DE112014003839B4

DE112014003839B4 - Mikropartikeldetektionssystem

Info

Publication number: DE112014003839B4
Application number: DE112014003839.3T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Motomura; Takeshi Sugiyama; Kazunari KOKUBO
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: US20160195463A1; US9719907B2; WO2015025456A1; DE112014003839T5; JP6182018B2; JP2015040738A

Abstract

Partikeldetektionssystem (1) zum Detektieren der Menge an Partikeln, welche in einem zu messenden Gas, welches durch ein Gasflussrohr (EP) fließt, enthalten ist, umfassend:einen Detektionsabschnitt (10), welcher an dem Gasflussrohr (EP) angebracht ist;eine Treiberschaltung zum Betreiben des Detektionsabschnitts (10); undeinen Steuerabschnitt (230) zum Steuern der Treiberschaltung und Detektieren der Menge an Partikeln,wobei der Detektionsabschnitt (10) umfasst:eine Ionenquelle (11) zum Erzeugen von Ionen mittels Gasentladung, undeinen Partikelaufladungsabschnitt (12) zum Mischen eines Teils des zu messenden Gases mit den Ionen, um hierdurch aufgeladene Partikel zu erzeugen, welche von den Partikeln in dem zu messenden Gas stammen undwelche daran angelagerte Ionen tragen;wobei die Treiberschaltung umfasst:eine Ionenquellen-Treiberschaltung (210), um Konstantstromsteuerung derart durchzuführen, dass der der Ionenquelle (11) zugeführte Gasentladungsstrom gleich einem vorbestimmten Zielstrom wird; undwobei der Steuerabschnitt (202) umfasst:eine Detektionsschaltung (230) zum Detektieren eines Signals, welches der Menge an aufgeladenen Partikeln entspricht,Stromannäherungsbestimmungsmittel zum Bestimmen, ob der durch die Ionenquellen-Treiberschaltung (210) zugeführte Gasentladungsstrom (Id) sich einem vorbestimmten zulässigen Bereich, welcher den Zielstrom (It) enthält,angenähert hat oder nicht, nachdem der Betrieb der Ionenquelle (11) durch die Ionenquellen-Treiberschaltung (210) gestartet wurde, undDetektionsstartmittel (S8) zum Starten der Detektion der Menge an Partikeln über Verwendung des Signals, nachdem der Gasentladungsstrom (Id) sich dem erlaubten Bereich angenähert hat.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikeldetektionssystem zum Detektieren der Menge an Partikeln, welche in einem zu messenden Gas, welches durch ein Gasflussrohr fließt, enthalten ist,
Technischer Hintergrund
Abgas, welches von einem Verbrennungsmotor (beispielsweise einem Dieselmotor oder einem Benzinmotor) ausgestoßen wird, kann Partikel, wie etwa Ruß, enthalten.
Abgas, welches solche Partikel enthält, wird durch Sammeln der Partikel unter Verwendung eines Filters gereinigt. Wenn der Filter einen Defekt oder dergleichen aufweist, wird deshalb ungereinigtes Abgas direkt an der stromabwärtigen Seite des Filters ausgestoßen.
Deshalb ist der Wunsch nach einem Partikeldetektionssystem entstanden, welches die Menge an im Abgas enthaltenen Partikeln detektieren kann, um die in dem Abgas enthaltene Menge an Partikeln direkt zu messen oder einen Defekt des Filters zu erfassen.
Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 ein Partikelmessverfahren und eine Partikelmessvorrichtung. In dem in Patentdokument 1 offenbarten Verfahren wird sauberes Gas mittels Coronaentladung ionisiert, das ionisierte Gas, welches positive Ionen enthält, wird mit Abgas vermischt, welches von einem Abgasrohr in einen Kanal eingeführt wird und welches Partikel enthält, um die Partikel aufzuladen, und die Partikel werden dann dem Abgasrohr zugeführt. Ein Strom (Signalstrom), welcher in Übereinstimmung mit der Menge an abgegebenen aufgeladenen Partikel fließt, wird erfasst, um die Partikelkonzentration zu erfassen. Ferner offenbart Patentdokument 2 die Struktur eines Partikelsensors, welcher derartige mittels Coronaentladung erzeugte Ionen verwendet. Wie in Patentdokument 2 offenbart, wird im Allgemeinen eine Konstantstromquelle als eine Energiezuführungsschaltung zum Zuführen elektrischer Energie für die Coronaentladung verwendet. Wenn eine Coronaentladung erzeugt werden soll, wird ein Konstantstrom von beispielsweise etwa 5 mA der Elektrode zur Coronaentladung zugeführt.
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Kohyo-Patentpublikation (PCT) Nr. JP 2011 - 513 742 A
Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. JP 2012 - 194 077 A

Überblick über die Erfindung
Um die Menge von Partikeln genau zu erfassen, muss der durch die vorangehend erwähnte Konstantstromschaltung kontrollierte Strom (beispielsweise 5 mA) bei einem festgelegten Wert stabil sein. In vielen Fällen ist der zur Coronaentladung zugeführte Strom unmittelbar nach dem Start der Coronaentladung instabil. In einem solchen Zustand ändert sich die Menge an Ionen, welche mittels der Coronaentladung erzeugt werden. Wenn die Menge an Partikeln in dem Zustand detektiert wird, in dem der Strom instabil ist, gibt es deshalb Schwierigkeiten bei der genauen Erfassung der Menge an Partikeln.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf ein derartiges Problem getätigt, und es ist ein Ziel, ein Partikeldetektionssystem bereitzustellen, welches die Menge an Partikeln genau detektieren kann, indem verhindert wird, dass die Detektion in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die Detektionsgenauigkeit gering ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Partikeldetektionssystem zum Detektieren der Menge an Partikeln, welche in einem zu messenden Gas, welches durch ein Gasflussrohr fließt, enthalten ist, umfassend einen Detektionsabschnitt, welcher an dem Gasflussrohr angebracht ist; eine Treiberschaltung zum Betreiben des Detektionsabschnitts; und einen Steuerabschnitt zum Steuern der Treiberschaltung und Detektieren der Menge an Partikeln. Der Detektionsabschnitt umfasst eine Ionenquelle zum Erzeugen von Ionen mittels Gasentladung, und einen Partikelaufladungsabschnitt zum Mischen eines Teils des zu messenden Gases mit den Ionen, um hierdurch aufgeladene Partikel zu erzeugen, welche von den Partikeln in dem zu messenden Gas stammen und welche daran angelagerte Ionen tragen. Die Treiberschaltung umfasst eine Ionenquellen-Treiberschaltung, um Konstantstromsteuerung derart durchzuführen, dass der der Ionenquelle zugeführte Gasentladungsstrom gleich einem vorbestimmten Zielstrom wird. Der Steuerabschnitt umfasst eine Detektionsschaltung zum Detektieren eines Signals, welches der Menge an aufgeladenen Partikeln entspricht, Stromannäherungsbestimmungsmittel zum Bestimmen, ob der durch die Ionenquellen-Treiberschaltung zugeführte Gasentladungsstrom sich einem vorbestimmten zulässigen Bereich, welcher den Zielstrom enthält, angenähert hat oder nicht, nachdem der Betrieb der Ionenquelle durch die Ionenquellen-Treiberschaltung gestartet wurde, und Detektionsstartmittel zum Starten der Detektion der Menge an Partikeln über Verwendung des Signals, nachdem der Gasentladungsstrom sich dem erlaubten Bereich angenähert hat.
Bei diesem Partikeldetektionssystem führt die Ionenquellen-Treiberschaltung Konstantstromsteuerung derart durch, dass der der Ionenquelle zugeführte Gasentladungsstrom gleich einem vorbestimmten Zielstrom wird.
Wie vorangehend beschrieben, ist der Gasentladungsstrom jedoch unmittelbar nachdem der Betrieb der Ionenquelle durch die Ionenquellen-Treiberschaltung gestartet wurde, instabil. Wenn die Isolationseigenschaften der Ionenquelle sich aufgrund des Anlagerns von kondensiertem Wasser oder Ruß am Umfang der Ionenquelle verschlechtert haben, kann es ferner eine beträchtliche Zeit dauern, bis der Gasentladungsstrom sich dem Zielstrom annähert. In einem solchen Zustand, in dem der Gasentladungsstrom instabil ist, variiert die Menge der erzeugten Ionen. Deshalb ist es schwierig, die Menge an Partikeln unter Verwendung eines Signals zu detektieren, welches durch die Detektionsschaltung detektiert wird und der Menge an aufgeladenen Partikeln entspricht (beispielsweise einem Strom, welcher in Übereinstimmung mit der Menge an aufgeladenen Partikeln fließt).
Im Hinblick auf das obige Problem wird bei diesem Partikeldetektionssystem die Detektion der Menge an Partikeln unter Verwendung des Signals gestartet, nachdem der der Ionenquelle zugeführte Gasentladungsstrom sich, nachdem der Betrieb der Ionenquelle gestartet wurde, einem vorbestimmten zulässigen Bereich angenähert hat.
Deshalb kann die Detektion der Menge an Partikeln unter Verwendung des durch die Detektionsschaltung detektierten Signals in einem Zustand gestartet werden, in welchem der Gasentladungsstrom stabil ist. Deshalb wird die Menge an erzeugten Ionen stabil, und die Menge an Partikeln kann genau detektiert werden.
Wie vorangehend beschrieben, ist ein Strom, der der Menge an aufgeladenen Partikeln entspricht, ein Beispiel für das durch die Detektionsschaltung detektierte Signal. Ferner ist ein Verfahren zum Umwandeln des detektierten Signals (Stroms) in die Menge an aufgeladenen Partikeln unter Verwendung einer vorbestimmten Umwandlungsgleichung oder einer vorbestimmten Referenztabelle ein Beispiel eines Verfahrens zum Detektieren der Menge an aufgeladenen Partikeln unter Verwendung des durch die Detektionsschaltung detektierten Signals. Ferner kann die Größe des durch die Detektionsschaltung detektierten Stroms als eine physikalische Größe verwendet werden, welche der Menge an aufgeladenen Partikeln entspricht, ohne eine solche Umwandlung durchzuführen.
Bei dem vorangehend beschriebenen Partikeldetektionssystem umfasst der Detektionsabschnitt vorzugsweise ferner eine Heizung zum Heizen der Ionenquelle, die Treiberschaltung umfasst eine Heizungsversorgungsschaltung zum Versorgen der Heizung mit Energie umfasst; und der Steuerabschnitt umfasst Heizungsversorgungssteuermittel, um die Heizungsversorgungsschaltung zu veranlassen, die Heizung mit Energie zu versorgen, bis der Gasentladungsstrom sich dem zulässigen Bereich annähert.
Bei diesem Partikeldetektionssystem können Fremdstoffe, wie etwa Wassertropfen (beispielsweise kondensiertes Wasser) und Ruß, welche an dem Umfang der Ionenquelle angelagert sind, durch die Heizung entfernt werden, wodurch die Isolationseigenschaften der Ionenquelle wiederhergestellt werden können. Deshalb kann sich der Gasentladungsstrom dem zulässigen Bereich schnell annähern, wodurch die Zeit verkürzt werden kann, welche notwendig ist, um die Detektion der Menge an Partikeln zu starten.
Ferner umfassen bei dem vorangehend beschriebenen Partikeldetektionssystem die Heizungsversorgungssteuermittel Heizungsversorgungsstartmittel umfassen, um die Heizungsversorgungsschaltung zu veranlassen, die Versorgung der Heizung mit Energie zu starten, wenn der Gasentladungsstrom sich innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Start des Betriebs der Ionenquelle dem erlaubten Bereich nicht annähert.
Wenn bei diesem Partikeldetektionssystem der Gasentladungsstrom sich nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Start des Betriebs der Ionenquelle an den erlaubten Bereich nicht angenähert hat, wird die Heizungsversorgungsschaltung veranlasst, die Versorgung der Heizung mit Energie zu starten. Entsprechend wird bei diesem Partikeldetektionssystem die Heizung in dem Fall nicht mit Energie versorgt, in dem beim Start des Betriebs der Ionenquelle sich der Gasentladungsstrom dem erlaubten Bereich annähert und die Detektion der Menge an Partikeln gestartet werden kann. Deshalb kann die als Ergebnis der Versorgung der Heizung mit Energie verbrauchte elektrische Energie reduziert werden.
Bei dem vorangehend beschriebenen Partikeldetektionssystemen umfasst der Detektionsabschnitt vorzugsweise eine Sammelelektrode zum Sammeln schwebender Ionen, welche ein Teil der Ionen sind und welche sich nicht an die Partikel anlagern konnten, als die Ionen mit dem zu messenden Gas gemischt wurden, und eine Hilfselektrode zum Unterstützen des Sammelns der schwebenden Ionen durch die Sammelelektrode; wobei die Treiberschaltung eine Hilfselektroden-Treiberschaltung zum Betreiben der Hilfselektrode umfasst; und wobei die Heizung dazu konfiguriert ist, zusätzlich zu der Ionenquelle auch die Hilfselektrode zu heizen.
Bei diesem Partikeldetektionssystem ist eine Hilfselektrode vorgesehen, und die Heizung heizt die Hilfselektrode zusätzlich zu der Ionenquelle. Aufgrund dieser Konfiguration ist es möglich, die Isolationseigenschaften der Hilfselektrode, welche sich als Ergebnis der Anlagerung von Fremdsubstanzen, wie etwa kondensiertem Wasser und Ruß, verschlechtert haben, wieder herzustellen. Deshalb kann die Menge an Partikeln besser detektiert werden.
Figurenliste

1 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Partikeldetektionssystem gemäß einer Ausführungsform zeigt, welches an einem Abgasrohr eines an einem Fahrzeug montierten Motors angebracht ist.
2 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Konfiguration des Partikeldetektionssystems gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine erläuternde Ansicht, welche das Einführen von Partikeln in einen Partikelaufladungsabschnitt des Partikeldetektionssystems gemäß der Ausführungsform, die Aufladung der Partikel und die Abgabe der aufgeladenen Partikel von dem Partikelaufladungsabschnitt schematisch zeigt.
4 ist eine erläuternde Ansicht eines Teils des Partikeldetektionssystems gemäß der Ausführungsform, d. h. eines Hilfselektrodenelements und einer Hilfselektrodenisolationsröhre mit einer Heizung, welche das Hilfselektrodenelement bedeckt.
5 ist ein das Partikeldetektionssystem gemäß der Ausführungsform betreffender Graph, welcher eine Änderung des Entladungsstroms in Abhängigkeit von der Zeit nach dem Start des Betriebs einer Ionenquelle zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Partikeldetektionssystems gemäß der Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb eines anfänglichen Annäherungsbestimmungsunterprogramms zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb eines Annäherungsbestimmungsunterprogramms zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ein Partikeldetektionssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Das Partikeldetektionssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform ist an einem Abgasrohr EP eines Motors ENG (Verbrennungsmotor) angebracht, welcher an einem Fahrzeug AM montiert ist, und das Partikeldetektionssystem detektiert die Menge an Partikeln S (Ruß usw.), welche in dem Abgas EG enthalten sind, welches durch das Abgasrohr EP fließt (siehe 1). Dieses System ist hauptsächlich aus einem Detektionsabschnitt 10, einem Schaltungsabschnitt 201 und einer Förderpumpe 300 gebildet, welche eine Quelle von Druckluft ist, um Druckluft AK zu erzeugen (siehe 2).
Das Detektionssystem 10 ist an einem Anbringungsbereich EPT des Abgasrohres EP (eines Gasflussrohrs) angebracht, wo eine Anbringungsöffnung EPO gebildet ist. Ein Teil des Detektionsabschnitts 10 (auf der rechten Seite (der distalen Endseite) des Anbringungsbereichs EPT in 2 angeordnet) erstreckt sich in das Innere des Abgasrohres EP durch die Anbringungsöffnung EPO und soll mit dem Abgas EG (einem zu messenden Gas) in Kontakt kommen. Außerhalb des Abgasrohres EP ist der Schaltungsabschnitt 201 mit dem Detektionsabschnitt 10 über ein Kabel 160 verbunden, welches aus einer Mehrzahl von Drähten gebildet ist. Dieser Schaltungsabschnitt 201 umfasst eine Schaltung, welche den Detektionsabschnitt 10 betreibt und einen Signalstrom Is detektiert, welcher nachfolgend beschrieben werden wird.
Zunächst wird die elektrische Konfiguration des Schaltungsabschnitts 201 des vorliegenden Systems 1 beschrieben. Der Schaltungsabschnitt 201 weist eine Messungssteuerschaltung 220, welche eine Signalstromdetektionsschaltung 230 und eine Heizungsversorgungsschaltung 226 aufweist, eine Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 und eine Hilfselektrodenenergieversorgungsschaltung 240 auf.
Die Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 weist einen ersten Ausgangsanschluss 211, welcher auf einem ersten Potenzial PV1 gehalten wird, und einen zweiten Ausgangsanschluss 212 auf, welcher auf einem zweiten Potenzial PV2 gehalten wird. Hierbei wird das zweite Potenzial PV2 auf einem positiven hohen Potenzial im Vergleich zu dem ersten Potenzial PV1 gehalten. Insbesondere wird eine Pulsspannung (1 bis 2 kV0-p), welche im Vergleich zu dem ersten Potenzial PV1 positiv ist, von dem zweiten Ausgangsanschluss 220 ausgegeben. Die Pulsspannung wird durch Halbwellengleichrichtung einer Sinuswelle von etwa 100 kHz erhalten. Hierbei bildet die Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 eine Gleichstrom-Energieversorgung, deren Ausgangsstrom durch einen Mikroprozessor 202 durch Rückkopplung kontrolliert wird, wie dies nachfolgend beschrieben wird, und zwar derart, dass der Ausgangsstrom (rms oder Effektivwert) bei einem vorbestimmten Stromwert (beispielsweise 5 mA) gehalten wird. Der Mikroprozessor 202 kann durch eine nicht dargestellte Isolationsverstärkerschaltung die Größe des Ausgangsstromes (des nachfolgend beschriebenen Entladungsstroms Id) detektieren, welcher durch die Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 ausgegeben wird.
Die Hilfselektrodenenergieversorgungsschaltung 240 weist einen ersten Ausgangshilfsanschluss 241, welcher elektrisch mit dem ersten Ausgangsanschluss 201 verbunden ist und auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird, und einen zweiten Hilfsausgangsanschluss 242 auf, welcher auf einem dritten Potenzial PV3 gehalten wird. Hierbei wird das dritte Potenzial PV3 auf ein Potenzial von beispielsweise DC 100 bis 200 V gesetzt, welches ein positives hohes DC-Potenzial im Vergleich zu dem ersten Potenzial PV1 ist aber niedriger ist als das Spitzenpotenzial (1 bis 2 kV) des zweiten Potenzials PV2.
Ferner weist die Signalstromdetektionsschaltung 230, welche die Messungssteuerschaltung 220 teilweise bildet, einen Signaleingangsanschluss 231, welcher mit dem ersten Ausgangsanschluss 211 der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 verbunden ist, und einen Masseeingangsanschluss 232 auf, welcher mit einem Massepotenzial PVE verbunden ist. Diese Signalstromdetektionsschaltung 230 detektiert den Signalstrom Is, welcher zwischen dem Signaleingangsanschluss 231 und dem Masseeingangsanschluss 232 fließt.
Ferner ist die Heizungsversorgungsschaltung 226 eine Schaltung zum Versorgen einer Heizung 78 (welche nachfolgend beschrieben wird) mit Energie über PWM-Steuerung, um die Heizung hierdurch zu veranlassen, Wärme zu erzeugen. Die Heizungsversorgungsschaltung 226 ist mit einer ersten Heizungsverbindungsverdrahtungsleitung 169a und einer zweiten Heizungsverbindungsverdrahtungsleitung 169b des Kabels 160 verbunden.
Ferner sind der erste Ausgangsanschluss 211 der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210, der erste Hilfsausgangsanschluss 241 der Hilfselektrodenenergieversorgungsschaltung 240 und der Signaleingangsanschluss 231 der Signalstromdetektionsschaltung 230 miteinander verbunden.
Ein primärseitiger Kern 271A eines Isolationstransformators 270 ist elektrisch mit dem Massepotenzial PVE verbunden, und ein sekundärseitiger Kern 271B desselben ist elektrisch mit dem ersten Potenzial PV1 (dem ersten Ausgangsanschluss 211 der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210) verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Messsteuerschaltung 220, die Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 und die Hilfselektrodenenergieversorgungsschaltung 240 voneinander durch den Isolationstransformator 270 verbunden.
Die Messsteuerschaltung 220 umfasst eine Regelenergieversorgung PS. Diese Regelenergieversorgung PS wird durch eine externe Batterie BT über eine Energieversorgungsverdrahtungsleitung BC betrieben.
Ferner umfasst die Messsteuerschaltung 220 den Mikroprozessor 202 und kann über eine Kommunikationsleitung CC mit einer Steuereinheit ECU kommunizieren, welche den Motor steuert. Somit kann die Messsteuerschaltung 220 an die Steuereinheit ECU beispielsweise einen reduzierten oder umgewandelten Wert der Menge an Partikeln S übertragen, welcher der Größe des Signalstroms Is entspricht, welcher durch die Signalstromdetektionsschaltung 230 detektiert wird.
Die Förderpumpe 300 saugt Umgebungsluft nahe der Förderpumpe 300 an und fördert saubere, Druckluft AK über ein Luftzuführungsrohr 310 zu der Ionenquelle 11, welche nachfolgend beschrieben wird.
Nun wird das Kabel 160 beschrieben (siehe 2). Eine zweite Potenzialverdrahtungsleitung 161, eine Hilfspotenzialverdrahtungsleitung 162, die erste Heizungsverbindungsverdrahtungsleitung 169a und die zweite Heizungsverbindungsverdrahtungsleistung 169b, welche aus Kupferdraht gebildet sind, und ein hohles Luftrohr 163, welches aus Kunstharz gebildet ist, sind in der Mitte des Kabels 160 angeordnet. Diese Verdrahtungsleitungen und das Rohr sind an ihrem Umfang durch eine erste Potenzialverdrahtungsleitung 165 und eine Massepotenzialverdrahtungsleitung 167 umgeben, welche jeweils aus verflochtenen dünnen Kupferdrähten gebildet sind, wobei zwischen diesen eine nicht dargestellte Isolationslage angeordnet ist.
Wie vorangehend beschrieben ist der Schaltungsabschnitt 201 mit diesem Kabel 160 verbunden (siehe 2). Insbesondere ist der zweite Ausgangsanschluss 212 der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 auf dem zweiten Potenzial PV2 gehalten und mit der zweiten Potenzialverdrahtungsleitung 161 elektrisch verbunden. Der zweite Hilfsausgangsanschluss 242 der Hilfselektrodenenergieversorgungsschaltung 240 wird auf dem dritten Potenzial PV3 gehalten und ist mit der Hilfspotenzialverdrahtungsleitung 162 elektrisch verbunden. Der erste Ausgangsanschluss 211 der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 wird auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten und ist mit der ersten Potenzialverdrahtungsleitung 165 elektrisch verbunden. Der Masseeingangsanschluss 232 der Signalstromdetektionsschaltung 230 ist mit der Massepotenzialverdrahtungsleitung 167 elektrisch verbunden, wodurch der Masseeingangsanschluss 232 auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird. Die Heizungsversorgungsschaltung 226 ist mit der ersten Heizungsverbindungsverdrahtungsleitung 169a und der zweiten Heizungsverbindungsverdrahtungsleitung 169b elektrisch verbunden. Das Luftzuführungsrohr 310 ist mit dem Luftrohr 163 des Kabels 160 verbunden.
Nun wird der Detektionsabschnitt 10 beschrieben (siehe 2). Wie vorangehend beschrieben, ist der Detektionsabschnitt 10 an dem Montagebereich EPT des Abgasrohres EP (Gasflussrohr) des Motors ENG (Verbrennungsmotor) angebracht, wobei der Montagebereich EPT die Montageöffnung EPO aufweist, und er soll in Kontakt mit dem Abgas EG (zu messendes Gas) kommen. Im Hinblick auf die elektrischen Funktionen des Detektionsabschnitt 10 ist dieser hauptsächlich aus einer Ionenquellen 11, einem Partikelaufladungsabschnitt 12, einem ersten Leitungselement 13, einem nadelförmigen Elektrodenelement 20 und einem Hilfselektrodenelement 50 gebildet.
Das erste Leitungselement 13, welches aus Metall gebildet ist und eine kreiszylindrische Gestalt aufweist, ist mit der ersten Potenzialverdrahtungsleitung 165 an der distalen Endseite des Kabels 160 verbunden und kommuniziert elektrisch mit der ersten Potenzialverdrahtungsleitung 165.
Ein distaler Endbereich der zweiten Potenzialverdrahtungsleitung 161 des Kabels 160 ist mit dem nadelförmigen Elektrodenelement 20 innerhalb des ersten Leitungselements 13 verbunden. Das nadelförmige Elektrodenelement 20 ist aus einem Wolframdraht gebildet und weist einen nadelförmigen distalen Endbereich 22 auf, welcher eine scharfe Spitze aufweist. Dieser nadelförmige distale Endbereich 22 dient als eine der zwei Elektroden der Ionenquelle 11, welche nachfolgend beschrieben wird.
Ferner ist ein distaler Endbereich der Hilfspotenzialverdrahtungsleitung 162 des Kabels 160 mit einem Erstreckungsbereich 51 des Hilfselektrodenelements 50 innerhalb des ersten Leitungselements 13 verbunden. Das Hilfselektrodenelement 50 ist aus rostfreiem Stahldraht gebildet, ein distaler Endbereich des Hilfselektrodenelements 50 ist zurückgebogen, so dass es eine U-förmige Gestalt aufweist, und das Hilfselektrodenelement 50 weist einen Hilfselektrodenbereich 53 an einem distalen Endbereich des zurück gebogenen Bereichs auf. Der Hilfselektrodenbereich 53 dient als eine Hilfselektrode, welche nachfolgend beschrieben wird. Der Erstreckungsbereich 51 des Hilfselektrodenelements 50 ist mit einem Hilfselektrodenisolationsrohr 79 mit einer Heizung (siehe 4) bedeckt. Das mit einer Heizung versehene Hilfselektrodenisolationsrohr 79 ist aus einem zylindrischen, rohrförmigen Hilfselektrodenisolationsrohr 77, welches aus isolierender Keramik, wie etwa Aluminiumoxid gebildet ist, der Heizung 78, welche an der Oberfläche des Hilfselektrodenisolationsrohr 77 ausgebildet ist und mit diesem vereinigt ist, und einer isolierenden Keramikschicht 76 gebildet, welche diese bedeckt.
Das mit einer Heizung versehene Hilfselektrodenisolationsrohr 79 weist zwei Heizungsanschlüsse 78a und 78b der Heizung 78 auf, welche an der proximalen Endseite (der unteren Seite in 4) des Isolationsrohrs 79 exponiert sind. Die Heizung 78 ist aus Wolfram gebildet und weist Heizungszuführungsbereiche 78r1 und 78r2 auf, welche sich von den Heizungsanschlüssen 78a und 78b hin zu der distalen Endseite (der Oberseite in 4) erstrecken, sowie zwei Heizbereiche, d. h. einen ersten Heizbereich 78h1, welcher an dem distalen Ende angeordnet ist, und einen zweiten Heizbereich 78h2, welcher in Bezug auf den ersten Heizbereich 78a1 an der proximalen Endseite angeordnet ist. Der erste Heizbereich 78h1 und der zweite Heizbereich 78h2 sind parallel geschaltet. Der erste Heizbereich 78h1 heizt die Umgebung des Hilfselektrodenbereichs 53 des Hilfselektrodenelements 50, welches als eine Hilfselektrode dient. Der zweite Heizbereich 78h2 heizt die Umgebung der Ionenquelle 11 (ein Düsenelement 31, welches nachfolgend beschrieben wird, und den nadelförmigen distalen Endbereich des nadelförmigen Elektrodenelements 20). Hierbei heizt die Heizung 78 die Ionenquelle 11 und den Hilfselektrodenbereich 53 (Hilfselektrode) des Hilfselektrodenelements 50 durch den ersten Heizbereich 78h1 bzw. den zweiten Heizbereich 78h2.
Das erste Leitungselement 13 kommuniziert elektrisch mit dem ersten Ausgangsanschluss 211 der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 über die erste Potenzialverdrahtungsleitung 165 des Kabels 160, wodurch das erste Leitungselement 13 auf dem erste Potenzial PV1 gehalten wird. Ferner umgibt das erste Leitungselement 13 den Umfang eines Teils des nadelförmigen Elektrodenelements 20 und einen Teil des Hilfselektrodenelements 50, wobei diese Teile außerhalb des Abgasrohrs EP angeordnet sind.
Ferner ist der Umfang des ersten Leitungselements 13 durch ein Gehäuseelement 14 auf solche Weisung umgeben, dass das erste Leitungselement 13 von dem Gehäuseelement 14 isoliert ist. Das Gehäuseelement 114 ist an dem Abgasrohr EP angebracht und mit diesem elektrisch verbunden. Das Gehäuseelement 14 ist mit dem Kabel 160 derart verbunden, dass das Gehäuseelement 14 mit der Massepotenzialverdrahtungsleitung 167 des Kabels 160 elektrisch verbunden ist und auf dem Maßpotenzial PVE gehalten wird.
Die erste Heizungsverbindungsverdrahtungsleitung 169a und die zweite Heizungsverbindungsverdrahtungsleitung 169b des Kabels 160 sind innerhalb des ersten Leitungselements 13 mit Heizungsverbindungsanschlüssen 170a bzw. 170b verbunden. Die Heizungsverbindungsanschlüsse 170a und 170b sind innerhalb des ersten Leitungselements 13 mit den Heizungsanschlüssen 78a und 78b der Heizung 78 verbunden.
Ein distales Ende des Luftrohrs 163 des Kabels 160 ist innerhalb des ersten Leitungselements 13 geöffnet. Die von der Förderpumpe 300 durch das Luftförderohr 310 und das Luftrohr 163 des Kabels 160 zugeführte Druckluft AK wird von dem Luftrohr 163 ausgestoßen und wird unter Druck zu einem Entladungsraum DS (welcher nachfolgend beschrieben wird), welcher an der distalen Endseite (der rechten Seite in 2) des Luftrohrs 163 angeordnet ist, gefördert.
Das Düsenelement 31 ist an einen distalen Endbereich (einem rechten Endbereich in 2) des ersten Leitungselements 13 angepasst. Ein zentraler Bereich des Düsenelements 31 ist hin zu der distalen Endseite konkav ausgebildet, und ein kleines Durchgangsloch ist in der Mitte ausgebildet. Das Durchgangsloch dient als eine Düse 31N. Das Düsenelement 31 ist elektrisch mit dem ersten Leitungselement 13 verbunden und wird auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten.
Da das Düsenelement 31 auf das distale Ende des ersten Leitungselements 13 gepasst ist, wird der Entladungsraum DS innerhalb dieser Elemente gebildet. In diesem Entladungsraum DS liegt der vorstehende nadelförmige distale Endbereich 22 des nadelförmigen Elektrodenelements 20 einer gegenüberliegenden Oberfläche 31T gegenüber, welches eine Oberfläche des Düsenelements 31 an der proximalen Endseite ist und welche eine konkave Gestalt aufweist. Wenn zwischen dem nadelförmigen distalen Endbereich 22 und dem Düsenelement 31 (gegenüberliegende Oberfläche 31T) eine Hochspannung angelegt wird, tritt entsprechend Gasentladung auf, wodurch N₂, O₂ usw. in der Luft ionisiert werden, wodurch positive Ionen (z. B. N³⁺, O²⁺, welche nachfolgend als „Ionen CP“ bezeichnet werden) erzeugt werden. Die von dem Luftrohr 163 des Kabels 160 ausgestoßene Druckluft AK wird auch dem Entladungsraum DS zugeführt. Deshalb wird von der Druckluft AK stammende Luft AR mit hoher Geschwindigkeit von der Düse 31N des Düsenelements 31 hin zu einem Mischungsbereich MX (welcher nachfolgend beschrieben wird) ausgestoßen, welcher auf der distalen Endseite der Düse 31 angeordnet ist, und die Ionen CP werden ebenfalls hin zu dem Mischungsbereich MX zusammen mit der Druckluft AK (Luft AR) ausgestoßen.
Der Partikelaufladungsabschnitt 12 ist an der distalen Endseite (auf der rechten Seite in 2) des Düsenelements 31 gebildet. Ein Ansaugkanal 331 und ein Ausstoßkanal 430, welche hin zu der stromabwärtigen Seite des Abgasrohrs EP geöffnet sind, sind in der Seitenwand des Partikelaufladungsabschnitts 12 ausgebildet. Dieser Partikelaufladungsabschnitt 12 steht mit dem Düsenelement 31 ebenfalls elektrisch in Verbindung. Deshalb wird der Partikelaufladungsabschnitt 12 auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten.
Der Innenraum des Partikelaufladungsabschnitts 12 wird durch eine Sammelelektrode 42 verengt, welche sich nach innen baucht, wodurch ein schlitzförmige Innenraum gebildet wird. Auf der proximalen Endseite (der linken Seite in 2) der Sammelelektrode 42 ist ein runder säulenförmiger Raum zwischen dem Düsenelement 31 und der Sammelelektrode 42 gebildet.
In dem Raum innerhalb des Partikelaufladungsabschnitts 12 wird der oben genannte runde säulenförmige Raum als ein „runder säulenförmiger Mischbereich MX1“. bezeichnet. Ferner wird der schlitzförmige Innenraum, welcher durch die Sammelelektrode 42 gebildet ist, als ein „schlitzförmiger Vermischungsbereich MX2“ bezeichnet (siehe 3). Der runde säulenförmige Mischungsbereich MX1 und der schlitzförmige Mischungsbereich MX2 werden zusammen als ein „Mischungsbereich MX“ bezeichnet. Ferner ist ein runder säulenförmiger Bereich auch auf der distalen Endseite der Sammelelektrode 42 gebildet und dient als eine Ausstoßpassage EX, welche mit dem Ausstoßkanal 430 verbunden ist. Ferner ist an der proximalen Endseite der Sammelelektrode 42 eine Zuführungspassage HK gebildet, welche sich von dem Einlasskanal 331 zu dem Mischungsbereich MX (dem runden säulenförmigen Mischungsbereich MX1) erstreckt.
Nun werden die elektrischen Funktionen und der Betrieb verschiedener Abschnitte des Partikeldetektionssystems 1 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 und zusätzlich die 3 beschrieben. 3 zeigt schematisch die elektrische Funktion und den Betrieb des Detektionsabschnitts 10 des vorliegenden Systems 1, um das Verständnis der elektrischen Funktion und des Betriebs zu erleichtern.
Das nadelförmige Elektrodenelement 20 wird auf dem zweiten Potenzial PV2 gehalten, welches eine positive Pulsspannung (1 bis 2 kVO-p) ist, welches durch Halbwellengleichrichtung einer Sinuswelle von 100 kHz erhalten wird, und zwar relativ zu dem vorangehend beschriebenen ersten Potenzial P1. Ferner wird das Hilfselektrodenelement 50 auf dem dritten Potenzial PV3 gehalten, welches ein positives DC-Potenzial von 100 bis 200 V bezüglich dem ersten Potenzial PV1 ist, wie dies vorangehend beschrieben wurde. Auch das erste Leitungselement 13, das Düsenelement 31 und der Partikelaufladungsabschnitt 12 werden auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten. Zudem wird das Gehäuseelement 14 auf dem Massepotenzial PVE gehalten, welches das Potenzial des Masseeingangsanschlusses 232 der Signalstromdetektionsschaltung 230 und das Potenzial des Abgasrohres EP ist.
Wie vorangehend beschrieben wird eine Coronaentladung PC, welche eine Coronaentladung um den nadelförmigen distalen Endbereich 22, welcher als eine positive Elektrode dient, ist, zwischen dem Düsenelement 31 (der gegenüberliegenden Fläche 31T), welches auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird, und dem nadelförmigen distalen Endbereich 22 erzeugt, welcher auf dem zweiten Potenzial PV2 gehalten wird, welches in Bezug auf das erste Potenzial PV1 ein positives Hochspannungspotenzial ist. Deshalb werden N₂, O₂ usw. in der Atmosphärenluft (Luft) in diesem Bereich ionisiert, wodurch positive Ionen CP erzeugt werden. Einige der produzierten Ionen CP treten durch die Düse 31N und werden zusammen mit der von der Druckluft AK stammenden Luft AR, welche dem Entladungsraum DS zugeführt wird, hin zu dem Mischungsbereich MX ausgestoßen. In der vorliegenden Ausführungsform bilden der nadelförmige distale Endbereich 22 und das den Entladungsraum DS umgebende Düsenelement 31 die Ionenquelle 11, welche Ionen CP mittels Gasentladung (Coronaentladung) zwischen dem nadelförmigen distalen Endbereich 22 und dem Düsenelement 31 erzeugt.
Wenn die Luft AR hin zu dem Vermischungsbereich MX (dem runden säulenförmigen Mischungsbereich MX1) durch die Düse 31N des Düsenelements 31 ausgestoßen wird, fällt der Luftdruck in dem runden Mischungsbereich MX1 ab. Deshalb wird das Abgas EG von dem Ansaugkanal 331 durch die Einlasspassage HK in den Mischungsbereich MX (den runden säulenförmigen Mischungsbereich MX1, den schlitzförmigen Mischungsbereich MX2) gesaugt. Das eingeführte Abgas EG wird mit der Luft AR vermischt und wird zusammen mit der Luft AR von dem Ausstoßkanal 430 durch die Ausstoßpassage EX ausgestoßen.
Wenn zu dieser Zeit Partikel S, wie etwa Ruß, in dem Abgas EG enthalten sind, wie dies in 3 gezeigt ist, werden auch die Partikel S in den Mischungsbereich MX eingeführt. Die durch die Düse ausgestoßene Luft AR enthält hierbei Ionen CP. Deshalb lagern sich die Ionen CP an die eingeführten Partikel S, wie etwa Ruß, an und die Partikel S werden positiv elektrisierte bzw. positiv geladene Partikel SC. Die positiv geladenen Partikel SC werden zusammen mit dem eingeführten Abgas EGI und der Luft AR von dem Ausstoßkanal 430 durch den Mischbereich MX und die Ausstoßpassage EX ausgegeben.
Hierbei erfahren unter den durch die Düse in den Mischungsbereich MX ausgestoßenen Ionen CP enthaltene schwebende Ionen CPF, welche sich nicht an die Partikel S angelagert haben, eine abstoßende Kraft von dem Hilfselektrodenbereich 53 des Hilfselektrodenelements 50 und lagern sich an Teilen des Partikelaufladungsabschnitts 12 an, welcher auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird und welcher die Sammelelektrode 42 bildet. Deshalb werden die schwebenden Ionen CPF gesammelt.
Nun wird das Prinzip der Detektion der Partikel S in dem vorliegenden System 1 beschrieben. Wie in 2 gezeigt, wird, wenn bei der Ionenquelle 11 Gasentladung auftritt, ein Entladungsstrom Id von dem zweiten Ausgangsanschluss 212 der Ionenquellenversorgungsschaltung 210 zu dem nadelförmigen distalen Endbereich 22 zugeführt. Der größere Teil des Entladungsstroms Id fließt zu dem Düsenelement 31 (erhaltener Strom Ij). Dieser erhaltene Strom Ij fließt durch das erste Leitungselement 13 und in den ersten Ausgangsanschluss 211 der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210.
Der größere Teil der Ionen CP, welche an der Ionenquelle 11 erzeugt werden und von dieser ausgestoßen werden, wird durch die Sammelelektrode 42 gesammelt. Ein korrigierter Strom Ih, welcher von der Ladung stammt, welche durch die schwebenden Ionen CPF getragen wird, welche durch die Sammelelektrode 42 gesammelt werden, fließt über das erste Leitungselement 13, welches mit der Sammelelektrode 42 (dem Partikelaufladungsabschnitt 12) elektrisch verbunden ist, in den ersten Ausgangsanschluss 211. D. h., ein empfangener/gesammelter Strom Ijh (= Ij + Ih), welcher die Summe dieser Ströme ist, fließt durch das erste Leitungselement 13.
Der erhaltene/gesammelte Strom Ijh wird etwas kleiner als der Entladungsstrom Id. Dies liegt daran, dass einige der bei der Ionenquelle 11 erzeugten Ionen CP sich an die aufgeladenen Partikel SC anlagern, welche von dem Ausstoßkanal 430 ausgestoßen werden, wodurch einige der Ionen CP von dem Ausstoßkanal 430 herausgelassen werden (diese herausgelassenen Ionen werden als die „freigesetzte Ionen CPH“ bezeichnet). Der erhaltene/gesammelte Strom Ijh enthält eine Stromkomponente, welche der Ladung der freigesetzten Ionen CPH entspricht, nicht. Hierbei wird das Abgasrohr EP, durch welches die aufgeladenen Partikel SC fließen, auf dem Massepotenzial PVE gehalten.
Aus Sicht der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 entsteht eine Ungleichheit zwischen dem Entladungsstrom Id, welcher aus dem zweiten Ausgangsanschluss 212 fließt, und dem erhaltenen/gesammelten Strom Ijh, welcher in den ersten Ausgangsanschluss 211 hineinfließt. Deshalb fließt ein Signalstrom Is, welcher dem Unterschied (der Differenz = Entladungsstrom - erhaltener/gesammelter Strom) entspricht, von dem Massepotenzial PVE zu dem ersten Ausgangsanschluss 211, wodurch ein ausgeglichener Zustand entsteht. Deshalb ist in dem vorliegenden System die Signalstromdetektionsschaltung 230 ¾ welche den Signaleingangsanschluss 231, welcher mit dem ersten Ausgangsanschluss 211 verbunden ist, und den Masseeingangsanschluss 232 umfasst, welcher mit dem Massepotenzial PVE verbunden ist und welcher den Signalstrom detektiert, welcher zwischen dem Signaleingangsanschluss 131 und dem Masseeingangsanschluss 232 fließt ¾ vorgesehen, um den Signalstrom Is zu detektieren, welcher von dem Massepotenzial PVE zu der Signalstromdetektionsschaltung 230 fließt, und zwar über das Gehäuseelement 14 und die Massepotenzialverdrahtungsleitung 167 des Kabels 160 und welcher durch die Signalstromdetektionsschaltung 230 fließt und dann zu dem ersten Ausgangsanschluss 211 fließt.
Die Größe des Signalstroms Is, welcher der Differenz (Entladungsstrom Id - empfangener/gesammelter Strom Ijh) entspricht, nimmt in Übereinstimmung mit der Menge der Ladung der freigesetzten Ionen CPH (Ionen, welche an den ausgestoßenen, geladenen Partikeln SC haften) zu und ab, d. h. in Übereinstimmung mit der Menge an Partikeln S in dem eingeführten Abgas EGI, d. h. der Menge an Partikeln S, welche in dem durch das Abgasrohr fließenden Abgas enthalten sind. Deshalb kann durch Detektieren des Signalstroms Is durch die Signalstromdetektionsschaltung 230 die Menge an in dem Abgas EG enthaltenen Partikeln S, welche dem Signalstrom Is entspricht, detektiert werden. Hierbei wird in dem vorliegenden System 1 der umgewandelte Wert der Menge an Partikeln S aus dem detektierten Signalstrom Is erhalten, und zwar durch eine Umwandlung, welche unter Verwendung einer vorbestimmten Referenztabelle durchgeführt wird.
Hierbei bildet die Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210, wie oben beschrieben, eine Konstantstromenergiequelle, und der Entladungsstrom Id (der Gasentladungsstrom in der vorliegenden Erfindung), welcher von dem zweiten Ausgangsanschluss 212 der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 dem nadelförmigen distalen Endbereich 22 zugeführt wird, wird durch den Mikroprozessor 202 durch Rückkopplung gesteuert, so dass sein rms-Wert auf einem vorbestimmten Stromwert (beispielsweise 5 µA (= Zielstrom It)) gehalten wird.
Um die Menge an Partikeln S unter Verwendung des Signalstroms Is genau zu detektieren, muss der der Konstantstromsteuerung unterworfene Entladungsstrom Id stabil sein. In vielen Fällen ist der Entladungsstrom Id jedoch unmittelbar nach dem Start der Ionenquelle 11 durch die Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 instabil. Auch wenn sich die Isolationseigenschaften der Ionenquelle 11 aufgrund von anhaftendem kondensiertem Wasser oder Ruß an dem Umfang der Ionenquelle 11 verschlechtert haben, schwingt der Entladungsstrom Id mehrmals, oder sein Anfangswert wird übermäßig groß, wie dies durch eine durchgezogene Linie und eine unterbrochene Linie in einem in 5 gezeigten Graphen gezeigt ist. In einem solchen Fall benötigt der Entladungsstrom Id lange Zeit, um sich dem Zielstrom It anzunähern. In einem solchen Zustand variiert die Menge an Ionen CP, welche durch Coronaentladung erzeugt werden. Wenn der Signalstrom Is durch die Signalstromdetektionsschaltung 230 in diesem Zustand detektiert wird, in welchem der Entladungsstrom Id instabil ist, gibt es deshalb Schwierigkeiten bei der genauen Detektion der Menge an Partikeln S.
Im Hinblick auf dieses vorgenannte Problem wird in dem System 1 der vorliegenden Ausführungsform die Detektion an Partikeln S unter Verwendung des durch die Signalstromdetektionsschaltung 203 detektierten Signalstrom Is gestartet, nachdem der Entladungsstrom Id (Gasentladungsstrom), welcher von der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 zugeführt wird, sich einem vorbestimmten zulässigen Bereich IR nach dem Start des Betriebs der Ionenquelle 11 durch die Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 angenähert hat. Insbesondere wird der zulässige Bereich IR für den Zielstrom It (= 5 µA) des Entladungsstroms Id so gesetzt, dass die Untergrenze Imin des Bereichs 4,5 µA wird und die Obergrenze Imax des Bereichs 5,5 µA wird (siehe 5).
Zudem umfasst das vorliegende System 1 die Heizung 78 zum Heizen der Ionenquelle 11 und des Hilfselektrodenbereichs 53 des Hilfselektrodenelements 50, und die Heizungsversorgungsschaltung 226 zum Versorgen der Heizung 78 mit Energie. Bis der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR nach dem Start des Betriebs der Ionenquelle 11 annähert, wird die Heizungsversorgungsschaltung 226 veranlasst, die Heizung 78 mittels PWM-Steuerung mit Energie zu versorgen, um die Ionenquelle 11 und den Hilfselektrodenbereich 53 des Hilfselektrodenelements 50 hierdurch zu heizen.
Nur wenn der Entladungsstrom Id innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer (10 Sekunden in der vorliegenden Ausführungsform) nach dem Start des Betriebs der Ionenquelle 11 sich dem zulässigen Bereich IR nicht annähert, wird die Heizungsversorgungsschaltung 226 veranlasst, die Energieversorgung der Heizung 78 zu starten. Entsprechend wird die Energieversorgung der Heizung 78 in dem Fall nicht gestartet, wenn beim Start des Betriebs der Ionenquelle 11 der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich Ir annähert und die Detektion der Menge an Partikeln S gestattet werden kann. Deswegen ist es möglich, die elektrische Energie zu reduzieren, welche durch die Energieversorgung der Heizung 78 verbraucht wird.
Nun wird von den Betriebsweisen des vorliegenden Systems 1 ein Betrieb des Mikroprozessors 202 zum Ausführen eines Partikeldetektionsprogramms unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 6 bis 8 beschrieben.
Nach Durchführung einer notwendigen Initialisierung startet der Mikroprozessor 202 zuerst in einem in 6 gezeigten Schritt S1 den Betrieb der Ionenquelle 11 durch Verwenden der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210. Insbesondere führt der Mikroprozessor 202 zu dieser Zeit Konstantstromsteuerung zum Halten des Entladungsstroms Id auf einem festgelegten Wert separat durch. Als ein Ergebnis wird Coronaentladung gestartet.
In einem hierauf folgenden Schritt S2 führt der Mikroprozessor 202 ein in 7 gezeigtes Annäherungsbestimmungsunterprogramm durch, um zu bestimmen, ob der von der Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 dem nadelförmigen distalen Endbereich 22 der Ionenquelle 11 zugeführte Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR (beispielsweise Imin (= 4,5 µA) bis Imax (= 5,5 µA)) annähert oder nicht, und zwar bevor eine vorbestimmte Zeitdauer (in der vorliegenden Ausführungsform 10 Sekunden) nach dem Start des Betriebs der Ionenquelle 11 in dem Schritt S1 verstreicht.
Nun wird das anfängliche Annäherungsbestimmungsunterprogramm der 7 beschrieben.
In einem in 7 gezeigten Schritt S21 setzt der Mikroprozessor 202 den Wert eines Zeit-Aufwärtszählers auf 0. Dieser Zeit-Aufwärtszähler wird verwendet, um die vorbestimmte Zeitdauer (= 10 Sekunden) zu messen. In einem darauf folgenden Schritt S22 setzt der Mikroprozessor 202 den Wert eines Annäherungszählers auf 0. Dieser Annäherungszähler wird dazu verwendet, zu bestimmen, ob der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR angenähert hat oder nicht.
In einem hierauf folgenden Schritt S23 bestimmt der Mikroprozessor 202 ferner, ob 10 ms verstreichen sind oder nicht, und zwar unter Verwendung eines Zeitgebers, welcher 10 ms taktet. In dem Fall, in dem 10 ms noch nicht vergangen sind (Nein), wiederholt der Mikroprozessor 202 diesen Schritt S23. In dem Fall, in dem 10 ms verstrichen sind (Ja in Schritt S23), fährt der Mikroprozessor 202 mit Schritt S24 fort. Als Ergebnis davon wird jedes Mal, wenn 10 ms verstreichen sind, die Verarbeitung des Schritts S24 und der diesem nachfolgenden Schritte ausgeführt.
In dem Schritt S24 gewinnt der Mikroprozessor 202 den Wert des Entladungsstroms Id alle 10 ms. In einem darauf folgenden Schritt S25 erhöht der Mikroprozessor 202 den Wert des Zeit-Aufwärtszählers um Eins. Damit wird der Wert des Zeit-Aufwärtszählers alle 10 ms um eins erhöht.
In einem darauf folgenden Schritt S26 bestimmt der Mikroprozessor, ob der Wert des Zeit-Aufwärtszählers gleich oder größer als 1000 wird, d. h., ob 10 s (die vorbestimmte Zeitdauer) nach dem Start des anfänglichen Annäherungsbestimmungsunterprogramms verstrichen sind oder nicht. In dem Fall, in dem 10 Sekunden noch nicht gestrichen sind (Nein in Schritt S26), geht der Mikroprozessor zu Schritt S27 weiter.
In Schritt S27 bestimmt der Mikroprozessor 202, ob der in Schritt S24 gewonnene Entladungsstrom Id in den zulässigen Bereich IR fällt. In dem Fall, in dem der Entladungsstrom Id nicht in den zulässigen Bereich IR fällt (Nein), kehrt der Mikroprozessor 202 zu Schritt S22 zurück und setzt den Wert des Annäherungszählers auf 0 zurück. Nach Warten auf den Ablauf von 10 ms in Schritt S23 geht der Mikroprozessor 202 dann wieder zu Schritt S24, um den Entladungsstrom Id zu erhalten. In dem Fall, in dem der Mikroprozessor 202 in Schritt S27 hingegen bestimmt, dass der Entladungsstrom Id in den zulässigen Bereich IR fällt (Ja), geht der Mikroprozessor 202 zu Schritt S28, um den Wert des Annäherungszählers um eins zu erhöhen. Dann geht er zu Schritt S29. In Schritt S29 bestimmt der Mikroprozessor 202, ob der Wert des Annäherungszählers gleich oder größer als 200 ist oder nicht. In dem Fall, in dem der Wert des Annäherungszählers nicht gleich oder größer als 200 ist (Nein), kehrt der Mikroprozessor 202 zu Schritt S23 zurück, wobei der Wert des Annäherungszählers beibehalten wird. Hiernach wartet der Mikroprozessor 202 in diesem Schritt S23 auf den Ablauf von 10 ms und geht wieder zu Schritt S24, um den Entladungsstrom Id zu erhalten.
In dem Fall, in dem der Wert des Annäherungszählers während der wiederholten Ausführung der Schritte S23 bis S29 den Wert 200 erreicht, d. h. in dem Fall, in dem der Wert des Entladungsstroms Id für 2 s dauernd in den zulässigen Bereich fällt, wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S29 „Ja“, und der Mikroprozessor 202 geht zu Schritt S2A. In Schritt S2A bestimmt der Mikroprozessor 202, dass der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR angenähert hat und setzt ein Annäherungsflag auf 1. Hiernach beendet der Mikroprozessor 202 dieses anfängliche Annäherungsbestimmungsunterprogramm.
In dem Fall, in dem während der wiederholten Ausführung der Schritte S22 bis S27 der Wert des Zeit-Aufwärtszählers 1000 erreicht, bevor der Wert des Annäherungszählers 200 erreicht, wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S26 hingegen „Ja“, und der Mikroprozessor 202 geht zu Schritt S2B. In Schritt S2B bestimmte Mikroprozessor 202, dass der Entladungsstrom Id es nicht geschafft hat, sich innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer (= 10 s) dem zulässigen Bereich IR anzunähern, und er setzt ein Annäherungsflag auf 0. Hiernach beendet der Mikroprozessor 202 dieses anfängliche Annäherungsbestimmungsunterprogramm.
Nach Vollenden des anfänglichen Annäherungsbestimmungsunterprogramms von 7, geht der Mikroprozessor zu Schritt S3 in 6.
In Schritt S3 bestimmt der Mikroprozessor 202, ob das Annäherungsflag gleich 1 ist oder nicht, d. h., ob der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR angenähert hat. In dem Fall, in dem das Annäherungsflag gleich 1 ist (der Entladungsstrom Id hat sich dem zulässigen Bereich IR angenähert) (Ja), d. h. die Detektion der Menge an Partikeln S kann zu Beginn des Betriebs der Ionenquelle 11 gestartet werden, und der Mikroprozessor 202 geht zu Schritt S8, um die Detektion der Menge an Partikeln S durch Verwendung des Signalstroms Is zu starten. In dem Fall, in dem der Mikroprozessor 202 in Schritt S3 hingegen bestimmt, dass das Annäherungsflag gleich 0 ist (Nein), d. h. der Entladungsstrom Id es nicht geschafft hat sich dem zulässigen Bereich IR anzunähern, geht der Mikroprozessor 202 zu Schritt S4.
In Schritt S4 veranlasst der Mikroprozessor 202 die Heizungsversorgungsschaltung 226, die Versorgung der Heizung 78 mit Energie mittels PWM-Steuerung zu starten, um hierdurch die Ionenquelle 11 und den Hilfselektrodenbereich 53 des Hilfselektrodenelements 50 zu heizen.
In einem darauf folgenden Schritt S5 führt der Mikroprozessor 202 ein in 8 gezeigtes Annäherungsbestimmungsunterprogramm durch, um zu bestimmen, ob der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR angenähert hat oder nicht.
Nun wird das Annäherungsbestimmungsunterprogramm der 8 beschrieben.
In einem in 8 gezeigten Schritt S51 setzt der Mikroprozessor 202 den Wert eines Zeit-Aufwärtszählers auf 0. Dieser Zeit-Aufwärtszähler wird dazu verwendet, die Bestimmung dieses Annäherungsbestimmungsunterprogramms nach Ablauf von 3 Minuten zu unterbrechen. In einem darauf folgenden Schritt S52 setzt der Mikroprozessor 202 den Wert eines Annäherungszählers auf 0. Dieser Annäherungszähler wird verwendet, um zu bestimmen, ob der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR angenähert hat oder nicht. In einem darauf folgenden Schritt S53 bestimmt der Mikroprozessor 202 unter Verwendung eines Zeitgebers, welcher mit 10 ms getaktet ist, ob 10 ms verstrichen sind oder nicht. In dem Fall, in dem 10 ms noch nicht verstrichen sind (Nein), wiederholt der Mikroprozessor diesen Schritt S53. In dem Fall, in dem 10 ms verstreichen sind (Ja in Schritt S53), geht der Mikroprozessor 202 zu Schritt S54. Deshalb wird die Verarbeitung des Schritts S54 und der darauf folgenden Schritte alle 10 ms ausgeführt.
In Schritt S54 erhält der Mikroprozessor 202 den Wert des Entladungsstroms Id alle 10 ms. In einem darauf folgenden Schritt S55 erhöht der Mikroprozessor 202 den Wert des Zeit-Aufwärtszählers um eins. D. h., der Wert des Zeit-Aufwärtszählers wird alle 10 ms um eins erhöht.
In einem darauf folgenden Schritt S56 bestimmt der Mikroprozessor 202 dann, ob der Wert des Zeit-Aufwärtszählers gleich oder größer als 18.000 wird oder nicht, d. h., ob 3 Minuten (180 s), welches die Dauer zum Unterbrechen der Bestimmung ist, nach dem Start dieses Annäherungsbestimmungsunterprogramms verstrichen sind oder nicht. In dem Fall, in dem 3 Minuten noch nicht verstreichen sind (Nein in Schritt S56), geht der Mikroprozessor 202 zu Schritt S57.
In Schritt S57 bestimmt der Mikroprozessor 202, ob der in Schritt S54 erhaltene Entladungsstrom Id in den zulässigen Bereich IR fällt oder nicht. In dem Fall, in dem der Entladungsstrom Id nicht in den zulässigen Bereich IR fällt (Nein), kehrt der Mikroprozessor 202 zu Schritt S52 zurück und setzt den Wert des Annäherungszählers auf 0 zurück. Nach Warten auf den Ablauf von 10 ms in Schritt S53, geht der Mikroprozessor 202 dann wieder zu Schritt S54, um den Entladungsstrom Id zu erhalten.
In dem Fall, in dem der Mikroprozessor 202 in Schritt S57 bestimmt, dass der Entladungsstrom Id in den zulässigen Bereich IR fällt (Ja) geht der Mikroprozessor 202 hingegen zu Schritt S58, um den Wert des Annäherungszählers um eins zu erhöhen, und er geht dann zu Schritt S59. In Schritt S59 bestimmt der Mikroprozessor 202, ob der Wert des Annäherungszählers gleich oder größer als 200 ist oder nicht.
In dem Fall, in dem der Wert des Annäherungszählers gleich oder größer ist als 200 (Nein), kehrt der Mikroprozessor 202 zu Schritt S53 zurück, wobei der Wert des Annäherungszählers beibehalten wird. Hierauf wartet der Mikroprozessor 202 auf den Ablauf von 10 ms in diesem Schritt S53 und geht dann wieder zu Schritt S54, um den Entladungsstrom Id zu erhalten.
In dem Fall, in dem der Wert des Annäherungszählers während der wiederholten Ausführung der Schritte S53 bis S59 200 erreicht, d. h. in dem Fall, in dem der Entladungsstrom Id für 2 s kontinuierlich in den zulässigen Bereich IR fällt, wird das Ergebnis der Bestimmung in S59 „Ja“, und der Mikroprozessor 202 geht zu Schritt S5A. In Schritt S5A bestimmt der Mikroprozessor 202, dass der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR angenähert hat und setzt das Annäherungsflag auf 1. Hiernach beendet der Mikroprozessor 202 dieses Annäherungsbestimmungsunterprogramm.
In dem Fall, in dem während der wiederholten Ausführung der Schritte S52 bis S57 der Wert des Zeit-Aufwärtszählers 18.000 erreicht, bevor der Wert des Annäherungszählers 200 erreicht, wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S56 hingegen „Ja“, und der Mikroprozessor 202 geht zu Schritt S5B. In Schritt S5B setzt der Mikroprozessor das Annäherungsflag auf 0. Hiernach beendet der Mikroprozessor 202 dieses Annäherungsbestimmungsunterprogramm. In diesem Fall hat es der Entladungsstrom Id nicht geschafft, sich dem zulässigen Bereich IR innerhalb von 3 Minuten anzunähern.
Nach Beenden des Annäherungsbestimmungsunterprogramms der 8, geht der Mikroprozessor 202 zu Schritt S6 der 6.
In Schritt S6 bestimmt der Mikroprozessor 202, ob das Annäherungsflag gleich 1 ist oder nicht, d. h., ob der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR angenähert hat oder nicht. In dem Fall, in dem das Annäherungsflag gleich 1 ist (der Entladungsstrom Id hat sich dem zulässigen Bereich IR angenähert) (Ja), geht der Mikroprozessor 202 zu Schritt S7. In Schritt S7 veranlasst der Mikroprozessor 202 die Heizungsversorgungsschaltung 226, die Versorgung der Heizung 78 mit Energie zu beenden. Hiernach geht der Mikroprozessor 202 zu Schritt S8 und startet die Detektion der Menge an Partikeln S durch Verwenden des Signalstromes Is.
In dem Fall, in dem der Mikroprozessor 202 in Schritt S6 bestimmt, dass das Annäherungsflag gleich 0 ist (Nein), d. h. in dem Fall in dem durch das Annäherungsbestimmungsunterprogramm bestimmt wurde, dass der Entladungsstrom Id es innerhalb von 3 Minuten nicht geschafft hat, sich dem zulässigen Bereich IR anzunähern, geht der Mikroprozessor 202 hingegen zu Schritt S9. In Schritt S9 veranlasst der Mikroprozessor 202 die Heizungsversorgungsschaltung 226, die Versorgung der Heizung 78 mit Energie zu beenden. In einem darauf folgenden Schritt S10 führt der Mikroprozessor 202 eine Fehlerverarbeitung durch, die zum Unterbrechen der Verarbeitung notwendig ist. In diesem Fall beendet der Mikroprozessor 202 das Programm zur Partikeldetektion, ohne die Partikeldetektion durchzuführen.
Wie vorangehend beschrieben, wird die Detektion der Menge an Partikeln S durch Verwenden des Signalstroms Is in dem System 1 der vorliegenden Ausführungsform gestartet (Schritt S8), nachdem der der Ionenquelle 11 zugeführte Entladungsstrom Id (Gasentladungsstrom) nach Start des Betriebs der Ionenquelle 11 (Schritt S1) sich dem zulässigen Bereich IR (z. B. Imin (= 4,5 µA) bis Imax (= 5,5 µA)) angenähert hat (Ja im Schritt S3, S6).
Als Ergebnis davon kann die Detektion der Menge an Partikeln S in einem Zustand gestartet werden, in welchem der Entladungsstrom Id stabil ist. Deshalb wird die Menge der erzeugten Ionen CP stabil, und die Menge an Partikeln S kann genau detektiert werden.
Das System 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst ferner die Heizung 78 zum Heizen der Ionenquelle 11 und die Heizungsversorgungsschaltung 226 zum Versorgen der Heizung 78 mit Energie. Nachdem die Ionenquelle 11 ihren Betrieb gestartet hat, wird die Heizungsversorgungsschaltung 226 veranlasst, die Heizung 78 mit Energie zu versorgen, um hierdurch die Ionenquelle 11 zu heizen, bis der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR annähert (Schritte S2 bis S7).
Hierdurch ist es möglich, Fremdsubstanzen, wie etwa Wassertropfen (z. B. kondensiertes Wasser) und Ruß, welche an dem Umfang der Ionenquelle 11 haften, zu entfernen, um hierdurch die Isolationseigenschaften der Ionenquelle 11 wieder herzustellen. Deshalb kann der Entladungsstrom Id sich schnell dem zulässigen Bereich IR annähern, wodurch die Zeit zum Starten der Detektion der Menge an Partikeln S verkürzt werden kann.
Wenn bei dem System 1 der vorliegenden Ausführungsform es der Entladungsstrom Id ferner nicht schafft, sich dem zulässigen Bereich IR innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Start des Betriebs der Ionenquelle 11 anzunähern, wird die Heizungsversorgungsschaltung 226 veranlasst, die Versorgung der Heizung 78 mit Energie zu starten (Schritte S2 bis S4).
Entsprechend wird bei dem System 1 die Versorgung der Heizung mit Energie in dem Fall nicht durchgeführt, in dem ein Start des Betriebs der Ionenquelle 11 der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR annähert und die Detektion der Menge an Partikeln S gestartet werden kann. Deshalb kann die durch die Versorgung der Heizung 78 mit Energie verbrauchte elektrische Energie reduziert werden.
Ferner weist in dem System 1 der vorliegenden Ausführungsform das Hilfselektrodenelement 50 den Hilfselektrodenbereich 53 auf, welcher an einem distalen Endbereich desselben vorgesehen ist und welcher als eine Hilfselektrode dient, und die Heizung 78 heizt den Hilfselektrodenbereich 53 des Hilfselektrodenelements 50 zusätzlich zu der Ionenquelle 11. Hierdurch ist es möglich, die Isolationseigenschaften des Hilfselektrodenbereichs 53, welches sich in Folge des Anhaftens von Fremdsubstanzen, wie etwa kondensiertem Wasser und Ruß, verschlechtert haben, wieder herzustellen, so dass der Hilfselektrodenbereich 53 als eine Hilfselektrode dient. Deshalb kann die Menge an Partikeln S besser detektiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Signalstrom Is dem Signal, welches in der vorliegenden Ausführungsform der Menge von geladenen Partikeln SC entspricht. Auch entspricht die Signalstromdetektionsschaltung 230 der Messungssteuerungsschaltung 220, welche den Signalstrom Is detektiert, der Detektionsschaltung der vorliegenden Erfindung, und die Signalstromdetektionsschaltung 230 und der Mikroprozessor 202 entsprechen dem Steuerabschnitt der vorliegenden Erfindung. Ferner entspricht die Ionenquellenenergieversorgungsschaltung 210 der Treiberschaltung und der Ionenquellen-Treiberschaltung der vorliegenden Erfindung, und die Hilfselektrodenenergieversorgungsschaltung 240 entspricht der Treiberschaltung und der Hilfselektroden-Treiberschaltung der vorliegenden Erfindung.
Ferner entspricht der Mikroprozessor 202, welcher die Schritte S2 bis S7 ausführt, den Heizungsversorgungssteuermitteln der vorliegenden Erfindung, und der Mikroprozessor 202, welcher die Schritte S2 bis S4 ausführt, entspricht den Heizungsversorgungsstartmitteln der vorliegenden Erfindung.
Ferner entspricht der Mikroprozessor 202, welcher die Schritte S2 bis S3 und die Schritte S5 bis S6 ausführt, den Stromannäherungsbestimmungsmitteln der vorliegenden Erfindung, und der Mikroprozessor, welcher den Schritt S8 ausführt, entspricht den Detektionsstartmitteln der vorliegenden Erfindung.
Vorangehend wurde die vorliegende Erfindung auf der Grundlage des Systems 1 der Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorangehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann frei abgeändert werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist in der Ausführungsform das mit einer Heizung versehene Hilfselektrodenisolationsrohr 79, in welchem die Heizung 78 an der Oberfläche des Hilfselektrodenisolationsrohrs 77 integral ausgebildet ist, welches den Umfang des Erstreckungsbereichs 51 des Hilfselektrodenelements 50 bedeckt, vorgesehen, und die Ionenquelle 11 und der Hilfselektrodenbereich 53 des Hilfselektrodenelements 50 werden durch die Heizung 78 des mit einer Heizung versehenen Hilfselektrodenisolationsrohrs 79 geheizt. Jedoch ist die Form der Heizung nicht hierauf beschränkt, und es kann nur eine Heizung zum Heizung der Ionenquelle 11 vorgesehen sein. Ferner können zwei Heizungen vorgesehen sein, um die Ionenquelle 11 und den Hilfselektrodenbereich 53 des Hilfselektrodenelements 50 separat zu heizen.
Die Ausführungsform kann ferner abgewandelt werden, um zu warten, bis der Entladungsstrom Id sich dem zulässigen Bereich IR annähert, ohne die Ionenquelle 11 beispielsweise durch die Heizung zu heizen. Ferner kann die Ausführungsform abgewandelt werden, um die erste anfängliche Annäherungsbestimmung (Schritt S2) nach dem Starten der Versorgung der Heizung 78 mit Energie unmittelbar nach dem Start der Betriebs der Ionenquelle 11 auszuführen.
Ferner wird in der Ausführungsform in Schritt S7 die Heizungsversorgungsschaltung 226 veranlasst, die Versorgung der Heizung 78 mit Energie zu beenden. Jedoch kann die Ausführungsform abgewandelt werden, um das Tastverhältnis der PWM-Steuerung in Schritt S7 zu verringern, um der Heizung 78 eine kleine Menge elektrischer Energie zuzuführen, um hierdurch eine leichte Wärmeerzeugung fortzuführen.
Ferner wird in der Ausführungsform der Signalstrom Is unter Verwendung einer vorbestimmten Referenztabelle in die Menge an Partikeln S umgewandelt. Der Signalstrom Is kann jedoch unter Verwendung einer vorbestimmten Umwandlungsgleichung in die Menge an Partikeln S umgewandelt werden. Ferner kann die Größe des Signalstroms Is selbst als eine physikalische Größe verwendet werden, welche der Menge an Partikeln S entspricht. In der Ausführungsform ist das nadelförmige Elektrodenelement 20 ferner in dem Entladungsraum DS angeordnet. Die Ausführungsform kann jedoch auf eine solche Weise abgewandelt werden, dass der nadelförmige distale Endbereich 22 des nadelförmigen Elektrodenelements 20 so angeordnet ist, dass er dem Mischungsbereich MX zugewandt ist und Gasentladung zwischen dem nadelförmigen distalen Endbereich 22 und der Innenoberfläche des Partikelaufladungsabschnitts 12, welcher den Mischungsbereich MX bildet, erzeugt wird.
Bezugszeichenliste

AM: Auto (Fahrzeug)
ENG: Motor (Verbrennungsmotor)
EP: Abgasrohr (Gasflussrohr)
EG: Abgas
EGI: eingeführtes Abgas
S: Partikel
SC: geladene Partikel
CP: Ionen
CPF: schwebende Ionen
CPH: freigesetzte Ionen
Id: Entladungsstrom (Gasentladungsstrom)
Is: Signalstrom
1: Partikeldetektionssystem
10: Detektionsabschnitt
11: Ionenquelle
12: Partikelaufladungsabschnitt
20: nadelförmiges Elektrodenelement
22: nadelförmiger distaler Endbereich (des nadelförmigen Elektrodenelements) (Ionenquelle)
31: Düsenelement (Ionenquelle)
42: Sammelelektrode
50: Hilfselektrodenelement
53: Hilfselektrodenbereich (des Hilfselektrodenelements) (Hilfselektrode)
78: Heizung
202: Mikroprozessor (Steuerabschnitt)
201: Schaltungsabschnitt
210: Ionenquellenenergieversorgungsschaltung (Treiberschaltung, Ionenquellen-Treiberschaltung)
220: Messungssteuerschaltung
226: Heizungsversorgungsschaltung
230: Signalstromdetektionsschaltung (Steuerabschnitt, Detektionsschaltung)
240: Hilfselektrodenenergieversorgungsschaltung (Treiberschaltung, Hilfselektroden-Treiberschaltung)
It: Zielstrom
IR: zulässiger Bereich
S2 bis S4: Heizungsversorgungsstartmittel
S2 bis S7: Heizungsversorgungssteuermittel
S2 bis S3, S5 bis S6: Stromumwandlungsbestimmungsmittel
S8: Detektionsstartmittel

Claims

Partikeldetektionssystem (1) zum Detektieren der Menge an Partikeln, welche in einem zu messenden Gas, welches durch ein Gasflussrohr (EP) fließt, enthalten ist, umfassend: einen Detektionsabschnitt (10), welcher an dem Gasflussrohr (EP) angebracht ist; eine Treiberschaltung zum Betreiben des Detektionsabschnitts (10); und einen Steuerabschnitt (230) zum Steuern der Treiberschaltung und Detektieren der Menge an Partikeln, wobei der Detektionsabschnitt (10) umfasst: eine Ionenquelle (11) zum Erzeugen von Ionen mittels Gasentladung, und einen Partikelaufladungsabschnitt (12) zum Mischen eines Teils des zu messenden Gases mit den Ionen, um hierdurch aufgeladene Partikel zu erzeugen, welche von den Partikeln in dem zu messenden Gas stammen und welche daran angelagerte Ionen tragen; wobei die Treiberschaltung umfasst: eine Ionenquellen-Treiberschaltung (210), um Konstantstromsteuerung derart durchzuführen, dass der der Ionenquelle (11) zugeführte Gasentladungsstrom gleich einem vorbestimmten Zielstrom wird; und wobei der Steuerabschnitt (202) umfasst: eine Detektionsschaltung (230) zum Detektieren eines Signals, welches der Menge an aufgeladenen Partikeln entspricht, Stromannäherungsbestimmungsmittel zum Bestimmen, ob der durch die Ionenquellen-Treiberschaltung (210) zugeführte Gasentladungsstrom (Id) sich einem vorbestimmten zulässigen Bereich, welcher den Zielstrom (It) enthält, angenähert hat oder nicht, nachdem der Betrieb der Ionenquelle (11) durch die Ionenquellen-Treiberschaltung (210) gestartet wurde, und Detektionsstartmittel (S8) zum Starten der Detektion der Menge an Partikeln über Verwendung des Signals, nachdem der Gasentladungsstrom (Id) sich dem erlaubten Bereich angenähert hat.
Partikeldetektionssystem (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Detektionsabschnitt (10) eine Heizung (78) zum Heizen der Ionenquelle (11) umfasst; wobei die Treiberschaltung eine Heizungsversorgungsschaltung (226) zum Versorgen der Heizung (78) mit Energie umfasst; und wobei der Steuerabschnitt (202) Heizungsversorgungssteuermittel umfasst, um die Heizungsversorgungsschaltung (226) zu veranlassen, die Heizung (78) mit Energie zu versorgen, bis der Gasentladungsstrom (Id) sich dem zulässigen Bereich annähert.
Partikeldetektionssystem (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Heizungsversorgungssteuermittel Heizungsversorgungsstartmittel umfassen, um die Heizungsversorgungsschaltung (226) zu veranlassen, die Versorgung der Heizung (78) mit Energie zu starten, wenn der Gasentladungsstrom (Id) sich innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Start des Betriebs der Ionenquelle (11) dem erlaubten Bereich nicht annähert.
Partikeldetektionssystem (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Detektionsabschnitt (10) umfasst: eine Sammelelektrode (42) zum Sammeln schwebender Ionen, welche ein Teil der Ionen sind und welche sich nicht an die Partikel heften konnten, als die Ionen mit dem zu messenden Gas gemischt wurden, und eine Hilfselektrode zum Unterstützen des Sammelns der schwebenden Ionen durch die Sammelelektrode (42); wobei die Treiberschaltung eine Hilfselektroden-Treiberschaltung (240) zum Betreiben der Hilfselektrode umfasst; und wobei die Heizung (78) dazu konfiguriert ist, zusätzlich zu der Ionenquelle (11) auch die Hilfselektrode zu heizen.