DE102010042226A1

DE102010042226A1 - Vorrichtung zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Dieselpartikelfilters

Info

Publication number: DE102010042226A1
Application number: DE102010042226A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nishio-city Matsuoka; Shinya Nishio-city Teranishi; Takashi Kariya-city Sawada; Hideaki Kariya-city Itoh; Hirofumi Nishio-city Takeuchi
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2011-04-28
Also published as: JP2011080439A

Abstract

Der DPF ist in dem Abgasrohr 2 der Dieselmaschine E/G platziert. Der PM-Sensor 1 eines elektrischen Widerstandstyps ist auf einer stromabwärts liegenden Seite des DPF platziert und erfasst Partikelstoff PM, der in einem den DPF durchströmenden Abgas enthalten ist. Die ECU vergleicht Ausgaben des PM-Sensors 1 unter einer ersten Temperaturbedingung und einer zweiten Temperaturbedingung, und bestimmt, dass sich der DPF in einem unnormalen Zustand befindet, wenn die Ausgabedifferenz einen vorbestimmten Wert überschreitet. In der ersten Temperaturbedingung ist die Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensor 1 gleich der Temperatur T1 des Abgases. In der zweiten Temperaturbedingung ist die Temperatur T2 höher als die Temperatur T1.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Dieselpartikelfilters (DPF), der im Stande ist, Partikelstoff PM oder feine Partikel einzufangen, der/die in einem Abgas enthalten ist/sind, das von einer Brennkraftmaschine ausgestoßen wird, wie etwa in Fahrzeugen installierten Dieselmaschinen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Vorrichtung, die mit einem Partikelstoff-(PM-)Sensor ausgestattet ist, der eine PM-Menge erfasst, die den DPF durchlaufen hat und in einem Erfassungsteil des PM-Sensors angesammelt wurde. Die Vorrichtung erfasst einen unnormalen Zustand des DPF, der eine beschädigte Zellwand aufweist, basierend auf einer erfassten PM-Menge, die in dem PM-Sensor angesammelt ist, und einem elektrischen Widerstand zwischen Erfassungselektroden in dem PM-Sensor.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Im Allgemeinen sind Dieselmaschinen, wie etwa eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestattet. Der DPF ist in einem Abgaskanal platziert und fängt Partikelstoff PM (auch als Partikulatstoff, Fest- bzw. Schwebstoff, Feinstaub, usw. bekannt) ein, der in dem Abgas enthalten ist, das von der Dieselmaschine ausgestoßen wird und in dem Abgaskanal strömt. Solcher PM besteht hauptsächlich aus Ruß (Kohlenstoff feiner Partikel) und einem löslichen organischen Bestandteil (SOF: ”Soluble Organic Fraction”).
Der DPF besteht aus poröser Keramik mit hoher Wärmebeständigkeit. Der DPF ist aus einer Vielzahl von Zellen und Zellwänden aufgebaut. Die Zellen sind durch die Zellwände abgeteilt. Die Zellwände bilden die Zellen. Jede der Zellwände weist in ihr eine Vielzahl von Poren auf. Das Abgas durchläuft die Zellen und die zwischen den benachbarten Zellen ausgebildeten Zellwände. Wenn das Abgas die Poren aufweisenden Zellwände durchläuft, fangen die Poren in dem Abgas enthaltenen PM ein. Mit anderen Worten entfernen die Poren der Zellwände in dem DPF PM aus dem Abgas, um so das Abgas zu reinigen.
Wenn die von dem DPF eingefangene PM-Menge einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein Abgas hoher Temperatur ins Innere der Zellen in dem DPF zugeführt, um so den in den Zellwänden von dem DPF angesammelten PM zu verbrennen. Dieser Vorgang regeneriert den DPF. Im Allgemeinen wird ein solches Abgas hoher Temperatur durch Erhitzen des DPF oder Durchführung einer Nacheinspritzung der Dieselmaschine erzeugt. Die regenerative bzw. regenerierende Periode des DPF kann basierend auf einer Druckdifferenz zwischen der Einlassöffnung bzw. Zuführung und der Auslassöffnung bzw. Abführung des DPF bestimmt werden, die durch Drucksensoren erfasst wird. Zum Beispiel bezeichnet eine Erhöhung der Druckdifferenz zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung des DPF, dass die in dem DPF angesammelte PM-Menge erhöht ist. Somit kann die in dem DPF angesammelte (oder von dem DPF eingefangene) PM-Menge basierend auf einem Erfassungsergebnis dieser Drucksensoren erfasst werden.
Zum Beispiel offenbaren Druckschriften des Standes der Technik, wie etwa die japanische Patentschrift Nr. JP H2-44386 und die japanische Offenlegungsschrift Nr. JP 2006-266961 , Sensoren, die im Stande sind, eine in einem Abgas enthaltene PM-Menge direkt zu erfassen. Diese Sensoren, die in der JP H2-44386 und der JP 2006-266961 offenbart sind, sind Sensoren vom elektrischen Widerstandstyp, die auf einer Leitfähigkeit von feinem Partikelstoff beruhen. Diese Sensoren bestehen hauptsächlich aus einem Paar von leitfähigen Elektroden, die auf einem Isolationssubstrat ausgebildet sind.
Wenn einer der vorgenannten Sensoren in einem Abgaskanal platziert ist, durch den ein PM enthaltendes Abgas strömt, wird PM an den leitfähigen Elektroden festgehalten. Dies ändert den elektrischen Widerstand der leitfähigen Elektroden. Es ist daher für den herkömmlichen Sensor möglich, eine in dem Abgas enthaltene PM-Menge basierend auf der Änderung des elektrischen Widerstands der leitfähigen Elektroden zu erfassen.
Ferner zeigt die erstgenannte Druckschrift des Standes der Technik JP H2-44386 die Methode zum Verbessern einer Erfassungsgenauigkeit des Sensors, bei der ein Heizteil auf einer rückseitigen (Ober-)Fläche oder im Inneren des Substrats des Sensors ausgebildet ist, und bei der die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands zwischen den leitfähigen Elektroden in dem Erfassungsteil des Sensors erhöht ist und eine Zeitdauer zum Widerherstellen oder Regenerieren des Sensors verringert werden kann, indem ein Erfassungsteil des Sensors auf eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von 400°C bis 600°C erhitzt wird.
Es gibt eine herkömmliche Methode zum Platzieren eines Sensors eines elektrischen Widerstandstyps auf einer stromaufwärts liegenden Seite eines DPF und zum Erfassen einer PM-Menge, die in einem Abgas enthalten ist, das in den DPF eingeführt wird, oder zum Platzieren des Sensors eines elektrischen Widerstandstyps auf einer stromabwärts liegenden Seite des DPF und zum Erfassen einer PM-Menge, die in einem Abgas enthalten ist, das von dem DPF abgeführt wird. Die Erstgenannte verwendet den Sensor eines elektrischen Widerstandstyps (anstelle des Differenzdrucksensors, der bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Methode verwendet wird), um eine regenerative bzw. regenerierende Zeitdauer zu bestimmen, um den DPF zu regenerieren. Die Letztgenannte verwendet den Sensor eines elektrischen Widerstandstyps, um die Betriebsbedingung bzw. den Betriebszustand des DPF zu überwachen und einen beschädigten oder defekten Zustand des DPF zu erfassen.
In letzter Zeit verpflichtet ein Gesetz Fahrzeuge dazu, eine Board- bzw. Eigendiagnose (OBD) installiert zu haben, um eine Störung bzw. Fehlfunktion des DPF zu erfassen, damit Umweltverschmutzung verhindert wird. Dies ist eine wichtige Sache.
Es gibt andere herkömmliche Methoden zum Erfassen des Vorhandenseins von in einem Abgas enthaltenem PM, zum Beispiel eine Methode zum Verwenden eines Sensors, eines Thermoelements und eines Katalysators, um eine durch eine Oxidationsreaktion von PM erzeugte Wärmeenergie zu erfassen, eine Methode zum Verwenden eines Diodenlasers mit abstimmbarer Wellenlänge, um in einem Abgas enthaltene Arten bzw. Sorten und eine Temperatur des Abgases zu überwachen. Andererseits weist der vorstehend beschriebene Sensor vom elektrischen Widerstandstyp im Vergleich zu den vorgenannten herkömmlichen Methoden einen Vorteil auf, wie etwa einen einfachen Aufbau und eine relativ stabile Ausgabe über eine lange Zeitdauer.
Die Druckschrift des Standes der Technik JP 2006-266961 zeigt die Methode zum Erfassen einer in einem Abgas enthaltenen geringen PM-Menge, bei der aus einem porösen leitfähigen Material bestehende Erfassungselektroden eingesetzt und zwischen einem Paar von Elektroden eines Sensors vom elektrischen Widerstandstyp platziert sind, damit ständig ein geringer Strom in den Erfassungselektroden fließt.
Ferner haben Druckschriften des Standes der Technik, wie etwa die japanische Offenlegungsschrift Nr. JP 2008-298071 und die japanische Offenlegungsschrift Nr. JP 2009-144577 , ein Fehlerdiagnosesystem vorgeschlagen, das mit einem oder mehreren Sensoren ausgestattet ist, um eine PM-Menge zu erfassen, die in einem von einem DPF ausgestoßenem Abgas enthalten ist.
Insbesondere weist das in der JP 2008-298071 offenbarte Fehlerdiagnosesystem zwei Sensoren auf, wobei einer ein Sensor auf einer stromaufwärts liegenden Seite ist, um eine PM-Menge zu erfassen, die in einem Abgas enthalten ist, das in den DPF hinein strömt, und der andere Sensor ein Sensor auf einer stromabwärts liegenden Seite ist, um eine PM-Menge zu erfassen, die in dem Abgas enthalten ist, das von dem DPF abgeführt wird. Das in der JP 2008-298071 offenbarte Fehlerdiagnosesystem integriert eine von dem Sensor auf der stromaufwärts liegenden Seite erfasste PM-Menge, schätzt die PM-Menge, die in dem von dem DPF abgeführten Abgas enthalten ist, und bestimmt die Störung bzw. Fehlfunktion des DPF basierend auf einer Differenz zwischen der von dem Sensor auf der stromabwärts liegenden Seite erfassten PM-Menge und der geschätzten PM-Menge.
Andererseits weist das in der JP 2009-144577 offenbarte Fehlerdiagnosesystem einen Sensor auf, der Elektroden aufweist, die in Abständen einer vorbestimmten Länge in/auf einer elektrischen Isolationsschicht platziert sind, an der in dem Abgas enthaltener PM festgehalten und angesammelt wird. Dieser Sensor ist auf einer stromabwärts liegenden Seite des DPF platziert. Dieses Fehlerdiagnosesystem erfasst Indizes bzw. Kennzahlen (oder Werte), die mit elektrischen Widerstandswerten zwischen den Elektroden korrelieren. Wenn der Erfassungswert kleiner wird als ein vorbestimmter Bezugswert, urteilt das Fehlerdiagnosesystem für ein Vorliegen einer Störung bzw. einer Fehlfunktion in dem DPF.
Wie es in der Druckschrift des Standes der Technik JP H2-44386 offenbart ist, wird jedoch, da der elektrische Widerstandssensor von einer Temperatur abhängige Eigenschaften aufweist, der Ausgabewert des elektrischen Widerstandssensors dadurch gemäß einer Änderung der Temperatur des Erfassungsteils des Sensors geändert. Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, passt der in der Druckschrift des Standes der Technik JP 2006-266961 offenbarte Sensor einen elektrischen Widerstandswert, der von einem Temperaturerfassungsteil von diesem erfasst wird, basierend auf einer vorbestimmten Tabelle an, die eine Beziehung zwischen einer Umgebungstemperaturänderung und einem elektrischen Widerstandswert zeigt, wobei diese im Voraus erfasst und gespeichert wird. Es ist notwendig, eine experimentelle Beziehung zwischen einer angesammelten PM-Menge und einem elektrischen Widerstandswert (oder einem Änderungsbetrag eines elektrischen Widerstands) zu erhalten, um die PM-Menge basierend auf einem angepassten elektrischen Widerstandswert und einem Anfangswert zu berechnen. Ferner ist es notwendig, eine normale PM-Menge festzulegen, wenn ein DPF korrekt arbeitet, und die berechnete PM-Menge mit der normalen PM-Menge zu vergleichen, um zu erfassen, ob der DPF in einem Abgas enthaltenen PM korrekt einfängt oder nicht.
Die PM-Menge, die in einem von einer Dieselmaschine ausgestoßenen Abgas enthalten ist, wird jedoch gemäß dem Betriebszustand (wie etwa einer Last und einer Drehzahl) der Dieselmaschine geändert. Je höher die Last der Dieselmaschine erhöht wird, desto mehr wird die in dem Abgas enthaltene PM-Menge erhöht. Wenn zum Beispiel die Last der Dieselmaschine erhöht wird, wird auch die Gesamtmenge an PM in dem gesamten Betriebsbereich von einer niedrigen Drehzahl hin zu einer hohen Drehzahl der Dieselmaschine erhöht.
Zusätzlich besteht eine Tendenz dahingehend, dass die PM-Menge erhöht wird, wenn die Drehzahl der Dieselmaschine erhöht wird und sich der Bedingung zum Anlassen des Fahrzeugs nähert.
Des Weiteren wird die von dem DPF abgeführte PM-Menge geändert, wenn eine PM-Partikelgröße und eine Verteilung von dieser gemäß der Antriebsbedingung der Dieselmaschine variiert werden. Dementsprechend ist es notwendig, die in dem Abgas enthaltene momentane PM-Menge mit einer PM-Menge zu vergleichen, die aus einem Kennfeld erhalten wird, das im Voraus erstellt wird, um einen Abfall einer Funktion des DPF und einen beschädigten Zustand des DPF zu erfassen. Es ist jedoch schwierig, ein solches Kennfeld hinsichtlich der PM-Menge in dem gesamten Betriebsbereich der Dieselmaschine im Voraus zu erstellen.
Da die PM-Menge, die in dem von dem DPF abgeführten Abgas enthalten ist, gemäß der in dem DPF angesammelten PM-Menge geändert wird, ist es weiterhin notwendig, ein Kennfeld zu erstellen, das eine Beziehung zwischen der in dem DPF angesammelten PM-Menge und der PM-Menge zeigt, die in dem von dem DPF abgeführten Abgas enthalten ist. Dies erhöht die Anzahl der Kennfelder, die im Voraus erstellt und in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert werden, und die verwendet werden, um die PM-Menge zu bestimmen. Daher erfordert die herkömmliche Methode einen komplizierten Erfassungsvorgang.
Außerdem zeigt die Druckschrift des Standes der Technik JP 2008-298071 keinerlei physikalisches Verfahren zum Erfassen und Beurteilen einer DPF-Störung bzw. -Fehlfunktion.
Des Weiteren bestimmt die Druckschrift des Standes der Technik JP 2009-144577 , ähnlich wie die JP 2006-266961 , einen Schwellenwert, um eine DPF-Störung bzw. -Fehlfunktion basierend auf einer Beziehung zwischen einer angesammelten PM-Menge und einem elektrischen Widerstandswert zu erfassen, die im Voraus erhalten wird. Das System urteilt für ein Auftreten einer geringfügigen Beschädigung in dem DPF, wenn ein erfasster elektrischer Widerstandswert zwischen Elektroden kleiner ist als der Schwellenwert.
Dieser Schwellenwert wird jedoch im Voraus basierend auf einem OBD-(Board- bzw. Eigendiagnose-)Bezug erhalten, aber die Druckschrift des Standes der Technik JP 2009-144577 zeigt keinerlei physikalische Betriebsbedingung der Dieselmaschine, um den Schwellenwert zu bestimmen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit einen Partikelstoff-PM-Sensor eines elektrischen Widerstandtyps ausgestattete Vorrichtung zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Dieselpartikelfilters (DPF) mit schnellem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit ohne Verwendung einer großen Anzahl von Kennfeldern und Durchführung irgendeines komplizierten Anpassungsprozesses bereitzustellen, wobei der DPF ein von einer Brennkraftmaschine wie etwa einer Dieselmaschine ausgestoßenes Abgas reinigt. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führt einen verbesserten Prozess einer Erfassung eines unnormalen Zustands des DPF basierend auf einem Erfassungsergebnis des PM-Sensors durch.
Um die vorgenannten Zwecke zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Partikelfilters bereit, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine platziert ist und zum Einfangen bzw. Festhalten von Partikelstoff PM im Stande ist, die einen Partikelfilter (DPF), einen Partikelstoffsensor 1 und einen Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) aufweist. Der Partikelfilter ist in einem Abgaskanal 2 einer Brennkraftmaschine E/G platziert und fängt Partikelstoff ein, der in einem von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgas enthalten ist, das in dem Abgaskanal 2 strömt. Der Partikelstoffsensor 1 ist auf einer stromabwärts liegenden Seite des Partikelfilters platziert und erfasst eine Menge an in einem Abgas enthaltenem Partikelstoff. Der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands erfasst einen unnormalen Zustand des Partikelfilters (DPF) basierend auf Erfassungsergebnissen des Partikelstoffsensors 1. Bei der Vorrichtung weist der Partikelstoffsensor 1 einen Erfassungsteil 100 und einen Heizerteil 300 auf. Der Erfassungsteil 100 weist ein Paar von Erfassungselektroden 11 und 12 auf, die auf einer (Ober-)Fläche eines Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind. Der Heizerteil 300 heizt den Erfassungsteil 100, so dass der Erfassungsteil 100 eine vorbestimmte Temperatur annimmt und ein elektrischer Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 gemäß der Partikelstoff-PM-Menge geändert wird, die an den Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 des Partikelstoffsensors 100 angesammelt wird. Bei der Vorrichtung weist der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) eine Beurteilungseinrichtung auf, die einen Ausgabewert des Erfassungsteils 100 unter einer ersten Temperaturbedingung mit einem Ausgabewert des Erfassungsteils 100 unter einer zweiten Temperaturbedingung vergleicht, wobei die erste Temperaturbedingung eine Bedingung ist, in der eine Temperatur T2 des Paars der Erfassungselektroden 11 und 12 gleich einer Temperatur T1 des Abgases ist. Andererseits ist die zweite Temperaturbedingung eine Bedingung, in der die Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 höher ist als die Temperatur T1 des Abgases, wobei T1 die Temperatur des Abgases ist und T2 die Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 ist. Die Beurteilungseinrichtung in dem Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) beurteilt, dass sich der Partikelfilter (DPF) in einem unnormalen Zustand befindet, wenn eine Differenz zwischen den Ausgabewerten des Erfassungsteils 100 in der ersten Temperaturbedingung und der zweiten Temperaturbedingung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst einen unnormalen Zustand des DPF durch Verwendung des PM-Sensors 1 eines elektrischen Widerstandstyps und Durchführung eines verbesserten Erfassungsprozesses eines unnormalen Zustands.
Wenn sich der DPF in einem unnormalen Zustand befindet, wie etwa, wenn er einen Zellwanddefekt aufweist, wird das von dem DPF abgeführte Abgas in den PM-Sensor 1 eingeführt und wird in dem Abgas enthaltener PM an den Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 des PM-Sensors 1 angesammelt. Der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) erhitzt den Erfassungsteil 100 des PM-Sensors 1 durch den Heizerteil 300, um die erste Temperaturbedingung und die zweite Temperaturbedingung herzustellen.
In der ersten Temperaturbedingung ist die Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensor 1 gleich der Temperatur T1 des Abgases. Andererseits ist in der zweiten Temperaturbedingung die Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensor 1 höher als die Temperatur T1 des Abgases. Der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) empfängt die Ausgabe von dem PM-Sensor 1 unter der ersten Temperaturbedingung und die Ausgabe von dem PM-Sensor 1 unter der zweiten Temperaturbedingung.
Wenn sich der DPF in einem unnormalen Zustand befindet, besteht eine Anhäufung des PM aus feinen Primärpartikeln, da PM, der in dem von dem DPF abgeführten Abgas enthalten ist, eine große Menge und eine große Größe aufweist. Da diese in der ersten Temperaturbedingung an den Erfassungselektroden anhaften, wird der elektrische Widerstand der Erfassungselektroden schnell geändert, und wird er zu einem großen Wert.
Die zweite Temperaturbedingung macht es im Vergleich zu der ersten Temperaturbedingung schwieriger, dass PM an den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensor 1 anhaftet und angesammelt wird. Insbesondere ist die Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 in der zweiten Temperaturbedingung höher als diejenige in der ersten Temperaturbedingung.
Wenn der DPF einen Defekt bzw. Schaden wie etwa einen Zellwanddefekt aufweist, das heißt in einem unnormalen Zustand ist, wird die Ausgabe des PM-Sensors 1 in der zweiten Temperaturbedingung größer als diejenige, wenn der DPF in einem normalen Zustand arbeitet. Dementsprechend erfasst der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU), ob der DPF in einem normalen Zustand oder in einem unnormalen Zustand arbeitet, indem er die Ausgaben des PM-Sensors 1 unter der ersten Temperaturbedingung und der zweiten Temperaturbedingung vergleicht. Es ist möglich, einen unnormalen Zustand des DPF mit hoher Genauigkeit und einer einfachen Konfiguration unter Verwendung des PM-Sensors 1 eines elektrischen Widerstandstyps zu erfassen, ohne eine große Anzahl von Kennfeldern zu verwenden, und ohne den Prozess zum Kompensieren einer erfassten Temperatur durchzuführen.
Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt bei der Vorrichtung der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) die Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 so ein, dass eine Differenz zwischen der Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 und der Temperatur T1 des Abgases in der zweiten Temperaturbedingung einen Wert innerhalb eines Bereichs von 50°C bis 200°C aufweist.
Wenn die Differenz zwischen der Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 und der Temperatur T1 des Abgases unter der zweiten Temperaturbedingung nicht geringer ist als 50°C und nicht größer ist als 200°C, ist es möglich, einen unnormalen Zustand des DPF basierend auf der Differenz zwischen den Ausgabewerten des PM-Sensors 1 unter der ersten und der zweiten Temperaturbedingung zu erfassen. Selbst wenn die Temperaturdifferenz 200°C überschreitet, die Ausgabe des PM-Sensors 1 nicht in hohem Maße geändert wird, und dies eine große Heizenergie, nämlich eine große elektrische Energie, erfordert, ist es für die Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands möglich, einen unnormalen Zustand des DPF zu erfassen, indem die Temperaturdifferenz unter der ersten und der zweiten Temperaturbedingung auf einen optimalen Temperaturdifferenzwert, nicht auf einen hohen Temperaturdifferenzwert, eingestellt wird.
Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt bei der Vorrichtung der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) die Differenz zwischen der Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 und der Temperatur T1 des Abgases in der zweiten Temperaturbedingung basierend auf einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine wie etwa einer Temperatur der Brennkraftmaschine E/G und einer Arbeitslast der Brennkraftmaschine E/G.
Für den Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) ist es bevorzugt, die Differenz zwischen der Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 und der Temperatur T1 des Abgases in der zweiten Temperaturbedingung basierend auf der Temperatur der Brennkraftmaschine oder einer Last der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Wenn zum Beispiel das Abgas niedrige Temperatur aufweist oder die Dieselmaschine mit geringer Last arbeitet, verbrannter Kohlenwasserstoff HC von der Dieselmaschine erzeugt und abgeführt wird, und Partikelstoff PM leicht an den Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 des PM-Sensors 1 anhaftet, ist es für den Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) möglich, die Differenz zwischen der Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 und der Temperatur T1 des Abgases in der zweiten Temperaturbedingung zu verringern. Dies macht es für den Erfassungsteil eines unnormalen Zustandes (ECU) möglich, den unnormalen Zustand des DPF mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Andererseits kann, wenn die Dieselmaschine mit hoher Last arbeitet, der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) die Differenz zwischen der Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 und der Temperatur T1 des Abgases in der zweiten Temperaturbedingung erhöhen. Dies macht es möglich, einen unnormalen Zustand des DPF mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bei der Vorrichtung der Erfassungsteil 100 des Partikelstoffsensors 1 das Paar der Erfassungselektroden 11 und 12, die in einem Kammmuster ausgebildet sind, und Leitungsteile 111 und 121 auf, die in einem vorderen Teil einer (Ober-)Fläche des Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind, der im Inneren des Abgaskanals 2 platziert ist. Der Heizerteil 300 weist eine Heizerelektrode 30 und Leitungsteile 31, 32 auf, die in einem vorderen Teil einer (Ober-)Fläche eines Isolationssubstrats 33 ausgebildet sind, der auf dem Isolationssubstrat 13 geschichtet ist, so dass die (Ober-)Fläche des Isolationssubstrats 33 der anderen (Ober-)Fläche des Isolationssubstrats 13 zugewandt ist.
Es ist bevorzugt, dass ein vorderseitiger Teil des Isolationssubstrats 13 in dem PM-Sensor 1 im Inneren des Abgaskanals platziert wird, und dass der Heizerteil 300 auf der (Ober-)Fläche des Isolationssubstrats 33 ausgebildet wird, die der hinteren (Ober-)Fläche des Isolationssubstrats 13 zugewandt ist bzw. gegenüber liegt. Dieser Aufbau des PM-Sensors 1 macht es möglich, den Erfassungsteil 100 mit den Erfassungselektroden 11 und 12 mit hoher Effizienz bzw. hohem Wirkungsgrad zu erhitzen, und den unnormalen Zustand des DPF mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein bevorzugtes, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben, bei denen gilt:
1 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess einer Beurteilungseinrichtung in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) zeigt, die als ein Erfassungsteil eines unnormalen Zustands gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeitet;
2 ist eine Darstellung, die eine Gesamtkonfiguration eines Dieselmaschinensystems zeigt, auf das eine Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewandt ist;
3 ist eine Darstellung, die ein Partikelstoff-PM-Erfassungselement als eine Hauptkomponente eines PM-Sensors zeigt;
4 ist eine Darstellung, die eine Lage zur Installation des PM-Sensors an einem Abgaskanal des Dieselmaschinensystems zeigt;
5 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer zwischen Erfassungselektroden angesammelten PM-Menge und einem elektrischen Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden in dem PM-Sensor zeigt;
6 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Temperaturerhöhungswert ΔT und einer Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR zeigt, wenn sich ein DPF in einem unnormalen Zustand befindet, und wenn ein DPF normal arbeitet; und
7 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Temperaturerhöhungswert ΔT und der Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR bei einer hohen Temperatur und einer niedrigen Temperatur eines Abgases zeigt, das von der Dieselmaschine in dem gemäß 2 gezeigten Dieselmaschinensystem ausgestoßen wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend werden hierin verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen bei den verschiedenen Darstellungen gleiche bzw. ähnliche Bezugszeichen oder -ziffern durchwegs gleiche bzw. ähnliche oder äquivalente Einzelteile.
Ausführungsbeispiel
Es wird eine Beschreibung der Vorrichtung und des Verfahrens zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Partikelfilters unter Bezugnahme auf 1 bis 7 gegeben. Insbesondere wird die folgende Beschreibung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zeigen, die zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Dieselpartikelfilters (DPF) im Stande ist, der bei einem Abgasreinigungssystem einer in einem Fahrzeug installierten Dieselmaschine angewandt ist. Die Vorrichtung wird kurz auch als die ”Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands” bezeichnet.
2 ist eine Darstellung, die eine Gesamtkonfiguration des Systems einer Dieselmaschine E/G zeigt, die mit der Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Das System der Dieselmaschine E/G verwendet ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem, das eine gemeinsame Kraftstoffleitung R aufweist, um Kraftstoff mit einem hohen Druck durch Verwendung einer Hockdruckpumpe anzusammeln und Kraftstoff unter hohem Druck an jede Einspritzdüse INJ von Zylindern der Dieselmaschine E/G zuzuführen. Jede der Einspritzdüsen INJ spritzt einen Kraftstoff unter hohem Druck direkt in eine Verbrennungskammer ihres entsprechenden Zylinders ein.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist das Abgasrohr 2 mit dem Dieselpartikelfilter (DPF) und einem Partikelstoff(PM-)Sensor 1 ausgestattet. Ein von der Dieselmaschine E/G ausgestoßenes Abgas wird durch das Abgasrohr 2 geführt. Der DPF fängt in dem Abgas enthaltenen Partikelstoff PM (auch als Partikulatstoff, Fest- bzw. Schwebstoff, Feinstaub, usw. bekannt) ein, um PM aus dem Abgas zu entfernen. Der PM-Sensor 1 erfasst das Vorhandensein von PM in dem Abgas. Wie es gemäß 2 gezeigt ist, empfängt eine elektronische Steuereinheit ECU Erfassungssignale, die von verschiedenen Typen von Sensoren, wie etwa dem PM-Sensor 1, übertragen werden, und steuert sie den Betrieb der Dieselmaschine E/G basierend auf den Erfassungssignalen.
Die Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands gemäß dem Ausführungsbeispiel besteht hauptsächlich aus der ECU, dem DPF und dem PM-Sensor 1.
1 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer Beurteilungseinrichtung in der ECU zeigt, die als ein Erfassungsteil eines unnormalen Zustands in der Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeitet.
Der Betrieb der ECU zum Erfassen eines unnormalen Zustands des DPF wird nachstehend ausführlich erläutert.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist ein Abgaskrümmer MH_EX der Dieselmaschine E/G mit einer Turbine bzw. einem -rad TRB ausgestattet. Wenn ein Lader bzw. Verdichter TRB_CGR zu rotieren beginnt, der mit einer Turbine bzw. einem -rad TRB gekoppelt ist, wird komprimierte Luft von dem Lader bzw. Verdichter TRB_CGR durch einen Zwischenkühler CL_INT an einen Ansaugkrümmer MH_IN zugeführt. Ein Teil des von dem Abgaskrümmer MH_EX ausgestoßenen Abgases wird durch einen EGR-Kühler CL_EGR und ein EGR-Ventil V_EGR an den Ansaugkrümmer MH_EIN erneut rückgeführt.
Die Ladung bzw. Verdichtung des Laders bzw. Verdichters TRB_CGR ermöglicht, eine Ansaugluftmenge zu erhöhen und dadurch einen Verbrennungswirkungsgrad zu erhöhen. Andererseits schafft die Abgasrückführung (EGR) eine langsame und sanfte Verbrennung, um zu unterbinden, dass sich in dem Abgas enthaltenes schädliches Material, wie etwa NOx, vermehrt.
Eine DOC-Einheit mit einem Dieseloxidationskatalysator und der DPF sind an einem Abgasrohr 2 des Abgasreinigungssystems der Dieselmaschine E/G installiert. Die DOC-Einheit und der DPF reinigen das Abgas.
In dem Abgas enthaltener/s Kohlenwasserstoff HC, Kohlenmonoxid CO und Stickoxid NO, die nicht verbrannt sind, werden oxidiert, wenn das Abgas die DOC-Einheit mit einem Dieseloxidationskatalysator durchläuft, und in dem Abgas enthaltener Partikelstoff PM wird durch den DPF eingefangen, wenn das Abgas den DPF durchläuft.
Zum Beispiel ist auf einer stromabwärts liegenden Seite des DPF eine Einheit mit einer selektiven katalytischen Reduktion SCR (die nicht gezeigt ist) platziert, um Stickoxid NOx zu reduzieren und Stickstoff N₂ und Wasser H₂O zu erzeugen.
Das Dieselmaschinensystem weist eine DOC-Einheit auf, die einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) aufweist. Der DOC ist ein wohl bekannter Monolith-Aufsatz bzw. -Träger. Zum Beispiel wird ein Oxidationskatalysator auf einer (Ober-)Fläche des Monolith-Aufsatzes bzw. -Trägers getragen, der aus einer aus Cordieritkeramik hergestellten keramischen Wabenstruktur besteht.
Der DOC erhöht die Temperatur des Abgases durch Oxidationsverbrennung von Kraftstoff, und er oxidiert einen in Partikelstoff enthaltenen löslichen organischen Bestandteil (SOF), wenn der DPF zwangsweise regeneriert wird. Durch NO-Oxidation erzeugtes Stickoxid NOx fungiert als Oxidanz bzw. Oxidationsmittel, um Partikelstoff PM zu oxidieren, der in dem DPF angesammelt ist. Dieser Prozess ermöglicht, dass der DPF fortwährend verwendet wird.
Der DPF hat eine Filterstruktur eines Wandstromtyps, die wohl bekannt ist. Zum Beispiel besteht eine poröse keramische Wabenstruktur aus wärmebeständiger Cordieritkeramik, und weist sie eine Vielzahl von Zellen auf, die entlang der Längsrichtung der porösen keramischen Wabenstruktur ausgebildet sind. Eine Seite von jeder der Zellen ist durch einen Steck-/Abdeck-/Einschubkörper verschlossen, und die andere Seite der Zellen ist offen. Jede der End- bzw. Seitenflächen der porösen keramischen Wabenstruktur weist ein schachbrettartiges Muster auf, bei dem der Steck-/Abdeck-/Einschubkörper abwechselnd an dem End- bzw. Seitenteil der Zellen ausgebildet ist und die Öffnung der Zellen abwechselnd ausgebildet ist. Das Abgas wird in die Öffnungsteile eingeführt, die auf einer (Ober-)Fläche der porösen keramischen Wabenstruktur abwechselnd ausgebildet sind. Das Abgas wird durch die Zellwände des DPF geführt, die zwischen benachbarten Zellen ausgebildet sind. Das Abgas wird dann durch die Öffnungsteile, die auf der anderen (Ober-)Fläche der porösen keramischen Wabenstruktur in einem schachbrettartigen Muster abwechselnd ausgebildet sind, nach außen abgeführt. Die Zellwände weisen eine poröse Struktur auf, die aus Poren besteht, die zum Einfangen bzw. Festhalten von feinen Partikeln wie etwa Partikelstoff PM, der in einem Abgas enthalten ist, im Stande ist. Das heißt, dass die Poren in dem DPF in dem Abgas enthaltenen Partikelstoff PM einfangen bzw. festhalten.
Das gemäß 2 gezeigte Dieselmaschinensystem ist mit dem DOC und dem DPF ausgestattet. Es ist auch möglich, einen einzelnen aus dem DOC und dem DPF bestehenden Dieselpartikelfilter zu verwenden, der regeneriert und fortwährend verwendet werden kann.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist in dem Dieselmaschinensystem, das mit dem DPF gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, ein Differenzdrucksensor SP platziert. Der Differenzdrucksensor SP erfasst eine in dem DPF angesammelte Menge an Partikelstoff PM.
Der Differenzdrucksensor SP steht über Druckzuführungsrohre mit der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite des DPF in Verbindung. Der Differenzdrucksensor SP gibt ein Steuersignal an die ECU aus. Das Steuersignal entspricht einer Differenz zwischen einem erfassten Druck auf der stromaufwärts liegenden Seite und einem erfassten Druck auf der stromabwärts liegenden Seite des DPF.
Das gemäß 2 gezeigte Dieselmaschinensystem weist ferner Temperatursensoren ST1, ST2 und ST3 auf, die auf der stromaufwärts liegenden Seite des DOC, der stromaufwärts liegenden Seite des DPF und der stromabwärts liegenden Seite des DPF platziert sind. Diese Temperatursensoren ST1, ST2 und ST3 überwachen die Temperatur des Abgases an diesen Erfassungspunkten in dem Abgasrohr 2.
Die ECU empfängt die von den Temperatursensoren ST1, ST2 und ST3 übertragenen Erfassungssignale, und sie kontrolliert bzw. überwacht den Aktivierungszustand des Dieseloxidationskatalysators DOC sowie den Einfangzustand des DPF. Wenn die angesammelte Menge an Partikelstoff PM einen vorbestimmten zulässigen Wert überschreitet, weist die ECU an, dass der DPF zwangsweise zu regenerieren ist, um den angesammelten PM zu verbrennen und zu entfernen. Die ECU beginnt, den DPF zu regenerieren.
In dem Prozess zum Regenerieren des DPF führt die ECU die Nacheinspritzung durch, um zum Beispiel die Menge an Kohlenwasserstoff HC in einem Abgas zu erhöhen. Dies erhöht durch Wärmeenergie, die durch eine Reaktion von Kohlenwasserstoff HC in dem DOC zu dieser Zeit erzeugt wird, die Temperatur des DPF auf mehr als die Verbrennungstemperatur von PM, und die ECU überwacht die Temperatur des Abgases, das in den DPF eingeführt wird, und die Temperatur des Abgases, das von dem DPF abgeführt wird, so dass die Temperatur des DPF auf einer Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gehalten wird. Es ist möglich, den Kraftstoffverbrauch niedrig zu halten bzw. zu unterbinden, wenn die ECU die regenerative bzw. regenerierende Steuerung des DPF nicht unter einer spontanen Verbrennung von PM durchführt. Die ECU empfängt weiterhin von verschiedenen (nicht gezeigten) Typen von Sensoren übertragene Erfassungssignale. Die ECU berechnet eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge, einen optimalen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, einen optimalen Kraftstoffeinspritzdruck basierend auf den empfangenen Erfassungssignalen, und sie führt die Kraftstoffeinspritzung gemäß den berechneten Werten durch.
Der PM-Sensor 1 ist in dem Abgasrohr 2 auf der stromabwärts liegenden Seite des DPF platziert. Der PM-Sensor 1 erfasst PM, der in dem Abgas enthalten ist, das von dem DPF abgeführt wird und in dem Abgasrohr 2 strömt.
3 ist eine Darstellung, die ein Partikelstoff-(PM-)Erfassungselement 10 zeigt, das eine Hauptkomponente des PM-Sensors 1 darstellt, der in dem System der Dieselmaschine E/G verwendet wird. Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist der PM-Sensor 1 auf der stromabwärts liegenden Seite des DPF platziert.
4 ist eine Darstellung, die die Lage zum Anbringen des PM-Sensors 1 mit dem PM-Erfassungselement 10 an dem Abgasrohr 2 des Dieselmaschinensystems zeigt.
Gemäß 3 besteht das PM-Erfassungselement 10 hauptsächlich aus einem Erfassungsteil 100, Leitungsteilen 111 und 121, und einem Heizerteil 300. Der Erfassungsteil 100 besteht aus einem Isolationssubstrat 13. Ein Paar von Erfassungselektroden 11 und 12 sind auf dem Isolationssubstrat 13 ausgebildet. Die Erfassungselektroden 11 und 12 sind über die Leitungsteile 111 und 121 elektrisch mit einer externen (nicht gezeigten) Widerstandserfassungseinrichtung verbunden. Der Heizerteil 300 ist auf einem Isolationssubstrat 33 ausgebildet. Wie es gemäß 3 gezeigt ist, ist das Isolationssubstrat 13 auf dem Isolationssubstrat 33 gestapelt bzw. geschichtet. Somit liegt der Heizerteil 300 der hinteren (Ober-)Fläche des Isolationssubstrats 13 mit dem Erfassungsteil 100 gegenüber bzw. ist dieser zugewandt. Der Heizerteil 300 hält den Erfassungsteil 100 auf einer vorbestimmten Temperatur.
Der Erfassungsteil 100 wird auf einer flachen (Ober-)Fläche des Isolationssubstrats 13 durch ein Streichmesserverfahren oder ein Druckformungsverfahren, die wohl bekannt sind, unter Verwendung von aus Aluminiumoxid, usw. hergestelltem Keramikmaterial mit elektrischer Isolation und hoher Wärmebeständigkeit ausgebildet. Ein Paar der Erfassungselektroden 11 und 12 wird auf der (Ober-)Fläche eines vorderseitigen Teils des Isolationssubstrats 13 in einem Kammermuster ausgebildet, so dass die Erfassungselektroden 11 und 12 einander gegenüber liegen bzw. zugewandt sind. Die Erfassungselektroden 11 und 12 werden in einem vorbestimmten Muster durch Verwendung einer leitfähigen Paste ausgebildet, die ein Edelmetall wie etwa Platin Pt enthält.
Der Heizerteil 300 besteht aus dem Isolationssubstrat 33 einer flachen Form und einer Heizerelektrode 30. Das Isolationssubstrat 33 wird durch das gleiche Verfahren wie zur Herstellung des Isolationssubstrats 13 gebildet. Die Heizerelektrode 30 ist in einem vorbestimmten Muster auf einer (Ober-)Fläche eines vorderen Teils des Isolationssubstrats 33 ausgebildet. Die Heizerelektrode 30 ist durch die Leitungsteile 31 und 32 elektrisch mit einer externen Vorrichtung zur Versorgung elektrischer Energie verbunden.
Wie es gemäß 4 gezeigt ist, weist der PM-Sensor 1 ein zylindrisches Gehäuse 50 auf, das in die Wand 20 des Abgasrohrs 2 geschraubt ist. Das PM-Erfassungselement 10 ist in einem zylindrischen Isolator 60 des zylindrischen Gehäuses 50 eingefügt und darin fixiert. Die obere Hälfte des PM-Erfassungselements 10 ist innerhalb des zylindrischen Gehäuses 50 platziert.
Die untere Hälfte des PM-Erfassungselements 10 ist an dem unterseitigen Teil des zylindrischen Gehäuses 50 fixiert und innerhalb eines hohlen Abdeckungskörpers 40 des PM-Sensors 1 positioniert. In dem unteren Teil und dem seitlichen Teil des hohlen Abdeckungskörpers 40 sind Durchführungslöcher 410 und 411 ausgebildet. Das PM enthaltende Abgas, das von dem DPF abgeführt wird, wird in das Innere des PM-Sensors 1 zugeführt und strömt durch die Durchführungslöcher 410 und 411, die sich auf der stromabwärts liegenden Seite befinden, aus dem PM-Sensor 1 heraus.
Wie es gemäß 4 gezeigt ist, ist es bevorzugt, den PM-Sensor 1 im Inneren des Abgasrohrs 2 zu platzieren, so dass der Erfassungsteil 100 des PM-Erfassungselements 10 der stromaufwärts liegenden Seite des Abgasrohrs 2 zugewandt ist, um in dem Abgas enthaltenen PM zuverlässig einzufangen.
Ferner ist es möglich, eine fehlerhafte Erfassung zu verhindern, die durch Ansammlung von PM zwischen den Leitungsteilen 111 und 121 verursacht wird, wenn eine Isolationsschutzschicht 14 auf der (Ober-)Fläche des Isolationssubstrats 13 mit Ausnahme des Erfassungsteils 100 ausgebildet wird, so dass die Leitungsteile 111 und 121 mit der Isolationsschutzschicht 14 bedeckt sind.
Als nächstes wird nun eine Beschreibung des Betriebs des PM-Sensors 1 gegeben.
Wie es gemäß 4 gezeigt ist, wird das Zielerfassungsgas, nämlich das Abgas, hauptsächlich durch die auf der stromaufwärts liegenden Seite befindlichen Durchführungslöcher 411, die in dem hohlen Abdeckungskörper 40 ausgebildet sind, in das Innere des PM-Sensors 1 eingeführt. Das Abgas erreicht dann den Erfassungsteil 100 des PM-Erfassungselements 10 in dem PM-Sensor 1.
Wie es gemäß 3 gezeigt ist, wird, da die Erfassungselektroden 11 und 12 in einem Kammmuster mit einem vorbestimmten Abstand ausgebildet sind, in dem Abgas enthaltener PM an den Elektroden 11 und 12 angesammelt, wenn das Abgas mit den Erfassungselektroden 11 und 12 in Kontakt kommt, wobei PM feine leitfähige Kohlenstoffpartikel enthält. Wenn die Menge an an den Erfassungselektroden 11 und 12 angesammeltem Partikelstoff PM einen vorbestimmten Wert erreicht, werden beide Erfassungselektroden 11 und 12 elektrisch verbunden.
5 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer an und zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 angesammelten PM-Menge und einem elektrischen Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensor 1 zeigt. 5 zeigt die Änderung des elektrischen Widerstands zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12, wenn die an den Erfassungselektroden 11 und 12 angesammelte PM-Menge mit einer konstanten Rate erhöht wird.
Wie es gemäß 5 gezeigt ist, beträgt der elektrische Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem Anfangszustand (oder einem Zustand elektrischer Isolation), in dem kein PM an und zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 angesammelt ist, nicht weniger als 1 × 10⁷ Ω. Andererseits wird, wenn die Erfassungselektroden 11 und 12 elektrisch miteinander verbunden sind, der elektrische Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 schnell verringert, und wird er näherungsweise 1 × 10³ Ω.
Wenn der DPF durch Brechen bzw. Reißen oder Schmelzen der Zellwände versagt, kann der DPF nicht normal arbeiten, um in dem Abgas enthaltenen Partikelstoff PM einzufangen. Dies erhöht die Menge an Partikelstoff PM, der in dem von dem DPF abgeführten Abgas enthalten ist.
Die herkömmliche Methode erfasst einen zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 des PM-Sensors 1 fließenden Strom und erhält einen elektrischen Widerstandswert basierend auf dem erfassten Stromwert und erfasst einen Defekt bzw. eine Beschädigung des DPF basierend auf der Beziehung zwischen dem erhaltenen elektrischen Widerstandswert und einer angesammelten PM-Menge.
Zum Beispiel ist es möglich, eine Störung bzw. Fehlfunktion des DPF zu erfassen, wenn eine PM-Menge, die den DPF während einer vorbestimmten Zeitdauer durchströmt, offensichtlich größer ist als ein normaler Wert.
Wie es vorstehend beschrieben ist, wird ein elektrischer Widerstand oder eine Widerstandsänderungsrate zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 gemäß der Temperaturänderung des Erfassungsteils 100 des PM-Erfassungselements 10 variiert. Dementsprechend muss die herkömmliche Methode die Temperatur des Erfassungsteils 100 durch Verwendung des Heizerteils 300 konstant halten. Da die Temperatur des umgebenden Abgases um den PM-Sensor 1 herum jedoch gemäß der Antriebsbedingung der Dieselmaschine stark geändert wird, ist es schwierig, die Temperatur des Erfassungsteils 100 konstant zu halten. Somit muss die herkömmliche Methode die Temperaturkompensation durchführen.
Da die Menge und die Eigenschaften von Partikelstoff PM, der in dem von der Dieselmaschine ausgestoßenem Abgas enthalten ist, auch gemäß der Arbeitsbedingung der Dieselmaschine variiert werden, wird die Menge an Partikelstoff PM, der in dem von dem DPF abgeführten Abgas enthalten ist, zusätzlich erhöht, und verursacht die ECU einen Erfassungsfehler, wenn ein konstanter Schwellenwert verwendet wird, der zum Erfassen des unnormalen Zustands des DPF verwendet wird.
Obwohl die ECU die Temperatur des Erfassungsteils 100 kompensieren, nämlich anpassen, kann und den Schwellenwert basierend auf verschiedenen Typen von Kennfeldern ändern kann, die der Arbeitsbedingung der Dieselmaschine entsprechen und im Voraus erstellt sind, erhöht dies die Gesamtzahl von Kennfeldern, und erfordert dies, einen komplizierten Steuerbetrieb durchzuführen.
Die Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands zum Erfassen eines unnormalen Zustands des DPF löst solche vorstehend beschriebenen herkömmlichen Probleme.
Das heißt, dass die ECU, die als die Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands arbeitet, den PM-Sensor 1 anweist, eine in dem Abgas enthaltene PM-Menge in einer ersten Temperaturbedingung und einer zweiten Temperaturbedingung zu erfassen, wobei die erste Temperaturbedingung die Beziehung T2 = T1 (Temperaturerhöhungswert ΔT = 0°C) erfüllt, die zweite Temperaturbedingung die Beziehung T2 – T1 ≥ 0°C erfüllt, wobei T1 eine Temperatur eines Abgases ist, T2 eine Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 ist, und T2–T1 ein Temperaturerhöhungswert bzw. ein Wert erhöhter Temperatur ist.
Das heißt, dass in der ersten Temperaturbedingung die ECU den Heizerteil 300 so steuert, dass die Temperatur T1 des Abgases gleich der Temperatur T2 des Erfassungsteils 300 wird.
Andererseits steuert die ECU den Heizerteil 300 in der zweiten Temperaturbedingung so, dass die Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 höher wird als die Temperatur T1 des Abgases. Die ECU vergleicht die Ausgaben des PM-Sensors 1 bei der ersten Temperaturbedingung und der zweiten Temperaturbedingung, und sie erfasst den unnormalen Zustand des DPF basierend auf dem Vergleichsergebnis.
6 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Temperaturerhöhungswert ΔT und einer Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR zeigt, wobei der Temperaturerhöhungswert ΔT eine Differenz zwischen einer Temperatur eines Abgases und einer Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 in dem Erfassungsteil 100 des PM-Erfassungselements 10 des PM-Sensors 1 ist und die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR eine Differenz eines elektrischen Widerstands zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 nach einem vorbestimmten Zeitablauf ist, der von dem Anfangszustand des PM-Sensors 1 ausgehend gezählt wird. Der Anfangszustand des PM-Sensors 1 gibt an, dass die Erfassungselektrode 11 elektrisch von der Erfassungselektrode 12 isoliert ist.
Die gemäß 6 gezeigte Beziehung wurde durch Verwendung eines normalen DPF und eines unnormalen DPF erhalten. Der normale DPF hat keine Zellwanddefekte und der unnormale DPF hat eine gebrochene bzw. beschädigte Zellwand.
Das Experiment zum Erhalten der gemäß 6 gezeigten Beziehung hat die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR des Erfassungsteils 100 erfasst, während der Temperaturerhöhungswert ΔT von 0°C bis 200°C geändert wurde.
Wie es gemäß 6 gezeigt ist, hat die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR des Erfassungsteils 100 des PM-Sensors 1 gemäß einer Erhöhung des Temperaturerhöhungswerts ΔT allmählich abgenommen, und war eine Änderungsrate der Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR sehr gering, und war die Differenz der Widerstandsänderungsrate ΔR zwischen zwei Punkten, 0°C und 200°C des Temperaturerhöhungswerts ΔT, ein sehr kleiner Wert, wenn der normale DPF verwendet wurde. Diese Tendenz der Widerstandsänderungsrate ΔR wird durch feinen PM einer geringen Menge verursacht, der von einem normalen DPF abgeführt wird.
Andererseits war die in dem Abgas enthaltene Menge an Partikelstoff PM im Vergleich zu dem Fall einer Verwendung des normalen DPF erhöht, wenn der unnormale DPF mit einer beschädigten Zellwand verwendet wurde. Je kleiner der Temperaturerhöhungswert ΔT war, desto größer wurde die Widerstandsänderungsrate ΔR und desto schneller hat sie sich geändert. Der Unterschied in der Tendenz der Widerstandsänderungsrate ΔR zwischen dem normalen DPF und dem unnormalen DPF wird durch die Differenz an angesammeltem PM zwischen dem normalen DPF und dem unnormalen DPF verursacht.
Das heißt, wenn der normale DPF verwendet wird, besteht PM, das in dem von dem normalen DPF abgeführtem Abgas enthalten ist, aus feinen Partikeln mit einer kleinen Partikelgröße (zum Beispiel innerhalb eines näherungsweisen Bereichs von 0,1 bis 0,01 μm).
Andererseits, wenn der unnormale DPF verwendet wird, besteht PM, der in dem von dem unnormalen DPF abgeführtem Abgas enthalten ist, aus großen Partikeln mit einer großen Partikelgröße (zum Beispiel innerhalb eines näherungsweisen Bereichs von 1 bis 10 μm).
Im Speziellen erhöht sich die Anzahl großer Partikel (einer aus feinen Partikeln bestehenden Anhäufung) und haften die großen Partikel an dem Erfassungsteil 100 an. Es könnte gedacht werden, dass diese großen Partikel durch die folgende Ursache erzeugt werden. Diese feinen Partikel, die von der Dieselmaschine E/G abgeführt werden, hängen miteinander zusammen, und werden zu einer Anhäufung einer großen Größe in dem Abgasrohr, oder die an der DPF-Wand angesammelte Anhäufung würde sich von dem Abgasrohr absetzen bzw. lostrennen. Daher haftet eine große Anhäufung leicht an und wird die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR des Erfassungsteils 100 groß und ändert sich schnell, da eine thermische Wanderung schwach wirkt, wenn der Temperaturerhöhungswert ΔT klein ist, und wird eine große Anhäufung auch durch eine thermische Wanderung beeinflusst und verringert sich die Anhaftung von PM an dem Erfassungsteil 100, wenn der Temperaturerhöhungswert ΔT groß ist.
Die thermische Wanderung zeigt, dass sich die feinen Partikel durch Wechselwirkung von den feinen Partikeln und Gasmolekülen in einem Temperaturgradienten von einer Seite hoher Temperatur zu einer Seite niedriger Temperatur bewegen.
Wenn keine Temperaturdifferenz besteht, das heißt, wenn die Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 des PM-Sensors 1 ungefähr gleich der Temperatur des Abgases ist, erreicht in dem Abgas enthaltener Partikelstoff PM den Erfassungsteil 100, und wird er dann an den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem Erfassungsteil 100 des PM-Sensors 1 angesammelt.
Wenn andererseits die Temperatur der Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 in dem PM-Sensor 1 höher ist als die Temperatur des Abgases, wird das Moment von Gasmolekülen nahe dem Erfassungsteil 100 erhöht, und erzeugt dieses Moment von Gasmolekülen eine Kraft, um Partikel in Richtung einer Seite niedriger Temperatur zu bewegen.
Da eine thermische Wanderung Primärpartikel von Anhäufungen beeinflusst, wird auch eine große Anhäufung durch eine thermische Wanderung ebenso wie feine Partikel beeinflusst, wenn die Primärpartikel feine Partikel sind, und wird auch die Anhaftung einer großen Anhäufung verringert.
Wenn der unnormale DPF mit einer beschädigten Zellwand verwendet wird, enthält das Abgas, das von dem DPF abgeführt wird, zusätzlich zu feinen Partikeln und großen Partikeln mit der gleichen Temperatur des Abgases und des Erfassungsteils 100 PM einer großen Anhäufung.
Andererseits, wenn der normale DPF verwendet wird, enthält das Abgas, das von dem DPF abgeführt wird, PM feiner Partikel mit einer geringen Menge, ist die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR des Erfassungsteils 100 bei der gleichen Temperatur des Abgases und des Erfassungsteils 100 gering.
7 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Temperaturerhöhungswert ΔT und der Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR bei einer hohen Temperatur und einer niedrigen Temperatur eines Abgases zeigt, das von der Dieselmaschine E/G in dem gemäß 2 gezeigten Dieselmaschinensystem ausgestoßen wird.
Das heißt, dass 7 die Beziehung zwischen dem Temperaturerhöhungswert ΔT und der Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR zeigt, wenn die Temperatur eines Abgases auf eine niedrige Temperatur und eine hohe Temperatur geändert wird.
Wie es gemäß 7 gezeigt ist, wird die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR im Vergleich zu einem Fall eines Abgases hoher Temperatur in Richtung einer Seite eines hohen Temperaturerhöhungswerts ΔT verschoben, wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist.
Dies bedeutet, dass eine Menge an löslichem organischem Bestandteil (SOF) in Partikelstoff PM gemäß einer Erhöhung einer Menge an Kohlenwasserstoff HC erhöht wird, der nicht verbrannt wird und von der Dieselmaschine abgeführt wird, wenn die Temperatur eines Abgases niedrig ist. Dies fördert, dass Partikelstoff PM an dem Erfassungsteil 100 des PM-Sensors 1 anhaftet, und daher ist die Anhaftungsrate (wie die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR) erhöht.
Die Bedingung des Abgases niedriger Temperatur richtet sich auf die Zeit, zu der die Dieselmaschine mit einer niedrigen Temperatur angelassen wird, und die Zeit, zu der die Dieselmaschine unter einer geringen Last arbeitet.
Es wird nun eine Beschreibung des Beurteilungsvorgangs durch die ECU, die als die Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeitet, unter Bezugnahme auf 1 gegeben.
In Schritt S100 empfängt die ECU Daten, wie etwa eine Temperatur Tw von Kühlwasser, eine Temperatur T1 eines Abgases, eine Drehzahl Ne der Dieselmaschine als eine Brennkraftmaschine, eine Menge Q einer Kraftstoffeinspritzung, usw.
Die ECU empfängt ein Ausgabesignal, das von dem Temperatursensor ST3 übertragen wird, der auf einer stromabwärts liegenden Seite des DPF platziert ist. Dieses Ausgabesignal von dem Temperatursensor ST3 entspricht der Temperatur T1 des Abgases, das in den PM-Sensor 1 eingeführt wird.
Die ECU empfängt ein Erfassungssignal eines (nicht gezeigten) Temperatursensors, das der Temperatur Tw von Kühlwasser der Dieselmaschine E/G entspricht. Die ECU empfängt ferner eine Drehzahl Ne der Dieselmaschine E/G, die von einem (nicht gezeigten) Maschinendrehungssensor übertragen wird. Die ECU bestimmt die Menge Q einer Kraftstoffeinspritzung basierend auf einem Erfassungssignal eines Fahrpedal-Öffnungssensors, usw.
In Schritt S110 weist die ECU den Heizerteil 300 an, den Erfassungsteil 100 des PM-Sensors 1 auf eine Temperatur der ersten Temperaturbedingung zu erhitzen. Das heißt, dass der Heizerteil 300 den Erfassungsteil 100 des PM-Sensors 1 so erhitzt, dass die Temperatur T1 des Abgases, die in Schritt S100 erhalten wird, gleich der Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 wird.
Da der Heizerteil 300 auf der hinteren (Ober-)Fläche bzw. Rückseite des Erfassungsteils 100 platziert ist, ist es möglich, die Temperatur des Erfassungsteils 100 einschließlich der Erfassungselektroden 11 und 12 auf eine vorbestimmte Temperatur einzustellen, indem der Heizerteil 300 so gesteuert wird, dass er die gleiche Temperatur des Abgases aufweist. Es ist für die ECU möglich, die Temperatur des Heizerteils 300 durch Erfassung des elektrischen Widerstandwerts des Heizerteils 300 auf einfache Weise zu steuern.
In Schritt S120 berechnet die ECU die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR1 zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 des PM-Sensors 1 unter der ersten Temperaturbedingung. Zu dieser Zeit steht die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR1 in dem Erfassungsteil 100 mit den Erfassungselektroden 11 und 12 in Proportionalität zu der Ansammlungsänderungsrate von zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 angesammeltem PM. Da sie unter der ersten Temperaturbedingung nicht durch thermische Wanderung beeinflusst wird, wird die erfasste Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR1 des Erfassungsteils 100 des PM-Sensors 1 im Vergleich zu derjenigen des Falls, der den normalen DPF verwendet, groß, wenn der DPF einen beschädigten Teil wie etwa eine beschädigte Zellwand aufweist, wie es gemäß 6 gezeigt ist.
In Schritt S130 bestimmt die ECU den Temperaturerhöhungswert ΔT, um die zweite Temperaturbedingung einzustellen. Dieser Temperaturerhöhungswert ΔT ist eine Temperaturdifferenz, um eine deutliche Temperaturänderung im Vergleich zu dem Fall der ersten Temperaturbedingung zu erfassen, wenn der DPF unter der Betriebsbedingung der Dieselmaschine mit einer mittleren Last beschädigt wie etwa gebrochen ist/wird. Für die ECU ist es bevorzugt, einen vorbestimmten Einstell- bzw. Sollwert innerhalb eines Bereichs von 100°C bis 200°C als die vorgenannte Temperaturdifferenz basierend auf der Beziehung zwischen dem Temperaturerhöhungswert ΔT und der Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR einzustellen, die gemäß 7 gezeigt ist.
Da das Abgas in dem normalen Betrieb der Dieselmaschine zum Beispiel eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von 300°C bis 350°C aufweist, ermöglicht eine Verwendung der Temperaturdifferenz von nicht weniger als 100°C der ECU, die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR innerhalb des Bereichs einer stabilen Ausgabe des PM-Sensors 1 mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
Wenn die Temperaturdifferenz als der Temperaturerhöhungswert ΔT 200°C überschreitet, wird die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR gleich Null und nähert sich die Temperatur des Erfassungsteils 100 der Verbrennungstemperatur von Partikelstoff PM. Daher ist es möglich, die Energie, die zum Erhöhen der Temperatur notwendig ist, nieder zu halten bzw. zu unterbinden, wenn die ECU die Temperaturdifferenz als den Temperaturerhöhungswert ΔT auf nicht mehr als 200°C einstellt. Dies verhindert den Temperaturerfassungsfehler.
In Schritt S140 beurteilt die ECU, ob die Temperatur des Abgases niedrig ist oder die momentane Last gering ist, um den Bezugstemperaturerhöhungswert ΔT anzupassen, der in Schritt S130 eingestellt wird.
Im Speziellen beurteilt die ECU, dass die Temperatur des Abgases niedrig ist, wenn die Temperatur Tw von Kühlwasser zum Kühlen der Dieselmaschine E/G nicht größer als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel 80°C) ist, und beurteilt sie, dass die Dieselmaschine eine geringe Last aufweist, wenn die Drehzahl Ne der Dieselmaschine E/G nicht höher als ein vorbestimmter Wert ist und die Menge Q der Kraftstoffeinspritzung nicht höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Da die Menge an Kohlenwasserstoff HC, der in dem Abgas enthalten ist, erhöht wird, wenn die Dieselmaschine mit einer niedrigen Temperatur zu arbeiten beginnt, wird Partikelstoff PM einfach an dem PM-Sensor 1 anhaften und wird die Beziehung zwischen dem Temperaturerhöhungswert ΔT und der Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR geändert, wie es gemäß 7 gezeigt ist, wenn man es mit dem Fall unter dem normalen Betrieb der Dieselmaschine vergleicht. Ähnlich dazu wird auch die Beziehung zwischen dem Temperaturerhöhungswert ΔT und der Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR geändert, wenn die Dieselmaschine eine geringe Last aufweist.
Wenn das Beurteilungsergebnis in Schritt S140 angibt, dass die Temperatur des Abgases niedrig ist oder die Dieselmaschine eine geringe Last aufweist (”JA” in S140), schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S150 voran. In Schritt S150 passt die ECU den Temperaturerhöhungswert ΔT an, der in Schritt S130 eingestellt wird. Da eine Tendenz zum Erhöhen der Differenz der Menge an in dem PM-Sensor 1 angesammeltem Partikelstoff PM (der Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR) besteht, stellt die ECU im Speziellen einen kleinen Wert für den Temperaturerhöhungswert ΔT ein.
Wenn zum Beispiel der Bezugstemperaturerhöhungswert ΔT, der in Schritt S130 eingestellt wird, 100°C beträgt, passt die ECU den Temperaturerhöhungswert ΔT durch Subtraktion von 50°C von dem Bezugstemperaturerhöhungswert ΔT von 100°C an.
Andererseits, wenn das Beurteilungsergebnis in Schritt S140 angibt, dass die Temperatur des Abgases nicht niedrig ist oder die Dieselmaschine keine geringe Last aufweist (”NEIN” in Schritt S140), schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S160 voran.
In Schritt S160 weist die ECU den Heizerteil 300 so an, dass die Temperatur des Erfassungsteils 100 mit den Erfassungselektroden 11 und 12 des PM-Sensors 1 die Temperatur der zweiten Temperaturbedingung erreicht, die auf dem in Schritt S150 oder S130 bestimmten Temperaturerhöhungswert ΔT basiert. Im Speziellen weist die ECU den Heizerteil 300 an, den Erfassungsteil 100 mit den Erfassungselektroden 11 und 12 so zu erhitzen, dass die folgende Bedingung erfüllt ist: Temperatur T2 des Erfassungsteils 100 mit den Erfassungselektroden 11 und 12 = Temperatur T1 des Abgases + Temperaturerhöhungswert ΔT.
In Schritt S170 berechnet die ECU die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR von Erfassungselektroden 11 und 12 des PM-Sensors 1 unter der zweiten Temperaturbedingung. Da die Temperatur des Erfassungsteils 100 höher wird als die Temperatur des Teils um den Erfassungsteil 100 herum, tritt das Phänomen einer thermischen Wanderung auf und wird dessen Einfluss auf den Erfassungsteil 100 mit den Erfassungselektroden 11 und 12 angewandt. Dementsprechend wird selbst dann, wenn sich der DPF in einem unnormalen Zustand wie etwa einem Zellwanddefekt befindet, die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR relativ verringert, wie es vorstehend beschrieben und gemäß 7 gezeigt ist.
In Schritt S180 vergleicht die ECU die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR1 und die Änderungsrate eines elektrischen Widerstands ΔR2, und führt sie eine Unnormalitätsdiagnose basierend auf dem Vergleichsergebnis durch. Im Speziellen berechnet die ECU eine Differenz zwischen den Änderungsraten eines elektrischen Widerstands ΔR1 und ΔR2, und erfasst sie, ob die Differenz (ΔR1 – ΔR2) einen vorbestimmten Einstell- bzw. Sollwert überschreitet oder nicht. Für den Einstell- bzw. Sollwert ist es ausreichend, einen Wert zu haben, der größer ist als ein Differenzwert, der erhalten wird, wenn der DPF normal arbeitet, und nicht kleiner ist als der Wert, mit dem die ECU einen unnormalen Zustand des DPF basierend auf der gemäß 7 gezeigten Beziehung erfassen kann.
Ferner ist es für den Einstell- bzw. Sollwert auch ausreichend, verschiedene Werte zu haben, die verschiedenen Typen von unnormalen Bedingungen des DPF entsprechen, die experimentell im Voraus erhalten werden, wobei die verschiedenen Arten von unnormalen Bedingungen des DPF eine beschädigte Zellwand und eine Abnutzung bzw. ein Verschleiß des DPF sind, wobei ein Teil von diesem durch thermische Energie eines Abgases geschmolzen ist.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S180 angibt, dass die Differenz (ΔR1 – ΔR2) einen vorbestimmten Einstell- bzw. Sollwert überschreitet (”JA” in Schritt S180), beurteilt die ECU, dass sich der DPF in einem unnormalen Zustand befindet. Der Betriebsablauf geht zu Schritt S190. Die ECU weist eine Warnlampe an, zu erleuchten. Der Fahrer des mit der Dieselmaschine ausgestatteten Fahrzeugs erkennt den unnormalen Zustand des DPF durch die Warnlampe.
Andererseits, wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S180 angibt, dass die Differenz (ΔR1 – ΔR2) den vorbestimmten Einstell- bzw. Sollwert nicht überschreitet (”NEIN” in Schritt S180), beurteilt die ECU, dass sich der DPF in der normalen Bedingung befindet, und schließt die ECU den gemäß 1 gezeigten Beurteilungsprozess ab.
Wie es vorstehend ausführlich beschrieben ist, erfasst die ECU als die Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands den unnormalen Zustand des DPF 1 auf einfache Weise basierend auf den Änderungsraten eines elektrischen Widerstands ΔR1 und ΔR2, wenn die Temperatur des Erfassungsteils 100 des PM-Sensors 1 unter der ersten Temperaturbedingung auf die Temperatur T1 des Abgases und unter der zweiten Temperaturbedingung auf die Temperatur T1 + ΔT, die um den Temperaturerhöhungswert ΔT höher ist als die Temperatur T1 des Abgases, eingestellt wird. Dementsprechend ist es möglich, den unnormalen Zustand des DPF mit hoher Genauigkeit und einer einfachen Konfiguration unter Verwendung des PM-Sensors 1 eines elektrischen Widerstandstyps zu erfassen, ohne eine große Anzahl von Kennfeldern zu verwenden, und ohne den Prozess zum Kompensieren einer erfassten Temperatur durchzuführen.
In Schritt S140 und Schritt S150, die bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß 1 gezeigt sind, passt die ECU den Temperaturerhöhungswert ΔT an, wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist oder die Dieselmaschine unter einer geringen Last arbeitet. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht dadurch beschränkt. Zum Beispiel ist es für die ECU möglich, den Temperaturerhöhungswert ΔT anzupassen, wenn die Dieselmaschine E/G unter einer hohen Last arbeitet. In diesem Fall ist es im Gegensatz zu dem Fall, der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt ist, bevorzugt, den Temperaturerhöhungswert ΔT zu erhöhen, da die Menge an HC, der bei der Maschinenverbrennung nicht verbrannt wird, verringert wird und es schwierig ist, dass PM an den Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 in dem PM-Sensor 1 anhaftet. Da die Temperaturdifferenz der Erfassungselektroden 11 und 12 zwischen der ersten Temperaturbedingung und der zweiten Temperaturbedingung groß wird und die Differenz zwischen den Änderungsraten eines elektrischen Widerstands ΔR1 und ΔR2 groß wird, verhindert dies in diesem Fall, dass die ECU eine unrichtige Diagnose vornimmt.
Zusätzlich erfasst die ECU in dem gemäß 1 gezeigten Schritt S180 die Differenz zwischen den Änderungsraten eines elektrischen Widerstands ΔR1 und ΔR2, und beurteilt sie den unnormalen Zustand des DPF basierend auf dem Vergleichsergebnis. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist dadurch nicht beschränkt. Es ist möglich, den unnormalen Zustand des DPF basierend auf einem Verhältnis ΔR1/ΔR2 der Änderungsraten eines elektrischen Widerstands ΔR1 und ΔR2 zu erfassen.
Es ist möglich, einen anderen PM-Sensor mit einem Erfassungselektrodenpaar anderer Form und Konfiguration zu verwenden und die Komponenten wie etwa den Heizerteil und den Abdeckungskörper, usw. mit einer anderen Konfiguration zu verwenden, wenn man diese jeweils mit dem PM-Sensor 1 vergleicht, der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet ist. Es ist auch möglich, die Konfiguration des DPF, des Abgassystems und des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß Anforderungen zu verändern.
Die Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands gemäß der vorliegenden Erfindung kann als die Board- bzw. Eigendiagnose-(OBD-)Vorrichtung verwendet werden, die in mit dem DPF ausgestatteten Fahrzeugen installiert sein muss, um zu verhindern, dass die Atmosphäre verschmutzende Stoffe von einem Fahrzeug nach außen ausgestoßen werden.
Ferner ist es möglich, die Erfassungsvorrichtung eines unnormalen Zustands gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu der Dieselmaschine an verschiedene Arten von Maschinen und auch an verschiedene Arten von Systemen anzupassen, die mit einem Partikelfilter ausgestattet sind, um PM einzufangen, der in einem durch einen Abgaskanal ausgestoßenen Abgas enthalten ist.
Während spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, wird es von einem Fachmann gewürdigt werden, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Einzelheiten im Lichte der gesamten Lehren der Offenbarung entwickelt werden können. Dementsprechend sind die besonderen Anordnungen, die offenbart sind, lediglich als veranschaulichend und nicht zur Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung gedacht, dem die volle Breite der nachfolgenden Patentansprüche und aller Äquivalente von diesen einzuräumen ist.
Der DPF ist in dem Abgasrohr 2 der Dieselmaschine E/G platziert. Der PM-Sensor 1 eines elektrischen Widerstandstyps ist auf einer stromabwärts liegenden Seite des DPF platziert und erfasst Partikelstoff PM, der in einem den DPF durchströmenden Abgas enthalten ist. Die ECU vergleicht Ausgaben des PM-Sensors 1 unter einer ersten Temperaturbedingung und einer zweiten Temperaturbedingung, und bestimmt, dass sich der DPF in einem unnormalen Zustand befindet, wenn die Ausgabedifferenz einen vorbestimmten Wert überschreitet. In der ersten Temperaturbedingung ist die Temperatur T2 der Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensor 1 gleich der Temperatur T1 des Abgases. In der zweiten Temperaturbedingung ist die Temperatur T2 höher als die Temperatur T1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2-44386 [0005, 0007, 0015]
JP 2006-266961 [0005, 0005, 0005, 0011, 0015, 0021]
JP 2008-298071 [0012, 0013, 0013, 0020]
JP 2009-144577 [0012, 0014, 0021, 0022]

Claims

Vorrichtung zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Partikelfilters, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine platziert ist und zum Einfangen von Partikelstoff PM im Stande ist, der in einem Abgas enthalten ist, das von der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird und durch den Abgaskanal strömt, mit: einem Partikelfilter (DPF), der in einem Abgaskanal (2) einer Brennkraftmaschine (E/G) platziert ist und Partikelstoff einfängt, der in einem Abgas enthalten ist, dass in dem Abgaskanal strömt; einem Partikelstoffsensor (1), der auf einer stromabwärts liegenden Seite des Partikelfilters platziert ist und eine Menge an in einem Abgas enthaltenem Partikelstoff erfasst; und einem Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU), der einen unnormalen Zustand des Partikelfilters (DPF) basierend auf Erfassungsergebnissen des Partikelstoffsensors (1) erfasst, wobei der Partikelstoffsensor (1) aufweist: einen Erfassungsteil (100) mit einem Paar von Erfassungselektroden (11, 12), die auf einer Fläche eines Isolationssubstrats (13) ausgebildet sind; und einen Heizerteil (300) zum Erhitzen des Erfassungsteils (100), so dass der Erfassungsteil (100) eine vorbestimmte Temperatur annimmt und ein elektrischer Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden (11 und 12) gemäß der an den Erfassungselektroden (11 und 12) angesammelten Menge an Partikelstoff (PM) geändert wird, wobei der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) eine Beurteilungseinrichtung aufweist, die einen Ausgabewert des Erfassungsteils (100) unter einer ersten Temperaturbedingung mit einem Ausgabewert des Erfassungsteils (100) unter einer zweiten Temperaturbedingung vergleicht, wobei die erste Temperaturbedingung eine Bedingung ist, in der eine Temperatur (T2) des Paars der Erfassungselektroden (11 und 12) gleich einer Temperatur (T1) des Abgases ist, und die zweite Temperaturbedingung eine Bedingung ist, in der die Temperatur (T2) der Erfassungselektroden (11 und 12) höher ist als die Temperatur (T1) des Abgases, und die Beurteilungseinrichtung in dem Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) beurteilt, dass sich der Partikelfilter (DPF) in einem unnormalen Zustand befindet, wenn eine Differenz zwischen den Ausgabewerten des Erfassungsteils (100) in der ersten Temperaturbedingung und der zweiten Temperaturbedingung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Vorrichtung zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Partikelfilters gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) die Temperatur der Erfassungselektroden (11 und 12) so einstellt, dass eine Differenz zwischen der Temperatur (T2) der Erfassungselektroden (11 und 12) und der Temperatur (T1) des Abgases in der zweiten Temperaturbedingung innerhalb eines Bereichs von 50°C bis 200°C liegt.
Vorrichtung zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Partikelfilters gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsteil eines unnormalen Zustands (ECU) eine Differenz zwischen der Temperatur der Erfassungselektroden (11 und 12) und der Temperatur (T1) des Abgases in der zweiten Temperaturbedingung basierend auf einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine wie etwa einer Temperatur der Brennkraftmaschine (E/G) und einer Arbeitslast der Brennkraftmaschine bestimmt.
Vorrichtung zum Erfassen eines unnormalen Zustands eines Partikelfilters gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsteil (100) des Partikelstoffsensors (1) das Paar der Erfassungselektroden (11, 12), die in einem Kammmuster ausgebildet sind, und Leitungsteile (111 und 121) aufweist, die in einem vorderen Teil einer Fläche des Isolationssubstrats (13) ausgebildet sind, der im Inneren des Abgaskanals (2) platziert ist, und der Heizerteil (300) eine Heizerelektrode (30) und Leitungsteile (31, 32) aufweist, die in einem vorderen Teil einer Fläche eines Isolationssubstrats (33) ausgebildet sind, der auf dem Isolationssubstrat (13) so geschichtet ist, dass die Fläche des Isolationssubstrats (33) der anderen Fläche des Isolationssubstrats (13) zugewandt ist.