DE102015112922A1

DE102015112922A1 - Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Filters

Info

Publication number: DE102015112922A1
Application number: DE102015112922.1A
Authority: DE
Inventors: Manabu Yoshidome
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: JP6361918B2; JP2016037899A; DE102015112922B4

Abstract

Es ist eine Vorrichtung (1) zum Erfassen eines Fehlers eines Filters (4) vorgesehen, welche entlang einer Abgaspassage (3) einer internen Verbrennungsmaschine (2) vorgesehen ist, um Feinstaub in/aus einem Abgas zu sammeln. In der Vorrichtung wird die Präsenz oder die Absenz eines Fehlers des Filters (4) basierend auf einem Ausgang eines Sensors (5) bestimmt, welcher entlang der Abgaspassage (3) stromabwärts zu dem Filter (4) vorgesehen ist. Ob ein Indikator, welcher indikativ für einen Zustand des Sammelns des Feinstaubs in dem Sensor (5) ist, außerhalb eines vorbestimmten Zustands füllt oder nicht, wird bestimmt. Falls es bestimmt wird, dass der Indikator außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt, wird der Heizer (54) derart betrieben, dass dieser das Sammeln des Feinstaubs in dem Sensor (5) unterbricht.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Filters, um Feinstaub in bzw. aus Abgasen zu sammeln, welche von einer internen Verbrennungsmaschine abgegeben werden.
Stand der Technik
In herkömmlicher Weise wird eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Filters zum Sammeln von Feinstaub (nachstehend PM bezeichnet) in einem Abgas, welcher von einer internen Verbrennungsmaschine abgegeben wird, vorgeschlagen (siehe beispielsweise das japanische Patent mit der Nummer 5115873 ). Die Vorrichtung, welche in dem japanischen Patent mit der Nummer 5115873 offenbart ist, ist derart konfiguriert, dass diese den Fehler des Filters unter Verwendung eines elektro-resistiven Sensors erfasst, welcher derart tätig ist, dass dieser einen Ausgang bzw. Ausgangswert entsprechend einer Menge des Feinstaubs (nachstehend PM-Menge bezeichnet) in dem Abgas erzeugt. Der elektro-resistive Sensor beinhaltet, als ein Isolationselement, einen Sammelabschnitt mit einem Paar von Elektroden zum Anlegen einer Spannung dazwischen. Der Feinstaub ist hauptsächlich aus Ruß gebildet, welcher leitfähig ist. Daher, wenn eine bestimmte Menge oder mehr des Feinstaubs durch das Element gesammelt wird, so dass die Leitfähigkeit zwischen dem Paar der Elektroden hergestellt werden kann, wird ein sensierter Wert (des Stroms zwischen dem Paar der Elektroden) entsprechend der Menge des Feinstaubs während der Leitung bzw. des Leitens ausgegeben.
Bei der Fehlererfassungsvorrichtung des japanischen Patents mit der Nummer 5115873 ist ein solcher Sensor stromabwärts zu dem Filter angeordnet und basierend auf der Zeit, bei welcher der Sensorausgang ansteigt (d. h., der Startzeit der Erregung), wird bestimmt, ob der Filter ausgefallen ist oder nicht. Genauer gesagt, unter der Annahme, dass der Filter ein defekter Filter ist, wird basierend darauf, ob die Bestimmung des Filterfehlers getätigt wurde, eine Menge des Feinstaubs, der stromabwärts gelegen zu dem Filter abgegeben wird, abgeschätzt, und basierend auf der abgeschätzten Menge des Feinstaubs wird die Zeit, bei welcher der Sensorausgang ansteigt (bezeichnet als Referenzzeit) abgeschätzt. Dann wird bestimmt, ob der Filter ausgefallen ist oder nicht, in dem die Zeit, bei welcher der Sensorausgang tatsächlich ansteigt, mit der Referenzzeit verglichen wird.
Sogar die gleiche Menge von Feinstaub, der durch eine Abgaspassage fließt, die stromabwärts zu dem Filter gelegen ist, kann zu unterschiedlichen PM-Sammeleffizienzen oder Ausgangswerten des Sensors in Abhängigkeit zu unterschiedlichen Abgasbedingungen (z. B. Flussraten, Temperaturen, Konzentration) oder zu der Natur des Feinstaubs (z. B. Partikelgröße, Anteile des löslichen organischen Anteils (SOF) in dem Feinstaub) führen. Beispielsweise kann eine hohe Durchflussrate des Abgases dazu führen, dass der Feinstaub, welcher in den Sensor eindringt, sich mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auf dem Sammelabschnitt ablagert, was in einer niedrigen PM-Sammeleffizienz resultiert. Zusätzlich, z. B. kann ein hoher SOF-Anteil zu einer hohen Klebrigkeit bzw. Sammelfähigkeit führen, so dass die Erfassung des Feinstaubs durch den Bewegungswiderstand (Reduzierung der Mobilität des Feinstaubs, welcher auf dem Sammelabschnitt abgelagert ist) oder durch den elektrischen Widerstand (eine hindernde bzw. verhinderte Leitung zwischen den Elektroden) des weniger leitfähigen SOF verzögert werden kann.
Zusätzlich kann die Quantität bzw. die Menge des Feinstaubs, welches stromabwärts zu dem Filter ausgegeben wird, mit den Umweltbedingungen (z. B. bei niedrigen Temperaturen) oder mit den Betriebsbedingungen der internen Verbrennungsmaschine (z. B. bei dem Starten oder bei dem Beschleunigen oder Verzögern) variieren, was zu Schwankungen der Genauigkeit bei der Abschätzung der Menge des Feinstaubs führen kann, welcher stromabwärts zu dem Filter ausgestoßen wird. Die Schwankungen der Sammelbedingungen (z. B. Sammeleffizienzen und Sensorausgangswerte) und die Schwankungen der Genauigkeit beim Abschätzen der Menge des Feinstaubs können zu einer inkorrekten Diagnose des Filterfehlers führen.
Unter Berücksichtigung des vorstehend gesagten, sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dazu ausgelegt, dass diese eine Vorrichtung zur Erfassung eines Fehlers eines Filters vorsehen, die fähig ist, die Genauigkeit beim Bestimmen zu verbessern, ob der Filter normal oder Fehlerhaft ist.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlers eines Filters vorgesehen, welche entlang einer Abgaspassage einer internen Verbrennungsmaschine vorgesehen ist, um Feinstaub in einem Abgas zu sammeln. Die Vorrichtung beinhaltet das Folgende: einen Sensor, welcher entlang der Abgaspassage stromabwärts zu dem Filter vorgesehen ist, wobei der Sensor einen Sammelabschnitt beinhaltet, welcher ein Paar von Elektroden und einen Heizer zum Heizen des Sammelabschnitts aufweist, wobei der Sensor derart konfiguriert ist, dass dieser einen Stromwert ausgibt, der zwischen dem Paar der Elektroden fließt, oder einen Wert ausgibt, der mit dem Strom korreliert ist, der zwischen dem Paar der Elektroden fließt, wobei der Strom in Abhängigkeit mit einer Menge des Feinstaubs schwankt, der auf dem Sammelabschnitt des Sensors abgelagert ist; Fehlerbestimmungsmittel zum Bestimmen der Präsenz oder der Absenz eines Fehlers des Filters basierend auf dem Ausgang des Sensors; Zustandsbestimmungsmittel zum Bestimmen, ob ein Indikator außerhalb eines vorbestimmten Zustands fällt oder nicht, wobei der Indikator indikativ für einen Zustand des Sammelns des Feinstaubs in dem Sensor ist; und ein Heizsteuermittel zum Betreiben des Heizers, falls durch das Zustandsbestimmungsmittel bestimmt ist, dass der Indikator außerhalb des vorbestimmten Zustands fällt.
Bei der wie vorstehend konfigurierten Vorrichtung wird bestimmt, ob der Indikator, welcher indikativ für einen Zustand des Sammelns des Feinstaubs in den Sensor ist, außerhalb eines vorbestimmten Zustands fällt. Falls bestimmt wird, dass der Indikator außerhalb des vorbestimmten Zustands fällt, wird der Heizer, welcher in dem Sammelabschnitt vorgesehen ist, betätigt. Mit dieser Konfiguration kann eine erhöhte Temperatur des Heizers eine thermophoretische Kraft reduzieren, welche auf den Feinstaub in eine Richtung in Richtung des Sammelabschnitts wird, wobei es dadurch für den Feinstaub schwierig gemacht wird, dass dieser in dem Sammelabschnitt gesammelt wird. Daher können Schwankungen beim Sammelzustand und beim Ausgang des Sensors unterdrückt werden, und dies im Vergleich dazu, wenn der Feinstaub in dem Sammelabschnitt gesammelt wird, ohne dabei den Zustand des Indikators zu berücksichtigen. Die Fehlerbestimmung wird basierend auf den Ausgängen des Sensors mit den unterdrückten Schwankungen getätigt, was die Genauigkeit bei der Filterfehlerbestimmung erhöhen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Fahrzeugmaschinensystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines PM-Sensors;
3 zeigt ein Schema von Feinstaub, welcher benachbart zu einem Paar von Elektroden auf einem Sensorelement abgelagert ist;
4 zeigt ein Flussdiagramm eines DPF-Fehlerbestimmungsverfahrens;
5 zeigt eine Beziehung zwischen einer Abgasflussrate und einer PM-Sammeleffizienz;
6 zeigt eine Beziehung zwischen einer PM-Konzentration und einer PM-Sammeleffizienz;
7 zeigt ein Schema einer thermophoretischen Kraft, welche auf den Feinstaub wirkt, welcher benachbart zu dem Sensorelement fließt;
8 zeigt ein Schema von anziehenden und abstoßenden thermophoretischen Kräften, welche auf Feinstaub wirken, welcher benachbart zu dem Sensorelement fließt;
9 zeigt eine Beziehung zwischen einer Temperaturdifferenz zwischen einer Abgastemperatur und einer Sensorelementtemperatur und einer PM-Sammeleffizienz; und
10 zeigt zeitliche Schwankungen von verschiedenen Zuständen in Bezug auf das DPF-Fehlerbestimmungsverfahren.
BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend vollständiger mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben werden, wobei Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann allerdings in viele unterschiedliche Formen umgesetzt werden und diese Offenbarung sollte nicht derart ausgelegt werden, dass diese die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Im Gegenteil, diese Ausführungsformen sind derart vorgesehen, dass diese Offenbarung durchgängig und vollständig sein wird, und dass diese den Umfang der Erfindung vollständig für den Fachmann offenbaren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Fahrzeugmaschinensystems 1 entsprechend einer Fehlererfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Maschinensystem 1 beinhaltet eine Dieselmaschine 2 (nachstehend als eine Maschine bezeichnet) als eine interne Verbrennungsmaschine. Die Maschine 2 ist mit einem Injektor zum Injizieren von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer vorgesehen. Die Maschine 2 erzeugt Fahrzeugantriebskräfte durch die Selbstzündung des Kraftstoffs, der durch den Injektor in die Verbrennungskammer injiziert wird.
Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 4 ist entlang einer Abgaspassage 2 der Maschine 2 vorgesehen. Der DPF 4 kann ein bekannter keramischer Filter sein, welcher in einer Honigwabenstruktur ausgebildet ist, die aus widerstandsfähigen Keramiken hergestellt sind, wie z. B. aus Cordierit, wobei dieser solchermaßen konfiguriert ist, dass eine Anzahl von Zellen der Wabenstruktur, die jeweils eine Passage für das Abgas ausbilden, abwechselnd in einem Schachbrettmuster an jedem Filtereingang und in Flächen des Ausgangs angeordnet sind. Während das Abgas von der Maschine 2 stromabwärts durch poröse Abschnitte des DPF 4 fließt, wird der Feinstaub (PM) in dem Abgas abgelagert und graduelle gesammelt. Ein elektro-resistiver PM-Sensor 5 zum Erfassen einer Menge des Feinstaubs in dem Abgas ist stromabwärts zu dem DPF 4 entlang der Abgaspassage 3 vorgesehen. 2 ist ein schematisches Diagramm des PM-Sensors 5. Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der PM-Sensor 5 eine hohle Metallabdeckung 51 und ein Sensorelement 52 (auch als ein Sammel- oder Fallen-Abschnitt des PM-Sensors 5 bezeichnet) innerhalb der Abdeckung 51. Die Abdeckung 51 weist eine Mehrzahl von Löchern 511 solchermaßen auf, dass Teile des Abgases, welche durch die Abgaspassage 3 fließen, in die Abdeckung 51 durch die Löcher 511 eindringen können. Die Abdeckung 51 weist ferner ein Abgasloch 512 an einer führenden Kante der Abdeckung 51 zum Ausstoßen des Abgases auf, welches in die Abdeckung 51 eingedrungen ist.
Das Sensorelement 52 beinhaltet ein Isolatorsubstrat, welches aus Keramik oder dergleichen hergestellt ist. Ein Paar von Elektroden 53, welche voneinander beabstandet angeordnet sind, und welche einander gegenüberliegen, ist auf einer der Oberflächen des Sensorelements 52 vorgesehen (welches ein Isolatorsubstrat ist). Das Prinzip zum Erfassen der Menge des Feinstaubs unter Verwendung des PM-Sensors 5 wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben werden. 3 zeigt den Feinstaub, welcher benachbart zu dem Paar der Elektroden 53 angeordnet bzw. abgelagert ist. So wie dies in 3 gezeigt ist, ist das Sensorelement 52 elektrisch mit dem Spannungs-Anlege-Schaltkreis 56 zum Anlegen einer spezifischen Gleichspannung zwischen dem Paar der Elektroden 53 gemäß einem Befehlt von einer elektrischen Steuereinheit (ECU) 6, welche später beschrieben werden wird, verbunden. Ein Teil des Feinstaubs in dem Abgas, welches in die Abdeckung 51 eingedrungen ist, ist in dem Sensorelement 52 gesammelt oder abgelagert, und dies aufgrund seiner eigenen Klebrigkeit. Der nicht-gesammelte Anteil des Feinstaubs wird aus dem Abgasloch 512 ausgestoßen.
Zusätzlich sind bei dem Anlegen der Spannung zwischen den Elektroden 53 über den Spannungs-Anlege-Schaltkreis 56 die Elektroden 53 jeweils positiv und negativ geladen. Der Feinstaub, welcher sich benachbart zu den Elektroden 53 bewegt, wird auf diese Weise geladen, was ein Sammeln des Feinstaubs in dem Sensorelement 52 bewirken kann. Wenn keine Spannung zwischen den Elektroden 53 angelegt wird, kann eine kleinere Menge von Feinstaub in dem Sensorelement 52 im Vergleich dazu gesammelt werden, wenn die Spannung an den Elektroden 53 anliegt. Nachstehend wird das Sammeln des Feinstaubs in dem Sensorelement 52 durch das Anlegen von Spannung zwischen den Elektroden 53 als elektrostatisches Sammeln bezeichnet werden.
Nun werden die Ausgangscharakteristiken des PM-Sensors 5 beschrieben werden. Unter Verwendung der Tatsache, dass der Widerstand zwischen den Elektroden 53 in Abhängigkeit zu der Menge des Feinstaubs schwankt, der durch das Sensorelement 52 gesammelt wird, erzeugt der PM-Sensor 5 einen Ausgang als eine Funktion der Menge des Feinstaubs, der durch das Sensorelement 52 gesammelt wird. Genauer gesagt wird kein Sensorausgang erzeugt, wenn nur eine kleine Menge von gesammeltem Feinstaub vorhanden ist, d. h. es werden nur geringe Ausgangswerte erzeugt, welche niedriger als ein Schwellwert sind, wobei die Ausgangswerte gleich oder größer als der Schwellwert das Auftreten eines Anstiegs des Sensorausgangs angeben. Die Rußkomponente des Feinstaubs wird durch leitfähige Kohlenstoffpartikel ausgebildet. Daher, wenn eine vorbestimmte Menge oder mehr des Feinstaubs gesammelt ist, wird eine Leitfähigkeit zwischen den Elektroden 53 hergestellt, was zu einem Anstieg des Sensorausgangs führt (der Sensorausgangswert ist gleich oder größer als der Schwellwert).
Nach dem Anstieg des Sensorausgangs verringert sich der Widerstand zwischen den Elektroden 53 mit dem Anstieg der Menge des gesammelten Feinstaubs. Entsprechend erhöht sich der Strom, welcher zwischen den Elektroden 53 fließt, d. h. es erhöht sich der Sensorausgang. Das Maschinensystem 1 beinhaltet ein Amperemeter 57 (siehe 3) zum Messen des Stroms, welcher zwischen den Elektroden 53 fließt, wobei die Abtastwerte des Amperemeters Ausgänge des PM-Sensors 5 sind. Der Widerstandwert (oder die Spannung) zwischen dem Paar der Elektroden 53, als ein Wert, der mit dem Strom korreliert ist, welcher zwischen den Elektroden 53 fließt, kann gemessen werden, und der Widerstandswert kann als ein Ausgang des PM-Sensors 5 ausgegeben werden.
Das Sensorelement 52 ist mit einem Heizer 54 zum Heizen des Sensorelements 52 vorgesehen. Der Heizer 54 kann verwendet werden, um den Feinstaub herauszubrennen, welcher durch das Sensorelement 52 gesammelt wird, wobei dadurch der PM-Sensor 5 wieder aufgefrischt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Heizer 54 nicht nur dazu verwendet, den PM-Sensor 5 wieder aufzufrischen, sondern wird dieser ebenso verwendet, zu vermeiden, dass der PM-Sensor 5 den Feinstaub sammelt, so wie dies später beschrieben werden wird. Der Heizer 54 kann an einer Oberfläche angeordnet sein, welche der Oberfläche mit dem Paar der Elektroden 53, die darauf ausgebildet sind, gegenüberliegt, oder kann der Heizer 54 innerhalb des Sensorelements 52 angeordnet sein. Der Heizer 54 ist aus einem Heizdraht ausgebildet, wie z. B. einem Platindraht (Pp) oder dergleichen. Um den PM-Sensor 5 wieder aufzufrischen, wird der Heizer 54 derart gesteuert, dass dieser das Sensorelement 52 auf eine Temperatur aufheizt, welche hoch genug ist, die jeweiligen Komponenten herauszubrennen bzw. abzubrennen (z. B. die Rußkomponente und die SOF-Komponente), welche den Feinstaub bilden, genauer gesagt kann diese Temperatur 600°C oder mehr erreichen (z. B. 700°C).
Der PM-Sensor 5 beinhaltet einen Steuerschaltkreis 55, welcher elektrisch mit den Elektroden 53 und dem Heizer 54 verbunden ist. Der Steuerschaltkreis 55 kann darin einen Spannungs-Anlege-Schaltkreis 56 und ein Amperemeter 57 beinhalten, und dieser kann derart konfiguriert sein, dass dieser basierend auf dem Befehl von der ECU 6 das elektrostatische Sammeln über den Spannungs-Anlege-Schaltkreis 56 derart beeinflusst, dass der Strom durch das Amperemeter 57 gemessen wird, welcher zwischen den Elektroden 53 fließt. Der Steuerschaltkreis 55 steuert den Betrieb des Heizers 54. Genauer gesagt ist der Steuerschaltkreis 55 derart konfiguriert, dass dieser während des Betriebs des Heizers 54 die Temperatur des Heizers 54 steuert (d. h. die Temperatur des Sensorelements 52), in dem der Strom (z. B. eine Durchflussrate des Stroms), der durch den Heizer 54 fließt, und eine Erregungszeit bzw. Bestromungszeit eingestellt wird. Der Steuerschaltkreis 55 ist elektrisch mit der ECU 6 verbunden, um den Befehl von der ECU 6 zu empfangen, und um den Stromwert, der durch das Amperemeter 57 gemessen wird, zu der ECU 6 zu übertragen.
Nunmehr bezugnehmend auf 1 ist das Maschinensystem 1 mit verschiedenen Sensoren vorgesehen, welche erforderlich sind, die Maschine 2 zu betreiben, und ebenso ist das Maschinensystem 1 mit dem PM-Sensor 5 vorgesehen. Genauer gesagt können die verschiedenen Sensoren das folgende beinhalten, jedoch sind diese nicht auf diese Sensoren beschränkt: einen Maschinengeschwindigkeitssensor 71, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Drehgeschwindigkeit bzw. Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine 2 erfasst, einen Gaspedalsensor 72, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine betätigte Variable (den Betrag des Drückens) eines Gaspedals als eine Drehmomentanfrage von einem Fahrzeugfahrer erfasst, einen Abgastemperatursensor 73, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Temperatur des Abgases erfasst (Abgastemperatur), ein Luftflussmessgerät 74, welches derart konfiguriert ist, dass dieses einen Betrag, der Frischluft erfasst, welche in die Maschine 2 eingesaugt wird, und einen Kühlmitteltemperatursensor 75, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser die Temperatur eines Kühlwassers zum Kühlen der Maschine 2 erfasst. Der Abgastemperatursensor 73 kann entlang der Abgaspassage 3 zwischen dem DPF 4 und dem PM-Sensor 5 vorgesehen sein. Der Abgastemperatursensor 73 bildet Temperaturerfassungsmittel aus.
Das Maschinensystem 1 beinhaltet die ECU 6, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Gesamtsteuerung des Maschinensystems 1 steuert. Die ECU 6 weist eine herkömmliche Struktur eines Mikrocomputers auf. Genauer gesagt beinhaltet die ECU 6 eine CPU (nicht näher dargestellt) zum Durchführen von verschiedenen Betriebsarten, und einen Speicher 61 zum Speichern von verschiedenen Arten von Informationen. Die ECU 6 kann derart konfiguriert sein, dass dieser einen Betriebszustand der Maschine 2 basierend auf den Erfassungssignalen von verschiedenen Sensoren erfasst, dass diese eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge berechnet, dass diese ein Einspritztiming und einen Einspritzdruck und dergleichen für den erfassten Betriebszustand der Maschine 2 berechnet, um das Kraftstoffeinspritzen für die Maschine 2 zu steuern.
Die ECU 6 ist derart konfiguriert, dass diese ein DPF-Fehlerbestimmungsverfahren durchführt, um zu bestimmen, ob der DPF 4 ausgefallen ist, und dies basierend auf den gemessenen bzw. sensierten Werten des PM-Sensors 5. 4 ist ein Flussdiagramm des DPF-Fehlerbestimmungsverfahrens. Das DPF-Fehlerbestimmungsverfahren der 4 wird bei dem Start der Maschine 2 initiiert, und wird dann wiederholt durchgeführt, bis die Maschine 2 gestoppt ist.
Zuerst bewirkt bei dem DPF-Fehlerbestimmungsverfahren der 4 die ECU 6 das elektrostatische Sammeln durch das Anlegen der Spannung zwischen den Elektroden 53 über den Spannungs-Anlege-Schaltkreis 56 (siehe 3) in Schritt S1. Die ECU 6, welche den Vorgang bei Schritt S1 durchführt, und der Spannungs-Anlege-Schaltkreis 56 bilden Spannungsanlegemittel aus. Nachfolgend, bei Schritt S2, wird bestimmt, ob ein vorbestimmter Zustand zum Unterbrechen des PM-Sensors 5 vom Sammeln des Feinstaubs (bezeichnet als Sammelunterbrechungszustand) erfüllt ist oder nicht. So wie dies schon in der Einleitung erwähnt ist, sogar die gleiche Menge von Feinstaub, welche durch die Abgaspassage 3 fließt, die stromabwärts zu dem Filter angeordnet ist, kann zu unterschiedlichen PM-Sammeleffizienzen oder Ausgangswerten des Sensors in Abhängigkeit zu unterschiedlichen Abgasbedingungen (z. B. Flussraten, Temperaturen, Konzentrationen) oder zu der physikalischen Natur des Feinstaubs (z. B. Partikelgrößen, Verhältnisse des löslichen organischen Anteils (SOF) in dem Feinstaub) führen. Als ein Beispiel zeigt 5 eine Beziehung zwischen der Abgasflussrate bzw. Abgasdurchflussrate (durch die Abszisse angegeben) und der Sammeleffizienz des PM-Sensors 5 (durch die Ordinate angegeben). So wie dies in 5 zu sehen ist, verringert sich die Sammeleffizienz mit der Erhöhung der Durchflussrate des Abgases.
So wie dies in 5 gezeigt ist, in einem Bereich mit einer hohen Abgasflussrate (z. B. ein Bereich, welcher größer ist als die Abgasflussrate X2 in 5), ist die Abgasflussrate so hoch, dass der Feinstaub, welcher in dem PM-Sensor 5 eingetreten ist, nicht leicht durch das Sensorelement 52 gesammelt werden kann, was die PM-Sammeleffizienz verringert. Ebenso, in einem Bereich mit einer niedrigen Abgasflussrate (z. B. einem Bereich, der geringer ist als die Abgasflussrate X1 in 5), ist die Abgasflussrate so gering, dass der Feinstaub, welcher in den PM-Sensor 5 eingetreten ist, das Sensorelement 52 nicht einfach erreichen kann, was die PM-Sammeleffizienz verringert. Zusätzlich eröffnet jeder Bereich mit der hohen Abgasflussrate und mit der niedrigen Abgasflussrate starke Schwankungen der PM-Sammeleffizienz. Im Gegensatz dazu, in einem Bereich, der ein anderer ist als der Bereich mit der hohen Abgasflussrate und als der Bereich mit der niedrigen Abgasflussrate (ein Bereich von X1 bis X2), ist die PM-Sammeleffizienz mit geringen Schwankungen hoch.
Eine Beziehung zwischen der PM-Konzentration (d. h. einer Menge des Feinstaubs pro Volumeneinheit) und der PM-Sammeleffizienz des PM-Sensors 5 wird nun erläutert werden. 6 zeigt die Beziehung zwischen der PM-Konzentration (durch die Abszisse abgegeben) und der PM-Sammeleffizienz (durch die Ordinate angegeben). So wie dies aus 6 zu sehen ist, verringert sich die PM-Sammeleffizienz mit der Erhöhung der PM-Konzentration. Dies rührt daher, dass der PM-Sensor 5 eine beschränkte Fähigkeit des Sammelns des Feinstaubs aufweist. Wenn die PM-Konzentration so hoch ist, dass der Feinstaub um den PM-Sensor geclustert ist (d. h. um das Sensorelement 52), dann erhöht sich ein Anteil des nicht gesammelten Feinstaubs. Das heißt, so wie dies in 6 gezeigt ist, führt eine erhöhte PM-Konzentration zu einer verringerten PM-Sammeleffizienz.
Eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur, der Temperatur des Sensorelements 52 (als eine Elementtemperatur bezeichnet), und der PM-Sammeleffizienz wird nun erläutert werden. 7 zeigt ein Schema von thermophoretischen Kräften, welche auf den Feinstaub wirken, der benachbart zu dem Sensorelement 52 fließt. Bei dem Fall, bei dem das Abgas in seiner Temperatur höher ist als das Sensorelement 52, ist eine Menge der Bewegung des Feinstaubs, welcher benachbart zu dem Sensorelement 52 fließt, die von dem Abgas 101 mit einer höheren Temperatur an einer Seite empfangen wird, die dem Sensorelement 52 gegenüberliegt, größer als eine Menge der Bewegung des Feinstaubs, welcher benachbart zu dem Sensorelement 52 fließt, die von dem Abgas 102 mit der niedrigen Temperatur an der Seite des Sensorelements 52 empfangen wird. Daher empfangt der Feinstaub eine Kraft (auch als eine thermophoretische Kraft bezeichnet) in einer Richtung von der Seite der höheren Temperatur zu der Seite der niedrigeren Temperatur (d. h. in Richtung des Sensorelements 52). Das heißt, bei dem Fall, bei dem die Abgastemperatur Tg höher ist als die Elementtemperatur Te ist eine Anziehungskraft zu dem Sensor 52 auf den Feinstaub vermittelt, so wie dies in 8 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu, bei dem Fall, bei dem die Temperatur des Elements Te höher ist als die Abgastemperatur Tg wird eine abstoßende Kraft weg von dem Sensorelement 52 auf den Feinstaub vermittelt, so wie dies in 8 zu sehen ist.
Die thermophoretische Geschwindigkeit (thermophoretische Kraft) U_T, welche auf den Feinstaub wirkt, der benachbart zu dem Sensorelement 52 ist, kann mittels der folgenden Gleichung (1) berechnet werden. Bei Gleichung (1) repräsentiert v die kinetische Viskosität des Abgases, Tg die Temperatur des Abgases, Te die Temperatur des Sensorelements 52 und K_th einen thermophoretischen Koeffizienten. 9 zeigt eine Beziehung zwischen einem Temperaturunterschied (Tg – Te) zwischen der Abgastemperatur Tg und der Elementtemperatur Te (durch die Abszisse angegeben) und einer PM-Sammeleffizienz des PM-Sensors 5 (durch die Ordinate angegeben). So wie dies in Gleichung (1) gezeigt ist, so wie sich der Temperaturunterschied (Tg – Te) erhöht, erhöht sich die thermophoretische Geschwindigkeit, die auf den Feinstaub vermittelt wird, in der Richtung in Richtung des Sensorelements 52. Daher, so wie dies in 9 gezeigt ist, erhöht sich die PM-Sammeleffizienz, so wie sich der Temperaturunterschied (Tg – Te) erhöht. Wenn der Temperaturunterschied (Tg – Te) fixiert ist, verringert sich die thermophoretische Geschwindigkeit, so wie sich die Abgastemperatur Tg erhöht (siehe Gleichung (1)). Daher, so wie dies in 9 gezeigt ist, ist die durchgezogene Linie, die eine Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz (Tg – Te) bei einer höheren Abgastemperatur Tg und der Sammeleffizienz repräsentiert, in seiner Sammeleffizienz niedriger eingestellt als die gestrichelte Linie, welche eine Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz (Tg – Te) bei einer niedrigeren Abgastemperatur Tg und der Sammeleffizienz repräsentiert.
Unterschiedliche Temperaturen des Abgases oder des Sensorelements können zu unterschiedlichen Größen oder Richtungen der thermophoretischen Kräfte führen, welche auf den Feinstaub wirken, wobei dies die Sammeleffizienzen des PM-Sensors 5 beeinflusst.
Eine Beziehung zwischen den PM-Partikelgrößen und dem PM-Sensor 5 wird nun erläutert werden. Eine PM-Partikelgröße beeinflusst die PM-Sammeleffizienz des PM-Sensors 5 nicht signifikant. Allerdings kann der Wert des Stroms, welcher zwischen den Elektroden 53 fließt, d. h. der Ausgangswert des PM-Sensors 5, mit der PM-Partikelgröße schwanken. Genauer gesagt kann eine verringerte PM-Partikelgröße zu einer Erhöhung des Stroms führen, welcher zwischen den Elektroden 53 fließt.
Eine Beziehung zwischen dem SOF-Anteil und dem PM-Sensor 5 wird nun erläutert werden. Der Feinstaub ist Hauptsächlich aus der Rußkomponente, der SOF-Komponente und der Sulfatkomponente ausgebildet. Die SOF-Komponente wird als unverbrannter Kraftstoff oder Schmiermittel alleine oder als imprägniert in die Rußkomponente ausgestoßen. Die Sulfatkomponente ist ein Oxidationsprodukt des Schwefelinhalts in dem Kraftstoff (Sulfid), der in der Feuchtigkeit des Abgases gelöst ist, welches vernebelt bzw. verdampft werden soll. Die Rußkomponente weist eine hohe Leitfähigkeit auf, während die SOF-Komponente und die Sulfatkomponente eine niedrige Leitfähigkeit aufweisen. Daher ist die Rußkomponente eine Primärkomponente, welche durch den PM-Sensor 5 erfasst werden kann. Die SOF-Komponente und die Sulfatkomponente sind durch den PM-Sensor 5 schwierig zu erfassen. Das heißt, dass die Menge des Feinstaubs, der durch den PM-Sensor 5 erfasst wird, nicht die gesamte Menge bzw. Masse des Feinstaubs ist. Die SOF-Komponente und die Sulfatkomponente, die durch den PM-Sensor 5 gesammelt werden, tendieren dahin, dass diese die Leitfähigkeit der Rußkomponente reduzieren (d. h., die Leitfähigkeit zwischen dem Paar der Elektroden 53), was die Empfindlichkeit des PM-Sensors 5 verschlechtert. Zusätzlich kann die hohe Klebrigkeit der SOF-Komponente die Mobilität des Feinstaubs auf dem Sensorelement 52 reduzieren, was verhindert, dass der Feinstaub zwischen dem Paar der Elektroden 53 während des elektrostatischen Sammelns ausgerichtet ist. Dies kann ebenso die Empfindlichkeit des PM-Sensors 5 verschlechtern. Die Empfindlichkeit des PM-Sensors 5 kann mit dem Anteil der SOF-Komponente variierten.
Die Anteile der Rußkomponente und der SOF-Komponente in dem Feinstaub können mit dem Betriebszustand der Maschine 2 variieren, wobei der Anteil der Rußkomponente 60 bis 100% beträgt, und wobei der Anteil der SOF-Komponente 0 bis 35% beträgt, und wobei der Anteil der Sulfatkomponente etwa 5% beträgt. Auf diese Weise kann der Anteil der SOF-Komponente in dem Feinstaub (bezeichnet als ein SOF-Anteil) mit dem Betriebszustand der Maschine 2 variieren. Ein erhöhter SOF-Anteil kann die Erfassung des Feinstaubs (die Leitfähigkeit zwischen den Elektroden 53) durch den PM-Sensor 5 verzögern.
Die Abgasflussrate, die Abgastemperatur, die Elementtemperatur, der Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Elementtemperatur, die PM-Konzentration, die PM-Partikelgröße und der SOF-Anteil sind Indikatoren, welche den Sammelzustand des PM-Sensors 5 beeinflussen (z. B. die Sammeleffizienz, den Sensorausgangswert oder dergleichen). So wie dies später beschrieben werden wird, ist die ECU 6 derart konfiguriert, dass diese die Menge des Feinstaubs stromabwärts zu dem DPF 4 abschätzt. Allerdings ist die Schwankung der Menge des Feinstaubs, der von der Maschine 2 während einer nicht-stationären Zeitdauer ausgestoßen wird (z. B. eine Startperiode, eine Beschleunigungs-/Verzögerungsperiode, eine Periode mit einer niedrigen Temperatur oder dergleichen) größer als die Schwankung der Menge des Feinstaubs, der von der Maschine 2 während einer stationären Periode ausgestoßen wird. Das heißt, während der nicht-stationären Periode erhöht sich die Schwankung der Genauigkeit beim Abschätzen der Menge des Feinstaubs stromabwärts zu dem DPF 4 (die Abschätzgenauigkeit wird verschlechtert). Auf diese Weise können unterschiedliche Betriebszustände der Maschine 2 (die stationäre Periode und die nicht-stationäre Periode) zu unterschiedlichen Genauigkeiten beim Abschätzen der Menge des Feinstaubs stromabwärts zu dem DPF 4 führen. Daher kann der Betriebszustand der Maschine 2 ein Indikator sein, welcher die Genauigkeit beim Abschätzen der Menge des Feinstaubs stromabwärts zu dem DPF 4 beeinflusst.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Indikator von Interesse aus den vorstehenden Indikatoren ausgewählt (die Abgasflussrate, die Abgastemperatur, die Elementtemperatur, der Unterschied zwischen Abgastemperatur und Elementtemperatur, die PM-Konzentration, die PM-Partikelgröße, der SOF-Anteil, der Betriebszustand der Maschine 2 (die Startperiode, die Beschleunigungs-/Verzögerungsperiode, oder die Periode mit der niedrigen Temperatur) und dergleichen). Bei Schritt S2 von 4 wird bestimmt, dass der Sammelverhinderungszustand erfüllt ist, falls der Indikator von Interesse außerhalb eines vorbestimmten Zustands liegt, und es wird bestimmt, dass der Sammelverhinderungszustand nicht erfüllt ist, falls der Indikator von Interesse innerhalb des vorbestimmten Zustands bzw. der vorbestimmten Bedingung liegt. Beispielsweise ist ein Bereich mit einer großen Schwankung der Sammeleffizienz des PM-Sensors 5, ein Bereich einer großen Schwankung des Ausgangs des PM-Sensors 5, oder ein Bereich mit geringer Genauigkeit beim Abschätzen der Menge des Feinstaubst stromabwärts des DPF derart definiert, dass dieser außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt. Das heißt, dass ein Bereich einer geringen Schwankung der Sammeleffizienz des PM-Sensors 5, ein Bereich einer geringen Schwankung des Ausgangs des PM-Sensors 5, oder ein Bereich von hoher Genauigkeit beim Abschätzen der Menge des Feinstaubs stromabwärts zu dem DPF derart definiert ist, dass diese innerhalb des vorbestimmten Zustands liegen.
Genauer gesagt, bei Schritt S2, wenn der Indikator von Interesse die Abgasflussrate ist (d. h., die Abgasflussrate des Feinstaubs stromabwärts zu dem DPF 4), wird bestimmt, ob die Abgasflussrate außerhalb des Bereichs zwischen den Schwellwerten bzw. Grenzwerten X1 und X2 liegt oder nicht (siehe 5), so wie der Indikator von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt oder nicht. Die Abgasflussrate kann als eine volumetrische Flussrate des Abgases basierend auf einer Menge von frischer Luft abgeschätzt werden, die durch das Luftflussmessgerät 74 erfasst wird (siehe 1), wobei berücksichtigt wird, dass sich das Abgas als Funktion der Abgastemperatur ausdehnt, die durch den Abgastemperatursensor 73 erfasst wird (siehe 1), und wobei eine Kompression des Abgases als eine Funktion des Drucks berücksichtigt wird, der durch einen Drucksensor (nicht näher dargestellt) erfasst wird. Zusätzlich kann die Abgasflussrate mit dem Betriebszustand der Maschine 2 variieren (dieser Zustand wird durch die Maschinengeschwindigkeit, eine elektrische Last oder dergleichen spezifiziert). Daher kann bestimmt werden, ob die Abgasflussrate außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt oder nicht (z. B., außerhalb des vorbestimmten Bereichs), und dies basierend auf dem Betriebszustand der Maschine 2. Genauer gesagt ist beispielsweise der Betriebszustand der Maschine 2, wobei die Maschine 2 mit einer niedrigen Drehgeschwindigkeit tätig ist (niedriger als ein Schwellwert) und diese mit einer geringen elektrischen Last tätig ist (mit einer Kraftstoffeinspritzmenge, welche geringer ist, als ein vorbestimmter Schwellwert), ein Zustand mit einer niedrigen Abgasflussrate sein (wobei in 5 die Abgasflussrate gleich oder geringer als der Schwellwert X1 ist). Der Betriebszustand der Maschine 2, wobei die Maschine 2 mit einer hohen Drehgeschwindigkeit tätig ist (gleich oder größer als der Schwellwert) und diese mit einer hohen elektrischen Last tätig ist (mit der Kraftstoffeinspritzmenge, die gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellwert ist), kann ein Zustand mit einer hohen Abgasflussrate sein (wobei in 5 die Abgasflussrate größer als der Schwellwert X2 ist).
So wie dies vorstehend beschrieben ist, kann die Größe und die Richtung der thermophoretischen Kraft mit einem der oder mit beiden der Abgastemperatur und der Elementtemperatur schwanken, was dazu führen kann, dass die PM-Sammeleffizienz schwankt. Daher, um die PM-Sammlung innerhalb eines beschränkten Bereichs der Sammeleffizienz durchzuführen, und um die PM-Sammlung außerhalb des beschränkten Bereichs der Sammeleffizienz zu verhindern, wird bei Schritt S2, wenn der Indikator von Interesse einen Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Elementtemperatur ist (siehe 9 und die zugehörigen Beschreibungen), bestimmt, ob der Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Elementtemperatur außerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt oder nicht, so wie der Indikator von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt oder nicht. Der Indikator von Interesse kann eine andere Funktion der Abgastemperatur und der Elementtemperatur beinhalten, wie z. B. die Abgastemperatur selbst, die Elementtemperatur selbst, oder dergleichen. Die Abgastemperatur kann von einem sensierten Wert des Abgastemperatursensors 73 erhalten werden. Die Elementtemperatur kann von einem sensierten Wert eines Thermistors erhalten werden (dieser ist ein Temperatursensor), falls das Sensorelement 52 mit dem Thermistor vorgesehen ist. Alternativ kann die Elementtemperatur basierend auf der Impedanz (dem Widerstand) des Heizers 54 abgeschätzt werden. Das heißt, dass der Heizer 54 aus einem Heizdraht ausgebildet ist, wie z. B. aus einem Platin-(Pt)-Draht. So wie sich die Elementtemperatur erhöht, erhöht sich die Impedanz des Heizers 54 (der Heizdrahts). Das heißt, dass die Elementtemperatur durch das Messen der Impedanz abgeschätzt werden kann (z. B. Messen des Stroms, welcher durch den Heizer 54 fließt), da die Elementtemperatur mit der Impedanz des Heizers 54 korreliert ist. In einem solchen Fall kann der Steuerschaltkreis 55 (siehe 2) mit einem Messschaltkreis zum Messen der Impedanz des Heizers 54 vorgesehen sein.
Bei Schritt S2, wenn der Indikator von Interesse die PM-Konzentration ist, wird bestimmt, ob die PM-Konzentration gleich oder größer als der Schwellwert Y1 ist oder nicht (siehe 6), so wie der Indikator von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt oder nicht. In einem Bereich des Schwellwerts Y1 oder größer, so wie dies in 6 gezeigt ist, ist die PM-Sammeleffizienz gering. Da die PM-Konzentration mit dem Betriebszustand der Maschine 2 schwanken kann (der Maschinengeschwindigkeit der Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen), kann die PM-Konzentration basierend auf dem Betriebszustand der Maschine 2 abgeschätzt werden. Das heißt, dass eine Beziehung zwischen dem Betriebszustand der Maschine 2 und der PM-Konzentration vorab bestimmt wird, und diese dann in dem Speicher 61 gespeichert wird. Danach, basierend auf der Beziehung, die in dem Speicher 61 gespeichert ist, und basierend auf dem aktuellen Betriebszustand der Maschine 2, kann die aktuelle PM-Konzentration abgeschätzt werden. Die Maschinengeschwindigkeit kann von einem sensierten Wert des Maschinengeschwindigkeitssensors 71 erhalten werden (siehe 1). Die Kraftstoffeinspritzmenge (ein Drehmoment) kann von einem Befehlswert erhalten werden, der durch die ECU 6 selbst eingestellt wird, und dies basierend auf einem sensierten Wert des Gaspedalsensors 72.
So wie sich die PM-Partikelgröße vergrößert, wird es für den Strom schwieriger zwischen den Elektroden 53 zu fließen. Daher, bei Schritt S2, wenn der Indikator von Interesse die PM-Partikelgröße ist, wird bestimmt, ob die PM-Partikelgröße innerhalb eines Bereichs der PM-Partikelgröße liegt oder nicht (in welchem die Partikelgröße gleich oder größer als ein Schwellwert ist), wo es für den Strom schwierig ist, zwischen den Elektroden zu fließen, so wie der Indikator von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt oder nicht. Die PM-Partikelgröße kann mit dem Betriebszustand der Maschine 2 schwanken (der Maschinengeschwindigkeit, der Kraftstoffeinspritzmenge oder dergleichen). Daher kann die PM-Partikelgröße basierend auf dem Betriebszustand der Maschine 2 abgeschätzt werden. Das heißt, dass eine Beziehung zwischen dem Betriebszustand der Maschine 2 und der PM-Partikelgröße vorab bestimmt wird, und diese wird dann in dem Speicher 61 gespeichert. Daher kann basierend auf der Beziehung, die in dem Speicher 61 gespeichert ist, und dem aktuellen Betriebszustand der Maschine 2 die aktuelle PM-Artikelgröße abgeschätzt werden.
So wie sich der SOF Anteil erhöht, verschlechtert sich die Empfindlichkeit des PM-Sensors 5, und die Schwankung des Ausgangs des PM-Sensors 5 erhöht sich. Daher, bei Schritt S2, wenn der Indikator von Interesse der SOF Anteil ist, wird bestimmt, ob der SOF Anteil innerhalb eines Bereichs des SOF Anteils liegt oder nicht (in welchem der SOF Anteil gleich oder größer als ein Schwellwert ist), wo die Schwankung des Ausgangs des PM-Sensors 5 erhöht wird, so wie der Indikator von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt oder nicht. Der SOF Anteil kann mit dem Betriebszustand der Maschine 2 schwanken (der Maschinengeschwindigkeit, der Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen). Daher kann der SOF Anteil basierend auf dem Betriebszustand der Maschine 2 abgeschätzt werden. Das heißt, dass eine Beziehung zwischen dem Betriebszustand der Maschine 2 und dem SOF Anteil vorab bestimmt wird, und diese dann in dem Speicher 61 gespeichert wird. Danach kann der aktuelle SOF Anteil basierend auf der Beziehung abgeschätzt werden, die in dem Speicher 61 gespeichert ist, und basierend auf dem aktuellen Betriebszustand der Maschine 2. Der SOF Anteil kann mit der Temperatur des Kühlwassers zum Kühlen der Maschine (als Kühlmitteltemperatur bezeichnet) oder mit einer Umweltbedingung, wie z. B. der Abgastemperatur oder dergleichen, schwanken. Das heißt, so wie die Kühlmitteltemperatur oder die Abgastemperatur sich erhöhen, kann eine effektivere Verbrennung in der Verbrennungskammer vorgesehen werden, was zu einer verringerten Menge von unverbranntem Kraftstoff führt, der aus der Maschine 2 ausgestoßen wird. Daher, so wie sich die Kühlmitteltemperatur oder die Abgastemperatur erhöhen, verringert sich der SOF Anteil, der durch den unverbrannten Kraftstoff verursacht wird. Daher kann der SOF Anteil, der aus dem Betriebszustand der Maschine 2 abgeschätzt wird, entsprechend der Kühlmitteltemperatur oder der Abgastemperatur korrigiert werden. Die Kühlmitteltemperatur kann von einem sensierten Wert des Kühlmitteltemperatursensors 75 erhalten werden (siehe 1). Die Abgastemperatur kann von einem sensierten Wert des Abgastemperatursensors 73 erhalten werden.
Bei Schritt S2, wenn der Indikator von Interesse der Betriebszustand der Maschine 2 ist (die stationäre Periode, die nicht stationäre Periode und dergleichen), wird die nicht stationäre Periode (die Startperiode, die Beschleunigungs-/Verzögerungsperiode, oder die Periode mit der niedrigen Temperatur) ist, wobei die Schwankung der Genauigkeit beim Abschätzen der Menge des Feinstaubs stromabwärts zu dem DPF 4 erhöht wird, so wie der Indikator von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt oder nicht. Die Startperiode der Maschine 2 kann eine Zeitperiode bzw. Zeitdauer sein, von dann an, wenn die Maschine 2 gestartet wird, bis dahin, wenn eine vorbestimmte Zeit von dem Start der Maschine 2 verstrichen ist, oder diese kann eine Zeitdauer bzw. Zeitperiode sein, bei welcher ein Startermotor (nicht näher dargestellt) betätigt wird, um die Maschine 2 zu starten, oder diese kann eine Zeitperiode sein, von dann an, wenn die Maschine 2 gestartet wird, bis dahin, wenn der sensierte Wert des Kühlmitteltemperatursensors 75 (die Temperatur des Kühlmittels) gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur wird. Die Beschleunigungs-/Verzögerungszeitdauer bzw. -periode der Maschine 2 kann eine Zeitperiode sein, bei der ein absoluter Wert der Schwankung des sensierten Werts des Maschinengeschwindigkeitssensors 71 (eine Maschinengeschwindigkeit) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, oder diese kann eine Zeitperiode sein, bei welcher ein absoluter Wert der Schwankung des sensierten Werts des Gaspedalsensors 72 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Die Periode mit niedriger Temperatur der Maschine 2 kann eine Zeitperiode sein, bei welcher der sensierte Wert des Kühlmitteltemperatursensors 75 (die Temperatur des Kühlmittels) gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Temperatur ist.
So wie dies vorstehend beschrieben ist, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Indikator von Interesse einer der Indikatoren, welcher ausgewählt wird (die Abgasflussrate, die Abgastemperatur, die Elementtemperatur, der Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Elementtemperatur, die PM-Konzentration, die PM-Partikelgröße, der SOF Anteil, der Betriebszustand der Maschine 2 (die Startperiode, die Beschleunigungs-/Verzögerungsperiode, oder die Periode mit der niedrigen Temperatur) und dergleichen). Das heißt, dass bei Schritt S2 bestimmt wird, dass die Sammelverhinderungsbedingung bzw. der Sammelverhinderungszustand erfüllt ist, falls der ausgewählte Indikator außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt. Alternativ kann bestimmt werden, dass der Sammelverhinderungszustand erfüllt ist, falls zumindest einer einer Mehrzahl der Indikatoren von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt, und es kann bestimmt werden, dass der Sammelverhinderungszustand nicht erfüllt ist, falls alle der Mehrzahl der Indikatoren von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands bzw. der vorbestimmten Zustände liegen. Die Mehrzahl der Indikatoren von Interesse ist eine Mehrzahl ausgewählter Indikatoren (die Abgasflussrate, die Abgastemperatur, die Elementtemperatur, der Unterschied zwischen der Abgastemperatur und der Elementtemperatur, die PM-Konzentration, die PM-Partikelgröße, der SOF Anteil, der Betriebszustand der Maschine 2 (die Startperiode, die Beschleunigungs-/Verzögerungsperiode, oder die Periode mit der niedrigen Temperatur) und dergleichen). Die ECU 6, welche den Vorgang bei Schritt S2 durchführt, bildet Zustandsbestimmungsmittel aus.
Falls bei Schritt S2 der Sammelverhinderungszustand nicht erfüllt ist, das heißt, falls der Indikator von Interesse innerhalb des vorbestimmten Zustands liegt (oder innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt), dann wird bei Schritt S9 der Heizer 54 über den Steuerschaltkreis 55 deaktiviert. Das heißt, es wird keine Heizsteuerung durchgeführt, welche durchgeführt wird, falls der Sammelverhinderungszustand erfüllt ist. Bei der Heizsteuerung, welche später beschrieben werden wird, wird der Heizer 54 derart gesteuert, dass dieser bei einer Temperatur erregt wird, welche für den Feinstaub niedrig genug ist, unverbrannt zu verbleiben, jedoch ist diese Temperatur höher als die Abgastemperatur. Dies erlaubt es der Temperatur des Sensorelements 52 niedriger zu sein, als die Abgastemperatur, wobei dadurch ein effektives PM-Sammeln über die thermophoretischen Kräfte ermöglicht wird. Allerdings, falls dies notwendig ist, sogar wenn der Sammelverhinderungszustand nicht erfüllt ist, kann ein Wiederauffrischungsverfahren bzw. ein Erneuerungsverfahren zum Wiederauffrischen des PM-Sensors 54 durchgeführt werden, bei welchem der Heizer 54 bei einer Temperatur erregt wird, welche für den Feinstaub groß genug ist, verbrannt zu werden (z. B., 600°C oder mehr).
Nachfolgend, unter der Annahme, dass der DPF 4 ein referenzierter ausgefallener DPF ist, wird eine Menge pro Zeiteinheit f des Feinstaubs, der durch den DPF hindurchtritt (d. h., durch den referenzierten ausgefallenen DPF), bei jedem Zeitpunkt aus einer Serie von Zeitpunkten basierend auf dem Betriebszustand der Maschine 2 abgeschätzt, und dann bei Schritt S10 wird ein integrierter Wert A der abgeschätzten Mengen f des Feinstaubs bei den jeweiligen Zeitpunkten berechnet. Genauer gesagt ist bei der vorliegenden Ausführungsform der referenzierte ausgefallene mg/DPF ein DPF solchermaßen, dass dessen Sammeleffizienz signifikant aufgrund eines Ausfalls verschlechtert ist, und dass die Menge des Feinstaubs, der durch den DPF 4 hindurchtritt, äquivalent einem unteren Schwellwert für eine On-Board-Diagnose ist (OBD). Der untere Schwellwert bzw. Grenzwert für den OBD kann derart eingestellt werden, dass dieser größer als ein unterer Grenzwert für eine Fahrzeugemission des Feinstaubs gemäß EURO 6 oder dergleichen ist. Beispielsweise kann bei einem spezifischen Reisemodus der OBD-Schwellwert derart eingestellt werden, dass dieser 12,0 mg/km ist, was etwa 2,67 mal der Wert von 4,5 mg/km ist, welcher der untere Grenzwert für Fahrzeugemissionen des Feinstaubs ist.
Genauer gesagt, bei Schritt S10, wie bei dem japanischen Patent mit der Nummer 5115873 , basierend auf dem Betriebszustand der Maschine 2, wie z. B. die Drehgeschwindigkeit der Maschine 2 oder dem Drehmoment (der Kraftstoffeinspritzmenge) oder dergleichen, wird die Menge des Feinstaubs, der von der Maschine 2 ausgestoßen wird, das heißt, die Menge des Feinstaubs, die in den referenzierten ausgefallenen DPF eindringt (die hineinfließende PM-Menge) abgeschätzt. Die Drehgeschwindigkeit der Maschine 2 kann von dem Maschinengeschwindigkeitssensor 71 erhalten werden. Das Drehmoment (die Kraftstoffeinspritzmenge) kann von einem sensierten Wert des Gaspedalsensors 72 oder der Maschinengeschwindigkeit erhalten werden. Eine Map bzw. eine Speicherabbildung der hineinfließenden PM-Menge gegen den Betriebszustand bzw. über den Betriebszustand der Maschine 2 (die Maschinengeschwindigkeit, das Drehmoment oder dergleichen) wird bestimmt, und vorab in dem Speicher 61 gespeichert (siehe 1). Dann kann die aktuelle hineinfließende PM-Menge gegen den Betriebszustand der Maschine 2 aus der gespeicherten Map bzw. Speicherabbildung erhalten werden.
Zusätzlich wird die PM-Sammeleffizienz des referenzierten ausgefallenen DPF abgeschätzt. Genauer gesagt kann ein vorbestimmter Wert A als die PM-Sammeleffizienz des referenzierten ausgefallenen DPF verwendet werden. Da die PM-Sammeleffizienz des DPF mit einer Menge des Feinstaubs, der innerhalb des DPF abgelagert ist (auch als eine PM-Ablagerung bezeichnet) und der Abgasflussrate schwanken kann, kann die PM-Sammeleffizienz in Reaktion auf die PM-Ablagerung oder die Abgasflussrate korrigiert werden. Die PM-Ablagerung kann basierend auf einem Differentialdruck über den DPF 4 abgeschätzt werden. So wie dies in Bezug auf den Betrieb bei Schritt S2 beschrieben worden ist, kann die Abgasflussrate basierend auf der Menge der Frischluft abgeschätzt werden, die durch das Luftflussmessgerät 74 erfasst wird (siehe 1).
Basierend auf der abgeschätzten hineinfließenden PM-Menge und der PM-Sammeleffizienz des referenzierten ausgefallenen DPF kann eine Menge pro Zeiteinheit f des Feinstaubs (auch als hinausfließende PM-Menge bezeichnet) abgeschätzt werden, welche aus dem referenzierten ausgefallenen DPF hinausfließt. Der aktuelle integrierte Wert A(i) der PM-Mengen stromabwärts zu dem DPF 4 bei dem aktuellen Zeitpunkt (i) kann durch das Addieren der berechnenden hinausfließenden PM-Menge f zu dem integrierten Wert A(i – 1) abgeschätzt werden, welcher bei dem vorausgegangenen Zeitpunkt (i – 1) abgeschätzt worden ist. Die ECU 6, welche den Vorgang bei Schritt S10 durchführt, bildet Abschätzmittel aus.
Nachfolgend wird bei Schritt S11 bestimmt, ob der integrierte Wert A, welcher bei Schritt S10 abgeschätzt worden ist, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. Dieser vorbestimmte Wert kann auf eine PM-Menge eingestellt werden, bei welcher der Ausgang des PM-Sensors 5 erzeugt wird (bei dem die Leitfähigkeit bzw. Leitung zwischen den Elektroden 53 gestartet wird), das heißt, dass bei Schritt S11 bestimmt wird, ob die Zeit t0 für den Ausgang des PM-Sensors 5 zum Anstieg (als Referenzzeit bezeichnet) in dem Fall eingetreten ist, dass der DPF 4 der referenzierte ausgefallene DPF ist, ist oder nicht, das heißt, ob die Zeit zum Bestimmen der Präsenz oder der Absenz eines Fehlers des DPF eingetreten ist oder nicht. Bei Schritt S11 kann die Menge des Feinstaubs, der in dem PM-Sensor 5 gesammelt wird (als PM-Sammelmenge bezeichnet), auf dem integrierten Wert A abgeschätzt werden, und dann kann bestimmt werden, ob die PM-Sammelmenge gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist oder nicht, bei welchem die Leitfähigkeit zwischen den Elektroden 53 gestartet ist. Die PM-Sammelmenge kann unter Berücksichtigung dessen abgeschätzt werden, welche Anteile bzw. Bruchteile des integrierten Werts A des Feinstaubs in die Abdeckung 51 durch die Löcher 511 eindringen, und welche Anteile bzw. Bruchteile des Feinstaubs, der in die Abdeckung 51 eingedrungen ist, sich auf dem Sensorelement 52 ablagern.
Falls der integrierte Wert A geringer als der vorbestimmte Wert ist, wird bestimmt, dass die Zeit zum Bestimmen der Präsenz oder der Absenz eines Fehlers des DPF bis jetzt noch nicht eingetreten ist, und deshalb endet das Verfahren. Falls der integrierte Wert A gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, dann ist die Referenzzeit t0 eingetreten, das heißt, es ist bestimmt, dass die Zeit zum Bestimmen der Präsenz oder der Absenz eines Fehlers des DPF eingetreten ist und deshalb fährt das Verfahren mit Schritt S12 fort. Genauer gesagt wird bei Schritt S12 bestimmt, ob der Ausgang des PM-Sensors 5 gleich oder größer als ein vorbestimmter ansteigender Ausgangswert ist oder nicht, was bedeutet, dass bestimmt wird, ob die Zeit, bei welcher der Ausgang des PM-Sensors 5 tatsächlich ansteigt (der tatsächliche Zeitpunkt) durch den Referenzzeitpunkt t0 vorweggenommen oder nachgefolgt wird. Falls der Ausgang des PM-Sensors 5 geringer als der vorbestimmte ansteigende Ausgangswert ist, dann ist bestimmt, dass der Ausgang des PM-Sensors 5 bis jetzt noch nicht angestiegen ist, das heißt, dass der Zeitpunkt, bei welchem der Ausgang des PM-Sensors 5 tatsächlich ansteigt, durch den Referenzzeitpunkt t0 vorweggenommen wird. In einem solchen Fall ist die Menge des Feinstaubs, der durch den DPF hindurchtritt, geringer als die Menge des Feinstaubs, der durch den referenzierten ausgefallenen DPF hindurchtritt. Daher wird bei Schritt S14 bestimmt, dass der DPF 4 normal ist. Danach endet das Verfahren.
Falls bei Schritt S12 der Ausgang des PM-Sensors 5 größer als der vorbestimmte Anstiegsausgangswert ist, dann wird bestimmt, dass der Ausgang des PM-Sensors 5 tatsächlich schon angestiegen ist, das heißt, dass der Zeitpunkt, bei welchem der Ausgang des PM-Sensors 5 tatsächlich ansteigt (tatsächliche Zeit) durch den Referenzzeitpunkt t0 nachgefolgt wird. In einem solchen Fall ist die Menge des Feinstaubs, die durch den DPF 4 hindurchtritt, größer als die Menge des Feinstaubs, der durch den referenzierten ausgefallenen DPF hindurchtritt. Daher wird bei Schritt S13 bestimmt, dass der DPF 4 fehlerhaft ist. Danach endet das Verfahren. Die ECU 6, welche die Vorgänge der Schritte S10 bis S14 durchführt, bildet Fehlerbestimmungsmittel aus.
Falls bei Schritt S12 bestimmt wird, dass der Sammelverhinderungszustand erfüllt ist, d. h., falls der Indikator von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt, dann wird bei Schritt S3 bestimmt, ob der tatsächliche Zeitpunkt innerhalb einer Restart- bzw. Neustart-Periode nach dem Stopp der Maschine 2 liegt oder nicht. In dem Fall, dass das Fahrzeug ein Leerlauf-Stopp-System aufweist (ISS), so dass die Maschine automatisch gestoppt wird, wenn eine vorbestimmte Stoppbedingung bzw. ein vorbestimmter Stoppzustand erfüllt ist, und dass dann die Maschine automatisch neu gestartet wird, wenn ein vordefinierter Neustartzustand erfüllt ist, dann ist die ECU 6 derart konfiguriert, dass, wenn ein vorbestimmter automatischer Stoppzustand erfüllt ist (z. B. wenn das Fahrzeug bei einer Ampel oder dergleichen gestoppt hat), die Maschine 2 automatisch gestoppt ist, und dass dann, wenn ein vorbestimmter automatischer Startzustand erfüllt ist (z. B. wenn der Zeitpunkt zum Neustarten des Fahrzeugs eingetreten ist), die Maschine 2 neugestartet wird. Bei dem vorstehenden kann der Satzteil ”wenn ein vorbestimmter automatischer Stoppzustand erfüllt ist” beispielsweise bedeuten, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit Null wird, und dass die Maschinengeschwindigkeit eine Leerlaufgeschwindigkeit wird. Der Satzteil ”wenn ein vorbestimmter automatischer Startzustand erfüllt ist” kann beispielsweise bedeuten, dass das Gaspedal gelöst wird. Auf diese Weise ist die ECU 6 derart konfiguriert, dass, wenn die Maschine 2 kurzzeitig durch den Betrieb des ISS gestoppt ist, bestimmt wird, ob die Maschine 2 durch den Betrieb des ISS bei Schritt S3 neu gestartet wurde oder nicht.
Die ”Neustartperiode” bei Schritt S3 ist derart beabsichtigt, dass diese eine Neustartperiode beinhaltet, bei welcher die Maschine 2 nicht durch das ISS gestoppt ist, sondern durch die Betätigung bzw. den Betrieb des Fahrers (z. B. durch das Ausschalten der Maschine 2 durch den Fahrzeugfahrer), und dies beispielsweise nachdem das Fahrzeug auf einem Parkplatz eines Einkaufszentrums zum Schoppen gestoppt wurde. Ob die Maschine nach einem gewöhnlichen Maschinenstopp neu gestartet worden ist oder nicht, kann dadurch bestimmt werden, indem bestimmt wird, ob die Maschine 2 durch den Fahrzeugfahrer ausgeschaltet worden ist oder nicht (z. B., ob ein Zündschlüssel umgedreht worden ist oder nicht). Die Neustartzeitdauer kann eine vorbestimmte Zeitdauer von dem Neustart der Maschine 2 an sein.
Falls bei Schritt S3 bestimmt wird, dass der gegenwärtige Zeitpunkt außerhalb der Neustartperiode nach dem Stopp der Maschine 2 liegt, d. h., dass die Maschine 2 tätig ist, dann wird bei Schritt S4 eine Soll-Temperatur des Heizers 54 berechnet. Genauer gesagt kann die Soll-Temperatur eine Temperatur sein, welche für den Feinstaub niedrig genug ist, nicht verbrannt zu verbleiben (z. B. gleich oder geringer als 500°C), jedoch ist die Temperatur höher als die Abgastemperatur. Genauer gesagt kann die Soll-Temperatur eine Temperatur sein, welche für den Feinstaub gering genug ist, unverbrannt zu verbleiben (z. B. gleich oder niedriger als 500°C), jedoch kann diese Temperatur derart vorbestimmt sein, dass diese höher ist, als die Abgastemperatur (z. B. 400°C). Die Abgastemperatur kann derart angenommen werden, dass diese in einem Bereich von 100 bis 400°C liegt, wobei diese mit dem Betriebszustand der Maschine 2 variieren kann. Mit dieser Konfiguration muss die tatsächliche Abgastemperatur nicht erfasst werden, da die Soll-Temperatur auf die vorbestimmte Temperatur eingestellt ist, was es erlaubt, die Soll-Temperatur in einfacher Weise einzustellen.
Alternativ kann bei Schritt S4 die Abgastemperatur, welche ein sensierter Wert des Abgastemperatursensors 73 ist, erfasst werden, und basierend auf dieser erfassten Abgastemperatur kann die Soll-Temperatur berechnet werden. Genauer gesagt kann die Soll-Temperatur derart eingestellt werden, dass diese eine Temperatur ist, welche um eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 50°C) höher ist als die erfasste Abgastemperatur. Dies kann die Soll-Temperatur derart zuverlässig einstellen, dass diese höher ist als die Abgastemperatur. Nachfolgend zu Schritt S4 fährt das Verfahren zu Schritt S8 fort.
Falls bei Schritt S3 bestimmt ist, dass der aktuelle Zeitpunkt innerhalb der Neustartperiode nach dem Stopp der Maschine 2 liegt, dann wird bei Schritt S5 bestimmt, ob eine Stoppzeit der Maschine 2 gleich oder größer als eine vorbestimmte Zeit ist oder nicht (beispielsweise 10 Minuten). Zu diesem Zweck beinhaltet die ECU 6 einen Timer, um die verstrichene Zeit von dem Stopp der Maschine 2 an zu zählen. Die ECU 6, welche die Vorgänge bei den Schritten S3 und S5 durchführt, bildet die Neustartperiodenbestimmungsmittel aus. Falls bei Schritt S5 bestimmt wird, dass die Stoppzeit der Maschine 2 geringer als die vorbestimmte Zeit ist, dann wird bei Schritt S6 die Soll-Temperatur für den Heizer 54 berechnet. Während der Neustartperiode der Maschine 2 kann das Kühlen der Maschine 2 während der Stoppzeit zu einer Kondensation führen, welche sich in dem Abgas ausbildet. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass das Sensorelement 52 Feuchtigkeit ausgesetzt ist, welche durch Kondensation verursacht wird (eine Exposition gegenüber Wasser), was in negativer Art und Weise die Erfassung des Feinstaubs durch den Sensor 5 beeinflussen kann. Auf diese Weise wird bei Schritt S6 die Soll-Temperatur auf eine Temperatur eingestellt, welche die Exposition des Sensors 52 gegenüber Feuchtigkeit vermeiden kann, wobei die Temperatur für den Feinstaub gering genug ist, dass dieser unverbrannt bleibt, jedoch ist diese Temperatur höher als die Abgastemperatur. Genauer gesagt wird die Soll-Temperatur auf eine Temperatur eingestellt, welche für den Feinstaub gering genug ist, dass dieser unverbrannt verbleibt (z. B. gleich oder niedriger als 500°C), und dass diese den Leidenfrost-Effekt zwischen dem Sensorelement 52 unter Feuchtigkeit bewirken kann.
Der Leidenfrost-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, bei welchem eine Flüssigkeit, welche in Kontakt mit einem Feststoff steht, der auf eine vorbestimmte Temperatur oder mehr aufgeheizt ist, und eine Dampfschicht erzeugt, welche dazu führt, dass sich die Flüssigkeit und der Feststoff nicht berühren. Das Aufheizen des Sammelabschnitts auf eine Temperatur von 300 bis 800°C kann das Leidenfrost-Phänomen zwischen dem kohäsiven Wasser und dem Sammelabschnitt verursachen, was vermeidet, dass sich das kohäsive Wasser und der Sammelabschnitt einander berühren. Das kohäsive Wasser, welches auf der Wasserdampfschicht schwebt, kann den Reibungskoeffizienten zwischen dem kohäsiven Wasser und dem Sammelabschnitt reduzieren, was es dem kohäsiven Wasser ermöglicht, sich auf dem Sammelabschnitt in einfacher Weise hin- und her zu bewegen.
Auf diese Weise kann bei Schritt S6 die Soll-Temperatur auf eine Maximaltemperatur (z. B. die obere Schwellwerttemperatur: 500°C) in einem Überlappungsbereich (300 bis 500°C) des Temperaturbereichs (500°C oder niedriger) eingestellt werden, in welchem der Feinstaub unverbrannt verbleibt, und in welchem der Temperaturbereich (300 bis 800°C) eingehalten wird, in welchem der Leidenfrost-Effekt auftreten kann. Die Abgastemperatur ist während der Neustartperiode gering. Daher wird die Solltemperatur bei Schritt S6 höher eingestellt, als die Abgastemperatur. Nachfolgend zu Schritt S6 fährt das Verfahren mit Schritt S8 fort.
Falls bei Schritt S5 bestimmt wird, dass die Stoppzeit der Maschine 2 gleich oder größer als die vorbestimmte Zeit ist, kann ein Überschuss von Feuchtigkeit dazu führen, dass der Leidenfrost-Effekt vermieden wird, der das Sensorelement 52 gegenüber Wasserexposition resistent machen würde. Zusätzlich kann thermale Belastung bzw. thermische Beanspruchung an dem Sensorelement 52, welche durch den Überschuss von Feuchtigkeit erzeugt wird, die das Sensorelement 52 kühlt, dazu führen, dass das Sensorelement 52 bricht. Daher, falls die Stoppzeit für die Maschine 2 gleich oder größer als die vorbestimmte Zeit ist, dann wird bei Schritt S7 die Soll-Temperatur auf eine Temperatur derart eingestellt, dass diese für den Feinstaub gering genug ist, so dass dieser unverbrannt verbleibt (z. B. gleich oder niedriger als 500°C), und dass diese ein Zerbersten des Sensorelements 52 nicht verursacht. Genauer gesagt kann bei Schritt S7 die Soll-Temperatur auf eine Maximal-Temperatur (z. B. die obere Schwellwerttemperatur: 300°C) in einem Überlappungsbereich (300°C oder niedriger) des Temperaturbereichs (500°C oder niedriger) eingestellt werden, in welchem der Feinstaub unverbrannt verbleibt, und die Soll-Temperatur kann in dem Temperaturbereich (300°C oder niedriger) liegen, in welchem das Sensorelement 52 nicht zerbricht. Die Abgastemperatur ist während der Neustartperiode gering. Daher ist die Solltemperatur, die bei Schritt S7 eingestellt wird, höher als die Abgastemperatur. Nachfolgend zu Schritt S7 fährt das Verfahren mit Schritt S8 fort.
Bei Schritt S8 wird der Heizer 54 über den Steuerschaltkreis 55 derart angesteuert, so dass das Sensorelement 52 auf die Soll-Temperatur aufgeheizt wird, welche in den Schritten S4, S6 oder S7 eingestellt worden ist. Genauer gesagt ist das Sensorelement 52 mit einem Temperatursensor (nicht näher dargestellt) vorgesehen, und eine Stromzuführung oder eine Erregungszeit des Heizers 54 wird solchermaßen gesteuert, dass ein sensierter Wert der Zieltemperatur die Zieltemperatur wird. Alternativ, da die Temperatur des Sensorelements 52 mit der Abgastemperatur schwankt, während sich der Heizer 54 in einem entregten Zustand befindet, kann die Temperatur des Sensorelements 52 vor der Erregung des Heizers 54 (als eine Initialtemperatur bezeichnet) basierend auf der Abgastemperatur abgeschätzt werden. Eine Beziehung zwischen der Stromversorgung bzw. Stromzuführung oder der Erregungszeit des Heizers 54 und einem Temperaturanstieg des Sensorelements 52 wird vorab bestimmt, und dann in dem Speicher 61 oder einem Speicher des Steuerschaltkreises 55 gespeichert. Danach kann die Stromversorgung oder die Erregungszeit des Heizers 54 basierend auf der abgeschätzten Initialtemperatur und der gespeicherten Beziehung eingestellt werden, wobei dadurch die Soll-Temperatur des Heizers 54 vorgesehen wird.
Auf diese Weise wird die Temperatur des Sensorelements 52 höher als die Abgastemperatur. Daher, so wie dies vorstehend mit Bezug auf 8 beschrieben ist, wird die thermophoretische Kraft (die abstoßende Kraft) in einer Richtung weg von dem Sensorelement 52 auf den Feinstaub vermittelt, was vermeiden kann, dass Feinstaub auf dem Sensorelement 52 angesammelt wird. Zusätzlich wird die Temperatur des Sensorelements 52 auf die Soll-Temperatur geregelt, bei welcher der Feinstaub nicht abbrennt, was vermeiden kann, dass der Feinstaub, der schon durch das Sensorelement 52 angesammelt worden ist, abgebrannt wird. Ferner, in dem Fall, dass die Temperatur des Sensorelements 52 auf die Soll-Temperatur geregelt wird, die bei Schritt S6 eingestellt wurde, kann die Beeinträchtigung bzw. Aussetzung des Sensorelements 52 gegenüber der Feuchtigkeit mittels des Leidenfrost-Effekts vermieden werden, während die PM-Sammlung auf das Sensorelement 52 unterbrochen wird. In dem Fall, dass die Temperatur des Sensorelements 52 auf die Soll-Temperatur geregelt wird, welche bei Schritt S7 eingestellt wird, kann das Brechen des Sensorelements 52 vermieden werden, während die PM-Sammlung auf das Sensorelement 52 unterbrochen ist. Nachfolgend zu dem Schritt S8 endet das Verfahren. Die ECU 6, welche die Vorgänge bei den Schritten S4, S6, S7, S8 und S9 durchführt, und der Steuerschaltkreis 55 bilden Heizsteuermittel aus.
10 zeigt zeitliche Schwankungen in verschiedenen Zuständen in Bezug auf den DPF-Fehlerbestimmungsprozess bzw. das Verfahren. Genauer gesagt: Änderungen der Maschinengeschwindigkeit, der An-/Auszustand der elektrostatischen Sammlung, der zulässige/unterbrochene Zustand des PM-Sammelns, der An-/Auszustand des Heizers 54, Änderungen in der Elementtemperatur (durch die durchgezogenen Linie angegeben), Änderungen in der PM-Menge (integrierter Wert), welche bei Schritt S10 abgeschätzt wird. In dem Graphen der Elementtemperatur der 10 sind Änderungen in der Abgastemperatur durch die unterbrochene Linie angegeben. 10 zeigt, als beispielhafte Perioden, bei denen bestimmt wird, dass die PM-Sammlung unterbrochen ist, die Periode mit der niedrigen Geschwindigkeit/der niedrigen Last der Maschine 2 (niedrige Abgasdurchflussratenperiode), die Neustartperiode, nachdem die Maschine gestoppt wurde, die schnelle Beschleunigungsperiode der Maschine 2, und die Hochgeschwindigkeits-/hohe Lastperiode (hohe Abgasdurchflussratenperiode).
So wie dies in 10 gezeigt ist, wird durch das Durchführen des DPF-Fehlerbestimmungsverfahrens der 4 bestimmt, dass die PM-Sammlung auf das Sensorelement 52 in der Niedriggeschwindigkeits-/Niedriglastperiode der Maschine 2 (niedrige Abgasdurchflussratenperiode), in der Neustartperiode nach dem Maschinenstopp, in der Stellenbeschleunigungsperiode der Maschine 2, oder in der Hochgeschwindigkeits-/Hochlastperiode (hohe Abgasdurchflussratenperiode) unterbrochen ist (siehe die dritte Reihe der 10). Bei diesen Perioden wird der Heizer 54 aktiviert (angeschaltet) (siehe die vierte Reihe der 10) und die Elementtemperatur wird dabei auf die Soll-Temperatur derart geregelt, dass diese höher ist, als die Abgastemperatur (siehe die fünfte Reihe der 10). Im Ergebnis wird das PM-Sammeln auf das Sensorelement 52 unterbrochen.
Falls die Sammelunterbrechungsbedingung nicht erfüllt ist, ist die PM-Sammlung auf das Sensorelement 52 erlaubt (siehe die dritte Reihe der 10) und der Heizer 54 wird in einen entregten Zustand platziert bzw. versetzt (AUS-Zustand) (siehe die vierte Reihe der 10). Im Ergebnis wird die Elementtemperatur niedriger als die Abgastemperatur (siehe die fünfte Reihe der 10), was es dem PM-Sammeln erlaubt, durch die thermophoretische Kraft (Anziehungskraft) in einer Richtung zu dem Sensorelement 52 hin bewirkt zu werden.
So wie dies in der zweiten Reihe der 10 gezeigt ist, wird das elektrostatische Sammeln ebenso in den Perioden fortgesetzt, bei denen das PM-Sammeln unterbrochen ist, was es erlaubt, dass der Feinstaub beibehalten wird, welcher schon gesammelt worden ist, d. h., dies kann vermeiden, dass der Feinstaub das Sensorelement 52 verlässt. Falls bei Schritt S2 der 4 bestimmt ist, dass die Sammelunterbrechungsbedingung nicht erfüllt ist, wird der Betrieb bei Schritt S10 nicht durchgeführt. Das heißt, während Perioden, bei denen das PM-Sammeln unterbrochen ist, ist die Abschätzung der PM-Menge stromabwärts zu dem DPF suspendiert, und, so wie dies in der letzten Reihe der 10 gezeigt ist, wird die PM-Menge (integrierter Wert) beibehalten, die bei Schritt S10 als letztes abgeschätzt worden ist.
So wie dies vorstehend erläutert ist, wird bei der vorstehenden Ausführungsform nur falls der Indikator von Interesse (zumindest einer der Indikatoren von Interesse), welcher indikativ für den Zustand des PM-Sammelns in den PM-Sensor 5 ist, oder die Genauigkeit beim Abschätzen der PM-Menge stromabwärts zum DPF 4 innerhalb des vorbestimmten Zustands liegt, die PM-Sammlung in den PM-Sensor 5 und die Abschätzung der PM-Menge stromabwärts zu dem DPF 4 durchgeführt, was die Schwankung der Sammeleffizienz oder des Ausgangs des PM-Sensors 5 unterdrücken kann, und was die Schwankung in der Genauigkeit beim Abschätzen der PM-Menge stromabwärts zu dem DPF 4 unterdrücken kann. Auf diese Weise kann die Genauigkeit beim Bestimmen, ob der DPF 4 ausgefallen ist oder nicht, verbessert werden (d. h., die Genauigkeit bei den Bestimmungsschritten der Schritte S10 bis S14 der 4 kann verbessert werden). Das heißt, dies kann eine Fehldiagnose des DPF-Fehlers vermeiden, wobei dabei fehlerhafterweise bestimmt wird, dass der DPF 4, welcher tatsächlich ausgefallen ist, sich in einem normalen Zustand befindet, oder es fehlerhafterweise bestimmt wird, dass der DPF 4, welcher tatsächlich sich in einem Normalzustand befindet, ausgefallen ist. Insbesondere wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Sammel-Unterbrechungszustand in dem Fall nicht erfüllt, dass der Feinstaub in stabiler Art und Weise gesammelt werden kann (z. B., die Abgasdurchflussrate liegt innerhalb des Bereichs von X1 bis X2, so wie dies in 5 gezeigt ist). In dem Fall, dass der Feinstaub nicht stabil gesammelt werden kann (z. B., die Abgasflussrate ist gleich oder niedriger als X1 oder gleich oder größer als X2, sowie dies in 5 gezeigt ist), dann ist der Sammelunterbrechungszustand erfüllt. Dies kann die Schwankung der Sammeleffizienz oder des Ausgangs des PM-Sensors 5 zuverlässiger unterdrücken, und ebenso kann dies die Schwankung in der Genauigkeit beim Abschätzen der PM-Menge stromabwärts zum DPF 4 zuverlässiger unterdrücken.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, falls der Sammelunterdrückungszustand erfüllt ist, wird die DPF-Fehlerbestimmung suspendiert (siehe S11 bis S14 der 10). Dies kann die Fehldiagnose des DPF-Fehlers zuverlässiger vermeiden.
Modifikationen
Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend offenbarte spezifische Ausführungsform beschränkt ist, und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen derart beabsichtigt sind, dass diese im Umfang der angehängten Ansprüche beinhaltet sind.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird die DPF-Fehlerbestimmung basierend auf der Zeit getätigt, bei welcher der Ausgang des PM-Sensors 5 ansteigt. Alternativ kann die DPF-Fehlerbestimmung basierend auf einer Änderungsrate beim Sensorausgang (auch als ein Slope des Sensorausgangs bezeichnet) basieren, nachdem der Sensorausgang ansteigt. Genauer gesagt, unter der Annahme, dass der DPF 4 der referenzierte ausgefallene DPF ist, kann die PM-Menge stromabwärts zu dem DPF abgeschätzt werden, und basierend auf der abgeschätzten PM-Menge kann die Änderungsrate (Slope) im Sensorausgang in dem Fall des referenzierten ausgefallenen DPF als ein Schwellwert für die DPF-Fehlerbestimmung eingestellt werden. Eine tatsächliche Änderungsrate des Sensorausgangs kann mit dem Schwellwert für die DPF-Fehlerbestimmung verglichen werden. Falls die tatsächliche Rate der Änderung des Sensorausgangs größer als der Schwellwert für die DPF-Fehlerbestimmung ist, dann kann bestimmt werden, dass der DPF 4 ausgefallen ist. Falls die tatsächliche Änderungsrate des Sensorausgangs geringer als der Schwellwert für die DPF-Fehlerbestimmung ist, dann kann bestimmt werden, dass sich der DPF 4 in einem normalen Zustand befindet. Mit dieser Konfiguration, falls der Indikator von Interesse außerhalb des vorbestimmten Zustands fällt, dann kann die PM-Sammlung unterbrochen werden, und die Abschätzung der PM-Menge stromabwärts zu dem DPF 4 kann unterbrochen werden, was ebenso zuverlässig die Fehldiagnose des DPF-Fehlers vermeiden kann.
Bei der vorstehenden Ausführungsform, falls der Sammelunterbrechungszustand erfüllt ist, wird die DPF-Fehlerbestimmung suspendiert (siehe S10 bis S14 in 10). Alternativ, sogar falls der Sammelunterbrechungszustand bzw. die Sammelunterbrechungsbedingung erfüllt ist, kann die DPF-Fehlerbestimmung durchgeführt werden (siehe S11 bis S14 in 10). Ebenso kann mit dieser Konfiguration das PM-Sammeln in den PM-Sensor über die Heizsteuerung unterbrochen werden, und die Abschätzung der PM-Menge stromabwärts zu dem DPF 4 kann unterbrochen werden, was ebenso die Fehldiagnose des DPF-Fehlers zuverlässig vermeiden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5115873 [0002, 0003, 0051]

Claims

Vorrichtung (1) zum Erfassen eines Fehlers eines Filters (4), welcher entlang einer Abgaspassage (3) einer internen Verbrennungsmaschine (2) vorgesehen ist, um Feinstaub in einem Abgas zu sammeln, die Vorrichtung aufweisend: einen Sensor (5), welcher entlang der Abgaspassage (3) stromabwärts zu dem Filter (4) vorgesehen ist, wobei der Sensor (5) einen Sammelabschnitt (52) mit einem Paar von Elektroden (53) und einem Heizer (54) zum Heizen des Sammelabschnitts (52) beinhaltet, wobei der Sensor derart konfiguriert ist, dass dieser einen Stromwert ausgibt, welcher zwischen dem Paar der Elektroden (53) fließt, oder dass dieser einen Wert ausgibt, welcher mit dem Strom korreliert ist, welcher zwischen dem Paar der Elektroden (53) fließt, wobei der Strom in Übereinstimmung mit der Menge von Feinstaub variiert, der auf dem Sammelabschnitt des Sensors (5) abgelagert ist; Fehlerbestimmungsmittel (S10–S14, 6) zum Bestimmen der Präsenz oder der Absenz eines Fehlers des Filters basierend auf dem Ausgang des Sensors (5); Zustandsbestimmungsmittel (S2, 6) zum Bestimmen, ob ein Indikator außerhalb eines vorbestimmten Zustands liegt oder nicht, wobei der Indikator indikativ für einen Zustand des Sammelns des Feinstaubs in dem Sensor (5) ist; und Heizsteuermittel (S4, S6, S7, S8, S9, 6, 55) für das Betreiben des Heizers (54), falls durch das Zustandsbestimmungsmittel (S2) bestimmt ist, dass der Indikator außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Fehlerbestimmungsmittel (S10-S14, 6) Abschätzmittel (S10, 6) für das Abschätzen einer Menge des Feinstaubs, der durch den Filter (4) hindurchtritt, bei jedem Zeitpunkt aus einer Serie von Zeitpunkten basierend auf einem Betriebszustand der Maschine (2) unter der Annahme aufweist, dass der Filter (4) ein referenzierter ausgefallener Filter ist, und zum Integrieren der Mengen des Feinstaubs, die bei den jeweiligen Zeitpunkten aus der Serie der Zeitpunkte abgeschätzt werden, das Fehlerbestimmungsmittel (S10-S14, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses basierend auf dem Ausgang des Sensors (5) und dem integrierten Wert des Feinstaubs, welcher durch das Abschätzmittel (S10, 6) abgeschätzt wird, die Präsenz oder Absenz eines Fehlers des Filters (4) bestimmt, und der Indikator indikativ für den Zustand des Sammelns des Feinstaubs in den Sensor (5) oder für die Genauigkeit des Abschätzmittels (S10, 6) ist, welches die Menge des Feinstaubs abschätzt.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei das Abschätzmittel (S10, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses, falls durch das Zustandsbestimmungsmittel (S2, 6) bestimmt wird, dass der Indikator außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt, die Abschätzung der Menge des Feinstaubs bei jedem Zeitpunkt aus der Serie von Zeitpunkten suspendiert, und dass dieses den letzten integrierten Wert des Feinstaubs vor der Suspendierung der Abschätzung beibehält.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: Spannungsanlegemittel (S1, 6, 56) zum Anlagen einer Spannung zwischen dem Paar von Elektroden (53) während des Sammelns des Feinstaubs in den Sensor (5), wobei das Spannungsanlegemittel (S1, 56) derart konfiguriert ist, dass dieses das Anlegen der Spannung zwischen dem Paar der Elektroden (53) beibehält, sogar während der Heizer (54) betrieben wird.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Heizsteuermittel (S4, S6, S7, S8, S9, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses den Betrieb des Heizers (54) steuert, sodass eine Temperatur des Sammelabschnitts (52) des Sensors (5) niedrig genug für den Feinstaub wird, sodass dieser unverbrannt verbleibt, und so dass dieser in seiner Temperatur höher ist, als eine Temperatur des Abgases.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, wobei das Heizsteuermittel (S4, S8, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses den Heizer (54) bei einer vorbestimmten Temperatur betreibt, welche für den Feinstaub niedrig genug ist, dass dieser unverbrannt verbleibt, und dass diese höher ist, als die Temperatur des Abgases.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend: Temperaturerfassungsmittel (73) zum Erfassen der Temperatur des Abgases stromabwärts zu dem Filter (4), wobei das Heizsteuermittel (S4, S8, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses den Heizer (54) bei einer Temperatur betreibt, welche innerhalb eines Temperaturbereichs solchermaßen liegt, dass der Feinstaub unverbrannt verbleibt, und dass diese höher ist, als die Temperatur des Abgases, welche durch das Temperaturerfassungsmittel (73) erfasst wird.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner aufweisend: Neustartperiodebestimmungsmittel (S3, 6) zum Bestimmen, ob der aktuelle Zeitpunkt innerhalb einer Neustartzeitdauer nach dem Stopp der Maschine (2) liegt, wobei das Heizsteuermittel (S6, S8, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses, falls durch das Neustartperiodenbestimmungsmittel (S3, 6) bestimmt wird, dass der aktuelle Zeitpunkt innerhalb der Neustartzeitdauer nach dem Stopp der Maschine (2) liegt, den Heizer (54) bei einer Temperatur betreibt, welche innerhalb eines Temperaturbereichs solchermaßen liegt, dass der Feinstaub unverbrannt verbleibt, und der Leidenfrost-Effekt auftreten kann.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner aufweisend: Neustartperiodenbestimmungsmittel (S3, S5, 6) zum Bestimmen, ob der aktuelle Zeitpunkt innerhalb einer Neustartzeitdauer nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit von dem Stopp der Maschine (2) anliegt, wobei das Heizsteuermittel (S7, S8, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses, falls durch das Neustartperiodenbestimmungsmittel (S3, S5, 6) bestimmt wird, dass der aktuelle Zeitpunkt innerhalb der Neustartzeitdauer nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit von dem Stopp der Maschine (2) an liegt, den Heizer (54) bei einer Temperatur betreibt, welche innerhalb eines Temperaturbereichs solchermaßen liegt, dass der Feinstaub unverbrannt verbleibt, und dass das Zerbrechen des Sammelabschnitts nicht auftritt.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei das Heizsteuermittel (S9, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses, falls durch das Zustandsbestimmungsmittel (S2) bestimmt wird, dass der Indikator außerhalb des vorbestimmten Zustands liegt, die Durchführung der Heizsteuerung suspendiert.
Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Indikator aus einer Gruppe aus dem Folgenden ausgewählt wird: eine Flussrate des Abgases, eine Temperatur des Abgases, eine Temperatur des Sammelabschnitts (52), eine Temperaturdifferenz zwischen dem Abgas und dem Sammelabschnitt (52), eine Konzentration des Feinstaubs, eine Partikelgröße des Feinstaubs, einen Anteil des löslichen organischen Bestandteils in dem Feinstaub, und einem Betriebszustand der Maschine (2).
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 11, wobei der Indikator der Betriebszustand der Maschine (2) ist, das Zustandsbestimmungsmittel (S2, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses bestimmt, ob der Betriebszustand der Maschine (2) ein Startzustand der Maschine (2) oder ein Beschleunigungs-/Verzögerungszustand der Maschine (2) ist, und falls es bestimmt ist, dass der Betriebszustand der Maschine (2) der Startzustand der Maschine (2) oder der Beschleunigungs-/Verzögerungszustand der Maschine (2) ist, bestimmt wird, dass der Indikator außerhalb des vorbestimmten Zustands fällt, und das Heizsteuermittel (S4, S6, S7, S8, S9, 6) derart konfiguriert ist, dass dieses, falls bestimmt wird, dass der Betriebszustand der Maschine (2) der Startzustand der Maschine (2) oder der Beschleunigungs-/Verzögerungszustand der Maschine (2) ist, den Heizer (54) betreibt.