DE102016121885A1

DE102016121885A1 - Verfahren und System zur Abgaspartikelerfassung

Info

Publication number: DE102016121885A1
Application number: DE102016121885.5A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-05-24
Also published as: RU2016144218A3; CN106762060A; RU2718390C2; RU2016144218A; CN106762060B; US10557784B2; US20170146440A1

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren bereitgestellt, um Partikelmaterial durch einen Partikelsensor (PM-Sensor) zu erfassen, der einem Dieselpartikelfilter in einem Abgassystem nachgelagert positioniert ist. In einem Beispiel kann ein PM-Sensor ein Paar herausragende ineinandergreifende Elektroden auf einer Oberfläche des Sensors enthalten und kann weiterhin mehrere Strömungsführungen enthalten, die ebenfalls aus der Oberfläche des Sensors herausragen. Durch versetztes Anordnen der Strömungsführungen über den ineinandergreifenden Elektroden kann Ruß über mehreren Bahnen angesammelt werden und dadurch kann Ruß gleichmäßig über der Sensoroberfläche angesammelt werden.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf den Aufbau und die Verwendung von Partikelsensoren (PM-Sensoren) vom Widerstandstyp in einem Abgasstrom.
Stand der Technik / Kurzdarstellung
Dieselverbrennung kann Emissionen erzeugen, einschließlich Partikelmaterial (PM). Zu den Partikeln können Dieselruß und Aerosole zählen, wie zum Beispiel Aschepartikel, Metallabriebpartikel, Sulfate und Silicate. Wenn es in die Atmosphäre freigesetzt wird, kann PM die Form einzelner Partikel oder von Kettenaggregaten annehmen, meist im nicht sichtbaren Submikrometerbereich von 100 Nanometern. Es sind verschiedene Technologien entwickelt worden, um Abgas-PM zu identifizieren und auszufiltern, bevor das Abgas in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Als ein Beispiel: Rußsensoren, auch als PM-Sensoren bekannt, können in Fahrzeugen mit Motoren mit innerer Verbrennung verwendet werden. Ein PM-Sensor kann sich vorgelagert und/oder nachgelagert zu einem Dieselpartikelfilter (DPF) befinden und kann verwendet werden, um PM-Beladung auf dem Filter zu erfassen und den Betrieb des DPF zu diagnostizieren. Typischerweise kann der PM-Sensor eine Partikel- oder Rußbeladung auf Basis einer Korrelation zwischen einer gemessenen Änderung der elektrischen Leitfähigkeit (oder Resistivität) zwischen einem Paar dünne Elektroden, die auf einer planaren Substratoberfläche des Sensors platziert sind, und der Menge an PM, die zwischen den Messelektroden abgelagert ist, erfassen. Insbesondere stellt die gemessene Leitfähigkeit ein Maß der Rußansammlung bereit.
In solchen PM-Sensoren wird allerdings nur ein kleiner Bruchteil des PM im einströmenden Abgas über den auf der Oberfläche des Sensors gebildeten Elektroden gesammelt, was dadurch zu einer geringen Empfindlichkeit der Sensoren führt. Weiterhin ist möglicherweise auch der Bruchteil des PM, der auf der Oberfläche angesammelt wird, aufgrund einer Verzerrung in der Strömungsverteilung über der Oberfläche des Sensors nicht gleichmäßig. Die ungleichmäßige Ablagerung des PM auf der Sensoroberfläche kann das Problem der geringen Empfindlichkeit des Sensors weiter verschärfen.
Die Erfinder haben die oben genannten Probleme erkannt und einen Ansatz ausgemacht, um die Probleme wenigstens zum Teil zu behandeln. In einem Beispiel können die oben genannten Probleme durch einen Partikelsensor behandelt werden, der ein Paar planare ineinandergreifende Elektroden, die in einem Abstand voneinander beabstandet sind und aus einer Oberfläche des PM-Sensors herausragen, und mehrere herausragende Strömungsführungen, die sich zwischen dem Paar planare ineinandergreifende Elektroden befinden, umfasst. Hier können die Strömungsführungen gleichmäßig beabstandete Blöcke enthalten, die zwischen Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Blöcken kleiner als ein Abstand zwischen den Zahnpaaren des Paars planare ineinandergreifende Elektroden ist. Indem herausragende Elektroden und weiterhin Strömungsführungen zwischen den Elektroden eingeschlossen werden, kann auf diese Art eine einzelne Rußbrücke in mehrere Rußbrücken aufgeteilt werden, wodurch die Oberflächenflächenabdeckung des PM auf der Sensoroberfläche vergrößert wird und gleichmäßige Verteilung der Rußbrücken auf der Sensoroberfläche erzeugt wird.
Als ein Beispiel: Wenn eine Rußbrücke, die zwischen den Elektroden gebildet wird, auf eine Strömungsführung trifft, kann sich die Rußbrücke verzweigen, um dem Block auszuweichen, und zwei Bahnen erzeugen, damit sich die Rußbrücke weiter bilden und wachsen kann. Indem sich die Rußbrücken an jeder der Strömungsführungen verzweigen, können die Rußbrücken auf diese Art in der Lage sein, über einer größeren Oberflächenfläche des Sensors zu wachsen und können weiterhin eine gleichmäßige Verteilung von Ruß auf der Sensoroberfläche erzeugen. Durch versetztes Anordnen der Strömungsführungen über den Elektroden können Rußbrücken somit über mehreren Bahnen angesammelt werden und dadurch kann Ruß gleichmäßiger über der Sensoroberfläche angesammelt werden. Insgesamt können diese Charakteristika des Sensors bewirken, dass eine Ausgabe des PM-Sensors genauer ist, wodurch die Genauigkeit des Schätzens von Partikelbeladung auf einem Partikelfilter vergrößert wird.
Es versteht sich, dass die Kurzdarstellung oben bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungsformen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors und einen zugehörigen Partikelsensor (PM-Sensor), der in einem Abgasstrom positioniert ist.
2A–2D zeigen vergrößerte Ansichten des PM-Sensors einschließlich herausragender Elektroden und darin positionierter Strömungsführungen.
3 zeigt mehrere Rußbrückenbahnen, die an jedem der Blöcke der Strömungsführungen erzeugt worden sind.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aufteilen einströmender PM-Ströme in mehrere PM-Ströme an mehreren, auf einer Oberfläche des PM-Sensors positionierten Strömungsführungen zeigt.
5 zeigt eine grafische Darstellung, die ein Verfahren zum Durchführen von Regeneration des PM-Sensors zeigt.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Diagnose von Undichtigkeiten in einem dem PM-Sensor vorgelagert positionierten Partikelfilter zeigt.
7 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Rußbeladung des PM-Sensors, einer Gesamtlänge der Rußbrücken und der Rußbeladung auf dem Partikelfilter.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Erfassen von Partikelmaterial (PM) in einem Abgasstrom eines Motorsystems, wie zum Beispiel des in 1 gezeigten Motorsystems. Ein in einem Auslasskanal des Motorsystems platzierter PM-Sensor kann ein Paar herausragende ineinandergreifende Elektroden enthalten und weiterhin mehrere herausragende Strömungsführungen enthalten, die sich zwischen Paaren von alternierenden Elektroden befinden, wie in den 2A–2D gezeigt wird. Die Strömungsführungen können von daher gleichmäßig beabstandete Blöcke enthalten, die zwischen Elektrodenpaaren angeordnet sind. PM oder Ruß, der in den PM-Sensor eintritt, kann sich über den herausragenden Elektroden ansammeln (und zum Beispiel nicht auf den Blöcken), wobei er PM-Ströme oder Rußbrücken bildet. Allerdings kann jeder Block der Strömungsführung die Rußbrückenbildung blockieren und die Rußbrücke weiter in mehrere Bahnen aufteilen, wie in 3 gezeigt wird. Eine Steuerung kann dazu ausgelegt sein, eine Steuerroutine durchzuführen, wie zum Beispiel die Routine aus 4, um die einströmenden PM-Ströme an mehreren, auf der Sensoroberfläche positionierten Strömungsführungen in mehrere PM-Ströme aufzuteilen. Zusätzlich kann die Steuerung den PM-Sensor periodisch reinigen (wie in dem in 5 vorgestellten Verfahren gezeigt wird), um eine fortgesetzte PM-Detektion zu ermöglichen und Diagnostik an einem dem PM-Sensor vorgelagert positionierten Partikelfilter auf Basis einer Ausgabe des PM-Sensors durchzuführen (wie in dem in 6 vorgestellten Verfahren gezeigt wird). Eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Rußbeladung des PM-Sensors, einer Gesamtlänge der Rußbrücken und der Rußbeladung auf dem Partikelfilter wird in 7 gezeigt. Durch Aufteilen der Rußbrücken an jedem Block können die Rußbrücken auf diese Weise auf einer größeren Oberflächenfläche der Sensoroberfläche gebildet werden, und sie können weiterhin eine gleichmäßige Verteilung von Ruß auf der Sensoroberfläche erzeugen. Insgesamt können diese Charakteristika des Sensors bewirken, dass eine Ausgabe des PM-Sensors genauer ist, wodurch die Genauigkeit des Schätzens von Partikelbeladung auf einem Partikelfilter vergrößert wird. Indem genauere Diagnostik des Partikelfilters ermöglicht wird, kann zusätzlich die Einhaltung von Abgasemissionen verbessert werden. Dies reduziert von daher die hohen Gewährleistungskosten beim Ersetzen funktionsfähiger Partikelfilter, und die Abgasemissionen werden verbessert, und die Lebensdauer der Abgaskomponenten wird verlängert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 enthält ein Motorsystem 8. Das Motorsystem 8 kann einen Motor 10 mit mehreren Zylindern 30 enthalten. Der Motor 10 enthält einen Motoreinlass 23 und einen Motorauslass 25. Der Motoreinlass 23 enthält eine Drosselklappe 62, die mit dem Motoreinlasskrümmer 44 über einen Einlasskanal 42 fluidisch gekoppelt ist. Der Motorauslass 25 enthält einen Auslasskrümmer 48, der schließlich zu einem Auslasskanal 35 führt, der Abgas in die Atmosphäre leitet. Die Drosselklappe 62 kann sich im Einlasskanal 42, nachgeschaltet zu einer Aufladeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Turbolader (nicht dargestellt), und vorgeschaltet zu einem Nachkühler (nicht dargestellt) befinden. Wenn er enthalten ist, kann der Nachkühler dazu ausgelegt sein, die Temperatur der von der Aufladeeinrichtung komprimierten Einlassluft zu reduzieren.
Der Motorauslass 25 kann eine oder mehrere Abgasreinigungseinrichtungen 70 enthalten, die in einer motornahen Position im Auslass montiert sein können. Eine oder mehrere Abgasreinigungseinrichtungen können einen Dreiwege-Katalysator, NOx-Speicherkatalysator, SCR-Katalysator usw. enthalten. Der Motorauslass 25 kann auch den der Abgasreinigungseinrichtung 70 vorgeschaltet positionierten Dieselpartikelfilter (DPF) 102 enthalten, der zeitweise PM aus eintretenden Gasen filtert. Wie gezeigt, ist in einem Beispiel der DPF 102 ein Dieselpartikel-Rückhaltesystem. Der DPF 102 kann eine monolithische Struktur, die zum Beispiel aus Cordierit oder Siliciumcarbid hergestellt wird, mit mehreren Kanälen im Innern zum Filtern von Partikeln aus dem Dieselabgas aufweisen. Abgas im Abgasendrohr, aus dem nach dem Übergang durch den DPF 102 PMs gefiltert worden sind, kann in einem PM-Sensor 106 gemessen werden und in der Abgasreinigungseinrichtung 70 weiter verarbeitet werden und über den Auslasskanal 35 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Im aufgezeigten Beispiel ist der PM-Sensor 106 ein Widerstandssensor, der den Filterwirkungsgrad des DPF 102 auf Basis einer Änderung der über den Elektroden des PM-Sensors gemessenen Leitfähigkeit schätzt. Eine schematische Ansicht 200 des PM-Sensors 106 wird in den 2A–2D gezeigt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Das Fahrzeugsystem 6 kann weiterhin das Steuersystem 14 enthalten. Das Steuersystem 14 wird so gezeigt, dass es Informationen von mehreren Sensoren 16 aufnimmt (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben werden) und Steuersignale an mehrere Stellglieder 81 sendet (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben werden). Als ein Beispiel: Zu den Sensoren 16 können der Abgasdurchflussratensensor 126, der zum Messen einer Durchflussrate von Abgas durch den Auslasskanal 35 ausgelegt ist, der Abgassensor (der sich im Auslasskrümmer 48 befindet), der Temperatursensor 128, der Drucksensor 129 (der sich nachgelagert zur Abgasreinigungseinrichtung 70 befindet) und der PM-Sensor 106 zählen. Andere Sensoren, wie zum Beispiel zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis-, Abgasdurchflussraten- und Zusammensetzungssensoren können mit verschiedenen Positionen im Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel: Zu den Stellgliedern können Kraftstoffeinspritzventile 66, die Drossel 62, DPF-Ventile, die die Filterregeneration steuern (nicht dargestellt), ein Motorstellglied, das die PM-Sensoröffnung steuert (z. B. die Steuerungsöffnung eines Ventils oder einer Platte in einem Einlass des PM-Sensors), usw. zählen. Als noch ein anderes Beispiel: Zu den Stellgliedern können mit den PM-Messschaltkreisen gekoppelte Schalter zählen. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 enthalten. Die Steuerung 12 kann mit computerlesbaren Anweisungen, die in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, ausgelegt sein. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren der 1, 2A–2D und 3, verarbeitet die Signale und setzt die verschiedenen Stellglieder aus den 1, 2A–2D und 3 ein, um den Motorbetrieb auf Basis der empfangenen Signale und der in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen einzustellen. Die beispielhaften Routinen werden hier in Bezug auf die 4–6 beschrieben.
Nun bezugnehmend auf die 2A–2D: Schematische Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Partikelsensors (PM-Sensors) 202 (wie zum Beispiel der PM-Sensor 106 aus 1) werden gezeigt. Insbesondere zeigt 2A eine vergrößerte Ansicht des PM-Sensors, der ein Paar ineinandergreifende Elektroden enthält, die aus der Sensoroberfläche herausragen, und der weiterhin mehrere darin positionierte Strömungsführungen umfasst. 2B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs 250 des PM-Sensors 202. 2C zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts des PM-Sensors 202. 2D zeigt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des PM-Sensors 202. Der PM-Sensor 202 kann dazu ausgelegt sein, PM-Masse und/oder -Konzentration im Abgas zu messen, und kann von daher mit einem Auslasskanal (z. B. dem in 1 gezeigten Auslasskanal 35), einem Dieselpartikelfilter (wie zum Beispiel dem in 1 gezeigten DPF 102) vorgelagert oder nachgelagert, gekoppelt sein.
Der PM-Sensor 202 kann ein PM-Sensor vom Widerstandstyp sein und kann im Innern eines Auslasskanals so angeordnet sein, dass Abgase von einem Dieselpartikelfilter nachgelagert zum PM-Sensor 202 strömen, wie durch die Pfeile 220 angegeben wird. Der PM-Sensor 202 kann ein Paar planare durchgehende ineinandergreifende Elektroden 201 und 203 enthalten, die eine in einem Abstand zueinander beabstandete „Kamm“-Struktur bilden. Von daher kann der PM-Sensor 202 auch ein Schutzrohr (nicht dargestellt), das die Elektroden abdeckt, und weiterhin Rohrleitungen (nicht dargestellt) enthalten, in denen die Abgase zu den Elektroden geleitet werden, wie durch die Pfeile 220 gezeigt wird. Die Elektroden 201 und 203 können typischerweise aus Metallen hergestellt sein, wie zum Beispiel Platin, Gold, Osmium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Aluminium, Titan, Zirconium und Ähnliches, sowie Oxide, Zemente, Legierungen und Kombinationen, die wenigstens eines der vorher genannten Metalle umfassen. Die Elektroden 201 und 203 werden auf einem Substrat 208 des PM-Sensors 202 gebildet, das typischerweise aus elektrisch hochisolierenden Materialien hergestellt wird. Zu möglichen elektrisch isolierenden Materialien können Oxide, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Siliziumdioxid und Kombinationen, die wenigstens eines der vorher genannten umfassen, oder irgendein ähnliches Material zählen, das in der Lage ist, elektrische Kopplung zu verhindern und physischen Schutz für das Paar ineinandergreifende Elektroden bereitzustellen. Die ineinandergreifenden Elektroden können weiterhin mehrere „Zähne“ 212 und 214 enthalten, die sich für eine gewisse Länge in das Sensorsubstrat 208 erstrecken (entlang der X-Achse). Der Zwischenraum zwischen den Kamm-„Zähnen“ der beiden Elektroden kann typischerweise im Bereich von 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer liegen, wobei die Linienbreite jedes einzelnen „Zahns“ etwa den gleichen Wert aufweist, obwohl letzteres nicht nötig ist. Hier können die Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden orthogonal zum Abgasstrom (Pfeile 220) positioniert sein.
Von daher kann das PM-Sensorsubstrat ein Heizelement (nicht dargestellt) enthalten, und der PM-Sensor kann durch Erhitzen des Sensorsubstrats über das Heizelement regeneriert werden, um die angesammelten Rußpartikel von der Oberfläche des PM-Sensors 202 zu brennen. Durch periodisches Regenerieren der Oberfläche des PM-Sensors 202 kann er wieder in einen Zustand gebracht werden, der zum Sammeln von Abgasruß besser geeignet ist. Zusätzlich können genaue, zum Abgasrußpegel gehörende Informationen aus der Sensorregeneration abgeleitet und an die Steuerung weitergeleitet werden.
Der PM-Sensor 202, der die ineinandergreifenden Elektroden enthält, kann so auf einem Abgasendrohr montiert werden, dass der erfassende Abschnitt des Sensors, der die ineinandergreifenden Elektroden enthält, im Innern des Abgasendrohrs verläuft, um Ruß oder PM in den einströmenden Abgasen zu detektieren. Die Elektrode 201 kann mit einem positiven Anschluss einer Spannungsquelle 216 einer elektrischen Schaltung 236 über einen Verbindungsleiter 232 verbunden sein. Die Elektrode 201 kann mit einer Messeinrichtung 218 über einen Verbindungsleiter 234 und weiterhin mit einem negativen Anschluss der Spannungsquelle 216 der elektrischen Schaltung 236 verbunden sein. Somit ist jedes Zahnpaar alternierend mit einem positiven und negativen Anschluss der Spannungsquelle 216 verbunden. Die Verbindungsleiter 232 und 234, die Spannungsquelle 216 und die Messeinrichtung 218 sind Teil der elektrischen Schaltung 236 und werden außerhalb des Auslasskanals untergebracht (als ein Beispiel: < 1 Meter weg). Weiterhin können die Spannungsquelle 216 und die Messeinrichtung 218 der elektrischen Schaltung 236 von einer Steuerung gesteuert werden, wie zum Beispiel der Steuerung 12 aus 1, so dass am PM-Sensor gesammeltes Partikelmaterial verwendet werden kann, um zum Beispiel Undichtigkeiten im DPF zu diagnostizieren. Von daher kann die Messeinrichtung 218 irgendeine Einrichtung sein, die in der Lage ist, eine Widerstandsänderung über den Elektroden auszulesen, wie zum Beispiel ein Voltmeter. Wenn PM oder Rußpartikel zwischen den Elektroden abgelagert werden, kann der Widerstandswert zwischen dem Elektrodenpaar anfangen sich zu verringern, was durch eine Verringerung in der von der Messeinrichtung 218 gemessenen Spannung angegeben wird. Die Steuerung 12 kann in der Lage sein, den Widerstandswert zwischen den Elektroden als eine Funktion der von der Messeinrichtung 218 gemessenen Spannung zu bestimmen und eine entsprechende PM- oder Rußbeladung auf den planaren Elektroden des PM-Sensors 202 abzuleiten. Indem die Beladung auf dem PM-Sensor 202 überwacht wird, kann die Rußbeladung des Abgases nachgelagert zum DPF bestimmt werden, und damit zum Diagnostizieren und Überwachen der Gesundheit und des Funktionierens des DPF verwendet werden. In einigen Beispielen kann die Steuerung 12 die Spannungsquelle einstellen, so dass sie den Elektroden des PM-Sensors eine gewisse Spannung zuführt. Wenn in der elektrischen Schaltung Schalter angeordnet sind, kann die Steuerung 12 das Schließen und Öffnen der Schalter auf Basis eines Zustands des PM-Sensors bestimmen. Wenn der PM-Sensor zum Beispiel PM sammelt, können die Schalter in den Schaltkreisen so eingestellt sein, dass die Spannungen an die Elektroden des Sensors angelegt werden. Wenn der PM-Sensor sich allerdings regeneriert, können die Schalter, die die Elektroden mit der Spannungsquelle verbinden, geöffnet sein. Weiterhin kann die Heizschaltung von der Steuerung EIN geschaltet werden.
Von daher kann die Elektrode 203 einen planaren, nicht ineinandergreifenden Elektrodenabschnitt 206 und weiterhin mehrere, mit dem Elektrodenabschnitt 206 zusammenhängende Zähne 212 enthalten. Gleichermaßen kann die Elektrode 201 einen planaren, nicht ineinandergreifenden Elektrodenabschnitt 204 und weiterhin mehrere, mit dem Elektrodenabschnitt 204 zusammenhängende Zähne 214 enthalten. Hier sind die Zähne 212 und 214 planar und für einen gewissen Abstand entlang des Substrats 208 des Sensors ineinandergreifend, wobei sie eine „Kamm“-Struktur bilden. Die „Kamm“-Struktur der ineinandergreifenden Elektroden kann den Abschnitt des planaren Substrats 208 abdecken, der den Abgasen ausgesetzt ist. Nachstehend kann die Elektrode 201 als die positive Elektrode bezeichnet werden und kann weiterhin sowohl den nicht ineinandergreifenden Elektrodenabschnitt 204 als auch den ineinandergreifenden Abschnitt oder die Zähne 214 enthalten. Gleichermaßen kann die Elektrode 203 als die negative Elektrode bezeichnet werden und kann weiterhin sowohl den nicht ineinandergreifenden Elektrodenabschnitt 206 als auch den ineinandergreifenden Abschnitt oder die Zähne 212 enthalten. Die positive Elektrode und die negativen planaren ineinandergreifenden Elektroden des Sensors können in einem Abstand voneinander beabstandet sein und können aus der Oberfläche des PM-Sensors herausragen, was ausführlich mit Bezug auf 2B erklärt wird.
Der ineinandergreifende Abschnitt der negativen Elektrode oder Zähne 212 (neun Zähne werden als nicht einschränkendes Beispiel für die Zähne gezeigt) verläuft für die Länge L_n in das Sensorsubstrat 208 und wird durch den Pfeil 222 angegeben und ist weiterhin von den Zähnen 214 durch einen Spalt getrennt. Gleichermaßen können die Zähne 214 (neun Zähne werden als nicht einschränkendes Beispiel für die Zähne gezeigt) für eine Länge L_p in das Sensorsubstrat 208 verlaufen, und sie werden durch den Pfeil 224 angegeben. Weiterhin enthält der PM-Sensor 202 mehrere herausragende Strömungsführungen 205, die sich zwischen dem Paar planare ineinandergreifende Elektroden befinden. Hier enthält die Strömungsführung 205 gleichmäßig beabstandete Blöcke 210, die zwischen den Zahnpaaren 212 und 214 der ineinandergreifenden Elektroden 201 und 203 angeordnet sind. Weiterhin können die Blöcke 210 zwischen alternierenden Zahnpaaren 212 und 214 der ineinandergreifenden Elektroden versetzt angeordnet sein. Ein Bereich 250 des PM-Sensors 202 ist in 2B zur Veranschaulichung vergrößert. Hier können die Blöcke zwischen den Zähnen so angeordnet sein, dass die Blöcke direkt jeden der Zähne 212 und 214 kontaktieren oder berühren. Weiterhin können die Blöcke von daher voneinander durch einen Raum beabstandet sein, wobei keine anderen Komponenten dazwischen liegen. Die Blöcke können aus Material bestehen, das isolierend und nicht leitend ist.
Nun bezugnehmend auf 2B: Eine vergrößerte Ansicht 255 eines Bereichs 250 des PM-Sensors 202 wird gezeigt. Hier werden ein Abschnitt des Substrats 208, der Abschnitte der Zähne 212 und 214 (vier Zähne der alternierenden positiven und negativen Spannungen werden gezeigt) enthält, und drei Blöcke 210 gezeigt. Der Abgasstrom in den Bereich 250 wird durch die Pfeile 220 angegeben. Zur Veranschaulichung sind die drei Paare positive und negative Zähne, die von vier in 2B gezeigten Zähnen gebildet werden, als Paar 1, Paar 2 und Paar 3 markiert.
Im Gegensatz zu dünnen Elektroden werden ineinandergreifende Elektroden typischerweise in PM-Sensoren verwendet, sowohl die positive Elektrode 201 als auch die negative Elektrode 203 des PM-Sensors 202 kann aus dem Sensorsubstrat 208 bis zu einer gewissen Höhe herausragen, wie durch die Pfeile 238 angegeben wird. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Höhe, bis zu der die positive Elektrode herausragt, die gleiche wie die Höhe sein, bis zu der die negative Elektrode von der Oberfläche des Sensors herausragt. In anderen Beispielen kann die Höhe des Herausragens für die positive und die negative Elektrode unterschiedlich sein. Hier werden die Zähne 212 und 214 der Elektroden so gezeigt, dass sie bis zu einer Höhe (angegeben durch die Pfeile 238) von der oberen Oberfläche des Substrats 208 herausragen. Die Höhe (angegeben durch die Pfeile 238) der Zähne kann zum Beispiel viel geringer als die Länge (L_p und L_n, gezeigt in 2A) der Zähne sein. Weiterhin können die Zähne 212 und 214 durch einen Abstand getrennt sein, der durch den Pfeil 268 gezeigt wird. Wie vorher beschrieben worden ist, kann der Zwischenraum zwischen den Kamm-„Zähnen“ der beiden Elektroden typischerweise im Bereich von 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer liegen. Die Höhe der Zähne kann zum Beispiel viel kleiner als der Zwischenraum zwischen den Zähnen sein.
Wie vorher beschrieben worden ist, kann der PM-Sensor 202 mehrere herausragende Strömungsführungen 205 enthalten (wie in 2A gezeigt wird), die sich zwischen dem Paar planare ineinandergreifende Elektroden befinden. Die Strömungsführung 205 enthält gleichmäßig beabstandete Blöcke 210, die zwischen den Zahnpaaren 212 und 214 der ineinandergreifenden Elektroden 201 und 203 angeordnet sind, getrennt durch einen durch den Pfeil 230 angegebenen Abstand. Hier kann der Zwischenraum zwischen den Blöcken (angegeben durch den Pfeil 230) niedriger als ein Trennelement zwischen den Zahnpaaren sein (angegeben durch den Pfeil 268). Wenn sie zwischen den Zähnen der ineinandergreifenden Elektroden angeordnet sind, können die Blöcke 210 weiterhin beide Zähne berühren. Eine Breite des Blocks kann somit gleich dem Zwischenraum zwischen den Zähnen der Elektroden sein.
Jeder Block 210 kann eine Höhe h (angegeben durch den Pfeil 228) und eine Länge l (angegeben durch den Pfeil 226) aufweisen. Die Höhe h jedes der Blöcke kann größer als die Höhe (angegeben durch den Pfeil 238) jedes der Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden sein. Mit anderen Worten: Die Höhe der Blöcke kann zum Beispiel größer als der Vorsprung der Elektroden aus der Oberfläche des Sensors sein. In der vergrößerten Ansicht 255 des Bereichs 250 des PM-Sensors 202 werden drei Blöcke 210 gezeigt, die zwischen Zahnpaaren angeordnet sind. Hier sind zwei der Blöcke 210 zwischen dem Zahnpaar 1 durch einen Abstand getrennt (siehe Pfeil 230). Ein anderer einzelner Block 210 ist zwischen dem Paar 3 der Zähne 212 und 214 positioniert. Hier ist kein Block zwischen dem Paar 2 der Zähne positioniert. Somit sind die Blöcke zwischen alternierenden Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden versetzt angeordnet. Weiterhin ist der zwischen dem Paar 3 positionierte Block 210 zum Beispiel so positioniert, dass weniger als eine Schwellenwertüberlappung mit den zwischen dem Paar 1 positionierten Blöcken vorhanden ist. In einem Beispiel ist der Block zwischen dem Paar 3 in einem Bereich über dem Paar 3 positioniert, der mit dem Zwischenraum zwischen den im Paar 1 positionierten Blöcken überlappt. In solch einem Beispiel gibt es keine Überlappung der im Paar 3 positionierten Blöcke mit den im Paar 1 positionierten Blöcken. Somit enthält jedes alternierende Zahnpaar Blöcke, die mit weniger als der Schwellenwertüberlappung mit den Blöcken in den vorhergehenden alternierenden Zahnpaaren angeordnet sind. Hier kann das Paar 1 ein vorhergehendes alternierendes Paar zum Paar 3 sein. In anderen Beispielen kann das Paar 3 ein vorhergehendes alternierendes Paar zum Paar 1 sein. Wenn somit die Blöcke entlang der PM-Sensoroberfläche mit weniger als der Schwellenwertüberlappung zu entlang alternierenden Paaren positionierten Blöcken versetzt angeordnet sind, gibt es Raum für den Ruß, so dass er zum Beispiel wachsen und sich gleichmäßig um die Blöcke verteilen kann.
Die Blöcke 210 sind so angeordnet, dass sie zum Beispiel von ihren nächsten Nachbarn gleichmäßig beabstandet sind. Von daher kann der Zwischenraum zwischen den Blöcken (angegeben durch den Pfeil 230) geringer als ein Abstand zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden sein (angegeben durch den Pfeil 268). Hier kann die Breite des Blocks 210 gleich dem Abstand zwischen den Zähnen der ineinandergreifenden Elektroden sein.
Ruß oder PM im Abgas ist typischerweise aufgeladen. Aufgrund der elektrostatischen Anziehung zwischen dem aufgeladenen PM und den ineinandergreifenden Elektroden wird PM auf den Elektroden abgelagert und bildet Rußbrücken über den ineinandergreifenden Elektroden. Zwei solche beispielhaften Rußbrücken 252 und 260 werden in 2B gezeigt. Hier sind die Zähne 214 mit dem positiven Anschluss verbunden und werden daher auf einem positiven Potential gehalten, und die Zähne 212 sind mit dem negativen Anschluss verbunden und werden daher auf einem negativen Potential gehalten. Das zwischen den ineinandergreifenden Elektroden erzeugte elektrische Feld, insbesondere zwischen den Zähnen 212 und 214, gestattet es, dass Ruß oder PM auf den Elektroden abgelagert wird. Weil die Blöcke allerdings nicht mit irgendeiner Spannungsquelle verbunden sind, wächst der Ruß nicht auf den Blöcken. Die Rußbrücken können dazu neigen, die zwischen den Zahnpaaren positionierten Blöcke zu vermeiden, und zum Beispiel zu den aufgeladenen Elektroden zu navigieren. Die Rußbrücke 252 fängt an, über dem Paar 3 der Zähne zu wachsen, und wenn sie das Paar 1 erreicht, gabelt sich die Rußbrücke 252, um zu vermeiden, auf dem Block zu wachsen. Beim Vermeiden des Blocks bildet die Rußbrücke 252 zwei Bahnen und wächst zum Beispiel über dem Paar 1 weiter. Gleichermaßen fängt die Rußbrücke 260 an, über dem Paar 3 der Zähne zu wachsen, und wenn sie das Paar 1 erreicht, gabelt sich die Rußbrücke 260, um zu vermeiden, auf dem Block zu wachsen. Beim Vermeiden des Blocks bildet die Rußbrücke 260 zwei Bahnen und wächst zum Beispiel über dem Paar 1 weiter.
Nun bezugnehmend auf 2C: Eine Seitenansicht 275 eines Abschnitts des PM-Sensors 202 aus 2A wird gezeigt. Hier können gleichmäßig beabstandete Blöcke 276 (wie zum Beispiel die Blöcke 210 aus den 2A–2B) über alternierenden Paaren der positiven Elektrode 280 (wie zum Beispiel der positiven Elektrode 201 aus 1) und der negativen Elektrode 278 (wie zum Beispiel der negativen Elektrode 203 aus 1) platziert sein, die aus einem Substrat 282 herausragen (wie zum Beispiel dem Substrat 208 aus den 2A–2B). In der Ansicht 275 wird die Abgasströmungsrichtung durch die Pfeile 284 angegeben. Wie vorher beschrieben worden ist, sammeln sich Rußbrücken aufgrund der elektrostatischen Anziehung über den Elektroden an. Zum Beispiel enthält die Rußbrücke 286 eine Rußbrückenbahn 286A, die sich auf der positiven Elektrode 280 bildet. Wenn die Rußbrückenbahn 286A auf den Block 276 trifft, kann die Rußbrücke den Block 276 vermeiden und weiter um den Block 276 herum wachsen, wodurch die Rußbrückenbahn 286B erzeugt wird. An sich ist der Block bei nicht angelegter Spannung neutral. Daher kann die Rußbrücke keinerlei elektrostatische Kraft verspüren, die sie zum Block hinzieht oder von ihm abstößt. Die Rußbrücke kann allerdings einen elektrostatischen Zug von der jenseits des Blocks positionierten negativen Elektrode 276 erfahren. Somit wird die Rußbrücke weiter entlang der Rußbrückenbahn 286B hinter dem Block 276 gebildet und erreicht die negative Elektrode 278. Die Rußbrücke ist möglicherweise nicht in der Lage, über den Block hinwegzusteigen, um die negative Elektrode 278 zu erreichen, weil zum Beispiel die Höhe des Blocks viel größer als eine Länge des Blocks sein kann. Somit gabelt sich die Rußbrücke und wächst um den Block herum zur negativen Elektrode.
Sobald die Rußbrücke eine Bahn um den Block herum zur negativen Elektrode 278 bildet, kann sie anfangen, einen elektrostatischen Zug zum Beispiel von einer nachfolgenden positiven Elektrode 280 zu verspüren, die weiter entlang des Substrats 282 in einem Abstand von der negativen Elektrode positioniert ist. Die Rußbrücke kann weiter entlang der Bahn 286C hin zur nächsten positiven Elektrode 280 wachsen. Die Rußbrücke kann auf einen anderen Block 276 treffen. Allerdings kann sich die Rußbrückenbahn am Block 276 wieder gabeln, und die Rußbrücke kann weiter vor dem Block wachsen, zum Beispiel entlang der Rußbrückenbahn 286D, bis sie die negative Elektrode 278 erreicht. Sobald sie an der negativen Elektrode 278 ist, wächst die Rußbrücke weiter zur nächsten positiven Elektrode 280, die in einem Abstand von der negativen Elektrode 278 entlang der Rußbrückenbahn 286E positioniert ist.
Eine alternative Anordnung der positiven und der negativen Elektroden wird in 2D gezeigt. Nun bezugnehmend auf 2D: Eine Seitenansicht 295 eines Abschnitts des PM-Sensors 202 aus 2A wird gezeigt. Hier können gleichmäßig beabstandete Blöcke 276 (wie zum Beispiel die Blöcke 210 aus den 2A–2B) über allen Paaren der positiven Elektrode 280 (wie zum Beispiel der positiven Elektrode 201 aus 1) und der negativen Elektrode 278 (wie zum Beispiel der negativen Elektrode 203 aus 1) platziert sein, die aus einem Substrat 282 herausragen (wie zum Beispiel dem Substrat 208 aus den 2A–2B). Hier ist der Sensor ähnlich zu dem in 2C gezeigten, mit der Ausnahme, dass die positiven und negativen Elektroden lediglich durch die Platzierung der Blöcke zwischen ihnen getrennt sind. Ähnlich wie in 2C wird die Abgasströmungsrichtung durch die Pfeile 284 angegeben. Wie vorher beschrieben worden ist, sammeln sich Rußbrücken aufgrund der elektrostatischen Anziehung über den Elektroden an. Zum Beispiel enthält die Rußbrücke 286 eine Rußbrückenbahn 286A, die auf der negativen Elektrode 278 gebildet ist. Wenn die Rußbrückenbahn 286A auf den Block 276 trifft, kann die Rußbrücke den Block 276 vermeiden und weiter um den Block 276 herum wachsen, wodurch die Rußbrückenbahn 286B erzeugt wird. An sich ist der Block bei nicht angelegter Spannung neutral. Daher kann die Rußbrücke keinerlei elektrostatische Kraft verspüren, die sie zum Block hinzieht oder von ihm abstößt. Die Rußbrücke kann allerdings einen elektrostatischen Zug von der jenseits des Blocks positionierten positiven Elektrode 280 erfahren. Somit wird die Rußbrücke weiter entlang der Rußbrückenbahn 286B hinter dem Block 276 gebildet und erreicht die positive Elektrode 280. Die Rußbrücke ist möglicherweise nicht in der Lage, über den Block hinwegzusteigen, um die positive Elektrode 280 zu erreichen, weil zum Beispiel die Höhe des Blocks viel größer als eine Länge des Blocks sein kann. Somit gabelt sich die Rußbrücke und wächst um den Block herum zur positiven Elektrode.
Sobald sie an der positiven Elektrode 280 ist, wächst die Rußbrücke weiter entlang der Rußbrückenbahn 286C auf der positiven Elektrode 280. Allerdings kann sich die Rußbrückenbahn am Block 276 wieder gabeln, und die Rußbrücke kann weiter entlang der Rußbrückenbahn 286D vor dem Block wachsen, bis sie die negative Elektrode 278 erreicht. Sobald sie an der negativen Elektrode 278 ist, wächst die Rußbrücke weiter entlang der Rußbrückenbahn 286E auf der negativen Elektrode 278.
Weiterhin kann der PM-Sensor eine Steuerung (wie zum Beispiel die Steuerung 12 aus 1) mit computerlesbaren Anweisungen, die in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, enthalten, um einen einzelnen PM-Strom im Abgasstrom in mehrere PM-Ströme an jedem der Blöcke, die sich zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden befinden, aufzuteilen, die mehreren PM-Ströme an den Zahnpaaren abzulagern und den PM-Sensor zu regenerieren, wenn eine PM-Beladung zwischen den Zahnpaaren eine Schwellenwert-PM-Beladung erreicht, wie ausführlich in den 3 und 4 erklärt wird.
Somit kann ein beispielhafter Partikelsensor (PM-Sensor) ein Paar planare ineinandergreifende Elektroden, die in einem Abstand voneinander beabstandet sind und aus einer Oberfläche des PM-Sensors herausragen, und mehrere herausragende Strömungsführungen, die sich zwischen dem Paar planare ineinandergreifende Elektroden befinden, umfassen. Zusätzlich oder alternativ können die Strömungsführungen des PM-Sensors gleichmäßig beabstandete Blöcke enthalten, die zwischen Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Blöcken kleiner als ein Abstand zwischen den Zahnpaaren des Paars planare ineinandergreifende Elektroden ist. Zusätzlich oder alternativ können die Blöcke zwischen alternierenden Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden weiter versetzt angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann jedes alternierende Zahnpaar Blöcke enthalten, die mit weniger als der Schwellenwertüberlappung mit den Blöcken in den vorhergehenden alternierenden Zahnpaaren angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ ist ein Zwischenraum zwischen den Blöcken zwischen den Zahnpaaren niedriger als ein Trennelement zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden. Zusätzlich oder alternativ ist eine Höhe der Blöcke größer als eine Höhe jedes der Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden. Zusätzlich oder alternativ sind die Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden orthogonal zum Abgasstrom positioniert, wobei jedes Zahnpaar alternierend mit dem positiven und negativen Anschluss einer Spannungsquelle verbunden ist. Zusätzlich oder alternativ lagert sich Ruß im Abgasstrom zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden ab, wobei die zwischen den Zahnpaaren positionierten Blöcke vermieden werden. Zusätzlich oder alternativ kann der PM-Sensor weiterhin eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, enthalten, um einen einzelnen PM-Strom im Abgasstrom in mehrere PM-Ströme an jedem der Blöcke, die sich zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden befinden, aufzuteilen, die mehreren PM-Ströme an den Zahnpaaren abzulagern und den PM-Sensor zu regenerieren, wenn eine PM-Beladung zwischen den Zahnpaaren eine Schwellenwert-PM-Beladung erreicht.
Das Wachstum der Rußbrücken über der PM-Sensoroberfläche und das Unterteilen der Rußbrückenbahnen können zum Beispiel analog zu Bällen erfolgen, die in ein Galton-Brett mit über dem Brett versetzt angeordneten Stiften fallen. Nun bezugnehmend auf 3: Eine schematische Draufsicht 300 auf den PM-Sensor mit zwischen den ineinandergreifenden Elektroden des PM-Sensors versetzt angeordneten Blöcken wird gezeigt. Hier kann die Anordnung der Blöcke zwischen alternierenden Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden ähnlich der Anordnung von Stiften in einem Galton-Brett sein.
Der PM-Sensor 302 kann ein Beispiel für den PM-Sensor 202 sein, der mit Bezug auf die 2A–2D beschrieben wird. Von daher können die Details des PM-Sensors 302 ähnlich dem früher erörterten PM-Sensor 202 sein. In Kürze: Der PM-Sensor 302 kann ein Paar durchgehende ineinandergreifende planare Elektroden 304 und 306 enthalten, die durch einen auf einer Sensoroberfläche gebildeten Spalt getrennt sind. Die positive Elektrode 306 ist mit einem positiven Anschluss einer Spannungsquelle 322 über den Verbindungsleiter 326 verbunden, und die negative Elektrode 304 ist mit einer Messeinrichtung 324 und einem negativen Anschluss der Spannungsquelle 322 über den Verbindungsleiter 328 verbunden. Eine Steuerung, wie zum Beispiel die Steuerung 12 aus 1, kann die Schaltung 320 steuern, die aus der Spannungsquelle 322 und der Messeinrichtung 324 besteht.
Der PM-Sensor 302 kann einen Einlass 310 und einen Auslass 312 enthalten, die orthogonal zur Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet sind (angegeben durch die Pfeile 318). Der Einlass 310 kann Abgase von einem Partikelfilter nachgelagert in den Partikelsensor führen, insbesondere zum erfassenden Abschnitt des PM-Sensors 302, der die ineinandergreifenden Elektroden und mehrere Strömungsführungen enthält. Der Auslass 312 kann die Abgase aus dem PM-Sensor 302 und in das Abgasendrohr führen.
Der PM-Sensor 302 kann auch mehrere gleichmäßig beabstandete Vorsprünge enthalten, die entlang der Sensoroberfläche in einer versetzten Anordnung positioniert sind. In einem Beispiel können die Vorsprünge die Blöcke 308 sein. Die Blöcke 308 können über dem PM-Sensor 302 angeordnet sein, insbesondere über den Zähnen der ineinandergreifenden Elektroden und zwischen alternierenden Paaren ineinandergreifende Elektroden. Hier kann eine Höhe jedes der Blöcke größer als eine Höhe jeder der ineinandergreifenden Elektroden sein. Zusätzlich kann eine Länge jedes der Blöcke geringer als eine Länge jeder der durchgehenden ineinandergreifenden Elektroden sein, insbesondere eine Länge der Zähne der Elektroden. Ähnlich wie die Stifte des Galton-Bretts können die Blöcke 308 in einer versetzten Ordnung und entlang alternierender Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden angeordnet sein. Hier geben 314 und 315 alternierende Paare der Zähne der ineinandergreifenden Elektroden 304 und 306 an. Gleichermaßen sind 315 und 316 alternierende Paare, genau wie 316 und 317 und wie 317 und 319. Über den alternierenden Paaren der Zähne der ineinandergreifenden Elektroden sind die Blöcke 308 versetzt angeordnet. Hier können die über dem Paar 314 und dem Paar 315 platzierten Blöcke 308 auf solch eine Art positioniert sein, dass die Blöcke über dem Paar 314 zu den Spalten, die zwischen den über dem Paar 315 positionierten Blöcken 308 gebildet sind, ausgerichtet sind. Gleichermaßen können die über dem Paar 315 und dem Paar 316 platzierten Blöcke 308 auf solch eine Art positioniert sein, dass die Blöcke über dem Paar 315 zu den Spalten, die zwischen den über dem Paar 316 positionierten Blöcken 308 gebildet sind, ausgerichtet sind. Auf die gleiche Art können die über dem Paar 316 und dem Paar 317 platzierten Blöcke 308 auf solch eine Art positioniert sein, dass die Blöcke über dem Paar 317 zu den Spalten, die zwischen den über dem Paar 318 positionierten Blöcken 308 gebildet sind, ausgerichtet sind. Gleichermaßen können die über dem Paar 317 und dem Paar 319 platzierten Blöcke 308 auf solch eine Art positioniert sein, dass die Blöcke über dem Paar 317 zu den Spalten, die zwischen den über dem Paar 319 positionierten Blöcken 308 gebildet sind, ausgerichtet sind. Diese Anordnung der Blöcke über alternierenden Zahnpaaren der Elektrode kann zum Beispiel ähnlich der Anordnung von Stiften über einem Galton-Brett sein. Der PM-Sensor 302 kann zusätzlich oder alternativ einen Satz von Blöcken, die näher am Einlass 310 angeordnet sind, und einen anderen Satz von Blöcken, die näher am Auslass 312 des Sensors angeordnet sind, enthalten.
In den PM-Sensor 302 eintretende Abgase können aufgeladenen Ruß oder PM transportieren. Dieser aufgeladene Ruß oder PM unterliegt elektrostatischer Anziehung zu den aufgeladenen Elektroden des PM-Sensors und bildet Rußbrücken, wie vorher erklärt worden ist. Hier kann ein einzelner PM-Strom im Abgasstrom in mehrere PM-Ströme an jedem der Blöcke, die sich zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden befinden, aufgeteilt werden. Weiterhin können die PM-Ströme auf den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden abgelagert werden. Weiterhin kann sich Ruß oder PM in den Strömen über dem Paar durchgehende ineinandergreifende Elektroden ansammeln und zum Beispiel nicht über den Blöcken ansammeln.
Ein beispielhafter Strom 330 wird in der Draufsicht 300 gezeigt. Der Strom 330 kann vom Einlass 310 des PM-Sensors 302 ausgehen und zur negativen Elektrode, die in der Nähe des Einlasses positioniert ist, angezogen werden, was einen Strom 332 bildet. Hier kann der Strom 332 in einem Raum zwischen den Blöcken gebildet werden. Wenn der Strom 332 einen Block über dem Paar 314 erreicht, kann sich der Strom 332 zum Beispiel in zwei Ströme 336 und 334 unterteilen, um das Wachsen auf dem Block zu vermeiden und die negative Elektrode des Paars 314 zu erreichen. Somit kann ein einzelner Strom 332 in zwei Ströme 336 und 334 aufgeteilt werden, wodurch sich die Oberflächenfläche zum Anhaften für den Ruß vergrößert. Gleichermaßen kann sich der Strom 336 in die Ströme 338 und 340 unterteilen, wenn er auf einen Block 308 über dem Paar 315 trifft. Wenn der Strom 338 einen Block über dem Paar 316 erreicht, kann sich der Strom 338 gleichermaßen in zwei Ströme 342 und 346 unterteilen, um das Wachsen auf dem Block zu vermeiden und die negative Elektrode des Paars 314 zu erreichen. Wenn der Strom 342 einen Block über dem Paar 317 erreicht, kann sich der Strom 342 auf eine gleiche Weise zum Beispiel in zwei Ströme 348 und 350 unterteilen, um das Wachsen auf dem Block zu vermeiden und die negative Elektrode des Paars 314 zu erreichen. Schließlich können die Ströme aus dem PM-Sensor 302 am Auslass 312 austreten, wie durch die Pfeile 358 angegeben wird. Von daher können die Ströme aus dem PM-Sensor entlang des Raums zwischen am Auslass des PM-Sensors positionierten, benachbarten Blöcken austreten.
Hier kann die Bahn jedes der Ströme eine „Zufallsbahn“ sein, und weil sich die Ströme in mehrere Bahnen unterteilen, vergrößert sich die Oberflächenfläche zur Anlagerung des Rußes auf den ineinandergreifenden Elektroden. Ähnlich wie beim Galton-Brett können weiterhin die Rußbrücken, die sich beim Unterteilen von PM-Strömen in mehrere Ströme über den versetzt angeordneten Blöcken bilden, zu einer gleichmäßigen Verteilung von Ruß über der PM-Sensorelektrode führen. Durch Positionieren von Blöcken über der Oberfläche der Elektroden können auf diese Art Rußbrücken gleichmäßig über der Oberfläche der Elektrode gebildet werden. Weiterhin können die Rußbeladung und der Aufbau von Rußbrücken zwischen der positiven und der negativen Elektrode in kürzeren Zeitfenstern stattfinden. Eine Steuerung, wie zum Beispiel die Steuerung 12 aus 1, kann in der Lage sein, eine Rußbeladung auf dem PM-Sensor auf Basis einer Gesamtsumme von über mehreren Bahnen angesammeltem Ruß zu bestimmen, wie mit Bezug auf 4 erklärt wird. Wenn die Rußbeladung des PM-Sensors einen Schwellenwert erreicht, dann kann der Sensor regeneriert werden, wie in 5 gezeigt wird. Auf diese Art kann der PM-Sensor aus dem Partikelfilter austretendes PM genauer detektieren und somit den DPF in einer zuverlässigeren Weise auf Undichtigkeiten diagnostizieren.
Somit kann ein beispielhafter Partikelsensor (PM-Sensor) ein Paar durchgehende ineinandergreifende Elektroden enthalten, die auf einer Sensoroberfläche gebildet sind, die mehrere gleichmäßig beabstandete, in einer versetzten Anordnung entlang der Sensoroberfläche positionierte, herausragende Vorsprünge enthält, wobei die herausragenden Blöcke zwischen alternierenden Paaren der ineinandergreifenden Elektroden positioniert sind. Zusätzlich oder alternativ können die Vorsprünge Blöcke sein, und eine Höhe jedes der Blöcke kann größer als eine Höhe jeder der ineinandergreifenden Elektroden sein. Zusätzlich oder alternativ ist eine Länge jedes der Blöcke geringer als eine Länge jeder der ineinandergreifenden Elektroden. Zusätzlich oder alternativ kann der PM-Sensor eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, enthalten, zum Ansammeln von Ruß über dem Paar durchgehende ineinandergreifende Elektroden und zum Vermeiden des Ansammelns von Ruß auf den Blöcken, zum Bestimmen einer Rußbeladung auf dem PM-Sensor auf Basis einer Gesamtsumme von über dem Paar ineinandergreifende Elektroden angesammeltem Ruß und zum Regenerieren des PM-Sensors, wenn die Rußbeladung größer als ein Schwellenwert ist.
Nun bezugnehmend auf 4: 4 veranschaulicht ein Verfahren 400 zum Aufteilen einströmender PM-Ströme in mehrere PM-Ströme an mehreren, auf einer Oberfläche des PM-Sensors positionierten Strömungsführungen. Insbesondere bestimmt das Verfahren die Rußbeladung auf dem Sensor auf Basis einer Gesamtlänge von Rußbrücken über die mehreren PM-Ströme. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 400 und der übrigen, hier beinhalteten Verfahren können von einer Steuerung auf Basis von Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems empfangen werden, wie zum Beispiel von den oben in Bezug auf die 1, 2A–2D und 3 beschriebenen Sensoren, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motorstellglieder des Motorsystems gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren zum Einstellen des Motorbetriebs einsetzen.
In 402 beinhaltet das Verfahren 400 das Bestimmen von Motorbetriebszuständen. Zu den bestimmten Motorbetriebszuständen können zum Beispiel die Motordrehzahl, die Motortemperatur, verschiedene Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, verschiedene Abgastemperaturen, die PM-Beladung auf dem PM-Sensor, die PM-Beladung auf dem DPF, Beladung auf dem Abgas-LNT (Lean NOx Trap, NOx-Speicherkatalysator), die Umgebungstemperatur, die seit einer letzten Regeneration des PM-Sensors und des DPF abgelaufene Zeit (oder Entfernung) usw. zählen.
Als Nächstes kann das Verfahren 400 in 404 die einströmenden PM-Ströme in mehrere PM-Ströme aufteilen. Das Aufteilen der einströmenden PM-Ströme in mehrere PM-Ströme kann weiterhin das Aufteilen der PM-Ströme an mehreren Strömungsführungen in 406 beinhalten, die auf einer Oberfläche des PM-Sensors positioniert sind, wobei die mehreren Strömungsführungen zwischen der positiven und der negativen Elektrode des PM-Sensors positioniert sind. Hier können die Strömungsführungen gleichmäßig beabstandete Blöcke enthalten, die aus der Oberfläche des Sensors herausragen und weiterhin über alternierenden Paaren der positiven und negativen Elektrode des Sensors versetzt angeordnet sind. Das Aufteilen der PM-Ströme in mehrere PM-Ströme kann weiterhin das Aufteilen der PM-Ströme an den gleichmäßig beabstandeten Blöcken in 408 beinhalten. Von daher sind die Blöcke über alternierenden Paaren der ineinandergreifenden Elektroden versetzt angeordnet und weiterhin so positioniert, dass weniger als eine Schwellenwertüberlappung von Blöcken mit Blöcken in vorhergehenden alternierenden Paaren der Elektroden vorhanden ist. Durch Platzieren der Blöcke in einer versetzten Anordnung kann der PM-Strom sich jedes Mal aufgabeln, wenn er auf einen Block auf seiner Bahn trifft, und sich weiter in mehrere Ströme aufteilen, um den Block zu vermeiden, damit er auf aufgeladene Elektroden trifft.
Als Nächstes kann sich in 410 der aufgeladene Ruß oder PM in den PM-Strömen über den Elektroden unter Bildung von Rußbrücken ablagern. In 412 kann hier das Ablagern der Rußbrücken über den Elektroden weiterhin beinhalten, die Rußbrücken um die Strömungsführungen oder Blöcke herum zu leiten, die über den Elektroden positioniert sind, und weiterhin mehrere Rußbrückenbahnen um die Strömungsführungen zu erzeugen. Weiterhin kann das Ablagern der Rußbrücken in 414 beinhalten, die Rußbrücken über der positiven und der negativen Elektrode des PM-Sensors abzulagern und nicht auf den Strömungsführungen. Es sei angemerkt, dass die Aktionen 404–414 Aktionen beschreiben, die an verschiedenen Orten stattfinden und nicht per Code in der Steuerung programmiert sind, im Gegensatz zum Beispiel zu 402 und 416–426.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren in 416, eine Länge Li jeder der Rußbrücken entlang der mehreren Rußbrückenbahnen zu bestimmen. Wie vorher erklärt worden ist, können sich die Rußbrücken über mehreren Bahnen bilden. Hier werden die mehreren Bahnen zum Beispiel durch das Positionieren von Blöcken entlang der ineinandergreifenden Elektroden erzeugt. Wenn die Rußbrücke entlang der Elektroden wächst, kann die Länge der Rußbrücke anfangen, sich zu vergrößern. Die Steuerung kann eine Länge jeder Rußbrücke bestimmen, die über der Oberfläche des Sensors gebildet wird. Die Steuerung kann die Länge der Rußbrücken auf Basis eines über der Messeinrichtung gemessenen Stroms bestimmen.
Das Verfahren 400 fährt mit 418 fort, wobei die Gesamtlänge der Rußbrücken durch Summieren der Li aller auf der Oberfläche des Sensors gebildeten Rußbrücken bestimmt wird. Als Nächstes kann in 420 eine Gesamtrußbeladung auf dem PM-Sensor auf Basis der in 418 bestimmten Gesamtlänge der Rußbrücken bestimmt werden. Die Steuerung kann in der Lage sein, die Gesamtrußbeladung auf Basis von Werten zu bestimmen, die zum Beispiel in einer Lookup-Tabelle gespeichert sind. In einigen Beispielen kann die Steuerung in der Lage sein, die Rußbeladung auf Basis der Gesamtlänge der Rußbrücken zu berechnen.
Das Verfahren 400 fährt mit 422 fort, wo bestimmt werden kann, ob die Gesamtrußbeladung größer als eine Schwellenwertbeladung Thr ist. Der Schwellenwert Thr kann eine Schwellenwertbeladung sein, die dem PM-Sensor-Regenerationsschwellenwert entspricht. In einigen Beispielen kann der Schwellenwert Thr auf der PM-Beladung des PM-Sensors basieren, oberhalb der der PM-Sensor möglicherweise regeneriert werden muss. Falls die Gesamtrußbeladung geringer als der Schwellenwert Thr ist, was angibt, dass der PM-Sensor noch nicht den Schwellenwert zur Regeneration erreicht hat, fährt das Verfahren 400 mit 424 fort, wobei die Rußbrücken weiter über den Elektroden abgelagert werden, und das Verfahren kehrt zu 410 zurück.
Falls allerdings die Gesamtrußbeladung größer als der Schwellenwert Thr ist, fährt das Verfahren dann mit 426 fort, wo der PM-Sensor regeneriert werden kann, wie mit Bezug auf 5 beschrieben wird, und das Verfahren endet. Auf diese Art kann Diagnostik am DPF zuverlässig und genau durchgeführt werden, indem die Länge von über den ineinandergreifenden Elektroden erzeugten Rußbrücken gemessen und summiert wird.
Somit beinhaltet ein beispielhaftes Verfahren ein Verfahren zur Partikel(PM)-Erfassung in einem Abgasstrom, das umfasst, einströmende PM-Ströme im Abgasstrom in mehrere PM-Ströme an mehreren Strömungsführungen, die auf einer Sensoroberfläche zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden eines Sensors positioniert sind, aufzuteilen und die PM-Ströme über den positiven Elektroden und den negativen Elektroden abzulagern, wobei Rußbrücken gebildet werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Bilden der Rußbrücken beinhalten, die Rußbrücken nur über den positiven Elektroden und den negativen Elektroden abzulagern und nicht auf den Strömungsführungen. Zusätzlich oder alternativ können die Strömungsführungen gleichmäßig beabstandete Blöcke umfassen, die aus der Oberfläche des Sensors herausragen und über alternierenden Paaren der positiven Elektroden und der negativen Elektroden des Sensors versetzt angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ ist eine Höhe der Blöcke größer als eine Höhe jeder der positiven Elektroden und der negativen Elektroden des Sensors. Zusätzlich oder alternativ kann das Aufteilen weiterhin umfassen, die Rußbrücken um die Strömungsführungen herum zu führen und mehrere Rußbrückenbahnen um die Strömungsführungen zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren weiterhin umfassen, eine Länge jeder der Rußbrücken entlang jeder der mehreren Rußbrückenbahnen zu bestimmen und die Länge zum Bestimmen einer Gesamtlänge zu summieren. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren weiterhin umfassen, eine Rußbeladung des Sensors auf Basis der Gesamtlänge zu bestimmen und den Sensor zu regenerieren, wenn die Rußbeladung des Sensors größer als eine Schwellenwertbeladung ist.
Nun bezugnehmend auf 5: Ein Verfahren 500 zum Regenerieren des PM-Sensors (wie zum Beispiel eines in 1 gezeigten PM-Sensors 106) wird gezeigt. Insbesondere, wenn die Rußbeladung auf dem PM-Sensor größer als der Schwellenwert ist oder wenn ein temperaturabgeglichener Widerstandswert des PM-Sensors auf einen Schwellenwertwiderstandswert abfällt, können die PM-Sensor-Regenerationsbedingungen als erfüllt angesehen werden, und der PM-Sensor muss möglicherweise regeneriert werden, um weitere PM-Detektion zu ermöglichen. In 502 kann die Regeneration des PM-Sensors ausgelöst werden, und der PM-Sensor kann durch Erhitzen des Sensors in 504 regeneriert werden. Der PM-Sensor kann durch Betätigen eines Heizelements erhitzt werden, das thermisch mit der Sensorelektrodenoberfläche gekoppelt ist, wie zum Beispiel das im Sensor eingebettete Heizelement, bis die Rußbeladung des Sensors durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden ausreichend reduziert worden ist. Die PM-Sensor-Regeneration wird typischerweise unter Verwendung von Zeitgebern gesteuert, und der Zeitgeber kann in 502 für eine Schwellenwertdauer eingestellt werden. Alternativ kann die Sensorregeneration unter Verwendung einer Temperaturmessung der Sensorspitze oder durch das Steuern der Leistung zum Heizelement oder durch irgendeines oder jedes von diesen gesteuert werden. Wenn zur PM-Sensor-Regeneration ein Zeitgeber verwendet wird, dann beinhaltet das Verfahren 500 in 506 zu prüfen, ob die Schwellenwertdauer abgelaufen ist. Falls die Schwellenwertdauer nicht abgelaufen ist, dann fährt das Verfahren 500 mit 508 fort, wo die PM-Sensor-Regeneration fortgesetzt werden kann. Falls die Schwellenwertdauer abgelaufen ist, dann fährt das Verfahren 500 mit 510 fort, wo die Rußsensor-Regeneration beendet werden kann, und die elektrische Schaltung kann in 512 abgeschaltet werden. Weiterhin können die Sensorelektroden zum Beispiel auf die Abgastemperatur gekühlt werden. Das Verfahren 500 fährt mit 514 fort, wo der Widerstandswert zwischen den Elektroden des PM-Sensors gemessen wird. Anhand des gemessenen Widerstandswerts kann eine Rußbrückenlänge bestimmt werden, und weiterhin kann die PM- oder Rußbeladung des PM-Sensors (d. h. angesammeltes PM oder Ruß zwischen den Elektroden des PM-Sensors) in 516 berechnet werden, und das Verfahren fährt mit 518 fort. In 518 kann die berechnete Rußbeladung des PM-Sensors mit einem Schwellenwert Lower_Thr verglichen werden. Der Schwellenwert Lower_Thr kann ein unterer Schwellenwert sein, niedriger als der Regenerationsschwellenwert, der zum Beispiel angibt, dass die Elektroden ausreichend von Rußpartikeln bereinigt sind. In einem Beispiel kann der Schwellenwert ein Schwellenwert sein, unter dem die Regeneration möglicherweise beendet wird. Falls die Rußbeladung weiter größer als Lower_Thr ist, was angibt, dass möglicherweise weitere Regeneration erforderlich ist, fährt das Verfahren 500 mit 508 fort, wo die PM-Sensor-Regeneration wiederholt werden kann. Falls allerdings der PM-Sensor weiter wiederholte Regenerationen durchläuft, kann die Steuerung Fehlercodes setzen, um anzugeben, dass der PM-Sensor möglicherweise funktionsgemindert ist oder dass das Heizelement im Rußsensor möglicherweise funktionsgemindert ist. Falls die Rußbeladung niedriger als der Schwellenwert Lower_Thr ist, was angibt, dass die Elektrodenoberfläche bereinigt ist, fährt das Verfahren 500 mit 520 fort, wo der Rußsensorwiderstandswert und die Regenerationshistorie aktualisiert und im Speicher gespeichert werden können. Zum Beispiel kann eine Häufigkeit der PM-Sensor-Regeneration und/oder eine mittlere Dauer zwischen Sensor-Regenerationen aktualisiert werden. In 522 können dann von der Steuerung verschiedene Modelle verwendet werden, um den prozentualen Wirkungsgrad der Rußfilterung des DPF zu berechnen. Auf diese Art kann der PM-Sensor On-Board-Diagnose des DPF durchführen.
6 veranschaulicht eine beispielhafte Routine 600 zum Diagnostizieren der DPF-Funktion auf Basis der Regenerationszeit des PM-Sensors. In 602 kann von der Steuerung durch Kalibrierung die Regenerationszeit t(i)_regen für den PM-Sensor berechnet werden, was die Zeit ist, die vom Ende der vorherigen Regeneration bis zum Start der aktuellen Regeneration des PM-Sensors gemessen wird. In 604 wird t(i)_regen mit t(i – 1)_regen verglichen, was die vorher kalibrierte Zeit der Regeneration des PM-Sensors ist. Daraus kann abgeleitet werden, dass der Rußsensor möglicherweise mehrmals durch die Regeneration laufen muss, um den DPF zu diagnostizieren. Falls t(i)_regen kleiner als die Hälfte des Werts des t(i – l)-Bereichs ist, dann wird in 608 angegeben, dass der DPF undicht ist, und ein DPF-Funktionsminderungssignal wird ausgelöst. Alternativ oder zusätzlich zum oben erwähnten Prozess kann der DPF unter Verwendung anderer Parameter diagnostiziert werden, wie zum Beispiel der Abgastemperatur, der Motordrehzahl/-last usw. Das Funktionsminderungssignal kann zum Beispiel durch eine Fehlfunktionsleuchte auf Diagnosecode ausgelöst werden.
Eine aktuelle Regenerationszeit von weniger als der Hälfte der vorherigen Regenerationszeit kann angeben, dass die Zeit, in der die elektrische Schaltung den Schwellenwert R_regen erreicht, kürzer ist, und somit die Regenerationshäufigkeit höher ist. Größere Häufigkeit der Regeneration im PM-Sensor kann angeben, dass das ausströmende Abgas aus einer größeren Menge Partikelmaterial besteht, als bei einem normal funktionierenden DPF realisiert wird. Falls somit die Änderung der Regenerationszeit im Rußsensor den Schwellenwert t_regen erreicht, bei dem die aktuelle Regenerationszeit des PM-Sensors weniger als die Hälfte der vorherigen Regenerationszeit beträgt, wird eine DPF-Funktionsminderung oder -undichtigkeit angegeben, zum Beispiel über ein Display an einen Nutzer und/oder über Setzen eines Merkers, der in nichtflüchtigem, mit dem Prozessor gekoppeltem Speicher gespeichert wird, der an ein mit dem Prozessor gekoppeltes Diagnosewerkzeug gesendet werden kann. Falls die Änderung der Regenerationszeit im Rußsensor nicht den Schwellenwert t_regen erreicht, dann wird in 606 keine DPF-Undichtigkeit angegeben. Auf diese Art können Undichtigkeiten in einem dem Partikelsensor vorgelagert positionierten Partikelfilter auf Basis einer Ablagerungsrate der Partikel auf dem Partikelsensorelement detektiert werden.
Nun bezugnehmend auf 7: Das Kennfeld 700 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Gesamtlänge der Rußbrücken, der Rußbeladung auf dem PM-Sensor und der Rußbeladung auf dem Partikelfilter. Insbesondere zeigt das Kennfeld 700 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der PM-Sensor-Regeneration und der Rußbeladung des DPF, insbesondere wie die PM-Sensor-Regeneration DPF-Funktionsminderung angeben kann. Vertikale Markierungen t0, t1, t2, t3, t4, t5 und t6 identifizieren wichtige Zeitpunkte im Betrieb und im System des PM-Sensors und des Partikelfilters.
Das erste Kurvenbild von oben in 7 zeigt die Gesamtlänge der über der Oberfläche des PM-Sensors gebildeten Rußbrücke. Wie vorher beschrieben worden ist, können sich Rußbrücken über den Elektroden bilden, wenn PM über den ineinandergreifenden Elektroden abgelagert wird. Weiterhin können aufgrund der mehreren Strömungsführungen, die über den Elektroden positioniert sind, mehrere Rußbrückenbahnen erzeugt werden, infolge dessen kann sich die Länge der Rußbrücke weiter vergrößern (Kurve 710). Die Steuerung kann in der Lage sein, eine Rußbeladung (Kurve 702) auf Basis der Gesamtlänge der Rußbrücken zu bestimmen. Von daher sind die Gesamtlänge der Rußbrücke und die Rußbeladung unten in den Kurven auf ihrem niedrigsten Wert, und ihre Größe vergrößert sich nach oben in der Kurve in der vertikalen Richtung. Die horizontale Richtung stellt die Zeit dar, und die Zeit verläuft von der linken zur rechten Seite der Kurve. Die horizontale Markierung 706 stellt den Schwellenwertstrom zur Regeneration des PM-Sensors in der oberen Kurve dar. Die Kurve 704 stellt die Rußbeladung auf dem DPF dar, und die horizontale Markierung 708 stellt die Schwellenwertrußbeladung des DPF in der zweiten Kurve dar.
Zwischen dem Zeitpunkt t0 und t1 wird ein PM-Sensor-Regenerationszyklus gezeigt. Zum Zeitpunkt t0 ist der PM-Sensor in einem relativ sauberen Zustand, wie durch den niedrigen PM-Sensor-Gesamtstrom gemessen wird. Eine mit dem PM-Sensor gekoppelte Steuerung bestimmt eine Gesamtlänge der Rußbrücken durch Summieren der Länge jeder der über den mehreren Bahnen gebildeten Rußbrücken und bestimmt weiterhin eine Rußbeladung (702) des PM-Sensors auf Basis der Gesamtlänge der Rußbrücken. Wenn die Steuerung bestimmt hat, dass die Rußbeladung gering ist, kann sie Anweisungen an eine Regenerationsschaltung senden, das Zuführen von Wärme zu beenden, so dass eine Detektionsschaltung beginnen kann, die Ansammlung der PM-Beladung zu detektieren. Wenn die PM-Beladung auf dem Sensor wächst, beginnen sich Rußbrücken zu bilden, und die Länge der Rußbrücken fängt an, sich zu vergrößern. Somit kann sich auch die Gesamtlänge der Rußbrücken, die das Summieren der Länge jeder der über der Elektrode gebildeten Rußbrücken beinhaltet, anfangen zu vergrößern (Kurve 710). Die Steuerung kann die Gesamtrußbeladung (Kurve 702) auf dem Sensor auf Basis der Gesamtlänge der Rußbrücken (Kurve 710) bestimmen. Zwischen t0 und t1 sammelt sich weiter PM an und bildet Rußbrücken über mehreren Bahnen, und die Gesamt-PM-Beladung (Kurve 702) vergrößert sich dementsprechend, und weiterhin vergrößert sich auch die Rußbeladung auf dem DPF (Kurve 704). In einigen Beispielen kann die Rußbeladung auf dem DPF auf der PM-Sensorbeladung basieren, wenn der PM-Sensor sich zum Beispiel vorgelagert zum DPF befindet. Die Steuerung kann in der Lage sein, die Verteilung der Rußbrücken zu berechnen und weiterhin die Länge der Rußbrücken zu bestimmen, indem sie zum Beispiel die Änderung des Stroms oder des Widerstandswerts über den Elektroden berechnet.
In t1 erreicht die PM-Sensorbeladung (Kurve 702) die Schwellenwertbeladung für die Regeneration des PM-Sensors (Markierung 706). Die Schwellenwertbeladung für die Regeneration kann auch auf einer Schwellenwertlänge der Rußbrücken basieren (Kurve 712). In t1 kann die PM-Sensor-Regeneration ausgelöst werden, wie vorher erklärt worden ist. Somit kann der PM-Sensor zwischen t1 und t2 regeneriert werden, indem zum Beispiel die elektrische Schaltung für die Regeneration eingeschaltet wird. In t2 kann der PM-Sensor ausreichend gekühlt sein und kann anfangen PM anzusammeln. Somit kann der PM-Sensor zwischen t2 und t3 (DPF-Regenerationszyklus) weiter PM ansammeln. Während der Zeit zwischen t2 und t3 vergrößert sich die DPF-Rußbeladung weiter (Kurve 704). Allerdings erreicht die Rußbeladung auf dem DPF (Kurve 604) in t3 die Schwellenwertrußbeladung für die DPF-Regeneration (Markierung 708). Zwischen t3 und t4 kann der DPF regeneriert werden, um den auf dem DPF abgelagerten Ruß abzubrennen, wie vorher erklärt worden ist. Weiterhin kann in t4 die PM-Sensor-Regenerationshäufigkeit mit der vorherigen Regenerationshäufigkeit des PM-Sensors verglichen werden. Auf Basis davon, dass die Regenerationshäufigkeit des PM-Sensors ähnlich wie in vorherigen Zyklen bleibt, kann bestimmt werden, dass der DPF nicht undicht ist. Auf diese Art kann der DPF auf Basis der PM-Sensor-Ausgabe überwacht und auf Undichtigkeiten diagnostiziert werden.
Zwischen t5 und t6 wird ein anderer DPF-Zyklus gezeigt. Hier vergrößert sich zwischen t5 und t6 die Rußbeladung auf dem DPF allmählich (Kurve 704). Während dieser Zeit kann die Gesamtlänge der Rußbrücken und die Rußbeladung auf dem PM-Sensor überwacht werden. Die Kurven 702 und 710 zeigen, dass der PM-Sensor mehrere Regenerationszyklen durchläuft, wie vorher beschrieben worden ist. Allerdings hat sich die Häufigkeit der Regeneration des PM-Sensors nahezu verdoppelt (Kurve 702). Wie vorher erklärt worden ist, kann eine größere Häufigkeit der Regeneration des PM-Sensors angeben, dass das ausströmende Abgas aus einer größeren Menge Partikelmaterial besteht, als bei einem normal funktionierenden DPF realisiert wird, daher kann in t6 DPF-Undichtigkeit angegeben werden.
Auf diese Art können ein genaueres Maß der Abgas-PM-Beladung und dadurch die DPF-Rußbeladung bestimmt werden. Von daher verbessert dies den Wirkungsgrad von Filterregenerationsoperationen und reduziert den Bedarf an umfangreichen Algorithmen. Indem genauere Diagnostik eines Abgas-DPF ermöglicht wird, kann zusätzlich die Einhaltung von Abgasemissionen verbessert werden. Dies reduziert von daher die hohen Gewährleistungskosten beim Ersetzen funktionsfähiger Partikelfilter, und die Abgasemissionen werden verbessert, und die Lebensdauer der Abgaskomponenten wird verlängert. Durch versetztes Anordnen von mehreren Blöcken entlang der Oberfläche des Sensors, kann auf diese Art Ruß über der Oberfläche des Sensors verteilt werden, und ein genaues Maß der PM-Sensor-Beladung kann bestimmt werden. Weiterhin kann durch Verwenden von herausragenden Elektroden auf der Oberfläche des Sensors die Rußbeladung und die Rußbrückenbildung vergrößert werden. Die technische Wirkung des versetzten Anordnens von Blöcken über der Sensoroberfläche und zwischen den ineinandergreifenden Elektroden ist, dass mehrere Bahnen für die Rußbrückenbildung erzeugt werden können. Indem die Rußbrückenlänge über den mehreren Bahnen summiert und die Rußbeladung des Sensors bestimmt wird, kann der PM-Sensor PM im Abgas genauer detektieren und somit den DPF auf Undichtigkeit in einer zuverlässigeren Weise diagnostizieren.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen auch einen Partikelsensor bereit, der ein Paar planare ineinandergreifende Elektroden, die in einem Abstand voneinander beabstandet sind und aus einer Oberfläche des PM-Sensors herausragen, und mehrere herausragende Strömungsführungen, die sich zwischen dem Paar planare ineinandergreifende Elektroden befinden, umfasst. In einem ersten Beispiel für den Partikelsensor kann der Sensor zusätzlich oder alternativ beinhalten, dass die Strömungsführungen gleichmäßig beabstandete Blöcke enthalten, die zwischen Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Blöcken kleiner als ein Abstand zwischen den Zahnpaaren des Paars planare ineinandergreifende Elektroden ist. Ein zweites Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass die Blöcke weiterhin zwischen alternierenden Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden versetzt angeordnet sind. Ein drittes Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten oder zweiten Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass jedes alternierende Zahnpaar Blöcke enthält, die mit weniger als einer Schwellenwertüberlappung mit Blöcken in vorhergehenden alternierenden Zahnpaaren angeordnet sind. Ein viertes Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass ein Zwischenraum zwischen den Blöcken zwischen den Zahnpaaren niedriger als ein Trennelement zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden ist. Ein fünftes Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten bis vierten Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass eine Höhe der Blöcke größer als eine Höhe jedes der Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden ist. Ein sechstes Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten bis fünften Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass die Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden orthogonal zum Abgasstrom positioniert sind und dass jedes Zahnpaar alternierend mit dem positiven und negativen Anschluss einer Spannungsquelle verbunden ist. Ein siebtes Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass sich Ruß im Abgasstrom zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden ablagert, wobei die zwischen den Zahnpaaren positionierten Blöcke vermieden werden. Ein achtes Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten bis dritten Beispiel und enthält weiterhin eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, um einen einzelnen PM-Strom im Abgasstrom in mehrere PM-Ströme an jedem der Blöcke, die sich zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden befinden, aufzuteilen, um die mehreren PM-Ströme an den Zahnpaaren abzulagern und den PM-Sensor zu regenerieren, wenn eine PM-Beladung zwischen den Zahnpaaren eine Schwellenwert-PM-Beladung erreicht.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen auch einen Partikelsensor bereit, der ein Paar durchgehende ineinandergreifende Elektroden enthält, die auf einer Sensoroberfläche gebildet sind, die mehrere gleichmäßig beabstandete, in einer versetzten Anordnung entlang der Sensoroberfläche positionierte herausragende Blöcke enthält, wobei die herausragenden Blöcke zwischen alternierenden Paaren der ineinandergreifenden Elektroden positioniert sind. In einem ersten Beispiel für den Partikelsensor, kann der Sensor zusätzlich oder alternativ beinhalten, dass eine Höhe jedes der Blöcke größer als eine Höhe jeder der ineinandergreifenden Elektroden ist. Ein zweites Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass eine Länge jedes der Blöcke kleiner als eine Länge jeder der ineinandergreifenden Elektroden ist. Ein drittes Beispiel für den PM-Sensor beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten oder zweiten Beispiel und beinhaltet weiterhin eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sind, zum Ansammeln von Ruß über dem Paar durchgehende ineinandergreifende Elektroden und zum Vermeiden des Ansammelns von Ruß auf den Blöcken, zum Bestimmen einer Rußbeladung auf dem PM-Sensor auf Basis einer Gesamtsumme von über dem Paar ineinandergreifende Elektroden angesammeltem Ruß und zum Regenerieren des PM-Sensors, wenn die Rußbeladung größer als ein Schwellenwert ist.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen auch ein Verfahren zur Partikelerfassung in einem Abgasstrom bereit, das umfasst, einströmende PM-Ströme im Abgasstrom in mehrere PM-Ströme an mehreren Strömungsführungen, die auf einer Sensoroberfläche zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden eines Sensors positioniert sind, aufzuteilen und die PM-Ströme über den positiven Elektroden und den negativen Elektroden abzulagern, wobei Rußbrücken gebildet werden. In einem ersten Beispiel für das Verfahren kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ beinhalten, dass das Bilden der Rußbrücken beinhaltet, die Rußbrücken nur über den positiven Elektroden und den negativen Elektroden abzulagern und nicht auf den Strömungsführungen. Ein zweites Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass die Strömungsführungen gleichmäßig beabstandete Blöcke umfassen, die aus der Oberfläche des Sensors herausragen und über alternierenden Paaren der positiven Elektroden und der negativen Elektroden des Sensors versetzt angeordnet sind. Ein drittes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten oder zweiten Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass eine Höhe der Blöcke größer als eine Höhe jeder der positiven Elektroden und der negativen Elektroden des Sensors ist. Ein viertes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet weiterhin, dass das Aufteilen weiterhin umfasst, die Rußbrücken um die Strömungsführungen herum zu führen und mehrere Rußbrückenbahnen um die Strömungsführungen herum zu erzeugen. Ein fünftes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten bis vierten Beispiel und beinhaltet weiterhin, eine Länge jeder der Rußbrücken entlang jeder der mehreren Rußbrückenbahnen zu bestimmen und die Länge zum Bestimmen einer Gesamtlänge zu summieren. Ein sechstes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere vom ersten bis fünften Beispiel und umfasst weiterhin, eine Rußbeladung des Sensors auf Basis der Gesamtlänge zu bestimmen und den Sensor zu regenerieren, wenn die Rußbeladung des Sensors größer als eine Schwellenwertbeladung ist.
Es sei angemerkt, dass die hier enthaltenen Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Ausgewählte Aktionen der hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und vom Steuersystem ausgeführt werden, zu dem die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellgliedern und anderer Motor-Hardware zählt. Die spezifischen, hier beschriebenen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, interrupt-gesteuerte, Multitasking-, Multithreading-Strategien und ähnliche. Daher können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise zum Erreichen der Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele erforderlich, sondern sie wird zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motor-Hardware-Komponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung enthält.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die oben genannte Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Motorarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Nachtrag der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer bezogenen Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder verschieden vom Schutzbereich der Originalansprüche, werden ebenfalls so angesehen, dass sie im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.

Claims

Partikelsensor (PM-Sensor), der Folgendes umfasst: ein Paar planare ineinandergreifende Elektroden, die in einem Abstand voneinander beabstandet sind und aus einer Oberfläche des PM-Sensors herausragen; und mehrere herausragende Strömungsführungen, die sich zwischen dem Paar planare ineinandergreifende Elektroden befinden.
PM-Sensor nach Anspruch 1, wobei die Strömungsführungen gleichmäßig beabstandete Blöcke enthalten, die zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden angeordnet sind.
PM-Sensor nach Anspruch 2, wobei die Blöcke weiterhin zwischen alternierenden Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden versetzt angeordnet sind.
PM-Sensor nach Anspruch 3, wobei jedes alternierende Zahnpaar Blöcke enthält, die mit weniger als einer Schwellenwertüberlappung mit Blöcken in vorhergehenden alternierenden Zahnpaaren angeordnet sind.
PM-Sensor nach Anspruch 3, wobei ein Zwischenraum zwischen den Blöcken zwischen den Zahnpaaren niedriger als ein Trennelement zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden ist.
PM-Sensor nach Anspruch 5, wobei eine Höhe der Blöcke größer als eine Höhe jedes der Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden ist.
PM-Sensor nach Anspruch 6, wobei die Zahnpaare der ineinandergreifenden Elektroden orthogonal zum Abgasstrom positioniert sind und wobei jedes Zahnpaar alternierend mit dem positiven und negativen Anschluss einer Spannungsquelle verbunden ist.
PM-Sensor nach Anspruch 7, wobei sich Ruß im Abgasstrom zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden ablagert, wobei die zwischen den Zahnpaaren positionierten Blöcke vermieden werden.
PM-Sensor nach Anspruch 8, der weiterhin eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die im nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, enthält, um: einen einzelnen PM-Strom im Abgasstrom in mehrere PM-Ströme an jedem der Blöcke, die sich zwischen den Zahnpaaren der ineinandergreifenden Elektroden befinden, aufzuteilen; die mehreren PM-Ströme auf den Zahnpaaren abzulagern; und den PM-Sensor zu regenerieren, wenn eine PM-Beladung zwischen den Zahnpaaren eine Schwellenwert-PM-Beladung erreicht.
Partikelsensor (PM-Sensor), der Folgendes umfasst: ein Paar durchgehende ineinandergreifende Elektroden, die auf einer Sensoroberfläche gebildet sind, die mehrere gleichmäßig beabstandete, in einer versetzten Anordnung entlang der Sensoroberfläche positionierte herausragende Vorsprünge enthält, wobei die Blöcke zwischen alternierenden Paaren der ineinandergreifenden Elektroden positioniert sind.
PM-Sensor nach Anspruch 10, wobei die Vorsprünge Blöcke sind und wobei eine Höhe jedes der Blöcke größer als eine Höhe jeder der ineinandergreifenden Elektroden ist.
PM-Sensor nach Anspruch 11, wobei eine Länge jedes der Blöcke geringer als eine Länge jeder der ineinandergreifenden Elektroden ist.
PM-Sensor nach Anspruch 12, der weiterhin eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die im nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, enthält, um: Ruß über dem Paar durchgehende ineinandergreifende Elektroden anzusammeln und zu vermeiden, Ruß auf den Blöcken anzusammeln; eine Rußbeladung auf dem PM-Sensor auf Basis einer Gesamtsumme von Ruß, der sich über dem Paar ineinandergreifende Elektroden angesammelt hat, zu bestimmen; und den PM-Sensor zu regenerieren, wenn die Rußbeladung größer als ein Schwellenwert ist.
Verfahren zur Partikel- (PM-) Erfassung in einem Abgasstrom, das Folgendes umfasst: einströmende PM-Ströme im Abgasstrom an mehreren Strömungsführungen, die auf einer Sensoroberfläche zwischen positiven Elektroden und negativen Elektroden eines Sensors positioniert sind, in mehrere PM-Ströme aufzuteilen; und die PM-Ströme über den positiven Elektroden und den negativen Elektroden abzulagern und Rußbrücken zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin umfasst, die Rußbrücken zu bilden, indem die Rußbrücken nur über den positiven Elektroden und den negativen Elektroden und nicht auf den Strömungsführungen abgelagert werden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Strömungsführungen gleichmäßig beabstandete Blöcke umfassen, die aus der Sensoroberfläche des Sensors herausragen und über alternierenden Paaren der positiven Elektroden und der negativen Elektroden des Sensors versetzt angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei eine Höhe der Blöcke größer als eine Höhe jeder der positiven Elektroden und der negativen Elektroden des Sensors ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Aufteilen weiterhin umfasst, die Rußbrücken um die Strömungsführungen herum zu führen und mehrere Rußbrückenbahnen um die Strömungsführungen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin umfasst, eine Länge jeder der Rußbrücken entlang jeder der mehreren Rußbrückenbahnen zu bestimmen und die Länge zum Bestimmen einer Gesamtlänge zu summieren.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin umfasst, eine Rußbeladung des Sensors auf Basis der Gesamtlänge zu bestimmen und den Sensor zu regenerieren, wenn die Rußbeladung des Sensors größer als eine Schwellenwertbeladung ist.