CN113412425B - 粒子状物质检测传感器 - Google Patents

Abstract

粒子状物质检测传感器(S)具备具有检测部(3)和加热器部(4)的传感器元件(1)，传感器控制部(S2)的异常判定部(23)具有第1判定部(24)和第2判定部(25)。异常判定部(23)，在将检测部(3)控制为第1判定温度(T1)且供给了检测用电压的状态下判定是否为正常判定阈值(Ith)以上的第1判定部(24)做出否定判定、并且在比第1判定温度(T1)高且第2判定温度(T2)以下的温度范围中进行判定的第2判定部(25)在第2判定温度(T2)下做出否定判定时，判定为检测信号的信号路径的断线异常。

Description

粒子状物质检测传感器

关联申请的相互参照

本申请基于2019年2月4日提出的日本专利申请第2019－018094号，这里引用其记载内容。

技术领域

本发明涉及用来检测在内燃机的废气中含有的粒子状物质的粒子状物质检测传感器。

背景技术

为了捕获来自车辆用发动机等的废气中含有的粒子状物质(即，ParticulateMatter；以下适当称作PM)，使用包含颗粒物过滤器的废气净化系统。在废气净化系统中，设有PM传感器，检测在颗粒物过滤器损坏时等漏出的粒子状物质。

近年来，废气限制变得严格，要求迅速地检测系统的故障等。该情况下，由于当PM传感器不正常地动作时有可能发生误检测，所以为了确保系统的可靠性，需要检测PM传感器本身的异常的有无。作为PM传感器的输出异常之一，有电路异常，例如，如果在与PM传感器的检测部连接的导体部或外部连接用的金属线等信号线中发生断线异常，则得不到本来的输出，粒子状物质的检测变得困难。

在专利文献1中，关于包括配置在绝缘基板上的至少2个测定电极和加热要素的粒子检测用的传感器，公开了用于监视其功能的方法。具体而言，在第1温度下实施了第1电流－电压测定后，在更低的第2温度下实施第2电流－电压测定，在测定出的第1、第2电流值的差值没有达到规定的阈值的情况下，判定为传感器缺陷甚至故障。第2温度被设定得比第1温度低，通过使用2个温度下的差值，将分路电流作为偏移量而排除。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2015－520387号公报

发明内容

在专利文献1中，关于正常的传感器，利用随着从第1温度向第2温度下降而电极间的电导率减小、电流值变化的特性来进行判定。由于传感器输出随着老化而下降，所以在专利文献1中，通过进行基于差值的判定，能够抑制因老化带来的输出变化的影响。但是，在使传感器的温度从高侧向低侧变化的情况下，由于电流值的变化量较小所以有可能误判定。该情况下，为了有利地进行基于差值的判定，需要第1温度和第2温度的充分的温度差，需要将第1温度加热到接近于耐热极限的高温(例如785C°)、并且使第2温度比第1温度低120℃～180℃左右(例如635C°)。因此，不仅要求正确的温度控制，还由于反复进行高温下的电压施加而担心因热劣化造成的耐久性的下降。

本发明的目的在于，提供抑制因热劣化造成的耐久性的下降并且能够正确地检测与检测部连接的信号线的断线异常、可靠性更高的粒子状物质检测传感器。

本发明的一技术方案，是一种粒子状物质检测传感器，具备用来检测被测定气体中含有的粒子状物质的传感器元件、和传感器控制部。上述传感器元件具有：检测部，在绝缘性基体的表面具有一对计测电极；以及加热器部，用来将上述检测部加热。上述传感器控制部具有：温度控制部，控制向上述加热器部的通电而将上述检测部保持为规定温度；检测控制部，向一对上述计测电极间供给电压，取得与一对上述计测电极间的电阻值对应的检测信号；以及异常判定部，基于由上述检测控制部取得的检测信号，判定上述传感器元件的异常的有无。上述异常判定部具有：第1判定部，在通过上述温度控制部将上述检测部控制为第1判定温度、通过上述检测控制部在一对上述计测电极间供给了检测用电压的状态下，判定所取得的检测值是否为正常判定阈值以上；以及第2判定部，在通过上述温度控制部将上述检测部控制为比上述第1判定温度高且为第2判定温度以下的温度范围、由上述检测控制部在一对上述计测电极间供给了上述检测用电压的状态下，判定所取得的检测值是否为上述正常判定阈值以上。在上述第1判定部做出否定判定、并且上述第2判定部在上述第2判定温度下做出否定判定时，判定为上述检测信号的信号路径的断线异常。

在上述粒子状物质检测传感器中，传感器控制部通过温度控制部将检测部的温度控制为第1判定温度或第2判定温度，在异常判定部中，将第1判定温度或第2判定温度下的检测值与正常判定阈值比较。正常判定阈值如果设定为例如当检测部正常时在温度相对低的第1判定温度下能够做出正常判定的值，则在第1判定部中判定为正常的情况下，能够不从第1判定温度向第2判定温度升温而结束异常判定。在第1判定部做出否定判定的情况下，进而在第2判定部中能够在向第2判定温度升温的期间中判定为正常或异常。

通过这样阶段性地进行升温，仅在有因老化造成的输出下降的情况下，从第1判定部向第2判定部转移。在没有因老化造成的输出变化的情况下，由于在相对低的第1判定温度下做出正常判定，所以不需要向第2判定部转移。进而，在第2判定部中，也通过向第2判定温度阶段性地升温，从而过度升温的可能性变小。因而，能够在抑制不需要的升温、抑制热劣化及能量损失的同时，正确地进行正常或异常的判定。

如以上这样，根据上述技术方案，能够提供能够在抑制因热劣化造成的耐久性的下降的同时正确地检测与检测部连接的信号线的断线异常、可靠性更高的粒子状物质检测传感器。

附图说明

关于本发明的上述目的及其他目的、特征及优点，参照附图通过下述详细的记述会更加明确。

图1是实施方式1的粒子状物质检测传感器的整体结构图。

图2是实施方式1的表示粒子状物质检测传感器的传感器控制部进行的传感器控制的概要的框图。

图3是实施方式1的粒子状物质检测传感器的传感器主体的主要部分放大剖视图。

图4是实施方式1的粒子状物质检测传感器的传感器元件的主要部分放大立体图。

图5是实施方式1的包括粒子状物质检测传感器的废气净化系统的整体结构图。

图6是实施方式1的用来说明传感器元件的动作的示意性剖视图。

图7是实施方式1的表示传感器控制部进行的异常判定的概要的框图。

图8是实施方式1的表示正常时的元件温度与检测值的关系的图。

图9是实施方式1的表示由异常判定部的第1、第2判定部实施的升温操作和阈值判定的概要的图。

图10是实施方式1的表示由异常判定部的第1、第2判定部进行的正常判定及异常判定的概要的图。

图11是实施方式1的异常判定处理的流程图。

图12是实施方式1的异常判定处理的时间图。

图13是实施方式1的异常判定处理的时间图。

图14是实施方式1的表示在传感器控制部中检测的传感器电流与废气流速的关系的图。

图15是实施方式1的表示温度控制部的升温操作与元件温度及漏电流的关系的图。

图16是实施方式2的表示粒子状物质检测传感器的传感器控制部的传感器控制的概要的框图。

图17是实施方式2的异常判定处理的流程图。

图18是实施方式2的异常判定处理的时间图。

图19是实施方式2的表示由温度控制部控制的元件温度与加热器电阻的关系的图。

图20是实施方式1的用来说明温度控制部的温度控制方法的框图。

图21是实施方式1的用来说明温度控制部的温度控制方法的时间图。

具体实施方式

(实施方式1)

参照图1～图14对有关粒子状物质检测传感器的实施方式进行说明。

如图1～图4所示，粒子状物质检测传感器S具备包括用来检测被测定气体中含有的粒子状物质的传感器元件1的传感器主体S1、和包括传感器侧控制单元(Sensor ControlUnit；以下称作SCU)2的传感器控制部S2。传感器元件1被保持在传感器主体S1内，具备在绝缘性基体11的表面具有一对计测电极31、32的检测部3以及用来将检测部3加热的加热器部4。

这样的粒子状物质检测传感器S能够应用于例如如图5所示那样搭载于作为内燃机的车辆用柴油发动机(以下简称发动机)ENG的废气净化装置100。传感器主体S1安装于发动机ENG的废气管101。在废气管101的管壁处，在传感器主体S1的上游侧安装着柴油颗粒物过滤器(以下简称DPF)102，根据来自SCU2的指令，收容在传感器主体S1中的传感器元件1检测从DPF102漏出的粒子状物质。

SCU2具有温度控制部21、检测控制部22和异常判定部23，与车辆侧电子控制单元(Electronic Control Unit；以下简称ECU)5连接，与ECU5一起构成传感器控制部S2。

温度控制部21控制向加热器部4的通电而将检测部3保持为规定温度，检测控制部22向一对计测电极31、32间供给电压，取得与一对计测电极31、32间的电阻值对应的检测信号。异常判定部23基于由检测控制部22取得的检测信号，判定传感器元件1的异常的有无。

进而，异常判定部23具有第1判定部24和第2判定部25，当第1判定部24做出否定判定、并且第2判定部25在第2判定温度T2下做出否定判定时，判定为检测信号的信号路径的断线异常。

第1判定部24判定在通过温度控制部21将检测部3控制为第1判定温度T1且由检测控制部22向一对计测电极31、32间供给了检测用电压的状态下所取得的检测值是否是正常判定阈值以上。

第2判定部25判定在通过温度控制部21将检测部3控制为比第1判定温度T1高且第2判定温度T2以下的温度范围、由检测控制部22向一对计测电极31、32间供给了检测用电压的状态下所取得的检测值是否是正常判定阈值Ith以上。

具体而言，优选的是，第2判定部25在从第1判定温度T1向第2判定温度T2升温的期间对所取得的检测值进行至少1次以上阈值判定。并且，在直到达到第2判定温度T2为止持续做出否定判定时，能够判定为断线异常。

此外，异常判定部23在第1判定部24做出肯定判定时，或者在第2判定部25中在从第1判定温度T1向第2判定温度T2升温的期间实施的阈值判定做出肯定判定时，能够判定为检测信号的信号路径正常。

在第2判定部25中，温度控制部21例如优选将从第1判定温度T1向第2判定温度T2的升温速度设为3℃/0.1秒以下。此时，能够通过温度控制的迟缓，抑制检测部3过度升温的情况。

传感器控制部S2能够具备由温度控制部21将检测部3控制为粒子状物质能够燃烧的再生温度区域的再生控制功能。此时，优选的是，将第1判定部24的第1判定温度T1设定在再生温度区域中。

此外，第2判定部25的第2判定温度T2优选设定为，使基于检测部3的个体偏差或老化造成的电导率下降而设想的检测信号的下限值为正常判定阈值Ith以上。

接着，对粒子状物质检测传感器S的详细结构进行说明。

在图1、图2中，粒子状物质检测传感器S具备具有传感器元件1的传感器主体S1和传感器控制部S2。传感器控制部S2具有与传感器主体S1连接的SCU2及ECU5。传感器主体S1具有筒状的壳体H，在其内周侧同轴地收容传感器元件1，并且在壳体H的外周侧具备安装螺纹部H1。在两端开口的壳体H的前端侧，固定着容器状的元件罩10，在基端侧固定着筒状的大气罩12。

另外，这里，设图1中的上下方向为传感器元件1的轴向X，设其下端侧为传感器元件的前端侧，设上端侧为传感器元件1的基端侧。

大气罩12将位于废气管101(例如参照图5)外部的传感器元件1的基端侧覆盖，经由从大气罩12的基端侧取出的导线13将传感器元件1与SCU2电连接。SCU2例如基于来自ECU5的用于异常判定的检测指示及再生指示，由温度控制部21向传感器元件1的加热器部4输出加热指示，将检测部3控制为希望的温度，或者停止检测部3的加热。

此外，从SCU2的检测控制部22向传感器元件1的检测部3供给检测用电压，基于来自检测部3的检测信号的检测值被向ECU5发送。该检测值被向异常判定部23输入，基于检测值的异常有无的判定结果被向ECU5发送。ECU5基于这些传感器信息、及来自在DPF102的下游设置的温度传感器103的气体温度信息(例如参照图5)，控制由DPF102进行的PM捕获等。此外，经由SCU2控制粒子状物质检测传感器S的动作。

这些各部的控制的详细情况在后面叙述。

如在图3、图4中表示的一例那样，传感器元件1以细长的长方体形状在传感器主体S1的轴向X上延伸。在传感器元件1的前端面，设有检测部3，检测从发动机ENG排出的废气中含有的PM。传感器元件1的前端部从壳体H沿轴向X突出，位于安装在壳体H上的元件罩10内。元件罩10将传感器元件1的外侧覆盖，保护其不受废气中的有毒物质及冷凝水等的影响。

元件罩10例如是壳体H侧开口的二重容器状，包括同轴配置的外罩10a和内罩10b。外罩10a在前端面侧的侧面上贯通形成有多个气体流通孔11a，能够从废气管101将废气导入或导出。内罩10b在前端面上贯通形成有气体流通孔11b，并且在基端侧的侧面上贯通形成有多个气体流通孔11c。气体流通孔11c设有朝向内罩10b的内侧倾斜的导引部11d，导引部11d的前端朝向传感器元件1的检测部3配置。

传感器元件1例如是具有层叠构造的层叠型元件，将扁平的长方体形状的绝缘性基体11的前端面作为检测部3。检测部3配置有成为一对计测电极31、32的多个线状电极，构成极性交替地不同的多个电极对。检测部3例如在成为绝缘性基体11的多个绝缘性片之间交替地配设成为计测电极31、32的电极膜而成为层叠体，通过烧制一体化而形成。

此时，至少一部分埋设在绝缘性基体11中的电极膜的端缘部在绝缘性基体11的前端面上以线状露出，构成计测电极31、32。绝缘性基体11例如能够使用氧化铝等绝缘性陶瓷材料构成。

在绝缘性基体11的内部，埋设有与一对计测电极31、32连接的未图示的导体部。这些导体部在传感器元件1的基端侧被引出，经由导线13而与SCU2的检测控制部22连接(参照图1)。

此外，在绝缘性基体11的内部，在形成计测电极31、32的前端面的附近，埋设有成为加热器部4的发热部的加热器电极41、用来对加热器电极41通电的一对导体部42、43、和检测用导体部44。这些导体部42、43、44在传感器元件1的基端侧被引出，经由导线13而与SCU2的温度控制部21连接(例如参照图1)。

温度控制部21例如具备对加热器驱动信号的脉冲宽度进行控制的脉冲宽度调制电路，能够根据脉冲信号的占空比(以下称作加热器占空比)来控制向加热器部4的通电量。此外，能够基于加热器电极41的电阻值(以下适当简称加热器电阻)来检测传感器元件1的检测部3的温度(以下适当简称元件温度)T。因此，温度控制部21例如设有加热器电阻检测电路，通过检测在施加了规定的电压时流过加热器部4的电流来计算加热器部4的电阻值。此外，利用检测用导体部44，检测导体部42、43的导体电阻，并从加热器部4的电阻值中减去，由此能够正确地计算加热器电阻。

因而，在粒子状物质检测传感器S的异常判定时、及伴随着发动机ENG的启动的传感器元件1的再生控制时，能够由温度控制部21控制加热器部4的发热量，将传感器元件1加热到希望的温度。例如，在发动机ENG启动后，在开始由检测控制部22进行的PM检测时，在其之前实施将检测部3加热到PM的燃烧温度以上(例如600℃～800℃左右)、将捕获到的PM燃烧除去而使传感器元件1回到初始状态的再生控制。此外，在发动机ENG的低温启动时等，为了将附着在传感器元件1上的冷凝水除去，还能够实施加热到比PM的燃烧温度低的温度(例如300℃～600℃左右)的耐受水控制。

这里，通过图6所示的示意图说明PM检测原理。传感器元件1的检测部3，在绝缘性基体11的表面隔开规定间隔而对置地配设有一对计测电极31、32，在初始状态下一对计测电极31、32不导通。在PM检测期间，当由检测控制部22供给规定的电压，则PM被在一对计测电极31、32间产生的电场吸引，逐渐堆积。由此，在一对计测电极31、32间导通的情况下，对应于PM捕获量而一对计测电极31、32间的电阻值变化。因而，通过检测一对计测电极31、32间的电流信号，能够根据预先知道的PM捕获量与电流的关系求出PM捕获量。

检测控制部22例如具备用来向一对计测电极31、32间供给电压的电压供给电路。由此，在规定的PM检测期间，供给规定的捕获用电压，能够将PM静电捕获到一对计测电极31、32间，检测基于PM捕获量的传感器电流。此外，在异常判定部23的规定的异常判定期间，通过在规定的高温条件下供给规定的检测用电压，能够使一对计测电极31、32间产生漏电流。用于异常判定的检测用电压既可以与用于PM检测的捕获用电压相同，也可以不同。

接着，对SCU2的异常判定部23的详细情况进行说明。

如图7所示，在本形态中，传感器元件1的加热器部4经由具有加热器开关的H+布线而与SCU2的温度控制部21连接，并且经由H－布线而被接地。此外，检测部3经由具有电压开关的S+布线而与检测控制部22连接，并且经由S－布线而被接地。在S+布线的中途配置有电流计20，当在PM检测期间或异常判定期间中电压开关接通时，流过检测部3的传感器电流被检测。

这里，如在图中用×标记表示的那样，如果在成为信号路径的S+布线或S－布线的中途发生断线，则即使在PM检测期间中电压开关接通，也检测不到传感器电流。即，即使处于从前级的DPF102漏出的PM堆积在检测部3的一对计测电极31、32间而电极间电阻下降的状态，基于粒子状物质检测传感器S的PM捕获量也被判断为零，DPF102的故障检测变得困难。

因此，为了确保DPF102的故障检测的精度，在异常判定部23中设置第1判定部24及第2判定部25，定期地诊断粒子状物质检测传感器S的PM检测功能是正常还是异常。为此，异常判定部23，在检测部3的计测电极31、32间产生能够检测的漏电流的条件下，进行基于检测控制部22的传感器电流的检测，能够基于检测值的大小进行正常判定或异常判定。

另外，作为构成信号路径的传感器信号线的S+布线及S－布线除了将传感器元件1与SCU2连接的导线13以外，还包括达到传感器元件1内部的检测部3的未图示的导体部、形成于SCU2的导体部等。

如图8所示，在对正常的传感器元件1的检测部3供给检测用电压(例如30V～40V左右)而升温的情况下，在再生温度区域(例如650℃～800℃左右)以上的高温区域中，在计测电极31、32间产生漏电流。检测到的漏电流(即，图中的检测值)随着温度上升而指数函数性地变大，超过正常判定阈值Ith。但是，即使是正常的传感器元件1的初始品也存在个体偏差，此外，老化越是进展则电导率越减小，所以显现的电流值较大地下降(即，图中的电流下限品)。另一方面，在发生了断线的状态下，得不到检测信号，检测值不论温度如何都大致为零(即，图中的异常品)。

此时，如图9的下图所示，将能够区别正常品和异常品的正常判定阈值Ith对第1判定部24和第2判定部25共通地设定，通过一边将元件温度T阶段性地升温操作，一边与来自检测部3的检测值进行比较，能够进行传感器信号线的异常诊断。该情况下，首先，关于第1判定部24，升温到在正常初始品中能够检测到传感器电流的第1判定温度T1，根据需要，关于第2判定部25，从第1判定温度T1向第2判定温度T2进一步进行升温操作。第2判定温度T2是比第1判定温度T1高的温度，并且是在电流下限品中也能检测到传感器电流的温度，被设定在不达到过度升温的温度范围中。

优选的是，如图9的上图所示，一边从第1判定温度T1向第2判定温度T2阶段性地升温，一边适时检测传感器电流，实施异常诊断。在成为第2判定温度T2之前，在达到了正常判定阈值Ith的情况下，能够在该时间点结束判定。这样，能够不超过必要地升温地进行最小限度的耗电下的诊断，此外，能够抑制传感器元件1的热劣化。

由此，如图10的上图所示，如果是正常初始品，则在第1判定部24中，通过升温到第1判定温度T1，检测值超过正常判定阈值Ith，能够判定为正常。如图10的中图所示，即使是不易显现传感器电流的电流下限品，在第2判定部25中，在向比第1判定温度T1高的第2判定温度T2升温的期间，检测值也超过正常判定阈值Ith，能够判定为正常。另一方面，如图10的下图所示，如果是异常品，则能够在第1、第2判定部24、25中都不判定为正常而判定为异常。

正常判定阈值Ith具体而言被设定为能够可靠地区分在断线时检测到的异常品的传感器电流(即，包含电路误差偏差)和在正常时检测到的传感器电流(即，包括正常初始品、电流下限品)的电流值。优选的是，考虑所设想的电路误差偏差(例如0.5μA)，将正常判定阈值Ith设定为比其充分大的值(例如1.0μA以上)。

第1判定部24的第1判定温度T1具体而言被设定为在正常初始品时显现基于漏电流的传感器电流的温度以上且传感器元件1不热劣化的温度范围。关于该第1判定温度T1的温度范围，例如能够将检测部3的计测电极31、32间的绝缘电阻值成为规定值(例如，20MΩ；35V供给时)以下的温度设为下限值，将低于不导致构成计测电极31、32的铂的蒸发或灰分(即Ash)的熔敷的升温极限温度、考虑了正常初始品的个体偏差时显现漏电流的最大温度设为上限值，优选的是，通过设定为在通常的正常初始品时能够检测到传感器电流的比较低的温度范围(例如700℃～750℃左右)，能够进一步减少能量损失。

此外，第2判定部25的第2判定温度T2被设定为比第1判定温度T1高的温度，并且被设定为即使是因为老化而难以显现传感器电流的电流下限品、所设想的检测信号的下限值也超过正常判定阈值Ith那样的温度范围。关于该第2判定温度T2的温度范围，优选的是，还考虑高气体流速时的电流下降，能够将能可靠地产生不被温度电路检测偏差掩盖的水平的电流值的温度设为下限值，将不导致构成计测电极31、32的铂的蒸发或灰分(即Ash)的熔敷的升温极限温度设为上限值，通过设定为不超过升温极限温度的温度(例如750℃～800℃左右)，能够在抑制过度升温的同时进行正确的诊断。

由异常判定部23进行的异常诊断优选能够在发动机ENG启动时实施的传感器元件1的再生控制时一并进行。该情况下，第1判定部24的第1判定温度T1设定为传感器元件1的再生温度区域的温度。优选的是，通过将再生控制时的目标温度设定为第1判定温度T1，能够效率良好地进行异常判定部23的升温控制。

接着，使用图11的流程图和图12、图13的时间图，说明在SCU2的异常判定部23中执行的步骤的概要。图11的步骤S2～步骤S4对应于第1判定部24，步骤S6～步骤S10对应于第2判定部25。如图12所示，由SCU2实现的传感器元件1的控制模式在发动机ENG启动时按照耐受水模式、再生模式、冷却模式、捕获准备模式的顺序转移。由第1、第2判定部24、25进行的异常判定在再生模式下实施，再生温度≦第1判定温度T1<第2判定温度T2。

在图11中，当异常判定处理开始，首先，在步骤S1中，判定SCU2的控制模式是否是传感器元件1的再生模式。当步骤S1做出否定判定时，将本处理暂且结束。在步骤S1做出肯定判定的情况下，向步骤S2前进，判定传感器元件1的元件温度T是否是再生温度以上、即是否是第1判定温度T1以上(即，元件温度T≧再生温度(T1)？)。

当步骤S2做出否定判定时，向步骤S1返回，在步骤S2做出肯定判定的情况下，向步骤S3前进。在步骤S3中，为了进行第1判定部24的异常判定，利用检测控制部22向检测部3的计测电极31、32间供给规定的检测用电压。接着，向步骤S4前进，读入来自检测部3的检测信号，判定检测值是否是正常判定阈值Ith以上(即，检测值≧Ith？)。

当步骤S4做出肯定判定时，由于检测值是正常判定阈值Ith以上，判断为没有断线异常，所以向步骤S5前进，判定为传感器元件1的信号路径正常(即，断线异常检测：正常判定)。

如在图12的左图中表示的该情况下的时间图那样，在从耐受水模式切换为再生模式、元件温度T成为第1判定温度T1以上的情况下，成为诊断定时，施加检测用电压。由此，例如，在正常的初始品中，流过检测部3的传感器电流迅速地成为正常判定阈值Ith以上，做出正常判定。即，信号线断线异常标志保持为关闭(OFF)。

当步骤S4做出否定判定时，向步骤S6以后前进，接着，进行由第2判定部25进行的异常判定。在步骤S6中，利用温度控制部21，从第1判定温度T1向第2判定温度T2开始升温操作。接着，向步骤S7前进，读入来自检测部3的检测信号，判定检测值是否是正常判定阈值Ith以上(即，检测值≧Ith？)。

当步骤S7做出肯定判定时，由于检测值是正常判定阈值Ith以上，判断为没有断线异常，所以向步骤S5前进，判定为传感器元件1的信号路径正常(即，断线异常检测：正常判定)。

如在图12的左图中表示的该情况下的时间图那样，在从耐受水模式切换为再生模式、元件温度T成为第1判定温度T1以上的情况下，成为诊断定时，施加检测用电压。此时，例如，在虽然是正常品但是经过老化而成为电流下限品的情况下，虽然不显现传感器电流，但通过进一步向第2判定温度T2升温，传感器电流成为正常判定阈值Ith以上，做出正常判定。即，信号线断线异常标志保持为关闭。

当步骤S7做出否定判定时，向步骤S8前进，判定元件温度T是否达到了第2判定温度T2(即，元件温度T≧T2？)。当步骤S8做出肯定判定时，向步骤S9前进，将断线诊断时间加计数。然后，向步骤S10前进，判定断线诊断时间是否成为了规定的判定值以上(即，断线诊断时间≧判定值？)。

当步骤S10做出否定判定时，向步骤S1返回，重复以后的步骤。

当步骤S10做出肯定判定时，由于检测值没有成为正常判定阈值Ith以上，判断为在传感器元件1的信号路径中有断线异常，所以向步骤S11前进，做出异常判定(即，断线异常检测：异常判定)。进而，向步骤S12前进，将SCU控制模式设定为异常模式。

如在图13中表示的该情况下的时间图那样，在从耐受水模式切换为再生模式、元件温度T成为第1判定温度T1以上的情况下，成为诊断定时，施加检测用电压。此时，例如，在异常品的情况下，不显现传感器电流，即使进一步向第2判定温度T2升温，传感器电流也不成为正常判定阈值Ith以上。该断线诊断时间持续一定期间，并达到判定值，从而信号线断线异常标志开启(ON)。

这样，根据本形态，异常判定部23具有第1、第2判定部24、25，从而能够在抑制过度升温的同时，正确地判别传感器信号线的异常的有无。此外，能够利用兼用于检测部3的再生控制的温度控制部21和兼用于检测部3的PM检测的检测控制部22，效率良好地实施异常诊断。

另外，如图14所示，传感器电流也根据废气流速而变化，特别是，当在超过800℃的高温条件(例如850℃)下成为高流速，则传感器电流较大地下降。相对于此，在与异常判定部23的第1、第2判定温度T1、T2对应的温度域(例如，750℃、800℃)中，传感器电流的变化较小。此外，在如上述的现有技术那样使用传感器电流的差值的情况下，如果在2个测定时流速较大地变化，则有可能得不到正确的差值，但在本形态中，由于基于第1、第2判定部24、25中的检测值而每次进行异常判定，所以能够不受流速依赖性的影响地实施异常诊断。

优选的是，设定升温速度的上限(例如，3℃/0.1秒以下)，以使得在升温操作时，在从第1判定温度T1向第2判定温度T2升温时，即使发生响应延迟等也不过度升温，并且在断线诊断时间内能够向第2判定温度T2升温。此外，优选的是，设定升温速度的下限(例如，1℃/0.1秒以上)，以使得在断线诊断时间的判定值以内能够进行从第1判定温度T1向第2判定温度T2的升温。

例如，如图15所示，在将第2判定温度T2设定为比升温极限温度(例如800℃以下)低、且在电流下限品中显现漏电流的上限温度(例如770℃以上)时，有可能因为由加热器部4的升温操作带来的漏电流的显现到被检测到为止的时间延迟，从而元件温度T超过升温极限温度。为了使得在这样的情况下也不超过升温极限温度，从上限温度向升温极限温度的升温(例如，800℃－770℃)需要成为时间延迟(例如，1秒)的范围内。即，如以下表示的算式那样，通过将升温速度的上限设为3℃/0.1秒，能够抑制过度升温。

(800℃－770℃)/1秒＝3℃/0.1秒

此外，关于断线诊断时间，例如在将判定值设为10秒左右，将第1判定温度T1与第2判定温度T2的温度差设为100℃左右时，需要在判定值以内的时间中完成升温。该情况下，通过将升温速度的下限设为100℃/10秒＝1℃/0.1秒，能够抑制因升温慢造成的误诊断。

因而，优选的是，将升温速度设定在1℃～3℃/0.1秒的范围(例如，2℃/0.1秒)。

(实施方式2)

参照图16～图21，对实施方式2的粒子状物质检测传感器S进行说明。

在本形态中，粒子状物质检测传感器S的基本结构及基本动作与上述实施方式1是同样的，如图16所示，在SCU2的异常判定部23中设有第3判定部26这一点不同。将在本形态的异常判定部23中执行的步骤的概要表示在图17的流程图和图18的时间图中。

另外，在实施方式2以后使用的标号中，关于与在先实施方式中使用的标号相同的标号，只要没有特别表示，就表示与在先实施方式同样的构成要素等。

在本形态中，在异常判定部23中，除了第1、第2判定部24、25以外还设置第3判定部26，在异常诊断时，计测通过温度控制部21从第1判定温度T1升温到第2判定温度T2的经过时间，判定所计测出的经过时间(以下称作诊断经过时间)是否小于时间判定值Tth。异常判定部23在第3判定部26做出肯定判定之前，在第1、第2判定部24、25没有做出检测信号的信号路径的正常判定或异常判定时，能够判定为升温异常。

由此，除了上述实施方式1所示的传感器元件1的信号路径的异常以外，在发生了温度控制部21的升温故障的情况下，能够检测为异常。以下，以不同点为中心进行说明。

另外，在本形态中，如图16的上图所示，将异常判定部23设在ECU5内，基于从SCU2内的检测控制部22发送的检测值和诊断经过时间，由第1、第2判定部24、25和第3判定部26进行判定。如图16的下图所示，除了异常判定部23以外，还能够将温度控制部21、检测控制部22设在ECU5内。这样，异常判定部23、温度控制部21、检测控制部22可以设在作为传感器控制部S2的SCU2、ECU5的某个中。

如图19～图21所示，温度控制部21对元件温度T的升温控制通常利用加热器电阻和元件温度T的相关性进行，控制向加热器部4的通电，以成为与目标温度T0相对应的加热器电阻。

具体而言，如图19所示，由于传感器元件1的电阻温度特性具有个体偏差，所以通常将初始品的关系作为温度变换映射而存储，如图20所示，以使基于所检测的加热器电阻的实际温度与目标温度T0之差变小的方式，进行周知的PI控制，决定加热器通电量。

此时，如图21所示，例如，在初始升温时，设为固定占空比，以使得迅速升温到目标温度T0的附近、然后元件温度T成为一定温度的方式，通过运算求出基于加热器电阻的加热器占空比，对升温操作量进行反馈控制。

这里，如图19所示，在初始品和老化的耐久品中，电阻温度特性变化，有实际温度比目标温度T0低的趋向。因此，有可能无法正确地控制再生控制时的再生温度、异常判定部23的第1、第2判定温度T1、T2，在这样的情况下，认为是升温故障，不进行断线异常的判定。

使用图17的流程图，说明具体的步骤。

当异常判定处理开始，首先，在步骤S101中，判定SCU2的控制模式是否是传感器元件1的再生模式。当步骤S101做出否定判定时，将本处理暂且结束。在步骤S101做出肯定判定的情况下，向步骤S102前进，判定传感器元件1的元件温度T是否是再生温度以上，即是否是第1判定温度T1以上(即，元件温度T≧再生温度(T1)？)。

当步骤S102做出否定判定时，向步骤S101返回，在步骤S102做出肯定判定的情况下，向步骤S103前进。在步骤S103中，将诊断经过时间加计数，向步骤S104前进。在步骤S104中，判定诊断经过时间是否小于规定的时间判定值Tth(即，诊断经过时间<Tth？)。这些步骤S103、步骤S104对应于第3判定部26。

当步骤S102做出肯定判定时，向步骤S105前进。步骤S105～步骤S113与上述实施方式1中的步骤S4～步骤S12是同样的，以下简略地进行说明。

在步骤S105中，判定检测部3的检测值是否是正常判定阈值Ith以上(即，检测值≧Ith？)。当步骤S105做出肯定判定时，向步骤S106前进，传感器元件1的信号路径能够判定为正常(即，断线异常检测：正常判定)。

当步骤S105做出否定判定时，向步骤S107前进，从第1判定温度T1向第2判定温度T2开始升温操作。接着，向步骤S108前进，判定检测部3的检测值是否是正常判定阈值Ith以上(即，检测值≧Ith？)。当步骤S108做出肯定判定时，向步骤S106前进，传感器元件1的信号路径能够判定为正常(即，断线异常检测：正常判定)。

当步骤S108做出否定判定时，向步骤S109前进，判定元件温度T是否达到了第2判定温度T2(即，元件温度T≧T2？)。当步骤S109做出肯定判定时，向步骤S110前进，将断线诊断时间加计数后，向步骤S111前进，判定断线诊断时间是否成为了规定的判定值以上(即，断线诊断时间≧判定值？)。

当步骤S111做出否定判定时，向步骤S1返回，反复进行以后的步骤。

当步骤S111做出肯定判定时，由于判断为在传感器元件1的信号路径中有断线异常，所以向步骤S112前进，做出异常判定(即，断线异常检测：异常判定)。进而，向步骤S113前进，将SCU控制模式设定为异常模式。

如在图18的左图中表示的该情况下的时间图那样，在从耐受水模式切换为再生模式、元件温度T成为第1判定温度T1以上的情况下，成为诊断定时，施加检测用电压。此时，如果有断线异常则不显现传感器电流，即使向第2判定温度T2升温，传感器电流也不成为正常判定阈值Ith以上。该断线诊断时间持续一定期间，并达到判定值，从而信号线断线异常标志开启。

另一方面，当元件温度T成为第1判定温度T1以上，则开始诊断经过时间的计数，在达到规定的判定值之前被判定为异常或正常的情况下，元件温度T的升温控制由于被判断为正常，所以升温故障标志保持为关闭。

相对于此，如在图18的右图中表示的时间图那样，在尽管诊断经过时间的计数达到了规定的时间判定值Tth、但是没有被判定为异常或正常的情况下，能够判断为温度控制部21对元件温度T的升温控制没有被正常地进行。判定诊断经过时间的时间判定值Tth设定为在通常的元件温度升温控制时能够充分进行从第1判定温度T1向第2判定温度T2的升温的时间以上。并且，当达到判定值时，升温故障标志开启。

即，当步骤S104做出否定判定时，向步骤S114前进，判定为升温故障异常。进而，向步骤S115前进，将SCU控制模式设定为异常模式。

这样，根据本形态，能够基于诊断经过时间来检测基于升温故障的异常。因而，在预测到因升温故障造成的传感器电流的下降的情况下，不判断传感器信号线的异常的有无，从而能够避免误诊断。

本发明并不限定于上述各实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够对各种实施方式应用。

例如，在上述实施方式1、2中，粒子状物质检测传感器S应用于从车辆用的内燃机排出的粒子状物质的检测，但不限于此。此外，传感器元件1采用在前端面设置检测部3的结构，但也可以是在传感器元件1的侧面设置检测部3的结构。进而，除了元件罩10的形状及气体流通孔的配置以外，粒子状物质检测传感器S的各部结构等也能够适当变更。

Claims (9)

1.一种粒子状物质检测传感器(S)，具备用来检测被测定气体中含有的粒子状物质的传感器元件(1)、和传感器控制部(S2)，其特征在于，

上述传感器元件具有：

检测部(3)，在绝缘性基体的表面具有一对计测电极(31、32)；以及

加热器部(4)，用来将上述检测部加热；

上述传感器控制部具有：

温度控制部(21)，控制向上述加热器部的通电而将上述检测部保持为规定温度；

检测控制部(22)，向一对上述计测电极间供给电压，取得与一对上述计测电极间的电阻值对应的检测信号；以及

异常判定部(23)，基于由上述检测控制部取得的检测信号，判定上述传感器元件的异常的有无；

上述异常判定部具有：

第1判定部(24)，在由上述温度控制部将上述检测部控制为第1判定温度(T1)、由上述检测控制部在一对上述计测电极间施加了检测用电压的状态下，判定所取得的检测值是否为正常判定阈值(Ith)以上；以及

第2判定部(25)，在由上述温度控制部将上述检测部控制为比上述第1判定温度高且为第2判定温度(T2)以下的温度范围、由上述检测控制部在一对上述计测电极间施加了检测用电压的状态下，判定所取得的检测值是否为上述正常判定阈值以上；

在上述第1判定部做出否定判定、并且上述第2判定部在上述第2判定温度下做出否定判定时，判定为上述检测信号的信号路径的断线异常。

2.如权利要求1所述的粒子状物质检测传感器，其特征在于，

上述第2判定部，在从上述第1判定温度向上述第2判定温度升温的期间中，至少1次以上对上述检测值进行阈值判定，在直到到达上述第2判定温度为止持续否定判定时，判定为断线异常。

3.如权利要求1或2所述的粒子状物质检测传感器，其特征在于，

上述异常判定部，在上述第1判定部做出肯定判定时，或者在上述第2判定部中在从上述第1判定温度向上述第2判定温度升温的期间中实施的阈值判定做出肯定判定时，判定为上述检测信号的信号路径正常。

4.如权利要求3所述的粒子状物质检测传感器，其特征在于，

上述异常判定部，在上述第1判定部做出肯定判定时，不实施从上述第1判定温度向上述第2判定温度的升温，结束判定。

5.如权利要求1～4中任一项所述的粒子状物质检测传感器，其特征在于，

上述温度控制部阶段性地进行从上述第1判定温度向上述第2判定温度的升温。

6.如权利要求1～5中任一项所述的粒子状物质检测传感器，其特征在于，

上述温度控制部将从上述第1判定温度向上述第2判定温度的升温速度设为3℃/0.1秒以下。

7.如权利要求1～6中任一项所述的粒子状物质检测传感器，其特征在于，

上述传感器控制部具备通过上述温度控制部将上述检测部控制为粒子状物质能够燃烧的再生温度区域的再生控制功能；

上述第1判定部将上述第1判定温度设定在上述再生温度区域。

8.如权利要求1～7中任一项所述的粒子状物质检测传感器，其特征在于，

上述第2判定部设定上述第2判定温度，以使得基于上述检测部的个体偏差或老化所造成的电导率下降而设想的上述检测信号的下限值成为上述正常判定阈值以上。

9.如权利要求1～8中任一项所述的粒子状物质检测传感器，其特征在于，

上述异常判定部具有第3判定部(26)，该第3判定部(26)对通过上述温度控制部从上述第1判定温度升温至上述第2判定温度的经过时间进行计测，判定所计测到的经过时间是否小于时间判定值(Tth)；

在上述第3判定部做出肯定判定之前没有做出上述检测信号的信号路径的正常判定或异常判定时，判定为升温异常。