本發(fā)明涉及診斷裝置和傳感器，特別涉及對(duì)排氣中含有的顆粒狀物質(zhì)(以下稱為pm)進(jìn)行檢測(cè)的pm傳感器的診斷裝置和pm傳感器。

背景技術(shù)：

以往，作為對(duì)從內(nèi)燃機(jī)排出的排氣中的pm進(jìn)行檢測(cè)的傳感器，已知電阻型pm傳感器。電阻型pm傳感器在絕緣性基板的表面對(duì)置配置有一對(duì)導(dǎo)電性電極，利用電阻值因附著在這些電極上的導(dǎo)電性的pm(主要是碳煙組分)而變化的現(xiàn)象來(lái)推定pm量(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

此外，作為電阻型pm傳感器的故障診斷裝置，提出了如下的裝置：對(duì)兩個(gè)pm傳感器的再生時(shí)間相互進(jìn)行比較，在這些傳感器的再生時(shí)間之差大于預(yù)定值的情況下，判定為故障(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:日本特開2012－83210號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2:日本特開2009－144512號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，在專利文獻(xiàn)2的裝置中，由于需要在大致相同位置設(shè)置兩個(gè)pm傳感器，所以存在浪費(fèi)較多且高成本這種問(wèn)題。

此外，在專利文獻(xiàn)2的裝置中，由于如果不進(jìn)行傳感器再生則不能進(jìn)行診斷，所以，在傳感器再生的頻度較低的情況下，有可能無(wú)法早期檢測(cè)pm傳感器的功能失陷、功能劣化等。

因此，本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供一種能夠早期檢測(cè)pm傳感器的功能失陷、功能劣化的低成本的診斷裝置和傳感器。

用于解決課題的手段

本發(fā)明是為了達(dá)到上述目的而發(fā)明的，是配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中并檢測(cè)排氣中含有的顆粒狀物質(zhì)量的傳感器的診斷裝置，包括：時(shí)間變化率運(yùn)算部，其在上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量為預(yù)先設(shè)定的噴射量閾值以下的期間，求上述傳感器所檢測(cè)到的顆粒狀物質(zhì)量的時(shí)間變化率；以及異常判定部，其基于上述時(shí)間變化率運(yùn)算部所求出的上述顆粒狀物質(zhì)量的時(shí)間變化率，來(lái)判定上述傳感器的異常。

附圖說(shuō)明

圖1的(a)是表示應(yīng)用了本發(fā)明的一實(shí)施方式的診斷裝置的柴油引擎的排氣系統(tǒng)的一個(gè)例子的概略結(jié)構(gòu)圖，(b)是電子控制單元的功能框圖。

圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的診斷裝置的pm傳感器的示意性的局部剖視圖。

圖3是說(shuō)明本發(fā)明的診斷裝置的原理的圖。

圖4的(a)是表示本發(fā)明的一變形例的pm傳感器的傳感器部的示意性的立體圖，(b)是表示該pm傳感器的傳感器部的示意性的分解立體圖。

圖5是表示本發(fā)明的一變形例的pm傳感器的示意性的局部剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下，基于附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的診斷裝置。對(duì)于相同的零件，標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，它們的名稱及功能也相同。因而，不重復(fù)對(duì)它們的詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1的(a)是表示應(yīng)用了本實(shí)施方式的診斷裝置的柴油引擎(以下，簡(jiǎn)稱為引擎)的排氣系統(tǒng)的一個(gè)例子的概略結(jié)構(gòu)圖，圖1的(b)是電子控制單元的功能框圖。

如圖1的(a)所示，在引擎100的排氣通道(排氣管)110內(nèi)，從排氣上游側(cè)起依次設(shè)置有氧化催化劑210、微粒過(guò)濾器(以下，稱為dpf)220等。本實(shí)施方式的診斷裝置是將pm傳感器10配置在比dpf220靠上游側(cè)的排氣通道110而構(gòu)成的。另外，pm傳感器10的個(gè)數(shù)沒有限定，也可以是兩個(gè)以上。此外，pm傳感器10的配置位置也可以是比dpf220靠下游側(cè)的排氣通道110。

接下來(lái)，說(shuō)明pm傳感器10的詳細(xì)構(gòu)成。

如圖2所示，pm傳感器10包括：外殼構(gòu)件11，其被插入在排氣通道110內(nèi)；底座部20，其將外殼構(gòu)件11安裝于排氣通道110中；以及傳感器部30，其被收容在外殼構(gòu)件11內(nèi)。

外殼構(gòu)件11被形成為將底部側(cè)(在圖示例中是下端側(cè))封閉的有底圓筒狀。外殼構(gòu)件11的筒軸向的長(zhǎng)度l以與排氣通道110的半徑r大致相同的長(zhǎng)度形成，使得其底部側(cè)的筒壁部突出到排氣通道110的軸中心cl附近。另外，在以下的說(shuō)明中，將外殼構(gòu)件11的底部側(cè)作為前端側(cè)，將底部側(cè)的相反側(cè)作為外殼構(gòu)件11的基端側(cè)。

在外殼構(gòu)件11的前端側(cè)筒壁部，設(shè)置有在周向隔開間隔地配置的多個(gè)導(dǎo)入口12。此外，在外殼構(gòu)件11的基端側(cè)筒壁部，設(shè)置有在周向隔開間隔地配置的多個(gè)導(dǎo)出口13。導(dǎo)入口12的總開口面積s12被形成得比導(dǎo)出口13的總開口面積s13小(s12＜s13)。即，導(dǎo)入口12附近的排氣流速v12比導(dǎo)出口13附近的排氣流速v13慢(v12＜v13)，從而導(dǎo)入口12側(cè)的壓力p12比導(dǎo)出口13側(cè)的壓力p13高(p12＞p13)。由此，排氣氣體從導(dǎo)入口12被順暢地引入到外殼構(gòu)件11內(nèi)，同時(shí)，外殼構(gòu)件11內(nèi)的排氣氣體從導(dǎo)出口13被順暢地導(dǎo)出到排氣通道110內(nèi)。

底座部20包括外螺紋部21、以及螺母部22。外螺紋部21被設(shè)置在外殼構(gòu)件11的基端部，將外殼構(gòu)件11的基端側(cè)開口部封閉。該外螺紋部21與形成在排氣通道110上的凸臺(tái)部110a的內(nèi)螺紋部擰合。螺母部22例如是六角螺母，被固定在外螺紋部21的上端部。在這些外螺紋部21及螺母部22上形成有使后述的導(dǎo)電線32a、33a等插過(guò)的通孔(未圖示)。

傳感器部30包括過(guò)濾器構(gòu)件31、多對(duì)電極32、33、以及電加熱器34。

過(guò)濾器構(gòu)件31例如是通過(guò)對(duì)構(gòu)成由多孔質(zhì)陶瓷的分隔壁劃分的網(wǎng)格狀的排氣流路的多個(gè)單元(cell)的上游側(cè)和下游側(cè)交替地進(jìn)行孔封閉而形成的。該過(guò)濾器構(gòu)件31在使單元的流路方向與外殼構(gòu)件11的軸向(圖中上下方向)大致平行的狀態(tài)下，隔著緩沖構(gòu)件31a被保持在外殼構(gòu)件11的內(nèi)周面上。從導(dǎo)入口12引入到外殼構(gòu)件11內(nèi)的排氣氣體中的pm由于排氣氣體從下游側(cè)被孔封閉的單元流入到上游側(cè)被孔封閉的單元，從而被分隔壁表面或細(xì)孔捕集。另外，在以下的說(shuō)明中，將下游側(cè)被孔封閉的單元稱為測(cè)定用單元，將上游側(cè)被孔封閉的單元稱為電極用單元。

電極32、33例如是導(dǎo)電性的金屬線，從下游側(cè)(非孔封閉側(cè))交替地被插入到隔著測(cè)定用單元而對(duì)置的電極用單元中，從而形成電容器。這些電極32、33經(jīng)由導(dǎo)電線32a、33a分別與內(nèi)置在車輛的電子控制單元(稱為ecu)40中的未圖示的靜電容檢測(cè)電路連接。

電加熱器34例如是電熱線，構(gòu)成本發(fā)明的再生部件。電加熱器34因通電而發(fā)熱來(lái)加熱測(cè)定用單元，從而執(zhí)行將堆積在測(cè)定用單元內(nèi)的pm燃燒除去的所謂的過(guò)濾器再生(以下，也稱為傳感器再生)。因此，電加熱器34呈連續(xù)s字形地彎曲地形成，且相互平行的直線部分沿著流路而被插入到各測(cè)定用單元內(nèi)。

此外，如圖1的(b)所示，pm傳感器10包括傳感器再生控制部41、以及pm量推定運(yùn)算部42。傳感器再生控制部41和pm量推定運(yùn)算部42被搭載在ecu40中。另外，傳感器再生控制部41和pm量推定運(yùn)算部42也可以被搭載在與ecu40相互獨(dú)立地構(gòu)成的硬件單元中。

傳感器再生控制部41執(zhí)行根據(jù)由未圖示的靜電容檢測(cè)電路檢測(cè)的電極32、33間的靜電容cp而將電氣加熱器34接通(通電)的傳感器再生。電極32、33間的靜電容cp由以下的數(shù)學(xué)公式1表示，其中電極32、33間的介質(zhì)的介電常數(shù)設(shè)為ε、電極32、33的表面積設(shè)為s、電極32、33間的距離設(shè)為d。

[數(shù)學(xué)公式1]

在數(shù)學(xué)公式1中，電極32、33的表面積s固定，若pm被過(guò)濾器構(gòu)件31捕集，則介電常數(shù)ε及距離d會(huì)變化，靜電容cp也會(huì)隨之變化。即，在電極32、33間的靜電容cp與過(guò)濾器構(gòu)件31的pm堆積量之間，成立比例關(guān)系。

若電極32、33間的靜電容cp達(dá)到表示過(guò)濾器構(gòu)件31的pm上限堆積量的預(yù)定的靜電容上限閾值cpmax，則傳感器再生控制部41開始使電氣加熱器34接通的傳感器再生(參照?qǐng)D3)。持續(xù)該傳感器再生，直到靜電容cp降低到表示pm完全除去的預(yù)定的靜電容下限閾值cpmin。

pm量推定運(yùn)算部42是本發(fā)明的推定部件的一個(gè)例子，其求電極32、33間的靜電容cp，并且，基于成為測(cè)量對(duì)象的期間的靜電容變化量δcpn，推定排氣中的總pm量mpmsum。

用對(duì)靜電容變化量δcpn乘以一次系數(shù)β的以下的數(shù)學(xué)公式2得到在任意的期間tn期間內(nèi)由過(guò)濾器構(gòu)件31捕集的pm量mpmn。

[數(shù)學(xué)公式2]

mpm_n＝β·δcpn

pm量推定運(yùn)算部42基于將從數(shù)學(xué)公式2算出的期間tn的pm量mpmn依次累計(jì)的以下的數(shù)學(xué)公式3，實(shí)時(shí)運(yùn)算流入到pm傳感器10的過(guò)濾器構(gòu)件31中的排氣中的總pm量mpmsum。

[數(shù)3]

需要說(shuō)明的是，pm傳感器10還包括本實(shí)施方式的診斷裝置1。

診斷裝置1包括時(shí)間變化率運(yùn)算部2、以及異常判定部3。

時(shí)間變化率運(yùn)算部2和異常判定部3被搭載在車輛的ecu40中。另外，時(shí)間變化率運(yùn)算部2和異常判定部3也可以被搭載在與ecu40相互獨(dú)立地構(gòu)成的硬件單元中。

時(shí)間變化率運(yùn)算部2在作為內(nèi)燃機(jī)的引擎100的燃料噴射量為預(yù)先設(shè)定的噴射量閾值以下的期間，求pm傳感器10所檢測(cè)到的pm量的時(shí)間變化率。另外，燃料噴射量由于在ecu40中被用于引擎控制等，所以，以取得在ecu40中使用的燃料噴射量并用于運(yùn)算的方式來(lái)構(gòu)成時(shí)間變化率運(yùn)算部2即可。

噴射量閾值被設(shè)定為從引擎100幾乎不會(huì)產(chǎn)生pm的較小的值即可。此處，將時(shí)間變化率運(yùn)算部2構(gòu)成為，將噴射量閾值設(shè)定為0，在燃料噴射量為0的燃料切斷時(shí)，求pm傳感器10所檢測(cè)到的pm量的時(shí)間變化率。

異常判定部3基于時(shí)間變化率運(yùn)算部2所求出的pm量的時(shí)間變化率來(lái)判定pm傳感器10的異常。

如圖3所示，在燃料噴射量為噴射量閾值以下的期間(此處是燃料噴射量為0的燃料切斷時(shí))d，由于從引擎100幾乎不會(huì)排出pm，所以，在pm傳感器10正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，在該期間d，靜電容cp幾乎不變化，pm量的時(shí)間變化率也必須大致為0。因此，在期間d中pm量的時(shí)間變化率變大的情況下，認(rèn)為pm傳感器10發(fā)生了某些異常。

此處，pm量是指在測(cè)量時(shí)刻由過(guò)濾器構(gòu)件31捕集的pm的量，能夠使用前次的傳感器再生以后的總pm量mpmsum。由于總pm量mpmsum的變化量依存于電極32、33間的靜電容cp的變化量，所以，在本實(shí)施方式中，為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，將靜電容cp的時(shí)間變化率(dcp/dt)用作表示pm量的時(shí)間變化率的指標(biāo)。

即，在本實(shí)施方式中，時(shí)間變化率運(yùn)算部2被構(gòu)成為求燃料切斷時(shí)的靜電容cp的時(shí)間變化率(dcp/dt)，異常判定部3被構(gòu)成為基于靜電容cp的時(shí)間變化率(dcp/dt)來(lái)判定pm傳感器10的異常。

并且，由于靜電容cp根據(jù)排氣氣體的溫度而變化，所以，通過(guò)根據(jù)排氣氣體的溫度來(lái)對(duì)實(shí)測(cè)的靜電容cp進(jìn)行校正，從而能夠進(jìn)一步提高判定精度。

在本實(shí)施方式中，還包括檢測(cè)排氣氣體的溫度的排氣氣體溫度檢測(cè)部件(未圖示)，將異常判定部3構(gòu)成為：通過(guò)將值a與預(yù)先設(shè)定的變化率閾值進(jìn)行比較，從而判定pm傳感器10的異常，其中，該值a是用排氣氣體溫度檢測(cè)部件所檢測(cè)到的排氣氣體的溫度t對(duì)靜電容cp的時(shí)間變化率(dcp/dt)校正后的值，即由以下的數(shù)學(xué)公式表示的值，

a＝(dcp/dt)×f(t)

其中，f(t)：是取決于排氣氣體的溫度t的校正系數(shù)。

更具體而言，異常判定部3被構(gòu)成為：在上述的值a比變化率閾值大的情況下，判定為pm傳感器10異常，在值a為變化率閾值以下的情況下，判定為pm傳感器10不是異常。對(duì)于校正系數(shù)f(t)，例如將根據(jù)排氣氣體的溫度t進(jìn)行參照的校正系數(shù)映射預(yù)先搭載在ecu40中，通過(guò)參照該校正系數(shù)映射來(lái)求出即可。

此外，由于排氣氣體的溫度由設(shè)置于排氣通道110的溫度傳感器(未圖示)測(cè)定并被用于dpf220的再生控制等，所以，將該溫度傳感器用作排氣氣體溫度檢測(cè)部件即可。

說(shuō)明本實(shí)施方式的作用效果。

在本實(shí)施方式的診斷裝置1中，包括：時(shí)間變化率運(yùn)算部2，其在作為內(nèi)燃機(jī)的引擎100的燃料噴射量為預(yù)先設(shè)定的噴射量閾值以下的期間，求出pm傳感器10所檢測(cè)到的pm量的時(shí)間變化率；以及異常判定部3，其基于時(shí)間變化率運(yùn)算部2所求出的pm量的時(shí)間變化率，來(lái)判定pm傳感器10的異常。

在將兩個(gè)電阻型pm傳感器的輸出值相互比較的現(xiàn)有技術(shù)中，由于需要在大致相同的場(chǎng)所設(shè)置兩個(gè)相同的pm傳感器，所以成本高，此外，在傳感器再生的頻度較低的情況下，有可能無(wú)法早期檢測(cè)pm傳感器的功能失陷、功能劣化等。

與此不同，在本實(shí)施方式的診斷裝置1中，利用在燃料噴射量較小的期間(優(yōu)選燃料切斷時(shí))幾乎不會(huì)產(chǎn)生pm的現(xiàn)象，構(gòu)成為在該期間的pm量的時(shí)間變化率較大的情況下，判定為pm傳感器10為異常。

因此，不需要為了診斷pm傳感器10而在相同的場(chǎng)所設(shè)置多個(gè)pm傳感器10、成本低，此外，能夠在減速時(shí)或下坡的行駛時(shí)、或者靠慣性行駛時(shí)等每當(dāng)燃料噴射量變小時(shí)，進(jìn)行pm傳感器10的異常判定，與以往比較，能夠提高pm傳感器10的異常判定的頻度，能夠早期檢測(cè)pm傳感器10的功能失陷、功能劣化等。

此外，本實(shí)施方式的pm傳感器10由靜電容式的傳感器構(gòu)成，該靜電容式的傳感器在包含配置于排氣通道110中并捕集排氣中的顆粒狀物質(zhì)的單元的過(guò)濾器構(gòu)件31中，設(shè)置有隔著單元對(duì)置配置而形成電容器的至少一對(duì)電極32、33，并包括基于一對(duì)電極32、33間的靜電容cp來(lái)推定排氣中的pm量的推定部件。

在基于電極間的電阻值來(lái)推定pm量的電阻型pm傳感器中，由于電阻值在各電極因pm而相互相連之前的期間不會(huì)出現(xiàn)變化，所以，存在不能實(shí)時(shí)推定排氣氣體中的pm量的問(wèn)題。

與此不同，本實(shí)施方式的pm傳感器10被構(gòu)成為：基于靈敏度良好的電極32、33間的靜電容變化量來(lái)推定pm量，并將推定出的pm量依次累計(jì)，從而運(yùn)算排氣氣體中的pm量。因而，根據(jù)本實(shí)施方式的pm傳感器10，能夠高精度且實(shí)時(shí)推定從引擎100排出的排氣氣體中的pm量。

此外，在使pm附著到各電極上的電阻型pm傳感器中，例如，在排氣流量變多的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，有可能pm的一部分從電極脫離，存在不能保證pm量的推定精度的問(wèn)題。與此不同，本實(shí)施方式的pm傳感器10被構(gòu)成為用過(guò)濾器構(gòu)件31可靠地捕集排氣氣體中的pm。因而，根據(jù)本實(shí)施方式的pm傳感器10，即使在排氣流量變多的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，也能夠有效地確保pm量的推定精度。

此外，在本實(shí)施方式的pm傳感器10中，使收容有傳感器部30的外殼構(gòu)件11的前端部在排氣通道110內(nèi)突出到排氣流速最快的軸中心cl附近。在該外殼構(gòu)件11的前端側(cè)筒壁部，設(shè)置有將排氣氣體引入到外殼構(gòu)件11內(nèi)的導(dǎo)入口12。此外，在外殼構(gòu)件11的基端側(cè)筒壁部，設(shè)置有開口面積形成得比導(dǎo)入口12大的導(dǎo)出口13。即，根據(jù)本實(shí)施方式的pm傳感器10，通過(guò)將導(dǎo)入口12配置在排氣流速較快的排氣通道110的軸中心cl附近，并將導(dǎo)出口13的開口面積設(shè)定得較大，從而能夠確保導(dǎo)入口12與導(dǎo)出口13的靜壓差較大，能夠有效地促進(jìn)通過(guò)傳感器部30的排氣氣體的流動(dòng)。

本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，當(dāng)然能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)施加各種變更。

例如，pm傳感器10的具體構(gòu)成不限于上述實(shí)施方式，如圖4的(a)、(b)所示，也可以使用層疊類型的傳感器部60。

傳感器部60包括：長(zhǎng)方體狀的多個(gè)過(guò)濾器層61，其在一個(gè)方向上并列配置有上游側(cè)和下游側(cè)交替地被孔封閉的單元；以及多張第1和第2電極板62、63，其由平板狀的導(dǎo)電性構(gòu)件構(gòu)成，傳感器部60是將第1和第2電極板62、63隔著過(guò)濾器層61交替地層疊而構(gòu)成的。第1和第2電極板62、63的長(zhǎng)度方向l及寬度方向w的外形尺寸被形成得與過(guò)濾器層61大致相同。

通過(guò)將第1電極板62和第2電極板63對(duì)置配置，并在這些電極板62、63間夾持過(guò)濾器層61，從而能夠有效地確保電極表面積s，能夠提高能檢測(cè)的靜電容絕對(duì)值。此外，由于電極間距離d為單元間距并被均勻化，從而能夠有效地抑制初期靜電容的偏差。

另外，在將堆積在單元中的pm燃燒除去的情況下，對(duì)電極板62、63直接施加電壓、或者在過(guò)濾器層61與電極板62、63之間夾設(shè)未圖示的加熱器基板等即可。

此外，如圖5所示，也可以交換導(dǎo)入口12與導(dǎo)出口13的位置，使被導(dǎo)入到外殼構(gòu)件11內(nèi)的排氣氣體的流動(dòng)成為反向。在該情況下，將過(guò)濾器構(gòu)件31反轉(zhuǎn)收容在外殼構(gòu)件11內(nèi)即可。