DE112018003009T5

DE112018003009T5 - Fehlererfassungsvorrichtung und Fehlererfassungsverfahren für Partikelfilter

Info

Publication number: DE112018003009T5
Application number: DE112018003009.1T
Authority: DE
Inventors: Kensuke Takizawa; Kazuhiko Koike; Go Miyagawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2020-03-05
Also published as: JP2019002355A; US20200116066A1; CN110741140A; US11230960B2; JP6671318B2; CN110741140B; WO2018230570A1

Abstract

Eine Fehlererfassungsvorrichtung (1) für einen Partikelfilter (101) umfasst: einen Sensor (2) mit einer Partikelerfassungseinheit (20), die ein Signal entsprechend der Menge an gesammelten PM ausgibt, und einer Heizeinheit (3), welche die Partikelerfassungseinheit erwärmt; eine Regenerationssteuerungseinheit (10A), welche, während die Maschine gestoppt ist, bewirkt, dass die Heizeinheit die Partikelerfassungseinheit auf eine Regenerationstemperatur T erwärmt, die ein Abbrennen der Partikel ermöglicht; eine Starterfassungseinheit (10B), welche den Start der Verbrennungskraftmaschine bestimmt; eine Fehlerbestimmungseinheit (10C), welche bestimmt, ob Abgas Wassertröpfchen enthält, während die Maschine in Betrieb ist; eine Heizsteuerungseinheit (10D), welche, wenn die Verbrennungskraftmaschine nach der Regenerationssteuerung startet und bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, bewirkt, dass die Heizeinheit die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur (T1) erwärmt, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit entfernt wird; und eine Fehlerbestimmungseinheit (10E), welche basierend auf einem Sensorausgabewert bestimmt, ob der Filter einen Fehler aufweist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der am 15. Juni 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2017-117948 , deren Gesamtheit hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird, und beansprucht die Priorität davon.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Fehlererfassungsvorrichtung und ein Fehlererfassungsverfahren für einen Partikelfilter, der Partikel sammelt, die aus einer Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen werden.
Allgemeiner Stand der Technik
Die Abgasvorschriften für Automotoren wurden vor kurzem verschärft, und in Abgasdurchlässen sind Partikelfilter installiert, um Partikel (im Folgenden auch als PM bezeichnet) zu sammeln. Partikel entsprechen einem Gemisch mit leitfähigem Ruß (das heißt Rußpartikeln) als eine Hauptkomponente und außerdem einem löslichen organischen Anteil (SOF), der aus unverbranntem Kraftstoff und Motoröl herrührt. Ein PM-Sensor zum Erfassen von Partikeln soll zur schnellen Erfassung einer Fehlfunktion in einem Partikelfilter installiert werden.
Ein beispielhafter PM-Sensor umfasst ein elektrisches Widerstandssensorelement mit einem Paar von Elektroden, die auf einer Oberfläche eines isolierenden Substrats angeordnet sind. Wenn die Elektroden aufgrund einer Ansammlung von Partikeln auf der Elementoberfläche elektrisch miteinander verbunden werden, erfasst der PM-Sensor einen Strom, der in Abhängigkeit von der Menge der angesammelten PM ausgegeben wird. Einige andere PM-Sensoren umfassen kapazitive Sensorelemente. Ein solcher PM-Sensor berechnet beispielsweise die Menge der gesammelten PM gemäß der Kapazität zwischen einem Paar von Elektroden, die mit der Ansammlung von Partikeln variiert. Diese Art von PM-Sensor kann stromabwärts eines Partikelfilters installiert sein, um eine Fehlfunktion basierend auf der Sensorausgabe zu erfassen.
Eine Fehlererfassungsvorrichtung mit einem Ansammlungs-Mess-PM-Sensor brennt typischerweise die auf dem PM-Sensor gesammelten Partikel durch einen Regenerationsprozess vor einem periodischen Bestimmungsprozess ab. Der Regenerationsprozess, während dem keine Bestimmung durchgeführt wird, verkürzt die Zeitspanne zur Erfassung von Partikeln. Um die Erfassungszeitspanne zu verlängern, offenbart Patentliteratur 1 beispielsweise eine Vorrichtung zum Erfassen von anormalen PM-Emissionen von einer Maschine. Wenn die Maschine gestoppt ist, veranlasst die Vorrichtung eine Heizeinheit, die Partikel abzubrennen, bevor der PM-Sensor eine Anomalie beim Start der Maschine diagnostiziert.
Patentliteratur 2 offenbart auch eine Vorrichtung zur Fehlerdiagnose in einem Filter. Die Vorrichtung umfasst eine Regenerationssteuerungseinheit zum Regenerieren des PM-Sensors, während die Maschine gestoppt ist, und eine Trockenheitsbestimmungseinheit zum Bestimmen der Trockenheit eines Abgasrohrs, um zu bestimmen, ob eine Sensorregeneration möglich ist. Wenn beispielsweise die Maschine ohne die Bestimmung der Trockenheit gestoppt wird, wird die Sensorregeneration abgebrochen. Wenn die Maschine vor dem Abschluss der Sensorregeneration gestartet wird, wird die Sensorregeneration beendet. Diese Steuerung kann eine feuchtigkeitsbedingte Rissbildung, die durch eine Erwärmung eines nassen PM-Sensors hervorgerufen wird, verhindern, und die Regeneration des Sensors nach dem Start überflüssig machen oder verkürzen, wodurch der Diagnosezeitraum verlängert wird.
Zitierungsliste
Patentliteratur

[PTL 1] JP 5533477 B
[PTL 2] JP 2016-205168 A

Kurzfassung der Erfindung
Beim Starten der Maschine emittiert die Maschine eine relativ große Menge an Partikeln. Daher soll, wie in Patentliteratur 1 und 2 beschrieben, eine Regeneration durchgeführt werden, während die Maschine gestoppt ist, und eine Fehlerbestimmung soll unmittelbar nach dem Maschinenstart durchgeführt werden, um eine Fehlfunktion im Partikelfilter früh zu erfassen. Wenn jedoch einige Zeit vom Abstellen der Maschine bis zum Neustart verstrichen ist, kann die Temperatur innerhalb des Abgasrohrs sinken, so dass Wasserdampf, der im Abgas enthalten ist, kondensieren kann, so dass der PM-Sensor leicht nass wird.
Wenn die Maschine unter einer Bedingung mit vielen Wassertröpfchen innerhalb des Abgasrohrs startet, wie beispielsweise einem Kaltstartzustand, können die Wassertröpfchen von einem Abgasstrom getragen werden und sich leicht auf dem PM-Sensor sammeln. Mit einer Zunahme der Feuchtigkeitsmenge, die zusammen mit Partikeln zwischen dem Elektrodenpaar des Sensorelements angebracht ist, kann die Feuchtigkeit den elektrischen Widerstand und die Kapazität beeinflussen und den Sensorausgang verändern, was zu einer Verringerung der Erfassungsgenauigkeit führt. Daher umfassen herkömmliche Technologien für den Kaltstart den Regenerationsprozess, nachdem das Abgasrohr trocken wird, und können die beim Kaltstart emittierten Partikel nicht erfassen.
In Patentliteratur 2 wird die Trockenheitsbestimmung zu Beginn durchgeführt. Wird die Trockenheit nicht bestätigt, wird das Erwärmen bzw. Heizen bei einer niedrigen Temperatur ohne Regeneration nach dem Start fortgesetzt. Bis zur Bestätigung der Trockenheit wird das Erwärmen jedoch auf einer Temperatur gehalten, die niedriger als die Regenerationstemperatur und höher als die Abgastemperatur ist, um ein Anhaften von Partikeln und Feuchtigkeit zu verhindern, und der Trockenheitsbestätigung folgt der Beginn der Sammlung bzw. Aufnahme von Partikeln. Somit ist auch diese Technologie nicht in der Lage, Partikel zu erfassen, die beim Kaltstart ausgestoßen werden. Darüber hinaus kann eine Sammlung, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten beginnt, leicht zu Ausgangsschwankungen und Fehlern führen, da keine Partikel anhaften, bis die Temperatur nach Abschluss des Trocknens bis zu einem gewissen Grad sinkt.
Darüber hinaus wurde die Maschinenverbrennungssteuerungstechnologie kürzlich verbessert, und PM-Emissionen nach dem Aufwärmen sinken weiter deutlich. Daher ist eine Technologie zur Erfassung von PM-Emissionen während des Kaltstarts erforderlich, um eine frühzeitige Bestimmung einer Fehlfunktion in einem Partikelfilter zu ermöglichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin, eine Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter und ein Fehlererfassungsverfahren für einen Partikelfilter bereitzustellen, die eine genaue Erfassung von ausgestoßenen Partikeln und eine frühzeitige Erfassung von Fehlern in einem Partikelfilter ermöglichen, der in einem Abgasdurchlass installiert ist, auch unter einer Bedingung mit Wassertröpfchen im Abgasdurchlass, wie beispielsweise einem Kaltstartzustand einer Verbrennungskraftmaschine.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung entspricht einer Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter, der in einem Abgasdurchlass für eine Verbrennungskraftmaschine installiert ist. Die Fehlererfassungsvorrichtung umfasst:

einen Sensor mit einer Partikelerfassungseinheit, die auf deren Oberfläche eine Ansammlung von Partikeln ermöglicht, die in einem Abgas enthalten sind, das durch den Partikelfilter geleitet wurde, und ein Signal entsprechend der Menge der gesammelten Partikel ausgibt, und einer Heizeinheit, welche die Partikelerfassungseinheit erwärmt;
eine Regenerationssteuerungseinheit, welche die Heizeinheit aktiviert, während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist, um die Partikelerfassungseinheit auf eine Regenerationstemperatur zu erwärmen, die ermöglicht, dass die Partikel abgebrannt werden;
eine Starterfassungseinheit, welche den Start der Verbrennungskraftmaschine bestimmt;
eine Trockenheitsbestimmungseinheit, welche bestimmt, ob ein Abgas während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Wassertröpfchen enthält;
eine Heizsteuerungseinheit, welche, wenn die Verbrennungskraftmaschine nach dem Erwärmen durch die Regenerationssteuerungseinheit startet und bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, die Heizeinheit aktiviert, um die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur zu erwärmen, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit entfernt wird; und
eine Fehlerbestimmungseinheit, welche basierend auf einem Ausgabewert von dem Sensor nach der Erwärmung durch die Heizsteuerungseinheit bestimmt, ob der Partikelfilter eine Fehlfunktion bzw. einen Fehler aufweist.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung entspricht einer Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter, der in einem Abgasdurchlass für eine Verbrennungskraftmaschine installiert ist. Die Fehlererfassungsvorrichtung umfasst:

einen Sensor mit einer Partikelerfassungseinheit, welche auf deren Oberfläche die Ansammlung von Partikeln ermöglicht, die in einem Abgas enthalten sind, das durch den Partikelfilter geleitet wurde, und ein Signal entsprechend einer Menge der gesammelten Partikel ausgibt, und einer Heizeinheit, welche die Partikelerfassungseinheit erwärmt;
eine Ausgabespeichereinheit, welche einen Ausgabewert von dem Sensor als den Initialwert für den nächsten Start speichert, wenn oder während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist;
eine Starterfassungseinheit, welche den Start der Verbrennungskraftmaschine bestimmt;
eine Trockenheitsbestimmungseinheit, welche bestimmt, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält, während die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb ist;
eine Heizsteuerungseinheit, welche im Ansprechen darauf, dass nach dem nächsten Start der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, die Heizeinheit aktiviert, um die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur zu erwärmen, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und die Feuchtigkeit, die in den Partikeln enthalten ist, entfernt wird; und
eine Fehlerbestimmungseinheit, welche basierend auf der Differenz zwischen dem Initialwert und einem Ausgabewert von dem Sensor nach der Erwärmung durch die Heizsteuerungseinheit bestimmt, ob der Partikelfilter einen Fehler aufweist,.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung entspricht einem Fehlererfassungsverfahren für einen Partikelfilter, der in einem Abgasdurchlass für eine Verbrennungskraftmaschine installiert ist. Das Fehlererfassungsverfahren umfasst:

Anordnen eines Sensors stromabwärts des Partikelfilters, wobei der Sensor eine Partikelerfassungseinheit, die auf deren Oberfläche die Ansammlung von Partikeln ermöglicht, die in einem Abgas enthalten sind, das durch den Partikelfilter geleitet wurde, und ein Signal entsprechend der Menge der gesammelten Partikel ausgibt, und eine Heizeinheit, welche die Partikelerfassungseinheit erwärmt, aufweist;
einen Regenerationsschritt zum Aktivieren der Heizeinheit, während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist, um die Partikelerfassungseinheit auf eine Regenerationstemperatur zu erwärmen, die ermöglicht, dass die angesammelten Partikel abgebrannt werden;
einen Startbestimmungsschritt zum Bestimmen des Starts der Verbrennungskraftmaschine nach dem Erwärmen in dem Regenerationsschritt;
einen Trockenheitsbestimmungsschritt zum Bestimmen, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält, während die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb ist, nach dem Erwärmen in dem Regenerationsschritt;
einen Heizschritt, um im Ansprechen darauf, dass im Trockenheitsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, die Heizeinheit zu aktivieren, um die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur zu erwärmen, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und Feuchtigkeit, die in den Partikeln enthalten ist, entfernt wird; und
einen Fehlerbestimmungsschritt zum Bestimmen, ob der Partikelfilter eine Fehlfunktion aufweist, basierend auf einem Ausgabewert von dem Sensor nach dem Erwärmen im Heizschritt.

Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung entspricht einem Fehlererfassungsverfahren für einen Partikelfilter, der in einem Abgasdurchlass für eine Verbrennungskraftmaschine installiert ist. Das Fehlererfassungsverfahren umfasst:

Anordnen eines Sensors stromabwärts des Partikelfilters, wobei der Sensor eine Partikelerfassungseinheit, die auf deren Oberfläche die Ansammlung von Partikeln ermöglicht, die in einem Abgas enthalten sind, das durch den Partikelfilter geleitet wurde, und ein Signal entsprechend der Menge der gesammelten Partikel ausgibt, und eine Heizeinheit, welche die Partikelerfassungseinheit erwärmt, aufweist;
einen Ausgabespeicherschritt zum Speichern eines Ausgabewerts von dem Sensor als den Initialwert für den nächsten Start, wenn oder während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt wird;
einen Startbestimmungsschritt zum Bestimmen des Starts der Verbrennungskraftmaschine nach dem Ausgabespeicherschritt;
einen Trockenheitsbestimmungsschritt zum Bestimmen, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält, während die Verbrennungskraftmaschine nach dem nächsten Start in Betrieb ist;
einen Heizschritt, um im Ansprechen darauf, dass im Trockenheitsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, die Heizeinheit zu aktivieren, um die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur zu erwärmen, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und Feuchtigkeit, die in den Partikeln enthalten ist, entfernt wird; und
einen Fehlerbestimmungsschritt zum Bestimmen, ob der Partikelfilter eine Fehlfunktion aufweist, basierend auf der Differenz zwischen dem Initialwert und einem Ausgabewert von dem Sensor nach dem Erwärmen im Heizschritt.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Bei der Fehlererfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aktiviert die Regenerationssteuerungseinheit die Heizeinheit, während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist, um die Partikelerfassungseinheit auf die vorbestimmte Regenerationstemperatur zu erwärmen, was die Partikel abbrennt. Danach, wenn die Starterfassungseinheit den Start der Verbrennungskraftmaschine bestimmt, sammeln sich Partikel auf der Partikelerfassungseinheit, bis die Trockenheitsbestimmungseinheit bestimmt, dass keine Wassertröpfchen darin enthalten sind. Wenn die Trockenheitsbestimmungseinheit bestimmt, dass keine Wassertröpfchen enthalten sind, aktiviert die Heizsteuerungseinheit die Heizeinheit, um die Partikelerfassungseinheit auf die vorbestimmte erste Temperatur zu erwärmen. Die erste Temperatur entspricht einer relativ niedrigen Temperatur, bei der die in den gesammelten Partikeln enthaltene Feuchtigkeit entfernt werden kann, die Partikel jedoch nicht entfernt werden. Dadurch wird eine feuchtigkeitsbedingte Rissbildung verhindert. Darüber hinaus führt das Fehlen von Wassertröpfchen im Abgasdurchlass zu keiner Anhaftung von neuer Feuchtigkeit. Mit anderen Worten, der Ausgabewert der Partikelerfassungseinheit in diesem Zustand entspricht der Menge an Partikeln, die keine Feuchtigkeit enthalten. Auf der Grundlage des Ausgabewerts kann die Fehlerbestimmungseinheit eine Fehlfunktion im Partikelfilter erfassen.
Entsprechend können selbst für Partikel, die sich während eines Kaltstarts angesammelt haben, die PM-Emissionen genau erfasst werden, indem die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit selektiv entfernt wird, nachdem der Abgasdurchlass trocken wird. Alternativ kann anstelle der Regeneration durch die Regenerationssteuerungseinheit ein Ausgabewert, der erhalten wird, wenn oder während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt wird/ist, als der Initialwert für den nächsten Start bestimmt werden. Eine Fehlerbestimmung basierend auf der Differenz zwischen dem Initialwert und einem Ausgabewert von der Partikelerfassungseinheit kann die gleichen Effekte erzielen.
Um eine Fehlfunktion unter Verwendung der Fehlererfassungsvorrichtung zu erfassen, kann der Regenerationsschritt oder der Ausgabespeicherschritt in dem Fehlererfassungsverfahren gemäß dem dritten oder vierten Aspekt gefolgt von dem Startbestimmungsschritt, dem Trockenheitsbestimmungsschritt, dem Heizschritt und dem Fehlerbestimmungsschritt in dieser Reihenfolge implementiert werden. Dieser Prozess ermöglicht eine schnelle Fehlerbestimmung basierend auf einem Ausgabewert unter einer Betriebsbedingung mit einer relativ großen Menge an ausgestoßenen PM, was eine hochgenaue Fehlererfassung für einen Partikelfilter ermöglicht.
Wie vorstehend beschrieben ist, können diese Aspekte eine Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter und ein Fehlererfassungsverfahren für einen Partikelfilter bereitstellen, die eine genaue Erfassung von ausgestoßenen Partikeln und eine frühzeitige Erfassung einer Fehlfunktion in einem Partikelfilter, der in einem Abgasdurchlass installiert ist, selbst unter einer Bedingung mit Wassertröpfchen in einem Abgasdurchlass, wie beispielsweise einem Kaltstartzustand einer Verbrennungskraftmaschine, ermöglichen.
Figurenliste
Die Vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der detaillierten Beschreibung, die nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen vorgesehen ist, klar ersichtlich, wobei:

1 eine schematische Abbildung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
2 eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften Struktur eines Sensorelements ist, das in einem PM-Sensor gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist;
3 eine Querschnittsansicht des gesamten PM-Sensors ist, der in der Fehlererfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform installiert ist;
4 eine schematische Abbildung eines Hauptteils des Sensorelements ist, welche das Detektions- bzw. Erfassungsprinzip des PM-Sensors gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
5 ein Flussdiagramm eines Fehlererfassungsablaufs für einen Partikelfilter ist, der von der Fehlererfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
6 eine schematische Abbildung ist, welche die Struktur von Partikeln gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
7 ein Zeitdiagramm ist, welches einen Vergleich von zeitvariablen Ausgabewerten von dem PM-Sensor gemäß der ersten Ausführungsform mit zeitvariablen Ausgabewerten gemäß dem Fehlererfassungsprozess in einem Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
8 eine schematische Abbildung eines Hauptteils eines Sensorelements ist, welche das Detektionsprinzip eines PM-Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
9 ein Flussdiagramm eines Fehlererfassungsablaufs für einen Partikelfilter ist, der von einer Fehlererfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird; und
10 ein Zeitdiagramm ist, welches einen Vergleich von zeitvariablen Ausgabewerten eines PM-Sensors gemäß einer achten Ausführungsform mit zeitvariablen Ausgabewerten gemäß dem Fehlererfassungsverfahren im Vergleichsbeispiel 1 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter wird nun mit Bezug auf die 1 bis 7 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, entspricht die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise einem Dieselmotor (im Folgenden als die Maschine bezeichnet) E, der einer Vierzylinder-Direkteinspritzmaschine mit einem Turbolader-T/C entspricht. Die Maschine besitzt ein Abgasrohr EX, das als ein Abgasdurchlass dient und mit einem Partikelfilter 101 ausgestattet ist. Um eine Fehlfunktion im Partikelfilter 101 zu erfassen, ist eine Fehlererfassungsvorrichtung 1 installiert. Das Abgasrohr EX weist einen Oxidationskatalysator 102 auf, der stromaufwärts des Partikelfilters 101 installiert ist. Das Abgasrohr EX weist außerdem einen PM-Sensor 2, oder einen Sensor, stromabwärts des Partikelfilters 101 auf. Der Sensor sammelt Partikel, die stromabwärts des Partikelfilters 101 passieren, und gibt das Signal entsprechend der Menge der gesammelten PM aus.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der PM-Sensor 2 ein Sensorelement 20 oder eine Partikelerfassungseinheit. Der PM-Sensor 2 umfasst außerdem eine mit dem Sensorelement 20 integrierte Heizeinheit 3 zum Erwärmen der auf dem Sensorelement 20 gesammelten Partikel. Das Sensorelement 20 weist ein längliches und rechteckiges isolierendes Substrat 23 und ein Paar von Interdigitalelektroden 21 und 22 an einem Endteil der Substratoberfläche auf (z.B. einem linken Teil der oberen Fläche in 2). Das Sensorelement 2 umfasst an einer Position, die dem Paar von Elektroden bzw. dem Elektrodenpaar 21 und 22 entspricht, eine eingebettete Heizelektrode 31, welche die Heizeinheit 3 bildet. Von dem Elektrodenpaar 21 und 22 erstrecken sich Leitungen 21a und 22a jeweils in einer Längsrichtung, und diese sehen über Anschlüsse bzw. Klemmen 21b und 22b am anderen Ende des Sensorelements 2 eine Verbindung mit einem externen Spannungsapplikator 24 vor, so dass an das Elektrodenpaar 21 und 22 eine vorbestimmte Spannung für die Erfassung angelegt werden kann. Gleichermaßen sieht die Heizelektrode 31 über Leitungen 31a und 31b, die hin zu dem anderen Ende des Sensorelements 2 erstreckt sind, eine Verbindung mit einer Leistungszuführung, wie beispielsweise einer fahrzeugseitigen Batterie (nicht gezeigt), vor. Das isolierende Substrat 23 kann aus Aluminiumoxid oder anderen elektrisch isolierenden Keramiken hergestellt sein. Das Elektrodenpaar 21 und 22 und die Heizelektrode 31 können Pt- oder anderen Edelmetall-Elektroden entsprechen.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der PM-Sensor 2 ein Gehäuse H, welches das Sensorelement 20 enthält, eine Abdeckung C1, die am distalen Ende des Gehäuses H installiert ist, um dem Abgas zugewandt zu sein, und eine Abdeckung C2, die am proximalen Ende installiert ist, um der Atmosphäre zugewandt zu sein. Das Sensorelement 20 ist über einen zylindrischen Isolator H1 am Innenumfang des Gehäuses H befestigt, wobei die Längsrichtung des Sensorelements 20 mit der Axialrichtung X des PM-Sensors 2 ausgerichtet ist und der Endteil einschließlich des Elektrodenpaars 21 und 22 innerhalb der abgaszugewandten bzw. abgasseitigen Abdeckung C1 angeordnet ist. Der PM-Sensor 2 ist über Gewinde, die am Außenumfang des Gehäuses H ausgebildet sind, an der Rohrwand des Abgasrohrs EX angebracht (siehe beispielsweise 1). In diesem Zustand ragt das eine Ende des Sensorelements 20, geschützt durch die abgasseitige Abdeckung C1, in das Abgasrohr EX hinein und ist dem im Abgasrohr EX strömenden Abgas ausgesetzt. Die abgasseitige Abdeckung C1 kann einem Doppelbehälter mit einer inneren Abdeckung C11 und einer äußeren Abdeckung C12 entsprechen, und Abgas ermöglichen, durch Löcher C11a und C12a zu strömen, die in den Abdeckungen C11 bzw. C12 ausgeschnitten sind.
Das Prinzip der PM-Mengenerfassung durch den PM-Sensor 2 wird nun anhand von 4 beschrieben. Der elektrische Widerstands-PM-Sensor 2 weist das Elektrodenpaar 21 und 22 auf, die auf einer Oberfläche des isolierenden Substrats 23 des Sensorelements 20 einander zugewandt und voneinander getrennt bzw. beabstandet sind. Während der Erfassung kann der Spannungsapplikator 24 die vorbestimmte Spannung zur Erfassung zwischen dem Elektrodenpaar 21 und 22 anlegen. Das resultierende elektrische Feld, das zwischen dem Elektrodenpaar 21 und 22 erzeugt wird, sammelt elektrostatisch Partikel, die in der Nähe des Sensorelements 20 schweben (das heißt, PM in der Abbildung). Die leitfähigen Partikel, die sich allmählich auf der Oberfläche des isolierenden Substrats 23 sammeln, verbinden die Elektroden 21 und 22 miteinander, um einen leitenden Pfad zu bilden. Somit weisen die Ausgangscharakteristika eine Totzeit auf, für die ein Sensorausgang bis zur Bildung des leitenden Pfades gleich null ist. Es ist zu beachten, dass Partikel zwischen dem Elektrodenpaar 21 und 22 nicht nur durch elektrostatisches Sammeln, sondern auch durch Thermophorese oder eine physikalische Kollision gesammelt werden können.
Danach, wenn der Sensorausgang steigt, nimmt der Zwischenelektrodenwiderstand mit zunehmender Menge an gesammeltem PM ab. Somit kann der Wert eines zu dieser Zeit fließenden Stroms mit einem Amperemeter 25 erfasst werden, um den Ausgabewert zu erhalten, der dem Betrag bzw. der Menge der gesammelten PM entspricht. Darüber hinaus ist eine Fehlerbestimmung für den Partikelfilter 101 basierend auf der Menge der gesammelten PM durch Einstellen einer vorbestimmten Schwelle, die größer oder gleich der Menge der für die Totzeit gesammelten PM ist, oder unter Verwendung der Länge der Totzeit als ein Parameter zugelassen.
In 1 gibt der PM-Sensor 2 Detektionssignale aus, die nacheinander von einer Sensorsteuerungseinheit 10 empfangen werden, die mit einer Maschinensteuerungseinheit (im Folgenden als die ECU bezeichnet) 100 verbunden ist.
Die Sensorsteuerungseinheit 10 umfasst eine Regenerationssteuerungseinheit 10A. Während die Maschine E gestoppt ist, aktiviert die Regenerationssteuerungseinheit 10A die Heizeinheit 3, um das Sensorelement 20 auf eine Regenerationstemperatur T zu erwärmen, so dass die Partikel abgebrannt werden können.
Die Maschinensteuerungseinheit 100 umfasst eine Starterfassungseinheit 10B zum Erfassen des Starts der Maschine E und eine Trockenheitsbestimmungseinheit 10C zum Bestimmen, ob das Abgas während des Betriebs der Maschine E Wassertröpfchen enthält.
Die Sensorsteuerungseinheit 10 umfasst eine Heizsteuerungseinheit 10D zum Erwärmen basierend auf den von den vorstehenden Einheiten empfangenen Bestimmungsergebnissen. Wenn die Maschine E nach der Erwärmung durch die Regenerationssteuerungseinheit 10A startet und bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, aktiviert die Heizsteuerungseinheit 10D die Heizeinheit 3, um das Sensorelement 2 auf eine erste Temperatur T1 zu erwärmen, welche ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit entfernt wird.
Die Sensorsteuerungseinheit 10 umfasst außerdem eine Fehlerbestimmungseinheit 10E zum Bestimmen, ob der Partikelfilter 101 eine Fehlfunktion aufweist, nach der Erwärmung durch die Heizsteuerungseinheit 10C. Die Bestimmung basiert auf einem Ausgabewert (im Folgenden auch als ein Sensorausgangswert bezeichnet) S von dem PM-Sensor 2.
Das Fehlererfassungsverfahren, welches durch die Fehlererfassungsvorrichtung 1 mit diesen Einheiten durchgeführt wird, wird später ausführlich beschrieben.
Die Maschine E umfasst für jeden Zylinder ein Kraftstoffeinspritzventil INJ. Jedes Kraftstoffeinspritzventil INJ wird von einer Antriebseinheit 103 angetrieben, die von der ECU 100 eine Anweisung erhält, Kraftstoff direkt in die Brennkammer einzuspritzen. Das Abgas nach der Verbrennung strömt in einen Abgasdurchlass EX und wird gereinigt, bevor dieses den Oxidationskatalysator 102 und den Partikelfilter 101 durchlaufen hat. Der Partikelfilter 101 kann eine bekannte Wandströmungsfilterstruktur aufweisen, um die im Abgas enthaltenen Partikel zu sammeln. Insbesondere weist der Partikelfilter 101 geeignet eine poröse keramische Wabenstruktur aus Cordierit oder anderen Materialien auf, die eine große Anzahl von inneren Zellen umfasst, welche als Gasströmungskanäle dienen, wobei die Ein- oder Auslässe der vielen Zellen abwechselnd verschlossen sind.
Der Oxidationskatalysator 102 kann aus Oxidationskatalysatorkomponenten gebildet sein, die auf der Oberfläche eines Trägers getragen sind, der eine poröse keramische Wabenstruktur aus Cordierit oder anderen Materialien aufweist. Stromaufwärts des Oxidationskatalysators 102 ist ein Kraftstoffzugabeventil 104 installiert, um dem Abgas Kraftstoff zuzuführen. So kann beispielsweise während der Regeneration des Partikelfilters 101 Kraftstoff aus dem Kraftstoffzugabeventil 104 zugeführt und auf dem Oxidationskatalysator 102 verbrannt werden, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen.
In einem Einlass- bzw. Ansaugrohr IN, das als ein Einlassdurchlass dient, ist ein Luftströmungsmesser 106 zum Erfassen der Ansaugluftströmungsrate stromaufwärts eines Drosselventils bzw. einer Drosselklappe 105 zum Anpassen der Ansaugluftströmungsrate gemäß dem Grad der Gaspedalöffnung installiert. Der Turbolader 107 verfügt über eine Turbine 107a, die in dem Abgasrohr EX installiert ist, und die Turbine 107a treibt einen im Ansaugrohr IN installierten Verdichter 107b an, um die Ansaugluft auf einen vorbestimmten Ladedruck zu verdichten. Das Abgasrohr EX und das Ansaugrohr IN sind durch einen AGR-Durchlass 108 mit einem AGR-Ventil 108a verbunden, und Abgas wird mit einer von dem Öffnungsgrad des AGR-Ventils 108a abhängigen Strömungsrate in das Ansaugrohr IN zurückgeführt. Das Ansaugrohr IN verfügt über einen Einlassdrucksensor 109, der stromabwärts des AGR-Durchlasses 108 installiert ist.
Die ECU 100 empfängt Erfassungs- bzw. Detektionssignale von dem Luftströmungsmesser 106 und dem Einlassdrucksensor 109 sowie von verschiedenen Sensoren, wie einem Gaspedalöffnungssensor und einem Maschinendrehzahlsensor (nicht gezeigt), über eine Eingangs-Ausgangs-Schnittstelle 100A. Die ECU 100 bestimmt die Betriebsbedingungen der Maschine E basierend auf den Erfassungssignalen dieser verschiedenen Sensoren und steuert die Maschinenkomponenten, um den optimalen Maschinenverbrennungszustand zu erreichen, gemäß einem vorab gespeicherten Programm und einem Kennfeldwert für jede Betriebsbedingung. Im Ansprechen auf die Anweisungssignale von der ECU 100 treibt die Antriebseinheit 103 die Kraftstoffeinspritzventile INJ, das Kraftstoffzugabeventil 104, die Drosselklappe 105, die Turbine 107a und das AGR-Ventil 108a zu deren vorbestimmten Zeitpunkten an. Mit dieser Steuerung können der Ladedruck und der AGR-Grad in geeigneter Weise gesteuert werden, wodurch die zusammen mit dem Abgas ausgestoßenen Partikel und NOx reduziert werden. Darüber hinaus sammelt der im Abgasrohr EX installierte Partikelfilter 101 Partikel und dämpft so die Freisetzung von PM nach außen.
Falls jedoch ein Fehler im Partikelfilter 101 auftritt, kann die Sammel- bzw. Aufnahmefähigkeit des Partikelfilters 101 abnehmen, so dass die Partikel stromabwärts strömen können. Der Begriff „Fehler“ im Partikelfilter 101 kann einen teilweisen Funktionsverlust aufgrund eines Risses in der porösen keramischen Wabenstruktur, die den Partikelfilter 101 bildet, eine Verringerung der Sammeleffizienz aufgrund eines winzigen Risses oder einer Verschlechterung und auch andere Anomalien umfassen. Um einen solchen Fehler schnell zu erfassen und den Fahrer zu benachrichtigen, veranlasst die Fehlererfassungsvorrichtung 1 den PM-Sensor 2 dazu, Partikel zu erfassen, die stromabwärts des Partikelfilters 101 austreten, und die Sensorsteuerungseinheit 10 dazu, eine Fehlerbestimmung durchzuführen.
Im Einzelnen erfasst die Fehlererfassungsvorrichtung 1 einen Fehler bzw. eine Fehlfunktion im Partikelfilter 101, indem bewirkt wird, dass die Regenerationssteuerungseinheit 10A, die Starterfassungseinheit 10B, die Trockenheitsbestimmungseinheit 10C, die Heizsteuerungseinheit 10D und die Fehlerbestimmungseinheit 10E sequenziell einen Regenerationsschritt, einen Startbestimmungsschritt, einen Trockenheitsbestimmungsschritt, einen Heizschritt und einen Fehlerbestimmungsschritt, wie nachfolgend beschrieben, implementieren.
Insbesondere aktiviert die Regenerationssteuerungseinheit 10A im Ansprechen darauf, dass bestimmt wird, dass die Maschine E gestoppt ist, die Heizeinheit 3, während die Maschine E gestoppt ist, um den Regenerationsschritt zum Regenerieren des Sensorelements 20 zu implementieren. In diesem Schritt wird das Sensorelement 20 auf die Regenerationstemperatur T erwärmt, wodurch die angesammelten Partikel abgebrannt werden können.
Anschließend implementiert die Starterfassungseinheit 10B den Startbestimmungsschritt zum Erfassen des Starts der Maschine E nach der Erwärmung im Regenerationsschritt. Im Ansprechen auf den Start der Maschine E beginnt das Sensorelement 20 damit, Partikel zu sammeln.
Während die Maschine E nach der Erwärmung im Regenerationsschritt in Betrieb ist, implementiert die Trockenheitsbestimmungseinheit 10C dann den Trockenheitsbestimmungsschritt zum Bestimmen, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält.
Wenn im Trockenheitsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass keine Wassertröpfchen enthalten sind, implementiert die Heizsteuerungseinheit 10D danach den Heizschritt zum Aktivieren der Heizeinheit 3, um das Sensorelements 20 zu erwärmen. In diesem Schritt wird das Sensorelement 20 auf die erste Temperatur T1 erwärmt, welche ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit entfernt wird.
Nach der Erwärmung im Heizschritt implementiert die Fehlerbestimmungseinheit 10E den Fehlerbestimmungsschritt zum Bestimmen, ob der Partikelfilter 101 einen Fehler aufweist, basierend auf einem Ausgabewert S von dem PM-Sensor 2.
Diese Schritte werden nun ausführlich beschrieben. 5 zeigt ein Flussdiagramm als ein Beispiel für das Fehlererfassungsverfahren, das von der Fehlererfassungsvorrichtung 1 periodisch durchgeführt wird. Schritt S12 entspricht dem Regenerationsschritt, Schritt S13 dem Startbestimmungsschritt, Schritt S14 dem Trockenheitsbestimmungsschritt, Schritt S15 dem Heizschritt und die Schritte S16 bis S19 dem Fehlerbestimmungsschritt.
Wenn der Fehlererfassungsablauf gestartet wird, bestimmt die Fehlererfassungsvorrichtung 1 in Schritt S11 zunächst, ob die Maschine E gestoppt ist. Wenn in Schritt S11 ein bejahendes Bestimmungsergebnis geliefert wird, fährt der Ablauf mit Schritt S12 fort, um den PM-Sensor 2 zu regenerieren. Wenn ein negatives Bestimmungsergebnis geliefert wird, wird Schritt S11 wiederholt, bis ein bejahendes Bestimmungsergebnis geliefert wird.
Der Stopp der Maschine E umfasst den Fall, in dem die Zündung durch den Fahrer, der den Maschinenschalter oder den Maschinenschlüssel betätigt, abgeschaltet wird, und den Fall, in dem die vom Maschinendrehzahlsensor erfasste Maschinendrehzahl gleich null geworden ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Ein Fahrzeug mit einer Start-Stopp-Funktion erfasst den Leerlauf im Stillstand, und dann stoppt dessen Maschine E automatisch. Es wird jedoch erwartet, dass das Fahrzeug in sehr kurzer Zeit neu startet, und es ist weniger wahrscheinlich, dass eine Befeuchtung auftritt. Um eine unvollständige Regeneration im nächsten Schritt zu verhindern, führt ein automatischer Stopp aufgrund eines Leerlaufs wünschenswert zu keinem bejahenden Bestimmungsergebnis in Schritt S11.
In Schritt S12 wird die im Sensorelement 20 des PM-Sensors 2 integrierte Heizeinheit 3 aktiviert, um das Sensorelement 20 auf die Regenerationstemperatur T zu erwärmen, welche ermöglicht, dass die Partikel auf der Oberfläche abgebrannt werden. Wie in 6 gezeigt ist, umfassen die im Abgas enthaltenen Partikel Ruß oder Rußpartikel, die leitfähigen Kohlenstoffkomponenten entsprechen. Die Partikel umfassen außerdem nichtleitende Komponenten, die an den Rußoberflächen angebracht sind, wie SOF einschließlich schichtförmiger Kohlenwasserstoffe (d.h. adsorbierte Kohlenwasserstoffe) und partikelförmiger Kohlenwasserstoffe (d.h. Kohlenwasserstoffpartikel), die aus unverbranntem Kraftstoff und Öl herrühren. Die Partikel umfassen ferner Sulfat, das Wasser und ein Schwefeloxid enthält, das aus Schwefel im Kraftstoff stammt. In Schritt S12 ist die Regenerationstemperatur T vorzugsweise auf eine Temperatur von 600 °C oder höher (z.B. 700 °C) eingestellt, bei welcher Ruß abgebrannt werden kann. Dadurch können die Partikel vollständig abgebrannt werden.
Auf diese Art und Weise kann bei gestoppter Maschine E die Temperatur auf die voreingestellte Regenerationstemperatur T erhöht und für einen vorbestimmten Zeitraum gehalten werden, um den PM-Sensor 2 zurückzusetzen. Die Trockenheitsbestimmung kann auch vor Schritt S12 erfolgen, so dass der PM-Sensor 2 nur unter Bedingungen regeneriert wird, die eine Befeuchtung des PM-Sensors 2 verhindern. In einem Beispiel der Trockenheitsbestimmung wird die Abgastemperatur im Abgasrohr EX mit einem Abgastemperatursensor erfasst (nicht gezeigt). Die Trockenheit kann bestätigt werden, wenn die Abgastemperatur gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur (z.B. 100 °C) ist, bei der das kondensierte Wasser im Abgasrohr EX verdampft werden kann. Die Abgastemperatur kann auch aus den Betriebsbedingungen der gestoppten Maschine E abgeschätzt werden. In einigen Fällen kann die Trockenheitsbestimmung auf Erfassungsergebnissen, die von einem Kühlmitteltemperatursensor (nicht gezeigt) für die Maschine E empfangen werden, oder auf der Betriebszeit vor dem Stopp der Maschine E basieren.
Nach der Regeneration des PM-Sensors 2 in Schritt S12 fährt der Ablauf mit Schritt S13 fort, um zu bestimmen, ob die Maschine E gestartet hat. In Schritt S13 kann der Start der Maschine E beispielsweise dann bestätigt werden, wenn die Zündung durch den Fahrer, der den Maschinenschalter oder den Maschinenschlüssel betätigt, angeschaltet wird oder die vom Maschinendrehzahlsensor erfasste Maschinendrehzahl von null auf einen vorbestimmten Wert oder mehr ansteigt. In Schritt S13 wird ein bejahendes Bestimmungsergebnis vorzugsweise unter der Bedingung geeignet geliefert, dass der Start einem Kaltstart entspricht, bei dem der PM-Sensor 2 befeuchtet werden kann. Der Kaltstart der Maschine E kann beispielsweise basierend auf Detektionssignalen von dem Abgastemperatursensor (nicht gezeigt) und dem Kühlmitteltemperatursensor für die Maschine E oder auf der Zeit ab dem Stoppen der Maschine E bestimmt werden.
Wenn die Maschine E startet und in Schritt S13 ein bejahendes Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird, beginnt der PM-Sensor 2 mit dem Sammeln von Partikeln. In einem Beispiel für das elektrostatische Sammeln legt der Spannungsapplikator 24 eine Spannung für die Erfassung zwischen dem Elektrodenpaar 21 und 22 des Sensorelements 20 an. Das beim Start der Maschine E in das Abgasrohr EX geführte Abgas durchläuft den Partikelfilter 101 und erreicht den PM-Sensor 2. Zu dieser Zeit treten die Partikel im Abgas stromabwärts aus, ohne gesammelt zu werden, wenn der Partikelfilter 101 irgendeine Fehlfunktion aufweist. Die stromabwärts austretenden Partikel werden auf der Oberfläche des Sensorelements 20 gesammelt, welches das Elektrodenpaar 21 und 22 aufweist. Die Menge der gesammelten PM kann als eine Änderung des Widerstands zwischen dem Elektrodenpaar 21 und 22 erfasst werden, um den Fehler im Partikelfilter 101 zu erfassen.
Wenn nach dem Stopp der Maschine E in Schritt S11 eine relativ lange Zeit verstrichen ist, weist die Maschine E eine verringerte Temperatur auf und fällt in einen Kaltstartzustand, bevor diese in Schritt S13 neu gestartet wird. In diesem Fall enthält das Abgas eine relativ große Menge an Partikeln, und die Feuchtigkeit desselben kondensiert zu Wassertröpfchen und gelangt in das Abgasrohr EX. Wenn das im Abgasrohr EX verbleibende Abgas mit der Wandoberfläche in Kontakt kommt, kondensiert darüber hinaus der Wasserdampf im Abgas zu Wassertröpfchen. Wenn die Wassertröpfchen vom Abgas getragen werden und durch das Loch C11 in der abgasseitigen Abdeckung C1 für den PM-Sensor 2 in das Innere gelangen, haften die Tröpfchen zusammen mit den Partikeln an der Oberfläche des Sensorelements 20.
Mit dem auf diese Art und Weise befeuchteten Sensorelement 20 kann die Menge an PM nicht genau erfasst werden, und Partikel werden weiterhin gesammelt, bis die PM-Menge erfasst werden kann. Wenn in Schritt S13 ein bejahendes Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird, fährt der Ablauf daher mit Schritt S14 fort, um die Trockenheit zu bestimmen. Das Trockenheitsbestimmungsergebnis wird dazu verwendet, um zu bestimmen, ob die Abbruchbedingung der Trockenheitsbestimmung erfüllt ist. Die Abbruchbedingung der Trockenheitsbestimmung entspricht dem Fall, in dem die Trockenheitsbestimmung zum Bestimmen, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält, durchgeführt wird und das Bestimmungsergebnis anzeigt, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält. Die Trockenheitsbestimmung kann auf die gleiche Art und Weise durchgeführt werden wie in Schritt S12. So wird die Abgastemperatur im Abgasrohr EX beispielsweise mit dem Abgastemperatursensor erfasst oder aus den Betriebsbedingungen der Maschine E abgeschätzt. Die Trockenheit kann bestätigt werden, wenn die Temperatur gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur (z.B. 100 °C) ist, bei der die Feuchtigkeit im Abgasrohr EX verdampft werden kann. In einigen Fällen kann die Trockenheitsbestimmung auf den vom Kühlmitteltemperatursensor (nicht gezeigt) für die Maschine E empfangenen Erfassungsergebnissen oder der Betriebszeit vor dem Stopp der Maschine E basieren.
Falls in Schritt S14 ein negatives Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird, wird die Trockenheitsbestimmung in Schritt S14 wiederholt, bis ein bejahendes Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird. Wenn die Trockenheit ohne Wassertröpfchen bestätigt wird, wird die Trockenheitsbestimmung beendet und der Ablauf fährt mit Schritt S15 fort. In Schritt S15 wird die im Sensorelement 20 des PM-Sensors 2 integrierte Heizeinheit 3 aktiviert, um das Sensorelement 20 auf die vorbestimmte erste Temperatur T1 zu erwärmen, was die Feuchtigkeit auf der Oberfläche entfernt. Die erste Temperatur T1, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit entfernt wird, ist vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 500 °C (z.B. 200 °C) eingestellt. Wenn die erste Temperatur T1 niedriger als 100 °C ist, kann die Feuchtigkeit nicht vollständig verdampfen. Bei einer ersten Temperatur T1 von mehr als 500 °C können die Partikel verbrannt werden.
Alternativ kann in Schritt S15 das Sensorelement 20 nicht auf die erste Temperatur T1, sondern auf eine vorbestimmte zweite Temperatur T2 erwärmt werden, was die Feuchtigkeit und den SOF auf der Oberfläche entfernt. Die zweite Temperatur T2 kann auf eine Temperatur von mehr als 200 °C und weniger als 500 °C (z.B. 300 °C) eingestellt sein. Eine Zunahme des nicht leitfähigen SOF-Anteils kann die rußleitfähigkeitsbasierte Ausgabe des Sensorelements 20 erheblich beeinflussen, was zu einer Verringerung der Ausgabeempfindlichkeit und der Ausgabevariationen führt. In diesem Fall kann die Menge der gesammelten PM durch Erwärmen auf die zweite Temperatur T2, bei welcher die Feuchtigkeit und auch der nichtleitende SOF entfernt werden, während der leitfähige Ruß zurückbleiben kann, mit höherer Genauigkeit erfasst werden. Wenn die zweite Temperatur T2 gleich oder niedriger als 200 °C ist, kann der SOF unzureichend entfernt werden. Wenn die zweite Temperatur T2 höher als 500 °C ist, können die Partikel verbrannt werden.
In Schritt S15 kann das Erwärmen auf die erste Temperatur T1 oder die zweite Temperatur T2 für einen vorbestimmten Zeitraum die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit oder die Feuchtigkeit und den SOF entfernen. Anschließend fährt der Ablauf mit Schritt S16 fort, um den Sensorausgang bzw. die Sensorausgabe zu erfassen. In Schritt S16 wird ein Ausgabewert S von dem PM-Sensor 2 gelesen und in Schritt S17 mit einer vorbestimmten Schwelle bzw. einem Schwellenwert S0 verglichen, um zu bestimmen, ob der Sensorausgabewert S kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert S0 ist (d.h. S < S0?).
Der Schwellenwert S0 entspricht einem vorbestimmten Wert, der höher ist als der Sensorausgang, der erhalten wird, wenn der Partikelfilter 101 normal ist. Der Schwellenwert S0 wird basierend auf den Ergebnissen eines vorläufigen, realen Maschinentestes unter Berücksichtigung von Änderungen der Einlassluftströmungsrate oder anderer Betriebsbedingungen bestimmt. Der Schwellenwert S0 kann beispielsweise in einem Speicherbereich der Sensorsteuerungseinheit 10 oder der ECU 100 als ein Kennfeldwert für jede vom Luftströmungsmesser 106 erfasste Einlassluftströmungsrate gespeichert werden. Alternativ kann eine Berechnungseinheit in der ECU 100 den Schwellenwert S0 unter Verwendung der Einlassluftströmungsrate als ein Parameter berechnen und jeden berechneten Schwellenwert S0 an die Sensorsteuerungseinheit 10 ausgeben.
Wenn in Schritt S17 ein bejahendes Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird, fährt der Ablauf mit Schritt S18 fort, um zu bestimmen, dass der Partikelfilter 101 normal ist. Wenn in Schritt S17 ein negatives Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird, fährt der Ablauf mit Schritt S19 fort, um zu bestimmen, dass der Partikelfilter 101 einen Fehler aufweist. Dann wird dieser Ablaufzyklus beendet.
Die sich ergebenden Effekte des Fehlererfassungsablaufs gemäß dem Flussdiagramm von 5 werden nun anhand des Zeitdiagramms von 7 beschrieben. Der verwendete Partikelfilter 101 entsprach einem fehlerhaften Referenzdieselpartikelfilter (im Folgenden als der fehlerhafte Referenz-DPF bezeichnet) mit einem PM-Sammelwirkungsgrad, der niedriger als ein vorbestimmter Referenzwert ist. Der fehlerhafte Referenz-DPF war in dem Abgasrohr EX für die Maschine E installiert und der PM-Sensor 2 war stromabwärts an der Rohrwand installiert. PM-Emissionen und zeitvariable Sensorausgabewerte S des PM-Sensors 2 nach dem Kaltstart der Maschine E wurden mit denen in einem bekannten Fehlererfassungsablauf (d.h. Vergleichsbeispiel 1 im mittleren Teil dieser Abbildung) verglichen. In dem Fehlererfassungsablauf gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 wird der Sensor nach dem Start der Maschine E regeneriert und das Abgasrohr EX als getrocknet bestimmt. Dann werden PM gesammelt, und die Sensorausgabewerte S werden verwendet, um den Fehler oder den Normalzustand zu bestimmen.
Der obere Teil von 7 zeigt Variationen bzw. Schwankungen der PM-Konzentration im Abgasrohr EX. Die Maschine E startet zum Zeitpunkt T0, und dann wird Kraftstoff in die Brennkammer der Maschine E eingespritzt. Die Verbrennung des Kraftstoffs erhöht die Menge des Abgases, das in das Abgasrohr EX gelangt. Infolgedessen nehmen die PM-Emissionen in einem bestimmten Zeitraum nach dem Zeitpunkt T0 stark zu. Dann steigt die Abgastemperatur mit fortschreitender Verbrennung an, und damit sinken die PM-Emissionen stark. Dies geschieht etwa zum Zeitpunkt T1, an dem das Abgasrohr EX trocken wird und von dem an die PM-Emissionen vernachlässigbar sind. Im Vergleichsbeispiel 1, das im mittleren Teil von 7 gezeigt ist, wird das Sensorelement 20 zur Sensorregeneration (z.B. bei 700 °C) nach dem starken Rückgang der PM-Emissionen erwärmt und die Regeneration endet zum Zeitpunkt T3, nach dem die PM-Akkumulation beginnt.
Zum Zeitpunkt T3 wurde jedoch bereits eine beträchtliche Menge an PM aufgrund des Kaltstarts der Maschine E ausgestoßen. Außerdem sind die PM-Emissionen nach dem Aufwärmen vernachlässigbar. Somit steigt der Sensorausgang nicht an und die Sensorausgabewerte S nach dem Zeitpunkt T3 bleiben viel niedriger als der Schwellenwert S0. Dies erschwert eine korrekte Erfassung eines Fehlers des Partikelfilters 101g. Im Vergleichsbeispiel 1 wird während des Zeitraums vom Maschinenstart bis zum Ende der Sensorregeneration, oder den Zeiten T0 bis T3, keine Spannung zur Erfassung von Sensorausgangssignalen angelegt, so dass der Sensorausgang gleich null ist.
Im Gegensatz dazu startet die Maschine E in der ersten Ausführungsform, die im unteren Teil von 7 gezeigt ist, zum Zeitpunkt T0, woraufhin die PM-Akkumulation beginnt. Wenn die Trockenheitsbestimmung zum Zeitpunkt T1 endet, wird mit dem Erwärmen begonnen, um die Feuchtigkeit zu entfernen (z.B. bei 200 °C), und die Entfernung der Feuchtigkeit endet zum Zeitpunkt T2 vor dem Zeitpunkt T3. In diesem Zustand wird von den während des Zeitraums vom Zeitpunkt T0 bis zum Zeitpunkt T1 auf dem PM-Sensor 2 angesammelten Substanzen die Feuchtigkeit selektiv entfernt und die Partikel oder eine leitfähige Komponente bleiben zurück. Während des Zeitraums vom Zeitpunkt T0 bis zum Zeitpunkt T2, an dem die Feuchtigkeitsentfernung durch das Erwärmen endet, wird keine Spannung zur Erfassung von Sensorausgangssignalen aufgebracht, und der Sensorausgabewert S ist gleich null. Wenn dann die Erfassung der Ausgangssignale von dem PM-Sensor 2 gestartet wird, steigt der Sensorausgabewert S aufgrund der während des Kaltstarts ausgestoßenen PM schnell an und überschreitet den vorbestimmten Schwellenwert S0. Wie vorstehend beschrieben ist, entspricht der Schwellenwert S0 einer PM-Menge, welche die Bestimmung ermöglicht, dass der Partikelfilter 101 einen Fehler aufweist, so dass der Fehler bestätigt wird, wenn der Sensorausgang den Schwellenwert S0 erreicht.
Entsprechend stellt der Sensorausgabewert S in der ersten Ausführungsform die PM-Emissionen auch während eines Kaltstarts dar und kann mit dem vorbestimmten Schwellenwert S0 verglichen werden, um einen Fehler im Partikelfilter 101 mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter wird nun mit Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben. Das in dem PM-Sensor 2 enthaltene Sensorelement 20 kann irgendeinem Sensorelement entsprechen, das einen Sensorausgang erzeugt, wenn sich Partikel auf der Elementoberfläche ansammeln, oder genauer gesagt einem Sensorelement 20 zum intermittierenden oder diskontinuierlichen Erzeugen eines Sensorausgangs oder einem Sensorelement 20 zum kontinuierlichen Erzeugen eines Sensorausgangs. In der ersten Ausführungsform wird das elektrische Widerstandssensorelement 20 verwendet, um ein Beispiel für die intermittierende Erzeugung eines Sensorausgangs zu beschreiben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein kapazitives Sensorelement 20 verwendet, um ein Beispiel für die kontinuierliche Erzeugung eines Sensorausgangs zu beschreiben. Die Fehlererfassungsvorrichtung 1 und der PM-Sensor 2 in dieser Ausführungsform besitzen die gleichen Grundstrukturen wie in der ersten Ausführungsform beschrieben und werden nicht dargestellt. Nun werden hauptsächlich Unterschiede beschrieben.
Wenn ein Bezugszeichen, das in der zweiten und nachfolgenden Ausführungsformen verwendet wird, mit einem Bezugszeichen identisch ist, das in einer vorhergehenden Ausführungsform verwendet wird, gibt dieses, sofern nicht anders angegeben, die gleiche Komponente oder das gleiche Element an, wie durch das Bezugszeichen in der vorhergehenden Ausführungsform angegeben.
Wie in 8 gezeigt ist, kann das kapazitive Sensorelement 20 beispielsweise das gleiche Elektrodenpaar 21 und 22 umfassen, das in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und eine Änderung der Zwischenelektrodenkapazität anstelle einer Änderung des Zwischenelektrodenwiderstands erfassen. Insbesondere weist das Sensorelement 20 eine dielektrische Schicht 26 auf, die auf dessen Oberfläche so ausgebildet ist, dass diese das Elektrodenpaar 21 und 22 bedeckt, und Partikel (d.h. PM in 7) sammeln sich auf der dielektrischen Schicht 26. Die Kapazität C zwischen dem Elektrodenpaar 21 und 22 kann im Allgemeinen durch die Gleichung 1 ausgedrückt werden: $C = ε \times (S / d)$
wobei ε eine Dielektrizitätskonstante bezeichnet, S den Oberflächenbereich der Elektroden 21 und 22 bezeichnet und d den Abstand zwischen den Elektroden 21 und 22 bezeichnet.
Da der Oberflächenbereich S der Elektroden 21 und 22 konstant ist, ändert sich in Gleichung 1 die Kapazität C mit einer Änderung der Dielektrizitätskonstante ε zwischen den Elektroden 21 und 22, die durch die Ansammlung von Partikeln auf der dielektrischen Schicht 26 verursacht wird.
Somit ermöglicht die Messung der Kapazität C zwischen dem Elektrodenpaar 21 und 22 das Erfassen der Menge der gesammelten PM basierend auf Ausgabewerten S von dem PM-Sensor 2. Darüber hinaus können die Ausgabewerte S des PM-Sensors 2 verwendet werden, um zu bestimmen, dass der Partikelfilter 101 fehlerhaft oder normal ist.
In der vorliegenden Ausführungsform kann, obwohl der Sensorausgang wie in der ersten Ausführungsform beschrieben auf den Initialwert (d.h. Ausgabewert S = 0) zurückgeführt werden kann, die Menge der gesammelten PM basierend auf einer Differenz zwischen kontinuierlich erzeugten Sensorausgängen erfasst werden, ohne auf den Initialwert zurückzukehren. In diesem Fall wird, während die Maschine E gestoppt ist, der Sensorausgang als ein nächster Initialwert S1 ohne Sensorregeneration gespeichert.
Um den Sensorausgang zu speichern, umfasst die Fehlererfassungsvorrichtung 1 in der vorliegenden Ausführungsform eine Ausgabespeichereinheit 10F in der Sensorsteuerungseinheit 10 anstelle der in 1 gezeigten Regenerationssteuerungseinheit 10A.
Wenn oder während die Maschine E gestoppt wird/ist, speichert die Ausgabespeichereinheit 10F einen Ausgabewert von dem PM-Sensor 2 als einen Initialwert S1 für den nächsten Start.
Die ECU 100 umfasst auch die Starterfassungseinheit 10B zum Erfassen des Starts der Maschine E, und die Trockenheitsbestimmungseinheit 10C zum Bestimmen, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält, während die Maschine E in Betrieb ist. Die Sensorsteuerungseinheit 10 umfasst auch die Heizsteuerungseinheit 10D und die Fehlerbestimmungseinheit 10E. Im Ansprechen darauf, dass bestimmt wird, das das Abgas nach dem nächsten Start der Maschine E keine Wassertröpfchen enthält, aktiviert die Heizsteuerungseinheit 10D die Heizeinheit 3, um das Sensorelement 2 auf die erste Temperatur T1 zu erwärmen, die ermöglicht, dass die angesammelten Partikel zurückbleiben und die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit entfernt wird. Nach der Erwärmung durch die Heizsteuerungseinheit 10C bestimmt die Fehlerbestimmungseinheit 10E, ob der Partikelfilter 101 einen Fehler aufweist. Die Bestimmung basiert auf der Differenz zwischen dem Initialwert S1 und einem Ausgabewert S von dem PM-Sensor 2.
Falls der Sensorausgang wie in der ersten Ausführungsform beschrieben auf den Initialwert zurückgesetzt wird, kann die Sensorsteuerungseinheit 10 auch die gleiche Regenerationssteuerungseinheit 10A umfassen wie in der ersten Ausführungsform. Während die Maschine E gestoppt ist, aktiviert die Regenerationssteuerungseinheit 10A die Heizeinheit 3, um das Sensorelement 20 auf die Regenerationstemperatur T zu erwärmen, die ermöglicht, dass die Partikel abgebrannt werden. In diesem Fall führen die Heizsteuerungseinheit 10D und die Fehlerbestimmungseinheit 10E deren Verarbeitung ebenfalls in der gleichen Art und Weise durch wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
Im Einzelnen erfasst die Fehlererfassungsvorrichtung 1 einen Fehler im Partikelfilter 101, indem bewirkt wird, dass die Ausgabespeichereinheit 10F, die Starterfassungseinheit 10B, die Trockenheitsbestimmungseinheit 10C, die Heizsteuerungseinheit 10D und die Fehlerbestimmungseinheit 10E sequenziell einen Ausgabespeicherschritt, einen Startbestimmungsschritt, einen Trockenheitsbestimmungsschritt, einen Heizschritt und einen Fehlerbestimmungsschritt, implementieren, wie nachfolgend beschrieben.
Insbesondere implementiert die Ausgabespeichereinheit 10F im Ansprechen darauf, dass die Maschine E als gestoppt bestimmt wird, den Ausgabespeicherschritt zum Speichern eines Ausgabewerts S von dem PM-Sensor 2 als den Initialwert S1 für den nächsten Start, wenn oder während die Maschine E gestoppt wird/ist.
Anschließend implementiert die Starterfassungseinheit 10B den Startbestimmungsschritt zum Erfassen des Starts der Maschine E nach dem Ausgabespeicherschritt. Im Ansprechen auf den Start der Maschine E beginnt das Sensorelement 20 damit, Partikel zu sammeln.
Während des Betriebs der Maschine E nach dem nächsten Start implementiert die Trockenheitsbestimmungseinheit 10C dann den Trockenheitsbestimmungsschritt zum Bestimmen, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält.
Wenn im Trockenheitsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass keine Wassertröpfchen enthalten sind, implementiert die Heizsteuerungseinheit 10D danach den Heizschritt zum Aktivieren der Heizeinheit 3 zum Erwärmen des Sensorelements 20. In diesem Schritt wird das Sensorelement 20 auf die erste Temperatur T1 erwärmt, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit entfernt wird.
Nach der Erwärmung im Heizschritt implementiert die Fehlerbestimmungseinheit 10E den Fehlerbestimmungsschritt zum Bestimmen, ob der Partikelfilter 101 einen Fehler aufweist, basierend auf der Differenz zwischen dem Initialwert S1 und einem Ausgabewert S von dem PM-Sensor 2.
Diese Schritte werden nun ausführlich beschrieben. 9 zeigt ein Flussdiagramm als ein Beispiel für den Fehlererfassungsablauf, der von der Fehlererfassungsvorrichtung 1 periodisch durchgeführt wird. Ein Schritt S22 entspricht dem Ausgabespeicherschritt, ein Schritt S23 dem Startbestimmungsschritt, ein Schritt S24 dem Trockenheitsbestimmungsschritt, ein Schritt S25 dem Heizschritt und Schritte S26 bis S29 dem Fehlerbestimmungsschritt.
Wenn der Fehlererfassungsablauf gestartet wird, bestimmt die Fehlererfassungsvorrichtung 1 in Schritt S21 zunächst, ob die Maschine E gestoppt hat. Der Stopp der Maschine E kann auf die gleiche Art und Weise bestimmt werden wie in Schritt S11 der ersten Ausführungsform. Falls in Schritt S21 ein bejahendes Bestimmungsergebnis geliefert wird, fährt der Ablauf mit Schritt S22 fort. Falls ein negatives Bestimmungsergebnis geliefert wird, wird Schritt S21 wiederholt, bis ein bejahendes Bestimmungsergebnis geliefert wird.
In Schritt S22 wird der Ausgabewert S von dem PM-Sensor 2 zu dieser Zeit beispielsweise in einem Speicherbereich der Sensorsteuerungseinheit 10 als ein Initialwert S1 für den nächsten Start gespeichert. Der Ablauf fährt dann mit Schritt S23 fort, um zu bestimmen, ob die Maschine E gestartet hat. Der Start der Maschine E kann auf die gleiche Art und Weise erfasst werden wie in Schritt S13 der ersten Ausführungsform. In Schritt S23 wird ein bejahendes Bestimmungsergebnis geeignet vorzugsweise unter der Bedingung bereitgestellt, dass der Start einem Kaltstart entspricht, bei dem der PM-Sensor 2 befeuchtet sein kann.
Wenn die Maschine E startet und in Schritt S23 ein bejahendes Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird, wird zur Erfassung eine Spannung beispielsweise zwischen dem Elektrodenpaar 21 und 22 des Sensorelements 20 angelegt, so dass der PM-Sensor 2 mit dem Sammeln von Partikeln beginnen kann. Der Ablauf fährt dann mit Schritt S24 fort, um die Trockenheit auf die gleiche Art und Weise wie in Schritt S14 der ersten Ausführungsform zu bestimmen, und auch zu bestimmen, ob die Abbruchbedingung der Trockenheitsbestimmung erfüllt ist. Wenn in Schritt S24 ein negatives Bestimmungsergebnis vorliegt, wird die Trockenheitsbestimmung in Schritt S24 wiederholt, bis ein bejahendes Bestimmungsergebnis vorliegt. Wenn die Trockenheit ohne Wassertröpfchen bestätigt wird, wird die Trockenheitsbestimmung beendet und der Ablauf fährt mit Schritt S25 fort.
In Schritt S25 wird die in dem Sensorelement 20 des PM-Sensors 2 integrierte Heizeinheit 3 aktiviert. Die aktivierte Heizeinheit 3 erwärmt das Sensorelement 20 auf die gleiche Art und Weise wie in Schritt S25 der ersten Ausführungsform auf die vorbestimmte erste Temperatur T1 (z.B. 200 °C), wobei die Feuchtigkeit auf der Oberfläche entfernt wird. Alternativ kann in Schritt S25 das Sensorelement 20 nicht auf die erste Temperatur T1, sondern auf die vorbestimmte zweite Temperatur T2 (z.B. 300 °C) erwärmt werden, wobei die Feuchtigkeit und der SOF auf der Oberfläche entfernt werden.
In Schritt S25 kann das Erwärmen bei der ersten Temperatur T1 oder der zweiten Temperatur T2 für eine vorbestimmte Zeitspanne die in den Partikeln enthaltene Feuchtigkeit oder die Feuchtigkeit und den SOF entfernen. Anschließend fährt der Ablauf mit Schritt S26 fort, um den Sensorausgang zu erfassen. In Schritt S26 wird ein Sensorausgabewert S von dem PM-Sensor 2 gelesen und der in Schritt S22 gespeicherte Initialwert S1 verwendet, um die Differenz zwischen dem Sensorausgabewert S und dem Initialwert S1, d.h. S - S1, zu berechnen. Anschließend fährt der Ablauf mit Schritt S27 fort, um den vorbestimmten Schwellenwert S0 zu lesen und zu bestimmen, ob die Differenz S - S1 kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert S0 ist (d.h. S - S1 < S0?). Der Schwellenwert S0 wird gegebenenfalls durch einen vorläufigen realen Maschinentest für den PM-Sensor 2 einschließlich des kapazitiven Sensorelements 20 bestimmt.
Falls in Schritt S27 ein bejahendes Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird, fährt der Ablauf mit Schritt S28 fort, um zu bestimmen, dass der Partikelfilter 101 normal ist. Falls in Schritt S27 ein negatives Bestimmungsergebnis bereitgestellt wird, fährt der Ablauf mit Schritt S29 fort, um zu bestimmen, dass der Partikelfilter 101 einen Fehler aufweist. Dann wird dieser Ablaufzyklus beendet.
Die sich ergebenden Effekte des Fehlererfassungsablaufs gemäß dem Flussdiagramm von 9 werden nun anhand des Zeitdiagramms von 10 beschrieben. Auch in diesem Fall entsprach der in einem Test verwendete Partikelfilter 101 dem gleichen fehlerhaften Referenz-DPF, wie in der ersten Ausführungsform erwähnt. In dem Test wurden PM-Emissionen und zeitvariable Ausgabewerte des PM-Sensors 2 nach einem Kaltstart der Maschine E mit denen eines bekannten Fehlererfassungsablaufs (d.h. Vergleichsbeispiel 2 im mittleren Teil dieser Abbildung) verglichen.
Im Vergleichsbeispiel 2 enthielt der PM-Sensor 2 das kapazitive Sensorelement 20, das kontinuierlich Sensorsignale ausgeben kann, wie in der zweiten Ausführungsform. Die Fehlerbestimmung war ansonsten ähnlich zu dieser im Vergleichsbeispiel 1. Genauer gesagt wird der Sensor nach dem Start der Maschine E regeneriert und es wird bestimmt, dass das Abgasrohr EX getrocknet wurde. Anschließend werden die nach der Ansammlung von PM erhaltenen Sensorausgabewerte S zur Fehlerbestimmung verwendet.
Der obere Teil von 10 zeigt Variationen der PM-Konzentration im Abgasrohr EX, die denen in 7 ähnlich sind. Die Maschine E startet zum Zeitpunkt T0, und die PM-Emissionen nehmen in einem bestimmten Zeitraum nach dem Zeitpunkt T0 stark zu. Dann nehmen die PM-Emissionen stark ab. Dies geschieht etwa zum Zeitpunkt T1, zu dem das Abgasrohr EX trocken wird und von dem an PM-Emissionen vernachlässigbar sind. Im Vergleichsbeispiel 2, das im mittleren Teil von 10 gezeigt ist, wird das Sensorelement 20 zur Sensorregeneration nach dem starken Rückgang der PM-Emissionen erwärmt (z.B. bei 700 °C) und die Regeneration endet zum Zeitpunkt T3, nach dem die PM-Akkumulation beginnt.
Somit wird im Vergleichsbeispiel 1 bis zum Ende der Sensorregeneration oder während der Zeitspanne von T0 bis T3 keine Spannung zur Erfassung von Sensorsignalen aufgebracht und der Sensorausgang ist gleich null. Obwohl der Sensorausgang nach dem Zeitpunkt T3 allmählich ansteigt, bleiben die Sensorausgabewerte S deutlich unter dem Schwellenwert S0. Dies liegt daran, da zum Zeitpunkt T3 aufgrund des Kaltstarts der Maschine E bereits eine beträchtliche Menge an PM ausgestoßen wurde und die PM-Emissionen nach dem Aufwärmen vernachlässigbar sind. Aus diesem Grund ist die Fehlerbestimmung für den Partikelfilter 101 nicht sehr genau.
Im Gegensatz dazu startet die Maschine E in der zweiten Ausführungsform, die im unteren Teil von 10 gezeigt ist, zum Zeitpunkt T0, nach dem die PM-Akkumulation beginnt. Wenn die Trockenheitsbestimmung zum Zeitpunkt T1 endet, wird mit dem Erwärmen begonnen, um die Feuchtigkeit zu entfernen (z.B. bei 200 °C), und die Feuchtigkeitsentfernung endet zum Zeitpunkt T2 vor dem Zeitpunkt T3. In diesem Zustand wird von den während der Zeitspanne von dem Zeitpunkt T0 bis zum Zeitpunkt T1 auf dem PM-Sensor 2 angesammelten Substanzen selektiv die Feuchtigkeit entfernt und die Partikel oder eine leitfähige Komponente bleiben zurück. Während des Zeitraums vom Zeitpunkt T0 bis zum Zeitpunkt T2, an dem die Feuchtigkeitsentfernung durch das Erwärmen endet, wird keine Spannung zur Erfassung von Sensorausgangssignalen aufgebracht, und der Sensorausgabewert S ist gleich null. Wenn dann die Erfassung von Signalen des PM-Sensors 2 gestartet wird, steigt der Sensorausgabewert S aufgrund der während des Kaltstarts emittierten PM unmittelbar an.
Folglich überschreitet die Differenz S - S1 (d.h. ΔS in der Grafik) zwischen dem Sensorausgabewert S und dem Initialwert S1 den vorbestimmten Schwellenwert S0, was die Fehlerbestimmung ermöglicht. Auf diese Art und Weise gewährleistet die Fehlererfassung für den Partikelfilter 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch eine hohe Genauigkeit, indem während des Kaltstarts der vorbestimmte Schwellenwert S0 mit der Differenz S - S1 verglichen wird, was die PM-Emissionen darstellt.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern auf verschiedene Ausführungsformen anwendbar, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang davon abzuweichen. Obwohl die obigen Ausführungsformen beispielsweise Anwendungen auf die Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader und einem AGR-Mechanismus angeben, kann die Systemkonfiguration mit einer Verbrennungskraftmaschine geeignet modifiziert werden. Die Verbrennungskraftmaschine kann kein Dieselmotor, sondern ein Ottomotor, ein Gasmotor oder eine andere Maschine sein. Die Verbrennungskraftmaschine kann außerdem nicht nur für ein Automobil, sondern auch für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Die Strukturen des PM-Sensors und des Sensorelements können ebenfalls geeignet modifiziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017117948 [0001]
JP 5533477 B [0006]
JP 2016205168 A [0006]

Claims

Fehlererfassungsvorrichtung (1) für einen Partikelfilter (101), der in einem Abgasdurchlass (EX) für eine Verbrennungskraftmaschine (E) installiert ist, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Sensor (2), der umfasst eine Partikelerfassungseinheit (20), welche derart konfiguriert ist, dass diese auf einer Oberfläche davon die Ansammlung von Partikeln ermöglicht, die in einem Abgas enthalten sind, das durch den Partikelfilter geleitet wurde, und ein Signal entsprechend einer Menge der gesammelten Partikel ausgibt, und eine Heizeinheit (3), welche derart konfiguriert ist, dass diese die Partikelerfassungseinheit erwärmt; eine Regenerationssteuerungseinheit (10A), welche derart konfiguriert ist, dass diese die Heizeinheit aktiviert, während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist, um die Partikelerfassungseinheit auf eine Regenerationstemperatur (T) zu erwärmen, die ermöglicht, dass die Partikel abgebrannt werden; eine Starterfassungseinheit (10B), welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Start der Verbrennungskraftmaschine bestimmt; eine Trockenheitsbestimmungseinheit (IOC), welche derart konfiguriert ist, dass diese bestimmt, ob ein Abgas während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Wassertröpfchen enthält; eine Heizsteuerungseinheit (10D), welche derart konfiguriert ist, dass diese, wenn die Verbrennungskraftmaschine nach dem Erwärmen durch die Regenerationssteuerungseinheit startet und bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, die Heizeinheit aktiviert, um die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur (T1) zu erwärmen, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und Feuchtigkeit, die in den Partikeln enthalten ist, entfernt wird; und eine Fehlerbestimmungseinheit (IOE), welche derart konfiguriert ist, dass diese basierend auf einem Ausgabewert (S) von dem Sensor nach der Erwärmung durch die Heizsteuerungseinheit bestimmt, ob der Partikelfilter eine Fehlfunktion aufweist.
Fehlererfassungsvorrichtung (1) für einen Partikelfilter (101), der in einem Abgasdurchlass (EX) für eine Verbrennungskraftmaschine (E) installiert ist, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Sensor (2), der umfasst eine Partikelerfassungseinheit (20), welche derart konfiguriert ist, dass diese auf einer Oberfläche davon die Ansammlung von Partikeln ermöglicht, die in einem Abgas enthalten sind, das durch den Partikelfilter geleitet wurde, und ein Signal entsprechend einer Menge der gesammelten Partikel ausgibt, und eine Heizeinheit (3), welche derart konfiguriert ist, dass diese die Partikelerfassungseinheit erwärmt; eine Ausgabespeichereinheit (10F), welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Ausgabewert von dem Sensor als einen Initialwert (S1) für einen nächsten Start speichert, wenn oder während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist; eine Starterfassungseinheit (10B), welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Start der Verbrennungskraftmaschine bestimmt; eine Trockenheitsbestimmungseinheit (IOC), welche derart konfiguriert ist, dass diese bestimmt, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält, während die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb ist; eine Heizsteuerungseinheit (10D), welche derart konfiguriert ist, dass diese im Ansprechen darauf, dass nach dem nächsten Start der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, die Heizeinheit aktiviert, um die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur (T1) zu erwärmen, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und Feuchtigkeit, die in den Partikeln enthalten ist, entfernt wird; und eine Fehlerbestimmungseinheit (10E), welche derart konfiguriert ist, dass diese basierend auf einer Differenz zwischen dem Initialwert und einem Ausgabewert (S) des Sensors nach der Erwärmung durch die Heizsteuerungseinheit bestimmt, ob der Partikelfilter eine Fehlfunktion aufweist.
Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Temperatur gleich 100 °C oder höher und niedriger als 500 °C ist.
Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Heizsteuerungseinheit die Partikelerfassungseinheit nicht auf die erste Temperatur sondern auf eine zweite Temperatur (T2) erwärmt, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und Feuchtigkeit und ein löslicher organischer Anteil, die in den Partikeln enthalten sind, entfernt werden.
Fehlererfassungsvorrichtung für einen Partikelfilter nach Anspruch 4, wobei die zweite Temperatur höher als 200 °C und niedriger als 500 °C ist.
Fehlerfassungsverfahren für einen Partikelfilter (F), der in einem Abgasdurchlass (EX) für eine Verbrennungskraftmaschine (E) installiert ist, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen eines Sensors (2) stromabwärts des Partikelfilters, wobei der Sensor (2) umfasst eine Partikelerfassungseinheit (20), welche derart konfiguriert ist, dass diese auf einer Oberfläche davon die Ansammlung von Partikeln ermöglicht, die in einem Abgas enthalten sind, das durch den Partikelfilter geleitet wurde, und ein Signal entsprechend einer Menge der gesammelten Partikel ausgibt, und eine Heizeinheit (3), welche derart konfiguriert ist, dass diese die Partikelerfassungseinheit erwärmt; einen Regenerationsschritt (S12) zum Aktivieren der Heizeinheit, während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist, um die Partikelerfassungseinheit auf eine Regenerationstemperatur zu erwärmen, die ermöglicht, dass die angesammelten Partikel abgebrannt werden; einen Startbestimmungsschritt (S13) zum Bestimmen eines Starts der Verbrennungskraftmaschine nach dem Erwärmen in dem Regenerationsschritt; einen Trockenheitsbestimmungsschritt (S14) zum Bestimmen, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält, während die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb ist, nach dem Erwärmen in dem Regenerationsschritt; einen Heizschritt (S15), um im Ansprechen darauf, dass im Trockenheitsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, die Heizeinheit zu aktivieren, um die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur (T1) zu erwärmen, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und Feuchtigkeit, die in den Partikeln enthalten ist, entfernt wird; und einen Fehlerbestimmungsschritt (S16 bis S19) zum Bestimmen, ob der Partikelfilter eine Fehlfunktion aufweist, basierend auf einem Ausgabewert (S) des Sensors nach dem Erwärmen im Heizschritt.
Fehlerfassungsverfahren für einen Partikelfilter (F), der in einem Abgasdurchlass (EX) für eine Verbrennungskraftmaschine (E) installiert ist, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen eines Sensors (2) stromabwärts des Partikelfilters, wobei der Sensor (2) umfasst eine Partikelerfassungseinheit (20), welche derart konfiguriert ist, dass diese auf einer Oberfläche davon die Ansammlung von Partikeln ermöglicht, die in einem Abgas enthalten sind, das durch den Partikelfilter geleitet wurde, und ein Signal entsprechend einer Menge der gesammelten Partikel ausgibt, und eine Heizeinheit (3), welche derart konfiguriert ist, dass diese die Partikelerfassungseinheit erwärmt; einen Ausgabespeicherschritt (S22) zum Speichern eines Ausgabewerts von dem Sensor als einen Initialwert (S1) für einen nächsten Start, wenn oder während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt wird; einen Startbestimmungsschritt (S23) zum Bestimmen eines Starts der Brennkraftmaschine nach dem Ausgabespeicherschritt; einen Trockenheitsbestimmungsschritt (S24) zum Bestimmen, ob das Abgas Wassertröpfchen enthält, während die Verbrennungskraftmaschine nach dem nächsten Start in Betrieb ist; einen Heizschritt (S25), um im Ansprechen darauf, dass im Trockenheitsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass das Abgas keine Wassertröpfchen enthält, die Heizeinheit zu aktivieren, um die Partikelerfassungseinheit auf eine erste Temperatur (T1) zu erwärmen, die ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und Feuchtigkeit, die in den Partikeln enthalten ist, entfernt wird; und einen Fehlerbestimmungsschritt (S26 bis S29) zum Bestimmen, ob der Partikelfilter eine Fehlfunktion aufweist, basierend auf einer Differenz zwischen dem Initialwert und einem Ausgabewert (S) des Sensors nach dem Erwärmen im Heizschritt.
Fehlerfassungsverfahren für einen Partikelfilter nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Temperatur gleich 100 °C oder höher und niedriger als 500 °C ist.
Fehlerfassungsverfahren für einen Partikelfilter nach Anspruch 6 oder 7, wobei im Heizschritt die Partikelerfassungseinheit nicht auf die erste Temperatur sondern auf eine zweite Temperatur (T2) erwärmt wird, welche ermöglicht, dass die gesammelten Partikel zurückbleiben und Feuchtigkeit und ein löslicher organischer Anteil, die in den Partikeln enthalten sind, entfernt werden.
Fehlerfassungsverfahren für einen Partikelfilter nach Anspruch 9, wobei die zweite Temperatur höher als 200 °C und niedriger als 500 °C ist.