DE102011076294A1

DE102011076294A1 - Partikelerfassungssensor und Partikelerfassungssensoreinheit

Info

Publication number: DE102011076294A1
Application number: DE102011076294A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Suzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2011-11-24
Also published as: US8578756B2; US20110283773A1; JP2011247650A

Abstract

Bei einem PM-Erfassungssensor mit einem Sensorelement mit einem Paar von auf einem Substrat gebildeten Erfassungselektroden wird eine Menge an in der Erfassungselektrode akkumulierten PM basierend auf einer Widerstandsänderung zwischen den Erfassungselektroden berechnet. Eine aus einem in Reihe mit einem Kondensator verbundenen Temperaturerfassungswiderstand gebildete Serienschaltung ist als eine Leiterbahn in dem Sensorelement gebildet. Ein Mikrocomputer in einer ECU weist eine Spannungsquelle an, eine DC-Spannung an den Widerstand und den Kondensator anzulegen, um einen ersten Zustand zu erzeugen, in dem kein Strom in dem Widerstand fließt, wenn eine Menge an in dem Sensorelement akkumulierten PM erfasst wird. Der Mikrocomputer weist die Spannungsquelle an, eine AC-Spannung an den Widerstand und den Kondensator anzulegen, um einen zweiten Zustand zu erzeugen, in dem ein Strom in dem Widerstand fließt, wenn eine Temperatur des Sensorelements erfasst wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung bezieht sich auf die und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nummer 2010-118837 , welche am 24. Mai 2010 eingereicht wurde, und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Partikelerfassungssensoren und Partikelerfassungssensoreinheiten, die eine in einem Zielerfassungsgas wie beispielsweise einem von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenem Abgas enthaltene Partikelmenge erfassen können.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Generell ist ein Dieselmotor-Abgassystem mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestattet. Solch ein DPF kann leitfähige Partikel PM aus einem von einem Dieselmotor ausgestoßenen Abgas entfernen. Das heißt, der DPF fängt in einem Abgas enthaltene Partikel PM ein. Die in dem DPF eingefangenen Partikel PM werden bei einer hohen Temperatur des Abgases oxidiert. In anderen Worten wird der DPF bei einer hohen Temperatur regeneriert. Um den DPF-Regenerierungssprozess auszuführen, muss die Menge an von dem DPF eingefangenen Partikeln PM berechnet werden. Der DPF-Regenerierungssprozess wird zu dem Zeitpunkt ausgeführt, wenn die berechnete Menge an Partikeln PM in dem DPF einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Es wurden bereits unterschiedliche herkömmliche Verfahren zum Berechnen der Menge an in einem DPF eingefangenen Partikeln PM vorgeschlagen. Eines der herkömmlichen Verfahren verwendet einen Partikelerfassungssensor (oder kürzer PM-Erfassungssensor oder Rauchsensor), der eine Menge an in einem Abgas enthaltenen Partikel erfassen kann. Die in einem solchen Abgas enthaltene erfasste Menge an Partikeln entspricht der Menge an in dem DPF akkumulierten Partikeln und der Dauer der Verwendung des DPF. Die japanische Patentveröffentlichung Nummer JP S60-1546 offenbart beispielsweise solch einen PM-Erfassungssensor. Bei der in der japanischen Patentveröffentlichung Nummer JP S60-1546 offenbarten herkömmlichen Technik ist ein Paar von Erfassungselektroden auf einem Substrat gebildet. Die Erfassungselektroden weisen eine Kammstruktur auf und liegen sich auf dem Substrat gegenüber. Die Erfassungselektroden sind jeweils elektrisch mit Erfassungsanschlüssen verbunden. Die Menge an in einem Abgas enthaltenen Partikeln PM kann basierend auf einer Widerstandsänderung zwischen den Erfassungselektroden in dem PM-Erfassungssensor erfasst werden. Die Widerstandsänderung tritt basierend auf der Menge an zwischen den Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln PM auf.
Bei dem in der japanischen Patentveröffentlichung Nummer JP S60-1546 offenbarten PM-Erfassungssensor ist ferner ein Paar von Temperatureinstellelektroden auf einer Vorderseite und einer Rückseite des Substrats zusätzlich zu den Erfassungselektroden ausgebildet. Die Temperatureinstellelektroden sind elektrisch mit einem Temperatureinstellanschluss verbunden. Diese Struktur des PM-Erfassungssensors ermöglicht es, die Konzentration an in einem Abgas enthaltenen Partikeln ohne einen Einfluss der Temperaturabhängigkeit des Widerstands zwischen den Erfassungselektroden korrekt zu erfassen.
Solch ein PM-Erfassungssensor wird ferner neben dem Einsatz für den Prozess der Berechnung der Menge an in dem DPF akkumulierten Partikeln für eine Fehlerdiagnose eines DPF verwendet. Das heißt, wenn ein DPF-Fehler auftritt, strömt ein einen Überschuss an Partikeln PM enthaltendes Abgas stromabwärts des DPF in das Abgasreinigungssystem. Um das Auftreten eines DPF-Fehlers zu erfassen, ist der PM-Erfassungssensor an der stromabwärtigen Seite des DPF angeordnet. Die Fehlerdiagnose wird basierend auf der Menge an in dem Abgas an der stromabwärtigen Seite des DPF enthaltenen Partikeln PM ausgeführt.
Allerdings unterdrücken die herkömmlichen Partikelerfassungssensoren, die beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nummer JP S60-1546 offenbart sind, weil sie mit den Temperatureinstellelektroden ausgestattet sind, den Einfluss der Temperaturabhängigkeit des erfassten Widerstands, wenn die Menge an in einem Abgas enthaltenen Partikeln PM erfasst wird, und können deshalb die Temperatur des Abgases nicht erfassen.
Ferner hat der vorangehend beschriebene herkömmliche PM-Erfassungssensor Leitungen, die zu verwenden sind, um die Menge an Partikeln PM zu erfassen und Leitungen, um mit den Temperatureinstellelektroden verbunden zu werden. Dies verursacht eine komplizierte Schaltungskonfiguration und eine erhöhte Anzahl an Anschlüssen.
Des Weiteren ist es nötig, zusätzliche Leitungen und Anschlüsse bei dem herkömmlichen Partikelerfassungssensor bereitzustellen, um die Funktion des Erfassens der Temperatur des Abgases zu haben. Dies verstärkt das vorher beschriebene herkömmliche Problem.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelerfassungssensor und eine mit dem Partikelerfassungssensor ausgestattete Partikelerfassungssensoreinheit bereitzustellen, die eine einfache Struktur aufweisen, und die eine Menge an in einem Abgas enthaltenen leitfähigen Partikeln PM erfassen können und eine Temperatur des Abgases erfassen können. Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Partikelerfassungssensorsystem bereit, das eine Steuervorrichtung und die Partikelerfassungssensoreinheit aufweist, und welches die von dem Partikelerfassungssensor übertragenen Erfassungssignale empfangen kann und die Menge an in dem Sensorelement akkumulierten leitfähigen Partikeln PM und die Temperatur des Sensorelements in dem Partikelerfassungssensor basierend auf den empfangenen Erfassungssignalen berechnen kann.
Um die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen Partikelerfassungssensor als einen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bereit. Der Partikelerfassungssensor umfasst ein Sensorelement. Das Sensorelement kann in einem Zielerfassungsgas wie einem von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgas Partikel mit leitfähigen Eigenschaften erfassen. Das Sensorelement umfasst ein Substrat, ein Paar von Erfassungselektroden, einen Temperaturerfassungswiderstand und eine Umschalteinrichtung. Das Paar von Erfassungselektroden ist auf dem Substrat gebildet. Die Erfassungselektroden liegen einander gegenüber. Der Temperaturerfassungswiderstand ist als eine Leiterbahn zwischen dem Paar von Erfassungselektroden gebildet. Die Temperatur des Sensorelements wird basierend auf einem Widerstandswert des Temperaturerfassungswiderstands erfasst. Die Umschalteinrichtung erzeugt einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand. In dem ersten Zustand fließt kein Strom durch den Temperaturerfassungswiderstand und eine Menge an in dem Sensorelement akkumulierten Partikeln wird erfasst. In dem zweiten Zustand fließt der Strom durch den Temperaturerfassungswiderstand und eine Temperatur des Sensorelements wird erfasst. Eine Menge an zwischen den Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln wird basierend auf einer Änderung des Widerstandswertes zwischen den Erfassungselektroden, die durch die akkumulierten Partikel mit leitfähigen Eigenschaften verursacht wird, erfasst.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Partikelerfassungssensoreinheit mit dem Sensorelement und einem Sensorverbindungselement bereitgestellt. Der Partikelerfassungssensor weist die Struktur wie in dem vorher beschriebenen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung auf. Durch das Sensorverbindungselement ist ein Leitungsstrang wie beispielsweise mit den Erfassungselektroden verbundene Sensorleitungen und mit dem Heizelement verbundene Heizleitungen mit einer äußeren Steuervorrichtung verbunden.
In der Struktur des Partikelerfassungssensors und der Partikelerfassungssensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Temperaturerfassungswiderstand als Leiterbahn des Paars von Erfassungselektroden angeordnet und es kann zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet werden. Während des ersten Zustands fließt kein Strom durch den Temperaturerfassungswiderstand. Während des zweiten Zustands fließt ein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand.
In dem ersten Zustand ist es möglich, die Menge an zwischen den Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln, nämlich die Menge an in einem Abgas als Zielerfassungsgas enthaltenen Partikeln basierend auf dem Widerstand zwischen den Erfassungselektroden, zu erfassen.
In dem zweiten Zustand ist es möglich, die Temperatur des Sensorelements basierend auf der Summe des Widerstandwerts zwischen den Erfassungselektroden und des Widerstandwerts des Temperaturerfassungswiderstands zu erfassen. Beispielsweise entspricht die Temperatur des Sensorelements der Differenz zwischen dem in dem ersten Zustand erhaltenen Widerstandswert und dem in dem zweiten Zustand erhaltenen Widerstandswert. Folglich ist es möglich, das Sensorelement auf eine optimale Temperatur einzustellen, um den Erfassungsprozess des Erfassens von Partikeln basierend auf der erfassten Temperatur des Sensorelements auszuführen.
Ferner ist es möglich, dieselben Leitungen zu verwenden, wenn die Temperatur des Sensorelements erfasst wird und die Menge an Partikeln erfasst wird, da bei der Struktur, bei der die Umschalteinrichtung auf der Leiterbahn des Paars von Erfassungselektroden angeordnet ist, zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet werden kann. Dies ermöglicht es, die Gesamtanzahl an Leitungen in dem mit einer elektrischen Steuereinheit als der Steuervorrichtung, die von dem Partikelerfassungssensor übertragene Erfassungssignale empfängt, verbundenen Partikelerfassungssensor zu verringern.
Folglich ist es möglich, den Partikelerfassungssensor bereitzustellen, der die Menge an Partikeln und die Temperatur des Sensorelements mit einer einfachen Struktur erfassen kann und geringe Herstellungskosten hat und die Gesamtanzahl an Komponenten nicht erhöht.
Bei dem Partikelerfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Umschalteinrichtung einen Kondensator. Der Kondensator ist in Serie mit dem als Leiterbahn gebildeten Temperaturerfassungswiderstand verbunden. Die Umschalteinrichtung empfängt eines aus einem Gleichstromsignal (oder einer Gleichspannung) und einem Wechselstromsignal (oder einer Wechselspannung), die von einer elektrischen Energiequelle an das Paar von Erfassungselektroden zugeführt werden. Die Umschalteinrichtung erzeugt den ersten Zustand, wenn sie das Gleichstromsignal empfängt, das von der elektrischen Energiequelle dem Paar von Erfassungselektroden zugeführt wird. Die Umschalteinrichtung erzeugt den zweiten Zustand, wenn sie das Wechselstromsignal empfängt, das von der elektrischen Energiequelle dem Paar von Erfassungselektroden zugeführt wird.
Genauer hält der Kondensator als die Umschalteinrichtung in dem Partikelerfassungssensor den Gleichstrom (DC-Strom) davon ab, in den Temperaturerfassungswiderstand zu fließen, wenn er das Gleichstromsignal (DC-Signal) empfängt, und erlaubt andererseits dem Wechselstrom (AC-Strom), durch den Temperaturerfassungswiderstand zu fließen, wenn er das Wechselstromsignal (AC-Signal) empfängt. Die Struktur des Partikelerfassungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung macht es möglich, leicht zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand zur elektrischen Verbindung und Trennung des Temperaturerfassungswiderstands umzuschalten.
Bei dem Partikelerfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Kondensator an einem distalen Ende des Sensorelements angeordnet und der Temperaturerfassungswiderstand ist an einer Vorderseite des Sensorelements angeordnet, betrachtet entlang einer Längsrichtung des Sensorelements. Die Vorderseite liegt dem distalen Ende entlang einer Längsrichtung des Sensorelements gegenüber.
Generell treten Verschlechterungen und Fehlverhalten in dem Kondensator auf, wenn er in dem Abgasrohr angeordnet ist, durch das ein Abgas mit hoher Temperatur strömt, da der Kondensator als die Umschalteinrichtung relativ niedrige Wärmewiderstandseigenschaften aufweist. Da der Partikelerfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung die oben angegebene Struktur aufweist, bei welcher der Kondensator an einer Position angeordnet ist, die nicht von einer Wärmeenergie des Abgases beeinträchtigt ist, wenn der Partikelerfassungssensor in dem Abgasrohr angeordnet ist, ist es möglich, leicht zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umzuschalten und die Menge an Partikeln und die Temperatur des Sensorelements mit hoher Genauigkeit korrekt zu erfassen.
Der zwischen den Erfassungselektroden in dem Sensorelement gebildete Widerstand weist die Temperaturabhängigkeitseigenschaften auf, die sich abhängig von der Änderung der Temperatur des Sensorelements ändern.
Der Partikelerfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung hat ferner ein Heizelement. Wenn es elektrische Energie erhält, erzeugt das Heizelement Wärmeenergie, um das Sensorelement zu erwärmen. Bei dem Partikelerfassungssensor erzeugt das Heizelement Wärmeenergie, wenn es elektrische Energie von der elektrischen Energiequelle unter einer Steuerung durch eine Steuereinrichtung basierend auf der in dem zweiten Zustand erfassten Temperatur des Sensorelements erhält. Dies ermöglicht es, die Temperatur des Sensorelements auf die optimale Temperatur einzustellen, während die aktuelle Temperatur des Sensorelements überwacht wird, und die Menge an zwischen den Erfassungselektroden in dem Sensorelement akkumulierten Partikeln mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Wie vorher beschrieben, weist der zwischen den Erfassungselektroden in dem Sensorelement gebildete Widerstand die Temperaturabhängigkeitseigenschaften auf, die sich abhängig von der Änderung der Temperatur des Sensorelements ändern. Generell ändert sich die Temperatur des Sensorelements in Reaktion auf die Umgebungsbedingungen. Selbst wenn die Heizelementsteuerung basierend auf der erfassten Temperatur des Sensorelements ausgeführt wird, ändert sich die Temperatur des Sensorelements entsprechend der Änderung der Temperatur des von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgases.
Bei dem Partikelerfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit des Erfassens der Menge an zwischen den Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln weiter zu erhöhen, da die Temperatureinstellung ausgeführt wird, um die erfasste Menge an zwischen den Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln einzustellen, wobei die Menge basierend auf dem Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden berechnet wird.
Bei dem Partikelerfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung werden Leitungsunterbrechungen in dem Sensorelement basierend auf dem in dem zweiten Zustand erfassten Widerstand zwischen den Erfassungselektroden erfasst.
Wenn eine Leitungsunterbrechung in dem Sensorelement des Partikelerfassungssensors auftritt, ist es schwierig, den Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden zu erfassen. Wenn keine Partikel zwischen den Erfassungselektroden auf dem Substrat des Sensorelements akkumuliert sind, ist es schwierig, den Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden zu erfassen, da kein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand fließt. In diesem Fall nimmt der Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden einen unendlichen Wert (= ∞) an. Folglich bedeutet dies, dass es schwierig ist, basierend auf dem erfassten Widerstandswert zu erfassen, ob eine Leitungsunterbrechung in dem Sensorelement auftritt oder nicht, da die folgenden zwei Fälle (a) und (b) dieselbe Widerstandsänderung während des ersten Zustands aufweisen;

(a) wenn keine Partikel auf den Erfassungselektroden auf dem Substrat akkumuliert sind; und
(b) wenn eine Leitungsunterbrechung in dem Sensorelement auftritt.

Andererseits ist es möglich, den Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden, der der Temperatur des Sensorelements entspricht, zu erfassen, selbst wenn keine Partikel zwischen den Erfassungselektroden auf dem Substrat des Sensorelements akkumuliert sind, da es die Struktur des Partikelerfassungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt, dass Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand während des zweiten Zustands fließt. Folglich ist es möglich, das Auftreten einer Leitungsunterbrechung in dem Sensorelement durch Verwendung des Partikelerfassungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung zu erfassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ein bevorzugtes, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, bei der
1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine schematische Struktur eines in einem Partikelerfassungssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anzuordnenden Sensorelements;
2 eine Ansicht ist, die einen Querschnitt des Partikelerfassungssensors zeigt, der mit dem Sensorelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
3 eine Ansicht ist, die die gesamte Struktur eines PM-Erfassungssensorsystems, das den Partikelerfassungssensor gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet, zeigt;
4 eine Ansicht ist, die eine Konfiguration einer Sensorsteuerschaltung des in 3 gezeigten PM-Erfassungssensorsystems zeigt;
5 eine Ansicht ist, die eine Kennlinie der Einstellung der Menge an Partikeln zeigt;
6 ein Flussdiagramm ist, das den Prozess des Erfassens einer Menge an in dem Sensorelement akkumulierten Partikeln PM sowie den Prozess des Erfassens der Temperatur des Sensorelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Flussdiagramm ist, das den Prozess des Zuführens von elektrischer Energie zu einem Heizelement in dem Partikelerfassungssensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, um in dem in 1 gezeigten Sensorelement akkumulierte Partikel zu entfernen;
8 eine Ansicht ist, die eine andere Struktur des PM-Erfassungssensorsystems mit dem PM-Erfassungssensor gemäß einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 eine Ansicht ist, die eine andere Struktur des PM-Erfassungssensorsystems mit dem PM-Erfassungssensor gemäß einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen (Buchstaben oder Zahlen) gleiche oder äquivalente Komponententeile in den verschiedenen Abbildungen.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Sensorelements 13, eines Partikel(PM)-Erfassungssensors 10, einer mit dem PM-Erfassungssensor 10 ausgestatteten PM-Erfassungssensoreinheit und eines PM-Erfassungssensorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 9 gegeben.
Das Partikelerfassungssensorsystem ist an einem Abgasdurchlass in einem Abgasreinigungssystem eines Fahrzeugmotors angebracht. Das PM-Erfassungssystem weist den Partikelerfassungssensor 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf. Das PM-Erfassungssensorsystem weist den PM-Erfassungssensor 10 auf, um eine Menge an leitfähigen Partikeln (PM), die in einem von einem Fahrzeugmotor ausgestoßenen Abgas enthalten sind, zu erfassen. Solche leitfähigen Partikel werden auch kurz als ”Partikel (PM)” bezeichnet.
Beispielsweise ist der Fahrzeugmotor ein fahrzeugseitiger Dieselmotor. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) als die Abgasreinigungsvorrichtung ist an einem Abgasdurchlass des Dieselmotors angebracht. Der DPF kann von dem Dieselmotor ausgestoßenes Abgas reinigen. Das heißt, der DPF fängt in dem von dem Dieselmotor ausgestoßenen Abgas enthaltene Partikel PM ein. Der DPF wird regelmäßig basierend auf dem Erfassungsergebnis des PM-Erfassungssensors regeneriert, um die in dem DPF akkumulierten Partikel PM zu entfernen. Bei solch einem DPF-Regenerierungsprozess wird der DPF mit hoher Temperatur befeuert, um die akkumulierten Partikel PM zu oxidieren.
Beispielsweise ist der PM-Erfassungssensor stromabwärtig des DPF in dem Abgasdurchlass des Dieselmotors angeordnet. Das PM-Mengenerfassungssystem berechnet als das Erfassungsergebnis des PM-Erfassungssensors eine Menge an in dem DPF akkumulierten Partikeln basierend auf dem Ausstoß. Wenn die berechnete Menge an Partikeln einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der DPF regeneriert. Der PM-Erfassungssensor erfasst die Menge an in dem Abgas stromabwärts des DPF enthaltenen Partikeln PM. Es ist möglich, die Fehlerprüfung des DPF basierend auf dem Erfassungsergebnis des PM-Erfassungssensors auszuführen.
Folgend wird eine Beschreibung einer Konfiguration des PM-Erfassungssensors mit dem Sensorelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 gegeben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Struktur des Sensorelements 13 zeigt, das in dem Partikel(PM)-Erfassungssensor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
Zuerst wird nun eine Beschreibung der gesamten Struktur des PM-Erfassungssensors 10 unter Bezugnahme auf 2 gegeben.
2 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt des PM-Erfassungssensors 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 2 gezeigt, hat der PM-Erfassungssensor 10 ein Gehäuse. In dem Gehäuse des PM-Erfassungssensors 10 ist ein zylindrisch geformter Isolator 12 angeordnet. Das Sensorelement 13 in Form einer langen Platte ist in den Isolator 12 eingebracht und von diesem getragen. Das Sensorelement 13 umfasst einen PM-Erfassungsteil 14 und einen Heizteil 15. Der PM-Erfassungsteil 14 erfasst eine in einem Abgas als ein Zielerfassungsgas enthaltene Menge an Partikeln PM. Der Heizteil 15 erzeugt Wärmeenergie, um das Sensorelement 13 zu erwärmen.
Der PM-Erfassungsteil 14 umfasst ein Paar von Erfassungselektroden 16 und 17. Der Heizteil 15 weist ein Heizelement 18 auf.
Die Vorderseite des Sensorelements 13 erstreckt sich aus dem Isolator 13 heraus. Der PM-Erfassungsteil 14 (mit den Erfassungselektroden 16 und 17) ist an dem vorderen Teil des Sensorelements 13 gebildet. Der Abdeckkörper 19 deckt das Gesamte des vorstehen Teils des Sensorelements 13 ab. Das Sensorelement 13 ist innerhalb des Abdeckkörpers 19 angeordnet.
Ein Anschluss 21 und ein Anschluss 22 sind an dem distalen Ende des Sensorelements 13 angeordnet. Das distale Ende des Sensorelements 13 liegt an einer gegenüberliegenden Position zu dem PM-Erfassungsteil 14 in der Längsrichtung des PM-Erfassungssensors 10. Der Anschluss 21 ist mit den Erfassungselektroden 16 und 17 verbunden. Der Anschluss 22 ist mit dem Heizelement 18 verbunden.
Die Anschlüsse 21 und 22 sind jeweils mit Metallbeschlägen 23 und 24 verbunden. Die Anschlüsse 21 und 22 sind jeweils über die Verbindungsmetallbeschläge 23 und 24 mit Sensorleitungen verbunden, das heißt mit einer Signalleitung 25 und einer Heizleitung 26.
Die Sensorleitungen 25 und 26 sind mit einer (in 1 und 2 nicht gezeigten) Steuervorrichtung über Fahrzeugleitungen verbunden. Die Steuervorrichtung ist außen an der Hülle 27 des PM-Erfassungssensors 10 angeordnet.
Der PM-Erfassungssensor 10 ist an der Wand des Abgasrohrs EP über das Gehäuse 11 des PM-Erfassungssensors 10 angebracht. Wenn der PM-Erfassungssensor 10 an dem Abgasrohr EP über das Gehäuse 11 befestigt ist, ist der vordere Teil des Sensorelements 13 in dem Inneren des Abgasrohrs EP angeordnet, durch welches Abgas als das Zielerfassungsgas strömt. Das heißt, dass der PM-Erfassungsteil 14 (mit den Erfassungselektroden 16 und 17) annähernd an dem zentralen Teil des Innenraums des Abgasrohrs EP angeordnet ist, so dass das Sensorelement 13 der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms gegenüber liegt. Eine Vielzahl von Löchern ist in dem Abdeckkörper 19 gebildet, durch welche das Abgas in das Innere des Sensorelements 13 eingeführt wird.
Als nächstes wird eine Beschreibung des Sensorelements 13 unter Bezugnahme auf 1 gegeben. 1 ist eine teilperspektivische Ansicht, die eine schematische Struktur des Sensorelements 13 zeigt.
Das Sensorelement 13 umfasst drei Substrate 31, 32 und 33, die aus einem elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Material gemacht sind. Die drei Substrate 31, 32 und 33 sind gestapelt. Die Erfassungselektroden 16 und 17 sind auf einem Teil des ersten Substrats 31 gebildet, das dem vorderen Endteil des PM-Erfassungssensors 10 entspricht. Die Erfassungselektroden 16 und 17 bilden den PM-Erfassungsteil 14. Jede der Erfassungselektroden 16 und 17 weist eine Kammstruktur auf. Die Zinken der Erfassungselektrode 16 und die Zinken der Erfassungselektrode 17 liegen einander gegenüber und sind abwechselnd mit einer vorbestimmten Lücke angeordnet. Jede der Erfassungselektroden 16 und 17 ist so angeordnet, dass die Kammzinken entlang einer Längsrichtung des PM-Erfassungsteils 14 angeordnet sind. Der Anschluss 21 ist auf der anderen Oberfläche des ersten Substrats 31 gebildet, das gegenüber der Oberfläche liegt, auf der die Erfassungselektroden 16 und 17 gebildet sind.
Die Form des Paars von Erfassungselektroden 16 und 17 ist nicht durch die vorangehend beschriebene Struktur eingeschränkt. Es ist möglich, dass die Erfassungselektroden 16 und 17 eine Struktur aufweisen, bei der die Kammzinken jeder der Erfassungselektroden 16 und 17 entlang einer Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu der Längsrichtung des Sensorelements 13 ist oder eine Struktur aufweisen, bei der jeder der Zinken der Erfassungselektroden 16 und 17 eine Spiralform aufweist.
Das Heizelement 18 ist auf dem zweiten Substrat 32 gebildet. Das Heizelement 18 setzt sich aus Heizleitungen zusammen. Ähnlich wie die Erfassungselektroden 16 und 17 ist das Heizelement 18 an dem vorderen Ende des Sensorelements 13 angeordnet. Der Anschluss 22 ist auf der Oberfläche des zweiten Substrats 32 gebildet, die sich gegenüber der Oberfläche befindet, auf der das Heizelement 18 gebildet ist. Das Heizelement 18 ist elektrisch mit dem Anschlussteil 22 über eine (nicht gezeigte) Durchgangslochelektrode verbunden, die in dem zweiten Substrat 32 gebildet ist.
Bei dem Sensorelement 13 ist das erste Substrat 31 ein Vorderseitensubstrat und das zweite Substrat ist ein Rückseitensubstrat. Der PM-Erfassungssensor 10 ist in dem Abgasrohr EP so angeordnet, dass das erste Substrat 31 der stromaufwärtigen Seite des Abgasstroms zugewendet ist und das zweite Substrat 32 der stromabwärtigen Seite des Gasstroms in dem Abgasrohr EP zugewendet ist. Diese Anordnung des PM-Erfassungssensors 10 in dem Abgasrohr EP ermöglicht es, die Partikel PM an die Erfassungselektroden 16 und 17 und einen Randbereich der auf dem ersten Substrat 31 gebildeten Erfassungselektroden 16 und 17 anzuhaften. Die Partikel PM sind an den Erfassungselektroden 16 und 17 und dem Randbereich akkumuliert.
Das dritte Substrat 33 ist zwischen dem ersten Substrat 31 und dem zweiten Substrat 32 angeordnet. Ein Temperaturerfassungswiderstand 34 ist auf dem dritten Substrat 33 gebildet. Der Temperaturerfassungswiderstand 34 agiert als ein Temperaturerfassungselement, das die Temperatur des Sensorelements 13 erfassen kann. Wie die Erfassungselektroden 16 und 17 und das Heizelement 18 ist der Temperaturerfassungswiderstand 34 an dem vorderen Ende in der Längsrichtung des Sensorelements 13 angeordnet. Der Temperaturerfassungswiderstand 34 ist auch im Inneren des Abgasrohrs EP angeordnet, wenn der PM-Erfassungssensor 10 in dem Abgasrohr EP angeordnet ist. Der Temperaturerfassungswiderstand 34 ist zwischen dem Heizelement 18 und dem Paar von Erfassungselektroden 16 und 17 angeordnet.
Ein Kondensator 35 ist auf dem ersten Substrat 31 gebildet. Der Kondensator 35 ist in Reihe mit dem Temperaturerfassungswiderstand 34 über das in dem ersten Substrat 31 gebildete (nicht gezeigte) Durchgangsloch verbunden. Der Kondensator 35 entspricht einer in den Patentansprüchen angegebenen Umschalteinrichtung, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zur elektrischen Verbindung und Trennung des Temperaturerfassungswiderstands 34 erzeugen kann. Der erste Zustand und der zweite Zustand werden nachher detailliert beschrieben.
Die Erfassungselektroden 16 und 17 sind an einem Endteil des ersten Substrats 31 entlang einer Längsrichtung des Sensorelements 13 gebildet und der Kondensator 35 ist an dem anderen Endteil des ersten Substrats 31 entlang einer Längsrichtung des Sensorelements 13 gebildet. In anderen Worten ist der Kondensator 35, wie in 2 gezeigt, auf dem ersten Substrat 31 an dem Äußeren des Abgasrohrs EP angeordnet, das nicht nachteilig von aus dem Abgas zugeführter Wärmeenergie beeinflusst ist.
Der Temperaturerfassungswiderstand 34 und der Kondensator 35 realisieren eine Serienschaltung. Die Serienschaltung ist mit dem PM-Erfassungsteil 14 verbunden. Das heißt, ein Endanschluss der aus dem Temperaturerfassungswiderstand 34 und dem Kondensator 35 zusammengesetzten Serienschaltung ist mit der Erfassungselektrode 16 in dem PM-Erfassungsteil 14 verbunden und der andere Endanschluss davon ist mit der Erfassungselektrode 17 in dem PM-Erfassungsteil 14 verbunden. Insbesondere ist die aus dem Temperaturerfassungswiderstand 34 und dem Kondensator 35 zusammengesetzte Serienschaltung mit dem vorderen Ende (als dem vorderen Endteil eines Paars an sich entlang der Längsrichtung des Sensorelements 13 erstreckenden Leiterdrähten) der Erfassungselektroden 16 und 17 verbunden.
Die aus dem Temperaturerfassungswiderstand 34 und dem Kondensator 35 zusammengesetzte Serienschaltung ist mit den Erfassungselektroden 16 und 17 über das in dem ersten Substrat 31 gebildete (nicht gezeigte) Durchgangsloch verbunden.
Die aus dem Temperaturerfassungswiderstand 34 und dem Kondensator 35 auf dem dritten Substrat 33 zusammengesetzte Serienschaltung ist zwischen dem auf dem ersten Substrat 31 gebildeten Paar von Erfassungselektroden 16 und 17 gebildet. In anderen Worten ist der Temperaturerfassungsteil mit dem Temperaturerfassungswiderstand 34 parallel zu dem PM-Erfassungsteil 14 in dem Sensorelement 13 gebildet.
Der Kondensator 35 hält ein Gleichstromsignal (oder eine Gleichspannung) davon ab, darin zu fließen, und erlaubt einem Wechselstromsignal (AC-Signal), zu fließen.
Wenn das DC-Signal dem Sensorelement 13 zugeführt wird, erzeugt die oben beschriebene Schaltungsstruktur einen den PM-Erfassungsteil 14 und nicht den Temperaturerfassungsteil, der aus dem Temperaturerfassungswiderstand 34 und dem Kondensator 35 zusammengesetzt ist, enthaltenden Stromflusspfad.
Wenn andererseits das AC-Signal dem Sensorelement 13 zugeführt wird, erzeugt die oben beschriebene Schaltungsstruktur einen den PM-Erfassungsteil 14 und den Temperaturerfassungsteil, der aus dem Temperaturerfassungswiderstand 34 und dem Kondensator 35 zusammengesetzt ist, enthaltenden Stromflusspfad.
Die Bedingung, wenn das DC-Signal dem Sensorelement 13 zugeführt wird, entspricht einem ersten Zustand, bei dem kein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 fließt. Die Bedingung, wenn das AC-Signal dem Sensorelement 13 zugeführt wird, entspricht einem zweiten Zustand, bei dem ein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 fließt.
Bei dem PM-Erfassungssensor 10 mit der oben beschriebenen Struktur gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Widerstandswert des PM-Erfassungsteils 14 (d. h. ein Widerstand zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17) durch die Menge an Partikeln PM verändert, die in einem auf dem ersten Substrat 31 des Sensorelements 13 akkumulierten Abgas enthalten sind. Die Widerstandsänderungsrate ist proportional zu der Mengenänderung der zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17, die auf dem ersten Substrat 31 gebildet sind, akkumulierten Partikel PM.
Das PM-Mengenerfassungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Steuereinheit (ECU). Die ECU berechnet die Menge an in einem Abgas als das Zielerfassungsgas enthaltenen Partikeln PM basierend auf dem Erfassungsergebnis des Widerstands zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17.
3 ist eine Ansicht, die eine Gesamtstruktur eines Partikel(PM)-Mengenerfassungssystems zeigt, das den Partikelerfassungssensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet.
Wie in 3 gezeigt sind die Sensorleitungen 25 und 26 des PM-Erfassungssensors 10 jeweils mit den Anschlüssen der ECU 50 über Fahrzeugleitungen 28 und 29 verbunden. Ein Sensorverbindungselement 40 ist an der dem Verbindungsteil gegenüberliegenden Position zwischen dem Sensorelement 13 und der ECU 50 angeordnet. Über das Sensorverbindungselement 40 sind die Sensorleitungen 25 und 26 jeweils elektrisch mit den Fahrzeugleitungen 28 und 29 verbunden. Generell sind die Sensorleitungen 25 und 26 im Vergleich zu den Fahrzeugleitungen 28 und 29 kurz. Beispielsweise hat jede der Sensorleitungen 25 und 26 eine Länge von etwa 0,5 m und jede der Fahrzeugleitungen 28 und 29 hat eine Länge von etwa 5 m.
Die ECU 50 ist eine in einem Fahrzeug angeordnete ECU mit einem Mikrocomputer 51. Der Mikrocomputer 51 stellt eine Menge an Brennstoffeinspritzung basierend auf der Betriebsbedingung des fahrzeugseitigen Verbrennungsmotors ein. Die ECU 50 umfasst einen Sensorsteuerschaltkreis 52 und einen Heizelementsteuerschaltkreis 53. Das Erfassungssignal der PM-Erfassungssensors 10 wird zu dem Mikrocomputer 51 über den Sensorsteuerschaltkreis 52 übertragen. Der Mikrocomputer 51 berechnet die Menge an in dem PM-Erfassungssensor 10 akkumulierten Partikeln PM basierend auf dem Erfassungsergebnis des PM-Erfassungssensors 10. Wenn die berechnete Menge an Partikeln PM einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, führt der Mikrocomputer 51 die Regenerierung des DPF aus. Der Mikrocomputer 51 berechnet ferner die Menge an in einem Abgas an der stromabwärtigen Seite des DPF enthaltenen Partikeln PM basierend auf dem Erfassungsergebnis des PM-Erfassungssensors 10. Wenn das Erfassungsergebnis einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, urteilt der Mikrocomputer 51, dass ein DPF Fehler aufgetreten ist.
4 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration des Sensorsteuerschaltkreises 52 in dem in 3 gezeigten Partikel(PM)-Mengenerfassungssystem zeigt.
Wie in 4 gezeigt, umfasst der Sensorsteuerschaltkreis 52 eine elektrische Spannungsquelle und einen Erfassungswiderstand 56. Die elektrische Spannungsquelle 55 legt eine elektrische Spannung an das Sensorelement 13 in dem PM-Erfassungssensor 10 an. Durch den Erfassungswiderstand 56 erfasst die ECU 50 einen Widerstandswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 (nämlich einen Widerstandwert zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17) in dem Sensorelement 13, wenn die elektrische Spannungsquelle 55 die elektrische Spannung an das Sensorelement 13 in dem PM-Erfassungssensor 10 anlegt.
Der Widerstandswert Rpm zwischen den Erfassungswiderständen 16 und 17 in dem PM-Erfassungsteil 14 ändert sich entsprechend der Änderung der Menge an zwischen den Erfassungswiderständen 16 und 17 akkumulierten Partikeln PM. Die Änderung des Widerstandwerts Rpm wird als die geteilte Spannung in dem Teilungsschaltkreis, der aus dem PM-Erfassungsteil 14 und dem Erfassungswiderstand 56 besteht, erfasst. Das heißt, dass der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 die PM-Erfassungsspannung erhält, welche die Spannung Rs an dem Verbindungsknoten A zwischen dem PM-Erfassungsteil 14 und dem Erfassungswiderstand 56 ist.
In einem Fall, in dem beispielsweise der Widerstandwert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 sich innerhalb eines Bereichs von Unendlich (PM-Akkumulierungswert = 0) auf 1 kΩ ändert, wenn der Erfassungswiderstand 56 100 kΩ beträgt (Rs = 100 kΩ), und die elektrische Spannungsquelle 55 5 V einer Gleichspannung zuführt, und der PM-Akkumulierungswert in dem PM-Erfassungsteil 14 null ist, ist die PM-Erfassungsspannung = 5 V·100 kΩ/(100 kΩ + ∞) = 0 V.
Wenn der Widerstandswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 1 kΩ ist (PM-Akkumulierungswert = 1 kΩ), ist die PM-Erfassungsspannung = 5 V·100 kQ/(100 kΩ + 1 kQ) = 4,95 V.
Da die PM-Erfassungsspannung sich in Abhängigkeit von der Änderung der Menge an zwischen den Erfassungswiderständen 16 und 17 akkumulierten Partikeln PM ändert, überwacht der Mikrocomputer 51 die Menge an zwischen den Erfassungswiderständen 16 und 17 in dem PM-Erfassungsteil 14 des Sensorelements 13 akkumulierten Partikeln PM basierend auf den zwischen den Erfassungswiderständen 16 und 17 in dem PM-Erfassungsteil 14 akkumulierten Partikeln PM.
Das Sensorelement 13 weist den (aus dem Temperaturerfassungswiderstand 34 und dem Kondensator 35 zusammengesetzten) Temperaturerfassungsteil auf, der parallel zu dem PM-Erfassungsteil 14 angeordnet ist. Das Sensorelement 13 weist den ersten Zustand und den zweiten Zustand auf, zwischen welchen umgeschaltet werden kann. Der Kondensator 35 erzeugt den ersten Zustand und den zweiten Zustand. In dem ersten Zustand fließt kein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 durch das Vorhandensein des Kondensators 35. In dem zweiten Zustand fließt ein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 durch das Vorhandensein des Kondensators 35. Zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand kann durch Zufließen eines Gleichstromsignals (DC-Signal) und eines Wechselstromsignals (AC-Signal) an das Sensorelement 13 umgeschaltet werden.
Nun wird eine Beschreibung des Prozesses des Umschaltens zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand gegeben.
Die elektrische Spannungsquellenvorrichtung 55 umfasst einen DC-Spannungsquellenteil 55a, einen AC-Spannungsquellenteil 55b und einen Umschaltteil 55c.
Der DC-Spannungsquellenteil 55a erzeugt eine Gleichspannung (DC-Spannung). Der AC-Spannungsquellenteil 55b erzeugt eine Wechselspannung (AC-Spannung). Der Umschaltteil 55c wählt eine aus der DC-Spannung und der AC-Spannung aus und legt die ausgewählte Spannung an das Sensorelement 13 an. Der DC-Spannungsquellenteil 55a ist ein DC-Spannungsausgabeschaltkreis, der beispielsweise eine 5 V Gleichspannung ausgibt. Der AC-Spannungsquellenteil 55b ist ein AC-Spannungsausgabeschaltkreis, der beispielsweise eine ±5 V Wechselspannung ausgibt.
Wenn der DC-Spannungsquellenteil 55a in der elektrischen Spannungsquellenvorrichtung 55 die DC-Spannung an das Sensorelement 13 anlegt, fließt kein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 durch den Kondensator 35. Folglich entspricht der Widerstand des Sensorelements 13, nämlich der Widerstand zwischen den Anschlüssen 21 (nämlich zwischen den Erfassungselektroden 17 und 18), dem Widerstand Rpm des PM-Erfassungsteils 14. In diesem Fall wird die PM-Erfassungsspannung an den Mikrocomputer 51 angelegt. Die PM-Erfassungsspannung wird durch den Widerstandswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 und den Widerstandwert Rs des Erfassungswiderstands 56 bestimmt.
Wenn andererseits der AC-Spannungsquellenteil 55b in der elektrischen Spannungsquellenvorrichtung 55 die AC-Spannung an das Sensorelement 13 anlegt, fließt ein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 durch das Vorhandensein des Kondensators 35, wobei der Widerstandswert des Sensorelements 13, nämlich der Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 21 (nämlich zwischen den Erfassungselektroden 17 und 18), die Summe des Widerstandswerts Rpm des PM-Erfassungsteils 14 und des Widerstandswerts Rt des Temperaturerfassungswiderstands 34 ist. In diesem Fall wird die PM-Erfassungsspannung an den Mikrocomputer 51 angelegt. Die PM-Erfassungsspannung wird durch den Widerstandswert Rs des Erfassungswiderstands 56 und die Gesamtsumme des Widerstandswerts des PM-Erfassungsteils 14 und des Temperaturerfassungswiderstands 34 bestimmt.
Wenn die DC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird, wird die PM-Erfassungsspannung zu dem Spannungssignal, das durch den Widerstandswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 als die änderbare Widerstandskomponente bestimmt wird. Wenn andererseits die AC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird, wird die PM-Erfassungsspannung zu dem Spannungssignal, das durch den Widerstandswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 als die änderbare Widerstandskomponente und durch den Widerstandswert Rt des Temperaturerfassungswiderstands 34 bestimmt wird. Es ist deshalb für den Mikrocomputer 51 in der ECU 50 möglich, eine aktuelle Temperatur des Sensorelements 13 zusätzlich zu der Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM zu erfassen.
Da die PM-Erfassungsspannung als ein AC-Signal erfasst wird, wenn die AC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird, ist es möglich, eine AC-Komponente von der PM-Erfassungsspannung mittels eines Tiefpassfilters zu entfernen. Der Mikrocomputer 51 berechnet die Menge an in dem Sensorelement 13 enthaltenen Partikeln PM basierend auf der PM-Erfassungsspannung ohne eine AC-Komponente.
Der Mikrocomputer 51 überträgt ein Umschaltsteuersignal an den Umschaltteil 55c in der elektrischen Spannungsquellenvorrichtung 55, um den Zustand des Umschaltteils 55c umzuschalten. In diesem Fall weist der Mikrocomputer 51 den Umschaltteil 55c an, nachdem der DC-Spannungsquellenteil 55a die DC-Spannung (oder das DC-Signal) an das Sensorelement 13 angelegt hat, seinen Zustand so umzuschalten, dass der AC-Spannungsquellenteil 55b die AC-Spannung (oder das AC-Signal) an das Sensorelement 13 zum optimalen Zeitpunkt (beispielsweise alle 128 ms) anlegt, um die Temperatursteuerung des Sensorelements 13 auszuführen.
Der Mikrocomputer 51 weist das Heizelement 18 an, Wärmeenergie zu erzeugen, um die Temperatur des Sensorelements 13 konstant aufrechtzuerhalten und das Sensorelement 13 davon abzuhalten, zu überhitzen. Diese Steuerung ermöglicht es, dass das Sensorelement 13 in den guten Zustand des Aufrechterhaltens der Temperatur des Sensorelements 13 übergeht, um in dem Abgas als das Zielerfassungsgas enthaltene Partikel PM mit hoher Genauigkeit einzufangen. Genauer führt der Mikrocomputer 51 eine Regelung aus, um das Sensorelement 13 bei der Zieltemperatur Ts (beispielsweise ist Ts 200°C) zu halten.
Während der Ausführung der Regelung berechnet der Mikrocomputer 51 eine relative Einschaltdauer der elektrischen Spannungsversorgung für das Sensorelement 13 basierend auf einer Differenz zwischen der Temperatur Ts und der Zieltemperatur Ttg, wobei die Temperatur Ts die von dem Temperaturerfassungswiderstand 34 erhaltene aktuelle Temperatur des Sensorelements 13 ist.
Der Mikrocomputer 51 führt die Steuerung der elektrischen Spannungsversorgung des Heizelements 18 basierend auf der berechneten relativen Einschaltdauer aus. Das heißt, der Mikrocomputer 51 führt die Temperatursteuerung des Sensorelements 13 basierend auf der unter Verwendung des Temperaturerfassungswiderstands 34 erfassten Temperatur Ts des Sensorelements aus.
Übrigens hat der Widerstand Rpm des PM-Erfassungsteils 14 temperaturabhängige Eigenschaften. Deshalb ändert sich der Widerstandwert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 in Abhängigkeit von der Temperaturänderung des Sensorelements 13, selbst wenn die in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikel PM einen konstanten Wert aufweisen. Das heißt, selbst wenn der Widerstandswert Rpm des Erfassungsteils 14 einen konstanten Wert annimmt, ändern sich die in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikel PM durch die Temperatur des Sensorelements 13.
Andererseits ändert sich die Temperatur des Sensorelements 13 in Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur des Abgases, da das Sensorelement 13 im Inneren des Abgasrohrs EP angeordnet ist. Während des Übergangs der Temperaturänderung des Abgases wird oft ein Unterschied zwischen der aktuellen Temperatur des Sensorelements 13 und der Zieltemperatur verursacht, selbst wenn der Mikrocomputer 51 die Temperaturregelung ausführt. Während solch einem Übergangszustand der Temperatur des Abgases ist es schwierig, die Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berechnet der Mikrocomputer 51 die Menge von in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM und stellt die berechnete Menge basierend auf der Temperatur Ts des Sensorelements 13 ein. Der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 führt die DPF-Regenerierungssteuerung und die DPF-Fehlerdiagnose basierend auf der eingestellten Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM aus.
Genauer berechnet der Mikrocomputer 51 eine Basismenge an Partikeln PM basierend auf den Basiseigenschaften, wenn das Sensorelement 13 eine vorbestimmte Temperatur aufweist, d. h. basierend auf dem gegenwärtig erfassten Widerstandswert Rpm unter Verwendung des Verhältnisses zwischen dem Widerstandswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 und der Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM. Der Mikrocomputer 51 stellt ferner die Basismenge an Partikeln PM unter Verwendung eines basierend auf der Temperatur des Sensorelements 13 berechneten Einstellkoeffizienten ein (Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM = Basismenge an Partikeln PM·Einstellkoeffizient).
Der Einstellkoeffizient wird so bestimmt, dass sich der Widerstandswert der zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17 akkumulierten Partikel PM umso mehr verringert, je mehr sich die Temperatur Ts des Sensorelements 13 erhöht. Ferner wird der Einstellkoeffizient basierend auf dem Merkmal bestimmt, bei dem sich der Widerstand Rpm des PM-Erfassungsteils 14 umso mehr verringert, je mehr sich die Temperatur Ts des Sensorelements 13 erhöht, sogar wenn sich die aktuelle Menge an akkumulierten Partikeln PM nicht ändert.
5 ist eine Ansicht, die eine Kennlinie des Einstellens der Menge an Partikeln PM zeigt. Die Kennlinie zeigt ein Beispiel für eine Berechung des Einstellkoeffizienten. Bei der in 5 gezeigten Kennlinie nimmt der Einstellkoeffizient den Wert 1 an, wenn das Sensorelement 13 die Bezugselementtemperatur Tref aufweist. Wenn die Temperatur des Sensorelements 13 höher als die Bezugstemperatur Tref ist, nimmt der Einstellkoeffizient einen Wert größer als 1 an. Andererseits nimmt der Einstellkoeffizient einen Wert kleiner als 1 an, wenn die Temperatur niedriger als die Bezugstemperatur Tref ist.
Die Bezugselementtemperatur Tref ist eine Zieltemperatur des Steuerprozesses zum Zuführen der elektrischen Energie an das Heizelement 18.
In der in 5 gezeigten Kennlinie erhöht der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 den Wert der Basismenge an Partikeln PM, wenn die Temperatur Ts des Sensorelements 13 höher als die Bezugstemperatur Tref ist. Andererseits verringert der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 den Wert der Basismenge an Partikeln PM, wenn die Temperatur Ts des Sensorelements 13 niedriger als die Bezugstemperatur Tref ist.
Wenn sich die aktuelle Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM ändert, kann in Betracht gezogen werden, dass sich der Widerstandswert Rpm (PM-Erfassungsspannung) ändert, welcher der Temperatur des Sensorelements 13 entspricht. Um die Erfassungsgenauigkeit der Erfassung der Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM zu erhöhen, ist es nötig, Übersichtskennlinien vorzubereiten, die dem Widerstandswert Rpm (PM-Erfassungsspannung) entsprechen, und die Übersichtskennlinie abhängig von dem aktuellen Widerstandswert Rpm (PM-Erfassungsspannung) zu wechseln.
Wenn der berechnete Wert an akkumulierten Partikeln PM den vorbestimmten Wert erreicht, nachdem sich die aktuelle Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM erhöht, führt der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 den DPF-Regenerierungsprozess aus. Zu diesem Zeitpunkt führt der Mikrocomputer 51 ferner den PM-Regenerierungsprozess des PM-Erfassungssensors 10 aus. Das heißt, der Mikrocomputer 51 führt die PM-Brennsteuerung aus, bei der in dem Sensorelement 13 akkumulierte Partikel PM bei einer hohen Temperatur verbrannt und oxidiert werden, wenn die berechnete Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM den vorbestimmten Wert überschreitet. Genauer setzt der Mikrocomputer 51 die Zieltemperatur Tt zeitweise auf die PM-Brenntemperatur (beispielsweise 800°C), wenn die berechnete Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM den vorbestimmten Wert erreicht. Zu diesem Zeitpunkt weist der Mikrocomputer 51 den Heizelementsteuerschaltkreis 53 an, dem Heizelement 18 elektrische Energie zuzuführen. Wenn das Heizelement 18 die elektrische Spannung erhält, erzeugt es Wärmeenergie. Die Wärmeenergie des Heizelements 18 erhöht die Temperatur Ts des Sensorelements 13, um akkumulierte Partikel PM von dem Sensorelement 13 zu entfernen.
Als nächstes wird eine Beschreibung des Prozesses des Erfassens von akkumulierten Partikeln PM, des Prozesses des Erfassens der Temperatur des Sensorelements 13 und des Prozesses des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Heizelement 1 unter Bezugnahme auf 6 gegeben.
6 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess des Erfassens der Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM und den Prozess des Erfassens der Temperatur des Sensorelements 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 führt den in 6 gezeigten Prozess nach jeder vorbestimmten Zeitspanne aus (beispielsweise alle 4 ms).
Wie in 6 gezeigt, erfasst der Mikrocomputer 51, ob jetzt der Zeitpunkt zur Erfassung der Temperatur des PM-Erfassungssensors 10 ist, oder nicht (Schritt 101). Das Ausführungsbeispiel verwendet beispielsweise den Temperaturerfassungszeitpunkt nach jeder Zeitspanne von 128 ms.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S101 eine Verneinung anzeigt (”NEIN” in Schritt 101), geht der Ausführungsablauf weiter zu Schritt S102. In Schritt 102 weist der Mikrocomputer 51 die elektrische Spannungsquelle 55 an, die DC-Spannung an das Sensorelement 13 anzulegen. Zu dem Zeitpunkt, wenn der gegenwärtige Zustand des Umschaltteils 55c mit der elektrischen AC-Spannungsquelle 55b verbunden ist und die AC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird, weist der Mikrocomputer 51 den Umschaltteil 55c, an die DC-Spannungsquelle mit dem Sensorelement 13 zu verbinden.
[Nach Schritt S102 geht der Ausführungsablauf weiter zu Schritt S103. In Schritt S103 liest der Mikrocomputer 51 die PM-Erfassungsspannung (den Widerstandserfassungswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14) aus, wenn die DC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird. Der Ausführungsablauf geht weiter zu Schritt S104.
In Schritt S104 berechnet der Mikrocomputer 51 den Basispartikelakkumulationswert basierend auf der PM-Erfassungsspannung. Der Ausführungsablauf geht weiter zu Schritt S105.
In Schritt S105 stellt der Mikrocomputer 51 den Basispartikelakkumulationswert unter Verwendung des Einstellkoeffizienten ein, der basierend auf der Temperatur des Sensorelements 13 zu diesem Zeitzpunkt erhalten wird (die Menge an akkumulierten Partikeln PM = Basispartikelakkumulationswert·Einstellkoeffizient). Zu diesem Zeitpunkt liest der Mikrocomputer 51 den (in später erklärtem Schritt S108) vorher erfassten vorherigen Temperaturerfassungswert als die Temperatur des PM-Erfassungssensors 13 aus. Der Mikrocomputer 51 berechnet den Einstellkoeffizienten aus der in 5 gezeigten Kennlinie.
Wenn andererseits das Erfassungsergebnis von Schritt S101 Zustimmung anzeigt (”JA” in Schritt S101), geht der Ausführungsablauf weiter zu Schritt S106. In Schritt S106 weist der Mikrocomputer 51 die elektrische Spannungsquellenvorrichtung 55 an, die AC-Spannung an das Sensorelement 13 anzulegen. Zu dem Zeitpunkt, wenn der gegenwärtige Zustand des Umschaltteils 55c mit der elektrischen DC-Spannungsquelle 55a verbunden ist und die DC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird, weist der Mikrocomputer 51 den Umschaltteil 55c an, die AC-Spannungsquelle mit dem Sensorelement 13 zu verbinden.
Nach Schritt S106 geht der Ausführungsablauf weiter zu Schritt S107. In Schritt S107 liest der Mikrocomputer 51 die PM-Erfassungsspannung (den Widerstandserfassungswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14) aus, wenn die AC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird. Der Ausführungsablauf geht weiter zu Schritt S108.
In Schritt S108 berechnet der Mikrocomputer 51 die Temperatur des Sensorelements 13 basierend auf der PM-Erfassungsspannung. im Speziellen, wenn die AC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird, enthält die PM-Erfassungsspannung die Erfassungskomponente der Temperatur des Sensorelements 13, d. h. die PM-Erfassungsspannung entspricht der Summe aus dem Widerstandswert Rpm der PM-Erfassungsteils 14 und dem Widerstandswert Rt des Temperaturerfassungswiderstands 34.
Der Mikrocomputer 51 berechnet die Temperatur des Sensorelements 13 basierend auf der PM-Erfassungsspannung (dem in Schritt S103 ausgelesenen Wert), wenn die DC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird, und die PM-Erfassungsspannung (den in Schritt S107 ausgelesenen Wert), wenn die AC-Spannung an das Sensorelement 13 angelegt wird.
Nun wird eine Beschreibung des Prozesses des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Heizelement 18 unter Bezugnahme auf 7 gegeben.
7 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Heizelement 18 in dem Partikel(PM)-Erfassungssensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, um in dem in 1 gezeigten Sensorelement akkumulierte Partikel zu entfernen.
Der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 führt den in 7 gezeigten Prozess nach jeder vorbestimmten Zeitspanne aus.
Wie in 7 gezeigt, erfasst der Mikrocomputer 51 in Schritt S201, ob die berechnete Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM (als der Berechnungswert in Schritt S105) weniger als die vorbestimmte Menge K ist oder nicht.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S201 Zustimmung anzeigt (berechnete Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM < vorbestimmte Menge K) (”JA” in Schritt S202), geht der Ausführungsablauf weiter zu Schritt S202.
Wenn andererseits das Erfassungsergebnis in Schritt S201 eine Verneinung anzeigt (welche anzeigt, dass die berechnete Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM ≥ der vorbestimmten Menge K ist) (”NEIN” in Schritt S202), geht der Ausführungsablauf weiter zu Schritt S203. Die vorbestimmte Menge K ist ein Beurteilungswert, ob der Prozess des Entfernens von akkumulierten Partikeln PM von dem Sensorelement 13 durch Verbrennen ausgeführt wird oder nicht.
In Schritt S202 setzt der Mikrocomputer 51 die Zieltemperatur Ttg des Sensorelements 13 auf eine übliche Zieltemperatur T1 (beispielsweise 200°C) fest.
Andererseits setzt der Mikrocomputer 51 in Schritt S203 die Zieltemperatur Ttg auf eine hohe Zieltemperatur T2 (beispielsweise 800C°) fest, die mehr als die übliche Zieltemperatur T1 ist. Die akkumulierten Partikel PM können von dem Sensorelement 13 mit der hohen Zieltemperatur T2 entfernt werden.
Nach diesem Schritt berechnet der Mikrocomputer 51 in Schritt S204 eine relative Einschaltdauer für das Zuführen von elektrischer Energie zu dem Heizelement 18 basierend auf der Differenz zwischen der Zieltemperatur Ttg und der aktuellen Temperatur (der Temperatur des Sensorelements 13). Der Ausführungsablauf geht weiter zu Schritt S205. In Schritt S205 weist der Mikrocomputer 51 die Heizelementsteuerschaltung 53 an, elektrische Energie zu dem Heizelement 18 basierend auf der berechneten relativen Einschaltdauer zuzuführen.
Es ist möglich, einen vorbestimmten Wert K als einen Beurteilungswert, ob der DPF-Regenerierungsprozess ausgeführt wird oder nicht, zu verwenden. In dem Fall, wenn die Menge an in dem Sensorelement 13 akkumulierten Partikeln PM den vorbestimmten Wert K erreicht, führt der Mikrocomputer 51 den DPF-Regenerierungsprozess aus und führt ferner den Prozess des Entfernens von akkumulierten Partikeln PM von dem Sensorelement 13 aus.
Nachfolgend wird eine Beschreibung der Effekte des PM-Erfassungssensors 13, der PM-Erfassungssensoreinheit 10 und des PM-Erfassungssensorsteuersystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gegeben.
Die Struktur des PM-Erfassungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Temperaturerfassungswiderstand 34 zusätzlich zu dem Paar von Erfassungselektroden 16 und 17 auf. Ferner weist der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 die elektrische Spannungsquellenvorrichtung 55 an, eine aus der DC-Spannung und der AC-Spannung anzulegen, damit der Kondensator 35 den ersten Zustand und den zweiten Zustand erzeugen kann. In dem ersten Zustand, dem Umschaltteil 55c, fließt kein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34. Andererseits fließt in dem zweiten Zustand Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34.
Folglich ist es dem Mikrocomputer 51 möglich, die in einem Abgas als das Zielerfassungsgas enthaltene Partikelmenge PM basierend auf dem Widerstandswert Rpm zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17 zu erfassen, wenn der Umschaltteil 55c auswählt, die DC-Spannung anzulegen, damit der Kondensator 35 den ersten Zustand erzeugt, da der Kondensator 35 verhindert, dass Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 fließt.
Wenn ferner der Umschaltteil 55c auswählt, die AC-Spannung anzulegen, damit der Kondensator 35 den zweiten Zustand erzeugt, da der Kondensator 35 erlaubt, dass Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 fließt, ist es dem Mikrocomputer 51 möglich, die Temperatur des Sensorelements 13 basierend auf der Gesamtsumme des Widerstandswerts Rpm zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17 und des Widerstandswerts Rt des Temperaturerfassungswiderstands 34 zu erfassen. Das heißt, es ist möglich, die Temperatur des Sensorelements 13 basierend auf der Differenz zwischen dem in dem ersten Zustand erhaltenen Widerstandswert (dem Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17) und dem in dem zweiten Zustand erhaltenen Widerstandswert (der Gesamtsumme aus den vorher beschriebenen Widerständen) zu erhalten. Folglich ist es möglich, die Temperatur des Sensorelements 13 auf die optimale Temperatur basierend auf der Erfassungstemperatur hin zu steuern.
Ferner weist der PM-Erfassungssensor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung die Konfiguration auf, bei der der Temperaturerfassungswiderstand 34 als Leiterbahn des Paars von Erfassungselektroden 16 und 17 angeordnet ist und bei dem vorher beschriebenen Prozess des Umschaltens der Spannungszufuhr ist es möglich, die von der Temperaturerfassung des PM-Erfassungssensors verwendeten Leitungen als die Leitungen des Erfassens der akkumulierten Menge an Partikeln PM zu verwenden. Dies ermöglicht es, die Gesamtlänge der Leitungen zwischen dem PM-Erfassungssensor 10 und der ECU 50 als der Steuervorrichtung zum Empfang der von dem PM-Erfassungssensor übermittelten Erfassungssignale zu verkürzen. Die vorliegende Erfindung stellt das PM-Erfassungssensorsystem bereit, das die akkumulierte Menge an Partikeln PM und die Temperatur des Sensorelements 13 mit einer einfachen Konfiguration erfassen kann, ohne die Produktionskosten zu erhöhen, die durch eine ansteigende Anzahl an Komponenten dafür verursacht werden.
Der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 führt das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand durch Verwenden des Kondensators 35 und der elektrischen Spannungsquellenvorrichtung 55 durch. Der Kondensator 35 ist in Reihe mit dem als Leiterbahn gebildeten Temperaturerfassungswiderstand 34 angeordnet, die zwischen dem Paar von Erfassungselektroden 16 und 17 gebildet ist. Entsprechend der Steuerung des Mikrocomputers 51 legt die elektrische Spannungsversorgungsvorrichtung 55 eine der AC-Spannung und der DC-Spannung an das Paar von Erfassungselektroden 16 und 17 an. Deshalb ermöglicht es der Kondensator 35, den DC-Strom davon abzuhalten, in dem Kondensator 35 und dem Temperaturerfassungswiderstand 34 zu fließen und dem AC-Strom zu erlauben, in dem Kondensator 35 und dem Temperaturerfassungswiderstand 34 zu fließen. Deshalb fließt kein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34, wenn die DC-Spannung an das Paar von Erfassungselektroden 16 und 17 in dem ersten Zustand angelegt ist. Andererseits fließt der Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34, wenn das AC-Spannungssignal an das Paar von Erfassungselektroden 16 und 17 in dem zweiten Zustand angelegt ist. Es ist deshalb einfach möglich, zwischen der Erlaubnis und der Verweigerung, dass Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 fließt, umzuschalten.
Der Kondensator 35 ist an der äußeren Position des Abgasrohrs ER angeordnet, die sich weit von der von Wärme beeinträchtigten Zone befindet. Diese Struktur ermöglicht es, den Kondensator 35 davon abzuhalten, nachzulassen und einen Defekt durch die Wärmeenergie des Abgases zu verursachen. Ferner ist es durch den Mikrocomputer 51 möglich, das vorher beschriebene Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand einfach und effizient auszuführen.
Da der Widerstandswert Rpm zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17 die Eigenschaft der Temperaturabhängigkeit hat, ändert sich der Widerstandswert Rpm abhängig von der Änderung der Temperatur des Sensorelements 13, selbst wenn die zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17 akkumulierte Menge an Partikeln PM sich nicht ändert. Allerdings stellt der Mikrocomputer 51 in der ECU 50 die Energiezufuhr zu dem Heizelement 18 basierend auf der in dem zweiten Zustand, in dem ein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34 fließt, erfassten Temperatur des Sensorelements 13 ein. Es ist für den Mikrocomputer 51 in der ECU 50 möglich, das Sensorelement 13 in dem PM-Erfassungssensor 10 auf die gewünschte Temperatur einzustellen, während die aktuelle Temperatur des Sensorelements 13 überwacht wird. Dies ermöglicht es, die Menge an in dem Sensorelement 13 in dem PM-Erfassungssensor 10 akkumulierten Partikeln PM mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Da die Menge an zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17 akkumulierten Partikeln PM, welche während des ersten Zustands erfasst wird, basierend auf der in dem zweiten Zustand erfassten Temperatur des Sensorelements 13 eingestellt wird, d. h., da die erfasste Menge an akkumulierten Partikeln PM basierend auf dem Widerstandswert Rpm zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17 eingestellt wird, ist es möglich, die Temperatureinstellung unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts Rpm, der der erfassten Menge an akkumulierte Partikeln PM entspricht, auszuführen. Als ein Ergebnis ermöglicht dies, die Genauigkeit der Erfassung von in dem Sensorelement 13 des PM-Erfassungssensors 10 akkumulierten Partikeln PM weiter zu erhöhen.
(Andere Modifizierungen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht durch das vorher beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann folgende Modifizierungen aufzuweisen.
In dem vorher beschriebenem Ausführungsbeispiel wird zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet indem eines aus dem Anlegen des DC-Spannungssignals und dem Anlegend des AC-Spannungssignals an das Sensorelement 13 unter Verwendung des in Reihe mit dem Temperaturerfassungswiderstand 34 verbundenen Kondensators 35 ausgewählt wird. In dem ersten Zustand fließt kein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34. Andererseits fließt in dem zweiten Zustand ein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, ein Umschaltelement, das in Reihe mit dem Temperaturerfassungswiderstand 34 verbunden ist, anstelle des Kondensators 35 zu verwenden. Das Umschaltelement ist in dem ersten Zustand offen und das Umschaltelement ist in dem zweiten Zustand geschlossen. Diese Modifizierung kann den ersten Zustand und den zweiten Zustand erzeugen.
Ferner ist es möglich, einen Leitungsschaden des PM-Erfassungssensors 10 basierend auf der in dem zweiten Zustand erhaltenen PM-Erfassungsspannung (als dem Erfassungswert des Widerstands Rpm) zu erfassen. Wenn solch ein Leitungsschaden in dem PM-Erfassungssensor 10 auftritt, z. B. wenn eine Leitungsunterbrechung auftritt, wird die PM-Erfassungsspannung Null (= 0), da es unmöglich ist, den Widerstandswert Rpm des PM-Erfassungsteils 14 zu erfassen.
In dem ersten Zustand, wenn keine Partikel PM in dem Sensorelement 13 akkumuliert sind, wird der Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 16 und 17 unendlich (= ∞) und die PM-Erfassungsspannung wird Null (= 0). Folglich ist es dem Mikrocomputer 51 in der ECU 50 unmöglich, zu bestimmen, ob die PM-Erfassungsspannung gleich 0 durch eine nicht vorhandene Menge an akkumulierten Partikeln PM oder durch eine Leitungsunterbrechung in dem PM-Erfassungssensor 10 verursacht wurde.
Wenn andererseits in dem zweiten Zustand die Menge an akkumulierten Partikeln PM Null ist, nimmt der Widerstandswert Rpm den Wert unendlich (= ∞) an und die PM-Erfassungsspannung wird nicht Null (≠ 0), da die Widerstandskomponente des Temperaturerfassungswiderstands 34 erfasst wird. Folglich wird die PM-Erfassungsspannung in dem zweiten Zustand zum Parameter der Anzeige einer Anomalitätszustandsdiagnose. Es ist deshalb bei der vorliegenden Erfindung möglich, zu bestimmen, ob eine Leitungsunterbrechung in dem PM-Erfassungssensor 10 auftritt oder nicht.
Die Zeitspanne des Ausführens des Prozesses des Erfassens der Temperatur des Sensorelements 13 ist veränderbar. Beispielsweise wird während der üblichen Bedingung der Prozess der Erfassung der Temperatur des Sensorelements 13 nach einer vorbestimmten Zeitspanne ausgeführt (beispielsweise alle 128 ms). Andererseits wird während des Übergangs der Temperaturänderung und des Prozesses des Entfernens von Partikeln PM von dem PM-Erfassungssensor 10 der Prozess des Erfassens der Temperatur des Sensorelements 13 nach einer kurzen Zeitspanne ausgeführt (beispielsweise alle 64 ms), welche kürzer als die übliche Zeitspanne ist. Dies ermöglicht es, die Temperatursteuerung des Sensorelements 13 in dem PM-Erfassungssensor 10 mit hoher Genauigkeit durch die Steuerung der elektrischen Energiezufuhr an das Heizelement 18 auszuführen.
In dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Kondensator 35 in dem PM-Erfassungssensor 10 angeordnet, mit dem zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet wird. In dem ersten Zustand fließt kein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34. In dem zweiten Zustand fließt ein Strom in dem Temperaturerfassungswiderstand 34. Das heißt, der Mikrocomputer 51 weist die elektrische Spannungsquellenvorrichtung 55, nämlich den Umschaltteil 55c, an, den DC-Spannungsquellenteil 55a auszuwählen, damit der Kondensator 35 den zweiten Zustand erzeugen kann, um die DC-Spannung (oder ein DC-Signal) an die Leiterbahn anzulegen, auf der der Temperaturerfassungswiderstand 34 und der Kondensator 35 in Reihe angeordnet sind. Ferner weist der Mikrocomputer 51 den Umschaltteil 55c an, den AC-Spannungsquellenteil 55b auszuwählen und anzulegen, damit der Kondensator 35 den zweiten Zustand erzeugt, um die AC-Spannung (oder ein AC-Signal) an die Leiterbahn anzulegen, auf der der Temperaturerfassungswiderstand 34 und der Kondensator 35 in Reihe angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, den Kondensator 35 an einer äußeren Position des Abgasrohrs EP anzuordnen, solange die äußere Position nicht von Wärmeenergie des Abgases beeinflusst wird. Beispielsweise ist es möglich, den Kondensator 35 in einer von dem Inneren des PM-Erfassungssensors 10 unterschiedlichen Vorrichtung anzuordnen.
8 zeigt eine andere Struktur des PM-Erfassungssensorsystems mit dem PM-Erfassungssensor 10 gemäß einer Modifizierung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in 8 gezeigt ist der Kondensator 35 im Inneren des Sensorverbindungselements 40 angeordnet. Dies ermöglicht es, eine PM-Erfassungssensoreinheit bereitzustellen, die den PM-Erfassungssensor 10 und das Sensorverbindungselement 40 umfasst. Genauer ist der Temperaturerfassungswiderstand 34 in dem PM-Erfassungssensor 10 gebildet und der Kondensator 35 ist im Inneren des Sensorverbindungselements 40 gebildet.
In dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden der Temperaturerfassungswiderstand 34 und der Kondensator 35 die Serienschaltung an dem Vorderseitenende des Sensorelements 13. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Struktur beschränkt.
9 zeigt eine andere Struktur des PM-Erfassungssensorsystems mit dem PM-Erfassungssensor 10 gemäß einer Modifizierung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in 9 gezeigt ist es möglich, die aus dem Temperaturerfassungswiderstand 34 und dem Kondensator 35 gebildete Serienschaltung mit dem distalen Ende der Erfassungselektroden 16 und 17 in dem Sensorelement 13 zu verbinden.
Während spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann klar, dass unterschiedliche Modifizierungen und Alternativen zu diesen Details im Lichte der gesamten Lehre der Offenbarung entwickelt werden könnten, Folglich ist klar, dass die bestimmten offenbarten Anordnungen nur zur Veranschaulichung dienen und nicht für den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkend sind, welcher die volle Bandbreite der folgenden Patentansprüche und aller Äquivalente davon zugestanden werden soll.
Bei einem PM-Erfassungssensor mit einem Sensorelement mit einem Paar von auf einem Substrat gebildeten Erfassungselektroden wird eine Menge an in der Erfassungselektrode akkumulierten PM basierend auf einer Widerstandsänderung zwischen den Erfassungselektroden berechnet. Eine aus einem in Reihe mit einem Kondensator verbundenen Temperaturerfassungswiderstand gebildete Serienschaltung ist als eine Leiterbahn in dem Sensorelement gebildet. Ein Mikrocomputer in einer ECU weist eine Spannungsquelle an, eine DC-Spannung an den Widerstand und den Kondensator anzulegen, um einen ersten Zustand zu erzeugen, in dem kein Strom in dem Widerstand fließt, wenn eine Menge an in dem Sensorelement akkumulierten PM erfasst wird. Der Mikrocomputer weist die Spannungsquelle an, eine AC-Spannung an den Widerstand und den Kondensator anzulegen, um einen zweiten Zustand zu erzeugen, in dem ein Strom in dem Widerstand fliegt, wenn eine Temperatur des Sensorelements erfasst wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-118837 [0001]
JP 60-1546 [0004, 0004, 0005, 0007]

Claims

Partikelerfassungssensor mit einem Sensorelement, das in einem Zielerfassungsgas enthaltene Partikel mit leitenden Eigenschaften erfassen kann, wobei das Sensorelement umfasst: ein Substrat; ein Paar von auf dem Substrat gebildeten Erfassungselektroden, wobei die Erfassungselektroden einander gegenüber liegen; einen Temperaturerfassungswiderstand, der als eine Leiterbahn zwischen dem Paar von Erfassungselektroden gebildet ist, wobei eine Temperatur des Sensorelements basierend auf einem Widerstandswert des Temperaturerfassungswiderstands erfasst ist; und eine Umschalteinrichtung, die einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand erzeugt, wobei in dem ersten Zustand kein Strom durch den Temperaturerfassungswiderstand fließt und eine Menge an in dem Sensorelement akkumulierten Partikeln erfasst wird, und in dem zweiten Zustand ein Strom durch den Temperaturerfassungswiderstand fließt und eine Temperatur des Sensorelements während des zweiten Zustands erfasst wird, und eine Menge an zwischen den Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln basierend auf einer Änderung des Widerstandwerts zwischen den Erfassungselektroden, die durch die akkumulierten Partikel mit leitenden Eigenschaften verursacht wird, erfasst wird.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, wobei die Umschalteinrichtung einen Kondensator umfasst, der in Serie mit dem als Leiterbahn gebildeten Temperaturerfassungswiderstand verbunden ist, und die Umschalteinrichtung eines aus einem Gleichstromsignal und einem Wechselstromsignal, die von einer elektrischen Energiequelle durch das Paar von Erfassungselektroden zugeführt sind, empfängt, und die Umschalteinrichtung den ersten Zustand erzeugt, wenn sie das Gleichstromsignal empfängt, das von der elektrischen Energiequelle zu dem Paar von Erfassungselektroden zugeführt ist, und den zweiten Zustand erzeugt, wenn sie das Wechselstromsignal empfängt, das von der elektrischen Energiequelle an das Paar von Erfassungselektroden zugeführt ist.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, wobei der Kondensator an einem distalen Ende des Sensorelements angeordnet ist und der Temperaturerfassungswiderstand an einer Vorderseite des Sensorelements angeordnet ist, betrachtet entlang einer Längsrichtung des Sensorelements.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, ferner mit einem Heizelement, das Wärmeenergie erzeugt, wenn es elektrische Energie erhält, um das Sensorelement zu erwärmen, wobei das Heizelement Wärmeenergie erzeugt, wenn es von der elektrischen Energiequelle unter einer Steuerung durch eine Steuereinrichtung basierend auf der in dem zweiten Zustand erfassten Temperatur des Sensorelements elektrische Energie erhält.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, wobei die in dem ersten Zustand erfasste Menge an zwischen dem Paar von Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln basierend auf der in dem zweiten Zustand erfassten Temperatur des Sensorelements eingestellt wird.
Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, wobei ein Auftreten einer Leitungsunterbrechung in dem Sensorelement basierend auf dem in dem zweiten Zustand erfassten Widerstand zwischen den Erfassungselektroden erfasst wird.
Partikelerfassungssensoreinheit mit: dem Sensorelement nach Anspruch 1; und einem Sensorverbindungselement, durch welches ein Leitungsstrang wie mit den Erfassungselektroden verbundene Sensorleitungen und mit dem Heizelement verbundene Heizleitungen mit einer äußeren Steuervorrichtung verbunden ist.
Partikelerfassungssensoreinheit nach Anspruch 7, wobei die Umschalteinrichtung ein Kondensator ist und in dem Inneren des Sensorverbindungselements gebildet ist.
Partikelerfassungssensorsystem mit: dem Partikelerfassungssensor nach Anspruch 1, wobei die Umschalteinrichtung in dem Partikelerfassungssensor einen Kondensator umfasst, wobei der Kondensator in Serie mit dem als Leiterbahn des Paars von Erfassungselektroden gebildeten Temperaturerfassungswiderstand verbunden ist; einer elektrischen Energiequelle, die eines aus einem Gleichstromsignal und einem Wechselstromsignal dem Paar von Erfassungselektroden in dem Partikelerfassungssensor zuführen kann; und einer Steuervorrichtung, welche die elektrische Energiequelle anweist, das Gleichstromsignal dem Paar von Erfassungselektroden zuzuführen, damit der Kondensator den ersten Zustand erzeugt, und das Wechselstromsignal dem Paar von Erfassungselektroden zuzuführen, damit der Kondensator den zweiten Zustand erzeugt, wobei die Steuervorrichtung die in dem ersten Zustand erfasste Menge an zwischen dem Paar von Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln basierend auf der in dem zweiten Zustand erfassten Temperatur des Sensorelements einstellt.
Partikelerfassungssensorsystem nach Anspruch 9, wobei der Kondensator an einem distalen Ende des Sensorelements angeordnet ist und der Temperaturerfassungswiderstand an einer Vorderseite des Sensorelements angeordnet ist, betrachtet entlang einer Längsrichtung des Sensorelements.
Partikelerfassungssensorsystem nach Anspruch 9, wobei der Partikelerfassungssensor ferner ein Heizelement umfasst, das Wärmeenergie erzeugt, um das Sensorelement zu erwärmen, wenn es elektrische Energie erhält, und die Steuervorrichtung die elektrischen Energiequelle steuert, um dem Heizelement elektrische Energie zuzuführen, um Wärmeenergie basierend auf der in dem zweiten Zustand erfassten Temperatur des Sensorelements zu erzeugen.
Partikelerfassungssensorsystem nach Anspruch 9, wobei die Steuervorrichtung den erfassten Mengenwert bezüglich der in dem ersten Zustand erfassten Menge an zwischen dem Paar von Erfassungselektroden akkumulierten Partikeln basierend auf der in dem zweiten Zustand erfassten Temperatur des Sensorelements einstellt.
Partikelerfassungssensorsystem nach Anspruch 9, wobei die Steuervorrichtung ein Auftreten einer Leitungsunterbrechung in dem Sensorelement basierend auf dem in dem zweiten Zustand erfassten Widerstand zwischen den Erfassungselektroden erfasst.