DE102015012804A1

DE102015012804A1 - Partikelmesssystem

Info

Publication number: DE102015012804A1
Application number: DE102015012804.3A
Authority: DE
Inventors: Toshiya Matsuoka; Takeshi Sugiyama
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2016-04-07
Also published as: US20160103054A1; US10094756B2

Abstract

[Aufgabe] Die Verbesserung der Genauigkeit des Messens der Menge von Partikeln durch ein Partikelmesssystem.
[Mittel zur Lösung] Ein Partikelmesssystem umfasst eine Ionengenerierungssektion zum Generieren von Ionen mittels Koronaentladung; eine Elektrifizierungskammer zum Elektrizifieren von Partikeln, die in einem gemessenen Gas enthalten sind; einen Messsignalgenerierungskreis zum Generieren eines Messsignals, das mit der Menge der Partikel korreliert; und eine Partikelmengen-Bestimmungssektion zum Bestimmen der Menge der Partikel. Das Partikelmesssystem umfasst des Weiteren eine Partikeldurchmesser-Schätzungssektion zum Schätzen des Partikeldurchmessers der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel. Die Partikelmengen-Bestimmungssektion führt eine Korrektur aus, indem sie das Messsignal oder die Menge der anhand des Messsignals bestimmten Partikel mit einem Koeffizienten multipliziert, der sich auf das Verhältnis zwischen dem geschätzten Partikeldurchmesser und einem Referenz-Partikeldurchmesser bezieht.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelmesssystem, das die Menge von Partikeln, wie zum Beispiel Ruß, die in einem Gas enthalten sind, misst.
[Stand der Technik]
Im Stand der Technik ist ein Partikelmesssystem bekannt, das die Menge von Partikeln, wie zum Beispiel Ruß, misst, die in Abgas enthalten sind, das aus einem Verbrennungsmotor, wie zum Beispiel einem Dieselmotor, abgelassen wird (Patentdokumente 1 und 2). Dieses Partikelmesssystem generiert Ionen mittels Koronaentladung, elektrifiziert in dem Abgas enthaltene Partikel mittels der generierten Ionen, fängt Ionen auf, die nicht für die Elektrifizierung von Partikeln verwendet werden, und misst die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis der Menge der eingefangenen Ionen (oder anders ausgedrückt: auf der Basis der Menge von Ionen, die für die Elektrifizierung von Partikeln verwendet werden und nicht eingefangen wurden). Die Menge der eingefangenen Ionen korreliert mit der Menge von für die Elektrifizierung verwendeten Ionen, und die Menge von für die Elektrifizierung verwendeten Ionen korreliert mit der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln. Daher kann das Partikelmesssystem die Menge von in dem Abgasstrom enthaltenen Partikeln anhand der Menge der eingefangenen Ionen messen.
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Kohyo(PCT)-Patentveröffentlichung Nr. 2013-520669
[Patentdokument 2] Japanische Kohyo(PCT)-Patentveröffentlichung Nr. 2014-501391

[Kurzdarstellung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösendes Problem]
Allerdings haben die Autoren der vorliegenden Erfindung ein neues Problem festgestellt, und zwar, dass die Messgenauigkeit niedrig ist, da sich die Beziehung zwischen der Menge von Partikeln und einem Messsignal, das den momentanen Wert von Strom darstellt, welcher der oben beschriebenen Menge von Ionen entspricht, aufgrund des Einflusses der Differenz beim Partikeldurchmesser von Partikeln, wie zum Beispiel Ruß, erheblich ändert.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, kann die vorliegende Erfindung in den folgenden Modi realisiert werden.

(1) Gemäß einem Modus der vorliegenden Erfindung wird ein Partikelmesssystem bereitgestellt, das umfasst: eine Ionengenerierungssektion zum Generieren von Ionen mittels Koronaentladung; eine Elektrifizierungskammer zum Elektrizifieren, mittels der Ionen, mindestens eines Teils von Partikeln, die in einem gemessenen Gas enthalten sind; eine Ionenfangsektion zum Einfangen mindestens eines Teils der Ionen, die nicht für die Elektrifizierung der Partikel verwendet wurden; einen Messsignalgenerierungskreis zum Generieren eines Messsignals, das mit der Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel korreliert, auf der Basis eines Stromwertes, der einer Differenz zwischen der Menge der aus der Ionengenerierungssektion generierten Ionen und der Menge der durch die Ionenfangsektion eingefangenen Ionen entspricht; und eine Partikelmengen-Bestimmungssektion zum Bestimmen der Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel auf der Basis des Messsignals. Das Partikelmesssystem umfasst des Weiteren eine Partikeldurchmesser-Schätzungssektion zum Schätzen des Partikeldurchmessers der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel, wobei die Partikelmengen-Bestimmungssektion eine Korrektur ausführt, indem sie das Messsignal oder die Menge der anhand des Messsignals bestimmten Partikel mit einem Koeffizienten multipliziert, der in Bezug zu einem Verhältnis zwischen dem geschätzten Partikeldurchmesser und einem Referenz-Partikeldurchmesser steht. Gemäß dem Partikelmesssystem dieses Modus wird das Messsignal oder die anhand des Messsignals bestimmte Partikelmenge korrigiert, indem das Messsignal oder die Partikelmenge mit dem Koeffizienten multipliziert wird, der in Bezug zu dem Verhältnis zwischen dem geschätzten Partikeldurchmesser und dem Referenz-Partikeldurchmesser steht. Daher kann der Einfluss einer Variation aufgrund der Differenz des Partikeldurchmessers auf die Beziehung zwischen dem Messsignal und der Partikelmenge reduziert werden, wodurch die Messgenauigkeit der Partikelmenge verbessert werden kann.
(2) In dem oben beschriebenen Partikelmesssystem kann die Partikelmengen-Bestimmungssektion, als die Menge der Partikel, die Massekonzentration der Partikel bestimmen, indem sie die Korrektur gemäß dem Ausdruck y = y₀ × (B/A)^N ausführt, wobei y das Messsignal oder die Massekonzentration der Partikel nach der Korrektur ist, y₀ das Messsignal oder die Massekonzentration der Partikel vor der Korrektur ist, A der Referenz-Partikeldurchmesser ist, B der geschätzte Partikeldurchmesser ist und N eine ganze Zahl von mindestens 2 ist.

Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Messgenauigkeit der Massekonzentration von Partikeln verbessert werden, indem lediglich die Korrektur gemäß dem oben beschriebenen Ausdruck ausgeführt wird. Insbesondere kann, wenn N gleich 2 ist, die Messgenauigkeit der Massekonzentration von Partikeln mittels eines einfachen Berechnungsausdrucks auf einen hinreichenden Grad verbessert werden.

(3) In dem oben beschriebenen Partikelmesssystem kann die Partikelmengen-Bestimmungssektion, als die Menge der Partikel, die Anzahlkonzentration der Partikel bestimmen, indem sie die Korrektur gemäß dem Ausdruck y = y₀ × (A/B) ausführt, wobei y das Messsignal oder die Anzahlkonzentration der Partikel nach der Korrektur ist, y₀ das Messsignal oder die Anzahlkonzentration der Partikel vor der Korrektur ist, A der Referenz-Partikeldurchmesser ist und B der geschätzte Partikeldurchmesser ist.

Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Messgenauigkeit der Anzahlkonzentration von Partikeln verbessert werden, indem lediglich die Korrektur gemäß dem oben beschriebenen Ausdruck ausgeführt wird.

(4) In dem oben beschriebenen Partikelmesssystem kann das Partikelmesssystem die Menge der Partikel messen, die in Abgas enthalten sind, das aus einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs abgelassen wird.

Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Genauigkeit des Messens der Menge von Partikeln, die in dem Abgas enthalten sind, das aus dem Verbrennungsmotor des Fahrzeug abgelassen wird, verbessert werden, wodurch eine Funktionsminderung und/oder Anomalie einer Filtervorrichtung zum Einfangen der in dem Abgas enthaltenen Partikel präzise detektiert werden kann.

(5) In dem oben beschriebenen Partikelmesssystem kann die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion den Partikeldurchmesser auf der Basis eines Parameters schätzen, der sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors bezieht.

Es wird davon ausgegangen, dass der Parameter, der sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors bezieht, den Partikeldurchmesser der in dem Abgas enthaltenen Partikel beeinflusst. Daher kann gemäß dieser Ausgestaltung die Schätzungsgenauigkeit des Partikeldurchmessers erhöht werden, wodurch die Messgenauigkeit der Partikelmenge verbessert werden kann.

(6) In dem oben beschriebenen Partikelmesssystem kann die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion den Partikeldurchmesser auf der Basis mehrerer Parameter schätzen, die voneinander verschieden sind.

Gemäß dieser Ausgestaltung kann die Schätzungsgenauigkeit des Partikeldurchmessers im Vergleich zu einer Ausgestaltung verbessert werden, in welcher der Partikeldurchmesser auf der Basis, eines einzelnen Typs von Parameter geschätzt wird, wodurch die Messgenauigkeit der Partikelmenge verbessert werden kann.

(7) In dem oben beschriebenen Partikelmesssystem umfassen die mehreren Parameter, die voneinander verschieden sind, bevorzugt mindestens eine Drehzahl des Verbrennungsmotors und eine Kraftstoffeinspritzmenge.

Da davon ausgegangen wird, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors und die Kraftstoffeinspritzmenge von besonderem Einfluss auf den Partikeldurchmesser von in dem Abgas enthaltenen Partikeln sind, wird durch Verwenden dieser Parameter die Messgenauigkeit der Partikelmenge verbessert.
Insbesondere kann die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen realisiert werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung als ein Partikelsensor, ein Partikeldetektionsverfahren, ein. Verbrennungsmotor, der ein Partikelmesssystem umfasst, oder ein Fahrzeug, das diesen Verbrennungsmotor umfasst, realisiert werden.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
[1] Erläuternde Ansichten, die schematisch die Struktur eines Fahrzeugs zeigen, auf das ein Partikelmesssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
[2] Erläuternde Ansicht, die schematisch die Struktur eines Vorderendabschnitts 100e eines Partikelsensors 100 zeigt.
[3] Blockschaubild, das schematisch die Ausgestaltung einer Stromkreissektion 700 zeigt.
[4] Blockschaubild, das die Ausgestaltung eines Messsignalgenerierungskreises 740 zeigt.
[5] Kurvendiagramm, das ein Beispiel die Partikeldurchmesserverteilung von Partikeln S zeigt, die in Abgas enthalten sind.
[6] Erläuternde Veranschaulichung, die ein Beispiel einer Partikeldurchmesser-Spitzenwertkarte zeigt.
[7] Kurvendiagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen einem Messsignal und der Massekonzentration von Partikeln S, die in Abgas enthalten sind, zeigt.
[8] Kurvendiagramm, das die Ergebnisse einer Korrektur zeigt, die an den Daten von 7 gemäß dem oben genannten Ausdruck (4) ausgeführt wird.
[9] Kurvendiagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Messsignal und der Anzahlkonzentration von Partikeln S, die in Abgas enthalten sind, zeigt.
[10] Kurvendiagramm, das die Ergebnisse einer Korrektur zeigt, die an den Daten von 9 gemäß dem oben genannten Ausdruck (5) ausgeführt wird.
[11] Flussdiagramm, das die Schritte einer Partikelmengen-Bestimmungsverarbeitung zeigt.
[Modi zum Ausführen der Erfindung]
A. Ausführungsform
A-1. Ausgestaltung der Vorrichtung
1 ist ein Paar erläuternder Ansichten, die schematisch die Struktur eines Fahrzeugs zeigen, auf das ein Partikelmesssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. 1(a) ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch ein Beispiel der Struktur eines Fahrzeugs 500 zeigt, in dem ein Partikelmesssystem 10 montiert ist. 1(b) ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch die Ausgestaltung des Partikelmesssystems 10 zeigt, das an dem Fahrzeug 500 angebracht ist. Das Partikelmesssystem 10 umfasst einen Partikelsensor 100, ein Kabel 200 und eine Sensorbetreibersektion 300 und misst die Menge von Partikeln, wie zum Beispiel Ruß, die in Abgas (dem gemessenen Gas) enthalten sind, das aus einem Verbrennungsmotor 400 abgelassen wird. Der Verbrennungsmotor 400, der eine Stromquelle des Fahrzeugs 500 ist, ist ein Dieselmotor oder dergleichen.
Das Fahrzeug 500 hat außer dem Partikelsensor 100 noch weitere Arten von Sensoren 406, die an verschiedenen Stellen innerhalb des Fahrzeugs 500 angeordnet sind. Messwerte von Parametern, die sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors 400 beziehen, werden von diesen Sensoren 406 in eine Fahrzeugsteuerungssektion 420 eingespeist. Die Parameter, die sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors 400 beziehen, haben ein weit gefasstes Konzept, das die Betriebsbedingungsparameter des Verbrennungsmotors 400, und einen Umgebungsparameter, der sich mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors 400 ändert, umfasst. Zu Beispielen der Betriebsbedingungsparameter des Verbrennungsmotors 400 gehören die Drehzahl des Verbrennungsmotors 400, die Menge des eingespritzten Kraftstoffs, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 500, das Drehmoment des Verbrennungsmotors 400, der Abgasdruck des Verbrennungsmotors 400, der Ansaugdruck des Verbrennungsmotors 400, der EGR-Öffnungsgrad (für den Fall, dass ein EGR-Ventil (Exhaust Gas Recirculation Valve, Abgasrezirkulationsventil) bereitgestellt ist), die in den Verbrennungsmotor 400 gesaugte Luftmenge, die Zündzeitpunkte usw. Ein Beispiel des Umgebungsparameters, der sich mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors 400 ändert, ist die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 400. Jeder dieser Parameter, die sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors 400 beziehen, ist ein Parameter, von dem angenommen wird, dass er den Partikeldurchmesser von in dem Abgas enthaltenen Partikeln beeinflusst.
Der Partikelsensor 100 ist an einem Auspuffrohr 402 angebracht, das sich von dem Verbrennungsmotor 400 erstreckt und mit der Sensorbetreibersektion 300 durch das Kabel 200 elektrisch verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Partikelsensor 100 so an dem Auspuffrohr 402 angebracht, dass er sich stromabwärts einer Filtervorrichtung 410 (zum Beispiel eines DPF (Dieselpartikelfilters)) befindet. Der Partikelsensor 100 gibt an die Sensorbetreibersektion 300 ein Signal aus, das mit der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln korreliert.
Die Sensorbetreibersektion 300 steuert den Partikelsensor 100 an und misst die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis des von dem Partikelsensor 100 zugeführten Signals. In der vorliegenden Ausführungsform wird „die Menge von Partikeln” als „die Massekonzentration von Partikeln” gemessen, die sich proportional zu den Massen von Partikeln verhält, die in einer Volumeneinheit des Abgases enthalten sind, und wird als „die Anzahlkonzentration von Partikeln” gemessen, die sich proportional zur Anzahl von in einer Volumeneinheit des Abgases enthaltenen Partikeln verhält. Genauer gesagt, braucht nur eine der „Massekonzentration von Partikeln” und der „Anzahlkonzentration von Partikeln” gemessen zu werden. Die Sensorbetreibersektion 300 gibt an die Fahrzeugsteuerungssektion 420 ein Signal aus, das die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln darstellt. Gemäß dem von der Sensorbetreibersektion 300 zugeführten Signal steuert die Fahrzeugsteuerungssektion 420 den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors 400, die Menge des Kraftstoffs, der von einer Kraftstoffzufuhrsektion 430 durch eine Kraftstoffleitung 405 zu dem Verbrennungsmotor 400 geleitet wird, usw. Die Fahrzeugsteuerungssektion 420 kann dafür ausgebildet sein, den Fahrer eines Fahrzeugs 500 vor einer Funktionsminderung oder Anomalie der Filtervorrichtung 410 zu warnen; zum Beispiel, wenn die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln größer ist als eine vorgegebene Obergrenze (Schwelle). Elektrische Energie wird von einer Stromversorgungssektion 440 zu der Sensorbetreibersektion 300 und der Fahrzeugsteuerungssektion 420 geleitet.
Wie in 1(b) gezeigt, hat der Partikelsensor 100 einen zylindrischen Vorderendabschnitt 100e und ist an der Außenfläche des Auspuffrohres 402 dergestalt befestigt, dass der Vorderendabschnitt 100e in das Auspuffrohr 402 eingeschoben ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Vorderendabschnitt 100e des Partikelsensors 100 ungefähr senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung DL des Auspuffrohres 402 eingeschoben. Ein Gehäuse CS des Vorderendabschnitts 100e hat ein Einströmloch 45 und ein Ausströmloch 35, die auf der Oberfläche des Gehäuses CS ausgebildet sind. Das Einströmloch 45 wird verwendet, um das Abgas in das Innere des Gehäuses CS zu leiten, und das Ausströmloch 35 wird verwendet, um das eingeleitete Abgas nach außerhalb des Gehäuses CS ausströmen zu lassen. Ein Teil des Abgases, das durch das Auspuffrohr 402 strömt, wird durch das Einströmloch 45 in das Innere des Gehäuses CS des Vorderendabschnitts 100e eingeleitet. In dem eingeleiteten Abgas enthaltene Partikel werden durch Ionen (in der vorliegenden Ausführungsform positive Ionen) elektrifiziert, die durch den Partikelsensor 100 generiert werden. Das Abgas, das die elektrifizierten Partikel enthält, wird durch das Ausströmloch 35 nach außerhalb des Gehäuses CS abgelassen. Die innere Struktur des Gehäuses CS und die spezielle Struktur des Partikelsensors 100 werden später beschrieben. Insbesondere ist die Strömungsrichtung des Abgases in den Zeichnungen durch einen Pfeil F angegeben.
Das Kabel 200 ist an einem Hinterendabschnitt 100r des Partikelsensors 100 angebracht. Das Kabel 200 umfasst eine erste Verdrahtungsleitung 221, eine zweite Verdrahtungsleitung 222, eine Signalleitung 223 und ein Luftzufuhrrohr 224, die in einem Bündel zusammengefasst sind. Die erste Verdrahtungsleitung 221, die zweite Verdrahtungsleitung 222 und die Signalleitung 223 sind elektrisch mit einer Stromkreissektion 700 verbunden, was später noch beschrieben wird. Das Luftzufuhrrohr 224 ist mit einer Luftzufuhrsektion 800 verbunden, was später noch beschrieben wird.
Die Sensorbetreibersektion 300 umfasst eine Sensorsteuerungssektion 600, die Stromkreissektion 700, und die Luftzufuhrsektion 800. Eine elektrische Verbindung wird zwischen der Sensorsteuerungssektion 600 und der Stromkreissektion 700 und zwischen der Sensorsteuerungssektion 600 und der Luftzufuhrsektion 800 hergestellt.
Die Sensorsteuerungssektion 600 umfasst einen Mikrocomputer und steuert die Stromkreissektion 700 und die Luftzufuhrsektion 800. Des Weiteren umfasst die Sensorsteuerungssektion 600 eine Partikelmengen-Bestimmungssektion 610 und eine Partikeldurchmesser-Schätzungssektion 620. Die Partikelmengen-Bestimmungssektion 610 bestimmt die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis eines von der Stromkreissektion 700 zugeführten Signals. Die Partikelmengen-Bestimmungssektion 610 gibt an die Fahrzeugsteuerungssektion 420 ein Signal aus, das die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln darstellt. Die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion 620 schätzt den Partikeldurchmesser von in dem Abgas enthaltenen Partikeln. Genauer gesagt, und wie dies später noch beschrieben wird, schätzt die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion 620 den Partikeldurchmesser von Partikeln auf der Basis der Signale, die sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors 400 beziehen und die von den verschiedenen Sensoren 406 in die Fahrzeugsteuerungssektion 420 eingespeist werden.
Die Stromkreissektion 700 liefert durch die erste Verdrahtungsleitung 221 und die zweite Verdrahtungsleitung 222 elektrischen Strom zu dem Partikelsensor 100, um den Partikelsensor 100 zu betreiben. Ein Signal, das mit der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln korreliert, wird von dem Partikelsensor durch die Signalleitung 223 100 in die Stromkreissektion 700 eingespeist. Mit Hilfe dieses durch die Signalleitung 223 zugeführten Signals gibt die Stromkreissektion 700 an die Sensorsteuerungssektion 600 ein Signal aus, das der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln entspricht. Diese Signale werden später im Detail beschrieben.
Die Luftzufuhrsektion 800 umfasst eine (nicht gezeigte) Pumpe und liefert in Reaktion auf eine Instruktion von der Sensorsteuerungssektion 600 Hochdruckluft durch das Luftzufuhrrohr 224 an den Partikelsensor 100. Die von der Luftzufuhrsektion 800 zugeführte Hochdruckluft wird zum Messen der Menge von Partikeln durch den Partikelsensor 100 verwendet. Insbesondere kann anstelle des Zuführens von Luft von der Luftzufuhrsektion 800 auch eine andere Art von Gas zu dem Partikelsensor 100 geleitet werden.
2 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch die Struktur des Vorderendabschnitts 100e des Partikelsensors 100 zeigt. Der Vorderendabschnitt 100e umfasst eine Ionengenerierungssektion 110, eine Abgaselektrifizierungssektion 120 und eine Ionenfangsektion 130, die in dem Gehäuse CS angeordnet sind. Und zwar sind diese drei Verarbeitungssektionen 110, 120 und 130 innerhalb des Gehäuses CS in dieser Reihenfolge entlang der axialen Richtung des Partikelsensors 100 von seiner Basisendseite (der Oberseite in 2) des Vorderendabschnitts 100e in Richtung seiner Vorderendseite (der Unterseite in 2) angeordnet. Das Gehäuse CS besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material und ist durch die Signalleitung 223 (1) mit einer sekundärseitigen Erdungs-PGL (3) verbunden.
Die Ionengenerierungssektion 110 ist eine Verarbeitungssektion zum Generieren von Ionen (in der vorliegenden Ausführungsform positiven Ionen), die der Abgaselektrifizierungssektion 120 zugeführt werden. Die Ionengenerierungssektion 110 umfasst eine Ionengenerierungskammer 111 und eine erste Elektrode 112. Die Ionengenerierungskammer 111 ist ein kleiner Raum, der im Inneren des Gehäuses CS ausgebildet ist. Ein Luftzufuhrloch 55 und eine Düse 41 sind in der Innenumfangsfläche der Ionengenerierungskammer 111 angeordnet. Die erste Elektrode 112 ist so angebracht, dass sie in die Ionengenerierungskammer 111 hineinragt. Das Luftzufuhrloch 55 steht mit dem Luftzufuhrrohr 224 (1) in Strömungsverbindung, und die von der Luftzufuhrsektion 800 (1) zugeführte Hochdruckluft wird der Ionengenerierungskammer 111 durch das Luftzufuhrloch 55 zugeführt. Die Düse 41 ist ein sehr kleines Loch (Öffnung), das nahe der Mitte einer Trennwand 42 ausgebildet ist, die zwischen der Ionengenerierungskammer 111 und der Abgaselektrifizierungssektion 120 angeordnet ist. Die Düse 41 leitet die in der Ionengenerierungskammer 111 generierten Ionen in eine Elektrifizierungskammer 121 der Abgas-Elektrifizierungssektion 120. Die erste Elektrode 112 hat eine stabartige äußere Form, und ihr Basisendabschnitt ist an dem Gehäuse CS mittels eines Keramikrohres 25 in einem Zustand befestigt, in dem ein Vorderendabschnitt der ersten Elektrode 112 nahe der Trennwand 42 angeordnet ist. Die erste Elektrode 112 ist mit der Stromkreissektion 700 (1) durch die erste Verdrahtungsleitung 221 (1) verbunden.
Unter Verwendung des von der Stromkreissektion 700 zugeführten elektrischen Stroms legt die Ionengenerierungssektion 110 eine Gleichspannung (zum Beispiel 2 bis 3 kV) zwischen der ersten Elektrode 112 (positiver Pol) und der Trennwand 42 (negativer Pol) an. Durch Anlegen dieser Spannung erzeugt die Ionengenerierungssektion 110 eine Koronaentladung zwischen einem Vorderendabschnitt der ersten Elektrode 112 und der Trennwand 42, um so positive Ionen PI zu generieren. Die in der Ionengenerierungssektion 110 generierten positiven Ionen PI werden zusammen mit der von der Luftzufuhrsektion 800 (1) zugeführten Hochdruckluft durch die Düse 41 in die Elektrifizierungskammer 121 der Abgas-Elektrifizierungssektion 120 eingeleitet. Bevorzugt wird die Einleitungsgeschwindigkeit von Luft, die durch die Düse 41 eingeleitet wird, auf eine Geschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit eingestellt.
Die Abgaselektrifizierungssektion 120 ist eine Sektion zum Elektrizifieren von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S durch positive Ionen PI und umfasst die oben erwähnte Elektrifizierungskammer 121. Die Elektrifizierungskammer 121 ist ein kleiner Raum, der neben der Ionengenerierungskammer 111 angeordnet ist und durch die Düse 41 in Strömungsverbindung mit der Ionengenerierungskammer 111 steht. Des Weiteren steht die Elektrifizierungskammer 121 durch das Einströmloch 45 mit der Außenwelt um das Gehäuse CS in Strömungsverbindung und steht durch einen Gasströmungsdurchgang 31 mit einer Einfangkammer 131 der Ionenfangsektion 130 in Strömungsverbindung. Die Elektrifizierungskammer 121 ist so ausgebildet, dass, wenn Luft, welche die positiven Ionen PI enthält, durch die Düse 41 eingeleitet wird, ein negativer Druck in der Elektrifizierungskammer 121 erzeugt wird und das Abgas, das sich außerhalb des Gehäuses CS befindet, durch das Einströmloch 45 in die Elektrifizierungskammer 121 strömt. Die durch die Düse 41 eingeleitete Luft, welche die positiven Ionen PI enthält, und das Abgas, das durch das Einströmloch 45 nach innen strömt, werden innerhalb der Elektrifizierungskammer 121 miteinander vermischt. Zu diesem Zeitpunkt wird wenigstens ein Teil der Partikel S, die in dem Abgas enthalten sind, das durch das Einströmloch 45 nach innen strömt, durch die positiven Ionen PI, die durch die Düse 41 zugeführt werden, elektrifiziert. Die Luft, welche die elektrifizierten Partikel S und die positiven Ionen PI, die nicht für die Elektrifizierung verwendet werden, enthält, wird der Einfangkammer 131 der Ionenfangsektion 130 durch den Gasströmungsdurchgang 31 zugeführt.
Die Ionenfangsektion 130 ist eine Sektion zum Einfangen von Ionen, die nicht für die Elektrifizierung der Partikel S verwendet werden, und umfasst die oben erwähnte Einfangkammer 131 und eine zweite Elektrode 132. Die Einfangkammer 131 ist ein kleiner Raum, der neben der Elektrifizierungskammer 121 angeordnet ist und durch den Gasströmungsdurchgang 31 mit der Elektrifizierungskammer 121 in Strömungsverbindung steht. Des Weiteren steht die Einfangkammer 131 durch das Ausströmloch 35 mit der Außenwelt um das Gehäuse CS in Strömungsverbindung. Die zweite Elektrode 132 hat eine allgemein stabartige äußere Form und hat ein verjüngtes oberes Ende. Die zweite Elektrode 132 ist dergestalt an dem Gehäuse CS befestigt, dass ihre Längsrichtung mit der Strömungsrichtung von Luft übereinstimmt, die durch den Gasströmungsdurchgang 31 strömt (die Erstreckungsrichtung des Gehäuses CS). Die zweite Elektrode 132 ist durch die zweite Verdrahtungsleitung 222 (1) mit der Stromkreissektion 700 (1) verbunden. Die zweite Elektrode 132 dient als eine Hilfselektrode, an die eine Spannung von etwa 100 V angelegt wird und die den Vorgang des Einfangens positiver Ionen unterstützt, die nicht für die Elektrifizierung von Partikeln S verwendet werden. Genauer gesagt, wird eine Spannung an die Ionenfangsektion 130 dergestalt angelegt, dass die zweite Elektrode 132 als ein positiver Pol dient, das Gehäuse CS die Elektrifizierungskammer 121 bildet und die Einfangkammer 131 als ein negativer Pol dient. Infolge dessen wirkt auf die positiven Ionen PI, die nicht für die Elektrifizierung von Partikeln S verwendet werden, eine Abstoßungskraft von der zweite Elektrode 132, wodurch ihre Vorwärtsbewegungsrichtungen zu Richtungen abgelenkt werden, die von der zweiten Elektrode 132 fortführen. Die positiven Ionen PI, deren Vorwärtsbewegungsrichtungen abgelenkt wurden, werden durch die Innenumfangswände der Einfangkammer 131 und den Gasströmungsdurchgang 31, der als ein negativer Pol dient, eingefangen. Darüber hinaus wirkt auf die Partikel S, an die sich positive Ionen PI gehaftet haben, ebenfalls die Abstoßungskraft von der zweiten Elektrode 132 wie im Fall der positiven Ionen PI selbst. Da jedoch die Partikel S eine größere Masse haben als die positiven Ionen PI, ist der Grad der Ablenkung durch die Abstoßungskraft im Vergleich zu dem Fall der positiven Ionen PI selbst klein. Daher werden die elektrifizierten Partikel S infolge des Abgasstromes durch das Ausströmloch 35 nach außerhalb des Gehäuses CS ausgestoßen.
Der Partikelsensor 100 gibt ein Signal aus, das eine Änderung des Stromes zeigt, die der Menge der positiven Ionen PI entspricht, die in der Ionenfangsektion 130 eingefangen wurden. Die Sensorsteuerungssektion 600 (1) bestimmt die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis des von dem Partikelsensor 100 ausgegebenen Signals. Ein Verfahren zum Bestimmen der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis des von dem Partikelsensor 100 ausgegebenen Signals wird später beschrieben.
3 ist ein Blockschaubild, das schematisch die Ausgestaltung der Stromkreissektion 700 zeigt. Die Stromkreissektion 700 umfasst einen primärseitigen Stromversorgungskreis 710, einen Trenntransformator 720, einen Koronastrom-Messkreis 730, einen Messsignalgenerierungskreis 740, einen ersten Gleichrichtungskreis 751 und einen zweiten Gleichrichtungskreis 752.
Der primärseitige Stromversorgungskreis 710 transformiert eine von der Stromversorgungssektion 440 zugeführte Gleichspannung hoch, liefert die hochtransformierte Aufwärtsspannung an den Trenntransformator 720 und betreibt den Trenntransformator 720. Der primärseitige Stromversorgungskreis 710 umfasst einen Entladungsspannungssteuerkreis 711 und einen Transformatoransteuerkreis 712. Der Entladungsspannungssteuerkreis 711 umfasst einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler. Unter der Steuerung durch die Sensorsteuerungssektion 600 kann der Entladungsspannungssteuerkreis 711 die dem Trenntransformator 720 zugeführte Spannung beliebig ändern. Die Steuerung der zugeführten Spannung wird im Wesentlichen zum Beispiel dergestalt ausgeführt, dass ein Eingangsstrom I_in, der der ersten Elektrode 112 des Partikelsensors 100 durch die erste Verdrahtungsleitung 221 zugeführt wird, gleich einem Sollstrom (zum Beispiel 5 μA) wird. Das Verfahren dieser Steuerung wird später beschrieben. Infolge dessen kann die Menge der positiven Ionen PI, die durch die Koronaentladung in der Ionengenerierungssektion 110 generiert werden, konstant gehalten werden.
Der Transformatoransteuerkreis 712 umfasst einen Schalterstromkreis, der die Fließrichtung von Strom, der durch die primärseitige Spule des Trenntransformators 720 fließt, umschalten kann. Der Transformatoransteuerkreis 712 steuert den Trenntransformator 720 durch den Schaltvorgang des Schalterstromkreises an. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Transformatoransteuerkreis 712 ein Push-Pull-Kreis. Jedoch kann der Transformatoransteuerkreis 712 auch von irgend einer anderen Art von Stromkreis sein, wie zum Beispiel ein Halbbrückenkreis und ein Vollbrückenkreis.
Der Trenntransformator 720 führt eine Spannungswandlung für den von dem primärseitigen Stromversorgungskreis 710 zugeführten elektrischen Strom aus und speist den spannungsgewandelten elektrischen Strom (in der vorliegenden Ausführungsform Wechselstrom) in die Gleichrichtungskreise 751 und 752 auf der Sekundärseite ein. Die Ausgestaltung der sekundärseitigen Spule erlaubt es dem Trenntransformator 720, für den dem ersten Gleichrichtungskreis 751 zugeführten elektrischen Strom und für den dem zweiten Gleichrichtungskreis 752 zugeführten elektrischen Strom verschiedene Verstärkungsfaktoren einzustellen. Der Trenntransformator 720 der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule nicht in physischem Kontakt miteinander stehen, sondern magnetisch miteinander gekoppelt sind. Ein Stromkreis auf der Primärseite des Trenntransformators 720 umfasst die Sensorsteuerungssektion 600 und die Stromversorgungssektion 440 sowie den primärseitigen Stromversorgungskreis 710. Ein Stromkreis auf der Sekundärseite des Trenntransformators 720 umfasst den Partikelsensor 100 und die Gleichrichtungskreise 751 und 752. Der Koronastrom-Messkreis 730 und der Messsignalgenerierungskreis 740 sind zwischen dem Stromkreis auf der Primärseite des Trenntransformators 720 und dem Stromkreis auf der Sekundärseite des Trenntransformators 720 angeordnet und sind elektrisch mit den primärseitigen bzw. sekundärseitigen Stromkreisen verbunden. Wie dies später noch beschrieben wird, ist der Koronastrom-Messkreis 730 so ausgebildet, dass ein Stromkreisabschnitt, der elektrisch mit dem Stromkreis auf der Primärseite des Trenntransformators 720 verbunden ist, physisch von einem Stromkreisabschnitt isoliert ist, der elektrisch mit dem Stromkreis auf der Sekundärseite des Trenntransformators 720 verbunden ist. Hier wird eine Erde (Erdungspotenzial), die als ein Bezugspotenzial des primärseitigen Stromkreises dient, auch als ein „primärseitiges Erdungs-PGL” bezeichnet, und eine Erde, die als ein Bezugspotenzial des sekundärseitigen Stromkreises dient, wird auch als ein „sekundärseitiges Erdungs-PGL” bezeichnet. Ein Ende der primärseitigen Spule des Trenntransformators 720 ist mit dem primärseitigen Erdungs-PGL verbunden, und ein Ende seiner sekundärseitigen Spule ist mit dem sekundärseitigen Erdungs-PGL verbunden. Das Gehäuse CS des Partikelsensors 100 ist mit dem sekundärseitigen Erdungs-PGL durch die Signalleitung 223 und einen Nebenschlusswiderstand 230 verbunden.
Jeder der Gleichrichtungskreise 751 und 752 wandelt das Wechselstromausgangssignal von dem Trenntransformator 720 in einen Gleichstrom um. Der erste Gleichrichtungskreis 751 ist zum Zweck des Kurzschlussschutzes durch die erste Verdrahtungsleitung 221 und einen Widerstand 753 mit der ersten Elektrode 112 des Partikelsensors 100 verbunden. Der zweite Gleichrichtungskreis 752 ist zum Zweck des Kurzschlussschutzes durch die zweite Verdrahtungsleitung 222 und einen Widerstand 754 mit der zweiten Elektrode 132 des Partikelsensors 100 verbunden.
Der Koronastrom-Messkreis 730 ist durch die Verdrahtungsleitungen 761 und 762 mit den entgegengesetzten Enden des Nebenschlusswiderstandes 230 auf der Signalleitung 223 verbunden und ist durch eine Verdrahtungsleitung 763 mit der Sensorsteuerungssektion 600 verbunden. Der Koronastrom-Messkreis 730 gibt an die Sensorsteuerungssektion 600 ein Signal S_dc+trp aus, das einen Strom (I_dc + I_trp) darstellt, der von dem Gehäuse CS durch die Signalleitung 223 in Richtung des sekundärseitigen Erdungs-PGL fließt. Hier ist ein „Signal, das einen Strom darstellt” nicht auf ein Signal beschränkt, das den Strom direkt repräsentiert, und kann auch ein Signal sein, das den Strom indirekt repräsentiert. Zum Beispiel kann das „Signal, das einen Strom darstellt”, ein Signal sein, auf dessen Basis der Strom spezifiziert werden kann, indem ein Berechnungsausdruck oder eine Karte zu Informationen, die aus dem Signal gewonnen wurden, angewendet wird.
Gemäß dem von dem Koronastrom-Messkreis 730 zugeführten Signal S_dc+trp steuert die Sensorsteuerungssektion 600 den Entladungsspannungssteuerkreis 711. Die Konturen der Steuerung des Entladungsspannungssteuerkreises 711 durch die Sensorsteuerungssektion 600 werden später beschrieben.
Der Messsignalgenerierungskreis 740 misst einen Strom I_c, der dem Strom I_esc von positiven Ionen PI entspricht, die nach außen geflossen sind, ohne in der Ionenfangsektion 130 eingefangen worden zu sein (im Weiteren als einen „Leckstrom I_esc” bezeichnet). Der Messsignalgenerierungskreis 740 ist mit der Signalleitung 223 auf der Sekundärseite durch eine Verdrahtungsleitung 771 verbunden und ist mit der Sensorsteuerungssektion 600 auf der Primärseite durch eine Verdrahtungsleitung 772 verbunden. Des Weiteren ist der Messsignalgenerierungskreis 740 mit der primärseitigen Erdungs-PGL durch eine Verdrahtungsleitung 773 verbunden. Der Messsignalgenerierungskreis 740 gibt ein Messsignal S_esc an die Sensorsteuerungssektion 600 aus. Insbesondere kann der Messsignalgenerierungskreis 740 ein gering-empfindliches Messsignal und ein hoch-empfindliches Messsignal generieren und kann diese Messsignale an die Sensorsteuerungssektion 600 ausgeben. In diesem Fall kann eines des gering-empfindlichen Messsignals und des hoch-empfindlichen Messsignals das Messsignal S_esc sein.
Ströme, die durch den Vorderendabschnitt 100e des Partikelsensors 100 fließen, erfüllen den folgenden relationalen Ausdruck (1). I_in – I_dc + I_trp + I_esc (1)
In diesem Ausdruck ist I_in ein Eingangsstrom in die erste Elektrode 112, I_dc ist ein Entladungsstrom, der durch die Trennwand 42 zu dem Gehäuse CS fließt, I_trp ist ein Fangstrom, welcher der Ladungsmenge von positiven Ionen PI entspricht, die durch das Gehäuse CS eingefangen wurden, und I_esc ist ein Leckstrom, welcher der Ladungsmenge von positiven Ionen PI entspricht, die nach außerhalb geströmt sind, ohne in der Ionenfangsektion 130 eingefangen worden zu sein.
Da der Entladungsstrom I_dc und der Fangstrom I_trp von dem Gehäuse CS durch die Signalleitung 223 zu dem sekundärseitigen Erdungs-PGL fließen, fließt ein Strom (I_dc + I_trp), der die Summe dieser Ströme ist, durch den Nebenschlusswiderstand 230 auf der Signalleitung 223. Der Stromwert von (I_dc + I_trp) ist ungefähr gleich dem Stromwert des Eingangsstroms I_in. Das liegt daran, dass der Leckstrom I_esc in dem Ausdruck (1) etwa ein Millionstel des Stromes (I_dc + I_trp) beträgt, der durch die Signalleitung 223 fließt, und der Leckstrom I_esc kann im Wesentlichen ignoriert werden, wenn eine Veränderung des Eingangsstroms I_in überwacht wird. Da der Stromwert des Eingangsstroms I_in und der Stromwert des Koronastroms der Ionengenerierungssektion 110 einander gleich sind, kann man sagen, dass der Stromwert des Stromes (I_dc + I_trp), der durch die Signalleitung 223 fließt, ungefähr gleich dem Stromwert des Koronastroms ist. Daher kann man sagen, dass der Koronastrom-Messkreis 730 an die Sensorsteuerungssektion 600 ein Signal S_dc+trp ausgibt, das den Stromwert des Koronastroms der Ionengenerierungssektion 110 angibt. Angesichts dessen steuert die Sensorsteuerungssektion 600 den Entladungsspannungssteuerkreis 711 gemäß dem von dem Koronastrom-Messkreis 730 eingegebenen Signal S_dc+trp dergestalt, dass der Stromwert des Eingangsstroms I_in gleich dem Sollstromwert wird.
Der Leckstrom I_esc ist gleich der Differenz zwischen dem Eingangsstrom I_in und dem Strom (I_dc + I_trp), der durch den Nebenschlusswiderstand 230 fließt. I_esc = I_in – (I_dc + I_trp)(2)
Ein Strom I_c, der dem Leckstrom I_esc entspricht, fließt durch den Messsignalgenerierungskreis 740. Der Messsignalgenerierungskreis 740 erzeugt ein Messsignal, S_esc, das dem Strom I_c entspricht, und gibt das Messsignal S_esc an die Sensorsteuerungssektion 600 aus. Die Partikelmengen-Bestimmungssektion 610 der Sensorsteuerungssektion 600 bestimmt die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis des Messsignals S_esc. Zu diesem Zeitpunkt führt die Partikelmengen-Bestimmungssektion 610 eine Korrektur aus, die unten beschrieben wird.
A-2. Beispiel der Ausgestaltung des Messsignalgenerierungskreises 4 ist ein Blockschaubild, das die Ausgestaltung des Messsignalsgenerierungskreises 740 zeigt. Der Messsignalgenerierungskreis 740 umfasst einen Verstärkungskreis 741, einen Negativrückkopplungswiderstand 742 und einen Widerstand 743. Ein Operationsverstärker kann als der Verstärkungskreis 741 verwendet werden. Der invertierende Eingangsanschluss des Verstärkungskreises 741 ist mit dem sekundärseitigen Erdungs-PGL durch den Widerstand 743 und die Signalleitung 223 verbunden. Wie dies in 3 gezeigt ist, ist diese Signalleitung 223 mit dem Gehäuse CS des Partikelsensors verbunden. Eine Stromquelle V_ref, die eine fixe Bezugsspannung (zum Beispiel 0,5 V) in Bezug auf das primärseitige Erdungs-PGL bereitstellt, ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkungskreises 741 verbunden. In der folgenden Beschreibung wird das gleiche Symbol „Vref” verwendet, um die Bezugsspannung dieser Stromquelle V_ref darzustellen. Durch Einspeisen der Bezugsspannung V_ref in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkungskreises 741 kann der Potenzialunterschied zwischen den zwei Eingangsanschlüssen des Verstärkungskreises 741 dergestalt justiert werden, dass sich der Potenzialunterschied einem Potenzialunterschiedsbereich nähert, innerhalb dessen die Entstehung von Fehlern (zum Beispiel Fehlern, die durch Vorspannstrom und Versatzspannung verursacht werden) weniger wahrscheinlich ist. Wie dies später noch ausführlich beschrieben wird, fließt der Strom I_c, der dem Leckstrom I_esc (3) des Partikelsensors 100 entspricht, zu dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkungskreises 741. Dieser Strom I_c wird durch den Verstärkungskreis 741 in eine Spannung E₁ umgewandelt. Ein Signal S_esc, das die Spannung E1 darstellt, wird als ein Messsignal durch die Verdrahtungsleitung 772 in die Sensorsteuerungssektion 600 eingespeist.
Der Grund, weshalb der Strom I_c, der zu dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkungskreises 741 fließt, dem Leckstrom I_esc des Partikelsensors 100 entspricht, ist folgender. Wenn der Leckstrom I_esc generiert wird, wird das Bezugspotenzial des sekundärseitigen Erdungs-PGL gemäß der Größenordnung des Leckstroms I_esc kleiner als das Bezugspotenzial des primärseitigen Erdungs-PGL. Das liegt daran, dass ein Energieunterschied, der dem Leckstrom I_esc entspricht, zwischen der Energie (elektrischem Strom), die dem Partikelsensor 100 von dem primärseitigen Stromkreis (der den primärseitigen Stromversorgungskreis 710 (3) umfasst) aus zugeführt wird, und der Energie (elektrischem Strom), die von dem Partikelsensor 100 durch die Signalleitung 223 ausgegeben wird, erzeugt wird. Wenn infolge der Generierung des Leckstroms I_esc ein Unterschied zwischen dem Bezugspotenzial des sekundärseitigen Erdungs-PGL und dem Bezugspotenzial des primärseitigen Erdungs-PGL erzeugt wird, so fließt der Kompensationsstrom I_c, der dieser Differenz entspricht, zu dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkungskreises 741. Dieser Kompensationsstrom I_c ist ein Strom, dessen Stromwert dem des Leckstroms I_esc gleicht und der die Differenz zwischen dem Bezugspotenzial des sekundärseitigen Erdungs-PGL und dem Bezugspotenzial des primärseitigen Erdungs-PGL kompensiert. Dementsprechend kann der Messsignalgenerierungskreis 740 die Spannung E1 (und das Messsignal S_esc), die den Leckstrom I_esc darstellt, mittels I-V-Umwandlung des Kompensationsstrom I_c erzeugen.
Die Ausgangsspannung E1 des Verstärkungskreises 741 ist durch den folgenden Ausdruck (3) gegeben. E₁ = I_c × R1 + V_ref (3)
In dem obigen Ausdruck ist I_c der Kompensationsstrom, R1 ist die Widerstandswirkung des Negativrückkopplungswiderstandes 742, und V_ref ist die Bezugsspannung des Verstärkungskreises 741.
Die Sensorsteuerungssektion 600 bestimmt die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis des von dem Messsignalgenerierungskreis 740 zugeführten Messsignals S_esc. Um die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln anhand des Messsignals S_esc zu bestimmen, kann zum Beispiel ein Verfahren verwendet werden, mit dem auf eine Karte Bezug genommen wird, welche die Beziehung zwischen dem Spannungswert des Messsignals S_esc und der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln zeigt, oder es kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein relationaler Ausdruck verwendet wird, der die Beziehung zwischen dem Spannungswert des Messsignals S_esc und der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln zeigt. Die Sensorsteuerungssektion 600 wandelt den Spannungswert des Messsignals S_esc, das analog ist, in einen digitalen Wert einer vorgegebenen Auflösung (zum Beispiel 8 Bits) um.
A-3. Schätzung des Partikelndurchmessers
5 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel die Partikeldurchmesserverteilung von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S zeigt. Die horizontale Achse repräsentiert den Partikeldurchmesser (Durchmesser) (nm) von Partikeln, und die vertikale Achse repräsentiert die Anzahl von Partikeln (Zählwert/cm³). Die Partikeldurchmesser von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S sind nicht die gleichen und weisen eine glockenförmige Verteilungskurve auf, bei der die Anzahl von Partikeln bei einem bestimmten Partikeldurchmesser am größten wird. Die Partikeldurchmesserverteilung von Partikeln S ändert sich mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 400, und der Partikeldurchmesser-Spitzenwert ändert sich ebenfalls entsprechend. 5 zeigt die Partikeldurchmesserverteilungen von Partikeln S für drei Fälle, wo der Verbrennungsmotor 400 jeweils unter drei verschiedenen Sätzen von Bedingungen betrieben wird. Die Partikeldurchmesser-Spitzenwerte von Partikeln S unter den drei verschiedenen Sätzen von Bedingungen sind 75 nm, 87 nm bzw. 97 nm.
In der vorliegenden Ausführungsform meint der „Partikeldurchmesser-Spitzenwert” den Wert des Partikeldurchmessers, bei dem die Anzahl von Partikeln die größte in der Partikeldurchmesserverteilung von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S ist, wenn der Verbrennungsmotor 400 unter vorgegebenen Betriebsbedingungen betrieben wird (die Drehzahl des Verbrennungsmotors 400, die Kraftstoffeinspritzmenge usw.). Des Weiteren entspricht in der vorliegenden Ausführungsform der Partikeldurchmesser-Spitzenwert dem Partikeldurchmesser in den Ansprüchen.
Die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion 620 schätzt den Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S auf der Basis der Parameter, der sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors 400 beziehen, die von den verschiedenen Sensoren 406 in die Fahrzeugsteuerungssektion 420 eingegeben werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Drehzahl des Verbrennungsmotors 400 und die Kraftstoffeinspritzmenge als die Parameter verwendet, die sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors 400 beziehen, da davon ausgegangen wird, dass diese Parameter einen besonderes großen Einfluss auf den Partikeldurchmesser von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S ausüben.
6 ist eine erläuternde Veranschaulichung, die ein Beispiel einer Partikeldurchmesser-Spitzenwertkarte zeigt. Die in 6 gezeigte Karte zeigt die Beziehung zwischen dem Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S und der Drehzahl des Verbrennungsmotors 400 und der Kraftstoffeinspritzmenge. In der vorliegenden Ausführungsform schätzt die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion 620 den Partikeldurchmesser-Spitzenwert von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S unter Bezug auf die in 6 gezeigte zweidimensionale Karte. Insbesondere kann anstelle der Karte auch ein relationaler Ausdruck verwendet werden, der die Beziehung zwischen dem Partikeldurchmesser-Spitzenwert von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S und der Drehzahl des Verbrennungsmotors 400 und der Kraftstoffeinspritzmenge zeigt.
A-4. Korrektur von Messergebnissen durch Betriebsbedingungen
A-4-1. Korrektur der Massekonzentration von Partikeln
7 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Messsignal und der Massekonzentration von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S zeigt. Die horizontale Achse repräsentiert die Massekonzentration (mg/m³) von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S, und die vertikale Achse repräsentiert das Messsignal S_esc. Genauer gesagt, repräsentiert die vertikale Achse den Stromwert (pA) des Stromes I_c, der dem Spannungspegel des Messsignals S_esc entspricht. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Massekonzentration und dem Messsignal für die drei Sätze von Bedingungen, unter denen Partikel S verschiedene Partikeldurchmesser-Spitzenwerte haben. Wie im Fall von 5 betragen die Partikeldurchmesser-Spitzenwerte von Partikeln S unter den drei Sätzen von Bedingungen 75 nm, 87 nm bzw. 97 nm. Für jeden der drei Sätze von Bedingungen zeigt 7 eine lineare Approximationsgleichung von y = a·x für Messpunkte, die unter jedem Satz von Bedingungen erhalten wurden, und ihre Korrelationskoeffizienten R². Insbesondere gilt generell: je größer die Korrelationskoeffizienten R² (d. h. die größer die Nähe zu 1), desto größer der Grad der Korrelation.
Wie dies oben beschrieben ist, wird in dem Partikelmesssystem 10 der vorliegenden Ausführungsform die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln auf der Basis des Messsignals S_esc bestimmt. Wie jedoch aus 7 zu erkennen ist, ändert sich die Beziehung zwischen der Massekonzentration und dem Messsignal, wenn sich der Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S ändert. Angesichts dessen wird in der vorliegenden Ausführungsform das Messsignal S_esc auf der Basis des Partikeldurchmessers von Partikeln S korrigiert, wodurch der Einfluss der Differenz des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes auf die Beziehung zwischen dem Messsignal S_esc und der Massekonzentration von Partikeln S (ein Messfehler, der durch den Einfluss der Differenz des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes verursacht wird) reduziert wird.
Nebenbei bemerkt, wird davon ausgegangen, dass die Partikeldurchmesser von Partikeln S, die in dem Abgas enthalten sind, das aus dem Verbrennungsmotor 400 abgelassen wird, in den Bereich von 10 nm zu 300 nm fallen. Im Allgemeinen hat, wenn ein Partikel S mit einem Partikeldurchmesser, der in diesen Bereich fällt, durch Kollision mit den positiven Ionen PI elektrifiziert wird, der Partikel S eine Anzahl von Ladungen, die ungefähr proportional zu ihrem Partikeldurchmesser ist, und ihre Proportionalitätskonstante kann als 1 angesehen werden. Wenn also zum Beispiel der Partikeldurchmesser eines bestimmten Partikels zweimal so groß ist wie der Partikeldurchmesser eines anderen Partikels, so wird die Anzahl der Ladungen des bestimmten Partikels zweimal so groß wie die Anzahl der Ladungen des anderen Partikels. Insbesondere wird, wenn der Partikeldurchmesser eines bestimmten Partikels zweimal so groß ist wie der Partikeldurchmesser eines anderen Partikels, die Masse des bestimmten Partikels achtmal so groß wie die Masse des anderen Partikels. Wie dies oben beschrieben ist, haben die Partikeldurchmesser von Partikeln S eine vorgegebene Verteilung; jedoch meint in der folgenden Beschreibung „der Partikeldurchmesser von Partikeln S” den Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Massekonzentration von Partikeln S bestimmt wird, eine Korrektur des Messsignals S_esc gemäß dem folgenden Ausdruck (4) ausgeführt. y = y₀ × (B/A)^N (4)
In Ausdruck (4) repräsentiert y ein korrigiertes Messsignal S_esc, y₀ repräsentiert ein unkorrigiertes Messsignal S_esc, A repräsentiert einen Partikeldurchmesser-Spitzenwert, der als eine Referenz dient, B repräsentiert einen geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert, und N repräsentiert eine ganze Zahl von mindestens 2 (N = 2 in der vorliegenden Ausführungsform). Der als eine Referenz dienende Partikeldurchmesser-Spitzenwert wird im Voraus durch einen Nutzer eingestellt. Wenn das korrigierte Messsignal S_esc erhalten wurde, so wird die Massekonzentration von Partikeln S unter Verwendung des korrigierten Messsignals S_esc und der oben beschriebenen Karte oder des oben beschriebenen relationalen Ausdrucks bestimmt. Die Karte oder der relationale Ausdruck (eine Karte, welche die oben beschriebene Beziehung zwischen dem Spannungswert des Messsignals S_esc und der Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln zeigt, oder ein relationaler Ausdruck, der die Beziehung zeigt), die bzw. der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, ist eine Karte bzw. ein relationaler Ausdruck, die bzw. der erhalten wird, wenn das Abgas Partikel enthält, deren Partikeldurchmesser-Spitzenwert gleich dem Partikeldurchmesser-Spitzenwert ist, der als eine Referenz dient (im Weiteren werden solche Partikel als „Referenz-Partikel” bezeichnet).
Die Masse von Partikeln S mit dem geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert ist (B/A)³ mal die Masse der Referenz-Partikel. Da die Anzahl der Ladungen eines jeden der Partikel S mit dem geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert B/A-mal die Anzahl der Ladungen eines jeden der Referenz-Partikel ist, wird das unkorrigierte Messsignal S_esc B/A-mal das Messsignal S_esc, das ausgegeben wird, wenn das Abgas die Referenz-Partikel enthält. Daher wird das Verhältnis des unkorrigierten Messsignals S_esc für die Partikel S mit dem geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert zu dem für die Referenz-Partikel(B/A)^–2-mal dem Partikel-Masse-Verhältnis. Angesichts dessen wird in der vorliegenden Ausführungsform der Messfehler aufgrund der Differenz des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes (dieser Fehler ist an der Beziehung zwischen dem Messsignal S_esc und der Massekonzentration von Partikeln S beteiligt) reduziert, indem das Messsignal S_esc (das Messsignal S_esc für den Fall, dass das Abgas Partikel S mit dem geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert enthält) mit (B/A)² multipliziert wird.
8 ist ein Kurvendiagramm, das die Ergebnisse einer Korrektur zeigt, die an den Daten von 7 gemäß dem oben genannten Ausdruck (4) ausgeführt wurde. 8 zeigt die Ergebnisse einer Korrektur, die für den Fall ausgeführt wurde, dass der Referenz-Partikeldurchmesser-Spitzenwert 75 nm ist und die geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwerte 87 nm und 97 nm sind. Wie dies aus 8 zu erkennen ist, reduziert diese Korrektur den Messfehler aufgrund der Differenz des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes (dieser Fehler ist an der Beziehung zwischen dem Messsignal S_esc und der Massekonzentration von Partikeln S beteiligt). Auf diese Weise kann die Messgenauigkeit der Massekonzentration von Partikeln S verbessert werden, indem die Korrektur gemäß dem oben genannten Ausdruck (4) ausgeführt wird.
A-4-2. Korrektur der Anzahlkonzentration von Partikeln
9 ist ein Kurvendiagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Messsignal und der Anzahlkonzentration von Partikeln S, die in Abgas enthalten sind, zeigt. Die horizontale Achse repräsentiert die Anzahlkonzentration (Million/m³) von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S, und die vertikale Achse repräsentiert das Messsignal S_esc. Genauer gesagt, repräsentiert die vertikale Achse den Stromwert (pA) des Stromes I_c, der dem Spannungspegel des Messsignals S_esc entspricht. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Anzahlkonzentration und dem Messsignal für die drei Sätze von Bedingungen, unter denen Partikel S verschiedene Partikeldurchmesser-Spitzenwerte haben. Wie im Fall von 5 sind die Partikeldurchmesser-Spitzenwerte von Partikeln S unter den drei Sätzen von Bedingungen 75 nm, 87 nm bzw. 97 nm. Für jeden der drei Sätze von Bedingungen zeigt 9 eine lineare Approximationsgleichung von y = a·x für Messpunkte, die unter jedem Satz von Bedingungen erhalten wurden, und ihre Korrelationskoeffizienten R². Wie dies aus 9 zu erkennen ist, ändert sich die Beziehung zwischen der Anzahlkonzentration und dem Messsignal, wenn sich der Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S ändert, wie im Fall der oben beschrieben Massekonzentration.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Anzahlkonzentration von Partikeln S bestimmt wird, eine Korrektur des Messsignals S_esc gemäß dem folgenden Ausdruck (5) ausgeführt. y = y₀ × (A/B) (5)
In Ausdruck (5) repräsentiert y ein korrigiertes Messsignal S_esc, y₀ repräsentiert ein unkorrigiertes Messsignal S_esc, A repräsentiert einen Partikeldurchmesser-Spitzenwert, der als eine Referenz dient, und B repräsentiert einen geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert. Der als eine Referenz dienende Partikeldurchmesser-Spitzenwert ist der gleiche wie der Partikeldurchmesser-Spitzenwert, der in dem oben erwähnten Ausdruck (4) als Bezug dient. Wenn das korrigierte Messsignal S_esc erhalten wurde, wird die Anzahlkonzentration von Partikeln S unter Verwendung des korrigierten Messsignals S_esc und der oben beschriebenen Karte oder des oben beschriebenen relationalen Ausdrucks bestimmt.
Da die Anzahl der Ladungen eines jeden der Partikel S mit dem geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert B/A-mal die Anzahl der Ladungen von jedem der Referenz-Partikel ist, wird – wie dies oben beschrieben ist – das unkorrigierte Messsignal S_esc B/A-mal das Messsignal S_esc, das ausgegeben wird, wenn das Abgas die Referenz-Partikel enthält. Daher wird das Verhältnis des unkorrigierten Messsignals S_esc für die Partikel S mit dem geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert zu dem für die Referenz-Partikel B/A-mal das Partikel-Anzahl-Verhältnis. Angesichts dessen wird in der vorliegenden Ausführungsform der Messfehler aufgrund der Differenz des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes (dieser Fehler ist an der Beziehung zwischen dem Messsignal S_esc und der Anzahlkonzentration von Partikeln S beteiligt) reduziert, indem das Messsignal S_esc mit A/B multipliziert wird, was das Reziprok von B/A ist.
10 ist ein Kurvendiagramm, das die Ergebnisse einer Korrektur zeigt, die an den Daten von 9 gemäß dem oben genannten Ausdruck (5) ausgeführt wird. 10 zeigt die Ergebnisse einer Korrektur, die für den Fall ausgeführt wird, dass der Referenz-Partikeldurchmesser-Spitzenwert 75 nm ist und die geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwerte 87 nm und 97 nm sind. Wie dies aus 10 zu erkennen ist, reduziert diese Korrektur den Messfehler aufgrund der Differenz des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes (dieser Fehler ist an der Beziehung zwischen dem Messsignal S_esc und der Anzahlkonzentration von Partikeln S beteiligt). Auf diese Weise kann die Messgenauigkeit der Anzahlkonzentration von Partikeln S verbessert werden, indem eine Korrektur gemäß dem oben erwähnten Ausdruck (5) ausgeführt wird.
A-5. Partikelmengen-Bestimmungsverarbeitung
Ein Verfahren zum Bestimmen der Menge von Partikeln durch die oben beschriebene Korrektur des Messsignals S_esc wird mit Bezug auf 11 beschrieben. 11 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte der Partikelmengen-Bestimmungsverarbeitung zeigt. In dem Partikelmesssystem 10 führt, wenn der Zündschalter des Fahrzeugs 500 eingeschaltet wird, die Sensorsteuerungssektion 600 die Partikelmengen-Bestimmungsverarbeitung aus. Die Sensorsteuerungssektion 600 wartet, bis der Verbrennungsmotor 400 anspringt (Schritt S905). Wenn der Verbrennungsmotor 400 anspringt (Schritt S905: JA), so beurteilt die Sensorsteuerungssektion 600, ob eine Bestimmung der Menge von Partikeln notwendig ist oder nicht (Schritt S910). Für den Fall, dass die Sensorsteuerungssektion 600 urteilt, dass die Bestimmung der Menge von Partikeln nicht nötig ist (Schritt S910: NEIN), kehrt die Sensorsteuerungssektion 600 zu Schritt 5905 zurück.
Im Gegensatz dazu erhält die Partikelmengen-Bestimmungssektion 610 für den Fall, dass die Sensorsteuerungssektion 600 urteilt, dass die Bestimmung der Menge von Partikeln notwendig ist (Schritt 5910: JA), das Messsignal S_esc von dem Partikelsensor 100 (Schritt S915) und speichert das Messsignal S_esc (Schritt S920). Die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion 620 erhält die Drehzahl des Verbrennungsmotors 400 und die Kraftstoffeinspritzmenge durch Empfangen der Signale von den Sensoren 406 (Schritt S925). Die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion 620 schätzt den Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S unter Bezug auf die Karte (Schritt S930). Die Partikelmengen-Bestimmungssektion 610 korrigiert das Messsignal S_esc durch das oben beschriebene Verfahren unter Verwendung des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes von Partikeln S, der durch die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion 620 geschätzt wurde (Schritt S935). Die Partikelmengen-Bestimmungssektion 610 bestimmt die Partikelmenge (die Massekonzentration und Anzahlkonzentration von Partikeln S) auf der Basis des korrigierten Messsignals S_esc (Schritt S940). Nach dem Bestimmen der Partikelmenge kehrt die Sensorsteuerungssektion 600 zu dem oben beschriebenen Schritt S905 zurück.
In dem oben beschriebenen Partikelmesssystem 10 der vorliegenden Ausführungsform wird der Partikeldurchmesser-Spitzenwert von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S geschätzt, und das Messsignal S_esc wird korrigiert, indem das Messsignal S_esc mit einem Koeffizienten ((B/A)^N (N = 2 in der vorliegenden Ausführungsform) oder A/B) multipliziert wird, der sich auf das Verhältnis zwischen dem geschätzten Partikeldurchmesser-Spitzenwert und dem Referenz-Partikeldurchmesser-Spitzenwert bezieht. Daher kann der Messfehler aufgrund der Differenz des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes reduziert werden, wodurch die Messgenauigkeit der Partikelmenge verbessert werden kann. Da der Partikeldurchmesser-Spitzenwert auf der Basis zweier Arten von Parametern geschätzt wird, die sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors 400 beziehen (die Drehzahl des Verbrennungsmotors 400 und die Kraftstoffeinspritzmenge), kann des Weiteren die Schätzungsgenauigkeit des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes im Vergleich zu einer Ausgestaltung erhöht werden, in welcher der Partikeldurchmesser-Spitzenwert auf der Basis eines einzigen Parametertyps geschätzt wird, wodurch die Messgenauigkeit der Partikelmenge verbessert werden kann. Da davon ausgegangen wird, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors 400 und die Kraftstoffeinspritzmenge einen besonders großen Einfluss auf den Partikeldurchmesser von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S haben, wird des Weiteren dank der Verwendung dieser Parameter die Schätzungsgenauigkeit des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes erhöht, und die Messgenauigkeit der Partikelmenge kann verbessert werden. Da der Partikeldurchmesser-Spitzenwert als der Partikeldurchmesser von Partikeln S verwendet wird, kann des Weiteren die Karte zum Schätzen des Partikeldurchmessers ohne Weiteres ausgebildet werden. Da die Genauigkeit des Messens der Menge von Partikeln, die in dem Abgas enthalten sind, das aus dem Verbrennungsmotor 400 des Fahrzeugs 500 abgelassen wird, verbessert werden kann, kann des Weiteren eine Funktionsminderung und/oder Anomalie einer Filtervorrichtung zum Einfangen der in dem Abgas enthaltenen Partikel präzise detektiert werden.
B. Modifizierungen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Formen implementiert werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel sind die folgenden Modifizierungen möglich.
B-1. Modifizierung 1
Die Ausgestaltung des in der Ausführungsform beschriebenen Partikelmesssystems 10 ist ein Beispiel, und die vorliegende Erfindung kann auch durch eine andere Ausgestaltung als die des in der Ausführungsform gezeigten Partikelmesssystems 10 realisiert werden. Zum Beispiel braucht das Partikelmesssystem 10 keine zweite Elektrode 132 zu haben. Des Weiteren kann das Partikelmesssystem 10 so ausgebildet sein, dass die Ionengenerierungssektion 110 separat von dem Partikelsensor 100 bereitgestellt ist, anstatt im Inneren des Partikelsensors 100 angeordnet zu sein. Des Weiteren kann die erste Elektrode 112 in der Elektrifizierungskammer 121 dergestalt angeordnet sein, dass die erste Elektrode 112 die Trennwand 42 durchdringt, wodurch eine Koronaentladung zwischen einem Vorderendabschnitt der ersten Elektrode 112 und der Innenwandfläche der Elektrifizierungskammer 121 erzeugt wird. In diesem Fall bilden die Ionengenerierungssektion 110 und die Abgaselektrifizierungssektion 120 eine Einheit. Des Weiteren kann der Messsignalgenerierungskreis 740 jede beliebige andere Ausgestaltung haben als die, die in der Ausführungsform beschrieben ist, solange der Messsignalgenerierungskreis 740 ein Signal generieren kann, das die Menge von Partikeln darstellt.
B-2. Modifizierung 2
Das Partikelmesssystem 10 der oben beschrieben Ausführungsform ist dafür ausgebildet, positive Ionen zwischen der ersten Elektrode 112 und der Trennwand 42 mittels Koronaentladung zu generieren. Jedoch kann das Partikelmesssystem 10 auch dafür ausgebildet sein, negative Ionen mittels Koronaentladung zu generieren.
B-3. Modifizierung 3
In der Ausführungsform wird das Messsignal S_esc korrigiert. Jedoch können anstelle des Messsignals S_esc auch die Massekonzentration und die Anzahlkonzentration von Partikeln S, die auf der Basis des Messsignals S_esc bestimmt werden, korrigiert werden. Auch in diesem Fall kann der oben erwähnte Ausdruck (4) als ein Korrekturausdruck verwendet werden, wobei y die korrigierte Massekonzentration von Partikeln S repräsentiert und y₀ die unkorrigierte Massekonzentration von Partikeln S repräsentiert. Gleichermaßen kann der oben erwähnte Ausdruck (5) als ein Korrekturausdruck verwendet werden, wobei y die korrigierte Anzahlkonzentration von Partikeln S repräsentiert und y₀ die unkorrigierte Anzahlkonzentration von Partikeln S repräsentiert. Auch in diesem Fall kann die Messgenauigkeit der Partikelmenge durch einfache Korrektur verbessert werden. Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform N im Ausdruck (4) gleich 2. Jedoch kann – beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebung, in der der Partikelsensor 100 verwendet wird – auch eine ganze Zahl größer als 2 als der Wert von N verwendet werden, um die Messgenauigkeit der Massekonzentration von Partikeln zu verbessern.
B-4. Modifizierung 4
In der Ausführungsform wird der Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S auf der Basis der Parameter geschätzt, die die Drehzahl des Verbrennungsmotors 400 und die Kraftstoffeinspritzmenge darstellen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Anstelle der Drehzahl des Verbrennungsmotors 400 und der Kraftstoffeinspritzmenge können auch andere Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 500, das Drehmoment des Verbrennungsmotors 400, der Abgasdruck des Verbrennungsmotors 400, der Ansaugdruck des Verbrennungsmotors 400, der EGR-Öffnungsgrad, die in den Verbrennungsmotor 400 gesaugte Luftmenge oder die Zündzeiten, verwendet werden. Des Weiteren kann anstelle der Betriebsbedingungsparameter auch ein Umgebungsparameter verwendet werden, der sich mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors 400 ändert (die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors 400 usw.). Das liegt daran, dass davon ausgegangen wird, dass diese Parameter einen Einfluss auf den Partikeldurchmesser von in dem Abgas enthaltenen Partikeln S ausüben. Des Weiteren wird in der Ausführungsform der Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S auf der Basis zweier Arten von Parametern geschätzt. Jedoch kann der Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S auch auf der Basis eines einzelnen Parametertyps oder dreier oder mehr Parametertypen geschätzt werden.
B-5. Modifizierung 5
In der Ausführungsform wird der Partikeldurchmesser-Spitzenwert von Partikeln S als der Partikeldurchmesser verwendet, der für die Bestimmung der Partikelmenge verwendet wird. Jedoch kann anstelle des Partikeldurchmesser-Spitzenwertes auch der Durchschnitt der Partikeldurchmesser von Partikeln S verwendet werden. Selbst im Fall einer Ausgestaltung, die den Durchschnitt der Partikeldurchmesser von Partikeln S verwendet, kann die Karte zum Schätzen des Partikeldurchmessers ohne Weiteres ausgebildet werden. In diesem Fall entspricht der Durchschnitt der Partikeldurchmesser von Partikeln S dem Partikeldurchmesser in den Ansprüchen.
B-6. Modifizierung 6
In der Ausführungsform ist das Partikelmesssystem 10 in dem Fahrzeug 500 montiert und misst die Menge von Partikeln, die in dem Abgas enthalten sind, das aus dem Verbrennungsmotor 400 abgelassen wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es können ebenso Partikel gemessen werden, die in Abgas enthalten sind, das aus irgend einem anderen Verbrennungsmotor abgelassen wird, wie zum Beispiel einem Verbrennungsmotor, der in irgend einem sich bewegendem Körper (zum Beispiel einem Schiff) montiert ist, und einem stationären Verbrennungsmotor. Des Weiteren kann die Menge von Partikeln, die in Rauch enthalten sind, der aus einem Schornstein einer Produktionsanlage aufsteigt, gemessen werden, und die Menge von Ruß oder sonstigen Partikeln, die in einem bestimmten Volumen enthalten sind, kann gemessen werden, um die Umgebung innerhalb eines Büros oder die Umgebung einer Straße zu überwachen.
Bezugszeichenliste

10: Partikelmesssystem
31: Gasströmungsdurchgang
35: Ausströmloch
41: Düse
42: Trennwand
45: Einströmloch
100: Partikelsensor
110: Ionengenerierungssektion
111: Ionengenerierungskammer
112: erste Elektrode
120: Abgaselektrifizierungssektion
121: Elektrifizierungskammer
130: Ionenfangsektion
131: Einfangkammer
132: zweite Elektrode
221: erste Verdrahtungsleitung
222: zweite Verdrahtungsleitung
223: Signalleitung
230: Nebenschlusswiderstand
300: Sensorbetreibersektion
400: Verbrennungsmotor
402: Auspuffrohr
405: Kraftstoffleitung
410: Filtervorrichtung
420: Fahrzeugsteuerungssektion
430: Kraftstoffzufuhrsektion
500: Fahrzeug
600: Sensorsteuerungssektion
610: Partikelmengen-Bestimmungssektion
620: Partikeldurchmesser-Schätzungssektion
700: Stromkreissektion
S: Partikel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-520669 [0003]
JP 2014-501391 [0003]

Claims

Partikelmesssystem, umfassend: eine Ionengenerierungssektion zum Generieren von Ionen mittels Koronaentladung; eine Elektrifizierungskammer zum Elektrizifieren, mittels der Ionen, mindestens eines Teils von Partikeln, die in einem gemessenen Gas enthalten sind; eine Ionenfangsektion zum Einfangen mindestens eines Teils der Ionen, die nicht für die Elektrifizierung der Partikel verwendet wurden; einen Messsignalgenerierungskreis zum Generieren eines Messsignals, das mit der Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel korreliert, auf der Basis eines Stromwertes, der einer Differenz zwischen der Menge der aus der Ionengenerierungssektion generierten Ionen und der Menge der durch die Ionenfangsektion eingefangenen Ionen entspricht; und eine Partikelmengen-Bestimmungssektion zum Bestimmen der Menge der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel auf der Basis des Messsignals, wobei das Partikelmesssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es des ferner umfasst: eine Partikeldurchmesser-Schätzungssektion zum Schätzen des Partikeldurchmessers der in dem gemessenen Gas enthaltenen Partikel, wobei die Partikelmengen-Bestimmungssektion eine Korrektur ausführt, indem das Messsignal oder die Menge der anhand des Messsignals bestimmten Partikel mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der in Bezug zu einem Verhältnis zwischen dem geschätzten Partikeldurchmesser und einem Referenz-Partikeldurchmesser steht.
Partikelmesssystem nach Anspruch 1, wobei die Partikelmengen-Bestimmungssektion, als die Menge der Partikel, die Massekonzentration der Partikel bestimmt, indem sie die Korrektur gemäß dem Ausdruck y = y₀ × (B/A)^N ausführt, wobei y das Messsignal oder die Massekonzentration der Partikel nach der Korrektur ist, y₀ das Messsignal oder die Massekonzentration der Partikel vor der Korrektur ist, A der Referenz-Partikeldurchmesser ist, B der geschätzte Partikeldurchmesser ist und N eine ganze Zahl von mindestens 2 ist.
Partikelmesssystem nach Anspruch 1, wobei die Partikelmengen-Bestimmungssektion, als die Menge der Partikel, die Anzahlkonzentration der Partikel bestimmt, indem sie die Korrektur gemäß dem Ausdruck y = y₀ × (A/B) ausführt, wobei y das Messsignal oder die Anzahlkonzentration der Partikel nach der Korrektur ist, y₀ das Messsignal oder die Anzahlkonzentration der Partikel vor der Korrektur ist, A der Referenz-Partikeldurchmesser ist und B der geschätzte Partikeldurchmesser ist.
Partikelmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Partikelmesssystem die Menge der Partikel misst, die in Abgas enthalten sind, das aus einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs abgelassen wird.
Partikelmesssystem nach Anspruch 4, wobei die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion den Partikeldurchmesser auf der Basis eines Parameters schätzt, der sich auf einen Antriebszustand des Verbrennungsmotors bezieht.
Partikelmesssystem nach Anspruch 5, wobei die Partikeldurchmesser-Schätzungssektion den Partikeldurchmesser auf der Basis mehrerer Parameter schätzt, die voneinander verschieden sind.
Partikelmesssystem nach Anspruch 6, wobei die mehreren Parameter, die voneinander verschieden sind, mindestens eine Drehzahl des Verbrennungsmotors und eine Kraftstoffeinspritzmenge umfassen.