DE102017002188A1

DE102017002188A1 - Verfahren und System für Abgaspartikelmaterialerfassung

Info

Publication number: DE102017002188A1
Application number: DE102017002188.0A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2017-09-07
Also published as: RU2017105125A; CN107165710A; RU2017105125A3; CN107165710B

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Erfassen von Partikelmaterial durch einen Partikelmaterialsensor, der sich stromabwärts eines Dieselpartikelfilters in einer Abgasanlage befindet, bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren das Vergrößern einer Einlassöffnung des Partikelmaterialsensors umfassen, wenn ein Abgasdurchsatz unter einen Schwellenwert fällt, um mehr Partikel in den Partikelmaterialsensor einzulassen, und umfasst ferner das Verkleinern der Einlassöffnung, wenn der Abgasdurchsatz über den Schwellenwert steigt, um die in den Sensor eindringenden Partikel zu reduzieren. Durch Einstellen der Partikelmenge, die in den Sensor eindringt, beruhend auf der Abgasrate können die Sensorablagerungsrate und somit das Ansprechvermögen des Sensors auf den Abgasdurchsatz bei einem Sollwert und unabhängig von dem Abgasdurchsatz gehalten werden.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der am 25. August 2015 eingereichten U.S.-Patentanmeldung Nr. 14/835,270 mit dem Titel ”METHOD AND SYSTEM FOR EXHAUST PARTICULATE MATTER SENSING”, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen ist.
Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein die Auslegung und Nutzung von resistiven Partikelmaterial(PM)-Sensoren in einem Abgasstrom.
Hintergrund/Zusammenfassung
Dieselverbrennungsabgas ist eine geregelte Emission. Dieselpartikelmaterial (PM) ist die Partikelkomponente von Dieselabgas, welche Dieselruß und Aerosole wie etwa Aschepartikel, metallische Abriebpartikel, Sulfate und Silikate umfasst. Bei Freisetzung in die Atmosphäre können PMs die Form von einzelnen Partikeln oder Kettenaggregaten annehmen, wobei die meisten in dem unsichtbaren Sub-Mikrometerbereich von 100 Nanometer liegen. Zum Identifizieren und Ausfiltern von Abgas-PMs vor Freisetzen des Abgases an die Atmosphäre wurden verschiedene Technologien entwickelt.
Zum Beispiel können Rußsensoren, die auch als PM-Sensoren bekannt sind, in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen. Ein PM-Sensor kann sich stromaufwärts und/oder stromabwärts eines Dieselpartikelfilters (DPF) befinden und kann zum Erfassen von PM-Beladung an dem Filter und Diagnostizieren des DPF-Betriebs verwendet werden. Typischerweise kann der PM-Sensor eine Partikelmaterial- oder Rußbeladung beruhend auf einer Korrelation zwischen einer gemessenen Änderung der elektrischen Leitfähigkeit (oder des spezifischen Widerstands) zwischen einem Paar von Elektroden, die auf eine ebene Trägerfläche des Sensors gesetzt sind, wobei die PM-Menge zwischen den Messelektroden abgelagert ist, erfassen. Im Einzelnen liefert die gemessene Leitfähigkeit ein Maß der Rußansammlung. Somit kann das Ansprechvermögen der PM-Sensoren, PM in dem Abgas zu messen, von dem Abgasdurchsatz abhängen, wobei ein erhöhter Abgasdurchsatz zu einem erhöhten Ansprechvermögen der PM-Sensoren führt und ein verringerter Abgasdurchsatz zu einem verringerten Ansprechvermögen der PM-Sensoren führt. Mit dieser erhöhten Abhängigkeit von dem Abgasdurchsatz kann der PM-Sensor, der die aus dem DPF austretenden PMs erfasst, die DPF-Filterfähigkeiten nicht wirklich wiedergeben. Weiterhin können PM-Sensoren zu Verunreinigung durch Aufprallen von Wassertropfen und/oder größeren Partikeln, die in den Abgasen vorhanden sind, neigen, was das Ansprechvermögen der PM-Sensoren beeinträchtigt und zu Fehlern bei der Ausgabe des PM-Sensors führt.
Eine beispielhafte Ausführung eines PM-Sensors wird von Nelson in US 8,225,648 B2 gezeigt. Darin umfasst ein PM-Sensor einen Durchflussumleiter und eine um ein PM-Sensorelement positionierte Sperre, um die größeren Partikel zum Verhindern eines Aufprallens auf das PM-Sensorelement herauszufiltern. Die Sperre dient somit dazu, größere Partikel in dem Abgasstrom an einem Aufprallen auf das PM-Sensorelement zu hindern, wodurch Schwankungen des PM-Sensor-Ansprechvermögens aufgrund der Ablagerung von großen Partikeln auf dem PM-Sensorelement reduziert werden.
Die vorliegenden Erfinder haben aber mögliche Probleme bei einer solchen Vorgehensweise erkannt. Zum Beispiel kann das PM-Sensor-Ansprechvermögen weiterhin von dem Durchsatz des einströmenden Abgases abhängen. In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme teilweise durch ein Verfahren zum Einstellen eines Öffnungsbetrags eines Einlasses zu einem Partikelmaterialsensor, der in einem Abgasstrom positioniert ist, als Reaktion auf einen Abgasdurchsatz des Abgasstroms stromaufwärts des Partikelmaterialsensors angegangen werden, wobei das Partikelmaterialsensorelement mit seiner Hauptfläche parallel zu einer Abgasstromrichtung ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann das Ansprechvermögen des Partikelmaterialsensors unabhängig von dem Abgasddurchsatz werden und der PM-Sensor-Ausgang kann beginnen, die DPF-Filterfähigkeiten genauer und zuverlässiger zu messen.
Wenn zum Beispiel der Abgasdurchsatz unter einen Schwellenwert fällt, kann der Öffnungsbetrag des Einlasses des PM-Sensors vergrößert werden, um für folgende Ablagerung an einem in dem PM-Sensor positionierten PM-Sensorelement mehr Abgas in den PM-Sensor zu lassen. Wenn der Abgasdurchsatz über den Schwellenwert steigt, kann der Einlassöffnungsbetrag verringert werden, um das in den PM-Sensor eindringende Abgas zu reduzieren. Das Zunehmen und Abnehmen des Betrags der Einlassöffnung können hierin durch Einstellen (z. B. Drehen) eines an dem Einlass positionierten beweglichen Durchflussreglers reguliert werden. Auf diese Weise können die Abgasmenge und dadurch die Partikelmenge, die an dem unmittelbar an einem Auslass des PM-Sensors positionierten PM-Sensorelement abgelagert wird, unabhängig von dem Durchsatz des einströmenden Abgases werden, wodurch aus dem DPF austretende PMs genauer und zuverlässiger gemessen werden. Ferner können größere Partikel und/oder Wassertropfen durch den ersten Durchflussumleiter zurückgehalten werden. Das PM-Sensorelement kann parallel zu dem ersten Durchflussumleiter und einem zweiten Durchflussumleiter positioniert werden, wobei zwischen dem PM-Sensorelement und dem zweiten Durchflussumleiter ein schmaler Durchlass vorhanden ist. Daher kann das PM-Sensorelement vor dem Aufprallen von Wassertropfen und größeren Partikeln geschützt werden, während kleinere Partikel angezogen werden, um sich auf einer der Hauptflächen des PM-Sensorelements, das Elektroden umfasst, anzusammeln. Insgesamt können diese Eigenschaften des Sensors eine Ausgabe des PM-Sensors genauer werden lassen, wodurch die Genauigkeit der Schätzung von Partikelbeladung auf einem Partikelfilter verbessert wird.
Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie dient nicht dazu, ausschlaggebende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu benennen, dessen Schutzumfang allein durch die Ansprüche festgelegt wird, die auf die eingehende Beschreibung folgen. Der beanspruchte Gegenstand ist ferner nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung genannte Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Motors und eines zugeordneten Partikelmaterial(PM)-Sensors, der in einer Abgasströmung positioniert ist.
2A–2B zeigen vergrößerte Ansichten des PM-Sensors, wobei eine Einlassöffnung beruhend auf einem Abgasdurchsatz vergrößert oder verkleinert wird.
2C zeigt eine andere Ausführungsform des in 2A und 2B dargestellten PM-Sensors.
2D zeigt eine vergrößerte Ansicht eines PM-Sensorelements mit interdigitalen Elektroden.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen der Einlassöffnung des PM-Sensors beruhend auf dem Abgasdurchsatz darstellt.
4 zeigt ein Diagramm, das ein Verfahren zum Durchführen von Regeneration des PM-Sensors darstellt.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Diagnostizieren von Lecks in einem stromaufwärts des PM-Sensors positionierten Partikelfilters darstellt.
6 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Einlassöffnung des PM-Sensors und einer PM-Sensor-Beladung beruhend auf dem Abgasdurchsatz.
Eingehende Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft das Erfassen von Partikelmaterial (PM) in einem Abgasdurchsatz eines Motorsystems, etwa des in 1 gezeigten Motorsystems. Ein in einem Abgaskanal des Motorsystems angeordneter PM-Sensor kann einen Durchflussregler und einen ersten Durchflussumleiter, der unmittelbar an einem Einlass des PM-Sensors positioniert ist, umfassen. Eine Einlassöffnung des PM-Sensors kann beruhend auf dem Abgasdurchsatz durch Drehen des Durchflussreglers des PM-Sensors angepasst werden, wie in 2A und 2B gezeigt ist. Der PM-Sensor umfasst ein PM-Sensorelement, das in mehreren Richtungen ausgerichtet sein kann. In den Ausführungsformen von 2A und 2B ist eine erste Richtung gezeigt. In der Ausführungsform von 2C ist eine zweite Richtung gezeigt. In 2D ist eine Draufsicht auf den PM-Sensor mit einer beispielhaften interdigitalen Elektrode gezeigt. Ein Steuergerät kann ausgelegt sein, um eine Steuerroutine, etwa die Routine von 3, durchzuführen, um einen Öffnungsbetrag der Einlassöffnung des PM-Sensors beruhend auf dem Abgasdurchsatz anzupassen. Ferner kann das Steuergerät von Zeit zu Zeit den PM-Sensor reinigen (wie in dem in 4 dargestellten Verfahren gezeigt), um eine fortgesetzte PM-Detektion zu ermöglichen und an einem stromaufwärts des PM-Sensors positionierten Partikelfilter beruhend auf einem Ausgang des PM-Sensors Diagnose durchzuführen (wie in dem in 5 dargestellten Verfahren gezeigt). Anhand von 6 ist eine beispielhafte Beziehung zwischen der Einlassöffnung des PM-Sensors und der PM-Sensorbeladung beruhend auf dem Abgasdurchsatz dargestellt. Auf diese Weise kann durch Einstellen der Einlassöffnung beruhend auf dem Abgasdurchsatz das PM-Sensor-Ansprechvermögen unabhängig von dem Durchsatz des einströmenden Abgases werden. Ferner können größere Partikel und/oder Wassertropfen durch den ersten Durchflussumleiter zurückgehalten werden. Daher kann das PM-Sensorelement vor einem Aufprallen von Wassertropfen und größeren Partikeln geschützt werden. Insgesamt kann das Funktionieren des PM-Sensors zum Schätzen der Filterfähigkeiten des DPF (und dadurch zum Detektieren von DPF-Lecks) verbessert werden und die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten kann verbessert werden, da PMs in dem Abgas genauer und zuverlässiger detektiert werden können.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 umfasst ein Motorsystem 8. Das Motorsystem 8 kann einen Motor 10 mit mehreren Zylindern 30 umfassen. Der Motor 10 umfasst einen Motoreinlass 23 und einen Motorauslass 25. Der Motoreinlass 23 umfasst eine Drossel 62, die mit dem Motoransaugkrümmer 44 mittels eines Einlasskanals 42 fluidverbunden ist. Der Motorauslass 25 umfasst einen Abgaskrümmer 48, der schließlich zu einem Auslasskanal 35 führt, der Abgas an die Atmosphäre leitet. Die Drossel 62 kann sich stromabwärts einer Ladevorrichtung, etwa eines (nicht gezeigten) Turboladers, und stromaufwärts eines (nicht gezeigten) Nachkühlers in dem Einlasskanal 42 befinden. Wenn der Nachkühler enthalten ist, kann er ausgelegt sein, um die Temperatur von Ansaugluft, die von der Ladevorrichtung verdichtet wird, zu senken.
Der Motorauslass 25 kann ein oder mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen 70 umfassen, die in dem Auslass in motornaher Position eingebaut sein können. Ein oder mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, einen Mager-NOx-Filter, SCR-Katalysator etc. umfassen. Der Motorauslass 25 kann ebenfalls einen stromaufwärts der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 positionierten Dieselpartikelfilter (DPF) 102 umfassen, der zeitweilig PMs aus eintretenden Gasen filtert. In einem Beispiel ist wie dargestellt der DPF 102 ein Dieselpartikelmaterial-Rückhaltesystem. Der DPF 102 kann eine Monolithstruktur zum Beispiel aus Cordierit oder Siliciumcarbid aufweisen, mit mehreren Kanälen im Inneren zum Filtern von Partikelmaterial aus Dieselabgas. Endrohrabgas, aus dem PMs gefiltert wurden, kann nach dem Durchtreten durch den DPF 102 in einem PM-Sensor 106 gemessen und in der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 weiter bearbeitet und mittels des Auslasskanals 35 an die Atmosphäre ausgestoßen werden. In dem dargestellten Beispiel ist der PM-Sensor 106 ein Widerstandssensor, der die Filterleistung des DPF 102 beruhend auf einer Änderung der über den Elektroden des PM-Sensors gemessenen Leitfähigkeit schätzt. Bei 2 ist eine schematische Ansicht 200 des PM-Sensors 106 gezeigt, die nachstehend näher beschrieben wird.
Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner ein Steuersystem 14 umfassen. Das Steuersystem 14 ist gezeigt, wie es Informationen von mehreren Sensoren 16 empfängt (verschiedene Beispiele dafür sind hierin beschrieben) und Steuersignale zu mehreren Aktoren 81 sendet (verschiedene Beispiele dafür sind hierin beschrieben). Zum Beispiel können Sensoren 16 Abgasdurchsatzsensoren 126, die ausgelegt sind, um einen Durchsatz von Abgas durch den Auslasskanal 35 zu messen, einen Abgassensor (der sich im Abgaskrümmer 48 befindet), einen Temperatursensor 128, einen Drucksensor 129 (der sich stromabwärts der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 befindet) und einen PM-Sensor 106 umfassen. Andere Sensoren, etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis-, Abgasdurchsatz- und Abgaszusammensetzungssensoren, können in dem Fahrzeugsystem 6 an verschiedenen Stellen eingebaut sein. Als weiteres Beispiel können die Aktoren Kraftstoffinjektoren 66, eine Drossel 62, DPF-Ventile, die Filterregeneration steuern (nicht gezeigt), einen Motoraktor, der die Öffnung von PM-Sensoren steuert (z. B. Öffnen eines Ventils oder einer Klappe in einem Einlass des PM-Sensors durch das Steuergerät) etc., umfassen. Das Steuersystem 14 kann ein Steuergerät 12 umfassen. Das Steuergerät 12 kann mit maschinell lesbaren Befehlen ausgelegt sein, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind. Das Steuergerät 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren von 1, verarbeitet die Signale und nutzt die verschiedenen Aktoren von 1, um Motorbetrieb beruhend auf den empfangenen Signalen und Befehlen, die in einem Speicher des Steuergeräts gespeichert sind, anzupassen. Anhand von 3–5 werden hierin beispielhafte Routinen beschrieben.
Unter Verweis nun auf 2A–2B sind schematische Ansichten einer ersten Ausführungsform eines Partikelmaterial(PM)-Sensors 201 (wie etwa PM-Sensor 106 von 1) gezeigt. 2A zeigt ein erstes Schaubild 200 des PM-Sensors 201 mit einem Durchflussregler 238 in einer ersten Konfiguration, und 2B zeigt ein zweites Schaubild 260 des PM-Sensors 201 mit dem Durchflussregler 238 in einer zweiten Konfiguration. Der PM-Sensor 201 kann ausgelegt sein, um PM-Masse und/oder -Konzentration in dem Abgas zu messen, und kann somit mit einem Auslasskanal (z. B. etwa dem in 1 gezeigten Auslasskanal 35) stromaufwärts oder stromabwärts eines Dieselpartikelfilters (etwa des in 1 gezeigten DPF 102) gekoppelt sein.
Wie in 2A–2B gezeigt ist, ist der PM-Sensor 106 in dem Auslasskanal 235 angeordnet, wobei Abgase von stromabwärts eines Dieselpartikelfilters hin zu einem Abgasendrohr strömen, wie durch Pfeile 246 angedeutet ist. Der PM-Sensor 106 umfasst ein Schutzrohr 250, das dazu dienen kann, ein PM-Sensorelement 254 des PM-Sensors 201, das innen aufgenommen ist und zusätzlich zum Umleiten von Abgasstrom über das PM-Sensorelement 254 dienen kann, zu schützen, wie nachstehend erläutert wird.
Das PM-Sensorelement 254 umfasst ein Paar von ebenen interdigitalen Elektroden 220, die eine Kamm-Struktur bilden. Diese Elektroden können typischerweise aus Metallen wie etwa Platin, Gold, Osmium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Aluminium, Titan, Zirkonium und der gleichen sowie Oxiden, Zementen, Legierungen und einer Kombination, die mindestens eines der vorstehenden Metalle umfasst, hergestellt sein. Die Elektroden 220 sind auf einem Träger 216 ausgebildet, der typischerweise aus elektrisch hoch isolierenden Materialien hergestellt ist. Mögliche elektrisch isolierende Materialien umfassen Oxide wie etwa Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Siliciumdioxid und Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden oder ein beliebiges ähnliches Material umfassen, das elektrische Verbindung aufweisen und für das Paar von interdigitalen Elektroden physikalischen Schutz bieten kann. Der Abstand zwischen den Zinken des Kamms der zwei Elektroden kann typischerweise in dem Bereich von 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer liegen, wobei die Linienbreite jedes einzelnen Zinken etwa den gleichen Wert aufweist, wenngleich das Letztere nicht erforderlich ist. Wie in 2A–2B gezeigt ist, erstrecken sich die interdigitalen Elektroden 220 entlang eines Abschnitts des Trägers 216 und bedecken diesen.
Eine positive Elektrode des Paars von interdigitalen Elektroden 220 ist mit Anschlussleitungen 224 mit einer positiven Klemme einer Spannungsquelle 228 eines Stromkreises 258 verbunden. Eine negative Elektrode des Paars von interdigitalen Elektroden 220 ist mittels einer Anschlussleitung 222 mit einer Messvorrichtung 226 verbunden und ist ferner mit einer negativen Klemme der Spannungsquelle 228 des Stromkreises 258 verbunden. Die Verbindungsleitungen 222 und 224, die Spannungsquelle 228 und die Messvorrichtung 226 sind Teil des Stromkreises 258 und sind in dem Auslasskanal 35 aufgenommen (zum Beispiel < 1 Meter weg). Ferner können die Spannungsquelle 228 und die Messvorrichtung des Stromkreises 258 durch ein Steuergerät, etwa Steuergerät 12 von 1, gesteuert werden, so dass an dem PM-Sensor gesammeltes Partikelmaterial zum Beispiel für das Diagnostizieren von Lecks in dem DPF genutzt werden kann. Somit kann die Messvorrichtung 226 eine beliebige Vorrichtung sein, die eine Widerstandsänderung über den Elektroden lesen kann, etwa ein Voltmeter. Wenn PM oder Rußpartikel zwischen den Elektroden 220 abgelagert werden, kann der Widerstand zwischen dem Elektrodenpaar zu sinken beginnen, was durch eine Abnahme der von der Messvorrichtung 226 gemessenen Spannung angezeigt wird. Das Steuergerät 12 kann in der Lage sein, den Widerstand zwischen den Elektroden 220 als Funktion einer von der Messvorrichtung 226 gemessenen Spannung zu ermitteln und eine entsprechende PM- oder Rußbeladung an den ebenen Elektroden 220 des PM-Sensors 201 zu folgern. Durch Überwachen der Beladung an dem PM-Sensor 201 kann die Abgasrußbeladung stromabwärts des DPF ermittelt und dadurch genutzt werden, um die Funktionstüchtigkeit und das Funktionieren des DPF zu diagnostizieren und zu überwachen.
Das PM-Sensorelement 254 kann ebenfalls ein Heizelement 218 umfassen, das in den Sensorträger 216 zu integrieren ist. In anderen Ausführungsformen muss das PM-Sensorelement 254 kein Heizelement 218 umfassen. Das Heizelement 218 kann einen Temperatursensor und einen Heizer umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Mögliche Materialien für den Heizer und den Tempkeratursensor, die das Heizelement 218 bilden, können Platin, Gold, Palladium und dergleichen; sowie Legierungen, Oxide und Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden Materialien umfassen, mit Platin/Aluminiumoxid, Platin/Palladium, Platin und Palladium umfassen. Das Heizelement 218 kann zum Regenerieren des PM-Sensorelements 254 verwendet werden. Während Bedingungen, bei denen die Partikelmaterialbeladung oder Rußbeladung des PM-Sensorelements 254 höher als ein Schwellenwert ist, kann das Heizelement 218 genauer gesagt betrieben werden, um von der Oberfläche des Sensors angesammelte Rußpartikel abzubrennen. Während PM-Sensorregeneration kann das Steuergerät 12 einer Spannungsquelle 230 eine Spannung liefern, die zum Betreiben des Heizelements 218 erforderlich ist. Ferner kann das Steuergerät den Schalter 232 eine Schwellenzeit lang schließen, um mittels der Spannungsquelle 230 die Spannung an dem Heizelement 218 anzulegen, um die Temperatur des Heizelements 218 anzuheben. Wenn anschließend die Sensorelektroden ausreichend sauber sind, kann das Steuergerät den Schalter 232 öffnen, um ein Heizen des Heizelements 218 zu stoppen. Durch zwischenzeitliches Regenerieren des PM-Sensors 201 kann er in einen Zustand rückgeführt werden (z. B. einen nicht beladenen oder nur teilweise beladenen Zustand), der für das Sammeln von Abgasruß geeigneter ist. Ferner können aus der Sensorregeneration genaue Informationen bezüglich des Abgasrußwerts gefolgert werden, und diese Informationen können von dem Steuergerät zum Diagnostizieren von Lecks in dem Partikelfilter genutzt werden. Das Ansprechvermögen des PM-Sensors kann durch große Partikel und/oder Wassertropfen, die auf dem PM-Sensorelement 254 abgelagert werden, beeinträchtigt werden. Ferner kann das Ansprechvermögen des PM-Sensorelements 254 weiter von dem Abgasdurchsatz abhängen. Ein höheres Ansprechvermögen wird typischerweise bei einem höheren Abgasstrom beobachtet, während ein geringeres Ansprechvermögen bei niedrigerem Abgasstrom auftritt. Es kann möglich sein, größere Partikel und Wassertropfen herauszufiltern und durch Verwenden eines Designs für das Schutzrohr 250, wie es nachstehend beschrieben ist, einen strömungsunabhängigen PM-Sensor zu erhalten.
Das Schutzrohr 250 kann ein hohles zylindrisches Rohr mit einer stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 (z. B. einer stromaufwärts weisenden Wand), einer stromabwärts befindlichen Wand 206 (z. B. einer stromabwärts weisenden Wand) und einer oberen Fläche 212 sein. Die stromaufwärts befindliche Rohrwand 208 kann bei Positionieren in einem Auslasskanal etwa dem in 1 gezeigten Auslasskanal 235, wo der DPF stromaufwärts des PM-Sensors positioniert ist, näher an einem DPF als die stromabwärts befindliche Rohrwand 206 sein. Ferner können durch den Auslasskanal 135 strömende Abgase zuerst die stromaufwärts befindliche Rohrwand 208 des PM-Sensors kontaktieren. Die obere Fläche 212 kann weiterhin einen Einsatzabschnitt 252 umfassen, durch welchen das PM-Sensorelement 254 und seine begleitenden elektrischen Anschlüsse in das Schutzrohr 250 eingesetzt sein können, und kann ferner abgedichtet sein, um das in dem PM-Sensor 201 aufgenommene PM-Sensorelement 254 zu schützen. Das Schutzrohr 250 kann mittels eines Sensorvorsprungs 202 und 204 an den Auslasskanal 35 montiert sein, so dass die Mittelachse des Schutzrohrs 250 entlang der Y-Achse ist und dass auch die Mittelachse des Schutzrohrs 250 senkrecht zum Auslasskanal 35 und dem Abgasstrom durch den Auslasskanal ist. Wie in 2A–2B gezeigt ist, erstreckt sich das Schutzrohr 250 in einen Abschnitt des Auslasskanals 35. Die Tiefe, auf welche sich das Schutzrohr in den Auslasskanal erstreckt, kann vom Abgasrohrdurchmesser abhängen. In manchen Beispielen kann sich das Schutzrohr auf etwa ein Drittel bis zwei Drittel des Abgasrohrdurchmessers erstrecken. Der Boden des Schutzrohrs 250 kann bei einem Winkel geschnitten sein (Strichlinie 210), der einen abgewinkelten Einlass bildet, der Abgasstrom in den PM-Sensor 201 einleitet. Hierin kann der abgewinkelte Bodenabschnitt (210) des PM-Sensors 201 durch Schneiden des Schutzrohrs 250 bei einer Diagonale, zum Beispiel einem Winkel von 30° oder 45° bezüglich der horizontalen X-Achse gebildet sein, wie in 2A gezeigt ist. Somit ist die Länge der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 kleiner als die Länge der stromabwärts befindlichen Rohrwand 206. Somit dient der abgewinkelte Bodenabschnitt 210 des Schutzrohrs 250 als Einlass zu dem PM-Sensor 201 und wird im Folgenden als Einlass 210 bezeichnet. Der PM-Sensor 201 umfasst auch einen Auslass 214, der bei einem Abstand weg von dem Einlass des PM-Sensors 201 positioniert ist. Der Auslass 214 kann ein einzelnes Loch oder mehrere Löcher sein, das/die entlang einer oder mehreren von: einer Rückwand und einer Vorderwand des Schutzrohrs 250 (nicht gezeigt) positioniert ist/sind. Somit können die Vorderwand und die Rückfläche des Schutzrohrs 250 Flächen des hohlen zylindrischen Schutzrohrs 250 sein, die von der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 und der stromabwärts befindlichen Rohrwand 206 unterschiedlich sind. Während der Auslass 214 in 2A als elliptisches Loch gezeigt ist, können auch andere Formen und Größen des Auslasses 214 verwendet werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Das Schutzrohr 250 umfasst ferner einen ersten Durchflussumleiter 234 und einen zweiten Durchflussumleiter 236, die an der Innenwand (z. B. der Innenfläche) des hohlen zylindrischen Schutzrohrs 250 montiert sind. Der erste und der zweite Durchflussumleiter 234 und 236 können aus Abschnitten einer kreisförmigen Klappe bestehen und relativ zur Mittelachse des Schutzrohrs 250 an gegenüberliegenden Seiten des Inneren des Schutzrohrs 250 positioniert sein. Zum Beispiel kann der erste Durchflussumleiter 234 an der Innenfläche des Schutzrohrs, die der stromabwärts befindlichen Rohrwand 206 des Schutzrohrs 250 entspricht, montiert sein, und der zweite Durchflussumleiter 236 kann an der Innenfläche des Schutzrohrs, die der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 des Schutzrohrs 250 entspricht, montiert sein. Hierin ist der erste Durchflussumleiter 234 nahe dem Einlass 210 des PM-Sensors 201 positioniert, und der zweite Durchflussumleiter ist unmittelbar an dem Auslass 214 des PM-Sensors 201 positioniert. Somit ist der erste Durchflussumleiter 234 näher an dem Einlass 210 als der zweite Durchflussumleiter 236, und der zweite Durchflussumleiter 236 ist näher an dem Auslass 214 als der erste Durchflussumleiter 234. Der Erfassungsabschnitt des PM-Sensorelements 254 (z. B. die Elektroden 220) kann so in das Schutzrohr 250 eingesetzt sein, dass der Erfassungsabschnitt des Sensorelements 254 näher an dem zweiten Durchflussumleiter als dem ersten Durchflussumleiter ist. Weiterhin ist das PM-Sensorelement 254 näher am Auslass 214 als am Einlass 210.
Ein Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 kann an der Innenfläche der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 des Schutzrohrs 250 angebracht sein, während das gegenüberliegende Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 nicht an der Wand des Schutzrohrs 250 angebracht sein kann. Zum Beispiel ist das gegenüberliegende, freie Ende des zweiten Durchflussumleiters weg von der Innenwand des Schutzrohrs 250 beabstandet und steht nicht in Kontakt damit. Hierin kann das freie Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 näher am Auslass 214 des PM-Sensors 201 als am Einlass 210 und bei einem Abstand weg von dem freien Ende des ersten Durchflussumleiters 234 positioniert sein. Weiterhin kann der Erfassungsabschnitt des PM-Sensorelements 254 näher an dem freien Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 sein, wobei er weiterhin von sowohl dem angebrachten Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 als auch der Innenfläche der stromabwärts befindlichen Rohrwand 208 getrennt ist. Des Weiteren kann der Erfassungsabschnitt des PM-Sensorelements 254 bei einem Abstand von dem freien Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 getrennt sein, wodurch zwischen dem freien Ende des zweiten Durchflussumleiters und dem Erfassungsabschnitt des PM-Sensorelements 254 ein Spalt gebildet wird. Somit sind das freie Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 und der Erfassungsabschnitt des PM-Sensorelements 254 jeweils näher zueinander als der erste Durchflussumleiter 234 und zum Beispiel auch näher zum Auslass 214 als dem Einlass 210 des PM-Sensors 201. Der zweite Durchflussumleiter 236 erstreckt sich jedoch über einen Abschnitt des Schutzrohrs 250, das freie Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 ist weg von der Innenfläche des Schutzrohrs 250 beabstandet.
Ein Ende des zweiten Durchflussumleiters 234 kann analog an der Innenfläche der stromabwärts befindlichen Rohrwand 206 des Schutzrohrs 250 angebracht sein, während das gegenüberliegende Ende des zweiten Durchflussumleiters 234 nicht an der Wand des Schutzrohrs 250 angebracht sein kann. Zum Beispiel ist das gegenüberliegende, freie Ende des ersten Durchflussumleiters weg von der Innenwand des Schutzrohrs 250 beabstandet und steht nicht in Kontakt damit. Hierin kann das freie Ende des ersten Durchflussumleiters 234 näher am Einlass 210 des PM-Sensors 201 als am Auslass 214 und bei einem Abstand weg von dem freien Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 positioniert sein. In manchen Ausführungsformen kann die Länge der Durchflussumleiter 234 und 236, die als Strecke ermittelt wird, die sich die Durchflussumleiter in den hohlen Raum in dem Schutzrohr 250 entlang der X-Achse erstrecken, gleich sein. In anderen Ausführungsformen können die Längen der Durchflussumleiter 234 und 236 ungleich sein, wobei sich einer der Durchflussumleiter (erster/zweiter) länger in den hohlen Raum des Schutzrohrs als der andere Durchflussumleiter (erster/zweiter) erstrecken kann.
Ferner bilden die freien Enden jeweils des ersten und des zweiten Durchflussumleiters 234 und 236 Öffnungen für das Durchtreten von Abgasstrom. Wie in 2A–2B gezeigt ist, befinden sich die erste Öffnung, die zwischen dem freien Ende des ersten Durchflussumleiters 234 ausgebildet ist, und die zweite Öffnung, die zwischen dem freien Ende des zweiten Durchflussumleiters 236 ausgebildet ist, relativ zur Mittelachse an gegenüberliegenden Seiten des Schutzrohrs 250. Ferner erstreckt sich der erste Durchflussumleiter 234 von der Innenwand des Schutzrohrs 250 in einer ersten Richtung, und der zweite Durchflussumleiter 236 erstreckt sich von der Innenwand des Schutzrohrs 250 in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung.
Der erste Durchflussumleiter 234 ist von dem zweiten Durchflussumleiter 236 durch einen Abstand/eine Strecke getrennt. Das PM-Sensorelement 254 ist zwischen dem ersten Durchflussumleiter 234 und dem zweiten Durchflussumleiter 236 positioniert, so dass sich der Erfassungabschnitt des PM-Sensorelements in den Raum zwischen dem ersten Durchflussumleiter 234 und dem zweiten Durchflussumleiter 236 erstreckt. Hierin weist der Erfassungsabschnitt des PM-Sensorelements 254 zum Beispiel hin in eine Richtung entgegen dem Strom des einströmenden Abgases 246. Die Elektroden 220 des PM-Sensorelements 254 weisen hin zu der Strömung des einströmenden Abgases 246 (zum Beispiel hin zu der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208). Es versteht sich für Fachleute, dass der Erfassungabschnitt des PM-Sensorelements in anderen Richtungen ausgerichtet sein kann, wie etwa der in 2C gezeigten Richtung.
Typischerweise leiden PM-Sensoren an Problemen der Abhängigkeit des Ansprechvermögens von PM-Sensoren von dem Abgasdurchsatz durch den Kanal, in dem der Sensor eingebaut ist, wodurch das PM-Sensor-Ansprechvermögen zunimmt, wenn der Abgasdurchsatz höher als ein Schwellenwert ist, und anschließend abnimmt, wenn der Abgasdurchsatz niedriger als der Schwellenwert ist. Es kann möglich sein, die Öffnung des PM-Sensors wie nachstehend beschrieben anzupassen, um die Öffnung des PM-Sensors beruhend darauf, ob der Abgasdurchsatz höher oder niedriger als ein Schwellenwert ist, zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch die Abhängigkeit des Ansprechvermögens von dem Abgasdurchsatz reduziert wird.
Zurück zu 2A–2B umfasst das Schutzrohr 250 auch einen Durchflussregler 238, der unmittelbar an einem oder mehreren von Einlass 210 und erstem Durchflussumleiter 234 positioniert ist. Eine Größe der Einlassöffnung in ein Inneres des PM-Sensors 201 wird beispielweise durch die Stellung des Durchflussreglers bezüglich des ersten Durchflussumleiters gesteuert. Somit steuert die Größe der Einlassöffnung (oder der Betrag des Öffnens des Einlasses) des PM-Sensors 201 eine Menge von Abgasluftstrom durch den Einlass 210 und in das Innere des PM-Sensors. Wenn der Betrag der Öffnung des Einlasses vergrößert wird, dann strömt mehr Abgas in den PM-Sensor, und wenn der Betrag der Öffnung des Einlasses des PM-Sensors verkleinert wird, wird Abgasstrom in den PM-Sensor beschränkt. Das Vergrößern und Verkleinern der PM-Sensor-Einlassöffnung kann wie nachstehend beschrieben durch Bewegen und/oder Drehen des Durchflussreglers 238 ermöglicht werden. Somit bewirkt das Vergrößern und Verkleinern der Einlassöffnung einen einheitlicheren Abgasdurchsatz zu dem Erfassungselement 254. Dadurch kann das Ansprechvermögen des PM-Sensors bei einem einheitlicheren Wert gehalten werden und die Abhängigkeit des Sensors vom Durchsatz kann verringert werden. Auf diese Weise kann die Abhängigkeit des Ansprechvermögens des PM-Sensors von dem Abgasdurchsatz reduziert werden.
Wie in 2A–2B gezeigt ist, ist der Durchflussregler 238 eine bewegliche Klappe, die mittels eines Scharniers 240 an einem Ende der beweglichen Klappe mit der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 des Schutzrohrs 250 gekoppelt ist, und ist ferner nicht mit einer zusätzlichen Struktur an dem gegenüberliegenden Ende der beweglichen Klappe befestigt oder gekoppelt. In anderen Ausführungsformen kann der Durchflussregler 238 ein Klappenventil oder eine andere Art von einstellbares Element sein, das ausgelegt ist, um einen Öffnungsbetrag des Einlasses 210 einzustellen.
Das freie Ende der beweglichen Klappe ist unmittelbar an dem freien Ende des ersten Durchflussumleiters 234. Ein Abstand, der das freie Ende des ersten Durchflussumleiters 234 und das freie Ende der beweglichen Klappe des Durchflussreglers 238 trennt, erzeugt einen Spalt oder eine Einlassöffnung 248 zwischen dem Durchflussregler 238 und dem ersten Durchflussumleiter 234. Wenn der Durchflussregler 238 näher zu dem ersten Durchflussumleiter 234 bewegt wird, wodurch der das freie Ende des ersten Durchflussumleiters 234 und das freie Ende der beweglichen Klappe des Durchflussreglers 238 trennende Abstand verkleinert wird, wird die Einlassöffnung 248 verkleinert. Wenn der Durchflussregler 238 in die Gegenrichtung weg von dem ersten Durchflussumleiter 234 bewegt wird, wird die Einlassöffnung 248 des PM-Sensors vergrößert. Das ein Ende des Durchflussreglers 238 mit der Wand des Schutzrohrs 250 verbindende Scharnier 240 ist an der stromaufwärts liegenden Seite des PM-Sensors 201 positioniert und mit der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 des Schutzrohrs 250 gekoppelt. Der Durchflussregler 238 wird geschwenkt, um um eine Achse des Scharniers 240 zu drehen. Wie in 2A–2B gezeigt wird das Scharnier 240 von einem Motoraktor 256 betätigt, und der Motoraktor 256 kann zum Beispiel ein Elektromotoraktor sein. In anderen Ausführungsformen kann der Aktor zum Betätigen des Durchflussreglers 238 eine andere Art von Aktor sein, der mit dem Regler in elektronischer Verbindung steht.
In manchen Ausführungsformen kann der erste Durchflussumleiter 234 an der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 angebracht sein, der zweite Durchflussumleiter kann an der stromabwärts befindlichen Rohrwand 206 angebracht sein und der Durchflussregler kann an der stromabwärts befindlichen Rohrwand 206 angebracht sein. In einer solchen Ausführungsform kann das PM-Sensorelement 254 in die gleiche Richtung wie der Pfeil, der für die Strömung des einströmenden Abgases 246 angedeutet ist, weisen. In manchen beispielhaften Ausführungsformen können mehrere Durchflussumleiter entlang der Innenfläche des Schutzrohrs positioniert sein, um die Partikel hin zu dem PM-Sensorelement 254 zu leiten.
Das Steuergerät 12 kann Signale zum Einstellen der Stellung des Durchflussreglers zu dem Motoraktor 256 senden. Diese Signale können Befehle zum Drehen des Durchflussreglers hin zu und weg von dem ersten Durchflussumleiter 234 umfassen. Wenn zum Beispiel der Abgasdurchsatz höher als eine Schwellenrate ist, kann das Steuergerät 12 Signale zu dem Motoraktor 256 senden, welcher wiederum das Scharnier betätigt, wodurch der Durchflussregler 238 in einer ersten Richtung dreht, was die Einlassöffnung verkleinert (wie durch die Stellung des Durchflussreglers 238 und die kleinere Einlassöffnung 248 in 2B gezeigt, wie weiter unten erläutert wird). Zum Beispiel kann das Steuergerät 12 Signale zu dem Motoraktor 256 senden, um den Durchflussregler um die X-Achse um 30° gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, wenn der Abgasdurchsatz höher als der Schwellenwert ist. Somit kann der Öffnungsgrad von dem Abgasdurchsatz abhängen. Wenn aber der Abgasdurchsatz unter den Schwellenwert fällt, dann kann das Steuergerät Signale zu dem Motoraktor 256 senden, um den Durchflussregler in einer zweiten Richtung zu drehen, wodurch die Einlassöffnung vergrößert wird (wie in 2A durch die größere Einlassöffnung 248 gezeigt). Somit kann die zweite Richtung entgegen der ersten Richtung sein, und ein Drehen des Durchflussreglers kann das Betätigen des Scharniers beinhalten, wodurch der Durchflussregler in der zweiten Richtung bewegt wird. Zum Beispiel kann das Steuergerät 12 den Motoraktor 256 anweisen, den Durchflussregler die X-Achse um 30° im Uhrzeigersinn zu drehen, wenn der Abgasdurchsatz unter den Schwellenwert fällt. Auf diese Weise kann die Einlassöffnung 248 des PM-Sensors 201 abhängig davon, ob der Abgasdurchsatz geringer oder höher als der Schwellenwert ist, durch aktive Einstellungen, die an der Stellung des Durchflussreglers 238 vorgenommen werden, vergrößert oder verkleinert werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät 12 die Stellung des Durchflussreglers 238 als Funktion des Abgasdurchsatzes einstellen. Wenn der Abgasdurchsatz zunimmt, kann das Steuergerät 12 somit den Durchflussregler 238 näher zu dem ersten Durchflussumleiter 234 drehen, wodurch die Einlassöffnung 248 verkleinert wird. Auf diese Weise kann der Durchflussregler 238 beruhend auf dem Abgasdurchsatz zu mehreren Stellungen gestellt werden.
In manchen Ausführungsformen kann der Durchflussregler 238 beruhend auf dem Druck, der durch das einströmende Abgas auf eine Außenfläche der beweglichen Klappe des Durchflussreglers 238 ausgeübt wird, passiv eingestellt werden. Hierin kann der Durchflussregler 238 mittels eines Federscharniers, das zu axialer Drehung fähig ist, mit der Innenfläche der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 gekoppelt sein. Wenn der Abgasdurchsatz höher als der Schwellenwert ist, kann der von dem einströmenden Abgas auf den Durchflussregler ausgeübte Drück höher sein und das würde ein Drehen des Federscharniers in einer ersten Richtung hervorrufen (zum Beispiel gegen den Uhrzeigersinn), wodurch der Durchflussregler 238 näher zu dem ersten Durchflussumleiter 234 bewegt wird und die Einlassöffnung 248 verringert wird. In dieser Ausführungsform kann der Grad oder Betrag, um den sich der Durchflussregler 238 dreht oder bewegt von der Federkonstante des Federscharniers und dem von dem einströmenden Abgas ausgeübten Druck abhängen. Wenn aber der Abgasdurchsatz unter einen Schwellenwert fällt, kann der von dem einströmenden Abgas auf den Durchflussregler ausgeübte Druck niedriger sein, was ein Drehen des Federscharniers in einer zweiten Richtung, entgegen der ersten Richtung (zum Beispiel im Uhrzeigersinn), hervorruft, wodurch der Durchflussregler 238 weg von dem ersten Durchflussumleiter bewegt wird und die Einlassöffnung 248 vergrößert wird. Wiederum kann der Grad oder Betrag, um den sich der Durchflussregler 238 dreht oder bewegt von der Federkonstante des Federscharniers und dem von dem einströmenden Abgas ausgeübten Druck abhängen. Wenn in manchen Beispielen der Abgasdurchsatz niedriger als der Schwellenwert ist, kann sich das Federscharnier in seiner Gleichgewichtsstellung befinden, wodurch die Einlassöffnung maximal geöffnet werden kann. In diesem Beispiel bewegt sich der Durchflussregler passiv und wird nicht von dem Steuergerät gesteuert.
Durch Bewegen der Stellung des Durchflussreglers beruhend auf dem Abgasdurchsatz kann es möglich sein, die Einlassöffnung des PM-Sensors anzupassen, so dass die in den PM-Sensor eintretende Abgasmenge und somit die Rate, bei der Partikel an dem PM-Sensorelement 254 abgelagert werden, nahezu konstant ist (z. B. bei einem relativ konstanten Wert gehalten wird). Somit kann der Durchflussregler aktiv durch Bewegen des Motoraktors 256 oder passiv durch den von dem einströmenden Abgas auf den Durchflussregler ausgeübten Druck bewegt werden. Unabhängig davon, ob die Einstellung des Durchflussreglers aktiv oder passiv ist, ist die Rate der Ablagerung von Partikeln an dem PM-Sensorelement unabhängig von dem Abgasdurchsatz, wodurch das Ansprechvermögen des PM-Sensors unabhängig von dem Durchsatz des einströmenden Abgases gemacht wird. Dies wird bezüglich der Abgasströmungswege in dem PM-Sensor 201 weiter erläutert.
Einströmender Abgasstrom 246 (auch als einströmendes Abgas genannt) bezeichnet Abgas stromaufwärts des PM-Sensors 201, das in den Einlass 210 des PM-Sensors 201 eintritt. Somit ist der Abgasstrom 246 das Abgas, das zum Beispiel aus dem DPF austritt. Aufgrund des Vorhandenseins des Durchflussreglers 238 unmittelbar an dem Einlass 210 des PM-Sensors 201 wird ein Teil des einströmenden Abgasstroms 246 blockiert und nur ein verbleibender Teil des einströmenden Abgasstroms 246, der als Abgasstrom 247 angedeutet ist, strömt in die Einlassöffnung 248 des PM-Sensors. Der in die Einlassöffnung 248 strömende Abgasstrom 247 strömt zum Beispiel mittels des Raums zwischen dem freien Ende des Durchflussreglers 238 und der stromabwärts befindlichen Rohrwand 206 in die Einlassöffnung 248 des PM-Sensors. Der Abgasstrom 247 kann einen Teil des einströmenden Abgasstroms 246 umfassen. Beruhend auf dem Durchsatz des einströmenden Abgases 246 kann der Durchflussregler 238 entweder aktiv mittels des Motoraktors 256 oder passiv mittels Federscharnier gedreht werden, wie früher beschrieben wurde. Wenn der Abgasdurchsatz des einströmenden Abgases 246 niedriger als der Schwellenwert ist, dann kann der Durchflussregler 238 eingestellt werden, um wie in der Ansicht 200 von 2A gezeigt die Einlassöffnung 248 zu vergrößern. Somit umfasst das Einstellen des Durchflussreglers 238 das Bewegen des Durchflussreglers 238 in einer ersten Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn) weg von dem ersten Durchflussumleiter 234, wodurch die Einlassöffnung 248 vergrößert wird.
Der Abgasstrom 247 dringt durch die Einlassöffnung 248 in den PM-Sensor 201 ein. Der erste Durchflussumleiter 234 hält dann an der Bodenfläche des ersten Durchflussumleiters 234, die zu dem Einlass 210 des PM-Sensors 201 weist, eine erste Menge von Partikeln in dem Abgasstrom 247 zurück. Die erste Menge von Partikeln umfasst Partikel in dem Abgasstrom 247, die größer als eine Schwellengröße sind. Die größeren Partikel und/oder Wassertropfen 242, die an dem ersten Durchflussumleiter 234 zurückgehalten werden, können somit mittels des Einlasses 210 aus dem PM-Sensor 201 austreten, wodurch die Menge größerer Partikel, die sich auf dem PM-Sensorelement 254 ablagert, reduziert wird. Auf diese Weise kann das PM-Sensorelement vor dem Aufprall von Wassertropfen und großen Partikeln geschützt werden und der PM-Sensor kann zuverlässiger ausgelegt werden.
Der erste Durchflussumleiter 234 lenkt weiterhin einen Teil des Abgasstroms (249) von der Einlassöffnung 248 zu einem oder mehreren von: zweitem Durchflussumleiter 236 und PM-Sensorelement 254. Der Abgasstrom 249 kann einen Teil des einströmenden Abgasstroms 246 (und einen Teil des Abgasstroms 247), der durch den ersten Durchflussumleiter 234 hin zu dem PM-Sensorelement 254 des PM-Sensors 201 gelenkt wird, umfassen. Zum Beispiel kann der erste Durchflussumleiter 234 eine zweite Menge von Partikeln 244 in dem Abgasstrom 249 hin zu dem PM-Sensorelement 254 umfassen, wo sie anschließend abgelagert werden. Somit kann die zweite Menge von Partikeln 244 von der Größe kleiner als die erste Menge von Partikeln 242, die zuvor zum Beispiel an dem ersten Durchflussumleiter 234 blockiert wurden, sein.
Wenn der Abgasdurchsatz des einströmenden Abgases 246 höher als der Schwellenwert ist, dann kann der Durchflussregler 238 eingestellt werden, um wie in der Ansicht 250 von 2B gezeigt die Einlassöffnung 248 zu verkleinern. Somit umfasst das Einstellen des Durchflussreglers 238 das Bewegen des Durchflussreglers 238 in einer zweiten Richtung (z. B. gegen den Uhrzeigersinn) hin zu dem ersten Durchflussumleiter 234, wodurch die Einlassöffnung 248 verkleinert wird. Der Abgasstrom 247 dringt durch eine eingeschränkte Einlassöffnung 248 in den PM-Sensor 201 ein (2B). Der erste Durchflussumleiter 234 hält, wie bezüglich 2A erläutert, an der Bodenfläche des ersten Durchflussumleiters 234, die zu dem Einlass 210 des PM-Sensors 201 weist, eine erste Menge von Partikeln in dem Abgasstrom 247 zurück. Da die Einlassöffnung verkleinert ist, wird die Menge an Abgas 249, die in die Einlassöffnugn 248 des PM-Sensors eindringt, reduziert.
Der erste Durchflussumleiter 234 lenkt weiterhin einen Teil des Abgasstroms 249 von der Einlassöffnung 248 zu einem oder mehreren von: zweitem Durchflussumleiter 236 und PM-Sensorelement 254 (siehe 2A und 2B). Der Abgasstrom 249 bezeichnet einen Teil des einströmenden Abgasstroms 246 (und auch einen Teil des Abgasstroms 247), der durch den ersten Durchflussumleiter 234 hin zu dem PM-Sensorelement 254 des PM-Sensors 201 gelenkt wird. Somit kann der Abgasstrom 249, der in 2A durch eine größere Öffnung 248 strömt, größer als der Abgasstrom 249 sein, der in 2B durch die eingeschränkte Öffnung 248 strömt. In den beiden Ansichten 200 und 500 kann jedoch der erste Durchflussumleiter 234 eine zweite Menge von Partikeln 244 hin zu dem PM-Sensorelement 254 lenken, wo sie anschließend abgelagert werden. Der zweite Durchflussumleiter 236, der auf einer Höhe positioniert ist, die höher als die des Erfassungsabschnitts des PM-Sensorelements 254 ist, lenkt die zweite Menge von Partikeln 244 weiterhin hin zu dem PM-Sensorelement 254. Der zweite Durchflussumleiter 236 kann ferner den Abgasstrom zu dem Erfassungselement 254 leiten, bevor er aus dem PM-Sensor 201 entweicht. Somit kann die zweite Menge von Partikeln 244 von der Größe kleiner als die erste Menge von Partikeln 242, die zuvor zum Beispiel an dem ersten Durchflussumleiter 234 blockiert wurden, sein. Durch Einstellen der Einlassöffnung des PM-Sensors kann jedoch die in den PM-Sensor eindringende Abgasmenge eingestellt werden, damit die Ablagerungsrate von Partikeln auf dem PM-Sensorelement 254 konstant bleibt. Wenn die zweite Menge von Partikeln 244 auf dem PM-Sensorelement 254 abgelagert wird, insbesondere auf den Elektroden 220 auf dem Sensorträger 216, sinkt der in dem Stromkreis 258 durch die Messvorrichtung 226 gemessene Widerstand. Das Steuergerät 12 kann beruhend auf dem von der Messvorrichtung (etwa beispielsweise Messvorrichtung 226 von 2A und 2B) gemessenen Widerstand eine Rußbeladung an den Elektroden 220 des PM-Sensors berechnen. Wenn die Rußbeladung eine Schwellenbeladung erreicht, können die Elektroden 220 des PM-Sensors regeneriert werden, um die Elektrodenoberfläche von darauf abgelagerten Partikeln zu säubern. Durch Überwachen der Ablagerungsrate und/oder der Zeit bis zur Regeneration des PM-Sensors kann es möglich sein, Lecks in dem sich stromaufwärts des PM-Sensors befindlichen Partikelfilter zu diagnostizieren. Somit lenkt der zweite Durchflussumleiter 236 einen Teil des Abgasstroms 251 weiter durch den Auslass 214 des PM-Sensors 201. Dadurch kann Abgasstrom 251 ein Teil des einströmenden Abgases 246 sein, das mittels des Auslasses 214 aus der PM-Sensorelektrode austritt.
2A und 2B zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie einander direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt gezeigt sind, dann können solche Elemente zumindest in einem Beispiel als direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt bezeichnet werden. Analog können Elemente, die durchgehend oder aneinander angrenzend gezeigt sind, mindestens in einem Beispiel jeweils durchgehend oder aneinander angrenzend sein. Zum Beispiel können Komponenten, die zueinander in flächigem Kontakt liegen, in flächigem Kontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum und keine anderen Komponenten dazwischen liegen, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
Somit kann der Abgasstrom zu einem PM-Sensorelement, das in dem PM-Sensor positioniert ist, wobei der PM-Sensor in einem Abgasstromkanal positioniert ist, als Reaktion darauf, dass ein Abgasdurchsatz des Abgasstroms in dem Abgasstromkanal niedriger als ein Schwellenwert ist, gesteigert werden. Der Abgasstrom zu dem PM-Sensor kann weiterhin als Reaktion darauf, dass der Abgasdurchsatz höher als der Schwellenwert ist, verringert werden. Das Vergrößern des Abgasstroms umfasst das Drehen eines Durchflussreglers, der sich unmittelbar an einer Einlassöffnung des PM-Sensors befindet, in einer ersten Richtung, und weiterhin umfasst das Verringern des Abgasstroms das Drehen des Durchflussreglers in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung. Das Drehen des Durchflussreglers in der ersten Richtung umfasst ferner das Bewegen des Durchflussreglers weg von einer ersten Strömungsklappe oder einem ersten Durchflussumleiter, der/die an oder nahe der Einlassöffnung des PM-Sensors positioniert ist, und das Drehen des Durchflussreglers in der zweiten Richtung umfasst ferner das Bewegen des Durchflussreglers hin zu der ersten Klappe der PM-Sensor-Baugruppe. In einem Beispiel kann die Drehung des Durchflussreglers durch ein Steuergerät und einen Motoraktor, der durch das Steuergerät betätigt werden kann, um das mit dem Durchflussregler gekoppelte Scharnier zu drehen, gesteuert werden. In anderen Beispielen kann die Drehung des Durchflussreglers passiv ohne Signale von dem Steuergerät auftreten. Hierin kann der von dem einströmenden Abgas ausgeübte Druck den mit dem PM-Sensor gekoppelten Durchflussregler mittels zum Beispiel Federscharnieren drehen. Der PM-Sensor kann weiterhin eine zweite Strömungsklappe oder einen zweiten Durchflussumleiter, die/der sich unmittelbar an einem Auslass des PM-Sensors befindet, umfassen, und die zweite Strömungsklappe kann durch einen Abstand von der ersten Strömungsklappe getrennt sein. Die Funktion des ersten Durchflussumleiters kann ein oder mehrere von: Zurückhalten einer ersten Menge von Partikeln in dem Abgasstrom an der Einlassöffnung des PM-Sensors und Lenken einer zweiten Menge von Partikeln in dem Abgasstrom von dem Einlass hin zu einem PM-Sensorelement, das an oder nahe der zweiten Strömungsklappe positioniert ist, um ein Ablagern der zweiten menge von Partikeln an dem PM-Sensorelement zu erleichtern, umfassen, wobei die erste Menge von Partikeln größer als die zweite Menge von Partikeln ist. Wenn eine Ablagerungsrate der zweiten Menge von Partikeln an dem PM-Sensorelement eine Schwellenrate übersteigt, kann dies auf ein Leck in einem Partikelfilter, der sich stromaufwärts des PM-Sensors befindet, hinweisen. Hierin leitet die erste Strömungsklappe den Abgasstrom ferner hin zu der zweiten Strömungsklappe, und wobei die zweite Strömungsklappe weiterhin den Abgasstrom hin zu dem Auslass des PM-Sensors umleitet.
Das Steuergerät kann ein unter Verweis auf 3 nachstehend beschriebenes Verfahren 300 durchführen, um die Einlassöffnung des PM-Sensors beruhend auf dem Abgasdurchsatz einzustellen. Befehle zum Ausführen des Verfahrens 300 und des Rests der hierin umfassten Verfahren können von einem Steuergerät (eta dem in 1 und 2A–2B gezeigten Steuergerät 12) beruhend auf Befehlen, die in einem Speicher des Steuergeräts gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems erhalten werden, etwa den vorstehend unter Verweis auf 1, 2A und 2B beschriebenen Sensoren, ausgeführt werden. Das Steuergerät kann Motoraktoren des Motorsystems nutzen, um gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Motorbetrieb anzupassen.
2C zeigt eine schematische Ansicht 270 einer zweiten Ausführungsform des PM-Sensors 201. Die zweite Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der vorstehend unter Bezug auf 2A und 2C beschriebenen ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform umfasst jedoch ein PM-Sensorelement 254, das in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung des PM-Sensorelements 254 in der ersten Ausführungsform ausgerichtet ist.
Wie gezeigt umfasst das PM-Sensorelement 254 interdigitale Elektroden 220 und ein Heizelement 218, die sich an gegenüberliegenden Seiten des Trägers 216 befinden. Das PM-Sensorelement 254 ist zwischen dem ersten Durchflussumleiter 234 und dem zweiten Durchflussumleiter 236 positioniert, so dass sich der Erfassungabschnitt des PM-Sensorelements parallel zu dem ersten Durchflussumleiter 234 und dem zweiten Durchflussumleiter 236 erstreckt. Hierin weist der Erfassungsabschnitt des PM-Sensorelements 254 zum Beispiel hin in eine Richtung parallel zu der Strömung des einströmenden Abgases 246. Die Elektroden 220 des PM-Sensorelements 254 weisen hin zur oberen Fläche 212. Somit weist das Heizelement 218 hin zu dem abgewinkelten Bodenabschnitt 210 (zum Beispiel hin zu dem ersten Durchflussumleiter 234). Auf diese Weise liegt das PM-Sensorelement 254 bezüglich einer Schwerkraftrichtung (Pfeil 299) im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung parallel zu der X-Achse.
Dadurch wird ein Kanal 262 zwischen den Elektroden 220 des PM-Sensorelements 254 und dem zweiten Durchflussumleiter 236 erzeugt. Abgas aus dem Raum zwischen dem ersten Durchflussumleiter 234 und dem zweiten Durchflussumleiter 236 strömt durch den Kanal 262, bevor es durch den Auslass 214 strömt. Eine Breite 264 des Kanals wird zwischen einer Bodenfläche des zweiten Durchflussumleiters 236 und einer oberen Fläche der Elektroden 220 gemessen. Die Breite 264 kann ein Bereich zwischen 0,1 bis 0,2 Millimeter sein. In einem Beispiel beträgt die Breite exakt 0,15 Millimeter. Daher ist das PM-Sensorelement 254 verglichen mit dem ersten Durchflussumleiter 234 näher an dem zweiten Durchflussumleiter 236. Somit wird eine Fläche für Durchströmen von Abgas zwischen dem zweiten Durchflussumleiter 236 und dem PM-Sensorelement 254 verglichen mit der ersten Ausführungsform von 2A und 2B reduziert. Auf diese Weise werden Partikel (z. B. die zweite Menge von Partikeln 244) durch eine Ladung der Elektroden 220, die Partikalansammlung über einer Fläche der Elektroden 220 fördern kann, stärker angezogen.
In einem Beispiel können die Elektroden 220 und das Heizelement 218 an Hauptflächen des Trägers positioniert sein, was bedeutet, dass sie einen größeren Flächeninhalt als Seiten des Elements aufweisen (z. B. der Flächeninhalt der zylindrischen Seitenfläche). Somit können Seitenflächen des Trägers 216 als Flächenabschnitte des Trägers dienen, die nicht die Elektroden 220 oder das Heizelement 218 beinhalten und eine andere Fläche als diejenigen mit den Elektroden 220 oder dem Heizelement 218 sein. In dem dargestellten Beispiel sind Ebenen der Seitenflächen senkrecht zu Ebenen der Hauptflächen. Die Ebenen der Hauptflächen sind daher parallel zu einströmendem Abgasstrom 246, wogegen Ebenen der Nebenflächen senkrecht zu einströmendem Abgasstrom 246 sind.
2D zeigt eine Draufsicht 280 auf den PM-Sensor 201, der das Schutzrohr 250 und die interdigitalen Elektroden 220 umfasst. Die Seitenflächen des Trägers (z. B. Träger 216) sind gegen Innenflächen des Schutzrohrs 250 gepresst. Die Elektroden umfassen positive und negative Enden, die Anschlussleitungen 224 bzw. 222 entsprechen. Die Plusleitung 224 ist durch eine durchgehende Linie gezeigt, und die Minusleitung 222 ist durch eine Strichlinie gezeigt. Wie vorstehend beschrieben sind die Leitungen 222 und 224 bei einem Abstand voneinander beabstandet. Wenn sich PM auf den Elektroden 220 ablagert, kann das PM die Leitung 222 zu der Leitung 224 überbrücken, was eine Degradation eines stromaufwärts befindlichen Partikelfilters anzeigt.
In diesem Beispiel ist ein Großteil der Leitung 222 bogenförmig, wobei sie von einer einzelnen geradlinigen Leitung der Leitung 222 abgeht. Analog ist ein Großteil der Leitung 224 bogenförmig, wobei sie von einer einzelnen geradlinigen Leitung der Leitung 222 abgeht. Die Bögen der Leitungen 222 und 224 sind in einer Richtung radial nach außen länger, so dass Bogen proximal an dem Schutzrohr 250 länger als Bögen distal des Schutzrohrs sind. Die Leitung 222 und die Leitung 224 erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen, wobei sie entlang einer Fläche eines Trägers (z. B. Träger 216 von 2A, 2B und 2C) abwechseln. Die in der aktuellen Ausführungsform dargestellten Leitungen 222 und 224 können in der ersten Ausführungsform von 2A und 2B oder der zweiten Ausführungsform von 2C verwendet werden.
Unter Hinwenden nun auf 3 wird ein Verfahren 300 zum Einstellen der Einlassöffnung eines PM-Sensors (etwa eines PM-Sensors 201 von 1, 2A und 2B) beruhend auf einem Abgasdurchsatz beschrieben. Im Einzelnen kann der Betrag des Öffnens des Einlasses zu dem PM-Sensor, der in einem Abgasstrom positioniert ist, vergrößert oder verkleinert werden, wenn der Abgasdurchsatz des Abgasstroms stromaufwärts des Partikelmaterialsensors jeweils höher oder niedriger als der Schwellenwert ist.
Bei 302 umfasst das Verfahren 300 das Ermitteln und/oder Schätzen von Motorbetriebsbedingungen. Ermittelte Motorbetriebsbedingungen können zum Beispiel Motordrehzahl, Abgasdurchsatz, Motortemperatur, Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, Abgastemperatur, Dauer (oder Strecke), die seit einer letzten Regeneration des DPF verstrichen sind, PM-Beladung am PM-Sensor, Ladedruck, Umgebungsbedingungen wie etwa Barometerdruck und Umgebungstemperatur etc. umfassen.
Der Motorabgaskanal kann einen oder mehrere Sensoren, die stromaufwärts und/oder stromabwärts des DPF positioniert sind, zum Ermitteln eines Abgasdurchsatzes umfassen. Zum Beispiel kann der Motor Durchflussmesser für Abgasmassenstrommessungen und zum Ermitteln von Abgasdurchsatz an dem Einlass des PM-Sensors umfassen. In einigen Beispielen kann der einströmende Abgasdurchsatz an dem Einlass des PM-Sensors beruhend auf einem Einlass-Abgasdurchsatz ermittelt werden. In manchen Beispielen kann somit der Abgasdurchsatz durch den Auslasskanal, in dem der PM-Sensor eingebaut ist, beruhend auf anderen Motorsensoren und/oder Betriebsbedingungen geschätzt werden.
Bei 304 umfasst das Verfahren das Ermitteln, ob der Abgasdurchsatz höher als ein Schwellenwert ist. In einem Beispiel kann der Schwellenwert eine Schwellenwertrate sein, die auf einer Sollablagerungsrate der Partikel auf dem Partikelmaterialsensorelement beruht. In anderen Beispielen kann der Schwellenwert auf einer Zeit bis zum Regenerationsschwellenwert des PM-Sensors beruhen. Wenn der Durchsatz einströmenden Abgases hoch ist, ist typischerweise die Zeit bis zum Erreichen des Regenerationsschwellenwerts des PM-Sensors niedriger als bei niedrigem Abgasdurchsatz.
Wenn der Abgasdurchsatz niedriger als der Schwellenwert ist, dann rückt das Verfahren 300 zu 306 vor, wo der Öffnungsbetrag des PM-Sensor-Einlasses vergrößert wird. Wie vorstehend unter Verweis auf 2A–2B erläutert kann der PM-Sensor einen ersten Durchflussumleiter und einen Durchflussregler (etwa einen in 2A–2B gezeigten Durchflussregler 238) umfassen, der an dem Einlass positioniert ist, wobei ein Ende des Durchflussreglers eine Strecke weit weg von dem ersten Durchflussumleiter positioniert ist, um an dem Einlass einen Spalt zu erzeugen. Somit umfasst das Vergrößern des Öffnungsbetrags bei 308 das Vergrößern des Spalts zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem Durchflussregler durch Drehen des Durchflussreglers in einer ersten Richtung weg von dem ersten Durchflussumleiter. Das Drehen des Durchflussreglers in der ersten Richtung umfasst das Senden von Signalen zu dem Motoraktor, um das Scharnier, das den Durchflussregler mit dem Schutzrohr verbindet, um einen Schwellenbetrag in einer ersten Richtung zu drehen. In einem Beispiel kann der Durchflussregler gegen den Uhrzeigersinn um 30° um eine Mittelachse des PM-Sensors gedreht werden. Das Vergrößern des Spalts zwischen dem Durchflussregler und dem ersten Durchflussumleiter lässt mehr Abgas in den PM-Sensor strömen, wodurch die in den PM-Sensor strömende Partikelmenge vergrößert wird, was zum Beispiel wiederum die Ablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor erhöht. Wenn der Abgasdurchsatz aber niedriger als der Schwellenwert ist, dann rückt das Verfahren 300 zu 310 vor, wo der Öffnungsbetrag des Einlasses verkleinert wird. Somit umfasst das Verkleinern des Öffnungsbetrags bei 312 das Verkleinern des Spalts zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem Durchflussregler durch Drehen des Durchflussreglers in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung und weg von dem ersten Durchflussumleiter. Das Drehen des Durchflussreglers in der zweiten Richtung umfasst das Senden von Signalen zu dem Motoraktor, um das Scharnier, das den Durchflussregler mit dem Schutzrohr verbindet, um einen Schwellenbetrag in der zweiten Richtung zu drehen. In einem Beispiel kann der Durchflussregler gegen den Uhrzeigersinn um 30° um eine Mittelachse des PM-Sensors gedreht werden. Das Verkleinern des Spalts zwischen dem Durchflussregler und dem ersten Durchflussumleiter beschränkt das in den PM-Sensor strömende Abgas, wodurch die Partikelmenge verringert und dadurch zum Beispiel die Ablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor verringert wird.
In einem Beispiel wird die Öffnung (bei 306) vergrößert oder (bei 310) verkleinert, indem der Durchflussregler um einen Schwellenbetrag gedreht wird, der Schwellenbetrag ist ein fester Betrag, der weiterhin auf dem Abgasdurchsatz beruht. Wenn zum Beispiel der Abgasdurchsatz über dem Schwellenwert liegt, dann kann der Durchflussregler in der zweiten Richtung (bei 312) um 30° gedreht werden, wenn aber Abgas geringer als der Schwellenwert ist, kann der Durchflussregler in der ersten Richtung (bei 308) um 30° gedreht werden. In einem anderen Beispiel kann der Durchflussregler um einen Schwellenbetrag gedreht werden, wobei der Schwellenbetrag veränderlich ist und weiterhin auf dem Abgasdurchsatz beruht. Wenn zum Beispiel bei 312 der Abgasdurchsatz um einen bestimmten Betrag über dem Schwellenwert liegt, wird der Öffnungsbetrag um einen größeren Betrag als der Betrag verkleinert, um den der Abgasdurchsatz über dem Schwellenwert steigt. Wenn analog bei 308 der Abgasdurchsatz um einen bestimmten Betrag unter dem Schwellenwert liegt, wird der Öffnungsbetrag um einen größeren Betrag als der Betrag vergrößert, um den der Abgasdurchsatz unter dem Schwellenwert sinkt. Anders ausgedrückt kann der Öffnungsbetrag von dem Betrag abhängen, um den sich der Abgasdurchsatz von dem Schwellenwert unterscheidet.
Sobald die Einlassöffnung beruhend auf dem Abgasdurchsatz (entweder bei 306 vergrößert oder bei 310 verkleinert) eingestellt ist, rückt das Verfahren 300 zu 314 vor. Bei 314 können sich in dem Abgasstrom fortbewegende Partikel beruhend auf Größe von dem zu dem PM-Sensor-Erfassungselement strömenden Abgas getrennt werden. Größere Partikel und/oder Wassertropfen können zum Beispiel an einem ersten Durchflussumleiter (etwa dem in 2A–2B gezeigten ersten Durchflussumleiter 234) zurückgehalten werden, wodurch nur die kleineren Partikel in dem Abgas in die Einlassöffnung des PM-Sensors eindringen (z. B. durchtreten) können. Diese kleineren Partikel können dann wie in 2A und 2B beschrieben hin zu dem PM-Sensorelement geleitet und anschließend an dem PM-Sensorelement (z. B. an dem in 2A–2B gezeigten Sensorelement 254) abgelagert werden.
Als Nächstes umfasst das Verfahren bei 316 das Ermitteln, ob die Regenerationsbedingungen des PM-Sensors erfüllt sind. Wenn im Einzelnen die PM-Beladung an dem PM-Sensorelement größer als ein Schwellenwert ist oder wenn ein Widerstand des PM-Sensors auf einen Schwellenwiderstand fällt, können die Regenerationsbedingungen des PM-Sensors als erfüllt betrachtet werden und der PM-Sensor muss eventuell regeneriert werden, um eine weitere PM-Detektion zu ermöglichen. Wenn die Regenerationsbedingungen des PM-Sensors erfüllt sind, dann rückt das Verfahren 300 zu 320 vor, wo der PM-Sensor wie in Verfahren 400 von 4 beschrieben regeneriert werden kann. Wenn jedoch bei Prüfen bei 316 die Regenerationsbedingungen des PM-Sensors nicht erfüllt sind, dann rückt das Verfahren 300 zu 318 vor, wo der PM-Sensor weiter PMS an dem PM-Sensor sammelt. Somit werden nicht an dem PM-Sensor abgelagertes PM mittels des Auslasses des PM-Sensors aus dem PM-Sensor herausgeleitet.
Das vorstehend beschriebene Verfahren 300 kann durch ein Steuergerät durchgeführt werden, um die Ablagerungsrate des PM-Sensors beizubehalten, indem die Einlassöffnung des PM-Sensors eingestellt wird. In anderen Ausführungsformen, bei denen der PM-Sensor ein Federscharnier umfasst, um den Durchflussregler mit dem Schutzrohr des PM-Sensors zu koppeln, kann das Einstellen der Einlassöffnung des PM-Sensors passiv ohne Eingreifen durch das Steuergerät erreicht werden. Beruhend auf dem von dem einströmenden Abgas ausgeübten Druck kann das Federscharnier hierin den Durchflussregler drehen und dadurch den Öffnungsbetrag an dem Einlass des PM-Sensors steuern.
Somit umfasst ein beispielhaftes Verfahren das Einstellen eines Öffnungsbetrags eines Einlasses zu einem Partikelmaterialsensor, der in einem Abgasstrom positioniert ist, als Reaktion auf einen Abgasdurchsatz des Abgasstroms stromaufwärts des Partikelmaterialsensors. Das Einstellen umfasst das Vergrößern des Öffnungsbetrags des Einlasses, wenn der Abgasdurchsatz unter eine Schwellenrate fällt, und umfasst ferner das Verkleinern des Öffnungsbetrags des Einlasses, wenn der Abgasdurchsatz die Schwellenrate übersteigt. Der Partikelmaterialsensor umfasst einen ersten Durchflussumleiter und einen Durchflussregler, die an dem Einlass positioniert sind, wobei ein Ende des Durchflussreglers bei einem Abstand weg von dem ersten Durchflussumleiter positioniert ist, um an dem Einlass einen Spalt zu erzeugen. Das Vergrößern des Öffnungsbetrags umfasst das Vergrößern des Spalts zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem Durchflussregler durch Drehen des Durchflussreglers in einer ersten Richtung weg von dem ersten Durchflussumleiter, und das Verkleinern des Öffnungsbetrags umfasst das Verkleinern des Spalts zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem Durchflussregler durch Drehen des Durchflussreglers in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung hin zu dem ersten Durchflussumleiter. Der Partikelmaterialsensor umfasst weiterhin einen zweiten Durchflussumleiter, der unmittelbar an einem Auslass des Partikelmaterialsensors positioniert ist, wobei der zweite Durchflussumleiter bei einem Abstand von dem ersten Durchflussumleiter getrennt ist. Der zweite Durchflussumleiter lenkt Abgase durch den Partikelmaterialsensor und mittels des ersten Durchflussumleiters und des zweiten Durchflussumleiters hin zu einem Partikelmaterialsensorelement, das unmittelbar an dem Auslass des Partikelmaterialsensors positioniert ist.
Unter Hinwenden nun auf 4 ist ein Verfahren 400 zum Regenerieren des PM-Sensors (etwa beispielsweise eines bei 1 gezeigten PM-Sensors 106) gezeigt. Wenn im Einzelnen die Rußbeladung an dem PM-Sensor größer als ein Schwellenwert ist oder wenn ein temperaturbereinigter Widerstand des PM-Sensors auf einen Schwellenwiderstand fällt, können die Regenerationsbedingungen des PM-Sensors als erfüllt betrachtet werden und der PM-Sensor muss eventuell regeneriert werden, um eine weitere PM-Detektion zu ermöglichen. Bei 402 kann die Regeneration des PM-Sensors eingeleitet werden und der PM-Sensor kann durch Erwärmen des Sensors bei 404 regeneriert werden. Der PM-Sensor kann durch Betätigen eines Heizelements, das thermisch mit der Sensorelektrodenfläche, etwa einem in dem Sensor eingebetteten Heizelement, gekoppelt ist, beheizt werden, bis die Rußbeladung des Sensors durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden ausreichend reduziert wurde. Die Regeneration des PM-Sensors wird typischerweise durch Verwenden von Zeitmessern gesteuert, und der Zeitmesser kann bei 402 für eine Schwellendauer eingestellt werden. Alternativ kann die Sensorregeneration mithilfe einer Temperaturmessung der Sensorspitze oder durch die Steuerung von Energie zu dem Heizer oder beliebige oder alle derselben gesteuert werden. Wenn für PM-Sensor-Regeneration ein Zeitmesser verwendet wird, dann umfasst das Verfahren 400 bei 406 das Prüfen, ob die Schwellendauer verstrichen ist. Wenn die Schwellendauer nicht verstrichen ist, dann rückt das Verfahren 400 zu 408 vor, wo die PM-Sensor-Regeneration fortgesetzt werden kann. Wenn die Schwellendauer verstrichen ist, dann rückt das Verfahren 400 zu 410 vor, wo die Rußsensorregeneration beendet werden kann und der Stromkreis bei 412 abgeschaltet werden kann. Ferner können die Sensorelektroden zum Beispiel auf die Abgastemperatur abgekühlt werden. Das Verfahren 400 rückt zu 414 vor, wo der Widerstand zwischen den Elektroden des Rußsensors gemessen wird. Aus dem gemessenen Widerstand, der möglicherweise bezüglich Temperatur kompensiert wurde, kann die PM- oder Rußbeladung des PM-Sensors (d. h. das angesammelte PM oder der angesammelte Ruß zwischen den Elektroden des PM-Sensors) bei 416 berechnet werden, und das Verfahren rückt zu 418 vor. Bei 418 kann die berechnete Rußbeladung des PM-Sensor mit einem Schwellenwert, Lower_Thr, verglichen werden. Der Schwellenwert Lower_Thr kann ein unterer Schwellenwert sein, der zum Beispiel niedriger als der Regenerationsschwellenwert ist, was anzeigt, dass die Elektroden ausreichend von Rußpartikeln gesäubert sind. In einem Beispiel kann der Schwellenwert ein Schwellenwert sein, unterhalb welchem eine Regeneration beendet werden kann. Wenn die Rußbeladung weiter größer als Lower_Thr ist, was anzeigt, dass eine weitere Regeneration erforderlich sein kann, rückt das Verfahren 400 zu 408 vor, wo die Regeneration des PM-Sensors wiederholt werden kann. Wenn aber der PM-Sensor weiterhin wiederholte Regenerationen durchläuft, kann das Steuergerät Fehlercodes setzen, um anzuzeigen, dass der PM-Sensor degradiert sein kann oder das Heizelement in dem Rußsensor degradiert sein kann. Wenn die Rußbeladung geringer als der Schwellenwert Lower_Thr ist, was anzeigt, dass die Elektrodenfläche sauer ist, rückt das Verfahren 400 zu 420 vor, wo der Rußsensorwiderstand und die Regenerationshistorie aktualisiert und im Speicher gespeichert werden können. Zum Beispiel kann eine Häufigkeit der PM-Sensor-Regeneration und/oder einer mittleren Dauer zwischen Sensorregenerationen aktualisiert werden. Bei 422 können dann von dem Steuergerät verschiedene Modelle genutzt werden, um den prozentualen Wirkungsgrad des DPF bei der Rußfiltration zu berechnen. Auf diese Weise kann der PM-Sensor eine fahrzeugeigene Diagnose des DPF vornehmen.
5 zeigt eine beispielhafte Routine 500 zum Diagnostizieren von DPF-Funktion beruhend auf der Regenerationszeit des PM-Sensors. Bei 502 kann von dem Steuergerät durch Kalibration die Regenerationszeit für den PM-Sensor, t(i)_regen, berechnet werden, die die Zeit gemessen ab Ende einer vorherigen Regeneration bis zum Start der aktuellen Regeneration des PM-Sensors ist. Bei 504 Vergleich von t(i)_regen mit t(t – 1)_regen, welches die zuvor kalibrierte Regenerationszeit des PM-Sensors ist. Daraus kann gefolgert werden, dass der Rußsensor mehrere Male eine Regeneration durchlaufen muss, um den DPF zu diagnostizieren. Wenn t(i)_regen kleiner als die Hälfe des Werts des Bereichs von t(i – 1) ustm dann bei 508 Anzeigen, dass DPF leckt, und es wird ein DPF-Degradationssignal ausgelöst. Alternativ oder zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Prozess kann der DPF mithilfe anderer Parameter, etwa Abgastemperatur, Motordrehzahl/-last, etc., diagnostiziert werden. Das Degradationssignal kann zum Beispiel durch eine Fehlfunktionswarnleuchte an einem Diagnosecode ausgelöst werden.
Eine aktuelle Regenerationszeit von weniger als der Hälfe der vorherigen Regenerationszeit kann anzeigen, dass die Zeit, die der Stromkreis zum Erreichen von des Schwellenwerts R_regen benötigt, kürzer ist und somit die Häufigkeit der Regeneration höher ist. Eine höhere Häufigkeit einer Regeneration in dem PM-Sensor kann anzeigen, dass das ausströmende Abgas aus einer höheren Menge an Partikelmaterial als bei einem normal funktionierenden DPF besteht. Wenn die Änderung der Regenerationszeit in dem Rußsensor den Schwellenwert, t_regen, erreicht, bei dem die aktuelle Regenerationszheit des PM-Sensors kleiner als die Hälfte des der vorherigen Regenerationszeit ist, wird somit eine DPF-Degradation oder Lecken zum Beispiel mittels einer Anzeige für einen Fahrer und/oder mittels Setzen eines Flags, das in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert ist, der mit dem Prozessor gekoppelt ist, das zu einem mit dem Prozess gekoppelten Diagnosewerkzeug gesendet werden kann, angezeigt. Wenn die Änderung der Regenerationszeit in dem Rußsensor nicht den Schwellenwert t_regen erreicht, dann wird bei 506 kein DPF-Lecken anzeigt. Auf diese Weise können Lecks in einem stromaufwärts des Partikelmaterialsensors positionierten Partikelfilter beruhend auf einer Ablagerungsrate der Partikel an dem Partikelmaterialsensorelement detektiert werden.
Unter Hinwenden nun zu 6 zeigt das Kennfeld 600 eine beispielhafte Beziehung zwischen einem Abgasdurchsatz, einer Einlassöffnung eines PM-Sensors und einer PM-Beladung an einem PM-Sensor. Die erste grafische Darstellung 602 von 600 zeigt den Abgasdurchsatz, der durch einen stromaufwärts des PM-Sensors positionierten Durchsatzsensor ermittelt wird. Die zweite grafische Darstellung 604 zeigt die Einlassöffnung des PM-Sensors, die durch Drehen eines unmittelbar an einem Einlass des PM-Sensors positionierten Durchflussreglers ermittelt wird, wie in 2A und 2B beschrieben ist. Die dritte grafische Darstellung 606 zeigt die PM-Beladung an dem PM-Sensor. Die Strichlinie 612 deutet den PM-Regenerationsschwellenwert an, während die Strichlinie 614 Lower_Thr andeutet, was anzeigt, dass die PM-Sensorelektroden sauber sind, wie in 4 beschrieben ist. Die Strichlinien 608 und 610 zeigen Schwellenabgasrate bzw. Schwelleneinlassöffnung an. Bei jeder grafischen Darstellung ist die Zeit entlang der x-Achse (horizontalen Achse) aufgetragen, während die Werte jedes jeweiligen Parameters entlang der y-Achse (vertikalen Achse) aufgetragen sind.
Bei Zeit t0 ist der PM-Sensor relativ sauber (grafische Darstellung 606), mit einer niedrigen PM-Beladung, die niedriger als Lower-Thr (Linie 614) ist, das anzeigt, dass der PM-Sensor kürzlich regeneriert wurde. Der Abgasdurchsatz (grafische Darstellung 602) ist höher als die Schwellenabgasrate (Linie 608). Wenn die Abgasrate höher als der Schwellenwert ist, kann die Einlassöffnung des PM-Sensors durch Einstellen einer beweglichen Klappe (etwa des Durchflussreglers 238 in 2A und 2B) zu einer Endstellung zwischen einer ersten (geschlossenen) Stellung und einer zweiten (offenen) Stellung eingestellt werden. Somit kann die Endstellung näher an der ersten Stellung als an der zweiten Stellung sein. Hierin kann die bewegliche Klappe durch Betätigen eines Motors, um ein Scharnier, das die bewegliche Klappe mit dem PM-Sensor koppelt, in einer ersten Richtung (zum Beispiel gegen den Uhrzeigersinn) hin zu einem ersten Durchflussumleiter unmittelbar an einem Einlass des PM-Sensors zu drehen. Die technische Wirkung des Einstellens der Einlassöffnung des PM-Sensors zu der Endstellung näher an der ersten Schließstellung besteht darin, dass der Spalt zwischen der beweglichen Klappe und dem ersten Durchflussumleiter verringert wird, wodurch die Menge an PM, das in den PM-Sensor eindringt und anschließend an der PM-Sensorelektrode abgelagert wird, verringert wird. Auf diese Weise kann die PM-Sensor-Ablagerungsrate bei einem Sollwert beibehalten werden. Hierin zeigt die Steigung der Linie 606 die Ablagerungsrate von PM an der PM-Sensorelektrode an.
Zwischen t0 und t1 bleibt der Abgasstrom (grafische Darstellung 602) weiter höher als die Schwellenabgasrate (Linie 608), so dass die Einlassöffnung des PM-Sensors näher an der ersten geschlossenen Stellung gehalten wird. Während der Zeit zwischen t0 und t1 sammelt der PM-Sensor weiter Partikel bei einer durch Linie 606 angedeuteten konstanten Rate.
Bei t1 erreicht die PM-Beladung an dem PM-Sensor den Schwellenwert für Regeneration (Strichlinie 612). Während der Zeit zwischen t1 und t2 kann der PM-Sensor regeneriert werden. Ein Steuergerät kann Befehle aufweisen, um einem Regenerationsschaltkreis auf Ansprechen auf die Daten des PM-Werts ein Regenerationssignal zu senden. Das Regenerieren des PM-Sensors umfasst das Betreiben des Regenerationsabschnitts des Stromkreises über einen Schwellenzeit und/oder Schwellendauer, wie in 4 beschrieben ist, um zum Beispiel das zwischen den Elektroden des PM-Sensors abgelagerte PM abzubrennen.
Bei t2 ist der PM-Sensor relativ sauber, was durch eine niedrige PM-Beladung (grafische Darstellung 606) angedeutet wird. Der Abgasdurchsatz (grafische Darstellung 602) fällt aber bei Zeit t2 unter die Schwellenrate (Linie 608). Zwischen t2 und t3 kann, wenn die Abgasrate niedriger als der Schwellenwert ist, die Einlassöffnung des PM-Sensors durch Einstellen einer beweglichen Klappe (etwa des Durchflussreglers 238 in 2A und 2B) zu einer Endstellung näher an der zweiten Stellung als der ersten Stellung (grafische Darstellung 604) eingestellt werden. Hierin kann die bewegliche Klappe durch Betätigen eines Motors, um ein Scharnier, das die bewegliche Klappe mit dem PM-Sensor koppelt, in einer zweiten Richtung (zum Beispiel im Uhrzeigersinn) weg von einem ersten Durchflussumleiter unmittelbar an dem Einlass des PM-Sensors zu drehen. Die technische Wirkung des Einstellens der Einlassöffnung des PM-Sensors zu der Endstellung näher an der zweiten offenen Stellung besteht darin, dass der Spalt zwischen der beweglichen Klappe und dem ersten Durchflussumleiter vergrößert wird, wodurch die Menge an PM, das in den PM-Sensor eindringt und anschließend an der PM-Sensorelektrode abgelagert wird, vergrößert wird. Auf diese Weise kann die PM-Sensor-Ablagerungsrate bei dem Sollwert gehalten werden, was durch die Steigung der Linie 606 angedeutet ist. Somit ähnelt die Steigung der Linie 606 zwischen t2 und t4 der Steigung der Linie 606 zwischen t0 und t1. Auf diese Weise kann durch Einstellen der Einlassöffnung beruhend auf dem Abgasdurchsatz die PM-Sensor-Beladung bei einer konstanten Rate gehalten werden.
Zwischen t3 und t4 steigt der Abgasdurchsatz (grafische Darstellung 602) um die Schwellenrate (Linie 608). Durch wie bereits erläutert Einstellen der Einlassöffnung des PM-Sensors auf eine Endstellung näher an einer ersten geschlossenen Stellung wird die PM-Sensor-Beladung bei der Sollrate gehalten (Steigung von Linie 606). Wenn in ähnlicher Weise der Abgasstrom um den Schwellenwert zwischen t4 und t5 steigt, wird die Einlassöffnung des PM-Sensors auf eine Endstellung näher zu der zweiten offenen Stellung eingestellt. Durch aktives Einstellen der Einlassöffnung beruhend auf dem Abgasdurchsatz kann die PM-Sensorbeladung bei dem Sollwert gehalten werden. Auf diese Weise kann das Ansprechvermögen des PM-Sensors unabhängig von dem Abgasdurchsatz werden.
Wieder bei t5 erreicht die PM-Beladung (grafische Darstellung 606) den Regenerationsschwellenwert (Strichlinie 612). Zwischen t5 und t6 kann somit der PM-Sensor wie bereits erläutert regeneriert werden. Bei t6 ist der PM-Sensor relativ sauber. Weiterhin wird die Einlassöffnung des PM-Sensors auf eine Endstellung näher zu zweiten offenen Stellung eingestellt, wenn der Abgasstrom (grafische Darstellung 602) höher als der Schwellenwert bleibt (Linie 608). Unabhängig vom aktiven Einstellen der Einlassöffnung des PM-Sensors steigt aber die PM-Beladung an dem PM-Sensor (grafische Darstellung 606) drastisch an, was anzeigt, dass die Ablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor höher als die Sollablagerungsrate ist, was anzeigt, dass der sich stromaufwärts des PM-Sensors befindliche DPF leckt. Als Reaktion auf ein Ansteigen der aktuellen Ablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor über eine Sollablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor können somit DPF-Lecks ermittelt werden und es kann ein Diagnosecode gesetzt werden. Zum Beispiel kann ein MIL gesetzt werden, was anzeigt, dass der DPF ausgetauscht werden muss. Dadurch, dass der PM-Sensor unabhängig von der Abgasrate ist, kann ein DPF-Lecken rechtzeitig detektiert werden, wodurch die Möglichkeit des Betreibens des Motors mit einem leckenden Partikelfilter reduziert wird und somit eine Rußpartikelemission in dem Abgas reduziert wird.
Durch Einstellen der Einlassöffnung beruhend auf dem Abgasdurchsatz kann auf diese Weise die PM-Sensor-Beladung bei einer konstanten Rate gehalten werden und die Abhängigkeit des Ansprechvermögens des PM-Sensors von dem Abgasdurchsatz kann weiter reduziert werden. Die technische Wirkung des Vergrößerns der Einlassöffnung des PM-Sensors bei Fallen des Abgasdurchsatzes unter den Schwellenwert und des Verkleinerns der Öffnung bei Steigen des Abgasdurchsatzes über den Schwellenwert liegt somit darin, dass die Ablagerungsrate von Partikeln an den PM-Sensorelektroden nahezu konstant bleibt. Das Ansprechvermögen des PM-Sensors ist unabhängig von dem Durchsatz des einströmenden Abgases, wodurch aus dem DPF austretendes PM genauer und zuverlässiger gemessen wird. Etwaige Lecks oder eine Degradation des DPF können somit effizienter und effektiver detektiert werden.
Die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren sehen auch ein Verfahren zur Partikelmaterialerfassung in einer Abgasanalge vor, wobei das Verfahren das Einstellen eines Öffnungsbetriebs eines Einlasses zu einem Partikelmaterialsensor, der in einem Abgasstrom positioniert ist, als Reaktion auf einen Abgasdurchsatz des Abgasstroms stromaufwärts des Partikelmaterialsensors umfasst, wobei das Partikelmaterialsensorelement mit seiner Hauptfläche parallel zu einer Richtung des Abgasstroms ausgerichtet ist. In einem ersten Beispiel des Verfahrens kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ umfassen, dass das Einstellen das Vergrößern des Öffnungsbetrags des Einlasses umfasst, wenn der Abgasdurchsatz unter eine Schwellenrate fällt, und ferner das Verkleinern des Öffnungsbetrags des Einlasses umfasst, wenn der Abgasdurchsatz die Schwellenrate übersteigt. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst optional das erste Beispiel und umfasst ferner, dass der Partikelmaterialsensor einen ersten Durchflussumleiter und einen Durchflussregler, die an dem Einlass positioniert sind, umfasst, wobei ein Ende des Durchflussreglers bei einem Abstand weg von dem ersten Durchflussumleiter positioniert ist, um an dem Einlass eine Lücke zu erzeugen. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem und zweitem Beispiel und umfasst ferner, dass das Vergrößern des Öffnungsbetrags das Vergrößern des Spalts zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem Durchflussregler durch Drehen des Durchflussreglers in einer ersten Richtung weg von dem ersten Durchflussumleiter umfasst. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem bis drittem Beispiel und umfasst ferner, dass das Verkleinern des Öffnungsbetrags das Verkleinern des Spalts zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem Durchflussregler durch Drehen des Durchflussreglers in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung hin zu dem ersten Durchflussumleiter umfasst. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem bis viertem Beispiel und umfasst ferner, dass der Partikelmaterialsensor weiterhin einen zweiten Durchflussumleiter, der unmittelbar an einem Auslass des Partikelmaterialsensors positioniert ist, umfasst, wobei der zweite Durchflussumleiter bei einem Abstand von dem ersten Durchflussumleiter getrennt ist. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem bis fünftem Beispiel und umfasst ferner das Leiten von Abgasen durch den Partikelmaterialsensor und hin zu einem Partikelmaterialsensorelement, das unmittelbar an dem Auslass des Partikelmaterialsensors positioniert ist, mittels des ersten Durchflussumleiters und des zweiten Durchflussumleiters, wobei das Partikelmaterialsensorelement in einer Richtung parallel zum ersten und zweiten Durchflussumleiter ausgerichtet ist. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem bis sechstem Beispiel und umfasst ferner das Detektieren von Lecks in einem Partikelfilter, der stromaufwärts des Partikelmaterialsensors positioniert ist, und das Anzeigen von Degradation des Partikelfilters beruhend auf einer Ablagerungsrate der Partikel an dem Partikelmaterialsensorelement. Ein achtes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem bis siebtem Beispiel und ferner, dass die Schwellenrate auf einer Sollablagerungsrate der Partikel an dem Partikelmaterialsensorelement beruht.
Die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren sehen auch ein Verfahren für Partikelmaterialerfassung in einem Partikelmaterialsensorsystem vor, wobei das Verfahren das Steigern von Abgasstrom zu einem PM-Sensorelement, das in dem PM-Sensor positioniert ist, wobei der PM-Sensor in einem Abgasstromkanal positioniert ist, wobei das PM-Sensorelement mit seiner Hauptfläche parallel zu einer Abgasstromrichtung ausgerichtet ist, als Reaktion darauf, dass ein Abgasdurchsatz des Abgasstroms in dem Abgasstromkanal niedriger als ein Schwellenwert ist, und das Verringern des Abgasstroms zu dem PM-Sensorelement als Reaktion darauf, dass der Abgasdurchsatz höher als der Schwellenwert ist, umfasst. In einem ersten Beispiel des Verfahrens kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ umfassen, dass das Steigern des Abgasstroms das Drehen eines Durchflussreglers, der sich unmittelbar an einer Einlassöffnung des PM-Sensors befindet, in einer ersten Richtung umfasst und dass das Verringern des Abgasstroms das Drehen des Durchflussreglers in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung umfasst. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst optional das erste Beispiels und umfasst ferner, dass das Drehen des Durchflussreglers in der ersten Richtung ferner das Bewegen des Durchflussreglers weg von einer ersten Strömungsklappe, die an oder nahe der Einlassöffnung des PM-Sensors positioniert ist, umfasst und dass das Drehen des Durchflussreglers in der zweiten Richtung ferner das Bewegen des Durchflussreglers hin zu der ersten Strömungsklappe der PM-Sensor-Baugruppe umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem und zweitem Beispiel und umfasst ferner, dass der PM-Sensor weiterhin eine zweite Strömungsplatte, die sich unmittelbar an einem Auslass des PM-Sensors befindet, umfasst und dass die zweite Strömungsplatte bei einem Abstand von der ersten Strömungsplatte getrennt ist. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem bis drittem Beispiel und umfasst ferner das Zurückhalten einer ersten Menge von Partikeln in dem Abgasstrom an der Einlassöffnung des PM-Sensors und Lenken einer zweiten Menge von Partikeln in dem Abgasstrom von dem Einlass hin zu einem PM-Sensorelement, das an oder nahe der zweiten Strömungsklappe positioniert ist, um ein Ablagern der zweiten menge von Partikeln an dem PM-Sensorelement zu erleichtern, umfassen, wobei die erste Menge von Partikeln größer als die zweite Menge von Partikeln ist. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem bis viertem Beispiel und umfasst ferner das Anzeigen eines Lecks in einem Partikelfilter, der sich stromaufwärts des PM-Sensors befindet, wenn eine Ablagerungsrate der zweiten Menge von Partikeln an dem PM-Sensorelement eine Schwellenrate übersteigt. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem bis drittem Beispiel und umfasst ferner, dass die erste Strömungsplatte ferner den Abgasstrom hin zu der zweiten Strömungsplatte lenkt und dass die zweite Strömungsplatte ferner den Abgasstrom hin zum Auslass des PM-Sensors umleitet.
Die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren sehen auch einen Partikelmaterialsensor vor, der umfasst: einen ersten Durchflussumleiter unmittelbar an einem Einlass des PM-Sensors, einen zweiten Durchflussumleiter unmittelbar an einem Auslass des PM-Sensors, wobei der zweite Durchflussumleiter bei einem Abstand von dem ersten Durchflussumleiter getrennt ist, ein PM-Sensorelement parallel zu dem ersten und zweiten Durchflussumleiter, wobei mindestens ein Teil des PM-Sensorelements zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem zweiten Durchflussumleiter positioniert ist, und eine bewegliche Klappe, die an oder nahe dem Einlass des PM-Sensors positioniert ist, die ausgelegt ist, um eine Einlassöffnung des Einlasses einzustellen. In einem ersten Beispiel des Partikelmaterialsensors kann der Sensor zusätzlich oder alternativ ein Steuergerät mit maschinell lesbaren Befehlen, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, zum Stellen der beweglichen Klappe in eine Endstellung bei oder zwischen einer ersten Stellung mit einem kleineren Einlassöffnungsbetrag und einer zweiten Stellung mit einem größeren Einlassöffnungsbetrag beruhend auf einem Abgasdurchsatz von Abgas stromaufwärts des PM-Sensors umfassen. Ein zweites Beispiel des Partikelmaterialsensors umfasst optional das erste Beispiel und ferner, dass das Stellen der beweglichen Klappe in die Endstellung das Stellen der beweglichen Klappe näher zur ersten Stellung als zur zweiten Stellung umfasst, wenn der Abgasdurchsatz zunimmt, und ferner das Steilen des Durchflussreglers näher zur zweiten Stellung als der ersten Stellung umfasst, wenn der Abgasdurchsatz abnimmt. Ein drittes Beispiel des Partikelmaterialsensors umfasst optional ein oder mehrere von erstem und zweitem Beispiel und umfasst ferner Befehle zum Anzeigen eines Lecks in einem Partikelfilter, der sich stromaufwärts des PM-Sensors befindet, wenn eine aktuelle Ablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor eine Sollablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor übersteigt.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Brennkraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen genutzt werden können. Zu beachten ist, dass die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert und von dem Steuersystem, das das Steuergerät kombiniert mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware umfasst, ausgeführt werden können. Die hierin beschriebenen bestimmten Routinen können ein oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Somit können verschiedene Schritte, Operationen und/oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen übergangen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, wird aber für einfache Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, wird aber für einfache Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Abhängig von der verwendeten bestimmten Strategie können ein oder mehrere der gezeigten Maßnahmen, Schritte und/oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Arbeitsschritte und/oder Funktionen einen Code graphisch darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des maschinell lesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Maßnahmen durch Ausführen der Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardware-Komponenten kombiniert mit dem elektronischen Steuergerät umfasst.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne gesehen werden sollen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie bei V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und anderen Motortypen zum Einsatz kommen. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf ein Element oder ein erstes Element oder dessen Entsprechung hinweisen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Enthalten eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei zwei oder mehr dieser Elemente weder gefordert. noch ausgeschlossen werden. Es können andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie nun breiter, enger, gleich oder von anderem Schutzumfang als die ursprünglichen Ansprüche gefasst, werden ebenfalls im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8225648 B2 [0005]

Claims

Verfahren, umfassend: Einstellen eines Öffnungsbetrags eines Einlasses zu einem Partikelmaterialsensor, der in einem Abgasstrom positioniert ist, als Reaktion auf einen Abgasdurchsatz des Abgasstroms stromaufwärts des Partikelmaterialsensors, wobei das Partikelmaterialsensorelement mit seiner Hauptfläche parallel zu einer Abgasstromrichtung ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen das Vergrößern des Öffnungsbetrags des Einlasses umfasst, wenn der Abgasdurchsatz unter eine Schwellenrate fällt, und weiterhin das Verkleinern des Öffnungsbetrags des Einlasses umfasst, wenn der Abgasdurchsatz die Schwellenrate übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Partikelmaterialsensor einen ersten Durchflussumleiter und einen Durchflussregler umfasst, die an dem Einlass positioniert sind, wobei ein Ende des Durchflussreglers bei einem Abstand weg von dem ersten Durchflussumleiter positioniert ist, um an dem Einlass einen Spalt zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Vergrößern des Öffnungsbetrags das Vergrößern des Spalts zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem Durchflussregler durch Drehen des Durchflussreglers in einer ersten Richtung weg von dem ersten Durchflussumleiter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verkleinern des Öffnungsbetrags das Verkleinern des Spalts zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem Durchflussregler durch Drehen des Durchflussreglers in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung hin zu dem ersten Durchflussumleiter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Partikelmaterialsensor weiterhin einen zweiten Durchflussumleiter umfasst, der unmittelbar an einem Auslass des Partikelmaterialsensors positioniert ist, wobei der zweite Durchflussumleiter bei einem Abstand von dem ersten Durchflussumleiter getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin das Leiten von Abgasen durch den Partikelmaterialsensor und hin zu einem Partikelmaterialsensorelement, das unmittelbar an dem Auslass des Partikelmaterialsensors positioniert ist, mittels des ersten Durchflussumleiters und des zweiten Durchflussumleiters umfasst, wobei das Partikelmaterialsensorelement in einer Richtung parallel zu dem ersten und dem zweiten Durchflussumleiter ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, welches weiterhin das Detektieren von Lecks in einem Partikelfilter, der stromaufwärts des Partikelmaterialsensors positioniert ist, und das Anzeigen von Degradation des Partikelfilters beruhend auf einer Ablagerungsrate der Partikel an dem Partikelmaterialsensorelement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schwellenrate auf einer Sollablagerungsrate der Partikel an dem Partikelmaterialsensorelement beruht.
Verfahren für einen Partikelmaterial(PM)-Sensor, umfassend: Steigern von Abgasstrom zu einem PM-Sensorelement, das in dem PM-Sensor positioniert ist, wobei der PM-Sensor in einem Abgasstromkanal positioniert ist, als Reaktion darauf, dass ein Abgasdurchsatz von Abgasstrom in dem Abgasstromkanal niedriger als ein Schwellenwert ist; und Verringern des Abgasstroms zu dem PM-Sensorelement als Reaktion darauf, dass der Abgasdurchsatz höher als der Schwellenwert ist, wobei das PM-Sensorelement mit seiner Hauptfläche parallel zu einer Abgasstromrichtung ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Steigern des Abgasstroms das Drehen eines Durchflussreglers, der sich unmittelbar an einer Einlassöffnung des PM-Sensors befindet, in einer ersten Richtung umfasst und wobei das Verringern des Abgasstroms das Drehen des Durchflussreglers in einer zweiten Richtung entgegen der ersten Richtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Drehen des Durchflussreglers in der ersten Richtung weiterhin das Bewegen des Durchflussreglers weg von einer ersten Strömungsklappe, die an oder nahe der Einlassöffnung des PM-Sensors positioniert ist, umfasst und wobei das Drehen des Durchflussreglers in der zweiten Richtung weiterhin das Bewegen des Durchflussreglers hin zu der ersten Strömungsklappe der PM-Sensor-Baugruppe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der PM-Sensor weiterhin eine zweite Strömungsplatte umfasst, die sich unmittelbar an einem Auslass des PM-Sensors befindet, und wobei die zweite Strömungsplatte bei einem Abstand von der ersten Strömungsplatte getrennt ist, und wobei sich ein PM-Sensorelement bei dem Abstand parallel zu der ersten und der zweiten Strömungsplatte unmittelbar an der zweiten Strömungsplatte befindet.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend Zurückhalten einer ersten Menge von Partikeln in dem Abgasstrom an der Einlassöffnung des PM-Sensors; und Lenken einer zweiten Menge von Partikeln in dem Abgasstrom von dem Einlass hin zu einem PM-Sensorelement, das an oder nahe und parallel zur zweiten Strömungsplatte positioniert ist, um ein Ablagern der zweiten Menge von Partikeln an dem PM-Sensorelement zu erleichtern, wobei die erste Menge von Partikeln größer als die zweite Menge von Partikeln ist.
Verfahren nach Anspruch 14, welches weiterhin das Anzeigen eines Lecks in einem Partikelfilter umfasst, der sich stromaufwärts des PM-Sensors befindet, wenn eine Ablagerungsrate der zweiten Menge von Partikeln an dem PM-Sensorelement eine Schwellenrate übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste Strömungsklappe den Abgasstrom weiterhin hin zu der zweiten Strömungsklappe lenkt und wobei die zweite Strömungsklappe weiterhin den Abgasstrom hin zu dem Auslass des PM-Sensors umleitet.
Partikelmaterial(PM)-Sensor, umfassend: einen ersten Durchflussumleiter unmittelbar an einem Einlass des PM-Sensors; einen zweiten Durchflussumleiter unmittelbar an einem Auslass des PM-Sensors, wobei der zweite Durchflussumleiter bei einem Abstand von dem ersten Durchflussumleiter getrennt ist; ein PM-Sensorelement parallel zu dem ersten und dem zweiten Durchflussumleiter, wobei mindestens ein Teil des PM-Sensorelements zwischen dem ersten Durchflussumleiter und dem zweiten Durchflussumleiter positioniert ist; und eine bewegliche Klappe, die an oder nahe dem Einlass des PM-Sensors positioniert ist, die ausgelegt ist, um eine Einlassöffnung des Einlasses einzustellen.
Sensor nach Anspruch 17, welcher weiterhin ein Steuergerät mit maschinell lesbaren Befehlen, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Stellen der beweglichen Klappe in eine Endstellung an oder zwischen einer ersten Stellung mit einem kleineren Einlassöffnunbetrag und einer zweiten Stellung mit einem größeren Einlassöffnungsbetrag beruhend auf einem Abgasdurchsatz von Abgas stromaufwärts des PM-Sensors; und Anzeigen eines Lecks in einem Partikelfilter, der sich stromaufwärts des PM-Sensors befindet, wenn eine aktuelle Ablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor eine Sollablagerungsrate von Partikeln an dem PM-Sensor übersteigt, umfasst.
Sensor nach Anspruch 18, wobei das Stellen der beweglichen Klappe in die Endstellung das Stellen der beweglichen Klappe näher zur ersten Stellung als zur zweiten Stellung umfasst, wenn der Abgasdurchsatz zunimmt, und weiterhin das Stellen des Durchflussreglers näher zur zweiten Stellung als der ersten Stellung umfasst, wenn der Abgasdurchsatz abnimmt.
System nach Anspruch 19, wobei das PM-Sensorelement parallel zu dem ersten und dem zweiten Durchflussumleiter ist und wobei ein Durchlass zwischen dem PM-Sensorelement und dem zweiten Durchflussumleiter eine Breite zwischen 0,1 bis 0,2 Millimeter umfasst.