DE102017102962A1

DE102017102962A1 - Verfahren und system zum partikelerfassen in abgasen

Info

Publication number: DE102017102962A1
Application number: DE102017102962.1A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2017-09-07
Also published as: US10267204B2; RU2017104733A3; RU2017104733A; CN107167405B; RU2703134C2; US20170254251A1; CN107167405A

Abstract

Verfahren und Systeme für einen Partikelsensor, der stromabwärts eines Dieselpartikelfilters in einem Abgassystems positioniert ist, werden bereitgestellt. In einem Beispiel kann eine Partikelsensoranordnung ein äußeres abgestuftes Rohr, ein inneres abgestuftes Rohr, das innerhalb des äußeren Rohres positioniert ist, und eine Platte mit einem Sensorelement, das im Inneren des inneren Rohres positioniert ist, wobei das innere und das äußere Rohr eine Stufe in der Anordnung erzeugen, umfassen. Die Stufe kann größere Verunreinigungen und Wassertröpfchen blockieren und damit am Auftreffen auf das innerhalb der Anordnung positionierte Sensorelement hindern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft das Erfassen von Partikeln in einem Abgassystem.
Hintergrund/Kurzdarstellung
Kraftmaschinenemissionsbegrenzungssysteme können verschiedene Abgassensoren nutzen. Ein beispielhafter Sensor kann ein Partikelsensor sein, der die Masse und/oder die Konzentration von Partikeln im Abgas anzeigt. In einem Beispiel kann der Partikelsensor so arbeiten, dass sich Partikel über einen gewissen Zeitraum ansammeln und er eine Anzeige zum Ansammlungsgrad als ein Maß des Niveaus an Partikeln im Abgas bereitstellt.
Genauigkeit von Partikelsensoren kann durch nicht gleichmäßige Ablagerung von Ruß auf dem Sensor aufgrund einer Verzerrung der Strömungsverteilung über der Oberfläche des Sensors beeinflusst werden. Ferner können Partikelsensoren durch ein Auftreffen von Wassertröpfchen und/oder größeren Partikeln, die in den Abgasen vorhanden sind, zur Verunreinigung neigen. Diese Verunreinigung kann zu Fehlern in den Sensorausgangsgrößen führen. Ferner kann die Sensorregeneration inadäquat sein, wenn eine wesentliche Menge Abgas über den Partikelsensor strömt.
Die Erfinder haben hier die oben genannten Probleme erkannt und einen Ansatz identifiziert, um die Probleme wenigstens zum Teil zu behandeln. In einem beispielhaften Ansatz wird eine Partikelanordnung zum Erfassen von Partikeln in einer Auslassleitung einer Kraftmaschine bereitgestellt. Die Partikelanordnung umfasst ein äußeres abgestuftes Rohr mit einer ersten halbkreisförmigen Region und einer zweiten halbkreisförmigen Region, wobei die erste Region länger als die zweite Region ist, ein inneres abgestuftes Rohr koaxial zum äußeren abgestuften Rohr mit einer dritten halbkreisförmigen Region und einer vierten halbkreisförmigen Region, wobei die dritte Region länger als die vierte Region ist, und eine im Inneren des inneren abgestuften Rohres positionierte Platte mit einem Sensorelement. Auf diese Weise kann durch Koppeln des äußeren abgestuften Rohres und des inneren abgestuften Rohres eine abgestufte Struktur (hier im Folgenden als eine Stufe bezeichnet) in der Partikelsensoranordnung erzeugt werden. Darüber hinaus können Einlässe an der Stufe ausgebildet sein, um Abgas in die Partikelsensoranordnung zu leiten. Als ein Beispiel können Einlässe, die entlang der Stufe positioniert sind, Abgas in die Auslassleitung in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung leiten. Daher sind größere Partikel im Abgas möglicherweise nicht in der Lage, die Strömungsrichtung ausreichend umzukehren und über die Stufe in die Partikelsensoranordnung einzutreten. Daher dient die Stufe im Wesentlichen dazu, die größeren Partikel im Abgasstrom zu hindern, auf das Sensorelement aufzutreffen, das durch die innerhalb der Anordnung positionierte Platte ausgebildet wird, und so Schwankungen am Sensor aufgrund von großen Partikeln, die sich am Sensorelement ablagern, zu verringern.
Als ein Beispiel kann eine Abgaspartikelsensoranordnung stromabwärts eines Partikelfilters in einem Abgasrohr positioniert sein. Die Partikelsensoranordnung kann ein Schutzrohr umfassen, das ein äußeres asymmetrisches Rohr, das aus halbkreisförmigen Regionen unterschiedlicher Längen besteht, umfasst. In ähnlicher Weise kann das innere Rohr asymmetrische halbkreisförmige Regionen umfassen, die vollständig innerhalb des äußeren Rohres positioniert sind. Wenn zusammen gekoppelt, kann die Differenz der Längen der asymmetrischen halbkreisförmigen Regionen von äußerem Rohr und innerem Rohr dazu führen, dass eine Stufenstruktur an einer Fläche der Sensoranordnung erzeugt wird. Daher kann die Stufe Einlässe zum Leiten des Abgases in eine ringförmige Region, die zwischen dem inneren und dem äußeren abgestuften Rohr ausgebildet ist, umfassen. Als eine Konsequenz kann das Abgas in der Lage sein, durch Durchlaufen einer Umkehrung in der Strömungsrichtung über die Einlässe im Schlitz in den Partikelsensor einzutreten. Allerdings sind größere Partikel und Wassertröpfchen möglicherweise nicht in der Lage, die Strömungsrichtung ausreichend umzukehren, um in die Einlässe an der Stufe einzutreten. Daher können größere Partikel und/oder Wassertröpfchen durch die Stufe geblockt werden, wodurch Sensorfehler verringert werden. Ferner können Sensorelemente, die innerhalb des inneren Rohres positioniert sind, eine gleichförmigere Rußablagerung durch direktes Auftreffen der Strömung auf die Oberfläche der Elektroden erfahren.
Auf diese Weise kann die Stufe, die als Ergebnis der Asymmetrie in der Schutzrohrkonstruktion ausgebildet ist, die größeren Partikel und/oder Wassertröpfchen am Eintreten in die Partikelsensoranordnung hindern. Der technische Effekt des Einschließens eines asymmetrischen Schutzrohres und einer abgestuften Struktur in die Konstruktion der Partikelsensoranordnung ist, dass das darin positionierte Sensorelement besser vor Auftreffen von größeren Partikeln und Verunreinigungen geschützt werden kann, ohne zusätzliche Komponenten und/oder Filter zur Partikelsensoranordnung hinzuzufügen. Insgesamt kann die Funktionsfähigkeit des Sensorelements verbessert werden, und der Sensor kann zuverlässiger gestaltet sein.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Zudem beschränkt sich der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Umsetzungen, welche die oben oder in einem anderen Teil der vorliegenden Offenbarung genannten Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftmaschine und einer zugehörigen Partikelsensoranordnung, die in einem Abgasstrom positioniert ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Partikelsensoranordnung, die ein äußeres abgestuftes Rohr, ein inneres abgestuftes Rohr und eine ein Sensorelement umfassende Platte umfasst.
3A–3C zeigen Querschnittsansichten des äußeren und inneren Rohres, der Platte und einer Stufe, die entlang dreier unterschiedlicher Querschnittsebenen in der Partikelsensoranordnung ausgebildet ist.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Partikelsensoranordnung, die Abgas, das über die Stufe in die Partikelsensoranordnung strömt, zeigt.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Ansammeln von Partikeln im Abgasstrom über das Sensorelement, das auf der Platte ausgebildet und innerhalb des inneren Rohres der Partikelsensoranordnung positioniert ist, darstellt.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Regenerieren der Sensorelektroden der Partikelsensoranordnung darstellt.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren von Undichtigkeiten in einem Partikelfilter, der stromaufwärts der Partikelsensoranordnung positioniert ist, darstellt.
8 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Rußlast auf der Partikelsensoranordnung und einer Rußlast auf einem Partikelfilter, der stromaufwärts der Partikelsensoranordnung positioniert ist.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Erfassen von Partikeln in einem Abgasstrom eines Kraftmaschinensystems, wie etwa des in 1 gezeigten Kraftmaschinensystems. Eine Partikelsensoranordnung kann in einer Auslassleitung des Kraftmaschinensystems platziert sein. Die Partikelsensoranordnung kann ein äußeres abgestuftes Rohr, ein inneres abgestuftes Rohr, das innerhalb des äußeren Rohres positioniert ist, und eine Platte, die Sensorelemente umfasst, die innerhalb der Anordnung positioniert sind, umfassen, wie in 2 gezeigt. Daher können das äußere und innere Rohr eine Stufe umfassen, die als ein Ergebnis einer inhärenten Asymmetrie des äußeren und inneren Rohres ausgebildet ist. Beispielsweise können das äußere und innere Rohr jeweils zwei halbkreisförmige Regionen mit ungleicher Länge umfassen. Wenn die halbkreisförmigen Regionen des äußeren und inneren Rohres zusammengekoppelt werden, kann die Differenz in den Längen der Regionen zu der Stufe führen. Querschnittsansichten des inneren und äußeren Rohres sind in 3A–3C gezeigt. Durch Einschließen von Einlässen in die Stufe kann Abgasstrom in der Auslassleitung über die Einlässe in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms in der Auslassleitung zu den innerhalb der Anordnung positionierten Sensorelementen in die Partikelsensoranordnung geleitet werden, wie in 4 gezeigt. Eine Steuerung kann dazu ausgelegt sein, eine Steuerroutine durchzuführen, wie etwa eine Beispielroutine aus 5, um Partikel im Abgas an den Sensorelementen anzusammeln. Ferner kann die Steuerung intermittierend die Partikelsensoranordnung reinigen (6), um kontinuierliche Partikelüberwachung zu ermöglichen. Ferner kann die Steuerung dazu ausgelegt sein, eine Routine durchzuführen, wie etwa eine beispielhafte Routine aus 7 zum Regenerieren des Auslasspartikelfilters, basierend auf einer Zeit zwischen Regenerationen des Partikelsensors. Ein Beispiel für Filterdiagnose ist in 8 gezeigt. Auf diese Weise kann die Funktionsfähigkeit des Partikelsensors, die Filterfähigkeiten des DPF zu schätzen (und damit DPF-Undichtigkeiten zu detektieren), erhöht werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 umfasst ein Kraftmaschinensystem 8. Das Kraftmaschinensystem 8 kann eine Kraftmaschine 10, die mehrere Zylinder 30 aufweist, umfassen. Kraftmaschine 10 umfasst einen Kraftmaschineneinlass 23 und einen Kraftmaschinenauslass 25. Kraftmaschineneinlass 23 umfasst eine Drosselklappe 62, die über eine Einlassleitung 42 fluidisch mit dem Kraftmaschineneinlasskrümmer 44 gekoppelt ist. Der Kraftmaschinenauslass 25 umfasst einen Auslasskrümmer 48, der letztendlich zu einer Auslassleitung 35 führt, die Abgas an die Atmosphäre leitet. Drosselklappe 62 kann in der Einlassleitung 42 stromabwärts einer Aufladungsvorrichtung, wie zum Beispiel eines (nicht gezeigten) Turboladers, und stromaufwärts eines (nicht gezeigten) Nachkühlers positioniert sein. Somit kann der Nachkühler, soweit enthalten, dazu ausgelegt sein, die Temperatur der durch die Aufladungsvorrichtung komprimierten Einlassluft zu vermindern.
Kraftmaschinenauslass 25 kann eine oder mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen 70 umfassen, die in einer eng gekoppelten Position im Auslass angebracht sein können.
Eine oder mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, einen NOx-Speicherkatalysator, einen SCR-Katalysator usw. umfassen. Kraftmaschinenauslass 25 kann auch Dieselpartikelfilter (DPF) 102 umfassen, der vorübergehend Partikel aus den eintretenden Gasen filtert und stromaufwärts von Abgasreinigungsvorrichtung 70 positioniert ist. In einem Beispiel ist DPF 102, wie dargestellt, ein Dieselpartikelrückhaltesystem. Der DPF 102 kann eine monolithische Struktur aufweisen, die zum Beispiel aus Kordierit oder Siliciumcarbid besteht, mit mehreren Kanälen darin zum Filtern von Partikeln aus dem Dieselabgas. Auspuffrohrabgas, bei dem nach dem Durchgang durch den DPF 102 Partikel herausgefiltert wurden, kann in einem Partikelsensor 106 gemessen und weiter in einer Abgasreinigungsvorrichtung 70 verarbeitet werden und über die Auslassleitung 35 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Im dargestellten Beispiel ist Partikelsensor 106 ein resistiver Sensor, der die Filtereffizienz des DPF 102 basierend auf einer Änderung in der Leitfähigkeit, die über den Elektroden des Partikelsensors gemessen wurde, abschätzt. Eine schematische Ansicht 200 des Partikelsensors 106 ist bei 2 gezeigt, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird.
Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner ein Steuersystem 14 umfassen. Das Steuersystem 14 empfängt in der Darstellung Informationen von mehreren Sensoren 16 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden) und sendet Steuersignale an mehrere Aktuatoren 81 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden). Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgasströmungsratensensor 126, der dazu ausgelegt ist, eine Strömungsrate von Abgas durch die Auslassleitung 35 zu messen, einen Abgassensor (der sich im Auslasskrümmer 48 befindet), einen Temperatursensor 128, einen Drucksensor 129 (der sich stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 70 befindet) und einen Partikelsensor umfassen. Andere Sensoren, wie zum Beispiel zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-/Kraftstoffverhältnis-, Abgasströmungsraten- und Zusammensetzungssensoren können mit diversen Stellen im Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel können die Aktuatoren Kraftstoffeinspritzventile 66, Drosselklappe 62, DPF-Ventile, die die Filterregeneration steuern (nicht gezeigt), Schalter von Stromkreisen usw. umfassen. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 umfassen. Die Steuerung 12 kann mit computerlesbaren Anweisungen ausgelegt sein, die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1, verarbeitet die Signale und verwendet die verschiedenen Aktuatoren aus 1 zum Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs basierend auf den empfangenen Signalen und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind. Als ein Beispiel kann die Steuerung beim Betreiben des Partikelsensors zum Ansammeln von Rußpartikeln ein Steuersignal an einen Stromkreis senden, um eine Spannung an die Sensorelektroden der Partikelsensoranordnung anzulegen, um die geladenen Partikel auf der Oberfläche der Sensorelektroden einzufangen. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung während Regeneration des Partikelsensors ein Steuersignal an einen Regenerationskreis senden, um eine gewisse Zeit einen Schalter im Regenerationskreis zu schließen, um eine Spannung an Heizelemente, die mit den Sensorelektroden gekoppelt sind, anzulegen, um die Sensorelektroden zu heizen. Auf diese Weise werden die Sensorelektroden aufgeheizt, um Rußpartikel, die sich auf der Oberfläche der Sensorelektroden angesammelt haben, zu verbrennen. Beispielhafte Routinen werden hier unter Bezugnahme auf 5–7 beschrieben.
Jetzt Bezug nehmend auf 2 ist eine schematische Ansicht 200 eines Ausführungsbeispiels einer Partikelsensoranordnung 201 (wie etwa des Partikelsensors 106 aus 1) gezeigt. Die Partikelsensoranordnung 201 kann dazu ausgelegt sein, die Partikelmasse und/oder -konzentration im Abgas zu messen und kann daher mit einer Auslassleitung 278 (z. B. wie etwa der in 1 gezeigten Auslassleitung 35), stromaufwärts oder stromabwärts eines Dieselpartikelfilters (wie etwa des in 1 gezeigten DPF 102), gekoppelt sein.
In der schematischen Ansicht 200 ist die Partikelsensoranordnung 201 innerhalb der Auslassleitung 278 angeordnet, wobei Abgase (entlang der X-Achse) von stromabwärts des Dieselpartikelfilters zu einem Auspuffrohr strömen, wie durch Pfeile 274 angezeigt. Die Partikelsensoranordnung 201 umfasst ein äußeres, abgestuftes Rohr 202, ein inneres, abgestuftes Rohr 204, das innerhalb der äußeren Rohres 202 positioniert ist. Die Partikelsensoranordnung 201 umfasst ferner eine Platte 214, die ein Sensorelement 237 aufweist, das innerhalb des inneren Rohres 204 positioniert ist. Das äußere Rohr 202 und das innere Rohr 204 können jeweils asymmetrische Rohre sein. Zusammen bilden das äußere Rohr 202 und das innere Rohr 204, beispielsweise, ein asymmetrisches Schutzrohr der Partikelsensoranordnung 201.
Das äußere Rohr 202 kann ein hohles zylindrisches Rohr mit Radius R₁ sein, das über eine Sensorwulst (nicht gezeigt) an einem oberen Ende der Auslassleitung 278 befestigt sein kann. Das innere Rohr 204 kann ein hohles zylindrisches Rohr mit Radius R₂ sein, das koaxial innerhalb des äußeren Rohrs 202 positioniert und durch einen Abstand/eine Lücke 215 vom äußeren Rohr 202 getrennt ist. Hier ist das innere Rohr 204 kleiner als das äußere Rohr 202 (z. B. R₂ < R₁), und die Lücke 215 zwischen dem äußeren Rohr 202 und dem inneren Rohr 204 ist gleich der Differenz der Radien der zwei Rohre (z. B. R₂ – R₁). Daher kann das innere Rohr 204 mit Schrauben (nicht gezeigt), die, beispielsweise, entlang seitlicher Flächen des äußeren Rohres 202 positioniert sein können, am äußeren Rohr 202 gehalten sein. Das äußere Rohr 202 und das innere Rohr 204 können eine gemeinsame mittlere Achse Y-Y’ haben, die rechtwinklig zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) im Inneren der Auslassleitung 278 ist. Allerdings sind das innere Rohr 204 und das äußere Rohr 202 möglicherweise nicht symmetrisch.
Beispielsweise kann das äußere Rohr 202 zwei halbkreisförmige Regionen mit ungleichen Längen, die das asymmetrische abgestufte äußere Rohr bilden, umfassen. Hier umfasst das äußere Rohr 202 eine erste halbkreisförmige Region oder ein halbkreisförmiges Segment 206 der Länge L₁, die bzw. das fluidisch mit einer zweiten halbkreisförmigen Region oder einem halbkreisförmigen Segment 210 der Länge L₂ gekoppelt ist, wobei L₁ größer als L₂ ist. Die erste Region 206 und die zweite Region 210 umfassen eine gemeinsame obere Oberfläche 242. Die Differenz (L₁ – L₂) zwischen der ersten und zweiten Region führt zur Asymmetrie im äußeren Rohr 202. Die Asymmetrie im äußeren Rohr 202 bildet eine Stufe 280 aus. Daher ist die längere erste Region 206 näher am Partikelfilter, der stromaufwärts der Partikelsensoranordnung 201 positioniert ist, und weiter weg vom Auspuffrohr positioniert. Zusätzlich ist die kürzere zweite Region 210 fluidisch mit der ersten Region 206 gekoppelt und näher am Auspuffrohr und weiter weg vom Partikelfilter positioniert.
In ähnlicher Weise kann das innere Rohr 204 zwei halbkreisförmige Regionen mit ungleichen Längen, die das asymmetrische abgestufte innere Rohr 204 ausbilden, umfassen. Hier umfasst das innere Rohr 204 eine erste halbkreisförmige Region oder ein halbkreisförmiges Segment 208 der Länge L₁, die bzw. das mit einer zweiten halbkreisförmigen Region oder einem halbkreisförmigen Segment 212 der Länge L₂ gekoppelt ist, wobei L₁ größer als L₂ ist. In einem Beispiel ist die Länge der ersten Region 208 des inneren Rohres 204 im Wesentlichen gleich der Länge der ersten Region 206 des äußeren Rohres 202. In einem anderen Beispiel kann die Länge der ersten Region 208 des inneren Rohres 204 nicht gleich der Länge der ersten Region 206 des äußeren Rohres 202 sein. Ferner ist die erste Region 208 des inneren Rohres 204 innerhalb der ersten Region 206 des äußeren Rohres 202 positioniert. Daher ist die erste Region 208 des inneren Rohres 204 näher am Partikelfilter, der stromaufwärts der Partikelsensoranordnung 201 positioniert ist, und weiter weg vom Auspuffrohr positioniert. In ähnlicher Weise ist die Länge der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 im Wesentlichen gleich der Länge der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202. In einem Ausführungsbeispiel kann die Länge der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 nicht gleich der Länge der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202 sein. Die zweite Region 212 des inneren Rohres 204 kann innerhalb der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202 positioniert sein. Ähnlich dem äußeren Rohr 202 bildet die Differenz in den Längen der ersten Region 208 und der zweiten Region 212 des inneren Rohrs 204 die Stufe 280 aus.
Das innere Rohr 204 umfasst die innerhalb dessen positionierte Platte 214. In einem Beispiel kann die Platte 214 mittig innerhalb des inneren Rohres 204 positioniert sein und kann ferner als eine Erweiterung der Stufe 280 ausgelegt sein. Daher kann eine Kante der Platte 214 mit einer Kante der Stufe 280 gekoppelt sein, sodass die Platte 214 der Stufe 280 benachbart ist. Hier kann die Platte 214 eine lange Achse umfassen, die mit der mittleren Achse Y-Y’ zusammenfällt (koaxial zu dieser ist). Die Platte 214 trennt beispielsweise die erste Region 208 und die zweite Region 212 des inneren Rohres 204.
Die Platte 214 ist innerhalb der inneren Rohres 204 positioniert, sodass die Platte 214 orthogonal zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) im Inneren der Auslassleitung 278 ist. Zusätzlich ist die Platte 214 orthogonal zu einer langen Achse der Auslassleitung 278 positioniert. Die Platte 214 teilt das innere Rohr 204 in ein erstes Volumen 218 und ein zweites Volumen 220. Hier ist das erste Volumen 218 das Volumen, das innerhalb der ersten Region 208 des inneren Rohres 204 eingeschlossen ist. Das zweite Volumen 220 ist das Volumen, das innerhalb der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 eingeschlossen ist. Das erste Volumen 218 ist größer als das zweite Volumen 220 (da, beispielsweise, L₁ > L₂).
Bezug nehmend auf 3A ist eine Querschnittsansicht 300 der Partikelsensoranordnung 201 in einer Ebene entlang Linie A-A’ aus 2 gezeigt. Hier ist ein Querschnitt des äußeren Rohres 202, des inneren Rohres 204 und der Platte 214 gezeigt. Kurz gesagt, ist das innere Rohr 204 ein kleineres hohles zylindrisches Rohr, das im Inneren des äußeren Rohres 202 positioniert ist. In einem Beispiel ist die Platte 214 mittig innerhalb des inneren Rohres 204 positioniert, sodass die Platte 214 das innere Rohr 204 in das erste größere Volumen 218 und das zweite kleinere Volumen 220 teilt. Es versteht sich, dass das erste Volumen 218 des inneren Rohres 204 durch die Platte 214 fluidisch vom zweiten Volumen 220 des inneren Rohres 204 getrennt ist.
Eine Achse Z-Z’ in der Ansicht 300 kann das äußere Rohr 202 in zwei Volumen teilen; ein erstes Volumen 216 und ein zweites Volumen 224. Hier kann das erste Volumen 216 des äußeren Rohres 202 das Volumen sein, das in der Lücke zwischen der ersten Region 206 des äußeren Rohres 202 und der ersten Region 208 des inneren Rohres 204 eingeschlossen ist. In ähnlicher Weise kann das zweite Volumen 224 das Volumen sein, das in der Lücke zwischen der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202 und der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 eingeschlossen ist. Ähnlich dem inneren Rohr 204 kann das erste Volumen 216 des äußeren Rohres 202 größer als das zweite Volumen 224 des äußeren Rohres 202 sein. Anders als beim inneren Rohr 204 kann das erste Volumen 216 des äußeren Rohres 202 fluidisch mit dem zweiten Volumen 224 des äußeren Rohres 202 gekoppelt sein. Zusammen bilden das erste Volumen 216 und das zweite Volumen 224 beispielsweise das Volumen, das in der Lücke zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr eingeschlossen ist. Daher kann Abgas im Inneren des ersten Volumens 216, das innerhalb der ersten Region 206 des äußeren Rohres 202 eingeschlossen ist, spiralförmig in das zweite Volumen 224 gelangen. Hier ist das zweite Volumen 224 zwischen der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202 und der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 eingeschlossen. Das Abgas im Inneren des zweiten Volumens 224 des äußeren Rohres 202 kann über einen Schlitz 252 in die zweite Region 212 des inneren Rohres 204 eintreten. Hier ist der Schlitz 252 auf einer Oberfläche der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 ausgebildet, sodass Abgas von der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202 in die zweite Region 212 des inneren Rohres 204 in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung strömt. Daher wird Abgas, das innerhalb der Lücke zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr eingeschlossen ist, über den Schlitz 252 in das innere Rohr 204 freigesetzt. Insbesondere strömt, beispielsweise, Abgas vom zweiten Volumen 224 des äußeren Rohres 202 über den Schlitz 252 in Richtung der Platte 214 in das zweite Volumen 220 des inneren Rohres. Der Pfad des Abgases innerhalb der Partikelsensoranordnung wird ausführlicher in 4 beschrieben.
Hier umfasst die Platte 214, die innerhalb des inneren Rohres 204 positioniert ist, ein Sensorelement 237, das dazu ausgelegt ist, Rußpartikel im Abgas anzusammeln, das über den Schlitz 252 in das innere Rohr 204 eintritt. Daher umfasst das Sensorelement 237 Elektroden 312, die auf einem Substrat 310 ausgebildet sind. Das Substrat 310 ist in einem flächenteilenden Kontakt mit der Platte 214 und ist ferner rechtwinklig sowohl zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung als auch einer langen Achse der Auslassleitung. Das Substrat 310 des Sensorelements 237 kann in der Regel aus elektrisch hochisolierenden Materialien gefertigt sein. Mögliche elektrisch isolierende Materialien umfassen Oxide wie etwa Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Siliciumoxid und Kombinationen davon, die mindestens eines der vorstehenden oder ähnliche Materialien umfassen, die dazu geeignet sind, elektrische Kommunikation zu blockieren und physischen Schutz für die Elektroden 312 bereitzustellen. Verschiedene Konzepte für die Auslegung der Elektroden 312 sind möglich. Eine beispielhafte Auslegung der Elektroden 312 ist in 2 gezeigt.
Zurückkehrend zu 2 ist ein Paar von ineinandergreifenden Elektroden des Sensorelements 237 gezeigt. Hier kann ein Paar von planar ineinandergreifenden Elektroden 250 und 248 einzelne Elektroden umfassen, die eine „Kammstruktur“ ausbilden, wie durch die schwarzen und grauen Linien in Ansicht 200 angezeigt. Diese Elektroden können in der Regel aus Metallen wie Platin, Gold, Osmium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Aluminium, Titan, Zirkonium und dergleichen hergestellt sein, sowie aus Oxiden, Zementen, Legierungen und Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden Metalle umfassen. Jede Elektrode des ineinandergreifenden Paares kann aus dem gleichen Material wie die andere Elektrode des Paares oder aus einem anderen Material bestehen. Beispielsweise kann die Elektrode 248 aus dem gleichen Material bestehen wie die Elektrode 250. In einem weiteren Beispiel können Elektrode 248 und Elektrode 250 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Der Abstand zwischen den „Kammzinken“ der beiden Elektroden kann in der Regel im Bereich von 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer sein, wobei die Linienbreite jedes einzelnen „Zinkens“ etwa den gleichen Wert hat, obwohl letzteres nicht notwendig ist. Die Elektroden 248 und 250 können über elektrische Verbindungen mit einem Stromkreis 264 verbunden sein. Die Elektrode 248 des Sensorelements 237 ist über ein Verbindungskabel 268 mit einem positiven Anschluss einer Spannungsquelle 266 des Stromkreises 264 verbunden. Daher kann die Elektrode 248 als eine positive Elektrode bezeichnet werden. In ähnlicher Weise ist Elektrode 250 des Sensorelements 237 über ein Verbindungskabel 270 mit einer Messvorrichtung 272 verbunden und ferner mit einem negativen Anschluss der Spannungsquelle 266 des Stromkreises 264 verbunden. Daher kann die Elektrode 250 als eine negative Elektrode bezeichnet werden. Die Verbindungkabel 268 und 270, die Spannungsquelle 266 und die Messvorrichtung 272 sind Teil des Stromkreises 264 und sind außerhalb der Auslassleitung 278 untergebracht (als ein Beispiel < 1 Meter entfernt). Ferner können zum Beispiel die Spannungsquelle 266 und die Messvorrichtung 272 des Stromkreises 64 von einer Steuerung, wie etwa der Steuerung 12 aus 1, gesteuert werden, so dass am Partikelsensor gesammelte Partikel zum Diagnostizieren von Undichtigkeiten im DPF verwendet werden können. Daher kann die Messvorrichtung 272 eine beliebige Vorrichtung sein, die zum Messen einer Widerstandsänderung (oder Stromänderung) über den Elektroden geeignet ist, wie etwa ein Voltmeter (oder ein Amperemeter). Wenn sich Partikel oder Rußpartikel zwischen den Elektroden 248 und 250 ablagern, kann der Strom, der zwischen den Elektroden 248 und 250 gemessen wird, sich zu erhöhen beginnen, was durch die Messvorrichtung 272 gemessen wird. Die Steuerung 12 kann in der Lage sein, den Strom zu bestimmen und eine zugehörige Partikel- oder Rußlast auf den planaren Elektroden 248 und 250 des Sensorelements 237 der Partikelsensoranordnung 201 abzuleiten. Durch Überwachen der Last auf dem Sensorelement 237 kann die Auslassrußlast stromabwärts des DPF bestimmt werden und dabei verwendet werden, um Zustand und Funktionsfähigkeit des DPF zu diagnostizieren und zu überwachen.
Das Sensorelement 237 umfasst zusätzlich ein Heizelement (nicht gezeigt), das in das Sensorsubstrat integriert ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Sensorelement 237 kein Heizelement umfassen. Das Heizelement kann, unter anderem, einen Temperatursensor und einen Heizer umfassen. Mögliche Materialien für den Heizer und den Temperatursensor, die das Heizelement bilden, können Platin, Gold, Palladium und ähnliches; sowie Legierungen, Oxide und Kombinationen, die zumindest eines der vorgenannten Materialien umfassen, mit Platin/Aluminiumoxid, Platin/Palladium, Platin und Palladium, umfassen. Das Heizelement kann zum Regenerieren des Sensorelements 237 verwendet werden. Insbesondere während Bedingungen, bei denen die Partikellast oder Rußlast des Sensorelements 237 höher als eine Schwelle ist, kann das Heizelement betrieben werden, um angesammelte Rußpartikel von der Oberfläche des Sensors zu verbrennen. Während Regeneration des Partikelsensors kann die Steuerung 12 ein Steuersignal an einen Regenerationskreis senden, um eine bestimmte Spannung an das Heizelement anzulegen. Beispielsweise kann der Regenerationskreis Teil des Stromkreises 264 sein und kann eine zusätzliche Spannungsquelle, einen Schalter und Verbindungskabel, die die Spannungsquelle mit dem Heizelement verbinden, umfassen. Als ein Beispiel kann die Steuerung ein Steuersignal senden, um den Schalter im Regenerationskreis eine Schwellenzeit lang zu schließen, um die Spannung an das Heizelement anzulegen und so die Temperatur des Heizelements zu erhöhen. Wenn anschließend die Sensorelektroden hinreichend sauber sind, kann die Steuerung ein Steuersignal senden, um den Schalter im Regenerationskreis zu öffnen und das Heizen des Heizelements zu stoppen. Durch intermittierendes Regenerieren des Sensorelements 237 kann dieses in einen Zustand (z. B. entlasteten oder teilweise belasteten Zustand) zurückgebracht werden, der besser zum Sammeln von Abgasruß geeignet ist. Zusätzlich können genaue Informationen zum Abgasrußniveau von der Sensorregeneration abgeleitet werden, und diese Informationen können von der Steuerung zum Diagnostizieren von Undichtigkeiten im Partikelfilter verwendet werden.
Daher können Verunreinigungen, wie etwa große Partikel und Wassertröpfchen im Abgas auf die Sensorelektroden auftreffen, was zu abrupten Änderungen im Sensorausgang führen kann. Dies kann zu Schwankungen in der Sensorempfindlichkeit führen, weswegen die Überwachung von Undichtigkeiten im Partikelfilter durch den Sensor möglicherweise nicht mehr länger zuverlässig ist. Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich sein kann, größere Partikel und Wassertröpfchen an der Stufe 280, die im inneren und äußeren Rohr ausgebildet ist, durch Ausnutzen des höheren Widerstands der größeren Partikel gegen eine Umkehr der Strömungsrichtung herauszufiltern.
Daher kann das Sensorelement 237 auf der Platte 214 ausgebildet sein, näher an der Oberseite der Auslassleitung 278 als an der Stufe 280. Zusätzlich kann die Platte einen Schlitz 254, der unter dem Sensorelement 237 positioniert ist, umfassen. Hier ist der Schlitz 254 zwischen dem Sensorelement 237 und der Stufe 280 und näher am Sensorelement 237 als an der Stufe 280. Bezug nehmend auf 3B ist eine Querschnittsansicht 325 der Partikelsensoranordnung 201 in einer Ebene entlang Linie B-B’ aus 2 gezeigt. Hier ist ein Querschnitt des äußeren Rohres 202, des inneren Rohres 204 und der Platte 214 einschließlich des Schlitzes 254 gezeigt. Im Allgemeinen trennt die Platte 214 das erste Volumen 218 der ersten Region 208 vom zweiten Volumen 220, das innerhalb der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 eingeschlossen ist, sodass es keine Strömungsverbindung zwischen den beiden Volumen an der Platte geben kann. Allerdings ist das zweite Volumen 220 am Schlitz 254 fluidisch mit dem ersten Volumen 218 des inneren Rohres 204 gekoppelt. Daher ist es möglich, dass Abgas, das in das zweite Volumen 220 eingetreten ist (über Schlitz 252, wie in 3A beschrieben), beispielsweise, nur über Schlitz 254 in das erste Volumen 218 strömen kann.
Der auf der Platte 214 ausgebildete Schlitz 254 ist entlang Z-Z’ positioniert, was orthogonal zur mittleren Achse Y-Y’ ist. Ferner ist der Schlitz 254 orthogonal zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung. Hier ist die Richtung des Abgasstroms vom zweiten Volumen 220 in das erste Volumen 218 des inneren Rohres 204 entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung. Auf diese Weise kann, nachdem sich Rußpartikel auf den auf der Platte 214 ausgebildeten Sensorelektroden abgelagert haben, das Abgas über den Schlitz 254 in das erste Volumen 218, das innerhalb des inneren Rohres 204 eingeschlossen ist, freigesetzt werden. Daher kann Abgas aus dem ersten Volumen 218 über eine Unterseite des inneren Rohres 204 in die Auslassleitung freigesetzt werden, wie nachfolgend erläutert.
Zurückkehrend zu 2 umfasst das innere Rohr 204 die erste Region 208, die sich von einer Oberseite 244 des inneren Rohres 204 zu einer ersten Unterseite 236 des inneren Rohres erstreckt. Hier hat beispielsweise die erste Region 208 des inneren Rohres 204 das erste Volumen 218 eingeschlossen. Die erste Unterseite 236 ist möglicherweise nicht abgedichtet und ermöglicht daher dem Abgas innerhalb der ersten Region 208 des inneren Rohres 204, über die erste Unterseite 236 in die Auslassleitung freigesetzt zu werden. Daher kann das Abgas in eine Richtung orthogonal zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung 278 ausströmen. Allerdings kann Abgas möglicherweise nicht über die Oberfläche 236 in die Partikelsensoranordnung 201 eintreten. Abgas tritt nur über die Stufe 280 in die Partikelsensoranordnung 201 ein, wie nachfolgend beschrieben.
Das äußere Rohr 202 umfasst die erste Region 206, die sich bis zu einer Länge L₁ von einer Oberseite 242 zu einer ersten Unterseite 234 des äußeren Rohres 202 erstreckt. Die zweite Region 210 des äußeren Rohres 202 ist von der Länge L₂, die sich von der Oberseite 242 zu einer zweiten Unterseite 240 erstreckt. Zusätzlich ist die erste
Unterseite 234 nicht koplanar mit der zweiten Unterseite 240 des äußeren Rohres 202. Die Differenz in den Längen der ersten Region 206 und der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202 bildet die Stufe 280 der Höhe H₁ aus, die gleich L₁ – L₂ ist. Daher ist die erste Unterseite 234 des äußeren Rohres 202 von der zweiten Unterseite 240 des äußeren Rohres 202 um einen Abstand getrennt, der gleich der Höhe H₁ der Stufe 280 ist.
Hier sind die erste Unterseite 234 und die zweite Unterseite 240 des äußeren Rohres 202 ringförmige Regionen. Die ringförmige Region umfasst eine Breite, die im Wesentlichen gleich der Lücke 215 zwischen dem äußeren Rohr 202 und dem inneren Rohr 204 ist. Ferner sind die erste Unterseite 234 und die zweite Unterseite 240 des äußeren Rohres 202 abgedichtet. Daher kann Abgas über die erste oder zweite Unterseite des äußeren Rohres 202 weder in die Partikelsensoranordnung 201 eintreten, noch diese verlassen.
Ähnlich dem äußeren Rohr 202 umfasst das innere Rohr 204 zwei Regionen unterschiedlicher Längen. Das innere Rohr 204 umfasst die erste Region 208, die sich bis zu einer Länge L₁ von einer Oberseite 244 zu einer ersten Unterseite 236 des inneren Rohres 204 erstreckt. Die zweite Region 212 des inneren Rohres 204 ist von der Länge L₂, die sich von der Oberseite 244 zu einer zweiten Unterseite 238 erstreckt. Zusätzlich ist die erste Unterseite 236 nicht koplanar mit der zweiten Unterseite 238 des inneren Rohres 204. Die Differenz in den Längen der ersten Region 208 und der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 bildet die Stufe 280 der Höhe H₁ aus, die gleich L₁ – L₂ ist. Daher ist die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 von der zweiten Unterseite 238 des inneren Rohres 204 um einen Abstand getrennt, der gleich der Höhe H₁ der Stufe 280 ist.
Zusammenfassend ist die erste Unterseite 236 nicht koplanar mit der zweiten Unterseite 238 des inneren Rohres 204. Allerdings ist die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 koplanar mit der ersten Unterseite 234 des äußeren Rohres 202. In ähnlicher Weise ist die zweite Unterseite 238 des inneren Rohres 204 koplanar mit der zweiten Unterseite 240 des äußeren Rohres 202. Daher ist der Satz an koplanaren ersten Unterseiten 234 und 236 des äußeren und inneren Rohres nicht koplanar mit dem Satz an zweiten Unterseiten 238 und 240 des äußeren und inneren Rohres.
Ferner können die erste Unterseite 236 und die zweite Unterseite 238 des inneren Rohres 204 jeweils eine halbkreisförmige Region vom Radius R₂ sein. Die zweite Unterseite 238 kann abgedichtet sein, sodass Abgas weder über die zweite Unterseite 238 des inneren Rohres 204 in die Partikelsensoranordnung 201 eintritt noch diese verlässt. Wie bereits beschrieben, ist die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 möglicherweise nicht abgedichtet. Daher kann Abgas innerhalb der Partikelsensoranordnung 201 die Baugruppe über die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 verlassen. Daher kann das Abgas von der Partikelsensoranordnung 201 über die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 in eine Richtung orthogonal zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in die Auslassleitung 278 freigesetzt werden.
Bezug nehmend auf 3C ist eine Querschnittsansicht 350 der Partikelsensoranordnung 201 in einer Ebene entlang Linie C-C’ aus 2 gezeigt. Hier ist ein Querschnitt der ersten Unterseiten des inneren Rohres 204 und des äußeren Rohres 202, und der Stufe 280 gezeigt. Kurz gesagt, hat die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 einen halbkreisförmigen Querschnitt vom Radius R₂ und ist koplanar mit der ersten Unterseite 234 des äußeren Rohres 202. Die erste Unterseite 234 des äußeren Rohres 202 ist ein Ring mit einer Breite gleich der Differenz der Radien des äußeren und inneren Rohres. Daher können die erste Unterseite 234 des äußeren Rohres 202 und die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 jeweils mit einem unteren Ende der Stufe 280 gekoppelt sein. Ein oberes Ende der Stufe 280 kann mit der zweiten Unterseite des inneren und des äußeren Rohres gekoppelt sein. Hier ist eine Länge L₃ der Stufe 280 im Wesentlichen gleich dem Radius R1 des äußeren Rohres 202. Wie bereits beschrieben, verlässt Abgas innerhalb der Partikelsensoranordnung diesen über die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204. In der Ansicht 350 kann Abgas entlang der Y-Achse aus der Anordnung heraus (und in die Papierebene hinein, beispielsweise) strömen, die orthogonal zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung ist (z. B. Abgas strömt entlang der X-Achse)
Allerdings kann Abgas möglicherweise nur über die Stufe 280 in die Partikelsensoranordnung 201 eintreten. Die Erfinder haben erkannt, dass die Stufe 280, die als ein Ergebnis von Asymmetrie in sowohl dem äußeren als auch dem inneren Rohr ausgebildet ist, vorteilhaft verwendet werden kann, um, beispielsweise, Verunreinigungen am Eintreten in die Partikelsensoranordnung 201 zu hindern. Ferner kann die Stufe 280 zusätzlich Einlässe zum Leiten von Abgas in die Partikelsensoranordnung 201 umfassen, wie nachfolgend beschrieben.
Zurückkehrend zu 2, kann die Stufe 280 entlang einer Oberfläche, die rechtwinklig zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung ist, ausgebildet sein. Zusätzlich kann die Stufe 280 orthogonal zur Auslassleitung 278 sein. Hier umfasst die Stufe 280 eine abgedichtete Oberfläche 232 und zwei Einlässe 228 und 230, die auf beiden Seiten der abgedichteten Oberfläche 232 positioniert sind.
Einlässe 228 und 230 können auf gegenüberliegenden Seiten der Stufe 280 ausgebildet sein, sodass Abgas über die Einlässe in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung 278 in die Partikelsensoranordnung 201 geleitet werden kann. Zusätzlich können die Einlässe 228 und 230 Abgasstrom, beispielsweise, in die Lücke 215 zwischen dem inneren und äußeren Rohr leiten. In einem Ausführungsbeispiel können die Einlässe 228 und 230 rechteckige Öffnungen einer Höhe sein, die im Wesentlichen gleich der Höhe H₁ (L₁ – L₂, beispielsweise) der Stufe 280 ist. Hier kann eine Breite der Einlässe 228 und 230 gleich der Lücke 215 (z. B. R₂ – R₁) zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr der Partikelsensoranordnung 201 sein. Die abgedichtete Oberfläche 232 der Stufe 280 kann auf beiden Seiten durch die Einlässe 228 und 230 eingeschlossen sein. Daher ist eine Breite der abgedichteten Oberfläche 232 gleich dem Radius R₂ des inneren Rohres 204. Ferner ist eine Höhe der abgedichteten Oberfläche gleich der Höhe H₁ der Stufe 280 und zusätzlich gleich der Höhe der Einlässe 228 und 230.
Die abgedichtete Oberfläche 232 blockiert Abgasstrom in die Partikelsensoranordnung 201. Allerdings ermöglichen es die Einlässe 228 und 230 dem Abgas in der Auslassleitung 278, in die Partikelsensoranordnung 201 einzutreten.
Daher umfasst eine beispielhafte Partikelsensoranordnung ein äußeres abgestuftes Rohr mit einer ersten halbkreisförmigen Region und einer zweiten halbkreisförmigen Region, wobei die erste Region länger als die zweite Region ist, ein inneres abgestuftes Rohr koaxial zum äußeren abgestuften Rohr mit einer dritten halbkreisförmigen Region und einer vierten halbkreisförmigen Region, wobei die dritte Region länger als die vierte Region ist, und eine im Inneren des inneren abgestuften Rohres positionierte Platte mit einem Sensorelement. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das innere abgestufte Rohr koaxial innerhalb des äußeren abgestuften Rohres positioniert sein und kann von dem äußeren abgestuften Rohr durch eine Lücke getrennt sein, wobei eine Oberseite des inneren abgestuften Rohres koplanar mit einer Oberseite des äußeren abgestuften Rohres ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die erste Region eine erste abgedichtete Unterseite umfassen, und die zweite Region umfasst eine zweite, abgedichtete Unterseite, wobei die erste Unterseite nicht koplanar mit der zweiten Unterseite ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die dritte Region eine dritte, nicht abgedichtete Unterseite umfassen, und die vierte Region umfasst eine vierte, abgedichtete Unterseite, wobei die dritte Unterseite nicht koplanar mit der vierten Unterseite ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die erste Unterseite koplanar mit der dritten Unterseite sein, und die zweite Unterseite kann koplanar mit der vierten Unterseite sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die dritte Region koaxial innerhalb der ersten Region positioniert sein, wobei sich sowohl die erste Region als auch die dritte Region bis zu einer ersten Entfernung in einem Abgasrohr erstrecken können. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die vierte Region koaxial innerhalb der zweiten Region positioniert sein, wobei sich sowohl die zweite Region als auch die vierte Region bis zu einer zweiten Entfernung in dem Abgasrohr erstrecken. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Differenz zwischen der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung eine Stufe ausbilden, wobei eine Höhe der Stufe im Wesentlichen gleich der Differenz ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Länge der Stufe im Wesentlichen gleich einem Durchmesser der ersten Region und der zweiten Region sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Stufe Einlässe umfassen, die es im Abgasrohr strömenden Abgasen gestatten, die Strömungsrichtung umzukehren und über die Einlässe in den ringförmigen Raum zwischen dem inneren abgestuften Rohr und dem äußeren abgestuften Rohr einzutreten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die dritte Region einen ersten Schlitz zum Strömen des Abgases von dem ringförmigen Raum in einen ersten Raum, der durch die Platte und die vierte Region ausgebildet wird, und in Richtung des Sensorelements, das koaxial innerhalb des inneren Rohres positioniert ist, umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu umfasst die Platte einen zweiten Schlitz zum Leiten des Abgases von dem ersten Raum in einen zweiten Raum, der durch die Platte und die dritte Region ausgebildet ist, und weiter in Richtung eines Ausgangs in der dritten Unterseite.
Daher kann das Abgas durch Umkehren der Strömungsrichtung, wie in 4 gezeigt, in die Einlässe 228 und 230 eintreten. Bezug nehmend auf 4, zeigt eine schematische Darstellung 400 Abgasstrom durch die Partikelsensoranordnung 201. Insbesondere stellt Ansicht 400 Abgas dar, das über die an der Stufe 280 ausgebildeten Einlässe 228 und 230 in die Partikelsensoranordnung 201 strömt. Daher wird die Stufe 280 als ein Ergebnis des Koppelns von asymmetrischem inneren und äußeren Rohr ausgebildet, wie oben erläutert.
Abgas strömt, beispielsweise, entlang der X-Achse im Inneren der Auslassleitung 278, wie durch den Pfeil 274 gezeigt, von einem stromaufwärts gelegenen Partikelfilter zu Partikelsensoranordnung 201. Abgas kann Verunreinigungen 402, wie etwa größere Partikel und Wassertröpfchen, umfassen. Die Einlässe 228 und 230, die an der Stufe 280 ausgebildet sind, gestatten es dem Abgas, in eine Richtung, wie durch die Pfeile 222 und 226 angezeigt, entgegengesetzt der Richtung von Abgasstrom (274) in der Auslassleitung 278 in die Anordnung einzutreten. Die Einlässe 228 und 230 sind auf einer Seite der Partikelsensoranordnung 201, die näher einem Ende des Auspuffrohres und weiter entfernt von dem Partikelfilter stromaufwärts der Partikelsensoranordnung 201 ist. Wenn Abgas in der Auslassleitung 278 strömt, werden in einer Region um die Einlässe 228 und 230 statische Druckgefälle erzeugt. Hier besteht bei den und nahe der Einlässe 228 und 230 ein höherer statischer Druck als in Regionen, die weiter von den Einlässen 228 und 230 entfernt sind. Im Ergebnis wird Abgas über die Einlässe 228 und 230 in die Partikelsensoranordnung 201 geleitet. Der Teil des Abgases, der über die Einlässe 228 und 230 eintritt, durchläuft vor Eintreten in den Sensor einer Umkehr der Strömungsrichtung. Die Verunreinigungen 402 können der Größe nach groß sein und daher möglicherweise nicht durch das Druckgefälle, das bei den oder nahe der Einlässe 228 und 230 erzeugt wird, beeinflusst werden. Die Verunreinigungen 402 können weiter an der Partikelsensoranordnung 201 vorbei in der Auslassleitung strömen und aus dem Abgasrohr ausgestoßen werden. Dadurch kann das Sensorelement 237 der Partikelsensoranordnung 201, das innerhalb des inneren Rohres 204 positioniert ist, vor Auftreffen von Wassertröpfchen und größeren Partikeln geschützt werden. Auf diese Weise kann es, durch Erzeugen eines statischen Druckgefälles an den Einlässen und Leiten des Abgases in einer umgekehrten Richtung über die Einlässe in die Partikelsensoranordnung, möglich sein, größere Partikel und Wassertröpfchen herauszufiltern und dadurch die Menge an Verunreinigungen, die in die Partikelsensoranordnung 201 eintritt, verringern. Ferner können Einlässe an der Stufe der Partikelsensoranordnung dimensioniert, geformt und positioniert sein, um gleichförmigen Strom von Abgasen auf die Sensoroberfläche zu erzeugen. Daher können die Sensorelektroden vor Auftreffen von Wassertröpfchen und größeren Partikeln geschützt werden, und der Partikelsensor kann zuverlässiger gestaltet werden. Insgesamt kann die Funktionsfähigkeit des Partikelsensors, die Filterfähigkeiten des DPF zu schätzen (und dadurch DPF-Undichtigkeiten zu detektieren), verbessert werden, und die Abgasemissionseinhaltung kann verbessert werden, da Partikel im Abgas genauer und zuverlässiger detektiert werden können.
Der Teil des Abgases, der über den Einlass 228 der Stufe 280 in die Partikelsensoranordnung 201 eintritt, strömt in die Lücke 215 zwischen dem äußeren Rohr 202 und dem inneren Rohr 204. Insbesondere tritt der Teil des Abgases, der aufgrund eines Druckgefälles über den Einlass 228 (Pfeil 222) eintritt, wie vorher beschrieben, in die Partikelsensoranordnung 201 in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung 278 ein. In ähnlicher Weise tritt der Teil des Abgases, der über den Einlass 230 der Stufe 280 in die Anordnung eintritt, wie durch Pfeil 226 gezeigt, in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms 274 ein.
Als ein Beispiel strömt der Teil des Abgases in das erste Volumen 216 und spiralförmig in die Lücke 215 und strömt in das zweite Volumen 224 des äußeren Rohres 202. Hier ist das erste Volumen 216 zwischen der ersten, halbkreisförmigen Region 206 des äußeren Rohres 202 und der ersten halbkreisförmigen Region 208 des inneren Rohres 204 eingeschlossen. In ähnlicher Weise ist das zweite Volumen 224 zwischen der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202 und der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 eingeschlossen. Es ist anzumerken, dass das erste Volumen 216 fluidisch mit dem zweiten Volumen 224 gekoppelt ist. Ferner sind die erste Unterseite 234, die zweite Unterseite 240 und die Oberseite 242 abgedichtete Oberflächen. Daher kann der Teil des Abgases in der Lücke zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr wirbeln und kann innerhalb der Lücke eingeschlossen sein, wie durch Pfeile 404 und 412 angezeigt. Daher kann die spiralförmige oder wirbelnde Aktion des Abgases im Inneren der Lücke die Strömungsrate des Abgases verringern.
Allerdings umfasst die zweite Region 212 des inneren Rohres 204 einen Schlitz 252. In einem Beispiel kann der Schlitz 252 als ein rechteckiger Ausschnitt mit einer langen Achse parallel zur mittleren Achse Y-Y’ ausgelegt sein. Daher kann eine Höhe des Schlitzes 252 größer als eine Länge des Schlitzes 252 sein. Verschiedene andere Geometrien des Schlitzes 252 können möglich sein, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Beispielgeometrien umfassen Öffnungen, Löcher und ähnliches.
Daher gestattet der Schlitz 252 dem Teil des Abgases im zweiten Volumen 224 des äußeren Rohres 202, in das zweite Volumen 220 einzutreten. Hier umfasst das zweite Volumen 220 das Volumen, das zwischen der zweiten Region 212 des inneren Rohres 204 und der innerhalb des inneren Rohres 204 positionierten Platte 214 eingeschlossen ist. Die Richtung des Abgasstroms wird durch Pfeile 406 und 414 angezeigt. Der Teil des Abgases, der in das zweite Volumen 220 eintritt, strömt in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung 278. Ferner strömt der Teil des Abgases durch den Schlitz 252 in eine Richtung parallel zum Abgasstrom, der über die Einlässe 228 und 230 der Stufe in die Partikelsensoranordnung 201 eintritt. Daher wird das Abgas, das in das zweite Volumen 220 strömt, in Richtung der Platte 214 geleitet, wie durch Pfeile 406 und 414 angezeigt. Insbesondere wird das Abgas in Richtung des auf der Platte 214 ausgebildeten Sensorelements 237 geleitet. Wie in 2 gezeigt, umfasst das Sensorelement 237 ein Paar planarer, ineinandergreifender Elektroden 250 und 248, die dazu ausgelegt sind, Rußpartikel im Abgas über den Elektroden anzusammeln. Daher werden Rußpartikel im Abgas innerhalb des zweiten Volumens 220 über den Elektroden 248 und 250 des Sensorelements 237 angesammelt.
In einem Beispiel kann eine Länge des Schlitzes 252 im Wesentlichen gleich einer Länge des auf der Platte 214 ausgebildeten Sensorelements 237 sein. Daher kann das Sensorelement 237 eine gleichförmigere Rußablagerung durch direktes Auftreffen der Strömung auf die Oberfläche der Elektroden erfahren.
Die Platte 214 umfasst einen Schlitz 254, der unter dem Sensorelement 237 positioniert ist. Als ein Beispiel kann der Schlitz 254 als ein rechteckiger Ausschnitt mit einer langen Achse orthogonal zur mittleren Achse Y-Y’ ausgelegt sein. Hier ist die lange Achse des Schlitzes 254 orthogonal zur langen Achse des Schlitzes 252. Als ein Beispiel kann eine Länge des Schlitzes 254 größer sein als eine Höhe des Schlitzes 254. Verschiedene andere Geometrien des Schlitzes 254 können möglich sein, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Beispielgeometrien umfassen Öffnungen, Löcher und ähnliches.
Der Schlitz 254 kann dazu ausgelegt sein, Abgas von dem zweiten Volumen 220 in das erste Volumen 218 des inneren Rohres zu leiten (wie durch Pfeile 408 und 416 angezeigt). Zum größten Teil ist das erste Volumen 218 vom zweiten Volumen 220 durch die Platte 214 getrennt. Allerdings gestattet der auf der Platte 214 ausgebildete Schlitz 254 dem ersten Volumen 218, fluidisch mit dem zweiten Volumen 220 gekoppelt zu sein. Daher strömt Abgas vom zweiten Volumen 220 über den Schlitz 254 in eine Richtung entgegengesetzt (wie durch Pfeile 408 und 416 angezeigt) der Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) in der Auslassleitung 278 in das erste Volumen 218.
Abgas im Inneren des ersten Volumens 218 wird dann über die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 in die Auslassleitung freigesetzt. Wie bereits beschrieben, ist die erste Unterseite 236 des inneren Rohres 204 nicht abgedichtet. Daher wird Abgas über die erste Unterseite 236 in eine Richtung, wie durch Pfeile 418 und 410 angezeigt, in die Auslassleitung 278 freigesetzt. Hier verlässt das Abgas die Partikelsensoranordnung 201 über eine Unterseite des inneren Rohres 204 in eine Richtung orthogonal zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 274) im Inneren der Auslassleitung 278. Zusätzlich tritt das Abgas in die Partikelsensoranordnung 201 ein und verlässt die Partikelsensoranordnung in orthogonalen Richtungen.
Auf diese Weise kann die Partikelsensoranordnung mit einer Stufenstruktur, die unter Verwendung von asymmetrischem innerem und äußerem Rohr ausgebildet wird, ausgelegt sein. Zusätzlich kann die Stufe, die aus der Asymmetrie im inneren und äußeren Rohr resultiert, dazu ausgelegt sein, Abgas in der Auslassleitung in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms in der Auslassleitung zu leiten. Daher sind größere Partikel im Abgas möglicherweise nicht in der Lage, die Strömungsrichtung umzukehren und über die Stufe in die Partikelsensoranordnung einzutreten. Daher dient die Stufe dazu, die größeren Partikel im Abgasstrom zu hindern, auf das Sensorelement aufzutreffen, das durch die innerhalb der Anordnung positionierte Platte ausgebildet wird, und so Schwankungen der Sensorempfindlichkeit aufgrund von großen Partikeln, die sich am Sensorelement ablagern, zu verringern.
Wie bereits beschrieben, kann die abgestufte Anordnung als ein Ergebnis des Koppelns halbkreisförmiger Regionen mit ungleicher Länge ausgebildet werden. Als ein weiteres Beispiel kann die abgestufte Anordnung durch Ausbilden von Ausschnitten an hohlen zylindrischen Rohren erzeugt werden. Um weiter zu verdeutlichen, kann das äußere abgestufte Rohr aus einem äußeren zylindrischen hohlen Rohr mit Radius R und Länge L (z. B. kann R der Radius R₁ des äußeren Rohres 202 und Länge L kann Länge L₁ des äußeren Rohres 202 aus 2 sein) mit einem Teilausschnitt an einem Ende des Rohres gefertigt sein. Hier kann der Teil, der ausgeschnitten ist, ein Segment der Länge L₄, und Radius R₁, geschnitten vom äußeren Rohr bei einer Länge l (z. B. kann l die Länge L₂ der zweiten Region 210 des äußeren Rohres 202 aus 2 sein) von einer Oberseite des äußeren Rohres, sein. Daher ist L₄ gleich L₁ – L₂. In ähnlicher Weise kann das innere abgestufte Rohr aus einem zylindrischen hohlen Rohr mit Radius r (wobei r < R) mit einem Teilausschnitt an einem Ende des Rohres gefertigt sein (z. B. kann r der Radius R₂ des inneren Rohres 204 aus 2 sein). Hier kann der Teil, der ausgeschnitten ist, ein Segment mit Länge L₄ und Radius r, geschnitten vom inneren Rohr bei einer Länge l von einer Oberseite des inneren Rohres sein. Daher ist L₄ gleich L – l (und ferner, beispielsweise, gleich L₁ – L₂). Das Schutzrohr der Partikelsensoranordnung kann durch mittiges Anordnen des kleineren inneren Rohres innerhalb des größeren äußeren Rohres, mit Schrauben an dem äußeren Rohr gehalten, ausgebildet sein. Daher kann die Oberseite des inneren Rohres bündig mit der Oberseite des äußeren Rohres sein. Ferner kann der ausgeschnittene Teil des inneren Rohres innerhalb des ausgeschnittenen Teils des äußeren Rohres positioniert sein. Hier resultieren die ausgeschnittenen Teile des inneren und äußeren Rohres in einer Stufe. Wie bereits beschrieben, kann die Stufe dazu ausgelegt sein, größere Partikel zu blockieren und ferner das Abgas in die Partikelsensoranordnung zu leiten, um eine gleichmäßigere Rußansammlung an dem innerhalb der Anordnung positionierten Sensorelement sicherzustellen.
Daher umfasst ein Beispielsystem einen Partikelsensor, der sich stromabwärts eines Partikelfilters in einer Auslassleitung befindet, wobei der Partikelsensor ein eine Stufe umfassendes asymmetrisches Schutzrohr aufweist, wobei das asymmetrische Schutzrohr ein erstes Segment, das mit einem zweiten Segment gekoppelt ist, umfasst, wobei das erste Segment länger als das zweite Segment ist, und wobei ferner eine Differenz in den Längen zwischen dem ersten Segment und dem zweiten Segment die Stufe erzeugt. Als ein Beispiel können die ersten Regionen des inneren und des äußeren Rohres zusammen ein erstes Segment ausbilden. In ähnlicher Weise kann die zweite Region des inneren und des äußeren Rohrs ein zweites Segment ausbilden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das erste Segment ein erstes Volumen und ein zweites Volumen umfassen, und wobei das zweite Segment ein drittes Volumen und ein viertes Volumen umfasst, wobei das erste Volumen fluidisch mit dem dritten Volumen gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das System einen ersten Einlass an der Stufe, der Abgas in der Auslassleitung in das erste Volumen und anschließend in das dritte Volumen leitet, einen zweiten Einlass, der Abgas vom dritten Volumen in das vierte Volumen leitet, wobei das vierte Volumen Sensorelemente umfasst, die auf einer Platte positioniert sind, wobei die Platte das dritte Volumen und das zweite Volumen trennt, einen dritten Einlass an der Platte, durch den das Abgas vom vierten Volumen in das zweite Volumen strömt, und einen Auslass am ersten Segment, der das Abgas vom zweiten Volumen in die Auslassleitung leitet, umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu umfasst das System ferner eine Steuerung mit auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Ansammeln von Partikeln im Abgas auf den Sensorelementen, Bestimmen einer Last auf dem Partikelsensor basierend auf einem Strom, der zwischen den Sensorelementen erzeugt wird, und, als Reaktion darauf, dass die Last höher als eine Schwelle ist, Regenerieren des Partikelsensors (wie in 5–6 beschrieben).
Die 2–4 zeigen beispielhafte Auslegungen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn die Elemente als direkt miteinander in Kontakt oder direkt gekoppelt gezeigt sind, dann können diese Elemente zumindest in einem Beispiel als direkt in Kontakt miteinander bzw. direkt gekoppelt bezeichnet sein. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder angrenzend gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander anliegend bzw. angrenzend sein. Beispielsweise können Komponenten, die in schlüssigem Kontakt miteinander liegen, als in schlüssigem Kontakt miteinander bezeichnet sein. In einem anderen Beispiel können Elemente, die nur in einem Abstand getrennt voneinander ohne dazwischenliegende Komponenten positioniert sind, zumindest in einem Beispiel als solche bezeichnet sein. 2–4 werden maßstabsgerecht gezeigt, obgleich andere Relativabmessungen verwendet werden können.
Jetzt Bezug nehmend auf 5, ist ein Verfahren 500 zum Ansammeln von Partikeln im Abgasstrom über Sensorelektroden, die im Inneren des Partikelsensors (wie etwa, beispielsweise, eines in 1 gezeigten Partikelsensors 106 und/oder einer Partikelsensoranordnung 201 aus 2) positioniert sind, gezeigt. Insbesondere die Partikel im Abgasstrom können über Sensorelektroden, die auf einer Platte ausgebildet und innerhalb eines asymmetrischen Schutzrohres des Partikelsensors positioniert sein, angesammelt werden. Hier kann das asymmetrische Schutzrohr ein inneres asymmetrisches Rohr, das innerhalb eines äußeren asymmetrischen Rohres positioniert ist, umfassen. Daher können das innere und das äußere Rohr ungleiche Segmente umfassen, die, wenn sie zusammengekoppelt werden, in einer abgestuften Rohranordnung resultieren.
Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren 600 und 700 können durch eine Steuervorrichtung basierend auf Anweisungen, die in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeichert sind, ausgeführt werden und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Kraftmaschinenaktuatoren des Kraftmaschinensystems einsetzen, um den Kraftmaschinenbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 502 umfasst das Verfahren 500 Bestimmen und/oder Abschätzen von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Bestimmte Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können zum Beispiel Folgendes umfassen: Kraftmaschinendrehzahl, Abgasströmungsrate, Kraftmaschinentemperatur, Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgas, Abgastemperatur, verstrichene Zeit (oder zurückgelegte Distanz) seit letzter Regeneration des DPF, Partikellast auf dem Partikelsensor, Ladedruckniveau, Umgebungsbedingungen, wie barometrischer Druck und Umgebungstemperatur, usw.
Verfahren 500 fährt bei 504 fort, wo ein Teil des Abgases, das von stromabwärts eines Partikelfilters (wie etwa des DPF 102 aus 1) aus strömt, über Einlässe, die an einer Stufe des Partikelsensors ausgebildet sind, in einen Partikelsensor geleitet wird. Hier wird der Teil des Abgases in eine erste Region des Partikelsensors geleitet. Daher umfasst der Partikelsensor ein inneres asymmetrisches Rohr, das innerhalb eines äußeren asymmetrischen Rohres positioniert und ferner durch eine Lücke vom äußeren Rohr getrennt ist. Die erste Region ist innerhalb des äußeren Rohres enthalten und nicht innerhalb des inneren Rohres. Als ein Beispiel kann das äußere Rohr die erste Region, die fluidisch mit einer zweiten Region gekoppelt ist, umfassen. Die erste Region kann ein(e) halbkreisförmige(s) Region oder Segment der Länge L₁ sein. In ähnlicher Weise kann die zweite Region ein(e) halbkreisförmige(s) Region oder Segment der Länge L₂ sein. Hier ist L₁ größer als L₂, was, beispielsweise, in der asymmetrischen abgestuften Form des äußeren Rohres resultiert. In ähnlicher Weise kann das innere Rohr ein(e) dritte(s) halbkreisförmige(s) Region oder Segment, die bzw. das mit einer/einem dritten halbkreisförmigen Region oder Segment gekoppelt ist, umfassen. Hier kann die dritte Region länger als die vierte Region sein und so das innere abgestufte Rohr ausbilden. Wie bereits beschrieben, können das innere und das äußere Rohr zusammengekoppelt sein, um eine Stufe im Partikelsensor auszubilden. Zusätzlich umfasst die Stufe Einlässe, die dazu ausgelegt sind, Abgas in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Abgasstroms im Inneren der Auslassleitung zu leiten. Insbesondere kehrt ein Teil des Abgases die Richtung des Stroms um, um aufgrund der Druckgefälle, die sich bei den und nahe der Einlässe der Stufe bilden, über die Einlässe in den Partikelsensor einzutreten. Ein höherer statischer Druck wird in und um die Einlässe in der Stufe erzeugt. Als ein Ergebnis strömt ein größerer Teil des Abgases über die Einlässe der Stufe in den Partikelsensor. Zusätzlich bleiben größere Partikel und Wassertröpfchen im Abgas unbeeinflusst durch den höheren statischen Druck. Daher treten die größeren Partikel und Wassertröpfchen nicht über den Einlass in den Partikelsensor ein, wodurch, beispielsweise, Sensorfehler aufgrund von Ablagerungen dieser Partikel auf der empfindlichen Elektrodenoberfläche verringert werden. Es versteht sich, dass die Einlässe der Stufe den Teil des Abgases, beispielsweise, in die erste Region leiten und nicht in die zweite, dritte oder vierte Region.
Daher tritt der Teil des Abgases bei 504 über die Einlässe der Stufe in die erste Region des Partikelsensors ein. Als Nächstes fährt das Verfahren 500 bei 506 fort. Bei 506 umfasst Verfahren 500 spiralförmiges Leiten des Teils des Abgases von der ersten Region in die zweite Region des äußeren Rohres. Beispielsweise ist die erste Region fluidisch mit der zweiten Region gekoppelt. Daher wirbelt Abgas im Inneren der ersten Region innerhalb der Lücke, die zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr ausgebildet ist, und wird in Richtung der zweiten Region des äußeren Rohres geleitet.
Verfahren 500 fährt bei 508 fort. Bei 508 umfasst Verfahren 500 Strömen des Teils des Abgases in eine dritte Region des inneren Rohres. Hier umfassen die dritten Regionen einen ersten Schlitz, der auf der Oberfläche ausgebildet ist, sodass der Teil des Abgases, der von der zweiten Region in die dritte Region strömt, in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung strömt. Der erste Schlitz umfasst, beispielsweise, eine erste längere Achse, die orthogonal zur Richtung des Abgasstroms im Inneren der Auslassleitung ist.
Zusätzlich umfasst Strömen des Abgases über den ersten Schlitz in die dritte Region Strömen des Abgases in Richtung von Sensorelektroden, die auf einer im Inneren des inneren Rohrs positionierten Platte ausgebildet sind. Daher umfasst die Platte die Sensorelektroden. Wie bereits beschrieben, umfassen die Sensorelektroden, beispielsweise, ineinandergreifende positive und negative Elektroden, die auf einem Substrat ausgebildet sind, das mit der Platte gekoppelt ist und in Richtung des ersten Schlitzes weist. Verfahren 500 fährt dann bei 510 fort.
Bei 510 werden Partikel im Teil des Abgases, das im Inneren der dritten Region strömt, zwischen den Sensorelektroden zurückgehalten/angesammelt. Die positiven Elektroden sind mit dem positiven Anschluss einer Spannungsversorgung verbunden, und die negativen Elektroden sind mit einer Messvorrichtung und dann mit dem negativen Anschluss der Spannungsversorgung verbunden. Wenn die Steuerung eine Spannung an die Sensorelektroden anlegt, können Partikel im Inneren der dritten Region ein starkes elektrisches Feld erleben, das es ihnen ermöglicht, sich zwischen den Elektroden anzusammeln. Zusätzlich wird eine Last auf den Sensorelektroden basierend auf einem in den Sensorelektroden erzeugten Strom geschätzt. Wenn sich Partikel auf der Oberfläche der Sensorelektroden ansammeln, beginnt der Widerstand der Elektroden zu sinken, und ein durch die Messvorrichtung gemessener Strom beginnt zu steigen. Die Steuerung kann in der Lage sein, eine Last basierend auf dem über den Elektroden gemessenen Strom abzuleiten. Verfahren 500 fährt dann bei 512 fort.
Bei 512 umfasst Verfahren 500 Strömen des Teils des Abgases von der dritten Region in die vierte Region über einen zweiten, auf der Platte ausgebildeten Schlitz. Hier trennt die Platte die dritte Region und die vierte Region. Zusätzlich umfasst die Platte, beispielsweise, den zweiten Schlitz, der unterhalb der Sensorelektroden, über die der Teil des Abgases in die vierte Region eintritt, positioniert ist. Daher umfasst der zweite Schlitz, beispielsweise, eine zweite längere Achse, die, beispielsweise, orthogonal zur Richtung des Abgasstroms in der Auslassleitung ist. In einem Beispiel ist die zweite Achse des auf der Platte ausgebildeten zweiten Schlitzes, beispielsweise, orthogonal zur ersten Achse des ersten Schlitzes an der dritten Region. Verfahren 500 fährt dann bei 514 fort.
Bei 514 umfasst Verfahren 500 Leiten des Teils des Abgases von der vierten Region über eine Unterseite der vierten Region in die Auslassleitung. Daher ist die Richtung, bei der das Abgas den Partikelsensor verlässt, beispielsweise, orthogonal zur Richtung des Abgasstroms in der Auslassleitung. Wie bereits beschrieben, ist die Unterseite der ersten, zweiten und dritten Region abgedichtet. Die Unterseite der vierten Region ist nicht abgedichtet und ermöglicht so dem Abgas, über die Unterseite der vierten Region in die Auslassleitung freigesetzt zu werden. Verfahren 500 fährt dann bei 516 fort.
Bei 516 umfasst Verfahren 500 Bestimmen, ob die Bedingungen für Sensorelektrodenregeneration erfüllt sind. Insbesondere, wenn die Rußlast auf dem Partikelsensor größer als die Schwelle ist oder wenn ein Widerstand des Partikelsensors (temperaturangepasst) auf einen Schwellenwiderstand fällt oder wenn ein Strom des Partikelsensors größer als ein Schwellenstrom ist, können Bedingungen für eine Partikelsensorregeneration als erfüllt angesehen werden. In einigen Beispielen, wenn seit einer unmittelbar vorangehenden Sensorregeneration eine Schwellenzeit verstrichen ist, können die Regenerationsbedingungen als erfüllt angesehen werden. Der Partikelsensor kann eine Regeneration erfordern, um weiteres Detektieren von Partikeln zu ermöglichen.
Wenn Regenerationsbedingungen erfüllt sind (z. B. „JA“ bei 516), fährt Verfahren 500 bei 520 fort, wo der Partikelsensor mittels Durchführen eines in 6 beschriebenen Verfahrens regeneriert werden kann. Kurz gesagt, die Regeneration des Partikelsensors kann durch Aufheizen des Sensors initiiert werden. Der Partikelsensor kann, beispielsweise, durch Betätigen eines Heizelements, das thermisch mit dem Substrat der Sensorelektroden gekoppelt ist, aufgeheizt werden. Hier kann die Steuerung den Schalter in einem Regenerationskreis schließen und dadurch eine Spannung an das Heizelement anlegen, was bewirkt, dass sich das Heizelement aufheizt. Ferner kann die Steuerung während Regenerierens des Sensors keine Spannungen an die Sensorelektroden anlegen. Daher können die Sensorelektroden möglicherweise während der Sensorregeneration keinen Ruß ansammeln. Daher kann das Heizelement betätigt werden, bis die Rußlast des Sensors durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden ausreichend verringert wurde. Wenn allerdings Bedingungen für eine Partikelsensorregeneration nicht erfüllt sind (z. B. „NEIN“ bei 516), fährt das Verfahren bei 518 fort, wo die Partikel weiter an den Sensorelektroden gesammelt werden können.
Daher umfasst ein beispielhaftes Verfahren Leiten eines Teils des Abgases in einer Auslassleitung in einen Partikelsensor in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung über Einlässe in einer Stufe, wobei der Teil des Abgases in eine erste Region geleitet wird, und wobei der Teil des Abgases von der ersten Region spiralförmig in eine zweite Region geleitet wird, wobei die zweite Region fluidisch mit der ersten Region gekoppelt ist. Das Verfahren kann ferner Strömen des Teils des Abgases von der zweiten Region in eine dritte Region über einen ersten Schlitz an der dritten Region in Richtung von Sensorelektroden auf einer Platte in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung, Strömen des Teils des Abgases über einen an der Platte positionierten zweiten Schlitz in eine vierte Region, wobei die Platte die dritte Region und die vierte Region trennt, und Leiten des Teils des Abgases über eine Unterseite der vierten Region in Richtung der Auslassleitung in eine Richtung orthogonal zum Abgasstrom in der Auslassleitung umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die erste Region und die zweite Region zusammen ein äußeres asymmetrisches Rohr ausbilden, und wobei die dritte Region und die vierte Region zusammen ein inneres asymmetrisches Rohr ausbilden können, wobei das Rohr koaxial innerhalb des äußeren asymmetrischen Rohres positioniert ist. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Einlässe den Teil des Abgases in die erste Region leiten und nicht in die zweite Region, dritte Region oder die vierte Region. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine erste längere Achse des ersten Schlitzes orthogonal zu einer zweiten längeren Achse des zweiten Schlitzes sein, wobei sowohl die erste längere Achse als auch die zweite längere Achse orthogonal zur Richtung des Abgasstroms in der Auslassleitung sind.
Jetzt Bezug nehmend auf 6, ist ein Verfahren 600 zum Regenerieren des Partikelsensors (wie etwa, beispielsweise, eines in 1 gezeigten Partikelsensors 106 und/oder einer Partikelsensoranordnung 201 aus 2) gezeigt. Insbesondere, wenn die Rußlast auf dem Partikelsensor größer als die Schwelle ist oder wenn ein temperaturangepasster Widerstand des Partikelsensors auf einen Schwellenwiderstand fällt, können die Bedingungen für die Partikelsensorregeneration als erfüllt angesehen werden, und der Partikelsensor kann Regeneration erfordern, um weiteres Detektieren von Partikeln zu ermöglichen. Bei 602 kann Regeneration des Partikelsensors initiiert werden, und der Partikelsensor kann durch Aufheizen des Sensors bei 604 regeneriert werden. Der Partikelsensor kann durch Betätigen des Heizelements aufgeheizt werden, bis die Rußlast des Sensors durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden ausreichend verringert wurde. Die Partikelsensorregeneration wird in der Regel durch Verwendung von Timern gesteuert, und der Timer kann bei 602 auf eine Schwellenzeitdauer eingestellt werden. Alternativ kann die Sensorregeneration unter Verwendung einer Temperaturmessung der Sensorspitze oder durch Steuerung von Energie zum Heizer oder beliebiger oder aller von diesen gesteuert werden. Wenn der Timer zur Partikelsensorregeneration verwendet wird, dann umfasst Verfahren 600 bei 606 Überprüfen, ob die Schwellenzeitdauer verstrichen ist. Wenn die Schwellenzeitdauer nicht verstrichen ist (z. B. „NEIN“ bei 606), fährt Verfahren 600 bei 608 fort, wo der Regenerationskreis im Zustand EIN gehalten werden kann, um die Regeneration fortzusetzen. Wenn die Schwellenzeitdauer verstrichen ist (z. B. „JA“ bei 606), fährt Verfahren 600 bei 610 fort, wo die Partikelsensorregeneration beendet werden kann, und der Stromkreis kann bei 612 abgeschaltet werden. Ferner können die Sensorelektroden zum Beispiel auf die Abgastemperatur abgekühlt werden. Verfahren 600 fährt bei 614 fort, wo die Partikelsensorlast und der Regenerationsverlauf aktualisiert und im Speicher gespeichert werden können. Beispielsweise kann eine Häufigkeit von Partikelsensorregeneration und/oder eine durchschnittliche Dauer zwischen Sensorregenerationen aktualisiert werden, und das Verfahren endet.
Die Kraftmaschinenauslassleitung kann einen oder mehrere Partikelsensoren, die stromaufwärts und stromabwärts des DPF positioniert sind, zum Bestimmen einer Rußlast des DPF umfassen. Wenn der Partikelsensor stromaufwärts des DPF positioniert ist, kann basierend auf der Widerstandsänderung aufgrund von Ruß, der auf mehreren Elektroden des Partikelsensors abgelagert wird, eine Rußlast auf dem Sensor abgeleitet werden. Die so bestimmte Rußlast kann, beispielsweise, verwendet werden, um die Rußlast auf dem DPF zu aktualisieren. Wenn die Rußlast auf dem DPF größer als eine Schwelle für die DPF-Regeneration ist, kann die Steuerung Kraftmaschinenbetriebsparameter einstellen, um den DPF zu regenerieren. Insbesondere kann als Reaktion darauf, dass Bedingungen für Filterregeneration erfüllt sind, eine Temperatur des Filters (oder in der Nachbarschaft des Filters) ausreichend erhöht werden, um den abgelagerten Ruß abzubrennen. Dies kann Betreiben eines Heizers, der mit dem DPF gekoppelt ist, oder Anheben einer Temperatur von Kraftmaschinenabgas (z. B. durch fetten Betrieb), das in den DPF strömt, umfassen.
Jetzt Bezug nehmend auf 7, ist ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Diagnostizieren der DPF-Funktion basierend auf der Regenerationszeit des Partikelsensors gezeigt. Bei 702 kann mittels Kalibrierung durch die Steuerung die Zeit der Regeneration für den Partikelsensor, t(i)_regen, berechnet werden, die die vom Ende der vorhergehenden Regeneration bis zum Start der aktuellen Regeneration des Partikelsensors gemessene Zeit ist. Bei 704 wird t(i)_regen mit t(i – 1)_regen verglichen, was die früher kalibrierte Regenerationszeit des Partikelsensors ist. Hiervon kann abgeleitet werden, dass der Rußsensor mehrmals eine Regeneration durchlaufen kann, um den DPF zu diagnostizieren. Falls t(i)_regen kleiner als der halbe Wert von t(i – 1)_regen ist, wird bei 708 angezeigt, dass der DPF undicht ist, und ein DPF-Verschlechterungssignal wird initiiert. Alternativ oder zusätzlich zum oben erwähnten Prozess kann der DPF unter Verwendung anderer Parameter, wie etwa Abgastemperatur, Kraftmaschinendrehzahl/-last usw. diagnostiziert werden. Das Verschlechterungssignal kann, beispielsweise, durch eine Fehlfunktionsanzeigeleuchte am Diagnosecode initiiert werden. Zusätzlich umfasst Verfahren 700 Einstellen von Kraftmaschinenbetrieb basierend auf Anzeigen von Undichtigkeit im DPF bei 710. Einstellen von Kraftmaschinenbetrieb kann, beispielsweise, Begrenzen von Kraftmaschinendrehmoment bei 712 umfassen. In einem Beispiel können, als Reaktion auf Detektieren einer Undichtigkeit im DPF, Kraftmaschinenleistung und -drehmoment verringert werden. Verringern von Kraftmaschinenleistung und -drehmoment kann die Menge von Partikelemissionen im Abgas verringern. Beispielsweise kann Einstellen von Kraftmaschinenbetrieb Verringern von Kraftstoff, der unter Bedingungen mit hoher Last in eine Dieselkraftmaschine eingespritzt wird, umfassen, wodurch Drehmoment verringert wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann, als Reaktion auf Detektieren einer Undichtigkeit im DPF, eine AGR-Nutzung verringert werden. Zusätzlich oder alternativ dazu erscheint ein Kraftmaschinenwarnzeichen auf dem Armaturenbrett, um die maximale Strecke anzuzeigen, die das Fahrzeug vor einer DPF-Serviceprüfung fahren kann.
Eine aktuelle Regenerationszeit von weniger als der Hälfte der vorausgegangenen Regenerationszeit kann anzeigen, dass die Zeit, die der Stromkreis für das Erreichen der Schwelle R_regen benötigt, deutlich kürzer ist, und somit ist die Regenerationshäufigkeit höher. Eine höhere Regenerationshäufigkeit im Partikelsensor kann anzeigen, dass das ausströmende Abgas aus einer größeren Menge an Partikeln zusammengesetzt ist als mit einem normal funktionierenden DPF realisiert wird. Wenn daher die Änderung der Regenerationszeit im Rußsensor die Schwelle, t_regen, erreicht, bei der die aktuelle Regenerationszeit des Partikelsensors kleiner als die Hälfte der vorausgegangenen Regenerationszeit ist, wird eine DPF-Verschlechterung oder eine Undichtigkeit angezeigt, zum Beispiel über eine Anzeige für einen Bediener und/oder über Setzen einer Markierung (Flag), die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert ist, der mit dem Prozessor gekoppelt ist, der an ein mit dem Prozessor gekoppeltes Diagnosewerkzeug gesendet werden kann. Falls die Änderung der Regenerationszeit in dem Rußsensor die Schwelle t_regen nicht erreicht, wird bei 706 kein undichter DPF angezeigt. Auf diese Weise können Undichtigkeiten in einem stromaufwärts des Partikelsensors positionierten Partikelfilter auf der Grundlage einer Ablagerungsrate der Partikel auf den Partikelsensorelektroden detektiert werden.
Jetzt Bezug nehmend auf 8, zeigt Diagramm 800 eine beispielhafte Beziehung zwischen der Rußlast auf dem Partikelsensor und der Rußlast auf dem Partikelfilter. Insbesondere zeigt Diagramm 800 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Partikelsensorregeneration und der Rußlast des DPF, speziell, wie Partikelsensorregeneration DPF-Verschlechterung anzeigen kann. Vertikale Markierungen t0, t1, t2, t3, t4, t5 und t6 identifizieren signifikante Zeiten im Betrieb und System von Partikelsensor und DPF.
Die erste Auftragung aus 8 zeigt eine Rußlast auf dem Partikelsensor. Wie zuvor beschrieben, lagern sich Partikel über der positiven und negativen Elektrode ab, die auf einer Platte ausgebildet sind, die im Inneren einer abgestuften Anordnung positioniert ist. Wenn sich Ruß ansammelt, beginnt ein über den Elektroden gemessener Strom anzusteigen (oder ein Widerstand der Elektroden beginnt sich zu verringern). Die Steuerung kann in der Lage sein, eine Rußlast (Auftragung 802) basierend auf dem gemessenen Strom/Widerstand zu bestimmen. Daher ist die Rußlast an der Unterkante der Auftragung bei ihrem niedrigsten Wert und vergrößert sich in Richtung der Oberkante der Auftragung in vertikaler Richtung in ihrem Ausmaß. Die horizontale Richtung stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken Seite zu der rechten Seite der Auftragplotung zu. Horizontale Kennzeichnung 806 stellt die Schwellenlast für Regeneration des Partikelsensors in der oberen Auftragung dar. Auftragung 804 stellt die Rußlast auf dem DPF dar, und die horizontale Markierung 808 stellt die Schwellenrußlast des DPF in der zweiten Auftragung dar.
Zwischen t0 und t1 ist ein Partikelsensorregenerationszyklus gezeigt. Zum Zeitpunkt t0 ist der Partikelsensor in einem relativ sauberen Zustand, wie durch eine niedrige Partikellast gemessen (Auftragung 802). Eine mit dem Partikelsensor gekoppelte Steuerung bestimmt die Rußlast des Partikelsensors, beispielsweise, basierend auf dem über den Sensorelektroden gemessenen Strom/Widerstand. Wenn die Steuerung bestimmt, dass die Rußlast klein ist, kann sie Anweisungen an einen Regenerationskreis senden, um die Zufuhr von Hitze zu beenden, sodass ein Detektionskreis beginnen kann, die Ansammlung von Partikellast zu detektieren. Wenn sich die Partikellast am Sensor erhöht, sammelt sich Ruß in der Lücke zwischen den Sensorelektroden an.
Zwischen t0 und t1, wenn sich weiterhin Partikel ansammeln, erhöht sich die Rußlast (Auftragung 802) entsprechend, und ferner erhöht sich auch die Rußlast am DPF (Auftragung 804). In einigen Beispielen kann die Rußlast auf dem DPF, beispielsweise, auf einer Partikelsensorlast basieren, wenn sich der Partikelsensor stromaufwärts des DPF befindet.
Bei t1 erreicht die Rußlast auf dem Partikelsensor (Auftragung 802) die Schwellenlast für Regeneration des Partikelsensors (Markierung 806). Die Schwellenlast kann eine Last sein, bei der der Sensor eine Regeneration erfordern kann. Bei t1 kann Partikelsensorregeneration initiiert werden, wie früher erläutert. Kurz gesagt, kann die Steuerung einen Schalter in dem Stromkreis schließen, um Spannung an die Heizelemente, die, beispielsweise, entlang der inneren Oberfläche des mittleren Elements ausgebildet sind, anzulegen. Zusätzlich kann der Partikelsensor möglicherweise nicht im Partikelansammlungsmodus betrieben werden, daher kann die Steuerung möglicherweise keine Spannung an die Sensorelektroden anlegen.
Daher kann, zwischen t1 und t2, der Partikelsensor durch Einschalten des Stromkreises für Regeneration regeneriert werden. Beispielsweise kann bei t2 der Partikelsensor ausreichend kühl sein, und kann beginnen, Ruß anzusammeln und zwischen t2 und t3 fortfahren, Ruß anzusammeln (DPF-Regenerationszyklus). Während der Zeit zwischen t2 und t3 erhöht sich die DPF-Rußlast weiter (Auftragung 804). Allerdings erreicht die Rußlast auf dem DPF bei t3 (Auftragung 804) die Schwellenrußlast für DPF-Regeneration (Markierung 808). Zwischen t3 und t4 kann der DPF regeneriert werden, um den auf dem DPF abgelagerten Ruß zu verbrennen. Ferner kann bei t4 die Häufigkeit der Partikelsensorregeneration mit einer vorher geschätzten Regenerationshäufigkeit des Partikelsensors verglichen werden. Basierend darauf, dass die Häufigkeit der Partikelsensorregeneration ähnlich vorherigen Zyklen bleibt, kann bestimmt werden, dass der DPF nicht undicht ist. Auf diese Weise kann, basierend auf dem Partikelsensorausgang, der DPF-Zustand überwacht und auf Undichtigkeiten diagnostiziert werden.
Zwischen t5 und t6 ist ein weiterer DPF-Zyklus gezeigt. Hier erhöht sich die Rußlast auf dem DPF zwischen t5 und t6 allmählich (Auftragung 804). Während dieser Zeit kann die Rußlast auf dem Partikelsensor (Auftragung 802) überwacht werden. Auftragung 802 zeigt den Partikelsensor, der mehrere Regenerationszyklen durchläuft, wie früher beschrieben. Allerdings hat sich die Häufigkeit der Regeneration des Partikelsensors beinahe verdoppelt (Auftragung 802). Die höhere Regenerationshäufigkeit im Partikelsensor kann anzeigen, dass das ausströmende Abgas aus einer größeren Menge an Partikeln zusammengesetzt ist, als mit einem normal funktionierenden DPF realisiert wird. Daher kann bei t6 eine DPF-Undichtigkeit angezeigt sein.
Auf diese Weise kann ein genaueres Maß der Abgaspartikellast und damit der DPF-Rußlast bestimmt werden. Daher erhöht dies die Effizienz von Filterregenerationsvorgängen. Zusätzlich kann durch Ermöglichen einer genaueren Diagnose eines Abgas-DPF die Abgasemissionseinhaltung verbessert werden. Daher verringert dies die hohen Gewährleistungskosten des Austauschens funktionsfähiger Partikelfilter, und die Betriebslebensdauer der Abgassystemkomponenten wird verlängert.
Auf diese Weise kann ein Sensorelement durch zwei asymmetrische Schutzrohre abgeschirmt werden, was ferner die gleichmäßige Rußablagerung verbessert. Abgase können über eine am Schutzrohr ausgebildete Stufe in die Sensoranordnung eintreten. Daher kann das Abgas Änderungen in der Strömungsrichtung durchlaufen, was hilft, die Strömungsrate zu verringern. Ferner können Einlässe an den Rohren der Partikelsensoranordnung dimensioniert, geformt und positioniert sein, um gleichmäßigen Strom von Abgasen auf die Sensoroberfläche zu erzeugen. Eine technische Auswirkung eines gleichmäßigeren Strömungsaufpralls der Probengase auf einen Partikelsensor kann durch Verringern der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases erreicht werden. Nach dem Eintreten in das erste äußere Rohr kann das Abgas die Richtung ändern und nach oben zur Oberseite der Sensoranordnung gedrängt werden, bevor es in die Einlassöffnungen eintritt, und kann dann nach unten und aus den Auslasskanälen an der Unterseite der Sensoranordnung heraus strömen. Daher kann durch Unterbrechen des Strömungspfads des Abgases und Verringern der Geschwindigkeit die Gleichförmigkeit der Strömung über die Partikelsensoroberfläche erhöht werden. Außerdem kann durch Verwenden der Stufe zum Erzwingen einer Änderung der Gasströmungsrichtung der Partikelsensor von einer Verunreinigung durch größere Partikel und Wassertröpfchen abgeschirmt werden. Daher kann die Stufe, die als ein Ergebnis der Asymmetrie im inneren und äußeren Rohr ausgebildet ist, als ein Filter für die Verunreinigungen im Abgasstrom wirken. Daher können die Verunreinigungen möglicherweise nicht in die Partikelsensoranordnung eintreten. Daher können, ohne zusätzliche Komponenten zur Partikelsensoranordnung hinzuzufügen, die innerhalb der Anordnung positionierten Sensorelektroden vor Auftreffen von Wassertröpfchen und größeren Partikeln geschützt werden.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen einen Partikelsensor bereit, der ein äußeres abgestuftes Rohr mit einer ersten halbkreisförmigen Region und einer zweiten halbkreisförmigen Region, wobei die erste Region länger als die zweite Region ist, ein inneres abgestuftes Rohr koaxial zum äußeren abgestuften Rohr mit einer dritten halbkreisförmigen Region und einer vierten halbkreisförmigen Region, wobei die dritte Region länger als die vierte Region ist, und eine im Inneren des inneren abgestuften Rohres positionierte Platte mit einem Sensorelement umfasst. In einem ersten Beispiel des Partikelsensors kann der Sensor zusätzlich oder alternativ dazu umfassen, dass das innere abgestufte Rohr koaxial innerhalb des äußeren abgestuften Rohres positioniert und von dem äußeren abgestuften Rohr durch eine Lücke getrennt ist, und wobei eine Oberseite des inneren abgestuften Rohres koplanar mit einer Oberseite des äußeren abgestuften Rohres ist. Ein zweites Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner, dass die erste Region eine erste, abgedichtete Unterseite umfasst und dass die zweite Region eine zweite, abgedichtete Unterseite umfasst, wobei die erste Unterseite nicht koplanar mit der zweiten Unterseite ist. Ein drittes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem und zweitem Beispiel und umfasst ferner, dass die dritte Region eine dritte, nicht abgedichtete Unterseite umfasst und dass die vierte Region eine vierte, abgedichtete Unterseite umfasst, wobei die dritte Unterseite nicht koplanar mit der vierten Unterseite ist. Ein viertes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem bis einschließlich drittem Beispiel und umfasst ferner, dass die erste Unterseite koplanar mit der dritten Unterseite ist und dass die zweite Unterseite koplanar mit der vierten Unterseite ist. Ein fünftes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem bis einschließlich viertem Beispiel und umfasst ferner, dass die dritte Region koaxial innerhalb der ersten Region positioniert ist, wobei sich die erste Region und die dritte Region zu einer ersten Entfernung in einem Abgasrohr erstrecken. Ein sechstes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem bis einschließlich fünftem Beispiel und umfasst ferner, dass die vierte Region koaxial innerhalb der zweiten Region positioniert ist, wobei sich die zweite Region und die vierte Region zu einer zweiten Entfernung im Abgasrohr erstrecken. Ein siebtes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem bis einschließlich fünftem Beispiel und umfasst ferner, dass eine Differenz zwischen der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung eine Stufe ausbildet, wobei eine Höhe der Stufe im Wesentlichen gleich der Differenz ist. Ein achtes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem bis einschließlich siebtem Beispiel und umfasst ferner, dass eine Länge der Stufe im Wesentlichen gleich einem Durchmesser der ersten Region und der zweiten Region ist. Ein neuntes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem bis einschließlich achtem Beispiel und umfasst ferner, dass die Stufe Einlässe umfasst, die es dem Abgas gestatten, im Abgasrohr zu strömen, um die Strömungsrichtung umzukehren und über die Einlässe in die Lücke zwischen dem inneren abgestuften Rohr und dem äußeren abgestuften Rohr einzutreten. Ein zehntes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem bis einschließlich neuntem Beispiel und umfasst ferner, dass die dritte Region einen ersten Schlitz zum Strömen des Abgases von der Lücke in den ersten, zwischen der Platte und der vierten Region eingeschlossenen Raum umfasst; wobei der erste Raum das Sensorelement umfasst. Ein elftes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem bis einschließlich zehntem Beispiel und umfasst ferner, dass die Platte einen zweiten Schlitz zum Leiten des Abgases von dem ersten Raum in einen zweiten, zwischen der Platte und der dritten Region eingeschlossenen Raum und weiter in Richtung eines Ausgangs in der dritten Unterseite umfasst.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren bieten auch ein Verfahren zum Erfassen von Partikeln in einem Partikelsensorsystem, wobei das Verfahren Leiten eines Teils des Abgases in einer Auslassleitung in einen Partikelsensor in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung über Einlässe in einer Stufe, Leiten des Teils des Abgases in eine erste Region, spiralförmiges Leiten des Abgases von der ersten Region in eine zweite Region, wobei die zweite Region fluidisch mit der ersten Region gekoppelt ist, Strömen des Teils des Abgases von der zweiten Region in eine dritte Region über einen ersten Schlitz an der dritten Region in Richtung von Sensorelektroden auf einer Platte in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung, Strömen des Teils des Abgases über einen zweiten, auf der Platte positionierten Schlitz in eine vierte Region, wobei die Platte die dritte Region und die vierte Region trennt, und Führen des Teils des Abgases über eine Unterseite der vierten Region in Richtung der Auslassleitung in eine Richtung orthogonal zum Abgasstrom in der Auslassleitung umfasst. In einem ersten Beispiel des Verfahrens kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ dazu umfassen, dass die erste Region und die zweite Region zusammen ein äußeres asymmetrisches Rohr ausbilden, und wobei die dritte Region und die vierte Region zusammen ein inneres asymmetrisches Rohr ausbilden, wobei das Rohr koaxial innerhalb des äußeren asymmetrischen Rohres positioniert ist. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner, dass die Einlässe den Teil des Abgases in die erste Region leiten und nicht in die zweite Region, dritte Region oder vierte Region. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem und zweitem Beispiel und umfasst ferner, dass eine erste längere Achse des ersten Schlitzes orthogonal zu einer zweiten längeren Achse des zweiten Schlitzes ist, wobei sowohl die erste längere Achse als auch die zweite längere Achse orthogonal zur Richtung des Abgasstroms in der Auslassleitung sind.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren bieten ein System, das einen Partikelsensor umfasst, der sich stromabwärts eines Partikelfilters in einer Auslassleitung befindet, wobei der Partikelsensor ein eine Stufe umfassendes asymmetrisches Schutzrohr aufweist, wobei das asymmetrische Schutzrohr ein erstes Segment, das mit einem zweiten Segment gekoppelt ist, umfasst, wobei das erste Segment länger als das zweite Segment ist, und wobei ferner eine Differenz in den Längen zwischen dem ersten Segment und dem zweiten Segment die Stufe erzeugt. In einem ersten Beispiel des Partikelsensors kann der Sensor zusätzlich oder alternativ dazu umfassen, dass das erste Segment ein erstes Volumen und ein zweites Volumen umfasst, und wobei das zweite Segment ein drittes Volumen und ein viertes Volumen umfasst, wobei das erste Volumen fluidisch mit dem dritten Volumen gekoppelt ist. Ein zweites Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner einen ersten Einlass an der Stufe, der Abgas in der Auslassleitung in das erste Volumen und anschließend in das dritte Volumen leitet, einen zweiten Einlass, der Abgas vom dritten Volumen in das vierte Volumen leitet, wobei das vierte Volumen Sensorelemente umfasst, die auf einer Platte positioniert sind, wobei die Platte das dritte Volumen und das zweite Volumen trennt, einen dritten Einlass an der Platte, durch den das Abgas vom vierten Volumen in das zweite Volumen strömt, und einen Auslass am ersten Segment, der das Abgas vom zweiten Volumen in die Auslassleitung leitet. Ein drittes Beispiel des Partikelsensors umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere aus erstem und zweitem Beispiel und umfasst ferner eine Steuerung mit auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Ansammeln von Partikeln im Abgas auf den Sensorelementen, Bestimmen einer Last auf dem Partikelsensor basierend auf einem Strom, der zwischen den Sensorelementen erzeugt wird, und, als Reaktion darauf, dass die Last höher als eine Schwelle ist, Regenerieren des Partikelsensors.
In einer weiteren Darstellung kann ein beispielhaftes Verfahren Umkehren eines Abgasströmungsrichtung und Strömen eines Teils eines Abgases von einem Partikelfilter in eine Partikelsensoranordnung über Einlassschlitze an einer ersten Oberfläche der Partikelsensoranordnung, wobei die erste Oberfläche eine stromabwärtige Oberfläche ist, spiralförmiges Leiten des Teils des Abgases in eine ringförmigen Region der Partikelsensoranordnung, wobei die ringförmige Region zwischen einem äußeren asymmetrischen Rohr und einem inneren asymmetrischen Rohr der Partikelsensoranordnung ausgebildet ist, Leiten des Teils des Abgases in Richtung eines auf einer Platte, die mittig innerhalb der Partikelsensoranordnung positioniert ist, ausgebildeten Sensorelements über einen rechteckigen Schlitz auf einer stromabwärtigen Oberfläche des inneren asymmetrischen Rohres, Strömen des Teils des Abgases durch eine Perforation auf der Platte zu einem inneren Segment des inneren asymmetrischen Rohres und Leiten des Teils des Abgases durch eine Unterseite des inneren Segments des inneren asymmetrischen Rohres umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die erste Oberfläche eine Stufe umfassen, die orthogonal zu einer Abgasströmungsrichtung ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Verfahren Ansammeln von Partikeln auf dem Sensorelement umfassen und kann ferner Regenerieren des Sensorelements basierend auf einer Partikellast auf dem Sensorelement umfassen.
In noch einer weiteren Darstellung kann ein Partikelsensor ein äußeres Schutzrohr, das einen ersten, an einem ersten Teil des äußeren Rohres ausgebildeten Ausschnitt umfasst, ein inneres Rohr, das koaxial innerhalb des äußeren Rohres positioniert ist und das einen zweiten Ausschnitt an einem zweiten Teil des inneren Rohres aufweist, wobei der zweite Teil nahe dem ersten Teil ist; und eine mittlere Platte, die Sensorelemente aufweist, wobei die mittlere Platte das innere Rohr in zwei Segmente teilt, umfassen.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendbar sind. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht-flüchtigem Speicher gespeichert werden und können durch das Steuerungssystem, einschließlich der Steuerung zusammen mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Kraftmaschinenhardware ausgeführt werden. Die spezifischen Routinen, die hier beschrieben werden, können eine oder mehrere von einer beliebigen Zahl von Verarbeitungsstrategien wie z. B. ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen aufweisen. Somit können verschiedene dargestellte Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen im dargestellten Ablauf oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Dementsprechend ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient lediglich der Erleichterung der Darstellung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Darüber hinaus können die beschriebenen Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen grafisch einen im nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Kraftmaschinensteuerungssystem zu programmierenden Code darstellen, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließlich den verschiedenen Kraftmaschinenhardwarekomponenten zusammen mit der elektronischen Steuerung, umgesetzt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie ist zum Beispiel auf V6-, R4- (I4-), R6- (I6-), V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen anwendbar. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden, besonders hervor. Diese Ansprüche beziehen sich möglicherweise auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer dieser Elemente einschließen, wobei sie zwei oder mehr von diesen Elementen weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Partikelsensoranordnung, die Folgendes umfasst: ein äußeres abgestuftes Rohr, das eine erste halbkreisförmige Region und eine zweite halbkreisförmige Region aufweist, wobei die erste Region länger als die zweite Region ist; ein inneres abgestuftes Rohr, das koaxial zu dem äußeren abgestuften Rohr ist und eine dritte halbkreisförmige Region sowie eine vierte halbkreisförmige Region aufweist, wobei die dritte Region länger als die vierte Region ist; und eine im Inneren des inneren abgestuften Rohres positionierte Platte, die ein Sensorelement aufweist.
Partikelsensoranordnung nach Anspruch 1, wobei das innere abgestufte Rohr koaxial innerhalb des äußeren abgestuften Rohres positioniert und von dem äußeren abgestuften Rohr durch eine Lücke getrennt ist, und wobei eine Oberseite des inneren abgestuften Rohres koplanar mit einer Oberseite des äußeren abgestuften Rohres ist.
Partikelsensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Region eine erste, abgedichtete Unterseite umfasst und die zweite Region eine zweite, abgedichtete Unterseite umfasst, wobei die erste Unterseite nicht koplanar mit der zweiten Unterseite ist.
Partikelsensoranordnung nach Anspruch 3, wobei die dritte Region eine dritte, abgedichtete Unterseite umfasst und die vierte Region eine vierte, abgedichtete Unterseite umfasst, wobei die dritte Unterseite nicht koplanar mit der vierten Unterseite ist.
Partikelsensoranordnung nach Anspruch 4, wobei die erste Unterseite koplanar mit der dritten Unterseite ist und die zweite Unterseite koplanar mit der vierten Unterseite ist.
Partikelsensoranordnung nach Anspruch 2, wobei die dritte Region koaxial innerhalb der ersten Region positioniert ist, wobei sich die erste Region und die dritte Region zu einer ersten Entfernung in einem Abgasrohr erstrecken.
Partikelsensoranordnung nach Anspruch 6, wobei die vierte Region koaxial innerhalb der zweiten Region positioniert ist, wobei sich die zweite Region und die vierte Region zu einer zweiten Entfernung in dem Abgasrohr erstrecken.
Partikelsensoranordnung nach Anspruch 7, wobei eine Differenz zwischen der ersten Entfernung und der zweiten Entfernung eine Stufe ausbildet, wobei eine Höhe der Stufe im Wesentlichen gleich der Differenz ist.
Partikelsensoranordnung nach Anspruch 8, wobei eine Länge der Stufe im Wesentlichen gleich einem Durchmesser der ersten Region und der zweiten Region ist.
Partikelanordnung nach Anspruch 8, wobei die Stufe Einlässe umfasst, die es im Abgasrohr strömenden Abgasen gestatten, die Strömungsrichtung umzukehren und über die Einlässe in die Lücke zwischen dem inneren abgestuften Rohr und dem äußeren abgestuften Rohr einzutreten.
Partikelanordnung nach Anspruch 10, wobei die dritte Region einen ersten Schlitz zum Strömen des Abgases von der Lücke in den ersten, zwischen der Platte und der vierten Region eingeschlossenen Raum umfasst; wobei der erste Raum das Sensorelement umfasst.
Partikelanordnung nach Anspruch 11, wobei die Platte einen zweiten Schlitz zum Leiten des Abgases von dem ersten Raum in einen zweiten Raum, der zwischen der Platte und der dritten Region eingeschlossen ist, und weiter in Richtung eines Ausgangs in der dritten Unterseite, umfasst.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Leiten eines Teils von Abgas in einer Auslassleitung in einen Partikelsensor in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung über Einlässe in einer Stufe; Leiten des Teils des Abgases in eine erste Region; spiralförmiges Leiten des Teils des Abgases von der ersten Region in eine zweite Region, wobei die zweite Region fluidisch mit der ersten Region gekoppelt ist; Strömen des Teils des Abgases von der zweiten Region in eine dritte Region über einen ersten Schlitz an der dritten Region in Richtung von Sensorelektroden auf einer Platte in eine Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom in der Auslassleitung; Strömen des Teils des Abgases über einen zweiten, an der Platte positionierten Schlitz in eine vierte Region, wobei die Platte die dritte Region und die vierte Region trennt; und Lenken des Teils des Abgases über eine Unterseite der vierten Region in Richtung der Auslassleitung in eine Richtung orthogonal zum Abgasstrom in der Auslassleitung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste Region und die zweite Region zusammen ein äußeres asymmetrisches Rohr ausbilden, und wobei die dritte Region und die vierte Region zusammen ein inneres asymmetrisches Rohr ausbilden, wobei das Rohr koaxial innerhalb des äußeren asymmetrischen Rohres positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Einlässe den Teil des Abgases in die erste Region leiten und nicht in die zweite Region, die dritte Region oder die vierte Region.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine erste längere Achse des ersten Schlitzes orthogonal zu einer zweiten längeren Achse des zweiten Schlitzes ist, wobei sowohl die erste längere Achse als auch die zweite längere Achse orthogonal zur Richtung des Abgasstroms in der Auslassleitung sind.
System, das Folgendes umfasst: einen Partikelsensor, der sich stromabwärts eines Partikelfilters in einer Auslassleitung befindet, wobei der Partikelsensor ein eine Stufe umfassendes asymmetrisches Schutzrohr aufweist, wobei das asymmetrische Schutzrohr ein erstes Segment, das mit einem zweiten Segment gekoppelt ist, umfasst, wobei das erste Segment länger als das zweite Segment ist, und wobei ferner eine Differenz in den Längen zwischen dem ersten Segment und dem zweiten Segment die Stufe erzeugt.
System nach Anspruch 17, wobei das erste Segment ein erstes Volumen und ein zweites Volumen umfasst, und wobei das zweite Segment ein drittes Volumen und ein viertes Volumen umfasst, wobei das erste Volumen fluidisch mit dem dritten Volumen gekoppelt ist.
System nach Anspruch 18, das ferner einen ersten Einlass an der Stufe umfasst, der Abgas in der Auslassleitung in das erste Volumen und anschließend in das dritte Volumen leitet; einen zweiten Einlass, der das Abgas vom dritten Volumen in das vierte Volumen leitet, wobei das vierte Volumen Sensorelemente umfasst, die auf einer Platte positioniert sind, wobei die Platte das dritte Volumen und das zweite Volumen trennt; einen dritten Einlass an der Platte, der das Abgas vom vierten Volumen in das zweite Volumen leitet; und einen Auslass am ersten Segment, der das Abgas vom zweiten Volumen in die Auslassleitung leitet.
System nach Anspruch 19, das ferner eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen umfasst, die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, um: Partikel im Abgas auf den Sensorelementen anzusammeln; eine Last auf dem Partikelsensor basierend auf einem Strom, der zwischen den Sensorelementen erzeugt wird, zu bestimmen; und als Reaktion darauf, dass die Last größer als eine Schwelle ist, den Partikelsensor zu regenerieren.