DE102011078242A1

DE102011078242A1 - Partikelerfassungssensor und Steuerungsvorrichtung zur Steuerung desselben

Info

Publication number: DE102011078242A1
Application number: DE102011078242A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Nakamura; Shinya Teranishi; Hirofumi Takeuchi; Takashi Sawada; Hideaki Itoh
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2011-12-29
Also published as: JP2012012960A; US20110314796A1

Abstract

Ein Partikel-(PM-)Erfassungssensor ist in einem Abgasrohr einer Dieselmaschine angeordnet. Das PM-Sensorelement weist einen Erfassungsteil auf, der aus einem Paar von Erfassungselektroden und einem Heizungsteil zusammengesetzt ist. Die Erfassungselektroden und der Heizungsteil sind in dem PM-Sensorelement gestapelt. Eine Steuerungsschaltung weist eine Heizungsleistungszufuhr an, elektrische Leistung dem Heizungsteil zuzuführen, wenn die Dieselmaschine zum Betrieb gestartet wird. Der Heizungsteil erwärmt den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur T1 innerhalb eines Bereichs von 600°C bis 900°C für eine vorbestimmte Zeitdauer S1, beispielsweise 650°C für 20 Sekunden, um in dem Erfassungsteil akkumulierten Partikel zu verbrennen und vollständig zu beseitigen. Dieser Steuerungsprozess verhindert eine inkorrekte Erfassung des PM-Erfassungssensors. Nach diesem Prozess führt die Steuerungsschaltung eine übliche Steuerung des PM-Erfassungssensors aus.

Description

Querverweis zur verwandten Anmeldung
Diese Anmeldung bezieht auf und beansprucht Priorität aus der japanischen Patentanmeldung Nr.: 2010-147862 , die am 29. Juni 2010 eingereicht worden ist, wobei deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Partikelerfassungssensoren (Feinstauberfassungssensoren) und Steuerungsvorrichtungen zur Steuerung eines derartigen Partikelerfassungssensors, und genauer Partikelerfassungssensoren einer elektrischen Widerstandsbauart und Steuervorrichtungen zur Erfassung einer Menge von Partikeln (Feinstaub), die in einem Zielerfassungsgas wie Abgas enthalten ist, das aus einer Brennkraftmaschine emittiert wird. Ein derartiger Partikelerfassungssensor ist in einem Abgasrohr eines Abgasreinigungssystems der Brennkraftmaschine angeordnet, und wird zur Erfassung eines Defekts eines Dieselpartikelfilters angewandt, der Partikel (Feinstaub), die in dem Abgas enthalten sind, einfängt oder einschließt, um das Abgas zu reinigen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen in ein Dieselmaschinenabgassystem einer Dieselmaschine (Dieselbrennkraftmaschine) mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgerüstet. Das DPF ist einem Abgasrohr eines Dieselmaschinenabgassystems angeordnet. Das DPF kann leitende Partikel PM (Particulate Matter) aus Abgas, das aus der Dieselmaschine emittiert wird, einfangen und beseitigen. Die Partikel PM enthalten umweltschädliche Stoffe, insbesondere Ruß und lösliche organische Anteile (SOF, Soluble Organic Fraction), usw. Das DPF ist aus porösen Keramiken mit einer hohen Wärmestandsfähigkeit hergestellt. Wenn Abgas durch das Abgasrohr gelangt, fangen Zellwände mit Poren in dem DPF in dem Abgas enthaltene Partikel ein, um das Abgas zu reinigen.
Wenn eine Menge von in dem DPF eingefangenen Partikeln PM eine vorbestimmte zulässige Menge überschreitet, treten verstopfte Zellwände in dem DPF auf, und wird dadurch ein Druckverlust des DPF erhöht. Die verstopften Zellwände in dem DPF ermöglichen den in dem Abgas enthaltenden Partikeln, durch das DPF zu gelangen, ohne dass die Partikel eingefangen werden. Dies verhindert, das Abgas gereinigt wird. Um dieses zu vermeiden, ist es notwendig, eine Regeneration des DPF zu jeweils einer vorbestimmten Zeitdauer durchzuführen, um die Einfangfunktion des DPF wiederherzustellen.
Beispielsweise ist es möglich, die Zeit zur Ausführung der Regeneration des DPF durch Verwendung eines Differenzsensors zu erfassen, da die Druckdifferenz des Differenzsensors erhöht wird, wenn die Menge der eingefangenen Partikel in dem DPF erhöht wird. Bei der Regeneration des DPF wird Verbrennungsabgas mit einer hohen Temperatur zwangsweise in das Innere des DPF unter Verwendung einer Heizung oder Ausführung einer Nacheinspritzung zum Verbrennen und Beseitigen der eingefangenen Partikel aus dem DPF eingeführt.
Demgegenüber wurde ein Partikelerfassungssensor vorgeschlagen, der in der Lage ist, Partikel direkt zu erfassen, die in dem aus einer Brennkraftmaschine emittierten Abgas enthalten sind. Ein derartiger Partikelerfassungssensor ist an einer stromabwärtigen Seite des DPF angeordnet, um die Menge der in dem Abgas enthaltenen Partikel nach Gelangen durch das DPF zu erfassen. Beispielsweise kann eine bordeigene Diagnoseeinrichtung (OBD), die die Betriebsbedingung des DPF überwacht, das Erfassungsergebnis eines Partikelerfassungssensors verwenden, um einen Defekt und eine Beschädigung an dem DPF zu erfassen.
Wenn ein derartiger Partikelerfassungssensor an der stromaufwärtsgen Seite des DPF angeordnet ist, ist es möglich, die Menge der Partikel zu erfassen, der in dem in das DPF eingeführten Abgas enthalten ist, und die optimale Zeit zur Ausführung der Regeneration des DPF zu erfassen, anstatt dass der Differenzsensor verwendet wird.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr.: JPH02-44386 einen Russkonzentrationssensor einer elektrischen Widerstandsbauart. In dem Russkonzentrationssensor ist ein Paar leitender Erfassungselektroden an einer vorderen Oberfläche eines Isolierungssubstrats geformt, und ist eine Heizung an der rückwärtigen Oberfläche oder in dem Inneren des Isolationssubstrats geformt. Dieser Russsensor verwendet leitende Eigenschaften des Rußes. Der Russsensor erfasst einen elektrischen Widerstand, der sich entsprechend einer Änderung der zwischen den Erfassungselektrode akkumulierten Menge der Russpartikel ändert. Die Erfassungselektroden bilden ein Erfassungsteil in dem Russsensor. Ein Heizungsteil erzeugt eine Wärmeenergie (Heizenergie) bei Empfang elektrischer Leistung, um den Erfassungsteil auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs um 400°C bis 600°C aufzuheizen, und um den Widerstand zwischen den Erfassungselektroden zu erfassen. Nach Erfassung des Widerstands werden die akkumulierten Partikel Feinstaub verbrannt, um die Partikel von dem Russsensor zu entfernen und diesen zu regenerieren.
Zusätzlich offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.: 2009-144577 eine Vorrichtung, die mit einem Partikeleinfangsensor ausgerüstet ist, in dem eine Vielzahl von Elektroden, die einander mit einer vorbestimmten Lücke zugewandt sind, an einem Isolationsmaterial geformt ist. Die Vorrichtung berechnet einen Index entsprechend dem elektrischen Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden und beurteilt ein Auftreten eines Fehlers in einem Partikelfilter, wenn der erfasste Index kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert wird. Weiterhin setzt die Vorrichtung dem PM-Einfangsensor jeweils bei einer regelmäßigen Bedingung (jeweils bei einer vorbestimmten Fahrzeit, einer vorbestimmten Fahrdistanz und Menge des verwendeten Kraftstoffs) zurück.
Es gibt weitere herkömmliche Techniken zur Erfassung von in Abgas enthaltenen Partikeln auf der Grundlage von Erfassung von Wärmeenergie, die durch Oxidieren von Partikeln erzeugt wird, durch Verwendung eines Katalysators und eines Thermoelements, Überwachung von Temperatur und chemischen Keimen (Chemical Seeds), die in dem Abgas enthalten sind, und unter Verwendung eines Diodensensors mit variabler Wellenlänge. Insbesondere weisen Partikelerfassungssensoren einer elektrischen Widerstandsbauart einen einfachen Aufbau auf, und können ein relativ stabiles Ausgangssignal ausgeben.
Im Übrigen gibt eine Möglichkeit des Vorhandenseins von Partikeln, das aus einer vorhergehenden Verbrennung einer Brennkraftmaschine emittiert worden ist und in einem Erfassungsteil eines Partikelerfassungssensors eingefangen und verblieben ist, wenn die Maschine erneut gestartet wird.
Die vorstehend beschriebene, erstere herkömmliche Technik (japanische Patentveröffentlichung Nr.: JPH02-44386 ) brennt verbliebene Partikel, die in dem Partikelerfassungssensor eingefangen und akkumuliert sind, ab, indem eine Erwärmung nach Abschluss des Erfassungsprozesses fortgesetzt wird. Jedoch befindet sich, wenn der Erfassungsprozess ausgeführt wird, die Temperatur des Partikelerfassungssensors innerhalb eines Bereichs von 400°C bis 600°C, und diese Temperatur ist nicht stets auf ein adäquat hohe Temperatur, die in der Lage ist, verbliebenen Partikel aus dem Partikelerfassungssensor vollständig zu beseitigen. Weiterhin ist es schwierig, den Partikelerfassungssensor zu regenerieren, solange keine adäquate Zeitdauer verstrichen ist.
Weiterhin wird der in der letzteren herkömmlichen Technik, der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr.: 2009-144577 offenbarte Sensor zu jeder vorbestimmten Zeitperiode Für eine vorbestimmte Zeit gebrannt, um den Sensor zurückzusetzen. Jedoch besteht eine Möglichkeit der Erzeugung des Maschinenstopps, ohne dass der Sensor vollständig zurückgesetzt wird.
Dies verursacht oft nach einem erneuten Maschinenstart einen inkorrekten Ausgang des Sensors, da die Eigenschaften der Partikel, die in dem Erfassungsteil des Partikelerfassungssensor eingefangen und verblieben sind, durch die Umgebung während des Maschinenstopps oder bei dem erneuten Maschinenstart verändert werden. Beispielsweise gibt der Sensor während des Maschinenstopps und bei erneutem Starten der Maschine oft ein inkorrektes Erfassungssignal aufgrund von Anhaften von Wasser- und Ölkomponenten, die in dem Abgasrohr verblieben sind, an den Partikelerfassungssensor und Verdampfen organischer Russanteile (SOF) aus, die in den in dem Abgasrohr verbliebenen Partikeln enthalten sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelerfassungssensor einer elektrischen Widerstandsbauart und eine Steuerungsvorrichtung anzugeben, durch die verhindert wird, dass in einem Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors akkumulierte Partikel verbleiben, und werter verhindert wird, dass die Erfassungsgenauigkeit des Partikelerfassungssensors verschlechtert und verringert wird. Der Partikelerfassungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung gibt ein stabiles und korrektes Erfassungssignal mit hoher Genauigkeit aus.
Zum Erzielen der vorstehend beschriebenen Zwecke wird erfindungsgemäß eine Steuerungsvorrichtung bereitgestellt, die den Betrieb eines Partikelerfassungssensors steuert. Der Partikelerfassungssensor ist in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet, durch das Abgas, das aus der Brennkraftmaschine emittiert wird, strömt und nach außerhalb ausgestoßen wird. Der Partikelerfassungssensor ist mit einem Partikelsensorelement ausgerüstet. Das Partikelsensorelement weist ein Isolationssubstrat, einen Erfassungsteil und einen Heizungsteil auf. Der Erfassungsteil in dem Partikelerfassungselement weist ein Paar Erfassungselektroden auf, die an einer Oberfläche des Isolationssubstrats geformt sind. Der Heizungsteil erzeugt eine Wärmeenergie bei Empfang elektrischer Leistung, um den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer zu erwärmen.
Die Steuerungsvorrichtung weist einen Steuerungsteil auf. Der Steuerungsteil empfängt ein aus dem Partikelerfassungssensor übertragenes Erfassungssignal und erfasst einen elektrischen Widerstandswert zwischen dem Paar der Erfassungselektroden in dem Erfassungsteil auf der Grundlage des empfangenen Erfassungssignals usw. Im Allgemeinen wird der elektrische Widerstandswert zwischen dem Paar der Erfassungselektroden entsprechend einer Menge von Partikeln geändert, die in dem Erfassungsteil akkumuliert ist. Der Steuerungsteil führt elektrische Leistung dem Heizungsteil zu. Beispielsweise weist der Steuerungsteil eine Heizungsleistungsversorgung an, elektrische Leistung dem Heizungsteil zuzuführen.
Insbesondere weist der Steuerungsteil eine Verbrennungssteuerungseinrichtung und eine übliche Steuerungseinrichtung auf. Die Verbrennungssteuerungseinrichtung führt eine Verbrennungssteuerung durch, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine startet. Die Verbrennungssteuerung wird ausgeführt, wenn die Maschine gestartet wird oder erneut gestartet wird. In der Verbrennungssteuerung führt die Verbrennungssteuerungseinrichtung dem Heizungsteil elektrische Leistung zu, um den Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors für eine vorbestimmte Zeitdauer S1 auf eine vorbestimmte Temperatur T1 zu halten, um die akkumulierten Partikel zu verbrennen und die akkumulierten Partikel aus dem Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors zu beseitigen. Demgegenüber führt die übliche Steuerungseinrichtung eine übliche Steuerung nach Abschluss der vorstehend beschriebenen Verbrennungssteuerung durch, die ausgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine zum Betrieb gestartet wird. In der üblichen Steuerung führt die übliche Steuerungseinrichtung elektrische Leistung dem Heizungsteil zu, um den Erfassungsteil des Partikelerfassungselements in dem Partikelerfassungssensor auf eine Temperatur T2 zu halten, die niedriger als die vorbestimmte Temperatur T1 ist, um Partikel zu erfassen, die an dem und in dem Erfassungsteil anhaftet und akkumuliert sind.
Die Verbrennungssteuerungseinrichtung in der Steuerungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Verbrennungssteuerung jedes Mal durch, wenn die Brennkraftmaschine zum Betrieb gestartet (oder erneut gestartet) wird. In der Verbrennungssteuerung führt die Verbrennungssteuerungseinrichtung elektrische Leistung dem Heizungsteil zu, um die Verbrennung der Partikel auszuführen, die in dem Erfassungsteil des Partikelsensorelements akkumuliert sind. Dies beseitigt die akkumulierten Partikel von dem Erfassungsteil des Partikelsensorelements. Dies kann eine inkorrekte Erfassung des Partikelerfassungssensors verhindern, die durch die in dem Erfassungsteil verbliebenen Partikel verursacht wird, und verhindern, dass der Ausgang des Partikelerfassungssensors von einem korrekten Ausgangswert abweicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der Partikelerfassungssensor ein stabiles und korrektes Erfassungssignal mit hoher Genauigkeit ungeachtet von Betriebsbedingungen und einer Umgebungsbedingung der Brennkraftmaschine ausgibt, selbst vor oder nach dem Start oder Stopp der Brennkraftmaschine.
In der Steuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Steuerungsteil weiterhin eine elektrische Leistungszufuhrzeitsteuerungseinrichtung auf, die eine Zeitsteuerung (Timing) zur Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizungsteil, die von einem Zeitpunkt, von dem die Brennkraftmaschine gestartet wird, bis zu einem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die elektrische Leistung dem Heizungsteil zugeführt wird, auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine bestimmt.
Im Allgemeinen gibt es, wenn die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird, eine Möglichkeit, dass Wasser, das in dem Inneren des Abgasrohrs enthalten ist, an das Partikelsensorelement des Partikelerfassungssensors anhaftet und eine inkorrekte Erfassung des Partikelerfassungssensors verursacht. Weiterhin besteht eine Möglichkeit, dass der Partikelerfassungssensor durch Anhaften von Wasser an den Partikelerfassungssensor beschädigt wird. Um dieses Problem zu überwinden, verzögert die elektrische Leistungszufuhrzeitsteuerungseinrichtung in der Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Zeit zur Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizungsteil des Partikelsensorelements. Es ist daher möglich, die Beschädigung des Partikelerfassungssensors durch Anhaften von Wasser zu verhindern. Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt dem Partikelerfassungssensor, ein korrektes Erfassungssignal mit hoher Genauigkeit auszugeben.
In der Steuerungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung berechnet die elektrische Leistungszufuhrzeitsteuerungseinrichtung ein Ausmaß (oder ein Risikograd), dass kondensiertes Wasser, das in dem Abgasrohr verblieben ist, an den Erfassungsteil in dem Partikelerfassungssensor anhaftet, und verzögert die Zeitsteuerung zur Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Heizungsteil auf der Grundlage der berechneten Größe des kondensierten Wassers.
Gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet die elektrische Leistungszufuhrzeitsteuerungseinrichtung in der Steuerungsvorrichtung die Zeitsteuerung, wenn die elektrische Leistung dem Heizungsteil zugeführt wird, auf der Grundlage der berechneten Größe (oder des Risikogrades) des kondensierten Wassers, das an dem Erfassungsteil in dem Partikelerfassungssensor anhaftet. Diese Steuerung ermöglicht es, das Problem zu vermeiden, dass durch Anhaften von Wasser, das in dem Abgasrohr enthalten ist, an den Partikelerfassungssensor verursacht wird.
In der Steuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung führt die Verbrennungssteuerungseinrichtung die elektrische Leistung dem Heizungsteil zu, um den Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors auf die vorbestimmte Temperatur T1 innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 600°C bis nicht mehr als 900°C beizubehalten.
Die Verbrennungssteuerungseinrichtung in der Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Verbrennungssteuerung durch, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird, so dass der Erfassungsteil in dem Partikelsensorelement auf die Temperatur T1 beibehalten wird, die innerhalb des Bereichs von nicht weniger als 600°C bis nicht mehr als 900°C liegt. Diese Verbrennungssteuerung ermöglicht es, die Haltbarkeit des Partikelsensorelements beizubehalten und akkumulierte Partikel vollständig von dem Partikelsensorelement in dem Partikelerfassungssensor zu beseitigen. Weiterhin kann diese Verbrennungssteuerung Energiekosten unterdrücken.
In der Steuerungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung führt die Verbrennungssteuerungseinrichtung die elektrische Leistung dem Heizungsteil zur Beibehaltung des Erfassungsteils des Partikelerfassungssensors auf die vorbestimmte Temperatur T1 von nicht weniger als 650°C für die vorbestimmte Zeitdauer S1 von nicht weniger als 20 Sekunden zu.
Die Verbrennungssteuerungseinrichtung in der Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Verbrennungssteuerung durch, die ausgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird, so dass der Erfassungsteil in dem Partikelsensorelement auf die Temperatur T1 von nicht weniger als 650°C für die Zeitdauer S1 von nicht weniger als 20 Sekunden beibehalten wird. Diese Verbrennungssteuerung ermöglicht es, akkumulierte Partikel von dem Partikelsensorelement mit hoher Effizienz vollständig zu beseitigen.
In der Steuerungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung führt die übliche Steuerungseinrichtung die elektrische Leistung dem Heizungsteil zu, um den Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors auf eine vorbestimmte Temperatur innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 50°C bis nicht mehr als 600°C beizubehalten.
Die übliche Steuerungseinrichtung in der Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führt die übliche Steuerung durch, um den Erfassungsteil auf eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 50°C bis nicht mehr als 600°C beizubehalten. Die übliche Steuerung ermöglicht es, einen stabilen Ausgang, nämlich ein korrektes Erfassungssignal, das aus dem Partikelerfassungssensor ausgegeben wird, zu erlauben.
In der Steuerungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Erfassungsteil das Paar der Erfassungselektroden, die eine Kammform aufweisen, und Erfassungsleitungsteile auf, die an einer Frontoberfläche des Isolationssubstrats geformt sind. Der Heizungsteil weist Heizungselektroden und Heizungsleitungsteile auf, die an dem Front-End in einer hinteren Oberfläche des Isolationssubstrats geformt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Partikelsensorelement in dem Partikelerfassungssensor leicht herzustellen, da der Erfassungsteil das Paar der Erfassungselektroden und die Erfassungsleitungsteile aufweist, die an einer Frontoberfläche des Isolationssubstrats geformt sind. Demgegenüber weist der Heizungsteil Heizungselektroden und Heizungsleitungsteile auf, die an dem Front-End in der hinteren Oberfläche des Isolationssubstrats geformt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1A eine perspektivische Darstellung zeigt, die eine schematische Struktur eines Partikel-(PM-)Sensorelements in einem PM-Erfassungssensor und eine Steuerungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
1B eine schematische Darstellung zeigt, die einen gesamten Aufbau eines Abgasreinigungssystems einer Dieselbrennkraftmaschine für ein Motorfahrzeug veranschaulicht, bei dem der PM-Erfassungssensor und die Steuerungsschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewandt sind,
2 eine vergrößerte Darstellung zeigt, die eine Querschnittsansicht eines Teils des PM-Erfassungssensors gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, der an einem Abgasrohr in dem Abgasreinigungssystem gemäß 1B angebracht ist,
3 ein Flussdiagramm zeigt, das den Prozess für die Steuerungsschaltung zur Zufuhr elektrischer Leistung zu einem Heizungsteil in dem PM-Sensorelement in den PM-Erfassungssensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
4 ein Flussdiagramm zeigt, das einen ausführlichen Prozess einer Verbrennungssteuerung veranschaulicht, die ausgeführt wird, wenn eine Brennkraftmaschine gestartet wird,
5 eine Darstellung zeigt, die ein experimentelles Ergebnis einer Beziehung zwischen der Temperatur T1 (°C) des PM-Sensorelements und der Zeitdauer S1 (Sekunden) zur Beibehaltung der Temperatur des PM-Sensorelements in dem PM-Erfassungssensor gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
6A ein Zeitverlaufsdiagramm zeigt, das die Ausgangsänderung des PM-Erfassungssensors veranschaulicht, wenn die übliche Steuerung kontinuierlich ausgeführt wird,
6B ein Zeitverlaufsdiagramm zeigt, das die Ausgangsänderung des PM-Erfassungssensors veranschaulicht, wenn die Dieselmaschine nach einem Maschinenstopp ohne Ausführung der PM-Erfassungssensorregenerationssteuerung erneut gestartet wird, nachdem der Erfassungsprozess durch den PM-Erfassungssensor während der üblichen Steuerung ausgeführt worden ist, und
6C ein Zeitverlaufsdiagramm zeigt, das die Ausgangsänderung des PM-Erfassungssensors veranschaulicht, wenn die Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart ausgeführt wird, jedoch eine PM-Erfassungssensorregenerationssteuerung vor dem Maschinenstopp nicht ausgeführt wird.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -zahlen gleiche oder äquivalente Komponententeile durch die verschiedenen Darstellungen.
Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Partikelerfassungssensor 1 und eine Steuerungsschaltung 2 als eine Steuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 6A, 6B und 6C beschrieben.
Das Ausführungsbeispiel wendet den Partikelerfassungssensor 1 (der nachstehend „PM-Erfassungssensor 1” bezeichnet ist) bei einem Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine an.
1A zeigt eine perspektivische Darstellung, die eine schematische Struktur eines Partikelsensorelements 10 (das nachstehend als „PM-Sensorelement 10” bezeichnet ist) in dem PM-Erfassungssensor 1 und der Steuerungsvorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 1B zeigt eine schematische Darstellung eines gesamten Aufbaus des Abgasreinigungssystems einer fahrzeugeigenen Dieselbrennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs veranschaulicht, bei dem der PM-Erfassungssensor 1 und die Steuerungsvorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewandt sind. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung, die eine Querschnittsansicht eines Teils des PM-Erfassungssensors 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Insbesondere ist der PM-Erfassungssensor 1 an einem Abgasrohr EX in dem Abgasreinigungssystem der fahrzeugeigenen Dieselbrennkraftmaschine als eine Brennkraftmaschine gemäß 1B angebracht.
Die in 1B gezeigte Dieselbrennkraftmaschine E/G ist mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem ausgerüstet. Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem erhöht den Kraftstoffdruck durch eine Hochdruckpumpe PMP. Das Common-Rail R speichert den Kraftstoff auf einem konstanten hohen Druck und führt den Hochdruckkraftstoff jedem der Zylinder durch einen Injektor (Einspritzeinrichtung) INJ zu.
Der PM-Erfassungssensor 1 ist an der stromabwärtigen Seite des Dieselgartikelfilters DPF in dem Abgasrohr EX der Dieselmaschine E/G angeordnet. Die Steuerungsschaltung 2 als die Steuerungsvorrichtung und jeder von Teilen der Dieselmaschine E/G steuern den Betrieb des PM-Erfassungssensors 1. Die Steuerungsschaltung 2 und das Steuerungsverfahren werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Nachstehend ist die Struktur des Abgasreinigungssystems der fahrzeugeigenen Dieselmaschine eines Motorfahrzeugs unter Bezugnahme auf 1B beschrieben.
Wie es in 1B gezeigt ist, ist eine Turbine TRB an einem Abgaskrümmer der Dieselmaschine E/G angebracht. Wenn ein Turbolader TRB_CGR entsprechend der Rotation der Turbine TRB gedreht wird, wird verdichtete Luft dem Einlasskrümmer MH_IN durch einen Zwischenkühler CLR_INT zugeführt.
Ein Teil des aus einem Auslasskrümmer MH_EX ausgestoßenen Abgases wird zu dem Einlasskrümmer MH_IN durch ein EGR-Ventil V_EGR und einem EGR-Kühler CRL_EGR zurückgeführt. Ein erzwungenes Ansaugen erhöht die Menge von Einlassluft, um den Verbrennungswirkungsgrad zu erhöhen, und eine EGR (Abgasrückführung) unterdrückt die Verbrennung der Dieselmaschine, um einen Ausstoß von Stickstoffoxiden (NOx) in die Umgebungsatmosphäre des Motorfahrzeugs zu unterdrücken.
Eine Einheit mit einem Dieseloxidationskatalysator DOC und einem Dieselpartikelfilter (Dieselfeinstaubfilter) DPF sind an dem Abgasrohr EX angebracht, das mit dem Auslasskrümmer MH_EX verbunden ist, um das aus der Dieselmaschine emittierte Abgas zu reinigen. Das heißt, unverbrannte Komponenten wie Kohlenwasserstoff HC, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxid NO werden oxidiert, wenn das Abgas durch das Abgasrohr EX gelangt, nachdem es aus der Dieselmaschine emittiert worden ist, und der Dieselpartikelfilter DPF fängt Ruß (Ruß), lösliche organische Anteile (SOF) und Partikel (PM) (Feinstaub) ein, die aus anorganischen Komponenten zusammengesetzt sind, die in dem Abgas enthalten sind. Das Dieselpartikelfilter DPF ist an der stromabwärtigen Seite der Einheit mit dem Dieseloxidationskatalysator (DOC) angeordnet, wie es in 1B gezeigt ist.
Im Allgemeinen ist ein derartiger Dieseloxidationskatalysator DOC auf einer Oberfläche eines bekannten monolithischen Trägers, beispielsweise eines keramischen Honigwabenstrukturkörpers, gestützt, das aus Cordierit hergestellt ist. Wenn das Dieselpartikelfilter DPF zwangsweise regeneriert wird, wird Kraftstoff zugeführt und in Oxidation verbrannt. Dies erhöht die Temperatur des Abgases, und der Dieseloxidationskatalysator DOC oxidiert und eliminiert Fraktionsruß-(SOF-(soot of fraction)) Komponenteninhalte in den Partikeln PM. Stickstoffdioxid NO₂, das durch Oxidieren von Stickstoffoxid NO erzeugt wird, wird als Oxidationsmittel von Partikeln PM verwendet, die in dem DPF akkumuliert sind, der auf der stromabwärtigen Seite der Einheit mit dem Dieseloxidationskatalysator DOC angeordnet ist. Dies ermöglicht es, ein kontinuierliches Oxidieren auszuführen.
Das Dieselpartikelfilter DPF weist eine Filterstruktur einer Wandströmungsbauart auf, die gut bekannt ist. Beispielsweise wird ein poröser keramischer Honigwabenstrukturkörper extrudiert und ausgeformt. Der poröse keramische Honigwabenstrukturkörper ist aus Wärmewiderstandskeramiken wie Cordierit hergestellt. An der Einlassoberfläche des Dieselpartikelfilters DPF sind Zellen abwechselnd durch Verschlusselemente verschlossen, so dass die Oberfläche der Einlassoberfläche ein fachwerkartiges Muster aufweist, bei dem eine von benachbarten Zellen verschlossen ist und die andere Zelle offen ist, und die Auslassoberfläche weist das fachwerkartige Muster auf, bei dem eine der benachbarten Zellen verschlossen ist und die andere Zelle geöffnet ist. Das heißt, das Dieselpartikelfilter DPF ist aus einer Vielzahl von Zellen zusammengesetzt, die durch Zellenwände geformt sind. Ein Endteil jeder der Zellen ist offen, und das andere Endteil davon ist verschlossen, so dass die verschlossenen Teile abwechselnd auf jeder der Einlassoberfläche und der Auslassoberfläche des Dieselpartikelfilters DPF geformt sind.
Jede der Zellen ist parallel entlang der Längsrichtung des Dieselpartikelfilters DPF geformt. Insbesondere weisen die Zellenwände in den benachbarten Zellen eine poröse Struktur auf, durch die das Abgas gelangt. Die poröse Struktur der Zellenwände (poröse Zellenwände) fangen Partikel PM ein, die in dem Abgas enthalten sind, wenn das Abgas durch die porösen Zellwände gelangt.
Es ist möglich, ein Dieselpartikelfilter der kontinuierlichen Bauart zu formen, das aus dem Dieseloxidationskatalysator DOC und dem Dieselpartikelfilter DPF zusammengesetzt ist.
Ein Differenzdrucksensor SP ist in dem Abgasrohr EX angeordnet, um die Menge von Partikeln PM zu überwachen, die in dem Dieselpartikelfilter DPF akkumuliert wird.
Der Differenzdrucksensor SP ist mit dem Abgasrohr EX an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters DPF durch Druckeinführungsrohre verbunden. Der Differenzdrucksensor SP erfasst jeweils den Druck des Abgases an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters DPF, und gibt ein Erfassungssignal entsprechend der an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters DPF erfassten Druckdifferenz aus.
Weiterhin sind Temperatursensoren S1, S2 und S3 an der stromaufwärtigen Seite der Einheit mit dem Dieseloxidationskatalysator DOC, der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters DPF angeordnet, um die Temperatur des Abgases zu erfassen.
Die Steuerungsschaltung 2 empfängt die aus diesen Sensoren übertragenen Erfassungssignale und überwacht den Aktivierungszustand des Dieseloxidationskatalysators DOC und die Menge der in dem Dieselpartikelfilter DPF akkumulierten Partikel PM auf der Grundlage der Erfassungssignale. Wenn die Menge der in dem Dieselpartikelfilter DPF akkumulierten Partikel PM einen vorbestimmten zulässigen Wert überschreitet, führt die Steuerungsschaltung 2 zwangsweise den Prozess zum Verbrennen der in dem Dieselpartikelfilter DPF akkumulierten Partikel PM aus, um den Dieselpartikelfilter DPF zu regenerieren und die Partikel PM aus dem Dieselpartikelfilter DPF zu beseitigen.
Weiterhin erfasst der Partikelerfassungssensor (PM-Erfassungssensor) 1 Partikel PM, die durch den Dieselpartikelfilter DPF gelangen und sich zu der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters DPF bewegen.
Wie es in 1A gezeigt ist, ist der PM-Erfassungssensor 1 aus einem Partikelsensorelement (PM-Sensorelement) 10 zusammengesetzt. Das PM-Sensorelement 10 ist aus einem Isolationssubstrat 13, einem Paar von Erfassungselektroden 11 und 12, einem Paar von Elektrodenleitungen 111 und 121 und einem Heizungsteil 300 aufgebaut. Das Isolationssubstrat 13 ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt. Das Paar der Erfassungselektroden 11 und 12 und das Paar der Elektrodenleitungen 111 und 121 sind an einer Oberfläche des Isolationssubstrats 13 geformt. Die Erfassungselektroden 11 und 12 bilden den Erfassungsteil 100. Der Heizungsteil 300 ist an der anderen Oberfläche des Isolationssubstrats 13 geformt oder geschichtet. Der Heizungsteil 300 erzeugt Wärmeenergie, um den Erfassungsteil 100 bei Empfang elektrischer Leistung zu erwärmen.
Der Erfassungsteil 100 ist mit der Steuerungsschaltung 2 über die Elektrodenleitungen 111 und 121 verbunden. Der Erfassungsteil 100 erfasst einen Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 und gibt ein Erfassungssignal entsprechend dem erfassten Widerstandswert aus. Der Heizungsteil 300 ist aus einer Heizungselektrode 31 und Heizungsleitungen 311 und 321 zusammengesetzt. Die Heizungselektrode 31 und die Heizungsleitungen 311 und 321 sind an der Oberfläche des Isolationssubstrats 32 geformt. Der Heizungsteil 300 ist mit der Heizungsleistungsquelle 21 über die Heizungsleitungen 311 und 321 verbunden. Die Steuerungsschaltung 2 weist die Heizungsleistungsquelle 21 zur Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizungsteil 300 an.
Der Erfassungsteil 100 wird durch das nachstehende Verfahren hergestellt. Beispielsweise wird ein keramisches Material mit Alumina mit hervorragender elektrischer Isolierung und hervorragender Wärmewiderstandsfähigkeit auf das Isolationssubstrat 13 einer Plattenform durch Verwendung eines Schabers und einem Pressgussverfahren geformt. Die Erfassungselektroden 11 und 12 werden an dem vorderen Ende des Isolationssubstrats 13 derart geformt, dass die Erfassungselektroden 11 und 12 eine Kammstruktur aufweisen, bei der die Erfassungselektroden 11 und 12 abwechselnd einander mit einer vorbestimmten Lücke zugewandt sind. Die Erfassungselektroden 11 und 12 werden durch Drucken von leitender Paste, die ein Edelmetall wie Platin Pt enthält, in einem vorbestimmten Muster auf einer Oberfläche (oder einer vorderen Oberfläche) des Isolationssubstrats 13 geformt. Die Erfassungselektroden 11 und 12 werden mit einem Endanschluss jeder der Elektrodenleitungen 111 und 121 verbunden, die an der Oberfläche des Isolationssubstrats 13 geformt sind.
Demgegenüber wird der Heizungsteil 300 durch Drucken der Heizungselektroden 30 und der Heizungsleitungen 311 und 312 in einem vorbestimmten Muster auf der Oberfläche (der Seite des Erfassungsteils 100) des Isolationssubstrats 32 durch Verwendung desselben Verfahrens hergestellt. Die Heizungselektroden 31 des Heizungsteils 300 sind direkt unterhalb der Erfassungselektroden 11 und 12 geformt, um den Erfassungsteil 100 auf eine vorbestimmte Temperatur mit guter Effizienz zu erwärmen. Das heißt, die Erfassungselektroden 11 und 12 sind an der vorderen Oberfläche des gesamten Isolationssubstrats geformt, das aus dem Isolationssubstrat 12 und dem Isolationssubstrat 32 zusammengesetzt ist. Das Isolationssubstrat 12 und das Isolationssubstrat 32 sind gestapelt. Der Heizungsteil 300 ist an der hinteren Oberfläche des gesamten Isolationssubstrats geformt, der aus dem Isolationssubstrat 12 und dem Isolationssubstrat 32 zusammengesetzt ist.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist der PM-Erfassungssensor 1 ein zylindrisches Unterbringungsgehäuse 50 auf, das in die Wand des Abgasrohrs EX eingeschraubt ist. Der PM-Erfassungssensor 1 belegt die obere Hälfte des PM-Sensorelements 10, das in einen zylindrischen Isolator 60 eingesetzt ist und darin befestigt ist. Die untere Hälfte des PM-Sensorelements 10 ist an dem Sockelteil des zylindrischen Unterbringungsgehäuses 50 befestigt und in einem hohlen Abdeckungskörper 40 angeordnet. Der hohle Abdeckungskörper 40 mit der unteren Hälfte des PM-Sensorelements 10 springt in das Innere des Abgasrohrs EX vor. Einlassöffnungen 410 und 411 sind in dem Sockelteil und dem Seitenteil des hohlen Abdeckungskörpers 40 geformt, um das Abgas in das Abgasrohr EX einzuführen. Das Abgas strömt aus dem Dieselpartikelfilter DPF und enthält Partikel PM.
Um Partikel PM, die in dem Abgas enthalten sind, einzufangen, ist es, wie es in 2 gezeigt ist, vorzuziehen, den PM-Erfassungssensor 1 in dem Abgasrohr EX derart anzuordnen, dass der Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 der stromaufwärtigen Seite des Abgasrohrs EX zugewandt ist. Weiterhin ist es möglich, eine inkorrekte Erfassung, die durch Akkumulieren von Partikeln PM zwischen den Elektrodenleitungen 111 und 121 verursacht wird, zu verhindern, wenn das PM-Sensorelement 10 eine Struktur aufweist, bei der eine Isolierungsschutzschicht 14 auf der Oberfläche des Isolationssubstrats 13 mit Ausnahme des Erfassungsteils 100 geformt ist, so dass die Elektrodenleitungen 111 und 121 mit der Isolationsschutzschicht 14 abgedeckt sind.
Nachstehend ist der grundsätzliche Betrieb des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie es in 2 gezeigt ist, wird das Abgas der Dieselmaschine E/G in das Innere des PM-Erfassungssensors 1 durch die Einlassöffnung 411 eingeführt, die in dem Abdeckungskörper 40 des PM-Erfassungssensors 1 geformt ist. Die Einlassöffnung 411 ist der stromaufwärtigen Seite des Abgases in dem Abgasrohr EX zugewandt. Nachdem es in Kontakt mit dem PM-Sensorelement 10 gelangt ist, wird das Abgas in das Abgasrohr EX als die Außenseite des PM-Erfassungssensors 1 durch die Öffnung 410, die in der Sockeloberfläche geformt ist, oder die Öffnung 411 ausgestoßen, die der stromabwärtigen Seite des Abgases zugewandt ist.
Wie es in 1A gezeigt ist, sind die Erfassungselektroden 11 und 12, die eine Kammstruktur mit einer vorbestimmten Lücke aufweisen, an der Oberfläche des Erfassungsteils 100 geformt. Wenn der PM-Erfassungssensor 1 sich in seiner Anfangsbedingung befindet, fließt kein Strom zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12, da keine Partikel PM zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 akkumuliert werden. Wenn das Abgas in den PM-Erfassungssensor 1 eingeführt wird, werden Partikel PM mit leitenden Eigenschaften allmählich zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 akkumuliert. Wenn die Menge von Partikeln PM, die zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 akkumuliert werden, einen vorbestimmten Wert überschreitet, fließt ein Strom zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12. Je stärker die Menge von Partikeln PM erhöht wird, desto stärker wird der Widerstandwert zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 verringert. Es ist daher möglich, den Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 auf der Grundlage dieses Phänomens zu erfassen. Das heißt, es ist möglich, die Diagnose einer Erfassung eines Defekts oder Fehlers des Dieselpartikelfilters DPF anhand der vorstehend beschriebenen Beziehung auszuführen.
Wenn beispielsweise ein Defekt wie ein Zellenwanddefekt in dem Dieselpartikelfilter DPF auftritt, kann das Dieselpartikelfilter DPF einen korrekten Betrieb zum Einfangen von Partikeln PM, die in dem Abgas enthalten sind, nicht ausführen. Dies erhöht die Menge von Partikeln PM, die in dem aus dem Dieselpartikelfilter DPF ausgestoßenen Abgas enthalten sind.
Die Steuerungsschaltung 2 überwacht die Menge von Partikeln PM, die durch das Dieselpartikelfilter DPF gelangt, während einer vorbestimmten Zeitdauer durch Verwendung des PM-Erfassungssensors 1. Wenn die überwachte Menge von Partikeln PM deutlich größer als die übliche Menge ist, beurteilt die Steuerungsschaltung 2 ein Auftreten eines Fehlers in dem Dieselpartikelfilter DPF. Selbst wenn das Dieselpartikelfilter DPF sich in der üblichen Bedingung befindet, wird, wenn die Menge von Partikeln PM, die zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensorelement 10 akkumuliert wird, den vorbestimmten Wert überschreitet, die Änderungsrate des Widerstandswerts zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 niedrig, das heißt, die Erfassungsgenauigkeit des PM-Erfassungssensors 1 wird verringert. Um diesen Nachteil zu verhindern, ist es vorzuziehen, die Regeneration des PM-Erfassungssensors 1 zu einer vorbestimmten Zeitperiode auszuführen.
Im Übrigen verbleiben, wenn die Dieselmaschine E/G gestoppt wird und ohne Ausführen der Regeneration des PM-Erfassungssensors 1 erneut gestartet wird, Partikel PM, die vorher an die Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Erfassungssensor 1 anhafteten. In diesem Fall werden die Eigenschaften von Partikeln PM entsprechend der Umgebungsbedingung geändert, wenn die Dieselmaschine E/G gestoppt wird und erneut gestartet wird. Dies beeinflusst den Ausgang des PM-Erfassungssensors 1. Wenn beispielsweise die Dieselmaschine E/G unter einer hohen Temperatur des Abgasrohrs EX gestoppt wird, besteht die Möglichkeit des Verdunstens von löslicher organischer Anteilen (SOF), die lediglich in den Partikeln PM zwischen den Erfassungselektroden enthalten sind. Dies ändert die Leitfähigkeit von Partikeln PM, so dass der Ausgang des PM-Erfassungssensors 1 ebenfalls geändert wird, wenn die Dieselmaschine E/G erneut gestartet wird. Weiterhin besteht, wenn die Dieselmaschine E/G in einer kalten Umgebung gestartet wird, eine Möglichkeit des Anhaftens von Wasser oder Taukondensation an dem Erfassungsteil der Erfassungselektroden 11 und 12. Dies ändert die Leitfähigkeit der Partikel PM, und der Ausgang des PM-Erfassungssensors 1 wird ebenfalls geändert, wenn die Dieselmaschine E/G erneut gestartet wird. Dies verursacht einen inkorrekten Ausgang des PM-Erfassungssensors 1, da die Akkumulation von Partikeln PM zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 geändert wird oder das Wasser verdunstet wird. Die vorstehend beschriebenen Bedingungen sind jedes Mal unterschiedlich, wenn die Dieselmaschine E/G gestartet wird. Da lösliche organische Anteile (SOF) nicht verdunstet werden, jedoch entsprechend der Änderung der Temperatur und Bedingungen (beispielsweise Konzentration von Sauerstoff) des Abgases verhärtet oder verbrannt wird, ist es schwierig, die Größe eines inkorrekten Ausgangs des PM-Erfassungssensors 1 vorherzusagen.
Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, die einen inkorrekten Ausgang des PM-Erfassungssensors 1 verursachen, justiert die Steuerungsschaltung 2 die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizungsteil 300 beim Maschinenstart und der Ausführung der üblichen Steuerung. Das heißt, die Steuerungsschaltung 2 führt zunächst den Prozess des Verbrennens und Beseitigens von Partikeln PM aus, die in dem PM-Erfassungssensor 1 akkumuliert werden (oder verbleiben), wenn die Dieselmaschine E/G gestartet wird. Die Steuerungsschaltung 2 führt dann den üblichen Steuerungsprozess aus, der das Vorhandensein und die Menge von Partikeln erfasst, die in dem Abgas enthalten ist. Dadurch unterdrückt die Steuerungsschaltung 2 die Fluktuation des Ausgangs des PM-Erfassungssensors 1 und verhindert, dass eine inkorrekte Erfassung des PM-Erfassungssensors 1 verursacht wird, indem die akkumulierte Partikel PM verbrannt werden und die akkumulierten Partikel PM aus dem PM-Erfassungssensor 1 beseitigt werden, wenn die Dieselmaschine E/G gestartet wird.
Insbesondere weist die Steuerungsschaltung 2 die Heizungsleistungsquelle 21 an, elektrische Leistung dem Heizungsteil 300 zuzuführen, wenn die Dieselmaschine E/G gestartet wird. Der Erfassungsteil 100 des PM-Erfassungssensors 1 wird dadurch auf die Temperatur T1 während der Zeitdauer S1 erwärmt. Die Temperatur T1 ermöglicht dem Erfassungsteil 100, die akkumulierten Partikel PM zu verbrennen und zu beseitigen. Das heißt, die Steuerungsschaltung 2 führt die Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart aus. In der Verbrennungssteuerung, die bei dem Maschinenstart ausgeführt wird, werden Partikel PM, der an der Oberfläche des Erfassungsteils 100 akkumuliert ist, verbrannt und vollständig beseitigt. Diese Verbrennungssteuerung beim Maschinenstart entspricht der Funktion, die durch die Verbrennungssteuerungseinrichtung ausgeführt wird, die in den Patentansprüchen verwendet ist.
Nach der Verbrennungssteuerung beim Maschinenstart justiert die Steuerungsschaltung 2 die elektrische Leistungszufuhr zu dem Erfassungsteil 100, um den Erfassungsteil 300 auf einer Temperatur T2 beizubehalten, die innerhalb eines Temperaturbereichs von weniger als die Temperatur T1 liegt. Diese Steuerung ermöglicht dem PM-Erfassungssensor 1, Partikel PM, die an den Erfassungselektroden 11 und 12 angehaften, zu erfassen (wie die übliche Steuerungseinrichtung, die in den Patentansprüchen verwendet ist).
In der Verbrennungssteuerung beim Maschinenstart wird, wenn der Dieselmaschinenstart und die elektrische Leistungszufuhr zu dem Heizungsteil 300 gleichzeitig ausgeführt werden, kondensiertes Wasser in dem Abgasrohr EX zerstäubt, und das zerstäubte Wasser haftet an den Erfassungsteil 100 in dem PM-Erfassungssensor 1 mit hoher Temperatur an. Wenn das zerstäubte Wasser an den PM-Erfassungssensor 1 mit hoher Temperatur anhaftet, wird der PM-Erfassungssensor 1 beschädigt. Um dieses zu vermeiden, ist es notwendig, die Zeit zum Starten der elektrischen Leistungszufuhr zu dem PM-Sensorelement 10 zu verzögern, bis das kondensierte Wasser in dem Abgasrohr EX getrocknet ist oder kein kondensiertes Wasser an dem PM-Sensorelement 10 anhaftet.
Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, ist es für die Steuerungsschaltung 2 erforderlich, eine Größe (oder einen Risikograd) von in dem Abgasrohr verbliebenen, an dem Erfassungsteil 100 in dem Partikelerfassungssensor 1 anhaftenden kondensierten Wasser auf der Grundlage der Betriebsbedingung der Dieselmaschine E/G zu berechnen, und die Ausführung der elektrischen Leistungszufuhr zu dem Heizungsteil 300 auf der Grundlage der berechneten Größe (oder des Risikograds) von kondensiertem Wasser zu verzögern. Das heißt, es ist vorzuziehen, dass die Steuerungsschaltung 2 die Ausführung der elektrischen Leistungszufuhr zu dem Heizungsteil 300 verzögert, bis die Größe (oder der Risikograd) von kondensiertem Wasser, das an dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Erfassungssensor 1 anhaftet, in deren (dessen) zulässigen Bereich eintritt. Es ist ebenfalls möglich, die Beziehung zwischen der Zeitsteuerung, der elektrischen Leistungszufuhr zu dem Erfassungsteil 100 und einem Koeffizienten entsprechend der berechneten Größe (oder des Risikograds) von an dem Erfassungsteil 100 anhaftenden kondensierten Wassers zu verwenden, der auf der Grundlage der Betriebsbedingung der Dieselmaschine E/G berechnet wird. In dem letzteren Fall beginnt die Steuerungsschaltung 2 die elektrische Leistungszufuhr zu dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 zu der Zeitsteuerung, die auf der Grundlage des Koeffizienten entsprechend der Größe (oder dem Risikograd) von an dem Erfassungsteil 100 anhaftenden kondensierten Wassers bestimmt wird. Diese Steuerung ermöglicht es, die Menge von an dem PM-Erfassungssensor 1 anhaftenden Partikeln PM mit hoher Genauigkeit zu erfassen, während eine Beschädigung des Erfassungsteils 100 durch Anhaften von kondensiertem Wasser an dem Erfassungsteil 100 verhindert wird.
Nachstehend ist der Steuerungsbetrieb der Steuerungsschaltung 2 unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Prozess für die Steuerungsschaltung 2 zur Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizungsteil 100 in dem PM-Erfassungssensor 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie es in 3 gezeigt ist, empfängt, wenn die Dieselmaschine E/G gestartet wird, die Steuerungsschaltung 2 Erfassungssignale, die aus verschiedenen Sensoren übertragen werden (Schritt S100). Dabei empfängt die Steuerungsschaltung 2 Erfassungssignale, die aus einem (nicht gezeigten) Wassertemperatursensor und einem (nicht gezeigten) Öltemperatursensor übertragen werden, zur Erfassung der Betriebsbedingung der Dieselmaschine E/G und der Temperaturbedingung in dem Abgasrohr EX. Der Wassertemperatursensor erfasst die Temperaturen von Maschinenkühlwasser. Der Öltemperatursensor erfasst die Temperatur von Schmieröl.
Die Steuerungsschaltung 2 empfängt weiterhin ein Erfassungssignal, das aus einem Einlasslufttemperatursensor übertragen wird. Der Einlasslufttemperatursensor ist in einer Luftströmungsmesseinrichtung AFM eingebettet, die in der Lage ist, die Temperatur von Umgebungsluft zu erfassen. Weiterhin empfängt die Steuerungsschaltung 2 ein Erfassungssignal, das aus einem Temperatursensor S3 übertragen wird, der an der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters DPF angeordnet ist, um die Temperatur des Abgases um den PM-Erfassungssensor 1 zu erfassen. Weiterhin empfängt die Steuerungsschaltung 2 das Erfassungssignal, das aus dem Rotationssensor übertragen wird, der in der Lage ist, die Rotation (Drehung) der Dieselmaschine E/G zu erfassen, das Erfassungssignal, das aus einem Sensor übertragen wird, der in der Lage ist, die Menge einer Kraftstoffeinspritzung zu erfassen, und das Erfassungssignal, das aus einem Sensor übertragen wird, der in der Lage ist, die Betriebszeitdauer der Dieselmaschine E/G zu erfassen.
In Schritt S101 berechnet die Steuerungsschaltung 2 eine Größe (oder einen Risikograd) von an dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 anhaftenden kondensierten Wasser auf der Grundlage der Informationen, die aus den aus den verschiedenen Sensoren übertragenen Erfassungssignalen erhalten werden. Insbesondere sagt die Steuerungsschaltung 2 die Menge von kondensiertem Wasser, die in dem Inneren des Abgasrohrs EX stromaufwärts des PM-Erfassungssensors 1 erzeugt wird und verbleibt, auf der Grundlage der verstrichenen Zeitdauer, der Betriebsbedingung und der Temperaturbedingung der Dieselmaschine E/G nach dem Maschinenstart voraus, wobei die verstrichene Zeitdauer die Zeitdauer ist, die von der Zeit, wenn die Dieselmaschine E/G vorhergehend gestartet worden ist, bis zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt gezählt wird.
Die Steuerungsschaltung 2 berechnet dann die Größe (oder den Risikograd) von an dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Erfassungssensor 1 anhaftenden kondensierten Wasser durch Verwendung der Beziehung, die vorab auf der Grundlage der Form des Abgasrohrs EX erhalten wird. Beispielsweise wird, wenn die Umgebungstemperatur- niedrig ist, Wasser in dem Abgasrohr EX kondensiert, wenn die Temperatur des Abgasrohrs EX nach dem Maschinenstopp verringert wird, oder wenn das Abgas in das Innere des Abgasrohrs EX mit einer niedrigen Temperatur unmittelbar nach Maschinenstart eingeführt wird. Weiterhin ist, wenn die Temperatur des Abgasrohrs EX in einer kurzen verstrichenen Zeitdauer nach dem Maschinenstopp relativ hoch ist, die Menge von kondensiertem Wasser niedrig, und kann das kondensierte Wasser innerhalb einer kurzen Zeitdauer verdunsten. Weiterhin ist es selbst bei derselben Menge von kondensiertem Wasser möglich, kondensiertes Wasser in dem Abgasrohr EX leicht zu erzeugen, wenn das Abgasrohr EX eine gekrümmte Form aufweist. Es ist oft schwierig, das kondensierte Wasser in dem Abgasrohr EX mit einer derartigen gekrümmten Form zu zerstäuben. Dementsprechend ist es notwendig, ein zusätzliches Kennfeld vorab auf der Grundlage von experimentellen Ergebnissen herzustellen, die durch Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Bedingungen erhalten werden. Es ist ebenfalls möglich, die Größe (oder den Risikograd) von an dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Erfassungssensor 1 anhaftenden kondensierten Wasser durch Verwendung der Gleichung zu berechnen, die die vorstehend beschriebenen Bedingungen berücksichtigt.
In Schritt S102 erfasst die Steuerungsschaltung 2, ob die berechnete Größe (oder der Risikograd) von kondensiertem Wasser, die (der) eine Wahrscheinlichkeit angibt, dass kondensiertes Wasser an den PM-Erfassungssensor 1 anhaftet, niedriger als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. Der vorbestimmte Wert ist der minimale Wert, der verursacht, dass das PM-Sensorelement 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 beschädigt wird, wenn elektrische Leistung dem PM-Erfassungssensor 1 zugeführt wird. Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S102 eine Bejahung angibt (”JA” in Schritt S102), gibt es keine Wahrscheinlichkeit der Beschädigung des PM-Erfassungssensors 1. Der Betriebsablauf geht zu Schritt S103 über. In Schritt S103 führt die Steuerungsschaltung 2 die Verbrennungssteuerung aus, um den Betrieb der Dieselmaschine E/G zu starten.
Wenn demgegenüber das Erfassungsergebnis in Schritt S102 negativ ist („NEIN” in Schritt S102), gibt es eine Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des PM-Erfassungssensors 1. Der Betriebsablauf wird zu Schritt S100 zurückgeführt. Die Steuerungsschaltung 2 setzt die Routine der Schritte S100, S101 und S102 fort, bis es keine Möglichkeit der Beschädigung des PM-Sensors 1 gibt, um den Start der Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizungsteil 300 zu verzögern.
In Schritt S103 führt die Steuerungsschaltung 2 die Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart aus. Insbesondere weist die Steuerungsschaltung 2 die Heizungsleistungsquelle 21 an, elektrische Leistung dem Heizungsteil 300 in dem PM-Erfassungssensor 1 zuzuführen, um in dem Erfassungsteil 100 akkumulierte Partikel PM zu verbrennen und zu beseitigen.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf 4 die Verbrennungssteuerung beschrieben, die ausgeführt wird, wenn die Dieselmaschine E/G gestartet oder erneut gestartet wird.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das einen ausführlichen Prozess der Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart veranschaulicht.
In Schritt S200 empfängt die Steuerungsschaltung 2 verschiedene Daten, um die Information in Bezug auf die Menge von in dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 akkumulierten Partkikeln PM zu erhalten. Die Informationen sind:

(a1) Zeitdauer, die von dem Zeitpunkt, zu dem die PM-Verbrennung in der vorhergehenden üblichen Steuerung ausgeführt wurde, bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, wenn die Dieselmaschine E/G gestoppt wurde,
(a2) Zeitdauer, die von dem Zeitpunkt, zu dem die Dieselmaschine E/G zuletzt gestoppt wurde, bis zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt gezählt wird, und
(a3) Zeitdauer, die von dem Zeitpunkt zu dem gegenwärtigen Maschinenstart bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, wenn die Verbrennungssteuerung beim Maschinenstart gestartet wird.

Die Steuerungsschaltung 2 empfängt den Betriebszustand der Dieselmaschine E/G und die Temperatur- und Zeitbedingungen des Betriebs der Dieselmaschine E/G, empfängt beispielsweise die nachfolgenden Daten zur Erfassung der Menge der Partikel PM, die an dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 anhaftet und akkumuliert wird, und der Änderung der Menge der Partikel PM in jeder der Zeitdauern (a1), (a2) und (a3):

(b1) Kühlwassertemperatur der Dieselmaschine E/G,
(b2) Schmieröltemperatur,
(b3) Umgebungsatmosphärentemperatur,
(b4) Abgastemperatur,
(b5) Drehzahl oder Geschwindigkeit der Dieselmaschine E/G, und
(b6) Menge Q des eingespritzten Kraftstoffs.

In Schritt S201 erfasst und berechnet die Steuerungsschaltung 2 die nachfolgenden Werte:

(c1) Menge von Partikeln PM, die in dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 bei dem vorhergehenden Maschinenstopp akkumuliert worden ist,
(c2) Menge von Wasser und Kohlenwasserstoff (HC), die an dem PM-Erfassungssensor 1 angehaft, oder in dem Abgasrohr EX während des Maschinenstopps verdunstet ist, und
(c3) Menge von Partikeln PM, die während der Zeitdauer, die von dem gegenwärtigen Maschinenstart bis zu dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem die Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart gestartet wird, in dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 anhaftet und akkumuliert wird.

Aufgrund der Änderung von jeder der Menge der akkumulierten Partikel PM während des Betriebs der Dieselmaschine E/G, fluktuiert die Menge von Wasser und Kohlenwasserstoff (HC) während des Maschinenstopps durch den Betriebszustand der Dieselmaschine E/G und der Umgebung des Inneren des Abgasrohrs EX. Dementsprechend berechnet die Steuerungsschaltung 2 diese Änderungen durch Verwendung des experimentellen Kennfeldes, das vorab erhalten worden ist, oder einer theoretischen arithmetischen Gleichung.
Der Betriebsablauf geht zu Schritt S202 über. In Schritt S202 berechnet die Steuerungsschaltung 2 die Verbrennungsbedingung (Temperatur und Zeitdauer) des Verbrennens von Partikeln PM, die in dem Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 akkumuliert sind, auf der Grundlage der Anhaftungsbedingung (Menge und Zusammensetzung von Feinstaub PM) der Partikel PM, die in Schritt S201 berechnet worden ist.
Im Allgemeinen ist es vorzuziehen, akkumulierte Partikel PM bei der Temperatur T1 während der Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart zu verbrennen. Diese Temperatur T1 ist nicht geringer als die zulässige Temperatur, bei der Partikel PM vollständig verbrannt werden können. Im Hinblick auf die Wärmewiderstandsfähigkeit des Heizungsteils 300 in dem PM-Sensorelement 10 ist es vorzuziehen, dass die Temperatur T1 nicht größer als 900°C ist.
Da die Zeitdauer S1 von der Temperatur T1 abhängt, wird, je stärker die Temperatur T1 erhöht wird, umso stärker die Zeitdauer S1 verringert. Es ist vorzuziehen, dass die Zeitdauer S1 nicht länger als fünf Minuten beträgt.
5 zeigt eine Darstellung, die ein experimentelles Ergebnis einer Beziehung zwischen der Temperatur des PM-Sensorelements 10 und der Zeitdauer zur Beibehaltung der Temperatur des PM-Sensorelements 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die experimentelle Bedingung, mit der das in 5 gezeigte experimentelle Ergebnis erhalten wird, ist wie nachstehend beschrieben.
Wie es in 1B gezeigt ist und vorhergehend beschrieben worden ist, ist der PM-Erfassungssensor 1 an dem Abgasrohr EX angebracht. Die Steuerungsschaltung 2 hat die Heizungsleistungsquelle 21 angewiesen, elektrische Leistung zu dem Heizungsteil 300 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 nach dem Maschinenstart zuzuführen, um den PM-Sensor 1 auf die vorbestimmte Temperatur T1 für die vorbestimmte Zeitdauer S1 zu halten. Die Menge von in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 akkumulierten Partikel PM wurde erfasst. Während dieser Erfassung wurde das PM-Sensorelement 10 auf die Temperatur innerhalb eines Bereichs von 550°C bis 750°C gehalten, und die Zeitdauer S1 wurde geändert.
Wie es in 5 gezeigt ist, ist es möglich, die Partikel PM aus dem Erfassungsteil 100 des PM-Sensorelements 10 des PM-Erfassungssensors 1 zu beseitigen, wenn die vorbestimmte Temperatur T1 600°C war und die Zeitdauer S2 nicht geringer als 20 Minuten war, und wenn die vorbestimmte Temperatur T1 700°C war und die Zeitdauer S2 nicht geringer als 10 Minuten war.
Jedoch ist es schwierig, die akkumulierten Partikel PM von dem Erfassungsteil 100 des PM-Sensorelements 10 vollständig zu beseitigen, wenn die vorbestimmte Temperatur T1 nicht größer als 550°C war und die Zeitdauer S2 80 Minuten war. Die vorstehend beschriebenen experimentellen Ergebnisse gemäß 5 geben an, dass es notwendig ist, den PM-Erfassungssensor 1 auf die Temperatur T1 von nicht weniger als 600°C und vorzugsweise auf die Temperatur T1 von nicht weniger als 650°C für die Zeitdauer S1 von nicht weniger als 20 Sekunden zu halten.
In Schritt S203 führt die Steuerungsschaltung 2 die Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart aus, um die akkumulierten Partikel PM zu verbrennen und diesen aus dem PM-Sensorelement 10 zu beseitigen. Das heißt, in Schritt S203 weist die Steuerungsschaltung 2 die Heizungsleistungsquelle 21 an, elektrische Leistung dem Heizungsteil 300 des PM-Sensorelements 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 unter den Bedingungen (Temperatur T1 und Zeitdauer S1) zuzuführen, die in Schritt S202 bestimmt worden sind. Diese Steuerung ermöglicht es, den Erfassungsteil 10 auf die Temperatur T1 für die Zeitdauer S2 zu erwärmen. Der Betriebsablauf geht zu Schritt S204 über. In Schritt S204 schließt die Steuerungsschaltung 2 die Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart ab.
Unter erneuter Bezugnahme auf das in 3 gezeigte Flussdiagramm geht der Betriebsablauf zu Schritt S104 über. In Schritt S104 führt die Steuerungsschaltung 2 die übliche Steuerung aus. In der üblichen Steuerung gemäß Schritt S104 wird die elektrische Leistung dem Heizungsteil 300 des PM-Sensorelements 10 des PM-Sensors 1 zugeführt, um den Erfassungsteil 100 auf der Temperatur T2 zu halten, die niedriger als die Temperatur T1 ist. Die Ausführung der üblichen Steuerung ermöglicht es, die Menge von Partikel PM zu erfassen, die in dem Erfassungsteil 100 des PM-Sensorelements 10 akkumuliert worden sind. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird die Temperatur T1 während der Verbrennungssteuerung verwendet, die ausgeführt wird, wenn die Maschine gestartet wird (oder erneut gestartet wird). Insbesondere hält während der üblichen Steuerung nach Abschluss der Verbrennungssteuerung, die während des Maschinenstarts ausgeführt wird, die Steuerungsschaltung 2 den Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 auf der Temperatur T2 innerhalb eines Bereichs von 50°C bis 600°C. Diese Steuerung ermöglicht es dem PM-Erfassungssensor 1, ein stabiles Erfassungssignal auszugeben.
6A zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Ausgangsänderung des PM-Erfassungssensors 1 veranschaulicht, wenn die übliche Steuerung kontinuierlich ausgeführt wird. 6A zeigt die Eigenschaften des Ausgangs des PM-Erfassungssensors. Der Ausgang des PM-Erfassungssensors wird erhöht, wenn das Paar der Erfassungselektroden in dem Erfassungsteil nach einer Zeitdauer zum Leiten gebracht wird, die von der Ausführung der PM-Sensorerfassung gezählt wird, und der Ausgang des PM-Erfassungssensors wird schnell entsprechend der verstrichenen Zeit erhöht und gesättigt.
Dies bedeutet, dass der Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden entsprechend der Erhöhung der Menge von in dem Erfassungsteil des PM-Sensorelements akkumulierten Partikeln verringert wird. Wenn die Menge von in dem Erfassungsteil akkumulierten Partikeln PM einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der Widerstandswert zwischen diesen nicht geändert. Dementsprechend ist es notwendig, die Sensorregenerationssteuerung periodisch durchzuführen, um die Partikel PM aus dem Erfassungsteil des PM-Sensorelements des PM-Erfassungssensors zu beseitigen. Die Sensorregenerationssteuerung in diesem Fall kann parallel zu der Ausführung der Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart ausgeführt werden. Das heißt, es ist ausreichend, den PM-Sensor auf die vorbestimmte Temperatur für die vorbestimmte Zeitdauer zu halten, die ermöglicht, dass die akkumulierten Partikel verbrannt werden. Beispielsweise ist es vorzuziehen, den PM-Sensor auf einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 600°C bis 900°C für nicht weniger als 20 Sekunden zu halten, und genauer auf einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 650°C für nicht weniger als 20 Sekunden zu halten, oder diesen auf einer Temperatur von 700°C für zehn Sekunden zu halten. Danach werden dieselben Schritte kontinuierlich ausgeführt, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
6B zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Ausgangsänderung des PM-Erfassungssensors veranschaulicht, wenn die Dieselmaschine erneut gestartet wird (ohne Ausführung der Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung) nach dem Maschinenstopp ohne Ausführung der PM-Erfassungssensorregenerationssteuerung, nachdem der Erfassungsprozess durch den PM-Erfassungssensor während der üblichen Steuerung ausgeführt worden ist.
Die linke Seite in 6B zeigt den Fall, in dem die Dieselmaschine E/G gestoppt wird, nachdem das Erfassungselektrodenpaar in dem Erfassungsteil des PM-Sensorelements elektrisch zum Leiten gebracht wird, und der PM-Erfassungssensor die Ausgabe des Erfassungssignals startet. In diesem Fall wird die Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart nicht ausgeführt, wenn die Dieselmaschine E/G gestartet wird (oder erneut gestartet wird). Zu dieser Zeit wird die Empfindlichkeit des PM-Erfassungssensors im Vergleich mit der normalen Ausgangskurve (die in 6B durch eine gepunktete Linie angegeben ist) geändert, und diese weist eine hohe Möglichkeit der Ausführung einer inkorrekten Erfassung der Erfassung der Menge von in dem Erfassungsteil akkumulierten Partikel PM auf, da die Eigenschaften von akkumuliertem Partikeln PM geändert werden und Wasser an dem Erfassungsteil anhaftet, wenn die Dieselmaschine E/G gestoppt wird (bei einer Maschinenstopphaltezeit (engine stop soaking)).
Die rechte Seite in 6B zeigt den Fall, bei dem die Dieselmaschine E/G während keiner Ausgabe des PM-Erfassungssensors gestoppt wird, nachdem die Erfassungselektroden in dem Paar in dem Erfassungsteil des PM-Sensorelements elektrisch zum Leiten gebracht werden und der PM-Erfassungssensor die Ausgabe des Erfassungssignals startet. In diesem Fall, der in der rechten Seite von 6B gezeigt ist, besteht eine hohe Möglichkeit der Ausführung einer inkorrekten Erfassung der Menge der in dem Erfassungsteil akkumulierten Partikel, da Partikel PM, die zwischen den Erfassungselektroden nach der PM-Erfassungssensorregenerationssteuerung akkumuliert werden, immer noch in dem Erfassungsteil des PM-Sensorelements verbleiben. Es ist schwierig, die Menge von in dem Erfassungsteil des PM-Sensorelements des PM-Erfassungssensors akkumulierten Partikeln mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
6C zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Ausgangsänderung des PM-Erfassungssensors 1 veranschaulicht, wenn die Steuerungsschaltung 2 die Verbrennungssteuerung bei dem Maschinenstart ausführt. Das heißt, die Verbrennungssteuerung wird ausgeführt, wenn die Dieselmaschine E/G gestartet wird (oder erneut gestartet wird). In dem in 6C gezeigten Fall führt die Steuerungsschaltung 2 die Steuerung der Regenerierung des PM-Erfassungssensors 1 nicht aus, bevor die Dieselmaschine E/G gestoppt ist.
6C zeigt den Fall, in dem die Steuerungsschaltung 2 die Verbrennungssteuerung ausführt, wenn die Dieselmaschine E/G gestartet wird, ohne Ausführung der Regenerationssteuerung des Regenerierens des PM-Erfassungssensors vor dem Maschinenstopp. Wie es in 6C gezeigt ist, ist es für die vorliegende Erfindung möglich, die korrekte Erfassung der Erfassung der Menge von in dem Erfassungsteil 100 zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 akkumulierten Partikeln PM mit hoher Genauigkeit auszuführen, ohne dass die Fluktuation der Erfassungsempfindlichkeit des PM-Erfassungssensors und die Änderung der Zeitdauer verursacht wird, in der der PM-Erfassungssensor kein Erfassungssignal ausgibt.
(Industrielle Anwendbarkeit)
Es ist möglich, den PM-Erfassungssensor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung an der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters DPF anzuordnen und den Fehler des Dieselpartikelfilters DPF unter der Steuerung der Steuerungsschaltung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zu erfassen. Es ist ebenfalls möglich, den PM-Erfassungssensor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung an der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters DPF anzuordnen und direkt Partikel PM, die in den Dieselpartikelfilter DPF eingeführt werden, unter der Steuerung der Steuerungsschaltung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zu erfassen.
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, wird durch den Fachmann anerkannt werden, dass verschiedene Modifikationen und alternativen an diesen Details im Licht der Gesamtlehre der Offenbarung entwickelt werden können. Dementsprechend sind die offenbarten bestimmten Anordnungen lediglich veranschaulichend gedacht und sollen nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken, der vollständig durch die nachfolgenden Patentansprüche und allen Äquivalenten davon gegeben ist.
Ein Partikel-(PM-)Erfassungssensor ist in einem Abgasrohr einer Dieselmaschine angeordnet. Das PM-Sensorelement weist einen Erfassungsteil auf, der aus einem Paar von Erfassungselektroden und einem Heizungsteil zusammengesetzt ist. Die Erfassungselektroden und der Heizungsteil sind in dem PM-Sensorelement gestapelt. Eine Steuerungsschaltung weist eine Heizungsleistungszufuhr an, elektrische Leistung dem Heizungsteil zuzuführen, wenn die Dieselmaschine zum Betrieb gestartet wird. Der Heizungsteil erwärmt den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur T1 innerhalb eines Bereichs von 600°C bis 900°C für eine vorbestimmte Zeitdauer S1, beispielsweise 650°C für 20 Sekunden, um in dem Erfassungsteil akkumulierten Partikel zu verbrennen und vollständig zu beseitigen. Dieser Steuerungsprozess verhindert eine inkorrekte Erfassung des PM-Erfassungssensors. Nach diesem Prozess führt die Steuerungsschaltung eine übliche Steuerung des PM-Erfassungssensors aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-147862 [0001]
JP 02-44386 [0008, 0012]
JP 2009-144577 [0009, 0013]

Claims

Steuerungsvorrichtung zur Steuerung eines Partikelerfassungssensors, der in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, durch das aus der Brennkraftmaschine emittiertes Abgas strömt und nach außen ausgestoßen wird, wobei der Partikelerfassungssensor ein Partikelsensorelement, das ein Isolationssubstrat aufweist, einen Erfassungsteil, der aus einem Paar von auf einer Oberfläche des Isolationssubstrats geformten Erfassungselektroden zusammengesetzt ist, und einen Heizungsteil zur Erzeugung von Wärmeenergie bei Empfang elektrischer Leistung aufweist, um den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, wobei die Steuerungsvorrichtung einen Steuerungsteil aufweist, der einen elektrischen Widerstandswert zwischen dem Paar der Erfassungselektroden in dem Erfassungsteil erfasst, wobei der elektrische Widerstandswert zwischen dem Paar der Erfassungselektroden in dem Erfassungsteil sich entsprechend einer Änderung der Menge von in dem Erfassungsteil akkumulierten Parti kein ändert, und der Steuerungsteil eine elektrische Leistungszufuhr zu dem Heizungsteil justiert, wobei der Steuerungsteil aufweist: eine Verbrennungssteuerungseinrichtung, die eine Verbrennungssteuerung ausführt, wenn die Brennkraftmaschine zum Betrieb gestartet wird, und in der Verbrennungssteuerung die Verbrennungssteuerungseinrichtung elektrische Leistung dem Heizungsteil zuführt, um den Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors auf einer vorbestimmten Temperatur T1 für eine vorbestimmte Zeitdauer S1 zu halten, um die akkumulierten Partikel zu verbrennen, um die akkumulierten Partikel aus dem Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors zu beseitigen, und eine übliche Steuerungseinrichtung, die eine übliche Steuerung nach Abschluss der Verbrennungssteuerung ausführt, die ausgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine zum Betrieb gestartet wird, wobei in der üblichen Steuerung die übliche Steuerungseinrichtung elektrische Leistung dem Heizungsteil zuführt, um den Erfassungsteil des Partikelsensorelements auf einer Temperatur T2 zu halten, die niedriger als die vorbestimmte Temperatur T1 ist, um in dem Erfassungsteil akkumulierte Partikel zu erfassen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsteil weiterhin eine elektrische Leistungszufuhrzeitsteuerungseinrichtung aufweist, die auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine eine Zeit zur Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizungsteil berechnet, die von einem Zeitpunkt, zu dem die Brennkraftmaschine gestartet wird, bis zu einem Zeitpunkt gezählt wird, zu der elektrische Leistung dem Heizungsteil zugeführt wird.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die elektrische Leistungszufuhrzeitsteuerungseinrichtung eine Menge von kondensiertem Wasser berechnet, die in dem Abgasrohr verbleibt und an dem Erfassungsteil in dem Partikelerfassungssensor anhaftet, und die Zeitsteuerung zur Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Heizungsteil auf der Grundlage der berechneten Menge von kondensiertem Wasser verzögert.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verbrennungssteuerungseinrichtung die elektrische Leistung dem Heizungsteil zuführt, um den Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors auf der vorbestimmten Temperatur T1 innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 600°C bis nicht mehr als 900°C zuführt.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Verbrennungssteuerungseinrichtung die elektrische Leistung dem Heizungsteil zuführt, um den Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors auf der vorbestimmten Temperatur T1 von nicht weniger als 650°C für die vorbestimmte Zeitdauer S1 von nicht weniger als 20 Sekunden zu haften.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die übliche Steuerungseinrichtung die elektrische Leistung dem Heizungsteil zuführt, um den Erfassungsteil des Partikelerfassungssensors auf einer vorbestimmten Temperatur innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 50°C bis nicht mehr als 600°C zu halten.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Erfassungsteil das Paar der Erfassungselektroden mit einer Kammform und Erfassungsleitungsteile aufweist, die an einer vorderen Oberfläche des Isolationssubstrats geformt sind, und der Heizungsteil Heizungselektroden und Heizungsleitungsteile aufweist, die an dem vorderen Ende in einer hinteren Oberfläche des Isolationssubstrats geformt sind.