DE102016113238A1

DE102016113238A1 - Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102016113238A1
Application number: DE102016113238.1A
Authority: DE
Inventors: Masato Katsuno; Toshihiro Sakawa; Manabu Yoshidome; Masayuki Tamura; Masahiro Yamamoto; Go Miyagawa; Takashi Araki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2017-05-24
Also published as: JP2017096166A; JP6481967B2

Abstract

Ein Sensor (5) führt ein elektrostatisches Einfangen durch das Anlegen einer Spannung zwischen Elektroden durch, um zu verursachen, dass ein Element Feinstaub einfängt, das in Abgas beinhaltet ist. Eine Grenztemperaturerfassungseinheit (S13, S21, 1) erhält eine Grenztemperatur einer thermophoretischen Kraft, welche eine untere Schwelle einer Elementtemperatur ist, bei welcher das Element aufgrund einer thermophoretischen Kraft, welche um das Element wirkt, unfähig wird, Feinstaub einzufangen. Eine Einfangsteuereinheit (S14 bis S16, S22, S24) startet das elektrostatische Einfangen, wenn die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese geringer ist, als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, wobei dies nachfolgend zu einer Sensorregeneration erfolgt, welche dazu dient, zu verursachen, dass eine Heizeinheit Feinstaub, der durch das Element eingefangen wird, verbrennt und entfernt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuervorrichtung, um einen Sensor zu steuern, um das Einfangen von Feinstaub zu starten, das in einem Abgas einer internen Verbrennungsmaschine beinhaltet ist, und um einen Wert gemäß einer Menge des eingefangenen Feinstaubs zu senden.
HINTERGRUND
Beispielsweise schlägt das Patentdokument 1 eine herkömmliche Fehlfunktionserfassungsvorrichtung für einen Filter vor, welcher Feinstaub (PM) fängt, der in einem Abgas beinhaltet ist, das von einer internen Verbrennungsmaschine ausgestoßen wird. Die Fehlfunktionserfassungsvorrichtung des Patentdokuments 1 setzt einen elektrischen Widerstandssensor ein, welcher ein Ausgangssignal gemäß einer Menge des Feinstaubs sendet, der in dem Abgas enthalten ist, um dadurch die Fehlfunktionserfassung des Filters durchzuführen. Der elektrische Widerstandssensor beinhaltet ein Element, welches in einem isolierenden Material ausgebildet ist, das eine Oberfläche aufweist, die mit einer Mehrzahl von Elektroden versehen ist, welche einander gegenüberliegen. Der elektronische Widerstandssensor legt eine Spannung zwischen den Elektroden an, um dadurch ein elektrostatisches Einfangen durchzuführen, um Feinstaub zu induzieren, das in dem Abgas beinhaltet ist, um dadurch zu verursachen, dass das Element den induzierten Feinstaub einfängt. Feinstaub beinhaltet hauptsächlich Ruß, welcher eine Leitfähigkeit aufweist. Daher, wenn das Element eine bestimmte Menge des Feinstaubs einfängt, dann wird es zwischen den Elektroden elektrisch leitfähig. Das Element leitet einen elektrischen Strom gemäß einer Menge des Feinstaubs, der mit dem Element eingefangen wurde. Der Sensor sendet einen elektrischen Strom oder sendet ein Ausgangssignal, welches mit dem elektrischen Strom korreliert ist.
In Patentdokument 1 schätzt die Vorrichtung eine Menge des Feinstaubs, der mit dem Sensor(element) bei einem Zeitpunkt eingefangen wurde, welcher gemäß einem Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine gewählt wurde, bei dem ein Fall vorliegt, bei dem ein Filter, welcher als Referenz für die Fehlfunktionsbestimmung verwendet wird, eingesetzt wird. Die Vorrichtung berechnet ferner einen Integrationswert der Menge des Feinstaubs, welcher bei jedem Zeitpunkt geschätzt wird. Die Vorrichtung führt ferner eine positive Bestimmung eines Filterfehlers durch, wenn ein Sensorsignal vor einem Zeitpunkt (vor einem geschätzten Zeitpunkt) ansteigt, bei welchem ein Integrationswert einen vorbestimmten Wert erreicht.
(Patentdokument 1)

Offengelegte und nicht geprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2015-81561 .

Es wird angemerkt, dass ein solcher Sensor eine Heizeinheit beinhaltet, welche dem Erwärmen bzw. Aufheizen eines Elements dient, und welcher eine Sensorregeneration umsetzt, um Feinstaub zu verbrennen und zu entfernen, welcher durch das Element eingefangen wurde, in dem die Heizeinheit verwendet wird. Nachfolgend zu der Sensorregeneration wird ein elektrostatisches Einfangen und entweder eine Integration einer Menge des Feinstaubs, welche durch ein Abgasrohr fließt, oder eine Integration einer Menge des Feinstaubs, wodurch Feinstaub durch das Element eingefangen wird, gestartet. Es wird weiter angemerkt, dass bei einem bestimmten Zeitpunkt, bei welchem das elektrostatische Einfangen und die Integration gestartet werden, ein Fehler zwischen dem Integrationswert (tatsächlichen Wert) einer tatsächlichen Menge des Feinstaubs und einem Integrationswert (dem erwarteten Wert) einer Menge des Feinstaubs auftritt. Der tatsächliche Wert des Feinstaubs betreffend den tatsächlichen Wert ist eine Menge, die durch das Element eingefangen wird. Die Menge des Feinstaubs betreffend den erwarteten Wert ist eine Menge, die durch das Element unter der Annahme eingefangen wird, dass das Element das Einfangen gleichzeitig mit dem Start des elektrostatischen Einfangens beginnt. Genauer gesagt wird eine thermophoretische Kraft bei einer Position um das Element gemäß einem Temperaturgradienten in dem Abgas bei der Position um das Element. Bei einem Fall, bei dem der Temperaturgradient eine Verteilung aufweist, bei welcher die Temperatur an der Seite des Elements hoch ist, und bei welcher die Temperatur an der Seite des Abgases an einer Position um das Element niedrig ist, wirkt eine thermophoretische Kraft in einer Richtung, um den Feinstaub weg von dem Element zu bewegen. Ferner, in einem Fall, bei dem das elektrostatische Einfangen gestartet wird, wenn die thermophoretische Kraft groß ist, implementiert das Element nicht das Fangen aufgrund der thermophoretischen Kraft für die Zeit, die von dem Start des elektrostatischen Einfangens beginnt. Folglich ist der tatsächliche Wert niedriger als der erwartete Wert.
Zusätzlich kann ein Sensor mit einer bestimmten Konfiguration ein Inertialeinfangen implementieren, um Feinstaub mit dem Element aufgrund der Inertialbewegung des Feinstaubs einzufangen, wobei diese entlang des Flusses des Abgases angeordnet ist, und dies sogar dann, wenn der Sensor das elektrostatische Einfangen nicht implementiert bzw. umsetzt. In diesem Fall kann das Element schon mit dem Einfangen des Feinstaubs aufgrund der Implementierung des Inertialeinfangens starten, und dies in Abhängigkeit zu einem Zeitpunkt, bei welchem das elektrostatische Einfangen gestartet wird. Folglich wird der tatsächliche Wert größer als der erwartete Wert. Das Verfahren zum Bestimmen der Fehlfunktion des Filters, welches in Patentdokument (1) offenbart ist, nimmt an, dass das Einfangen des Feinstaubs mit dem Element gleichzeitig mit dem Start des elektrostatischen Einfangens beginnt. Daher kann in einem Fall, bei dem ein Fehler zwischen dem tatsächlichen und dem erwarteten Wert auftritt, die Genauigkeit der Fehlfunktionsbestimmung des Filters verschlechtert sein.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung vorzusehen, welche konfiguriert ist, einen Fehler zwischen einem Integrationswert (einem tatsächlichen Wert) einer tatsächlichen Menge von Feinstaub, welcher durch ein Element nachfolgend einer Sensorregeneration eingefangen wird, und einem Integrationswert (einem erwarteten Wert) des Feinstaubs, welcher durch das Element unter der Annahme eingefangen wird, dass das Element gleichzeitig mit dem Start des elektrostatischen Einfangens das Einfangen startet, zu reduzieren.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung dient die Steuervorrichtung einem Sensor. Der Sensor ist derart konfiguriert, dass dieser in einem Abgasrohr einer internen Verbrennungsmaschine vorgesehen ist. Der Sensor beinhaltet ein Element und eine Heizeinheit. Das Element ist aus einem isolierenden Material ausgebildet, um eine Oberfläche aufzuweisen, welche mit einer Mehrzahl von Elektroden ausgestattet ist, die einander gegenüberliegen. Die Heizeinheit ist derart konfiguriert, dass diese das Element heizt. Der Sensor ist ferner derart konfiguriert, dass dieser ein elektrostatisches Einfangen durch das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden durchführt, um zu verursachen, dass das Element Feinstaub einfängt, welcher in dem Abgas beinhaltet ist, welches durch das Abgasrohr fließt, und um einen elektrischen Strom zu senden, welcher zwischen den Elektroden gemäß einer Menge des Feinstaubs fließt, die durch das Element eingefangen wird, oder einen Wert zu senden, welcher mit dem elektrischen Strom korreliert ist. Die Steuervorrichtung weist eine Einfangsteuereinheit auf, welche derart konfiguriert ist, dass diese das elektrostatische Einfangen mit einem Sensor steuert. Die Steuervorrichtung weist ferner eine Elementtemperaturerfassungseinheit auf, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Temperatur des Elements erhält. Die Steuervorrichtung weist ferner eine Grenztemperaturerfassungseinheit auf, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft erhält, welche eine untere Schwelle einer Temperatur des Elements ist, bei welcher das Element aufgrund einer thermophoretischen Kraft, welche um das Element herum wirkt, unfähig wird, den Feinstaub einzufangen. Die Einfangsteuereinheit ist derart konfiguriert, dass diese das elektrostatische Einfangen startet, wenn die Temperatur des Elements derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, dies nachfolgend zu der Umsetzung der Sensorregeneration, welche dazu dient, zu verursachen, dass die Heizeinheit den Feinstaub, der durch das Element eingefangen wird, verbrennt und entfernt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Steuervorrichtung eine Einfangsteuereinheit auf, welche derart konfiguriert ist, dass diese das elektrostatische Einfangen mit einem Sensor steuert. Die Steuervorrichtung weist ferner eine Elementtemperaturerfassungseinheit auf, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Temperatur des Elements erhält. Die Einfangsteuereinheit ist ferner derart konfiguriert, dass diese das elektrostatische Einfangen startet, wenn die Temperatur des Elements derart sinkt, dass diese niedriger ist als ein fester Temperaturwert, und dies nachfolgend zu der Umsetzung der Sensorregeneration, welche dazu dient, zu verursachen, dass die Heizeinheit den Feinstaub, der durch das Element eingefangen wird, verbrennt und entfernt. Der feste Temperaturwert ist aus einem Bereich vorbestimmt, innerhalb welchem eine Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft variabel ist. Die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft ist eine untere Schwelle einer Temperatur des Elements, bei welcher das Element aufgrund einer thermophoretischen Kraft, welche um das Element wirkt, unfähig wird, den Feinstaub einzufangen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung deutlich werden, welche mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung getätigt wurde. Es zeigt/es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm, welches ein Abgasreinigungssystem zeigt;
2 eine Schnittansicht, welche ein spitzes Ende eines PM-Sensors zeigt;
3 eine Ansicht, welche eine Konfiguration eines Elements des PM-Sensors und eine Konfiguration eines Inneren einer SCU zeigt;
4 eine Schnittansicht, welche das Element und kammartige Elektroden des PM-Sensors in einem Zustand zeigt, bei dem eine Spannung zwischen den kammartigen Elektroden angelegt ist;
5 eine Schnittansicht, welche das Element und kammartige Elektroden des PM-Sensors in einem Zustand zeigt, bei dem die kammartigen Elektroden fähig sind, durch den PM, der durch das Element eingefangen wird, Elektrizität zu leiten;
6 eine erläuternde Ansicht für ein Fehlfunktionsbestimmungsverfahren eines DPF, bei welchem (a) ein Zeitdiagramm ist, welches ein Integrationswert einer Menge des PM an der stromabwärts gelegenen Seite des DPF ist, und in welchem (b) ein Zeitdiagramm ist, welches ein Ausgangssignal des PM-Sensors zeigt;
7 eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, bei dem eine thermophoretische Kraft als eine abstoßende Kraft um das Sensorelement des PM-Sensors wirkt;
8 eine Ansicht, welche einen Zustand zeigt, bei dem eine thermophoretische Kraft als eine anziehende Kraft um das Element des PM-Sensors wirkt;
9 einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen einem Unterschied, welcher zwischen einer Abgastemperatur in einer Abdeckung des PM-Sensors und einer Elementtemperatur herrscht, und einem Integrationswert einer Menge des PM zeigt, welche durch ein Inneres eines Abgasrohrs in einer Zeitperiode bzw. Zeitdauer fließt, bevor ein Ausgangssignal des PM-Sensors anwächst;
10 einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur um das Element und einer Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft zeigt;
11 ein Zeitdiagramm, welches Parameter in einem Zustand zeigt, bei dem das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet sind, wenn die Elementtemperatur höher ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, und dies nachfolgend zu der Sensorregeneration;
12 eine Ansicht, welche einen Fluss des Abgases relativ zu einem Element eines PM-Sensors zeigt, wobei dies eine Form aufweist, um das PM-Einfangen nur durch das elektrostatische Einfangen umzusetzen;
13 ein Zeitdiagramm, welches Parameter in einem Zustand zeigt, bei dem das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet sind, wenn die Elementtemperatur ausreichend niedriger als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft nachfolgend zu der Sensorregeneration ist;
14 eine Ansicht, welche einen Fluss des Abgases relativ zu einem Element eines PM-Sensors zeigt, wobei dieser eine Form aufweist, um das PM-Einfangen durch sowohl das elektrostatische Einfangen als auch durch das Inertialeinfangen umzusetzen;
15 ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitung zeigt, um den Start des elektrostatischen Einfangens und den Start der PM-Mengenintegration nachfolgend zu der Sensorregeneration gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform zu starten;
16 ein beispielhaftes Zeitdiagramm, welches einen Zeitpunkt zeigt, bei welchem das elektrostatische Einfangen und der Start der PM-Mengenintegration nachfolgend zu der Sensorregeneration gemäß der ersten Ausführungsform gestartet werden;
17 einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und einer Elementtemperatur zeigt, welche als ein Schwellwert (Einfangstarttemperatur) verwendet wird, um gemäß der ersten Ausführungsform das Starten des elektrostatischen Einfangens zu beginnen;
18 ein Flussdiagramm, welches eine Berechnungsverarbeitung einer Einfangstarttemperatur gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
19 ein beispielhaftes Zeitdiagramm, welches einen Zeitpunkt zeigt, bei welchem das elektrostatische Einfangen und der Start der PM-Mengenintegration gemäß der zweiten Ausführungsform nach der Sensorregeneration gestartet werden;
20 einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und einer Elementtemperatur zeigt, welche als ein Schwellwert (Einfangstarttemperatur) verwendet wird, um das elektrostatische Einfangen gemäß der zweiten Ausführungsform zu starten;
21 ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitung zeigt, um den Start des elektrostatischen Einfangens und den Start der PM-Mengenintegration nachfolgend zu der Sensorregeneration gemäß einer dritten Ausführungsform zu starten;
22 einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und einer Elementtemperatur zeigt, welcher als ein Schwellwert verwendet wird (eine Einfangstarttemperatur), um das elektrostatische Einfangen gemäß der dritten Ausführungsform zu starten; und
23 ein beispielhaftes Zeitdiagramm, welches einen Zeitpunkt zeigt, bei welchem das elektrostatische Einfangen und der Start der PM-Mengenintegration nachfolgend zu der Sensorregeneration gemäß der dritten Ausführungsform gestartet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden. 1 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt. Das Abgasreinigungssystem, welches in 1 gezeigt ist, ist in einem Fahrzeug zum Entfernen von Feinstaub (PM) von dem Abgas ausgerüstet, welches von der Maschine 2 des Fahrzeugs ausgestoßen wird. Die Maschine 2 ist beispielsweise eine Dieselmaschine, welche mit einer Einspritzvorrichtung ausgestattet ist, die in einem Zylinder aufgenommen ist, um Kraftstoff einzuspritzen. Die Dieselmaschine ist derart konfiguriert, dass diese eine Selbstzündung des Kraftstoffs, der in den Zylinder eingespritzt wird, bewirkt, um dadurch eine Ausgangsleistung zu erzeugen, um das Fahrzeug anzutreiben.
Die Maschine 2 ist mit einem Abgasrohr 3 vorgesehen, das einen Dieselpartikelfilter (DPF) 4 aufnimmt. Der DPF 4 kann äquivalent mit einem Filter sein. Der DPF 4 ist ein Filter, welcher aus einem keramischen Material ausgebildet ist, das eine im Allgemeinen bekannte Konfiguration aufweist. Genauer gesagt ist der DPF 4 beispielsweise aus einem wärmeresistenten keramischen Material ausgebildet, wie z. B. Cordierit, und dies ist in eine Wabenstruktur, beinhaltend eine Anzahl von Zellen, ausgebildet. Jede der Zellen bildet eine Gaspassage aus, welche an einem Einlass oder einem Auslass mündet. Die Maschine 2 gibt das Abgas ab. Das Abgas fließt stromabwärts, während dieses durch den porösen Wallabschnitt des DPF 4 fließt bzw. hindurchtritt. Während das Abgas durch den porösen Wandabschnitt hindurchtritt, fängt der poröse Wandabschnitt PM ein, welcher in dem Abgas beinhaltet ist. Folglich akkumuliert sich das eingefangene PM graduell an oder in dem porösen Wandabschnitt.
Ein elektrischer Widerstands-PM-Sensor 5 ist in dem Abgasrohr 3 an der stromabwärts gelegenen Seite zu dem DPF 4 vorgesehen. Der PM-Sensor 5 dient der Erfassung einer Menge des PM, der in dem Abgas beinhaltet ist. 2 ist eine Schnittansicht, welche ein spitzes Ende des PM-Sensors 5 zeigt. Der PM-Sensor 5 ist an einem Teil des spitzen Endes in dem Abgasrohr 3 freigestellt. Genauer gesagt ist der Abschnitt des PM-Sensors 5, der in 2 gezeigt ist, in dem Abgasrohr 3 freigestellt. Der PM-Sensor 5 beinhaltet eine erste Abdeckung 51, eine zweite Abdeckung 53, und ein Element 57. Die zweite Abdeckung 53 ist im Inneren der ersten Abdeckung 51 vorgesehen. Das Element 57 ist im Inneren der zweiten Abdeckung 53 vorgesehen. Auf diese Weise weist der PM-Sensor 5 eine Konfiguration, dass das Element 57 innerhalb der Abdeckungen 51 und 53 aufgenommen ist, wobei dies eine doppelte Schicht ausbildet.
Die erste Abdeckung 51 ist in einer röhrenförmigen Form ausgebildet, wobei diese eine spitze Endoberfläche aufweist. Die erste Abdeckung 51 weist eine Lateralseite auf, welche mit einer Anzahl von Einlassaperturen 52 in der Umfangsrichtung ausgebildet ist. Die Einlassaperturen 52 dienen dem Einführen von Abgas in das Innere der ersten Abdeckung 51. Die erste Abdeckung 51 weist das spitze Ende auf, welches mit einer Gasauslassapertur 56 ausgebildet ist.
Die zweite Abdeckung 53 ist in einer röhrenförmigen Form mit einer spitzen Endoberfläche ausgebildet. Die zweite Abdeckung 53 ist in ihrem Durchmesser kleiner als die erste Abdeckung 51. Die zweite Abdeckung 53 ist im Inneren der ersten Abdeckung 51 platziert, und diese ist koaxial mit der ersten Abdeckung 51 ausgerichtet. Die zweite Abdeckung 53 weist eine Lateralseite auf, welche mit einer Anzahl von Einlassaperturen 54 in der Umfangsrichtung vorgesehen ist. Die Einlassaperturen 54 dienen dem Einführen von Abgas in das Innere der zweiten Abdeckung 53. Die Einlassaperturen 54 der zweiten Abdeckung 53 sind bei Positionen in der Axialrichtung platziert, welche zu den Positionen der Einlassaperturen 52 der ersten Abdeckung 51 in der Axialrichtung unterschiedlich sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Einlassaperturen 54 an den Positionen näher an dem Basisende in der Axialrichtung ausgebildet, als die Positionen der Einlassaperturen 52 in der Axialrichtung. Bei der vorliegenden Konfiguration wird das Abgas durch die Einlassaperturen 52 in die erste Abdeckung 51 eingesaugt. Nachfolgend ändert das Abgas einmalig dessen Flussrichtung in Richtung des Basisendes in der Axialrichtung. Nachfolgend wird das Abgas durch die Einlassaperturen 54 in die zweite Abdeckung 53 eingesaugt. Die vorliegende Konfiguration erlaubt es, zu beschränken, dass Wasserdampf bzw. Feuchtigkeit in die zweiten Abdeckung 53 eintritt, wobei dadurch das Element 57 gegenüber Feuchtigkeit geschützt wird.
Das Element 57 ist mit einer kammartigen Elektrode 59 ausgebildet. Die Einlassaperturen 54 sind an den Positionen ausgebildet, welche die gleichen sind, wie die Positionen der kammartigen Elektrode 59 in der Axialrichtung. Bei der vorliegenden Konfiguration sind die Einlassaperturen 54 fähig, Gas auf die kammartige Elektrode 59 in dem richtigen Winkel zu lenken. Es wird angemerkt, dass ein Gaseinlassabschnitt an einer Position vorgesehen sein kann, die in der Axialrichtung unterschiedlich zu der Position der kammartigen Elektrode 59 ist. In diesem Fall kann der Gaseinlassabschnitt beispielsweise in der Form eines Luftschlitzes vorgesehen sein, um Abgas in Richtung der kammartigen Elektrode 59 zu leiten. Bei der vorliegenden Schlitzform kann der Gaseinlassabschnitt Abgas in Richtung der kammartigen Elektrode 59 in einer schrägen Richtung ablenken. Die zweite Abdeckung 53 weist eine spitze Endoberfläche auf, welche mit einer Gasauslassapertur 55 ausgebildet ist. Die Gasauslassaperturen 55 und 56 sind koaxial zueinander ausgerichtet. Das Abgas, welches in die zweite Abdeckung 53 eingesaugt wird, wird durch die Gasauslassaperturen 55 und 56 zu dem Äußeren der Abdeckungen 51 und 53 abgegeben.
Das Element 57 ist in einer Plattenform ausgebildet, und dieses ist im Inneren der zweiten Abdeckung 53 aufgenommen. Das Element 57 ist an einer Position platziert, welche im Wesentlichen mit einer Mittenachse der Abdeckung 53 zusammenfällt. Das Element 57 weist eine Plattenoberfläche auf, die in Richtung der Lateralseite der Abdeckung 53 ausgerichtet ist. Das Element 57 weist eine Konfiguration auf, die durch das Laminieren einer Mehrzahl von isolierten Platinen ausgebildet wird. Die isolierten Platinen werden aus einem isolierenden Material, wie z. B. einem Keramikmaterial ausgebildet. Genauer gesagt, wie in 3 gezeigt, beinhaltet das Element 57 eine erste Isolationsschaltkreisplatine 58 und eine zweite Isolationsschaltkreisplatine 64. Die erste Isolationsschaltkreisplatine 58 weist eine Oberfläche auf, welche mit einer kammartigen Elektrode 59 ausgestattet ist. Die kammartige Elektrode 59 ist beispielsweise aus Platin ausgebildet. Die kammartige Elektrode 59 ist mit einer Mehrzahl von Elektroden 60 und 61 konfiguriert, welche parallel platziert sind, und welche voneinander beabstandet angeordnet sind, um eine kammartige Form auszubilden. Die Elektroden 60 und 61 sind mit einer positiven Anschlussseite und einer negativen Anschlussseite eines Gleichspannungsabschnittes über Elektrodenführungsabschnitte 62 und 63 verbunden. Der Gleichspannungsabschnitt (DC-Spannungsabschnitt) ist mit einem Erfassungsschaltkreis 71 vorgesehen. Zusätzlich sind die Elektroden 60, welche über den Elektrodenführungsabschnitt 62 mit der positiven Anschlussseite verbunden sind, und die Elektroden 61, welche durch den Elektrodenführungsabschnitt 63 mit der negativen Anschlussseite verbunden sind, abwechselnd miteinander angeordnet, um eine gestaffelte Konfiguration auszubilden. Das heißt, dass die Elektrode 60 an der positiven Anschlussseite und die Elektrode 61 an der negativen Anschlussseite derart angeordnet sind, das diese einander gegenüberliegen. Die Elektroden 60 und 61 befinden sich in einem konstanten Abstand zueinander an irgendwelchen Positionen.
Die zweite Isolationsschaltkreisplatine 64 ist an einer Oberfläche der ersten Isolationsschaltkreisplatine 58 laminiert, auf welcher die kammartige Elektrode 59 nicht ausgebildet ist. Die zweite Isolationsschaltkreisplatine 64 weist eine Oberfläche und ein Inneres auf, wobei an bzw. in zumindest einem davon eine Heizvorrichtung bzw. ein Heizer 65 vorgesehen ist. Die Heizvorrichtung 65 dient als ein Heizabschnitt, um die erste Isolationsschaltkreisplatine 58 aufzuheizen, damit der PM verbrannt und entfernt wird, welcher zwischen den kammartigen Elektroden 59 derart eingefangen ist, dass dieser an den kammartigen Elektroden 59 anhaftet. Die Heizvorrichtung 65 ist beispielsweise aus einem elektrischen Heizdraht ausgebildet, welcher aus einem Material ausgebildet ist, wie z. B. Platin (Pt). Die Heizvorrichtung 65 ist mit einer elektrischen Leistungsversorgung für die Heizvorrichtung 72 über einen Heizerführungsabschnitt 66 verbunden. Die elektrische Leistungsquelle für den Heizer 72 ist in einer SCU 7 vorgesehen. Die Heizvorrichtung 65 nimmt elektrische Leistung auf, die von der elektrischen Leistungsquelle für den Heizer 72 zugeführt wird, wobei dies Wärme bzw. Hitze erzeugt.
Nachstehend wird eine Konfiguration des PM-Sensors 5 beschrieben werden, um PM zu erfassen. So wie dies in 4 gezeigt ist, wenn da der PM erfasst wird, legt der PM-Sensor 5 eine vorbestimmte Gleichspannung zwischen den kammartigen Elektroden 59 an. Die vorbestimmte Gleichspannung ist beispielsweise 35 Volt. Das Anlegen der Gleichspannung bewirkt ein elektrisches Feld zwischen den kammartigen Elektroden 59, wobei dadurch PM, welcher um die kammartige Elektrode 59 schwebt, anzuziehen, indem das elektrische Feld verwendet wird. Auf diese Weise wird der angezogene PM dazu geführt, dass dieser an der Oberfläche des Elements 57 anhaftet, auf welcher die Elektrode 59 der ersten Isolationsschaltkreisplatine 58 ausgebildet ist, wobei dadurch der PM mit dem Element 57 eingefangen wird. Bei der nachstehenden Beschreibung wird das Einfangen bzw. der Einfangbetrieb für den PM mit dem Element 57 durch das Anlegen einer Spannung zwischen den kammartigen Elektroden 59 als ein elektrostatisches Einfangen bezeichnet werden. Es wird angemerkt, dass der PM-Sensor 5 die Konfiguration aufweist, um Gas auf die kammartigen Elektroden 59 in einem im Wesentlichen rechten Winkel zu lenken. Daher verwendet die vorliegende Konfiguration die Inertialkraft des PM, welche sich entlang eines Gasflusses, der in die zweite Abdeckung 53 eingesaugt wird, bewegt, wobei es damit dem Element 57 möglich wird, den PM einzufangen. Der Einfangbetrieb des PM durch das Verwenden von Inertialkräften wird als ein Inertialfangen bezeichnet werden. Das heißt, dass der PM-Sensor 5 dazu führt, dass das Element 57 den PM mit dem elektrostatischen Einfangen und mit dem Inertialeinfangen einfängt.
Der PM-Sensor 5 verwendet eine Widerstandsänderung zwischen den kammartigen Elektroden 59 gemäß einer Menge des PM, welcher durch das Element 57 eingefangen wird, wobei dadurch ein Ausgangssignal entsprechend der Menge des PM gesendet wird, welcher durch das Element 57 eingefangen wurde. Das heißt, dass der PM-Sensor 5 ein Ausgangssignal sendet, welches eine Menge des PM repräsentiert, wobei dies dem Widerstand zwischen den Elektroden 59 entspricht. Genauer gesagt, wenn die PM-Einfangmenge des Elements 57 klein ist, dann sendet der PM-Sensor 5 im Wesentlichen kein Sensorsignal. Genauer formuliert sendet der PM-Sensor 5 ein Ausgangssignal, welches kleiner ist als ein Schwellwert, bis zu welchem bestimmt wird, dass das Ausgangssignal gestiegen ist. Eine Rußkomponente, die in dem PM beinhaltet ist, beinhaltet Kohlenstoffpartikel und diese weisen eine Leitfähigkeit auf. Daher, so wie dies in 5 gezeigt ist, wenn die PM-Einfangmenge größer oder gleich einer vorbestimmten Menge wird, dann wird es effektiv zwischen den Elektroden 59 leitfähig. Deshalb wird das Sensorsignal derart erhöht, dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches größer als oder gleich der Schwellwert ist. Nachdem das Sensorsignal erhöht wurde, so wie sich eine Menge (PM-Einfangmenge) des eingefangenen PM erhöht, wird der Widerstand zwischen den Elektroden 59 geringer. Daher erhöht sich der elektrische Strom, welcher zwischen den Elektroden 59 fließt, und das Sensorsignal wächst an.
Auf diese Weise sendet der PM-Sensor 5 einen elektrischen Strom, welcher zwischen den Elektroden 59 fließt, wenn die Elektroden 59 mit einer Spannung dazwischen beaufschlagt werden. Alternativ sendet der PM-Sensor 5 einen Widerstandswert oder einen Spannungswert, welcher mit dem elektrischen Strom korreliert ist. Das Ausgangssignal des PM-Sensors 5 ist mit einer Menge des eingefangenen PM des Elements 57 korreliert. Das Ausgangssignal des PM-Sensors 5 ist ferner mit einer Menge des PM korreliert, das in dem Abgas beinhaltet ist, welches an der stromabwärts gelegenen Seite zu dem DPF 4 fließt.
Wiederum Bezug nehmend auf 1 ist der PM-Sensor 5 mit einer Sensorsteuereinheit (SCU) 7 verbunden. So wie dies in 3 gezeigt ist, beinhaltet die SCU 7 den Erfassungsschaltkreis 71 und die elektrische Leistungsquelle für die Heizvorrichtung 72. Der Erfassungsschaltkreis 71 beinhaltet eine Gleichspannungseinheit und eine Erfassungseinheit. Die Gleichspannungseinheit legt eine Gleichspannung zwischen den Elektroden 59 an. Die Erfassungseinheit erfasst einen elektrischen Strom, welcher zwischen den Elektroden 59 fließt, und dies beim Anlegen der Gleichspannung, oder diese erfasst einen Wert, der mit dem elektrischen Strom korreliert ist.
Die elektrische Heizvorrichtung 72 für die Heizvorrichtung führt Elektrizität zu der Heizvorrichtung 65 durch den Heizerführungsabschnitt 66 zu. Die elektrische Leistungsquelle 72 für die Heizvorrichtung steuert eine Menge der Elektrizität, die zu der Heizvorrichtung 65 zugeführt wird, und diese steuert eine Zeitdauer, in welcher die Heizvorrichtung 65 erregt ist, wenn die Heizvorrichtung 65 aktiviert ist. Die elektrische Leistungsquelle für die Heizvorrichtung 72 ist mit einer Temperaturerfassungseinheit 73 zum Erfassen einer Temperatur der Heizvorrichtung 65 vorgesehen, d. h., zum Erfassen einer Temperatur des Elements 57. Nachstehend wird ein Betrieb der Temperaturerfassungseinheit 73 näher beschrieben, um die Temperatur zu erfassen. So wie eine Temperatur der Heizvorrichtung 65 höher wird, das heißt, so wie die Temperatur des Elements 57 größer wird, wird der Widerstand (Heizerwiderstand) des elektrischen Heizdrahts der Heizvorrichtung 65 größer. Die Heizvorrichtung 65 leitet einen elektrischen Strom, welcher dem Widerstand der Heizvorrichtung entspricht, und dies gemäß einem Elektrizitätszuführungssignal, das zu der Heizvorrichtung 65 gesendet wird. Die Temperaturerfassungseinheit 73 beinhaltet beispielsweise einen Shunt zum Erfassen eines elektrischen Stroms, welcher dem Heizerwiderstand entspricht. Die Temperaturerfassungseinheit 73 weist einen Schaltkreis auf, um eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Shunts als einen Wert zu erfassen, welcher mit der Temperatur des Elements 57 korreliert ist. Die SCU 7 beinhaltet einen Speicher, welcher Beziehungsdaten hierfür speichert. Die Beziehungsdaten repräsentieren eine Beziehung zwischen dem Erfassungssignal der Temperaturerfassungseinheit 73 und der Temperatur des Elements 57. Das Erfassungssignal der Temperaturerfassungseinheit 73 ist die erfasste Spannung, die an dem Shunt anliegt. Die SCU 7 verursacht, dass die elektrische Leistungsquelle für die Heizvorrichtung 72 Elektrizität zu dem Heizer 65 gemäß dem Erfassungssignal der Temperaturerfassungseinheit 73 und gemäß den Beziehungsdaten solchermaßen zuführt, dass die Temperatur des Elements 57 eine Soll-Temperatur wird. Beispielsweise, wenn eine Regeneration des PM-Sensors 5 implementiert ist, dann steuert die SCU 7 die Elektrizität, die zu der Heizvorrichtung 65 zugeführt wird, solchermaßen, dass die Temperatur des Elements 57 eine Temperatur wird, bei welcher alle Komponenten des PM, wie z. B. Ruß, SOF, und dergleichen, verbrannt und entfernt werden. Genauer gesagt wird die Temperatur des Elements 57 auf eine Temperatur gesteuert, welche größer oder gleich als beispielsweise 600°C ist, wie z. B. 800°C.
Die SCU 7 ist mit einer ECU 1 über eine Kommunikationsleitung, wie z. B. ein Controller Area Network (CAN), verbunden, um eine bidirektionale Kommunikation zu erlauben. Die ECU 1 wird später im Detail beschrieben werden.
Zusätzlich zu dem PM-Sensor 5 ist das Abgasreinigungssystem mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, wie z. B. einem Sensor zum Betreiben der Maschine 2 und/oder einem Sensor zum Reinigen des Abgases. Genauer gesagt ist das Abgasreinigungssystem beispielsweise mit einem Abgastemperatursensor 81, einem Drehzahlsensor 82, einem Gaspedalsensor 83 und/oder dergleichen vorgesehen. Der Abgastemperatursensor 81 erfasst die Temperatur des Abgases. Der Drehzahlsensor 82 erfasst eine Drehzahl der Maschine 2. Der Gaspedalsensor 83 erfasst die Manipulation (die Kraft des Drückens) eines Gaspedals, um einen Drehmoment zu übertragen, welches durch einen Fahrer des Fahrzeugs angefragt wird, und dies wird zu einer Steuervorrichtung des Fahrzeugs übertragen. Der Abgastemperatursensor 81 ist beispielsweise an einer Position zwischen dem DPF 4 des Abgasrohrs 3 und dem PM-Sensor 5 vorgesehen. Die Sensoren 81 bis 83 sind derart konfiguriert, dass diese Erfassungssignale an die ECU 1 senden.
Das Abgasreinigungssystem beinhaltet die elektronische Steuereinheit (ECU) 1, welche die gesamte Steuerung des Abgasreinigungssystems managt. Die ECU 1 weist eine Konfiguration eines üblichen Computers beinhaltend eine CPU (nicht näher dargestellt), einen Speicher 11 und/oder dergleichen, auf. Die CPU führt verschiedene Berechnungen durch. Der Speicher 11 ist beispielsweise ein ROM und/oder RAM zum Speichern von verschiedenen Informationen. Die ECU 1 empfängt ein Ausgangssignal des PM-Sensors 5 von der SCU 7 und führt eine Fehlfunktionsbestimmungsverarbeitung durch, um eine Fehlfunktionsbestimmung des DPF 4 gemäß dem Ausgangssignal durchzuführen. Beispielsweise führt die ECU 1 die Fehlfunktionsbestimmungsverarbeitung nachfolgend zu dem Start der Maschine 2 durch, nachdem eine positive Bestimmung in einer Trockenzustandsbestimmung getätigt wurde, nachdem eine Sensorregeneration umgesetzt ist. Genauer gesagt wird die positive Bestimmung in der Trockenzustandsbestimmung getätigt, wenn das Innere des Abgasrohrs 3 solcher Art getrocknet ist, dass der PM-Sensor 5, insbesondere das Element 57, nicht gegenüber Wasser freigestellt bzw. exponiert ist. Die Sensorregenerierung wird durch das Regen der Heizvorrichtung 65 implementiert, um den PM zu verbrennen und zu entfernen, welcher an dem Element 57 eingefangen ist. Genauer gesagt, bei der Trockenzustandsbestimmung, wird beispielsweise eine Bestimmung getätigt, ob eine Temperatur des Abgases, welche mit dem Abgastemperatursensor 81 erfasst wird, größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist. Die vorbestimmte Temperatur ist beispielsweise 100°C, bei welcher Temperatur kondensiertes Wasser verdampft und kondensiert ist.
Bei der Fehlfunktionsbestimmungsverarbeitung sendet die ECU 1 zuerst eine Anweisung an die SCU 7, um eine Spannung zwischen die kammartigen Elektroden 59 anzulegen, um damit das elektrostatische Einfangen zu beginnen. Gleichzeitig schätzt die ECU 1 eine Menge des PM ab, wobei das PM durch den DPF 4 hindurchtritt, und dies bei einem Zeitpunkt in einem Fall, bei welchem der DPF 4 ein nicht funktionierender Referenz-DPF ist, welcher als eine Referenz bei der Bestimmung der Fehlfunktion verwendet wird. Zusätzlich, so wie dies in (a) 6 gezeigt ist, startet die ECU 1 eine Integration der Menge des PM bei jedem Zeitpunkt, bei welchem die Abschätzung getätigt wird. Der fehlfunktionierende Referenz-DPF ist ein nicht funktionierender DPF, welcher bei seiner Funktion stark verschlechtert ist, PM einzufangen. Genauer gesagt tritt bei dem fehlfunktionierenden Referenz-DPF PM in einer Menge hindurch, welche äquivalent oder größer als ein Regulierungswert für eine Fehlfunktionsdiagnose der Vorrichtung selbst ist (OBD: On-Board-Diagnose).
Ein Verfahren zum Bestimmen des Integrationswerts einer Menge des PM ist nachstehend näher dargelegt. Das Verfahren wird durch das Schätzen einer Menge des PM durchgeführt, der von der Maschine 2 bei jedem Zeitpunkt gemäß einem Betriebszustand der Maschine 2 ausgestoßen wird, wie z. B. bei einer Umdrehung der Maschine 2, bei einer Last der Maschine 2, welche mit einer Kraftstoffeinspritzmenge korreliert ist, und/oder dergleichen. In anderen Worten wird das Verfahren durch das Abschätzen einer Menge (PM-Einflussmenge) des PM bei jedem Zeitpunkt durchgeführt, wenn das PM in den fehlfunktionierenden Referenz-DPF hineinfließt. Beispielsweise speichert die Speichervorrichtung 11 vorab eine Speicherabbildung, welche eine PM-Einflussmenge pro Zeiteinheit relativ zu einem Betriebszustand der Maschine 2 speichert, wie z. B. eine Drehzahl der Maschine 2, die Last der Maschine 2 und/oder dergleichen. Nachfolgend kann eine PM-Einflussmenge, welche dem vorliegenden Betriebszustand der Maschine 2 entspricht, aus der Speicherabbildung ausgelesen werden. Die Maschinendrehzahl ist mit dem Drehzahlsensor 82 erfassbar. Die Maschinenlast kann durch einen Befehlswert der Kraftstoffeinspritzmenge her abgeleitet werden, wobei dies durch die ECU 1 gemäß dem Erfassungswert der Maschinendrehzahl und gemäß dem Erfassungswert des Gaspedalsensors 83 eingestellt ist.
Ferner wird eine PM-Einfangrate des fehlfunktionierenden Referenz-DPF abgeschätzt. Beispielsweise wird ein vorbestimmter Wert α als die PM-Einfangrate des fehlfunktionierenden Referenz-DPF verwendet. Die PM-Einfangrate eines DPF kann in Abhängigkeit dessen variieren, welche Menge des PM vorliegt (eine PM-Anlagerungsmenge), um welche PM auf bzw. in dem DPF abgelagert wird, und in Abhängigkeit zu einer Abgasflussmenge. Im Hinblick dessen kann die PM-Einfangrate α entsprechend der PM-Einlagerungsmenge und einer Abgasflussmenge korrigiert werden. Die PM-Ablagerungsmenge kann gemäß beispielsweise einem Differentialdruck zwischen der stromaufwärts gelegenen Seite des DPF 4 und einer stromabwärts gelegenen Seite des DPF 4 abgeschätzt werden. Die Abgasflussmenge kann beispielsweise gemäß einer Einlassluftmenge abgeschätzt werden, welche mit einem Luftflussmessgerät erfasst wird.
Eine Menge des PM (PM-Ausflussmenge) f, um welche der PM aus fehlfunktionierenden Referenz-DPF bei jedem Zeitpunkt herausfließt, wird entsprechend der abgeschätzten PM-Einflussmenge und der abgeschätzten PM-Einfangrate des fehlfunktionierenden Referenz-DPF erhalten. Ein PM-Mengenintegrationswert F1 an der stromabwärts gelegenen Seite des DPF wird durch das Integrieren der PM-Ausflussmenge f berechnet, welche bei jedem Zeitpunkt erhalten wird, und dies für eine verstrichene Zeit vom Beginn der elektrostatischen Einfangtätigkeit.
Es wird angemerkt, dass anstelle des PM-Mengenintegrationswerts F1, um welchen PM durch das Abgasrohr 3 fließt, ein PM-Mengenintegrationswert F2 abgeschätzt werden kann, um welchen PM mit dem Element 57 eingefangen wird. In diesem Fall wird beispielsweise der PM-Mengenintegrationswert F2 durch das Abschätzen des PM-Mengenintegrationswerts F2 berechnet, und nachfolgend durch das Multiplizieren des PM-Mengenintegrationswerts F1 durch eine vorbestimmte Einfangrate, welche eine PM-Einfangrate des Elements 57 ist, und welche niedriger als 1 ist. Diese Einfangrate kann ein bestimmter Festwert sein, und dies unabhängig zu verschiedenen Zuständen, wie z. B. einer Abgasflussmenge, einer Luftüberschussrate λ, einer Temperatur des Abgases, einer Temperatur des Elements 57 und/oder dergleichen. Diese Einfangrate kann gemäß zumindest einem der nachfolgend beschriebenen Zuständet bestimmt werden. Beispielsweise, so wie sich die Abgasflussmenge erhöht, tritt das PM nur schwer in das Innere der Abdeckungen 51 und 53 ein. Konsequenterweise wird es schwierig, dass das PM, welches in das Innere der Abdeckungen 51 und 53 eintritt, mit dem Element 57 eingefangen wird. Zusätzlich, obwohl das PM eingefangen wird, tendiert das eingefangene PM dahin, von dem Element 57 entfernt zu werden. Im Hinblick dessen wird beispielsweise die Einfangrate geringer angesetzt, so wie sich die Abgasflussmenge erhöht.
So wie dies in 6 gezeigt ist, erreicht bei einem Zeitpunkt t0 der geschätzte PM-Mengenintegrationswert F1, um welchen PM durch das Abgasrohr 3 fließt, oder der PM-Mengenintegrationswert F2, um welchen PM durch das Element 57 eingefangen wird, einen vorbestimmten Wert. In 6 ist bei dem Zeitpunkt t0, bei einem Fall, bei dem das Ausgangssignal des PM-Sensors 5 schon angewachsen ist, bestimmt, dass der DPF 4 fehlfunktioniert. In anderen Worten, so wie dies durch eine Linie 101 in (b) der 6 gezeigt ist, bei einem Fall, bei dem das Ausgangssignal des PM-Sensors 5 größer oder gleich einem vorbestimmten Erfassungsschwellwert ist, wird bestimmt, dass der DPF 4 nicht bez. fehlfunktioniert. Im Gegensatz dazu, bei dem Zeitpunkt t0, bei einem Fall, bei dem das Ausgangssignal des PM-Sensors 5 nicht schon angewachsen ist, wird bestimmt, dass der DPF 4 sich normal verhält. In anderen Worten, so wie durch eine Linie 102 in (b) der 6 gezeigt, bei einem Fall, bei dem das Ausgangssignal des PM-Sensors 5 geringer als der vorbestimmte Erfassungsschwellwert ist, wird bestimmt, dass der DPF 4 normal funktioniert.
Beispielsweise wird der vorbestimmte Wert zum Bestimmen des Zeitpunkts t0 auf einen Wert eingestellt, welcher einer PM-Einfangmenge entspricht, die eine elektrische Leitung bzw. eine elektrische Leitfähigkeit zwischen den kammartigen Elektroden 59 ermöglicht. Eine Linie 103 in (b) der 6 zeigt ein abgeschätztes Ausgangssignal des PM-Sensors 5. Ein abgeschätztes Ausgangssignal wird von dem PM-Mengenintegrationswert in (a) der 6 umgewandelt. Bei dem Zeitpunkt t0 ist das abgeschätzte Ausgangssignal des PM-Sensors 5 an. In diesem Fall, bei einem Fall, bei dem das tatsächliche Ausgangssignal anwächst, bevor der Zeitpunkt t0 erreicht ist, dann wird bestimmt, dass der DPF fehlfunktioniert. Alternativ, bei einem Fall, bei dem das tatsächliche Ausgangssignal anwächst, nachdem der Zeitpunkt t0 erreicht ist, dann wird bestimmt, dass der DPF normal ist.
Bei der folgenden Beschreibung wird ein Zeitpunkt, bei welchem das elektrostatische Einfangen und die Integration der geschätzten PM-Menge nachfolgend zu der Implementierung der Sensorregeneration gestartet werden, beschrieben werden. Zuerst wird die thermophoretische Kraft, welche um das Element 57 wirkt, mit Bezug auf die 7 und 8 beschrieben werden. Genauer gesagt, so wie dies in 7 gezeigt ist, bildet sich bei einem Fall, bei dem die Temperatur des Elements 57 höher als eine Temperatur des Abgases um das Element 57 ist, ein Temperaturgradient um das Element 57 aus. Bei dem Temperaturgradienten wird die Temperatur niedriger je beabstandeter die Position zu dem Element 57 ist. Der Temperaturgradient erzeugt eine thermophoretische Kraft (eine abstoßende Kraft), welche auf den PM wirkt, um den PM weg von dem Element 57 abzustoßen. So wie dies in 14 gezeigt ist, bei einem Fall, bei dem die Temperatur des Abgases um das Element 57 höher ist, als die Temperatur des Elements 57, wird ein Temperaturgradient um das Element 57 ausgebildet. Bei dem vorliegenden Temperaturgradienten wird die Temperatur niedriger, so wie die Position näher zu dem Element 57 gelegen ist. Der Temperaturgradient verursacht eine thermophoretische Kraft (eine anziehende Kraft), welche auf den PM wirkt, um den PM anzuziehen, und dies in Richtung des Elements 57. Die thermophoretische Kraft wird größer, so wie der Unterschied zwischen der Temperatur T1 des Elements 57 und der Abgastemperatur T2 um das Element 57 größer wird. Das Abgas um das Element 57 ist Abgas, welches in einem Bereich existiert, in welchem die thermophoretische Kraft auf das Element 57 wirkt. Genauer gesagt kann das Abgas um das Element 57 ein Abgas sein, welche sich im Inneren der zweiten Abdeckung 53 befindet.
9 zeigt eine Beziehung zwischen einem Temperaturunterschied ΔT (= T1 – T2) und einem PM-Integrationswert ΣPM. Der Temperaturunterschied ΔT ist ein Unterschied zwischen der Temperatur T1 des Elements 57 und der Abgastemperatur T2 (der Temperatur in der Abdeckung) in der Abdeckung des PM-Sensors. Der PM-Mengenintegrationswert ΣPM ist eine Menge des PM, welche durch das Innere des Abgases in einer Zeitdauer fließt, bevor das Ausgangssignal des PM-Sensors anwächst. 9 zeigt Beziehungen zwischen dem Temperaturunterschied ΔT und dem PM-Integrationswert ΣPM in einem Fall, bei dem die Temperatur in der Abdeckung bei 200°C liegt, und in einem Fall, bei dem die Temperatur in der Abdeckung bei 300°C liegt. Bei dem Experiment der 9 ist eine Durchflussgeschwindigkeit des Abgases auf 10 m/Sek eingestellt, und die Rußkonzentration ist auf 3 mg/m3 eingestellt.
So wie dies in 9 gezeigt ist, so wie der Temperaturunterschied ΔT geringer wird, um an der negativen Seite zu der linken Seite der 9 größer zu werden, dann wird die thermophoretische Kraft größer, welche den PM von dem Element abstößt. Folglich ist die Zeitdauer, welche vor dem Anwachsen des Ausgangssignals des PM-Sensors liegt, größer, da eine Erfassungsempfindlichkeit für den PM verringert wird. Daher, so wie der Temperaturunterschied ΔT größer an der negativen Seite wird, wird der PM-Mengenintegrationswert ΣPM größer. In dem Fall, bei dem die Gastemperatur in der Abdeckung (Gastemperatur in der Abdeckung) 200°C ist, wenn der Temperaturunterschied ΔT größer an der negativen Seite als –100°C ist, dann wird die thermophoretische Kraft, welche den PM weg von dem Element abstößt, solchermaßen, dass das Element unfähig ist, das Einfangen des PM durchzuführen. Folglich erhöht sich das Ausgangssignal des PM-Sensors nicht. Auf der anderen Seite, bei dem Fall, bei dem die Gastemperatur in der Abdeckung bei 300°C liegt, wenn der Temperaturunterschied ΔT an der negativen Seite größer als –80°C wird, dann wächst das Ausgangssignal des PM-Sensors nicht an. Im Hinblick auf die vorstehend erläuterten Ergebnisse, bei dem Fall, bei dem die Gastemperatur in der Abdeckung bei 200°C liegt, wird der Temperaturunterschied ΔT bei –100°C ein Grenztemperaturunterschied. Der Grenztemperaturunterschied teilt einen Bereich des Temperaturunterschieds ΔT, in welchem das Element aufgrund der thermophoretischen Kraft unfähig ist, das Einfangen des PM durchzuführen, von einem Bereich, eines Temperaturunterschieds ΔT, in welchem das Element fähig ist, das Einfangen des PM durchzuführen, obwohl die thermophoretische Kraft wirkt. In ähnliche Weise, in dem Fall, bei dem die Gastemperatur in der Abdeckung bei 300°C liegt, wird der Temperaturunterschied ΔT bei –80°C der Grenztemperaturunterschied.
Bei dem Zustand, bei dem die Gastemperatur in der Abdeckung bei 200°C liegt, wenn die Element-Temperatur bei 300°C liegt, dann wird der Grenztemperaturunterschied –100°C. Die Element-Temperatur bei 300°C ist eine Grenztemperatur für eine thermophoretische Kraft, welche die untere Grenze für die Element-Temperatur ist, bei welcher das Element unfähig wird, aufgrund der thermophoretischen Kraft das Einfangen des PM durchzuführen, und dies bei dem Zustand, bei dem die Gastemperatur in der Abdeckung bei 200°C liegt. In dem Zustand, bei dem die Gastemperatur in der Abdeckung bei 300°C liegt, wenn die Element-Temperatur bei 380°C liegt, dann wird der Grenztemperaturunterschied –80°C. Die Element-Temperatur bei 380°C ist eine Grenztemperatur für die thermophoretische Kraft in dem Zustand, bei dem die Gastemperatur in der Abdeckung bei 300°C liegt.
Aus dem Ergebnis der 9 kann eine Beziehung gefunden werden, die in 10 gezeigt ist. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Abgastemperatur um das Element und der Grenztemperatur für die thermophoretische Kraft. In 10 ändert sich die Grenztemperatur für die thermophoretische Kraft gemäß der Abgastemperatur um das Element. Genauer gesagt, so wie die Abgastemperatur höher wird, wird die Grenztemperatur für die thermophoretische Kraft höher. Die Abgastemperatur um das Element, welche die Abgastemperatur innerhalb der Abdeckung ist, die das Element aufnimmt, ist äquivalent zu der Abgastemperatur (Außerabdeckungsabgastemperatur) bei einer Position (einer Position weg vom Element), die eine andere ist, als die Position um das Element. In einem Fall, bei dem die Abgastemperatur um das Element unterschiedlich zu der Außerabdeckungsabgastemperatur ist, ändert sich die Abgastemperatur um das Element gemäß der Abgastemperatur bei einer Position, die eine andere ist, als die Position um das Element. Das heißt, wenn die Abgastemperatur bei einer Position, die anders ist als die Position um das Element, hoch ist, dann wird die Abgastemperatur bei der Position um das Element ebenso hoch. Daher wird die Richtung und die Größe der thermophoretischen Kraft, welche um das Element wirkt, in Abhängigkeit zu der Abgastemperatur bei einer Position, die anders ist als die Position um das Element, und in Abhängigkeit zu einer Größenbeziehung relativ zu der Element-Temperatur bestimmt. Außerdem ändert sich die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft gemäß der Abgastemperatur bei einer Position, welche eine andere ist als die Position um das Element. Daher kann die Horizontalachse der 10 mit der Abgastemperatur bei einer Position, die anders ist als die Position um das Element, substituiert werden.
Bei der herkömmlichen Konfiguration werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration nachfolgend zu der Sensorregeneration gestartet, ohne die thermophoretische Kraft zu berücksichtigen. Daher kann die herkömmliche Konfiguration die folgenden Bedenken aufweisen. 11 ist ein Zeitdiagramm, welches Parameter in einem Zustand zeigt, bei dem das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet werden, wenn die Elementtemperatur höher ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft nachfolgend zu der Sensorregeneration. Genauer gesagt beinhaltet die 11 (a) (b) und (c) von oben nach unten her gesehen. In 11 zeigt (a) die Elementtemperatur, (b) zeigt die Umsetzung und Beendung des elektrostatischen Einfangens, und (c) zeigt eine Menge des PM, welche durch das Abgasrohr an der stromaufwärtsgelegenen Seite des DPF fließt, oder den Integrationswert der Menge des PM, welche durch den PM-Sensor eingefangen wird. In (c) der 11 zeigt eine durchgezogene Linie einen tatsächlichen PM-Mengenintegrationswert, welcher von dem Ausgangssignal des PM-Sensors umgewandelt wird, und eine gepunktete Linie zeigt einen PM-Mengenintegrationswert, welcher basierend auf dem Maschinenbetriebszustand abgeschätzt wird. In (c) der 11 repräsentiert der abgeschätzte wert, welcher durch die gepunktete Linie gezeigt ist, einen PM-Mengenintegrationswert in dem Fall, bei der der DPF der fehlfunktionierende Referenz-DPF ist. Der geschätzte Wert, der durch die gepunktete Linie gezeigt ist, ist äquivalent zu einem Integrationswert (zu einem erwarteten Wert) der Menge des PM, die durch das Element eingefangen wird, unter der Annahme, dass das Element das Einfangen des PM simultan mit dem Start des elektrostatischen Einfangens beginnt.
11 zeigt das Zeitdiagramm in einem Fall, bei der der PM-Sensor, welcher in 12 gezeigt ist, im Inneren der Abdeckung des PM-Sensors eingesetzt ist. Der PM-Sensor der 12 weist eine Form auf, dass das Abgas parallel mit der Ausbildungsoberfläche der Elektrode auf dem Element vorbei tritt. Der PM-Sensor der 12 führt keine Inertialeinfangung durch. Das heißt, dass der PM-Sensor der 12 im Wesentlichen nur das elektrostatische Einfangen durchführt, um den PM mit dem Element einzufangen.
So wie dies in (a) der 11 gezeigt ist, nachfolgend zum Durchführen der Sensorregeneration, verringert sich die Elementtemperatur allmählich, sowie die Zeit verstreicht. Wenn die Elementtemperatur um einen bestimmten Wert verringert ist, werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet. So wie dies in (a) und (b) der 11 gezeigt ist, kann bei dem vorliegenden Zustand, falls die thermophoretische Kraft nicht berücksichtigt wird, das elektrostatische Einfangen in einem Zustand gestartet werden, bei dem die Elementtemperatur höher als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft ist. So wie dies durch die gepunktete Linie in (c) der 11 gezeigt ist, wird simultan mit dem Start des elektrostatischen Einfangens gestartet. In dem vorliegenden Zustand ist die Elementtemperatur höher als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, wenn das elektrostatische Einfangen begonnen wird. Daher ist das Element unfähig, PM für die Zeit einzufangen, welchen auf den Start des elektrostatischen Einfangens folgt. Genauer gesagt ist das Element unfähig, PM einzufangen, bis die Elementtemperatur derart gesunken ist, dass diese geringer ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft. Folglich, so wie dies in (c) der 11 gezeigt ist, tritt ein Fehler zwischen einem tatsächlichen PM-Mengenintegrationswert und einem geschätzten PM-Integrationswert, wie abgeschätzt, auf. Genauer gesagt wird der tatsächliche PM-Mengenintegrationswert geringer sein als der geschätzte PM-Mengenintegrationswert. Es wird angemerkt, dass der geschätzte PM-Mengenintegrationswert ein PM-Mengenintegrationswert unter der Annahme ist, dass der DPF ein fehlfunktionierender Referenz-DPF ist. Der tatsächliche PM-Mengenintegrationswert variiert in Abhängigkeit zu einem Zustand der Fehlfunktion des DPF. Der Fehlfunktionszustand hängt davon ab, ob der DPF normal oder fehlfunktionierend ist. Der Fehlfunktionszustand hängt ebenso von einem Grad einer Fehlfunktion in einem Fall ab, bei dem der DPF nicht funktioniert. Der vorstehend erwähnte Fehler bedeutet nicht einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen PM-Mengenintegrationswert und dem abgeschätzten PM-Mengenintegrationswert, welcher in Abhängigkeit zu dem Fehlfunktionszustand des DPF verursacht wird, der vorliegend erwähnte Fehler bedeutet einen Fehler zwischen dem tatsächlichen PM-Mengenintegrationswert und dem abgeschätzten Mengenintegrationswert, was durch die Abweichung des Starts des Einfangens des PM auf das Element relativ zu dem Start des elektrostatischen Einfangens verursacht wird.
13 ist ein Zeitdiagramm, welches Parameter in einem Zustand zeigt, bei dem das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet sind, wenn die Elementtemperatur ausreichend geringer ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft nachfolgend zu der Sensorregeneration. Die Parameter der 13 sind gleich den Parametern der 11. 13 zeigt das Zeitdiagramm in einem Fall, bei dem der PM-Sensor, der in 14 gezeigt ist, im Inneren der Abdeckung des PM-Sensors eingesetzt wird. Der PM-Sensor, der in 14 gezeigt ist, ist in einer Form, dass dieser einen Fluss von Abgas in Richtung der Elektrode des Elements bewirkt. Das heißt, dass der PM-Sensor, der in 14 gezeigt ist, eine Konfiguration aufweist, welche äquivalent zu der Konfiguration des PM-Sensors 5 in 2 ist. Der PM-Sensor der 14 ist derart konfiguriert, dass dieser ein Inertialeinfangen durchführt, um den PM einzufangen, und dies zusätzlich zu dem elektrostatischen Einfangen.
Bei dem Beispiel der 13, so wie dies durch die gestrichelte Linie in (c) der 13 gezeigt ist, wird die Abschätzung des PM-Mengenintegrationswerts basierend auf dem Maschinenbetriebszustand simultan mit dem Start des elektrostatischen Einfangens gestartet. Im Gegensatz dazu, so wie dies durch die durchgezogene Linie in (c) der 13 gezeigt ist, wird das PM-Einfangen mit dem tatsächlichen Element nach bzw. hinter dem Start des elektrostatischen Einfangens gestartet. Dieser vorliegende Zustand tritt aus dem folgenden Grund auf. Wenn die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, dann wird das Einfangen des PM mit dem Element durch das Intertialeinfangen gestartet, obwohl das elektrostatische Einfangen nicht durchgeführt wird. So wie dies in (c) der 13 gezeigt ist, werden das elektrostatische Einfangen und das Abschätzen der PM-Mengenintegration in einem Zustand gestartet, bei dem die Elementtemperatur ausreichend niedriger als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft ist. In diesem Fall tritt der Fehler zwischen dem tatsächlichen PM-Mengenintegrationswert und dem geschätzten PM-Mengenintegrationswert auf. Genauer gesagt ist der tatsächliche PM-Mengenintegrationswert größer als der abgeschätzte PM-Mengenintegrationswert.
Der tatsächliche PM-Mengenintegrationswert, durch welchen PM durch das Element eingefangen wird, ist äquivalent zu einem Wert, welcher durch die durchgezogene Linie in (c) der 11 oder in (c) der 13 repräsentiert ist. Der PM-Mengenintegrationswert, durch welchen der PM durch das Element unter der Annahme eingefangen wird, dass das PM-Einfangen durch das Element gleichzeitig mit dem Start des elektrostatischen Einfangens gestartet ist, ist äquivalent zu einem Wert, der durch die gepunktete Linie in (c) der 11 oder in (c) der 13 repräsentiert wird. Der Fehler in sowohl (c) der 11 als auch in (c) der 13 ist in anderen Worten ein Fehler zwischen dem tatsächlichen PM-Mengenintegrationswert und dem PM-Mengenintegrationswert.
Wenn ein Fehler zwischen dem tatsächlichen PM-Mengenintegrationswert und dem abgeschätzten PM-Mengenintegrationswert auftritt, verringert sich die Genauigkeit der Fehlfunktionsbestimmung des DPF. Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme steuert die ECU 1 den Start des elektrostatischen Einfangens und den Start der PM-Mengenintegration nachfolgend zu der Sensorregeneration gemäß der Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft. Nachstehend wird eine Steuerung im Detail beschrieben werden. 15 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitung zeigt, die durch die ECU 1 ausgeführt wird, um den Start des elektrostatischen Einfangens und den Start der PM-Mengenintegration nachfolgend zu der Sensorintegration zu steuern. Beispielsweise wird das Verarbeiten der 15 simultan mit dem Start der Maschine 2 begonnen. Beispielsweise wird das Verarbeiten wiederholt in einem vorbestimmten Zyklus ausgeführt, bis die Maschine 2 gestoppt wird. 16 ist ein Zeitdiagramm, welches Parameter zeigt, die relevant für das Verarbeiten der 15 sind. Genauer gesagt beinhaltet die 15 (a), (b), (c) und (d) von oben nach unten betrachtet. In 15 zeigt (a) die Elementtemperatur, (b) zeigt die Umsetzung/Beendigung des elektrostatischen Einfangens, (c) zeigt den geschätzten PM-Mengenintegrationswert und (d) zeigt die Abgastemperatur. In (c) der 15 zeigt eine durchgezogene Linie einen Schätzwert des PM-Mengenintegrationswerts. Der Schätzwert ist der geschätzte PM-Mengenintegrationswert, durch welchen PM durch das Abgasrohr auf der stromaufwärtsgelegenen Seite des DPF 4 einem Zustand fließt, bei dem der DPF 4 der fehlfunktionierende Referenz-DPF ist. In (c) der 16 zeigt die gekettete Linie mit einem Punkt den geschätzten Wert des PM-Mengenintegrationswerts, durch welchen der PM mit dem Element 57 in einem Zustand eingefangen wird, bei dem der DPF 4 der fehlfunktionierende Referenz-DPF ist. In (d) der 16 ist ein Beispiel gezeigt, in welchem die Abgastemperatur 200°C beträgt.
Als eine Voraussetzung für die Verarbeitung der 15 wird eine Beziehung, welche in 17 gezeigt ist, vorab eingespeichert. Die 17 zeigt eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und der Elementtemperatur. Die Elementtemperatur (Einfangstarttemperatur) wird als ein Schwellwert verwendet, um das elektrostatische Einfangen zu starten. 17 zeigt (1) eine untere Temperaturschwelle für das Verbrennen von PM, (2) eine Grenztemperatur der Isolation, und (3) die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, und dies zusätzlich zu der Einfangstarttemperatur, welche durch die durchgezogene Linie gezeigt ist. Die untere Temperaturschwelle für das Verbrennen von PM in (1) repräsentiert eine untere Schwelle für eine Temperatur, welcher PM verbrennt. Genauer gesagt ist die untere Schwelle für das Verbrennen von PM beispielsweise 600°C. Die Isolationsgrenztemperaturen (2) repräsentiert eine maximale Temperatur, bei welcher das Element 57 fähig ist, eine Eigenschaft als ein isolierendes Material beizubehalten. Die Isolationsgrenztemperatur weist eine Abhängigkeit zu dem Material des Elements 57 auf, und ist beispielsweise eine Temperatur von etwa 300°C bis 500°C. Bei einem Zustand, bei dem das Element 57 eine hohe Temperatur oberhalb der Isolationsgrenztemperatur wird, verringert sich der Isolationswiderstand des Elements 57 stark. Konsequenterweise leitet das Element 57 einen elektrischen Strom bei dem Anlegen einer Spannung zwischen den kammartigen Elektroden 59. Konsequenterweise, sogar in einem Fall, bei dem das Element 57 die gleiche Menge von PM einfängt, variiert das Ausgangssignal des PM-Sensors 5 relativ zu einem Ausgangssignal des Elements in einem Normalzustand, bei welchem die Elementtemperatur niedriger ist als die Isolationsgrenztemperatur. Im Ergebnis kann eine Genauigkeit der Fehlfunktionsbestimmung des DPF 4 verringert sein.
Es wird angemerkt, dass die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft (3) die gleiche ist wie diejenige der 10. Die Einfangstarttemperatur, welche durch die durchgezogene Linie in 17 gezeigt ist, wird auf eine Temperatur eingestellt, welche mit der Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft in (3) zusammenfällt. Das heißt, dass die Beziehung der 17 die gleiche ist wie die Beziehung der 10. In anderen Worten speichert die Speichervorrichtung 11 die Beziehung der 10. Es wird angemerkt, dass die Abgastemperatur auf der horizontalen Ache in 17 die Abgastemperatur um das Element 57 oder die Abgastemperatur bei einer Position sein kann, welche eine andere ist als die Nähe des Elements 57. Genauer gesagt ist die Abgastemperatur um das Element 57 beispielsweise die Abgastemperatur im Inneren der zweiten Abdeckung 53. Die Abgastemperatur an einer Position, welche eine andere ist als die Nähe des Elements 57 ist beispielsweise die Abgastemperatur an einer Position, an welcher der Abgastemperatursensor 81 vorgesehen ist (bezugnehmend auf 1). Es wird ferner angemerkt, dass die vorliegende Ausführungsform annimmt, dass (3) die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft niedriger ist als (1) der untere Temperaturschwellwert zum Verbrennen des PM und (2) die Isolationsgrenztemperatur.
Nachdem die Verarbeitung der 15 gestartet ist wird bestimmt, ob die Sensorregeneration beendet ist (S11). Wenn die Sensorregeneration nicht beendet ist, genauer gesagt, wenn die Sensorregeneration nicht durchgeführt wird, oder wenn die Sensorregeneration aktuell stattfindet (S11: NEIN), dann wird die Verarbeitung der 15 beendet. Wenn die Sensorregeneration beendet ist (S11: JA), dann wird nachfolgend bestimmt, ob das elektrostatische Einfangen durchgeführt wird (S12). Wenn das elektrostatische Einfangen immer noch durchgeführt wird (S12: NEIN), dann wird das Verarbeiten in 15 beendet.
Wenn das elektrostatische Einfangen nicht durchgeführt wird (S12: JA), dann wird die Einfangstarttemperatur berechnet (S13). Die Einfangstarttemperatur ist eine Temperatur des Elements 57, welche als ein Schwellwert verwendet wird, um sowohl das elektrostatische Einfangen als auch die PM-Mengenintegration zu starten. Genauer gesagt wird die Abgastemperatur, welche mit dem Abgastemperatursensor 81 erfasst wird, erhalten. In diesem Fall wird angenommen, dass die Abgastemperatur an der Horizontalachse der 17 die Abgastemperatur bei der Position ist, an welcher der Abgastemperatursensor 81 installiert ist. Es wird angemerkt, dass eine Erfassungsvorrichtung, um die Abgastemperatur um das Element 57 zu erfassen, vorgesehen sein kann, und bei S13 kann die Abgastemperatur um das Element 57 unter Verwendung der Erfassungsvorrichtung erhalten werden. Die Erfassungsvorrichtung ist beispielsweise ein Temperatursensor, welcher im Inneren des PM-Sensors vorgesehen ist, und ein Erfassungsergebnis des Temperatursensors kann erhalten werden. Die Abgastemperatur um das Element 57 wird derart betrachtet, dass diese in Korrelation mit der Abgastemperatur steht, welche mit dem Abgastemperatursensor 81 erfasst wird. Im Hinblick dessen kann eine Korrelation zwischen der Abgastemperatur, welche mit dem Abgastemperatursensor 81 erfasst wird, und der Abgastemperatur um das Element 57 vorab ermittelt werden. Die Korrelation wird in der Speichervorrichtung 11 gespeichert. In diesem Fall kann die Abgastemperatur um das Element 57 basierend auf der Abgastemperatur ermittelt werden bzw. abgeschätzt werden, welche mit dem Abgastemperatursensor 81 erfasst wird, und diese in Bezug auf die Korrelation. In einem Fall, bei dem die Abgastemperatur, welche mit dem Abgastemperatursensor 81 erfasst wird, äquivalent zu der Abgastemperatur um das Element 57 ist, wird die Abgastemperatur, welche mit dem Abgastemperatursensor 81 erfasst wird, als die Abgastemperatur um das Element 57 erhalten. Bei S13 wird eine Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, welche in Abhängigkeit zu der Abgastemperatur steht, als eine Einfangstarttemperatur berechnet, und dies gemäß der erhaltenen Abgastemperaturbeziehung der 17. Beispielsweise, so wie dies in (d) der 16 gezeigt ist, wenn die Abgastemperatur etwa 200°C beträgt, wird die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft bestimmt, welche 200°C entspricht. In diesem Beispiel liegt die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft beispielsweise bei 300°C. So wird die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, welche beispielsweise bei 300°C liegt, als die Einfangstarttemperatur verwendet.
Nachfolgend wird bestimmt, ob die Temperatur des Elements 57 geringer ist als die Einfangstarttemperatur (die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft), was bei S31 bestimmt ist (S14). Es wird angemerkt, dass der Zustand, bei welchem die Temperatur des Elements 57 derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Einfangstarttemperatur, einen Moment vermittelt, bei welcher die Temperatur des Elements 57 derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Einfangstarttemperatur. Genauer gesagt bedeutet der vorliegende Zustand einen Zustand, bei dem die Temperatur des Elements 57, welche bei dem vorausgehenden Zeitpunkt ermittelt wurde, größer ist als die Einfangstarttemperatur, und bei dem die Temperatur des Elements 57, welche bei diesem Zeitpunkt ermittelt wird, niedriger ist als die Einfangstarttemperatur. Der Zustand, in welchem die Temperatur des Elements 57 derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Einfangstarttemperatur, nimmt einen Zustand aus, bei dem die Temperatur des Elements 57, welche bei dem vorausgegangenen Zeitpunkt erfasst wurde, schon niedriger ist als die Einfangstarttemperatur. Das heißt, dass der Zustand, in welchem die Temperatur des Elements 57 derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Einfangstarttemperatur, einen Zustand bedeutet, bei dem die Temperatur des Elements 57 bei einer Temperatur liegt, welche niedriger ist als die Einfangstarttemperatur, jedoch unabhängig davon immer noch so nah zu der Einfangstarttemperatur liegt wie möglich. Die Verarbeitung bei S14 bedeutet, dass bestimmt wird, ob der Zustand, bei welchem die Temperatur des Elements 57 größer oder gleich der Einfangstarttemperatur ist, auf den Zustand ändert, bei welchem die Temperatur des Elements 57 geringer ist als die Einfangstarttemperatur.
So wie dies in (a) der 16 gezeigt ist, nachfolgend zu der Beendigung der Sensorregeneration, verringert sich die Temperatur des Elements 57 allmählich so wie die Zeit verstreicht. Die ECU 1 sendet eine Anweisung an die SCU 7, um zu verursachen, dass die Temperaturerfassungseinheit 73 (bezugnehmend auf 3), die Elementtemperatur kontinuierlich nachfolgend zu der Sensorregeneration erfasst. Die SCU 7 erhält ferner die erfasste Elementtemperatur. Wenn die Elementtemperatur erfasst wird, dann erregt die SCU 7 die Heizvorrichtung 65 in einem gewissen Maße etwa solchermaßen, dass das Element 57 in seiner Temperatur nicht anwächst. Die SCU 7 verursacht ferner, dass die Temperaturerfassungseinheit 73 den elektrischen Strom erfasst, welcher durch die Heizvorrichtung 65 fließt, wenn die Heizvorrichtung 65 etwas erregt wird. Auf diese Weise berechnet die SCU 7 die Elementtemperatur aus dem Erfassungswert (S14). Die SCU 7 kann die Elementtemperatur aus einem Heizwiderstand der Heizvorrichtung 65 ermitteln.
Wenn die Elementtemperatur größer oder gleich der Einfangstarttemperatur ist (S14: NEIN), dann werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestoppt (S16), und die Verarbeitung der 15 wird beendet. Wenn die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Einfangstarttemperatur (S14: JA), dann werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet (S15) (bezugnehmend auf 16). Nachfolgend zu der Verarbeitung bei S15 wird das Verarbeiten in 15 beendet.
So wie dies vorstehend beschrieben ist wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft gemäß der Abgastemperatur bestimmt. Zusätzlich, wenn, d. h. bei dem Zeitpunkt, bei dem die Temperatur des Elements 57 derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, und dies nachfolgend zur Sensorregeneration, dann werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet. Die vorliegende Konfiguration erlaubt es, das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration demgegenüber zu beschränken, dass dies bei einem Zeitpunkt gestartet wird, welcher fernab gegenüber dem Zeitpunkt gelegen ist, bei welchem das Element 57 die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft wird. Konsequenterweise erlaubt es die vorliegende Konfiguration einen Zustand zu vermeiden, bei dem das Einfangen des PM mit dem Element 57 nicht gestartet wird, obwohl das elektrostatische Einfangen mit der thermophoretischen Kraft gestartet ist. Zusätzlich erlaubt es die vorliegende Konfiguration ferner, einen Zustand zu vermeiden, bei dem das PM-Einfangen mit dem Element 57 schon durch das Initialeinfangen gestartet ist, wenn das elektrostatische Einfangen gestartet wird. Daher erlaubt es die vorliegende Konfiguration einen Fehler zwischen dem PM-Mengenintegrationswert (dem tatsächlichen Wert), durch welchen das PM tatsächlich durch das Element 57 eingefangen wird, und dem PM-Mengenintegrationswert (dem erwarteten Wert), durch welchen der PM durch das Element 57 unter der Annahme eingefangen wird, dass das Einfangen des PM mit dem Element 57 simultan mit dem Start des elektrostatischen Einfangens gestartet wird, zu reduzieren. Zusätzlich erlaubt es die vorliegende Konfiguration einen Fehler zwischen dem tatsächlichen Wert und dem tatsächlichen Wert des PM-Mengenintegrationswerts, der in (c) der 16 gezeigt ist, zu reduzieren. Daher erlaubt es die vorliegende Konfiguration, eine Verringerung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Fehlfunktion des DPF 4 zu reduzieren. Zusätzlich erhält die vorliegende Konfiguration die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft gemäß der Abgastemperatur, wobei es dadurch möglich wird, die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft genau entsprechend der vorliegenden Abgastemperatur zu erhalten.
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden. Hauptsächlich werden Konfigurationen beschrieben werden, die unterschiedlich zur Konfiguration der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist. Die vorliegende Ausführungsform ist zu der ersten Ausführungsform im Verarbeiten bei Schritt S13 in 15 unterschiedlich, und Konfiguration von etwas anderem als dies ist äquivalent zu der ersten Ausführungsform. Nachstehend wird das Verarbeiten bei S13 in 15 im Detail beschrieben werden. Genauer gesagt wird bei S13 das Verarbeiten des Flussdiagramms der 18 ausgeführt. Nachstehend wird das Verarbeiten in 18 beschrieben werden. Zuerst wird die Abgastemperatur um das Element 57 oder die Abgastemperatur bei einer Position bestimmt, welche eine andere ist als die Nähe des Elements 57. Die Abgastemperatur bei einer Position, welche eine andere ist als die Nähe des Elements 57 wird durch einen Erfassungswert des Abgastemperatursensors 81 repräsentiert. Nachfolgend wird eine Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft gemäß der Abgastemperatur basierend auf der erhaltenen Abgastemperatur mit Bezug auf die Beziehung berechnet, welche in 10 gezeigt ist und welche durch die Speichervorrichtung 11 gespeichert ist (S21).
Nachfolgend wird die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, welche bei S21 berechnet wird, mit der Isolationsgrenztemperatur verglichen, welche als eine Maximaltemperatur vorbestimmt ist, bei welcher das Element 57 fähig ist, seine Eigenschaft als isolierendes Material beizubehalten (S22). Wenn die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft kleiner ist als die Isolationsgrenztemperatur, dann wird die Einfangstarttemperatur als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft eingestellt (S24). Wenn die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft größer oder gleich der Isolationsgrenztemperatur ist, dann wird die Einfangstarttemperatur bei der Isolationsgrenztemperatur eingestellt (S23). Nachfolgend zu der Verarbeitung bei S23 oder S24 wird das Verarbeiten in 18 beendet, und die Verarbeitung führt zu der Verarbeitung der 15 zurück.
19 zeigt ein Zeitdiagramm, welches die gleichen Parameter beinhaltet, wie die der 16 und dies gemäß der vorliegenden Ausführungsform. So wie dies in (d) der 19 gezeigt ist, wird angenommen, dass die Abgastemperatur bei 300°C liegt. 19 zeigt das Zeitdiagramm in einem Fall, bei dem die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, welche der Abgastemperatur bei 300°C entspricht, größer ist als die Isolationsgrenztemperatur. 20 zeigt eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und der Einfangstarttemperatur gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 20 zeigt (1) die untere Temperaturschwelle für das Verbrennen des PM, (2) die Isolationsgrenztemperatur, und (3) die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft durch die durchgezogene Linie zusätzlich zu der Einfangstarttemperatur. So wie dies in 20 gezeigt ist nimmt die vorliegende Ausführungsform an, dass in einem Niedrigtemperaturbereich, in welchem die Abgastemperatur niedriger ist als eine bestimmte Temperatur t0, die Isolationsgrenztemperatur höher ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft. Bei der vorliegenden Annahme ist im Gegensatz dazu ein Hochtemperaturbereich, in welchem die Temperatur ist, als eine bestimmte Temperatur t0, die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft höher als die Isolationsgrenztemperatur. In dem Bereich, in welchem die Isolationsgrenztemperatur höher ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, wird die Einfangstarttemperatur als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft eingestellt. In dem Bereich, in welchem die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft höher ist als die Isolationsgrenztemperatur, wird die Einfangstarttemperatur auf die Isolationsgrenztemperatur eingestellt.
In dem Beispiel der 20, in dem Fall, bei dem die Abgastemperatur auf 300°C eingestellt ist, ist die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft höher als die Isolationsgrenztemperatur. Daher ist in diesem Fall die Einfangstarttemperatur bei der Isolationsgrenztemperatur eingestellt. Ferner, in diesem Fall, bei S14 in 15, wird bestimmt, ob die Elementtemperatur derart verringert wird, dass diese geringer ist als die Isolationsgrenztemperatur, welche als die Einfangstarttemperatur eingestellt ist. In einer Zeitdauer, in welcher die Elementtemperatur sich nicht derart verringert, dass diese niedriger ist als die Isolationsgrenztemperatur (S14: NEIN), werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration beendet (S16). Wenn die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Isolationsgrenztemperatur, dann werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet (S15, ebenso bezugnehmend auf 19).
Die vorliegende Konfiguration erlaubt es, einen Betriebseffekt zu erzeugen, welcher ähnlich der ersten Ausführungsform ist. Zusätzlich erlaubt es die vorliegende Konfiguration sowohl eine Verringerung der Genauigkeit des Ausgangssignals des PM-Sensors 5 zu vermeiden als auch eine Verringerung der Genauigkeit der Bestimmung der Fehlfunktion des DPF 4 zu vermeiden, was durch das Starten des elektrostatischen Einfangens bei einer Temperatur verursacht wird, welche höher als die Isolationsgrenztemperatur ist.
Dritte Ausführungsform
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden. Es werden hauptsächlich Konfigurationen beschrieben werden, die unterschiedlich zu denjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform führt die ECU 1 die Verarbeitung in 21 anstelle der Verarbeitung der 15 durch. In 21 wird eine Verarbeitung, die äquivalent zu der Verarbeitung der 15 ist, durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Bei der Verarbeitung der 21, in einem Fall, bei dem die Sensorregeneration beendet ist (S11: JA), und in einem Fall, bei dem das elektrostatische Einfangen nicht durchgeführt wird (S12: JA), wird nachfolgend bestimmt, ob die Temperatur des Elements 57 derart sinkt, dass diese niedriger ist als eine vorbestimmte Einfangstarttemperatur (S141). Bei der ersten Ausführungsform wird die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, welche gemäß der Abgastemperatur variiert, berechnet, und die berechnete Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft wird als die Einfangstarttemperatur eingestellt. Gemäß dieser vorliegenden Ausführungsform wird die Einfangstarttemperatur auf einem konstanten festen Temperaturwert unabhängig zu der Abgastemperatur eingestellt.
22 zeigt eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und der Einfangstarttemperatur gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 22 zeigt (1) den unteren Temperaturschwellwert des Verbrennens des PM, (2) die Isolationsgrenztemperatur, und (3) die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft durch eine durchgezogene Linie und dies zusätzlich zu der Einfangstarttemperatur. So wie dies in 22 gezeigt ist wird ein Bereich, innerhalb welchem angenommen wird, dass die Abgastemperatur schwankt als ein Benutzungsbereich des PM-Sensors 5 bestimmt. Der Benutzungsbereich ist beispielsweise ein Temperaturbereich, welcher kleiner oder gleich 800°C ist. Zusätzlich wird ein Grenztemperaturbereich einer thermophoretischen Kraft, innerhalb welchem die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft in dem Benutzungsbereich schwankt, vorab bestimmt. Nachfolgend wird eine höchstmögliche Temperatur innerhalb des Grenztemperaturbereichs der thermophoretischen Kraft vorab als die Einfangstarttemperatur eingestellt. In anderen Worten wird eine Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft bei einer höchstmöglichen Abgastemperatur Tmax, welche beispielsweise 800°C beträgt, in einem Bereich, innerhalb welchem die Abgastemperatur schwankt, bestimmt. Die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft wird als die Einfangstarttemperatur bestimmt. Beispielsweise, wenn die Abgastemperatur 200°C beträgt, dann wird die Einfangstarttemperatur höher sein als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft. Zusätzlich wird die Einfangstarttemperatur auf eine Temperatur eingestellt, die niedriger ist als der untere Temperaturschwellwert zum Verbrennen des PM, und welcher niedriger ist als die Isolationsgrenztemperatur. Die Einfangstarttemperatur, welche vorab bestimmt wird, wird in der Speichervorrichtung 11 gespeichert.
Bei S141 wird bestimmt, ob sich die Elementtemperatur derart verringert, dass diese niedriger ist als die Einfangstarttemperatur, die in der Speichervorrichtung 11 gespeichert ist. Wenn sich die Elementtemperatur nicht derart verringert, dass diese niedriger ist als die Einfangstarttemperatur (S141: NEIN), dann werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration beendet (S16). Im Gegensatz dazu, wenn die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Einfangstarttemperatur (S141: JA), dann werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet (S15).
23 zeigt ein Zeitdiagramm, welches die gleichen Parameter beinhaltet, wie diejenigen der 16, und dies gemäß der vorliegenden Ausführungsform. So wie dies in (d) der 13 gezeigt ist, liegt die Abgastemperatur bei 200°C. So wie dies in (a) der 23 gezeigt ist, wird eine Einfangstarttemperatur, welche höher ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, wenn die Abgastemperatur bei 200°C liegt, vorab bestimmt. Zusätzlich, so wie dies in (b) und C der 23 gezeigt ist, werden das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration im Hinblick auf die Einfangstarttemperatur bei einem Schwellwert gestartet.
Auf diese Weise werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet, wenn die Elementtemperatur höher ist als die tatsächliche Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft (Einfangstarttemperatur). Die vorliegende Konfiguration wird aus den folgenden Gründen eingesetzt.
In einem Fall, bei dem das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration gestartet werden, wenn die Elementtemperatur höher ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft, dann wird das PM-Einfangen mit dem Element nicht gestartet bis die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft. Daher tritt ein Fehler zwischen den PM-Mengenintegrationswert (tatsächlichen Wert), durch welchen PM tatsächlich durch das Element eingefangen wird, und dem PM-Mengenintegrationswert (Erwartungswert), durch welchen PM durch das Element unter der Annahme eingefangen wird, dass das PM-Einfangen mit dem Element gleichzeitig mit dem Start des elektrostatischen Einfangens gestartet wird, auf.
Im Gegensatz dazu wird angenommen, dass das elektrostatische Einfangen und die PM-Mengenintegration in einem Zustand gestartet werden, bei dem die Elementtemperatur ausreichend niedriger ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft. In diesem Fall wird das PM-Einfangen mit dem Element durch das Inertialeinfangen in einem Moment gestartet, bei welchem die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft. Das heißt, dass das PM-Einfangen mit dem Element schon durch das Inertialeinfangen bei dem Zeitpunkt gestartet wird, wenn die elektrostatische Einfangung gestartet wird. Aus diesem vorliegenden Grund tritt ein Fehler B zwischen dem tatsächlichen Wert und dem erwarteten Wert auf.
Im Fall des Fehlers B variieren die Abgasflussgeschwindigkeit und die Rußkonzentration signifikant, und eine Variation dieser Werte ist in Abhängigkeit zu dem Maschinenbetriebszustand schnell. Daher ist gemäß einem Vergleich zwischen dem Fehler A und dem Fehler B eine Schwankung des Fehlers B größer als eine Schwankung des Fehlers A.
Im Hinblick auf das vorstehende Ergebnis wird die höchste Temperatur, welche in dem Grenztemperaturbereich der thermophoretischen Kraft innerhalb des Verwendungsbereichs des PM-Sensors liegt, als die Einfangstarttemperatur eingestellt, um den Fehler B soweit wie möglich zu reduzieren. Die vorliegende Konfiguration beinhaltet trotzdem noch den Fehler A, jedoch wird es ermöglicht, den Fehler B soweit wie möglich zu reduzieren. Konsequenterweise erlaubt es die vorliegende Konfiguration einen Fehler zwischen dem tatsächlichen Wert und dem erwarteten Wert zu reduzieren. Die Einfangstarttemperatur liegt innerhalb dem Grenztemperaturbereich der thermophoretischen Kraft, was innerhalb des Verwendungsbereichs des PM-Sensors liegt. Daher erlaubt es die vorliegende Konfiguration einen Fehler zwischen dem tatsächlichen Wert und dem erwarteten Wert zu reduzieren, und dies im Vergleich zu einer Konfiguration, bei welcher das elektrostatische Einfangen gestartet wird, wenn die Elementtemperatur außerhalb des Grenztemperaturbereichs der thermophoretischen Kraft liegt. Auf diese Weise erlaubt es die vorliegende Konfiguration eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Fehlfunktion des DPF beizubehalten.
Zusätzlich wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Einfangstarttemperatur bei dem festen Temperaturwert bestimmt. Daher muss bei der vorliegenden Konfiguration die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft gemäß der Abgastemperatur nicht jedes Mal bestimmt werden, wobei dadurch die Verarbeitung vereinfacht wird.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können auf verschiedene Arten und Weisen modifiziert werden, so wie dies nachstehend näher beschrieben ist. Beispielsweise nimmt die zweite Ausführungsform an, dass die Isolationsgrenztemperatur niedriger ist als der untere Temperaturschwellwert zum Verbrennen des PM. Angenommen, in einem Fall, bei dem die Isolationsgrenztemperatur höher ist als der untere Temperaturschwellwert zum Verbrennen des PM, was beispielsweise bei 600°C der Fall ist, dann kann der untere Temperaturschwellwert zum Verbrennen des PM als eine Einfangstarttemperatur in einem Bereich eingestellt werden, in welchem die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft höher ist als der untere Temperaturschwellwert zum Verbrennen des PM.
Zusätzlich stellen die vorangegangen beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft eine Konfiguration dar, die den PM-Sensor einsetzt, welcher das Einfangen des PM durch sowohl das elektrostatische Einfangen als auch das Inertialeinfangen durchführt. Es wird angemerkt, dass der PM-Sensor, der in 12 gezeigt ist, welcher das PM-Einfangen nur durch das elektrostatische Einfangen durchführt, in allen Ausführungsformen eingesetzt werden kann. In diesem Fall muss bei der dritten Ausführungsform das Inertialeinfangen nicht berücksichtigt werden. Das heißt, dass der Fehler B nicht berücksichtigt werden muss. Daher, um den Fehler A soweit wie möglich zu reduzieren, kann die Einfangstarttemperatur auf die minimale Temperatur innerhalb des Grenztemperaturbereichs der thermophoretischen Kraft eingestellt werden, welcher innerhalb des Benutzungsbereichs des PM-Sensors schwankt, d. h. welcher innerhalb des Bereichs schwankt, in welchem die Abgastemperatur schwankt.
Die dritte Ausführungsform nimmt an, dass die Schwankung des Fehlers B größer ist als die Schwankung des Fehlers A. Im Gegensatz dazu, in einem Fall, bei dem die Schwankung des Fehlers B größer ist als die Schwankung des Fehlers A, oder einem Fall, bei dem die Schwankung des Fehlers A und die Schwankung des Fehlers B äquivalent zueinander sind, kann die Einfangstarttemperatur auf eine Temperatur eingestellt werden, welche eine andere ist als die höchstmögliche Temperatur und das in dem Grenztemperaturbereich der thermophoretischen Kraft innerhalb des Verwendungsbereichs des PM-Sensors. Beispielsweise kann in diesem Fall die Einfangstarttemperatur auf eine minimale Temperatur oder eine zwischengelegene Temperatur in bzw. bezüglich der Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft eingestellt werden.
Bei den ersten und zweiten Ausführungsformen wird die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft gemäß der Abgastemperatur bestimmt. Es wird angemerkt, dass die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft gemäß der Abgasflussgeschwindigkeit und/oder der Rauchkonzentration bestimmt werden kann, und dies zusätzlich zur Abgastemperatur. Die vorliegende Konfiguration erlaubt es, die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft genauer zu bestimmen. Die Abgasflussgeschwindigkeit und die Rußkonzentration können beispielsweise gemäß einem Maschinenbetriebszustand, wie zum Beispiel die Maschinendrehzahl, die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder dergleichen, abgeschätzt werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können die ECU 1 und die SCU 7 äquivalent zu einer Steuervorrichtung sein. Die ECU 1 und die SCU 7, welche das Verarbeiten bei S14 bis S16 der 15, bei S22 bis S24 der 18, und bei S141 bis S16 in 21 ausführen, können äquivalent zu einer Einfangsteuereinheit sein. Die Temperaturerfassungseinheit 73 und die ECU 1, welche die Verarbeitung bei S14 in 15 und die Verarbeitung bei S141 in 21 ausführt, können äquivalent zu einer Elementtemperaturerfassungseinheit sein. Die ECU 1, welche das Verarbeiten bei S13 in 15 und bei S21 in 18 ausführt, können äquivalent zu einer Grenztemperaturerfassungseinheit und einer Gastemperaturerfassungseinheit sein. Die ECU 1 kann äquivalent zu einer Abschätzeinheit und/oder einer Bestimmungseinheit sein.
So wie dies vorstehend beschrieben ist beinhaltet die Steuervorrichtung 1, 7 die Einfangsteuereinheit 1, 7, welche derart konfiguriert ist, dass diese das elektrostatische Einfangen mit dem Sensor 5 steuert. Der Sensor 5 ist derart konfiguriert, dass dieser in dem Abgasrohr 3 der internen Verbrennungsmaschine 2 vorgesehen ist. Der Sensor 5 beinhaltet das Element 57 und die Heizeinheit 65. Das Element 57 ist aus einem isolierenden Material ausgebildet, um die Oberfläche aufzuweisen, welche mit der Mehrzahl der Elektroden 59 ausgestattet ist, die einander gegenüberliegen, wobei die Heizeinheit 65 derart konfiguriert ist, dass diese das Element heizt. Der Sensor 5 ist derart konfiguriert, dass dieser das elektrostatische Einfangen durch das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden durchführt, um zu verursachen, dass das Element Feinstaub einfängt, welcher in dem Abgas beinhaltet ist, das durch das Abgasrohr fließt, und um elektrischen Strom zu senden, welcher zwischen den Elektroden fließt, und dies gemäß der Menge des Feinstaubs, der durch das Element eingefangen wird, oder um den Wert zu senden, welcher mit dem elektrischen Strom korreliert ist. Die Steuervorrichtung 1, 7 beinhaltet ferner die Temperaturerfassungseinheit 73, S14, 1, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Temperatur des Elements erfasst. Die Steuereinheit 1, 7 beinhaltet ferner die Grenztemperaturerfassungseinheit S13, S21, 1, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft erhält, welche die untere Schwelle der Temperatur des Elements ist, bei welcher das Element unfähig wird, Feinstaub mit der thermophoretischen Kraft einzufangen, welche um das Element. Die Einfangsteuereinheit S14 bis S16, S22, S24 ist derart konfiguriert, dass diese das elektrostatische Einfangen beginnt, wenn die Temperatur des Elements derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft nachfolgend zu der Ausführung einer Sensorregeneration, welche dazu dient, zu verursachen, dass die Heizeinheit Feinstaub, der durch das Element eingefangen wurde, verbrennt und entfernt.
Wenn die Temperatur des Elements hoch ist, dann existiert die Elementtemperatur, bei welcher das Element beschränkt ist, Partikel aufgrund der thermophoretischen Kraft einzufangen, und dies im Vergleich mit einem Fall, bei dem die Temperatur des Elements niedrig ist. Nachfolgend wird in diesem Fall das Element unfähig, Feinstaub einzufangen, obwohl das elektrostatische Einfangen implementiert ist. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft erhalten. Die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft ist die untere Schwelle der Elementtemperatur, bei welcher das Element unfähig wird, Feinstaub mittels der thermophoretischen Kraft einzufangen. Zusätzlich, und nachfolgend zu der Sensorregeneration, wird das elektrostatische Einfangen gestartet, wenn die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese niedriger ist als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft. Die vorliegende Konfiguration erlaubt es, das elektrostatische Einfangen derart zu begrenzen, dass dieses bei einem Zeitpunkt gestartet wird, welcher signifikant unterschiedlich zu dem der Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft ist. Daher erlaubt es die vorliegende Konfiguration einen Zustand zu vermeiden, bei welchem das Element aufgrund des Einflusses der thermophoretischen Kraft unfähig ist, Feinstaub einzufangen, obwohl das elektrostatische Einfangen gestartet ist. Zusätzlich erlaubt es die vorliegende Konfiguration den Zustand zu vermeiden, bei welchem das Element schon das Einfangen aufgrund der Inertialeinfangens einfängt, wenn das elektrostatische Einfangen gestartet ist. Daher erlaubt es die vorliegende Konfiguration, den Fehler zwischen dem tatsächlichen Wert und dem erwarteten Wert zu reduzieren.
Gemäß einem anderen Aspekt beinhaltet die Steuervorrichtung 1, 7 die Einfangsteuereinheit 1, 7, welche derart konfiguriert ist, dass diese das elektrostatische Einfangen mit dem Sensor 5 steuert. Der Sensor 5 ist derart konfiguriert, dass dieser in dem Abgasrohr 3 der internen Verbrennungsmaschine 2 vorgesehen ist. Der Sensor 5 beinhaltet das Element 57 und die Heizeinheit 65. Das Element 57 ist aus einem isolierenden Material ausgebildet, um eine Oberfläche aufzuweisen, welche mit der Mehrzahl der Elektroden 59 vorgesehen ist, die einander gegenüberliegen. Die Heizeinheit 65 ist derart konfiguriert, dass diese das Element heizt. Der Sensor 5 ist derart konfiguriert, dass dieser das elektrostatische Einfangen durch das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden durchführt, um zu verursachen, dass das Element Feinstaub einfängt, welcher in dem Abgas beinhaltet ist, welches durch das Abgasrohr durchfließt, und um den elektrischen Strom zu senden, welcher zwischen den Elektroden fließt, und dies gemäß der Menge des Feinstaubs, der durch das Element eingefangen wird, oder um den Wert zu senken, welcher mit dem elektrischen Strom korreliert ist. Die Steuervorrichtung 1, 7 beinhaltet ferner die Elementtemperaturerfassungseinheit 73, S141, 1, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Temperatur des Elements erhält. Die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft ist die untere Schwelle für die Temperatur des Elements, bei welcher das Element aufgrund der thermophoretischen Kraft unfähig wird, Feinstaub einzufangen, wobei die thermophoretische Kraft um das Element wirkt. Die Einfangsteuereinheit S141 bis S16 ist derart konfiguriert, dass diese das elektrostatische Einfangen startet, wenn die Temperatur des Elements derart sinkt, dass diese niedriger ist als der feste Temperaturwert, und dies nachfolgend zur Ausführung der Sensorregeneration, welche dazu dient, zu verursachen, dass die Heizeinheit Feinstaub, der durch das Element eingefangen wird, verbrennt und entfernt. Der feste Temperaturwert ist aus einem Bereich vorbestimmt, innerhalb welchem die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft variabel ist.
Gemäß dem zweiten Aspekt wird das elektrostatische Einfangen gestartet, wenn die Elementtemperatur derart sinkt, dass diese niedriger ist als der feste Temperaturwert, und dies nachfolgend zu der Sensorregeneration. Der feste Temperaturwert ist aus einem Bereich (Spektrum) vorbestimmt, innerhalb welchem die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft variabel ist. Der feste Temperaturwert ist die Temperatur, welche in dem Bereich beinhaltet ist, innerhalb welchem die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft liegt. Daher erlaubt es die vorliegende Konfiguration, das elektrostatische Einfangen gegenüber dem Starten zu begrenzen, wenn die Elementtemperatur außerhalb des Bereichs liegt. Daher erlaubt es die vorliegende Konfiguration, den Fehler zwischen dem tatsächlichen Wert und dem erwarteten Wert zu reduzieren. Zusätzlich kann die Verarbeitung durch das Einsetzen des fixierten Temperaturwerts vereinfacht werden.
Es sollte gewürdigt werden, dass, obwohl die Verfahren der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hierin derart beschrieben worden sind, dass diese eine spezifische Abfolge von Schritten beinhalten, weitere alternative Ausführungsformen beinhaltend verschiedene andere Sequenzen dieser Schritte und/oder zusätzliche Schritte, welche hierin nicht offenbart sind, innerhalb der Schritte der vorliegenden Offenbarung liegen können.
Während die vorliegende Offenbarung hierin mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, so sollte es verstanden werden, dass die Offenbarung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Zusätzlich gibt es neben den verschiedenen Konfigurationen und Kombinationen, welche bevorzugt sind, andere Kombinationen und Konfigurationen, beinhaltend mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element, welche ebenso im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015-81561 [0004]

Claims

Steuervorrichtung (1, 7) für einen Sensor (5), wobei der Sensor (5) derart konfiguriert ist, dass dieser in einem Abgasrohr (3) in einer internen Verbrennungsmaschine (2) vorgesehen ist, wobei der Sensor (5) ein Element (57) und eine Heizeinheit (65) beinhaltet, das Element (57) aus einem isolierenden Material ausgebildet ist, dass dieses eine Oberfläche aufweist, welche mit einer Mehrzahl von Elektroden (59) ausgestattet ist, die einander gegenüberliegen, die Heizeinheit (65) derart konfiguriert ist, dass diese das Element (57) heizt, der Sensor (5) ferner konfiguriert ist: das elektrostatische Einfangen durch das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden (59) durchzuführen, um zu verursachen, dass das Element (57) Feinstaub einfängt, welcher in dem Abgas beinhaltet ist, das durch das Abgasrohr (3) fließt; und einen elektrischen Strom zu senden, welcher zwischen den Elektroden (59) gemäß einer Menge des Feinstaubs fließt, der durch das Element (57) eingefangen wird, oder einen Wert zu senden, welcher mit dem elektrischen Strom korreliert ist, die Steuervorrichtung (1, 7) aufweisend: einen Einfangsteuereinheit (1, 7), welche derart konfiguriert ist, dass diese das elektrostatische Einfangen mit einem Sensor (5) steuert; eine Elementtemperaturerfassungseinheit (73, S14, 1), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Temperatur des Elements (57) erhält; und eine Grenztemperaturerfassungseinheit (S13, S21, 1), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft erhält, welche eine untere Schwelle einer Temperatur des Elements (57) ist, bei welcher das Element (57) aufgrund der thermophoretischen Kraft, welche um das Element (57) wirkt, unfähig wird, den Feinstaub einzufangen, wobei die Einfangsteuereinheit (S14 bis S16, S22, S24) derart konfiguriert ist, dass diese das elektrostatische Einfangen startet, wenn die Temperatur des Elements (57) derart sinkt, dass diese niedriger ist, als die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft nachfolgend zu einer Umsetzung einer Sensorregeneration, welche dazu dient, dass die Heizeinheit (65) Feinstaub, der durch das Element (57) eingefangen wurde, verbrennt und entfernt.
Steuervorrichtung gemäß Anspruche 1, ferner aufweisend: eine Gastemperaturerfassungseinheit (S13, S21, 1), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Temperatur des Abgases erhält, wobei die Grenztemperaturerfassungseinheit (S13, S21, 1) derart konfiguriert ist, dass diese eine Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft gemäß der Temperatur des Abgases erhält, welche mit der Gastemperaturerfassungseinheit (S13, S21, 1) erhalten wird.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine Abschätzeinheit (1), welche konfiguriert ist gemäß einem Betriebszustand einer internen Verbrennungsmaschine: eine Menge des Feinstaubs, welcher durch das Abgasrohr (3) an einer Position, an welcher der Sensor (5) vorgesehen ist, fließt, bei jedem Zeitpunkt abzuschätzen; oder eine Menge des Feinstaubs, welcher durch das Element (57) eingefangen wird, bei jedem Zeitpunkt abzuschätzen, wobei die Abschätzeinheit (1) ferner derart konfiguriert ist, dass diese die geschätzte Menge des Feinstaubs bei jedem Zeitpunkt integriert, und die Abschätzeinheit (1, S15) ferner derart konfiguriert ist, dass diese die Integration simultan mit dem Start des elektrostatischen Einfangens nachfolgend zu der Umsetzung der Sensorregeneration startet.
Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einfangsteuereinheit (S14 bis S16, S22, S23) derart konfiguriert ist, dass diese das elektrostatische Einfangen in einem Fall startet, bei welchem die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft höher ist, als das niedrigere des Folgenden: eine untere Schwelle einer Abbrenntemperatur; und einer Isolationsgrenztemperatur, wenn die Temperatur des Elements (57) derart sinkt, dass diese geringer ist, als die niedrigere, und dies nachfolgend zu der Umsetzung der Sensorregeneration, wobei die untere Schwelle der Abbrenntemperatur eine Temperatur ist, bei welcher Feinstaub brennt, und die Isolationsgrenztemperatur als eine maximale Temperatur vorbestimmt ist, bei welcher das Element (57) fähig ist, eine Eigenschaft des Isolationsmaterials sicherzustellen.
Steuervorrichtung (1, 7) für einen Sensor (5), wobei der Sensor (5) derart konfiguriert ist, dass dieser in einem Abgasrohr (3) einer internen Verbrennungsmaschine (2) vorgesehen ist, wobei der Sensor (5) ein Element (57) und eine Heizeinheit (65) beinhaltet, das Element (57) aus einem isolierenden Material ausgebildet ist, um eine Oberfläche aufzuweisen, welche mit einer Mehrzahl von Elektroden (59) ausgestattet ist, die einander gegenüberliegen, die Heizeinheit (65) derart konfiguriert ist, dass diese das Element (57) heizt, der Sensor (5) ferner konfiguriert ist: ein elektrostatisches Einfangen durch das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden (59) durchzuführen, um zu verursachen, dass das Element (57) den Feinstaub einfängt, welcher in dem Abgas beinhaltet ist, das durch das Abgasrohr (3) fließt; und einen elektrischen Strom zu senden, welcher zwischen den Elektroden (59) gemäß einer Menge des Feinstaubs fließt, der durch das Element (57) eingefangen wird, oder einen Wert zu senden, welcher mit dem elektrischen Strom korreliert ist, die Steuervorrichtung (1, 7) aufweisend: eine Einfangsteuereinheit (1, 7), welche derart konfiguriert ist, dass diese ein elektrostatisches Einfangen mit einem Sensor (5) steuert; eine Elementtemperaturerfassungseinheit (73, S141, 1), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Temperatur des Elements (57) erhält, wobei die Einfangsteuereinheit (S141 bis S16) ferner derart konfiguriert ist, dass diese das elektrostatische Einfangen startet, wenn die Temperatur des Elements (57) derart sinkt, dass diese niedriger als ein fester Temperaturwert ist, und dies nachfolgend zur Umsetzung einer Sensorregeneration, welche dazu dient, dass verursacht wird, dass die Heizeinheit (65) Feinstaub, der durch das Element (57) eingefangen wird, verbrennt und entfernt, der feste Temperaturwert aus einem Bereich vorbestimmt ist, innerhalb dessen eine Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft variabel ist, und die Grenztemperatur der thermophoretischen Kraft eine untere Schwelle einer Temperatur des Elements (57) ist, bei welcher das Element 57 aufgrund einer thermophoretischen Kraft, welche um das Element (57) wirkt, unfähig wird, den Feinstaub einzufangen.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend: eine Schätzeinheit (1), welche konfiguriert ist gemäß einem Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine, eine Menge des Feinstaubs abzuschätzen, welche durch das Abgasrohr (3) an einer Position, an welcher der Sensor (5) vorgesehen ist, bei jedem Zeitpunkt abzuschätzen, oder eine Menge des Feinstaubs, welche durch das Element (57) eingefangen wird, bei jedem Zeitpunkt abzuschätzen, wobei die Abschätzeinheit (1) ferner derart konfiguriert ist, dass diese den geschätzten Betrag des Feinstaubs bei jedem Zeitpunkt integriert, und die Abschätzeinheit (1, S15) ferner derart konfiguriert ist, dass diese die Integration simultan mit dem Start des elektrostatischen Einfangens startet, und dies nachfolgend zur Umsetzung der Sensorreaktion.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der feste Temperaturwert die größte Temperatur in dem Bereich ist.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 6, wobei der Sensor (5) stromabwärts relativ zu einem Filter (4) platziert ist, welcher in dem Abgasrohr (3) platziert ist, und welcher konfiguriert ist, Feinstaub einzufangen, die Abschätzeinheit (1, S15) konfiguriert ist, die Menge des Feinstaubs in einem Fall zu integrieren, bei dem der Filter ein Filter ist, welcher als Referenz für eine Fehlfunktionsbestimmung verwendet wird, die Steuervorrichtung ferner das Folgende aufweist: eine Bestimmungseinheit (1), die derart konfiguriert ist, dass diese eine Fehlfunktionsbestimmung des Filters gemäß dem Integrationswert der Abschätzeinheit gemäß einem Ausgangssignal des Sensors (5) durchführt.