DE112010005888B4

DE112010005888B4 - Feinstaub-Erfassungsvorrichtung für Verbrennungsmaschinen

Info

Publication number: DE112010005888B4
Application number: DE112010005888.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroki NISHIJIMA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: CN102959187A; JP5338996B2; JPWO2012077182A1; US8845798B2; WO2012077182A1; US20120291632A1; DE112010005888T5; CN102959187B

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine (20), wobei die Vorrichtung aufweist:einen Sensor (2), der an einem Abgasdurchlass (22) der Verbrennungsmaschine (20) angeordnet ist, wobei der Sensor (2) eine Isolationsschicht (12), an welcher der Feinstaub in dem Abgas anhaften kann, und ein Paar von Elektroden (8, 10) umfasst, um den Feinstaub in einem Abgas zu erfassen;einen Filter (24), der an dem Abgasdurchlass (22) angeordnet ist, wobei der Filter (24) zum Einfangen von Feinstaub in dem Abgas dient; undein Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel zum Einschätzen einer Ausstoßmenge des Feinstaubs basierend auf einer Ausgabe des Sensors (2); wobeidas Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel einen eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs basierend auf einer Abgasflussrate korrigiert, unddas Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel ferner den eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert, wenn ein Druckunterschied vor und hinter dem Filter (24) nach einem Regenerationsvorgang des Filters (24) hoch ist, im Vergleich dazu, wenn der Druckunterschied niedrig ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Feinstaub-Erfassungsvorrichtung für Verbrennungsmaschinen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die JP 2009-144 577 A offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Fehlers eines Partikelfilters. Diese Vorrichtung umfasst einen Partikelfilter, ein elektrisch isolierendes Material, eine Mehrzahl von Elektroden und ein Steuerungsmittel. Der Partikelfilter ist insbesondere an einem Abgasdurchlass der Verbrennungsmaschine angeordnet. Das elektrisch isolierende Material ist stromabwärts des Partikelfilters angeordnet und Feinstaub (PM) setzt sich auf diesem ab. Die Elektroden sind an dem elektrisch isolierenden Material voneinander beabstandet. Das Steuerungsmittel misst einen Index, der mit einem elektrischen Widerstandswert über den Elektroden in Korrelation steht, und bestimmt, dass der Partikelfilter fehlerhaft ist, wenn erfasst wird, dass der gemessene Index kleiner als ein vorbestimmter Bezugswert ist.
Aus der DE 10 2005 040 790 A1 ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zum Erfassen von Partikeln im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die gemessene Signaländerung des Partikelsensors unter Berücksichtigung des Abgasvolumenstroms korrigiert wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Die Feinstaub-Erfassungsvorrichtung einschließlich einem Feinstaub- bzw. PM-Sensor, die in der oben genannten JP 2009-144 577 A offenbart ist, schätzt eine Ausstoßmenge des Feinstaubs wie folgt ein. Der PM-Sensor erzeugt insbesondere eine Sensorausgabe, die einem elektrischen Widerstand über den Elektroden entspricht. Der elektrische Widerstand über den Elektroden verringert sich übereinstimmend mit einer Menge des Feinstaubs, der sich zwischen den Elektroden absetzt. Je größer die Ausstoßmenge des Feinstaubs ist, desto größer wird die Menge des Feinstaubs, der sich zwischen den Elektroden absetzt. Die Ausstoßmenge des Feinstaubs wird unter Annahme des Vorausgehenden sowie darauf, dass die Ausgabe des PM-Sensors in einem Verhältnis steht, das der Ausstoßmenge des Feinstaubs entspricht, eingeschätzt.
In einer von dem Erfinder durchgeführten Studie wurde herausgefunden, dass beispielsweise in Abhängigkeit von Bewegungszuständen des Fahrzeug zeitweise ein Unterschied zwischen dem Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs, der übereinstimmend mit dem oben beschriebenen Verfahren eingeschätzt wird, und der tatsächlichen Ausstoßmenge des Feinstaubs auftreten kann.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Vorausgehende gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Feinstaub-Erfassungsvorrichtung für Verbrennungsmaschinen zu schaffen, die eine Ausstoßmenge des Feinstaubs genau einschätzen kann.
LÖSUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub bzw. Aerosolen bzw. Schwebstoffen für eine Verbrennungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierbei weist die Vorrichtung auf: einen Sensor, der an einem Abgasdurchlass der Verbrennungsmaschine angeordnet ist, wobei der Sensor eine Isolationsschicht, an welcher der Feinstaub in dem Abgas anhaften kann, und ein Paar von Elektroden umfasst, um den Feinstaub in einem Abgas zu erfassen; einen Filter, der an dem Abgasdurchlass angeordnet ist, wobei der Filter zum Einfangen von Feinstaub in dem Abgas dient; und ein Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel zum Einschätzen einer Ausstoßmenge des Feinstaubs basierend auf einer Ausgabe des Sensors; wobei das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel einen eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs basierend auf einer Abgasflussrate korrigiert, und das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel ferner den eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert, wenn ein Druckunterschied vor und hinter dem Filter nach einem Regenerationsvorgang des Filters hoch ist, im Vergleich dazu, wenn der Druckunterschied niedrig ist.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine gemäß dem ersten Aspekt, wobei der Sensor von einem elektrostatischen Einfangtyp ist, der den Feinstaub unter Verwendung eines elektrischen Feldes, das durch Anlegen einer Spannung über den Elektroden erzeugt wird, durch Anziehung des Feinstaubs an diesen einfängt; und das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel den eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert, wenn die Abgasflussrate hoch ist, im Vergleich dazu, wenn die Abgasflussrate niedrig ist.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine gemäß dem ersten Aspekt, wobei der Sensor von einem Trägheits-Einfangtyp ist, der den Feinstaub unter Ausnutzung der Trägheit des Feinstaubs, der sich entlang eines Abgasflusses bewegt, einfängt; und das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel den eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs auf einen kleineren Wert gerichtet korrigiert, wenn die Abgasflussrate hoch ist, im Vergleich dazu, wenn die Abgasflussrate niedrig ist.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine gemäß dem ersten bis dritten Aspekt, wobei das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel den eingeschätzten Wert des Feinstaubs auf einen kleineren Wert gerichtet korrigiert, wenn die Impedanz niedrig ist, im Vergleich dazu, wenn die Impedanz hoch ist.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine gemäß dem vierten Aspekt, ferner aufweisend: ein Mittel zum Zurücksetzen des Sensors, wobei Feinstaub, der sich auf dem Sensor abgesetzt hat, verbrannt und entfernt wird, wobei das Parameter-Erlangungsmittel die Impedanz misst, wenn der Sensor nach einem Zurücksetzen des Sensors eine vorbestimmte Temperatur einnimmt.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein vorbestimmter Parameter erlangt, der als einen Index dient, mit welchem sich der Feinstaub in dem Abgas auf dem Sensor absetzt, und basierend auf dem erlangten Parameter kann der eingeschätzte Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs korrigiert werden. Dies ermöglicht die Auswirkung, dass ein Faktor, der die Rate verändert, mit welcher sich der Feinstaub in dem Abgas auf dem Sensor absetzt, angemessen korrigiert wird, wodurch es ermöglicht wird, eine Genauigkeit zur Einschätzung der Ausstoßmenge des Feinstaubs zu verbessern.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Auswirkung, dass die Abgasflussrate in der Nähe des Sensors angemessen korrigiert werden kann, wodurch es ermöglicht wird, eine Genauigkeit zur Einschätzung der Ausstoßmenge des Feinstaubs zu verbessern.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Auswirkung, dass in einem System, das einen Sensor des elektrostatischen Einfangtyps einschließt, die Abgasflussrate in der Nähe des Sensors angemessen korrigiert werden kann, wodurch es ermöglicht wird, eine Genauigkeit zur Einschätzung der Ausstoßmenge des Feinstaubs zu verbessern.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Auswirkung, das in einem System, das einen Sensor des Trägheits-Einfangtyps einschließt, die Abgasflussrate in der Nähe des Sensors angemessen korrigiert werden kann, wodurch es ermöglicht wird, eine Genauigkeit zur Einschätzung der Ausstoßmenge des Feinstaubs zu verbessern.
Der fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Auswirkung, dass eine Verdichtung der Elektroden oder eine Vergiftung der Elektroden durch ein Korrigieren des eingeschätzten Werts der Ausstoßmenge des Feinstaubs basierend auf einer Impedanz zwischen den Elektroden angemessen korrigiert werden kann. Dies ermöglicht es, eine Genauigkeit zur Einschätzung der Ausstoßmenge des Feinstaubs zu verbessern.
Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Auswirkung, dass eine Verdichtung der Elektroden oder eine Vergiftung der Elektroden angemessen korrigiert werden kann, wodurch es ermöglicht wird, eine Genauigkeit zur Einschätzung der Ausstoßmenge des Feinstaubs zu verbessern.
Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Auswirkung, dass eine Änderung der Impedanz aufgrund der Temperatur ausgeschlossen wird, indem eine Messung der Impedanz vorgenommen wird, wenn der Sensor eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Dies ermöglicht eine Vereinfachung einer angemessenen Korrektur.
Der achte Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Auswirkung, dass die Vergiftung der Elektroden basierend auf dem Druckunterschied vor und hinter dem Filter, nach dem Regenerationsvorgang des Filters zum Einfangen des Feinstaubs, angemessen korrigiert werden kann. Dies ermöglicht es, eine Genauigkeit zur Einschätzung der Ausstoßmenge des Feinstaubs zu verbessern.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus eines Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht, die einen PM-Sensor zeigt.
3 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines Sensorelementabschnitts des PM-Sensors zeigt.
4 ist eine schematische Schnittansicht entlang einer Linie A-B aus 3.
5 veranschaulicht schematisch, wie sich der PM (Feinstaub) zwischen den Elektroden absetzt.
6 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einer Sensorausgabe des PM-Sensors und einer PM-Ausstoßmenge zeigt.
7 ist ein Graph, der Ergebnisse eines Experiments zur Erfassung der PM-Ausstoßmenge unter Verwendung des PM-Sensors zeigt.
8 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen der Sensorausgabe des PM-Sensors und der PM-Ausstoßmenge zeigt, wenn die PM-Ausstoßmenge jeweils bei einer hohen, mittleren und niedrigen Abgasflussrate erfasst wird.
9 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen dem eingeschätzten Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge und einer mittleren Abgasflussrate zeigt.
10 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen dem eingeschätzten Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge und der Impedanz zwischen den Elektroden zeigt.
11 ist ein Kennfeld, das einen Korrekturkoeffizienten zum Korrigieren des eingeschätzten Werts Mpm der PM-Ausstoßmenge basierend auf der Impedanz zwischen den Elektroden zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zeigt, die bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
13 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einem Druckunterschied vor und hinter einem Partikelfilter nach einem PM-Regenerationsvorgang und dem eingeschätzten Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge zeigt.

ART UND WEISEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und weitere Beschreibungen zu diesen Teilen werden ausgelassen.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus eines Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 1 umfasst das System dieser Ausführungsform eine Verbrennungsmaschine 20. Die Verbrennungsmaschine 20 ist als Antriebsleistungsquelle beispielsweise in einem Fahrzeug angebracht. Ein Partikelfilter 24 mit einer Funktion zum Einfangen von Feinstaub (nachstehend als „PM“ bezeichnet), der in einem Abgas enthalten ist, ist auf mittlerem Wege entlang eines Abgasdurchlasses 22 der Verbrennungsmaschine 20 angeordnet. Ein PM-Sensor 2, der den Feinstaub erfassen kann, ist an dem Abgasdurchlass 22 stromabwärts von dem Partikelfilter 24 angeordnet.
Das System dieser Ausführungsform umfasst ferner eine elektronische Steuereinheit (ECU) 50. Zusätzlich zu dem PM-Sensor 2 sind verschiedene Typen von anderen Maschinensteuersensoren einschließlich einem Luftflussmesser 26, einem Kurbelwinkelsensor 28, einem Gaspedalpositionssensor 30 und einem Druckunterschiedsensor 32, sowie verschiedene Typen von Maschinensteuerstellgliedern einschließlich einem Kraftstoffinjektor, nicht dargestellt, mit der ECU 50 elektrisch verbunden. Insbesondere erfasst der Luftflussmesser 26 eine Lufteinlassmenge der Verbrennungsmaschine 20. Der Kurbelwinkelsensor 28 erfasst einen Drehwinkel einer Abgangswelle der Verbrennungsmaschine 20. Der Gaspedalpositionssensor 30 erfasst einen Betätigungsbetrag eines Gaspedals (nachstehend als „Gaspedalposition“ bezeichnet) bei einem Fahrersitz des Fahrzeugs in dem die Verbrennungsmaschine 20 angebracht ist. Der Druckunterschiedsensor 32 erfasst einen Druckunterschied vor und hinter dem Partikelfilter 24.
Bei dieser Ausführungsform ist der PM-Sensor 2 stromabwärts von dem Partikelfilter 24 angeordnet, wodurch es möglich wird, eine Menge des PM (bzw. Feinstaubs), der an der Seite stromabwärts von dem Partikelfilter 24 ausgestoßen wird, zu erfassen. Falls der Partikelfilter 24 fehlerhaft wird, resultiert daraus eine verringerte PM-Entfernungsrate, so dass die Menge des PM, der auf der Seite stromabwärts von dem Partikelfilter 24 ausgestoßen wird, stark zunimmt. Ob der Partikelfilter 24 fehlerhaft ist, kann bei dieser Ausführungsform basierend auf der PM-Ausstoßmenge auf der Seite stromabwärts von dem Partikelfilter 24, die durch den PM-Sensor 2 gemessen wird, genau erfasst werden.
Es ist allerdings zu beachten, dass die Position, an welcher der PM-Sensor 2 angeordnet ist, bei der vorliegenden Erfindung nicht lediglich auf die Seite stromabwärts von dem Partikelfilter 24 beschränkt ist. Der PM-Sensor 2 kann beispielsweise an einer Position angeordnet sein, an welcher der PM, der von der Verbrennungsmaschine 20 ausgestoßen wird, direkt erfasst wird.
2 ist eine Schnittansicht, die den PM-Sensor 2 zeigt. 3 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines Sensorelementabschnitts des PM-Sensors 2 zeigt. Mit Bezug auf 2, umfasst der PM-Sensor 2 eine Abdeckung 4 und einen Elementabschnitt 6, der in einem Raum innerhalb der Abdeckung 4 angeordnet ist. Die Abdeckung 4 weist eine Mehrzahl von Löchern auf, durch die ein Gas hindurch tritt. Das Abgas fließt durch die Mehrzahl von Löchern in die Abdeckung 4, so dass der Elementabschnitt 6 mit dem Abgas in Kontakt steht.
Mit Bezug auf 3, umfasst der Elementabschnitt 6 ein Paar von Elektroden 8, 10, die auf der Oberfläche desselben angeordnet sind. Die Elektroden 8, 10 sind in einem Zustand angeordnet, in dem sie nicht miteinander in Kontakt stehen und voneinander beabstandet sind. Jede der Elektroden 8, 10 umfasst einen dichten Bereich, in dem die Elektroden im Vergleich mit anderen Teilen dicht angeordnet sind. Genauer genommen umfassen die Elektroden 8, 10 an dem anderen Bereich des dichten Bereichs jeweils leitfähige Teile 8a, 10a, wobei sich die leitfähigen Teile 8a, 10a in einer Längsrichtung des Elementabschnitts 6 erstrecken. Der dichte Bereich in der Nähe eines vorderen Endes des Elementabschnitts 6 umfasst die leitfähigen Teile 8a, 10a und eine Mehrzahl von leitfähigen Teilen 8b, 10b, die in einer Richtung ausgebildet sind, die sich senkrecht zu den leitfähigen Teilen 8a, 10a erstreckt. Insbesondere umfassen die Elektroden 8, 10 jeweils die leitfähigen Teile 8b, 10b, von denen jedes der leitfähigen Teile 8b, 10b in einer wabenförmigen Struktur an dem dichten Bereich des Elementabschnitts 6 angeordnet ist, wobei die wabenförmigen Strukturen ineinandergreifen.
4 ist eine schematische Schnittansicht entlang einer Linie A-B in 3. Die obere Seite in 4 entspricht einer vorderen Oberflächenseite des Elementabschnitts 6 in 3. 5 stellt schematisch dar, wie sich der PM zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt.
Mit Bezug auf 4, sind die Elektroden 8, 10 in Kontakt mit einer Isolationsschicht 12 angeordnet. Die Isolationsschicht 12 hat die Funktion, dass der PM daran klebt. Temperatursensoren 14 (Temperaturerfassungsmittel), wie zum Beispiel ein Thermoelement, sind in der Isolationsschicht 12 an Positionen in der Nähe der Elektroden 8, 10 eingebettet, so dass sie mit dieser zusammenhängen.
Jede der Elektroden 8, 10 ist beispielsweise über eine Leistungsschaltung mit einer Leistungsquelle (nicht dargestellt) verbunden. Dies ermöglicht es, über den Elektroden 8, 10 eine Spannung anzulegen. Das Anlegen der Spannung erzeugt ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 8, 10. Das elektrische Feld zieht den geladenen PM in dem Abgas an, wodurch sich der PM zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt (siehe 5).
Jeder der Temperatursensoren 14 ist über eine vorbestimmte Schaltung mit einem Detektor (nicht dargestellt) verbunden, um eine elektromotorische Kraft, die in diesen erzeugt wird, zu erfassen. Die Erfassung der elektromotorischen Kraft der Temperatursensoren 14 ermöglicht es, Temperaturen in der Nähe der Elektroden 8, 10 zu erfassen.
Ein Heizer 16 (Heizmittel) ist in einer Schicht unter den Temperatursensoren 14 eingebettet. Der Heizer 16 ist derart ausgebildet, dass ein Wärmemittelpunkt desselben in einer Schicht unmittelbar unter den dichten Bereichen der Elektroden 8, 10 angeordnet ist, um somit sicherzustellen, dass insbesondere die dichten Bereiche effizient beheizt werden. Der Heizer 16 wird beispielsweise durch eine Leistungsschaltung mit Energie versorgt.
Der Detektor, die Leistungsschaltung und dergleichen sind mit der ECU 50 elektrisch verbunden und werden von dieser gesteuert. Der PM-Sensor 2 gibt eine Sensorausgabe aus, die dem elektrischen Widerstand über den Elektroden 8, 10 entspricht. Die ECU 50 kann die PM-Ausstoßmenge (eine Menge des PM, welche die Position durchläuft, an welcher der PM-Sensor 2 angeordnet ist) basierend auf der Sensorausgabe von dem PM-Sensor 2 erfassen.
Wenn die Menge des PM, die sich zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt, eine vorbestimmte Grenze überschreitet, muss der abgesetzte PM entfernt werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Heizer 16 mit Energie versorgt, um hierdurch den Elementabschnitt 6 zu beheizen, wodurch ermöglicht wird, dass die Menge des PM, die sich zwischen den Elektroden 8, 10 abgesetzt hat, verbrannt und entfernt wird. Eine Energieversorgung des Heizers 16, um hierdurch den PM zu entfernen, der sich zwischen den Elektroden 8, 10 abgesetzt hat, wird als „reset“ (bzw. Zurücksetzen) bezeichnet.
Eine Erfassung der PM-Ausstoßmenge wird in einem Zustand begonnen, in dem der PM-Sensor 2 zurückgesetzt ist. 6 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen der Sensorausgabe des PM-Sensors 2, wenn die PM-Ausstoßmenge erfasst wird, und der PM-Ausstoßmenge zeigt. Die PM-Ausstoßmenge, die in 6 durch die X-Achse dargestellt ist, ist eine Gesamtmenge des PM, der die Position, an welcher der PM-Sensor 2 angeordnet ist, nach dem Zurücksetzen durchlaufen hat.
Wenn der PM-Sensor 2 in einem zurückgesetzten Zustand ist, ist ein Pfad über den Elektroden 8, 10 isoliert. Wenn der Pfad über den Elektroden 8, 10 isoliert ist, ist die Sensorausgabe null. Daher ist die Sensorausgabe zu Beginn einer Erfassungssequenz null, wie in 6 gezeigt ist. Die linke Abbildung aus 5 zeigt einen Zustand, in dem ein leitfähiger Pfad noch gebildet werden muss, obwohl der PM beginnt, sich zwischen den Elektroden 8, 10 abzusetzen. In diesem Zustand bleibt der Pfad über den Elektroden 8, 10 isoliert, so dass die Sensorausgabe null bleibt. Wenn sich der PM weiter zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt und die Menge des abgesetzten PM einen bestimmten Pegel erreicht, bildet der abgesetzte PM einen leitfähigen Pfad zwischen den Elektroden 8, 10, wie in der rechten Abbildung aus 5 gezeigt ist. Eine Bildung eines solchen leitfähigen Pfades verringert den elektrischen Widerstand über den Elektroden 8, 10, womit die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen. Wenn die Menge des abgesetzten PM weiter zunimmt, wird der leitfähige Pfad größer, so dass der elektrische Widerstand über den Elektronen 8, 10 weiter abnimmt. Somit nimmt die Sensorausgabe mit einem abnehmenden elektrischen Widerstand über den Elektroden 8, 10 zu.
Das elektrische Feld, das durch das Anlegen der Spannung über den Elektroden 8, 10 erzeugt wird, bewirkt, dass der Feinstaub bzw. die Aerosole bzw. die Schwebstoffe bzw. die partikelförmige Materie (PM), die in dem Abgas enthalten ist, das hinter der Position fließt, an welcher der PM-Sensor 2 angeordnet ist, von dem PM-Sensor 2 angezogen wird und sich zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt. Je größer die Menge des PM ist, der sich hinter der Position bewegt, an welcher der PM-Sensor 2 angeordnet ist (die PM-Ausstoßmenge), desto größer ist somit die Menge des PM, der sich zwischen den Elektroden 8, 10 absetzen soll. Demzufolge besteht eine Korrelation zwischen der PM-Ausstoßmenge und der Menge des PM, der sich zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt. Ferner besteht ein zuvor genanntes Verhältnis zwischen der Menge des PM, der sich zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt, und der Sensorausgabe. Insbesondere wenn die Menge des PM, der sich zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt, einen vorbestimmten Pegel erreicht, wird ein leitfähiger Pfad gebildet und die Sensorausgabe beginnt, von null an zu zunehmen. Wenn die abgesetzte Menge des PM in weiter zunimmt, nimmt die Sensorausgabe weiter zu. Demnach kann von einem Verhältnis zwischen dem Sensorausgang und der PM-Ausstoßmenge ausgegangen werden, wie sie in 6 gezeigt ist. Die PM-Ausstoßmenge kann daher basierend auf der Sensorausgabe ermittelt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die PM-Ausstoßmenge eingeschätzt, wenn die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen (wenn der leitfähige Pfad gebildet ist). Insbesondere wird die PM-Ausstoßmenge wie folgt eingeschätzt. Bei dem Verhältnis, das in 6 gezeigt ist, kann davon ausgegangen werden, dass die PM-Ausstoßmenge für eine Zeitdauer vom Abschluss des Zurücksetzens bis zu einem Zeitpunkt, bei dem die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen, ein vorbestimmter Wert Mpm (z.B. 30 mg) ist. Nach dem Zurücksetzen des PM-Sensors 2 und dem Beginn einer Erfassungssequenz, schätzt die ECU 50 ein, wenn die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen, dass die PM-Ausstoßmenge für die Zeitdauer vom Abschluss des Zurücksetzens bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen, Mpm ist.
Mit Bezug auf 6, bleibt die Sensorausgabe für die Zeitdauer vom Zurücksetzen bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen, unverändert bei null. Insbesondere ist die Zeitdauer, bis die Sensorausgabe nach dem Zurücksetzen beginnt, von null an zuzunehmen, eine unwirksame Zone, in welcher die Sensorausgabe nicht auf die PM-Ausstoßmenge reagiert. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Zeitdauer, bis die Sensorausgabe nach dem Zurücksetzen beginnt, von null an zuzunehmen, als „Zeit der unwirksamen Zone“ bzw. „Zeit des Totbereichs“ bezeichnet.
Das Verfahren zum Einschätzen der PM-Ausstoßmenge gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das Einschätzen der PM-Ausstoßmenge zu dem Zeitpunkt beschränkt, an dem die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen. Wenn die Sensorausgabe Y ist, kann die ECU 50, wie in 6 gezeigt ist, insbesondere einschätzen, dass die PM-Ausstoßmenge für eine Zeitdauer vom Abschluss des Zurücksetzens bis zu dem bestimmten Zeitpunkt β ist.
Nach Abschluss der oben beschriebenen Erfassung der PM-Ausstoßmenge bestimmt die ECU 50 beispielsweise basierend auf der Sensorausgabe, ob die Menge des PM, der sich zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt, einen Pegel erreicht, bei dem ein Zurücksetzen erforderlich ist. Falls bestimmt wird, dass die abgesetzte Menge des PM den Pegel erreicht, bei dem ein Zurücksetzen erforderlich ist, setzt die ECU 50 den PM-Sensor 2 zurück. Nachdem das Zurücksetzen des PM-Sensors 2 abgeschlossen ist, beginnt die nächste Sequenz zum Erfassen der PM-Ausstoßmenge.
Der Erfinder führte ein Experiment zum Erfassen der PM-Ausstoßmenge unter Verwendung des PM-Sensors 2 bei verschiedenen Fahrbedingungen (Fahrmodi) mit dem Fahrzeug, an dem die Verbrennungsmaschine 20 angebracht ist, durch. Bei diesem Experiment wurde ein Abgas-Analysator verwendet, um die PM-Ausstoßmenge für die Zeitdauer vom Abschluss des Zurücksetzens bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Sensor beginnt, von null an zuzunehmen (der Punkt, an dem ein vorbestimmter Schwellwert überschritten wird) genau zu messen. 7 zeigt Ergebnisse des Experiments, wobei jeder schwarze Punkt ein experimentelles Ergebnis unter jeweils verschiedenen Fahrzuständen darstellt. Wie in 7 gezeigt ist, zeigen einige experimentellen Ergebnisse, dass die tatsächliche PM-Ausstoßmenge, die mit dem Abgas-Analysator gemessen wurde, im Wesentlichen mit dem eingeschätzten Wert Mpm des PM-Sensors 2 übereinstimmt, wohingegen andere zeigen, dass zwischen den beiden ein Unterschied besteht. Insbesondere besteht ein großer Unterschied zwischen der tatsächlichen PM-Ausstoßmenge und dem eingeschätzten Wert Mpm des PM-Sensors 2, wie durch die eingefügte gepunktete Linie gezeigt ist.
Eine Ursache dafür, dass der eingeschätzte Wert Mpm des PM-Sensors 2 nicht mit der tatsächlichen PM-Ausstoßmenge übereinstimmt, liegt darin, dass eine Abgasflussrate an einer Position in der Nähe des PM-Sensors 2 (nachstehend vereinfacht als „Abgasflussrate“ bezeichnet) übereinstimmend mit den Fahrbedingungen des Fahrzeugs variiert. 8 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen der Sensorausgabe des PM-Sensors 2 und der PM-Ausstoßmenge zeigt, wenn die PM-Ausstoßmenge jeweils bei einer hohen, mittleren und niedrigen Abgasflussrate erfasst wird. In 8 soll A die PM-Ausstoßmenge sein, wenn die Sensorausgabe bei einer relativ niedrigen Abgasflussrate beginnt, von null an zuzunehmen, C soll die PM-Ausstoßmenge sein, wenn die Sensorausgabe bei einer relativ hohen Abgasflussrate beginnt, von null an zuzunehmen, und B soll die PM-Ausstoßmenge sein, wenn die Sensorausgabe bei einer mittleren Abgasflussrate beginnt, von null an zuzunehmen. Es gilt dann das Verhältnis A > B > C.
Bei dem PM-Sensor 2 dieser Ausführungsform bewirkt das elektrische Feld, das durch Anlegen der Spannung über den Elektroden 8, 10 erzeugt wird, dass der im Abgas enthaltene PM von dem Elementabschnitt 6 angezogen wird und sich zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt. Zu dieser Zeit gilt, je höher die Abgasflussrate ist, desto kleiner ist die Rate, mit der sich der im Abgas enthaltene PM zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt. Dies liegt daran, dass eine höhere Abgasflussrate mit einer größeren Fließkraft einhergeht, so dass der PM nicht so leicht von dem Elementabschnitt 6 angezogen wird. Dies führt zu den in 8 gezeigten den Linien. Wenn die Abgasflussrate niedrig ist, ist die Rate, mit der sich der im Abgas enthaltene PM zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt, groß. Somit wird ein leitfähiger Pfad zwischen den Elektroden 8, 10 gebildet und die Sensorausgabe nimmt von null an zu, wenn die PM-Ausstoßmenge A erreicht. Wenn im Gegensatz hier zu die Abgasflussrate hoch ist, ist die Rate, mit der sich der im Abgas enthaltene PM zwischen den Elektroden 8, 9 absetzt, klein. Somit wird ein leitfähiger Pfad zwischen den Elektroden 8, 10 gebildet und die Sensorausgabe nimmt von null an zu, wenn die PM-Ausstoßmenge C (> A) erreicht. Wenn die Abgasflussrate mittelgroß ist, ist die Rate, mit der sich der im Abgas enthaltene PM zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt, ebenfalls mittelgroß. Wenn die PM-Ausstoßmenge B erreicht (A > B > C), wird somit ein leitfähiger Pfad zwischen den Elektroden 8, 10 gebildet und die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen.
Um die oben beschriebene Auswirkung der Abgasflussrate zu korrigieren, muss der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge für die Zeitdauer vom Abschluss des Zurücksetzens des PM-Sensors 2 bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen, wie folgt korrigiert werden. Insbesondere wenn die Abgasflussrate niedrig ist, muss der eingeschätzte Wert Mpm auf einen relativ kleinen Wert, wie das oben erwähnte A korrigiert werden. Wenn die Abgasflussrate hoch ist, muss der eingeschätzte Wert Mpm auf einen relativ großen Wert, wie das oben erwähnte C korrigiert werden. Wenn die Abgasflussrate mittelgroß ist, muss der eingeschätzte Wert Mpm auf einen mittleren Wert, wie das oben erwähnte B korrigiert werden. Bei dieser Ausführungsform muss der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge wie folgt korrigiert werden. 9 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen dem eingeschätzten Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge und einer durchschnittlichen Abgasflussrate zeigt. Die durchschnittliche Abgasflussrate, die in 9 durch die X-Achse dargestellt ist, ist ein Durchschnittswert der Abgasflussrate für die Dauer der Erfassung der PM-Ausstoßmenge (die Zeitdauer vom Abschluss des Zurücksetzens bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen). Das Kennfeld, das in 9 gezeigt ist, ist derart eingestellt, dass je höher die durchschnittliche Abgasflussrate ist, desto größer der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge ist. Aus dem oben beschriebenen Grund, kann die Auswirkung der Abgasflussrate durch Korrigieren des eingeschätzten Werts Mpm der PM-Ausstoßmenge basierend auf dem in 9 gezeigten Kennfeld angemessen korrigiert werden.
In einer von dem Erfinder durchgeführten Studie wurde ebenfalls herausgefunden, dass auch durch eine Alterungsbeeinträchtigung des PM-Sensors 2 ein Fehler des eingeschätzten Werts Mpm der PM-Ausstoßmenge erzeugt werden kann. Die Alterungsbeeinträchtigung umfasst insbesondere zum Beispiel ein Verdichtung der Elektroden 8, 10 und eine Vergiftung der Elektroden 8, 10. Die Verdichtung der Elektroden 8, 10 tritt auf, wenn die Elektroden 8, 10 geschmolzen verformt werden, da elektrische Ladungen zwischen diesen auftreten. Wenn die Verdichtung der Elektroden 8, 10 auftritt, wird ein Abstand zwischen den Elektroden 8, 10 enger, was zu einer erhöhten Intensität des elektrischen Feldes führt, das zwischen diesen erzeugt wird. Demzufolge nimmt die Kraft zu, mit welcher der im Abgas enthaltene PM von dem Elementabschnitt 6 angezogen wird, so dass die Rate, mit der sich der im Abgas enthaltene PM zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt, zunimmt. Falls die Ansammlung bzw. Verdichtung der Elektroden 8, 10 auftritt, wird daher ein leitfähiger Pfad gebildet und der Sensorausgang beginnt zu einer früheren Zeit als üblich, von null an zuzunehmen. Falls die Verdichtung an den Elektroden 8, 10 auftritt, muss daher der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge auf einen kleineren Wert gerichtet korrigiert werden, um die Auswirkung der Verdichtung zu korrigieren.
Die Vergiftung der Elektroden 8, 10 tritt andererseits dann auf, wenn eine isolierende giftige Substanz, solche, die im Allgemeinen Asche genannt wird, zwischen den Elektroden 8, 10 anhaftet und sich absetzt. Wenn die Vergiftung der Elektroden 8, 10 auftritt, wird die Intensität des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 8, 10 verringert, so dass die Kraft, mit welcher der im Abgas enthaltene PM von dem Elementabschnitt 6 angezogen wird, abnimmt. Demzufolge nimmt die Rate, mit der sich der im Abgas enthaltene PM zwischen den Elektroden 8, 10 absetzt, zu. Falls die Vergiftung der Elektroden 8, 10 auftritt, dauert es daher länger als üblich, bis ein leitfähiger Pfad gebildet wird, und die Sensorausgabe beginnt zu einer späteren Zeit als üblich, von null an zuzunehmen. Falls die Vergiftung der Elektroden 8, 10 auftritt, muss daher der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert werden, um die Auswirkung der Vergiftung korrigieren.
Die Ansammlung bzw. Verdichtung oder Vergiftung der Elektroden 8, 10 kann nach einem Zurücksetzen durch Messung einer Impedanz zwischen den Elektroden 8, 10 erfasst werden (nachstehend vereinfacht als „Impedanz“ bezeichnet). Die Impedanz nach dem Zurücksetzen wird insbesondere in einem Zustand, bei dem der abgesetzte PM zwischen den Elektroden 8, 10 entfernt ist, nicht durch den abgesetzten PM beeinträchtigt und dient somit als Index, der den Zustand der Elektroden 8, 10 darstellt. Die Verdichtung der Elektroden 8, 10 verringert die Impedanz, wohingegen die Vergiftung der Elektroden 8, 10 die Impedanz erhöht. In Anbetracht dessen, kann bei dieser Ausführungsform bestimmt werden, dass die Verdichtung der Elektroden 8, 10 auftritt, wenn die Impedanz niedriger als ein normaler Wert ist, und der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge wird auf einen kleineren Wert gerichtet korrigiert. Falls im Gegensatz hier zu die Impedanz höher als der normale Wert ist, kann bestimmt werden, dass die Vergiftung der Elektroden 8, 10 auftritt und der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge wird auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert. 10 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen dem eingeschätzten Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge und der Impedanz zeigt. Falls, mit Bezug auf 10, die Impedanz niedrig ist, wird der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge auf einen kleineren Wert gerichtet korrigiert, und falls die Impedanz hoch ist, wird der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert. Die Auswirkung der Verdichtung oder der Vergiftung der Elektroden 8, 10 kann dadurch angemessen korrigiert werden.
Es ist zu beachten, dass bestimmt werden kann, dass ein unterbrochener Stromkreis oder der artiger Fehler der Auslöser sein kann, falls die Impedanz außerordentlich hoch ist. Wie in Fig. von 10 gezeigt ist, kann der PM-Sensor 2 daher als fehlerhaft bestimmt werden, falls die Impedanz eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
11 ist ein Kennfeld, das einen Korrekturkoeffizienten zum Korrigieren des eingeschätzten Werts Mpm der PM-Ausstoßmenge basierend auf der Impedanz zeigt. Das Kennfeld, das in 11 gezeigt ist, stellt eine in 10 gezeigte Tendenz dar, die in einen entsprechenden Korrekturkoeffizienten umgewandelt ist. Bei dieser Ausführungsform wird eine Korrektur basierend auf der Abgasflussrate und der Impedanz, die im Verhältnis zu dem eingeschätzten Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge steht, vorgenommen. Die auf der Abgasflussrate basierende Korrektur wird übereinstimmend mit dem Kennfeld vorgenommen, das in 9 gezeigt ist. Der eingeschätzte Wert Mpm, welcher der zuvor genannten Korrektur unterzogen wurde, wird danach mit dem Korrekturkoeffizienten multipliziert, der aus dem Kennfeld von 11 erlangt wird, welches die auf der Impedanz basierende Korrektur ist.
12 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf zeigt, der von der ECU 50 durchgeführt wird, wenn bei dieser Ausführungsform die PM-Ausstoßmenge erfasst werden soll. Bei dem in 12 gezeigten Ablauf wird zunächst ein Zurücksetzen des PM-Sensors 2 begonnen (Schritt 100). Wenn der zwischen den Elektroden 8, 10 abgesetzte PM entfernt ist, ist das Zurücksetzen des PM-Sensors 2 abgeschlossen (Schritt 102).
Anschließend wird eine Impedanz gemessen (Schritt 104). Der Elementabschnitt 6 weist eine hohe Temperatur auf, da er während dem Zurücksetzen durch den Heizer 16 beheizt wird. Nach dem das Zurücksetzen abgeschlossen ist und der Heizer 16 ausgeschaltet ist, beginnt die Temperatur des Elementabschnitts 6 abzunehmen. Die Impedanz wird gemessen, wenn eine Temperatur, die durch den Temperatursensor 14 erfasst wird, eine vorbestimmte Temperatur einnimmt während die Temperatur des Elementabschnitts 6 abnimmt. Die Impedanz variiert auch in Abhängigkeit der Temperatur. Bei dem vorhergehenden Vorgang kann die Impedanz für jeden Ablauf bei einer bestimmten Temperatur gemessen werden. Hiermit wird eine Auswirkung der Temperatur auf eine Impedanzänderung ausgeschlossen. Wenn die Impedanz gemessen wird, wird der Korrekturkoeffizient aus der Impedanz basierend auf dem in 11 gezeigten Kennfeld berechnet.
Nachdem das Zurücksetzen des PM-Sensors 2 abgeschlossen ist und das Erfassen der PM-Ausstoßmenge begonnen hat, berechnet die ECU 50 sequenziell eine durchschnittliche Abgasflussrate Vave (Schritt 106). Insbesondere wird die Abgasflussrate zunächst basierend auf der Lufteinlassmenge berechnet, die durch den Luftflussmesser 26 erfasst wird. Basierend auf einem Verlauf der somit berechneten Abgasflussrate wird eine durchschnittliche Abgasflussrate Vave für eine Zeitdauer von Beginn der Erfassung der PM-Ausstoßmenge bis zu einem derzeitigen Zeitpunkt sequenziell berechnet. Falls ein Abgastemperatursensor zum Erfassen einer Abgastemperatur oder ein Abgasdrucksensor zum Erfassen eines Abgasdrucks angebracht ist, kann die Abgasflussrate ebenso unter Verwendung eines erfassten Werts der Abgastemperatur oder des Abgasdrucks mit noch höherer Genauigkeit berechnet werden.
Zudem bestimmt die ECU 50 sequenziell, ob die Sensorausgabe des PM-Sensors 2 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet (Schritt 108). Falls die Sensorausgabe den Schwellwert überschreitet, wird bestimmt, dass eine Änderung der Sensorausgabe auftritt (die Sensorausgabe beginnt, von null an zuzunehmen). In diesem Fall ist die Berechnung der durchschnittlichen Abgasflussrate Vave sowie ein Vorgang zum Berechnen eines korrigierten eingeschätzten Werts Mpm der PM-Ausstoßmenge abgeschlossen (Schritt 110). Bei Schritt 110 wird der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge, für den eine Korrektur gegen die Auswirkung der Abgasflussrate vorgenommen wurde, basierend auf der berechneten durchschnittlichen Abgasflussrate Vave und dem in 9 gezeigten Kennfeld berechnet. Danach wird der somit berechnete Wert mit dem Korrekturkoeffizienten multipliziert, welcher auf der in Schritt 104 berechneten Impedanz basiert, um hierdurch zu einem finalen eingeschätzten Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge zu gelangen, für den eine Korrektur gegen die Auswirkung einer Verdichtung der Elektroden oder die Auswirkung einer Vergiftung der Elektroden 8, 10 vorgenommen worden ist.
Wie hier zuvor beschrieben wurde, können bei dieser Ausführungsform die Auswirkungen der Abgasflussrate und der Verdichtung der Elektroden oder Vergiftung der Elektroden 8, 10 angemessen korrigiert werden. Dies ermöglicht eine genaue Einschätzung der PM-Ausstoßmenge.
Bei der Ausführungsform werden die Korrekturen sowohl Hinblick auf die Auswirkung der Abgasflussrate als auch auf die Verdichtung oder Vergiftung der Elektroden 8, 10 vorgenommen. Allerdings kann auch nur eine der vorhergehenden Korrekturen vorgenommen werden, wie beispielsweise im folgenden Fall. Insbesondere falls der PM-Sensor 2 noch neu ist, kann bestimmt werden, dass ein Auftreten der Verdichtung oder Vergiftung der Elektroden 8, 10 unwahrscheinlich ist. In einem solchen Fall, ist die Korrektur lediglich hinsichtlich der Auswirkung der Abgasflussrate vorzunehmen. Anderenfalls soll die Korrektur für eine Verbrennungsmaschine, die jederzeit unter einer konstanten Maschinenlast und einer konstanten Maschinendrehzahl betrieben wird, lediglich hinsichtlich der Auswirkung der Verdichtung oder Vergiftung der Elektroden 8, 10 vorgenommen werden, da keine Änderungen der Abgasflussrate vorliegen.
Für die Korrektur hinsichtlich der Vergiftung der Elektroden 8, 10 kann anstelle des oben beschriebenen Verfahrens, das auf der Impedanz basiert, das folgende Verfahren eingesetzt werden. Wenn die Menge des PM zunimmt, der sich auf dem Partikelfilter 24 absetzt, nimmt ein Luftflusswiderstand des Partikelfilters 24 zu, wodurch eine hohe Druckdifferenz vor und hinter dem Partikelfilter 24 erzeugt wird. Bei dem in 1 gezeigten System wird bestimmt, dass die Menge des PM, der sich auf dem Partikelfilter 24 absetzt, groß ist und ein PM-Regenerationsvorgang zum Verbrennen des abgesetzten PM durchgeführt wird. Der PM-Regenerationsvorgang ist wohl bekannt und eine Beschreibung desselben wird ausgelassen. Wenn der PM-Regenerationsvorgang durchgeführt ist und der abgesetzte PM entfernt ist, ist der Druckunterschied, der durch den Druckunterschiedsensor 32 erfasst wird, gegenüber einem normalen Wert normalerweise verringert. Der Druckunterschied, der durch den Druckunterschiedsensor 32 erfasst wird, muss selbst nach dem PM-Regenerationsvorgang nicht jederzeit gegenüber dem normalen Wert verringert sein. In einem solchen Fall kann bestimmt werden, dass sich eine große Menge einer giftigen Substanz, wie z.B. Asche, auf dem Partikelfilter 24 abgesetzt hat. Die giftige Substanz wird bei einer Temperatur des PM-Regenerationsvorgangs nicht verbrannt und entfernt. Demzufolge wird der Luftflusswiderstand des Partikelfilters 24 selbst nach dem PM-Regenerationsvorgang aufgrund einer Auswirkung der abgesetzten giftigen Substanz nicht ausreichend verringert, so dass der Druckunterschied, der durch den Druckunterschiedsensor 32 erfasst wird, hoch ist. Demnach dient der Druckunterschied, der nach dem PM-Regenerationsvorgang durch den Druckunterschiedsensor 32 erfasst wird, als ein Index, der die Menge der abgesetzten giftigen Substanz auf dem Partikelfilter 24 aufzeigt. Falls der Partikelfilter 24 mit der giftigen Substanz besetzt ist, kann danach eingeschätzt werden, dass sich eine entsprechende Menge der giftigen Substanz zwischen den Elektroden 8, 10 des PM-Sensors 2 abgesetzt hat. Der Druckunterschied, der durch den Druckunterschiedsensor 32 nach dem PM-Regenerationsvorgang erfasst wird, kann daher als Index verwendet werden, der die Vergiftung der Elektroden 8, 10 aufzeigt. Falls insbesondere der Druckunterschied, der durch den Druckunterschiedsensor 32 erfasst wird, nach dem PM-Regenerationsvorgang höher ist, kann bestimmt werden, dass die Vergiftung der Elektroden 8, 10 auftritt, so dass der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert werden muss. 13 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen dem Druckunterschied vor und hinter dem Partikelfilter 24 nach dem PM-Regenerationsvorgang und dem eingeschätzten Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge zeigt, wenn der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge unter Verwendung eines solchen, oben beschriebenen Verfahrens korrigiert werden soll. Bei dem in 13 gezeigten Kennfeld wird eine Korrektur derart vorgenommen, dass je höher der Druckunterschied ist, desto größer der eingeschätzte Wert Mpm der PM-Ausstoßmenge ist. Die Auswirkung der Vergiftung der Elektroden 8, 10 kann dabei angemessen korrigiert werden.
Die Ausführungsform ist für ein beispielgebendes System beschrieben worden, das den PM-Sensor 2 vom elektrostatischen Einfangtyp umfasst, der den PM unter Verwendung des elektrischen Feldes, das durch das Anlegen einer Spannung über den Elektroden 8, 10 erzeugt wird, durch Anziehen des PM an den Elementabschnitt 6 einfängt. Die vorliegende Erfindung ist trotzdem an einem System anwendbar, das einen PM-Sensor vom Trägheits-Einfangtyp umfasst. Bei dem PM-Sensor vom Trägheits-Einfangtyp bewirkt eine Trägheit des PM, der sich entlang eines Flusses des Abgases bewegt, dass der PM mit dem Sensor-Elementabschnitt kollidiert, was dazu führt, dass der PM an dem Sensor-Elementabschnitt anhaftet und sich ablagert. Je höher die Abgasflussrate ist, desto schneller ist die Abgasflussrate und desto größer ist die PM-Trägheit, die daher zu einer größeren Rate führt, mit welcher sich der im Abgas enthaltene PM auf dem Sensor Elementabschnitt absetzt. Daher muss der PM-Sensor vom Trägheits-Einfangtyp dahingehend gerichtet korrigiert werden, dass er entgegengerichtet zu dem PM-Sensor des elektrostatischen Einfangtyps korrigiert wird, falls die PM-Ausstoßmenge basierend auf der Abgasflussrate korrigiert werden soll. Insbesondere falls die Abgasflussrate bei dem PM-Sensor vom Trägheits-Einfangtyp hoch ist, muss der eingeschätzte Wert der PM-Ausstoßmenge im Vergleich zu einem Fall, in dem die Abgasflussrate niedrig ist, auf einen kleineren Wert gerichtet korrigiert werden.
Die Abgasflussrate, die Impedanz und der Druckunterschied vor und hinter dem Partikelfilter 24, die in der ersten Ausführungsform oben beschrieben sind, entsprechen dem „vorbestimmten Parameter“ in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. In ähnlicher Weise vollbringt die Durchführung des Vorgangs von Schritt 104 oder 106 durch die ECU 50 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform das „Parameter-Erlangungsmittel“ in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, und die Durchführung des Vorgangs von Schritt 110 durch die ECU 50 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform vollbringt das „Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel“ in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.

2: PM-Sensor
6: Elementabschnitt
8, 10: Elektrode
12: Isolationsschicht
14: Temperatursensor
16: Heizer
20: Verbrennungsmaschine
22: Abgasdurchlass
24: Partikelfilter
32: Druckunterschiedsensor
50: ECU

Claims

Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine (20), wobei die Vorrichtung aufweist: einen Sensor (2), der an einem Abgasdurchlass (22) der Verbrennungsmaschine (20) angeordnet ist, wobei der Sensor (2) eine Isolationsschicht (12), an welcher der Feinstaub in dem Abgas anhaften kann, und ein Paar von Elektroden (8, 10) umfasst, um den Feinstaub in einem Abgas zu erfassen; einen Filter (24), der an dem Abgasdurchlass (22) angeordnet ist, wobei der Filter (24) zum Einfangen von Feinstaub in dem Abgas dient; und ein Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel zum Einschätzen einer Ausstoßmenge des Feinstaubs basierend auf einer Ausgabe des Sensors (2); wobei das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel einen eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs basierend auf einer Abgasflussrate korrigiert, und das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel ferner den eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert, wenn ein Druckunterschied vor und hinter dem Filter (24) nach einem Regenerationsvorgang des Filters (24) hoch ist, im Vergleich dazu, wenn der Druckunterschied niedrig ist.
Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine (20) nach Anspruch 1, wobei der Sensor (2) von einem elektrostatischen Einfangtyp ist, der den Feinstaub unter Verwendung eines elektrischen Feldes, das durch Anlegen einer Spannung über den Elektroden (8, 10) erzeugt wird, durch Anziehung des Feinstaubs an diesen einfängt; und das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel den eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs auf einen größeren Wert gerichtet korrigiert, wenn die Abgasflussrate hoch ist, im Vergleich dazu, wenn die Abgasflussrate niedrig ist.
Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine (20) nach Anspruch 1, wobei der Sensor (2) von einem Trägheits-Einfangtyp ist, der den Feinstaub unter Ausnutzung der Trägheit des Feinstaubs, der sich entlang eines Abgasflusses bewegt, einfängt; und das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel den eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs auf einen kleineren Wert gerichtet korrigiert, wenn die Abgasflussrate hoch ist, im Vergleich dazu, wenn die Abgasflussrate niedrig ist.
Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine (20) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ausstoßmengen-Einschätzungsmittel ferner den eingeschätzten Wert der Ausstoßmenge des Feinstaubs auf einen kleineren Wert gerichtet korrigiert, wenn eine Impedanz zwischen den Elektroden (8, 10) niedrig ist, im Vergleich dazu, wenn die Impedanz hoch ist.
Vorrichtung zum Erfassen von Feinstaub für eine Verbrennungsmaschine (20) nach Anspruch 4, ferner aufweisend: ein Mittel (16) zum Zurücksetzen des Sensors (2), wodurch Feinstaub, der sich auf dem Sensor (2) abgesetzt hat, verbrannt und entfernt wird, und ein Mittel zum Messen der Impedanz, wenn der Sensor (2) nach dem Zurücksetzen des Sensors (2) eine vorbestimmte Temperatur einnimmt.