排气温度传感器的异常检测装置和异常检测方法.pdf

根据由排气温度传感器检测出的排气温度与相应于发动机运行状态而估计出的排气温度之间的相关关系，检测排气温度传感器是否发生了异常。即，进行如下异常检测：在检测出的排气温度的变化特性跟随估计出的排气温度的变化特性的情况下，判断为排气温度传感器正常，在检测出的排气温度的变化特性不跟随估计出的排气温度的变化特性的情况下，判断为排气温度传感器异常。

1.  一种排气温度传感器的异常检测装置，其特征在于：
包括检测发动机的排气温度的排气温度传感器和内置有计算机的控制单元，
所述控制单元执行：
排气温度估计处理，估计与发动机运行状态相应的排气温度；
过渡状态判断处理，判断是否处于排气温度发生变化的过渡状态；以及
异常判断处理，当由所述过渡状态判断处理判断为处于过渡状态时，根据由所述排气温度估计处理估计出的排气温度的变化特性与由所述排气温度传感器检测出的排气温度的变化特性之间的相关关系，来判断该排气温度传感器是否发生了异常。

2.  根据权利要求1所述的排气温度传感器的异常检测装置，其特征在于：
所述过渡状态判断处理，在由所述排气温度估计处理估计出的排气温度在第1规定时间内变化了规定温度时，判断为处于排气温度发生变化的过渡状态。

3.  根据权利要求1所述的排气温度传感器的异常检测装置，其特征在于：
所述过渡状态判断处理，在由所述排气温度估计处理估计出的排气温度的变化率在规定值以上时，判断为处于排气温度发生变化的过渡状态。

4.  根据权利要求1所述的排气温度传感器的异常检测装置，其特征在于：
所述异常判断处理，在由所述排气温度传感器检测出的排气温度的变化特性与由所述排气温度估计处理估计出的排气温度的变化特性不相似时，判断为该排气温度传感器发生了异常。

5.  根据权利要求1所述的排气温度传感器的异常检测装置，其特征在于：
由所述排气温度传感器检测出的排气温度的变化特性是由所述过渡状态判断处理判断为处于过渡状态之后的第2规定时间中的变化特性。

6.  根据权利要求5所述的排气温度传感器的异常检测装置，其特征在于：
所述控制单元还执行如下取消处理：在所述第2规定时间内，由所述排气温度估计处理估计出的排气温度的变化如果在以判断是否处于所述过渡状态的判断开始时的温度为中心的规定范围内，则取消对于所述排气温度传感器是否发生异常所作的判断。

7.  根据权利要求1所述的排气温度传感器的异常检测装置，其特征在于：
所述异常判断处理在连续规定次数判断为所述排气温度传感器发生了异常时，确定所述排气温度传感器的异常。

8.  根据权利要求1所述的排气温度传感器的异常检测装置，其特征在于：
所述控制单元还执行如下警报处理：在由所述异常判断处理判断为所述排气温度传感器发生了异常时，使警报装置工作。

9.  一种排气温度传感器的异常检测方法，其特征在于：
内置有计算机的控制单元估计与发动机运行状态相应的排气温度，使用该估计出的排气温度来判断是否处于排气温度发生变化的过渡状态，在该判断中判断为处于过渡状态时，根据估计出的排气温度的变化特性与排气温度传感器检测出的排气温度的变化特性之间的相关关系，判断该排气温度传感器是否发生了异常。

排气温度传感器的异常检测装置和异常检测方法
技术领域
本发明涉及排气温度传感器的异常检测装置和异常检测方法。
背景技术
排气温度传感器可被应用于例如对包含在从发动机排出的排气中的N0x进行净化的排气净化系统。在该系统中，为了对排气添加适量的还原剂，根据排气温度传感器所检测出的排气温度来增减其添加量。然而，如果排气温度传感器出现故障等异常情况，就无法对排气添加适量的还原剂。因此，设置有用于检测排气温度传感器的异常的异常检测装置。
排气温度传感器大致分为热敏电阻型和铂电阻型。其中，热敏电阻型的排气温度传感器具有电阻值(输出电压)相对于温度的上升而呈非直线状减少的输出特性。也就是说，排气温度为低温时电阻值较高，排气温度为高温时电阻值较低。当该排气温度传感器发生异常时，例如，在传感器短路时电阻值显示高温区域的值，在断路时电阻值显示低温区域的值。
在此，在传感器短路的情况下，排气温度传感器的输出远远小于正常情况下可能输出的电阻值，因此可以检测出传感器短路。但是，在断路的情况下，由于排气温度传感器的输出的特性与低温时的输出特性相似，所以难以检测出断路。因此，关注于在发动机启动之后排气温度会立即上升的事实，提出了一种排气温度传感器的异常检测装置，该装置只要排气温度传感器未能检测出规定值以上的输出就检测为断路(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本特开2003-149054号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在现有技术中，虽然能够检测排气温度传感器的断路和短路，然而是使用划定正常范围与异常范围的阈值来进行异常检测，因此无法检测出在正常范围内发生的异常。在这种情况下，例如，可以设想这种异常：排气温度传感器的输出随着排气温度的上升而发生变化，但当上升到某个排气温度时，该输出由于某种原因从某个排气温度起不发生变化而大致固定为恒定值。
因此，本发明的目的在于，提供一种可以判断排气温度传感器能够检测的全部温度区域中的异常的排气温度传感器的异常检测装置和异常检测方法。
用于解决问题的方案
因此，在本发明中，内置有计算机的控制单元估计与发动机运行状态相应的排气温度，并且利用该估计的排气温度来判断是否处于排气温度发生变化的过渡状态。并且，在处于过渡状态时，根据估计出的排气温度的变化特性与排气温度传感器检测出的排气温度的变化特性之间的相关关系，判断该排气温度传感器是否发生了异常。在此，可采用发动机旋转速度、燃料喷射量、进气流量、进气负压、扭矩、增压压力(supercharging pressure)等作为“发动机运行状态”。
发明效果
根据本发明，根据控制单元估计出的排气温度的变化特性与排气温度传感器检测出的排气温度的变化特性之间存在相关关系的情况，来判断排气温度传感器是否发生了异常。即，基本原理是只要估计出的排气温度发生变化则检测出的排气温度也会发生变化，如果检测出的排气温度不与估计出的排气温度的变化相应地发生变化则判断为异常。因此，可以判断并检测出排气温度传感器能够检测的全部温度区域中的异常。此外，全部温度区域中的异常也包含正常范围内产生的异常。因而，例如，也能判断如下异常：排气温度传感器的输出发生变化，但当上升到处于正常范围内的某排气温度时，由于某种原因该输出从某个排气温度起不发生变化而大致固定为恒定值。
附图说明
图1是应用了本发明的一个实施方式所涉及的排气温度传感器的异常检测装置的排气净化装置的整体结构图。
图2是检测排气温度传感器的异常的流程图。
图3是由排气温度传感器检测出的排气温度Ta及由排气温度估计处理估计出的排气温度Tc的状态图。
附图标记说明：
10：发动机；36：还原剂添加ECU；38：排气温度传感器；40：发动机旋转速度传感器；42：发动机负载传感器；44：警报装置。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的一种实施方式。
图1表示具备本发明所涉及的排气温度传感器的异常检测装置的排气净化装置的整体结构。该排气净化装置使用作为还原剂的前体的尿素水溶液，通过还原反应来净化发动机排气中的NOx。
在连接到发动机10的排气歧管12的排气管14中，沿排气流通方向分别配置有：将一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO₂)的氮氧化催化剂16；喷射供给尿素水溶液的喷嘴18；使用对尿素水溶液进行水解后得到的氨来对NOx进行还原净化的NOx还原催化剂20；以及使通过了NOx还原催化剂20的氨氧化的氨氧化催化剂22。
另一方面，储藏尿素水溶液的还原剂容器24经由在其底部开有吸入口的抽吸软管26，连通连接到吸入并压送尿素水溶液的泵组件28。另外，泵组件28经由压力软管30连通连接到至少内置有可以进行遥控操作的流量控制阀的添加组件32。添加组件32经由添加软管34连通连接到喷嘴18。泵组件28和添加组件32分别由内置有计算机的还原剂添加控制单元(以下称为“还原剂添加ECU”)36进行电子控制。并且，从喷嘴18按适合于排气温度传感器38所检测出的排气温度(以下称为“检测温度”)Ta和其它的发动机运行状态的量来喷射供给尿素水溶液。例如，可以应用发动机旋转速度传感器40所检测的发动机的旋转速度Ne、发动机负载传感器42所检测的燃料喷射量、进气流量、进气负压、要求扭矩、增压压力等发动机负载Q等作为其它的发动机运行状态。
已知在这种排气净化装置中，从喷嘴18喷射供给的尿素水溶液通过排气热和排气中的水蒸气而被水解，转化为发挥还原剂功能的氨。转化成的氨在NOx还原催化剂20中与排气中的NOx进行还原反应而转化成水(H₂O)和氮(N₂)。此时，为了提高NOx还原催化剂20净化NOx的能力，通过氮氧化催化剂16将NO氧化成NO₂，将排气中的NO与NO₂的比例改善为适合于还原反应的比例。另一方面，通过了NOx还原催化剂20的氨被配置在其排气下游的氨氧化催化剂22所氧化，因此氨不会被原样排到大气中。
在此，本实施方式所涉及的异常检测装置包括还原剂添加ECU36、发动机旋转速度传感器40、发动机负载传感器42以及警报装置44。还原剂添加ECU 36接收来自上述各个传感器的输出信号，执行存储在其ROM(Read Only Memory：只读存储器)等中的控制程序，并进行排气温度估计处理、过渡状态判断处理、异常判断处理、取消处理及警报处理。并且，还原剂添加ECU 36根据与发动机运行状态相应的排气的温度图来估算排气温度Tc，并通过将该估计出的排气温度(以下称为“估计温度”)Tc的变化与检测温度Ta的变化进行比较，由此检测排气温度传感器38的异常。排气的温度图汇集了在各种各样的环境下对发动机进行试验而得到的排气温度数据。另外，还原剂添加ECU 36一检测到排气温度传感器38的异常，便启动警告灯、蜂鸣器等警报装置44来通报该情况。此外，控制程序也可以不由还原剂添加ECU 36来执行，而是由控制程序专用的控制单元、发动机控制单元、其它的车载控制单元来执行。
下面，参照图2的流程图来说明本发明的一种实施方式所涉及的异常检测装置所进行的异常检测动作。
在步骤1(在图2中简写为“S1”，以下相同)中，发动机10启动后，待机直到计时器所计时的时间经过了规定时间T1(第1规定时间)为止。
在步骤2中，将检测温度Ta设定为检测温度初始值Ta_I，并且将估计温度Tc设定为估计温度初始值Tc_I。另外，设定划定以检测温度初始值Ta_I为中心的规定范围(规定温度幅度)的下限阈值Ta_L和上限阈值Ta_H。同样地，设定划定以估计温度初始值Tc_I为中心的规定范围的下限阈值Tc_LL和上限阈值Tc_HH。在本实施方式中，设定为下限阈值Tc_LL～上限阈值Tc_HH大于下限阈值Ta_L～上限阈值Ta_H。另外，也可以使从初始值Ta_I、Tc_I至下限阈值Ta_L、Tc_LL的下限温度幅度与从初始值Ta_I、Tc_I至上限阈值Ta_H、Tc_HH的上限温度幅度分别不同。
在步骤3中，判断检测温度Ta是否在下限阈值Ta_L以上且在上限阈值Ta_H以下。即，判断检测温度Ta是否在上下阈值范围内。其后，如果检测温度Ta在上下阈值范围内(Ta_L≤Ta≤Ta_H)，则进入步骤4(是)。另一方面，如果检测温度Ta在上下阈值范围外(Ta＞Ta_H或Ta＜Ta_L)，则可以认为排气温度传感器38在正常动作而进入步骤10(否)。
在步骤4中，为了能够在排气温度传感器38所输出的全部温度区域中进行异常判断，作为后述的异常判断开始的触发，判断估计温度Tc是否高于上限阈值Tc_HH或低于下限阈值Tc_LL。即，判断估计温度Tc是否在上下阈值范围之外。并且，如果估计温度Tc在上下阈值范围之外(Tc＞Tc_HH，或Tc＜Tc_LL)，则判断为处于排气温度发生变化的过渡状态并进入步骤5(是)。另一方面，如果估计温度Tc在上下阈值范围内(Tc_LL≤Tc≤Tc_HH)，则返回步骤3(否)。此外，也可以将估计温度Tc的变化率与上述同样地作为后述的异常判断開始的触发。例如，流程也可以是只要估计温度Tc的变化率在规定值以上就判断为处于排气温度发生变化的过渡状态而进入步骤5。
在步骤5中，计时器开始计时。
在步骤6中，判断估计温度Tc是否在估计温度初始值Tc_I的上下阈值范围内，并且检测温度Ta是否在上下阈值范围内。在这种情况下的估计温度初始值Tc_I的上下阈值中，设定了比下限阈值Tc_LL和上限阈值Tc_HH所划定的规定范围更窄的值(下限阈值Tc_LH～上限阈值Tc_HL)。这是考虑了由噪音等引起的估计温度Tc精度下降的情况的温度幅度。并且，如果估计温度Tc在上下阈值范围内且检测温度Ta在上限阈值范围内(Tc_LH≤Tc≤Tc_HL并且Ta_L≤Ta≤Ta_H)，则排气温度传感器38的有无异常发生的判断被取消并返回步骤1(是)。这样，在因噪音等引起估计温度Tc精度下降的情况下取消判断处理，因此能够提高异常检测精度。另一方面，如果在该范围以外，则进入步骤7(否)。
在步骤7中，判断检测温度Ta是否在下限阈值Ta_L以上且上限阈值Ta_H以下。即，判断检测温度Ta是否在上下阈值范围内。然后，如果检测温度Ta在上下阈值范围内(Ta_L≤Ta≤Ta_H)，则进入步骤8(是)。另一方面，如果检测温度Ta在上下阈值范围外(Ta＞Ta_H，或Ta＜Ta_L)，则可以认为排气温度传感器38正常工作，因此进入步骤10(否)。
在步骤8中，判断计时器所计时的时间是否经过了规定时间T2(第2规定时间)。如果计时器所计时的时间经过了规定时间T2，则进入步骤9(是)。另一方面，如果计时器所计时的时间未经过规定时间T2，则返回步骤6(否)。
另外，规定时间T2是考虑了检测温度Ta的变化滞后于估计温度Tc的变化的情况的时间幅度。由此，进一步提高了异常检测精度。
在步骤9中，估计温度Tc是在估计温度初始值Tc_I的上下阈值范围外变化，但是检测温度Ta处于检测温度初始值Ta_I的上下阈值范围内(Ta_L≤Ta≤Ta_H)，因此判断为传感器异常。即，估计温度Tc的变化特性与检测温度Ta的变化特性不相似，因此判断为传感器异常。然后，使错误计数器Err_cnt递增。
另一方面，在步骤10中，判断为排气温度传感器38正常，并将错误计数器Err_cnt复位为零。
在步骤11中，判断错误计数器Err_cnt是否达到了规定次数(例如4次)。这是因为有可能出现噪音等叠加到排气温度传感器38的输出而判断为异常的情况。另外，这是为了提高异常检测精度而不在一次判断为异常时便立即确定为异常，而是必须连续判断为异常达到规定次数才确定为异常。其后，如果错误计数器Err_cnt到达了规定次数则进入步骤12(是)。另一方面，如果错误计数器Err_cnt没有达到规定次数则返回步骤1(是)。
在步骤12中，确定排气温度传感器38为异常，为了通报检测出异常的情况而使警报装置44工作。接受指令的警报装置44或是发出警报音、或是点亮警告灯。由此，便能通报异常，从而采取适当的措施。
如上所述，排气温度传感器38的异常是根据估计温度Tc的变化特性与检测温度Ta的变化特性之间存在相关关系而检测出的。正如从图3可确认的那样，基本原理是只要估计温度Tc发生变化则检测温度Ta也发生变化。如图3所示，在排气温度传感器38正常时，检测温度Ta随着估计温度Tc的变化而变化。即，检测温度Ta与估计温度Tc的变化相关地发生变化。相反，在排气温度传感器38异常时，即便是估计温度Tc发生变化检测温度Ta也不发生变化(图中A点之后)。这样，排气温度传感器38的异常检测为如果检测温度Ta不随着估计温度Tc的变化而变化就是异常。因而，在本发明中，除了传感器短路或断路等异常之外，也能检测出如下异常，例如，检测温度Ta上升变化到某个温度为止，但由于某种原因从某个温度开始不变化地大致固定为恒定值。因此，本发明可以检测出排气温度传感器38能够检测的全部温度区域中的异常。
此外，上面作为本发明的一种实施方式，说明了在排气净化装置中应用的排气温度传感器的异常检测装置，也可以将其应用于DPF(Diesel Particulate Filter：柴油颗粒过滤器)等。