroden. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert der Temperatur der Elektroden, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
In dem beispielhaften Aspekt kann die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit das PM-Ablagerungsverhältnis, das niedriger wird, wenn die Abgasströmungsrate größer wird, schätzen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung besitzen die Sachkenntnis, dass das PM-Ablagerungsverhältnis niedriger wird, wenn die Abgasströmungsrate größer wird. Somit schätzt die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit das PM-Ablagerungsverhältnis, das niedriger wird, wenn die Abgasströmungsrate größer wird. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert des PM-Ablagerungsverhältnisses, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
In dem beispielhaften Aspekt schätzt die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit das PM-Ablagerungsverhältnis, das niedriger wird, wenn eine abgelaufene Zeit kürzer ist, wobei die abgelaufene Zeit eine Zeit ist, die nach einem Vervollständigen des Verbrennens und Entfernens des PM aufgrund des Heizelements abgelaufen ist.
Somit wird die Temperatur der Elektroden höher, wenn der Zeitablauf von dem Vervollständigen des Verbrennens und Entfernens des PM durch das Heizelement kürzer ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung besitzen die Sachkenntnis, dass, wenn die Temperatur der Elektroden hoch ist, das PM-Ablagerungsverhältnis verringert wird, das durch eine thermische Migration, wie vorstehend erwähnt, beeinflusst wird. Somit schätzt die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit, das PM-Ablagerungsverhältnis, das niedriger wird, wenn der Zeitablauf kürzer wird. Auf diese Weise wird der geschätzte Wert des PM-Ablagerungsverhältnisses, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
Weiterhin sind ein Maschinensystem gemäß Patentanspruch 9 und ein Fehlererfassungsverfahren gemäß Patentanspruch 11 bereitgestellt.
Figurenliste
In den anhängigen Zeichnungen zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Maschinensystems eines Fahrzeugs darstellt, das mit einer Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
2A bis 2E Diagramme, die einen PM-Sensor darstellen, der in der Fehlererfassungsvorrichtung, die in 1 dargestellt ist, enthalten ist;
3 ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Erfassens eines Fehlers eines DPF gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt;
4 ein Ablaufdiagramm, das speziell einen Prozess des Schätzens einer Sammeleffizienz darstellt, der bei Schritt S12 des in 3 dargestellten Ablaufdiagramms durchgeführt wird;
5A ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer PM-Anhäufungsmenge in einem DPF und einer Sammeleffizienz von PM in dem DPF gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt;
5B ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer Abgasströmungsrate und einer Sammeleffizienz von PM in dem DPF gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt;
6 ein Ablaufdiagramm, das speziell einen Prozess des Schätzens einer PM-Ablagerungsmenge darstellt, der bei Schritt S14 des in 3 dargestellten Ablaufdiagramms durchgeführt wird;
7A ein Diagramm, das eine Zeitvariation der Elektrodentemperatur in dem PM-Sensor darstellt;
7B ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer Elektrodentemperatur und einem PM-Ablagerungsverhältnis in dem PM-Sensor darstellt;
8A und 8B Diagramme, die einen Prozess des Schätzens einer Elektrodentemperatur des PM-Sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellen;
9 ein Diagramm, das eine Messschaltung darstellt, die einen Heizelementwiderstand in dem PM-Sensor misst;
10A ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer Durchlaufszeit von dem Vervollständigen einer Heizelementregeneration des PM-Sensors und einem PM-Ablagerungsverhältnis in dem PM-Sensor darstellt;
10B ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einer Abgasströmungsrate und einem PM-Ablagerungsverhältnis in dem PM-Sensor darstellt;
11A bis 11C Diagramme, die einen Prozess des Schätzens eines Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkts des PM-Sensors beim Auftreten eines Fehlers in dem DPF und einen Prozess des Bestimmens des Auftretens eines Fehlers des DPF basierend auf den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellen;
12 ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess des Erfassens eines Fehlers des DPF gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels darstellt; und
13 ein schematisches Diagramm, das eine funktionelle Konfiguration einer ECU 60 darstellt, die den in dem Ablaufdiagramm von 3 gezeigten Prozessen entspricht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Mit Bezugnahme auf die anhängigen Zeichnungen wird nachstehend eine Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Maschinensystems 1 zeigt, das mit der Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bereitgestellt ist. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Maschinensystem 1 eine Dieselmaschine 10 (nachstehend als „Maschine“ bezeichnet) als eine Brennkraftmaschine. Die Maschine 10 umfasst eine Einspritzdüse 11, die Kraftstoff in die Brennkammer einspritzt. Die Maschine 10 erzeugt Antriebsenergie dadurch, dass erlaubt wird, dass Kraftstoff von der Einspritzdüse 11 eingespritzt wird, um sich in der Brennkammer zu entzünden.
Die Maschine 10 besitzt einen Abgaspfad 21, in dem ein Dieselpartikelfilter (DPF) 30 bereitgestellt ist. Der DPF 30 ist ein Keramikfilter mit einer bekannten Konfiguration. Zum Beispiel ist der DPF 30 durch Formen einer wärmebeständigen Keramik, wie etwa Kordierit, in eine Wabenstruktur, bei der eine Anzahl von Zellen als Gasdurchlässe abwechselnd auf einer Einlassseite oder einer Auslassseite geschlossen werden, konfiguriert. Das Abgas, das von der Maschine 10 abgegeben wird, strömt stromabwärts, und durchdringt poröse Trennwände des DPF 30. Im Verlauf der Strömung werden Partikelstoffe (PM), die in dem Abgas enthalten sind, gesammelt und schrittweise angehäuft. Die PM, die Ruß darstellen, bestehen aus Kohlenstoffpartikeln.
Der DPF 30 ist nicht dazu in der Lage, unendlich PM zu sammeln. Deshalb, wenn die Menge an angehäuften PM (PM-Anhäufung) in dem DPF 30 erhöht wird, wird eine Regenerationsbehandlung durchgeführt, um den DPM 30 zu regenerieren, durch Verbrennen und Entfernen der angehäuften PM. Zum Beispiel wird der Regenerationsprozess durch einmaliges Durchführen einer Nacheinspritzung oder durch Durchführen einer Nacheinspritzung in der Form von mehreren Einspritzungen zu einem Zeitpunkt, der um eine vorbestimmte Zeit von der Hauptkraftstoffverbrennung (Haupteinspritzung) zum Erhalten einer Antriebskraft der Maschine 10 (zum Erzeugen eines Ausgabedrehmoments) verzögert ist, durchgeführt. Speziell wird mit der Nacheinspritzung die Temperatur des Abgases angehoben. Gleichzeitig wird nicht verbrannter Kraftstoff (Kohlenwasserstoff (HC)) zu einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), der nicht gezeigt ist, hinzugefügt, der stromaufwärts des DPF 30 bereitgestellt ist, um PM unter Verwendung von Reaktionswärme zu verbrennen.
Die Temperatur des DPF 30 kann aufgrund des Regenerationsprozesses des DPF 30 übermäßig angehoben werden. Speziell wenn der Zustand eines Regenerationsprozesses in einen Leerlaufzustand übergegangen ist, verbleibt die Wärme, die mit der Verbrennung des PM erzeugt wird, in dem DPF 30, weil in dem Leerlaufzustand eine Einlassluft reduziert wird. Als ein Ergebnis kann die Temperatur des DPF 30 übermäßig angehoben werden. Es ist wahrscheinlich, dass die übermäßig angehobene Temperatur den DPF 30 zum Schmelzen bringt. Ebenso ist es wahrscheinlich, dass der Temperaturunterschied in dem DPF 30 eine thermische Belastung verursacht, die den DPF wiederum zum Brechen bringen kann (einen Fehler in dem DPF 30 verursachen kann). Wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist, wird das Leistungsvermögen des Sammelns von PM verschlechtert. Als ein Ergebnis wird sich die Menge an PM, die nach außerhalb des Fahrzeugs abgegeben wird, erhöhen. In dieser Hinsicht wird in dem Maschinensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels davon ausgegangen, dass der DPF 30 einen Fehler aufweist, wenn die Menge an PM, die nach außerhalb des Fahrzeugs abgegeben werden, gleich oder größer als eine vorbestimmte Menge geworden ist.
Somit wird der Fehler des DPF 30 erfasst. Ein spezifischer Prozess des Erfassens des Fehlers wird nachstehend beschrieben.
Der Abgaspfad 21 ist mit einem PM-Sensor 41 an einer stromabwärts gelegenen Seite 21a des Abgaspfades 21 mit Bezug auf den DPF 30 bereitgestellt.
2A bis 2E sind Diagramme, die die Struktur, Funktion und Ähnliches des PM-Sensors 41 darstellen. 2A ist ein vergrößertes Diagramm eines Bereichs A in der Umgebung des PM-Sensors 41, der in 1 dargestellt ist. Wie in 2A gezeigt ist, umfasst der PM-Sensor 41 ein Gehäuse 411 und eine Basis 412. Die in dem Gehäuse 411 bereitgestellte Basis 412 ist durch das Gehäuse 411 transparent gezeigt. Ebenso stellt 2A die Basis 412 in einer Seitenansicht dar.
Wie in 2A gezeigt ist, ist das Gehäuse 411 des PM-Sensors 41, das hohl ist, derart bereitgestellt, dass es in dem Abgaspfad 21a freiliegt. Das Gehäuse 411 ist mit einer Vielzahl von Löchern 411a gebildet, die eine Kommunikation zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gehäuses 411 ermöglichen. Es ist sichergestellt, dass ein Teil des Abgases durch die Löcher 411a in das Gehäuse 411 eindringen kann. Das Gehäuse 411 ist ebenso mit einem Ausstoßloch 411b gebildet, durch das das Abgas, das in das Gehäuse 411 eingedrungen ist, ausgestoßen wird. Das Gehäuse 411, das in 2A gezeigt ist, weist das Ausstoßloch 411b am Ende einer Spitze des Gehäuses 411 auf.
Die Basis 412 ist in dem Gehäuse 411 bereitgestellt. Die Basis 412 besteht aus einem isolierenden Material, wie etwa Aluminiumoxid. 2B stellt die Basis 412 aus der Sicht der Seite von einer Basisoberfläche 412a dar (nachstehend ebenso als „Frontfläche 412a“ bezeichnet) (das heißt, wie von der linken Seite in 2A aus gesehen). Wie in 2B gezeigt ist, ist ein Paar von Elektroden 413 (Elektroden 413a und 413b) auf der Frontfläche 412a der Basis 412 bereitgestellt, wobei diese voneinander getrennt sind und einander gegenüber liegen. Eine vorbestimmte Spannung wird an die Elektroden 413a und 143b angelegt. Ein Teil der PM, die in dem Abgas, das in das Gehäuse 411 eingedrungen ist, enthalten ist, wird auf der Frontfläche 412a der Basis 412 abgelagert (genauer, die Fläche 412a zwischen den Elektroden 413a und 413b). Die PM, die sich nicht auf der Basis 412 abgelagert haben, werden von dem Ausstoßloch 411b, das in dem Gehäuse 411 gebildet ist, ausgestoßen.
2C stellt die Basis 412 aus einer Sicht von der Seite der anderen Basisfläche 412b dar (nachstehend ebenso als „hintere Fläche 412b“ bezeichnet) (das heißt, wie von rechts in 2A aus gesehen). Wie in 2C gezeigt ist, ist ein Heizelement 414, das aus einem Heizdraht gebildet ist, der zum Beispiel aus Platin hergestellt ist, zum Erhitzen der Basis 412 auf der hinteren Fläche 412b der Basis 412 bereitgestellt. Das Heizelement 414 erhitzt die Basis 412, um die PM, die auf der Frontfläche 412a zwischen den Elektroden 413a und 413b, die auf der Basis 412 bereitgestellt sind, abgelagert sind, zu verbrennen und zu entfernen. Somit ist sichergestellt, dass die Menge an PM wiederholt durch den PM-Sensor 41 erfasst wird.
2D stellt eine Messschaltung zum Messen eines Ausgabesignals des PM-Sensors 41 dar. 2E stellt ein Ausgabesignal des PM-Sensors 41 dar. Speziell zeigt 2E eine erste Linie 101 und eine zweite Linie 102, die eine zeitliche Variation eines Ausgabesignals V des PM-Sensors 41 angeben. Die erste Linie 101 gibt einen normalen Zustand des DPF 30 an, während die zweite Linie 102 einen Fehlerzustand des DPF 30 angibt. Wie in 2D gezeigt ist, ist die Messschaltung mit einer Spannungsquelle E1 bereitgestellt, um eine vorbestimmte Spannung an das Paar von Elektroden 413a und 413b des PM-Sensors 41 anzulegen.
Wie vorstehend erwähnt, besteht die Basis 412 aus einem isolierenden Material und die zwei Elektroden 413a und 413b sind voneinander getrennt. Dementsprechend sind die Elektroden 413a und 413b voneinander isoliert, in dem Zustand, in dem keine PM auf der Frontfläche 412a abgelagert sind. Mit anderen Worten, kein Strom 11 fließt über die Elektroden 413a und 413b.
Wenn PM auf der Frontfläche 412a zwischen den zwei Elektroden 413a und 413b abgelagert sind, und solange die Ablagerung klein ist, wird kein Strom I1 über die Elektroden 413a und 413b fließen. Wenn jedoch PM von nicht weniger als einer vorbestimmten Menge über die Zeit abgelagert sind, wird ein Strom I1 über die PM, die zwischen den zwei Elektroden 413a und 413b abgelagert sind, fließen, weil die PM aus Kohlenstoffpartikeln bestehen, die eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Mit anderen Worten, die Messschaltung wird über die zwei Elektroden 413a und 413b energetisiert.
Wie in 2D gezeigt ist, ist die Messschaltung mit einem Stromerfassungswiderstand R1 (Shunt-Widerstand) auf der Leitung, durch die der Strom I1 fließt, bereitgestellt. Durch Messen der Spannung über den Shunt-Widerstand R1 wird ein Ausgabesignal V, das äquivalent zu dem Strom I1 ist, erhalten.
In 2E gibt Zeit t=0 die Zeit an, wenn PM beginnen sich auf der Basis 412 abzulagern. Kurz nach der Zeit t=0 ist das Ausgabesignal V auf einem Niveau von Null. Wie vorstehend beschrieben, liegt das daran, dass die PM-Ablagerungsmenge immer noch klein ist, und somit die Elektroden 413a und 413b nicht elektrisch verbunden sind. Mit der Zeit t erhöht sich die PM-Ablagerungsmenge und wenn die Zeit t einen bestimmten Punkt passiert, beginnt ein Ausgabesignal V zu erscheinen. Dieser bestimmte Zeitpunkt wird als ein Energetisierungszeitpunkt angeshen. In 2E wird der Energetisierungszeitpunkt in einem normalen Zustand des DPF 30 durch ta angegeben, während der Energetisierungszeitpunkt in einem Fehlerzustand des DPF 30 durch tc angegeben wird.
Die nachstehende Beschreibung wird mit Bezug auf die Linie 101 in einem normalen Zustand vorgenommen. Nach dem Energetisierungszeitpunkt ta erhöht sich die PM-Ablagerungsmenge mit der Zeit. Dementsprechend wird der Strom 11, das heißt, das Niveau des Ausgabesignals V höher. Das Ausgabesignal V wird einen Wert aufweisen, der äquivalent zu der PM-Ablagerungsmenge der PM, die auf der Basis 412 abgelagert sind, ist. Die PM-Ablagerungsmenge hat einen Wert, der äquivalent zu der Menge an PM (PM-Menge) ist, die in dem Abgas enthalten ist. Deshalb kann die PM-Menge, die in dem Abgas enthalten ist, durch Lesen des Wertes des Ausgabesignals V erfasst werden. Wie vorstehend beschrieben schwankt der elektrische Widerstand der PM, die auf der Basis 412 abgelagert sind, jedoch zu einem großen Ausmaß in Abhängigkeit der Temperatur. Deshalb ist es schwierig, den korrekten Wert einer PM-Menge von dem absoluten Wert des Ausgabesignals V zu erfassen.
Wenn die PM, die zur Zeit der vorhergehenden Erfassung der PM-Ablagerung erfasst werden, so wie sie sind, auf der Basis 412 belassen werden, kann die PM-Menge zu dieser Zeit nicht genau erfasst werden. In dieser Hinsicht ist der PM-Sensor 41 dazu angepasst, die PM, die auf der Basis 412 abgelagert sind, periodisch zu verbrennen und zu entfernen, dadurch dass das Heizelement 414 (siehe 2C) die Basis 412 erhitzt. Das Heizelement 414 erhitzt die Basis 412 bei einer Temperatur von ungefähr 700°C, zum Beispiel, um die PM zu verbrennen und zu entfernen. In diesem Fall, wenn die PM zu einem Zeitpunkt tb, der einem Punkt P, der in 2 angegeben ist, entspricht, verbrannt und entfernt werden, wird das Niveau des Ausgabesignals V zu dem Zeitpunkt tb auf Null zurückgesetzt. Danach beginnen PM wiederholt sich auf der Basis 412 abzulagern und das Ausgabesignal V beginnt wiederholt von dem Energetisierungszeitpunkt ta mit Bezug auf den Zeitpunkt tb zu erscheinen.
Je größer die Menge an PM ist, die in dem Abgas enthalten ist, desto größer ist die Menge einer Ablagerung auf der Basis 412 und desto früher wird der PM-Sensor 41 energetisiert. Wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist, wird die Menge an PM, die durch den DPF strömt, im Vergleich zu dem normalen Zustand des DPF 30 erhöht. Dementsprechend, wie in 2E gezeigt ist, wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist, tritt ein Energetisierungszeitpunkt tc früher auf als der Energetisierungszeitpunkt ta, wenn der DPF 30 in einem normalen Zustand ist.
Bezug nehmend zurück zu 1, umfasst das Maschinensystem 1 einen Differenzdrucksensor 42, der einen Differenzdruck zwischen dem vorderen Teil und dem hinteren Teil des DPF 30 erfasst. Ein Ende des Differenzdrucksensors 42 ist mit dem Abgaspfad 21 an einer stromaufwärts gelegenen Seite des DPF 30 verbunden und das andere Ende ist mit dem Abgaspfad 21 an einer stromabwärts gelegenen Seite des DPF 30 verbunden. Ebenso ist der Abgaspfad 21 mit einem Abgastemperatursensor 43 an einer stromaufwärts gelegenen Seite des DPF 30 bereitgestellt, um die Temperatur des Abgases zu erfassen.
Das Maschinensystem 1 umfasst einen Einlasspfad 52, der mit einem Luftströmungsmesser 44 bereitgestellt ist, der die Menge an neuer Luft erfasst, und ein Drosselklappenventil 45 (Einlassdrosselklappenventil), das die Menge von neuer Luft, die in die Maschine 10 eingelassen wird, reguliert. Das Maschinensystem 1 umfasst ebenso einen Maschinendrehzahlsensor 46, der die Anzahl von Umdrehungen der Maschine 10 erfasst. Zum Beispiel kann der Maschinendrehzahlsensor 46 ein Kurbelwinkelsensor sein, der einen Rotationswinkel einer Kurbel 12 misst, die mit der Maschine 10 gekoppelt ist. Das Maschinensystem 1 umfasst weiterhin einen Beschleunigersensor 47, der den Zustand (Versatz) des Beschleunigerpedals erfasst. Der Beschleunigersensor 47 entspricht einer Operationseinheit, die ein Drehmoment, das durch den Fahrer angefordert wird, an die Fahrzeugseite mitteilt.
Es wird sichergestellt, dass die Signale von den Sensoren 41 bis 47 an eine ECU 60, die später beschrieben wird, übertragen werden.
Die Maschine 1 umfasst ebenso ein EGR-(Abgasrezirkulations-)System 50, das eine Erzeugung von NOx durch Rezirkulieren eines Teils des Abgases in ein Einlasssystem reduziert, und dadurch eine Verbrennungstemperatur reduziert.
Das Maschinensystem 1 umfasst eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 60, die das gesamte Maschinensystem 1 steuert. Die ECU 60 ist hauptsächlich konfiguriert, um eine Struktur eines normal verwendeten Computers, wie etwa eines Mikrocontrollers, aufzuweisen. Die ECU 60 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die nicht gezeigt ist, die verschiedene Berechnungen ausführt, und einen Speicher 61 (zum Beispiel einen Festwertspeicher (ROM) und einen Zufallszugriffsspeicher (RAM)), der verschiedene Steuerungsprogramme und verschiedene Stücke von Informationen speichert.
Zum Beispiel erfasst die ECU 60 Betriebsbedingungen basierend auf den Erfassungssignalen, die von den verschiedenen Sensoren, die vorstehend erwähnt wurden, abgeleitet werden. Dann berechnet die ECU 60 eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge, Einspritzzeitpunkt und Einspritzdruck und Ähnliches, die für die Betriebsbedingungen geeignet sind, um dadurch Kraftstoff, der in die Maschine 10 einzuspritzen ist, zu steuern. Ebenso führt die ECU 60 zum Beispiel ein Steuerungsprogramm, das im Voraus in dem Speicher 61 (zum Beispiel ROM) gespeichert ist, aus, um den Prozess des Erfassens eines Fehlers des DPF 30 durchzuführen. Der Prozess des Erfassens des Fehlers (Fehlererfassungsprozess) wird nachstehend speziell beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Fehlererfassungsprozess für den DPF 30 darstellt, der durch die ECU 60 durchgeführt wird. Der Prozess, der in dem Flussdiagramm von 3 angegeben ist, wird durch die ECU 60 durchgeführt, durch Ausführen des Steuerungsprogramms, das in dem Speicher 61 (zum Beispiel ROM) gespeichert ist.
13 ist ein schematisches Diagramm, das eine funktionale Konfiguration der ECU 60 darstellt, die dem Fehlererfassungsprozess des Ablaufdiagramms, das in 3 dargestellt ist, entspricht. Wie in 13 gezeigt ist, umfasst die ECU 60 einen Fehlererfassungsprozessor 500, der das in dem Speicher 61 (zum Beispiel ROM) im Voraus gespeicherte Steuerungsprogramm ausführt, um einen Fehler der DPF 30 zu erfassen. Der Fehlererfassungsprozessor 500 umfasst eine PM-Einströmungsmengenschätzeinheit 511, einen Sammeleffizienzschätzabschnitt 512 (mit einer PM-Anhäufungsmengenberechnungseinheit 521, einer Abgasströmungsratenberechnungseinheit 522 und einer Sammeleffizienzberechnungseinheit 523), einer PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit 513, einer PM-Ablagerungsverhältnisschätzeinheit 514 (mit einer Elektrodentemperaturschätzeinheit 541 und einer PM-Ablagerungsverhältnisberechnungseinheit 542), eine PM-Ablagerungsmengenschätzeinheit 515, eine PM-Ablagerungsmengenbestimmungseinheit 516, eine PM-Sensorausgabebestimmungseinheit 517 und eine Fehlerbestimmungseinheit 518.
Der in 3 gezeigte Prozess wird durch die ECU 60 gestartet, unmittelbar nachdem das Heizelement 414 (siehe 2C) des PM-Sensors 41 ein Verbrennen und Entfernen der PM vervollständigt hat (zu einem Zeitpunkt tb von 2E). Wie aus dem in 13 gezeigten Beispiel gesehen werden kann, wird beim Starten des Prozesses ein Signal 510 in dem Fehlererfassungsprozessor 500 der ECU 60 eingegeben, um den Startzeitpunkt (Zeitpunkt tb von 2E) zu steuern.
Als Erstes schätzt die ECU 60 eine PM-Einströmungsmenge, die eine Menge von PM ist, die in den DPF 30 geströmt ist (Schritt S11). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die PM-Einströmungsmengenschätzeinheit 511 durchgeführt. Die PM-Einströmungsmenge ist äquivalent zu der Menge an PM, die von der Maschine 10 ausgegeben werden. Die Menge an PM korreliert zu der Maschinendrehzahl der Maschine 10 und der Kraftstoffeinspritzmenge.
Somit schätzt bei Schritt S11 die ECU 60 eine PM-Einströmungsmenge basierend auf etwa der Maschinendrehzahl der Maschine 10 und der Kraftstoffeinspritzmenge. Speziell wird eine Übersicht einer PM-Einströmungsmenge in dem Speicher 61 im Voraus gespeichert, unter Verwendung der Maschinendrehzahl der Maschine 10 und der Kraftstoffeinspritzmenge als Parameter. Die ECU 60 liest aus der Übersicht eine PM-Einströmungsmenge, die zu der Maschinendrehzahl, die zu dieser Zeit durch den Maschinendrehzahlsensor 46 (siehe 1) erfasst wird, und dem Anweisungswert der Menge an Kraftstoff, der durch die Einspritzdüse 11 (siehe 1) eingespritzt wird, korreliert.
Dann schätzt die ECU 60 eine Fehlerzustandssammeleffizienz, die eine PM-Sammeleffizienz des DPF 30 in einem Fehlerzustand ist (Schritt S12). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die Sammeleffizienzschätzeinheit 512 durchgeführt. Der Ausdruck „der DPF 30 ist in einem Fehlerzustand“ bezieht sich hier speziell auf einen Zustand, in dem sich die Sammeleffizienz des DPF 30 aufgrund des Fehlers drastisch verringert hat und somit die Emissionsgrenzen des OBD (On-Board-Diagnose) nicht erfüllt werden können. Die Emissionsgrenzen des OBD sind zum Beispiel so eingestellt, dass sie strenger sind, als diese des Euro 6 Standards. In einer speziellen Fahrbetriebsart zum Beispiel, ist gemäß den Emissionsgrenzen des Euro 6 Standards PM=4,5 mg/km gesetzt, wohingegen gemäß den Emissionsgrenzen von OBD PM=9,0 mg/km, das Doppelte des Vorstehenden, eingestellt ist.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das speziell den Prozess, der bei Schritt S12 durchgeführt wird, darstellt. Wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist, wird die Sammeleffizienz im Vergleich zu der, wenn der DPF 30 in einem normalen Zustand ist, verringert. In dieser Hinsicht besitzen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Sachkenntnis, dass eine Sammeleffizienz von einer PM-Anhäufungsmenge, die eine Menge an PM ist, die in dem DPF 30 angehäuft wird, und einer Abgasströmungsrate bzw. Ausströmungsrate abhängt.
Somit berechnet die ECU 60 zuerst eine PM-Anhäufungsmenge, die eine Menge von PM ist, die in dem DPF 30 angehäuft wird (Schritt S121). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die PM-Anhäufungsmengenberechnungseinheit 521 durchgeführt. Wenn sich die PM-Anhäufungsmenge erhöht, wird der Differenzdruck zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des DPF 30 größer. Dementsprechend berechnet die ECU 60 zum Beispiel bei Schritt S121 eine PM-Anhäufungsmenge basierend auf dem Differenzdruck. Speziell wird in der ECU 60 eine Übersicht, die eine Korrelation zwischen einem Differenzdruck und einer PM-Anhäufungsmenge angibt, in dem Speicher 61 im Voraus gespeichert. Die ECU 60 liest aus der Übersicht eine PM-Anhäufungsmenge, die mit dem Differenzdruck, der zu dieser Zeit durch den Differenzsensor 42 (siehe 1) erfasst wird, korreliert.
Dann berechnet die ECU 60 eine Abgasströmungsrate (Schritt S122). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die Abgasströmungsratenberechnungseinheit 522 durchgeführt. Es sollte anerkannt werden, dass bei Schritt S122 eine Volumenströmungsrate als eine Abgasströmungsrate berechnet wird.
Speziell berechnet die ECU 60 zum Beispiel ein Einlassvolumen unter Verwendung des Luftströmungsmessers 44. Dann berechnet die ECU 60 eine Abgasströmungsrate durch Korrigieren des Einlassvolumens unter Verwendung einer Expansionskomponente und einer Kompressionskomponente des Abgases. Die Expansionskomponente entspricht der Temperatur des Abgases, die durch den Abgastemperatursensor 43 erfasst wird, und die Kompressionskomponente entspricht dem Druck, der durch einen Drucksensor erfasst wird, der nicht gezeigt ist.
Dann berechnet die ECU 60 die Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf der PM-Anhäufungsmenge und der Abgasströmungsrate (Schritt S123). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die Sammeleffizienzberechnungseinheit 523 durchgeführt. 5A und 5B sind Diagramme, die Korrelationen zwischen einer PM-Anhäufungsmenge und einer Sammeleffizienz und zwischen einer Ausströmungsrate und einer Sammeleffizienz darstellen.
Speziell stellt 5A einen Graph 110 dar, der eine Korrelation zwischen einer PM-Anhäufungsmenge und der Sammeleffizienz zeigt. Der Graph 110 zeigt eine Linie 111 und eine Linie 112. Die Linie 111 gibt eine Korrelation zwischen der PM-Anhäufungsmenge und einer Sammeleffizienz an, wenn der DPF 30 in einem normalen Zustand ist. Die Linie 112 gibt eine Korrelation zwischen einer PM-Anhäufungsmenge und einer Sammeleffizienz an, wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist. 5B stellt einen Graph 120 dar, der eine Korrelation zwischen einer Abgasströmungsrate und einer Sammeleffizienz zeigt. Der Graph 120 zeigt eine Linie 121 und eine Linie 122. Die Linie 121 gibt eine Korrelation zwischen einer Abgasströmungsrate und einer Sammeleffizienz an, wenn der DPF 30 in einem normalen Zustand ist. Die Linie 122 gibt eine Korrelation zwischen einer Abgasströmungsrate und einer Sammeleffizienz an, wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist.
Wie durch die Linie 111 in 5A angegeben ist, ist in einem normalen Zustand die Sammeleffizienz in einem Bereich B nicht so hoch, wenn die PM-Anhäufungsmenge klein ist. Wenn sich die PM-Anhäufungsmenge jedoch erhöht, tendiert die Sammeleffizienz dazu, erhöht zu werden. Außerhalb des Bereichs B wird eine Sammeleffizienz bei einem hohen Niveau (zum Beispiel 99% oder mehr) beibehalten, ungeachtet der PM-Anhäufungsmenge.
Andererseits, wie durch die Linie 112 angegeben ist, ist in einem Fehlerzustand eine Sammeleffizienz insgesamt verringert, im Vergleich zu der Sammeleffizienz in einem normalen Zustand. Genauer ist in dem Bereich B, in dem eine PM-Anhäufungsmenge klein ist, eine Sammeleffizienz ähnlich zu der in einem normalen Zustand. Außerhalb des Bereichs B jedoch tendiert die Sammeleffizienz dazu sich zu verringern, wenn sich die PM-Anhäufungsmenge erhöht. Es wird in Betracht gezogen, dass dies daran liegt, dass der Druckverlust in einem Abschnitt, in dem PM in dem DPF 30 angehäuft werden, höher wird, wenn sich die PM-Anhäufungsmenge erhöht, und somit daran liegt, dass es ermöglicht wird, dass mehr PM einen gebrochenen Abschnitt des DPF 30 durchdringen, in dem der Druckverlust relativ gering ist.
Wie vorstehend beschrieben, tendiert die Sammeleffizienz in dem Bereich B in sowohl dem normalen als auch dem Fehlerzustand dazu, niedrig zu sein. Diese Tendenz basiert auf der Natur der PM, wobei die Natur derart ist, dass die PM, die durch den DPF 30 gesammelt werden, weiterhin verschiedene PM sammeln. Mit anderen Worten, es wird in Betracht gezogen, dass wenn eine PM-Anhäufungsmenge klein ist, es unwahrscheinlich ist, dass die gesammelten PM verschiedene PM sammeln und somit die Sammeleffizienz verringert ist.
Wie durch die Linie 121 in 5B angegeben ist, in der Korrelation zwischen Abgasströmungsrate und Sammeleffizienz in einem normalen Zustand, wird die Sammeleffizienz bei einem hohen Niveau (zum Beispiel 99% oder mehr) beibehalten, ungeachtet der Abgasströmungsrate. Andererseits, wie durch die Linie 122 angegeben ist, tendiert die Sammeleffizienz in einem Fehlerzustand dazu, verringert zu werden, wenn sich die Abgasströmungsrate erhöht. Es wird in Betracht gezogen, dass dies daran liegt, dass die Erhöhung der Abgasströmungsrate eine Erhöhung der Menge an PM, die einen gebrochenen Abschnitt des DPF 30 durchdringen, verursacht. Es wird jedoch ebenso in Betracht gezogen, dass der Einfluss der Abgasströmungsrate von der Art eines Fehlers des DPF 30 abhängt.
Bei Schritt S123 berechnet die ECU 60 eine Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf den Korrelationen, die in 5A und 5B gezeigt sind. Speziell speichert die ECU 60 im Voraus eine Übersicht in dem Speicher 61. Die Übersicht umfasst Korrelationen zwischen einer PM-Anhäufungsmenge und einer Sammeleffizienz und zwischen einer Abgasströmungsrate und einer Sammeleffizienz, in denen die Linien 112 und 122 eines Fehlerzustandes, wie in 5A und 5B gezeigt ist, widergespiegelt werden. Dann liest die ECU 60 aus der Übersicht eine Sammeleffizienz, die mit der PM-Anhäufungsmenge, die in Schritt S121 berechnet wird, und der Abgasströmungsrate, die in Schritt S122 berechnet wird, korreliert. Nach dem Vervollständigen von Schritt S123 wird der in dem Ablaufdiagramm von 4 gezeigte Prozess beendet und dann kehrt die Steuerung zurück zu dem Prozess, der in dem Ablaufdiagramm von 3 gezeigt ist.
Wie in 3 gezeigt ist, schätzt die ECU 60 nachfolgend eine PM-Ausströmungsmenge in einem Fehlerzustand, die eine Menge von PM ist, die aus dem DPF 30 in einem Fehlerzustand ausströmt (den DPF 30 durchdringt) (Schritt S13). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit 513 durchgeführt. Speziell multipliziert die ECU 60 die PM-Einströmungsmenge, die bei Schritt S11 geschätzt wird, mit der Fehlerzustandsammeleffizienz, die bei Schritt S12 geschätzt wird, um dadurch eine PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand zu schätzen.
Nachfolgend schätzt die ECU 60 ein PM-Ablagerungsverhältnis. Das PM-Ablagerungsverhältnis gibt ein Verhältnis von PM an, die auf der Basis 412 (Elektroden 413) des PM-Sensors 41 abgelagert werden, unter all den PM, die in dem Abgas an einer stromabwärts gelegenen Seite des DPF 30 enthalten sind (Schritt S14). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die PM-Ablagerungsverhältnisschätzeinheit 514 durchgeführt.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das speziell den Prozess, der bei Schritt S14 durchgeführt wird, darstellt. 7A und 7B sind Diagramme, die eine Korrelation zwischen der Temperatur der Elektroden 413 (Elektrodentemperatur) und einem PM-Ablagerungsverhältnis darstellen. Speziell zeigt 7A eine Linie 210, die angibt, wie eine Elektrodentemperatur mit der Zeit schwankt. 7B zeigt eine Linie 211, die eine Korrelation zwischen einer Elektrodentemperatur und einem PM-Ablagerungsverhältnis angibt.
Bezug nehmend auf 7A und 7B wird nachstehend der Prozess des Schätzens eines PM-Ablagerungsverhältnis, der bei Schritt S14 durchgeführt wird, beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, wenn die PM-Ablagerungsmenge auf dem PM-Sensor erhöht wird, wird die Basis 412 (Elektroden 413) durch das Heizelement 414 (siehe 2C) erhitzt, um die abgelagerten PM zu verbrennen und zu entfernen. Wenn das Erhitzen zurzeit t=t0 gestartet wird, erhöht sich die Elektrodentemperatur schrittweise von der Zeit t0, wie in 7A gezeigt ist.
Dann wird das Erhitzen (Regeneration des PM-Sensors 41) bei einer Temperatur von ungefähr 700°C, was die Temperatur ist, bei der die PM verbrannt und entfernt werden, beendet. Wenn das Erhitzen zu einer Zeit t=t1 beendet ist, verringert sich die Elektrodentemperatur schrittweise von dieser Zeit t1. Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit t2 von der Zeit t1 kehrt die Elektrodentemperatur zurück zu der Anfangstemperatur, die die Temperatur ist, bevor die Basis 412 erhitzt wurde.
Der Fehlererfassungsprozess, der in 13 dargestellt ist, wird unmittelbar nachdem eine Regeneration des PM-Sensors 41 beendet ist gestartet (t=t1 in 7A). Dementsprechend, während der Fehlererfassungsprozess durchgeführt wird, schwankt die Elektrodentemperatur drastisch zwischen 700°C und der Anfangstemperatur. In dieser Hinsicht, wie durch die Linie 211 in 7B angegeben ist, tendiert das PM-Ablagerungsverhältnis dazu, verringert zu werden, wenn die Elektrodentemperatur erhöht wird. Dies kann daran liegen, dass eine hohe Elektrodentemperatur den Einfluss einer thermischen Migration intensiviert. Eine thermische Migration wird durch die Differenz zwischen der Elektrodentemperatur und der Temperatur des Gases, das in das Gehäuse 411 eindringt, verursacht (Elektrodentemperatur > Gastemperatur).
Wie vorstehend beschrieben hängt das PM-Ablagerungsverhältnis von der Elektrodentemperatur ab. Dementsprechend schätzt die ECU 60 zuerst die Elektrodentemperatur des vorliegenden Momentes, um ein PM-Ablagerungsverhältnis zu schätzen (S141). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die Elektrodentemperaturschätzeinheit 414 durchgeführt.
8A und 8B sind Diagramme, die den Prozess des Schätzens einer Elektrodentemperatur darstellen. Speziell zeigt 8A eine Linie 212, die eine Korrelation zwischen einem Heizelementwiderstand und einer Elektrodentemperatur angibt, um den Prozess des Schätzens einer Elektrodentemperatur basierend auf dem Heizelementwiderstand des Heizelements 141 zu erklären. 88 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Umgebung des PM-Sensors 41 darstellt, um den Prozess des Schätzens einer Elektrodentemperatur zu erklären, wobei der Wärmeaustausch zwischen den Elektroden 413 und dem Abgas in Betracht gezogen wird.
Bezugnehmend auf 8A und 8B wird der Prozess des Schätzens der Elektrodentemperatur beschrieben. Als Erstes wird nachstehend der Prozess des Schätzens einer Elektrodentemperatur basierend auf dem Heizelementwiderstand beschrieben.
Das Heizelement 414, wenn durch dieses Strom fließt, erzeugt Hitze, um die Elektroden 413 zu erhitzen. Mit anderen Worten korreliert die Elektrodentemperatur zu der Menge an erzeugter Hitze durch das Heizelement 414 (nachstehend als „Wärmeerzeugungsrate“ bezeichnet). Wenn sich die Wärmeerzeugungsrate des Heizelements 414 erhöht, werden die Moleküle, die das Heizelement 414 bilden, aktiv vibriert, um den Heizelementwiderstand zu erhöhen.
Somit, wie durch Linien 212 in 8A angegeben ist, erhöht ein größerer Heizelementwiderstand die Wärmeerzeugungsrate des Heizelements 414. Als ein Ergebnis kann die Elektrodentemperatur erhöht werden. Wenn das Heizelement 414 aus Platin (Pt) besteht, wird eine im Wesentlichen lineare (proportionale) Korrelation zwischen dem Heizelementwiderstand und der Elektrodentemperatur hergestellt.
Somit wird bei Schritt S141 der Heizelementwiderstand gemessen.
9 stellt eine Messschaltung 70 dar, die den Heizelementwiderstand misst. Die Messschaltung 70 umfasst eine Spannungsquelle E2, die eine Spannung an das Heizelement 414 anlegt. Wenn durch die Spannungsquelle E2 eine Spannung an das Heizelement 414 angelegt wird, fließt ein Strom 12, der äquivalent zu dem Heizelementwiderstand ist, durch das Heizelement 414. Die Messschaltung 70 umfasst ebenso einen Stromerfassungswiderstand R2 (Shunt-Widerstand) auf einer Leitung, über die der Strom E2 fließt. Eine Spannung V über dem Shunt-Widerstand R2 wird gemessen, um den Strom 12, das heißt, den Heizelementwiderstand, zu messen.
In der ECU 60 wird eine Übersicht mit der Linie 212 von 8A in dem Speicher 61 im Voraus gespeichert. Bei Schritt S141 liest die ECU 60 aus der Übersicht einer Elektrodentemperatur, die mit dem Heizelementwiderstand, der durch die Messschaltung 70 gemessen wird, korreliert.
Nachstehend wird der Prozess des Schätzens der Elektrodentemperatur beschrieben, wobei der Wärmeaustausch zwischen den Elektroden 413 und dem Abgas berücksichtigt wird.
Wie in 8B gezeigt ist, wird ein Modell angenommen, bei dem ein Abgas e mit einer Temperatur Te (zum Beispiel 100°C) und einer Strömungsrate Fe durch einen Abgaspfad 21a strömt. Ein Abschnitt des Abgases e dringt in das Gehäuse 411 des PM-Sensors 41 durch die Löcher 411a, die in dem Gehäuse 411 geformt sind, ein. Die Rate, mit der ein Abschnitt des Abgases e (Abschnitt von PM) in das Gehäuse 411 eindringt, wird als eine Eintrittsrate α ausgedrückt. Ebenso wird eine Anfangstemperatur der Elektroden 413 durch Ti (zum Beispiel 700°C) ausgedrückt und wird eine Wärmekapazität durch Q ausgedrückt.
Weiterhin wird eine Wärmeleitfähigkeit in dem Gehäuse 411 (Bereich C von 8B) als Wärmeleitfähigkeit β ausgedrückt.
In dem vorstehenden Modell wird Wärme zwischen den Elektroden 413 auf der Hoch-Temperatur-Seite und dem Abgas e auf der Niedrig-Temperatur-Seite ausgetauscht. In diesem Fall wird die Temperatur der Elektroden 413 einen Wert aufweisen, der äquivalent zu der Menge eines Wärmeaustauschs (nachstehend als „Wärmeaustauschrate“ bezeichnet) der Elektroden 413 und der Wärmekapazität Q der Elektroden 413 (+ Basis 412) ist. Wenn sich zum Beispiel die Wärmeaustauschrate erhöht, wird die Elektrodentemperatur verringert werden. Weiterhin, wenn die Wärmekapazität Q erhöht wird, ist es unwahrscheinlicher, dass die Temperatur mit Bezug auf die Wärme, die weggenommen wurde, verringert wird, und somit wird sich die Elektrodentemperatur erhöhen.
Somit berechnet die ECU 60 bei Schritt S141 zuerst eine Wärmeaustauschrate X basierend auf verschiedenen Parametern (Te, Fe, α, Ti und β), wie vorstehend erwähnt. Speziell wird eine Übersicht, die die Parameter (Te, Fe, o, Ti und β) mit der Wärmeaustauschrate X korreliert, in dem Speicher 61 der ECU 60 im Voraus gespeichert. Dann berechnet die ECU 60 die Wärmeaustauschrate X entsprechend den Parametern (Te, Fe, o, Ti und β) zu dieser Zeit basierend auf der Übersicht. In diesem Fall wird die Abgastemperatur Te durch den Abgastemperatursensor 43 (siehe 1) erfasst. Als die Abgasströmungsrate Fe wird der in Schritt S122 berechnete Wert, wie vorstehend erwähnt, verwendet. Die Eintrittrate α ist vorbestimmt, wobei die Form und Ähnliches der Löcher 411a berücksichtigt werden. Als die Anfangstemperatur Ti der Elektroden 413 wird ein vorbestimmter Wert (zum Beispiel 700°C) verwendet. Ebenso wird als die Wärmeleitfähigkeit β ein vorbestimmter Wert (zum Beispiel Wärmeleitfähigkeit von Luft) verwendet. Da Wärmeaustauchmodelle zwischen zwei Materialien wohl bekannt sind, wird eine weitere spezifische Beschreibung von solchen Modellen weggelassen.
Nach einem Berechnen der Wärmeaustauschrate X berechnet die ECU 60 eine Elektrodentemperatur, basierend auf der Wärmeaustauschrate X und der Wärmekapazität Q der Elektroden 413. Speziell wird eine Übersicht, die die Wärmeaustauschrate X und die Wärmekapazität Q mit der Elektrodentemperatur korreliert, im Voraus in dem Speicher 61 der ECU 60 gespeichert. Somit berechnet die ECU 60 eine Elektrodentemperatur entsprechend der Wärmeaustauschrate X und der Wärmekapazität Q zu dieser Zeit basierend auf der Übersicht. In diesem Fall wird die Wärmekapazität Q einen Wert aufweisen, der für den Bereich der Elektroden 413 geeignet ist. Dementsprechend, wird als die Wärmekapazität Q ein Wert verwendet, der im Voraus basierend auf dem Bereich berechnet wird.
Nach einem Schätzen einer Elektrodentemperatur bei Schritt S141 schätzt die ECU 60 ein PM-Ablagerungsverhältnis basierend auf der Elektrodentemperatur (Schritt S142). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die PM-Ablagerungsverhältnisberechnungseinheit 542 durchgeführt. Speziell wird die Linie 211, die die Elektrodentemperatur mit dem PM-Ablagerungsverhältnis, wie in 7B gezeigt ist, korreliert, in dem Speicher 61 der ECU 60 im Voraus gespeichert. Somit liest die ECU 60 von der Linie 211 ein PM-Ablagerungsverhältnis, das zu der Elektrodentemperatur zu dieser Zeit korreliert. Nach Durchführen von Schritt S142 wird der Prozess des in 6 dargestellten Ablaufdiagramms beendet und dann kehrt die Steuerung zu dem Prozess zurück, der in dem Ablaufdiagramm von 3 gezeigt ist.
Der Prozess des Schätzens eines PM-Ablagerungsverhältnisses, der vorstehend beschrieben ist, basiert auf der Elektrodentemperatur. Das PM-Ablagerungsverhältnis kann jedoch durch verschiedene Prozesse geschätzt werden. Nachstehend ist ein anderer Prozess des Schätzens des PM-Ablagerungsverhältnisses beschrieben.
Wie in 7A durch die Linie 210 einer Zeitschwankung der Elektrodentemperatur angegeben ist, verringert sich die Elektrodentemperatur schrittweise mit der Zeit nach einem Vervollständigen des Erhitzens zur Zeit t1 durch das Heizelement 411 (Regeneration durch das Heizelement 414). Mit anderen Worten schwankt die Temperatur mit einer Zeit nach einem Vervollständigen der Regeneration durch das Heizelement 414. Wenn die Elektrodentemperatur schwankt, schwankt ebenso das PM-Ablagerungsverhältnis (siehe 7B) und somit kann ein PM-Ablagerungsverhältnis direkt von der abgelaufenen Zeit geschätzt werden. In dieser Hinsicht zeigt 10A eine Linie 213, die eine Korrelation zwischen der abgelaufenen Zeit und einem PM-Ablagerungsverhältnis angibt. Wie durch die Linie 213 angegeben ist, je kürzer die abgelaufene Zeit wird, desto niedriger wird das PM-Ablagerungsverhältnis. Dies liegt daran, dass wenn die abgelaufene Zeit kürzer wird, die Elektrodentemperatur höher wird.
Somit ist bei Schritt S14 von 3 die Linie 213 von 10A in dem Speicher 61 der ECU 60 im Voraus gespeichert. Dann kann die ECU 60 von der Linie 213 ein PM-Ablagerungsverhältnis lesen, das mit der abgelaufenen Zeit zu dieser Zeit korreliert. Es sollte anerkannt werden, dass die abgelaufene Zeit etwa durch einen nicht gezeigten Zeitnehmer, der in der ECU 60 enthalten ist, gemessen werden kann. Der Prozess des Schätzens eines PM-Ablagerungsverhältnisses von einem Zeitverlauf wird durchgeführt, wobei der in 6 gezeigte Prozess ersetzt wird.
Ein PM-Ablagerungsverhältnis kann, abgesehen vom Messen eines Zeitverlaufs, von einer Abgasströmungsrate geschätzt werden. In dieser Hinsicht zeigt 10B eine Linie 214, die eine Korrelation zwischen einer Abgasströmungsrate und einem PM-Ablagerungsverhältnis angibt. Wie durch die Linie 214 angegeben ist, verringert eine höhere Abgasströmungsrate das PM-Ablagerungsverhältnis. Dies liegt daran, dass wenn eine Abgasströmungsrate höher ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases höher wird.
Somit ist bei Schritt S14 die Linie 214 von 10B in dem Speicher 61 der ECU 60 im Voraus gespeichert. Dann kann die ECU 60 von der Linie 214 ein PM-Ablagerungsverhältnis, das zu der Abgasströmungsrate zu dieser Zeit korreliert, lesen. Es sollte anerkannt werden, dass der Wert, der bei Schritt S122 berechnet wird, wie vorstehend beschrieben, als die Abgasströmungsrate verwendet wird. Der Prozess des Schätzens eines PM-Ablagerungsverhältnisses von einer Abgasströmungsrate wird anstelle oder zusätzlich zu dem in 6 gezeigten Prozess durchgeführt. Wenn ein PM-Ablagerungsverhältnis basierend auf einer Abgasströmungsrate zusätzlich zu dem in 6 gezeigten Prozess geschätzt wird, oder wenn ein PM-Ablagerungsverhältnis basierend auf sowohl der Elektrodentemperatur als auch der Abgasströmungsrate geschätzt wird, kann eine Übersicht, die das PM-Ablagerungsverhältnis mit sowohl der Elektrodentemperatur als auch der Abgasströmungsrate korreliert, vorbereitet und im Voraus in dem Speicher 61 gespeichert werden.
Wieder Bezug nehmend auf 3 wird eine Verarbeitung nachfolgend zu Schritt S14 beschrieben. Nach Schritt S14 schätzt die ECU 60 eine Menge an PM, die auf dem PM-Sensor 41 abgelagert ist, wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist (PM-Ablagerungsmenge in einem Fehlerzustand) (Schritt S15). In dem in 13 gezeigten Beispiel wird dieser Schritt durch die PM-Ablagerungsmengeschätzeinheit 515 durchgeführt. Speziell multipliziert die ECU 60 die PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand, die bei Schritt S13 geschätzt wird, mit dem PM-Ablagerungsverhältnis, das bei Schritt S14 geschätzt wird, um eine PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand zu berechnen.
Bevor Schritt S16 weiter beschrieben wird, wird nachstehend ein Prozess des Schätzens eines Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkts beschrieben, der ein Energetisierungszeitpunkt ist, wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist.
11A bis 11C stellen einen Prozess des Schätzens dar. Speziell zeigt 11A eine Linie 310, die eine Zeitschwankung eines integrierten Wertes der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand, die bei Schritt S13 geschätzt wird, angibt. 11B zeigt eine Linie 320, die eine Zeitschwankung eines integrierten Wertes einer PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand, die bei Schritt S15 geschätzt wird, angibt. In 11B gibt eine Linie 330 eine vorbestimmte Energetisierungsablagerung (nachstehend ebenso einfach als „Energetisierungsablagerung“ bezeichnet) als eine PM-Ablagerungsmenge an, die ermöglicht, dass der PM-Sensor 41 beginnt, energetisiert zu werden. 11C zeigt Linien (Linie 340 in einem normalen Zustand und Linie 350 in einem Fehlerzustand), die Zeitschwankungen eines Ausgabesignals von dem PM-Sensor 41 angeben. In 11A bis 11C gibt Zeit t=0 einen Zeitpunkt unmittelbar nach einem Vervollständigen eines Verbrennens und Entfernens von PM durch das Heizelement 414 an, das heißt, einen Zeitpunkt, wenn der in 3 gezeigte Prozess gestartet wird.
Wie in 11A und 11B gezeigt ist, wird der integrierte Wert der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand mit der Zeit schrittweise erhöht (Linie 310). Damit einhergehend wird ebenso der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand ebenso mit der Zeit schrittweise erhöht (Linie 320). Wie in 11B gezeigt ist, wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist, wird es einige Zeit in Anspruch nehmen, bevor der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand gleich der Energetisierungsablagerungsmenge wird (bevor die Linie 320 die Linie 330 kreuzt). Dann, wenn der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand gleich der Energetisierungsablagerungsmenge wird (wenn die Linie 320 die Linie 330 gekreuzt hat), wird der PM-Sensor 41 energetisiert. Dieser Energetisierungszeitpunkt wird zu dem Energetisierungszeitpunkt tx des DPF 30 in einem Fehlerzustand (Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt) gemacht.
Wie vorstehend beschrieben ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel definiert, dass ein Fehler in dem DPF 30 auftritt, wenn die Emissionsgrenzen von OBD (On-Board-Diagnose) nicht länger erfüllt sind. Somit wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in solch einem Fall der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt tx geschätzt. Ebenso wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Auftreten eines Fehlers in dem DPF 30 basierend darauf bestimmt, ob der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors 41 vor oder nach einem Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt tx liegt.
Deshalb bestimmt die ECU 60 nachfolgend dem Schritt S15 von 3, ob die PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand, die bei Schritt S15 geschätzt wird, gleich oder mehr als die Energetisierungsablagerungsmenge wird, mit der der PM-Sensor 41 energetisiert wurde (Schritt S16). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die PM-Ablagerungsmengenbestimmungseinheit 516 durchgeführt.
Wenn die Energetisierungsablagerungsmenge nicht erreicht wurde (Nein bei Schritt S16), kehrt die Steuerung zurück zu Schritt S15. Bei Schritt S15 berechnet die ECU 60 die nachfolgende PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand basierend auf den Ergebnissen der nachfolgend ablaufenden Schritte S11 bis S14. Dann integriert die ECU 60 die PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand mit Bezug auf die PM-Ablagerungsmengen in dem Fehlerzustand bis zu der vorhergehenden Zeit (Schritt S16). Mit anderen Worten, wie in 11B gezeigt ist, bevor die Energetisierungsablagerungsmenge erreicht wird, erhöht sich der berechnete integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand schrittweise mit der Zeit (Schritt S15).
Wenn der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand die Energetisierungsablagerung erreicht hat (Ja bei Schritt S16), schätzt die ECU 60 den erreichten Zeitpunkt als den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt (Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt tx von 11B und 11C), um das tatsächliche Vorhandensein/Nichtvorhandensein der Ausgabe des PM-Sensors 41 zu erkennen. Speziell bestimmt die ECU 60, ob die Ausgabe des PM-Sensors 41 nicht weniger als ein vorbestimmter Wert ist, um zu bestimmen, ob der PM-Sensor 41 energetisiert ist oder nicht (Schritt S17). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die PM-Sensorausgabebestimmungseinheit 517 durchgeführt. Der vorbestimmte Wert bei Schritt S17 wird zum Bestimmen verwendet, ob der PM-Sensor 41 energetisiert ist oder nicht, und wird somit ungefähr auf Null auf der vertikalen Achse von 11C eingestellt.
Wenn die Ausgabe des PM-Sensors 41 weniger als der vorbestimmte Wert ist, oder wenn der PM-Sensor 41 noch nicht energetisiert wurde (Nein bei Schritt S17), wird der Prozess des in 3 dargestellten Ablaufdiagramms beendet. In diesem Fall ist der tatsächliche Aktualisierungszeitpunkt des PM-Sensors 41 später als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt. Dementsprechend wird bestimmt, dass der DPF 30 in dem normalen Zustand ist (siehe Linie 340 von 11C). In diesem Fall erfüllt der DPF 30 die Emissionsgrenzen des OBD. In dem Beispiel von 13 wird ein Signal 520 ausgegeben, um die Ergebnisse einer Fehlerbestimmung anzugeben, das heißt, um anzugeben, dass der DPF 30 in einem normalen Zustand ist.
Andererseits, wenn die Ausgabe des PM-Sensors 41 nicht weniger als der vorbestimmte Wert ist, oder wenn der PM-Sensor 41 energetisiert wurde (Ja bei Schritt S17), geht die Steuerung über zu Schritt S18. In diesem Fall ist der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors 41 früher als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt. Dementsprechend bestimmt die ECU 60 bei Schritt S18, dass die DPF 30 in einem Fehlerzustand ist (Schritt S18)(siehe die Linie 350 von 11C). In dem Beispiel von 13 wird dieser Schritt durch die Fehlerbestimmungseinheit 518 durchgeführt. In diesem Fall ist es unwahrscheinlich, dass die DPF 30 die Emissionsgrenzen von OBD erfüllt. In diesem Fall wird in dem Beispiel von 13 ein Signal 520 ausgegeben, um die Ergebnisse der Fehlerbestimmung anzugeben, das heißt, um anzugeben, dass der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist. Dann wird der Prozess des in 3 dargestellten Ablaufdiagramms beendet.
Wie vorstehend beschrieben, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Vorhandensein eines Fehlers in dem DPF 30 basierend auf dem Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors 41 bestimmt. Dementsprechend kann der Fehler des DPF 30 mit guter Genauigkeit erfasst werden, ungeachtet der Temperaturschwankung der PM, die auf dem PM-Sensor 41 abgelagert sind. In diesem Fall wird der Energetisierungszeitpunkt (Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt), wenn der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist, basierend auf verschiedenen Bedingungen geschätzt, das heißt, PM-Einströmungsmenge, Sammeleffizienz, PM-Ausströmungsmenge, PM-Ablagerungsverhältnis und PM-Ablagerungsmenge (Schritte S11 bis S15). Deshalb wird der geschätzte Wert des Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkts, der erhalten wird, eine hohe Genauigkeit aufweisen.
(Modifikationen)
Einige Modifikationen des vorstehenden Ausführungsbeispiels werden beschrieben. In den Modifikationen sind in Komponenten oder Schritte, die mit denen in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel identisch oder ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben, um eine unnötige Beschreibung von diesen wegzulassen.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Vorhandensein/Nichtvorhandensein einer Ausgabe des PM-Sensors 41 erkannt, nachdem der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt gekommen ist (Ja bei Schritt S16 → S17 von 3). Jedoch kann auch erkannt werden, ob der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt nach der Ausgabe des PM-Sensors 41 gekommen ist oder nicht gekommen ist. In diesem Fall kann zum Beispiel der Prozess eines Ablaufdiagramms von 12 durchgeführt werden, der den Prozess von 3 ersetzt. 12 ist das Ablaufdiagramm, das einen Fehlerbestimmungsprozess gemäß einer Modifikation darstellt.
Der in 12 gezeigte Prozess ist von dem Prozess von 3 verschieden, in dem Schritte S11 bis S16 durch Schritt S17 gefolgt werden, der dann von Schritt S16 gefolgt wird.
Speziell, nachdem eine PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand bei Schritten S11 bis S15 geschätzt wurd, bestimmt die ECU 60, ob die Ausgabe des PM-Sensors 41 nicht weniger als der vorbestimmte Wert ist, um das Vorhandensein/Nichtvorhandensein der Ausgabe des PM-Sensors 41 zu erkennen (Schritt S17). Wenn die Ausgabe des PM-Sensors 41 weniger als der vorbestimmte Wert ist, oder wenn der PM-Sensor 41 noch keine Ausgabe aufweist (Nein bei Schritt S17), kehrt die Steuerung zurück zu Schritt S17, in dem die Ausgabe des PM-Sensors 41 erwartet wird. Wenn die Ausgabe des PM-Sensors 41 nicht weniger als der vorbestimmte Wert ist, oder wenn der PM-Sensor 41 eine Ausgabe aufweist (Ja bei Schritt S17), geht die Steuerung zu Schritt S16 über. In diesem Fall ist der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors gekommen.
Nachfolgend bestimmt die ECU 60, ob der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand gleich oder größer als die Energetisierungsablagerung ist oder nicht (Schritt S16). Wenn der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand gleich oder mehr als die Energetisierungsablagerung ist (Ja bei Schritt S16), wird der Prozess des in 12 dargestellten Ablaufdiagramms beendet. In diesem Fall, kommt erst der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt und dann kommt der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt. Somit ist bestimmt, dass die DPF 30 in einem normalen Zustand ist.
Andererseits, wenn der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand die Energetisierungsablagerung nicht erreicht hat (Nein bei Schritt S16), geht die Steuerung über zu Schritt S18. In diesem Fall kommt der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt früher als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt. Somit bestimmt die ECU 60, dass der DPF 30 in einem Fehlerzustand ist (Schritt S18).
Dann wird der Prozess des in 12 dargestellten Ablaufdiagramms beendet.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel entspricht die ECU 60, die Prozesse von Schritten S11 bis S16 in 3 oder 12 durchführt (PM-Einströmungsmengenschätzeinheit 511, Sammeleffizienzschätzabschnitt 512, PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit 513, PM-Ablagerungsverhältnisschätzeinheit 514, PM-Ablagerungsmengenschätzeinheit 515, PM-Ablagerungsmengenbestimmungseinheit 516 in 13) einer Zeitpunktschätzeinheit. Die ECU 60, die einen Prozess des Schritts S18 in 3 oder 12 durchführt (Fehlerbestimmungseinheit 518 in 13) entspricht einer Fehlerbestimmungseinheit. Die ECU 60, die einen Prozess von Schritt S11 in 3 oder 12 durchführt (PM-Einströmungsmengenschätzeinheit 511 in 13) entspricht einer PM-Einströmungsmengenschätzeinheit. Die ECU 60, die einen Prozess von Schritt S12 in 3 oder 12 durchführt (Sammeleffizienzschätzeinheit 512 in 13) entspricht einer Sammeleffizienzschätzeinheit. Die ECU 60, die einen Prozess von Schritt S13 in 3 oder 12 durchführt (PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit 513 in 13), entspricht einer PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit. Die ECU 60, die einen Prozess von Schritt S14 in 3 oder 12 durchführt (PM-Ablagerungsverhältnisschätzeinheit 514 in 13) entspricht einer Ablagerungsverhältnisschätzeinheit. Die ECU 60, die einen Prozess von Schritt S15 in 3 oder 12 durchführt (PM-Ablagerungsmengenschätzeinheit in 13) entspricht einer Ablagerungsmengenberechnungseinheit. Die ECU 60, die einen Prozess von Schritt S121 in 4 durchführt (PM-Anhäufungsmengenberechnungseinheit 521 in 13) entspricht einer Anhäufungsmengenberechnungseinheit. Die ECU 60, die einen Prozess von Schritt S122 in 4 durchführt (Abgasströmungsratenberechnungseinheit 522 in 13) entspricht einem Abgabeströmungsratenberechnungseinheit. Die ECU, die einen Prozess von Schritt S141 in 6 durchführt (Elektrodentemperaturschätzeinheit 541 in 13) entspricht einer Elektrodentemperaturschätzeinheit und einer Heizelementwiderstandsmesseinheit. Die Messschaltung 70 in 9 entspricht einer Heizelementwiderstandsmesseinheit.
Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen verkörpert werden, ohne sich vom Geist von dieser zu entfernen. Die Ausführungsbeispiele und Modifikationen, die bisher beschrieben wurden, sind daher zur Darstellung und nicht zur Beschränkung gedacht, da der Umfang der Erfindung durch die anhängigen Ansprüche definiert ist, anstatt durch die Beschreibung die diesen vorausgeht. Alle Änderungen die innerhalb der Grenzen der Ansprüche liegen, oder Äquivalente von solchen Grenzen sind daher gedacht, als durch die Ansprüche miteinbezogen zu sein.
Eine Erfassungsvorrichtung wird zum Erfassen eines Fehlers eines Partikelfilters verwendet. Die Erfassungsvorrichtung umfasst einen PM-(Partikelstoffe)-Sensor, eine Zeitpunktschätzeinheit und eine Fehlerbestimmungseinheit, Der PM-Sensor ist auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Partikelfilters in einem Abgasdurchlass angeordnet. Der PM-Sensor umfasst ein Paar von Elektroden und erfasst eine Menge der PM, basierend auf einem Strom, der durch die PM fließt, die zwischen den Elektroden angeordnet sind. Die Schätzeinheit schätzt einen Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt, an dem der PM-Sensor beginnt, aufgrund der PM, die zwischen den Elektroden abgelagert sind, energetisiert zu werden, unter der Annahme, dass der Partikelfilter ausgefallen ist. Die Bestimmungseinheit bestimmt, dass der Partikelfilter in einem Fehlerzustand ist, wenn ein tatsächlicher Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors basierend auf einer Ausgabe des PM-Sensors früher ist als der geschätzte Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt.

Claims

Fehlererfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Partikelfilters (30), der in einem Abgasdurchlass (21) einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist und Partikelstoffe (PM), die im Abgas einer Brennkraftmaschine (10) enthalten sind, sammelt, mit: einem PM-Sensor (41), der an einer stromabwärts gelegenen Seite des Partikelfilters (30) in dem Abgasdurchlass (21) angeordnet ist, ein Paar von Elektroden (413) umfasst, zwischen denen die PM abgelagert werden, um zu erlauben, dass ein Strom zwischen dem Paar von Elektroden (413) fließt, und eine Menge an PM basierend auf einem Strom, der durch die PM fließt, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, erfasst, wobei der PM-Sensor (41) ein Heizelement (414) umfasst, das den PM-Sensor (41) erhitzt, um die PM, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, zu verbrennen und zu entfernen; einer Zeitpunktschätzeinheit (60), die einen Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt nach einem Verbrennen und Entfernen des PM auf Grund des Heizelements (414) schätzt, wobei der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ein Energetisierungszeitpunkt ist, bei dem der PM-Sensor (41) beginnt, energetisiert zu werden, aufgrund der PM, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert werden, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist; und einer Fehlerbestimmungseinheit (518), die (i) einen tatsächlichen Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors (41) basierend auf einer Ausgabe des PM-Sensors (41) und (ii) den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt, der durch die Zeitpunktschätzeinheit (60) geschätzt wird, vergleicht, und bestimmt, dass der Partikelfilter (30) in einem Fehlerzustand ist, wenn der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt früher als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ist, wobei die Zeitpunktschätzeinheit (60) umfasst: eine PM-Einströmungsmengenschätzeinheit (511), die eine PM-Einströmungsmenge schätzt, die eine Menge an PM ist, die in den Partikelfilter (30) strömen; eine Sammeleffizienzschätzeinheit (512), die eine Fehlerzustandsammeleffizienz schätzt, die eine Sammeleffizienz des Partikelfilters (30) ist, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist; eine PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit (513), die eine PM-Ausströmungsmenge in einem Fehlerzustand schätzt, die eine Menge an PM ist, die aus dem Partikelfilter (30) ausströmen, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist, basierend auf der PM-Einströmungsmenge, die durch die PM-Einströmungsmengenschätzeinheit (511) geschätzt wird und der Fehlerzustandsammeleffizienz, die durch die Sammeleffizienzschätzeinheit (512) geschätzt wird, und die Zeitpunktschätzeinheit (60) den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt basierend auf der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand, die durch die PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit (513) geschätzt wird, schätzt, wobei die Sammeleffizienzschätzeinheit (512) eine Anhäufungsmengenberechnungseinheit (521) umfasst, die eine PM-Anhäufungsmenge berechnet, die eine Menge der PM ist, die auf dem Partikelfilter (30) angehäuft wird, und die Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf einer im Voraus gespeicherten Korrelation (112) zwischen der PM-Anhäufungsmenge, die durch die Anhäufungsmengenberechnungseinheit (521) berechnet wird, und der Fehlerzustandsammeleffizienz berechnet, wobei die Korrelation (112) angibt, dass sich die Fehlerzustandsammeleffizienz bei Erreichen einer vorbestimmten PM-Anhäufungsmenge verringert, wenn sich die PM-Anhäufungsmenge erhöht.
Fehlererfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Zeitpunktschätzeinheit (60) umfasst: eine Ablagerungsverhältnisschätzeinheit (514), die ein PM-Ablagerungsverhältnis schätzt, das ein Verhältnis der PM, die auf dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, mit Bezug auf alle PM, die in dem Abgas an einer stromabwärts gelegenen Seite des Partikelfilters (30) in dem Abgasdurchlass (21) enthalten sind, ist; eine Ablagerungsmengenberechnungseinheit (60), die einen integrierten Wert einer PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand berechnet, durch Integrieren der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand über Zeit, wobei die PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand eine Menge der PM ist, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert werden, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist, und die Zeitpunktschätzeinheit (60), die, als den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt, einen Zeitpunkt schätzt, an dem der integrierte Wert der PM-Ablagerungsmenge in dem Fehlerzustand nicht weniger als eine Energetisierungsablagerungsmenge ist, die vorbestimmt ist, als eine PM-Ablagerungsmenge zu dem Energetisierungszeitpunkt.
Fehlererfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sammeleffizienzschätzeinheit (512) eine Abgasströmungsratenberechnungseinheit (522) umfasst, die eine Abgasströmungsrate berechnet, und die Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf der Abgasströmungsrate, die durch die Abgasströmungsratenberechnungseinheit (522) berechnet wird, schätzt.
Fehlererfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit (514) eine Elektrodentemperaturschätzeinheit (541) umfasst, die die Temperatur der Elektroden (413) schätzt, und das PM-Ablagerungsverhältnis schätzt, das niedriger wird, wenn die Temperatur der Elektroden (413), die durch die Elektrodentemperaturschätzeinheit (541) geschätzt wird, höher wird.
Fehlererfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Elektrodentemperaturschätzeinheit (541) eine Heizelementwiderstandmesseinheit umfasst, die einen Heizelementwiderstand misst, der ein elektrischer Widerstand des Heizelements (414) ist, und die Temperatur der Elektroden (413) basierend auf dem Heizelementwiderstand, der durch die Heizelementwiderstandmesseinheit gemessen wird, schätzt.
Fehlererfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Elektrodentemperaturschätzeinheit (541) eine Wärmeaustauschmengenberechnungseinheit umfasst, die eine Wärmeaustauschmenge berechnet, die eine Menge an Wärme ist, die zwischen den Elektroden (413) und dem Abgas ausgetauscht wird, und die Temperatur der Elektroden (413) basierend auf der Wärmeaustauschmenge, die durch die Wärmeaustauschmengenberechnungseinheit berechnet wird, und einer Wärmekapazität der Elektroden (413) schätzt.
Fehlererfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit (514) das PM-Ablagerungsverhältnis schätzt, das niedriger wird, wenn die Abgasströmungsrate größer wird.
Fehlererfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Ablagerungsverhältnisschätzeinheit (514) das PM-Ablagerungsverhältnis schätzt, das niedriger wird, wenn eine abgelaufene Zeit kürzer wird, wobei die abgelaufene Zeit eine Zeit ist, die nach einem Vervollständigen des Verbrennens und Entfernens des PM aufgrund des Heizelements (414) abgelaufen ist.
Maschinensystem, mit: einer Brennkraftmaschine (10); einem Partikelfilter (30), der in einem Abgasdurchlass (21) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist und Partikelstoffe (PM), die in dem Abgas der Brennkraftmaschine (10) enthalten sind, sammelt; einer Fehlererfassungsvorrichtung, die einen Fehler des Partikelfilters (30) erfasst, mit: einem PM-Sensor (41), der an einer stromabwärts gelegenen Seite des Partikelfilters (30) in dem Abgasdurchlass (21) angeordnet ist, ein Paar von Elektroden (413) umfasst, zwischen denen die PM abgelagert werden, um zu erlauben, dass Strom zwischen dem Paar von Elektroden (413) fließt, und eine Menge der PM basierend auf dem Strom, der durch die PM fließt, die zwischen den Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, erfasst, wobei der PM-Sensor (41) ein Heizelement (414) umfasst, das den PM-Sensor (41) erhitzt, um die PM, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, zu verbrennen und zu entfernen; einer Zeitpunktschätzeinheit (60), die einen Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt nach einem Verbrennen und Entfernen des PM auf Grund des Heizelements (414) schätzt, wobei der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ein Energetisierungszeitpunkt ist, bei dem der PM-Sensor (41) beginnt, energetisiert zu werden, aufgrund der PM, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist; und einer Fehlerbestimmungseinheit (518), die (i) einen tatsächlichen Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors (41) basierend auf einer Ausgabe des PM-Sensors (41) und (ii) den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt, der durch die Zeitpunktschätzeinheit (60) geschätzt wird, vergleicht, und bestimmt, dass der Partikelfilter (30) in einem Fehlerzustand ist, wenn der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt früher als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ist, wobei die Zeitpunktschätzeinheit (60) umfasst: eine PM-Einströmungsmengenschätzeinheit (511), die eine PM-Einströmungsmenge schätzt, die eine Menge an PM ist, die in den Partikelfilter (30) strömen; eine Sammeleffizienzschätzeinheit (512), die eine Fehlerzustandsammeleffizienz schätzt, die eine Sammeleffizienz des Partikelfilters (30) ist, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist; eine PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit (513), die eine PM-Ausströmungsmenge in einem Fehlerzustand schätzt, die eine Menge an PM ist, die aus dem Partikelfilter (30) ausströmen, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist, basierend auf der PM-Einströmungsmenge, die durch die PM-Einströmungsmengenschätzeinheit (511) geschätzt wird und der Fehlerzustandsammeleffizienz, die durch die Sammeleffizienzschätzeinheit (512) geschätzt wird, und die Zeitpunktschätzeinheit (60) den Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt basierend auf der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand, die durch die PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit (513) geschätzt wird, schätzt, wobei die Sammeleffizienzschätzeinheit (512) eine Anhäufungsmengenberechnungseinheit (521) umfasst, die eine PM-Anhäufungsmenge berechnet, die eine Menge der PM ist, die auf dem Partikelfilter (30) angehäuft wird, und die Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf einer im Voraus gespeicherten Korrelation (112) zwischen der PM-Anhäufungsmenge, die durch die Anhäufungsmengenberechnungseinheit (521) berechnet wird, und der Fehlerzustandsammeleffizienz berechnet, wobei die Korrelation (112) angibt, dass sich die Fehlerzustandsammeleffizienz bei Erreichen einer vorbestimmten PM-Anhäufungsmenge verringert, wenn sich die PM-Anhäufungsmenge erhöht.
Maschinensystem gemäß Anspruch 9, wobei die Brennkraftmaschine (10) eine Dieselmaschine ist und der Partikelfilter (30) ein Dieselpartikelfilter (DPF) für die Dieselmaschine ist.
Fehlererfassungsverfahren des Erfassens eines Fehlers eines Partikelfilters (30), der in einem Abgasdurchlass (21) einer Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist und Partikelstoffe (PM) sammelt, die in einem Abgas der Brennkraftmaschine (10) enthalten sind, mit: Erfassen, an einem PM-Sensor (41), der an einer stromabwärts gelegenen Seite des Partikelfilters (30) in dem Abgasdurchlass (21) angeordnet ist und ein Paar von Elektroden (413) umfasst, zwischen denen die PM abgelagert werden, um zu erlauben, dass zwischen dem Paar von Elektroden (413) ein Strom fließt, einer Menge der PM, basierend auf einem Strom, der durch die PM fließt, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, wobei der PM-Sensor (41) ein Heizelement (414) umfasst, das den PM-Sensor (41) erhitzt, um die PM, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, zu verbrennen und zu entfernen; Schätzen eines Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkts nach einem Verbrennen und Entfernen des PM auf Grund des Heizelements (414), wobei der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ein Energetisierungszeitpunkt ist, an dem der PM-Sensor (41) beginnt, energetisiert zu werden, aufgrund der PM, die zwischen dem Paar von Elektroden (413) abgelagert sind, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist; Vergleichen (i) eines tatsächlichen Energetisierungszeitpunkt des PM-Sensors (41) basierend auf einer Ausgabe des PM-Sensors (41) und (ii) des geschätzten Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkts, Bestimmen, dass der Partikelfilter (30) in einem Fehlerzustand ist, wenn der tatsächliche Energetisierungszeitpunkt früher als der Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkt ist, wobei der Schritt des Schätzens eines Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkts umfasst: Schätzen einer PM-Einströmungsmenge, die eine Menge an PM ist, die in den Partikelfilter (30) strömen; Schätzen einer Fehlerzustandsammeleffizienz, die eine Sammeleffizienz des Partikelfilters (30) ist, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist; Schätzen einer PM-Ausströmungsmenge in einem Fehlerzustand, die eine Menge an PM ist, die aus dem Partikelfilter (30) ausströmen, unter der Annahme, dass der Partikelfilter (30) ausgefallen ist, basierend auf der PM-Einströmungsmenge, die durch die PM-Einströmungsmengenschätzeinheit (511) geschätzt wird und der Fehlerzustandsammeleffizienz, die durch die Sammeleffizienzschätzeinheit (512) geschätzt wird, und Schätzen des Fehlerzustandenergetisierungszeitpunkts basierend auf der PM-Ausströmungsmenge in dem Fehlerzustand, die durch die PM-Ausströmungsmengenschätzeinheit (513) geschätzt wird,wobei der Schritt des Schätzens der Fehlerzustandsammeleffizienz ein Berechnen einer PM-Anhäufungsmenge, die eine Menge der PM ist, die auf dem Partikelfilter (30) angehäuft wird, umfasst und die Fehlerzustandsammeleffizienz basierend auf einer im Voraus gespeicherten Korrelation (112) zwischen der PM-Anhäufungsmenge, die durch die Anhäufungsmengenberechnungseinheit (521) berechnet wird, und der Fehlerzustandsammeleffizienz berechnet wird, wobei die Korrelation (112) angibt, dass sich die Fehlerzustandsammeleffizienz bei Erreichen einer vorbestimmten PM-Anhäufungsmenge verringert, wenn sich die PM-Anhäufungsmenge erhöht.