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GEBIET
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Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein die Gestaltung und Verwendung von Widerstands-Feinstaubsensoren in einem Abgasstrom.
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STAND DER TECHNIK/ KURZDARSTELLUNG
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Dieselverbrennung kann Emissionen erzeugen, einschließlich Feinstaubemissionen (Particulate Matter, PM). Der Feinstaub kann Dieselruß und Aerosole wie zum Beispiel Aschepartikel, metallische Abtragspartikel, Sulfate und Silikate beinhalten. Bei Freisetzung in die Atmosphäre kann Feinstaub die Form von individuellen Partikeln oder kettenartigen Aggregaten annehmen, größtenteils im unsichtbaren Submikrometerbereich von 100 Nanometer. Verschiedene Technologien wurden zum Identifizieren und Ausfiltern von Abgasfeinstaub entwickelt, bevor die Abgase in die Atmosphäre freigesetzt werden.
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Beispielsweise können Rußsensoren oder PM-Sensoren in Fahrzeugen verwendet werden, die einen Verbrennungsmotor aufweisen. Ein PM-Sensor kann sich stromaufwärts und/oder stromabwärts von einem Dieselpartikelfilter (DPF) befinden und kann dazu benutzt werden, PM-Beladung auf dem Filter zu erfassen und den Betrieb des DPF zu diagnostizieren. Der PM-Sensor kann eine Feinstaub- oder Rußbeladung erfassen, basierend auf einer Korrelation zwischen einer gemessenen Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit (oder des elektrischen Widerstands) zwischen einem Paar dünner Elektroden auf einer ebenen Substratoberfläche des Sensors und der Menge von zwischen den gemessenen Elektroden abgelagertem PM. Insbesondere stellt die gemessene Leitfähigkeit ein Maß der Rußansammlung bereit.
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Ein beispielhafter PM-Sensor wird von Goulette et. al. in
US-Anmeldung 2015/0153249 A1 gezeigt. Darin weist ein leitfähiges Material, das auf einem Substrat angeordnet ist, ein Muster auf, das ineinandergreifende „Kamm“-Elektroden eines PM-Sensors formt. Wenn eine Spannung über die Elektroden angelegt wird, sammeln sich Rußpartikel auf oder nahe der Oberfläche des Substrats zwischen den Elektroden.
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Die Erfinder haben potenzielle Probleme bei solchen Systemen erkannt. Beispielsweise ist bei solchen PM-Sensoren nur ein kleiner Bruchteil des PM im eingehenden Abgas den elektrostatischen Kräften ausgesetzt, die zwischen den Elektroden ausgeübt werden, und wird über den Elektroden gesammelt, die auf der Oberfläche des Sensors gebildet sind, was zu einer niedrigen Sensitivität der Sensoren führt. Ferner kann selbst der Bruchteil des PM, der sich auf der Oberfläche sammelt, aufgrund einer Tendenz in der Strömungsverteilung über die Oberfläche des Sensoren nicht gleichmäßig sein. Es ist möglich, dass der PM dazu tendiert, sich hauptsächlich oder grundsätzlich auf einer Einlassseite des Sensors anzusammeln und dadurch eine niedrige und/oder ungleichmäßige Rußbeladung zu erzielen. Die ungleichmäßige Ablagerung des PM auf der Sensoroberfläche kann das Problem der niedrigen Sensitivität des Sensors weiter verschärfen.
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Die Erfinder haben die obigen Probleme erkannt und einen Ansatz identifiziert, um die Probleme zumindest teilweise anzugehen. In einem Beispiel können die oben genannten Probleme durch einen Feinstaubsensor angegangen werden, einschließlich: einer gekrümmten Sensoroberfläche, auf der ineinandergreifende Elektroden mit verschiedenen Spannungen angeordnet sind. Ein Einlass kann dazu angeordnet sein, einen Abgasprobenstrom von einem Abgasstrom eines Dieselmotors einzufangen. Ein Kanal kann gebildet werden, um den Probenstrom zu der gekrümmten Sensoroberfläche in eine Richtung zu leiten, die einen spitzen Winkel mit einer Linie bilden kann, die senkrecht zu der gekrümmten Sensoroberfläche verläuft. Auf diese Weise kann die effektive Messung einer PM-Konzentration erfasst werden. Außerdem kann auf diese Weise der Rußeinfang besser verteilt und gleichmäßiger sein, und die Sensitivität und Verlässlichkeit des Sensors kann erhöht werden.
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Insgesamt können diese Eigenschaften der Sensorbaugruppe dazu führen, dass eine Ausgabe der Sensorbaugruppe genauer ist, wodurch die Genauigkeit beim Schätzen von Partikelbeladung auf einem Partikelfilter erhöht wird.
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Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in einer vereinfachten Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben sind. Sie soll keine Schlüssel- oder Hauptmerkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Umfang einzig und allein von den Ansprüchen definiert wird, die der detaillierten Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen begrenzt, die jegliche oben genannte oder anderswo in dieser Offenbarung genannte Nachteile lösen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors und einen dazugehörigen Feinstaub(PM)-Sensor, der in einem Abgasstrom positioniert ist.
- 2 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines beispielhaften PM-Sensors gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 3A und 3B ist jeweils eine Seiten- und Endansicht einer Probenströmungsrichtung innerhalb des in 2 gezeigten PM-Sensors gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 4 ist eine Endquerschnittsansicht des beispielhaften PM-Sensors aus 2, in der zusätzliche Details veranschaulicht sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 5 ist eine teilweise, perspektivische Schnittansicht eines Kanals mit einer darin angeordneten Sensoroberfläche gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 6 ist eine Perspektivansicht einer zylindrischen Sensoroberfläche, auf der ineinandergreifende Elektroden angeordnet sind, und die eine zylindrische Form gemäß der Offenbarung aufweist.
- 7 ist eine Perspektivansicht einer krummlinigen Sensoroberfläche, die als Kegelstumpf oder konischer Abschnitt geformt ist, gemäß der Offenbarung.
- 8 ist eine Perspektivansicht eines beispielhaften Sensors gemäß der Offenbarung.
- 9 ist eine Querschnittsansicht durch einen beispielhaften Kanal, der als dem in 8 gezeigten Kanal ähnelnd erachtet werden kann, gemäß der Offenbarung.
- 9A, 9B und 9C sind jeweils Querschnittsansichten, jeweils entlang der Linien A-A, B-B, and C-C in 9.
- 10 ist eine Detailansicht einer krummlinigen Sensoroberfläche gemäß der Offenbarung.
- 11 and 12 sind grafische Darstellungen, die einen beispielhaften Filterbeladungs- und Filterregenerationsprozess gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung betrifft Ausführungsformen eines Feinstaubsensors (PM-Sensors) einschließlich Systeme und Verfahren zum Erfassen von Feinstaub (Particulate Matter, PM) in einem Abgasstrom eines Motorsystems, wie dem in 1 gezeigten Motorsystem. Ausführungsformen können eine Steuerung 12 beinhalten, die dazu konfiguriert sein kann, eine oder mehrere Steuerungsroutinen auszuführen, bei verschiedenen Motorvorgängen zu helfen oder diese durchzuführen, zu denen eine oder mehrere Routinen zum Ansammeln von Abgas-PM über Elektroden gehört bzw. gehören, die gemäß der vorliegenden Offenbarung gebildet sind. Eine effektive und gut verteilte Ansammlung des PM durch die hierin offenbarten Ausführungsformen kann dazu führen, dass eine Ausgabe des PM-Sensors genauer ist, wodurch die Genauigkeit beim Schätzen von Partikelbeladung auf einem Partikelfilter erhöht und die Überwachungseffizienz des PM-Filters, der stromaufwärts vom PM-Sensor liegt, verstärkt wird. Zudem kann dadurch, dass eine genauere Diagnose des Partikelfilters ermöglicht wird, die Compliance bei Abgasemissionen verbessert werden. Dies kann Garantiekosten im Zusammenhang mit dem Austausch funktionaler Partikelfilter reduzieren. Zudem können Abgasemissionen verbessert und die Lebensdauer von Abgaskomponenten verlängert werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem beinhaltet ein Motorsystem 8. Das Motorsystem 8 kann einen Motor 10 mit einer Vielzahl von Zylindern 30 beinhalten. Der Motor 10 beinhaltet ein Motoransaugelement 23 und ein Motorabgaselement 25. Das Motoransaugelement 23 kann eine Drossel 62 beinhalten, die mit dem Motoransaugkrümmer 44 über einen Ansaugdurchlass 42 fließverbunden ist. Das Motorabgaselement 25 beinhaltet einen Abgaskrümmer 48, der zu einem Abgasdurchlass 35 führt, der Abgas in die Atmosphäre leitet. Die Drossel 62 kann sich im Ansaugdurchlass 42 einer Verstärkervorrichtung wie zum Beispiel stromabwärts von einem Turbolader (nicht abgebildet) und stromaufwärts von einem Nachkühler (nicht abgebildet) befinden. Bei Eingliederung kann der Nachkühler dazu konfiguriert sein, die Temperatur der von der Verstärkervorrichtung komprimierten Ansaugluft zu reduzieren.
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Das Motorabgaselement 25 kann ein oder mehrere emissionsmindernde Vorrichtungen 70 beinhalten, die in einer eng gekoppelten Position im Abgaselement angebracht sein können. Ein oder mehrere emissionsmindernde Vorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, Mager-NOx-Filter, SCR-Katalysator usw. beinhalten. Das Motorabgaselement 25 kann auch einen Dieselpartikelfilter (DPF) 102 beinhalten, der vorläufig PM von eingehenden Gasen filtert, stromaufwärts von einer emissionsmindernden Vorrichtung 70. In einem großen Beispiel, wie abgebildet, ist der DPF 102 ein Dieselpartikelrückhaltesystem. Der DPF 102 kann eine monolithische Struktur aufweisen, beispielsweise aus Cordierit oder Silikonkarbid, mit einer Vielzahl von Kanälen im Inneren, um Feinstaub aus dem Dieselabgas zu filtern. Auspuffgas, aus dem nach Passieren des DPF 102 PM herausgefiltert wurde, kann in oder mit einem Feinstaub-(Particulate Matter, PM)-Sensor 106 gemessen und weiter in einer emissionsmindernden Vorrichtung 70 bearbeitet und über den Abgasdurchlass 35 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Im abgebildeten Beispiel kann der PM-Sensor 106 ein Widerstandssensor sein, der dazu konfiguriert sein kann, die Filterungseffizienz des DPF 102 basierend auf einer Veränderung in der über den Elektroden des PM-Sensors 106 gemessenen Leitfähigkeit zu schätzen.
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Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner ein Steuerungssystem 14 beinhalten. Das Steuerungssystem 14 wird als Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 empfangend und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktuatoren 81 sendend gezeigt. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgasdurchsatzsensor 126, der dazu konfiguriert ist, eine Strömungsrate des Abgases durch den Abgasdurchlass 35 zu messen, einen Abgassensor (der sich im Abgaskrümmer 48 befindet), einen Temperatursensor 128, einen Drucksensor 129 (stromabwärts von der emissionsmindernden Vorrichtung 70) und einen PM-Sensor 106 beinhalten. Andere Sensoren, wie zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-/Kraftstoffverhältnis-, Abgasdurchsatz- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedene Stellen im Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als weiteres Beispiel können die Aktuatoren 81 Kraftstoffinjektoren 66, Drossel 62, DPF-Ventile zum Steuern der Filterregeneration (nicht abgebildet), eine den Motoraktuator steuernde PM-Sensoröffnung (z. B. eine Steuerungsöffnung eines Ventils oder einer Scheibe in einem Einlass des PM-Sensors 106) etc. beinhalten.
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Die vielen beispielhaften Aktuatoren 81 können einen oder mehrere Schalter beinhalten, die an PM-Messungsschaltungen gekoppelt sind. Das Steuerungssystem 14 kann eine Steuerung 12 beinhalten. Die Steuerung 12 kann mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, konfiguriert sein. Die Steuerung 12 kann Signale von den verschiedenen Sensoren 16 empfangen, kann die Signale bearbeiten und kann verschiedene Aktuatoren 81 einsetzen, um basierend auf den empfangenen Signalen und den auf einem Speicher der Steuerung 12 gespeicherten Anweisungen den Motorbetrieb anzupassen. Beispielsweise kann, während des Betreibens des PM-Sensors 106 zum Sammeln von Rußpartikeln, die Steuerung 12 ein oder mehrere Steuersignale an einen elektrischen Schaltkreis senden, um eine Spannung auf Elektroden eines Sensorelements 202 einer PM-Sensorbaugruppe 107 anzulegen, um die geladenen Partikel auf der Oberfläche der Sensorelektroden 202 des PM-Sensors 106 oder Sensorelements einzufangen.
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Als weiteres Beispiel kann die Steuerung, während PM-Sensorregeneration 106, ein Steuerungssignal an einen Regenerationsschaltkreis 198 senden, wie zum Beispiel ein Heizelement, um einen Schalter in dem Regenerationsschaltkreis 198 für einen Schwellenwertzeitraum zu schließen, um eine Spannung auf den Regenerationsschaltkreis 198, an Elektroden gekoppelt um die Elektroden des PM-Sensors 106 zu erhitzen, anzulegen. Auf diese Art können die Elektroden erhitzt werden, um auf der Oberfläche der Elektroden 202 abgelagerte Rußpartikel abzubrennen.
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Ausführungen können eine oder mehrere krummlinige Sensoroberflächen 200 beinhalten, die so angeordnet und geformt sind, dass Abgasproben, d. h. Probenstrom 210, auf die Oberfläche 200 in einem spitzen Winkel 216 auftreffen kann und zusätzlich auf die Sensoroberfläche 200 auftreffen und/oder diese kontaktieren kann. Auf diese Art kann Ruß, der in der Abgasprobe präsent ist, dazu tendieren, effektiv mit der Sensoroberfläche in Kontakt zu kommen, beispielsweise, wie besprochen, auf der/den krummlinigen Sensoroberfläche/n 200 elektrostatisch eingefangen werden, und PM-Konzentrationswerte können effektiv gemessen werden. Außerdem kann auf diese Weise das auftreffende Gas eine rollende oder rutschende Bewegung über die Sensoroberfläche 200 bewirken, was dazu tendieren kann, das als Probe genommene Gas weiter entlang der Sensoroberfläche 200 zu bewegen, während die fortgesetzte Krümmung der Sensoroberfläche 200 effektiv mehr Sensorelektroden 202 in dem Pfad des strömenden Abgases positionieren kann. Das strömende Abgas kann seinerseits auf die gekrümmte Sensoroberfläche 200 in einem spitzen Winkel weiter stromabwärts auftreffen oder erneut auftreffen. Dieser zweite oder zusätzliche spitze Winkel kann sich von dem ersten spitzen Winkel unterscheiden oder nicht. Auf diese Art kann eine gesamte, praktisch kontinuierliche, Wirkung des Probeabgasstroms mit effektivem Auftreffen entlang einer beträchtlichen Länge der Sensoroberfläche 200 erzielt werden.
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Die Sensoroberfläche 200 kann gemäß dieser Offenbarung gekrümmt oder auf verschiedene Arten geformt sein. Manche Beispiele sind hierin offenbart. 5 ist eine teilweise, perspektivische Schnittansicht eines Kanals 240 mit einer darin angeordneten Sensoroberfläche 200. Die Sensoroberfläche 200 kann eine krummlinige Oberfläche sein, die beispielsweise wie ein Zylinder geformt ist oder eine zylindrische Oberfläche aufweist. 6 ist eine Perspektivansicht einer zylindrischen Sensoroberfläche, auf der ineinandergreifende, kammartige Elektroden 204, 206 angeordnet sind. Wie veranschaulicht können einander entgegengesetzte Enden der krummlinigen Sensoroberfläche Kreise 242 oder Ovale einer ähnlichen oder gleichen Größe bzw. eines ähnlichen oder gleichen Durchmessers definieren. 7 veranschaulicht eine krummlinige Sensoroberfläche, die als ein Kegelstumpf oder ein konischer Abschnitt geformt sein kann. In diesem Fall können wie veranschaulicht entgegengesetzte Enden der krummlinigen Sensoroberfläche Kreise oder Ovale einer ähnlichen oder gleichen Größe bzw. eines ähnlichen oder gleichen Durchmessers definieren. 8 veranschaulicht ein weiteres Beispiel, wobei eine kegelstumpfförmige Sensoroberfläche 200 in einem Kanal 240 angeordnet sein kann, der zwischen einem Innenschirm 244 und einem Außenschirm 246 definiert ist. 9 ist eine Querschnittsansicht durch einen beispielhaften Kanal 240, oder ein Kanalkörper, der ähnlich oder gleich wie der Kanal 240 in 8 konfiguriert ist.
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Ausführungsformen können einen Feinstaubsensor 106 oder einen Rußsensor 106 bereitstellen, der eine gekrümmte Sensoroberfläche 200 beinhalten kann, auf der ineinandergreifende Elektroden 202 angeordnet sein können. Die ineinandergreifenden Elektroden 202 können in verschiedenen Spannungen gehalten oder mit dieser ladbar sein. Beispielsweise kann ein erster Satz kammartiger Elektroden 204 mit einer relativ positiven Spannung geladen sein; und dazwischenliegend oder ineinandergreifend mit dem ersten Satz 204 kann sich ein zweiter Satz kammartiger Elektroden 206 befinden. Der zweite Satz 206 kann mit einer relativ negativen Spannung geladen sein. Jeweilige Paare kammartiger Zinken können eine Anzahl entgegengesetzt geladener Elemente bereitstellen, um die Präsenz von Feinstaub zu ermitteln. Beispielsweise kann die Präsenz von Ruß, der mit der Lücke zwischen der ersten Elektrode 204 und der zweiten Elektrode 206 in Kontakt treten kann, messbare Schaltkreiseigenschaften ändern.
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Unter zumindest kurzer Bezugnahme auf 10 kann der Rußsensor 106 einen Einlass 208 beinhalten, der dazu angeordnet ist, einen Probenstrom 210 von Abgas aus einem Abgasstrom 212 von einem Dieselmotor 10, beispielsweise dem in 1 veranschaulichten Motor 10, einzufangen. Ein Kanal 214 kann geformt werden, um den Probenstrom 210 zu der gekrümmten Sensoroberfläche 200 in einer Richtung zu leiten, die einen spitzen Winkel 216 mit einer senkrecht zu der gekrümmten Sensoroberfläche 200 verleitenden Linie 218 formt.
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Wie oben besprochen können Ausführungsformen Sensoroberflächen mit einer vorteilhaften krummlinigen Form bereitstellen. In manchen Beispielen kann die gekrümmte Sensoroberfläche 200 beispielsweise zylindrisch sein. In anderen Beispielen kann die gekrümmte Sensoroberfläche 200 beispielsweise kegelstumpfförmig sein. Andere Formen sind möglich.
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Ausführungsformen können einen Rußsensor oder einen Feinstaubsensor 106 bereitstellen, wobei der Kanals 240 einen ersten Kanal 241 und eine zweiten Kanal 243 beinhalten kann. Oder es kann beispielsweise ein einziger Kanal als zwei oder mehrere Kanalabschnitte 241, 243 umfassend erachtet werden. Wie in 2-4 veranschaulicht, kann der erste Kanal 241 quer zum Abgasstrom 212 positioniert sein, mit zwei oder mehr Öffnungen 208 auf einer stromaufwärtigen Seite 248 davon, um Abgas in den ersten Kanal 241 an separaten und unterschiedlichen radialen Stellen im Abgasstrom 212 einzulassen, der einen Abgasdurchlass 35 passieren kann. Der zweite Kanal 243 kann torroidförmig sein und kann mit dem ersten Kanal fließverbunden sein, und wobei die gekrümmte Sensoroberfläche 200 im Wesentlichen zylindrisch sein kann und innerhalb des zweiten Kanals 243 angeordnet sein kann.
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Unter Bezugnahme auf 2-4 kann die PM-Sensorbaugruppe oder das PM-Sensorsystem 107 ein vertikales Rohr 280 beinhalten, das durch eine vertikale Halbierungsplatte 284 in zwei Stromdurchlässe 282, 283 geteilt sein kann. Die Stromeinlasslöcher 208 können entlang der stromaufwärtigen Oberfläche 248 der stromaufwärtigen Hälfte ausgestaltet sein, d. h. als stromaufwärtiger Stromdurchlass 282 des vertikalen Rohrs gegenüber dem eingehenden Abgasstrom 212. Ein Stromausgangsloch 286 kann am unteren Teil der stromabwärtigen Hälfte des vertikalen Rohrs ausgestaltet sein, d. h. als stromabwärtiger Stromdurchlass 282.
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Ein horizontales Rohr 288 mit einer horizontalen Halbierungsplatte 290 zum Aufteilen des Rohrs in zwei Stromdurchlässe: horizontaler Oberdurchlass 291 und horizontaler Unterdurchlass 293. Die stromaufwärtige Hälfte des vertikalen Rohrs 280 kann an die untere Hälfte des horizontalen Rohrs 288 fließgekoppelt sein, und die stromabwärtige Hälfte des vertikalen Rohrs 280 kann an die obere Hälfte des horizontalen Rohrs 288 fließgekoppelt sein. Kein Abgasaustausch zwischen zwei Stromdurchlässen.
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Ein kreisförmiges Rohr 294 kann mit einer Elementbasis (zum Beispiel der hierin besprochenen krummlinigen Sensoroberfläche 200) als Halbierender geformt sein, um das Rohr 294 in einen äußeren Stromdurchlass 295 und einen inneren Stromdurchlass 296 zu trennen. Der äußere Stromdurchlass 295 kann an die obere Hälfte 292 des horizontalen Rohrs 288 fließgekoppelt sein, und der innere Stromdurchlass 296 kann an die untere Hälfte 293 des horizontalen Rohrs 288 fließgekoppelt sein.
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Ein Kommunikationsloch 298 (3B and 4) kann auf der Elementbasis, d. h. der krummlinigen Oberfläche 200, ausgestaltet sein, um Abgas von der inneren Rohrhälfte 296 an die äußere Rohrhälfte 295 strömen zu lassen. Eine Halbscheibe 300 kann ausgestaltet und installiert werden, um das Abgas umzuleiten, um entlang der inneren Rohrhälfte 296 zu fließen. 3A und 3B zeigen eine Abgasstromproberichtung innerhalb des Systems 107.
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Ausführungsformen können ineinandergreifende Elektroden 202 auf einer konkaven Seite 250 der gekrümmten Sensoroberfläche 200 beinhalten und ferner einen elektrischen Schaltkreis umfassen, der als ein regenerativer Schaltkreis 198 auf einer entgegengesetzten Seite 252 der gekrümmten Sensoroberfläche 200 bezeichnet werden kann, konfiguriert zur Sensorregeneration. Der regenerative Schaltkreis 198 kann die Sensoroberfläche 200 erhitzen und Feinstaub abbrennen, der sich möglicherweise angesammelt hat. Das Regenerieren kann einen Zyklus des Erfassens der Menge an Feinstaub beginnen und/oder beenden. Eine wahrnehmbare Abweichung von wiederholtem und/oder vorbestimmtem Anhäufungsverhalten, wie vom Sensor 106 gemessen, kann einen Fehler, wie zum Beispiel eine undichte Stelle, im stromaufwärtigen Filter signalisieren.
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In manchen Fällen, wie in den 8-9 veranschaulichten, kann der Kanal 240 zwischen einem konischen Innenschirm 244 und einem Außenschirm 246 definiert sein, wobei der Einlass 208 ein oder mehrere Löcher 209 darstellt, die durch den Innenschirm 244 auf einer stromaufwärtigen Seite 260 definiert sind, und ferner umfassend ein oder mehrere Löcher 262, die durch den Außenschirm 246 an einer Stelle mit niedrigerem statischen Druck 264 als die Stelle 266 des einen oder die der mehreren Löcher 209 im Innenschirm 244 definiert sind.
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Der Innenschirm 244 kann einen Durchlass 268 durch einen im Wesentlichen dem Abgasstrom 212 entsprechenden Durchlass 270 durch einen Sensorkörper definieren, und wobei das eine oder die mehreren Löcher dem Durchlass 268 gegenüber geöffnet und in eine stromabwärtige Richtung gewinkelt sind. Große Wassertropfen 302 und Dieselpartikel können dem Abgasstrom folgen und sich beispielsweise aufgrund relativ größerer Bewegungsgröße direkt durch den Durchlass bewegen.
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10 ist eine detaillierte Querschnittsansicht eines krummlinigen Sensors 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die gekrümmte Sensoroberfläche 200 kann sich in den Strom 210 biegen. Die ineinandergreifenden Elektroden 202 können sich an unterschiedlichen Positionen im Verhältnis zu einer stromaufwärtigen Position des Stroms befinden und/oder an unterschiedlichen Positionen quer zum Probenstrom. Auf diese Art können verschiedene Paare der Elektrodenzinken 204, 206 vom Strom 210 zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Abschnitten getroffen werden.
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Verschiedene Ausführungsformen können ein Verfahren zum Bestimmen eines Rußkonzentrationswerts in einem Abgasstrom bereitstellen. Das Verfahren kann das Sammeln von zwei oder mehr Abgasstromproben von jeweils zwei oder mehr Stellen 208 innerhalb eines Abgasstroms stromabwärts von einem Dieselpartikelfilter 102 beinhalten. Das Verfahren kann auch das Leiten der Stromproben 210 zu einer krummlinigen Sensoroberfläche 200 beinhalten, sodass die Stromproben 210 in einem spitzen Winkel (10) auf die Sensoroberfläche 200 auftreffen, mit einer Linie 272, die tangential zu einer Krümmung der krummlinigen Sensoroberfläche 200 ist. Das Verfahren kann auch das Positionieren ineinandergreifender Elektroden quer zu einem Bogen beinhalten, der kongruent zu der krummlinigen Sensoroberfläche 200 ist.
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Verschiedene Ausführungsformen können das Positionieren eines ersten jeweiligen Paars entgegengesetzt geladener ineinandergreifender Elektroden stromaufwärts und in Längsrichtung versetzt von einem zweiten Paar entgegengesetzt geladener ineinandergreifender Elektroden in Bezug auf eine allgemeine Strömungsrichtung der geleiteten Stromproben beinhalten.
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In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Sammeln der zwei oder mehr Abgasstromproben das Einlassen der Proben in jeweilige beabstandete Öffnungen entlang eines ersten Kanals, der im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung des Abgasstroms ausgerichtet ist. Das Verfahren kann das Positionieren der krummlinigen Sensoroberfläche innerhalb eines torroidförmigen zweiten Kanals beinhalten; sowie das Passieren der Proben von dem ersten Kanal durch den zweiten Kanal.
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In manchen beispielhaften Ausführungsformen kann das Sammeln der zwei oder mehreren Abgasstromproben das Einlassen der Proben durch Öffnungen beinhalten, die in einem kegelstumpfförmigen Innenschirm definiert sind. Das Verfahren kann das Passieren der gesammelten Proben durch einen Kanal beinhalten, der zwischen dem Innenschirm und einem Außenschirm definiert ist, und das Auftreffen der Proben auf die krummlinige Sensoroberfläche, sowie das Auslassen der Proben durch Öffnungen, die durch den Außenschirm definiert sind. Das Verfahren kann das Rückführen des Probestroms zum Abgasstrom minus jene Rußpartikel, die zwischen den entgegengesetzt geladenen ineinandergreifenden Elektroden eingefangen wurden, beinhalten.
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11 und 12 sind grafische Darstellungen, die einen beispielhaftes Filterbeladungs- und Filterregenerationsprozess gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen. C1 bezieht sich auf einen Wert, der mit dem Sensor zu Beginn eines Regenerationszyklus gemessen werden kann; und C0 bezieht sich auf einen Wert, der mit dem Sensor am Ende eines Regenerationszyklus gemessen werden kann. Der Prozess kann sich wiederholen. Ein Zeitintervall kann für jeden Zyklus aufgezeichnet werden und es kann ein Vergleich zwischen einem vorherigen Zeitintervall, t i regen, und dem aktuellen Zeitintervall, t i+1 regen, angestellt werden. Falls ein DPF nach einer i. Sensorfilterregeneration ausfällt, wird die Rußkonzentration stromabwärts des DPF viel höher sein, und das berechnete Zeitintervall zwischen der i. und (i+1). Regeneration viel kürzer. Ein DPF-Ausfall kann damit identifiziert werden, wenn t_i+1_regen < t_i_regen/2.
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Verschiedene Ausführungsformen können eine Abgassensorbaugruppe 107 bereitstellen, die einen Kanal 240 beinhaltet, um zwei oder mehr Abgasstromproben 210, die von einem Abgasstrom 212 gesammelt werden, zu befördern. Eine gekrümmte Oberfläche 200 kann elektrisch ladbare Leiter 202 aufweisen, die darauf positioniert sind, und innerhalb des Kanals 240 so geformt und angeordnet sind, dass eine Mittellinie des Stroms der zwei oder mehr Abgasproben 210 in einem spitzen Winkel 216 auf die gekrümmte Oberfläche 200 auftreffen kann.
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Der Kanal 240 kann zwei oder mehr Kanal ab schnitte 241, 242 beinhalten, und wobei ein Kanalabschnitt 243 torroidförmig sein kann, und wobei die gekrümmte Oberfläche 200 im Wesentlichen zylindrisch sein kann und sich innerhalb des torroidförmigen Kanalabschnitts 243 befinden kann. Der torroidförmigen Kanalabschnitt 243 kann außerhalb eines Abgasdurchlasses 35 angeordnet sein und im Wesentlichen koaxial zu der Mittelachse eines Abgasdurchlasses angeordnet ein, der den Abgasstrom 212 von einem Dieselmotor 10 leitet.
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Der Kanal 240 kann eine innere Begrenzung beinhalten, die von einem konischen Innenschirm 244 definiert wird, sowie eine äußere Begrenzung, die von einem konvexen Außenschirm 246 gebildet wird. Die gekrümmte Oberfläche 200 mit den elektrischen Leitern 202 kann im Wesentlichen kegelstumpfförmig sein und innerhalb des Kanals 240 angeordnet sein. Die gekrümmte Oberfläche der äußeren Begrenzung 246 kann eine konvexe, ringförmige Oberfläche sein, die sich radial nach außen erstreckt und dazu tendiert, eine oder mehrere Niedrigdruckstellen 246 an einer Außenseite davon zu bilden. Ausführungsformen können eine Lücke 310 zwischen dem Innenschild 244 und einem Innenradius der gekrümmten Oberfläche 200 bereitstellen, um den Gasproben zu ermöglichen, den Kanal 240 zu passieren und stromabwärts von der gekrümmten Oberfläche aus ihm auszutreten.
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In manchen Fällen kann die gekrümmte Oberfläche 200 eine Bogenlänge von mindestens 30 Grad aufweisen. In manchen Fällen kann die gekrümmte Oberfläche 200 eine Bogenlänge von mehr als 180 Grad aufweisen und kann sich 360 Grad nähern. In manchen Fällen kann der spitze Winkel 216 zwischen 1 und 89 Grad liegen. Beispielsweise kann der spitze Winkel 216 größer als 5 Grad sein.
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Die technische Wirkung der Bereitstellung eines PM-Sensors mit einer gekrümmten Oberfläche besteht darin, dass der Probestrom dazu tendieren kann, auf die gekrümmte Sensoroberfläche sowohl mit einer senkrechten Komponente der Verschiebung zur Sensoroberfläche hin als auch mit einer Längskomponente entlang der Sensoroberfläche aufzutreffen. Dies kann dann dazu neigen, das probeweise entnommene Gas weiter entlang der Sensoroberfläche zu bewegen, und außerdem dazu neigen, massivere Komponenten zu bewegen, die in dem Probestrom näher an der Sensoroberfläche suspendiert sind. Auf diese Weise kann sowohl effizienter Kontakt als auch effiziente Nutzung des Sensoroberflächenbereichs erzielt werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die beispielhaften hierin enthaltenen Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen benutzt werden können. Ausgewählte Vorgänge der hierin offenbarten Steuerverfahren und - routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigen Speichern gespeichert werden und können von dem Steuerungssystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motor-Hardware ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehr einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien umgesetzt werden können, z. B. vorgangsgesteuerten, unterbrechungsgesteuerten, Multitasking-, Multi-Threading- u. ä. Strategien. In diesem Sinne können abgebildete Schritte und/oder Funktionen in der abgebildeten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ähnlich ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Einer oder mehrere der dargestellten Schritte, Vorgänge und/oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, je nach der jeweils verwendeten Strategie. Ferner können die beschriebenen Schritte, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code zum Programmieren in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem darstellen, wobei die beschriebenen Schritte durch das Ausführen der Anweisungen in einem System durchgeführt werden, einschließlich der verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung.
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Die Figuren zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn die Elemente in direktem Kontakt oder direkt gekoppelt bzw. verbunden gezeigt werden, dann können solche Elemente als in direktem Kontakt stehend oder direkt gekoppelt bzw. verbunden bezeichnet werden, zumindest in einem Beispiel. Ähnlich können Elemente, die einander benachbart oder nebeneinander gezeigt werden, jeweils einander benachbart bzw. nebeneinander sein, zumindest in einem Beispiel. Beispielsweise können Komponenten, die einander gegenüberliegen, als einander gegenüberliegend bezeichnet werden. In einem anderen Beispiel können Elemente, die voneinander beabstandet mit nur einer Lücke und keinen anderen Komponenten dazwischen positioniert sind, entsprechend bezeichnet werden, zumindest in einem Beispiel. In noch einem weiteren Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, auf gegenübergesetzten Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt werden, im Verhältnis zueinander entsprechend bezeichnet werden. Ferner, wie in den Figuren gezeigt, kann ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als die „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und das unterste Element oder der unterste Punkt eines Elements kann als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden, zumindest in einem Beispiel. Wie hierin verwendet, können Oberseite/Unterseite, oben/unten, über/unter relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und dazu benutzt werden, die Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Als solche sind über anderen Elementen gezeigte Elemente vertikal über den anderen Elementen positioniert, in einem Beispiel. Als weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren abgebildet sind, als solche Formen aufweisend bezeichnet werden (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gebogen, abgerundet, abgeschrägt, eckig oder Ähnliches zu sein). Ferner können Elemente, die als einander kreuzend gezeigt werden, als sich kreuzende Elemente oder einander kreuzend bezeichnet werden, zumindest in einem Beispiel. Zudem kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, entsprechend bezeichnet werden, in einem Beispiel.
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Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen der Art nach beispielhaft sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend gelten, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie statt auf V-4 auch auf V-6, I-4, I-6, V-12- und andere Motorentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hier offenbarten Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
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Die folgenden Ansprüche heben insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hervor, die als neuartige und nicht offensichtlich erachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder ein Äquivalent davon Bezug nehmen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Eingliederung eines oder mehrerer solcher Elemente mit einschließen, wobei sie zwei oder mehrere solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob breiter, enger, gleich oder anders gefasst bezüglich des Anwendungsbereichs der Originalansprüche werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0153249 A1 [0004]
