DE112020000668T5

DE112020000668T5 - Partikelsensor

Info

Publication number: DE112020000668T5
Application number: DE112020000668.9T
Authority: DE
Inventors: Mikiyasu Matsuoka; Tomoo Kawase; Toshiyuki Ishii
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-11-04
Also published as: US20210363910A1; CN113412425A; JP7088056B2; CN113412425B; US11313267B2; JP2020125959A; WO2020162281A1

Abstract

Ein Partikelsensor (S) umfasst ein Sensorelement (1), welches ein Messelement (3) und ein Heizelement (4) umfasst. Eine Anomalie-Bestimmungsvorrichtung (23) einer Sensorsteuerungseinheit (S2) führt eine Bestimmung dahingehend, dass ein Unterbrechungsfehler in einem Signalpfad des Messsignals vorliegt, im Ansprechen darauf durch, dass sowohl (1) eine erste Bestimmungsvorrichtung (24), welche bestimmt, ob ein erster Messwert des Messsignals größer oder gleich einer vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle (Ith) ist, während die Messspannung zwischen den Messelektroden angelegt wird und die Temperatur des Messelements auf eine erste Bestimmungstemperatur (T1) gesteuert wird, eine negative Bestimmung vornimmt, als auch (2) eine zweite Bestimmungsvorrichtung (25) eine negative Bestimmung vornimmt, während die Messspannung zwischen den Messelektroden angelegt wird und die Temperatur des Messelements innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird, der höher als die erste Bestimmungstemperatur (T1) und niedriger als eine zweite Bestimmungstemperatur (T2) ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 4. Februar 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2019-018094, deren Offenbarung hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird, und beansprucht deren Priorität.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Partikelsensoren zur Messung von in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Partikeln.
Allgemeiner Stand der Technik
Ein Abgasreinigungssystem, das einen Partikelfilter umfasst, zielt darauf ab, eine partikelförmige Substanz bzw. Partikel (PM) aufzufangen, die in einem Abgas von beispielsweise einer Fahrzeugmaschine enthalten sind. Ein solches Abgasreinigungssystem umfasst einen PM-Sensor zur Messung der Partikel, die aus einem Partikelfilter austreten, falls der Partikelfilter beispielsweise defekt ist.
In den letzten Jahren wurde eine Emissionsregulierung verschärft. Aus dieser Anforderung heraus wird eine schnellere Erfassung einer Fehlfunktion bzw. Störung in einem solchen Abgasreinigungssystem gefordert. Insbesondere kann ein anormaler Betrieb eines PM-Sensors zu einer fehlerhaften Messung der Partikel führen. Aus diesem Grund ist es notwendig, zu bestimmen, ob der PM-Sensor eine Fehlfunktion aufweist. Ausgabeanomalien des PM-Sensors umfassen eine Schaltungsstörung. Ein Unterbrechungsfehler in Signalleitungen, wie Zuleitungsdrähten oder externen Anschlussdrähten, die mit einem Messelement des PM-Sensors verbunden sind, kann dazu führen, dass ein ursprünglich vorgesehener Pegel eines vom PM-Sensor ausgegebenen Ausgangssignals nicht erhalten wird, wodurch die Messung der Partikel erschwert wird.
Patentliteratur 1 offenbart ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Sensors, der ein Heizelement und zumindest zwei auf einem isolierenden Substrat montierte Messelektroden zur Messung von Partikeln umfasst. Das in Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren führt insbesondere Folgendes durch:

(1) eine erste Messung einer ersten Strom-Spannungs-Eigenschaft zwischen den beiden Messelektroden bei einer ersten Temperatur des Sensors,
(2) eine zweite Messung einer zweiten Strom-Spannungs-Eigenschaft zwischen den beiden Messelektroden bei einer zweiten Temperatur des Sensors, die niedriger ist als die erste Temperatur,
(3) eine Bestimmung, ob eine absolute Differenz zwischen einem ersten Stromwert, gemessen als die erste Strom-Spannungs-Eigenschaft, und einem zweiten Stromwert, gemessen als die zweite Strom-Spannungs-Eigenschaft, einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat,
(4) eine Bestimmung, dass ein Defekt oder eine Störung bzw. ein Fehler im Sensor vorliegt, wenn bestimmt wird, dass die absolute Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Stromwert den vorbestimmten Schwellenwert nicht erreicht hat.

Die Verwendung der absoluten Differenz zwischen dem ersten Stromwert bei der ersten Temperatur und dem zweiten Stromwert bei der zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, ermöglicht es, einen Nebenschlussstrom als einen Offsetstrom aus der absoluten Differenz zwischen dem ersten Stromwert und dem zweiten Stromwert zu entfernen.
Zitierungsliste
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2015-520387
Kurzfassung der Erfindung
Patentliteratur 1 nutzt eine der Eigenschaften des Sensors unter der Annahme, dass der Sensor normal arbeitet; wobei die eine der Eigenschaften darin liegt, dass eine Änderung zwischen dem ersten Stromwert und dem zweiten Stromwert aus einer Reduktion der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektroden aufgrund eines Temperaturabfalls von der ersten Temperatur des Sensors auf die zweite Temperatur davon resultiert.
Wenn der Ausgangsstrompegel des Sensors aufgrund einer altersbedingten Verschlechterung abgenommen hat, reduziert Patentliteratur 1, die eine Fehlerbestimmung des Sensors unter Verwendung der absoluten Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Stromwert durchführt, nachteilige Effekte der Änderung des Ausgangsstrompegels des Sensors aufgrund der altersbedingten Verschlechterung.
Leider kann eine Änderung der Temperatur des Sensors von einem höheren auf einen niedrigeren Wert zu einer fehlerhaften Fehlerbestimmung des Sensors führen, da sich der Ausgangsstrom des Sensors aufgrund der Temperaturänderung geringfügig ändert. Um die fehlerhafte Fehlerbestimmung des Sensors zu vermeiden, ist eine ausreichende Differenz zwischen der ersten Temperatur des Sensors und der zweiten Temperatur des Sensors erforderlich.
Das heißt, es ist notwendig

(1) den Sensor zu erwärmen, um die erste Temperatur des Sensors auf einen extrem hohen Wert von beispielsweise 785 °C einzustellen, der nahe an einer vorbestimmten oberen Wärmewiderstands-Temperaturgrenze liegt,
(2) die zweite Temperatur des Sensors auf einen Wert von beispielsweise 635 °C einzustellen, der um ein bestimmtes Temperaturniveau, ausgewählt aus dem Temperaturbereich von 120 °C bis einschließlich 180 °C, niedriger ist als die erste Temperatur.

Dies erfordert nicht nur eine genaue Temperatursteuerung des Sensors, sondern auch ein wiederholtes Anlegen einer Spannung an den Sensor bei den hohen Temperaturen davon. Dies kann zu einer Befürchtung führen, dass die Haltbarkeit des Sensors aufgrund der thermischen Verschlechterungen davon reduziert sein kann.
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, zuverlässigere Partikelsensoren bereitzustellen, von denen jeder in der Lage ist, genau zu bestimmen, ob ein Unterbrechungsfehler in einer oder mehreren Signalverdrahtungen vorliegt, die mit einem Messelement des entsprechenden Sensors verbunden sind, während eine Reduktion der Haltbarkeit des entsprechenden Sensors aufgrund der thermischen Verschlechterungen davon verhindert wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung entspricht einem Partikelsensor, der ein Sensorelement zum Messen von in einem Messgas enthaltenen Partikeln und eine Sensorsteuerungseinheit umfasst.
Das Sensorelement umfasst eine Isolierbasis mit einer Oberfläche, ein Messelement, welches ein Paar von Messelektroden umfasst, die an der Oberfläche der Isolierbasis angeordnet sind, und ein Heizelement zum Erwärmen des Messelements.
Die Sensorsteuerungseinheit umfasst einen Temperatur-Controller, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Erregung des Heizelements steuert, um dadurch eine Temperatur des Messelements auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Die Sensorsteuerungseinheit umfasst einen Mess-Controller, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Spannung zwischen den Messelektroden anlegt, um dadurch ein Messsignal basierend auf einem Widerstandswert über die Messelektroden zu erhalten. Die Sensorsteuerungseinheit umfasst eine Anomalie-Bestimmungsvorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Anomaliebestimmung dahingehend durchführt, ob eine Anomalie in dem Sensorelement vorliegt, basierend auf dem Messsignal, das durch den Mess-Controller erhalten wird und von dem Mess-Controller über einen Signalpfad gesendet wird.
Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung umfasst eine erste Bestimmungsvorrichtung.
Die erste Bestimmungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese den Temperatur-Controller anweist, eine Temperatur des Messelements so zu steuern, dass diese auf einer ersten Bestimmungstemperatur liegt, den Mess-Controller anweist, eine Messspannung zwischen den Messelektroden anzulegen, und bestimmt, ob ein erster Messwert des Messsignals größer oder gleich einer vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle ist, während die Messspannung zwischen den Messelektroden angelegt wird.
Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung umfasst eine zweite Bestimmungsvorrichtung.
Die zweite Bestimmungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese den Temperatur-Controller anweist, die Temperatur des Messelements so zu steuern, dass diese innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, der höher als die erste Bestimmungstemperatur und niedriger als eine zweite Bestimmungstemperatur ist, den Mess-Controller anweist, die Messspannung zwischen den Messelektroden anzulegen, und bestimmt, ob ein oder mehrere zweite Messwerte des Messsignals höher als oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle ist/sind, während die Messspannung zwischen den Messelektroden angelegt wird.
Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese als die Anomaliebestimmung eine Bestimmung dahingehend, dass ein Unterbrechungsfehler in dem Signalpfad des Messsignals vorliegt, im Ansprechen darauf durchführt, dass

(1) die erste Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der erste Messwert niedriger als die vorbestimmte Normal-Bestimmungsschwelle ist,
(2) die zweite Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der eine oder die mehreren zweiten Messwerte niedriger ist/sind als die vorbestimmte Normal-Bestimmungsschwelle.

Der Temperatur-Controller der im Partikelsensor eingebauten Sensorsteuerungseinheit steuert die Temperatur des Messelements auf die erste Bestimmungstemperatur oder die zweite Bestimmungstemperatur. Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung der Sensorsteuerungseinheit ist derart konfiguriert, dass diese den ersten Messwert des Messsignals bei der ersten Bestimmungstemperatur oder den einen oder die mehreren zweiten Messwerte bei der zweiten Bestimmungstemperatur mit der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle vergleicht.
Die Normal-Bestimmungsschwelle ist beispielsweise auf einen Wert eingestellt, der es ermöglicht, bei ordnungsgemäßer Funktion des Messelements des Sensorelements bei der ersten Bestimmungstemperatur zu bestimmen, ob eine Anomalie bei dem Sensorelement vorliegt. Falls von der ersten Bestimmungsvorrichtung bestimmt wird, dass das Messelement des Sensorelements ordnungsgemäß funktioniert, kann die Anomaliebestimmung des Sensorelements beendet werden, ohne die Temperatur des Messelements in Richtung der zweiten Bestimmungstemperatur zu erhöhen.
Falls von der ersten Bestimmungsvorrichtung andernfalls bestimmt wird, dass das Messelement des Sensorelements nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann die zweite Bestimmungsvorrichtung bestimmen, ob eine Anomalie im Sensorelement vorliegt, während die Temperatur des Messelements in Richtung der zweiten Bestimmungstemperatur ansteigt.
Wie vorstehend beschrieben, führt eine schrittweise Erhöhung der Temperatur des Sensorelements dazu, dass die Anomaliebestimmung von der ersten Bestimmungsvorrichtung auf die zweite Bestimmungsvorrichtung übertragen wird, nur dann, wenn das Sensorelement aufgrund einer Alterungsverschlechterung einen niedrigeren Ausgangspegel besitzt. Da von der ersten Bestimmungsvorrichtung bestimmt wird, dass das Sensorelement ordnungsgemäß funktioniert, falls das Sensorelement keinen niedrigeren Ausgangspegel aufgrund einer Alterungsverschlechterung besitzt, besteht keine Notwendigkeit, die Anomaliebestimmung von der ersten Bestimmungsvorrichtung auf die zweite Bestimmungsvorrichtung zu übertragen. Insbesondere ist die zweite Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert, dass diese die Temperatur des Messelements allmählich in Richtung der zweiten Bestimmungstemperatur erhöht. Diese Konfiguration führt zu einem geringeren Risiko einer Übertemperatur des Messelements.
Mit dem vorstehenden Partikelsensor kann daher genauer bestimmt werden, ob das Sensorelement ordnungsgemäß funktioniert, während thermische Verschlechterungen und ein Energieverlust des Sensorelements reduziert werden.
Wie vorstehend beschrieben, stellt der eine Aspekt der vorliegenden Offenbarung den Partikelsensor bereit, welcher in der Lage ist, einen Unterbrechungsfehler in einer oder mehreren mit dem Messelement verbundenen Signalleitungen zu erfassen, während eine Reduktion der Haltbarkeit bzw. Lebensdauer des Partikelsensors aufgrund thermischer Verschlechterungen davon verhindert wird. Dies führt daher dazu, dass der durch den einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung bereitgestellte Partikelsensor eine höhere Zuverlässigkeit besitzt.
In einigen Abschnitten der Beschreibung und den Ansprüchen sind den jeweiligen Elementen Bezugszeichen oder Ziffern in Klammern zugeordnet. Jedes Bezugszeichen oder jede Ziffer in Klammern eines Elements stellt nur ein Beispiel für eine Korrespondenzbeziehung zwischen dem Element und einem spezifischen Mittel dar, das in den später beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wird, und daher beschränken die Bezugszeichen oder Ziffern in Klammern den technischen Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebene Aufgabe, weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen ersichtlich, wobei:

1 eine strukturelle Gesamtansicht eines Partikelsensors gemäß der ersten Ausführungsform ist;
2 ein Blockdiagramm ist, welches eine Sensorsteuerung schematisch darstellt, die von einer Sensorsteuerungseinheit des Partikelsensors gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
3 eine vergrößerte Schnittansicht eines ausgewählten Abschnitts eines Sensorkörpers des Partikelsensors gemäß der ersten Ausführungsform ist;
4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines ausgewählten Abschnitts eines Sensorelements des Partikelsensors gemäß der ersten Ausführungsform ist;
5 eine strukturelle Gesamtansicht eines Abgasreinigungssystems ist, das den Partikelsensor gemäß der ersten Ausführungsform umfasst;
6 eine schematische Schnittansicht ist, welche zur Beschreibung des Betriebs bzw. der Funktionsweise des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform dient;
7 ein Blockdiagramm ist, welches eine von der Sensorsteuerungseinheit ausgeführte Anomaliebestimmung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch darstellt;
8 ein Diagramm ist, welches eine erste Beziehung zwischen einer Elementtemperatur eines ersten Normalprodukts des Sensorelements und Messwerten, und eine zweite Beziehung zwischen der Elementtemperatur eines zweiten Normalprodukts des Sensorelements und Messwerten gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
9 ein Diagramm ist, welches eine Temperaturerhöhungsfunktion und eine Schwellenbestimmungsfunktion schematisch darstellt, die von einer ersten Bestimmungsvorrichtung und einer zweiten Bestimmungsvorrichtung einer Anomalie-Bestimmungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt werden;
10 ein Diagramm ist, welches eine Normal-Bestimmungsfunktion und eine Anomaliebestimmungsfunktion schematisch darstellt, die von der ersten Bestimmungsvorrichtung und der zweiten Bestimmungsvorrichtung der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt werden;
11 ein Flussdiagramm ist, welches eine Anomaliebestimmungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
12A ein Zeitdiagramm ist, welches die Anomaliebestimmungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
12B ein Zeitdiagramm ist, welches die Anomaliebestimmungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
13 ein Zeitdiagramm ist, welches die Anomaliebestimmungsroutine gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
14 ein Diagramm ist, welches eine Beziehung zwischen einem von der Sensorsteuerungseinheit gemessenen Sensorstrom und einer Strömungsrate eines Abgases gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
15 ein Zeitdiagramm ist, welches (i) eine Beziehung zwischen der durch einen Temperatur-Controller ausgeführten Temperaturerhöhungsfunktion und der Elementtemperatur, und (ii) eine Beziehung zwischen der durch den Temperatur-Controller ausgeführten Temperaturerhöhungsfunktion und einem Leckstrom gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
16A ein Blockdiagramm ist, welches die von einer Sensorsteuerungseinheit eines Partikelsensors gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführte Sensorsteuerung schematisch darstellt;
16B ein Blockdiagramm ist, welches die von der Sensorsteuerungseinheit des Partikelsensors gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführte Sensorsteuerung schematisch darstellt;
17 ein Flussdiagramm ist, welches eine Anomaliebestimmungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
18A ein Zeitdiagramm ist, welches die Anomaliebestimmungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
18B ein Zeitdiagramm ist, welches die Anomaliebestimmungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
19 ein Diagramm ist, welches eine Mehrzahl von Beziehungen darstellt, jeweils zwischen einer entsprechenden Elementtemperatur und einem entsprechenden Heizelementwiderstand für ein entsprechendes von Produkten des Sensorelements gemäß der zweiten Ausführungsform;
20 ein Blockdiagramm ist, welches ein von dem Temperatur-Controller ausgeführtes Temperatursteuerverfahren gemäß der ersten Ausführungsform darstellt; und
21 ein Zeitdiagramm ist, welches das von dem Temperatur-Controller ausgeführte Temperatursteuerverfahren gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Partikelsensoren gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 1 bis 14 beschrieben.
Erste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 umfasst ein Partikelsensor S einen Sensorkörper S1, welcher ein Sensorelement 1 umfasst, das zur Messung von in einem Messgas enthaltenen Partikeln konfiguriert ist. Der Partikelsensor S umfasst eine Sensorsteuerungseinheit S2, welche eine Sensorsteuerungseinheit (SCU) 2 umfasst.
Das Sensorelement 1 umfasst eine Isolierbasis 11, ein Messelement 3 und ein Heizelement 4. Das Messelement 3 umfasst ein Paar von Messelektroden 31 und 32, die auf der Oberfläche der Isolierbasis 11 freiliegen. Das Heizelement 4 ist derart konfiguriert, dass dieser das Messelement 3 erwärmt.
Der vorstehend dargelegte Partikelsensor S kann beispielsweise, wie in 5 dargestellt, auf ein Abgasreinigungssystem angewendet werden, das in einem Fahrzeugdieselmotor, einfach als eine Maschine ENG bezeichnet, eingebaut ist; wobei die Maschine ENG als eine Verbrennungskraftmaschine dient. Der Sensorkörper S1 kann an einer Abgasleitung 101 der Maschine ENG montiert sein. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 102 ist an einer Innenwand der Abgasleitung 101 montiert und befindet sich stromaufwärts des Sensorkörpers S1. Die SCU 2 weist das Sensorelement 1 des Sensorkörpers S1 an, Partikel zu messen, die aus dem DPF 102 austreten.
Die SCU 2 umfasst einen Temperatur-Controller 21, einen Mess-Controller 22 und eine Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23. Die SCU 2 ist mit einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 5 des Fahrzeugs verbunden; wobei die SCU 2 und die ECU 5 die Sensorsteuerungseinheit S2 bilden.
Der Temperatur-Controller 21 ist derart konfiguriert, dass dieser eine Erregung des Heizelements 4 steuert, um dadurch die Temperatur des Messelements 3 innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu halten.
Der Mess-Controller 22 ist derart konfiguriert, dass dieser eine vorbestimmte Spannung zwischen den Messelektroden 31 und 32 anlegt, um dadurch ein Messsignal zu erhalten, das auf einem Widerstandswert über die Messelektroden 31 und 32 basiert. Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ist derart konfiguriert, dass diese eine Anomaliebestimmung des Sensorelements 1 auf der Grundlage des vom Mess-Controller 22 erhaltenen Messsignals durchführt.
Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 umfasst eine erste Bestimmungsvorrichtung 24 und eine zweite Bestimmungsvorrichtung 25. Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ist derart konfiguriert, dass diese bestimmt, dass ein Unterbrechungsfehler in einem Signalpfad für das Messsignal vorliegt, wenn die erste Bestimmungsvorrichtung 24 eine negative Bestimmung vornimmt und die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 eine negative Bestimmung bei einer zweiten Bestimmungstemperatur T2 vornimmt.
Insbesondere führt der Temperatur-Controller 21 eine erste Temperatursteuerungsfunktion durch, welche die Temperatur des Messelements 3 auf eine erste Bestimmungstemperatur T1 steuert. Der Mess-Controller 22 führt eine erste Spannungsanlegefunktion durch, welche eine vorbestimmte Messspannung zwischen den Messelektroden 31 und 32 anlegt.
Während der Temperatur-Controller 21 die erste Temperatursteuerungsfunktion durchführt und der Mess-Controller 22 die erste Spannungsanlegefunktion durchführt, ist die erste Bestimmungsvorrichtung 24 derart konfiguriert, dass diese bestimmt, ob Messwerte des dadurch erhaltenen Messsignals jeweils größer oder gleich einer vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle Ith sind.
Der Temperatur-Controller 21 führt eine zweite Temperatursteuerungsfunktion durch, welche die Temperatur des Messelements 3 innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs steuert, der von der ersten Bestimmungstemperatur T1 ausschließlich bis einschließlich der zweiten Bestimmungstemperatur T2 definiert ist. Der Mess-Controller 22 führt eine zweite Spannungsanlegefunktion durch, welche die vorbestimmte Messspannung zwischen den Messelektroden 31 und 32 anlegt. Während der Temperatur-Controller 21 die zweite Temperatursteuerungsfunktion durchführt und der Mess-Controller 22 die zweite Spannungsanlegefunktion durchführt, ist die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 derart konfiguriert, dass diese bestimmt, ob Messwerte des dadurch erhaltenen Messsignals jeweils größer oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle Ith sind.
Beispielsweise ist die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 vorzugsweise derart konfiguriert, dass diese

(1) Messwerte des Messsignals erhält, während die Temperatur des Messelements 3 von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 ansteigt,
(2) bestimmt, ob jeder der erhaltenen Messwerte des Messsignals höher bzw. größer oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist,
(3) bestimmt, dass ein Unterbrechungsfehler im Signalpfad vorliegt, wenn fortlaufend bestimmt wird, dass die erhaltenen Messwerte des Messsignals jeweils kleiner sind als die vorbestimmte Normal-Bestimmungsschwelle Ith.

Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ist zusätzlich derart konfiguriert, dass diese bestimmt, dass der Signalpfad ordnungsgemäß funktioniert, wenn

(i) die erste Bestimmungsvorrichtung 24 eine positive Bestimmung durchführt, oder
(ii) die Bestimmung, ob zumindest einer der Messwerte des dadurch erhaltenen Messsignals größer oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist, während die Temperatur des Messelements 3 von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 ansteigt, bejaht wird.

Der Temperatur-Controller 21 ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass dieser die Rate der Temperaturerhöhung des Messelements 3 von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 niedriger oder gleich 3°C pro 0,1 Sekunden (3°C/0,1 Sekunden) einstellt. Diese Einstellung verhindert, dass sich das Messelement 3 aufgrund einer Verzögerung der Temperatursteuerung in einem Übertemperaturzustand befindet.
Die Sensorsteuerungseinheit S2 kann eine Regenerationssteuerungsfunktion zum Anweisen des Temperatur-Controllers 21, die Temperatur des Messelements 3 innerhalb eines vorbestimmten Regenerationstemperaturbereichs zu steuern, welcher eine Verbrennung der Partikel ermöglicht, besitzen. Wenn die Sensorsteuerungseinheit S2 die Regenerationssteuerungsfunktion durchführt, ist die erste Bestimmungstemperatur T1, die von der ersten Bestimmungsvorrichtung 24 verwendet wird, vorzugsweise so eingestellt, dass diese innerhalb des Regenerationstemperaturbereichs liegt.
Die von der zweiten Bestimmungsvorrichtung 25 verwendete zweite Bestimmungstemperatur T2 ist vorzugsweise so eingestellt, dass ein unterster Grenzwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist; wobei der unterste Grenzwert des Messsignals aufgrund (i) einer geschätzten individuellen Schwankungsbreite der Qualität des Messelements 3 oder (ii) einer altersbedingten Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit des Messelements 3 geschätzt wird.
Das Folgende beschreibt die detaillierte Konfiguration des Partikelsensors S.
Bezugnehmend auf die 1 und 2 umfasst der Partikelsensor S den Sensorkörper S1, welcher das Sensorelement 1 aufweist, und die Sensorsteuerungseinheit S2. Die Sensorsteuerungseinheit S2 umfasst die ECU 5 und die SCU 2, die mit dem Sensorkörper S1 verbunden sind.
Der Sensorkörper S1 umfasst ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse H. Das Sensorelement 1 ist koaxial in dem rohrförmigen Gehäuse H eingebaut; wobei das Sensorelement 1 so angeordnet ist, dass dieses der Innenumfangswand des rohrförmigen Gehäuses H zugewandt ist. Der Sensorkörper S1 umfasst ein Befestigungsgewindeelement H1, das an der Außenperipherie des rohrförmigen Gehäuses H angebracht ist.
Das rohrförmige Gehäuse H besitzt gegenüberliegende erste und zweite Enden, die jeweils eine Öffnung besitzen. Der Sensorkörper S1 umfasst eine behälterartige Elementabdeckung 10 und eine zylindrische, rohrförmige Atmosphärenabdeckung 12. Die Elementabdeckung 10 ist fest an dem ersten Ende des Gehäuses H montiert, und die Atmosphärenabdeckung 12 ist fest an dem zweiten Ende des Gehäuses H montiert.
Die Spezifikation definiert, dass die vertikale Richtung in 1 einer axialen Richtung X des Sensorelements 1 entspricht, dass eine untere Seite der axialen Richtung X einer ersten Endseite des Sensorelements 1 entspricht, und dass eine obere Seite der axialen Richtung X einer zweiten Endseite des Sensorelements 1 entspricht.
Das Sensorelement 1 ist beispielsweise in der Abgasleitung 101 montiert, wie in 5 dargestellt, wobei ein zweiter Endabschnitt des Sensorelements 1 nach außerhalb davon freiliegend ist. Die Atmosphärenabdeckung 12, welche gegenüberliegende erste und zweite Enden besitzt, ist so angeordnet, dass diese den zweiten Endabschnitt des Sensorelements 1 bedeckt. Der Sensorkörper S1 umfasst Leitungsdrähte 13, welche durch das zweite Ende der Atmosphärenabdeckung 12 aus dem Messelement 3 herausgeführt sind, so dass das Sensorelement 1 und die SCU 2 über die Leitungsdrähte 13 elektrisch miteinander verbunden sind.
Beim Empfang eines Messbefehls für eine Anomaliebestimmung oder eines Regenerationsbefehls, der von der ECU 5 gesendet wird, ist die SCU 2 derart konfiguriert, dass diese den Temperatur-Controller 21 anweist, zumindest eine der folgenden Aktionen durchzuführen

(1) Ausgeben eines Befehls an das Heizelement 4 des Sensorelements 1, welcher das Heizelement 4 veranlasst, das Messelement 3 zu erwärmen, um dadurch die Temperatur des Messelements 3 auf einen ausgewählten Temperaturwert anzupassen, oder
(2) Stoppen, dass das Heizelement 4 das Messelement 3 erwärmt.

Der Mess-Controller 22 der SCU 2 ist derart konfiguriert, dass dieser die Messspannung an das Messelement 3 des Sensorelements 1 anlegt, so dass Messwerte des Messsignals von dem Messelement 3 an die ECU 5 übertragen werden. Die Messwerte des Messsignals von dem Messelement 3 werden auch an die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 übertragen, so dass die vorstehende Bestimmungsfunktion basierend auf den Messwerten des Messsignals von der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ausgeführt wird. Anschließend wird ein Ergebnis der von der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ausgeführten Bestimmungsfunktion an die ECU 5 übertragen.
Die ECU 5 empfängt Sensorinformationen, welche die Messwerte des Messsignals und das Ergebnis der Bestimmungsfunktion umfassen, und empfängt als Gastemperaturinformationen ebenso Informationen über die Temperatur des Abgases, die von einem stromabwärts des DPF 102 angeordneten Temperatursensor 103 übertragen werden (siehe beispielsweise 5). Außerdem ist die ECU 5 derart konfiguriert, dass diese basierend auf den Sensorinformationen und den Gasinformationen

1. steuert, wie der DPF 12 die Partikel auffängt,
2. über die SCU 2 steuert, wie der Partikelsensor S aktiviert werden soll.

Wie die vorstehenden Steuerungsfunktionen von den vorstehenden Controllern ausgeführt werden, wird später im Detail beschrieben.
Die 3 und 4 stellen ein Beispiel für die Konfiguration des Sensorelements 1 dar.
Das Sensorelement 1 besitzt insbesondere eine langgestreckte, rechteckige Parallelepiped-Gestalt, die sich in einer Richtung entsprechend der axialen Richtung X des Sensorkörpers S1 erstreckt. Das Sensorelement 1 besitzt gegenüberliegende erste und zweite Enden, und das Messelement 3 ist an einer Oberfläche des ersten Endes des Sensorelements 1 montiert. Das Messelement 3 misst eine Menge an Partikeln, die in dem von der Maschine ENG ausgestoßenen Abgas enthalten sind.
Das erste Ende des Sensorelements 1 steht aus der Öffnung des ersten Endes des Gehäuses H in der axialen Richtung X vor, so dass das erste Ende des Sensorelements 1 in der Elementabdeckung 10 angeordnet ist, die an dem ersten Ende des Gehäuses H montiert ist. Die Elementabdeckung 10 ist so angeordnet, dass diese den Außenabschnitt des ersten Endes des Sensorelements 1 bedeckt, um dadurch das Sensorelement 1 vor vergiftenden Materialien und/oder Kondenswasser zu schützen.
Die Elementabdeckung 10 ist beispielsweise in Form eines Doppelbehälters mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden gestaltet, wobei eine Oberfläche des zweiten Endes davon einer Öffnung entspricht. Insbesondere weist die Elementabdeckung 10 eine äußere Abdeckung 10a und eine innere Abdeckung 10b auf, die koaxial angeordnet sind.
Die äußere Abdeckung 10a besitzt gegenüberliegende erste und zweite Endabschnitte und besitzt außerdem Gasdurchgangslöcher 11a, welche durch eine zylindrische rohrförmige Seite des ersten Endabschnitts davon ausgebildet sind. Die Gasdurchgangslöcher 11a ermöglichen, dass Teile des Abgases von der Abgasleitung 101 durch diese hindurch in die äußere Abdeckung 10a eingeleitet werden oder dass die eingeleiteten Teile des Abgases durch diese hindurch aus der äußeren Abdeckung 10a abgeleitet werden.
Die innere Abdeckung 10b besitzt gegenüberliegende erste und zweite Endabschnitte, und besitzt außerdem ein Gasdurchgangsloch 11b, das durch eine Endfläche des ersten Endabschnitts davon ausgebildet ist. Die innere Abdeckung 10b besitzt außerdem Gasdurchgangslöcher 11c, welche durch eine zylindrische, rohrförmige Seite des zweiten Endabschnitts davon ausgebildet sind. In den jeweiligen Gasdurchgangslöchern 11c sind Führungselemente 11d bereitgestellt. Jedes Führungselement 11d ist so geneigt, dass sich dieses hin zu dem Inneren der inneren Abdeckung 10b erstreckt. Insbesondere ist ein sich erstreckendes Ende jedes Führungselements 11d auf das Messelement 3 des Sensorelements 1 gerichtet.
Das Sensorelement 1 ist beispielsweise als ein Stapelsensorelement mit einer Stapelkonfiguration gestaltet. Die Isolierbasis 11 besitzt insbesondere eine flache rechteckige Parallelepiped-Gestalt und besitzt gegenüberliegende erste und zweite Endflächen. Das Messelement 3 umfasst das Paar von Messelektroden 31 und 32, wobei jede der Messelektroden 31 und 32 eine Mehrzahl von linearen Elektrodenabschnitten umfasst, die auf der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 freiliegen. Die linearen Elektrodenabschnitte der Messelektrode 31 besitzen eine vorbestimmte erste Polarität, und die linearen Elektrodenabschnitte der Messelektrode 32 besitzen eine vorbestimmte zweite Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist. Die linearen Elektrodenabschnitte der Messelektrode 31 und die linearen Elektrodenabschnitte der Messelektrode 32 sind auf der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 abwechselnd angeordnet. Diese Anordnung bewirkt, dass eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren auf der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 geschaffen werden; wobei die Elektroden jedes Paares jeweils die unterschiedlichen ersten und zweiten Polaritäten besitzen.
Die Isolierbasis 11 weist beispielsweise eine Mehrzahl von Isolierschichten auf, und jede der Messelektroden 31 und 32 weist eine Mehrzahl von Elektrodenfilmen auf. Das heißt, die Isolierschichten und die Elektrodenfilme, welche eine der Messelektroden 31 und 32 bilden, sind abwechselnd gestapelt, um eine Stapelanordnung als das Messelement 3 zu bilden. Beispielsweise wurden die gestapelten Isolierschichten und Elektrodenfilme gebrannt, um miteinander als eine Stapelanordnung integriert zu werden, welche das Messelement 3 bildet.
Zumindest Ränder bzw. Kanten der jeweiligen gestapelten Elektrodenfilme der Messelektrode 31 liegen an der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 frei, um die linearen Elektrodenabschnitte der Messelektrode 31 zu bilden. Gleichermaßen liegen zumindest Kanten der jeweiligen gestapelten Elektrodenfilme der Messelektrode 32 an der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 frei, um die linearen Elektrodenabschnitte der Messelektrode 32 zu bilden. Die Isolierbasis 11 kann beispielsweise aus einem isolierenden keramischen Material, wie Aluminiumoxid, aufgebaut sein.
In der Isolierbasis 11 sind nicht dargestellte Leitungselemente eingebettet, welche mit den Messelektroden 31 und 31 verbunden sind. Die Leitungselemente sind aus der Endfläche des zweiten Endabschnitts des Sensorelements 1 herausgeführt und entsprechend mit ausgewählten Drähten in den Leitungsdrähten 13 verbunden. Das heißt, die Leitungselemente sind über die Leitungsdrähte 13 mit dem Mess-Controller 22 der SCU 2 verbunden (siehe 1).
Das Heizelement 41 weist eine Heizelementelektrode 41, ein Paar von Leitungselementen 42 und 43 und ein Messleitungselement 44 auf, welche in der Isolierbasis 11 eingebettet sind. Die Heizelementelektrode 41 dient als ein Wärmeerzeuger des Heizelements 34 und ist so angeordnet, dass diese an die erste Endfläche der Isolierbasis 11 angrenzt bzw. benachbart dazu liegt, auf welcher die linearen Elektrodenabschnitte der Messelektroden 31 und 32 freiliegen.
Das Paar von Leitungselementen 42 und 43 wird verwendet, um die Heizelementelektrode 41 zu bestromen.
Diese Leitungselemente 42, 43 und 44 sind aus der Endfläche des zweiten Endabschnitts des Sensorelements 1 herausgeführt und entsprechend mit ausgewählten Drähten bei den Leitungsdrähten 13 verbunden. Das heißt, die Leitungselemente 42, 43 und 44 sind über die Leitungsdrähte 13 mit dem Temperatur-Controller 21 der SCU 2 verbunden (siehe 1).
Der Temperatur-Controller 21 umfasst beispielsweise einen Pulsweiten- bzw. Pulsbreitenmodulator zur Steuerung der Breite jedes in einem Heizelementansteuerungspulssignal enthaltenen Pulses. Insbesondere ist der Temperatur-Controller 21 derart konfiguriert, dass dieser ein Tastverhältnis bzw. einen Tastgrad, welcher als ein Heizelement-Tastgrad bezeichnet wird, des Heizelementansteuerungspulssignals steuert, um dadurch einen Erregungsbetrag, das heißt ein Erregungslevel, des Heizelements 4 zu steuern.
Der Temperatur-Controller 21 ist zusätzlich derart konfiguriert, dass dieser basierend auf einem Widerstandswert der Heizelementelektrode 41, der bei Bedarf als ein Heizelementwiderstand bezeichnet wird, die Temperatur T des Messelements 3 des Sensorelements 1 misst; wobei die Temperatur T des Messelements 3 des Sensorelements 1 bei Bedarf als eine Elementtemperatur T bezeichnet wird. Der Temperatur-Controller 21 umfasst insbesondere beispielsweise eine Heizelementwiderstandsmessschaltung, und die Heizelementwiderstandsmessschaltung ist derart konfiguriert, dass diese einen durch das Heizelement 4 fließenden Strom misst, während eine vorbestimmte Spannung an das Heizelement 4 angelegt wird, wodurch ein Widerstandswert des Heizelements 4 basierend auf der vorbestimmten Spannung und dem gemessenen Stromwert berechnet wird.
Die Heizelementmessschaltung ist zusätzlich derart konfiguriert, dass diese einen Widerstandswert von jedem der Leitungselemente 42 und 43 unter Verwendung des Messleitungselements 44 berechnet. Außerdem ist die Heizelementmessschaltung derart konfiguriert, dass diese die Widerstandswerte der Leitungselemente 42 und 43 von dem Widerstandswert des Heizelements 4 subtrahiert, um dadurch den Heizelementwiderstand genau zu berechnen.
Der Temperatur-Controller 21 ist insbesondere derart konfiguriert, dass dieser das Erregungslevel des Heizelements 4 steuert, um dadurch das Sensorelement während einer Anomaliebestimmung des Partikelsensors S und/oder während einer Regenerationssteuerung des Sensorelements 1, die zum Starten der Maschine ENG erforderlich ist, auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen.
Beispielsweise wird die Regenerationssteuerungsfunktion vorbereitend für den Start einer Partikelüberwachung durch den Mess-Controller 22 im Ansprechen auf einen Start der Maschine ENG durchgeführt; wobei die Regenerationssteuerungsfunktion den Temperatur-Controller 21 anweist

(1) das Messelement 3 zu erwärmen, um dadurch die Temperatur des Messelements 3 auf einen Wert zu erhöhen, der größer oder gleich einem Temperaturbereich ist, in dem Partikel verbrannt werden, wie beispielsweise ein Wert innerhalb des Bereichs von 600°C bis einschließlich 800°C,
(2) Partikel der von dem Messelement 3 aufgefangenen partikelförmigen Substanz unter Verwendung des erwärmten Messelements 3 zu verbrennen, um dadurch die aufgefangenen Partikel der partikelförmigen Substanz zu entfernen, wodurch das Messelement 3 in seinen Auffrischungszustand zurückversetzt wird, in dem die aufgefangenen Partikel entfernt wurden.

Zusätzlich ist der Temperatur-Controller 21 derart konfiguriert, dass dieser beispielsweise während eines Kaltstarts der Maschine ENG eine Wasserwiderstandsfunktion zum Erwärmen des Messelements 3 durchführt, um dadurch die Temperatur des Messelements 3 auf einen Wert zu erhöhen, der niedriger ist als der Temperaturbereich, in dem Partikel verbrannt werden, wie beispielsweise ein Wert innerhalb des Bereichs von 300°C bis einschließlich 600°C. Diese Wasserwiderstandsfunktion führt dazu, dass an dem Sensorelement 1 anhaftendes Kondenswasser von diesem entfernt wird.
Im Folgenden wird eine Theorie der Partikelmessung unter Bezugnahme auf eine schematische Ansicht von 6 beschrieben.
Jeder der linearen Elektrodenabschnitte der Messelektrode 31 ist so angeordnet, dass dieser zumindest einem benachbarten linearen Elektrodenabschnitt der Messelektrode 32 mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen zugewandt ist bzw. gegenüberliegt. Zwischen den Messelektroden 31 und 32 des Messelements 3 des Sensorelements 1 wird in einem Messstartzustand keine Spannung angelegt.
Das Anlegen einer vorbestimmten Spannung zwischen den Messelektroden 31 und 32 durch den Mess-Controller 22 während einer vorbestimmten Partikelmesszeitspanne bewirkt, dass ein zwischen den Messelektroden 31 und 32 erzeugtes elektrisches Feld Partikel der partikelförmigen Substanz anzieht, was dazu führt, dass sich die angezogenen Partikel der partikelförmigen Substanz allmählich auf der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 ansammeln. Eine Zunahme der angesammelten Partikel der partikelförmigen Substanz führt dazu, dass die Messelektroden 31 und 32 elektrisch miteinander verbunden werden. Daher kann sich der Widerstandswert über die Messelektroden 31 und 32 in Abhängigkeit von der Menge der auf der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 angesammelten Partikel ändern. Ein Messen eines Sensorstroms zwischen den Messelektroden 31 und 32 ermöglicht daher eine Messung der Menge der auf der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 aufgefangenen Partikel gemäß einer zuvor gemessenen Beziehung zwischen dem Niveau des Sensorstroms und der Menge der auf der ersten Endfläche der Isolierbasis 11 aufgefangenen Partikel.
Beispielsweise umfasst der Mess-Controller 22 eine Spannungsanlegeschaltung zum Anlegen einer vorbestimmten Sammelspannung zwischen den Messelektroden 31 und 32. Das heißt, die Spannungsanlegeschaltung ist derart konfiguriert, dass diese die vorbestimmte Sammelspannung während der vorbestimmten Partikelmesszeitdauer zwischen den Messelektroden 31 und 32 anlegt, um dadurch Partikel der partikelförmigen Substanz zwischen den Messelektroden 31 und 32 elektrostatisch zu sammeln. Dadurch kann der Mess-Controller 22 den zwischen den Messelektroden 31 und 32 fließenden Sensorstrom messen, dessen gemessenes Level bzw. Niveau von der gesammelten Menge der Partikel abhängt.
Zusätzlich ist der Mess-Controller 22 derart konfiguriert, dass dieser die vorbestimmte Messspannung unter vorbestimmten Hochtemperaturbedingungen während einer vorbestimmten Anomaliebestimmungszeitdauer zwischen den Messelektroden 31 und 32 anlegt. Durch diese Konfiguration kann ein Leckstrom als der Sensorstrom zwischen den Messelektroden 31 und 32 fließen. Die Messspannung zur Anomaliebestimmung des Sensorelements 1 kann gleich oder verschieden von der Sammelspannung zur Messung der Partikel eingestellt sein.
Im Folgenden wird die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 der SCU 2 im Detail beschrieben.
Wie in 7 dargestellt, ist das Heizelement 4 des Sensorelements 1 über eine H+ Verdrahtung, an der ein Heizelementschalter montiert ist, mit dem Temperatur-Controller 21 der SCU 2 verbunden. Das Heizelement 4 der SCU 2 ist außerdem über eine H-Verdrahtung geerdet.
Das Messelement 3 ist über eine S+ Verdrahtung, an der ein Spannungsschalter montiert ist, mit dem Mess-Controller 22 der SCU 2 verbunden. Das Messelement 3 ist ebenfalls über eine S- Verdrahtung geerdet. Ein Strommesser 20 ist an der S+ Verdrahtung montiert, und der Strommesser 20 ist derart konfiguriert, dass dieser einen Wert des Sensorstroms misst, der während der Partikelmesszeitdauer oder der Anomaliebestimmungszeitdauer im Ansprechen auf ein Einschalten des Spannungsschalters fließt.
Wie durch X-Markierungen (Kreuzmarkierungen) in 5 darstellt, kann ein Unterbrechungsfehler in der als der Signalpfad dienenden S+ Verdrahtung oder S- Verdrahtung dazu führen, dass der Sensorstrom nicht gemessen wird, selbst wenn der Spannungsschalter während der Partikelmesszeitdauer eingeschaltet ist. Das heißt, selbst wenn sich die aus dem stromaufwärtigen DPF 102 austretenden Partikel zwischen den Messelektroden 31 und 32 des Messelements 3 ansammeln, so dass sich der Widerstand zwischen den Elektroden 31 und 32 auf einem niedrigen Zustand befindet, kann die vom Partikelsensor S gesammelte Partikelmenge als null bestimmt werden, was es schwierig macht, zu bestimmen, ob der DPF 102 eine Fehlfunktion aufweist.
Um die Zuverlässigkeit der Bestimmung dahingehend, ob der DPF 102 eine Fehlfunktion aufweist, zu gewährleisten, umfasst die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 die erste Bestimmungsvorrichtung 24 und die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 und ist derart konfiguriert, dass diese periodisch diagnostiziert, ob eine Partikelmessfunktion des Partikelsensors S ordnungsgemäß funktioniert oder nicht ordnungsgemäß funktioniert. Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ist insbesondere derart konfiguriert, dass diese gemäß einem Pegel bzw. Niveau des durch den Mess-Controller 22 gemessenen Sensorstroms bestimmt, ob die Partikelmessfunktion des Partikelsensors S ordnungsgemäß funktioniert oder nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Sensorsignalleitungen, welche den Signalpfad bilden und die S+ Verdrahtung und die S- Verdrahtung umfassen, können den Leitungsdraht 13, der zwischen dem Sensorelement 1 und der SCU 2 verbindet, nicht dargestellte Leitungsdrähte, die mit dem Messelement 3 innerhalb des Sensorelements 1 verbunden sind, und Leitungselemente, die in der SCU 2 ausgebildet sind, umfassen.
Es wurden ein im Wesentlichen neues normales Produkt, das heißt, ein normales Produkt in einem frühen Stadium oder ein normales frisches Produkt, des Sensorelements 1, ein normales altersverschlechtertes Produkt des Sensorelements 1 und ein anormales Produkt des Sensorelements 1 vorbereitet.
Das anormale Produkt des Sensorelements 1 stellt das Sensorelement 1 dar, bei dem ein Unterbrechungsfehler im Signalpfad aufgetreten ist.
8 stellt dar, wie der Leckstrom (siehe „MESSWERT“ in 8) zwischen den Messelektroden 31 und 32 des im Wesentlichen neuen normalen Produkts, des normalen altersverschlechterten Produkts und des anormalen Produkts auftritt.
Das heißt, ein Erhöhen der Temperatur des Messelements 3 des im Wesentlichen neuen normalen Produkts, des normalen altersverschlechterten Produkts und des anormalen Produkts, während die Messspannung, wie beispielsweise ein Wert, der aus dem Bereich von 30 Volt bis einschließlich 40 Volt ausgewählt ist, an das Messelement 3 angelegt wird, hat zur Folge, dass die Temperatur des entsprechenden Messelements 3 einen Hochtemperaturbereich erreicht hat. Der Hochtemperaturbereich entspricht einem Temperaturbereich, der höher ist als ein vorbestimmter regenerativer Temperaturbereich, wie beispielsweise der Bereich von 650°C bis 800°C. Der Temperaturanstieg des Messelements 3 des im Wesentlichen neuen normalen Produkts, des normalen altersverschlechterten Produkts und des anormalen Produkts innerhalb des Hochtemperaturbereichs führt dazu, dass der Leckstrom zwischen den Messelektroden 31 und 32 des entsprechenden aus dem im Wesentlichen neuen normalen Produkt und dem normalen altersverschlechterten Produkt auftritt.
8 zeigt, dass der gemessene Leckstrom, der sowohl in dem im Wesentlichen neuen normalen Produkt als auch in dem normalen altersverschlechterten Produkt erzeugt wird, mit einem Anstieg der Temperatur des entsprechenden Messelements 3 exponentiell ansteigt, so dass der gemessene Leckstrom, der sowohl in dem im Wesentlichen neuen normalen Produkt als auch in dem normalen altersverschlechterten Produkt erzeugt wird, die vorbestimmte Normal-Bestimmungsschwelle Ith überschreitet.
Zu beachten ist, dass es auch für das im Wesentlichen neue normale Produkt eine individuelle Schwankungsbreite in der Qualität gibt. Darüber hinaus ist das Niveau des Leckstroms, der zwischen den Messelektroden 31 und 32 des Messelements 3 des normalen altersverschlechterten Produkts auftritt, aufgrund einer altersbedingten Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit des Messelements 3 deutlich geringer als dieses des im Wesentlichen neuen normalen Produkts (siehe NORMALES MINIMALSTROMPRODUKT, welches die Leckstromkurve des normalen altersverschlechterten Produkts in 8 darstellt).
Im Gegensatz dazu führt, wie vorstehend beschrieben, ein Unterbrechungsfehler in dem anormalen Produkt dazu, dass kein Messsignal von der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 erhalten wird, so dass die von der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 erhaltenen Messwerte jeweils unabhängig von der Temperatur im Wesentlichen gleich null sind (siehe ANORMALES PRODUKT in 8).
Wie in einem bei einer Abbildung von 9 unten angeordneten Diagramm dargestellt, ermöglicht die Durchführung der folgenden ersten und zweiten Vorgänge eine Diagnose dahingehend, ob die Sensorsignalleitungen jeweils ordnungsgemäß funktionieren:

(1) Der erste Vorgang bestimmt vorab einen Wert der Normal-Bestimmungsschwelle Ith, welcher normale Produkte des Sensorelements 1 und anormale Produkte des Sensorelements 1 unterscheiden kann, gemeinsam für die ersten und zweiten Bestimmungsvorrichtungen 24 und 25.
(2) Der zweite Vorgang vergleicht vom Messelement 3 gesendeten Messwerte mit dem Wert der Normal-Bestimmungsschwelle Ith, während die Elementtemperatur T allmählich, das heißt schrittweise, erhöht wird.

Die erste Bestimmungsvorrichtung 24 ist insbesondere derart konfiguriert, dass diese die Elementtemperatur T bis zur ersten Bestimmungstemperatur T1 anhebt; wobei die erste Bestimmungstemperatur T1 ermöglicht, dass der Sensorstrom gemessen wird, wenn ein normales frisches bzw. unverbrauchtes Produkt des Sensorelements 1 die erste Bestimmungstemperatur T1 aufweist. Die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 ist derart konfiguriert, dass diese bei Bedarf die Elementtemperatur T von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 anhebt, die höher ist als die erste Bestimmungstemperatur T1. Ein Wert der zweiten Bestimmungstemperatur T2 ist so eingestellt, dass dieser innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, der niedriger ist als ein Übertemperaturbereich des Sensorelements 1; wobei der vorbestimmte Temperaturbereich ermöglicht, dass der Sensorstrom gemessen wird, falls ein altersverschlechtertes Produkt, das einen niedrigsten Grenzwert des Leckstroms erhält, eine Temperatur innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs aufweist.
Wie in einem bei der Abbildung von 9 oben angeordneten Diagramm dargestellt, ist es vorzuziehen

(1) Werte des Sensorstroms zu jeweils geeignet spezifizierten Zeitpunkten zu messen, während die Elementtemperatur T schrittweise von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 erhöht wird,
(2) eine Anomaliediagnose des Sensorelements 1 gemäß jedem der gemessenen Werte des Sensorstroms durchzuführen.

Falls ein Messwert des Sensorstroms die Normal-Bestimmungsschwelle Ith erreicht hat, ist es möglich, die Anomaliediagnose des Sensorelements 1 zu beenden. Dadurch ist es möglich, das Sensorelement 1 mit minimalem Leistungsverbrauch zu diagnostizieren, während verhindert wird, dass die Elementtemperatur T über das erforderliche Maß hinaus ansteigt, und die thermische Verschlechterung des Sensorelements 1 zu verzögern.
Das heißt, wie in einem bei einer Abbildung von 10 oben angeordneten Diagramm dargestellt ist, erhöht die erste Bestimmungsvorrichtung 24 für ein normales frisches Produkt des Sensorelements 1 die Elementtemperatur T bis zur ersten Bestimmungstemperatur T1, so dass, nachdem die Elementtemperatur T die erste Bestimmungstemperatur T1 erreicht hat, Messwerte des Messsignals, das heißt des Sensorstroms, die Normal-Bestimmungsschwelle Ith überschreiten, wodurch der ersten Bestimmungsvorrichtung 24 ermöglicht wird, zu bestimmen, dass der Signalpfad ordnungsgemäß funktioniert.
Wie in einem bei der Abbildung von 10 in der Mitte angeordneten Diagramm dargestellt ist, erhöht die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 auch für ein normales Minimalstromprodukt des Sensorelements 1 die Elementtemperatur T von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2, die höher ist als die erste Bestimmungstemperatur T1, so dass während des Anstiegs der Elementtemperatur T von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 Messwerte des Messsignals, das heißt des Sensorstroms, die Normal-Bestimmungsschwelle Ith überschreiten, wodurch der zweiten Bestimmungsvorrichtung 25 ermöglicht wird, zu bestimmen, dass der Signalpfad ordnungsgemäß funktioniert.
Im Gegensatz dazu bestimmt für ein anormales Produkt des Sensorelements 1 weder die erste Bestimmungsvorrichtung 24 noch die zweite Bestimmungsvorrichtung 25, dass der Signalpfad ordnungsgemäß funktioniert, wie in einem bei der Abbildung von 10 unten angeordneten Diagramm dargestellt. Das heißt, es wird bestimmt, dass der Signalpfad nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Die Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist spezifisch auf einen Stromwert eingestellt, welcher Messwerte des Sensorstroms, die von jedem anormalen Produkt des Sensorelements 1 gemessen werden, bei dem ein Unterbrechungsfehler in dem Signalpfad davon aufgetreten ist, zuverlässig von Messwerten des Sensorstroms trennt, die von jedem normalen Produkt des Sensorelements 1 gemessen werden. Der von jedem anormalen Produkt des Sensorelements 1 gemessene Sensorstrom kann eine individuelle Schaltungsfehlervariation umfassen. Die normalen Produkte des Sensorelements 1 umfassen normale frische Produkte und normale Minimalstromprodukte.
Die Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, wie beispielsweise einen Wert nicht kleiner als 1,0 µA, der ausreichend größer ist als eine geschätzte individuelle Schaltungsfehlervariation von beispielsweise 0,5 µA.
Die erste Bestimmungstemperatur T1, die von der ersten Bestimmungsvorrichtung 24 verwendet wird, ist spezifisch so eingestellt, dass diese innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs von einer vorbestimmten Untergrenze bis einschließlich einer vorbestimmten Obergrenze liegt. Die Untergrenze ist so eingestellt, dass diese größer oder gleich einer Temperatur ist, bei welcher der Leckstrom als der Sensorstrom in einem normalen frischen Produkt des Sensorelements 1 auftritt, und die Obergrenze ist so eingestellt, dass es möglich ist, eine thermische Verschlechterung des Sensorelements 1 zu verhindern, falls die Temperatur des Messelements 3 niedriger als die Obergrenze gehalten wird.
Die Untergrenze des Temperaturbereichs ist beispielsweise auf einen Wert eingestellt, bei dem ein Isolationswiderstand zwischen den Messelektroden 31 und 32 des Messelements 3 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Widerstandswert ist, wie beispielsweise 20 MΩ, während eine Spannung von 35 V zwischen den Messelektroden 31 und 32 angelegt wird. Die Obergrenze des Temperaturbereichs ist beispielsweise auf einen Wert entsprechend der maximalen Temperatur eingestellt, bei welcher der Leckstrom zwischen den Messelektroden 31 und 32 des Messelements 3 unter Berücksichtigung einer individuellen Schwankungsbreite in der Qualität zwischen normalen Produkten des Sensorelements 1 auftreten kann, solange der Wert der Obergrenze kleiner ist als eine Temperaturerhöhungsgrenze. Die Temperaturerhöhungsgrenze stellt eine Temperatur dar, so dass, falls die Temperatur des Messelements 3 niedriger als die Temperatur gehalten wird, (i) die Ablagerung von Asche und (ii) die Verdampfung von Platin, aus dem die Messelektroden 31 und 32 aufgebaut sind, verhindert werden.
Vorzugsweise ist der Temperaturbereich für die von der ersten Bestimmungsvorrichtung 24 verwendete erste Bestimmungstemperatur T1 auf einen relativ niedrigen Temperaturbereich, wie beispielsweise einen Bereich von 700°C bis 750°C, eingestellt, solange der Sensorstrom gemessen werden kann, auch wenn die Elementtemperatur T jedes normalen frischen Produkts des Sensorelements 1 innerhalb des relativ niedrigen Temperaturbereichs liegt. Dies führt zu einer Reduktion des Energieverlustes.
Die zweite Bestimmungstemperatur T2, die von der zweiten Bestimmungsvorrichtung 25 verwendet wird, ist spezifisch so eingestellt, dass diese höher ist als die erste Bestimmungstemperatur T1 und innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt. Der vorbestimmte Temperaturbereich für die zweite Bestimmungstemperatur T2 ist so festgelegt, dass eine geschätzte Untergrenze des Messsignals, das heißt des Sensorstroms, die Normal-Bestimmungsschwelle Ith überschreitet, falls die Temperatur von jedem von normalen Minimalstromprodukten des Sensorelements 1, bei dem der Sensorstrom aufgrund der Alterungsverschlechterung davon schwer auftritt, innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs liegt.
Vorzugsweise ist eine Untergrenze des vorbestimmten Temperaturbereichs für die zweite Bestimmungstemperatur T2 auf einen Wert unter Berücksichtigung einer Sensorstromabnahme bei hoher Gasströmungsrate eingestellt, der auch bei Einstellung der Elementtemperatur T auf den Wert der Untergrenze ermöglicht, dass ein ausreichendes Niveau des Sensorstroms zuverlässig gemessen wird. Das ausreichende Niveau des Sensorstroms wird bei einer individuellen Temperaturmessvariation zuverlässig nicht verborgen. Zusätzlich ist eine Obergrenze des Temperaturbereichs auf die Temperaturerhöhungsgrenze eingestellt. Die Temperaturerhöhungsgrenze stellt die Temperatur dar, so dass, falls die Temperatur des Messelements 3 niedriger als die Temperatur gehalten wird, (i) die Ablagerung von Asche und (ii) die Verdampfung von Platin, aus dem die Messelektroden 31 und 32 aufgebaut sind, verhindert werden.
Der Temperaturbereich für die von der zweiten Bestimmungsvorrichtung 25 verwendete zweite Bestimmungstemperatur T2 ist vorzugsweise auf einen Bereich von 750°C bis 800°C eingestellt, der niedriger ist als die Temperaturerhöhungsgrenze. Dies ermöglicht die Durchführung einer genaueren Diagnose des Sensorelements 1, während eine Übertemperatur des Messelements des Sensorelements 1 verhindert wird.
Die von der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ausgeführte Anomaliediagnose des Sensorelements 1 wird vorzugsweise während einer Regenerationssteuerung des Sensorelements 1 ausgeführt, die beim Start der Maschine ENG durchgeführt wird. In diesem Fall ist die von der ersten Bestimmungsvorrichtung 24 verwendete erste Bestimmungstemperatur T1 so eingestellt, dass diese innerhalb des Regenerationstemperaturbereichs des Sensorelements 1 liegt. Die erste Bestimmungstemperatur T1 ist vorzugsweise auf eine Solltemperatur für die Regenerationssteuerung des Sensorelements 1 eingestellt, so dass die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 die vorstehende Temperaturerhöhungssteuerung effizient durchführen kann.
Im Folgenden wird eine von der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 der SCU 2 ausgeführte Anomaliebestimmungsroutine unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 11 und die in den 12A, 12B und 13 enthaltenen Zeitdiagramme schematisch beschrieben. Insbesondere dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die erste Bestimmungsvorrichtung 24, um Vorgänge in Schritten S2 bis S4 durchzuführen, und dient als die zweite Bestimmungsvorrichtung 25, um Vorgänge in Schritten S6 bis S10 durchzuführen. Wie in den 12A und 12B dargestellt, umfasst die SCU 2 einen Steuermodus für das Sensorelement 1, welcher einen Wasserwiderstands-Steuermodus, einen Regenerationsmodus, einen Kühlmodus und einen Sammelvorbereitungsmodus umfasst. Das heißt, der Steuermodus der SCU 2 wird im Ansprechen auf ein Starten der Maschine ENG sequentiell vom Wasserwiderstands-Steuermodus, Regenerationsmodus, Kühlmodus und Sammelvorbereitungsmodus umgeschaltet. Erste und zweite Anomaliebestimmungsfunktionen der jeweiligen ersten und zweiten Bestimmungsvorrichtungen 24 und 25 werden während des Regenerationsmodus ausgeführt, und eine Regenerationstemperatur wird so eingestellt, dass diese niedriger als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 ist, und die erste Bestimmungstemperatur T1 wird so eingestellt, dass diese niedriger als die zweite Bestimmungstemperatur T2 ist.
Beim Starten der Anomaliebestimmungsroutine (siehe 11) bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S1, ob der Steuermodus der SCU 2 auf den Regenerationsmodus des Sensorelements 1 eingestellt ist.
Nach der Bestimmung, dass der Steuermodus der SCU 2 nicht auf den Regenerationsmodus des Sensorelements 1 eingestellt ist (NEIN in Schritt S1), beendet die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 die Anomaliebestimmungsroutine. Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Steuermodus der SCU 2 auf den Regenerationsmodus des Sensorelements 1 eingestellt ist (JA in Schritt S1), dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die erste Bestimmungsvorrichtung 23 zum Bestimmen, ob die Elementtemperatur T des Sensorelements T höher als oder gleich der Regenerationstemperatur ist, genauer gesagt höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 ist (siehe T ≥ T1?), in Schritt S2.
Wenn bestimmt wird, dass die Elementtemperatur T des Sensorelements T niedriger als die erste Bestimmungstemperatur T1 ist (NEIN in Schritt S2), kehrt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 zu Schritt S1 zurück. Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Elementtemperatur T des Sensorelements T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 ist (JA in Schritt S2), schreitet die Anomaliebestimmungsroutine zu Schritt S3 voran.
In Schritt S3 dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die erste Bestimmungsvorrichtung 24, um den Mess-Controller 22 anzuweisen, die vorbestimmte Messspannung zwischen den Messelektroden 31 und 32 des Messelements 3 für die erste Anomaliebestimmungsfunktion durch die erste Bestimmungsvorrichtung 24 anzulegen.
Nachfolgend dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die erste Bestimmungsvorrichtung 24, um das Messsignal von dem Messelement 3 zu erhalten und in Schritt S4 zu bestimmen, ob ein Messwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist, was als MESSWERT ≥ Ith? ausgedrückt ist.
Nach der Bestimmung, dass der Messwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist (JA in Schritt S4), bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23, dass keine Unterbrechungsfehler in dem Signalpfad des Sensorelements 1 aufgetreten sind, so dass die Anomaliebestimmungsroutine mit Schritt S5 fortfährt. In Schritt S5 bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23, dass der Signalpfad des Sensorelements 1 ordnungsgemäß funktioniert, was als ORDNUNGSGEMÄSSE FUNKTION ausgedrückt ist.
Wie in dem in 12A dargestellten Zeitdiagramm darstellt, wird, wenn die Elementtemperatur T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, nachdem der Steuermodus der SCU 2 von dem Wasserwiderstands-Steuermodus auf den Regenerationsmodus übergeht, die Messspannung im Ansprechen auf den Zeitpunkt, das heißt den Diagnosezeitpunkt, zu dem die Elementtemperatur T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, an das Sensorelement 1 angelegt. Bei einem normalen frischen Produkt des Sensorelementes 1 wird der in dem Messelement 3 fließende Sensorstrom sofort größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith, so dass das Sensorelement 1 als funktionstüchtig bestimmt wird. Dies führt dazu, dass ein Signalpfadunterbrechungs-Flag auf einem Aus-Level gehalten wird.
Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Messwert des Messsignals kleiner ist als die Normal-Bestimmungsschwelle Ith (NEIN in Schritt S4), dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die zweite Bestimmungsvorrichtung 25, um die zweite Anomaliebestimmungsfunktion in Schritt S6 und den nachfolgenden Schritten durchzuführen.
Insbesondere dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die zweite Bestimmungsvorrichtung 25, um den Temperatur-Controller 21 anzuweisen, die Temperaturerhöhung der Elementtemperatur T von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 in Schritt S6 zu starten. Nachfolgend dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die zweite Bestimmungsvorrichtung 25, um das Messsignal von dem Messelement 3 zu erhalten und in Schritt S7 zu bestimmen, ob ein Messwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist, was als MESSWERT ≥ Ith? ausgedrückt ist.
Nach der Bestimmung, dass der Messwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist (JA in Schritt S7), bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23, dass keine Unterbrechungsfehler in dem Signalpfad des Sensorelements 1 aufgetreten sind, so dass die Anomaliebestimmungsroutine mit Schritt S5 fortfährt. In Schritt S5 bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23, dass der Signalpfad des Sensorelements 1 ordnungsgemäß funktioniert, was als ORDNUNGSGEMÄSSE FUNKTION ausgedrückt ist.
Wie in dem in 12B dargestellten Zeitdiagramm darstellt, wird, wenn die Elementtemperatur T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, nachdem der Steuermodus der SCU 2 von dem Wasserwiderstands-Steuermodus auf den Regenerationsmodus übergeht, die Messspannung im Ansprechen auf den Diagnosezeitpunkt, zu dem die Elementtemperatur T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, an das Sensorelement 1 angelegt.
Für ein normales altersverschlechtertes Produkt des Sensorelements 1 tritt zum Spannungsanlegezeitpunkt kein Sensorstrom im Messelement 3 auf. Wenn die Elementtemperatur T jedoch die zweite Bestimmungstemperatur T2 erreicht hat, wird der Sensorstrom sofort größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith, so dass das Sensorelement 1 als funktionsfähig bestimmt wird. Dies führt ebenso dazu, dass das Signalpfadunterbrechungs-Flag auf dem Aus-Level gehalten wird.
Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Messwert des Messsignals niedriger ist als die Normal-Bestimmungsschwelle Ith (NEIN in Schritt S7), fährt die Anomaliebestimmungsroutine mit Schritt S8 fort. In Schritt S8 dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 zum Bestimmen, ob die Elementtemperatur T die zweite Bestimmungstemperatur T2 erreicht hat (siehe T ≥ T2?).
Nach der Bestimmung, dass die Elementtemperatur T die zweite Bestimmungstemperatur T2 erreicht hat (JA in Schritt S8), fährt die Anomaliebestimmungsroutine mit Schritt S9 fort. In Schritt S9 beginnt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 mit der Messung, das heißt dem Zählen, einer Unterbrechungsdiagnosezeit, und bestimmt danach in Schritt S10, ob die gemessene Unterbrechungsdiagnosezeit größer oder gleich einer vorbestimmten Schwellenzeit ist, was als UNTERBRECHUNGSDIAGNOSEZEIT ≥ SCHWELLENZEIT ausgedrückt ist.
Nach einer negativen Bestimmung in Schritt S8 oder S10 kehrt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 zu dem Betrieb in Schritt S1 zurück und führt die Anomaliebestimmungsroutine ausgehend von dem Betrieb in Schritt S1 wiederholend durch.
Wenn andererseits bestimmt wird, dass die gemessene Unterbrechungsdiagnosezeit größer bzw. länger oder gleich der vorbestimmten Schwellenzeit ist (JA in Schritt S10), bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23, dass zukünftige Messwerte nicht größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith werden, wodurch in Schritt S11 bestimmt wird, dass ein Unterbrechungsfehler in dem Signalpfad des Sensorelements 1 aufgetreten ist.
Dann ändert die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S12 den Steuermodus der SCU 2 auf einen Anomaliemodus.
Wie in dem Zeitdiagramm von 13 dargestellt, wird, wenn die Elementtemperatur T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, nachdem der Steuermodus der SCU 2 von dem Wasserwiderstands-Steuermodus auf den Regenerationsmodus übergeht, die Messspannung im Ansprechen auf den Diagnosezeitpunkt, zu dem die Elementtemperatur T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, an das Sensorelement 1 angelegt. Zu dieser Zeit tritt für ein anormales Produkt des Sensorelements 1 zu dem Spannungsanlegezeitpunkt kein Sensorstrom beim Messelement 3 auf. Auch wenn die Elementtemperatur T die zweite Bestimmungstemperatur T2 erreicht hat, wird der Sensorstrom nicht größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith.
Die vorstehenden Vorgänge werden wiederholt, bis die gemessene Unterbrechungsdiagnosezeit die vorbestimmte Schwellenzeit erreicht hat, so dass das Signalpfadunterbrechungs-Flag auf ein An-Level gesetzt wird.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23, welche die erste Bestimmungsvorrichtung 24 und die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 aufweist, ein genaues Bestimmen, ob die Sensorsignalleitungen eine Fehlfunktion aufweisen, während eine Übertemperatur des Messelements des Sensorelements 1 verhindert wird. Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ermöglicht außerdem, sowohl den Temperatur-Controller 23, welcher von der Regenerationssteuerung des Messelements 3 mitbenutzt wird, als auch den Mess-Controller 22, welcher von der Partikelmessung des Messelements 3 mitbenutzt wird, zu nutzen, um dadurch die Anomaliediagnose des Sensorelements 1 wirkungsvoll durchzuführen.
Wie in 14 dargestellt, ändert sich der Sensorstrom in Abhängigkeit von der Strömungsrate des Abgases. Insbesondere führt eine hohe Strömungsrate des Abgases bei einer hohen Temperaturbedingung, wie 850°C, über 800°C, dazu, dass das Niveau des Sensorstroms deutlich abnimmt.
Im Gegensatz dazu liegt in einem Temperaturbereich nahe an sowohl der ersten Bestimmungstemperatur T1 von beispielsweise 750°C als auch der zweiten Bestimmungstemperatur T2 von beispielsweise 800°C, die von der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 verwendet werden, eine geringe Änderung des Sensorstroms vor, selbst wenn die Strömungsrate des Abgases hoch wird.
Wie im allgemeinen Stand der Technik beschrieben, kann Patentliteratur 1, die eine absolute Sensorstromdifferenz verwendet, aufgrund einer signifikanten Änderung der Strömungsrate des Abgases zwischen entsprechenden ersten und zweiten Messzeitpunkten eine genaue absolute Differenz zwischen ersten und zweiten Messwerten des Sensorstroms erhalten.
Im Gegensatz dazu ist die erste Ausführungsform derart konfiguriert, dass jede der ersten und zweiten Bestimmungsvorrichtungen 24 und 25 basierend auf einem entsprechenden von individuellen Messwerten des Sensorstroms individuell eine Bestimmung dahingehend durchführt, ob die Sensorsignalleitungen eine Fehlfunktion aufweisen. Diese Konfiguration führt daher die Anomaliediagnose des Sensorelements 1 mit einem geringen Einfluss von der Strömungsrate des Abgases durch.
Zwischen (i) einem Anstieg der Elementtemperatur T von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 und (ii) einer Änderung des Sensorstroms kann eine Ansprechverzögerung bestehen. Aus diesem Gesichtspunkt ist es vorteilhaft, eine Obergrenze der Zunahmerate der Elementtemperatur T auf beispielsweise einen Wert kleiner oder gleich 3°C pro 0,1 Sekunden (3°C/0,1 Sekunden) einzustellen. Es ist ebenso vorzuziehen, eine Untergrenze der Zunahmerate der Elementtemperatur T auf beispielsweise einen Wert größer oder gleich 1°C pro 0,1 Sekunden (1°C/0,1 Sekunden) einzustellen, wodurch die Elementtemperatur T innerhalb der vorbestimmten Schwellenzeit von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 ansteigen kann.
Es wird beispielsweise ein Fall betrachtet, in dem die zweite Bestimmungstemperatur T2 auf eine oberste Temperatur, wie nicht weniger als 770°C, eingestellt ist, welche das Auftreten des Leckstroms auch für ein normales Minimalstromprodukt ermöglicht, und kleiner oder gleich der Temperaturerhöhungsgrenze ist, wie 800°C, wie in 15 dargestellt. In diesem Fall kann eine Zeitverzögerung des Auftretens und der Messung des Leckstroms im Ansprechen auf die Temperaturerhöhung des Sensorelements 1 durch das Heizelement 4 dazu führen, dass die Elementtemperatur T die oberste Temperatur überschreitet. Um zu verhindern, dass die Elementtemperatur T in einem solchen Fall die oberste Temperatur überschreitet, ist es notwendig, den Temperaturanstieg von der obersten Temperatur auf die Temperaturerhöhungsgrenze zu beschränken, wie beispielsweise die Subtraktion von 770°C von 800°C, was als (800°C-770°C) ausgedrückt ist, innerhalb der Zeitverzögerung, wie beispielsweise 1 Sekunde. Insbesondere wird durch die Einstellung der Obergrenze der Zunahmerate der Elementtemperatur T auf 3°C/0,1 Sekunden gemäß der folgenden Gleichung eine Übertemperatur des Messelements des Sensorelements 1 verhindert: $(800 ° C - 770 ° C) / 1 s = 3 ° C / 0,1 Sekunden$
Für die Unterbrechungsdiagnosezeit ist es erforderlich, die Erhöhung der Elementtemperatur T bis auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 innerhalb der Schwellenzeit abzuschließen, wobei beispielsweise angenommen wird, dass die Schwellenzeit auf 10 Sekunden eingestellt ist und die Temperaturdifferenz auf 100°C eingestellt ist. Die Einstellung der Untergrenze der Zunahmerate der Elementtemperatur T auf 100°C/10 Sekunden = 1°C/0,1 Sekunden verhindert daher eine fehlerhafte Diagnose des Sensorelements 1 aufgrund der Ansprechverzögerung der Elementtemperatur T.
Aus den vorstehenden Gründen ist es vorzuziehen, die Zunahmerate der Elementtemperatur T auf einen Wert, wie beispielsweise 2°C/0,1 Sekunden, innerhalb des Bereichs von 1°C/0,1 Sekunden bis einschließlich 3°C/0,1 Sekunden einzustellen.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Partikelsensor S gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 16A bis 21 beschrieben.
Ein Basisstruktur und Basisvorgänge des Partikelsensors S gemäß der zweiten Ausführungsform sind identisch mit denen des Partikelsensors S gemäß der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 der SCU 2 eine dritte Bestimmungsvorrichtung 26 umfasst (siehe 16A).
Im Folgenden wird eine von der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 der SCU 2 ausgeführte Anomaliebestimmungsroutine unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 17 und die in 18 enthaltenen Zeitdiagramme schematisch beschrieben.
Bezugszeichen oder -ziffern, die später gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet werden, umfassen einige Bezugszeichen oder -ziffern, die in der ersten Ausführungsform verwendet wurden. Einige Elemente der zweiten Ausführungsform, bei denen die in der ersten Ausführungsform verwendeten Bezugszeichen oder -ziffern jeweils angebracht sind, stellen, sofern nicht anders beschrieben, entsprechend Elemente dar, die im Wesentlichen identisch mit den entsprechenden in der ersten Ausführungsform beschriebenen Elementen sind.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 zusätzlich zu den ersten und zweiten Bestimmungsvorrichtungen 24 und 25 die dritte Bestimmungsvorrichtung 26.
Die dritte Bestimmungsvorrichtung 26 ist derart konfiguriert, dass diese eine verstrichene Zeit misst, bis die Elementtemperatur T von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 angestiegen ist, und bestimmt, ob die verstrichene Zeit, welche als eine verstrichene Diagnosezeit bezeichnet wird, kleiner als eine Zeitbestimmungsschwelle Tth ist.
Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ist derart konfiguriert, dass diese bestimmt, dass eine Temperaturerhöhungsanomalie des Messelements 3 aufgetreten ist, auf eine Bestimmung hin, dass eine Bestimmung dahingehend, ob eine Signalpfadanomalie vorliegt, nicht ausgeführt wurde, bis die dritte Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmt, dass die verstrichene Diagnosezeit kleiner als die Zeitbestimmungsschwelle Tth ist.
Dadurch kann die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 der zweiten Ausführungsform zusätzlich zu der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Erfassung einer Signalpfadanomalie des Sensorelements 1 auch das Vorliegen einer Temperaturerhöhungsanomalie des Messelements 3 erfassen.
Wie in 16A dargestellt, ist die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in der ECU 5 installiert. Die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 ist derart konfiguriert, dass die erste Bestimmungsvorrichtung 24, die zweite Bestimmungsvorrichtung 25 und die dritte Bestimmungsvorrichtung 26 eine Anomaliebestimmung des Sensorelements 1 basierend auf der verstrichenen Diagnosezeit und den vom Mess-Controller 22 in der SCU2 gesendeten Messwerten durchführen.
Wie in 16B dargestellt, können der Temperatur-Controller 21 und der Mess-Controller 22 zusätzlich zur Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in der ECU 5 installiert sein. Das heißt, jedes Element aus dem Temperatur-Controller 21, dem Mess-Controller 22 und der Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 kann in jeder der SCU 2 und der ECU 5 installiert sein; wobei diese SCU 2 und ECU 5 als die Sensorsteuerungseinheit S2 dienen.
Wie in den 19 bis 21 dargestellt, ist der Temperatur-Controller 21 derart konfiguriert, dass dieser einen typischen Ablauf der Temperaturerhöhungssteuerung der Elementtemperatur T gemäß einer korrelativen Beziehung zwischen dem Heizelementwiderstand und der Elementtemperatur T durchführt, um dadurch die Erregung des Heizelements 4 zu steuern.
Insbesondere besitzen individuelle Produkte des Sensorelements 1, wie in 19 dargestellt, aufgrund individueller Qualitätsunterschiede jeweils unterschiedliche Widerstands-Temperatur-Charakteristika. Aus diesem Grund speichert der Temperatur-Controller 21 darin ein Temperatur-Umwandlungskennfeld, welches die Widerstands-Temperatur-Charakteristik eines ausgewählten von frischen Produkten des Sensorelements 1 darstellt, und führt zyklisch eine bekannte PI-Regelung durch, welche in 20 dargestellt ist, um ein Erregungsniveau des Heizelements 4 zu bestimmen, um dadurch eine zu reduzierende absolute Differenz zwischen einem tatsächlichen Wert bzw. Istwert der Elementtemperatur T und einer Solltemperatur T0 anzupassen.
Insbesondere ist der Temperatur-Controller 21 derart konfiguriert, dass dieser basierend auf einem festgelegten Wert des Heizelement-Tastgrads die Elementtemperatur T während eines vorbestimmten frühen Stadiums des Temperaturerhöhungsprozesses schnell auf einen Wert nahe der Solltemperatur T0 anhebt, wie in 21 dargestellt. Danach ist der Temperatur-Controller 21 derart konfiguriert, dass dieser zyklisch

(1) basierend auf einem abgetasteten Wert des Heizwiderstands eines Werts des Heizelement-Tastgrads, der bewirkt, dass die Elementtemperatur T zu einem konstanten Wert wird, berechnet,
(2) eine Feedback- bzw. Rückkopplungssteuerung basierend auf dem Wert des Heizelement-Tastgrads als eine Stellgröße zur Erhöhung der Elementtemperatur T durchführt.

19 zeigt, dass sich die Widerstands-Temperatur-Charakteristik gealterter Produkte des Sensorelements 1 gegenüber der Widerstands-Temperatur-Charakteristika frischer Produkte des Sensorelements 1 verändert hat. Dies hat zur Folge, dass ein Istwert als die Solltemperatur T0 basierend auf der Widerstands-Temperatur-Charakteristik jedes gealterten Produkts des Sensorelements 1 tendenziell niedriger ist als ein Gestaltungswert als die Solltemperatur T0 basierend auf der Widerstands-Temperatur-Charakteristik jedes frischen Produkts des Sensorelements 1.
Aus diesem Grund kann es schwierig sein, die Elementtemperatur T des Sensorelements 1 genau auf (i) die Regenerationstemperatur während einer Ausführung der Regenerationssteuerung, und (ii) jede der ersten und zweiten Bestimmungstemperaturen T1 und T2 zu erhöhen.
Aus diesem Gesichtspunkt ist die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert, dass diese bestimmt, dass eine Temperaturerhöhungsanomalie des Messelements 3 für eine solche Situation vorliegt, um dadurch eine Ausführung der Bestimmung dahingehend, ob ein Unterbrechungsfehler im Signalpassteil des Sensorelements 1 vorliegt, zu unterbinden.
Im Folgenden wird eine Anomaliebestimmungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 17 schematisch beschrieben.
Beim Starten der Anomaliebestimmungsroutine bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S101, ob der Steuermodus der SCU 2 auf den Regenerationsmodus des Sensorelements 1 eingestellt ist.
Nach der Bestimmung, dass der Steuermodus der SCU 2 nicht auf den Regenerationsmodus des Sensorelements 1 eingestellt ist (NEIN in Schritt S101), beendet die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 die Anomaliebestimmungsroutine. Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Steuermodus der SCU 2 auf den Regenerationsmodus des Sensorelements 1 eingestellt ist (JA in Schritt S101), bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S102, ob die Elementtemperatur T des Sensorelements T größer bzw. höher als oder gleich der Regenerationstemperatur ist, insbesondere höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 ist (siehe T ≥ T1?).
Nach der Bestimmung, dass die Elementtemperatur T des Sensorelements T niedriger als die erste Bestimmungstemperatur T1 ist (NEIN in Schritt S102), kehrt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 zu Schritt S101 zurück. Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Elementtemperatur T des Sensorelements T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 ist (JA in Schritt S102), fährt die Anomaliebestimmungsroutine mit Schritt S103 fort.
In Schritt S103 dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die dritte Bestimmungsvorrichtung 26, um eine Messung, das heißt ein Zählen, der verstrichenen Diagnosezeit zu starten, und anschließend dient die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 als die dritte Bestimmungsvorrichtung 26, um in Schritt S104 zu bestimmen, ob die verstrichene Diagnosezeit kleiner ist als die Zeitbestimmungsschwelle Tth, was als VERSTRICHENE DIAGNOSEZEIT < Tth? ausgedrückt ist.
Nach der Bestimmung, dass die verstrichene Diagnosezeit kleiner ist als die Zeitbestimmungsschwelle Tth (JA in Schritt S104), fährt die Anomaliebestimmungsroutine mit Schritt S105 fort. Dann führt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 Vorgänge in den Schritten S105 bis S113 jeweils entsprechend den Vorgängen in den Schritten S4 bis S12 der ersten Ausführungsform durch. Im Folgenden werden daher die Vorgänge in den Schritten S105 bis S113 kurz beschrieben.
In Schritt S105 bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23, ob ein Messwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist, was als MESSWERT ≥ Ith? ausgedrückt ist.
Nach der Bestimmung, dass der Messwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist (JA in Schritt S105), bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S106, dass der Signalpfad des Sensorelements 1 ordnungsgemäß funktioniert, was als ORDNUNGSGEMÄSSE FUNKTION ausgedrückt ist.
Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Messwert des Messsignals kleiner ist als die Normal-Bestimmungsschwelle Ith (NEIN in Schritt S105), weist die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 den Temperatur-Controller 21 in Schritt S107 an, die Temperaturerhöhung der Elementtemperatur T von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 zu starten. Nachfolgend bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S108, ob ein Messwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist, was als MESSWERT ≥ Tth? ausgedrückt ist.
Nach der Bestimmung, dass der Messwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith ist (JA in Schritt S108), bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S106, dass der Signalpfad des Sensorelements 1 ordnungsgemäß funktioniert, was als ORDNUNGSGEMÄSSE FUNKTION ausgedrückt ist.
Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Messwert des Messsignals niedriger ist als die Normal-Bestimmungsschwelle Ith (NEIN in Schritt S108), fährt die Anomaliebestimmungsroutine mit Schritt S109 fort. In Schritt S109 bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23, ob die Elementtemperatur T die zweite Bestimmungstemperatur T2 erreicht hat (siehe T ≥ T2).
Nach der Bestimmung, dass die Elementtemperatur T die zweite Bestimmungstemperatur T2 erreicht hat (JA in Schritt S109), fährt die Anomaliebestimmungsroutine mit Schritt S110 fort. In Schritt S110 beginnt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 mit der Messung, das heißt dem Zählen, der Unterbrechungsdiagnosezeit, und bestimmt danach in Schritt S111, ob die gemessene Unterbrechungsdiagnosezeit größer bzw. länger als oder gleich der vorbestimmten Schwellenzeit wird, was als UNTERBRECHUNGSDIAGNOSEZEIT ≥ SCHWELLENZEIT ausgedrückt ist.
Bei negativer Bestimmung in Schritt S109 oder S111 kehrt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 zu dem Vorgang in Schritt S1 zurück und führt die Anomaliebestimmungsroutine ausgehend von dem Vorgang in Schritt S1 wiederholend durch.
Wenn andererseits bestimmt wird, dass die gemessene Unterbrechungsdiagnosezeit länger als oder gleich der vorbestimmten Schwellenzeit ist (JA in Schritt S111), bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S112, dass ein Unterbrechungsfehler in dem Signalpfad des Sensorelements 1 aufgetreten ist. Dann ändert die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S113 den Steuermodus der SCU 2 auf den Anomaliemodus.
Wie in dem Zeitdiagramm von 18A dargestellt, wird, wenn die Elementtemperatur T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, nachdem der Steuermodus der SCU 2 von dem Wasserwiderstands-Steuermodus auf den Regenerationsmodus übergeht, die Messspannung im Ansprechen auf den Diagnosezeitpunkt, zu dem die Elementtemperatur T höher als oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, an das Sensorelement 1 angelegt. Liegt zu dieser Zeit ein Unterbrechungsfehler im Sensorelement 1 vor, tritt kein Sensorstrom im Messelement 3 auf. Auch wenn die Elementtemperatur T die zweite Bestimmungstemperatur T2 erreicht hat, wird der Sensorstrom nicht größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle Ith. Die vorstehenden Vorgänge werden so lange wiederholt, bis die gemessene Unterbrechungsdiagnosezeit die vorbestimmte Schwellenzeit erreicht hat, so dass das Signalpfadunterbrechungs-Flag auf das An-Level gesetzt wird.
Zusätzlich wird, wenn die Elementtemperatur T größer oder gleich der ersten Bestimmungstemperatur T1 wird, das Zählen der verstrichenen Diagnosezeit gestartet. Falls das Sensorelement 1 als funktionstüchtig bzw. ordnungsgemäß funktionierend oder nicht ordnungsgemäß funktionierend bestimmt wird, bis die verstrichene Diagnosezeit die vorbestimmte Schwellenzeit Tth erreicht, wird bestimmt, dass die Temperaturerhöhungssteuerung für die Elementtemperatur T normal ausgeführt wird, so dass ein Temperaturerhöhungsanomalie-Flag auf dem Aus-Level gehalten wird.
Im Gegensatz dazu wird, wie in dem Zeitdiagramm von 18B dargestellt, falls das Sensorelement 1 nicht als ordnungsgemäß funktionierend oder als nicht ordnungsgemäß funktionierend bestimmt wird, obwohl die verstrichene Diagnosezeit die vorbestimmte Schwellenzeit Tth erreicht hat, bestimmt, dass die Temperaturerhöhungssteuerung für die Elementtemperatur T nicht normal ausgeführt wird. Die Zeitschwelle Tth ist so eingestellt, dass diese größer oder gleich einer Zeit ist, welche einen ausreichenden Anstieg der Elementtemperatur T von der ersten Bestimmungstemperatur T1 auf die zweite Bestimmungstemperatur T2 basierend auf einer normalen Ausführung der Temperaturerhöhungssteuerung für das Sensorelement 1 ermöglicht. Wenn die verstrichene Diagnosezeit die Zeitschwelle Tth erreicht hat, wird das Temperaturerhöhungsanomalie-Flag auf das An-Level gesetzt.
Das heißt, wenn bestimmt wird, dass die verstrichene Diagnosezeit größer oder gleich der Zeitbestimmungsschwelle Tth ist (NEIN in Schritt S104), bestimmt die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S114, dass eine Temperaturerhöhungsanomalie des Messelements 3 vorliegt. Dann ändert die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung 23 in Schritt S115 den Steuermodus der SCU 2 auf den Anomaliemodus.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die zweite Ausführungsform eine Bestimmung dahingehend, ob eine Temperaturerhöhungsanomalie des Messelements 3 vorliegt, gemäß der verstrichenen Diagnosezeit. Diese Konfiguration ermöglicht es daher, bei Prognose einer Abnahme des Sensorstroms aufgrund des Auftretens einer Temperaturerhöhungsanomalie des Messelements 3 eine Bestimmung dahingehend, ob der Signalpfad des Messsignals des Sensorstroms ordnungsgemäß funktioniert, zu verhindern, wodurch eine fehlerhafte Diagnose des Sensorelements 1 verhindert wird.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehenden ersten und zweiten Ausführungsformen beschränkt und kann im Rahmen des Schutzumfangs des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung als verschiedenen Ausführungsformen frei modifiziert werden.
Beispielsweise wird der Partikelsensor S gemäß jeder der ersten und zweiten Ausführungsformen als ein Sensor zum Messen von Partikeln angewendet, die aus einer Fahrzeugmaschine ausgestoßen werden, die vorliegende Offenbarung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Das Sensorelement 1 ist derart konfiguriert, dass das Messelement 3 an der Oberfläche des ersten Endes davon montiert ist, dieses kann aber auch an einer Seite des Sensorelements 1 montiert sein. Die Struktur und andere Merkmale jeder Komponente, die den Partikelsensor S bildet, wie beispielsweise die Gestalt der Elementabdeckung 10 und die Anordnung der Gasdurchgangslöcher, können frei modifiziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015520387 [0007]

Claims

Partikelsensor (S), aufweisend: ein Sensorelement (1) zum Messen von in einem Messgas enthaltenen Partikeln; und eine Sensorsteuerungseinheit (S2), wobei das Sensorelement aufweist: eine Isolierbasis mit einer Oberfläche; ein Messelement (3), welches ein Paar von Messelektroden umfasst, die an der Oberfläche der Isolierbasis angeordnet sind; und ein Heizelement (4) zum Erwärmen des Messelements, wobei die Sensorsteuerungseinheit aufweist: einen Temperatur-Controller (21), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Erregung des Heizelements steuert, um dadurch eine Temperatur des Messelements auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten; einen Mess-Controller (22), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Spannung zwischen den Messelektroden anlegt, um dadurch ein Messsignal basierend auf einem Widerstandswert über die Messelektroden zu erhalten; und eine Anomalie-Bestimmungsvorrichtung (23), welche derart konfiguriert ist, dass diese basierend auf dem Messsignal, das durch den Mess-Controller erhalten wird und von dem Mess-Controller über einen Signalpfad gesendet wird, eine Anomaliebestimmung dahingehend durchführt, ob eine Anomalie in dem Sensorelement vorliegt, wobei die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung aufweist: eine erste Bestimmungsvorrichtung (24), welche derart konfiguriert ist, dass diese: den Temperatur-Controller anweist, eine Temperatur des Messelements so zu steuern, dass diese auf einer ersten Bestimmungstemperatur (T1) liegt; den Mess-Controller anweist, eine Messspannung zwischen den Messelektroden anzulegen; und bestimmt, ob ein erster Messwert des Messsignals größer oder gleich einer vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle (Ith) ist, während die Messspannung zwischen den Messelektroden angelegt wird; und eine zweite Bestimmungsvorrichtung (25), welche derart konfiguriert ist, dass diese: den Temperatur-Controller anweist, die Temperatur des Messelements so zu steuern, dass diese innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, der höher als die erste Bestimmungstemperatur und niedriger als eine zweite Bestimmungstemperatur (T2) ist; den Mess-Controller anweist, die Messspannung zwischen den Messelektroden anzulegen; und bestimmt, ob ein oder mehrere zweite Messwerte des Messsignals größer oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle (Ith) sind, während die Messspannung zwischen den Messelektroden angelegt wird; die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass diese als die Anomaliebestimmung eine Bestimmung dahingehend, dass ein Unterbrechungsfehler in dem Signalpfad des Messsignals vorliegt, im Ansprechen darauf durchführt, dass: die erste Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der erste Messwert kleiner als die vorbestimmte Normal-Bestimmungsschwelle ist; und die zweite Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der eine oder die mehreren zweiten Messwerte kleiner sind als die vorbestimmte Normal-Bestimmungsschwelle.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei: die zweite Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass diese den einen oder die mehreren zweiten Messwerte aus dem Messsignal erhält, während die Temperatur des Messelements von der ersten Bestimmungstemperatur auf die zweite Bestimmungstemperatur ansteigt; bestimmt, ob der eine oder die mehreren zweiten Messwerte größer oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle ist/sind; und im Ansprechen auf eine fortlaufende Bestimmung dahingehend, dass der eine oder die mehreren zweiten Messwerte jeweils kleiner als die vorbestimmte Normal-Bestimmungsschwelle ist/sind, bestimmt, dass ein Unterbrechungsfehler in dem Signalpfad vorliegt.
Partikelsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass diese: den Signalpfad im Ansprechen darauf als ordnungsgemäß funktionierend bestimmt, dass: die erste Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der erste Messwert größer oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle ist, oder die zweite Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass zumindest einer aus dem einen oder den mehreren zweiten Messwerten größer oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle ist, während die Temperatur des Messelements von der ersten Bestimmungstemperatur auf die zweite Bestimmungstemperatur ansteigt.
Partikelsensor nach Anspruch 3, wobei: die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass diese die Anomaliebestimmung beendet, ohne dass der Temperaturanstieg des Sensorelements von der ersten Bestimmungstemperatur auf die zweite Bestimmungstemperatur durch den Temperatur-Controller gesteuert wird, im Ansprechen darauf, dass die erste Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der erste Messwert größer oder gleich der vorbestimmten Normal-Bestimmungsschwelle ist.
Partikelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Temperatur-Controller derart konfiguriert ist, dass dieser die Temperatur des Messelements allmählich von der ersten Bestimmungstemperatur auf die zweite Bestimmungstemperatur anhebt.
Partikelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Temperatur-Controller derart konfiguriert ist, dass dieser eine Zunahmerate der Temperatur des Messelements von der ersten Bestimmungstemperatur auf die zweite Bestimmungstemperatur auf nicht mehr als 3°C pro 0,1 Sekunden einstellt.
Partikelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Sensorsteuerungseinheit ferner eine Regenerationssteuerungsfunktion zum Anweisen des Temperatur-Controllers, eine Temperatur des Messelements innerhalb eines vorbestimmten Regenerationstemperaturbereichs zu steuern, der eine Verbrennung der Partikel ermöglicht, aufweist; und die von der ersten Bestimmungsvorrichtung verwendete erste Bestimmungstemperatur so eingestellt ist, dass diese innerhalb des vorbestimmten Regenerationstemperaturbereichs liegt.
Partikelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die von der zweiten Bestimmungsvorrichtung verwendete zweite Bestimmungstemperatur auf einen Wert eingestellt ist, wobei der für die zweite Bestimmungstemperatur eingestellte Wert ermöglicht, dass ein unterster Grenzwert des Messsignals größer oder gleich der Normal-Bestimmungsschwelle ist, wobei der unterste Grenzwert des Messsignals aufgrund (i) einer geschätzten individuellen Schwankungsbreite der Qualität des Messelements 3, oder (ii) einer altersbedingten Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit des Messelements geschätzt ist.
Partikelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung ferner aufweist: eine dritte Bestimmungsvorrichtung (26), welche derart konfiguriert ist, dass diese: eine verstrichene Zeit misst, bis die Temperatur des Messelements von der ersten Bestimmungstemperatur auf die zweite Bestimmungstemperatur angestiegen ist; und bestimmt, ob die verstrichene Zeit kleiner ist als eine Zeitbestimmungsschwelle (Tth), wobei die Anomalie-Bestimmungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass diese eine Temperaturerhöhungsanomalie des Messelements im Ansprechen auf die Bestimmung bestimmt, dass die Bestimmung dahingehend, ob eine Anomalie in dem Sensorelement vorliegt, nicht durchgeführt wurde, während die dritte Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die verstrichene Zeit kleiner als die Zeitbestimmungsschwelle ist.