DE102017116173A1 - Verfahren und system zum erfassen von feinstaub in abgas - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für eine Feinstaub-(FS)-Sensorbaugruppe bereitgestellt, die einem Dieselpartikelfilter in einem Abgassystem nachgelagert angeordnet ist. In einem Beispiel kann eine FS-Sensorbaugruppe ein gebogenes Rohr mit einem ersten vorgelagerten Ende, das mit einem Abgaskanal gekoppelt ist, und einem zweiten nach außen aufgeweiteten Ende an einem nachgelagerten Ende der Baugruppe umfassen. Auf diese Weise kann das zweite Ende des gebogenen Rohrs ein Venturi bilden, das dazu dient, zu verhindern, dass größere Partikel in die Baugruppe gelangen, und zusätzlich dazu dient, den Abgasstrom in die Sensorbaugruppe zu erhöhen.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum 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 Feinstaub-(FS)-sensor handeln, der auf die Feinstaubmasse und/oder -konzentration im Abgas hinweist. In einem Beispiel kann der FS-Sensor durch das Ansammeln von Feinstaub im Laufe der Zeit und durch das Bereitstellen einer Anzeige des Ausmaßes der Ansammlung als Maß für Feinstaubniveaus betrieben werden. Der FS-Sensor kann einem Dieselpartikelfilter vor- und/oder nachgelagert sein und zum Erfassen unterschiedlicher Feinstaubbelastungen an dem Partikelfilter und für den Diagnosebetrieb des Partikelfilters verwendet werden.
  • FS-Sensoren können auf Probleme mit ungleichmäßiger Ablagerung von Ruß auf dem Sensor aufgrund einer Vorspannung bei der Stromverteilung an der Oberfläche des Sensors stoßen. Ferner können die FS-Sensoren für die Kontamination durch ein Auftreffen von Wassertropfen und/oder größeren Partikeln in den Abgasen anfällig sein. Wenn größere Partikel an Elektroden des Sensors haften, kann der FS-Sensor nicht mehr in der Lage sein, die FS-Quantität, die durch den DPF strömen, zuverlässig zu messen. Wenn das kondensierte Wasser an den Elektroden des Sensorelements haftet, kann beispielsweise die Genauigkeit des FS-Sensors beeinträchtigt werden. Zusätzlich kann das kondensierte Wasser, das am Sensorelement haftet, dazu führen, dass das Sensorelement aufgrund von thermischer Beanspruchung reißt. Dies kann zu Problemen bezüglich der Gewährleistung führen.
  • Es wurden verschiedene Ansätze entwickelt, um die ungleichmäßige Ablagerung von Ruß auf den FS-Sensoren zu reduzieren. 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. Aufgrund des höheren statischen Drucks an der nachgelagerten Oberfläche relativ zu den Seitenflächen kann Abgas 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. Aufgrund ihrer größeren Schwungkraft können die größeren Partikel und die Wassertropfen nicht dazu in der Lage sein, sich einer Umkehrung der Richtung des Stroms zu unterziehen und in den FS-Sensor zu gelangen.
  • Die Erfinder haben hierin jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. In einem Beispiel kann die Menge an Abgas, das in den FS-Sensor strömt, hinsichtlich Größe und Form der Perforierungen eingeschränkt sein. Da das Abgas sich einer vollständigen Umkehrung der Stromrichtung unterzogen hat, um in den FS-Sensor zu gelangen, kann die Stromrate des Abgases, das in den Sensor gelangt, reduziert werden. Das kann wiederum zu einer reduzierten Empfindlichkeit des FS-Sensors führen.
  • In einem Beispiel können die zuvor beschriebenen Probleme mit einer Feinstaub-(FS)-anordnung angegangen werden, die ein gebogenes Rohr mit einem ersten geschlossenen Ende und einem zweiten nach außen aufgeweiteten Ende, eine Vielzahl von Perforierungen, die nahe dem ersten Ende gebildet wird, und ein Sensorelement, das in Richtung der Vielzahl von Perforierungen positioniert ist, wobei das Sensorelement dem zweiten Ende vorgelagert ist, umfasst. Auf diese Weise kann das zweite Ende des gebogenen Rohrs ein Venturi bilden, das dazu dient, zu verhindern, dass größere Partikel in die Baugruppe gelangen, und zusätzlich dazu dient, den Abgasstrom in die Sensorbaugruppe zu erhöhen. Dadurch kann die Empfindlichkeit des Sensors erhöht werden.
  • In einem Beispiel kann die Abgas-FS-Sensorbaugruppe mit Sensorelektroden konfiguriert und einem Partikelfilter in einem Abgasrohr nachgelagert sein. Die FS-Sensorbaugruppe kann ein gebogenes Schutzrohr beinhalten, das eine L-Form bildet. Ein erstes Ende des gebogenen Rohrs kann geschlossen und mit dem Abgasrohr gekoppelt sein. Ein Sensorelement kann innerhalb der Anordnung vor einer Vielzahl von Perforierungen positioniert sein; das Sensorelement und die Vielzahl von Perforierungen befinden sich beide näher am ersten Ende. Ein zweites Ende des gebogenen Rohrs kann ein offenes nach außen aufgeweitetes Ende und dem ersten Ende (und dem Sensorelement) nachgelagert und innerhalb des Abgasrohrs positioniert sein. Das gebogene Rohr kann über einen gleichmäßigen Querschnitt über die gesamte Länge verfügen, außer am zweiten Ende. Am zweiten Ende kann das Rohr einen nach außen abgewinkelten Abschnitt beinhalten, der über einen zunehmenden Querschnitt bis zur Spitze des gebogenen Rohrs verfügt, wodurch ein Venturi am zweiten Ende des gebogenen Rohrs gebildet wird. Somit strömt Abgas am Venturi von der Spitze des Rohrs, wo der Querschnitt größer ist, in Richtung des ersten Endes des gebogenen Rohrs mit dem kleineren Querschnitt. Infolgedessen gelangt das Abgas zu einer Engstelle, in der die Geschwindigkeit des Abgasstroms erhöht wird. Das Abgas wird dann vom Venturi, das sich am zweiten Ende befindet, durch die Vielzahl von Perforierungen in Richtung des Sensorelements, das sich nahe dem ersten Ende des Schutzrohrs befindet, geleitet. Insbesondere wird das Abgas in Richtung der Elektroden des Sensorelements geleitet. Wenn eine Steuerung eine Spannung auf die Elektroden des Sensorelements anlegt, können die Partikel im Abgas über den Elektroden erfasst werden. Somit kann ein erhöhter Abgasstrom in das Venturi in eine erhöhte FS-Ablagerung auf den Elektroden des Sensorelements umgewandelt werden. Dadurch kann der FS-Sensor eine genaue Messung der Abgaspartikel im Abgaskanal stromaufwärts des Partikelfilters ermöglichen. Auf diese Weise kann der FS-Sensor verwendet werden, um Leckagen im Partikelfilter zuverlässig zu diagnostizieren. Wenn eine Rußbelastung auf den Elektroden eine Schwellenwert-Rußbelastung erreicht, kann die Steuerung eine Spannung anlegen, um ein Heizelement, das mit dem Sensorelement gekoppelt ist, zu erhitzen, um die Partikel, die auf den Elektroden abgelagert sind, zu verbrennen, wodurch der FS-Sensor regeneriert wird.
  • Auf diese Weise kann der Abgasstrom innerhalb der FS-Baugruppe durch Erzeugen einer Venturi-ähnlichen Struktur innerhalb der FS-Sensorbaugruppe mit einer entsprechenden Erhöhung der Sensorempfindlichkeit erhöht werden. Da das Abgas von der nachgelagerten Seite des gebogenen Rohrs geleitet wird, kann zusätzlich die Menge an größeren Partikeln und/oder Wassertropfen, die auf das Sensorelement auftreffen, reduziert werden. Insbesondere können Wassertropfen und/oder größere Partikel aufgrund ihrer größeren Schwungkraft hinter das Venturi strömen, ohne ihre Stromrichtung umzulenken, um in das Venturi zu gelangen. Demnach kann das Sensorelement vor dem Aufprall von Wassertropfen und größeren Partikeln geschützt werden. Insgesamt kann das Funktionieren der FS-Sensorbaugruppe verbessert werden und die FS-Sensorausgabe kann zuverlässiger sein.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, 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 in den Patentansprüchen im Anschluss an die ausführliche Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, welche die vorstehenden oder in jedwedem Teil dieser Offenbarung angemerkten Nachteile beheben.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Motors und einer Feinstaub-(FS)-Sensorbaugruppe, die in einem Abgasstrom positioniert ist.
  • 2A zeigt eine schematische Ansicht einer ersten beispielhaften FS-Sensorbaugruppe mit einem L-förmigen Schutzrohr und einem Venturi-ähnlichen Einlass, und eines Leitbleches mit einer Vielzahl von Perforierungen, die nahe einem Sensorelement positioniert sind, wobei sowohl das Leitblech als auch das Sensorelement innerhalb des Schutzrohrs positioniert sind.
  • 2B zeigt ein schematisches Diagramm der FS-Sensorbaugruppe, das Strömen in das L-förmige Schutzrohr durch die Venturi-ähnliche Öffnung, die auf dem Schutzrohr gebildet wird, zeigt.
  • 2C zeigt eine Explosionsansicht der Venturi-ähnlichen Öffnung, die an einem Ende des Schutzrohrs gebildet wird.
  • 3A zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten beispielhaften FS-Sensorbaugruppe, die über das Schutzrohr als inneres Rohr verfügt, das innerhalb eines äußeren L-förmigen Rohrs positioniert ist, und die zusätzlich eine Vielzahl von Perforierungen, die auf einer Oberfläche des inneren Rohrs gebildet werden, und ein gekrümmtes Sensorelement beinhaltet, das in einem Zwischenraum zwischen den inneren und äußeren Rohren positioniert ist.
  • 3B zeigt ein schematisches Diagramm der FS-Sensorbaugruppe, das Abgas zeigt, das in einen Auslass strömt, der auf dem äußeren Rohr gebildet wird, und die Richtung des Stroms umkehrt, um in das innere Schutzrohr durch die Venturi-ähnliche Öffnung, die auf dem inneren Schutzrohr gebildet wird, zu strömen.
  • 4A zeigt ein schematisches Diagramm einer Vielzahl von Perforierungen, die auf der Oberfläche des inneren Rohrs gebildet werden.
  • 4B zeigt einen Querschnitt der inneren und der äußeren Rohre und des Sensorelements, das innerhalb des Zwischenraums positioniert ist, der in Richtung der Vielzahl von Perforierungen gerichtet ist.
  • 4C–4D zeigen schematische Ansichten des gekrümmten Sensorelements mit Interdigitalelektroden, die auf einer Seite gebildet werden, und einem Heizelement, das auf einer gegenüberliegenden Seite des Sensorelements gebildet wird.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Sammeln von Partikeln in dem Abgasstrom an dem Sensorelement darstellt, das in dem Schutzrohr der FS-Sensorbaugruppe angeordnet ist.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Regenerieren des Sensorelements der FS-Sensorbaugruppe darstellt.
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren von Lecks in einem Partikelfilter darstellt, der der FS-Sensorbaugruppe vorgelagert darstellt ist.
  • 8 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Rußbelastung an der FS-Sensorbaugruppe und einer Rußbelastung an einem Partikelfilter, der stromaufwärts der FS-Sensorbaugruppe angeordnet ist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Erfassen von Feinstaub (FS) in einem Abgasstrom eines Motorsystems, zum Beispiel des in 1 gezeigten Motorsystems. Eine erste beispielhafte FS-Sensorbaugruppe, die in 2A gezeigt wird, kann mit einem Abgaskanal des Motorsystems gekoppelt sein. Somit kann die FS-Sensorbaugruppe ein L-förmiges gebogenes Schutzrohr beinhalten, das über ein erstes geschlossenes Ende mit dem Abgaskanal gekoppelt ist. Zusätzlich kann das gebogene Rohr ein zweites nach außen aufgeweitetes (2C) Ende beinhalten, das im Abgaskanal positioniert ist. Hierin kann das zweite Ende als eine Öffnung dienen, die dazu konfiguriert ist, Abgas vom Abgaskanal in die FS-Sensorbaugruppe (2B) zu leiten. Insbesondere strömt Abgas in Richtung eines Sensorelements durch eine Vielzahl von Perforierungen, die auf einem Leitblech gebildet werden. Somit kann das zweite Ende eine Venturi-ähnliche Öffnung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, den Abgasstrom an der Öffnung der FS-Sensorbaugruppe zu erhöhen. Ein zweites Beispiel der FS-Sensorbaugruppe kann das in 2A gezeigte gebogene Rohr als ein inneres Rohr beinhalten. Das innere Rohr kann innerhalb eines äußeren L-förmigen gebogenen Rohrs positioniert und durch einen Zwischenraum vom äußeren Rohr getrennt sein, wie in 3A gezeigt. Eine Öffnung, die nahe dem äußeren Rohr gebildet wird, kann dazu konfiguriert sein, Abgas zuerst in den Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr und dann in das zweite Ende des inneren Rohrs zu leiten. Wie zuvor kann das zweite Ende eine Venturi-ähnliche Öffnung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, Abgasstrom in das innere Rohr vom Zwischenraum zu erhöhen. Das Abgas kann, sobald es sich im inneren Rohr befindet, in Richtung einer Vielzahl von Perforierungen, die auf einer Oberfläche des inneren Rohrs gebildet werden, in Richtung eines Sensorelements, das innerhalb des Zwischenraums positioniert ist, strömen, wie in 3B gezeigt. Das Sensorelement kann ein gekrümmter Sensor mit Interdigitalelektroden sein, der auf einer Oberfläche gebildet wird, die in Richtung der Vielzahl von Perforierungen gerichtet ist, wie in den 4A und 4B gezeigt. Somit kann das Sensorelement ein gekrümmtes Element mit Interdigitalelektroden, die auf einer ersten Seite gebildet werden (4C), und einem Heizelement, das auf einer zweiten gegenüberliegenden Oberfläche gebildet wird (4D), sein. Die beispielhaften FS-Sensorbaugruppen können eine Steuerung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, eine Steuerroutine durchzuführen, wie eine beispielhafte Routine nach 5, um Abgaspartikel im Abgasstrom über den Elektroden des Sensorelements zu akkumulieren. Die Steuerung kann die FS-Sensorbaugruppe (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 gezeigt. 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 mit dem Motoransaugkrümmer 44 gekoppelt 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 Emissionssteuervorrichtungen 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, schätzt. Eine schematische Ansicht 200 des FS-Sensors 106 wird in 2 gezeigt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
  • Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner das Steuersystem 14 beinhalten. In der Darstellung empfängt das Steuersystem 14 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) und sendet Steuersignale an eine Vielzahl 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 ist) und einen FS-Sensor 106 umfassen. Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Sensoren für Druck, Temperatur, Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, Abgasdurchsatz und Zusammensetzung können mit verschiedenen Stellen im Fahrzeugsystem 6 gekoppelt 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-Sensorbaugruppe 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 aus 1, verarbeitet die Signale und setzt die verschiedenen Stellantriebe aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, anzupassen. 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 FS-Sensorbaugruppe anzulegen, damit die geladenen Partikel an der Oberfläche der Sensorelektrode eines Sensorelements festgehalten werden. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung während der Regenerierung der FS-Sensorbaugruppe 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 mit Elektroden gekoppeltes Heizelement anzulegen, um die Elektroden des Sensorelements zu erhitzen. Auf diese Weise werden die Elektroden erwärmt, um Rußpartikel zu verbrennen, die sich an der Oberfläche der Elektroden abgelagert haben. Beispielhafte Routinen sind hierin in Bezug auf 5–7 beschrieben.
  • In Bezug auf 2A wird eine schematische Ansicht 200 einer beispielhaften Ausführungsform einer Feinstaub-(FS)-Sensorbaugruppe 202 (wie dem FS-Sensor 106 aus 1) gezeigt. Die FS-Sensorbaugruppe 202 kann konfiguriert sein, um FS-Masse und/oder -Konzentration im Abgas zu messen und kann als solcher mit einem Abgaskanal oder -rohr 204 (z. B. wie den in 1 gezeigten Abgaskanal 35) gekoppelt sein, der einem Dieselpartikelfilter vor- oder nachgelagert ist (wie zum Beispiel dem DPF 102, der in 1 gezeigt ist).
  • In der schematischen Ansicht 200 ist die FS-Sensorbaugruppe 202 in dem Abgaskanal 204 angeordnet, wobei Abgase aus einer dem Dieselpartikelfilter nachgelagerten Position (entlang der X-Achse) in Richtung eines Auspuffendrohrs strömen, worauf die Pfeile 248 hindeuten. In Bezug auf die FS-Sensorbaugruppe 202 strömt Abgas von einer vorgelagerten Seite in Richtung einer nachgelagerten Seite der Baugruppe in der Richtung, die von den Pfeilen 248 angegeben wird. Zum Beispiel kann sich die nachgelagerte Seite näher an einem Abgasendrohr befinden. Es ist ein Achsensystem abgebildet, das drei Achsen, und zwar eine x-Achse parallel zur horizontalen Richtung, eine y-Achse parallel zur vertikalen Richtung und eine z-Achse senkrecht zur x- und y-Achse umfasst. Das in der Ansicht 200 gezeigte Achsensystem kann verwendet werden, um die relative Positionierung der Komponenten der FS-Sensorbaugruppe 202 zu beschreiben. Eine „Höhe/Länge“ der FS-Sensorbaugruppe 202 und/oder ihrer Komponenten kann verwendet werden, um die Ausdehnung der Komponenten entlang der y-Achse zu beschreiben. In ähnlicher Weise kann eine „Länge/Durchmesser“ der Komponenten der FS-Baugruppe 202 verwendet werden, um die physikalische Ausdehnung der Komponenten entlang der x-Achse zu bezeichnen. Die physikalische Ausdehnung der Komponenten entlang der z-Achse kann als „Breite“ bezeichnet werden.
  • Die FS-Sensorbaugruppe 202 beinhaltet ein gebogenes Rohr (oder eine gebogene Rohrbaugruppe) 203, das ein L-förmiges Schutzrohr oder Gehäuse bildet. Die FS-Sensorbaugruppe 202 beinhaltet ein Sensorelement 214, das innerhalb des gebogenen Rohrs 203 positioniert ist. Somit ist das Sensorelement 214 innerhalb der Wände (nicht herausragend) des gebogenen Rohrs 203 positioniert. Durch Positionieren des Sensorelements 214 vollständig innerhalb des gebogenen Rohrs 203 können die Elektroden des Sensorelements 214 von den harten Bedingungen innerhalb des Abgaskanals 204 abgeschirmt werden, wodurch das gesamte Funktionieren des Sensorelements 214 verbessert wird.
  • Das gebogene Rohr 203 beinhaltet ein erstes Rohr (oder einen ersten Abschnitt) 206, das fluidisch mit einem zweiten Rohr (oder einen zweiten Abschnitt) 208 gekoppelt ist. Somit ist das erste Rohr 206 ein hohles zylindrisches Rohr mit einer Länge L1 und einem Durchmesser D1 mit einer zentralen Achse Y-Y‘ orthogonal zum Abgasstrom innerhalb des Abgaskanals (durch den Pfeil 248 angegeben). Nachfolgend kann das erste Rohr 206 auch als vertikales Rohr / vertikaler Abschnitt bezeichnet werden. Das erste Rohr 206 kann einen geraden Abschnitt mit einer Länge L1 mit gleichmäßigem Querschnitt beinhalten. Insbesondere kann der Durchmesser D1 des ersten Rohrs 206 über die gesamte Länge L1 des ersten Rohrs 206 gleich sein.
  • Das erste Rohr 206 beinhaltet ein erstes geschlossenes Ende 210, das mit dem Abgaskanal 204 gekoppelt ist, und ein zweites offenes Ende 226, das fluidisch mit dem zweiten Rohr 208 gekoppelt ist. Abgas, das innerhalb des Abgaskanals 204 strömt, kann nicht in der Lage sein, in die FS-Sensorbaugruppe 202 über das erste Ende 210 zu gelangen, da das erste Ende geschlossen wird. Da das zweite Ende 226 allerdings nicht geschlossen ist, sondern mit dem zweiten Rohr 208 gekoppelt ist, kann Abgas durch das zweite Ende 226 des ersten Rohrs 206 strömen. Das erste Rohr 206 kann eine erste vertikale Oberfläche 222 (z. B. vorgelagert gerichtete Wand/Oberfläche) beinhalten, die sich in einer Länge L1 von der Oberseite des Abgaskanals 204 nach unten (parallel zur Y-Achse) innerhalb des Abgaskanals 204 erstreckt. Das erste Rohr 206 kann zusätzlich eine zweite vertikale Oberfläche 220 (z. B. nachgelagert gerichtete Wand/Oberfläche) beinhalten, die sich in einer Länge L1‘ von der Oberseite des Abgaskanals 206 parallel zur ersten vertikalen Oberfläche 222 in den Abgaskanal 204 erstreckt. Somit kann L1‘ kleiner als L1 sein (siehe unten). Hierin kann die zentrale Achse Y-Y‘ des ersten Rohrs vertikal und somit in der Richtung der Gravitationskraft ausgerichtet sein; wobei die Gravitationskraft als die Kraft definiert wird, die auf der FS-Sensorbaugruppe, die innerhalb eines Abgaskanals eines Fahrzeugs positioniert ist, wirkt, wenn sich das Fahrzeug auf dem Boden befindet (flach, nicht in einer Neigung) und das Fahrzeug sich nicht bewegt.
  • Das zweite Rohr 208 der FS-Sensorbaugruppe 202 beinhaltet ein hohles zylindrisches Rohr mit einer Länge L2 und einem Durchmesser D2 (gerader Abschnitt 209) mit einem Abschnitt mit variierendem Querschnitt (ungleichmäßiger Abschnitt) an einem zweiten Ende 212. Das zweite Rohr 208 hat eine zentrale Achse X-X‘ orthogonal zur zentralen Achse Y-Y‘ des ersten Rohrs 206. Ferner ist die zentrale Achse X-X‘ des zweiten Rohrs parallel zur Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals (durch den Pfeil 248 angegeben). Hierin ist der gerade Abschnitt 209 mit einem Durchmesser D2 und einer Länge L2 ein hohles zylindrisches Rohr mit gleichmäßigem Querschnitt, wobei der Durchmesser D2 über die gesamte Länge L2 gleich bleibt. Das zweite Ende 212 kann gleichermaßen als der ungleichmäßige Abschnitt des zweiten Rohrs 208 mit zunehmendem Querschnitt bezeichnet werden, wie unter Bezugnahme auf 2C beschrieben.
  • Nachfolgend kann das zweite Rohr 208 auch als horizontales Rohr / horizontaler Abschnitt bezeichnet werden. Zu diesem Zweck kann sich das zweite Rohr 208 in einer Richtung parallel zum Abgasstrom innerhalb des Abgaskanals orthogonal zum ersten Rohr 206 erstrecken. Das zweite Rohr 208 beinhaltet ein erstes Ende 230, das fluidisch mit dem zweiten Ende 226 des ersten Rohrs 206 gekoppelt ist. Insbesondere ist die vertikale Oberfläche 220 (z. B. nachgelagert gerichtete Wand/Oberfläche) des ersten Rohrs 206 mit einer horizontalen Oberfläche 232 (z. B. obere Wand/Oberfläche) des zweiten Rohrs 208 gekoppelt. In gleicher Weise ist die vertikale Oberfläche 222 (z. B. vorgelagert gerichtete Wand/Oberfläche) des ersten Rohrs 206 mit einer horizontalen Oberfläche 234 (z. B. obere Wand/Oberfläche) des zweiten Rohrs 208 gekoppelt. Die vertikale Oberfläche 222 kann näher am Partikelfilter (PF) als alle anderen Oberflächen der FS-Sensorbaugruppe 202 sein, wenn sie in einem Abgaskanal, wie dem in 1 gezeigten Abgaskanal 35, wo der PF der FS-Sensorbaugruppe 202 vorgelagert positioniert ist, positioniert ist. Hierin kann die Länge der vertikalen Oberfläche 222 gleich L1 sein, während die Länge der vertikalen Oberfläche 220 gleich L1-D2 sein kann, wobei D2 der Durchmesser des gleichmäßigen Abschnitts des zweiten Rohrs 208 ist. Ähnlich dazu kann die Länge der horizontalen Oberfläche 234 gleich L2 sein, während die Länge der horizontalen Oberfläche 232 gleich L2-D1 sein kann, wobei D1 der Durchmesser des ersten Rohrs 206 ist.
  • In einem Beispiel können die Länge und der Durchmesser der ersten und der zweiten Rohre gleich sein. In einem weiteren Beispiel können die ersten und zweiten Rohre ungleichmäßige Längen und/oder Durchmesser aufweisen. Das gebogene Rohr 203 kann aus einem einzigen hohlen zylindrischen Rohr hergestellt sein, das entlang der Länge (z. B. mittig oder ein Drittel oder zwei Drittel) des Rohrs bei einem Winkel nahe 90° (z. B. von 85 bis 95 Grad) gebogen ist, wodurch die L-Form des gebogenen Rohrs 203 gebildet wird. Das erste Rohr und das zweite Rohr bilden ein zusammenhängendes L-förmiges Rohr.
  • In einem weiteren Beispiel können das erste Rohr und das zweite Rohr miteinander gekoppelt sein, um ein einziges zusammenhängendes L-förmiges Rohr zu bilden, wobei das erste Rohr 206 einen kreisförmigen Ausschnitt mit dem Durchmesser D2 beinhaltet, der auf der vertikalen Oberfläche 220 des ersten Rohrs nahe dem zweiten Ende 226 gebildet wird, und wobei das zweite Rohr 208 einen kreisförmigen Ausschnitt mit dem Durchmesser D1 beinhaltet, der auf der horizontalen Oberfläche 232 näher am ersten Ende 230 des zweiten Rohrs 208 gebildet wird. Die vertikale Oberfläche 222 des ersten Rohrs 206 kann mit der horizontalen Oberfläche 234 des zweiten Rohrs 208 näher am ersten Ende 230 des zweiten Rohrs 208 gekoppelt (z. B. geschweißt) sein. Die vertikale Oberfläche 220 des ersten Rohrs kann mit der horizontalen Oberfläche 232 des zweiten Rohrs 232 näher am ersten Ende 230 des zweiten Rohrs 208 gekoppelt (z. B. geschweißt) sein. Auf diese Weise kann das gebogene Rohr 203 gebildet werden und das erste Rohr 206 kann in Fluidverbindung mit dem zweiten Rohr 208 stehen.
  • In einem Beispiel können das erste Rohr 206 und das zweite Rohr 208 bei einem Winkel von 90° relativ zueinander sein. In solch einem Beispiel beträgt der Winkel β zwischen den zentralen Achsen des ersten Rohrs 206 und des zweiten Rohrs 208 90°. Hierin betrifft der Winkel β zusätzlich den Winkel zwischen der vertikalen Oberfläche 220 des ersten Rohrs 206 und der horizontalen Oberfläche 234 des zweiten Rohrs 208 sowie den zwischen der vertikalen Oberfläche 222 des ersten Rohrs 206 und der horizontalen Oberfläche 232 des zweiten Rohrs 208. In anderen Beispielen können das erste Rohr 206 und das zweite Rohr 208 nicht senkrecht zueinander sein, jedoch können die Rohr bei einem Winkel in Bezug aufeinander stehen. Demzufolge kann der Winkel β innerhalb eines Bereichs von 0 < β < 180° sein.
  • Das zweite Rohr 208 beinhaltet das zweite nach außen aufgeweitete Ende 212, das dem ersten Ende 210 nachgelagert ist. Hierin ist das zweite Ende 212 des zweiten Rohrs 208 ein offenes Ende, das dem zweiten Ende 226 des ersten Rohrs 206 und dem ersten Ende 230 des zweiten Rohrs 208 nachgelagert positioniert ist. Zusätzlich ist das zweite Ende 212 des zweiten Rohrs 208 nicht mit einem des ersten Endes 210 des ersten Rohrs 206, des zweiten Endes 226 des ersten Rohrs 206 und des ersten Endes 230 des zweiten Rohrs 208 gekoppelt. Das zweite Ende 212 des zweiten Rohrs 208 ist ein offenes Ende, das als Einlass der FS-Sensorbaugruppe 202 dient, die ausführlich unter Bezugnahme auf 2C beschrieben wird. Somit kann Abgas in die FS-Sensorbaugruppe 202 nur über die Öffnung gelangen, die am zweiten Ende 212 des zweiten Rohr 208 gebildet wird.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf 2C eine Explosionsansicht 275 des zweiten Endes 212 des zweiten Rohrs 208 gezeigt. Daher sind die vorher in 2A eingeführten Komponenten in 2C ähnlich nummeriert. Das zweite Ende 212 beinhaltet nach außen aufgeweitete Flansche 278 und 280, die mit der horizontalen Oberfläche 232 bzw. 234 des zweiten Rohrs 208 gekoppelt sind. Hierin sind die horizontalen Oberflächen 232 und 234 die entsprechenden oberen und unteren Oberflächen/Wände des geraden Abschnitts 209 des zweiten Rohrs 208. Ein Abstand D2 teilt die zwei horizontalen Oberflächen 232 und 235 voneinander. Insbesondere kann der Flansch 278 mit der horizontalen Oberfläche 232 am Ende 282 des geraden Abschnitts 209 des zweiten Rohrs 208 bei einem Winkel +α in Bezug auf die zentrale Achse X-X‘ gekoppelt sein. Ähnlich dazu kann der Flansch 280 mit der horizontalen Oberfläche 234 am Ende 284 des geraden Abschnitts 209 des zweiten Rohrs 208 bei einem Winkel –α in Bezug auf die zentrale Achse X-X‘ gekoppelt sein. Hierin stellt das positive Zeichen für den Winkel α einen Winkel dar, der gegen den Uhrzeigersinn gemessen wurde, und das negative Zeichen für den Winkel α stellt einen Winkel dar, der im Uhrzeigersinn gemessen wurde. Somit wird der Flansch 278 vom Flansch 280 (und der zentralen Achse X-X‘) gegen den Uhrzeigersinn weg rotiert, und der Flansch 280 wird vom Flansch 274 (und der zentralen Achse X-X‘) weg rotiert, allerdings in einer entgegengesetzten Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn). In einem Beispiel kann das zweite Ende 212 als ein Hohlkegel 276 mit einem Durchmesser D2 an einem innersten Ende (zum Beispiel Ende, das mit dem geraden Abschnitt 209 gekoppelt ist) und einem Durchmesser D3 am äußersten Ende beschrieben werden. Hierin ist D3 > D2, wodurch der äußere Querschnitt des Kegels 276 größer ist als der innere Querschnitt des Kegels 276. Somit beinhaltet das zweite Ende einen Abschnitt eines zunehmenden Bereichs und somit einen zunehmenden Querschnitt. Die Steigung der Flansche (oder der Winkel α) kann von den Durchmessern D2 und D3 des Hohlkegels und der Länge L3 der Flansche 278 und 280 (auch als Seiten des Kegels 276 bezeichnet) abhängen. Mathematisch kann der Winkel α als Gleichung (1), die nachfolgend gezeigt wird, geschrieben werden: Sinα = (D3 – D2) / 2·L3 (1)
  • In einem Beispiel kann der Wert von α fixiert sein, beispielsweise bei 30°. In anderen Beispielen kann der Wert α einstellbar sein. In solch einem Beispiel können die Flansche Platten sein, die mit dem geraden Abschnitt des zweiten Rohrs über ein Scharnier und einen Motor gekoppelt sind. Eine Steuerung (wie die Steuerung 12 aus 1) kann in der Lage sein, jeden der Flansche über die zentrale Achse X-X‘ zu rotieren, um den Winkel α, durch Einstellen eines Ausgabepegels des Motors, der mit den Platten gekoppelt ist, zu rotieren. Auf diese Weise kann der Querschnitt der Öffnung zur FS-Sensorbaugruppe 202 auf der Grundlage der Abgasstrombedingungen einstellbar sein. In einem Beispiel, wenn die Abgasstromrate innerhalb des Abgaskanals unter einen Schwellenwert fällt, kann die Steuerung die Motoren betätigen, um die Flansche nach außen zu rotieren, um α, zu erhöhen, um den Querschnitt der Öffnung zur FS-Sensorbaugruppe 202 zu erhöhen. Dies wiederum erhöht die Rate des Abgasstroms in die FS-Sensorbaugruppe über die Öffnung. Somit kann der Abgas-FS bei einer erhöhten Rate über dem Sensorelement akkumuliert werden, wenn die Abgasstromrate innerhalb des Abgaskanals gesenkt wird.
  • Zusammen bilden der gerade Abschnitt 209 und das zweite Ende 212 ein Venturi 290. Hierin wird das Venturi am Ende des zweiten Rohrs 208 gebildet, indem der Hohlkegel 276 mit dem geraden Abschnitt 209 des zweiten Rohrs 208 verbunden wird. Das Venturi 290 dient als ein Einlass zur FS-Sensorbaugruppe 202. Der Vorteil für das Verwenden des Venturi 290 als den Einlass besteht darin, dass das Abgas, das in die FS-Sensorbaugruppe strömt, durch ein Rohr mit abnehmendem Durchmesser strömen muss, was wiederum dazu führt, dass die Geschwindigkeit des Abgasstroms innerhalb des Venturis zunimmt. Somit wird die Menge an Abgas, das in die FS-Sensorbaugruppe 202 strömt, insbesondere in Richtung des Sensorelements 214, das darin positioniert ist, erhöht.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2A ist das Sensorelement 214 der FS-Sensorbaugruppe 202 innerhalb des ersten Rohrs 206 positioniert, wie in der schematischen Ansicht 200 gezeigt. In einem Beispiel kann ein unteres Ende des Sensorelements 214 mit der Bodenversiegelung 218 gekoppelt sein und ein oberes Ende des Sensorelements 214 kann mit dem ersten Ende 210 des inneren Rohrs 206 gekoppelt sein. Insbesondere kann das erste Rohr 206 eine Bodenversiegelung oder Platte 218 bei einem Abstand L4 vom ersten Ende 210 des ersten Schlauchs beinhalten und das Sensorelement 214 kann innerhalb des Raums zwischen dem ersten Ende 210 des ersten Rohrs 206 und der Bodenversiegelung 218 positioniert sein. Die Bodenversiegelung 218 kann eine Platte mit der Länge D4 mit einer längeren Achse sein, die orthogonal zur zentralen Achse des ersten Rohrs 206 ist. Ein Ende der Bodenversiegelung 218 kann mit der vertikalen Oberfläche 220 des ersten Rohrs gekoppelt sein und das andere gegenüberliegende Ende der Bodenversiegelung kann durch einen Zwischenraum 224 von der gegenüberliegenden vertikalen Oberfläche 222 des ersten Rohrs 206 getrennt sein. Die Bodenversiegelung 218 teilt das erste Rohr 206 in zwei Kammern, eine obere Kammer 236 und eine untere Kammer 238. Die obere Kammer 236 betrifft die Region des ersten Rohrs 206 zwischen dem ersten Ende 210 des ersten Rohrs 206 und der Bodenversiegelung 218. Der Zwischenraum 224, der die Bodenversiegelung 218 von der vertikalen Oberfläche 222 des ersten Rohrs 206 trennt, ermöglicht die fluidische Kopplung der oberen Kammer 236 mit der unteren Kammer 238. In einem Beispiel kann sich die untere Kammer 238 auf die Region innerhalb des ersten Rohrs 206, das sich unterhalb der Bodenversiegelung 218 befindet, beziehen und beinhaltet zusätzlich die gesamte Region innerhalb des zweiten Rohrs 208. Das Sensorelement 214 kann innerhalb der oberen Kammer 236 positioniert sein, sodass eine längere Achse des Sensorelements 214 parallel zur zentralen Achse Y-Y‘ des ersten Rohrs 206 ist. Somit ist das Sensorelement 214 orthogonal zur Bodenversiegelung 218.
  • Die FS-Sensorbaugruppe 202 kann zusätzlich eine Vielzahl von Perforierungen 216 umfassen, die auf einem Leitblech 217 gebildet werden. Die Vielzahl von Perforierungen 216 kann näher am Sensorelement 214 und weiter weg vom zweiten Ende 212 des zweiten Rohrs 208 positioniert sein. Insbesondere kann die Vielzahl an Perforierungen 216 dem Sensorelement 214 nahe dem Zwischenraum 224 vorgelagert sein.
  • Das Sensorelement 214 ist vom Leitblech 217 getrennt und somit die Vielzahl an Perforierungen 216 bei einem Abstand (zum Beispiel 1 mm bis 3 mm). Somit ist das Sensorelement nicht in Kontakt mit dem Leitblech und der Vielzahl an Perforierungen. Der Trennungsabstand zwischen dem Sensorelement und dem Leitblech kann beispielsweise kleiner als der Zwischenraum 224 sein. Die Anordnung des Leitblechs mit der Vielzahl an Perforierungen sowie Position und Ausrichtung des Sensorelements in Bezug auf das Leitblech ermöglicht eine erhöhte vertikale Verteilung der Rußablagerung auf den Elektroden des Sensorelements. Hierin führt die Anordnung dazu, dass die Abgasstromverteilung entlang der vertikalen Richtung (Y-Achse) gleichmäßig ist.
  • Die Vielzahl an Perforierungen beinhaltet eine Reihe von Löchern oder Öffnungen, die auf dem Leitblech 217 gebildet werden, wodurch Abgas in Richtung des Sensorelements 214 strömen kann, wie unter Bezugnahme auf 2B beschrieben wird. Verschiedene Geometrien und Abstände der Löcher können möglich sein. Einige beispielhafte Geometrien der Löcher beinhalten unter anderem zylindrische, kugelförmige, quadratisch, rechteckige und dergleichen. In einem Beispiel gibt es 10 quadratische Perforierungen 216 in einer einzelnen Spalte. In alternativen Beispielen können die Perforierungen 216 unterschiedlich beabstandet und angeordnet sein, während sie weiterhin Strom in Richtung des Sensorelements 214 leiten.
  • Die FS-Sensorbaugruppe 202 beinhaltet zusätzlich einen Auslass 228, der auf einer vorderen Oberfläche des ersten Rohrs 206 gebildet wird. In einem Beispiel beinhaltet der Auslass 228 eine trapezförmige Öffnung, die dazu konfiguriert ist, dass Abgas aus der FS-Sensorbaugruppe 202 austreten kann. Es können andere Geometrien des Auslasses 228 verwendet werden, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Abgas, das über das zweite Ende 212 in die FS-Sensorbaugruppe 202 strömt, strömt in Richtung des Sensorelements 214 durch die Vielzahl an Perforierungen 216 und strömt darauf aus der FS-Sensorbaugruppe durch den Auslass 228, wie in 2B beschrieben.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2B zeigt die schematische Ansicht 250 den Abgasstrom durch die FS-Sensorbaugruppe 202. Daher sind die vorher in den 2A und 2C eingeführten Komponenten in 2B ähnlich nummeriert. Die Ansicht 250 zeigt Abgas, das in die FS-Sensorbaugruppe 202 über das zweite nach außen aufgeweitete Ende 212 des zweiten Rohrs 208 und darauf durch den Zwischenraum 224 und die Vielzahl an Perforierungen 216 in Richtung des Sensorelements 214 strömt.
  • Die FS-Sensorbaugruppe 202 ist einem Partikelfilter nachgelagert an den Abgaskanal 204 befestigt, sodass sich das zweite Ende 212 auf einer nachgelagerten Seite des gebogenen Rohrs 203 befindet. Somit kann der Abgasstrom durch den Abgaskanal Druckvariationen entlang der Außenseite des gebogenen Rohrs 203 ausgesetzt sein. Beispielsweise kann ein höherer statischer Druck an der nachgelagerten Seite des gebogenen Rohrs 203 als entlang der vertikalen Seitenflächen 220 und 220 und der vorderen und hinteren Oberflächen des gebogenen Rohrs 203 erzeugt werden. Wegen des höheren statischen Drucks an der nachgelagerten Seite im Vergleich zu den Seitenflächen kann das Abgas in Richtung der nachgelagerten Seite des FS-Sensors eingezogen werden. Insbesondere können die Abgase in Richtung des zweiten Endes 212 des zweiten Rohrs 208 der FS-Sensorbaugruppe 202 gezogen werden. Da der statische Druck auf der vorderen und der hinteren Oberfläche des ersten Rohrs 206 geringer ist als der statische Druck an der nachgelagerten Seite, kann Abgas beispielsweise über den Auslass 228 nicht in die Baugruppe gelangen. Somit kann das Abgas nur über die Öffnung des zweiten Endes 212 in einer Richtung entgegengesetzt (Pfeil 254) der Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals (Pfeil 248) in die FS-Sensorbaugruppe gelangen. Insbesondere ermöglichen die Struktur des gebogenen Rohrs 203 und die Position des zweiten offenen Endes 212 auf der nachgelagerten Seite, dass das Abgas die Richtung des Stroms umkehren und in die FS-Sensorbaugruppe 202 gelangen kann.
  • Wie unter Bezugnahme auf 2C beschrieben, wird das Venturi 290 durch Koppeln des geraden Abschnitts 209 mit einem Ende mit zunehmendem Durchmesser am zweiten Ende 212 des zweiten Rohrs 208 gebildet. Der Vorteil für das Bilden des Venturis 290 an der Öffnung der FS-Sensorbaugruppe 202 besteht darin, dass sich das Abgas, das in das zweite Ende 212 gezogen wird, einem Venturieffekt unterzieht, wobei sich die Geschwindigkeit des Abgases erhöht, wenn es durch das Venturi 290 läuft. Beispielsweise strömt das Abgas, das durch das Venturi 290 in das zweite Rohr 208 gelangt, bei einer höheren Rate innerhalb des zweiten Rohrs 208 als beim Strömen des Abgases außerhalb des Abgaskanals 204. Anders ausgedrückt, ist eine Abgasstromrate durch das Venturi 290 im zweiten Rohr 208 höher als die Abgasstromrate durch den Abgaskanal 204. Da das Abgas seine Stromrichtung umkehrt, um über das Venturi 290 in das zweite Rohr 208 zu gelangen, ist zusätzlich eine Richtung des Abgasstroms innerhalb des zweiten Rohrs 208 entgegengesetzt zur Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals 204.
  • Zusätzlich kann das zweite Ende 212 verhindern, dass Partikel und Wasserpartikel 252 in die FS-Sensorbaugruppe 202 gelangen. Insbesondere können die nach außen aufgeweiteten Flansche des zweiten Endes die größeren Partikel blockieren und somit Auswirkungen des Auftreffens von Partikeln auf das sensible Sensorelement reduzieren.
  • Das Abgas strömt durch das zweite Rohr 208 entlang des Pfads, der durch die Pfeile 256 angegeben ist. Wie durch die Pfeile 256 angegeben, ist die Richtung des Abgasstroms innerhalb des geraden Abschnitts 209 des zweiten Rohrs 208 entgegengesetzt zur Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals. Dann strömt Abgas vom zweiten Rohr 208 in Richtung des ersten Rohrs 206, wie durch den Pfeil 257 angegeben. Konkret strömt Abgas vom zweiten zum ersten Rohr (Pfeil 257) in einer Richtung orthogonal zu jedem des Abgasstroms innerhalb des zweiten Rohrs 208 und des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals. In einem Beispiel unterzieht sich das Abgas innerhalb des geraden Abschnitts 209 einer 90-Grad-Rotation, um in das erste Rohr 206 zu strömen.
  • Die Bodenversiegelung 218 verhindert, dass Abgas von der unteren Kammer 238 zur oberen Kammer 236, außer am Zwischenraum 224, strömt, wodurch erzwungen wird, dass Abgas in der unteren Kammer 238 durch eine am Zwischenraum 224 gebildete Engstelle strömt. Das führt zu einer zusätzlichen Erhöhung der Geschwindigkeit der Abgase, da sie durch den Zwischenraum 224 von der unteren Kammer in die obere Kammer 236 strömen. Das Abgas strömt dann vom Zwischenraum 224 in die obere Kammer 236. Sobald es sich in der oberen Kammer befindet, strömt Abgas durch die Perforierungen 216 (wie durch den Pfeil 257 angegeben) auf dem Leitblech 217 in Richtung des Sensorelements 214. Dadurch unterzieht sich der Abgasstrom einer weiteren Änderung bei der Stromrichtung (zum Beispiel um 90°) von einer Aufwärtsrichtung (Pfeil 257), um in Richtung der Perforierungen (Pfeil 259) zu strömen. Eine Länge des Leitbleches kann zum Beispiel gleich einer Länge des Sensorelements 214 sein. Hierin beinhaltet das Sensorelement 214 Elektroden, die entlang einer ersten Oberfläche eines Substrats gebildet werden, und ein Heizelement, das auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats gebildet wird. Eine Normale zum Substrat des Sensorelements 214 ist orthogonal zu einer Längsachse des Leitblechs 217. Zusätzlich sind die Elektroden des Sensorelements 214 näher an der Vielzahl von Perforierungen 216 und weg vom Auslass 228 positioniert.
  • Typischerweise beinhaltet das FS-Sensorelement 214 ein Paar planarer Interdigitalelektroden, die eine „Kamm“-Struktur bilden. 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. Die Elektroden werden auf einem Substrat gebildet, das aus hochgradig elektrisch isolierenden Materialien gefertigt werden kann. 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 und das Paar aus Interdigitalelektroden physikalisch zu schützen. Die Beabstandung zwischen den Kamm-„Zinken“ der zwei Elektroden kann 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 Paars aus Interdigitalelektroden des Sensorelements 214 ist mit Verbindungsdrähten 244 an einen Pluspol einer Spannungsquelle 264 einer elektrischen Schaltung 262 angeschlossen. Eine negative Elektrode des Interdigitalelektrodenpaars des Sensorelements 214 ist über einen Anschlussdraht 246 mit einer Messvorrichtung 270 und ferner mit einem Minuspol der Spannungsquelle 264 der elektrischen Schaltung 262 verbunden. Die Verbindungsdrähte 244 und 246, die Spannungsquelle 264 und die Messvorrichtung 270 sind Teil der elektrischen Schaltung 262 und außerhalb des Abgaskanals 204 untergebracht (zum Beispiel < 1 Meter entfernt). Ferner können die Spannungsquelle 264 und die Messvorrichtung 270 der elektrischen Schaltung 262 durch eine Steuerung, wie zum Beispiel der Steuerung 12 aus 1, gesteuert werden, sodass beispielsweise Feinstaub, der am Sensorelement 214 gesammelt wurde, zum Diagnostizieren von Undichtigkeiten in einem dem Abgassensor vorgelagerten PF (z. B. DPF 102 in der Ausführungsform aus 1) verwendet werden kann. Daher kann es sich bei der Messvorrichtung 270 um eine beliebige Vorrichtung handeln, die in der Lage ist, eine Änderung des Widerstands an den Elektroden abzulesen, zum Beispiel einen Spannungsmesser. Wenn FS oder Rußpartikel sich zwischen den Elektroden des Sensorelements 214 ablagern, kann der Widerstand zwischen dem Elektrodenpaar anfangen, kleiner zu werden, was durch eine Zunahme im von der Messvorrichtung 270 gemessenen Strom für eine elektrische Quelle mit fester Spannung (meist 45 V) der Spannungsquelle 264 angezeigt wird. Die Steuerung 12 kann in der Lage sein, den Widerstand zwischen den Elektroden des Sensorelements 214 als eine Funktion von elektrischem Strom gemessen von der Messvorrichtung 270 zu bestimmen und eine entsprechende Belastung mit FS oder Ruß an den Elektroden des Sensorelements 214 abzuleiten. Durch das Kontrollieren der Belastung an dem Sensorelement 214 kann die dem DPF nachgelagerte Abgasrußbelastung bestimmt werden und dadurch zur Diagnose und Kontrolle des Zustands und der Funktionstüchtigkeit des DPF verwendet werden.
  • Das Sensorelement 214 beinhaltet außerdem ein Heizelement (in 2B nicht gekennzeichnet), das in das Sensorsubstrat des Sensorelements 214 integriert ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Sensorelement 214 kein Heizelement einschließen. Das Heizelement 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 der FS-Sensorbaugruppe 202 verwendet werden. Insbesondere kann unter Bedingungen, bei denen die Feinstaub- oder Rußbelastung des Sensorelements 214 über einem Schwellenwert liegt, das Heizelement so betrieben werden, dass die angesammelten Rußpartikel von der Oberfläche des Sensorelements verbrannt werden.
  • Während der Regenerierung des FS-Sensors kann die Steuerung 12 einer Spannungsquelle 266 eine Spannung bereitstellen, die für den Betrieb des Heizelements benötigt wird und über die Verbindungsdrähte 240 und 242 mit dem Heizelement verbunden wird. Darüber hinaus kann die Steuerung über einen Zeitraum mit der Länge eines Schwellenwerts einen Schalter 268 schließen, um die Spannung über die Spannungsquelle 266 an das Heizelement anzulegen, um die Temperatur des Heizelements zu erhöhen. Anschließend kann die Steuerung, wenn die Sensorelektroden ausreichend sauber sind, den Schalter 268 öffnen, um das Heizen des Heizelements zu beenden. Durch intermittierendes Regenerieren des Sensorelements 214 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.
  • Nach dem Strömen in Richtung des Sensorelements 214, wo die Rußpartikel auf den Elektroden aufgenommen werden, strömt Abgas in Richtung des Auslasses 228, wie durch den Pfeil 258 angegeben. Konkret kann der Abschnitt des Abgases, das in die obere Kammer 236 strömt, über den Auslass 228 verlassen. Der Auslass 228 kann Löcher sein, die aus diametral gegenüberliegenden Oberflächen des ersten Rohrs 206 ausgeschnitten sind. Es sind verschiedene andere Geometrien der Auslasslöcher 228 möglich, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere beispielhafte Geometrien beinhalten trapezförmige, quadratische, rechteckige und dreieckige Öffnungen/Schlitze. In einem Beispiel kann der Auslass 228 einen trapezförmigen Schlitz beinhaltet, der eine Längsachse beinhaltet, die parallel zur zentralen Achse Y-Y‘ des ersten Rohrs 206 ist. Zweit trapezförmige Schlitze können auf der vorderen Wand und der hinteren Wand des ersten Rohrs 206 gebildet werden. Eine Länge des Auslasses 228 kann gleich einer Länge L3 der oberen Kammer 236 sein. In einigen Beispielen kann die Länge des Auslasses kleiner sein als die Länge der oberen Kammer 236. Der trapezförmige Auslass 228 kann eine breitere Oberseite und eine engere Grundfläche beinhalten. Abgas tritt durch den Auslass 228 aus der FS-Sensorbaugruppe 202 (durch den Pfeil 260 angegeben) in einer Richtung orthogonal zur Richtung des Abgasstroms innerhalb der unteren Kammer 238 aus. Der Vorteil für das Verwenden eines L-förmigen Rohrdesigns mit einem nach außen geöffneten Ende, das als ein Einlass zur FS-Sensorbaugruppe dient, besteht darin, dass das geöffnete Ende verhindert, dass größere Partikel in die Baugruppe gelangen, und zusätzlich dazu dient, den Abgasstrom in die Sensorbaugruppe zu erhöhen. Auf diese Weise kann die FS-Sensorbaugruppe vor einem Auftreffen von Wassertropfen und größeren Partikeln geschützt werden und der FS-Sensor kann zuverlässiger gemacht werden. Insgesamt kann die Funktionsweise des FS-Sensors, um die Filtermöglichkeiten des DPF zu schätzen (und dadurch DPF-Leckagen zu detektieren), erhöht werden und die Einhaltung von Abgasemissionen kann verbessert werden, da Partikel im Abgas genauer und zuverlässiger detektiert werden können.
  • Die bisher beschriebene beispielhafte FS-Sensorbaugruppe beinhaltet ein einzelnes L-förmiges Rohr, das mit einem Einlass und einem Auslass konfiguriert ist, um Abgas in die und aus der Baugruppe zu leiten, wie in den 2A–2C detailliert. Eine zweite FS-Sensorbaugruppe kann mit Hilfe der bisher als ein inneres Rohr beschriebenen FS-Sensorbaugruppe und ferner durch Positionieren des inneren Rohrs innerhalb eines äußeren L-förmigen Rohrs konzipiert sein, wie in den 3A und 3B beschrieben.
  • In Bezug auf 3A wird eine schematische Ansicht 300 einer beispielhaften Ausführungsform einer Feinstaub-(FS)-Sensorbaugruppe 302 (wie dem FS-Sensor 106 aus 1 und der FS-Sensorbaugruppe 202 aus den 2A–2C) gezeigt. Die FS-Sensorbaugruppe 302 kann konfiguriert sein, um FS-Masse und/oder -Konzentration im Abgas zu messen und kann als solcher mit einem Abgaskanal oder -rohr 304 (z. B. wie den in 2A–2C gezeigten Abgaskanal 204) gekoppelt sein, der einem Dieselpartikelfilter vor- oder nachgelagert ist (wie zum Beispiel dem DPF 102, der in 1 gezeigt ist).
  • In der schematischen Ansicht 300 ist die FS-Sensorbaugruppe 302 in dem Abgaskanal 304 angeordnet, wobei Abgase aus einer dem Dieselpartikelfilter nachgelagerten Position (entlang der X-Achse) in Richtung eines Auspuffendrohrs strömen, worauf die Pfeile 328 hindeuten. In Bezug auf die FS-Sensorbaugruppe 302 strömt Abgas von einer vorgelagerten Seite in Richtung einer nachgelagerten Seite der Baugruppe in der Richtung, die von den Pfeilen 328 angegeben wird. Zum Beispiel kann sich die nachgelagerte Seite näher an einem Abgasendrohr befinden. Es ist ein Achsensystem abgebildet, das drei Achsen, und zwar eine x-Achse parallel zur horizontalen Richtung, eine y-Achse parallel zur vertikalen Richtung und eine z-Achse senkrecht zur x- und y-Achse umfasst. Das in der Ansicht 300 gezeigte Achsensystem kann verwendet werden, um die relative Positionierung der Komponenten der FS-Sensorbaugruppe 302 zu beschreiben. Eine „Höhe/Länge“ der FS-Sensorbaugruppe 302 und/oder ihrer Komponenten kann verwendet werden, um die Ausdehnung der Komponenten entlang der y-Achse zu beschreiben. In ähnlicher Weise kann eine „Länge/Durchmesser“ der Komponenten der FS-Baugruppe 302 verwendet werden, um die physikalische Ausdehnung der Komponenten entlang der x-Achse zu bezeichnen. Die physikalische Ausdehnung der Komponenten entlang der z-Achse kann als „Breite“ bezeichnet werden.
  • Die FS-Sensorbaugruppe 302 beinhaltet ein inneres gebogenes Rohr 306, das innerhalb eines äußeren gebogenen Rohrs 308 positioniert und durch einen Zwischenraum oder Raum 310 vom äußeren Rohr 308 getrennt ist. Im Zwischenraum 310 befinden sich keine Komponenten. Das innere Rohr 306 kann ein Beispiel eines gebogenes Rohrs 203 sein, das unter Bezugnahme auf die 2A–2C beschrieben wird, und kann alle unter Bezugnahme auf das gebogene Rohr 203 beschriebenen Details beinhalten. Kurz ausgedrückt, beinhaltet das innere Rohr 306 ein L-förmiges hohles Rohr mit einem ersten geschlossenen Ende 318, das das innere Rohr 306 mit dem Abgaskanal 304 koppelt. Zusätzlich beinhaltet das innere Rohr 306 ein zweites nach außen aufgeweitetes Ende 322, das als ein Einlass zum inneren Rohr 306 dient. Ähnlich wie das zweite Ende 212 aus den 2A–2C beinhaltet das zweite Ende 322 nach außen ausgerichtete Flansche, die ein Venturi am zweiten Ende 322 bilden. Der Vorteil dafür, dass ein Venturi an einem Ende des inneren Rohrs 306 gebildet wird, besteht darin, dass eine Rate des Abgasstroms in das innere Rohr 306 aufgrund des vorher beschriebenen Venturieffekts erhöht werden kann.
  • Das äußere Rohr 308 ist ähnlich wie das innere Rohr 306 und verfügt über eine L-förmige Rohrbaugruppe mit einem Durchmesser D4. Ähnlich wie das innere Rohr 306 beinhaltet das äußere Rohr 308 ein erstes Ende 320, das geschlossen und ferner mit dem Abgaskanal 304 gekoppelt ist, und beinhaltet ein zweites Ende 324, das offen und nicht mit dem Abgaskanal 304 gekoppelt ist. Allerdings ist das zweite Ende 324 des äußeren Rohrs 308 kein nach außen aufgeweitetes Ende wie das zweite Ende 322 des inneren Rohrs 306. Das zweite Ende 324 beinhaltet eine offene Oberfläche mit gleichmäßigem Querschnitt, anders als das zweite Ende 322 des inneren Rohrs 306. Hierin verfügt das äußere Rohr 308 über einen gleichmäßigen Abschnitt durch die gesamte Länge des äußeren Rohrs 308. Dadurch haben die vertikalen und horizontalen Abschnitte (einschließlich des zweiten Endes 324) des äußeren Rohrs 308, das die L-förmige Geometrie bildet, den gleichen Durchmesser. Das innere Rohr 306 kann über einen gleichmäßigen Querschnitt (z. B. Durchmesser D5) über die gesamte Länge verfügen, außer am zweiten Ende 322. Das innere Rohr 306 ist zentral innerhalb des äußeren Rohrs 308 positioniert und ferner durch den Zwischenraum 310 vom äußeren Rohr 308 getrennt. Demzufolge resultiert der Zwischenraum 310 aus der Differenz der Durchmesser der inneren und der äußeren Rohre. Dadurch wird der Zwischenraum 310 als (D4 – D5)/2 geschrieben. Der Zwischenraum 310 ist der ringförmige Raum, der beispielsweise zwischen den inneren und den äußeren Rohren gebildet wird. Das äußere Rohr 308 beinhaltet zusätzlich einen Einlass 326, der dem zweiten Ende 322 des inneren Rohrs 306 vorgelagert gebildet wird. In einem Beispiel kann sich der Einlass 326 am „Ellbogen“ oder gebogenen Abschnitt des äußeren Rohrs 308 befinden. Der Einlass 326 kann ein elliptisches Loch sein, das dazu konfiguriert ist, Abgas in die FS-Sensorbaugruppe 302 in einer Richtung parallel zur Richtung des Stroms von Abgas innerhalb des Abgaskanals 304 zu leiten. In einigen Beispielen kann der Einlass 326 eine Vielzahl von Löchern beinhalten, die entlang der vorgelagerten Oberfläche des äußeren Rohrs 308 gebildet werden. Der Zweck des Einlasses 326 besteht darin, zu ermöglichen, dass Abgas in den Zwischenraum 310 strömt, wie in 3B gezeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 3B zeigt die schematische Ansicht 350 den Abgasstrom durch die FS-Sensorbaugruppe 302. Daher sind die vorher in 3A eingeführten Komponenten in 3B ähnlich nummeriert. Die Ansicht 350 stellt Abgas dar, das über den Einlass 326 in die FS-Sensorbaugruppe 302 strömt.
  • Abgas gelangt durch den Einlass 326 in einer Richtung parallel zur Richtung des Abgases, das innerhalb des Abgaskanals 304 strömt (Pfeil 328), in die FS-Sensorbaugruppe 302. Konkret gelangt Abgas in den Zwischenraum 310, der zwischen dem inneren Rohr 306 und dem äußeren Rohr 308 (Pfeil 352) gebildet wird. Somit können größere Partikel 360 in den Zwischenraum 310 strömen und über das zweite Ende 324 des äußeren Rohrs 308 aus der Baugruppe 302 strömen. Ferner können große Partikel und/oder Wassertropfen (wie durch die Kreise 360 gezeigt) weiterhin in der horizontalen Richtung innerhalb des Zwischenraums 310 strömen, ohne in das innere Rohr 306 zu gelangen. Die größere Dynamik der großen Partikel und/oder Wassertropfen hemmt ein Wenden und/oder einen Richtungswechsel der großen Partikel und/oder Wassertropfen in die Öffnung, die am zweiten Ende 322 des inneren Rohrs 306 gebildet wird. Etwas Abgas kann über das zweite Ende 324 des äußeren Rohrs in die Baugruppe 302 gelangen. Allerdings ist die Menge an Abgas, das über den Einlass 326 von der vorgelagerten Seite hineingelangt, größer als die Menge an Abgas, das über das zweite Ende 324, das sich an der nachgelagerten Seite befindet, hineingelangt.
  • Das Abgas innerhalb des Zwischenraums 310 zwischen den inneren und den äußeren Rohren kann auf die Venturiöffnung treffen, die im zweiten Ende 322 des inneren Rohrs 306 gebildet wird. Wie unter Bezugnahme auf die 2A–2C erklärt, strömt Abgas in das zweite Ende 322 des inneren Rohrs, indem seine Stromrichtung umgekehrt wird. Somit strömt Abgas, das in das innere Rohr 306 gelangt, in einer Richtung entgegengesetzt zu jedem des Abgasstroms innerhalb des Zwischenraums und des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals 304. Durch das Positionieren der Venturiöffnung am zweiten Ende 322 des inneren Rohrs wird die Geschwindigkeit des Abgases erhöht, wenn Abgas von der Öffnung mit größerem Querschnitt in Richtung des kleineren Querschnitts des inneren Rohrs 306 strömt. Infolgedessen hat Abgas, das in das innere Rohr 306 strömt, beispielsweise eine höhere Stromrate als Abgas, das innerhalb des Abgaskanals strömt, und Abgas, das innerhalb des Zwischenraums 310 strömt. Das wiederum erhöht den Abgas-FS, der in das innere Rohr 306 strömt, wodurch verursacht wird, dass mehr Abgas-FS in Richtung des Sensorelements 312 der Baugruppe 302 strömt und auf den Elektroden abgelagert werden kann. Folglich wird die Empfindlichkeit des Sensors erhöht.
  • Sobald es sich im inneren Rohr befindet, strömt Abgas entgegengesetzt (Pfeil 353) zur Richtung des Stroms innerhalb des Abgaskanals, wie bereits unter Bezugnahme auf 2B erklärt. Zusätzlich strömt Abgas weiterhin im vertikalen Abschnitt des inneren Rohrs 306 entgegen der Schwerkraft nach oben (Pfeil 354) in Richtung der Vielzahl von Perforierungen 316. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das innere Rohr 306 eine Bodenversiegelung und ein Leitblech mit einer Vielzahl von Perforierungen beinhalten, die dazu konfiguriert sind, das Abgas innerhalb des inneren Rohrs 306 in Richtung eines Sensorelements 312, das näher an den Perforierungen positioniert ist, zu führen (ähnlich wie das gebogene Rohr 203 aus den 2A–2C). In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann das innere Rohr 306 eine Vielzahl von Perforierungen 316 beinhalten, die entlang eines oberen Abschnitts 314 des inneren Rohrs 306 gebildet werden. Konkret kann die Vielzahl von Perforierungen 316 entlang des oberen Abschnitts 314 der nachgelagerten Seitenwand des inneren Rohrs 306, die dem Einlass 326 des äußeren Rohrs 308 nachgelagert ist, gebildet werden. Hierin kann sich der obere Abschnitt 314 zu einer bestimmten Länge vom oberen Ende 318 des inneren Rohrs 306 entlang der nachgelagerten Seitenwand des inneren Rohrs 306 erstrecken. Zusätzlich kann die Vielzahl von Perforierungen dazu konfiguriert sein, Abgas vom Inneren des inneren Rohrs 306 in Richtung des Zwischenraums 310 zwischen den inneren und den äußeren Rohren zu leiten. Ein Sensorelement 312 kann der Vielzahl von Perforierungen innerhalb des Zwischenraums 310 nachgelagert positioniert sein, um Abgas-FS zu sammeln, wie in den 4A–4D beschrieben.
  • 4A zeigt eine perspektivische Seitenansicht von außen 400 der FS-Sensorbaugruppe 302. 4B zeigt eine Draufsicht 425 der FS-Sensorbaugruppe 302. Die Abschnitte der FS-Sensorbaugruppe 302 in der perspektivischen Seitenansicht von außen 400 sind transparent und legen einen Innenraum der FS-Sensorbaugruppe 302, einschließlich des Sensorelements 312 und des inneren Rohrs 306, frei. 4C und 4D bilden detaillierte Veranschaulichungen des Sensorelements 312 ab.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 4A zeigt die Ansicht 400 die Vielzahl von Perforierungen 316, die auf dem Abschnitt 314 des inneren Rohrs 306 gebildet werden. Konkret beinhaltet die Vielzahl von Perforierungen 316 eine gleichmäßige Anordnung von Löchern, die den Abschnitt 314 bedecken. In der Ansicht 400 werden fünf Spalten und acht Zeilen von gleichmäßig beabstandeten kreisförmigen Löchern als ein nicht einschränkendes Beispiel der Vielzahl von Perforierungen 316 gezeigt. Es sind verschiedene andere Geometrien, Formen und Verteilungen der Löcher möglich, ohne dabei vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. In einem Beispiel kann die Vielzahl von Perforierungen 316 über einen Bereich der nachgelagerten Seitenwand des inneren Rohrs 306, der dem Oberflächenbereich des Sensorelements 312 entspricht, verteilt sein. Der Vorteil dafür, dass die Vielzahl von Perforierungen 316 über den Abschnitt 314 verteilt ist, besteht darin, dass das Abgas, das in Richtung der Elektroden 402 des Sensorelements 312 strömt, gleichmäßiger verteilt ist. Das führt zu einer zuverlässigeren Ausgabe vom Sensorelement 312.
  • Abgas strömt über die Vielzahl von Perforierungen 316 aus dem inneren Rohr 306 und in den ringförmigen Raum oder Zwischenraum 310 zwischen dem äußeren Rohr 308 und dem inneren Rohr 306. Abgas tritt über Perforierungen 316 in einer radial nach außen gerichteten Richtung (Pfeil 426) zu den Elektroden 402 des Sensorelements 312 aus dem inneren Rohr 306 aus.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 4B zeigt die Draufsicht 425 das Sensorelement 312, das im Zwischenraum 310 zwischen dem inneren Rohr 306 und dem äußeren Rohr 308 positioniert ist. Partikel im Abgas können auf einer ersten Oberfläche 427 mit den Elektroden 402 abgelagert werden. In einem Beispiel kann das Sensorelement 312 ein planares Substrat mit positiven und negativen Interdigitalelektroden beinhalten, die auf einer Oberfläche des Sensorelements gebildet werden, wobei die Oberfläche in Richtung der Vielzahl von Perforierungen 316 gerichtet ist. Die planaren Substrate und die Interdigitalelektroden können alle unter Bezugnahme auf das Sensorelement 214 aus 2B vorher beschriebenen Details beinhalten.
  • In einem weiteren Beispiel kann das Substrat 430 des Sensorelements 312 anstatt planar gekrümmt sein (während die Details des Substrats und der Elektroden ähnlich wie die vorher in 2B beschriebenen bleiben). Es kann vorteilhaft sein, ein gekrümmtes Sensorelement in den Zwischenraum 310 zwischen dem inneren Rohr 306 und dem äußeren Rohr 308 einzuschließen, da beispielsweise der Oberflächenbereich, der für das Erfassen der eingehenden Rußpartikel verfügbar ist, größer sein kann als ein planares Sensorelement. Die Krümmung des Substrats 430 kann von der Krümmung (oder dem Radius) jedes des inneren Rohrs 306 und des äußeren Rohrs 308 abhängen. In der Draufsicht 425 wird das gekrümmte Substrat 430 als ein Bogen mit einem Radius R6 dargestellt, der von jedem des Radius R4 des äußeren Rohrs 308 und des Radius R5 des inneren Rohrs 306 abhängig ist. Hierin können ein Zentrum C von jedem des inneren Rohrs, des äußeren Rohrs und des gekrümmten Substrats zusammenfallend sein. In einem Beispiel kann das gekrümmte Substrat mittig innerhalb des Zwischenraums 310 zwischen den inneren und den äußeren Rohren positioniert sein. In solch einem Beispiel kann R6 gleich (R4 + R5)/2 sein. Anders ausgedrückt, kann das gekrümmte Substrat 430 in der Mitte des Zwischenraums 310 bei einem Abstand durch (D4 – D5)/4 oder (R4 – R5)/2 positioniert sein. In einigen anderen Beispielen kann das gekrümmte Substrat 430 näher zum inneren Rohr (oder weiter weg vom äußeren Rohr) oder näher zum äußeren Rohr (weiter weg vom inneren Rohr) anstatt in der Mitte positioniert sein. Allerdings kann das gekrümmte Substrat 430 innerhalb des Zwischenraums 310 positioniert sein, wodurch es nicht aus der FS-Sensorbaugruppe 302 herausragt.
  • Wie in Ansicht 425 dargestellt, ist die erste Oberfläche 427 des Sensorsubstrats 430 einer äußeren Oberfläche des inneren Rohrs 306 zugewandt und eine zweite Oberfläche 429 ist einer inneren Oberfläche des äußeren Rohrs 308 zugewandt. Die zweite Oberfläche 429 ist der ersten Oberfläche 427 diametrisch gegenüberliegend und weist in die entgegengesetzte Richtung in Richtung der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs 308. Die Partikel können sich auf oder zwischen den einzelnen Elektroden der Elektroden 402 ansammeln. In einigen Beispielen kann Abgas, das aus dem inneren Rohr 306 in den Zwischenraum 310 eintritt, jedoch nicht direkt in das Heizelement strömen, ohne um das Sensorsubstrat 430 zu strömen.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf 4C eine direkte Ansicht 460 der ersten Oberfläche 427 des Sensorsubstrats 430 gezeigt. Die erste Oberfläche 427 des Sensorelements 312 umfasst ein Paar Interdigitalelektroden 404 und 406. Die Elektroden 404 und 406 sind am Sensorsubstrat 430 befestigt, das konfiguriert ist, um Ruß aus dem Abgas aufzufangen, das aus den Perforierungen 316 des inneren Rohrs 306 strömt. Das Paar Elektroden 404 und 406 durchquert einen Teil der Krümmung des Sensorsubstrats 430, sodass sich die Elektroden 404 und 406 direkt gegenüber den Perforierungen 316 befinden. Hierin können die Elektroden 404 und 406 eine Krümmung beinhalten, die gleich der Krümmung des Substrats 430 ist. Ruß (z. B. Feinstaub) kann sich zwischen dem Paar aus Interdigitalelektroden 404 und 406 ansammeln, wo Ruß die Elektroden 404 und 406 beim Erreichen einer Ruß-Grenzwertbelastung elektrisch koppelt (z. B. überbrückt). 4D zeigt die zweite Oberfläche 429 des Sensorelements 312, bei dem das Heizelement 428 physikalisch mit dem Sensorsubstrat 216 mit der zweiten Oberfläche 429 gekoppelt ist. Die zweite Oberfläche 429 liegt gegenüber der ersten Oberfläche 427, sodass das Heizelement 428 einer der Richtung, der das Paar aus den Elektroden 404 und 406 zugewandt ist, entgegengesetzten Richtung zugewandt ist. Insbesondere ist die erste Oberfläche 427 in Richtung den Perforierungen 316 auf einer äußeren Oberfläche des inneren Rohrs 306 zugewandt, während die zweite Oberfläche 429 einer inneren Oberfläche des äußeren Rohrs 308 zugewandt ist.
  • Die Elektroden 404 und 406 sind über Anschlussdrähte an den Plus- bzw. Minuspol einer Spannungsquelle 464 einer elektrischen Schaltung 462 verbunden. Die Details der elektrischen Schaltung 462 und des entsprechenden Schaltkreises sind die gleichen wie die Details der unter Bezugnahme auf 2B beschriebenen elektrischen Schaltung 262. Kurz gesagt, ist die positive Elektrode 404 mit Verbindungsdrähten 470 an einen Pluspol einer Spannungsquelle 464 einer elektrischen Schaltung 462 angeschlossen. Die negative Elektrode 406 ist über einen Anschlussdraht 468 mit einer Messvorrichtung 466 und ferner mit einem Minuspol der Spannungsquelle 464 der elektrischen Schaltung 462 verbunden. Die Spannungsquelle 464 und die Messvorrichtung 466 der elektrischen Schaltung 462 können durch eine Steuerung, wie zum Beispiel der Steuerung 12 aus 1, gesteuert werden, sodass beispielsweise Feinstaub, der am Sensorelement 312 gesammelt wurde, zum Diagnostizieren von Undichtigkeiten in einem dem Abgassensor vorgelagerten PF (z. B. DPF 102 in der Ausführungsform aus 1) verwendet werden kann. Die Steuerung 12 kann in der Lage sein, den Widerstand zwischen den Elektroden des Sensorelements 312 als eine Funktion von elektrischem Strom gemessen von der Messvorrichtung 466 zu bestimmen und eine entsprechende Belastung mit FS oder Ruß an den Elektroden des Sensorelements 312 abzuleiten. Durch das Kontrollieren der Belastung an dem Sensorelement 312 kann die dem DPF nachgelagerte Abgasrußbelastung bestimmt werden und dadurch zur Diagnose und Kontrolle des Zustands und der Funktionstüchtigkeit des DPF verwendet werden.
  • Das Sensorelement 312 beinhaltet außerdem das Heizelement 428, das auf der zweiten gegenüberliegenden Oberfläche 429 gebildet wird. Unter erneuter Bezugnahme auf 4D kann das Heizelement 428 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 428 kann zum Regenerieren der FS-Sensorbaugruppe 302 verwendet werden. Insbesondere kann unter Bedingungen, bei denen die Feinstaub- oder Rußbelastung des Sensorelements 312 über einem Schwellenwert liegt, das Heizelement so betrieben werden, dass die angesammelten Rußpartikel von der Oberfläche des Sensorelements verbrannt werden.
  • Während der Regenerierung des FS-Sensors kann die Steuerung 12 einer Spannungsquelle 484 eine Spannung bereitstellen, die für den Betrieb des Heizelements benötigt wird und über die Verbindungsdrähte 486 und 488 mit dem Heizelement verbunden wird. Darüber hinaus kann die Steuerung über einen Zeitraum mit der Länge eines Schwellenwerts einen Schalter 482 schließen, um die Spannung über die Spannungsquelle 484 an das Heizelement 428 anzulegen, um die Temperatur des Heizelements zu erhöhen. Anschließend kann die Steuerung, wenn die Sensorelektroden ausreichend sauber sind, den Schalter 482 öffnen, um das Heizen des Heizelements zu beenden. Durch intermittierendes Regenerieren des Sensorelements 312 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.
  • Nach dem Strömen in Richtung des Sensorelements 312, wo die Rußpartikel auf den Elektroden aufgenommen werden, strömt das Abgas in Richtung des zweiten Endes 324 des äußeren Rohrs 308, wie in 3B gezeigt. Unter erneuter Bezugnahme auf 3B bewegt sich das Abgas spiralförmig im Zwischenraum 310 zwischen den inneren und den äußeren Rohren und strömt in Richtung des zweiten offenen Endes 324 des äußeren Rohrs 308. Abgas verlässt die FS-Sensorbaugruppe 302 über das zweite Ende 324 des äußeren Rohrs 308 parallel zur Richtung des Abgasstroms durch den Abgaskanal 304. Das Abgas strömt durch das innere Rohr, das ausgelegt ist, um das Eintreten großer Partikel und/oder Wassertropfen in die FS-Sensorbaugruppe zu begrenzen. Aufgrund einer gleichmäßigen Ablagerung von Partikeln auf dem Sensorsubstrat kann dies die Diagnosemessungen eines PF verbessern, der der FS-Sensorbaugruppe vorgelagert ist.
  • Auf diese Weise ermöglicht das System aus den 1–4C eine beispielhafte Feinstaub-(FS)-Baugruppe, umfassend: ein gebogenes Rohr mit einem ersten geschlossenen Ende und einem zweiten nach außen aufgeweiteten Ende, eine Vielzahl von Perforierungen, die nahe dem ersten Ende gebildet wird, und ein Sensorelement, das in Richtung der Vielzahl von Perforierungen positioniert ist, wobei das Sensorelement dem zweiten Ende vorgelagert ist, umfasst. Zusätzlich oder alternativ kann das gebogene Rohr ein erstes Rohr beinhalten, das mit einem zweiten, orthogonalen Rohr, das eine L-Form bildet, gekoppelt ist, wobei das erste Ende des gebogenen Rohrs an einem Ende des ersten Rohrs gebildet wird und das zweite Ende des gebogenen Rohrs an einem Ende des zweiten Rohrs gebildet wird. Zusätzlich oder alternativ kann das erste Ende direkt mit einem Abgaskanal gekoppelt werden, wobei das erste Rohr über einen geraden Abschnitt mit gleichmäßigem Querschnitt verfügt. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Rohr einen geraden Abschnitt mit gleichmäßigem Querschnitt beinhalten, der mit dem zweiten Ende des gebogenen Rohrs gekoppelt ist, wobei das zweite Ende über einen nach außen abgewinkelten Abschnitt mit zunehmendem Querschnitt verfügt, der innerhalb des Abgaskanals positioniert ist, sodass Abgas innerhalb des Abgaskanals eine Richtung des Stroms umkehrt, um durch das zweite Ende in die FS-Sensorbaugruppe zu gelangen. Zusätzlich oder alternativ können die ersten Rohre eine Bodenversiegelung bei einem ersten Abstand vom ersten Ende umfassen, wobei die Bodenversiegelung mit einer ersten Seitenfläche des ersten Rohrs und bei einem ersten Zwischenraum von einer zweiten gegenüberliegenden Seitenfläche des ersten Rohrs gekoppelt ist, wobei die Bodenversiegelung über eine Länge, die kleiner ist als ein Durchmesser des ersten Rohrs, ein rechteckiges Leitblech mit der Vielzahl von Perforierungen, eine Achse des Leitbleches parallel zu einer Achse des Sensorelements, wobei sich das Sensorelement bei einem zweiten Zwischenraum vom Leitblech befindet, und einen Auslass mit einer Achse parallel zur Achse des Sensorelements verfügt. Zusätzlich oder alternativ kann das gebogene Rohr ein inneres Rohr sein, das innerhalb eines äußeren L-förmigen Rohrs positioniert und von dem äußeren Rohr durch einen Raum getrennt ist, wobei das äußere Rohr über ein drittes geschlossenes Ende, das mit einem Abgaskanal gekoppelt ist, und über ein viertes offenes Ende verfügt, das innerhalb des Abgaskanals positioniert ist, wobei das vierte offene Ende nahe dem zweiten Ende des inneren Rohrs ist. Zusätzlich oder alternativ kann das äußere Rohr einen Einlass umfassen, der dem Sensorelement vorgelagert ist und dazu konfiguriert ist, Abgas aus dem Abgaskanal zuerst in den Raum zwischen äußerem Rohr und innerem Rohr in einer Richtung parallel zum Abgasstrom innerhalb des Abgaskanals zu leiten. Zusätzlich oder alternativ kann die Vielzahl an Perforierungen auf einer nachgelagerten Seite des inneren Rohrs gebildet werden und wobei das Sensorelement im Raum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr, das in Richtung der Vielzahl von Perforierungen gerichtet ist, positioniert ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Sensorelement Interdigitalelektroden beinhalten, die auf einem gekrümmten Substrat gebildet werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Baugruppe ferner ein Heizelement, das mit dem Sensorelement gekoppelt ist, und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, umfassen, um: während des Abgasstroms eine erste Spannung an die Elektroden des Sensorelements anzulegen, um Abgasfeinstaub im Abgas auf den Elektroden zu akkumulieren, wobei eine Last auf der Baugruppe auf der Grundlage eines Stroms geschätzt wird, der über den Elektroden des Sensorelements erzeugt wird, und als Reaktion auf die Last, die einen Schwellenwert überschreitet, eine zweite unterschiedliche Spannung an das Heizelement anzulegen, um das Sensorelement zu regenerieren.
  • Eine weitere beispielhafte Feinstaub-(FS)-sensorbaugruppe kann ein Schutzrohr mit einem vertikalen Abschnitt, der fluidisch mit einem horizontalen Abschnitt gekoppelt ist, wobei der vertikale Abschnitt mit einem Abgasrohr gekoppelt ist und der horizontale Abschnitt über ein Venturi verfügt, eine Vielzahl von Öffnungen, die innerhalb des vertikalen Abschnitt gebildet werden, und ein Sensorelement beinhalten, das innerhalb des vertikalen Abschnitts positioniert ist, wobei das Sensorelement dem Venturi nachgelagert und eine Normale zum Sensorelement orthogonal zu einer Oberfläche mit der Vielzahl von Öffnungen ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Venturi den horizontalen Abschnitt mit einem geöffneten Ende koppeln, wobei das geöffnete Ende über einen nach außen zunehmenden Querschnitt verfügt, der Abgas in den horizontalen Abschnitt und dann durch die Vielzahl von Öffnungen in Richtung des Sensorelements und über eine trapezförmige Öffnung, die auf dem vertikalen Abschnitt gebildet wird, aus der Baugruppe heraus leitet, wobei die Vielzahl von Öffnungen auf einem rechteckigen Leitblech, das innerhalb des vertikalen Abschnitts zwischen einem oberen Ende des vertikalen Abschnitts und einer Bodenversiegelung positioniert ist, gebildet werden, wobei sich der Boden bei einem Abstand vom oberen Ende des vertikalen Abschnitts befindet, und wobei das Sensorelement Interdigitalelektroden beinhaltet, die auf einem planaren Substrat gebildet werden, das sich innerhalb des vertikalen Abschnitts zwischen dem oberen Ende und der Bodenversiegelung befindet. Zusätzlich oder alternativ kann das Schutzrohr innerhalb eines äußeren Rohrs positioniert und von dem äußerem Rohr durch einen Raum getrennt sein, und wobei das äußere Rohr ein Loch beinhalten kann, das an einer Ellbogenregion des Schutzrohrs gebildet wird, wobei das Loch dazu konfiguriert ist, Abgas vom Abgasrohr zuerst in den Raum und dann vom Raum in Richtung des Venturis, das auf dem inneren Rohr gebildet wird, in Richtung des Sensorelements durch die Vielzahl von Öffnungen und folglich durch ein offenes Ende des äußeren Rohrs aus der Baugruppe heraus zu leiten, und wobei die Vielzahl von Öffnungen auf einer Region des vertikalen Abschnitts dem Sensorelement vorgelagert gebildet werden kann, und wobei das Sensorelement Interdigitalelektroden beinhaltet, die auf einem gekrümmten Substrat gebildet werden, wobei das Sensorelement innerhalb des Raums zwischen dem Schutzrohr und dem äußeren Rohr positioniert ist.
  • Die 1–4D zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Anordnung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie so gezeigt werden, dass sie sich direkt berühren oder direkt aneinander gekoppelt sind, dann können solche Elemente wenigstens in einem Beispiel jeweils als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die anliegend oder angrenzend aneinander gezeigt werden, zumindest in einem Beispiel jeweils anliegend oder angrenzend aneinander sein. Beispielsweise 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 zueinander zu beschreiben. Von daher sind in einem Beispiel Elemente, die über anderen Elementen dargestellt werden, vertikal über den anderen Elementen positioniert. 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.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 5 wird ein beispielhaftes Verfahren 500 zum Akkumulieren von Partikeln im Abgasstrom über den Sensorelektroden, die innerhalb der FS-Sensorbaugruppe (wie beispielsweise der in 1 gezeigte FS-Sensor 106 und/oder die FS-Sensorbaugruppe 202 aus den 2A und 2B, die FS-Sensorbaugruppe 302 aus den 3A–3B und 4A–4D) positioniert sind, gezeigt. Konkret können die Partikel im Abgasstrom in einen Venturi-ähnlichen Einlass, der an einem Ende eines gebogenen Rohrs gebildet wird, geleitet werden und ferner durch eine Vielzahl von Perforierungen in Richtung eines Sensorelements geleitet werden. Die Partikel können über den Interdigitalelektroden akkumuliert werden, die auf dem Sensorsubstrat (planar oder gekrümmt) des Sensorelements gebildet werden.
  • Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung auf der Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Regelung kann gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Motorbetätigungselemente des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb einzustellen.
  • Bei 502 beinhaltet das Verfahren 500 Bestimmen und/oder Schätzen von Motorbetriebsbedingungen. Bestimmte Motorbetriebsbedingungen können beispielsweise Motordrehzahl, Motorlast, Fahrerdrehmomentbedarf, Abgasstromrate, Motortemperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas, Abgastemperatur, Dauer (oder Abstand) seit einer letzten Regenerierung des DPF, FS-Last auf dem FS-Sensor, Aufladeniveau, Umgebungsbedingungen, wie barometrischer Druck und Umgebungstemperatur, usw. beinhalten.
  • Das Verfahren 500 geht zu 504 über, wo das Verfahren Umkehren des Abgasstroms umfasst, um Abgas vom Inneren eines Abgaskanals in Richtung des Venturis zu leiten, das an einem Ende eines ersten Abschnitts eines Schutzrohrs gebildet wird. Konkret wird das Venturi über die Kopplung einer Region mit zunehmendem Querschnitt mit einer Region mit gleichmäßigem Querschnitt gebildet. Durch Bilden des Venturis an der nachgelagerten Seite eines L-förmigen Schutzrohrs, wo der statische Druck höher ist, wird erzwungen, dass Abgas innerhalb des Abgaskanals seine Richtung des Stroms umkehrt, um in die FS-Sensorbaugruppe zu gelangen. In einer beispielhaften Konfiguration wird das Venturi an dem Ende eines einzelnen L-förmigen Schutzrohrs (wie etwa das gebogene Rohr 203 aus den 2A–2B) gebildet, und das Umkehren des Abgasstroms beinhaltet Strömen des Abgases innerhalb des L-förmigen Rohrs in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals in Richtung eines Sensorelements durch eine Vielzahl von Perforierungen bei 506. Somit beinhaltet das L-förmige Rohr einen ersten horizontalen Abschnitt, der fluidisch mit einem zweiten vertikalen Abschnitt gekoppelt ist. Hierin wird das Venturi am Ende des ersten Abschnitts gebildet und das Sensorelement und die Vielzahl von Perforierungen befinden sich innerhalb des zweiten Abschnitts, dem Venturi vorgelagert.
  • In einem weiteren Beispiel kann das L-förmige Rohr mit dem Venturi an der nachgelagerten Seite ein inneres Schutzrohr sein, das innerhalb eines äußeren L-förmigen Schutzrohrs (wie etwa die FS-Sensorbaugruppe 302 aus den 3A–4D) positioniert und durch einen Zwischenraum vom äußeren Rohr getrennt ist. Hierin kann sich das innere Rohr vollständig innerhalb des äußeren Rohrs befinden, wobei keine Teile aus dem äußeren Rohr herausragen. Zusätzlich kann nur das innere Rohr ein Venturi als eine Öffnung beinhalten; das äußere Rohr kann eine Öffnung beinhalten, die auf einer vorgelagerten Seite gebildet wird, die als eine Öffnung zum äußeren Rohr dienen kann. Demzufolge wird das Venturi an einem Ende des ersten horizontalen Abschnitts des inneren Rohrs gebildet und der Einlass wird am Schnittpunkt der horizontalen und vertikalen Abschnitte des äußeren Rohrs gebildet, wobei er in Richtung des eingehenden Abgases gerichtet ist. Hierin kann das Umkehren eines Abgasstroms bei 507 das Strömen des Abgases durch den Einlass in den Zwischenraum zwischen den inneren und den äußeren Rohren und dann Strömen des Abgases vom Zwischenraum in Richtung des auf dem inneren Rohr gebildeten Venturis beinhalten.
  • Das Verfahren 500 geht anschließend zu 508 über. Bei 508 beinhaltet das Verfahren 500 das Erhöhen einer Rate des Abgasstroms durch das Venturi relativ zu einer Rate des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals. Hierin ist das Venturi eine variable Bereichsöffnung, die durch Koppeln einer Region mit zunehmendem Querschnitt mit einer Region mit gleichmäßigem Querschnitt gebildet wird. Somit gelangt das Abgas zu einer Engstelle, wenn Abgas zuerst von der Region mit zunehmendem Querschnitt in Richtung der Region mit gleichmäßigem Querschnitt strömt. Demzufolge wird die Geschwindigkeit des Abgasstroms erhöht. Dadurch wird der Abgasstrom innerhalb des L-förmigen Rohrs durch Verwenden des Venturidesigns als Öffnung des L-förmigen Rohrs relativ zum Abgasstrom innerhalb des Abgaskanals erhöht. In der beispielhaften Konfiguration, wobei das Venturi auf dem inneren Rohr gebildet wird, ist der Strom innerhalb des inneren Rohrs höher als der Strom innerhalb des Abgaskanals sowie der Strom innerhalb des Zwischenraums zwischen den inneren und den äußeren Rohren.
  • Das Verfahren 500 geht zu 510 über. Bei 510 beinhaltet das Verfahren 500 Leiten von Abgas vom ersten horizontalen Abschnitt in Richtung des zweiten vertikalen Abschnitts in einer Richtung orthogonal zur Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals. Die Geometrie oder Struktur des L-förmigen Rohrs mit vertikalen und horizontalen Abschnitten, die miteinander gekoppelt sind, erzwingen das Abgas innerhalb des horizontalen Abschnitts dazu, sich (entgegen der Schwerkraft) in Richtung des zweiten Abschnitts nach oben zu bewegen.
  • Das Verfahren 500 geht zu 512 über. Bei 512 beinhaltet das Verfahren 500 Strömen des Abgases durch eine Vielzahl von Perforierungen in Richtung des Sensorelements, die sich beide innerhalb des zweiten Abschnitts des L-förmigen Schutzrohrs befinden. In dem Beispiel eines einzelnen Schutzrohrs kann das Abgas innerhalb des zweiten Abschnitts in Richtung einer weiteren Engstelle geleitet werden, bevor die Vielzahl von Perforierungen erreicht wird. Als ein Beispiel kann sich eine Bodenversiegelung horizontal von einer nachgelagerten Wand des Schutzrohrs erstrecken, aber kann sich nicht den ganzen Weg bis zur gegenüberliegenden vorgelagerten Wand erstrecken. Zwischen dem Ende der Bodenversiegelung und der vorgelagerten Wand kann ein Zwischenraum oder Raum sein. Abgas innerhalb des zweiten Abschnitts wird nun gezwungen, in den Raum zu strömen, bevor die Vielzahl von Perforierungen erreicht wird. Die Vielzahl von Perforierungen kann auf einem rechteckigen Leitblech gebildet werden, wobei eine Längsachse des Leitblechs parallel zu einer zentralen Achse des zweiten Abschnitts ist. Ferner kann ein Sensorelement benachbart zum rechteckigen Leitblech positioniert sein. Das Sensorelement kann zusätzlich parallel zur zentralen Achse des zweiten Abschnitts des Schutzrohrs ausgerichtet sein. Das Sensorelement kann Elektroden beinhalten, die entlang einer ersten Oberfläche näher an der Vielzahl von Perforierungen gebildet werden. Hierin können sich die Elektroden in einer orthogonalen Richtung relativ zur zentralen Achse des zweiten Abschnitts des Schutzrohrs erstrecken.
  • In der beispielhaften Konfiguration, in der das Schutzrohr ein inneres Rohr ist, das innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist, kann das Verfahren 500 optional Strömen des Abgases vom zweiten Abschnitt des inneren Rohrs in Richtung einer Vielzahl von Perforierungen, die auf einer nachgelagerten Wand des inneren Rohrs gebildet werden, beinhalten. Zusätzlich kann ein gekrümmter Sensor im Zwischenraum zwischen den inneren und äußeren Rohren positioniert sein, wobei die Sensorelektroden in Richtung der Vielzahl von Perforierungen ausgerichtet sind. Abgas, das aus der Vielzahl von Perforierungen strömt, wird in Richtung der Elektroden des Sensorelements geleitet.
  • Das Verfahren geht zu 514 über. Bei 514 beinhaltet das Verfahren 500 das Sammeln von Abgas-FS an den Elektroden des Sensorelements. Wie vorher beschrieben, wird das Sensorelement einschließlich Interdigitalelektroden bei einem Abstand von den Perforierungen positioniert. In einem Beispiel kann das Sensorelement ein planares Substrat mit planaren Interdigitalelektroden beinhalten, die auf einer ersten Oberfläche des Substrats gebildet werden. In einem weiteren Beispiel kann das Sensorelement ein gekrümmtes Substrat mit gekrümmten Interdigitalelektroden beinhalten, die auf einer ersten Oberfläche des Substrats gebildet werden. Für das planare Element und das gekrümmte Element befindet sich die erste Oberfläche des Substrats näher zu einer Oberfläche, einschließlich der Perforierungen. Wie bereits erklärt, können die Elektroden Interdigitalelektroden beinhalten. Die positiven Elektroden sind mit dem Pluspol einer Spannungsversorgung verbunden und die negativen Elektroden sind mit einer Messvorrichtung und dann mit dem Minuspol der Spannungsversorgung verbunden. Wenn die Steuerung eine Spannung auf den Sensorelektroden anlegt, können Partikel innerhalb der Region, die zwischen der Ebene der Perforierungen und der ersten Oberfläche des Sensorelements eingeschlossen sind, ein starkes elektrisches Feld erfahren, wodurch es ihnen ermöglicht wird, zwischen den Elektroden akkumuliert zu werden. Da sich Partikel auf den Elektroden sammeln, kann die Steuerung ein Signal von einer Messvorrichtung empfangen. In einem Beispiel kann das Signal eine Veränderung beim Strom/Widerstand auf den Elektroden von der Messvorrichtung (wie ein Amperemeter oder Ohmmeter) sein. Auf der Grundlage des von der Messvorrichtung empfangenen Signals kann die Steuerung eine Last auf den Sensorelektroden bestimmen. Wenn sich Partikel auf der Oberfläche der Sensorelektroden sammeln, beginnt der Widerstand der Elektroden zu sinken und ein Strom, der von der Messvorrichtung gemessen wurde, beginnt sich zu erhöhen. Die Steuerung kann in der Lage sein, eine Last auf den Sensorelektroden auf der Grundlage des auf den Elektroden gemessenen Stroms abzuleiten. Die Steuerung kann alternativ die Last auf der Grundlage einer Berechnung mit Hilfe einer Nachschlagetabelle bestimmen, wobei die Eingabe Strom/Widerstand zwischen den Elektroden ist. Das Verfahren 500 geht anschließend zu 516 über.
  • Bei 516 beinhaltet das Verfahren 500 Leiten des Abgases über einen Auslass, der eine auf dem Schutzrohr gebildete Öffnung beinhaltet, aus dem Schutzrohr. In einem Beispiel kann der Auslass eine trapezförmige Öffnung sein, die auf dem zweiten Abschnitt des Schutzrohrs nahe dem Sensorelement gebildet wird.
  • In dem Beispiel, in dem das Schutzrohr die inneren und äußeren Rohre beinhaltet, beinhaltet das Verfahren Leiten des Abgases aus dem inneren Schutzrohr in den Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr bei 517. Zusätzlich wird das Abgas durch eine auf dem äußeren Rohr gebildete Öffnung aus der FS-Sensorbaugruppe geleitet. Hierin kann die Öffnung an einem Ende eines horizontalen Abschnitts des äußeren Rohrs gebildet werden. Das Ende kann dem Sensorelement nachgelagert und ferner distal zum Sensorelement positioniert sein. Das Verfahren 500 geht zu 518 über.
  • Bei 518 beinhaltet das Verfahren 500 intermittierendes Überprüfung, ob das Sensorelement die Regenerierungsbedingungen erfüllt hat. Insbesondere können die Bedingungen für die Regenerierung des Sensorelements, wenn die Rußbelastung am Sensorelement über einem Schwellenwert liegt oder wenn ein Widerstand des Sensorelements (auf die Temperatur eingestellt) unter einen Widerstand in Höhe eines Schwellenwerts abfällt oder wenn ein Strom des Sensorelements 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. Das Sensorelement 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 das Sensorelement regeneriert werden kann, indem ein Verfahren durchgeführt wird, das in 6 beschrieben ist. Kurzum kann eine Regeneration des Sensorelements durch das Aufheizen des Sensors initiiert werden. Der Sensor kann beispielsweise erhitzt werden, indem ein Heizelement, das auf einer anderen Oberfläche des Sensorelements auf der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche gebildet wird, einschließlich der Elektroden betätigt wird. 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 Sensorregeneration keinen Ruß sammeln. Daher kann das Heizelement betätigt sein, bis die Rußbelastung des Sensors ausreichend durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden verringert ist. Das Verfahren 500 endet. 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 kehrt zu 518 zurück.
  • Somit beinhaltet das beispielhafte Verfahren Umkehren des Abgasstroms, um Abgas vom Inneren eines Abgaskanals in Richtung des Venturis zu leiten, wobei das Venturi an einem Ende eines ersten Abschnitts eines Schutzrohrs gebildet wird, und Strömen des Abgases vom Venturi in Richtung eines Sensorelements durch eine Vielzahl von Perforierungen, wobei das Sensorelement innerhalb eines zweiten Abschnitts des Schutzrohrs dem Venturi vorgelagert positioniert ist. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Verfahren ferner Erhöhen einer Rate des Abgasstroms durch das Venturi relativ zur Rate des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals, wobei das Venturi eine variable Bereichsöffnung ist, die durch Koppeln einer Region mit zunehmendem Querschnitts mit einer Region eines konstanten Querschnitts gebildet wird. Zusätzlich oder alternativ beinhaltet das Strömen Strömen des Abgases vom Venturi in den ersten Abschnitt des Schutzrohrs in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals, Leiten des Abgases aus dem ersten Abschnitt in einen zweiten Abschnitt des Schutzrohrs in einer Richtung orthogonal zur Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals, wobei der zweite Abschnitt fluidisch mit dem ersten Abschnitt gekoppelt und orthogonal dazu ist, Strömen des Abgases durch die Vielzahl von Perforierungen in Richtung des Sensorelements, und Leiten des Abgases durch einen Auslass aus dem Schutzrohr. Zusätzlich oder alternativ kann die Vielzahl an Perforierungen auf einem Leitblech gebildet werden, wobei das Leitblech mit einer Bodenplatte gekoppelt ist und die Bodenplatte und das Leitblech innerhalb des zweiten Abschnitts positioniert sind, und wobei das Sensorelement mit der Bodenplatte gekoppelt ist und in Richtung der Vielzahl an Perforierungen gerichtet ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Schutzrohr ein inneres Rohr sein, das innerhalb eines äußeren Rohrs positioniert ist. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Strömen ferner Strömen von Abgas in einen Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr, durch einen Einlass, der auf dem äußeren Rohr gebildet wird, den dem Venturi vorgelagerten Einlass und das Sensorelement, bevor Abgas in das Venturi strömt. Zusätzlich oder alternativ kann die Vielzahl von Perforierungen auf jeder einer Oberfläche des inneren Rohrs, der dem Venturi vorgelagerten Oberfläche und der dem Sensorelement nachgelagerten Oberfläche, und wobei das Sensorelement gekrümmt und im Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr positioniert ist.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf 6 ein Verfahren 600 zum Regenerieren des FS-Sensors (wie zum Beispiel eines in 1 gezeigten FS-Sensors 106 und/oder der FS-Sensorbaugruppe 202 aus 2) gezeigt. 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. Die Steuerung kann ein Heizelement betätigen, 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 mit dem DPF gekoppelt ist, oder das Erhöhen der Temperatur des Motorabgases beinhalten (z. B. durch einen fetten Betrieb), das in den DPF strömt.
  • Unter erneuter Bezugnahme 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 mit dem 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.
  • Unter erneuter Bezugnahme 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 aus 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 FS-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 mit dem 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 FS- (Darstellung 804) die Belastung in Höhe eines Schwellenwerts für die Regenerierung des FS-Sensors (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. Der technische Effekt des Bildens eines Venturis an der nachgelagerten Seite des L-förmigen Schutzrohrs liegt darin, dass die Geschwindigkeit des Abgases erhöht wird, wenn es in Übereinstimmung mit dem Venturieffekt durch das Venturi strömt. Durch Erhöhen der Abgasstromgeschwindigkeit in die FS-Sensorbaugruppe können Rußpartikel im Abgas an den Elektroden des Sensorelements mit erhöhter Geschwindigkeit erfasst werden. Somit kann die Ausgabe der FS-Sensorbaugruppe die Menge an Rußpartikeln, die durch einen vorgelagerten Partikelfilter strömen, zuverlässig angeben. Auf diese Weise kann die Funktion der FS-Sensorbaugruppe zum Schätzen der Filterkapazitäten des DPF (und dadurch zum Erkennen von DPF-Lecks) erhöht werden. Da das Abgas von der nachgelagerten Seite des L-förmigen Schutzrohrs strömt, können zusätzlich Wassertropfen und/oder größere Partikel weiterhin hinter das Venturi strömen, ohne ihre Stromrichtung umzukehren, um in das Venturi zu gelangen. Demnach kann das Sensorelement vor dem Aufprall von Wassertropfen und größeren Partikeln geschützt werden. Insgesamt kann das Funktionieren der FS-Sensorbaugruppe verbessert werden und die FS-Sensorausgabe kann zuverlässiger sein.
  • Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen eine Feinstaubsensor-(FS)-baugruppe bereit, die ein gebogenes Rohr mit einem ersten geschlossenen Ende und einem zweiten nach außen aufgeweiteten Ende, eine Vielzahl von Perforierungen, die nahe dem ersten Ende gebildet wird, und ein Sensorelement, das in Richtung der Vielzahl von Perforierungen positioniert ist, wobei das Sensorelement dem zweiten Ende vorgelagert ist, umfasst. In einem ersten Beispiel der Feinstaubsensorbaugruppe kann der Sensor zusätzlich oder alternativ beinhalten, wo das gebogene Rohr ein erstes Rohr beinhaltet, das mit einem zweiten, orthogonalen Rohr, das eine L-Form bildet, gekoppelt ist, wobei das erste Ende des gebogenen Rohrs an einem Ende des ersten Rohrs gebildet wird und das zweite Ende des gebogenen Rohrs an einem Ende des zweiten Rohrs gebildet wird. Ein zweites Beispiel eines Feinstaubsensors beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wo das erste Ende direkt mit einem Abgaskanal gekoppelt ist, wobei das erste Rohr über einen geraden Abschnitt mit gleichmäßigem Querschnitt verfügt. Ein drittes Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten und des zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, wo das zweite Rohr über einen geraden Abschnitt mit gleichmäßigem Querschnitt verfügt, der mit dem zweiten Ende des gebogenen Rohrs gekoppelt ist, wobei das zweite Ende über einen nach außen abgewinkelten Abschnitt mit zunehmendem Querschnitt verfügt, der innerhalb des Abgaskanals positioniert ist, sodass Abgas innerhalb des Abgaskanals eine Richtung des Stroms umkehrt, um durch das zweite Ende in die FS-Sensorbaugruppe zu gelangen. Ein viertes Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, wo die ersten Rohre eine Bodenversiegelung bei einem ersten Abstand vom ersten Ende umfassen, wobei die Bodenversiegelung mit einer ersten Seitenfläche des ersten Rohrs und bei einem ersten Zwischenraum von einer zweiten gegenüberliegenden Seitenfläche des ersten Rohrs gekoppelt ist, wobei die Bodenversiegelung über eine Länge, die kleiner ist als ein Durchmesser des ersten Rohrs, ein rechteckiges Leitblech mit der Vielzahl von Perforierungen, eine Längsachse des Leitbleches parallel zu einer Längsachse des Sensorelements, wobei sich das Sensorelement bei einem zweiten Zwischenraum vom Leitblech befindet, und einen Auslass mit einer Längsachse parallel zur Längsachse des Sensorelements verfügt. Ein fünftes Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, wo das gebogene Rohr ein inneres Rohr ist, das innerhalb eines äußeren L-förmigen Rohrs positioniert und von dem äußeren Rohr durch einen Raum getrennt ist, wobei das äußere Rohr über ein drittes geschlossenes Ende, das mit einem Abgaskanal gekoppelt ist, und über ein viertes offenes Ende verfügt, das innerhalb des Abgaskanals positioniert ist, wobei das vierte offene Ende nahe dem zweiten Ende des inneren Rohrs ist. Ein sechstes Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, wo das äußere Rohr einen Einlass umfasst, der dem Sensorelement vorgelagert ist und dazu konfiguriert ist, Abgas aus dem Abgaskanal in den Raum zwischen äußerem Rohr und innerem Rohr in einer Richtung parallel zum Abgasstrom innerhalb des Abgaskanals zu leiten. Ein siebentes Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, wo die Vielzahl an Perforierungen auf einer nachgelagerten Seite des inneren Rohrs gebildet wird und wo das Sensorelement im Raum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr, das in Richtung der Vielzahl von Perforierungen gerichtet ist, positioniert ist. Ein achtes Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis siebenten Beispiels und beinhaltet ferner, wo das Sensorelement Interdigitalelektroden, die auf einem gekrümmten Substrat gebildet werden. beinhaltet. Ein neuntes Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis achten Beispiels und beinhaltet ferner ein Heizelement, das mit dem Sensorelement gekoppelt ist, und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, umfassen, um: während des Abgasstroms eine erste Spannung auf den Elektroden des Sensorelements anzulegen, um Abgasfeinstaub im Abgasstrom auf den Elektroden zu akkumulieren, wobei eine Last auf der Baugruppe auf der Grundlage eines Stroms geschätzt wird, der über den Elektroden des Sensorelements erzeugt wird, und als Reaktion auf die Last, die einen Schwellenwert überschreitet, eine zweite unterschiedliche Spannung an das Heizelement anzulegen, um das Sensorelement zu regenerieren.
  • Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen außerdem ein Verfahren bereit, wobei das Verfahren Umkehren des Abgasstroms umfasst, um Abgas vom Inneren eines Abgaskanals in Richtung des Venturis zu leiten, wobei das Venturi an einem Ende eines ersten Abschnitts eines Schutzrohrs gebildet wird, und Strömen des Abgases vom Venturi in Richtung eines Sensorelements durch eine Vielzahl von Perforierungen umfasst, wobei das Sensorelement innerhalb eines zweiten Abschnitts des Schutzrohrs dem Venturi vorgelagert positioniert ist. In einem ersten Beispiel des Verfahrens kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ Erhöhen einer Rate des Abgasstroms durch das Venturi relativ zur Rate des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals beinhalten, wobei das Venturi eine variable Bereichsöffnung ist, die durch Koppeln einer Region mit zunehmendem Querschnitt mit einer Region mit konstantem Querschnitt gebildet wird. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wo das Strömen des Abgases vom Venturi in den ersten Abschnitt des Schutzrohrs in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals, Leiten des Abgases aus dem ersten Abschnitt in den zweiten Abschnitt des Schutzrohrs in einer Richtung orthogonal zur Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals, wobei der zweite Abschnitt fluidisch mit dem ersten Abschnitt gekoppelt und orthogonal dazu ist, Strömen des Abgases durch die Vielzahl von Perforierungen in Richtung des Sensorelements, und Leiten des Abgases durch einen Auslass aus dem Schutzrohr beinhaltet. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, wo die Vielzahl von Perforierungen auf einem Leitblech gebildet werden, wobei das Leitblech mit einer Bodenplatte gekoppelt ist und die Bodenplatte und das Leitblech innerhalb des zweiten Abschnitts positioniert sind, und wobei das Sensorelement mit der Bodenplatte gekoppelt ist und in Richtung der Vielzahl von Perforierungen gerichtet ist. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, wo das Schutzrohr ein inneres Rohr ist, das innerhalb eines äußeren Rohrs positioniert ist. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, wo das Strömen ferner Strömen von Abgas in einen Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr, durch einen Einlass, der auf dem äußeren Rohr gebildet wird, den dem Venturi vorgelagerten Einlass und das Sensorelement umfasst, bevor Abgas in das Venturi strömt. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional ein oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, wo die Vielzahl von Perforierungen auf einer Oberfläche des inneren Rohrs, auf der dem Venturi vorgelagerten Oberfläche und dem Sensorelement nachgelagert gebildet werden, und wobei das Sensorelement gekrümmt und im Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr positioniert ist.
  • Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen außerdem einen Feinstaubsensor bereit, der eine Feinstaub-(FS)-sensorbaugruppe umfasst, umfassend ein Schutzrohr mit einem vertikalen Abschnitt, der fluidisch mit einem horizontalen Abschnitt gekoppelt ist, wobei der vertikale Abschnitt mit einem Abgasrohr gekoppelt ist und der horizontale Abschnitt über ein Venturi verfügt, eine Vielzahl von Öffnungen, die innerhalb des vertikalen Abschnitt gebildet werden, und ein Sensorelement, das innerhalb des vertikalen Abschnitts positioniert ist, wobei das Sensorelement dem Venturi nachgelagert und eine Normale zum Sensorelement orthogonal zu einer Oberfläche mit der Vielzahl von Öffnungen ist. In einem ersten Beispiel der Feinstaubsensorbaugruppe kann die Baugruppe zusätzlich oder alternativ beinhalten, wo das Venturi den horizontalen Abschnitt mit einem geöffneten Ende koppelt, wobei das geöffnete Ende über einen nach außen zunehmenden Querschnitt verfügt, der Abgas in den horizontalen Abschnitt und dann durch die Vielzahl von Öffnungen in Richtung des Sensorelements und über eine trapezförmige Öffnung, die auf dem vertikalen Abschnitt gebildet wird, aus der Baugruppe heraus leitet, wobei die Vielzahl von Öffnungen auf einem rechteckigen Leitblech, das innerhalb des vertikalen Abschnitts zwischen einem oberen Ende des vertikalen Abschnitts und einer Bodenversiegelung positioniert ist, gebildet werden, wobei sich der Boden bei einem Abstand vom oberen Ende des vertikalen Abschnitts befindet, und wobei das Sensorelement Interdigitalelektroden beinhaltet, die auf einem planaren Substrat gebildet werden, das sich innerhalb des vertikalen Abschnitts zwischen dem oberen Ende und der Bodenversiegelung befindet. Ein zweites Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wo das Schutzrohr innerhalb eines äußeren Rohrs positioniert und von dem äußerem Rohr durch einen Raum getrennt ist, und wobei das äußere Rohr ein Loch beinhaltet, das an einer gebogenen („Ellbogen“-) Region des äußeren Rohrs gebildet wird, wobei das Loch dazu konfiguriert ist, Abgas vom Abgasrohr zuerst in den Raum und dann vom Raum in Richtung des Venturis, das auf dem inneren Rohr gebildet wird, in Richtung des Sensorelements durch die Vielzahl von Öffnungen und folglich durch ein offenes Ende des äußeren Rohrs aus der Baugruppe heraus zu leiten, und wobei die Vielzahl von Öffnungen auf einer Region des vertikalen Abschnitts dem Sensorelement vorgelagert gebildet wird, und wobei das Sensorelement Interdigitalelektroden beinhaltet, die auf einem gekrümmten Substrat gebildet werden, wobei das Sensorelement innerhalb des Raums zwischen dem Schutzrohr und dem äußeren Rohr positioniert ist.
  • Es wird vermerkt, dass die hierin eingeschlossenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem, einschließend die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Verbrennungsmotorhardware, ausgeführt werden. Die spezifischen hierin beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und Ähnliches. Daher können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen kann bzw. können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch Code darstellen, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotorsteuersystem programmiert werden soll, in dem die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, einschließend die verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen 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 Verbrennungsmotortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weitere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
  • Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet 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 Schutzumfang im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen aufweisen, darüber hinaus als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen 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 [0004]

Claims (15)

  1. Feinstaub-(FS)-Anordnung, umfassend: ein gebogenes Rohr mit einem ersten geschlossenen Ende und einem zweiten nach außen aufgeweiteten Ende; eine Vielzahl von Perforierungen, die nahe dem ersten Ende gebildet wird; und ein Sensorelement, das in Richtung der Vielzahl von Perforierungen gerichtet positioniert ist, wobei sich das Sensorelement dem zweiten Ende vorgelagert befindet.
  2. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das gebogene Rohr ein erstes Rohr umfasst, das mit einem zweiten orthogonalen Rohr, das eine L-Form bildet, gekoppelt ist, wobei das erste Ende des gebogenen Rohrs an einem Ende des ersten Rohrs gebildet wird und das zweite Ende des gebogenen Rohrs an einem Ende des zweiten Rohrs gebildet wird.
  3. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 2, wobei das erste Ende direkt mit einem Abgaskanal gekoppelt ist, wobei das erste Rohr über einen geraden Abschnitt mit gleichmäßigem Querschnitt verfügt.
  4. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 3, wobei das zweite Rohr einen geraden Abschnitt mit gleichmäßigem Querschnitt beinhaltet, der mit dem zweiten Ende des gebogenen Rohrs gekoppelt ist, wobei das zweite Ende über einen nach außen abgewinkelten Abschnitt mit zunehmendem Querschnitt verfügt, der innerhalb des Abgaskanals positioniert ist, sodass Abgas innerhalb des Abgaskanals eine Richtung eines Stroms umkehrt, um durch das zweite Ende in die FS-Sensorbaugruppe zu gelangen.
  5. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 2, wobei das erste Rohr umfasst: eine Bodenversiegelung bei einem ersten Abstand vom ersten Ende des gebogenen Rohrs, wobei die Bodenversiegelung mit einer ersten Seitenfläche des ersten Rohrs gekoppelt ist und in einem ersten Zwischenraum von einer zweiten gegenüberliegenden Seitenfläche des ersten Rohrs ist, wobei die Bodenversiegelung über eine Länge verfügt, die kleiner als ein Durchmesser des ersten Rohrs ist; ein rechteckiges Leitblech mit der Vielzahl von Perforierungen, wobei eine Längsachse des Leitbleches parallel zu einer Längsachse des Sensorelements ist, wobei das Sensorelement an einem zweiten Zwischenraum vom Leitblech ist; und einen Auslass mit einer Längsachse parallel zur Längsachse des Sensorelements.
  6. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das gebogene Rohr ein inneres Rohr ist, das innerhalb eines äußeren L-förmigen Rohrs positioniert und von dem äußeren Rohr durch einen Raum getrennt ist, wobei das äußere Rohr über ein drittes geschlossenes Ende, das mit einem Abgaskanal gekoppelt ist, und über ein viertes offenes Ende, das innerhalb des Abgaskanals positioniert ist, verfügt, wobei das vierte offene Ende nahe dem zweiten Ende des inneren Rohrs ist.
  7. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 6, wobei das äußere Rohr einen Einlass umfasst, der dem Sensorelement vorgelagert ist und dazu konfiguriert ist, Abgas aus dem Abgaskanal in den Raum zwischen äußerem Rohr und innerem Rohr in einer Richtung parallel zum Abgasstrom innerhalb des Abgaskanals zu leiten.
  8. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Perforierungen auf einer nachgelagerten Seite des inneren Rohrs gebildet wird und wobei das Sensorelement im Raum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr, das in Richtung der Vielzahl von Perforierungen gerichtet ist, positioniert ist.
  9. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Sensorelement Interdigitalelektroden beinhaltet, die auf einem gekrümmten Substrat gebildet werden.
  10. FS-Sensorbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Heizelement, das mit dem Sensorelement gekoppelt ist; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen für Folgendes: während des Abgasstroms Anlegen einer ersten Spannung auf Elektroden des Sensorelements, um Abgas-Feinstaub im Abgasstrom über den Elektroden zu akkumulieren; Schätzen einer Last auf der Baugruppe auf der Grundlage eines elektrischen Stroms, der über den Elektroden des Sensorelements generiert wird; und als Reaktion darauf, dass die Last über einem Schwellenwert liegt, Anlegen einer zweiten unterschiedlichen Spannung an das Heizelement, um das Sensorelement zu regenerieren.
  11. Verfahren, umfassend: Umkehren des Abgasstroms, um Abgas vom Inneren eines Abgaskanals in Richtung eines Venturis zu leiten, wobei das Venturi an einem Ende eines ersten Abschnitts eines Schutzrohrs gebildet wird; und Strömen des Abgases vom Venturi in Richtung eines Sensorelements durch eine Vielzahl von Perforierungen, wobei das Sensorelement innerhalb eines zweiten Abschnitts des Schutzrohrs dem Venturi vorgelagert positioniert ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Erhöhen einer Rate des Abgasstroms durch das Venturi relativ zur Rate des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals, wobei das Venturi eine variable Bereichsöffnung ist, die durch Koppeln einer Region mit zunehmendem Querschnitt mit einer Region mit konstantem Querschnitt gebildet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Strömen beinhaltet: Strömen des Abgases vom Venturi in den ersten Abschnitt des Schutzrohrs in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals; Leiten des Abgases vom ersten Abschnitt in den zweiten Abschnitt des Schutzrohrs in einer Richtung orthogonal zur Richtung des Abgasstroms innerhalb des Abgaskanals, wobei der zweite Abschnitt fluidisch mit dem ersten Abschnitt gekoppelt und orthogonal zum ersten Abschnitt ist; Strömen des Abgases durch die Vielzahl von Perforierungen in Richtung des Sensorelements; und Leiten des Abgases durch einen Auslass aus dem Schutzrohr.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Perforierungen auf einem Leitblech gebildet wird, wobei das Leitblech mit einer Bodenplatte gekoppelt ist, die Bodenplatte und das Leitblech innerhalb des zweiten Abschnitts positioniert sind und wobei das Sensorelement mit der Bodenplatte gekoppelt ist und in Richtung der Vielzahl von Perforierungen gerichtet ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Schutzrohr ein inneres Rohr ist, das innerhalb eines äußeren Rohrs positioniert ist, wobei die Vielzahl von Perforierungen auf einer Oberfläche des inneren Rohrs gebildet wird, die Oberfläche sich dem Venturi vorgelagert und dem Sensorelement nachgelagert befindet, das Sensorelement gekrümmt und im Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr positioniert ist und wobei das Strömen ferner das Strömen von Abgas in einen Zwischenraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr durch einen Einlass, der auf dem äußeren Rohr gebildet wird, beinhaltet, wobei der Einlass jedem von dem Venturi und dem Sensorelement vorgelagert ist, bevor das Abgas in den Venturi strömt.
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