DE102017109389A1 - Verfahren und system zur erfassung von feinstaub in abgas - Google Patents

Verfahren und system zur erfassung von feinstaub in abgas Download PDF

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für eine Feinstaub(FS)-Sensoranordnung bereitgestellt, die einem Dieselpartikelfilter in einem Abgassystem nachgelagert angeordnet ist. In einem Beispiel kann ein Verfahren das Drehen der FS-Sensoranordnung in einem Abgaskanal unter Erzeugung einer Ausgabe beinhalten, wobei das Drehen auf Abgasstrombedingungen in dem Abgaskanal basiert. Durch das Drehen der FS-Sensoranordnung über ein Lager kann eine Geschwindigkeit der Rußpartikelansammlung an einem Sensorelement der Anordnung auf einem gewünschten Niveau und unabhängig von einer Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal gehalten werden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft das Erfassen von Feinstaub in einem Abgassystem.
  • Hintergrund/Kurzdarstellung
  • Systeme zur Steuerung der Motoremissionen können diverse Abgassensoren verwenden. Bei einem beispielhaften Sensor kann es sich um einen Feinstaubsensor handeln, der auf die Feinstaubmasse und/oder -konzentration im Abgas hinweist. In einem Beispiel kann der Feinstaubsensor durch das Ansammeln von Feinstaub (Particulate Matter – FS) im Laufe der Zeit und durch das Bereitstellen einer Anzeige des Ausmaßes der Ansammlung als Maß für Feinstaubniveaus betrieben werden. Der Feinstaubsensor kann einem Dieselpartikelfilter vor- und/oder nachgelagert sein und zum Erfassen unterschiedlicher Feinstaubbelastungen an dem Partikelfilter und für den Diagnosebetrieb des Partikelfilters verwendet werden.
  • Ein beispielhafter FS-Sensor wird von Zhang et. al. in US 2015/0355067 A1 dargestellt. Darin beinhaltet der FS-Sensor ein Schutzrohr mit Perforierungen und es ist ein Sensorelement in dem Rohr angeordnet, das den Perforierungen zugewandt ist. Der FS-Sensor ist an einem Abgaskanal, der einem Partikelfilter nachgelagert ist, auf solche Weise befestigt, dass die Perforierungen an einer nachgelagerten Oberfläche des Schutzrohrs angeordnet sind und einem Endstück des Abgaskanals zugewandt sind. In einer solchen Konfiguration kann der Abgasstrom durch den Abgaskanal Druckvariationen entlang der Außenseite des Schutzrohrs ausgesetzt sein. Zum Beispiel kann ein höherer statischer Druck an der nachgelagerten Oberfläche des Schutzrohrs erzeugt werden als entlang den Seiten des Schutzrohrs. Wegen des höheren statischen Drucks an der nachgelagerten Oberfläche im Vergleich zu den Seitenflächen kann das Abgas in Richtung der nachgelagerten Oberfläche des FS-Sensors eingezogen werden. Insbesondere können die Abgase in Richtung der Perforierungen an der nachgelagerten Oberfläche des Schutzrohrs gezogen werden und das Abgas kann über die Perforierungen in einer der Richtung des Abgasstroms im dem Abgaskanal entgegengesetzten Richtung in den FS-Sensor eintreten.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Zum Beispiel funktioniert die oben genannte Konfiguration unter der Annahme, dass die Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal konstant ist. Da der Sensor an dem Abgaskanal befestigt ist, fallen die Perforierungen nur dann, wenn die Perforierungen des Schutzrohrs entlang einer Oberfläche angeordnet sind, die der dem enormen Abgasstrom zugewandten Oberfläche diametral gegenüberliegt, mit der Seite des Rohrs mit dem höheren statischen Druck zusammen. Wenn sich die Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal ändert (z. B. aufgrund von Änderungen der Motordrehzahl, -last, Zylinderabschaltung, Abgasventilsteuerung und dergleichen), können die Perforierungen nicht mehr an der Seite mit dem hohen statischen Druck angeordnet sein. In einigen Konfigurationen kann der Abgaskanal mehrere Kanäle oder Wege umfassen, von denen einige auseinander- und andere zusammenlaufen. Zusammen können diese Wege Abgas durch verschiedene Komponenten des Motorsystems leiten. Wenn der FS-Sensor beispielsweise an einer Schnittstelle von zwei senkrechten Kanälen angeordnet ist, kann sich die Richtung des Abgasstroms um 90 ° ändern, wenn der Abgasstrom von einem Kanal zum anderen umschaltet wird. In solchen Fällen können die Perforierungen an dem Rohr an der Seite mit dem höheren statischen Druck beispielsweise vorhanden sein, wenn Abgas durch einen der Kanäle strömt, doch nicht, wenn Abgas durch den zweiten, senkrechten Kanal strömt. Wenn sich die Richtung des Abgasstroms um 90 ° ändert, wenn Abgas durch den zweiten Kanal strömt, können die Perforierungen an dem Rohr nicht mehr an der Seite mit dem im Vergleich zu dem zweiten Kanal höheren Druck angeordnet sein. Stattdessen können die Perforierungen nun an einer Seite mit geringerem Druck angeordnet sein. Demnach kann Abgas von den Perforierungen weggestoßen werden, wodurch sich der Abgasstrom in den Sensor verringert. Dadurch kann die Empfindlichkeit des Sensors verringert werden. Bei verringerter Empfindlichkeit ist der Rußsensor möglicherweise nicht in der Lage, Undichtigkeiten des Partikelfilters auf verlässliche Weise zu bestimmen. Demnach können Fehler in dem Sensor zu einer falschen Anzeige einer Beeinträchtigung des Dieselpartikelfilters (DPF) und einer unnötigen Ersetzung funktionierender Filter führen.
  • In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme teilweise durch ein Verfahren angegangen werden, das, während Abgas durch einen Abgaskanal strömt, eine Ausgabe einer an den Abgaskanal gekoppelten drehbaren Feinstaub(FS)-Sensoranordnung erzeugt, wobei sich die Drehung der drehbaren FS-Sensoranordnung ändert, wenn sich die Bedingungen für den Abgasstrom ändern. Auf dieses Weise kann durch das Drehen der FS-Sensoranordnung auf Grundlage der Abgasstrombedingungen ein Eintritt in den FS-Sensor automatisch darauf eingestellt werden, dass er sich an einer Seite mit höherem statischem Druck befindet, wodurch das Ausmaß des Abgasstroms in die FS-Sensoranordnung erhöht wird.
  • In einem Beispiel kann eine Abgas-FS-Sensoranordnung einem Abgaspartikelfilter in einem Abgaskanal nachgelagert angeordnet sein. Die FS-Sensoranordnung kann ein zylindrisches Gehäuse aufweisen, das über ein Lager drehbar an dem Abgaskanal befestigt ist, und es kann ein Sensorelement in dem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann zusätzlich eine Öffnung aufweisen, die nur an einer Seite angeordnet ist, und von daher kann die Öffnung zwischen einem Paar perforierter Strömungsplatten angeordnet sein, die an beiden Seiten der Öffnung an dem Gehäuse angebracht sind. Die Anordnung des Lagers kann eine freie Drehung der FS-Sensoranordnung um eine Mittelachse an dem Gehäuse mit verringerter Reibung zwischen dem Gehäuse und einer Oberfläche des Abgaskanals ermöglichen. Zum Beispiel kann sich, wenn sich eine Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal um ein Ausmaß in Höhe eines Schwellenwerts ändert, die FS-Sensoranordnung in dem Abgaskanal so drehen, dass die Öffnung der Anordnung an einer nachgelagerten Seite angeordnet ist, an der der statische Druck höher ist. Auf diese Weise kann eine erhöhte Partikelmenge in dem Abgas in die Öffnung in Richtung des Sensorelements geleitet werden. Daher kann es sich bei der Drehung der FS-Sensor-Anordnung um eine von einer passiven Drehung oder einer aktiven Drehung handeln. Während der passiven Drehung können die an der Anordnung angebrachten Strömungsplatten die Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal erfassen und die Anordnung dementsprechend beispielsweise über das Lager drehen. Während der aktiven Drehung kann die FS-Sensoranordnung über einen mit der Anordnung gekoppelten Motor gedreht werden. Hier kann die Ausgabe des Motors auf Grundlage der erfassten Abgasstrombedingungen eingestellt werden.
  • Die technische Wirkung des Drehens der FS-Sensoranordnung in dem Abgaskanal auf Grundlage der erfassten Abgasstrombedingungen besteht darin, dass die Öffnung am Gehäuse automatisch an eine nachgelagerte Seite bewegt wird, wenn der statische Druck höher wird. Demnach wird das durch den Abgaskanal strömende Abgas um die Anordnung umgeleitet und dazu gedrängt, über die Öffnung zwischen den perforierten Strömungsplatten in die Anordnung einzutreten. Auf dieses Weise kann die Abgasmenge, die in die Anordnung eintritt, erhöht werden. Das über die Öffnung eingehende Abgas wird anschließend in Richtung des Sensorelements geleitet, das der Öffnung zugewandt angeordnet ist. Partikel im Abgas werden an dem Sensorelement gesammelt. Demnach können die Abgasmenge und somit die Partikelmenge, die sich an dem Sensorelement ablagert, von der Richtung des eingehenden Abgasstroms unabhängig werden, wodurch der den Partikelfilter verlassende Feinstaub genauer und zuverlässiger gemessen wird. Ferner können größere Partikel und/oder Wassertröpfchen von den Strömungsplatten festgehalten werden. Demnach kann das Sensorelement vor dem Aufprall von Wassertröpfchen und größeren Partikeln geschützt werden. Insgesamt können diese Eigenschaften des Sensors bewirken, dass eine Ausgabe des Sensors genauer ist, wodurch sich die Genauigkeit der Schätzung der Partikelbelastung an einem Partikelfilter erhöht.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um auf vereinfachte Art und Weise eine Auswahl an Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder maßgebliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands festzustellen, dessen Umfang einzig und allein in den Ansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Motors und einer drehbaren Feinstaub(FS)-Sensoranordnung in einem Abgasstrom.
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm des FS-Sensors, das ein zylindrisches Gehäuse umfasst, das an einem Abgaskanal über ein Lager befestigt ist, wobei das Gehäuse ein Paar Strömungsplatten aufweist, die an einer Seite des Gehäuses befestigt sind.
  • 3a–3B zeigt Querschnittansichten des Gehäuses, des Lagers, der Strömungsplatten, einer zwischen den Strömungsplatten ausgebildeten Öffnung und eines Sensorelements, das in dem Gehäuse der Öffnung zugewandt angeordnet ist.
  • 4 zeigt ein schematisches Diagramm der FS-Sensoranordnung, die ein Abgas zeigt, das über eine Mehrzahl von in den Strömungsplatten ausgebildeten Perforierungen in die FS-Sensoranordnung strömt.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Sammeln von Partikeln in dem Abgasstrom an dem Sensorelement darstellt, das in dem Gehäuse der FS-Sensoranordnung angeordnet ist.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Regenerieren des Sensorelements der FS-Sensoranordnung darstellt.
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren von Lecks in einem Partikelfilter darstellt, der der FS-Sensoranordnung vorgelagert darstellt ist.
  • 8 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Rußbelastung an der PM-Sensoranordnung und einer Rußbelastung an einem Partikelfilter, der stromaufwärts der PM-Sensoranordnung angeordnet ist.
  • 9 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Abgasstromrichtung, einer Position einer drehbaren FS-Sensoranordnung und einer Ausgabe der PM-Sensoranordnung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Erfassen von Feinstaub(FS) in einem Abgasstrom eines Motorsystems, zum Beispiel des in 1 dargestellten Motorsystems. Eine drehbare PM-Sensoranordnung kann an einen Abgaskanal des Motorsystems gekoppelt sein, wie in 2 dargestellt. Im Grunde genommen kann die FS-Sensoranordnung ein zylindrisches Gehäuse umfassen, das über ein Lager an dem Abgaskanal befestigt ist. Darüber hinaus kann die FS-Sensoranordnung eine Öffnung umfassen, die an einer Seite des Gehäuses angeordnet ist. Zwei parallele Strömungsplatten können an jeder Seite der Öffnung befestigt sein. Querschnittansichten des Gehäuses mit dem Lager, den Strömungsplatten und der Öffnung sind in 3A–3B dargestellt. Die Strömungsplatte kann zusätzlich eine Mehrzahl von Perforierungen aufweisen, die dazu konfiguriert sind, Abgas von dem Abgaskanal aufzunehmen und das Abgas über die Öffnung in Richtung eines Sensorelements zu leiten, das in dem Gehäuse angeordnet ist, wie in 4 dargestellt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann sich die FS-Sensoranordnung auf Grundlage der wahrgenommenen Abgasstrombedingungen passiv über das Lager drehen. In einem anderen Beispiel kann die Anordnung einen Motor aufweisen und darüber hinaus kann eine Steuerung dazu konfiguriert sein, eine Steuerroutine wie eine beispielhafte Routine aus 5 auszuführen, damit sich die FS-Sensoranordnung auf Grundlage der erfassten Abgasstrombedingungen dreht. Hier kann das Drehen der FS-Sensoranordnung das Drehen der Anordnung umfassen, um es dem Abgas zu ermöglichen, über die Öffnung in Richtung des Sensorelements in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal in das Gehäuse einzutreten. Rußpartikel im Abgas werden anschließend an den Elektroden, die an dem Sensorelement ausgebildet sind, gesammelt. Eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Abgasstromrichtung, einer Position der drehbaren FS-Sensoranordnung und einer Ausgabe der Anordnung ist in 9 dargestellt. Die Steuerung kann die FS-Sensoranordnung (6) intermittierend reinigen, um eine fortgesetzte FS-Kontrolle zu ermöglichen. Ferner kann die Steuerung dazu konfiguriert sein, eine Routine wie eine Beispielroutine aus 7 auszuführen, um den Abgaspartikelfilter auf Grundlage einer Zeit zwischen den Regenerierungen des FS-Sensors zu regenerieren. Ein Beispiel für eine Filterdiagnose ist in 8 dargestellt. Auf diese Weise kann die Funktion des FS-Sensors zum Schätzen der Filterkapazitäten des DPF (und dadurch zum Erkennen von DPF-Lecks) erhöht werden.
  • 1 zeigt eine schematische Abbildung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 beinhaltet ein Motorsystem 8. Das Motorsystem 8 kann einen Motor 10 beinhalten, der eine Mehrzahl von Zylindern 30 aufweist. Der Motor 10 beinhaltet einen Motoreinlass 23 und einen Motorauslass 25. Der Motoreinlass 23 beinhaltet eine Drossel 62, die fluidisch über einen Einlasskanal 42 an den Motoransaugkrümmer 44 angekoppelt ist. Der Motorausgang 25 umfasst einen Abgaskrümmer 48, der schließlich zu einem Abgaskanal 35 führt, der Abgas an die Atmosphäre leitet. Die Drossel 62 kann in dem Ansaugkanal 42 angeordnet sein, der einer Aufladevorrichtung, zum Beispiel einem Turbolader (nicht abgebildet), nachgelagert ist und einem Nachkühler (nicht abgebildet) vorgelagert ist. Sofern vorhanden kann der Nachkühler dazu konfiguriert sein, die Temperatur der Ansaugluft zu verringern, die durch die Aufladevorrichtung komprimiert wird.
  • Der Motorauslass 25 kann eine oder mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen 70 umfassen, die an einer kurzgekuppelten Position im Auslass befestigt sein können. Eine oder mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, NOx-Speicherkatalysator, SCR-Katalysator usw. umfassen. Der Motorauslass 25 kann darüber hinaus einen Dieselpartikelfilter (DPF) 102 umfassen, der FS temporär aus eingehenden Gasen filtert, die der Emissionssteuerungsvorrichtung 70 vorgelagert angeordnet sind. In einem Beispiel handelt es sich wie in der Darstellung bei dem DPF 102 um ein Rückhaltesystem für Dieselfeinstaub. Der DPF 102 kann eine monolithische Struktur aufweisen, die beispielsweise aus Cordierit oder Siliciumcarbid mit einer Mehrzahl von Kanälen im Inneren zum Filtern von Feinstaub aus Dieselabgas bestehen. Das Abgas aus dem Abgasendrohr, aus dem im Anschluss an das Passieren durch den DPF 102 FS gefiltert wurde, kann in einem FS-Sensor 106 gemessen werden und ferner in der Emissionssteuerungsvorrichtung 70 verarbeitet und über den Abgaskanal 35 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. In dem abgebildeten Beispiel handelt es sich bei dem FS-Sensor 106 um einen resistiven Sensor, der die Filtereffizienz des DPF 102 auf Grundlage einer Änderung der Leitfähigkeit, die an den Elektroden des FS-Sensors gemessen wurde. Eine schematische Ansicht 200 des FS-Sensors 106, die nachstehend ausführlicher beschrieben ist, ist in 2 dargestellt.
  • Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner das Steuersystem 14 beinhalten. In der Darstellung empfängt das Steuersystem 14 Informationen von einer Mehrzahl von Sensoren 16 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) und sendet Steuersignale an eine Mehrzahl von Betätigungselementen 81 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind). In einem Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgasdurchsatzsensor 126, der dazu konfiguriert ist, einen Abgasdurchsatz durch den Abgaskanal 35 zu messen, einen Abgassensor (im Abgaskrümmer 48 angeordnet), einen Temperatursensor 128, einen Drucksensor 129 (der Emissionssteuerungsvorrichtung 70 nachgelagert angeordnet) und einen FS-Sensor 106 umfassen. Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Sensoren für Druck, Temperatur, Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, Abgasdurchsatz und Zusammensetzung können an verschiedenen Stellen in dem Fahrzeugsystem 6 angekoppelt sein. In einem anderen Beispiel können die Betätigungselemente Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 66, eine Drossel 62, DPF-Ventile (nicht abgebildet), die die Regenerierung des Filters steuern, ein Motorbetätigungselement, das die Drehung der FS-Sensoranordnung steuert, einen Schalter der elektrischen Schaltung usw. beinhalten. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 umfassen. Die Steuerung 12 kann mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen konfiguriert sein. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren nach 1, verarbeitet die Signale und verwendet die verschiedenen Betätigungselemente aus 1, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. In einem Beispiel sendet die Steuerung während des Betriebs des FS-Sensors zum Sammeln von Rußpartikeln ein Steuersignal an eine elektrische Schaltung, um eine Spannung an Elektroden eines Sensorelements der PM-Sensoranordnung anzulegen, um die geladenen Partikel an der Oberfläche der Sensorelektrode eines Sensorelements festzuhalten. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung während der Regenerierung der FS-Sensoranordnung ein Steuersignal an eine Regenerierungsschaltung senden, um einen Schalter in der Regenerierungsschaltung über einen Zeitraum mit der Länge eines Schwellenwerts zu schließen, um eine Spannung an ein an Elektroden gekoppeltes Heizelement anzulegen, um die Elektroden des Sensorelements zu erhitzen. Auf diese Weise werden die Elektroden erhitzt, um Rußpartikel zu verbrennen, die sich an der Oberfläche der Elektroden abgelagert haben. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung die FS-Sensoranordnung drehen, die an den Abgaskanal angekoppelt ist, um die Feinstaubansammlung an dem Sensorelement zu erhöhen. Das Drehen der FS-Sensoranordnung beinhaltet das Einstellen eines Betätigungselements eines Motors, der an die Anordnung angekoppelt ist, um die Anordnung auf Grundlage der erfassten Abgasstrombedingungen um ein Ausmaß in Höhe eines Schwellenwerts zu drehen. Hier kann die Steuerung die Ausgabe des Motors einstellen, um das Ausmaß der Drehung der Anordnung zu steuern. Auf diese Weise kann die FS-Sensoranordnung gedreht werden, sodass eine größere Menge Abgas entlang einer Seite der Anordnung mit höherem statischem Druck in die Anordnung eintritt. Beispielhafte Routinen sind hier in Bezug auf 5–7 beschrieben.
  • In Bezug auf 2, ist eine schematische Ansicht 200 einer beispielhaften Ausführungsform einer Feinstaub(FS)-Sensoranordnung 202 (zum Beispiel PM-Sensor 106 in 1) dargestellt. Die FS-Sensoranordnung 202 kann dazu konfiguriert sein, die FS-Masse und/oder -konzentration im Abgas zu messen, und kann demnach an einen Abgaskanal oder ein -rohr 206 (z. B. den Abgaskanal 35, der in 1 dargestellt ist) gekoppelt sein, der/das einem Dieselpartikelfilter vor- oder nachgelagert ist (zum Beispiel dem DPF 102, der in 1 dargestellt ist).
  • In der schematischen Ansicht 200 ist die FS-Sensoranordnung 202 in dem Abgaskanal 206 angeordnet, wobei Abgase aus einer dem Dieselpartikelfilter nachgelagerten Position (entlang der X-Achse) in Richtung eines Auspuffendrohrs strömen, worauf die Pfeile 228 hindeuten. In Bezug auf die FS-Sensoranordnung 202 strömt Abgas von einer vorgelagerten Seite in Richtung einer nachgelagerten Seite der Anordnung, was in 2 in der von den Pfeilen 228 angegebenen Richtung angegeben ist. Hier befindet sich die nachgelagerte Seite näher an einem Abgasendrohr.
  • Die FS-Sensoranordnung 202 (nachfolgend austauschbar als Anordnung oder FS-Sensor bezeichnet) beinhaltet ein hohles, zylindrisches Rohr (im Folgenden austauschbar als Gehäuse bezeichnet) 204 mit einem Durchmesser D, das in dem Abgaskanal 206 angeordnet ist. Ein größerer Teil des Gehäuses 204 erstreckt sich über eine Länge L1 in dem Abgaskanal 206, während ein kleinerer Teil des Gehäuses 204 (mit der Länge L2) außerhalb des Abgaskanals 206 verbleibt. Insgesamt beträgt die Länge des Gehäuses L, wobei L = L1 + L2. Hier verläuft eine Mittelachse Y-Y‘ des Gehäuses 204 senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal 206 (durch den Pfeil 228 angegeben). Bei dem Gehäuse 204 handelt es sich um ein äußeres Schutzrohr, das ein darin hängendes Sensorelement 218 schützt. Das Gehäuse 204 ist über ein Lager 212 drehbar an ein Oberteil 208 des Abgaskanals 206 angekoppelt, das zwischen einem Sensorvorsprung oder einer -abdeckung 210 des Gehäuses 204 angeordnet ist. Um näher ins Detail zu gehen, ist der kleinere Teil des Gehäuses 204 an die Sensorabdeckung 210 gekoppelt, und das Lager 212 ist zwischen dem kleineren Teil des Gehäuses 204 und dem Sensorvorsprung 210 angeordnet. Insbesondere ist das Lager 212 zwischen drei Oberflächen angeordnet, einer Innenfläche des Sensorvorsprungs 210, einer Außenfläche des Gehäuses 204 und einer Außenfläche einer Dichtungshalterung 214. Hier hält die Dichtungshalterung 214 eine Dichtung 216, die die FS-Sensoranordnung 202 so abdichtet, dass kein Abgasleck aus dem Oberteil der Anordnung 202 existiert.
  • Das Lager 212 ermöglicht eine Drehbewegung der FS-Sensoranordnung 202 um die Mittelachse Y-Y‘ in Relation zu dem Abgaskanal 206. Demnach ist der Abgaskanal 206 fest und die FS-Sensoranordnung 202 dreht sich über das Lager 212 in dem Abgaskanal 206. Insbesondere sind das Gehäuse 204, die Sensorabdeckung 210, die Dichtungshalterung 214, die Dichtung 216 und das Sensorelement 218 zusammengekoppelt und drehen sich zusammen als eine einzige Einheit in der Anordnung über das Lager 212. Demnach handelt es sich bei dem Lager 212 um eine Vorrichtung, die es ermöglicht, dass sich zwei Teile mit verringerter Reibung in Relation zueinander bewegen. Insbesondere verringert das Lager 212 die Reibung zwischen dem Gehäuse 204 und dem Oberteil 208 des Abgaskanals 206. Durch das Befestigen der FS-Sensoranordnung 202 an dem Abgaskanal 206 können die Drehzahl und der Wirkungsgrad der Rotation der Anordnung in dem Abgaskanal 206 erhöht werden. Es können verschiedene Arten von Lagern verwendet werden, ohne vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Einige Beispiele für Lager können Kugellager, Wälzlager, Nadellager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, Axiallager und dergleichen umfassen. Ein Beispiel für Kugellager ist in 3A dargestellt.
  • Unter Bezugnahme auf 3A ist eine Querschnittansicht 300 der FS-Sensoranordnung 202 in einer Ebene entlang der Linie A-A‘ in 2 dargestellt. Hier ist ein Querschnitt der Sensorabdeckung 210 und des Gehäuses 204 dargestellt. Die Sensorabdeckung 210 umfasst eine Außenfläche 302 und eine Innenfläche 304. Die Entfernung zwischen der Außenfläche 302 und der Innenfläche 304 stellt die Dicke der Sensorabdeckung 210 dar. Der Sensorvorsprung 210 ist typischerweise aus rostfreiem Stahl mit hoher Dichte hergestellt. Eine Mehrzahl von Kugellagern 306 ist konzentrisch zwischen der Innenfläche 304 der Sensorabdeckung 210 und dem Gehäuse 204 angeordnet. Insbesondere ist die Mehrzahl von Kugellagern in einem ringförmigen Zwischenraum angeordnet, der zwischen dem Gehäuse 204 und der Sensorabdeckung 210 ausgebildet ist. Jedes Kugellager ist hauptsächlich kugelförmig und teilt sich an beiden Seiten eine Fläche mit dem Kugellager und teilt sich ferner eine Fläche sowohl mit der Innenfläche 304 der Sensorabdeckung 210 als auch einer Außenfläche des Gehäuses 204. Der Radius r von jedem Kugellager und die Gesamtanzahl n der verwendeten Kugellager kann zum Beispiel auf den Radien von jedem von der Sensorabdeckung 210 und dem Gehäuse 204 basieren. Darüber hinaus ist, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2A beschrieben, das Sensorelement 218 in dem Gehäuse 204 befestigt, sodass das Sensorelement koaxial zur Mittelachse Y-Y‘ des Gehäuses 204 angeordnet ist. Demnach ermöglicht die Anordnung der Mehrzahl von Kugellagern 306 in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 204, dass sich das Gehäuse 204, das Sensorelement 218 und die Sensorabdeckung 210 zusammen um die Mittelachse Y-Y‘ (die beispielsweise senkrecht zu der Ebene des Papiers verläuft) in Relation zu dem Abgaskanal 206 drehen.
  • Das Sensorelement 218 umfasst ein Substrat 230, das an diametral entgegengesetzten Seiten des Gehäuses 204 angebracht ist. In einem Beispiel kann eine Breite B des Substrats 230 einem Durchmesser D des Gehäuses 204 entsprechen (z. B. W = D = 2R1). Demnach teilen sich die gegenüberliegenden Enden des Substrats 230 Flächen mit Innenflächen des Gehäuses 204. Hier teilen sich die Mehrzahl von Lagern 306 und das Substrat 230 Flächen mit der Außen- bzw. der Innenfläche des Gehäuses 204. Dies legt nahe, dass das Substrat 230 des Sensorelements 218 die Mehrzahl von Kugellagern 306 nicht direkt berührt. In einem anderen Beispiel kann die Breite B des Substrats 230 geringer als der Durchmesser D des Gehäuses sein (B < D), wodurch das Substrat 230 die Innenfläche des Gehäuses 204 möglicherweise nicht berührt.
  • Das Substrat 230 des Sensorelements 218 kann typischerweise aus elektrisch hochisolierenden Materialien gefertigt sein. Mögliche elektrisch isolierende Materialien können Oxide wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Siliciumdioxid und Kombinationen umfassen, die mindestens eines der vorstehenden oder ähnliche Materialien umfassen, die in der Lage sind, eine elektrische Verbindung zu behindern.
  • Die Elektroden 232 sind entlang einer ersten Oberfläche des Substrats 230 ausgebildet und ein Heizelement 234 ist entlang einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 230 ausgebildet. Demnach werden Partikel im Abgas an den Elektroden 232, die an dem Substrat 230 des Sensorelements 218 ausgebildet sind, gesammelt. Die Elektroden 232 umfassen ein Paar Interdigitalelektroden. In einem Beispiel kann das Paar Interdigitalelektroden einzelne ebene Elektroden enthalten, wodurch eine „Kamm“-Struktur gebildet wird. Diese Elektroden können typischerweise aus Metallen wie Platin, Gold, Osmium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Aluminium, Titan, Zirconium und dergleichen sowie Oxiden, Zementen, Legierungen und Kombinationen davon gefertigt sein, die mindestens eines der vorstehenden Metalle enthalten. Jede Elektrode des Interdigitalpaars kann aus dem gleichen Material wie die andere Elektrode des Paars oder sich davon unterscheidendem Material zusammengesetzt sein. Im Grunde genommen kann eine Beabstandung zwischen den Kamm-„Zinken“ der zwei Elektroden typischerweise im Bereich von 10 Mikrometern bis 100 Mikrometern liegen, wobei die Linienbreite jedes einzelnen „Zinkens“ etwa bei dem gleichen Wert liegt, wobei Letzteres nicht erforderlich ist. Eine positive Elektrode des Interdigitalelektrodenpaars 232 ist über einen Anschlussdraht 310 mit einem Pluspol einer Spannungsquelle 316 einer elektrischen Schaltung 308 verbunden. Gleichermaßen ist eine negative Elektrode des Interdigitalelektrodenpaars 232 über einen Anschlussdraht 312 mit einer Messvorrichtung 314 und ferner mit einem Minuspol der Spannungsquelle 316 der elektrischen Schaltung 308 verbunden. Die Verbindungsdrähte 310 und 312, die Spannungsquelle 316 und die Messvorrichtung 314 sind Teil der elektrischen Schaltung 308 und außerhalb des Abgaskanals 206 untergebracht (zum Beispiel < 1 Meter entfernt). Ferner können die Spannungsquelle 316 und die Messvorrichtung 314 der elektrischen Schaltung 308 durch eine Steuerung wie etwa die Steuerung 12 in 1 gesteuert werden, sodass an der FS-Sensoranordnung 202 gesammelter Feinstaub beispielsweise zum Diagnostizieren von Lecks in dem DPF verwendet werden kann. Von daher kann es sich bei der Messvorrichtung 314 um eine beliebige Vorrichtung handeln, die dazu in der Lage ist, eine Änderung des Widerstands (oder Stroms) an den Elektroden abzulesen, zum Beispiel einen Spannungsmesser (oder einen Strommesser). Wenn sich FS- oder Rußpartikel zwischen dem Interdigitalelektrodenpaar 232 ablagern, kann der zwischen den Elektroden 232 gemessene Strom beginnen, zu steigen, was mit der Messvorrichtung 314 gemessen wird. Die Steuerung 12 kann in der Lage sein, den Strom zu bestimmen und eine entsprechende FS- oder Rußbelastung an den Interdigitalelektroden 232 des Sensorelements 218 der FS-Sensoranordnung 202 abzuleiten. Durch das Kontrollieren der Belastung an dem Sensorelement 218 kann die dem DPF nachgelagerte Abgasrußbelastung bestimmt werden und dadurch zur Diagnose und Kontrolle des Zustands und der Funktionstüchtigkeit des DPF verwendet werden.
  • Es können verschiedene Geometrien der Sensorelektroden und/oder des Substrats verwendet werden, um Partikel an den Elektroden des Sensorelements zu sammeln. Zum Beispiel kann in einer beispielhaften Ausführungsform ein kreisförmiges Substrat mit konzentrischen/spiralförmigen Interdigitalelektroden verwendet werden. Von daher können die bisher beschriebenen Elektroden an demselben Substrat ausgebildet, doch durch einen Zwischenraum entlang der Oberfläche des Substrats getrennt sein. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können die Elektroden an unterschiedlichen Substraten ausgebildet sein und in dem Gehäuse hängen, sodass die Elektroden einander zugewandt sind. Das Abgas kann in den Zwischenraum geleitet werden und die Rußpartikel können in dem Zwischenraum zwischen den Elektroden angesammelt werden.
  • Das Sensorelement 218 beinhaltet darüber hinaus das Heizelement 234, das in das Sensorsubstrat 230 integriert ist. Das Heizelement 234 kann einen Temperatursensor und eine Heizung umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zu möglichen Materialien für die Heizung und den Temperatursensor, die das Heizelement bilden, können Platin, Gold, Palladium und dergleichen; und Legierungen, Oxide und Kombinationen zählen, die mindestens eines der vorstehenden Materialien mit Platin/Aluminiumoxid, Platin/Palladium, Platin und Palladium umfassen. Das Heizelement kann zum Regenerieren des Sensorelements 218 verwendet werden. Insbesondere kann unter Bedingungen, bei denen die Feinstaub- oder Rußbelastung des Sensorelements 218 über einem Schwellenwert liegt, das Heizelement so betrieben werden, dass die angesammelten Rußpartikel von der Oberfläche des Sensors verbrannt werden. Während der Regenerierung des FS-Sensors kann die Steuerung 12 einer Spannungsquelle 324 eine Spannung bereitstellen, die für den Betrieb des Heizelements 234 benötigt wird und über die Verbindungsdrähte 320 und 322 mit dem Heizelement 234 verbunden wird. Darüber hinaus kann die Steuerung über einen Zeitraum mit der Länge eines Schwellenwerts einen Schalter 318 schließen, um die Spannung über die Spannungsquelle 324 an das Heizelement 234 anzulegen, um die Temperatur des Heizelements 234 zu erhöhen. Anschließend kann die Steuerung, wenn die Sensorelektroden ausreichend sauber sind, den Schalter 318 öffnen, um das Heizen des Heizelements 234 zu beenden. Durch intermittierendes Regenerieren des Sensorelements 218 kann es in einen Zustand (z. B. belasteten oder nur teilweise belasteten Zustand) zurückgeführt werden, der besser zum Sammeln von Abgasruß geeignet ist. Darüber hinaus können genaue Informationen, die zu dem Abgasrußniveau gehören, von der Sensorregenerierung abgeleitet werden, und diese Informationen können von der Steuerung zum Diagnostizieren von Lecks in dem Partikelfilter verwendet werden.
  • In Bezug auf 2 zeigt die schematische Ansicht 200 das Sensorelement 218, das von einem Oberteil des Gehäuses 204 herabhängt. In einem Beispiel kann das Sensorelement 218 in das Oberteil des Gehäuses 204 eingesetzt werden, sodass sich ein größerer Teil des Sensorelements 218 zu einer Länge L1 in dem Gehäuse 204 erstreckt. Ein Teil des Substrats kann außerhalb des Abgaskanals verbleiben. Von daher erstreckt sich das Sensorelement 218 entlang der Y-Achse parallel zur Mittelachse Y-Y‘ des Gehäuses 204 und senkrecht zur Mittelachse (d. h. entlang der X-Achse) des Abgaskanals 206.
  • Das Gehäuse 204 verursacht eine statische Druckvariation an seiner Außenseite und somit können Abgase, die in dem Abgaskanal 206 strömen, die Abwandlung des statischen Drucks erleben, wenn sie sich an oder nahe der FS-Sensoranordnung 202 befinden. Insbesondere wenn Abgas von einer vorgelagerten Seite in Richtung einer nachgelagerten Seite der FS-Sensoranordnung 202 strömt, wird an der nachgelagerten Seite im Vergleich zu Außenseitenflächen (z. B. Seitenflächen, die sich außerhalb der Ebene des Papiers und innerhalb der Ebene des Papiers befinden) der FS-Sensoranordnung 202 ein höherer statischer Druck erzeugt. Der höhere statische Druck an der nachgelagerten Position kann ein leichteres Einziehen von Abgasen in die FS-Sensoranordnung ermöglichen. In den hier beschriebenen Ausführungsformen kann ein Strömungseingang oder eine Öffnung vorteilhaft an der nachgelagerten Position angeordnet sein, um mehr Abgas über den Strömungseingang einzuziehen (ausführlich unter Bezugnahme auf 3B) beschrieben.
  • Darüber hinaus ist die gesamte FS-Sensoranordnung 202 in der Lage, in dem Abgaskanal zu rotieren. Daher kann es sich bei der Drehung der FS-Sensor-Anordnung 202 um eine passive Drehung oder eine aktive Drehung handeln. Eine passive Drehung der FS-Sensoranordnung 202 tritt auf, wenn die FS-Sensoranordnung Abgasstrombedingungen erfasst (zum Beispiel Abgasdurchsatz, Richtung des Abgasstroms und dergleichen) und dreht sich automatisch auf Grundlage der erfassten Abgasstrombedingungen und positioniert sich selbst so, dass der Strömungseingang wie oben beschrieben an der nachgelagerten Seite angeordnet ist. Damit sich die FS-Sensoranordnung 202 passiv in dem Abgaskanal dreht, können zusätzliche Strömungsplatten wie oben beschrieben an der FS-Sensoranordnung 202 befestigt sein.
  • Das Gehäuse 204 kann darüber hinaus ein Paar paralleler Strömungsplatten 220 umfassen, die an einer Seite des Gehäuses 204 angebracht sind. Insbesondere ist das Paar Strömungsplatten 220 an dem Teil des Gehäuses 204 angebracht, der sich in dem Abgaskanal 206 erstreckt. Der Strömungseingang oder die Öffnung (in der Ansicht 200 nicht zu sehen, dafür jedoch in der Querschnittansicht 350 in 3B zu sehen), kann an dem Gehäuse 204 zwischen dem Paar Strömungsplatten 220 ausgebildet sein. Das in dem Abgaskanal 206 strömende Abgas kann die Strömungsplatten 220 ablenken und die Strömungsplatten 220 an der nachgelagerten Seite des Abgaskanals 206 anordnen. Da die Strömungsplatten 220 an das Gehäuse 204 gekoppelt sind und darüber hinaus das Gehäuse drehbar über das Lager 212 an dem Abgaskanal 206 befestigt ist, wird, wenn die Strömungsplatten 220 zu der nachgelagerten Seite abgeleitet werden, die gesamte FS-Sensoranordnung 202 automatisch über das Lager 212 gedreht. Hier kann die Funktionsweise der Strömungsplatten 220 in dem Abgasstrom der Funktionsweise von Platten-Anemometern entsprechen. Während Wind die Platten-Anemometer, die oben auf Gebäuden angeordnet sind, ablenkt, leitet hier der Abgasstrom in dem Kanal die Strömungsplatten ab und dreht automatisch die Anordnung 202 in dem Abgaskanal 206.
  • Das Ablenken der Strömungsplatten 220 kann die FS-Sensoranordnung 202 über das Lager 212 um die Mittelachse Y-Y‘ drehen. Das Ausmaß, um das die FS-Sensoranordnung 202 gedreht wird, hängt von den erfassten Abgasbedingungen wie dem Abgasdurchsatz, der Richtung des Abgases und dergleichen ab. Zum Beispiel können, wenn sich die Richtung des Abgasstroms ändert, die Strömungsplatten 220 um ein bestimmtes Ausmaß abgeleitet werden, das proportional zu dem Ausmaß ist, um das sich die Strömungsrichtung ändert. Wenn die Änderung der Strömungsrichtung größer ist, so ist die Ablenkung der Strömungsplatten größer, sodass die Anordnung um ein größeres Ausmaß gedreht wird. Gleichermaßen ist, wenn die Änderung der Strömungsrichtung geringer ist, die Ablenkung der Strömungsplatten geringer, sodass die Anordnung um ein geringeres Ausmaß gedreht wird.
  • Das Ablenken oder Drehen der FS-Sensoranordnung 202 beinhaltet das Drehen der Anordnung, sodass der Strömungseingang an der nachgelagerten Seite angeordnet ist (was nachstehend in 3B) beschrieben ist. Wie zuvor erläutert weist die nachgelagerte Seite einen höheren statischen Druck auf und die Abgase können somit in der Lage sein, über den Strömungseingang in die Anordnung einzutreten, der automatisch in der nachgelagerten Seite angeordnet ist, wenn das eingehende Abgas die Strömungsplatten 220 ablenkt. Die Strömungsplatten 220 können darüber hinaus eine Mehrzahl von Perforierungen oder Löchern 222 beinhalten, die entlang der Länge der Strömungsplatten 220 ausgebildet sind. Die Mehrzahl der an den Strömungsplatten 220 ausgebildeten Perforierungen 222 ist dazu konfiguriert, Abgas in dem Abgaskanal 206 aufzunehmen, was ausführlich in 3B beschrieben ist.
  • In Bezug auf 3B ist eine Querschnittansicht 350 der FS-Sensoranordnung 202 in einer Ebene entlang der Linie B-B‘ in 2 dargestellt. Hier ist ein Querschnitt des Gehäuses 204 dargestellt, das das Sensorelement 218 und das Paar Strömungsplatten 220 mit den Perforierungen aufweist.
  • Das Gehäuse 204 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und umfasst einen Strömungseingang 356 (im Folgenden austauschbar als Öffnung oder Ausschnitt bezeichnet), der an nur einer Seite des Gehäuses 204 ausgebildet ist. Ein Paar von Strömungsplatten 220 ist an dem Gehäuse 204 an derselben Seite befestigt, die den Strömungseingang 356 umfasst. Insbesondere beinhaltet das Paar von Strömungsplatten 220 eine erste Strömungsplatte 352, die an einem ersten Ende 358 des Strömungseingangs 356 angebracht ist, und ferner eine zweite Strömungsplatte 354, die an einem zweiten, entgegengesetzten Ende 360 des Strömungseingangs 356 angebracht ist. Die erste Strömungsplatte 352 ist von der zweiten Strömungsplatte 354 durch einen Zwischenraum 362 getrennt. Der Zwischenraum 362 zwischen dem Paar paralleler Strömungsplatten 220 entspricht der Breite des Strömungseingangs 356. Hier entspricht der Abstand zwischen dem ersten Ende 358 und dem zweiten Ende 360 des Strömungseingangs 356 der Breite des Strömungseingangs 356. Dementsprechend grenzt der an einer Seite des Gehäuses 204 ausgebildete Strömungseingang 356 an den Zwischenraum 362 an, der zwischen dem Paar Strömungsplatten 220 ausgebildet ist.
  • Wie zuvor erläutert, weist das Paar Strömungsplatten 220 eine Mehrzahl von Perforierungen 222 auf. In der Querschnittansicht 350 sind eine erste Perforierung 364 aus der Mehrzahl von Perforierungen 222, die an der ersten Strömungsplatte 352 ausgebildet sind, und eine zweite Perforierung 368 aus der Mehrzahl von Perforierungen 222, die an der zweiten Strömungsplatte 354 ausgebildet sind, dargestellt. Die Perforierungen 364 und 368 sind als gepunktete Linien angegeben. In einem Beispiel ist die Mehrzahl von Perforierungen 222, die an den Strömungsplatten 220 ausgebildet sind, näher an dem Strömungseingang 356 angeordnet. Um näher ins Detail zu gehen, ist die erste Perforierung 364 der ersten Strömungsplatte 352 nahe dem ersten Strömungseingang 356 ausgebildet und ebenso ist die zweite Perforierung 368 der zweiten Strömungsplatte 354 nahe dem Strömungseingang 356 ausgebildet. In einem Beispiel können die erste Perforierung 364 und die zweite Perforierung 368 eine ähnliche Größe und Form aufweisen und ferner in Bezug zu einander ausgerichtet sein. In einem anderen Beispiel weisen die erste und die zweite Perforierung keine ähnliche Größe und Form auf (z. B. ist ein Radius der ersten Perforierung möglicherweise größer oder kleiner als ein Radius der zweiten Perforierung) und können ferner entlang der Strömungsplatten versetzt sein.
  • Der Zweck der Mehrzahl von an den Strömungsplatten 220 ausgebildeten Perforierungen 222 besteht darin, Abgas, das in dem Abgaskanal (entlang der X-Achse wie von den Pfeilen 228 angegeben) strömt, aufzunehmen und das Abgas in den Zwischenraum 362 zwischen dem Paar Strömungsplatten 220 zu leiten. Darüber hinaus leitet die Mehrzahl von Perforierungen 222 das Abgas in den Zwischenraum 362 in eine Richtung senkrecht (entlang der Z-Achse, wie von den Pfeilen 370 und 371 angegeben) zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal. Es versteht sich, dass die Richtung des Abgasstroms in den Zwischenraum 362 über die erste Perforierung 364 in der ersten Strömungsplatte 352 (wie durch den Pfeil 371 angegeben) entgegengesetzt zu der Richtung des Abgasstroms in den Zwischenraum 362 über die zweite Perforierung 368 verläuft, der an der zweiten Strömungsplatte 354 ausgebildet ist (wie durch den Pfeil 370 angegeben).
  • Das Abgas in dem Zwischenraum 362 zwischen den Strömungsplatten 220 strömt dann in Richtung des Strömungseingangs 356 in einer Richtung (wie durch den Pfeil 372 angegeben) entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgaskanal (wie durch den Pfeil 228 angegeben). Es versteht sich, dass die Strömungsrichtung des Abgases in Richtung des Strömungseingangs 356 zusätzlich senkrecht zu der Strömungsrichtung des Abgases über die Mehrzahl von Perforierungen 222 in den Zwischenraum 362 verläuft.
  • Das in Richtung des Strömungseingangs 356 strömende Abgas wird dann über den Strömungseingang 356 in das Gehäuse 204 in Richtung des Sensorelements 218 geleitet, das in dem Gehäuse 204 hängt. Insbesondere strömt Abgas aus dem Zwischenraum 362 durch den Strömungseingang 356 in eine Richtung entgegengesetzt zu dem Abgasstrom in dem Abgaskanal in das Gehäuse 204. In dem Gehäuse 204 hängt das Sensorelement 218 so, dass die an dem Substrat 230 ausgebildeten Elektroden 232 dem Strömungseingang 356 zugewandt angeordnet sind. Demnach strömt das durch den Strömungseingang 356 in das Gehäuse 204 strömende Abgas in Richtung der Elektroden 232 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal (Pfeil 228). Auf diese Weise werden Rußpartikel in dem Abgas an den Elektroden 232 gesammelt und es wird eine Ausgabe der FS-Sensoranordnung 202 erzeugt. Auf Grundlage der Ausgabe der FS-Sensoranordnung 202 können die Filterkapazitäten eines Partikelfilters, der der FS-Sensoranordnung 202 vorgelagert angeordnet ist, geschätzt werden, was nachfolgend unter Bezugnahme auf 8 erläutert wird.
  • Der Grundgedanke des Drehens der FS-Sensoranordnung 202 in dem Abgaskanal besteht darin, die FS-Sensoranordnung 202 so anzuordnen, dass der Strömungseingang 356 an der nachgelagerten Seite angeordnet ist, an der der statische Druck höher ist. Dadurch wird mehr Abgas durch die Perforierungen in der Strömungsplatte in die Anordnung eingezogen und folglich strömt eine höhere Menge Abgas durch den Strömungseingang in die Anordnung. Demnach kann eine größere Menge an Partikeln im Abgas von dem Sensorelement erkannt werden, das dem Strömungseingang zugewandt angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit der FS-Sensoranordnung für das Erkennen eingehender Rußpartikel erhöht werden. Das Abgas in dem Gehäuse 204 wird anschließend in Richtung eines Ausgangs 224 geleitet, der am Unterteil des Gehäuses 204 angeordnet ist. In einem Beispiel kann es sich bei dem Ausgang 224 um ein kreisförmiges Loch mit einem Durchmesser kleiner oder gleich dem Durchmesser D des Gehäuses 204 handeln.
  • Demnach beinhaltet ein beispielhafter Feinstaub(FS)-Sensor ein Schutzrohr oder Gehäuse, das ein Sensorelement aufweist, ein Paar Platten mit Perforierungen, wobei das Paar Platten an eine Seite des Schutzrohrs angekoppelt und von jeder anderen durch einen Zwischenraum getrennt ist, einen Strömungseingang, der an der einen Seite des Schutzrohrs ausgebildet ist, wobei der Strömungseingang an den Zwischenraum angrenzt und zwischen dem Paar Platten angeordnet ist, wobei das Sensorelement dem Strömungseingang zugewandt ist, eine Sensorabdeckung und eine Dichtungshalterung, die das Schutzrohr an das Abgasrohr koppelt, und ein Lager, das zwischen einer Innenfläche der Sensorabdeckung und einer Außenfläche der Dichtungshalterung angeordnet ist und den FS-Sensor drehbar an dem Abgasrohr befestigt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Lager dazu konfiguriert sein, den FS-Sensor entlang einer Mittelachse des FS-Sensors zu drehen, die senkrecht zu einer Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr verläuft. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Paar Platten parallel zueinander und ferner parallel zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr verlaufen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Perforierungen an dem Paar Platten dazu konfiguriert sein, Abgas aus dem Abgasrohr aufzunehmen, das aufgenommene Abgas in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr in den Zwischenraum zu leiten und anschließend das Abgas in dem Zwischenraum in Richtung des Sensorelements durch den Strömungseingang zu leiten, der an dem Schutzrohr ausgebildet ist, wobei der Strömungseingang dazu konfiguriert ist, das Abgas aus dem Zwischenraum in das Sensorelement in einer Richtung entgegen der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr zu leiten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Ausgang an dem Unterteil des Schutzrohrs dazu konfiguriert sein, Abgas aus dem FS-Sensor in Richtung des Abgasrohrs in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr zu leiten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Anordnung eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes umfassen: Anlegen einer ersten Spannung an ein Paar Elektroden, die an einer ersten Oberfläche des Sensorelements ausgebildet sind um Abgas-FS an das Paar Elektroden zu sammeln, Schätzen einer Belastung an dem Sensorelement auf Grundlage eines in dem Sensorelement erzeugten Stroms und als Reaktion darauf, dass die Belastung über einem Schwellenwert liegt, Anlegen einer zweiten Spannung an ein Heizelement, das an einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche des Sensorelements ausgebildet ist, um den Sensor zu regenerieren.
  • Wie vorstehend beschrieben werden die Strömungsplatten 220 von dem eingehenden Abgas abgeleitet und drehen die FS-Sensoranordnung 202 passiv in dem Abgaskanal, um den Strömungseingang an der nachgelagerten Seite auszurichten. Unter Umständen ist es jedoch möglich, die FS-Sensoranordnung aktiv unter Verwendung eines Motors wie nachstehend beschrieben zu drehen.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2 umfasst die FS-Sensoranordnung 202 gegebenenfalls einen Motor 238, der von einer Steuerung (zum Beispiel Steuerung 12 in 1) gesteuert wird. In einem Beispiel kann es sich bei dem Motor 238 um einen Elektromotor handeln. In einem anderen Beispiel kann es sich bei dem Motor zum Betätigen der FS-Sensoranordnung 202 um einen alternativen Typ Motor/Betätigungselement handeln, der in elektronischer Verbindung mit der Steuerung 12 steht.
  • Die Steuerung 12 kann Signale zum Drehen der FS-Sensoranordnung 202 an den Motor 238 senden. Diese Signale können Befehle zum Drehen der FS-Sensoranordnung 202 in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn um die Mittelachse Y-Y‘ beinhalten. Die FS-Sensoranordnung 202 kann über das Lager 212 auf Grundlage der geschätzten und/oder erfassten Abgasstrombedingungen um die Mittelachse Y-Y‘ in dem Abgaskanal 206 gedreht werden. Die Abgasstrombedingungen können eine oder mehrere der Folgenden umfassen: Richtung des Abgasstroms, Abgasdurchsatz, Rußbelastung an der Sensoranordnung, Abgastemperatur und dergleichen. Die Abgasstrombedingungen können auf Grundlage von Ausgaben von Sensors geschätzt werden, die in dem Abgaskanal befestigt sind. Von daher kann die Steuerung die Abgasstrombedingungen bestimmen und das benötigte Ausmaß der Drehung bestimmen und anschließend eine Ausgabe des Motors darauf einstellen, die FS-Sensoranordnung um das gewünschte Ausmaß zu drehen. Das Drehen der FS-Sensoranordnung umfasst das Betätigen des Motors 238, um die Anordnung 202 um die Mittelachse Y-Y‘ zu drehen, um den Strömungseingang (Strömungseingang 356, dargestellt in 3B) in Richtung der nachgelagerten Seite anzuordnen, die von dem enormen eingehenden Abgas abgewandt ist. Der Vorteil des Anordnens des Strömungseingangs an der nachgelagerten Seite besteht darin, dass der statische Druck an der nachgelagerten Seite höher ist und mehr Abgas dazu in der Lage sein kann, über den Strömungseingang einzutreten und in Richtung des Sensorelements 218 zu strömen, das in dem Gehäuse 204 angeordnet ist.
  • Demnach kann eine beispielhafte FS-Sensoranordnung einen Motor und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes umfassen: Betätigen des Motors, um den FS-Sensor zu drehen, sodass der Strömungseingang an einer nachgelagerten Seite des FS-Sensors angeordnet ist, um das Abgas über den Strömungseingang in einer Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgasrohr in den FS-Sensor zu leiten.
  • In einem Beispiel kann die Steuerung die Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal auf Grundlage der Ausgaben bestimmen, die von einem oder mehreren Sensoren wie etwa Durchsatzsensoren, Temperatursensoren und Drucksensoren empfangen werden, die an unterschiedlichen Positionen entlang des Abgaskanals angeordnet sind. Wenn sich die Richtung des Abgasstroms ändert, kann die Steuerung 12 den Motor 238 betätigen, um die FS-Sensoranordnung 202 zu drehen. Während der Drehung der FS-Sensoranordnung 202 kann die Steuerung 12 zusätzlich die Ausgabe der FS-Sensoranordnung 202 kontrollieren. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 die FS-Sensoranordnung 202 um das gleiche Ausmaß drehen, um das sich die Richtung des Abgasstroms ändert, indem die Ausgabe des Motors 238 eingestellt wird. Von daher kann die FS-Sensoranordnung 202 schrittweise gedreht werden, um das gewünschte Ausmaß der Drehung zu erreichen oder sie kann mit einer schnellen Drehung um das gewünschte Ausmaß gedreht werden. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 12 die FS-Sensoranordnung 202 drehen, bis eine momentane Rußbelastung an dem FS-Sensor höher ist. Zum Beispiel kann, wenn die FS-Sensoranordnung 202 gedreht wird, die momentane Rußbelastung bestimmt werden. Die FS-Sensoranordnung 202 kann in kleineren Schritten in eine erste Richtung gedreht werden. Wenn die momentane Rußbelastung in der nächsten Position höher als die Rußbelastung in der vorherigen Position ist, kann die FS-Sensoranordnung 202 um den kleineren Schritt in derselben Richtung gedreht werden. Bei der nächsten schrittweisen Drehung kann, wenn die momentane Rußbelastung geringer als die zuvor gemessene Rußbelastung ist, die FS-Sensoranordnung 202 in einer entgegengesetzten Richtung gedreht werden und die FS-Sensoranordnung 202 kann durch das Drehen um die gleiche schrittweise Menge, doch in entgegengesetzter Richtung, in die vorherige Position zurückgeführt werden. Auf diese Weise kann die FS-Sensoranordnung 202 so gedreht werden, dass der Strömungseingang anpassungsfähig angeordnet ist, um den Abgasstrom in die Anordnung zu erhöhen und dadurch die Empfindlichkeit der Anordnung zu erhöhen, um Rußpartikel in dem Abgasstrom zu erkennen. In einigen Ausführungsformen, in denen der Motor an die Anordnung gekoppelt ist, sind die Strömungsplatten möglicherweise nicht an der Anordnung angebracht. In derartigen Beispielen kann die Steuerung die Anordnung aktiv drehen und den Strömungseingang automatisch an der nachgelagerten Seite anordnen, wodurch ermöglicht wird, dass mehr Abgas direkt über den Strömungseingang in die Anordnung eintritt.
  • Von daher kann das Abgas durch das Umkehren der Strömungsrichtung in den Strömungseingang eintreten, was in 4 dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 4 zeigt eine schematische Ansicht 400 einen Abgasstrom durch eine drehbare FS-Sensoranordnung 402. Insbesondere stellt die Ansicht 400 Abgas dar, das über einen Strömungseingang 422, der entlang einer Seite der Anordnung ausgebildet ist, in die FS-Sensoranordnung 402 eintritt.
  • Bei der FS-Sensoranordnung 402 kann es sich um ein Beispiel für einen FS-Sensor 106 in 1 und/oder eine FS-Sensoranordnung 202 in 2, 3A and 3B handeln. Im Grunde genommen können die Einzelheiten der FS-Sensoranordnung 402 der FS-Sensoranordnung 202 der schematischen Ansicht 200 ähneln, die unter Bezugnahme auf 2, 3A und 3B beschrieben ist. Bei dem Strömungseingang 422 kann es sich um ein Beispiel für einen Strömungseingang 356 handeln, der in 3B beschrieben ist.
  • Zusammenfassend umfasst die FS-Sensoranordnung 402 ein hohles zylindrisches Gehäuse 404, das über ein Lager (in der Ansicht 400 nicht zu sehen), das zwischen einem Sensorvorsprung 408, dem Gehäuse 404 und dem Abgaskanal 406 angeordnet ist, drehbar an einem Abgaskanal 406 befestigt ist. In einem Beispiel kann eine Mehrzahl von Kugellagern konzentrisch angeordnet sein, um eine verringerte Reibung zu ermöglichen, wenn die FS-Sensoranordnung 402 in dem Abgaskanal 406 gedreht wird.
  • Darüber hinaus beinhaltet die FS-Sensoranordnung 402 ein Sensorelement 410, das in das Gehäuse 404 eingesetzt ist. Das Sensorelement 410 ist in dem Gehäuse 404 angeordnet, sodass die Elektroden 424 des Sensorelements 410 dem Strömungseingang 422 zugewandt sind. In einem Beispiel kann der Strömungseingang 422 einen rechteckigen Schlitz oder Ausschnitt mit einer Längsachse aufweisen, die parallel zur Mittelachse Y-Y‘ verläuft, wobei eine Länge des Schlitzes größer als eine Breite des Schlitzes sein kann. Es können verschiedene Formen und Größen der Ausschnitte verwendet werden, ohne vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. An beiden Seiten des Strömungseingangs 422 können Strömungsplatten 412 und 414 an dem Gehäuse 404 befestigt sein. Hier sind die Strömungsplatten 412 und 414 durch einen Zwischenraum 416 getrennt. In einem Beispiel entspricht der Zwischenraum 416 der Breite des Strömungseingangs 422. In anderen Beispielen ist der Zwischenraum 416 möglicherweise kleiner als die Breite des Strömungseingangs 422.
  • Zum Beispiel kann das Abgas in einer durch die Pfeile 426 angegebene Richtung entlang der X-Achse in einer Richtung senkrecht zu der Mittelachse Y-Y‘ strömen. Auf Grundlage der Richtung des Abgasstroms kann die FS-Sensoranordnung 402 in dem Abgaskanal gedreht werden. Wie vorstehend beschrieben kann es sich bei der Drehung um eine passive Drehung auf Grundlage des Abgasstroms handeln, der durch die Strömungsplatten 412 und 414 erkannt wird oder es kann sich um eine aktive Drehung handeln, die durch die Steuerung ausgelöst wurde (zum Beispiel die Steuerung 12 in 1, 2, 3A und 3B). Der Grundgedanke der Drehung, sei sie aktiv oder passiv, besteht darin, dass die Strömungseingangsposition 422 so gedreht werden kann, dass das Abgas darauf eingestellt wird, über den Strömungseingang 422 in einer Richtung entgegen der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal einzutreten.
  • Wie vorstehend beschrieben weisen die Strömungsplatten 412 und 414 eine Mehrzahl von Perforierungen auf, die dazu konfiguriert sind, in dem Abgaskanal strömendes Abgas aufzunehmen. Hier kann eine Mehrzahl von Perforierungen 418 entlang einer Kante der Strömungsplatte 412 ausgebildet sein, die sich näher an dem Strömungseingang 422 befindet. Die Mehrzahl von Perforierungen kann Perforierungen mit verschiedenen Formen und Größen aufweisen, ohne vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen.
  • Die Mehrzahl von Perforierungen 418, die an der Strömungsplatte 412 ausgebildet sind, können in dem Abgaskanal 406 strömendes Abgas aufnehmen und das aufgenommene Abgas zuerst in den Zwischenraum 416 (wie durch den Pfeil 427 angegeben), der zwischen den Strömungsplatten 412 und 414 ausgebildet ist, und anschließend in Richtung des Strömungseingangs 422 (wie durch den Pfeil 430 angegeben) leiten. Die Strömungsrichtung des Abgases in den Zwischenraum 416 aus der Mehrzahl von Perforierungen 418 verläuft senkrecht zu der Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgaskanal 406 (wie durch den Pfeil 426 angegeben). Die Strömungsrichtung des Abgases aus dem Zwischenraum 416 in das Gehäuse 404 über den Strömungseingang 422 (Pfeil 430) ist der Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgaskanal 406 (Pfeil 426) entgegengesetzt. Ebenso kann die Mehrzahl von Perforierungen 420, die an der Strömungsplatte 414 ausgebildet sind, in dem Abgaskanal 406 strömendes Abgas aufnehmen und das aufgenommene Abgas zuerst in den Zwischenraum 416 (wie durch den Pfeil 425 angegeben), der zwischen den Strömungsplatten 412 und 414 ausgebildet ist, und anschließend in Richtung des Strömungseingangs 422 (wie durch den Pfeil 430 angegeben) leiten. Die Strömungsrichtung des Abgases in den Zwischenraum 416 aus der Mehrzahl von Perforierungen 419 verläuft senkrecht zu der Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgaskanal 406 (wie durch den Pfeil 426 angegeben). Die Strömungsrichtung des Abgases in den Zwischenraum 416 aus der Mehrzahl von Perforierungen 420 (Pfeil 425) verläuft entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Abgases über die Perforierungen 418, die in der Strömungsplatte 412 (Pfeil 427) ausgebildet sind, in den Zwischenraum. Unabhängig davon, wie das Abgas in den Zwischenraum 416 eintritt (z. B. über die Perforierungen 418 oder über die Perforierungen 420), wird der Abgasstrom, sobald er sich in dem Zwischenraum 416 befindet, in Richtung des Strömungseingangs 422 in einer Richtung entgegen (Pfeil 430) der Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgaskanal (Pfeil 426) geleitet.
  • Es wird eine Situation betrachtet, in der die Leitung des Abgasstroms in den Abgaskanal (z. B. aufgrund von Änderungen in Bezug auf die Motordrehzahl, Zylinderabschaltung, Abgasventilsteuerung, Abgasrückführung über unterschiedliche Kanäle und dergleichen) von einer durch die Pfeile 426 angegebenen Richtung zu einer durch die Pfeile 428 angegebenen Richtung wechselt. In einem Beispiel können die Strömungsplatten 412 und 414 in Richtung des Uhrzeigersinns abgelenkt werden, wenn der Abgasstrom von einer ersten Richtung (durch die Pfeile 426 angegeben) zu einer zweiten Richtung (durch die Pfeile 428 angegeben) wechselt. In einem weiteren Beispiel kann der Wechsel der Richtung des Abgasstroms von der ersten Richtung zu der zweiten Richtung auf Grundlage der Ausgabe einer Mehrzahl von Sensoren erkannt werden, die wie vorstehend beschrieben an den Abgaskanal gekoppelt sind. Im Grunde genommen kann die FS-Sensoranordnung 402, wenn die Richtung des Stroms von der ersten Richtung (Pfeil 426) zu der zweiten Richtung (Pfeil 428) wechselt, über ein Lager wie von Pfeil 438 angegeben um die Mittelachse Y-Y‘ gedreht werden. Das Drehen der FS-Sensoranordnung 402 um die Mittelachse Y-Y‘ umfasst das Drehen der Anordnung im Uhrzeigersinn aus der ersten Richtung in die zweite Richtung auf eine solche Weise, dass der Abgasstrom nun über den Strömungseingang 422 in einer Richtung entgegengesetzt zu der zweiten Richtung (Pfeil 428) in die Anordnung eintritt. Ein beispielhaftes Verfahren, das von der Steuerung zum Drehen der FS-Sensoranordnung auf Grundlage einer Richtung des Abgasstroms durchgeführt wird, ist in 5 dargestellt. Eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Ausgabe der FS-Sensoranordnung und einer Richtung des Abgasstroms ist in 9 dargestellt.
  • Bevor zu 5 übergegangen wird, versteht es sich, dass 1–4 beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Anordnung der verschiedenen Komponenten zeigen. Wenn sie so dargestellt sind, dass sie sich direkt berühren oder direkt aneinandergekoppelt sind, so können derartige Elemente zumindest in einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die als aneinander angrenzend oder benachbart dargestellt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander angrenzen bzw. benachbart sein. In einem Beispiel können Komponenten, die sich Flächen miteinander teilen, als sich Flächen teilend bezeichnet werden. In einem anderen Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt angeordnet sind, wobei sich dazwischen nur eine Lücke und keine anderen Komponenten befinden, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. In einem anderen Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander dargestellt sind, in Relation zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren dargestellt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als „Oberteil“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterteil“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne kann sich Oberteil/Unterteil, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und verwendet werden, um die Anordnung von Elementen der Figuren in Relation zu einander zu beschreiben. Von daher sind Elemente, die über anderen Elementen dargestellt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen angeordnet. In einem anderen Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen) aufweisend bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die sich schneidend dargestellt sind, zumindest in einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder sich schneidend bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das in einem anderen Element oder außerhalb eines anderen Elements dargestellt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
  • In Bezug auf 5 ist ein Verfahren 500 zum Drehen einer FS-Sensoranordnung (zum Beispiel eines FS-Sensors 106, der in 1 dargestellt ist, und/oder einer FS-Sensoranordnung 202 in 2 und/oder einer FS-Sensoranordnung 402 in 4) dargestellt. Insbesondere kann die FS-Sensoranordnung drehbar über ein Lager an dem Abgaskanal befestigt sein. Hier kann die FS-Sensoranordnung auf Grundlage der Abgasstrombedingungen gedreht werden.
  • Die Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der übrigen der hier enthaltenen Verfahren 600 und 700 können von einer Steuerung auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa von den vorstehend in Bezug auf 1 dargestellten Sensoren. Die Steuerung kann gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren Motorbetätigungselemente des Motorsystems verwenden, um den Motorbetrieb einzustellen.
  • Bei 502 beinhaltet das Verfahren 500 das Ermitteln und/oder Schätzen von Motorbetriebsbedingungen einschließlich der Abgasstrombedingungen. Die ermittelten Motorbetriebsbedingungen können zum Beispiel die Motordrehzahl, die Richtung des Abgasstroms, den Abgasdurchsatz, die Motortemperatur, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, die Abgastemperatur, die Zeit (oder Entfernung), die seit einer letzten Regenerierung des DPF vergangen ist, die FS-Belastung an dem FS-Sensor, das Aufladeniveau, die Umgebungsbedingungen wie etwa den Atmosphärendruck und die Umgebungstemperatur usw. umfassen. Die Abgasstrombedingungen umfassen das Schätzen oder Erfassen einer oder mehrerer der Folgenden: Rußbelastung der FS-Sensoranordnung, Abgasdurchsatz, Richtung des Abgasstroms, Abgastemperatur und dergleichen. In einem Beispiel kann die Steuerung die Richtung des Abgasstroms auf Grundlage von Ausgaben des einen oder der mehreren Sensoren wie etwa des Sensors für den Abgasdurchsatz, des Abgastemperatursensors, des FS-Sensors und dergleichen bestimmen. Zum Beispiel kann auf Grundlage der von mehreren Temperatursensoren, die entlang des Abgaskanals befestigt sind, erkannten Änderungen der Abgastemperatur die Steuerung die Richtung des Abgasstroms bestimmen. In einem anderen Beispiel kann auf Grundlage einer Änderung der Abgasdurchsatz, der von den in dem Abgaskanal befestigten Sensoren für den Abgasdurchsatz bestimmt wurde, die Richtung des Abgasstroms geschätzt werden. In einem anderen Beispiel kann die Richtung des Abgasstroms auf Grundlage einer Rußbelastung der FS-Sensoranordnung bestimmt werden. Beliebige Änderungen in Bezug auf die Ausgabe der vorstehenden Sensoren können verwendet werden, um beispielsweise eine Änderung der Richtung des Abgasstroms zu erfassen.
  • Das Verfahren 500 geht zu 504 über, wo eine Ausgabe aus einer drehbaren FS-Sensoranordnung erzeugt werden kann. Hier kann sich das Drehen der Anordnung ändern, wenn sich die Abgasstrombedingungen ändern. Das Drehen der FS-Sensoranordnung beinhaltet das Drehen der Anordnung bei 505, um Abgas in die Anordnung zu leiten, sodass Abgas in einer zweiten Richtung in die Anordnung eintritt, wenn Abgas in einer ersten Richtung in dem Abgaskanal strömt. Hier ist die zweite Richtung der ersten entgegengesetzt. Zum Beispiel kann, wenn das Abgas parallel zu einer Mittelachse entlang des Abgaskanals strömt, die erste Richtung als 0 ° dargestellt sein. In einem solchen Beispiel kann die FS-Sensoranordnung um ihre Mittelachse gedreht werden, sodass das Abgas nach der Umkehr seines Stroms in die Anordnung eintritt. Demnach tritt das Abgas bei 180 ° in Relation zu der Mittelachse des Abgaskanals in die Anordnung ein. Von daher beinhaltet das Drehen der FS-Sensoranordnung das Drehen der Anordnung über ein Lager um die Mittelachse der Anordnung. Hier verläuft die Mittelachse der Anordnung senkrecht zur Mittelachse des Abgaskanals. In einem Beispiel kann es sich bei der Drehung um eine passive Drehung handeln, wobei der Abgasstrom automatisch Strömungsplatten ablenkt, die an der Anordnung angebracht sind. Alternativ beinhaltet das Verfahren 500 bei 506 das aktive Drehen der Anordnung durch das Betätigen eines mit der Anordnung gekoppelten Motors. Hier beinhaltet das Drehen über den Motor das Einstellen einer Ausgabe des Motors, um die Drehung der FS-Sensoranordnung zu steuern. Die Ausgabe des Motors kann auf Grundlage der Eingabe der einen oder mehreren oben genannten Sensoren eingestellt werden. Wenn das Abgas in der ersten Richtung strömt, kann die Steuerung die FS-Sensoranordnung durch das Steuern der Ausgabe des Motors drehen, um die Anordnung zu drehen, um es dem Abgas zu ermöglichen, in der zweiten, entgegengesetzten Richtung in die Anordnung einzutreten.
  • Das Drehen der FS-Sensoranordnung (entweder aktiv oder passiv) beinhaltet das Drehen der Anordnung über das Lager, das die Anordnung an dem Abgaskanal befestigt, um Abgas durch das Durchführen von 508 bis 516 des nachstehend beschriebenen Verfahrens in die Anordnung zu leiten.
  • Bei 508 beinhaltet das Verfahren 500 das Drehen der Anordnung, um Abgas durch eine Mehrzahl von Perforierungen zu leiten, die an Strömungsplatten entlang einer Seite der Anordnung in Richtung eines Zwischenraums ausgebildet sind, der zwischen den Strömungsplatten ausgebildet ist. Hier handelt es sich bei den Strömungsplatten um parallele Platten, die an einer Seite der Anordnung (insbesondere an einem zylindrischen Gehäuse der Anordnung) befestigt sind, und umfassen eine Reihe von Perforierungen, die dazu konfiguriert sind, Abgas in eine Richtung senkrecht zu der ersten Richtung in den Zwischenraum zu leiten, der zwischen den Strömungsplatten ausgebildet ist.
  • Anschließend beinhaltet das Verfahren 500 bei 510 das Leiten des Abgases über eine an der einen Seite des Gehäuses der Anordnung ausgebildete Öffnung aus dem Zwischenraum in die FS-Sensoranordnung. Insbesondere wird das Abgas aus dem Zwischenraum in die Öffnung in der zweiten, entgegengesetzten Richtung geleitet, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Von daher ist die Öffnung zwischen den Strömungsplatten an der einen Seite des Gehäuses ausgebildet und deckt sich mit dem Zwischenraum, der zwischen den Strömungsplatten ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Zwischenraum über die an der einen Seite des Gehäuses ausgebildete Öffnung fluidisch mit der Innenseite des Gehäuses gekoppelt. Auf dieses Weise ist die Öffnung des Gehäuses an einer nachgelagerten Seite angeordnet, an der der statische Druck höher ist. Demnach tritt eine erhöhte Abgasmenge über die Öffnung in die Anordnung ein. Darüber hinaus bleiben größere Partikel und Wassertröpfchen in dem Abgas von dem höheren statischen Druck unbeeinflusst und werden durch die Strömungsplatten blockiert. Somit treten die größeren Partikel und Wassertröpfchen nicht über die Öffnung in die FS-Sensoranordnung ein, wodurch Sensorfehler abnehmen, da sich diese Partikel beispielsweise an der empfindlichen Elektrodenoberfläche ablagern.
  • Anschließend umfasst das Verfahren 500 bei 512 das Leiten des Abgases über die Öffnung in Richtung eines Sensorelements. Hier umfasst das Sensorelement Elektroden, die an einer ersten Oberfläche ausgebildet sind, und ein Heizelement, das an einer zweiten, gegenüberliegenden Fläche ausgebildet ist. Das Sensorelement hängt innen, sodass die Elektroden der Öffnung zugewandt sind. In einem Beispiel entspricht eine Länge des Erfassungsteils der Sensorelektroden im Wesentlichen einer Länge der Öffnung. Demnach werden Rußpartikel in dem Abgas in Richtung der Sensorelektroden geleitet. Das Verfahren 500 geht zu 514 über.
  • Bei 514 beinhaltet das Verfahren 500 das Sammeln von FS an den Elektroden des Sensorelements. Hier können die Elektroden positive und negative Interdigitalelektroden umfassen, die an einem Substrat des Sensorelements ausgebildet sind. Die Steuerung legt eine Spannung an die Elektroden des Sensorelements an, um FS an den Elektroden zu sammeln. Wenn sich FS- oder Rußpartikel zwischen den Interdigitalelektroden ablagern, kann der zwischen den Elektroden gemessene Strom beginnen, zu steigen, was mit einer Messvorrichtung gemessen wird. Die Steuerung kann in der Lage sein, den Strom zu erfassen und eine entsprechende FS- oder Rußbelastung an den Interdigitalelektroden des Sensorelements der FS-Sensoranordnung abzuleiten. Durch das Kontrollieren der Belastung an dem Sensorelement kann die dem DPF nachgelagerte Abgasrußbelastung erfasst werden und dadurch zur Diagnose und Kontrolle des Zustands und der Funktionstüchtigkeit des DPF verwendet werden (wie in 7 beschrieben).
  • Das Verfahren 500 geht anschließend zu 516 über. Bei 516 beinhaltet das Verfahren 500 das Hinausleiten von Abgas aus der Anordnung über ein Austrittsloch, das an dem Unterteil des Gehäuses ausgebildet ist. Hier ist das Austrittsloch dazu konfiguriert, das Abgas so aus der Anordnung zu leiten, dass das Abgas über das Loch in einer Richtung senkrecht zu jeder von der ersten Richtung und der zweiten Richtung austritt. Das Verfahren geht zu 518 über.
  • Bei 518 beinhaltet das Verfahren 500 das Bestimmen, ob die Bedingungen für die Regenerierung des Sensorelements erfüllt sind. Insbesondere können die Bedingungen für die Regenerierung des FS-Sensors, wenn die Rußbelastung an der FS-Sensoranordnung über einem Schwellenwert liegt oder wenn ein Widerstand der FS-Sensoranordnung (auf die Temperatur eingestellt) unter einen Widerstand in Höhe eines Schwellenwerts abfällt oder wenn ein Strom der FS-Sensoranordnung über einem Strom in Höhe eines Schwellenwerts liegt, als erfüllt betrachtet werden. In einigen Beispielen kann, wenn seit einer unmittelbar vorangegangenen Sensorregenerierung eine Zeit mit der Dauer eines Schwellenwerts verstrichen ist, die Regenerierungsbedingung als erfüllt betrachtet wird. Die FS-Sensoranordnung kann eine Regenerierung erfordern, um eine weitere FS-Erkennung zu ermöglichen.
  • Wenn die Regenerierungsbedingungen erfüllt sind (z. B. „JA“ bei 518), so geht das Verfahren 500 zu 520 über, wo die FS-Sensoranordnung regeneriert werden kann, indem ein Verfahren durchgeführt wird, das in 6 beschrieben ist. Kurzum kann eine Regenerierung der FS-Sensoranordnung durch das Aufheizen des Sensors initiiert werden. Die FS-Sensoranordnung kann durch das Betätigen eines Heizelements aufgeheizt werden, das zum Beispiel thermisch an das Substrat der Sensorelektroden gekoppelt ist. Hier kann die Steuerung den Schalter in einer Regenerierungsschaltung schließen, wodurch eine Spannung auf das Heizelement angelegt wird, was bewirkt, dass sich die Heizelemente aufheizen. Ferner kann die Steuerung keine Spannungen an die Sensorelektroden anlegen, während der Sensor regeneriert wird. Demnach können die Sensorelektroden während der Sensorregenerierung keinen Ruß sammeln. Von daher kann das Heizelement betätigt sein, bis die Rußbelastung des Sensors ausreichend durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden verringert ist. Wenn die Bedingungen zur Regenerierung des FS-Sensors jedoch nicht erfüllt sind (z. B. „NEIN“ bei 518), so geht das Verfahren zu 522 über, wo die Partikel weiterhin an den Sensorelektroden gesammelt werden können und das Verfahren endet.
  • Demnach beinhaltet ein beispielhaftes Verfahren, während Abgas durch einen Abgaskanal strömt, das Erzeugen einer Ausgabe einer an den Abgaskanal gekoppelten drehbaren Feinstaub(FS)-Sensoranordnung, wobei die Drehung der drehbaren FS-Sensoranordnung sich mit ändernden Bedingungen für den Abgasstrom ändert. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die drehbare FS-Sensoranordnung ein zylindrisches Gehäuse aufweisen, das in der Lage ist, sich über ein Lager entlang einer Mittelachse der zylindrischen Gehäuseanordnung zu drehen, um eine Feinstaubansammlung an einem Sensorelement, das in dem zylindrischen Gehäuse gehalten wird, zu erhöhen, wobei die Mittelachse senkrecht zu dem Abgasstrom durch den Abgaskanal verläuft. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Abgasstrom durch den Abgaskanal in einer ersten Richtung verlaufen, wobei das Drehen der FS-Sensoranordnung zum Erhöhen der FS-Ansammlung ein Drehen der FS-Sensoranordnung umfassen kann, um Abgas in die FS-Sensoranordnung in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten, Richtung zu leiten, wobei das in die FS-Sensoranordnung geleitete Abgas durch eine Mehrzahl von Perforierungen geleitet wird, die an Strömungsplatten ausgebildet sind, die an dem zylindrischen Gehäuse der FS-Sensoranordnung befestigt sind. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Strömungsplatten ein Paar Platten umfassen, die entlang einer Seite des zylindrischen Gehäuses der FS-Sensoranordnung befestigt sind, sodass ein Zwischenraum zwischen dem Paar Platten gebildet wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Abgas zuerst durch die Mehrzahl von Perforierungen in einen Zwischenraum und anschließend von dem Zwischenraum über eine an der einen Seite des zylindrischen Gehäuses ausgebildete Öffnung in das zylindrische Gehäuse geleitet werden, wobei die Öffnung an den Zwischenraum angrenzt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Abgas von der Öffnung in Richtung des Sensorelements geleitet werden, wobei das Sensorelement von einem Oberteil des zylindrischen Gehäuses herabhängt und wobei der FS in dem Abgas an Elektroden gesammelt wird, die an einer ersten Oberfläche des Sensorelements ausgebildet sind, um die Ausgabe der FS-Sensoranordnung zu erzeugen, wobei sich die erste Oberfläche näher an der Öffnung des zylindrischen Gehäuses befindet. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Abgas über ein an einem Unterteil des zylindrischen Gehäuses ausgebildetes Austrittsloch aus der FS-Sensoranordnung geleitet werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Drehen als Reaktion auf die erfassten Abgasstrombedingungen das Drehen mit einem Betätigungselement beinhalten. Zusätzlich oder alternativ dazu umfassen die erfassten Abgasstrombedingungen eines oder mehrere der Folgenden: Rußbelastung, Abgasdurchsatz, und Abgastemperatur des Abgasstroms.
  • In Bezug auf 9 zeigt das Diagramm 900 eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Abgasstromrichtung, einer Position einer drehbaren FS-Sensoranordnung und einer Ausgabe einer PM-Sensoranordnung. Die erste Darstellung 902 aus 900 stellt die Richtung des Abgasstroms als durch eines oder mehrere von einem Durchsatzsensor, einem Temperatursensor und dergleichen, die an mehreren Positionen in einem Abgaskanal angeordnet sind, bestimmt dar. Die zweite Darstellung 908 stellt die Position der drehbaren FS-Sensoranordnung in Relation zu der Richtung des Abgasstroms dar. Die dritte Darstellung 912 stellt die Ausgabe der drehbaren FS-Sensoranordnung dar. Die gestrichelte Linie 910 weist auf die Ausgabe einer festen FS-Sensoranordnung hin, wobei die Position der FS-Sensoranordnung in Bezug auf die Richtung des Abgasstroms fest ist. Für jede Darstellung ist die Zeit entlang der x-Achse (horizontal) dargestellt, während die Werte jedes entsprechenden Parameters entlang der y-Achse (vertikal) dargestellt sind.
  • Zwischen der Zeit t0 und t1 verläuft der Abgasstrom in dem Abgaskanal in einer ersten Richtung (Darstellung 902). Die drehbare FS-Sensoranordnung kann an Position 1 (Darstellung 908) angeordnet sein, sodass das Abgas in einer Richtung entgegen der ersten Richtung in die FS-Sensoranordnung eintritt. Insbesondere tritt das Abgas über eine Mehrzahl von Perforierungen an Strömungsplatten in einen Zwischenraum zwischen den Strömungsplatten ein. Anschließend kehrt das Abgas seine Strömungsrichtung um und strömt in Richtung eines Strömungseingangs, der zwischen den Strömungsplatten angeordnet ist. Danach tritt das Abgas über den Strömungseingang in Richtung eines Sensorelements ein und es beginnen sich Rußpartikel an dem Sensorelement anzusammeln. Der Vorteil hiervon besteht darin, dass mehr Abgas in die Anordnung eintritt und mehr Partikel an den Elektroden des Sensorelements gesammelt werden. Dadurch steigt die Ausgabe des FS-Sensors (Darstellung 912). In einem Beispiel kann es sich bei der Ausgabe der FS-Sensoranordnung um die Belastung des Sensorelements handeln. Die Steuerung kann die Belastung der Anordnung auf Grundlage einer Änderung des Widerstands/Stroms an den Elektroden des Sensorelements schätzen. Die FS-Sensoranordnung kann so lange in der ersten Position gehalten werden, bis das Abgas in die erste Richtung strömt.
  • Zur Zeit t2 jedoch wechselt die Richtung des Abgasstroms von der ersten Richtung zu einer zweiten, sich davon unterscheidenden Richtung. Zwischen Zeit t2 und t3 wechselt der Abgasstrom allmählich von der ersten Richtung zur zweiten Richtung. Dementsprechend kann die FS-Sensoranordnung von der ersten Richtung in die zweite Richtung gedreht werden. In einem Beispiel können die Strömungsplatten von dem Abgasstrom abgelenkt werden und dementsprechend kann die FS-Sensoranordnung allmählich in Richtung der zweiten Richtung gedreht werden. Das Ausmaß der Ablenkung der Strömungsplatten durch den Abgasstrom kann beispielsweise von dem Abgasdurchsatz abhängen. Ein höherer Durchsatz kann die Strömungsplatten um ein größeres Ausmaß ablenken, und ein geringerer Durchsatz kann die Strömungsplatten um ein geringeres Ausmaß ablenken. In einem anderen Beispiel kann eine Steuerung einen Motor betätigen, der an die FS-Sensoranordnung gekoppelt ist, um die FS-Sensoranordnung (beispielsweise durch das Durchführen eines in 5 beschriebenen Verfahrens) aus der ersten Richtung in die zweite Richtung zu drehen. Hier kann das Ausmaß der Drehung beispielsweise durch das Steuern der Ausgabe des Motors gesteuert werden. Wenn die FS-Sensoranordnung von der ersten Richtung in die zweite Richtung gedreht wird, kann die Ausgabe der FS-Sensoranordnung (Darstellung 912) weiterhin steigen. Wenn die FS-Sensoranordnung jedoch an dem Abgaskanal befestigt ist, kann der Wechsel der Strömungsrichtung jedoch bewirken, dass die Ausgabe der FS-Sensoranordnung abnimmt (Darstellung 910). Dies ist dadurch begründet, dass der Strömungseingang nicht mehr an einer Seite mit hohem statischem Druck angeordnet sein kann und die Menge Abgas, die in die FS-Sensoranordnung eintritt, verringert werden kann. Dadurch nehmen auch Rußpartikel, die an den Elektroden aufgefangen wurden, ab, was eine verringerte Ausgabe der FS-Sensoranordnung (Darstellung 910) zur Folge hat. Der Vorteil der drehbaren FS-Sensoranordnung gegenüber der festen Anordnung besteht darin, dass die drehbare Anordnung in der Lage sein kann, Rußpartikel in dem Abgasstrom unabhängig von der Richtung des Abgasstroms genau zu erkennen.
  • Zwischen t2 und t3 verläuft der Abgasstrom in der zweiten Richtung (Darstellung 902) und dementsprechend kann die FS-Sensoranordnung an der zweiten Position (Darstellung 908) gehalten werden. Das Abgas kann weiterhin in einer Richtung entgegen der zweiten Richtung eintreten und die Ausgabe der FS-Sensoranordnung kann weiterhin steigen (Darstellung 912). Wie bereits erläutert kann die Ausgabe der FS-Sensoranordnung weiterhin abnehmen (Darstellung 910).
  • Zwischen t3 und t4 kann die Richtung des Abgasstroms von der ersten Richtung zu der zweiten Richtung wechseln (Darstellung 902). Dadurch kann die Position der drehbaren FS-Sensoranordnung eingestellt werden. Das Einstellen der drehbaren FS-Sensoranordnung beinhaltet das Drehen der Anordnung (entweder passiv oder aktiv wie bereits beschrieben) von der zweiten Richtung in die erste Richtung (Darstellung 908). Hier ermöglicht die Drehung der Anordnung es, dass Abgas in einer Richtung entgegen der ersten Richtung in die Anordnung eintritt. Dadurch werden mehr Rußpartikel an den Sensorelektroden aufgefangen und die Ausgabe der FS-Sensoranordnung steigt weiterhin (Darstellung 912). Von daher verläuft die Richtung der Drehung der Anordnung zwischen t3 und t4 entgegen der Richtung der Drehung, die zwischen t1 und t2 auftrat. Im Vergleich dazu würde die Ausgabe der festen FS-Sensoranordnung weiterhin abnehmen (Darstellung 910).
  • Demnach kann eine beispielhafte FS-Sensoranordnung ein hohles zylindrisches Rohr, das drehbar über Kugellager an einem Abgaskanal befestigt ist und um eine Mittelachse drehbar ist, ein Sensorelement, das koaxial zu der Mittelachse angeordnet ist und an ein Oberteil des Rohrs angekoppelt ist, einen Ausschnitt an nur einer Seite des Rohrs und ein Paar paralleler Strömungsplatten umfassen, die an der einen Seite des Rohrs angekoppelt und durch einen durch eine Breite des Ausschnitts definierten Zwischenraum getrennt sind. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine erste Platte des Paars von parallelen Strömungsplatten mit einer ersten Kante des Ausschnitts gekoppelt sein und eine zweite Platte des Paars von Strömungsplatten mit einer zweiten Kante des Ausschnitts gekoppelt sein, wobei jede von der ersten Platte und der zweiten Platte Perforierungen aufweist, die dazu konfiguriert sind, Abgas in den Zwischenraum zu leiten, der zwischen dem Paar von parallelen Strömungsplatten in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal ausgebildet ist, und anschließend das Abgas aus dem Zwischenraum durch den Ausschnitt in einer Richtung entgegen der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal in Richtung des Sensorelements zu leiten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Anordnung ferner einen Motor und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes umfassen: als Reaktion auf einen Wechsel der Richtung des Abgasstroms von einer ersten Richtung zu einer zweiten Richtung, Drehen der FS-Sensoranordnung durch das Betätigen des Motors, um die FS-Sensoranordnung um ein bestimmtes Ausmaß aus der ersten Richtung in die zweite Richtung zu drehen, sodass das Abgas entgegengesetzt zu der zweiten Richtung in die FS-Sensoranordnung eintritt, und Anlegen von Spannung an Elektroden, die an dem Sensorelement ausgebildet sind, um Abgas-FS an den Elektroden zu sammeln, wobei das Abgas senkrecht zu den Elektroden des Sensorelements in die FS-Sensoranordnung geleitet wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Anordnung ferner ein Austrittsloch, das an einer unteren Fläche des Schutzrohrs ausgebildet ist, umfassen, wobei das Austrittsloch dazu konfiguriert ist, das Abgas aus der FS-Sensoranordnung in eine Richtung senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal zu leiten.
  • Demnach kann durch das Drehen der FS-Sensoranordnung auf Grundlage der erfassten Abgasstrombedingungen die Rußpartikelbelastung der Anordnung auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten werden und die Abhängigkeit der Ausgabe der FS-Sensoranordnung von der Richtung des Abgasstroms kann weiter eingeschränkt werden. Demnach ist die Empfindlichkeit des FS-Sensors abhängig von der Richtung des eingehenden Abgasstroms, wodurch die Messung von FS, der aus dem DPF austritt, genauer und verlässlicher wird. Demnach können Lecks oder eine Beeinträchtigung der DPF effizienter und effektiver erkannt werden.
  • In Bezug auf 6 ist ein Verfahren 600 zum Regenerieren des FS-Sensors (zum Beispiel eines FS-Sensor 106, der in 1 und/oder einer FS-Sensoranordnung 202 in 2) dargestellt. Insbesondere wenn die Rußbelastung an dem FS-Sensor über dem Schwellenwert liegt oder wenn ein für die Temperatur eingestellter Widerstand des FS-Sensors auf einen Widerstand in Höhe eines Schwellenwerts abfällt, können die Bedingungen für die Regenerierung des FS-Sensors als erfüllt betrachtet werden und der FS-Sensor kann einer Regenerierung bedürfen, um eine weitere FS-Erkennung zu ermöglichen. Bei 602 kann eine Regenerierung des FS-Sensors initiiert werden und der FS-Sensor kann durch das Aufheizen des Sensors bei 604 regeneriert werden. Der FS-Sensor kann durch Betätigen eines Heizelements aufgeheizt werden, bis die Rußbelastung des Sensors durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden ausreichend verringert ist. Die Regenerierung des FS-Sensors wird typischerweise unter Verwendung von Zeitsteuerungen gesteuert und die Zeitsteuerung kann bei 602 auf einen Zeitraum mit der Länge eines Schwellenwerts eingestellt werden. Alternativ kann die Sensorregenerierung durch die Verwendung einer Temperaturmessung der Sensorspitze oder durch die Steuerung der der Heizung bereitgestellten Energie oder beliebige oder alle davon gesteuert werden. Wenn eine Zeitsteuerung zur Regenerierung des FS-Sensors verwendet wird, so beinhaltet das Verfahren 600 das Überprüfen, ob der Zeitraum in Höhe des Schwellenwerts bei 606 abgelaufen ist. Wenn der Zeitraum in Höhe des Schwellenwerts nicht abgelaufen ist (z. B. „NEIN“ bei 606), so geht das Verfahren 600 zu 608 über, wo die Regenerierungsschaltung eingeschaltet bleiben kann, um mit der Regenerierung fortzusetzen. Wenn der Zeitraum in Höhe des Schwellenwerts abgelaufen ist (z. B. „JA“ bei 606), so geht das Verfahren 600 zu 610 über, wo die Regenerierung des FS-Sensors beendet und die elektrische Schaltung bei 612 abgeschaltet werden kann. Ferner können die Sensorelektroden zum Beispiel auf die Abgastemperatur abgekühlt werden. Das Verfahren 600 geht zu 614 über, wo die Belastung des FS-Sensors und der Verlauf der Regenerierung aktualisiert und in einem Speicher gespeichert werden kann. Zum Beispiel kann eine Häufigkeit der Regenerierung des FS-Sensors und/oder ein durchschnittlicher Zeitraum zwischen den Sensorregenerierungen aktualisiert werden und das Verfahren endet.
  • Der Abgaskanal des Motors kann einen oder mehrere FS-Sensoren aufweisen, die dem DPF vor- und/oder nachgelagert angeordnet sein können, um eine Rußbelastung des DPF zu bestimmen. Wenn der FS-Sensor dem DPF vorgelagert angeordnet ist, kann auf Grundlage der Änderung des Widerstands infolge von Rußablagerung an der Mehrzahl von Elektroden des FS-Sensors eine Rußbelastung an dem Sensor abgeleitet werden. Die auf diese Weise bestimmte Rußbelastung kann zum Beispiel verwendet werden, um die Rußbelastung an dem DPF zu aktualisieren. Wenn die Rußbelastung an dem DPF höher als ein Schwellenwert für die DPF-Regenerierung ist, so kann die Steuerung die Motorbetriebsparameter auf eine Regenerierung des DPF einstellen. Insbesondere kann als Reaktion darauf, dass die Bedingungen für die Regenerierung des Filters erfüllt sind, eine Temperatur des Filters (oder in der Nähe des Filters) ausreichend gesteigert werden, um abgelagerten Ruß zu verbrennen. Dies kann das Betreiben einer Heizung, die an den DPF gekoppelt ist, oder das Erhöhen der Temperatur des Motorabgases beinhalten (z. B. durch einen fetten Betrieb), das in den DPF strömt.
  • In Bezug auf 7 ist ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Diagnostizieren der DPF-Funktion auf Grundlage der Regenerierungszeit des FS-Sensors dargestellt. Bei 702 kann von der Steuerung durch Kalibrierung die Regenerierungszeit für den FS-Sensor, t(i)_Regen, berechnet werden, bei der es sich um die Zeit handelt, die vom Ende der vorhergehenden Regenerierung bis zum Beginn der aktuellen Regenerierung des FS-Sensors gemessen wurde. Bei 704 wird t(i)_Regen mit t(i – 1)_Regen verglichen, bei dem es sich um die zuvor kalibrierte Regenerierungszeit des FS-Sensors handelt. Daraus kann abgeleitet werden, dass der Rußsensor mehrere Male durch die Regenerierung schalten kann, um eine Diagnose für den DPF zu erstellen. Wenn der t(i)_Regen weniger als die Hälfte des Werts des t(i – 1)-Regen beträgt, so wird bei 708 darauf hingewiesen, dass der DPF leckt, und es wird ein Signal in Bezug auf die Beeinträchtigung des DPF initiiert. Alternativ oder zusätzlich zu dem oben angeführten Vorgang kann unter Verwendung anderer Parameter wie etwa der Abgastemperatur, der Motordrehzahl/-last usw. eine Diagnose für den DPF erstellt werden. Das Signal in Bezug auf die Beeinträchtigung kann beispielsweise durch eine Störungsanzeigeleuchte oder einen Diagnosecode initiiert werden. Darüber hinaus beinhaltet das Verfahren 700 das Einstellen des Motorbetriebs auf Grundlage der Anzeige von Lecks in dem DPF bei 710. Das Einstellen des Motorbetriebs kann beispielsweise das Beschränken der Motordrehzahl bei 712 umfassen. In einem Beispiel können als Reaktion auf das Erkennen von Lecks in dem DPF die Motorleistung und das -drehmoment reduziert werden. Das Reduzieren der Motorleistung und des -drehmoments kann die Menge an FS-Emissionen im Abgas reduzieren. Zum Beispiel kann das Einstellen des Motorbetriebs das Reduzieren des in einen Dieselmotor unter Schwerlastbedingungen eingespritzten Kraftstoffs reduzieren, wodurch sich das Drehmoment verringert. Zusätzlich oder alternativ dazu kann als Reaktion auf das Erkennen von Lecks in dem DPF eine AGR-Verwendung herabgesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu erscheint ein Motorwarnzeichen auf dem Armaturenbrett, um die maximale Entfernung anzuzeigen, die das Fahrzeug vor der Servicekontrolle des DPF noch fahren kann.
  • Eine aktuelle Regenerierungszeit von weniger als der Hälfte der vorhergehenden Regenerierungszeit kann darauf hinweisen, dass die Zeit, die die elektrische Schaltung bis zum Erreichen des Schwellenwerts für R_Regen hat, wesentlich kürzer ist und die Regenerierungshäufigkeit somit höher ist. Eine höhere Regenerierungshäufigkeit in dem FS-Sensor kann darauf hinweisen, dass das ausströmende Abgas eine höhere Feinstaubmenge enthält als bei einem normal funktionierenden DPF festgestellt wurde. Dementsprechend wird, wenn die Änderung der Regenerierungszeit in dem Rußsensor einen Schwellenwert t_Regen erreicht, bei dem die aktuelle Regenerierungszeit des FS-Sensors weniger als die Hälfte der vorhergehenden Regenerierungszeit beträgt, eine Beeinträchtigung oder ein Lecken des DPF zum Beispiel über eine Anzeige an einen Fahrzeugführer und/oder über das Einstellen einer Markierung, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert ist, der an den Prozessor gekoppelt ist, angezeigt, die an das Diagnosewerkzeug gesendet werden kann, das mit dem Prozessor gekoppelt ist. Wenn die Änderung der Regenerierungszeit des Rußsensors den Schwellenwert t_Regen nicht erreicht, so wird bei 706 kein Lecken des DPF angezeigt. Auf diese Weise können Lecks in einem dem Feinstaubsensor vorgelagert angeordneten Partikelfilter auf Grundlage einer Geschwindigkeit der Ablagerung der Partikel an den Elektroden des Feinstaubsensors erkennen.
  • In Bezug auf 8 zeigt das Diagramm 800 eine beispielhafte Beziehung zwischen der Rußbelastung an dem FS-Sensor und der Rußbelastung an dem Partikelfilter. Insbesondere zeigt das Diagramm 800 eine grafische Abbildung der Beziehung zwischen der Regenerierung des FS-Sensors und der Rußbelastung des DPF und insbesondere, wie eine Regenerierung des FS-Sensors eine Beeinträchtigung des DPF anzeigen kann. Die Vertikalen Markierungen t0, t1, t2, t3, t4, t5 und t6 stellen wesentliche Zeiten im Betrieb und System von FS-Sensor und DPF heraus.
  • Die erste Darstellung in 8 zeigt eine Rußbelastung an dem FS-Sensor. Wie vorstehend beschrieben wird FS an den positiven und negativen Elektroden, die an einer Platte ausgebildet sind, abgelagert, die in einer gestuften Anordnung angeordnet ist. Sobald sich Ruß ansammelt, beginnt ein an den Elektroden gemessener Strom zu steigen (oder beginnt ein Widerstand der Elektroden zu steigen). Die Steuerung kann dazu in der Lage sein, eine Rußbelastung (Darstellung 802) auf Grundlage des gemessenen Stroms/Widerstands zu bestimmen. Von daher weist die Rußbelastung ihren niedrigsten Wert an der Unterseite der Darstellungen auf und steigt in ihrem Ausmaß in Richtung der Oberseite der Darstellung in vertikaler Richtung an. Die horizontale Richtung stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Darstellung hin zu. Die horizontale Markierung 806 stellt die Belastung in Höhe eines Schwellenwerts zur Regenerierung des FS-Sensors in der oberen Darstellung dar. Die Darstellung 804 stellt die Rußbelastung an dem DPF dar und die horizontale Markierung 808 stellt die Rußbelastung des DPF in Höhe eines Schwellenwert in der zweiten Darstellung dar.
  • Zwischen t0 und t1 ist ein Regenerierungszyklus des PM-Sensors dargestellt. Zur Zeit t0 befindet sich der FS-Sensor in einem relativ sauberen Zustand, was durch eine geringen FS-Belastung gemessen wurde (Darstellung 802). Eine an den FS-Sensor gekoppelte Steuerung bestimmt die Rußbelastung des FS-Sensors beispielsweise auf Grundlage des Stroms/Widerstands, der an den Sensorelektroden gemessen wurde. Wenn die Steuerung bestimmt, dass die Rußbelastung gering ist, kann sie Anweisungen an eine Regenerierungsschaltung senden, um die Zufuhr von Hitze zu beenden, sodass eine Erkennungsschaltung beginnen kann, eine Ansammlung von FS-Belastung zu erkennen. Mit zunehmender FS-Belastung an dem Sensor wird Ruß in dem Zwischenraum zwischen den Sensorelektroden angesammelt.
  • Zwischen t0 und t1 steigt, während sich weiter FS ansammelt, die Rußbelastung (Darstellung 802) entsprechend an und ferner steigt auch die Rußbelastung an dem DPF (Darstellung 804). In einigen Beispielen kann die Rußbelastung an dem DPF auf einer Belastung des FS-Sensors basieren, zum Beispiel wenn der FS-Sensor dem DPF vorgelagert angeordnet ist.
  • Bei t1 erreicht die Rußbelastung an dem FS-Sensor (Darstellung 802) die Belastung in Höhe eines Schwellenwerts für die Regenerierung des FS-Sensors (Markierung 806). Bei der Belastung in Höhe eines Schwellenwerts kann es sich um eine Belastung handeln, bei der der Sensor einer Regenerierung bedarf. Bei t1 kann eine Regenerierung des FS-Sensors entsprechend der vorstehenden Erläuterung initiiert werden. Kurzum kann die Steuerung einen Schalter in der elektrischen Schaltung schließen, um Spannung an die Heizelemente anzulegen, die beispielsweise entlang der Innenfläche des Mittelelements ausgebildet sind. Darüber hinaus kann der FS-Sensor nicht in FS-Sammelmodus betrieben werden, sodass die Steuerung keine Spannung an die Sensorelektroden anlegen kann.
  • Demnach kann der FS-Sensor zwischen t1 und t2 durch das Einschalten der elektrischen Schaltung zur Regenerierung regeneriert werden. Bei t2 kann der FS-Sensor kühl genug sein und zum Beispiel damit beginnen, Ruß zu sammeln und mit dem Sammeln zwischen t2 und t3 (DPF-Regenerierungszyklus) fortsetzen. Während der Zeit zwischen t2 und t3 steigt die Rußbelastung im DPF weiter an (Darstellung 804). Bei t3 erreicht die Rußbelastung an dem DPF (Darstellung 804) die Belastung in Höhe eines Schwellenwerts für die Regenerierung des DPF (Markierung 808). Zwischen t3 und t4 kann der DPF regeneriert sein, um den an dem DPF abgelagerten Ruß zu verbrennen. Ferner kann bei t4 die Regenerierungshäufigkeit des FS-Sensors mit einer zuvor geschätzten Regenerierungshäufigkeit des FS-Sensors vergleichen. Wenn die Regenerierungshäufigkeit des FS-Sensor im Vergleich zu vorhergehenden Zyklen gleichbleibt, kann bestimmt werden, dass der DPF nicht leckt. Auf diese Weise kann auf Grundlage der Ausgabe des FS-Sensors der Zustand des DPF kontrolliert werden und eine Leckdiagnose durchgeführt werden.
  • Zwischen t5 und t6 ist ein anderer DPF-Zyklus dargestellt. Hier steigt zwischen t5 und t6 die Rußbelastung an dem DPF allmählich an Darstellung (804). Während dieser Zeit kann die Rußbelastung an dem FS-Sensor (Darstellung 802) kontrolliert werden. Die Darstellung 802 zeigt, dass der FS-Sensor wie vorstehend beschrieben mehrere Regenerierungszyklen durchläuft. Die Regenerierungshäufigkeit des FS-Sensors hat sich jedoch beinahe verdoppelt (Darstellung 802). Die höhere Regenerierungshäufigkeit in dem FS-Sensor kann darauf hinweisen, dass das ausströmende Abgas eine höhere Feinstaubmenge enthält als bei einem normal funktionierenden DPF festgestellt wurde. Demnach kann bei t6 ein Lecken des DPF angezeigt werden.
  • Auf diese Weise kann eine genauere Messung der FS-Belastung im Abgas und somit die Rußbelastung im DPF bestimmt werden. Demnach steigert dies die Effizienz von Filterregenerierungsbetrieben. Darüber hinaus kann durch das Ermöglichen einer genaueren Diagnose eines Abgas-DPF die Einhaltung der Abgasemissionsanforderungen gesteigert werden. Von daher verringert dies die hohen Garantiekosten für das Ersetzen funktionierender Partikelfilter und die Lebensdauer von Abgaskomponenten wird verlängert.
  • Auf diese Weise kann durch das Drehen der FS-Sensoranordnung auf Grundlage der erfassten Abgasstrombedingungen die Rußpartikelbelastung der Anordnung auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten werden und die Abhängigkeit der Ausgabe der FS-Sensoranordnung von der Richtung des Abgasstroms kann weiter verringert werden. Die technische Wirkung des Drehens der FS-Sensoranordnung über das Lager in dem Abgaskanal besteht darin, dass die Geschwindigkeit der Ablagerung von Partikeln an den Elektroden des FS-Sensors nahezu konstant bleiben. Demnach ist die Empfindlichkeit des FS-Sensors abhängig von der Richtung des eingehenden Abgasstroms, wodurch die Messung von FS, der aus dem DPF austritt, genauer und verlässlicher wird. Demnach können Lecks oder eine Beeinträchtigung der DPF effizienter und effektiver erkannt werden. Eine weitere technische Wirkung der Aufnahme von Strömungsplatten besteht darin, dass größere Partikel und/oder Wassertröpfchen von den Strömungsplatten festgehalten werden können. Demnach kann das Sensorelement vor dem Aufprall von Wassertröpfchen und größeren Partikeln geschützt werden. Insgesamt können diese Eigenschaften des Sensors bewirken, dass eine Ausgabe des Sensors genauer ist, wodurch sich die Genauigkeit der Schätzung der Partikelbelastung an einem Partikelfilter erhöht.
  • Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen darüber hinaus ein Verfahren bereit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: während Abgas durch einen Abgaskanal strömt, Erzeugen einer Ausgabe einer an den Abgaskanal gekoppelten drehbaren Feinstaub(FS)-Sensoranordnung, wobei die Drehung der drehbaren FS-Sensoranordnung sich mit ändernden Bedingungen für den Abgasstrom ändert. In einem ersten Beispiel für das Verfahren kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ dazu umfassen, dass die drehbare FS-Sensoranordnung ein zylindrisches Gehäuse aufweist, das in der Lage ist, sich über ein Lager entlang einer Mittelachse der zylindrischen Gehäuseanordnung zu drehen, um eine Feinstaubansammlung an einem Sensorelement, das in dem zylindrischen Gehäuse gehalten wird, zu erhöhen, wobei die Mittelachse senkrecht zu dem Abgasstrom durch den Abgaskanal verläuft. Ein zweites Beispiel für das Verfahren umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner, dass der Abgasstrom durch den Abgaskanal in einer ersten Richtung verläuft und wobei das Drehen der FS-Sensoranordnung zum Erhöhen der FS-Ansammlung ein Drehen der FS-Sensoranordnung umfasst, um Abgas in die FS-Sensoranordnung in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten, Richtung zu leiten, wobei das in die FS-Sensoranordnung geleitete Abgas durch eine Mehrzahl von Perforierungen geleitet wird, die an Strömungsplatten ausgebildet sind, die an dem zylindrischen Gehäuse der FS-Sensoranordnung befestigt sind. Ein drittes Beispiel für das Verfahren umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten und dem zweiten Beispiel und umfasst ferner, dass die Strömungsplatten ein Paar Platten umfassen, die entlang einer Seite des zylindrischen Gehäuses der FS-Sensoranordnung befestigt sind, sodass ein Zwischenraum zwischen dem Paar Platten gebildet wird. Ein viertes Beispiel für das Verfahren umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und umfasst ferner, dass das Abgas zuerst durch die Mehrzahl von Perforierungen in einen Zwischenraum und anschließend von dem Zwischenraum über eine an der einen Seite des zylindrischen Gehäuses ausgebildete Öffnung in das zylindrische Gehäuse geleitet wird, wobei die Öffnung an den Zwischenraum angrenzt. Ein fünftes Beispiel für das Verfahren umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis vierten Beispiel und umfasst ferner, dass das Abgas von der Öffnung in Richtung des Sensorelements geleitet wird, wobei das Sensorelement von einem Oberteil des zylindrischen Gehäuses herabhängt und wobei der FS in dem Abgas an Elektroden gesammelt wird, die an einer ersten Oberfläche des Sensorelements ausgebildet sind, um die Ausgabe der FS-Sensoranordnung zu erzeugen, wobei sich die erste Oberfläche näher an der Öffnung des zylindrischen Gehäuses befindet. Ein sechstes Beispiel für das Verfahren umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis fünften Beispiel und umfasst ferner, dass das Abgas über ein Austrittsloch, das an einem Unterteil des zylindrischen Gehäuses ausgebildet ist, aus der FS-Sensoranordnung geleitet wird. Ein achtes Beispiel für das Verfahren umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis siebten Beispiel und umfasst ferner, dass das Drehen ein Drehen mit einem Betätigungselement als Reaktion auf erfasste Abgasstrombedingungen umfasst. Ein achtes Beispiel für das Verfahren umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis siebten Beispiel und umfasst ferner, dass die erfassten Abgasstrombedingungen eines oder mehrere von einer Rußbelastung, einem Abgasdurchsatz und einer Abgastemperatur des Abgasstroms umfasst.
  • Die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren stellen einen Feinstaubsensor bereit, der ein Schutzrohr mit einem Sensorelement, ein Paar Platten mit Perforierungen, wobei das Paar Platten an eine Seite des Schutzrohrs angekoppelt und von jeder anderen durch einen Zwischenraum getrennt ist, einen Strömungseingang, der an der einen Seite des Schutzrohrs ausgebildet ist, wobei der Strömungseingang an den Zwischenraum angrenzt und zwischen dem Paar Platten angeordnet ist, wobei das Sensorelement dem Strömungseingang zugewandt ist, eine Sensorabdeckung und eine Dichtungshalterung, die das Schutzrohr an das Abgasrohr koppeln, und ein Lager, das zwischen einer Innenfläche der Sensorabdeckung und einer Außenfläche der Dichtungshalterung angeordnet ist und das den FS-Sensor drehbar an dem Abgasrohr befestigt, umfasst. In einem ersten Beispiel der Feinstaubsensoranordnung kann der Sensor zusätzlich oder alternativ dazu umfassen, dass das Lager dazu konfiguriert ist, den FS-Sensor entlang einer Mittelachse des FS-Sensor zu drehen, die senkrecht zu einer Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr verläuft. Ein zweites Beispiel für den Feinstaubsensor beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Paar Platten parallel zueinander und ferner parallel zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr verläuft. Ein drittes Beispiel für den Feinstaubsensor beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten und dem zweiten Beispiel und beinhaltet ferner, dass die Perforierungen an dem Paar Platten dazu konfiguriert sind, Abgas aus dem Abgasrohr aufzunehmen, das aufgenommene Abgas in den Zwischenraum in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr zu leiten, und anschließend das Abgas in dem Zwischenraum in Richtung des Sensorelements durch den Strömungseingang leiten, der an dem Schutzrohr ausgebildet ist, wobei der Strömungseingang dazu konfiguriert ist, das Abgas aus dem Zwischenraum in das Sensorelement in einer Richtung entgegen der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr zu leiten. Ein viertes Beispiel für den Feinstaubsensor beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet ferner einen Motor und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: Betätigen des Motors, um den FS-Sensor so zu drehen, dass der Strömungseingang an einer nachgelagerten Seite des FS-Sensors angeordnet ist, um das Abgas über den Strömungseingang in einer Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgasrohr in den FS-Sensor zu leiten. Ein fünftes Beispiel für den Feinstaubsensor beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis vierten Beispiel und beinhaltet ferner, dass die Steuerung ferner Anweisungen zum Anlegen einer ersten Spannung an ein Paar Elektroden, die an einer ersten Oberfläche des Sensorelements ausgebildet sind um Abgas-FS an das Paar Elektroden zu sammeln, zum Schätzen einer Belastung an dem Sensorelement auf Grundlage eines in dem Sensorelement erzeugten Stroms und als Reaktion darauf, dass die Belastung über einem Schwellenwert liegt, zum Anlegen einer zweiten Spannung an ein Heizelement umfasst, das an einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche des Sensorelements ausgebildet ist, um den Sensor zu regenerieren. Ein sechstes Beispiel für den Feinstaubsensor beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten bis fünften Beispiel und beinhaltet ferner, dass ein Ausgang an dem Unterteil des Schutzrohrs dazu konfiguriert ist, Abgas aus dem FS-Sensor in Richtung des Abgasrohrs in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr zu leiten.
  • Die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren stellen einen Feinstaubsensor bereit, der ein hohles zylindrisches Rohr, das drehbar über Kugellager an einem Abgaskanal befestigt ist und um eine Mittelachse drehbar ist, ein Sensorelement, das koaxial zu der Mittelachse angeordnet ist und an ein Oberteil des Rohrs angekoppelt ist, einen Ausschnitt an nur einer Seite des Rohrs und ein Paar paralleler Strömungsplatten umfassen, die an der einen Seite des Rohrs angekoppelt und durch einen durch eine Breite des Ausschnitts definierten Zwischenraum getrennt sind. In einem ersten Beispiel für die Feinstaubsensoranordnung kann der Sensor zusätzlich oder alternativ umfassen, dass eine erste Platte des Paars paralleler Strömungsplatten mit einer ersten Kante des Ausschnitts gekoppelt ist und eine zweite Platte des Paars Strömungsplatten mit einer zweiten Kante des Ausschnitts gekoppelt ist, wobei jede von der ersten Platte und der zweiten Platte Perforierungen aufweist, die dazu konfiguriert sind, Abgas in den Zwischenraum zu leiten, der zwischen dem Paar paralleler Strömungsplatten in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal ausgebildet ist, und anschließend das Abgas aus dem Zwischenraum durch den Ausschnitt in einer Richtung entgegen der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal in Richtung des Sensorelements zu leiten. Ein zweites Beispiel für die Feinstaubsensoranordnung umfasst gegebenenfalls das erste Beispiel und umfasst ferner einen Motor und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: als Reaktion auf einen Wechsel der Richtung des Abgasstroms von einer ersten Richtung zu einer zweiten Richtung, Drehen der FS-Sensoranordnung durch das Betätigen des Motors, um die FS-Sensoranordnung um ein bestimmtes Ausmaß aus der ersten Richtung in die zweite Richtung zu drehen, sodass das Abgas entgegengesetzt zu der zweiten Richtung in die FS-Sensoranordnung eintritt, und Anlegen von Spannung an Elektroden, die an dem Sensorelement ausgebildet sind, um Abgas-FS an den Elektroden zu sammeln, wobei das Abgas senkrecht zu den Elektroden des Sensorelements in die FS-Sensoranordnung geleitet wird. Ein drittes Beispiel für die Feinstaubsensoranordnung umfasst gegebenenfalls eines oder mehrere von dem ersten und dem zweiten Beispiel und umfasst ferner ein Austrittsloch, das an einer unteren Fläche des Schutzrohrs ausgebildet ist, wobei das Austrittsloch dazu konfiguriert ist, das Abgas aus der FS-Sensoranordnung in eine Richtung senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal zu leiten.
  • Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und von dem Steuerungssystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Betätigungselementen und anderer Verbrennungsmotorhardware beinhaltet. Die konkreten hier beschriebenen Routinen können für eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien stehen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Daher können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern sie ist zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch für einen Code stehen, der auf nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll, in dem die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neu und nicht naheliegend erachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, darüber hinaus als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2015/0355067 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren, umfassend: während Abgas durch einen Abgaskanal strömt, Erzeugen einer Ausgabe einer an den Abgaskanal gekoppelten drehbaren Feinstaub(FS)-Sensoranordnung, wobei sich die Drehung der drehbaren FS-Sensoranordnung ändert, wenn sich die Bedingungen für den Abgasstrom ändern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die FS-Sensoranordnung ein zylindrisches Gehäuse aufweist, das in der Lage ist, sich über ein Lager entlang einer Mittelachse des zylindrischen Gehäuses zu drehen, um eine Feinstaubansammlung an einem Sensorelement, das in dem zylindrischen Gehäuse gehalten wird, zu erhöhen, wobei die Mittelachse senkrecht zu dem Abgasstrom durch den Abgaskanal verläuft.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Abgasstrom durch den Abgaskanal in eine erste Richtung verläuft und wobei das Drehen der FS-Sensoranordnung zum Erhöhen der Feinstaubansammlung ein Drehen der FS-Sensoranordnung umfasst, um Abgas in die FS-Sensoranordnung in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten, Richtung zu leiten, wobei das in die FS-Sensoranordnung geleitete Abgas durch eine Mehrzahl von Perforierungen geleitet wird, die an Strömungsplatten ausgebildet sind, die an dem zylindrischen Gehäuse der FS-Sensoranordnung befestigt sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Strömungsplatten ein Paar Platten umfassen, die entlang einer Seite des zylindrischen Gehäuses der FS-Sensoranordnung befestigt sind, sodass ein Zwischenraum zwischen dem Paar Platten gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Abgas zuerst durch die Mehrzahl von Perforierungen in einen Zwischenraum, anschließend von dem Zwischenraum über eine an der einen Seite des zylindrischen Gehäuses ausgebildete Öffnung in das zylindrische Gehäuse geleitet wird, wobei die Öffnung an den Zwischenraum angrenzt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Abgas von der Öffnung in Richtung des Sensorelements geleitet wird, wobei das Sensorelement von einem Oberteil des zylindrischen Gehäuses herabhängt und wobei der FS in dem Abgas an den Elektroden gesammelt wird, die an einer ersten Oberfläche des Sensorelements ausgebildet sind, um die Ausgabe der FS-Sensoranordnung zu erzeugen, wobei sich die erste Oberfläche näher an der Öffnung des zylindrischen Gehäuses befindet.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Abgas über ein an einem Unterteil des zylindrischen Gehäuses ausgebildetes Austrittsloch aus der FS-Sensoranordnung geleitet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Drehen das Drehen mit einem Betätigungselement als Reaktion auf erfasste Abgasstrombedingungen umfasst, wobei die erfassten Abgasstrombedingungen eines oder mehrere von einer Rußbelastung, einem Abgasdurchsatz und einer Abgastemperatur des Abgasstroms beinhalten.
  9. Feinstaub(FS)-Sensor, umfassend: ein Schutzrohr mit einem Sensorelement; ein Paar Platten mit Perforierungen, wobei das Paar Platten an eine Seite des Schutzrohrs gekoppelt und durch einen Zwischenraum voneinander getrennt ist; einen Strömungseingang, der an der einen Seite des Schutzrohrs ausgebildet ist, wobei der Strömungseingang an den Zwischenraum angrenzt und zwischen dem Paar Platten angeordnet ist, wobei das Sensorelement dem Strömungseingang zugewandt ist; eine Sensorabdeckung und eine Dichtungshalterung, die das Schutzrohr mit einem Abgasrohr koppelt; und ein Lager, das zwischen einer Innenfläche der Sensorabdeckung und einer Außenfläche der Dichtungshalterung angeordnet ist und den FS-Sensor drehbar an dem Abgasrohr befestigt; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: Betätigen des Motors, um den FS-Sensor zu drehen, sodass der Strömungseingang an einer nachgelagerten Seite des FS-Sensors angeordnet ist, um das Abgas über den Strömungseingang in einer Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgasrohr in den FS-Sensor zu leiten.
  10. FS-Sensor nach Anspruch 9, wobei ein Ausgang an einem Unterteil des Schutzrohrs dazu konfiguriert ist, Abgas aus dem FS-Sensor in Richtung des Abgasrohrs in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms in dem Abgasrohr zu leiten und wobei die Steuerung ferner Anweisungen für Folgendes umfasst: Anlegen einer ersten Spannung an ein Paar Elektroden, die an einer ersten Oberfläche des Sensorelements ausgebildet sind, um Abgas-FS an dem Paar Elektroden zu sammeln; Schätzen einer Belastung des Sensorelements auf Grundlage eines in dem Sensorelement erzeugten Stroms; und als Reaktion darauf, dass eine Belastung über einem Schwellenwert liegt, Anlegen einer zweiten Spannung an ein Heizelement, das an einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche des Sensorelements ausgebildet ist, um den Sensor zu regenerieren.
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