DE102019105039A1

DE102019105039A1 - Verfahren und systeme zum erfassen von feinstaub im abgas

Info

Publication number: DE102019105039A1
Application number: DE102019105039.1A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang; David Charles Weber; Vidhushekhar Zambare
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2019-09-05
Also published as: US10481065B2; US20190271629A1; CN110220827A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für einen FS-Sensor bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren Leiten von Abgas zu einem kegelförmigen FS-Sensor mit einem Paar von Öffnungen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und einer Vielzahl von Auslässen distal zu dem Paar von Öffnungen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Sensoren für Feinstaub (FS) in einem Abgasstrom.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Verbrennungsabgas ist eine regulierte Emission. Feinstaub (FS) ist die Partikelkomponente des Abgases, die Ruß und Aerosole, wie zum Beispiel Aschepartikel, metallische Abriebpartikel, Sulfate und Silikate, beinhaltet. Wenn FS in die Atomsphäre abgegeben wird, kann er die Form von einzelnen Partikeln oder Kettenaggregaten annehmen, wobei der Großteil davon im unsichtbaren Submikrometerbereich von 100 Nanometern liegt. Es sind verschiedene Techniken entwickelt worden, um FS im Abgas zu identifizieren und herauszufiltern, bevor das Abgas an die Atmosphäre abgegeben wird.
Beispielsweise können Rußsensoren, auch als FS-Sensoren bezeichnet, in Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen verwendet werden. Ein FS-Sensor kann einem Partikelfilter (PF) vor- und/oder nachgelagert sein und zum Erfassen der FS-Belastung des Filters und zur Diagnose des Betriebs des PF verwendet werden. Der FS-Sensor kann eine Feinstaub- oder Rußbelastung auf Grundlage einer Korrelation zwischen einer gemessenen Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit (oder des spezifischen Widerstands) zwischen einem Paar von Elektroden messen, die auf einer Substratfläche des Sensors platziert sind, wobei sich die FS-Menge zwischen den Messelektroden ablagert. Insbesondere kann die gemessene Leitfähigkeit ein Maß für die Rußansammlung bereitstellen. Somit kann die Empfindlichkeit der FS-Sensoren zum Messen von FS im Abgas von dem Abgasdurchsatz abhängen, wobei ein erhöhter Abgasdurchsatz zu einer erhöhten Empfindlichkeit des FS-Sensors führt und ein verringerter Abgasdurchsatz zu einer verringerten Empfindlichkeit des FS-Sensors führt. Durch diese erhöhte Abhängigkeit vom Abgasdurchsatz kann der FS-Sensor, der aus dem PF austretenden FS auffängt, die PF-Filterfähigkeiten nicht wahrheitsgemäß widerspiegeln. Darüber hinaus können FS-Sensoren anfällig für Kontamination durch das Auftreffen von Wassertröpfchen und/oder größeren Partikeln sein, die in den Abgasen vorhanden sind, was die Empfindlichkeit des FS-Sensors beeinträchtigt und zu Fehlern in der Ausgabe des FS-Sensors führt.
Eine beispielhafte Ausgestaltung für FS-Sensoren ist von Nelson in US 8225648B2 dargestellt. Darin beinhaltet ein FS-Sensor einen Strömungsumlenker und eine Sperre, die um ein FS-Sensorelement positioniert ist, um die größeren Partikel vor dem Auftreffen auf das FS-Sensorelement herauszufiltern. Die Sperre dient somit dazu, dass verhindert wird, dass größere Partikel in dem Abgasstrom auf das FS-Sensorelement auftreffen, wodurch Empfindlichkeitsschwankungen des FS-Sensors aufgrund von großen Partikeln, die sich auf dem FS-Sensorelement ablagern, verringert werden.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Problemen durch ein Verfahren zum Leiten von Abgas proximal zu einer Mittelachse eines Abgaskanals durch eine erste Öffnung eines kegelförmigen Rußsensors; Ausstoßen eines ersten Teils des Abgases durch eine zweite Öffnung direkt über die erste Öffnung und Umleiten eines zweiten Teils des Abgases um Strömungsumleiter, die um Elektroden distal zu der Mittelachse beabstandet sind, gelöst werden. Auf diese Weise kann die zweite Öffnung größere Partikel ausstoßen, um eine Genauigkeit des Sensors zu erhöhen.
Als ein Beispiel können die Strömungsumleiter es ferner verhindern, dass sich größere Partikel auf dem Substrat ansammeln. Die Strömungsumleiter können strategisch von einer oder mehreren Flächen des Rußsensors je nach erzeugten Bestandteilen beabstandet sein, sodass größere Partikel entropisch daran gehindert werden können, an den Strömungsumleitern zum Substrat vorbeizuströmen. Überdies kann durch Anordnen der ersten Öffnung entlang der Mittelachse des Abgaskanals der Rußsensor ausreichend Abgasstrom während einer Vielzahl von Motorbetriebsbedingungen aufnehmen. Dadurch können ein geringer Abgasdurchsatz und ein Auftreffen großer Partikel zumindest teilweise vermieden werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu vorgesehen, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors für ein Hybridfahrzeug.
2A zeigt eine perspektivische Ansicht eines FS-Sensors.
2B zeigt eine Querschnittsansicht des FS-Sensors.
2C zeigt eine Ausführungsform einer ersten Fläche eines Substrats des FS-Sensors.
2D zeigt eine Ausführungsform einer zweiten Fläche des Substrats des FS-Sensors.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Bestimmen, ob Regenerationsbedingungen für ein FS-Sensorelement erfüllt sind, abgebildet ist.
4 zeigt ein Diagramm, in dem ein Verfahren zum Durchführen einer Regeneration des FS-Sensors abgebildet ist.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Diagnostizieren von Lecks in einem Partikelfilter, das dem FS-Sensor vorgelagert ist, abgebildet ist.

Die 2A-2D sind in etwa maßstabsgetreu dargestellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen FS-Sensor. Der FS-Sensor kann in einem Abgaskanal angeordnet sein, der an einen Motor eines Hybridfahrzeugs, wie z. B. des Hybridfahrzeugs in 1, gekoppelt ist. Der FS-Sensor kann ein oder mehrere Merkmale zum Erhöhen einer Genauigkeit des FS-Sensors umfassen. Diese Merkmale sind in den 2A und 2B veranschaulicht. Der FS-Sensor kann eine oder mehrere Öffnungen zum Aufnehmen und Ausstoßen von Abgasen umfassen. Diese Öffnungen können derart angeordnet sein, dass der FS-Sensor eine ausreichende Abgasmenge auffangen kann, während größeren Partikeln in dem Abgas Schwung verliehen wird, um aus dem FS-Sensor zu strömen, ohne sich auf einem darin angeordneten Substrat abzulagern. Das Substrat kann zwei Flächen umfassen, wie in den 2C und 2D dargestellt. Eine erste Fläche des Substrats kann an ein Paar von Elektroden gekoppelt sein und eine zweite Fläche des Substrats kann an ein Heizelement gekoppelt sein. Das Substrat kann von dem Heizelement aufgewärmt werden, wobei die darauf angesammelten Partikel abgebrannt werden können. Ein Verfahren zum Bestimmen, ob Regenerationsbedingungen des FS-Sensors erfüllt sind, ist in 3 dargestellt. Ein Verfahren zum Umsetzen der Regeneration ist in 4 dargestellt. Ein Verfahren zum Bestimmen einer Bedingung eines zum FS-Sensor vorgelagerten PF ist in 5 dargestellt.
Die 1-2D zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können diese Elemente mindestens in einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ebenso können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, mindestens in einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die sich Flächen miteinander teilen, als in Flächenteilungskontakt stehend bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich nur ein Abstand dazwischen befindet und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, bezogen aufeinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und kann ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im vorliegenden Zusammenhang können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionen von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Ferner können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. Es versteht sich, dass eine oder mehrere Komponenten, die als „im Wesentlichen ähnlich und/oder identisch“ bezeichnet werden, sich je nach Herstellungstoleranzen (z. B. mit 1-5 % Abweichung) voneinander unterscheiden.
Es ist zu beachten, dass 2B Pfeile zeigt, die angeben, wo es Raum für einen Gasstrom gibt, und die durchgezogenen Linien der Vorrichtungswände zeigen, wo eine Strömung blockiert wird und keine Verbindung aufgrund des Fehlens einer Fluidverbindung möglich ist, das sich dadurch ergibt, dass sich die Vorrichtungswände von einem Punkt zu einem anderen erstrecken. Die Wände erzeugen eine Trennung zwischen Bereichen, außer an Öffnungen in der Wand, welche die beschriebene Fluidverbindung ermöglichen.
1 stellt ein Motorsystem 100 für ein Fahrzeug dar. Das Fahrzeug kann ein Straßenfahrzeug sein, das Antriebsräder aufweist, die einen Straßenbelag berühren. Das Motorsystem 100 beinhaltet einen Motor 10, der eine Vielzahl von Zylindern umfasst. 1 beschreibt einen solchen Zylinder oder eine solche Brennkammer näher. Die verschiedenen Komponenten des Motors 10 können durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert werden.
Der Motor 10 beinhaltet einen Zylinderblock 14 mit mindestens einer Zylinderbohrung 20 und einen Zylinderkopf 16 mit Einlassventilen 152 und Auslassventilen 154. In anderen Beispielen kann der Zylinderkopf 16 einen oder mehrere Einlassanschlüsse und/oder Auslassanschlüsse beinhalten, in Beispielen, in denen der Motor 10 als ein Zweitaktmotor ausgelegt ist. Der Zylinderblock 14 beinhaltet Zylinderwände 32 mit einem Kolben 36, der darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Somit können der Zylinderkopf 16 und der Zylinderblock 14, wenn sie aneinandergekoppelt sind, eine oder mehrere Brennkammern bilden. So wird das Volumen der Brennkammer 30 auf Grundlage einer Schwingung des Kolbens 36 eingestellt. Die Brennkammer 30 kann hier auch als Zylinder 30 bezeichnet werden. Der Darstellung nach kommuniziert die Brennkammer 30 über entsprechende Einlassventile 152 und Auslassventile 154 mit einem Ansaugkrümmer 144 und einem Abgaskrümmer 148. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Alternativ können eines oder mehrere des Einlass- und Auslassventils durch eine elektromechanisch gesteuerte Baugruppe aus Ventilspule und - anker gesteuert werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden. Somit können die Brennkammer 30 und die Zylinderbohrung 20, wenn die Ventile 152 und 154 geschlossen sind, fluidisch abgedichtet sein, sodass Gase nicht in die Brennkammer 30 eintreten oder diese verlassen können.
Die Brennkammer 30 kann durch die Zylinderwände 32 des Zylinderblocks 14, den Kolben 36 und den Zylinderkopf 16 gebildet sein. Der Zylinderblock 14 kann die Zylinderwände 32, den Kolben 36, die Kurbelwelle 40 usw. beinhalten. Der Zylinderkopf 16 kann eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, wie etwa die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66, ein oder mehrere Einlassventile 152 und ein oder mehrere Auslassventile, wie etwa die Auslassventile 154, beinhalten. Der Zylinderkopf 16 kann über Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Bolzen und/oder Schrauben, an den Zylinderblock 14 gekoppelt sein. Insbesondere können der Zylinderblock 14 und der Zylinderkopf 16, wenn sie gekoppelt sind, über eine Dichtung in abdichtendem Kontakt miteinander sein, und somit können der Zylinderblock 14 und der Zylinderkopf 16 die Brennkammer 30 abdichten, sodass Gase nur in die und/oder aus der Brennkammer 30 über den Ansaugkrümmer 144, wenn die Einlassventile 152 geöffnet sind, und/oder über den Abgaskrümmer 148, wenn die Auslassventile 154 geöffnet sind, strömen können. In einigen Beispielen kann für jede Brennkammer 30 nur ein Einlassventil und ein Auslassventil enthalten sein. In anderen Beispielen kann jedoch mehr als ein Einlassventil und/oder mehr als ein Auslassventil in jeder Brennkammer 30 des Motors 10 enthalten sein.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung beinhalten. Das Zündsystem 190 kann bei ausgewählten Betriebsmodi in Reaktion auf das Vorzündungssignal SA von der Steuerung 12 dem Zylinder 14 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch weggelassen werden, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch eine Selbstzündung oder durch Kraftstoffeinspritzung auslösen kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 kann so positioniert sein, dass sie Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung 30 bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 gibt Flüssigkraftstoff proportional zu der Pulsweite des Signals FPW von der Steuerung 12 ab. Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler beinhaltet. Der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 wird Betriebsstrom von dem Treiber 68 zugeführt, der auf die Steuerung 12 reagiert. In einigen Beispielen kann der Motor 10 ein Benzinmotor sein und kann der Kraftstofftank Benzin enthalten, das durch die Einspritzvorrichtung 66 in die Brennkammer 30 eingespritzt werden kann. In anderen Beispielen kann der Motor 10 jedoch ein Dieselmotor sein und kann der Kraftstofftank Dieselkraftstoff enthalten, der durch die Einspritzvorrichtung 66 in die Brennkammer eingespritzt werden kann. Ferner kann der Motor 10 in solchen Beispielen, in denen der Motor 10 als Dieselmotor konfiguriert ist, eine Zündkerze beinhalten, um die Verbrennung in der Brennkammer 30 einzuleiten.
Der Darstellung nach kommuniziert der Ansaugkrümmer 144 mit einer Drossel 62, welche eine Position einer Drosselklappe 64 einstellt, um den Luftstrom zu dem Motorzylinder 30 zu steuern. Dies kann Steuern eines Luftstroms von aufgeladener Luft aus einer Ansaugladedruckkammer 146 beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Drossel 62 weggelassen sein und kann ein Luftstrom zu dem Motor über eine einzelne Luftansaugsystemdrossel (AIS-Drossel) 82, die an den Luftansaugkanal 42 gekoppelt ist und sich vorgelagert zu der Ansaugladedruckkammer 146 befindet, gesteuert werden. In noch anderen Beispielen kann die Drossel 82 weggelassen sein und kann der Luftstrom zu dem Motor mit der Drossel 62 gesteuert werden.
In einigen Ausführungsformen ist der Motor 10 zum Bereitstellen einer Abgasrückführung oder AGR ausgelegt. Wenn sie enthalten ist, kann die AGR als Hochdruck-AGR und/oder Niederdruck-AGR bereitgestellt sein. In Beispielen, in denen der Motor 10 eine Niederdruck-AGR beinhaltet, kann die Niederdruck-AGR über einen AGR-Kanal 135 und ein AGR-Ventil 138 zu dem Motorluftansaugsystem in einer Position nachgelagert zur Luftansaugsystem(Air Intake System - AIS)-Drossel 82 und vorgelagert zu einem Verdichter 162 von einer Stelle in dem Abgassystem nachgelagert zu einer Turbine 164 bereitgestellt sein. Die AGR kann aus dem Abgassystem in das Ansaugluftsystem gesaugt werden, wenn eine Druckdifferenz vorliegt, um die Strömung anzutreiben. Eine Druckdifferenz kann erzeugt werden, indem die AIS-Drossel 82 teilweise geschlossen wird. Die Drosselklappe 84 steuert den Druck am Einlass zu dem Verdichter 162. Das AIS kann elektrisch gesteuert werden und seine Position kann auf Grundlage eines optionalen Positionssensors 88 eingestellt werden.
Umgebungsluft wird über den Ansaugkanal 42, der das Luftfilter 156 beinhaltet, in die Brennkammer 30 gesaugt. Somit tritt Luft zuerst über das Luftfilter 156 in den Ansaugkanal 42 ein. Der Verdichter 162 saugt dann Luft von einem Luftansaugkanal 42 an, um die Ladedruckkammer 146 über ein Verdichterauslassrohr (in 1 nicht dargestellt) mit verdichteter Luft zu versorgen. In einigen Beispielen kann der Luftansaugkanal 42 eine Airbox (nicht dargestellt) mit einem Filter beinhalten. In einem Beispiel kann der Verdichter 162 ein Turbolader sein, bei dem Leistung für den Verdichter 162 aus dem Abgasstrom durch die Turbine 164 bezogen wird. Konkret können Abgase die Turbine 164, die über eine Welle 161 an den Verdichter 162 gekoppelt ist, zum Drehen bringen. Ein Wastegate 72 ermöglicht es, dass Abgase die Turbine 164 umgehen, sodass der Ladedruck bei variierenden Betriebsbedingungen geregelt werden kann. Das Wastegate 72 kann in Reaktion auf einen erhöhten Ladebedarf, wie etwa während einer Pedalbetätigung durch den Fahrzeugführer, geschlossen werden (oder eine Öffnung des Wastegates kann verkleinert werden). Durch das Schließen des Wastegates können Abgasdrücke vorgelagert zur Turbine erhöht werden, was die Drehzahl und Spitzenleistungsabgabe der Turbine steigert. Dies ermöglicht eine Steigerung des Ladedrucks. Zusätzlich kann das Wastegate in Richtung der geschlossenen Position bewegt werden, um den gewünschten Ladedruck beizubehalten, wenn das Verdichterrückführungsventil teilweise geöffnet ist. In einem anderen Beispiel kann das Wastegate 72 in Reaktion auf einen verringerten Ladebedarf, wie etwa während eines Loslassens des Pedals durch den Fahrzeugführer, geöffnet werden (oder kann eine Öffnung des Wastegates vergrößert werden). Durch das Öffnen des Wastegates können Abgasdrücke verringert werden, was die Turbinendrehzahl und Turbinenleistung reduziert. Dies ermöglicht eine Senkung des Ladedrucks.
Jedoch kann in alternativen Ausführungsformen der Verdichter 162 ein Kompressor sein, bei dem Leistung für den Verdichter 162 aus der Kurbelwelle 40 bezogen wird. Somit kann der Verdichter 162 über eine mechanische Verbindung wie etwa einen Riemen an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein. Damit kann ein Teil der von der Kurbelwelle 40 abgegebenen Drehenergie auf den Verdichter 162 übertragen werden, um den Verdichter 162 anzutreiben.
Das Verdichterrückführungsventil 158 (Compressor Recirculation Valve - CRV) kann in einem Verdichterrückführungsweg 159 um den Verdichter 162 herum bereitgestellt sein, sodass sich Luft von dem Verdichterauslass zu dem Verdichtereinlass bewegen kann, um einen Druck zu verringern, der sich an dem Verdichter 162 entwickeln kann. Ein Ladeluftkühler 157 kann in der Ladedruckkammer 146 nachgelagert zu dem Verdichter 162 positioniert sein, um die an den Motoreinlass abgegebene aufgeladene Ladeluft abzukühlen. Jedoch kann in anderen Beispielen, wie in 1 dargestellt, der Ladeluftkühler 157 nachgelagert zu der elektronischen Drossel 62 in einem Ansaugkrümmer 144 positioniert sein. In einigen Beispielen kann der Ladeluftkühler 157 ein Luft-Luft-Ladeluftkühler sein. Jedoch kann in anderen Beispielen der Ladeluftkühler 157 ein Flüssigkeit-zu-Luft-Kühler sein.
In dem abgebildeten Beispiel ist der Verdichterrückführungsweg 159 dazu konfiguriert, gekühlte verdichtete Luft von nachgelagert zum Ladeluftkühler 157 zu dem Verdichtereinlass zurückzuführen. In alternativen Beispielen kann der Verdichterrückführungsweg 159 dazu konfiguriert sein, verdichtete Luft von nachgelagert zu dem Verdichter und vorgelagert zu dem Ladeluftkühler 157 zu dem Verdichtereinlass zurückzuführen. Das CRV 158 kann über ein elektrisches Signal von der Steuerung 12 geöffnet und geschlossen werden. Das CRV 158 kann als Dreizustandsventil konfiguriert sein, das eine standardmäßige halboffene Position aufweist, aus der es in eine vollständig geöffnete Position oder eine vollständig geschlossene Position bewegt werden kann.
Der Darstellung nach ist eine Breitbandlambda(UEGO)-Sonde 126 an den Abgaskrümmer 148 vorgelagert zu einer Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt. Alternativ kann die UEGO-Sonde 126 durch eine binäre Lambdasonde ersetzt werden. Die Emissionssteuervorrichtung 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorwabenkörper beinhalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, jeweils mit mehreren Wabenkörpern, verwendet werden. Während das abgebildete Beispiel die UEGO-Sonde 126 vorgelagert zur Turbine 164 zeigt, versteht sich, dass in alternativen Ausführungsformen die UEGO-Sonde in dem Abgaskrümmer nachgelagert zur Turbine 164 und vorgelagert zur Emissionssteuervorrichtung 70 positioniert sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Katalysator 70 einen Dieseloxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst - DOC) und/oder einen Dieselkaltstartkatalysator umfassen.
Hier handelt es sich bei der Emissionssteuervorrichtung 70 um ein Partikelfilter (PF) 70. Das PF 70 kann einen oder mehrere andere Katalysatoren, einschließlich eines Dreiwegekatalysators, einer NO_x-Falle, einer Vorrichtung selektiven katalytischen Reduktion und Kombination davon, umfassen. Das PF 70 kann aus einer Vielfalt an Materialien, einschließlich Cordierit, Siliziumkarbid und anderer Hochtemperatur-Oxidkeramik, hergestellt sein. Das PF 70 kann regelmäßig regeneriert werden, um Rußablagerungen in dem Filter, die dem Abgasstrom widerstehen, zu reduzieren. Die Filterregeneration kann durch Erwärmen des Filters auf eine Temperatur erreicht werden, bei der die Rußpartikel mit einer höheren Geschwindigkeit verbrannt werden, als dass sich neue Rußpartikel ablagern, z. B. auf 400-600 °C.
Ein erster Feinstaub(FS)-Sensor 73 kann vorgelagert zu dem PF 70 in dem Abgaskanal 148 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein zweiter FS-Sensor 74 nachgelagert zu dem PF 70 in dem Abgaskanal 148 angeordnet sein. Hier kann der FS-Sensor 74 synonym als Rußsensor 74 bezeichnet werden. Die FS-Sensoren 73, 74 können einen Zustand des PF 70 auf Grundlage einer Partikelbelastung diagnostizieren. Der erste FS-Sensor 73 kann einen Zustand des PF 70 auf Grundlage einer zu dem PF 70 strömenden Rußkonzentration diagnostizieren. Daten, die in einer Lookup-Tabelle mit mehreren Eingaben gespeichert sind, können verwendet werden, um die zu dem PF 70 strömende Rußkonzentration und eine vorhergesagte Abnutzung und/oder Lebensdauer des PF 70 zu extrapolieren. Alternativ dazu kann der zweite FS-Sensor 74 einen Zustand des PF 70 auf Grundlage einer aus dem PF 70 strömenden Rußkonzentration diagnostizieren. Der FS-Sensor 74 wird nachfolgend näher beschrieben.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangskanäle 104, einen Festwertspeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Der Darstellung nach empfängt die Steuerung 12 zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen verschiedene Signale von den an den Motor 10 gekoppelten Sensoren, die Folgendes beinhalten: eine Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; einen Positionssensor 134, der an eine Eingabevorrichtung 130 zum Erfassen der Eingabevorrichtungspedalposition (PP) gekoppelt ist, die durch einen Fahrzeugführer 132 eingestellt wird; einen Klopfsensor zum Bestimmen der Zündung von Endgasen (nicht dargestellt); eine Messung des Motorkrümmerdrucks (Engine Manifold Pressure - MAP) von einem Drucksensor 121, der an den Ansaugkrümmer 144 gekoppelt ist; eine Messung von Ladedruck von einem Drucksensor 122, der an die Ladedruckkammer 146 gekoppelt ist; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der eine Position der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der in den Motor einströmenden Luftmasse von einem Sensor 120 (z. B. einem Hitzdraht-Luftmassenmesser); und eine Messung der Drosselposition von einem Sensor 58. Ein Umgebungsluftdruck kann ebenfalls zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht dargestellt). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Hall-Effekt-Sensor 118 eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, anhand derer sich die Motordrehzahl (U/min) bestimmen lässt. Die Eingabevorrichtung 130 kann ein Fahrpedal und/oder ein Bremspedal umfassen. Somit können Ausgaben von dem Positionssensor 134 verwendet werden, um die Position des Fahrpedals und/oder Bremspedals der Eingabevorrichtung 130 zu bestimmen und damit ein gewünschtes Motordrehmoment zu bestimmen. Somit kann ein gewünschtes Motordrehmoment, wie von dem Fahrzeugführer 132 angefordert, auf Grundlage der Pedalposition der Eingabevorrichtung 130 geschätzt werden.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 59 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem dargestellten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 61. Bei der elektrischen Maschine 61 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Die Kurbelwelle 40 des Motors 10 und die elektrische Maschine 61 sind über ein Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 59 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingerückt sind. In dem abgebildeten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 40 und der elektrischen Maschine 61 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 61 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzurücken oder auszurücken, um so die Kurbelwelle 40 mit bzw. von der elektrischen Maschine 61 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 61 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig konfiguriert sein, darunter als Parallel-, Serien- oder Serien- Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 61 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 59 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 61 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signalen und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Beispielsweise kann das Einstellen einer Kraftstoffeinspritzung Einstellen eines Aktors der Einspritzvorrichtung 66 so, dass er sich zu oder weg von einer Düse der Einspritzvorrichtung 66 bewegt, sodass Kraftstoff zur Brennkammer 30 strömen kann, beinhalten. Als ein anderes Beispiel kann das Einstellen einer Temperatur Einstellen eines Aktors eines Heizelements, das in dem FS-Sensor 74 angeordnet ist, um eine Rußbelastung des FS-Sensors zu verringern (auch als Sensorheizelement-REGEN oder Reinigung der Sensorspitze von Ruß bezeichnet), beinhalten. Überdies kann der FS-Sensor eine Rückmeldung in Bezug auf einen Zustand des PF 70 bereitstellen. Nach dem Sensorspitzenreinigungsvorgang sammelt der Sensor dann Ruß mit einer Geschwindigkeit an, die auf einer Funktion der Abgasrußkonzentration und des Abgasdurchsatzes beruhen kann. Somit findet eine Ansammlungsdauer des Rußes an den Elektroden vor einer zweiten Regeneration innerhalb einer Schwellendauer ab einer ersten Regeneration des FS-Sensors 74 statt, die anzeigen kann, dass das PF 70 abgenutzt (z. B. gerissen) sein kann und Ruß austritt. Somit kann die Schwellendauer auf einer Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen beruhen, wobei, wenn eine Zeit zwischen den Regenerationen verstrichen ist, die kleiner als die Schwellendauer ist, das PF 70 als abgenutzt angegeben wird. Wenn die Zeitdauer größer als die Schwellendauer ist, dann ist das PF 70 womöglich nicht abgenutzt. Daher kann die Steuerung 12 dem Fahrer über eine Anzeigeleuchte oder dergleichen melden, dass ein Leckzustand in dem PF vorliegt, sodass ein oder mehrere Fahrparameter eingestellt werden können (z. B. kann die Kraftstoffzufuhr gesenkt werden, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht werden, kann die Motordrehmomentabgabe verringert werden), bis der Leckzustand beseitigt ist.
Zur Feststellung von Rußkonzentrationen im einströmenden Abgas vorgelagert zum PF unter Verwendung eines FS-Sensors an der Stelle des einströmenden Abgases kann die Steuerung 12 Motorbetriebsparameter durch Einstellen eines Aktors einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einstellen, um die Kraftstoffeinspritzvorrichtung so einzustellen, dass sie Kraftstoff derart einspritzt, dass weniger Ruß eingespritzt wird, oder kann sie das AGR-Ventil so einstellen, dass weniger Ruß in der Brennkammer oder anderen Mitteln der Motor- und Hybridleistungssteuerung erzeugt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Motorleistungsabgabe verringert und der Leistungsverbrauch von der Batterie 58 erhöht werden, um die Rußerzeugung zu lindern.
Nun wird in Bezug auf 2A eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels 200 des Feinstaub(FS)-Sensors 74 aus 1 dargestellt. Dabei können zuvor vorgestellte Komponenten in den nachfolgenden Figuren ähnlich nummeriert sein. Während sich die nachfolgende Beschreibung auf den FS-Sensor 74 bezieht, versteht sich, dass die Beschreibung auch für den FS-Sensor 73 aus 1 gelten kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der FS-Sensor 74 kann dazu konfiguriert sein, die FS-Masse und/oder -Konzentration im Abgas zu messen, und kann damit in dem Abgaskanal 148 vorgelagert oder nachgelagert zu einem Partikelfilter (wie z. B. dem in 1 dargestellten PF 70) angeordnet sein.
Wie oben in 1 und in der Ausführungsform 200 von 2A dargestellt, kann der FS-Sensor 74 in dem Abgaskanal 148 angeordnet sein, wobei Abgase von einer dem Partikelfilter nachgelagerten Position zu einem Auspuffendrohr strömen, wie durch die Pfeile 246 angegeben. In einem Beispiel sind die Pfeile 246 parallel zu einer allgemeinen Richtung des Abgasstroms in dem Abgaskanal 148. Der FS-Sensor 74 kann eine Außenhülle 202 beinhalten, die dazu dienen kann, ein FS-Sensorelement (wie z. B. das FS-Sensorelement 254 der 2B, 2C und 2D) des darin untergebrachten FS-Sensors 74 zu schützen, und kann zudem dazu dienen, den Abgasstrom über das FS-Sensorelement umzulenken, wie nachfolgend erläutert.
Ein Achsensystem 290 umfasst drei Achsen, und zwar eine x-Achse parallel zu einer horizontalen Richtung, eine y-Achse parallel zu einer vertikalen Richtung und eine z-Achse, die sowohl zu der x- als auch zu der y-Achse senkrecht ist. Die horizontale Richtung kann im Wesentlichen parallel zu der allgemeinen Richtung des Abgases (Pfeile 246) sein. In einigen Beispielen kann eine Schwerkraftrichtung parallel zu der y-Achse sein. Aufgrund der Symmetrie des FS-Sensors 74 kann der FS-Sensor 74 jedoch in einer Vielzahl von Radialpositionen entlang des Abgaskanals 148 platziert sein. Eine erste Mittelachse 296 kann eine Mittelachse des Abgaskanals 148 sein und sich in der horizontalen Richtung erstrecken. Eine zweite Mittelachse 298, die senkrecht zu der ersten Mittelachse 296 ist, kann eine Mittelachse für einen Scheibenabschnitt 210 des FS-Sensors 74 sein.
Der FS-Sensor 74 kann fest in dem Abgaskanal 148 über eine Sensorstützstruktur 201 angeordnet sein. Zu Beispielen für die Sensorstützstruktur 201 können ein Rohr, ein Stab oder dergleichen gehören, das bzw. der physisch an ein Abgasrohr des Abgaskanals 148 gekoppelt ist. Die physische Kopplung kann eines oder mehrere von Klebstoffen, Schmelzverbindungen, Schrauben und Schweißverbindungen einschließen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Sensorstützstruktur 201 an das Abgasrohr über einen oder mehrere Wulste gekoppelt sein. In dem Beispiel von 2A ist die Sensorstützstruktur 201 ein Hohlrohr. Die Sensorstützstruktur 201 kann physisch an den Scheibenabschnitt 210 des FS-Sensors 74 gekoppelt sein. Die Sensorstützstruktur 201 kann jedoch physisch an andere Abschnitte des FS-Sensors gekoppelt sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Eine oder mehrere elektrische Leitungen können sich durch die Sensorstützstruktur 201 zu einer elektrischen Schaltung 258 erstrecken. Die elektrische Schaltung 258 kann eine oder mehrere Schaltungen umfassen, die dazu konfiguriert sind, den Betrieb einer Regenerationsvorrichtung einzustellen, die in dem FS-Sensorelement des FS-Sensors 74 angeordnet ist. Die Sensorstützstruktur 201 kann gegenüber dem Abgaskanal 148 hermetisch abgedichtet sein, sodass das Abgas die elektrischen Leitungen nicht berühren kann. Dadurch kann die Abnutzung der elektrischen Leitungen vermindert und eine Genauigkeit des FS-Sensors 74 erhöht werden. Die elektrische Schaltung wird in Bezug auf 2B näher beschrieben.
Der FS-Sensor 74 kann eine Außenhülle 202 umfassen, in der eine oder mehrere der Komponenten des FS-Sensors 74 untergebracht sind. Die Außenhülle 202 kann eine zylindrische Form mit variierendem Durchmesser aufweisen. Der Durchmesser kann in einer stromabwärtigen Richtung zunehmen, sodass der Durchmesser der Außenhülle 202 weiter weg vom Partikelfilter größer ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Durchmesser der Außenhülle 202 in der stromabwärtigen Richtung abnehmen. In einigen Beispielen kann die Außenhülle 202 eine Trichter-, Kegel-, Füllhorn- oder ähnliche Form umfassen. Somit kann ein Querschnitt der Außenhülle 202 entlang einer y-z-Ebene im Wesentlichen kreisförmig sein. In einigen Beispielen kann jedoch, wenn die Außenhülle 202 einen quadratischen Querschnitt in der y-z-Ebene umfasst, die Außenhülle 202 ein trapezförmiges Prisma oder eine andere ähnliche Form sein.
Eine Zunahmerate des Durchmessers in der stromabwärtigen Richtung kann linear, exponentiell, logarithmisch oder dergleichen sein. In einem Beispiel kann die Zunahmerate exponentiell sein. Dabei kann die Außenhülle 202 eine Kurve oder ähnliche Abweichung gegenüber der Geraden umfassen, sodass sich ein Winkel, der zwischen der Mittelachse 296 und der Außenhülle 202 gemessen wird, kontinuierlich in der stromabwärtigen Richtung verändern kann.
Die Außenhülle 202 kann hohl sein und kann dazu konfiguriert sein, Abgase aufzunehmen und auszustoßen. Insbesondere kann die Außenhülle 202 eine erste Öffnung 204 umfassen, die an einem stromaufwärtigen Ende des FS-Sensors 74 in Bezug auf eine Richtung des Abgasstroms angeordnet ist, an dem ein Durchmesser der Außenhülle 202 am kleinsten ist. In einem Beispiel ist die erste Öffnung 204 an einem Scheitel der Außenhülle 202 angeordnet. Die erste Öffnung 204 kann in eine Richtung von einströmendem Abgas gewandt sein (z. B. dem Pfeil 246 zugewandt sein) und leicht Abgas aufnehmen, das proximal zu der ersten Mittelachse 296 strömt. Die erste Öffnung 204 kann auf der ersten Mittelachse 296 derart angeordnet sein, dass die erste Mittelachse durch einen geometrischen Mittelpunkt der ersten Öffnung 204 verläuft.
Ein Erweiterungsabschnitt 206 kann zwischen der ersten Öffnung 204 und dem Scheibenabschnitt 210 angeordnet sein. Ein Durchmesser des FS-Sensors 74, der dem Erweiterungsabschnitt 206 entspricht, kann in der stromabwärtigen Richtung derart zunehmen, dass der Scheibenabschnitt 210 einem größten Durchmesser des FS-Sensors 74 entsprechen kann. In einem Beispiel ist ein Durchmesser des Scheibenabschnitts 210 fest. Der Scheibenabschnitt 210 kann mindestens eine zweite Öffnung 212 umfassen. Ein Teil des Abgases in einem Innenraum des FS-Sensors 74 kann über die mindestens eine zweite Öffnung 212 ausgestoßen werden. Hier kann die mindestens eine zweite Öffnung 212 synonym als eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 212 bezeichnet werden. Jede der Vielzahl von zweiten Öffnungen 212 kann Abgas in einer anderen Radialrichtung ausstoßen. Das heißt, keine zwei der zweiten Öffnungen können Abgas in derselben Richtung ausstoßen. Somit stößt jede Wiederholung der mindestens einen zweiten Öffnung Abgas in einer anderen Richtung senkrecht zu der allgemeinen Richtung des Abgasstroms (Pfeile 246) aus.
Die mindestens eine zweite Öffnung 212 kann im Wesentlichen kreisförmig sein. Wenn eine Vielzahl von zweiten Öffnungen an dem Scheibenabschnitt 210 angeordnet ist, dann kann jede der zweiten Öffnungen kreisförmige, längliche oder andere ähnliche Formen aufweisen. Jede zweite Öffnung der zweiten Öffnungen kann gleichmäßig von benachbarten zweiten Öffnungen beabstandet sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann jede zweite Öffnung der Vielzahl von zweiten Öffnungen 212 eine andere Form und/oder Größe aufweisen.
Die erste Öffnung 204 kann größer als jede der Vielzahl von zweiten Öffnungen 212 sein. In einigen Beispielen kann die erste Öffnung 204 dem 0,25- bis 1-Fachen einer kumulierten Größe jeder zweiten Öffnung der Vielzahl von zweiten Öffnungen 212 (z. B. Summe der Öffnungen aller zweiten Öffnungen 212) entsprechen. In einem Beispiel kann eine Gesamtgröße der ersten Öffnung 204 im Wesentlichen gleich einer kumulierten Größe jeder zweiten Öffnung der Vielzahl von zweiten Öffnungen 212 sein.
Nun wird in Bezug auf 2B eine Ausführungsform 250 des FS-Sensors 74 im Querschnitt dargestellt. Der Querschnitt ist parallel zu einer x-y-Ebene und verläuft durch die Mittelachse 296. Darin sind die elektrische Schaltung 258 und ein Innenraum des FS-Sensors 74 näher dargestellt.
Das FS-Sensorelement 254 beinhaltet ein Paar Flachelektroden 220, die eine konzentrische Struktur im Verhältnis zu der ersten Mittelachse 296 bilden. Diese Elektroden können aus Metallen wie etwa Platin, Gold, Osmium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Aluminium, Titan, Zirconium und dergleichen sowie Oxiden, Zementen, Legierungen und Kombinationen davon, die mindestens eines der vorstehenden Metalle umfassen, gefertigt sein. Die Elektroden 220 können auf einem Substrat (z.B. dem Substrat 216 aus 2B) ausgebildet sein, das hochgradig elektrisch isolierende Materialie umfassen kann. Zu möglichen elektrisch isolierenden Materialien können Oxide wie etwa Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Siliciumdioxid und Kombinationen gehören, die mindestens eines der vorstehenden oder ähnliche Materialien umfassen, die in der Lage sind, eine elektrische Verbindung zu behindern und dem Paar von Elektroden physischen Schutz bereitzustellen. Die Beabstandung zwischen den beiden Elektroden kann typischerweise im Bereich von 10 Mikrometern bis 100 Mikrometern liegen. Die Elektroden 220 erstrecken sich entlang eines ersten Abschnitts des Substrats 216 und bedecken diesen.
Eine positive Elektrode 217 des Paars von Elektroden 220 ist durch Verbindungsdrähte 224 mit einem Pluspol einer Spannungsquelle 228 der elektrischen Schaltung 258 verbunden. Eine negative Elektrode 218 des Paars von Elektroden 220 ist über einen Verbindungsdraht 222 mit einer Messvorrichtung 226 und ferner mit einem Minuspol der Spannungsquelle 228 der elektrischen Schaltung 258 verbunden. Die Verbindungsdrähte 222 und 224, die Spannungsquelle 228 und die Messvorrichtung 226 sind Teil der elektrischen Schaltung 258 und außerhalb des Abgaskanals 148 untergebracht (z. B. < 1 Meter entfernt). Ferner können die Spannungsquelle 228 und die Messvorrichtung der elektrischen Schaltung 258 durch eine Steuerung, wie z. B. die Steuerung 12 aus 1, beispielsweise so gesteuert werden, dass Feinstaub, der sich am FS-Sensor sammelt, zum Diagnostizieren von Lecks in dem PF verwendet werden kann. Daher kann es sich bei der Messvorrichtung 226 um eine beliebige Vorrichtung handeln, die in der Lage ist, eine Änderung des Widerstands an den Elektroden abzulesen, zum Beispiel einen Spannungsmesser. Wenn sich FS oder Rußpartikel zwischen den Elektroden 220 ablagern, kann der Widerstand zwischen dem Elektrodenpaar beginnen abzunehmen, was durch einen Rückgang der Spannung angezeigt wird, die durch die Messvorrichtung 226 gemessen wird. Die Steuerung 12 kann in der Lage sein, den Widerstand zwischen den Elektroden 220 in Abhängigkeit der Spannung, die von der Messvorrichtung 226 gemessen wird, zu bestimmen und eine entsprechende Belastung mit FS oder Ruß an den Flachelektroden 220 des FS-Sensors 201 abzuleiten. Durch Überwachen der Belastung des FS-Sensors 201 kann die dem PF nachgelagerte (74b) Abgasrußbelastung oder die dem PF vorgelagerte Rußexposition bestimmt werden. Die vorgelagerte Expositionsrate von Ruß kann zur Berechnung der FS-Belastung verwendet werden (Gewichtsmenge des Rußes in dem Filter zur Regeneration/Reinigung des Filters) oder sie kann verwendet werden, um die Berechnung des PF-Wirkungsgrads zu unterstützen, und die nachgelagerte Rußkonzentration kann damit zur Diagnose und Überwachung der Intaktheit und Funktionsfähigkeit des PF (On-Board-Diagnose) verwendet werden. Verbindungsdrähte 222 und 224 können sich durch eine Stützstruktur (z. B. die Stützstruktur 201 von 2A) erstrecken. Alternativ dazu kann, wenn der FS-Sensor 201 zu dem PF vorgelagert ist und somit ungefiltertes einströmendes Abgas vom Motor misst, die Ansammlungsgeschwindigkeit der Belastung des Sensors zur Motorsteuerung (mit oder ohne ein PF) verwendet werden und kann sie auch verwendet werden, um die Berechnung eines prozentualen Wirkungsgrads des PF beim Abscheiden von FS zu unterstützen. Somit kann ein PF nicht in dem Abgaskanal angeordnet sein.
Wie dargestellt, sind sowohl die positive 217 als auch die negative 218 Elektrode im Wesentlichen kreisförmig und zu der ersten Mittelachse 296 konzentrisch. Die positive 217 und negative 218 Elektrode können einander berühren. Ein Abstand zwischen der positiven 217 und der negativen 218 Elektrode kann zwischen 10-70 Mikrometer betragen. In einigen Beispielen kann der Abstand zwischen 20-60 Mikrometern liegen. Der Abstand kann über einen gesamten Umfang von sowohl der positiven 217 als auch der negativen 218 Elektrode gleichmäßig sein.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Abstand hinsichtlich des Spalts variieren, wenn eine Variation eine elektrostatische Verstärkung des elektrostatischen Feldes erzeugen kann. Der Spalt kann abgestuft sein, um die leitfähige Flankenzeit des Sensors (z. B. einen Abschnitt einer Messdauer, in welcher der Leitungsstrom ansteigt) zu verlängern. Zu einem Faktor, der die Spaltbreite zwischen der positiven 217 und der negativen 218 Elektrode beeinflusst, können Rußfasern gehören, die sich in dem Spalt schneller ausweiten können, wenn der Spalt klein ist, jedoch ist ein Vorteil eines größeren Spalts eine höhere Immunität gegen eine falsche Belastungsschätzung aufgrund großkörnigeren Feinstaubs. Der FS-Sensor 74 kann es ermöglichen, den Spalt kleiner auszuführen, indem er es ermöglicht, dass grobkörnigerer Feinstaub 286 aufgrund seiner Trägheit ungestört durch den FS-Sensor 74 strömt, ohne auf die Elektroden aufzutreffen. Zudem können sich durch eine niedrigere Häufigkeit der großen leitfähigen Partikel 286 positive Stromspitzen in dem Signal verringern und kann so die Verfügbarkeit des Sensorsignals verbessert werden.
Ein erster Strömungslenker 262 und ein zweiter Strömungslenker 264 können in dem Scheibenabschnitt 210 angeordnet sein. Der erste Strömungslenker 262 kann vorgelagert zu der positiven Elektrode 217 angeordnet sein, sodass Abgas den ersten Strömungslenker berühren kann, bevor es die positive Elektrode erreicht. Der zweite Strömungslenker 264 kann zwischen der positiven 217 und der negativen 218 Elektrode angeordnet sein. Damit kann der zweite Strömungslenker 264 nachgelagert zu der positiven 217 Elektrode und vorgelagert zu der negativen Elektrode 218 sein. Der erste und der zweite Strömungslenker 262, 264 können Abgas dazu bringen, in einem Zickzack-, Sinus-, Wellen- oder ähnlichen Muster zu strömen, bevor es durch die mindestens eine zweite Öffnung 212 des Scheibenabschnitts 210 strömt.
Der erste Strömungslenker 262 und der zweite Strömungslenker 264 können eine ähnliche Form aufweisen, wobei beide kreisförmig sein können. Der erste Strömungslenker 262 und der zweite Strömungslenker 264 können physisch an gegenüberliegende Flächen des Scheibenabschnitts 210 gekoppelt sein. Das heißt, der erste Strömungslenker kann an eine stromabwärts weisende Fläche 268 gekoppelt sein und der zweite Strömungslenker 264 kann an eine stromaufwärts weisende Fläche 266 gekoppelt sein. Ein Abstand zwischen dem ersten Strömungslenker 262 und der stromaufwärts weisenden Fläche 266 kann zwischen 1-5 Millimeter betragen. In einigen Beispielen kann der Abstand zwischen 2-4 Mikrometern liegen. In einem Beispiel beträgt der Abstand genau 3 Millimeter. Der Abstand kann ein Raum sein, in dem Abgas um den ersten Strömungslenker 262 zur positiven Elektrode strömen kann. Der zweite Strömungslenker 264 kann auf ähnliche Weise von der stromabwärts weisenden Fläche 268 beabstandet sein. Weiterhin kann ein Abstand zwischen dem ersten Strömungslenker 262 und dem zweiten Strömungslenker 264 im Wesentlichen konstant und gleich dem Abstand zwischen der positiven 217 und der negativen 218 Elektrode sein.
Hier wird eine Strömung von Abgas durch den Abgaskanal 148 zum FS-Sensor 74 beschrieben. Der Abgasstrom ist über die Pfeile 280, 282 und 284 dargestellt. Die Pfeile 280 zeigen Abgas, das proximal zur ersten Mittelachse 296 strömt. Die Pfeile 284 zeigen Abgas, das proximal zum Abgasrohr des Abgaskanals 148 strömt. Anders ausgedrückt, zeigen die Pfeile 284 Abgas, das distal zur ersten Mittelachse 296 strömt. Somit repräsentieren die Pfeile 282 Abgas, das zwischen der ersten Mittelachse 296 und dem Abgasrohr strömt. Hier können die Pfeile 280, 282 und 284 synonym als Abgas 280, 282 bzw. 284 bezeichnet werden.
Wie dargestellt, schließen die Pfeile 282 und 284 Abgas ein, das möglicherweise nicht in den FS-Sensor 74 strömt. In dem Beispiel von 2B kann Abgas, das durch die Pfeile 284 repräsentiert ist, ungestört durch den Abgaskanal 148 strömen, ohne den FS-Sensor 74 zu berühren. Abgas, das durch die Pfeile 282 repräsentiert ist, kann die Außenhülle 202 des FS-Sensors 74 berühren und davon abprallen. Das Abgas 282 kann dann zum Abgasrohr strömen und sich mit dem Abgas 284 vereinen.
Das Abgas 280 kann zusammen mit größeren Partikeln, die durch die Kreise 286 dargestellt sind (hier die größeren Partikel 286), in den FS-Sensor 74 über die erste Öffnung 204 gelangen. Die größeren Partikel können Wassertröpfchen und grobkörnigen Feinstaub und/oder Ruß einschließen. Durch größere Partikel kann sich eine Genauigkeit des FS-Sensors 74 verringern, indem die positive 217 und die negative 218 Elektrode frühzeitig gekoppelt werden. Aufgrund eines Schwungs der größeren Partikel 286 kann es weniger wahrscheinlich sein, dass sie von der ersten Mittelachse 296 abweichen. Somit können die größeren Partikel 286 durch den FS-Sensor 74 entlang der ersten Mittelachse 296 strömen, sodass sie über die erste Öffnung 204 eintreten und über eine dritte Öffnung 208 austreten. Wie dargestellt, ist die dritte Öffnung 208 direkt gegenüber der ersten Öffnung 204 entlang der ersten Mittelachse 296 angeordnet. Die dritte Öffnung 208 kann ähnlich geformt sein wie die erste Öffnung 204. Eine Größe der dritten Öffnung 208 kann jedoch größer als die Größe der ersten Öffnung 204 sein. In einigen Beispielen kann die dritte Öffnung 208 1,1- bis 5-mal so groß wie die erste Öffnung 204 sein. Indem sie aus der dritten Öffnung 208 herausströmen, kann es sein, dass die größeren Partikel nicht um den Scheibenabschnitt 210 strömen und einen oder mehrere Abgasbestandteile zwischen der positiven 217 und der negativen 218 Elektrode ablagern.
Das Abgas 280 kann in zwei Teile, einen ersten Teil 280A und einen zweiten Teil 280B, geteilt werden. Der erste Teil 280A kann direkt zur dritten Öffnung 208 strömen, ohne zur positiven 217 und negativen 218 Elektrode zu strömen. Der zweite Teil 280B kann einer Form der Außenfläche 202 folgen, sodass er zum ersten Strömungslenker 262 strömt. Der zweite Teil 280B kann den ersten Strömungslenker 262 umströmen und Partikel auf dem Substrat 216 an der positiven Elektrode 217 ablagern. Der zweite Teil 280B kann dann zwischen dem zweiten Strömungslenker 264 und der stromabwärts weisenden Wand 268 strömen, wobei er Partikel auf dem Substrat 216 an der negativen Elektrode 217 ablagern kann. Der zweite Teil 280B kann aus dem FS-Sensor 74 über die mindestens eine zweite Öffnung 212 austreten, wobei sich der zweite Teil 280B mit Abgas vereint, das distal zu der ersten Mittelachse 296 strömt.
Nun wird in Bezug auf 2C eine Vorderseite 275 des Substrats 216 dargestellt. Die positive 217 und die negative 218 Elektrode überspannen der Darstellung nach einen gesamten Umfang des Substrats 216. Der erste Strömungslenker (z. B. der erste Strömungslenker 262 in 2B) kann zwischen der dritten Öffnung 208 und der positiven Elektrode 217 angeordnet sein. Der zweite Strömungslenker (z. B. der zweite Strömungslenker 264 in 2B) kann zwischen der positiven Elektrode 217 und der negativen Elektrode 218 angeordnet sein.
Nun wird in Bezug auf 2D eine Rückseite 276 des Substrats 216 dargestellt. Wie dargestellt, kann das FS-Sensorelement (z. B. das FS-Sensorelement 254 in 2B) ein Heizelement 219 beinhalten, das in eine Fläche des Sensorsubstrats 216 gegenüber den Elektroden 220 integriert ist. In alternativen Ausführungsformen kann das FS-Sensorelement 254 kein Heizelement beinhalten. Das Heizelement 219 kann einen Temperatursensor und eine Heizung umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zu möglichen Materialien für die Heizung und den Temperatursensor, die das Heizelement 219 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 219 kann zum Regenerieren des FS-Sensorelements 254 verwendet werden. Insbesondere kann unter Bedingungen, bei denen die Feinstaubbelastung oder Rußbelastung des FS-Sensorelements 254 über einem Schwellwert liegt, das Heizelement 219 so betrieben werden, dass die angesammelten Rußpartikel von der Oberfläche des Sensors abgebrannt werden. Während der Regeneration des FS-Sensors kann die Steuerung 12 einer Spannungsquelle 230 eine Spannung bereitstellen, die für den Betrieb des Heizelements 219 benötigt wird. Darüber hinaus kann die Steuerung den Schalter 232 für eine Schwellendauer schließen, um die Spannung über die Spannungsquelle 230 an das Heizelement 219 anzulegen, um die Temperatur des Heizelements 219 zu erhöhen. Anschließend kann die Steuerung, wenn die Sensorelektroden ausreichend sauber sind, den Schalter 232 öffnen, um das Heizen des Heizelements 219 zu beenden. Durch intermittierendes Regenerieren des FS-Sensors 201 kann er in einen Zustand (z. B. einen unbelasteten oder nur teilweise belasteten Zustand) zurückgeführt werden, der besser zum Sammeln von Abgasruß geeignet ist. Darüber hinaus können genaue Informationen in Bezug auf die Rußzahl des Abgases von der Sensorregeneration abgeleitet werden und können diese Informationen von der Steuerung zum Diagnostizieren von Lecks in dem Partikelfilter verwendet werden. Die Empfindlichkeit des FS-Sensors kann durch große Partikel und/oder Wassertröpfchen, die sich am FS-Sensorelement 254 ablagern, beeinträchtigt werden. Überdies kann die Empfindlichkeit des FS-Sensorelements 254 ferner vom Abgasdurchsatz abhängen. Eine höhere Empfindlichkeit ist typischerweise bei einem höheren Abgasstrom zu beobachten, während eine geringere Empfindlichkeit bei einem geringeren Abgasstrom auftritt. Es kann möglich sein, größere Partikel und Wassertröpfchen herauszufiltern und einen strömungsunabhängigen FS-Sensor zu erhalten, indem eine Ausgestaltung für das Schutzrohr 250 verwendet wird, wie nachfolgend beschrieben.
Nun wird in Bezug auf 3 ein Verfahren 300 zum Bestimmen, ob Regenerationsbedingungen für ein FS-Sensorelement erfüllt sind, dargestellt. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung basierend auf Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2A-2D beschriebenen Sensoren, empfangenen Signalen ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 302 beinhaltet das Verfahren 300 Bestimmen und/oder Schätzen von Motorbetriebsbedingungen. Zu Motorbetriebsbedingungen, die bestimmt werden, können z. B. Motordrehzahl, Abgasdurchsatz, Motortemperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas, Abgastemperatur, Dauer (oder Abstand) seit einer letzten Regeneration des PF, FS-Belastung des FS-Sensors, Ladedruckpegel, Umgebungsbedingungen wie etwa Umgebungsluftdruck und Umgebungstemperatur usw. gehören.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei 304 Bestimmen, ob die Regenerationsbedingungen für den FS-Sensor erfüllt sind. Insbesondere können, wenn die FS-Belastung des FS-Sensorelements über einem Schwellenwert liegt oder wenn ein Widerstand des FS-Sensors auf einen Schwellenwiderstand abfällt, die Regenerationsbedingungen für den FS-Sensor als erfüllt betrachtet werden und kann der FS-Sensor regeneriert werden, um eine weitere FS-Erkennung zu ermöglichen. Wenn die Regenerationsbedingungen des FS-Sensors erfüllt sind, dann geht das Verfahren 300 zu 308 über, bei dem der FS-Sensor regeneriert werden kann, wie im Verfahren 400 aus 4 beschrieben. Wenn die Regenerationsbedingungen des FS-Sensors jedoch nicht erfüllt sind, wenn sie bei 304 überprüft werden, dann geht das Verfahren 300 zu 306 über, bei dem der FS-Sensor weiter FS auf dem FS-Sensor sammelt. Damit wird FS, der sich nicht auf dem FS-Sensor ablagert, über den Auslass des FS-Sensors aus dem FS-Sensor herausgleitet.
Nun wird in Bezug auf 4 ein Verfahren 400 zum Regenerieren des FS-Sensors (wie z. B. eines in den 1 und 2A-2D dargestellten FS-Sensors 74) dargestellt. Insbesondere können, wenn die Rußbelastung des FS-Sensors über dem Schwellenwert liegt oder wenn ein hinsichtlich Temperatur eingestellter Widerstand des FS-Sensors auf einen Schwellenwiderstand abfällt, die Regenerationsbedingungen für den FS-Sensor als erfüllt betrachtet werden und kann der FS-Sensor einer Regeneration bedürfen, um eine weitere FS-Erkennung zu ermöglichen. Bei 402 kann eine Regeneration des FS-Sensors eingeleitet werden und kann der FS-Sensor durch Aufheizen des Sensors bei 404 regeneriert werden. Der FS-Sensor kann durch Betätigen eines Heizelements, das thermisch an die Sensorelektrodenfläche gekoppelt ist, wie z. B. eines in den Sensor eingebetteten Heizelements, aufgeheizt werden, bis die Rußbelastung des Sensors durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden ausreichend verringert ist. Die Regeneration des FS-Sensors kann unter Verwendung von Zeitgebern gesteuert werden und der Zeitgeber kann bei 402 auf eine Schwellendauer eingestellt werden. Alternativ dazu kann die Sensorregeneration durch die Verwendung einer Temperaturmessung der Sensorspitze oder durch die Steuerung der an die Heizung bereitgestellten Leistung oder beides gesteuert werden. Wenn der Zeitgeber zur Regeneration des FS-Sensors verwendet wird, dann kann das Verfahren 400 Überprüfen, ob die Schwellendauer abgelaufen ist, bei 406 beinhalten. Wenn die Schwellendauer nicht abgelaufen ist, dann geht das Verfahren 400 zu 408 über, bei dem die Regeneration des FS-Sensors fortgesetzt werden kann.
Wenn die Schwellendauer abgelaufen ist, dann geht das Verfahren 400 zu 410 über, bei dem die Regeneration des FS-Sensors beendet werden kann, und kann die elektrische Schaltung bei 412 abgeschaltet werden. Ferner können die Sensorelektroden z. B. auf die Abgastemperatur abgekühlt werden. Das Verfahren 400 geht zu 414 über, bei dem der Widerstand zwischen den Elektroden des Rußsensors gemessen wird. Aus dem gemessenen Widerstand, möglicherweise nach Temperatur bereinigt, kann die FS- oder Rußbelastung des FS-Sensors (d. h. der angesammelte FS oder Ruß zwischen den Elektroden des FS-Sensors) bei 416 berechnet werden und das Verfahren geht zu 418 über. Bei 418 kann die berechnete Rußbelastung des FS-Sensors mit einem Schwellenwert, Lower Thr, verglichen werden. Der Schwellenwert Lower_Thr kann ein niedrigerer Schwellenwert sein, z. B. niedriger als der Regenerationsschwellenwert, der angibt, dass die Elektroden ausreichend frei von Rußpartikeln sind. In einem Beispiel kann der Schwellenwert ein Schwellenwert sein, unter dem die Regeneration beendet werden kann. Wenn die Rußbelastung weiterhin größer als Lower_Thr ist, was anzeigt, dass eine weitere Regeneration gewünscht sein kann, geht das Verfahren 400 zu 408 über, bei dem die Regeneration des FS-Sensors wiederholt werden kann. Wenn der FS-Sensor jedoch weiterhin wiederholte Regenerationen durchläuft, kann die Steuerung Fehlercodes festlegen, um anzuzeigen, dass der FS-Sensor möglicherweise abgenutzt ist oder das Heizelement in dem Rußsensor möglicherweise abgenutzt ist. Wenn die Rußbelastung geringer als der Schwellenwert Lower_Thr ist, was anzeigt, dass die Elektrodenfläche sauber ist, geht das Verfahren 400 zu 420 über, bei dem der Rußsensorwiderstand und der Regenerationsverlauf aktualisiert und im Speicher gespeichert werden können. Beispielsweise kann eine Regenerationshäufigkeit des FS-Sensors und/oder eine mittlere Dauer zwischen Sensorregenerationen aktualisiert werden. Bei 422 können dann von der Steuerung verschiedene Modelle verwendet werden, um den prozentualen Wirkungsgrad des PF bei der Filterung von Ruß zu berechnen. Auf diese Weise kann der FS-Sensor eine On-Board-Diagnose des PF durchführen.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Routine 500 zum Durchführen einer Diagnose der PF-Funktion auf Grundlage der Regenerationszeit des FS-Sensors. Bei 502 kann von der Steuerung durch Kalibrierung die Regenerationszeit für den FS-Sensor, t(i)_regen, berechnet werden, bei der es sich um die Zeit handelt, die vom Ende der vorhergehenden Regeneration bis zum Beginn der aktuellen Regeneration des FS-Sensors gemessen wird. Bei 504 wird t(i)_regen mit t(i-l)_regen verglichen, bei dem es sich um die zuvor kalibrierte Regenerationszeit des FS-Sensors handelt. Daraus kann abgeleitet werden, dass der Rußsensor die Regeneration mehrmals durchlaufen muss, um eine Diagnose für das PF durchzuführen. Wenn t(i)_regen kleiner als die Hälfte des Werts von t(i-l)_regen ist, dann wird bei 508 angezeigt, dass das PF leckt, und wird PF-Abnutzungssignal ausgelöst. Alternativ oder zusätzlich zu dem obengenannten Vorgang kann an dem PF eine Diagnose unter Verwendung anderer Parameter wie etwa der Abgastemperatur, der Motordrehzahl/-last usw. durchgeführt werden. Das Abnutzungssignal kann z. B. durch eine Störungsanzeigeleuchte oder einen Diagnosecode ausgelöst werden.
Eine aktuelle Regenerationszeit von weniger als der Hälfte der vorhergehenden Regenerationszeit kann anzeigen, dass die Zeit, welche die elektrische Schaltung bis zum Erreichen des Schwellenwerts für R regen benötigt, kürzer ist und die Regenerationshäufigkeit damit höher ist. Eine höhere Regenerationshäufigkeit in dem FS-Sensor kann anzeigen, dass das ausströmende Abgas aus einer höheren Feinstaubmenge besteht, als bei einem normal funktionierenden PF erzielt wird. Somit wird, wenn die Veränderung der Regenerationszeit in dem Rußsensor den Schwellenwert t regen erreicht, bei dem die aktuelle Regenerationszeit des FS-Sensors weniger als die Hälfte der vorhergehenden Regenerationszeit beträgt, eine Abnutzung oder ein Lecken des PF z. B. über eine Anzeige an einen Fahrzeugführer und/oder über das Setzen eines Flags, das in einem mit dem Prozessor gekoppelten nichtflüchtigen Speicher gespeichert ist und an ein mit dem Prozessor gekoppeltes Diagnosewerkzeug gesendet werden kann, angezeigt. Wenn die Veränderung der Regenerationszeit in dem Rußsensor den Schwellenwert t regen nicht erreicht, dann wird bei 506 kein Lecken des PF angezeigt. Auf diese Weise können Lecks in einem dem Feinstaubsensor vorgelagerten Partikelfilter auf Grundlage einer Ablagerungsgeschwindigkeit der Partikel an dem Feinstaubsensorelement erkannt werden.
Auf diese Weise kann ein FS-Sensor in einem Abgaskanal derart angeordnet sein, dass er eine ausreichende Menge an Abgas während Zeiträumen mit geringem und hohem Abgasdurchsatz aufnehmen kann. Der FS-Sensor umfasst ferner Merkmale zum Mindern eines Auftreffens größerer Partikel auf seine Elektroden, wodurch sich eine Diagnosegenauigkeit eines vorgelagerten Partikelfilters erhöhen lässt. Die technische Wirkung des Anordnens des kegelförmigen FS-Sensors mit variierendem Durchmesser in einem zentralen Bereich des Abgaskanals besteht darin, dass es dem FS-Sensor möglich ist, einen ausreichenden Abgasstrom bei einer Vielzahl von Motorbetriebsbedingungen ohne Einführung eines Aktors aufzunehmen, während es dem Sensor weiterhin möglich ist, unabhängig eine Ablagerung größerer Partikel zu verhindern. Somit kann ein kostengünstiger, einfach herzustellender und einfach einzubauender FS-Sensor in einen Abgaskanal integriert werden, um die Diagnostik eines vorgelagerten PF zu verbessern.
Ein Beispiel eines Verfahrens umfasst Leiten von Abgas proximal zu einer Mittelachse eines Abgaskanals durch eine erste Öffnung eines kegelförmigen Rußsensors; Ausstoßen eines ersten Teils des Abgases durch eine zweite Öffnung direkt über die erste Öffnung und Umleiten eines zweiten Teils des Abgases um Strömungsumleiter, die um Elektroden distal zu der Mittelachse beabstandet sind. Ein erstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet ferner, dass die Elektroden an ein Substrat gekoppelt sind, das Partikel aus dem zweiten Teil des Abgases auffängt. Ein zweites Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der zweite Teil des Abgases in einer radial nach außen gewandten Richtung senkrecht zu der Mittelachse durch eine Vielzahl von Auslässen strömt, die entlang eines Scheibenabschnitts des Rußsensors angeordnet ist. Ein drittes Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls das erste und/oder zweite Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der erste Teil des Abgases größere Partikel als der zweite Teil des Abgases umfasst. Ein viertes Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass das Umlenken des zweiten Teils ferner Leiten des zweiten Teils des Abgases in einem Sinusmuster um einen ersten Strömungslenker und einen zweiten Strömungslenker beinhaltet. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens, das gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der erste Teil des Abgases linear und der zweite Teil des Abgases im Zickzack strömt.
Eine Ausführungsform eines Feinstaubsensors umfasst eine kegelförmige Außenhülle, umfassend einen hohlen Innenraum mit einer ersten Öffnung, die Abgas darin einlässt, einen Scheibenabschnitt der Außenhülle, der einen ersten Strömungslenker, der an eine erste Fläche gekoppelt ist, und einen zweiten Strömungslenker, der an eine zweite Fläche gekoppelt ist, beinhaltet, und eine Vielzahl von zweiten Öffnungen, die dazu konfiguriert ist, Abgas aus dem Scheibenabschnitt an einen Abgaskanal in einer Richtung senkrecht zu einer allgemeinen Richtung des Abgasstroms auszustoßen. Ein erstes Beispiel des Feinstaubsensors beinhaltet ferner, dass die kegelförmige Außenhülle ferner eine dritte Öffnung umfasst, die direkt gegenüber der ersten Öffnung angeordnet ist, und dass sich eine Mittelachse des Abgaskanals durch geometrische Mittelpunkte der ersten und dritten Öffnung erstreckt. Ein zweites Beispiel des Feinstaubsensors, das gegebenenfalls das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die erste Öffnung und die dritte Öffnung kreisförmig sind und dass ein Durchmesser der ersten Öffnung kleiner als ein Durchmesser der dritten Öffnung ist. Ein drittes Beispiel des Feinstaubsensors, das gegebenenfalls das erste und/oder zweite Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der erste Strömungslenker vorgelagert zu sowohl einer positiven Elektrode als auch einer negativen Elektrode angeordnet ist und dass der zweite Strömungslenker zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist. Ein viertes Beispiel des Feinstaubsensors, das gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der erste Strömungslenker von der zweiten Fläche um 1 bis 5 Millimeter beabstandet ist und dass der zweite Strömungslenker von der ersten Fläche um 1 bis 5 Millimeter beabstandet ist. Ein fünftes Beispiel des Feinstaubsensors, das gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der erste Strömungslenker und der zweite Strömungslenker Abgas in einem Sinusmuster leiten, bevor sie das Abgas durch eine der Vielzahl von zweiten Öffnungen leiten. Ein sechstes Beispiel des Feinstaubsensors, das gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass eine Stützstruktur über die Außenhülle in dem Abgaskanal kragt. Ein siebtes Beispiel des Feinstaubsensors, das gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Außenhülle symmetrisch ist und dass der erste Strömungslenker und der zweite Strömungslenker konzentrisch um eine Mittelachse des Abgaskanals sind. Ein achtes Beispiel des Feinstaubsensors, das gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass ein Durchmesser der Außenhülle in einer stromabwärtigen Richtung im Verhältnis zu der allgemeinen Richtung des Abgasstroms zunimmt und dass die erste Öffnung an einem Scheitel der Außenhülle angeordnet ist.
Eine Ausführungsform eines Systems umfasst einen Motor, der an einen Abgaskanal gekoppelt ist, einen kegelförmigen Rußsensor, umfassend eine erste Öffnung an seinem Scheitel, die Abgas aus dem Abgaskanal einlässt, eine Vielzahl von zweiten Öffnungen und eine dritte Öffnung, die dazu konfiguriert ist, Abgas aus einem hohlen Innenraum des kegelförmigen Rußsensors auszustoßen, und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher davon gespeichert sind und die es der Steuerung bei Ausführung ermöglichen, ein Substrat des kegelförmigen Rußsensors in Reaktion auf einen gemessenen Widerstand durch Anschalten eines Heizelements zu regenerieren. Ein erstes Beispiel des Systems beinhaltet ferner, dass der gemessene Widerstand einem Widerstand von Elektroden entspricht, die an eine erste Fläche des Substrats gekoppelt sind, und dass das Heizelement an eine zweite Fläche des Substrats gekoppelt ist. Ein zweites Beispiel des Systems, das gegebenenfalls das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die erste und die dritte Öffnung entlang einer Mittelachse des Abgaskanals angeordnet sind und dass die Vielzahl von zweiten Öffnungen distal zu der Mittelachse ist. Ein drittes Beispiel des Systems, das gegebenenfalls das erste und/oder zweite Beispiel beinhaltet, beinhaltet ferner, dass die Vielzahl von zweiten Öffnungen entlang eines Scheibenabschnitts des kegelförmigen Rußsensors angeordnet ist und dass die Vielzahl von zweiten Öffnungen Abgas aus dem Scheibenabschnitt in einer radial nach außen gewandten Richtung zu Oberflächen eines Abgasrohrs des Abgaskanals ausstößt. Ein viertes Beispiel des Systems, das gegebenenfalls eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet ferner, dass der kegelförmige Rußsensor unbeweglich ist und dass es keine zusätzlichen Einlässe oder anderen Auslässe außer der ersten Öffnung, die Vielzahl von zweiten Öffnungen und die dritte Öffnung gibt.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit unterschiedlichen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird vielmehr zur einfacheren Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine/r oder mehrere der veranschaulichten Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Maßnahmen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, VI2-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen, wobei sie zwei oder mehr derartiger Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche im Rahmen dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Leiten von Abgas proximal zu einer Mittelachse eines Abgaskanals durch eine erste Öffnung eines kegelförmigen Rußsensors; Ausstoßen eines ersten Teils des Abgases durch eine zweite Öffnung direkt über die erste Öffnung und Umleiten eines zweiten Teils des Abgases um Strömungsumleiter, die um Elektroden distal zu der Mittelachse beabstandet sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Elektroden an ein Substrat gekoppelt, das Partikel aus dem zweiten Teil des Abgases auffängt.
Gemäß einer Ausführungsform strömt der zweite Teil des Abgases in einer radial nach außen gewandten Richtung senkrecht zu der Mittelachse durch eine Vielzahl von Auslässen, die entlang eines Scheibenabschnitts des Rußsensors angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der erste Teil des Abgases größere Partikel als der zweite Teil des Abgases.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Umlenken des zweiten Teils ferner Leiten des zweiten Teils des Abgases in einem Sinusmuster um einen ersten Strömungslenker und einen zweiten Strömungslenker.
Gemäß einer Ausführungsform strömt der erste Teil des Abgases linear und der zweite Teil des Abgases im Zickzack.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Feinstaubsensor bereitgestellt, aufweisend: eine kegelförmige Außenhülle, umfassend einen hohlen Innenraum mit einer ersten Öffnung, die Abgas darin einlässt; einen Scheibenabschnitt der Außenhülle, der einen ersten Strömungslenker, der an eine erste Fläche gekoppelt ist, und einen zweiten Strömungslenker, der an eine zweite Fläche gekoppelt ist, beinhaltet, und eine Vielzahl von zweiten Öffnungen, die dazu konfiguriert ist, Abgas aus dem Scheibenabschnitt an einen Abgaskanal in einer Richtung senkrecht zu einer allgemeinen Richtung des Abgasstroms auszustoßen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die kegelförmige Außenhülle ferner eine dritte Öffnung, die direkt gegenüber der ersten Öffnung angeordnet ist, und wobei sich eine Mittelachse des Abgaskanals durch geometrische Mittelpunkte der ersten und dritten Öffnung erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Öffnung und die dritte Öffnung kreisförmig, und wobei ein Durchmesser der ersten Öffnung kleiner als ein Durchmesser der dritten Öffnung ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Strömungslenker vorgelagert zu sowohl einer positiven Elektrode als auch einer negativen Elektrode angeordnet ist, und wobei der zweite Strömungslenker zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Strömungslenker von der zweiten Fläche um 1 bis 5 Millimeter beabstandet, und wobei der zweite Strömungslenker von der ersten Fläche um 1 bis 5 Millimeter beabstandet ist.
Gemäß einer Ausführungsform leiten der erste Strömungslenker und der zweite Strömungslenker Abgas in einem Sinusmuster, bevor sie das Abgas durch eine der Vielzahl von zweiten Öffnungen leiten.
Gemäß einer Ausführungsform kragt eine Stützstruktur über die Außenhülle in dem Abgaskanal.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Außenhülle symmetrisch ist, und wobei der erste Strömungslenker und der zweite Strömungslenker konzentrisch um eine Mittelachse des Abgaskanals sind.
Gemäß einer Ausführungsform nimmt ein Durchmesser der Außenhülle in einer stromabwärtigen Richtung im Verhältnis zu der allgemeinen Richtung des Abgasstroms zu, und wobei die erste Öffnung an einem Scheitel der Außenhülle angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Motor, der an einen Abgaskanal gekoppelt ist; einen kegelförmigen Rußsensor, umfassend eine erste Öffnung an seinem Scheitel, die Abgas aus dem Abgaskanal einlässt, eine Vielzahl von zweiten Öffnungen und eine dritte Öffnung, die dazu konfiguriert ist, Abgas aus einem hohlen Innenraum des kegelförmigen Rußsensors auszustoßen; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher davon gespeichert sind und die es der Steuerung bei Ausführung ermöglichen: ein Substrat des kegelförmigen Rußsensors in Reaktion auf einen gemessenen Widerstand durch Anschalten eines Heizelements zu regenerieren.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der gemessene Widerstand einem Widerstand von Elektroden, die an eine erste Fläche des Substrats gekoppelt sind, und wobei das Heizelement an eine zweite Fläche des Substrats gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste und die dritte Öffnung entlang einer Mittelachse des Abgaskanals angeordnet, und wobei die Vielzahl von zweiten Öffnungen distal zu der Mittelachse ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von zweiten Öffnungen entlang eines Scheibenabschnitts des kegelförmigen Rußsensors angeordnet, und wobei die Vielzahl von zweiten Öffnungen Abgas aus dem Scheibenabschnitt in einer radial nach außen gewandten Richtung zu Oberflächen eines Abgasrohrs des Abgaskanals ausstößt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der kegelförmige Rußsensor unbeweglich, und wobei es keine zusätzlichen Einlässe oder anderen Auslässe außer der ersten Öffnung, die Vielzahl von zweiten Öffnungen und die dritte Öffnung gibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8225648 B2 [0004]

Claims

Verfahren, umfassend: Leiten von Abgas proximal zu einer Mittelachse eines Abgaskanals durch eine erste Öffnung eines kegelförmigen Rußsensors; Ausstoßen eines ersten Teils des Abgases durch eine zweite Öffnung direkt über die erste Öffnung und Umleiten eines zweiten Teils des Abgases um Strömungsumleiter, die um Elektroden distal zu der Mittelachse beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektroden an ein Substrat gekoppelt sind, das Partikel aus dem zweiten Teil des Abgases auffängt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Teil des Abgases in einer radial nach außen gewandten Richtung senkrecht zu der Mittelachse durch eine Vielzahl von Auslässen strömt, die entlang eines Scheibenabschnitts des Rußsensors angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Teil des Abgases größere Partikel als der zweite Teil des Abgases umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umlenken des zweiten Teils ferner Leiten des zweiten Teils des Abgases in einem Sinusmuster um einen ersten Strömungslenker und einen zweiten Strömungslenker beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Teil des Abgases linear und der zweite Teil des Abgases im Zickzack strömt.
Feinstaubsensor, umfassend: eine kegelförmige Außenhülle, umfassend einen hohlen Innenraum mit einer ersten Öffnung, die Abgas darin einlässt; einen Scheibenabschnitt der Außenhülle, der einen ersten Strömungslenker, der an eine erste Fläche gekoppelt ist, und einen zweiten Strömungslenker, der an eine zweite Fläche gekoppelt ist, beinhaltet; und eine Vielzahl von zweiten Öffnungen, die dazu konfiguriert ist, Abgas aus dem Scheibenabschnitt an einen Abgaskanal in einer Richtung senkrecht zu einer allgemeinen Richtung des Abgasstroms auszustoßen.
Feinstaubsensor nach Anspruch 7, wobei die kegelförmige Außenhülle ferner eine dritte Öffnung umfasst, die direkt gegenüber der ersten Öffnung angeordnet ist, und wobei sich eine Mittelachse des Abgaskanals durch geometrische Mittelpunkte der ersten und dritten Öffnung erstreckt.
Feinstaubsensor nach Anspruch 8, wobei die erste Öffnung und die dritte Öffnung kreisförmig sind und wobei ein Durchmesser der ersten Öffnung kleiner als ein Durchmesser der dritten Öffnung ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 7, wobei der erste Strömungslenker vorgelagert zu sowohl einer positiven Elektrode als auch einer negativen Elektrode angeordnet ist und wobei der zweite Strömungslenker zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 7, wobei der erste Strömungslenker von der zweiten Fläche um 1 bis 5 Millimeter beabstandet ist und wobei der zweite Strömungslenker von der ersten Fläche um 1 bis 5 Millimeter beabstandet ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 7, wobei der erste Strömungslenker und der zweite Strömungslenker Abgas in einem Sinusmuster leiten, bevor sie das Abgas durch eine der Vielzahl von zweiten Öffnungen leiten.
Feinstaubsensor nach Anspruch 7, wobei eine Stützstruktur über die Außenhülle in dem Abgaskanal kragt.
Feinstaubsensor nach Anspruch 7, wobei die Außenhülle symmetrisch ist und wobei der erste Strömungslenker und der zweite Strömungslenker konzentrisch um eine Mittelachse des Abgaskanals sind.
Feinstaubsensor nach Anspruch 7, wobei ein Durchmesser der Außenhülle in einer stromabwärtigen Richtung im Verhältnis zu der allgemeinen Richtung des Abgasstroms zunimmt und wobei die erste Öffnung an einem Scheitel der Außenhülle angeordnet ist.