DE102017102985A1

DE102017102985A1 - Verfahren und system zum erfassen von partikeln in abgasen

Info

Publication number: DE102017102985A1
Application number: DE102017102985.0A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2017-09-14
Also published as: RU2017105110A; US10078043B2; RU2686351C2; RU2017105110A3; CN107167402B; US20170261417A1; CN107167402A

Abstract

Verfahren und Systeme für einen Partikelsensor, der stromabwärts eines Dieselpartikelfilters in einem Abgassystems positioniert ist, werden bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Partikelsensor ein äußeres, nicht perforiertes Rohr aufweisen, das mehrere negative Elektroden aufweist, die entlang der inneren Oberfläche ausgebildet sind, ein Führungsrohr, das ein perforiertes zentrales Element und ein inneres Rohr aufweist, wobei das zentrale Element mehrere positive Elektroden aufweist, die entlang der äußeren Oberfläche ausgebildet sind. Durch Ausbilden der Elektroden auf unterschiedlichen zylindrischen Oberflächen und Trennen der Elektroden durch einen Spalt kann ein gleichförmigeres elektrisches Feld in dem Spalt zwischen den Elektroden erzeugt werden, wodurch die Erfassung von Ruß verstärkt und die Empfindlichkeit des Partikelsensors erhöht wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein die Konstruktion und den Gebrauch von widerstandsbasierenden (ohmschen) Partikelsensoren (PM-Sensoren).
Stand der Technik / Kurzdarstellung
Die Dieselverbrennung kann Emissionen erzeugen, die Partikel (engl. „particulate matter“, partikelförmige Materie, PM) beinhalten. Die Partikel kann Dieselruß und Aerosole, wie etwa Aschepartikel, metallische Abriebpartikel, Sulfate und Silikate, beinhalten. Wenn in die Atmosphäre entlassen, kann PM die Form einzelner Partikel oder von Kettenanhäufungen annehmen, von denen die meisten im unsichtbaren Submikrometerbereich von 100 Nanometern angesiedelt sind. Verschiedene Technologien zum Identifizieren und Ausfiltern von Abgas-PM vor dem Abgeben des Abgases in die Atmosphäre sind entwickelt worden.
Beispielsweise können PM- oder Rußsensoren in Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen verwendet werden. Ein PM-Sensor kann einem Dieselpartikelfilter (engl. „diesel particulate filter“, DPF) vor- und/oder nachgelagert (stromaufwärts und/oder stromabwärts) angeordnet sein und kann verwendet werden, die PM-Last des Filters zu erfassen und den Betrieb des DPF zu diagnostizieren. Resisitive PM-Sensoren beinhalten typischerweise fingerartig verschränkte Elektroden, die PM- oder Rußlast erfassen, basierend auf einer Korrelation zwischen einer gemessenen Änderung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen einem Elektrodenpaar und der PM-Menge, die zwischen den Messelektroden abgelagert ist. Spezifisch sind die fingerartig verschränkten Elektroden auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet und die gemessene Leitfähigkeit über die Elektroden liefert ein Maß der Rußansammlung. Daher sind die elektrostatischen Felder in den flachen Elektroden in Nähe der Oberfläche der Elektroden stärker und treten tangential zur Elektrodenoberfläche auf. Außerdem bauen sich die elektrostatischen Felder bei weiter entfernten Abständen von der Elektrodenoberfläche schnell ab. Daher erfahren Rußpartikel, die nahe der Oberfläche der Elektrode strömen, ausreichende elektrostatische Kräfte, um auf der Elektrodenoberfläche eingefangen zu werden, während andere Rußpartikel entweichen können. Dies kann zu einer schlechten Rußerfassung und -verteilung führen. Ferner kann sich aufgrund der flachen Geometrie der Erfassungselektroden Ruß nur entlang einer Oberfläche ansammeln (z. B. der Oberfläche, welche die Elektroden beinhaltet). Folglich kann der meiste Ruß in dem Abgasstrom unerkannt bleiben, was zu einer reduzierten Sensorempfindlichkeit führt.
Eine beispielhafte PM-Sensorkonstruktion wird von Heimann et al. in der WO 2006027287 gezeigt. Darin sind die Elektroden fingerartig verschränkt radial um eine zylindrische Oberfläche verteilt, wodurch der Oberflächenbereich für die Rußadsorption erhöht wird und ferner die Sensorempfindlichkeit erhöht wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei solch einem Ansatz erkannt. Die fingerartig verschränkten Elektroden, die auf der zylindrischen, von Heimann et al. beschriebenen Oberfläche ausgebildet sind, können aufgrund der geringen elektrostatischen Anziehung, die von den entfernt der Sensoroberfläche angeordneten Rußpartikeln erfahren wird, weiterhin eine reduzierte Rußerfassung besitzen. Insbesondere bleibt sogar bei der zylindrischen Oberfläche das elektrostatische Feld, das zwischen den Elektroden erzeugt wird, tangential zur Sensoroberfläche. Entsprechend können die Rußpartikel eine stärkere elektrostatische Anziehung erfahren, wenn sie der Sensoroberfläche näher sind, während andere Rußpartikel weiterhin vom Sensor unerkannt entweichen können. Weiterhin kann der Sensorausgang durch die Gegenwart von Verunreinigungen und/oder Wassertropfen beeinträchtigt werden, die auf die Sensoroberfläche auftreffen.
Die Erfinder haben einen Ansatz erkannt, um diese Probleme zumindest teilweise anzugehen und die Empfindlichkeit des PM-Sensors zu verbessern. In einem beispielhaften Ansatz kann die Zuverlässigkeit des PM-Sensors durch einen Partikelsensor erhöht werden, der ein äußeres, nicht perforiertes Rohr mit mehreren negativen Elektroden entlang einer inneren Oberfläche, ein zentrales, perforiertes Element mit mehreren positiven Elektroden entlang einer äußeren Oberfläche des zentralen Elements, wobei das zentrale Element innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist, und ein inneres Rohr, das an das zentrale Element angehängt ist, umfasst, wobei das äußere Rohr, das zentrale Element und das innere Rohr eine gemeinsame Achse aufweisen. Durch Bilden der positiven und negativen Elektroden auf unterschiedlichen Oberflächen, die von einem Spalt getrennt sind, können so die elektrostatischen Felder normal zu jeder der Oberflächen erzeugt werden und können in dem Spalt zwischen den Elektrodenoberflächen gleichförmiger sein. Daher kann die Rußverteilung und -ansammlung an den Elektroden des Sensors gleichmäßiger sein.
Als ein Beispiel kann ein Abgas-PM-Sensor mit Sensorelektroden konfiguriert sein und kann stromabwärts des Staubfilters in einer Abgasleitung positioniert sein. Der PM-Sensor kann ein äußeres zylindrisches Schutzrohr und ein inneres Führungsrohr aufweisen. Das äußere Rohr kann die Sensorelektroden schützen, während das Führungsrohr das Abgas zu den Sensorelektroden führen kann, die innerhalb des äußeren Rohrs angeordnet sind. Das Führungsrohr kann ein kleineres, inneres, zylindrisches, nicht perforiertes Rohr beinhalten, das mit einem größeren, hohlen, zentralen Element gekoppelt ist. Das innere Rohr kann ferner größere Staubpartikel und Wassertropfen in dem Abgasstrom an einem Einlass des inneren Rohrs abfangen, wodurch diese daran gehindert werden, auf die Sensorelektroden aufzutreffen. Das zentrale Element kann mehrere Perforationen aufweisen, durch die Abgas aus dem inneren Rohr in einen Spalt entlassen werden kann, der zwischen dem zentralen Element und dem äußeren Rohr ausgebildet ist. In einem Beispiel kann das zentrale Element eine Erweiterung des inneren Rohrs sein, das sich zu einer Mitte des äußeren Rohrs erstreckt, und kann zentral innerhalb des äußeren Rohrs positioniert sein.
Die Sensorelektroden können mehrere positive Elektroden und mehrere negative Elektroden aufweisen, die auf unterschiedlichen Oberflächen des zentralen Elements und des äußeren Rohrs ausgebildet sind und die durch einen Spalt voneinander getrennt sein können. Spezifisch können die negativen Elektroden auf einer inneren Oberfläche des äußeren Rohrs ausgebildet sein, während die positiven Elektroden auf einer äußeren Oberfläche des zentralen Elements ausgebildet sein können. Das Abgas, das in den PM-Sensor durch den Einlass eintritt, kann in Richtung des perforierten zentralen Elements geleitet werden. Das Abgas kann dann durch die Perforationen des zentralen Elements in den Spalt strömen, der die Sensorelektroden trennt. Rußpartikel im Abgas können ein gleichförmiges elektrisches Feld im Spalt erfahren, weil die mehreren positiven Elektroden von den mehreren negativen Elektroden getrennt sind. Als Ergebnis kann der Staub gleichförmig im Spalt abgelagert werden, der zwischen den Sensorelektroden ausgebildet ist. Die Sensorregeneration kann eingeleitet werden, sobald sich eine ausreichende Menge von Ruß in dem Spalt angesammelt hat.
Auf diese Weise kann durch Positionieren der positiven und negativen Elektroden des PM-Sensors auf Oberflächen unterschiedlicher Elemente der Sensorbaugruppe und durch Trennen der positiven und negativen Elektroden durch den Spalt ein elektrostatisches Feld in dem Spalt erzeugt werden, das normal zu jeder der Elektrodenoberflächen verläuft. Die technische Wirkung der Trennung von Elektroden und der Erzeugung von elektrostatischen Feldern, die im Spalt zwischen den Elektroden normal verlaufen, besteht darin, dass das im Spalt erzeugte elektrostatische Feld gleichförmiger erzeugt werden kann. Als Ergebnis kann Ruß im Abgasstrom gleichförmiger auf den Elektrodenoberflächen abgelagert werden. Zusätzlich baut sich durch Erzeugung der elektrostatischen Felder in dem Spalt das elektrostatische Feld im Spalt zwischen den Sensorelektroden nicht ab und daher erfahren alle Rußpartikel im Spalt ein im Wesentlichen ähnliches elektrostatisches Feld. Insgesamt können diese Eigenschaften der Sensorbaugruppe die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des PM-Sensors verbessern. Daher erhöht dies die Genauigkeit der Partikellastschätzung in einem Partikelfilter. Zusätzlich können PM-Sensor-Empfindlichkeitsschwankungen aufgrund des Auftreffens größerer Partikel auf die Sensorelektroden reduziert werden. Durch Ermöglichen einer genaueren Diagnose eines Abgas-DPF kann die Abgasemissionseinhaltung erhöht werden.
Es versteht sich, dass die oben stehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungsformen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine und eines assoziierten Partikel(PM)-Sensors, der in einem Abgasstrom positioniert ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung des PM-Sensors.
3A–3C zeigen Querschnittsansichten eines äußeren Rohrs, eines perforierten Bereichs und eines nicht perforierten Bereichs eines Führungsrohrs des PM-Sensors.
4 zeigt ein schematisches Diagramm des PM-Sensors und Abgas, das in das Führungsrohr und aus dem äußeren Rohr des PM-Sensors strömt.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ansammeln von Partikeln im Abgasstrom auf den Sensorelektroden, die von einem Spalt getrennt werden, der innerhalb des PM-Sensors angeordnet ist, aufzeigt.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Regeneration der Sensorelektroden des PM-Sensors abbildet.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren von Lecks in einem dem stromaufwärts des PM-Sensors positionierten Partikelfilter abbildet.
8 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Rußlast auf dem PM-Sensor und einer Rußlast auf einem dem stromaufwärts des PM-Sensors positionierten Partikelfilter.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Messen der Menge von Partikeln, der in einem Kraftmaschinen-Abgas-Partikelfilter gespeichert wird, wie z. B. im Fahrzeugsystem aus 1. Ein zylindrischer Partikelsensor (PM), der mit positiven und negativen Elektroden konfiguriert sein kann, die auf unterschiedlichen Oberflächen verschiedener Sensorelemente verteilt sein können und die ferner durch einen Spalt (2) getrennt sind, können stromabwärts des Abgaspartikelfilters angeordnet sein. Die negativen Elektroden können auf einer inneren Oberfläche eines äußeren, nicht perforierten Rohrs des PM-Sensors ausgebildet sein und die positiven Elektroden können auf einer äußeren Oberfläche eines perforierten Bereichs eines Führungsrohrs des PM-Sensors ausgebildet sein. Daher sind die Elektroden auf getrennten zylindrischen Oberflächen ausgebildet und ferner durch den Spalt getrennt. Das Führungsrohr kann ferner einen kleineren, nicht perforierten Bereich beinhalten, der mit dem perforierten Bereich gekoppelt ist, wobei beide davon koaxial innerhalb des äußeren Rohrs positioniert sind. Die Querschnittsansichten des äußeren Rohrs, des perforierten Bereichs und nicht perforierten Bereichs des Führungsrohrs sind in 3A–3C abgebildet. Das Führungsrohr und die äußeren Rohre können Einlass- bzw. Auslasslöcher aufweisen, die zum Leiten eines Abgases in den und aus dem PM-Sensor konfiguriert sind, wie in 4 dargestellt. Mehrere Perforationen im Führungsrohr können Abgas in den Spalt zwischen den Elektroden leiten, wo die Partikel in dem Abgas eingefangen und angesammelt werden können. Eine Steuerung kann zum Durchführen einer Steuerroutine konfiguriert sein, wie die Beispielsroutine aus 5, um Partikel in dem Spalt zwischen den positiven und negativen Elektroden anzusammeln. Ferner kann die Steuerung zeitweise den PM-Sensor (6) reinigen, um eine kontinuierliche PM-Überwachung zu ermöglichen. Die Steuerung kann auch zum Durchführen einer Routine konfiguriert sein, wie die Beispielroutine aus 7, um den Abgaspartikelfilter basierend auf einer Zeit zwischen PM-Sensor-Regenerationen zu regenerieren. Ein Beispiel der Filterdiagnose ist in 8 dargestellt. Auf diese Weise kann die PM-Sensorempfindlichkeit erhöht werden.
1 zeigt eine schematische Abbildung des Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 beinhaltet ein Kraftmaschinensystem 8. Das Kraftmaschinensystem 8 kann eine Kraftmaschine 10 mit mehreren Zylindern 30 beinhalten. Die Kraftmaschine 10 beinhaltet einen Kraftmaschineneinlass 23 und einen Kraftmaschinenauslass 25. Der Kraftmaschineneinlass 23 beinhaltet eine Drosselklappe 62, die mit dem Kraftmaschineneinlasskrümmer 44 über einen Einlasskanal 42 fluidtechnisch gekoppelt ist. Der Kraftmaschinenauslass 25 beinhaltet einen Auslasskrümmer 48, der letztendlich zu einem Auslasskanal 35 führt, der Abgas an die Atmosphäre leitet. Die Drosselklappe 62 kann im Einlasskanal 42 stromabwärts einer Aufladungsvorrichtung, wie zum Beispiel eines (nicht gezeigten) Turboladers, und stromaufwärts eines (nicht gezeigten) Nachkühlers positioniert sein. Somit kann der Nachkühler, soweit vorhanden, dafür ausgelegt sein, die Temperatur der durch die Aufladungsvorrichtung komprimierten Einlassluft zu vermindern.
Der Kraftmaschinenauslass 25 kann eine oder mehrere Abgasreinigungsanlagen 70 enthalten, die in einer eng gekoppelten Position im Auslass angebracht sein können. Eine oder mehrere Abgasreinigungsanlagen können einen Dreiwegekatalysator, einen Mager-NOx-Filter, einen SCR-Katalysator usw. beinhalten. Der Kraftmaschinenauslass 25 kann auch einen stromaufwärts der Abgasreinigungsanlage 70 positionierten Dieselpartikelfilter (DPF) 102 beinhalten, der vorübergehend PM aus eintretenden Gasen ausfiltert. In einem Beispiel ist der DPF 102, wie abgebildet, ein Dieselpartikel-Rückhaltesystem. Der DPF 102 kann eine monolithische Struktur aufweisen, die zum Beispiel aus Kordierit oder Siliciumcarbid besteht, mit mehreren Kanälen darin zum Filtern von Partikeln aus dem Dieselabgas. Auspuffrohrabgas, das dem Durchgang durch den DPF 102 folgend von PM gefiltert wurde, kann in einem PM-Sensor 106 gemessen und weiter in einer Abgasreinigungsanlage 70 verarbeitet werden und über den Auspufftrakt 35 in die Atmosphäre ausgestoßen werden. In dem abgebildeten Beispiel ist der PM-Sensor 106 ein Widerstandssensor, der die Filtereffizienz des DPF 102 basierend auf einer Veränderung der Leitfähigkeit schätzt, die auf den Elektroden des PM-Sensors gemessen wird. Eine schematische Ansicht 200 des PM-Sensors 106 ist in 2 gezeigt, wie im Folgenden weiter ausführlich beschrieben wird.
Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner ein Steuersystem 14 enthalten. Das Steuersystem 14 empfängt in der Darstellung Informationen von mehreren Sensoren 16 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden) und sendet Steuersignale an mehrere Aktuatoren 81 (von welchen diverse Beispiele hier beschrieben werden). Beispielsweise können die Sensoren 16 einen Abgasdurchflussratensensor 126, der ausgelegt ist zum Messen einer Durchflussrate von Abgas durch den Auspufftrakt 35, einen Abgassensor (der sich im Auslasskrümmer 48 befindet), einen Temperatursensor 128, einen Drucksensor 129 (der sich stromabwärts der Abgasreinigungsanlage 70 befindet) und einen PM-Sensor 106 beinhalten. Andere Sensoren, wie zum Beispiel zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-/Kraftstoffverhältnis-, Abgasdurchflussraten- und Zusammensetzungssensoren können mit diversen Stellen im Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als weiteres Beispiel können die Aktuatoren Kraftstoffeinspritzelemente 66, Drosselklappe 62, DPF-Ventile, die die Filterregeneration (nicht gezeigt), Schalter des Stromkreises usw. steuern, beinhalten. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 beinhalten. Die Steuerung 12 kann mit computerlesbaren Anweisungen versehen sein, die in einem nicht vergänglichen Speicher gespeichert sind. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren von 1, verarbeitet die Signale und verwendet die verschiedenen Aktuatoren von 1 zur Einstellung des Kraftmaschinenbetriebs basierend auf den empfangenen Signalen und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind. Zum Beispiel kann während der PM-Sensor-Regeneration die Steuerung den Schalter in der elektrischen Schaltung für eine Schwellenzeit schließen, um eine gewisse Spannung an die Heizelemente anzulegen, die mit dem PM-Sensor zum Erwärmen der Sensorelektroden und zum Abbrennen der Rußpartikel, die sich an den PM-Sensorelektroden abgelagert haben, gekoppelt sind. Beispielhafte Routinen werden hier unter Bezugnahme auf die 5–7 beschrieben.
Nun unter Bezugnahme auf 2, die eine schematische Ansicht 200 eines Ausführungsbeispiels eines Partikel(PM)-Sensors 202 (wie der PM-Sensor 106 von 1) zeigt. Der PM-Sensor 202 kann dafür ausgelegt sein, PM-Masse und/oder -Konzentration im Abgas zu messen, und kann von daher mit einem Auspufftrakt (z.B. wie etwa dem in 1 gezeigten Auspufftrakt 35) stromaufwärts oder stromabwärts eines Dieselpartikelfilters (wie dem in 1 gezeigten DPF 102) gekoppelt sein.
2 zeigt beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls sie einander direkt berührend oder direkt aneinander gekoppelt gezeigt sind, können solche Elemente, wenigstens bei einem Beispiel, direkt berührend bzw. direkt gekoppelt genannt werden. Gleichermaßen können Elemente, die als zusammenhängend oder zueinander benachbart gezeigt werden, wenigstens bei einem Beispiel zusammenhängend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Bauteile, die in Flächenkontakt miteinander liegen, in Flächenkontakt miteinander liegend genannt werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander mit einem Zwischenraum und keinen anderen Bauteilen positioniert sind, bei wenigstens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
In der schematischen Ansicht 200 ist der PM-Sensor 202 innerhalb eines Abgaskanals 204 stromabwärts eines Dieselpartikelfilters angeordnet. Abgase sind als von stromabwärts des Dieselpartikelfilters zu einem Abgasauspuffrohr strömend (entlang der X-Achse) durch den PM-Sensor dargestellt, wie durch die Pfeile 206 angezeigt. Der PM-Sensor 202 weist ein äußeres zylindrisches Schutzrohr 212 und ein inneres Führungsrohr 210 auf. Das äußere Rohr 212 kann ein nicht perforiertes, hohles, zylindrisches Rohr sein und das Führungsrohr 210 kann koaxial innerhalb des äußeren Rohrs 212 positioniert sein. Spezifisch teilen das äußere Rohr 212 und das Führungsrohr 210 eine gemeinsame zentrale Achse Y-Y'. Das Führungsrohr 210 kann ein inneres hohles Rohr sein, das innerhalb des äußeren Rohrs 212 positioniert ist und an dem äußeren Rohr 212 durch Schrauben (nicht dargestellt) gehalten wird, die z. B. entlang der Oberfläche des äußeren Rohrs angeordnet sind. In einigen Beispielen kann das äußere Rohr 212 auch als ein erstes zylindrisches Element bezeichnet werden und das Führungsrohr 210 kann als ein zweites zylindrisches Element bezeichnet werden. Hier ist das zweite zylindrische Element koaxial innerhalb des ersten zylindrischen Elements positioniert.
Das äußere Rohr 212 kann ein zylindrisches Rohr mit einem Durchmesser D₁ (Pfeil 240) sein und kann an dem Auspufftrakt 204 durch eine Sensornabe (nicht dargestellt) montiert sein. Das äußere Rohr 212 kann Einsätze 253 auf einer oberen Oberfläche 250 aufweisen, durch die elektrische Verbindungen (wie z. B. 254, 258 und 222) in das äußere Rohr 212 eingeführt werden können. Daher dichtet die obere Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 das Rohr ab, um die Sensorelektroden zu schützen, die innerhalb des PM-Sensors 202 untergebracht sind. Das äußere Rohr 212 kann am Auspufftrakt 204 derart montiert sein, dass eine zentrale Achse Y-Y' des äußeren Rohrs 212 entlang der Y-Achse verläuft. Spezifisch ist die zentrale Achse Y-Y' des äußeren Rohrs 212 orthogonal zu einer Richtung des Abgasstroms (Pfeil 206) im Auspufftrakt 204.
Das äußere Rohr 212 erstreckt sich in einen Abschnitt innerhalb des Auspufftrakts 204. Hierbei erstreckt sich das äußere Rohr 212 zu einer Länge L₁ (Pfeil 238) in den Auspufftrakt 204. Die Tiefe, mit der sich das äußere Rohr in den Auspufftrakt erstreckt, kann von dem Durchmesser des Auspufftrakts abhängig sein. In einigen Beispielen kann sich das äußere Rohr über etwa ein Drittel bis etwa zwei Drittel des Abgasleitungsdurchmessers erstrecken.
Das innere Führungsrohr 210 des PM-Sensors 202 ist koaxial innerhalb des äußeren Rohrs 212 angeordnet. Das Führungsrohr 210 kann einen größeren perforierten Abschnitt/Bereich 214 aufweisen, der an einen kleineren nicht perforierten Abschnitt/Bereich 216 angehängt ist. Der perforierte Bereich 214 (der hierin auch als zentrales Element bezeichnet wird) ist als ein hohles, zylindrisches Rohr der Länge L₄ (Pfeil 232) und des Durchmessers D₂ (Pfeil 244) konfiguriert. Der nicht perforierte Bereich 216 (der hierin auch als inneres Rohr bezeichnet wird) ist als ein hohles, zylindrisches Rohr der Länge L₇ (Pfeil 230) und des Durchmessers D₃ (Pfeil 242) konfiguriert. Hierbei kann der Durchmesser D₂ des zentralen Elements 214 größer als der Durchmesser D₃ des inneren Rohrs 216 sein. Daher kann das innere Rohr kleiner als das zentrale Element und das äußere Rohr (D₃ < D₂ < D₁, zum Beispiel) sein.
Als ein Beispiel kann das Führungsrohr 210 als ein einzelnes Stück gefertigt sein, das sowohl den größeren perforierten Abschnitt als auch den kleineren nicht perforierten Abschnitt aufweist und das Einzelstück kann koaxial innerhalb des äußeren Rohrs positioniert sein. Das Führungsrohr kann alternativ als ein inneres Rohr bezeichnet werden und sowohl den perforierten als auch den nicht perforierten Bereich aufweisen. Als ein anderes Beispiel können der kleinere nicht perforierte Abschnitt und der größere perforierte Abschnitt separat gefertigt sein und dann zum Bilden des Führungsrohrs 210 miteinander gekoppelt werden.
In dem abgebildeten Beispiel ist die Länge L₄ des zentralen Elements 214 kleiner als die Länge L₇ des inneren Rohrs 216. In anderen Beispielen kann die Länge L₄ des zentralen Elements 214 länger als die Länge L₇ des inneren Rohrs 216 sein. In noch anderen Beispielen können das zentrale Element 214 und das innere Rohr 216 im Wesentlichen von gleicher Länge sein. Die Längen von zentralem Element 214, innerem Rohr 216 und äußerem Rohr 212 können jedoch jeweils derart ausgewählt sein, dass sich ein Abschnitt 274 des inneren Rohrs 216 über eine untere Oberfläche 251 des äußeren Rohrs 212 in den Auspufftrakt 204 hinaus erstreckt. Ferner kann die untere Oberfläche 251 des äußeren Rohrs einen Ausschnitt aufweisen, durch den sich ein Abschnitt 274 des inneren Rohrs 216 in den Auspufftrakt 204 erstreckt. Daher kann der Durchmesser des Ausschnitts im Wesentlichen dem Durchmesser D₃ des inneren Rohrs 216 entsprechen. Des Weiteren kann die untere Oberfläche 251 abgedichtet sein. Das Abgas tritt ggf. nicht in den PM-Sensor 202 durch die untere Oberfläche 251 des äußeren Rohrs 212 ein. Das Abgas kann jedoch durch einen Einlass 226 in den PM-Sensor 202 eintreten, der am inneren Rohr 216 angeordnet ist, und das Abgas kann durch die Auslasslöcher (die hierin als Austrittsöffnungen bezeichnet werden) 228 austreten, die am äußeren Rohr 212 angeordnet sind, wie ausführlich in Bezug auf 3A–3C und 4 beschrieben.
Mit Bezug auf 3C ist eine Querschnittsansicht 375 des PM-Sensors 202 auf einer Ebene entlang der Linie C-C' aus 2 dargestellt. Hier ist ein Querschnitt des inneren Rohrs 216 des PM-Sensors dargestellt, das sich in die Abgasleitung erstreckt. Wie früher beschrieben, kann das innere Rohr 216 ein hohles, zylindrisches Rohr mit einem Durchmesser D₃ sein. Das innere Rohr 216 kann einen Einlass 226 aufweisen, der derart angeordnet ist, dass ein Abschnitt des Abgases in das innere Rohr 216 durch den Einlass 226 in einer durch den Pfeil 208 angezeigten Richtung eintritt. Spezifisch kann die Richtung des Abgasstroms in das innere Rohr 216 durch den Einlass 226 entgegen der Richtung des Abgasstroms in der Abgasleitung sein (wie durch Pfeil 206 dargestellt). In einem Beispiel kann der Einlass 226 als ein Lochausschnitt aus dem inneren Rohr 216 konfiguriert sein. Verschiedene andere Geometrien des Einlasses 226 können möglich sein, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Andere beispielhafte Geometrien schließen Schlitze, Öffnungen und dergleichen ein.
Der Einlass 226 ist entlang einer Oberfläche des inneren Rohrs 216 gebaut, das näher vom Abgasauspuffrohr angeordnet ist, und ist z. B. weiter von dem Partikelfilter entfernt, stromaufwärts des PM-Sensors positioniert. Daher kann eine Druckdifferenz an und nahe des Einlasses 226 auftreten, wodurch ein größerer Anteil des Abgases in das innere Rohr 216 eintreten kann.
Das Abgas, das in das innere Rohr 216 eintritt, kann innerhalb des Bereichs 376 des inneren Rohrs enthalten sein. Das Abgas läuft dann die Länge des inneren Rohrs 216 und zum zentralen Element 214 (2) hinauf, zum Beispiel. Zurück zu 2 kann eine untere Oberfläche des inneren Rohrs 216 abgedichtet sein. Daher kann Abgas in den PM-Sensor 202 durch den Einlass 226 eintreten, der am inneren Rohr 216 angeordnet ist, und nicht durch die untere Oberfläche des inneren oder äußeren Rohrs, zum Beispiel. Das Abgas, das durch den Einlass 226 in den PM-Sensor eintritt, läuft über die Länge des inneren Rohrs (z. B. eine Strecke L₇ innerhalb des inneren Rohrs 216) und strömt dann in das zentrale Element 214.
Wie zuvor erläutert, kann das zentrale Element 214 ein hohler Zylinder der Länge L₄ (Pfeil 232) sein, das innerhalb des äußeren Rohrs 212 positioniert ist, sodass eine zentrale Achse des zentralen Elements 214 mit der zentralen Achse jeweils des äußeren Rohrs 212 und des inneren Rohrs 216 zusammenfällt. Spezifisch fällt die zentrale Achse des zentralen Elements 214 mit der zentralen Achse Y-Y' des äußeren Rohrs 212 zusammen. Daher kann das zentrale Element 214 mit dem inneren Rohr 216 gekoppelt sein. Das zentrale Element 214 kann mit einem Ende des inneren Rohrs 216 gekoppelt sein, das sich weiter weg vom Einlass 226 und näher der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 befindet, zum Beispiel. Das hohle zentrale Element 214 kann ferner mehrere Perforationen 224 aufweisen, die entlang der Oberfläche verteilt sind. Ferner können sich die mehreren Perforationen am zentralen Element 214 durch eine Dicke des zentralen Elements erstrecken. In einem Beispiel können die mehreren Perforationen 224 Löcher sein, die rund sind und gleichmäßig entlang der Oberfläche des zentralen Elements 214 beabstandet sind. Daher können sich die Perforationen jeweils von einer äußeren Oberfläche 268 und einer inneren Oberfläche des zentralen Elements 214 erstrecken. Verschiedene Geometrien und Abstände der Perforationen können möglich sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf zylindrische Geometrien, kugelförmige Geometrien, V-förmige Geometrien und dergleichen. Daher kann Abgas, das durch den Einlass 226 am inneren Rohr in den PM-Sensor strömt, in Richtung des zentralen Elements 214 strömen und das zentrale Element durch die Perforationen 224 verlassen. In einem Beispiel kann eine obere Oberfläche des zentralen Elements abgedichtet sein, um Abgas daran zu hindern, durch die Oberseite des PM-Sensors zu entweichen. Daher kann Abgas nur das zentrale Element durch die Perforationen verlassen.
Das zentrale Element 214 ist kleiner im Durchmesser als das äußere Rohr 212 und ist also, wenn es innerhalb des äußeren Rohrs 212 platziert ist, vom äußeren Rohr 212 durch einen Spalt getrennt. Daher kann der Spalt auf einer Differenz der Durchmesser des äußeren Rohrs 212 und des zentralen Elements 214 basieren (D₁–D₂, zum Beispiel).
Das Abgas, das durch die Perforationen 224 aus dem zentralen Element 214 austritt, kann in den Raum/Spalt zwischen dem zentralen Element 214 und dem äußeren Rohr 212 freigesetzt werden. Hierbei kann das Abgas auf Sensorelektroden treffen, die auf den Oberflächen des äußeren Rohrs und des zentralen Elements ausgebildet sind. Die Geometrie und Anordnung der Sensorelektroden wird unten ausführlich erläutert.
Traditionelle PM-Sensoren weisen fingerartig verschränkte Elektroden auf, die auf einem gemeinsamen flachen Substrat ausgebildet sind, das innerhalb des äußeren Schutzrohrs positioniert ist. Typischerweise dient das äußere Rohr des PM-Sensors zum Schützen der Sensorelektroden, die darin positioniert sind. Da die Sensorelektroden fingerartig verschränkt entlang des Substrats angeordnet sind, verlaufen die elektrostatischen Felder, die zwischen den Sensorelektroden erzeugt werden, entlang der flachen Oberfläche und sind auf Bereiche beschränkt, die der Oberfläche der Elektroden näher sind. Als Ergebnis können die Partikel, die nahe der Elektrodenoberfläche strömen, den elektrostatischen Zug erfahren und sich an der Elektrodenoberfläche ablagern. Die Partikel jedoch, die weiter entfernt von der Elektrodenoberfläche sind, können einen schwachen elektrostatischen Zug erfahren und sammeln sich ggf. nicht an der Elektrodenoberfläche an, weshalb die Partikel dann unerfasst in die Atmosphäre entweichen.
Die Erfinder haben hier erkannt, dass es möglich sein kann, stärkere und gleichförmigere elektrische Felder zwischen den Sensorelektroden zu erzeugen, indem die Elektroden auf unterschiedlichen Oberflächen unterschiedlicher Sensorelemente (oder sich unterscheidender Sensorstrukturen) ausgebildet werden, ohne dem PM-Sensor zusätzliche Komponenten hinzuzufügen. Eine innere Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212 kann z. B. mehrere Elektroden 218 aufweisen. Auf ähnliche Weise kann eine äußere Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 mehrere Elektroden 220 aufweisen. Die mehreren Elektroden 218 und 220 können derart verteilt sein, dass die Elektroden einander zugewandt sind und ferner durch einen Spalt voneinander getrennt sind. Hierbei weist der Spalt ggf. keine Komponenten auf. Durch Verbinden der Elektroden mit Plus- und Minuspolen einer Spannungsversorgung kann ein gleichförmiges elektrostatisches Feld in dem Spalt zwischen den Elektroden erzeugt werden.
Abgas, das aus dem zentralen Element 214 durch die mehreren Perforationen 224 austritt, kann in den Spalt zwischen dem äußeren Rohr 212 und dem zentralen Element 214 eintreten. Da der Spalt Elektroden aufweist, können Partikel in dem Abgasstrom auf den Elektroden und im Spalt zwischen den Elektroden von dem gleichförmigen elektrischen Feld eingefangen werden, das z. B. im Spalt erzeugt wird. Hier sammeln sich Rußpartikel in dem Spalt zwischen den Elektroden an und bilden Rußbrücken.
Zur weiteren Erläuterung können die mehreren Elektroden 218 mit einem Minuspol der Spannungsversorgung verbunden sein und hiernach austauschbar als die mehreren negativen Elektroden 218 bezeichnet werden. Gleichfalls können die mehreren Elektroden 220 mit einem Pluspol der Spannungsversorgung verbunden sein und als die mehreren positiven Elektroden 220 bezeichnet werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Polarität der Elektroden 218 und 220 ausgetauscht werden. Die Elektroden sind typischerweise aus Metallen wie Platin, Gold, Osmium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Aluminium, Titan, Zirkonium und dergleichen hergestellt, sowie aus Oxiden, Zementen, Legierungen und Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden Metalle umfassen.
In einem Beispiel können das äußere Rohr 212 und das zentrale Element 214 aus hoch isolierenden Materialien hergestellt sein. Mögliche elektrisch isolierende Materialien beinhalten Oxide wie etwa Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Siliciumoxid und Kombinationen davon, die mindestens eines der vorstehenden oder ähnliche Materialien umfassen, die dazu geeignet sind, elektrische Verbindung zu blockieren. Die mehreren negativen Elektroden 218 und die mehreren positiven Elektroden 220 können direkt auf der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs 212 bzw. der äußeren Oberfläche des zentralen Elements 214 ausgebildet sein.
Mit Bezugnahme auf die mehreren negativen Elektroden 218 sind die mehreren negativen Elektroden 218 direkt an der inneren Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212 ausgebildet und können damit in gemeinsamen Flächenkontakt mit der inneren Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212 stehen. Die mehreren negativen Elektroden 218 können einen ersten Abschnitt 252 und einen zweiten Abschnitt 256 aufweisen, die beide entlang der inneren Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212 ausgebildet sind. Hierbei ist der erste Abschnitt 252 ein unverzweigter Bereich und der zweite Abschnitt 256 weist mehrere „Zinken“ auf, die an Stellen entlang des ersten Abschnitts 252 abzweigen. Ein elektrischer Draht 254 kann den ersten Abschnitt 252 und den zweiten Abschnitt 256 mit einem Minuspol einer Spannungsversorgung verbinden, die außerhalb des äußeren Rohrs 212 angeordnet ist. Daher kann ein Abschnitt des elektrischen Drahtes 254 innerhalb des äußeren Rohrs 212 untergebracht sein und der Rest kann außerhalb des Auspufftrakts 204 (zum Beispiel < 1 Meter entfernt) untergebracht sein und elektrisch mit der Spannungsversorgung und einer Messeinrichtung gekoppelt sein, was später mit Bezug auf 3A genauer erklärt wird.
Der zweite Abschnitt 256 der negativen Elektrode 218 kann bei einer Länge L₂ (Pfeil 234) von der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 beginnen. Die Länge L₂ kann basierend auf der Länge L₁ des äußeren Rohrs 212 innerhalb des Auspufftrakts 204 bestimmt werden. Als ein Beispiel kann die Länge L₂ ein Drittel der Länge L₁ betragen. Der zweite Abschnitt 256 kann mehrere Zinken aufweisen, wobei jeder Zinken die Länge L₃ (Pfeil 260) aufweist, die in einem ersten Abstand (W₁) entlang der inneren Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212 ausgebildet ist. Der Abstand W₁ liegt typischerweise in dem Bereich von 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer mit einer Linienbreite für jede einzelne Elektrode mit etwa dem gleichen Wert, obwohl letzteres nicht notwendig ist. Der zweite Abschnitt 256 kann im gleichen Abstand angeordnet sein und im Wesentlichen zur Y-Achse verlaufen. Anders ausgedrückt, können die mehreren Zinken des zweiten Abschnitts 256 senkrecht zur Abgasstromrichtung (Pfeil 206) im Auspufftrakt 204 verlaufen.
Der erste Abschnitt 252 der negativen Elektrode 218 kann entlang eines inneren Umfangs des äußeren Rohrs ausgebildet werden. Daher kann der erste Abschnitt 252 bei einer Länge L₂ (Pfeil 234) von der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 beginnen und kann entlang der inneren Oberfläche von 246 des äußeren Rohrs 212 ausgebildet sein. Der erste Abschnitt 252 kann eine Krümmung aufweisen und die Krümmung kann daher im Wesentlichen der Krümmung des äußeren Rohrs 212 entsprechen. Tatsächlich kann die Länge des ersten Abschnitts 252 im Wesentlichen dem inneren Umfang des äußeren Rohrs 212 entsprechen. Des Weiteren können die mehreren Zinken des zweiten Abschnitts 256 elektrisch mit dem ersten Abschnitt 252 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein erster Zinken (der hierin auch als eine erste der mehreren negativen Elektroden bezeichnet wird) bei Länge L₂ unterhalb der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 beginnen, sagen wir an Stelle x. An Stelle x ist die erste negative Elektrode elektrisch mit dem ersten Abschnitt 252 gekoppelt. Zusätzlich erstreckt sich die negative Elektrode zur Länge L₃. Ein zweiter Zinken, der hierin auch als die zweite der mehreren negativen Elektroden 218 bezeichnet wird, kann ebenfalls bei Länge L₂ unterhalb der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 beginnen und kann ferner an einer Stelle (x + W₁) beginnen, wobei W₁ ein erster Abstand zwischen den Zinken der mehreren negativen Elektroden 218 ist. An Stelle (x + W₁) ist die zweite negative Elektrode des zweiten Abschnitts 256 elektrisch mit dem ersten Abschnitt 252 gekoppelt. Zusätzlich erstreckt sich die zweite negative Elektrode des zweiten Abschnitts 256 zur Länge L₃, welche die gleiche Länge ist, zu der sich zum Beispiel die erste negative Elektrode erstreckt. Gleichfalls sind die nachfolgenden Zinken oder negativen Elektroden der mehreren negativen Elektroden 218 an der inneren Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212 ausgebildet. Der elektrische Draht 254 verbindet jeweils den ersten Abschnitt 252 und den zweiten Abschnitt 256 mit einem Minuspol einer Spannungsversorgung, die außerhalb des äußeren Rohrs 212 angeordnet ist, wodurch eine negative Spannung an jeden der Zinken/jede der Elektroden der mehreren negativen Elektroden 218 angelegt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das äußere Rohr 212 ggf. keine Perforationen aufweist, spezifisch in den Bereichen, in denen die mehreren negativen Elektroden 218 ausgebildet sind. Daher können die mehreren negativen Elektroden 218 auf einer nicht perforierten zylindrischen Oberfläche ausgebildet sein.
Das zentrale Element 214 des PM-Sensors 202 kann mehrere Elektroden 220 aufweisen, die auf einer äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 ausgebildet sind. Die mehreren Elektroden 220, die auf der äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 ausgebildet sind, können mit einem Pluspol der Spannungsversorgung verbunden sein und können nachstehend als mehrere positive Elektroden 220 bezeichnet werden. Die mehreren positiven Elektroden 220 können direkt an der äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 ausgebildet sein und können damit in gemeinsamem Flächenkontakt mit der äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 stehen. Die mehreren positiven Elektroden 220 können einen dritten unverzweigten Abschnitt 264 und einen vierten verzweigten Abschnitt (oder Zinken) 266 aufweisen, die beide entlang der äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 ausgebildet sind und ferner innerhalb des äußeren Rohrs 212 untergebracht sind. Obschon als dritter Abschnitt 264 und vierter Abschnitt 266 bezeichnet, wird man zu schätzen wissen, dass der dritte Abschnitt 264 ein erster unverzweigter Abschnitt der mehreren positiven Elektroden 220 und der vierte Abschnitt 266 ein zweiter verzweigter Abschnitt der mehreren positiven Elektroden 220 ist. Ein elektrischer Draht 258 kann jeweils den dritten Abschnitt 264 und den vierten Abschnitt 266 mit einem Pluspol der Spannungsversorgung verbinden, die außerhalb des äußeren Rohrs 212 angeordnet ist. Daher kann ein Abschnitt des elektrischen Drahtes 258 innerhalb des äußeren Rohrs 212 untergebracht sein und der Rest kann außerhalb des Auspufftrakts 204 (zum Beispiel < 1 Meter entfernt) untergebracht sein und elektrisch mit der Spannungsversorgung und einer Messeinrichtung gekoppelt sein, was später mit Bezug auf 3A genauer erklärt wird.
Der vierte Abschnitt 266 der mehreren positiven Elektroden 220 kann eine Länge L₅ (Pfeil 270) von der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 schlagen. In einem Beispiel kann die Länge L₅, bei welcher der vierte Abschnitt 266 der positiven Elektrode 220 beginnt, der Länge L₂, bei welcher der zweite Abschnitt 256 der mehreren negativen Elektroden 218 beginnt, innerhalb des äußeren Rohrs 212 im Wesentlichen gleich sein. Daher können die mehreren positiven Elektroden 220, die an der äußeren Oberfläche des zentralen Elements 214 ausgebildet sind, die gleiche Höhe wie die mehreren negativen Elektroden 218 aufweisen, die auf der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs 212 ausgebildet sind.
Der vierte Abschnitt 266 kann mehrere Zinken aufweisen, wobei jeder Zinken die Länge L₆ (Pfeil 272) aufweist, die in einem zweiten Abstand (W₂) entlang der äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 ausgebildet ist. Der zweite Abstand W₂ liegt typischerweise in dem Bereich von 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer mit einer Linienbreite für jede einzelne Elektrode mit etwa dem gleichen Wert, obwohl Letzteres nicht notwendig ist. In einem Beispiel kann der zweite Abstand W₂ im Wesentlichen dem ersten Abstand W₁ entsprechen. In einem anderen Beispiel kann der zweite Abstand W₂ anders als der erste Abstand W₁ sein. In einigen Beispielen kann der zweite Abstand W₂ basierend auf der Krümmung des zentralen Elements 214 und auf dem ersten Abstand W₁ eingestellt werden, sodass die mehreren positiven Elektroden 220 zu den mehreren negativen Elektroden 218 weisen. Daher kann ein Zinken oder eine positive Elektrode der mehreren positiven Elektroden 220, die entlang der inneren Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212 verteilt sind, zu einem Zinken oder einer negativen Elektrode der mehreren negativen Elektroden 218, die entlang der äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 verteilt sind, weisen.
Der vierte Abschnitt 266 der mehreren positiven Elektroden 220 kann gleichförmig und im Wesentlichen parallel vom zweiten Abschnitt 256 der mehreren negativen Elektroden 218 beabstandet sein und parallel zur zentralen Achse der Rohre Y-Y' verlaufen. Anders ausgedrückt, kann der zweite Abschnitt 266 der mehreren positiven Elektroden 220 senkrecht zur Abgasstromrichtung (Pfeil 206) im Auspufftrakt 204 verlaufen.
Der dritte Abschnitt 264 der mehreren positiven Elektroden 220 kann entlang eines Außenumfangs des zentralen Elements 214 in einer Richtung ausgebildet sein, die parallel zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 206) im Auspufftrakt 204 verläuft. Der dritte Abschnitt 264 kann parallel zum ersten Abschnitt 252 der mehreren negativen Elektroden 218 verlaufen.
Daher kann der dritte Abschnitt 264 bei Länge L₅ (Pfeil 270) von der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 ausgebildet sein. Der dritte Abschnitt 264 kann eine Krümmung aufweisen und die Krümmung kann daher im Wesentlichen der Krümmung des zentralen Elements 214 entsprechen. Tatsächlich kann eine Länge des dritten Abschnitts 264 im Wesentlichen dem Außenumfang des zentralen Elements 214 entsprechen. Des Weiteren kann der vierte Abschnitt 266 elektrisch mit dem dritten Abschnitt 264 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein erster Zinken oder eine erste der mehreren positiven Elektroden bei Länge L₅ unterhalb der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 beginnen, sagen wir an Stelle y. Die erste positive Elektrode an Stelle y kann zu der ersten negativen Elektrode an Stelle x weisen, zum Beispiel. An Stelle y ist die erste positive Elektrode der mehreren positiven Elektroden 220 elektrisch mit dem dritten Abschnitt 264 gekoppelt. In einem Beispiel kann die Stelle y basierend auf der Stelle x der ersten negativen Elektrode und auf dem Spalt ausgewählt werden (D₂ – D₁). Daher kann zum Beispiel die erste positive Elektrode quer von der ersten negativen Elektrode verlaufen. Zusätzlich kann sich die erste positive Elektrode des vierten Abschnitts 266 der mehreren positiven Elektroden 220 zur Länge L₆ erstrecken (Pfeil 272). In einem Beispiel kann die Länge L₆ im Wesentlichen der Länge L₃ des zweiten Abschnitts 256 der mehreren negativen Elektroden 218 entsprechen. In einem anderen Beispiel kann die Länge L₆ anders als die Länge L₃ der mehreren negativen Elektroden 218 sein.
Ein zweiter Zinken oder eine zweite der mehreren positiven Elektroden 220 kann bei Länge L₅ unterhalb der oberen Oberfläche 250 des äußeren Rohrs 212 beginnen und kann ferner an einer Stelle (y + W₂) beginnen, wobei W₂ ein zweiter Abstand zwischen den mehreren positiven Elektroden 220 ist. An Stelle (y + W₂) ist die zweite positive Elektrode der mehreren positiven Elektroden 220 elektrisch mit dem dritten Abschnitt 264 gekoppelt. Zusätzlich erstreckt sich die zweite positive Elektrode der mehreren positiven Elektroden 220 zur Länge L₆, welche die gleiche Länge ist, zu der sich zum Beispiel die erste positive Elektrode erstreckt. Gleichfalls sind die nachfolgenden positiven Elektroden der mehreren positiven Elektroden 220 an der äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 ausgebildet. Der elektrische Draht 258 verbindet jeweils den dritten Abschnitt 264 und den vierten Abschnitt 266 mit einem Pluspol der Spannungsversorgung, die außerhalb des äußeren Rohrs 212 angeordnet ist, wodurch eine positive Spannung an jede der Elektroden der mehreren positiven Elektroden 220 angelegt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die mehreren positiven Elektroden 220 nicht mit den mehreren negativen Elektroden 218 elektrisch gekoppelt sind. Daher ist der dritte Abschnitt 264 elektrisch jeweils vom ersten Abschnitt 252 und vom zweiten Abschnitt 256 isoliert. Gleichfalls ist der vierte Abschnitt 266 elektrisch jeweils vom ersten Abschnitt 252 und vom zweiten Abschnitt 256 isoliert. Daher ist die positive Elektrode 220 nicht mit der negativen Elektrode 218 gekoppelt. Die positive Elektrode 220 ist nicht auf der gleichen Oberfläche wie die negative Elektrode 218 ausgebildet. Daher trennt der Spalt die mehreren positiven Elektroden 220 von den mehreren negativen Elektroden 218. Daher gibt es keine Komponenten in dem Spalt. Wenn die positive und negative Spannung an die zugehörigen Elektroden angelegt wird, wird ein gleichförmiges elektrisches Feld in dem Spalt zwischen den mehreren positiven Elektroden 220 und den mehreren negativen Elektroden 218 erzeugt. Spezifisch erstreckt sich das gleichförmige elektrische Feld entlang der gesamten Länge der mehreren positiven und negativen Elektroden und verläuft ferner in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der mehreren Elektroden. Daher ist das elektrische Feld normal zur äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 und ferner normal zur inneren Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212. Das elektrische Feld, das normal zu den Oberflächen auftritt, kann eine stärkere Kraft auf den geladenen Partikeln im Abgas erzeugen und so die Partikel zu den Elektroden hin drücken und die Partikel auf den Elektroden ansammeln. Des Weiteren baut sich das elektrostatische Feld in dem Spalt innerhalb des Spalts nicht ab und ist über den Spalt gleichförmiger.
Wie vorstehend beschrieben, weist das zentrale Element 214 die mehrere Perforationen 224 auf, die auf der Oberfläche des zentralen Elements 214 ausgebildet sind. Daher können die mehreren Perforationen 224 zwischen den mehreren positiven Elektroden 220 entlang einer Länge des zentralen Elements eingestreut sein. Zum Beispiel kann zwischen der ersten positiven Elektrode und der zweiten negativen Elektrode eine Säule aus Perforationen ausgebildet sein. In einem Beispiel können vier gleich beabstandete Perforationen zwischen der ersten positiven Elektrode und der zweiten positiven Elektrode der mehreren positiven Elektroden 220 ausgebildet sein. In anderen Beispielen können eine unterschiedliche Anzahl von Perforationen und/oder Perforationen anderer Abstände dazwischen bereitgestellt werden.
Das zentrale Element 214 weist ein Heizelement 222 (das hierin auch als Regenerationsschaltung bezeichnet wird) auf, das an einer inneren Oberfläche 248 des zentralen Elements 214 ausgebildet ist. Als solches kann das Heizelement 222 auf einer Oberfläche ausgebildet sein, die anders als die Oberfläche ist, auf der die positive Elektrode 220 ausgebildet ist. Das heißt, während die positiven Elektroden auf einer äußeren Oberfläche ausgebildet sind, ist das Heizelement auf der inneren Oberfläche ausgebildet. Zusätzlich ist das Heizelement 222 von der positiven Elektrode 220 durch einen Abstand getrennt, der einer Dicke des zentralen Elements 214 entspricht. Das Heizelement 222 kann einen Temperatursensor und eine Heizvorrichtung umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Mögliche Materialien für die Heizvorrichtung und den Temperatursensor, der das Heizelement 222 bildet, können Platin, Gold, Palladium und dergleichen einschließen; und Legierungen, Oxide und Kombinationen, die mindestens eines der vorstehenden Materialien umfassen, mit Platin/Aluminiumoxid, Platin/Palladium, Platin und Palladium. Das Heizelement 222 kann zum Regenerieren des PM-Sensors 202 verwendet werden. Spezifisch kann, unter Bedingungen, bei denen die Partikellast oder Rußlast des PM-Sensors 202 höher als eine Schwelle ist, das Heizelement 222 betrieben werden, um angesammelte Rußpartikel von der Oberfläche des Sensors zu brennen. Der Betrieb des Heizelements schließt das Schließen eines Schalters einer Regenerationsschaltung ein, der mit dem Heizelement gekoppelt ist, um einen Strom durch das Heizelement für eine Schwellenzeit anzulegen, wodurch eine Temperatur des Heizelements erhöht wird und somit der Sensorelektroden, um Rußpartikel, die auf den Sensorelektroden abgelagert sind, abzubrennen.
Mit Bezug auf 3A ist eine Querschnittsansicht 300 des PM-Sensors 202 auf einer Ebene entlang der Linie A-A' aus 2 dargestellt. Hier ist ein Querschnitt des äußeren Rohrs 212 und des zentralen Elements 214 dargestellt. Wie zuvor beschrieben, kann das zentrale Element 214 ein perforiertes, hohles, zylindrisches Rohr mit einem Durchmesser D₂ sein und das äußere Rohr 212 kann ein hohles, zylindrisches Rohr mit einem Durchmesser D₁ sein (wobei z. B. D₂ < D₁). Das zentrale Element 214 ist innerhalb des äußeren Rohrs 212 positioniert, sodass sowohl das zentrale Element als auch das äußere Rohr eine gemeinsame zentrale Achse bilden, sodass der kreisförmige Querschnitt des zentralen Elements und des äußeren Rohrs jeweils einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen.
Wie zuvor beschrieben, sind die mehreren negativen Elektroden 218 entlang der inneren Oberfläche 246 des äußeren Rohrs 212 ausgebildet. Aufeinander folgende Elektroden der mehreren negativen Elektroden sind durch den ersten Abstand W₁ voneinander getrennt. Die mehreren negativen Elektroden 218 sind mit einem Minuspol einer Spannungsversorgung 308 einer elektrischen Schaltung 304 verbunden. Kurz gesagt, sind die mehreren negativen Elektroden 218 durch den elektrischen Draht 254 mit dem Minuspol der Spannungsversorgung 308 durch eine Messvorrichtung 318 verbunden. Die Messvorrichtung 318 kann ein Amperemeter, ein Voltmeter und dergleichen sein.
Die mehreren positiven Elektroden 220 sind entlang der äußeren Oberfläche 268 des zentralen Elements 214 ausgebildet. Aufeinander folgende Zinken/Elektroden der mehreren positiven Elektroden sind durch den zweiten Abstand W₂ voneinander getrennt. Die mehreren positiven Elektroden 220 sind mit einem Pluspol der Spannungsversorgung 308 der elektrischen Schaltung 304 über den elektrischen Draht 258 verbunden.
Wie zuvor beschrieben, tritt ein Anteil des Abgases durch den Einlass im inneren Rohr des PM-Sensors 202 in den PM-Sensor 202 ein. Der Anteil von Abgas innerhalb des inneren Rohrs strömt dann entlang des inneren Rohrs in das zentrale Element 214 (innerhalb des Bereichs 320). Der Anteil von Abgas, der in dem Bereich 320 innerhalb des zentralen Elements 214 strömt, strömt in eine Richtung, die orthogonal zum Abgasstrom innerhalb des Auspufftrakts verläuft. Der Anteil von Abgas im Bereich 320 strömt dann durch die mehreren Perforationen 224, wie von den Pfeilen 306 dargestellt. Daher wird durch die mehreren Perforationen 224 entlang des zentralen Elements 214 das Abgas in den Spalt 302 zwischen die Elektroden geleitet. Wenn ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden angelegt wird, können die Partikel im Abgas auf der Oberfläche der Elektroden und im Spalt 302 zwischen zum Beispiel den Elektroden eingefangen werden. Daher kann eine Partikellast oder Rußlast auf dem PM-Sensor 202 basierend auf den Veränderungen im Widerstand (oder Strom) zwischen den Elektroden bestimmt werden, wie nachstehend beschrieben.
Die Spannungsversorgung 308 und die Messvorrichtung 318 der elektrischen Schaltung 304 können von einer Steuerung gesteuert werden, wie etwa der Steuerung 12 von 1, so dass am PM-Sensor gesammelte Partikel beispielsweise zum Diagnostizieren von Lecks im DPF verwendet werden kann. Die elektrischen Drähte 254 und 258, die Spannungsversorgung 308 und die Messvorrichtung 318 sind Teil der elektrischen Schaltung 304 und sind außerhalb des Auspufftraktes 204 aus 2 untergebracht. Die Messvorrichtung 318 kann eine beliebige Vorrichtung sein, die zum Messen eines Widerstands (oder Stroms) über den Elektroden geeignet ist, wie etwa ein Voltmeter (Amperemeter). Da PM oder Rußpartikel im Spalt 302 zwischen den positiven und den negativen Elektroden abgelagert werden, kann sich der Strom, der durch die Messvorrichtung 318 gemessen wird, erhöhen. Die Steuerung 12 kann dazu in der Lage sein, den Strom zu bestimmen und eine zugehörige PM- oder Rußlast auf dem PM-Sensor 202 abzuleiten. Durch Überwachen der Last auf dem PM-Sensor 202 kann die Abgas-Rußlast stromabwärts des DPF bestimmt werden und dadurch zur Diagnose und Überwachung der Gesundheit und Funktionsweise des DPF verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, weist das zentrale Element 214 das Heizelement 222 auf, das entlang der inneren Oberfläche 248 des zentralen Elements 214 ausgebildet ist. Das Heizelement 222 kann zum Regenerieren des PM-Sensors 202 verwendet werden. Spezifisch kann, unter Bedingungen, bei denen die Partikellast oder Rußlast des PM-Sensors 202 höher als eine Schwelle ist, das Heizelement 222 betrieben werden, um angesammelte Rußpartikel von der Oberfläche des Sensors zu brennen. Während der PM-Sensor-Regeneration kann die Steuerung 12 eine Spannung durch eine Spannungsversorgung 310 dem Heizelement 222 bereitstellen. Zusätzlich kann die Steuerung den Schalter 312 für eine Schwellenzeit schließen, um die Spannung über die Spannungsversorgung 310 an das Heizelement 222 anzulegen, um die Temperatur des Heizelements 222 zu erhöhen. Folglich kann, wenn die Elektroden und der Spalt 302 zwischen den Elektroden ausreichend sauber ist, die Steuerung den Schalter 312 öffnen, um das Erwärmen des Heizelements 222 zu stoppen. Durch das unterbrochene Regenerieren des PM-Sensors 202 kann dieser zu einer Bedingung (z. B. ungeladene oder teilweise geladene Bedingung) zurückgebracht werden, die sich besser zum Sammeln von Abgasruß eignet. Auf diese Weise können präzise Informationen hinsichtlich des Abgasrußpegels aus der Sensorregeneration abgeleitet werden und diese Informationen können von der Steuerung zum Diagnostizieren von Lecks in dem Partikelfilter verwendet werden.
Abgas, welches das zentrale Element 214 durch die mehreren Perforationen 224 verlässt, kann dann in das äußere Rohr 212 strömen und danach in den Auspufftrakt ausgestoßen werden, wie mit Bezug auf 3B beschrieben. Die Auslasslöcher 228 können derart positioniert sein, dass das Abgas durch den PM-Sensor 202 in einer Richtung austreten kann, die orthogonal zur Richtung des Abgasstroms (Pfeil 206) im Auspufftrakt 204 verläuft. Die Querschnittsansichten entlang der Linie B-B' aus 3B zeigen die Position der Auslasslöcher in dem äußeren Rohr 212 in Bezug auf die Abgasstromrichtung.
Mit Bezug auf 3B ist eine Querschnittsansicht 350 des PM-Sensors 202 auf einer Ebene entlang der Linie B-B' aus 2 dargestellt. Hier ist ein Querschnitt des äußeren Rohrs 212 und des inneren Rohrs 216 dargestellt. Wie zuvor beschrieben, kann das innere Rohr 216 ein hohles, zylindrisches Rohr mit einem Durchmesser D₃ sein und das äußere Rohr 212 kann ein hohles, zylindrisches Rohr mit einem Durchmesser D₁ sein. Das innere Rohr 216 ist innerhalb des äußeren Rohrs 212 positioniert, sodass sich das innere und das äußere Rohr eine gemeinsame zentrale Achse teilen.
Der Abgasstrom durch den Auspufftrakt verläuft entlang der X-Achse, wie durch Pfeil 206 angezeigt. Ein Anteil von Abgas tritt über den Einlass 226 des inneren Rohrs in den PM-Sensor 202 ein. Der Anteil von Abgas strömt entlang der Y-Achse innerhalb des inneren Rohrs (innerhalb Bereich 356) und zum zentralen Element 214. In der Querschnittsansicht 350 entlang der Linie B-B' ist das Abgas auf das innere Rohr 216 begrenzt und strömt ferner senkrecht zu und aus der Blattebene (entlang der Y-Achse). Abgas kann das zentrale Elemente durch Perforationen verlassen, die zwischen den positiven Elektroden eingestreut sind. Daher kann das Abgas zunächst durch den Spalt laufen, der zwischen dem zentralen Element und dem äußeren Rohr (Spalt zwischen den Elektroden, zum Beispiel) ausgebildet ist, und läuft dann in den ringförmigen Raum/Bereich 354, der zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr ausgebildet ist. In der Ansicht 350 ist Abgas auf den ringförmigen Raum 354 begrenzt und strömt in die Blattebene (entlang der Y-Achse). Daher strömt Abgas im ringförmigen Raum 354 in einer entgegengesetzten Richtung zum Abgasstrom im Bereich 356 des inneren Rohrs 216.
Das äußere Rohr 212 kann Auslasslöcher 228 aufweisen, die auf diametrisch gegenüberliegenden Oberflächen des äußeren Rohrs 212 positioniert sind. Spezifisch kann der Anteil von Abgas, der innerhalb des ringförmigen Raums 354 zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr strömt, durch die Auslasslöcher 228 austreten. In einem Beispiel können die Auslasslöcher 228 Löcher sein, die auf diametrisch gegenüberliegenden Oberflächen des äußeren Rohrs 212 ausgeschnitten sein können. Verschiedene andere Geometrien der Auslasslöcher 228 können möglich sein, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Andere beispielhafte Geometrien schließen Schlitze, Öffnungen und dergleichen ein.
Die Auslasslöcher 228 sind derart angeordnet, dass der Anteil des Abgasstroms, der in den ringförmigen Raum 354 strömt, aus dem PM-Sensor entlang der Z-Achse (wie durch Pfeil 352 dargestellt) austritt. Daher kann der Anteil von Abgas, der aus dem äußeren Rohr 212 austreten kann, in einer Richtung strömen, die orthogonal zur Abgasstromrichtung verläuft (Pfeil 206).
Daher kann ein beispielhafter Partikelsensor ein äußeres, nicht perforiertes Rohr mit mehreren negativen Elektroden entlang einer inneren Oberfläche, ein zentrales, perforiertes Element mit mehreren positiven Elektroden entlang einer äußeren Oberfläche des zentralen Elements, wobei das zentrale Element innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist, und ein inneres Rohr, das an das zentrale Element angehängt ist, beinhalten, wobei das äußere Rohr, das zentrale Element und das innere Rohr eine gemeinsame Achse aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann das zentrale Element eine Regenerationsschaltung beinhalten, die mit einer inneren Oberfläche des zentralen Elements zum Erwärmen des zentralen Elements gekoppelt ist und das zentrale Element kann mehrere Perforationen beinhalten, wobei sich die mehreren Perforationen durch die äußere Oberfläche und die innere Oberfläche des zentralen Elements erstrecken. Zusätzlich oder alternativ kann ein Durchmesser des inneren Rohrs kleiner als ein Durchmesser des äußeren Rohrs und ein Durchmesser des zentralen Elements sein. Zusätzlich oder alternativ können die mehreren positiven Elektroden zu den mehreren negativen Elektroden weisen und von den mehreren negativen Elektroden durch einen Spalt getrennt sein. Zusätzlich oder alternativ können die mehreren negativen Elektroden entlang der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs mit einem ersten Abstand verteilt sein und die mehreren positiven Elektroden können entlang der äußeren Oberfläche des zentralen Elements mit einem zweiten Abstand verteilt sein, wobei die mehreren Perforationen des zentralen Elements zwischen den mehreren positiven Elektroden eingestreut sind. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Abstand im Wesentlichen dem zweiten Abstand entsprechen. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Abstand anders als der zweite Abstand sein. Zusätzlich oder alternativ kann das innere Rohr einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfassen, wobei der erste Bereich innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist und sich der zweite Bereich aus dem äußeren Rohr in eine Abgasleitung erstreckt, wobei das zentrale Element am inneren Rohr im ersten Bereich des inneren Rohrs angehängt ist. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Bereich einen Einlass umfassen, der konfiguriert ist, damit Abgas in die PM-Sensorbaugruppe in die Abgasleitung durch den Einlass in einer Richtung eintreten kann, die entgegen einer Richtung der Abgasströmung in der Abgasleitung verläuft und von dem zweiten Bereich zu jedem von erstem Bereich, zentralem Element und Spalt strömt, wobei das Abgas von dem zentralen Element zum Spalt durch die mehreren Perforationen strömt. Zusätzlich oder alternativ kann das äußere Rohr Auslasslöcher aufweisen, die zum Leiten des Abgases aus der Baugruppe zur Abgasleitung in einer Richtung konfiguriert sind, die jeweils orthogonal zur Richtung des Abgasstroms in der Abgasleitung und zu einer Eintrittsrichtung des Abgases in die Baugruppe durch den Einlass verläuft.
Daher kann die Empfindlichkeit des PM-Sensors durch große Partikel und/oder Wassertropfen beeinträchtigt werden, die sich auf den positiven und negativen Elektroden ablagern. Es kann möglich sein, größere Partikel und Wassertropfen am Einlass des inneren Rohrs zu filtern, wie in 4 dargestellt.
Mit Bezug auf 4 zeigt die schematische Ansicht 400 den Abgasstrom durch den PM-Sensor 202. Spezifisch zeigt Ansicht 400 das Abgas, das in den PM-Sensor 202 durch den Einlass 226 des inneren Rohrs 216 und von da in das Führungsrohr 210 strömt. Ansicht 400 zeigt weiterhin das Abgas, das aus dem PM-Sensor 202 durch die Auslasslöcher 228 des äußeren Rohrs 212 strömt.
Ähnlich wie bei 2 zeigt 4 beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls sie einander direkt berührend oder direkt aneinander gekoppelt gezeigt sind, können solche Elemente, wenigstens bei einem Beispiel, direkt berührend bzw. direkt gekoppelt genannt werden. Gleichermaßen können Elemente, die als zusammenhängend oder zueinander benachbart gezeigt werden, wenigstens bei einem Beispiel zusammenhängend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Bauteile, die in Flächenkontakt miteinander liegen, in Flächenkontakt miteinander liegend genannt werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander mit einem Zwischenraum und keinen anderen Bauteilen positioniert sind, bei wenigstens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
Das Abgas strömt entlang der X-Achse innerhalb des Auspufftrakts 204, wie durch Pfeil 206 gezeigt, von einem stromaufwärtigen Partikelfilter in Richtung des PM-Sensors 202, zum Beispiel. Das Abgas kann Verunreinigungen 402 aufweisen, wie z. B. größere Partikel und Wassertropfen. Der Einlass 226 ist im inneren Rohr 216 positioniert, sodass Abgas in einer Richtung in den Einlass eintritt, die durch Pfeil 208 angezeigt ist und entgegengesetzt zum Abgasstrom (206) in Auspufftrakt 204. Der Einlass 226 ist näher an einem Ende des Abgasauspuffrohrs und weiter entfernt von dem Partikelfilter stromaufwärts des PM-Sensors 202 positioniert. Ein Abgas strömt in den Auspufftrakt 204, in einen Bereich um den Einlass 226, wodurch ein statischer Druckgradient erzeugt wird. Hierbei besteht der höherer statischer Druck an und in Nähe des Einlasses 226 als im Bereich, der vom Einlass 226 entfernt liegt, und als Ergebnis wird Abgas durch den Einlass 226 in den PM-Sensor 202 gelenkt. Der Anteil von Abgas, der durch den Einlass 226 eintritt, durchläuft eine Umkehrung der Strömungsrichtung vor dem Eintritt in den Sensor. Die Verunreinigungen 402 können groß sein und sind daher von dem statischen Druckgradienten, der am und in Nähe des Einlasses 226 erzeugt wird, nicht betroffen. Die Verunreinigungen 402 können weiter am PM-Sensor 202 im Auspufftrakt vorbeiströmen und aus dem Auspuffrohr ausgestoßen werden. Daher können die Sensorelektroden des PM-Sensors, die innerhalb des äußeren Rohrs 212 positioniert sind, vor dem Auftreffen von Wassertropfen und größeren Partikeln geschützt werden. Auf diese Weise kann es durch Erzeugen eines statischen Druckgradienten am Einlass und Lenken des Abgases in einer umgekehrten Richtung in den PM-Sensor durch den Einlass möglich sein, größere Partikel und Wassertröpfchen auszufiltern und dadurch die Menge von Verunreinigungen, die in den PM-Sensor 202 eintreten, zu reduzieren. Auf diese Weise kann der PM-Sensor vor dem Auftreffen von Wassertropfen und größeren Partikeln geschützt werden und dadurch kann der PM-Sensor zuverlässiger werden. Insgesamt kann die Funktionsweise des PM-Sensors zum Schätzen der Filterfähigkeiten des DPF (und dadurch Detektion von DPF-Lecks) erhöht werden und die Abgasemissionseinhaltung kann verstärkt werden, da Partikel im Abgas genauer und zuverlässiger detektiert werden können.
Wie zuvor beschrieben, kann der Anteil von Abgas, der durch den Einlass 226 in den PM-Sensor 202 eintritt, in den Bereich innerhalb des inneren Rohrs, der durch Pfeil 404 angezeigt wird (entlang der Y-Achse), und in das zentrale Element 214 strömen. Abgas kann dann von der Innenseite des zentralen Elements 214 durch die mehreren Perforationen 224 in den Spalt zwischen den Elektroden strömen (wie durch Pfeil 406 angezeigt). Daher kann Abgas radial durch die mehreren Perforationen 224 in den Spalt strömen, wobei die Partikel in dem Abgas die gleichförmigen elektrischen Felder erfahren können und im Spalt und auf den Elektrodenoberflächen abgelagert werden. Abgas strömt dann in das äußere Rohr 212 (wie durch Pfeil 408 dargestellt). Das äußere Rohr 212 weist Auslasslöcher 228 auf, die auf diametrisch gegenüberliegenden Oberflächen des äußeren Rohrs 212 positioniert sind. Abgas strömt dann aus dem PM-Sensor 202 durch die Auslasslöcher 228, wie durch Pfeil 410 angezeigt. Hierbei tritt Abgas in einer Richtung aus dem PM-Sensor 202 aus, die orthogonal zur Richtung des Abgasstroms ist, der in den PM-Sensor 202 durch den Einlass 226 eintritt. Zusätzlich tritt Abgas in einer Richtung aus dem PM-Sensor 202 aus, die orthogonal zum Abgasstrom im Auspufftrakt verläuft (siehe Pfeil 206).
Daher weist ein beispielhafter Partikelsensor gleichmäßig beabstandete, negative Elektroden, die auf einem ersten zylindrischen Element ausgebildet sind, gleichmäßig beabstandete, positive Elektroden, die auf einem zweiten zylindrischen Element ausgebildet sind, wobei die positiven Elektroden von den negativen Elektroden durch einen Spalt beabstandet sind und zu den negativen Elektroden weisend positioniert sind und Heizelemente, die auf unterschiedlichen Oberflächen des zweiten Elements ausgebildet sind, auf. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Element koaxial innerhalb des ersten Elements positioniert sein. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Element einen perforierten Bereich umfassen, wobei der perforierte Bereich die positiven Elektroden, die Heizelemente und mehrere der Perforationen umfasst und wobei die positiven Elektroden auf einer äußeren Oberfläche des perforierten Bereichs ausgebildet sind, wobei die Heizelemente auf einer inneren Oberfläche des perforierten Bereichs ausgebildet sind und die mehreren Perforationen zwischen den positiven Elektroden und den Heizelementen dispergiert sind. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Element ferner einen nicht perforierten Bereich umfassen, wobei der nicht perforierte Bereich anders als der perforierte Bereich ist und wobei der perforierte Bereich koaxial zum perforierten Bereich ist und einen kleineren Durchmesser als der perforierte Bereich aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann der nicht perforierte Bereich einen Einlass umfassen, der den Eintritt eines Abgases in den Sensor und den Strom vom nicht perforierten Bereich in Richtung des perforierten Bereichs und hinaus in den Spalt durch die mehreren Perforationen zulässt. Zusätzlich oder alternativ kann das erste Element Auslasslöcher umfassen, die zum Ermöglichen des Austritts von Abgas aus dem Sensor konfiguriert sind.
Mit Bezug auf 5 ist ein Verfahren 500 zum Ansammeln von Partikeln in dem Abgasstrom über den Sensorelektroden dargestellt, die innerhalb des PM-Sensors (wie z. B. eines PM-Sensors 106 aus 1 und/oder des PM-Sensors 202 aus 2) positioniert sind. Spezifisch können die Partikel im Abgasstrom in einem Spalt eingefangen werden, der zwischen den positiven und negativen Elektroden des PM-Sensors ausgebildet ist. Hierin sind die positiven Elektroden auf einer äußeren Oberfläche eines perforierten, zentralen Elements ausgebildet, und die negativen Elektroden sind auf einer inneren Oberfläche eines nicht perforierten äußeren Rohrs ausgebildet. Das zentrale Element kann ein zylindrisches, perforiertes, hohles Rohr sein, das koaxial innerhalb des zylindrischen äußeren Rohrs positioniert ist.
Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens 500 und der restlichen der hier enthaltenen Verfahren 600 und 700 können durch eine Steuerung basierend auf in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems, wie etwa den oben mit Bezug auf die 1–4 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuervorrichtung kann Kraftmaschinenaktuatoren des Kraftmaschinensystems gemäß den unten beschriebenen Verfahren zum Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs einsetzen.
Bei 502 schließt das Verfahren 500 das Bestimmen und/oder Abschätzen von Motorbetriebsbedingungen ein. Bestimmte Motorbetriebsbedingungen können zum Beispiel Folgendes beinhalten: Motordrehzahl, Abgasdurchflussrate, Motortemperatur, Abgas-Kraftstoff-Luft-Verhältnis, Abgastemperatur, verstrichene Fahrzeit (oder zurückgelegte Distanz) seit letzter Regeneration des DPF, PM-Last auf dem PM-Sensor, Ladedruckniveau, Umgebungsbedingungen, wie barometrischer Druck und Umgebungstemperatur, usw.
Das Verfahren 500 geht zu 504, wo ein Anteil des Abgases durch einen Einlass in den PM-Sensor strömt. Das Strömen von Abgas in den PM-Sensor schließt das Umkehren einer Richtung von Abgas ein, das durch den Auspufftrakt strömt, bevor das Abgas in den Sensoreinlass strömt. Daher kann der Einlass auf einem inneren Rohr ausgebildet sein, insbesondere einem Abschnitt des inneren Rohrs, der sich in den Auspufftrakt erstreckt. Das innere Rohr kann einen größeren perforierten Abschnitt aufweisen, der mit einem kleineren, nicht perforierten Abschnitt gekoppelt ist. Hierin ist der Einlass auf dem kleineren, nicht perforierten Abschnitt ausgebildet. Ferner kann der Einlass auf dem inneren Rohr ausgebildet sein, sodass Abgas in einer Richtung in den Einlass eintritt, die entgegen der Richtung des Abgasstroms innerhalb des Auspufftrakts verläuft. Ein höherer statischer Druck wird in und um den Einlass im inneren Rohr erzeugt. Als Ergebnis strömt ein größerer Anteil von Abgas durch den Einlass in den PM-Sensor. Zusätzlich bleiben größere Partikel und Wassertropfen in dem Abgas von dem höheren statischen Druck unbetroffen. Daher treten die größeren Partikel und Wassertropfen nicht durch den Einlass in den PM-Sensor ein und reduzieren so Sensorfehler, z. B. aufgrund der Abscheidung dieser Partikel auf der empfindlichen Elektrodenoberfläche.
Das Verfahren geht weiter zu 506. Bei 506 wird der Anteil von Abgas, der durch den Einlass eintritt, zu einem Raum oder Spalt zwischen den Sensorelektroden durch Perforationen im inneren Rohr geleitet. Wie vorstehend beschrieben, weisen die Sensorelektroden mehrere negative Elektroden auf, die auf einer inneren Oberfläche des äußeren Rohrs des PM-Sensors ausgebildet sind. Die Sensorelektroden weisen ferner mehrere positive Elektroden auf, die auf einer äußeren Oberfläche des perforierten Abschnitts des inneren Rohrs ausgebildet sind. Daher ist das innere Rohr, das innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist, durch einen Spalt von dem äußeren Rohr getrennt. Daher sind die mehreren positiven Elektroden von den mehreren negativen Elektroden durch den Spalt getrennt. Der Anteil von Abgas innerhalb des nicht perforierten Abschnitts des inneren Rohrs läuft in den perforierten Abschnitt des inneren Rohrs und wird durch die mehreren Perforationen in einen Spalt zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr entlassen. Das Verfahren geht dann weiter zu 508.
Bei 508 werden die Partikel in dem Anteil von Abgas, der durch die Perforationen strömt, im Spalt zwischen den Sensorelektroden gehalten/gesammelt. Hierin beinhalten die Sensorelektroden die mehreren positiven Elektroden, die entlang der äußeren Oberfläche des inneren Rohrs verteilt sind, und die mehreren negativen Elektroden, die entlang einer inneren Oberfläche eines äußeren Rohrs des PM-Sensors verteilt sind. Man wird zu schätzen wissen, dass die mehreren positiven Elektroden entlang des perforierten Abschnitts des inneren Rohrs ausgebildet sind. Daher können die mehreren Perforationen zwischen den mehreren positiven Elektroden, die auf dem inneren Rohr ausgebildet sind, eingestreut sein.
Wie oben erklärt, sind die mehreren positiven Elektroden und die mehreren negativen Elektroden einander zugewandt positioniert. Die mehreren positiven Elektroden, die auf der äußeren Oberfläche des zentralen Elements ausgebildet sind, sind mit dem Pluspol der Spannungsversorgung verbunden. Gleichfalls sind die mehreren negativen Elektroden, die auf der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs ausgebildet sind, mit einer Messvorrichtung verbunden und dann mit dem Minuspol der Spannungsversorgung. Wenn die Steuerung eine Spannung an die Sensorelektroden anlegt, wird ein gleichförmiges elektrisches Feld im Spalt zwischen den Elektroden erzeugt. Daher können Partikel, die durch die mehreren Perforationen auf dem inneren Rohr in den Spalt eintreten, ein starkes und gleichförmiges elektrisches Feld in dem Spalt erfahren, wodurch sie als Rußbrücke im Spalt zwischen den Elektroden angesammelt werden. Das Verfahren geht dann weiter zu 512.
Bei 512 wird eine Last auf den Sensorelektroden basierend auf einem Strom geschätzt, der in den Sensorelektroden erzeugt wird. Wenn sich Partikel auf der Oberfläche der Sensorelektroden ansammeln und Rußbrücken im Spalt zwischen den Sensorelektroden bilden, beginnt der Widerstand der Elektroden abzunehmen, und ein von der Messvorrichtung gemessener Strom beginnt anzusteigen. Die Steuerung kann dazu fähig sein, eine Last auf den Sensorelektroden basierend auf dem über die Elektroden gemessenen Strom abzuleiten.
Verfahren 500 geht dann zu 514 weiter, wo der Anteil von Abgas, der die Sensorelektroden verlässt, in das äußerer Rohr und dann durch die Auslasslöcher oder Austrittsöffnungen, die auf Seitenoberflächen des äußeren Rohrs positioniert sind, in den Auspufftrakt geführt wird. Daher können die Auslasslöcher am äußeren Rohr das Abgas in einer Richtung führen, die orthogonal zum Abgasstrom in der Abgasleitung und einer Strömungsrichtung des Abgasanteils in den Sensor durch den Einlass verläuft. Das Verfahren 500 geht zu 516 weiter.
Bei 516 beinhaltet das Verfahren 500 das Bestimmen, ob die Sensorelektroden-Regenerationsbedingungen erfüllt werden. Insbesondere, wenn die Rußlast am PM-Sensor größer als die Schwelle ist, oder wenn ein Widerstand des PM-Sensors (auf Temperatur eingestellt) auf einen Schwellenwiderstand fällt, oder wenn ein Strom des PM-Sensors größer als ein Schwellenstrom ist, können die PM-Sensor-Regenerationsbedingungen als erfüllt betrachtet werden. In einigen Beispielen kann, wenn eine Schwellenzeit seit einer unmittelbar vorherigen Sensorregeneration vergangen ist, die Regenerationsbedingung als erfüllt betrachtet werden. Der PM-Sensor kann eine Regeneration zum Ermöglichen der weiteren PM-Detektion erfordern.
Wenn die Regenerationsbedingungen erfüllt sind (z. B. JA bei 516), geht Verfahren 500 weiter zu 520, wo der PM-Sensor durch Durchführen eines Verfahrens, das in 6 beschrieben wird, regeneriert werden kann. Kurz gesagt, kann die Regeneration von PM-Sensor durch Erwärmen des Sensors initiiert werden. Der PM-Sensor kann durch Betätigen eines Heizelements erwärmt werden, das thermisch mit der inneren Oberfläche des inneren perforierten Rohrs (auch als zentrales Element bekannt) gekoppelt ist, zum Beispiel. Hierin kann die Steuerung den Schalter in der elektrischen Schaltung schließen und so eine Spannung an das Heizelement anlegen, was dazu führt, das sich die Heizelemente erwärmen. Ferner legt die Steuerung ggf. keine Spannungen an die Sensorelektroden an, während der Sensor regeneriert. Daher sammeln die Sensorelektroden während der Sensorregeneration ggf. keinen Ruß an. Daher kann das Heizelement betätigt werden, bis die Rußlast des Sensors durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden ausreichend reduziert wurde.
Wenn die PM-Sensor-Regenerationsbedingungen jedoch nicht erfüllt werden (z. B. NEIN bei 516) geht das Verfahren zu 518, wo die Partikel weiter auf den Sensorelektroden gesammelt werden.
Daher ist ein beispielhaftes Verfahren für die Partikelerfassung dargestellt. Das Verfahren schließt ein: Strömen eines Anteils des Abgases von stromabwärts eines Staubfilters in einen Sensor über einen Einlass eines inneren Rohrs in einer Richtung entgegen des Abgasstroms in einer Abgasleitung, Leiten des Anteils von Abgas zu einem Raum zwischen Sensorelektroden durch mehrere Perforationen des inneren Rohrs, wobei die mehreren Perforationen distal vom Einlass des inneren Rohrs angeordnet sind, Sammeln von Partikeln in dem Anteil von Abgas in dem Raum zwischen den Sensorelektroden, und Führen des Abgasanteils aus dem Sensor durch Auslasslöcher, die auf einem äußeren Rohr in einer Richtung positioniert sind, die orthogonal zum Abgasstrom in der Abgasleitung und einer Strömungsrichtung des Abgasanteils in den Sensor über den Einlass verläuft. Zusätzlich oder alternativ können die Sensorelektroden mehrere positive Elektroden, die auf einer äußeren Oberfläche des inneren Rohrs ausgebildet sind, und mehrere negative Elektroden, die auf einer inneren Oberfläche des äußeren Rohrs ausgebildet sind, umfassen, wobei das innere Rohr innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist und ferner vom Zwischenraum getrennt ist. Zusätzlich oder alternativ beinhaltet das Verfahren das Bestimmen einer Last der Sensorelektroden basierend auf dem Strom, der in den Sensorelektroden erzeugt wird, und ferner das Regenerieren der Sensorelektroden durch Erwärmen der elektrischen Elemente, die auf einer inneren Oberfläche des inneren Rohrs ausgebildet sind, wenn eine Last auf den Sensorelektroden höher als eine Schwellenlast ist.
Daher kann der PM-Sensor eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen aufweisen, die auf einem nicht transitorischen Speicher zum Ansammeln von Partikeln im Abgas im Spalt durch Anlegen einer positiven Spannung an die positiven Elektroden und einer negativen Spannung an die negativen Elektroden gespeichert sind, und eine Last auf dem Sensor basierend auf einem Strom, der zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden erzeugt wird, bestimmt wird und als Reaktion auf die Last, die höher als eine erste Schwelle ist, den Sensor (wie in 6 dargestellt) durch Anlegen einer Spannung an die Heizelemente regeneriert wird, bis die Rußlast geringer als eine zweite Schwelle ist, wobei die zweite Schwelle geringer als die erste Schwelle ist.
Mit Bezug auf 6 ist ein Verfahren 600 zum Regenerieren des PM-Sensors (wie etwa zum Beispiel des PM-Sensors 106 aus 1 und/oder des PM-Sensors 202 aus 2) gezeigt. Insbesondere, wenn die Rußlast auf dem PM-Sensor größer als die Schwelle ist oder wenn ein temperaturangepasster Widerstand des PM-Sensors unter einen Schwellenwiderstand fällt, können die PM-Sensor-Regenerationsbedingungen als erfüllt angesehen werden und der PM-Sensor erfordert möglicherweise eine Regeneration, um eine weitere PM-Detektion zu ermöglichen. Bei 602 kann die Regeneration des PM-Sensors initiiert werden und der PM-Sensor kann durch Erwärmen des Sensors bei 604 regeneriert werden. Der PM-Sensor kann durch Betätigen eines Heizelements (wie z. B. des Heizelements 222, das auf der inneren Oberfläche 248 des zentralen Elements 214 aus 2 ausgebildet ist) aufgeheizt werden, bis die Rußlast des Sensors durch Oxidation der Kohlenstoffpartikel zwischen den Elektroden hinreichend verringert wurde. Die PM-Sensor-Regeneration wird typischerweise durch Verwendung von Timern gesteuert und der Timer kann bei 602 auf eine Schwellenzeitdauer eingestellt werden. Alternativ kann die Sensor-Regeneration unter Verwendung einer Temperaturmessung der Sensorspitze oder durch Steuerung von Energie zum Heizer oder beliebiger oder aller von diesen gesteuert werden. Wenn ein Timer zur PM-Sensor-Regeneration verwendet wird, dann beinhaltet das Verfahren 600 bei 606 das Überprüfen, ob die Schwellenzeitdauer verstrichen ist. Falls die Schwellenzeitdauer nicht verstrichen ist (z. B. NEIN bei 606), dann geht das Verfahren 600 zu 608 weiter, wo die Regenerationsschaltung EINGESCHALTET bleiben kann, um die Regeneration fortzusetzen. Falls die Schwellenzeitdauer verstrichen ist (z. B. JA bei 606), dann geht das Verfahren 600 zu 610 weiter, wo die PM-Sensor-Regeneration abgebrochen werden kann und die elektrische Schaltung bei 612 abgeschaltet werden kann. Ferner können die Sensorelektroden zum Beispiel auf die Abgastemperatur abgekühlt werden. Das Verfahren 600 geht zu 614, wo die PM-Sensor-Last und der Regenerationsverlauf aktualisiert und im Speicher gespeichert werden können. Zum Beispiel kann eine PM-Sensor-Regenerationsfrequenz und/oder eine durchschnittliche Zeitdauer zwischen Sensorregenerationen aktualisiert werden und das Verfahren enden.
Der Kraftmaschinen-Auspufftrakt kann einen oder mehrere PM-Sensoren aufweisen, die stromaufwärts und/oder stromabwärts des DPF zum Bestimmen einer Rußlast des DPF positioniert sein können. Falls der PM-Sensor stromaufwärts des DPF basierend auf der Widerstandsänderung nach Ablagern von Ruß auf den mehreren Elektroden des PM-Sensors positioniert ist, kann eine Rußlast auf dem Sensor abgeleitet werden. Die so bestimmte Rußlast kann z. B. zum Aktualisieren der Rußlast auf dem DPF verwendet werden. Wenn die Rußlast auf dem DPF größer als eine Schwelle für die DPF-Regeneration ist, dann kann die Steuerung die Kraftmaschinenbetriebsparameter zum Regenerieren des DPF einstellen. Spezifisch kann als Reaktion auf die Erfüllung der Filterregenerationsbedingungen eine Temperatur des Filters (oder in Nachbarschaft des Filters) hinreichend erhöht werden, um den gespeicherten Ruß abzubrennen. Dies kann den Betrieb einer Heizvorrichtung, die mit dem DPF gekoppelt ist, oder das Erhöhen der Temperatur von Kraftmaschinenabgas (z. B. bei reichhaltigem Betrieb), das in den DPF strömt, einschließen.
Mit Bezug auf 7 ist ein Beispielverfahren 700 zum Diagnostizieren der DPF-Funktion auf der Grundlage der Regenerationszeit des PM-Sensors dargestellt. Bei 702 kann mittels Kalibrierung durch die Steuerung die Zeit der Regeneration für den PM-Sensor, t(i)_regen, berechnet werden, die die vom Ende der vorhergehenden Regeneration bis zum Start der aktuellen Regeneration des PM-Sensors gemessene Zeit ist. Bei 704 wird t(i)_regen mit t(i – 1)_regen verglichen, was die früher kalibrierte Regenerationszeit des PM-Sensors ist. Hiervon kann abgeleitet werden, dass der Rußsensor mehrmals durch eine Regeneration laufen kann, um den DPF zu diagnostizieren. Falls t(i)_regen kleiner als der halbe Wert von t(i – 1)_regen ist, dann wird bei 708 angezeigt, dass der DPF leck ist und ein DPF-Abbausignal wird initiiert. Alternativ oder zusätzlich zu dem oben erwähnten Prozess kann der DPF unter Verwendung anderer Parameter diagnostiziert werden, wie etwa Abgastemperatur, Kraftmaschinendrehzahl/-last usw. Das Abbausignal kann zum Beispiel durch eine Fehlfunktionsanzeigelampe oder einen Diagnosecode initiiert werden. Zusätzlich schließt das Verfahren 700 das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs basierend auf der Anzeige eines Lecks im DPF bei 710 ein. Das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs kann das Begrenzen des Kraftmaschinendrehmoments bei 712 einschließen, zum Beispiel. In einem Beispiel können die Kraftmaschinenleistung und das Kraftmaschinendrehmoment als Reaktion auf die Detektion eines Lecks im DPF reduziert werden. Durch Reduzieren der Kraftmaschinenleistung und des Kraftmaschinendrehmoments kann die Menge an PM-Emissionen im Abgas reduziert werden. Das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs kann zum Beispiel das Reduzieren von Kraftstoff, der in einen Dieselmotor unter großen Belastungsbedingungen eingespritzt wird, beinhalten und so das Drehmoment reduzieren. Zusätzlich oder alternativ kann als Reaktion auf die Detektion eines Lecks im DPF eine AGR-Nutzung verringert werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Kraftmaschinen-Warnzeichen auf der Steuertafel erscheinen, um eine Strecke anzuzeigen, die ein Fahrzeug vor einer DPF-Wartungsprüfung zurücklegen kann.
Eine aktuelle Regenerationszeit von weniger als der Hälfte der vorausgegangenen Regenerationszeit kann anzeigen, dass die Zeit, die die elektrische Schaltung für das Erreichen der R_regen-Schwelle benötigt, signifikant kürzer ist, weshalb die Regenerationsfrequenz höher ist. Eine höhere Regenerationsfrequenz im PM-Sensor kann anzeigen, dass das abgehende Abgas aus einer größeren Menge von Partikeln zusammengesetzt ist als mit einem normal funktionierenden DPF realisiert wird. Somit wird, falls die Änderung der Regenerationszeit in dem Rußsensor die Schwelle, t_regen, erreicht, bei der die aktuelle Regenerationszeit des PM-Sensors kleiner als die Hälfte der vorausgegangenen Regenerationszeit ist, ein DPF-Abbau oder ein Leck angezeigt, zum Beispiel über eine Anzeige zu einem Bediener und/oder über Setzen eines Flags, der in einem nichtvergänglichen Speicher gespeichert ist, der mit dem Prozessor gekoppelt ist, der an ein mit dem Prozessor gekoppeltes Diagnosewerkzeug gesendet werden kann. Falls die Änderung der Regenerationszeit des Rußsensors die Schwelle t_regen nicht erreicht, dann wird bei 706 kein DPF-Lecken angezeigt. Auf diese Weise können Lecks in einem stromaufwärts des Partikelsensors positionierten Partikelfilter auf der Grundlage einer Ablagerungsrate der Partikel auf den Partikelsensorelektroden detektiert werden.
Mit Bezug auf 8 zeigt die Darstellung 800 eine beispielhafte Beziehung zwischen der Rußlast auf dem PM-Sensor und der Rußlast auf dem Partikelfilter. Spezifisch zeigt die Karte 800 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der PM-Sensor-Regeneration und der Rußlast auf dem DPF, spezifisch, wie die PM-Sensor-Regeneration die DPF-Verschlechterung anzeigen kann. Die vertikalen Markierungen t0, t1, t2, t3, t4, t5 und t6 identifizieren wichtige Zeiten im Betrieb und System des PM-Sensors und DPF.
Das erste Diagramm aus 8 zeigt eine Rußlast auf dem PM-Sensor. Wie zuvor beschrieben, lagert sich PM über dem Spalt zwischen den mehreren positiven und negativen Elektroden ab. Hierin sind die Elektroden als unterschiedliche zylindrische Oberflächen ausgebildet. Daher sammelt sich Ruß in dem Spalt zwischen den Elektroden an und bildet Rußbrücken. Wenn sich Ruß ansammelt, beginnt ein gemessener Strom über den Elektroden anzusteigen (oder ein Widerstand der Elektroden beginnt abzufallen). Die Steuerung kann zum Bestimmen einer Rußlast (Diagramm 802) basierend auf dem gemessenen Strom/Widerstand fähig sein. Daher ist die Rußlast bei niedrigstem Wert an der Unterseite der Diagramme und nimmt in der Größe zur Oberseite des Diagramms in vertikaler Richtung zu. Die horizontale Richtung stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken Seite zur rechten Seite des Diagramms zu. Die horizontale Markierung 806 steht für die Schwellenlast zur Regeneration des PM-Sensors im oberen Diagramm. Diagramm 804 steht für die Rußlast auf dem DPF und die horizontale Markierung 808 steht für die Schwellenrußlast des DPF im zweiten Diagramm.
Zwischen t0 und t1 ist ein Sensorregenerationszyklus dargestellt. Zur Zeit t0 ist der PM-Sensor in einer relativ sauberen Bedingung, wie durch die geringe PM-Last (Diagramm 802) gemessen. Eine Steuerung, die mit dem PM-Sensor gekoppelt ist, bestimmt die Rußlast des PM-Sensors basierend auf dem Strom/Widerstand, der über den Sensorelektroden gemessen wird, zum Beispiel. Wenn die Steuerung die Rußlast als klein bestimmt, kann sie Anweisungen zu einer Regenerationsschaltung zum Beenden der Wärmezufuhr senden, sodass eine Detektionsschaltung das Detektieren der PM-Last-Ansammlung beginnen kann. Wenn die PM-Last auf dem Sensor ansteigt, sammelt sich Ruß im Spalt zwischen den Sensorelektroden an.
Zwischen t0 und t1 sammelt sich weiter PM an und die Rußlast (Diagramm 802) und auch die Rußlast auf dem DPF (Diagramm 804) erhöhen sich entsprechend. In einigen Beispielen kann die Rußlast auf dem DPF auf der PM-Sensorlast basieren, wenn der PM-Sensor stromaufwärts des DPF angeordnet ist, zum Beispiel.
Bei t1 erreicht die Rußlast auf dem PM-Sensor (Diagramm 802) die Schwellenlast für die Regeneration des PM-Sensors (Markierung 806). Die Schwellenlast kann eine Last sein, bei welcher der Sensor eine Regeneration erfordern kann. Bei t1 kann die PM-Sensorregeneration, wie zuvor erklärt, initiiert werden. Kurz gesagt, kann die Steuerung einen Schalter in der elektrischen Schaltung zum Anlegen von Spannung an die Heizelemente schließen, die entlang der inneren Oberfläche des zentralen Elements ausgebildet sind, zum Beispiel. Zusätzlich wird der PM-Sensor ggf. nicht im PM-Ansammlungsmodus betrieben, sodass die Steuerung keine Spannung an die Sensorelektroden anlegen kann.
Daher kann zwischen t1 und t2 der PM-Sensor durch Einschalten der elektrischen Schaltung für die Regeneration regeneriert werden. Bei t2 kann der PM-Sensor ausreichend kühl sein und kann beginnen, Ruß anzusammeln, und weiter zwischen t2 und t3 ansammeln (DPF-Regenerationszyklus), zum Beispiel. Während der Zeit zwischen t2 und t3 nimmt die DPF-Rußlast weiter zu (Diagramm 804). Bei t3 erreicht die Rußlast auf dem DPF (Diagramm 804) jedoch die Schwellenrußlast zur DPF-Regeneration (Markierung 808). Zwischen t3 und t4 kann der DPF zum Abbrennen von Ruß, der auf dem DPF abgelagert ist, regeneriert werden. Ferner kann bei t4 die PM-Sensor-Regenerationsfrequenz mit einer zuvor geschätzten Regenerationsfrequenz des PM-Sensors verglichen werden. Basierend auf der PM-Sensor-Regenerationsfrequenz, die vorherigen Zyklen ähnlich bleiben, kann das DPF als nicht leckend bestimmt werden. Auf diese Weise kann basierend auf dem PM-Sensorausgang die DPF-Gesundheit überwacht und auf Lecks diagnostiziert werden.
Zwischen t5 und t6 ist ein anderer DPF-Zyklus dargestellt. Hierin nimmt zwischen t5 und t6 die Rußlast auf dem DPF allmählich zu (Diagramm 804). Während dieser Zeit kann die Rußlast auf dem PM-Sensor (Diagramm 802) überwacht werden. Diagramm 802 zeigt den PM-Sensor, der durch die mehreren Regenerationszyklen läuft, wie zuvor beschrieben. Die Frequenz der Regeneration des PM-Sensors hat sich jedoch nahezu verdoppelt (Diagramm 802). Die höhere Regenerationsfrequenz im PM-Sensor kann anzeigen, dass das abgehende Abgas aus einer größeren Menge von Partikeln zusammengesetzt ist als mit einem normal funktionierenden DPF realisiert wird. Daher kann bei t6 die DPF-Leckage angezeigt werden.
Auf diese Weise kann eine präzisere Messung der Abgas-PM-Last und somit der DPF-Rußlast bestimmt werden. Daher erhöht dies die Effizienz der Filterregenerationsbetriebe. Außerdem kann durch Ermöglichen einer genaueren Diagnose eines Abgas-DPF die Abgasemissionseinhaltung erhöht werden. Daher reduziert dies die hohen Garantiekosten zum Austausch von funktionierenden Partikelfiltern und die Lebensdauer von Abgaskomponenten wird verlängert.
Auf diese Weise werden durch Trennen der positiven und negativen Elektroden eines PM-Sensors durch einen Spalt und Ausbilden der Elektroden auf unterschiedlichen zylindrischen Oberflächen des PM-Sensors elektrostatische Felder über dem Spalt und normal zu jeder der Zylinderoberflächen erzeugt. Die technische Wirkung der Trennung von Elektroden und der Erzeugung von elektrostatischen Feldern, die normal im Spalt zwischen den Elektroden verlaufen, ist, dass die im Spalt erzeugten elektrostatischen Felder gleichförmiger sein können, wodurch die Rußerfassung verstärkt wird. Durch Verbessern der Rußansammlung wird die PM-Sensorempfindlichkeit erhöht, wodurch das Messen von PM, der den DPF verlässt, genauer und zuverlässiger wird. Als Ergebnis können jegliche Lecks oder jeglicher Abbau des DPF effizienter und effektiver detektiert werden und die Abgasemissionen verbessert werden.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren stellen einen Partikelsensor bereit, der ein äußeres, nicht perforiertes Rohr mit mehreren negativen Elektroden entlang einer inneren Oberfläche, ein zentrales, perforiertes Element mit mehreren positiven Elektroden entlang einer äußeren Oberfläche des zentralen Elements, wobei das zentrale Element innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist, und ein inneres Rohr, das an das zentrale Element angehängt ist, umfasst, wobei das äußere Rohr, das zentrale Element und das innere Rohr eine gemeinsame Achse aufweisen. In einem ersten Beispiel des Partikelsensors weist der Sensor zusätzlich oder alternativ auf, dass das zentrale Element einen Regenerationskreis umfasst, der mit einer inneren Oberfläche des zentralen Elements zum Erwärmen des zentralen Elements gekoppelt ist und wobei das zentrale Element mehrere Perforationen umfasst, wobei sich die mehreren Perforationen durch die äußere Oberfläche und innere Oberfläche des zentralen Elements erstrecken. Ein zweites Beispiel des Partikelsensors weist optional das erste Beispiel auf und weist ferner auf, dass ein Durchmesser des inneren Rohrs kleiner als ein Durchmesser des äußeren Rohrs und ein Durchmesser des zentralen Elements ist. Ein drittes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten und zweiten Beispiels auf und weist ferner auf, dass die mehreren positiven Elektroden zu den mehreren negativen Elektroden weisen und von den mehreren negativen Elektroden durch einen Spalt getrennt sind. Ein viertes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis dritten Beispiels auf und weist ferner auf, dass die mehreren negativen Elektroden entlang der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs mit einem ersten Abstand verteilt sind und die mehreren positiven Elektroden entlang der äußeren Oberfläche des zentralen Elements mit einem zweiten Abstand verteilt sind, wobei die mehreren Perforationen des zentralen Elements zwischen den mehreren positiven Elektroden eingestreut sind. Ein fünftes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis vierten Beispiels auf und weist ferner auf, dass der erste Abstand im Wesentlichen dem zweiten Abstand entspricht. Ein sechstes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis fünften Beispiels auf und weist ferner auf, dass der erste Abstand anders als der zweite Abstand ist. Ein siebtes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis fünften Beispiels auf und weist ferner auf, dass das innere Rohr einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, und dass der erste Bereich innerhalb des äußeren Rohrs angeordnet ist und sich der zweite Bereich aus dem äußeren Rohr in eine Abgasleitung erstreckt, wobei das zentrale Element am inneren Rohr im ersten Bereich des inneren Rohrs angehängt ist. Ein achtes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis siebten Beispiels auf und weist ferner auf, dass der zweite Bereich einen Einlass umfasst, der den Eintritt von Abgas in der Abgasleitung in den Partikelsensor über den Einlass in einer Richtung zulässt, die entgegen einer Richtung der Abgasströmung in der Abgasleitung verläuft und von dem zweiten Bereich zu jedem von erstem Bereich, zentralem Element und Spalt strömt, wobei das Abgas von dem zentralen Element zum Spalt durch die mehreren Perforationen strömt. Ein neuntes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis achten Beispiels auf und weist ferner auf, dass das äußere Rohr Auslasslöcher aufweist, die zum Leiten des Abgases vom Partikelsensor in die Abgasleitung in einer Richtung konfiguriert sind, die jeweils orthogonal zur Richtung des Abgasstroms in der Abgasleitung und zu einer Eintrittsrichtung des Abgases in den Partikelfilter über den Einlass verläuft.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren sehen ebenfalls ein Verfahren zur Partikelerfassung in einem Partikelsensorsystem vor, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Strömen eines Anteils des Abgases von stromabwärts eines Staubfilters in einen Sensor über einen Einlass eines inneren Rohrs in einer Richtung entgegen des Abgasstroms in einer Abgasleitung, Leiten des Anteils von Abgas zu einem Zwischenraum zwischen Sensorelektroden durch mehrere Perforationen des inneren Rohrs, wobei die mehreren Perforationen distal zum Einlass des inneren Rohrs angeordnet sind, Sammeln von Partikeln in dem Anteil von Abgas in dem Zwischenraum zwischen den Sensorelektroden, Führen des Abgasanteils aus dem Sensor durch Auslasslöcher, die auf einem äußeren Rohr in einer Richtung positioniert sind, die orthogonal zum Abgasstrom in der Abgasleitung und einer Strömungsrichtung des Abgasanteils in den Sensor über den Einlass verläuft. In einem ersten Beispiel des Verfahrens kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ beinhalten, dass die Sensorelektroden mehrere positive Elektroden, die auf einer äußeren Oberfläche des inneren Rohrs ausgebildet sind, und mehrere negative Elektroden, die auf einer inneren Oberfläche des äußeren Rohrs ausgebildet sind, umfassen, wobei das innere Rohr innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist und ferner durch einen Raum getrennt ist. Ein zweites Beispiel beinhaltet optional das erste Beispiel und umfasst ferner das Bestimmen einer Last der Sensorelektroden basierend auf dem Strom, der in den Sensorelektroden erzeugt wird, und ferner das Regenerieren der Sensorelektroden durch Erwärmen der elektrischen Elemente, die auf einer inneren Oberfläche des inneren Rohrs ausgebildet sind, wenn eine Last auf den Sensorelektroden höher als eine Schwellenlast ist.
Die oben beschriebenen Systeme und Verfahren sehen einen Partikelsensor vor, der gleichmäßig beabstandete, negative Elektroden, die auf einem ersten zylindrischen Element ausgebildet sind, gleichmäßig beabstandete, positive Elektroden, die auf einem zweiten zylindrischen Element ausgebildet sind, wobei die positiven Elektroden von den negativen Elektroden durch einen Spalt beabstandet sind und zu den negativen Elektroden weisend positioniert sind, und Heizelemente, die auf unterschiedlichen Oberflächen des zweiten Elements ausgebildet sind, umfasst. In einem ersten Beispiel des Partikelsensors kann der Sensor zusätzlich oder alternativ aufweisen, dass das zweite Element koaxial innerhalb des ersten Elements positioniert ist. Ein zweites Beispiel des Partikelsensors weist optional das erste Beispiel auf und weist auf, dass das zweite Element einen perforierten Bereich umfasst, wobei der perforierte Bereich die positiven Elektroden, die Heizelemente und mehrere Perforationen umfasst und wobei die positiven Elektroden auf einer äußeren Oberfläche des perforierten Bereichs ausgebildet sind, wobei die Heizelemente auf einer inneren Oberfläche des perforierten Bereichs ausgebildet sind und die mehreren Perforationen zwischen den positiven Elektroden und den Heizelementen dispergiert sind. Ein drittes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten und des zweiten Beispiels auf und weist ferner auf, dass das zweite Element ferner einen nicht perforierten Bereich umfasst, wobei der nicht perforierte Bereich anders als der perforierte Bereich ist und wobei der nicht perforierte Bereich koaxial zum perforierten Bereich ist und einen kleineren Durchmesser als der perforierte Bereich aufweist. Ein viertes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis dritten Beispiels auf und weist ferner auf, dass der nicht perforierte Bereich einen Einlass umfasst, der den Eintritt eines Abgases in den Sensor und den Strom vom nicht perforierten Bereich in Richtung des perforierten Bereichs und hinaus in den Spalt durch die mehreren Perforationen zulässt. Ein fünftes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis vierten Beispiels auf und weist ferner auf, dass eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nicht transitorischen Speicher zum Ansammeln von Partikeln im Abgas im Spalt durch Anlegen einer positiven Spannung an die positiven Elektroden und einer negativen Spannung an die negativen Elektroden speichert, eine Last auf dem Sensor basierend auf einem Strom bestimmt, der zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden erzeugt wird und als Reaktion auf die Last, die höher als eine erste Schwelle ist, den Sensor durch Anlegen einer Spannung an die Heizelemente, bis die Rußlast geringer als eine zweite Schwelle ist, regeneriert, wobei die zweite Schwelle geringer als die erste Schwelle ist. Ein sechstes Beispiel des Partikelsensors weist optional eines oder mehr des ersten bis fünften Beispiels auf und weist ferner auf, dass das erste Element Auslasslöcher umfasst, die konfiguriert sind, damit Abgas den Sensor verlassen kann.
Es sei darauf verwiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsroutinen mit diversen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden und können durch das Steuersystem, das die Steuervorrichtung in Kombination mit den diversen Sensoren, Aktuatoren und anderer Kraftmaschinenhardware aufweist, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können diverse Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise zum Erreichen der Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele erforderlich, sondern sie wird zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Kraftmaschinensteuersystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die diversen Kraftmaschinen-Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuervorrichtung aufweist.
Es versteht sich, dass die vorliegend offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, R-4-(I-4-), R-6-(I-6-), V-12-, Boxer-4- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der diversen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Nachtrag der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder unterschiedlich vom Schutzbereich der Originalansprüche, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthaltend angesehen.
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

WO 2006027287 [0004]

Claims

Partikelsensor, der Folgendes umfasst: ein äußeres, nicht perforiertes Rohr mit mehreren negativen Elektroden entlang einer inneren Oberfläche; ein zentrales, perforiertes Element mit mehreren positiven Elektroden entlang einer äußeren Oberfläche des zentralen Elements, wobei das zentrale Element innerhalb des äußeren Rohrs angeordnet ist; und ein inneres Rohr, das an das zentrale Element angehängt ist, wobei das äußere Rohr, das zentrale Element und das innere Rohr eine gemeinsame Achse aufweisen.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei das zentrale Element eine Regenerationsschaltung umfasst, die mit einer inneren Oberfläche des zentralen Elements zum Erwärmen des zentralen Elements gekoppelt ist und wobei das zentrale Element mehrere Perforationen umfasst, wobei sich die mehreren Perforationen durch jeweils die äußere Oberfläche und die innere Oberfläche des zentralen Elements erstrecken.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesser des inneren Rohrs kleiner als ein Durchmesser des äußeren Rohrs und ein Durchmesser des zentralen Elements ist.
Partikelsensor nach Anspruch 2, wobei die mehreren positiven Elektroden zu den mehreren negativen Elektroden weisen und von den mehreren negativen Elektroden durch einen Spalt getrennt sind.
Partikelsensor nach Anspruch 2, wobei die mehreren negativen Elektroden entlang der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs mit einem ersten Abstand verteilt sind und wobei die mehreren positiven Elektroden entlang der äußeren Oberfläche des zentralen Elements mit einem zweiten Abstand verteilt sind, wobei die mehreren Perforationen des zentralen Elements zwischen den mehreren positiven Elektroden eingestreut sind.
Partikelsensor nach Anspruch 5, wobei der erste Abstand im Wesentlichen gleich dem zweiten Abstand ist.
Partikelsensor nach Anspruch 5, wobei der erste Abstand vom zweiten Abstand unterschiedlich ist.
Partikelsensor nach Anspruch 4, wobei das innere Rohr einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, und wobei der erste Bereich innerhalb des äußeren Rohrs angeordnet ist und sich der zweite Bereich aus dem äußeren Rohr in eine Abgasleitung hinein erstreckt, wobei das zentrale Element am inneren Rohr im ersten Bereich des inneren Rohrs angehängt ist.
Partikelsensor nach Anspruch 8, wobei der zweite Bereich einen Einlass umfasst, der den Eintritt von Abgas in der Abgasleitung in den Partikelsensor über den Einlass in einer Richtung zulässt, die entgegen einer Richtung der Abgasströmung in der Abgasleitung verläuft und von dem zweiten Bereich zu jedem von dem ersten Bereich, dem zentralen Element und dem Spalt strömt, wobei das Abgas von dem zentralen Element zum Spalt durch die mehreren Perforationen strömt.
Partikelsensor nach Anspruch 9, wobei das äußere Rohr Auslasslöcher aufweist, die zum Leiten des Abgases vom Partikelsensor in die Abgasleitung in einer Richtung konfiguriert sind, die jeweils orthogonal zu der Richtung des Abgasstroms in der Abgasleitung und zu einer Eintrittsrichtung des Abgases in den Partikelfilter über den Einlass verläuft.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Strömen eines Abgasanteils von stromabwärts eines Staubfilters in einen Sensor über einen Einlass eines inneren Rohrs in einer Richtung entgegen des Abgasstroms in einer Abgasleitung; Leiten des Abgasanteils zu einem Zwischenraum zwischen Sensorelektroden durch mehrere Perforationen des inneren Rohrs, wobei die mehreren Perforationen distal zum Einlass des inneren Rohrs angeordnet sind; Sammeln von Staub in dem Abgasanteil in dem Zwischenraum zwischen den Sensorelektroden; und Führen des Abgasanteils aus dem Sensor durch Auslasslöcher, die auf einem äußeren Rohr in einer Richtung positioniert sind, die jeweils orthogonal zum Abgasstrom in der Abgasleitung und einer Strömungsrichtung des Abgasanteils in den Sensor durch den Einlass verläuft.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Sensorelektroden mehrere positive Elektroden, die auf einer äußeren Oberfläche des inneren Rohrs ausgebildet sind, und mehrere negative Elektroden, die auf einer inneren Oberfläche des äußeren Rohrs ausgebildet sind, umfassen, wobei das innere Rohr innerhalb des äußeren Rohrs positioniert ist und ferner von dem äußeren Rohr durch einen Raum getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend das Bestimmen einer Last der Sensorelektroden basierend auf dem Strom, der in den Sensorelektroden erzeugt wird, und ferner umfassend das Regenerieren der Sensorelektroden durch Erwärmen der elektrischen Elemente, die auf einer inneren Oberfläche des inneren Rohrs ausgebildet sind, wenn die Last auf den Sensorelektroden höher als eine Schwellenlast ist.
Partikelsensor, der Folgendes umfasst: gleichmäßig beabstandete, negative Elektroden, die auf einem ersten zylindrischen Element ausgebildet sind; gleichmäßig beabstandete, positive Elektroden, die auf einem zweiten zylindrischen Element ausgebildet sind, wobei die positiven Elektroden von den negativen Elektroden durch einen Spalt beabstandet sind und zu den negativen Elektroden weisend positioniert sind; und Heizelemente, die auf dem zweiten Element ausgebildet sind, wobei die positiven Elektroden und die Heizelemente auf unterschiedlichen Oberflächen des zweiten Elements ausgebildet sind.
Sensor nach Anspruch 14, wobei das zweite Element innerhalb des ersten Elements positioniert ist und koaxial zu diesem verläuft.
Sensor nach Anspruch 14, wobei das zweite Element einen perforierten Bereich umfasst, wobei der perforierte Bereich die positiven Elektroden, die Heizelemente und mehrere Perforationen umfasst und wobei die positiven Elektroden auf einer äußeren Oberfläche des perforierten Bereichs ausgebildet sind, wobei die Heizelemente auf einer inneren Oberfläche des perforierten Bereichs ausgebildet sind und die mehreren Perforationen zwischen den positiven Elektroden und den Heizelementen dispergiert sind.
Sensor nach Anspruch 16, wobei das zweite Element ferner einen nicht perforierten Bereich umfasst, wobei der nicht perforierte Bereich vom perforierten Bereich unterschiedlich ist und wobei der nicht perforierte Bereich koaxial zum perforierten Bereich ist und einen kleineren Durchmesser als der perforierte Bereich aufweist.
Sensor nach Anspruch 17, wobei der nicht perforierte Bereich einen Einlass umfasst, der den Eintritt eines Abgases in den Sensor und den Strom vom nicht perforierten Bereich in Richtung des perforierten Bereichs und hinaus in den Spalt durch die mehreren Perforationen zulässt.
Sensor nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die für Folgendes in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind: Sammeln von Partikeln in dem Abgas in dem Spalt durch Anlegen einer positiven Spannung an die positiven Elektroden und einer negativen Spannung an die negativen Elektroden; Bestimmen einer Last des Sensors basierend auf einem Strom, der zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden erzeugt wird; und als Reaktion darauf, dass die Last höher als eine erste Schwelle ist, Regenerieren des Sensors durch Anlegen einer Spannung an die Heizelemente, bis die Rußlast geringer als eine zweite Schwelle ist, wobei die zweite Schwelle niedriger als die erste Schwelle ist.
Sensor nach Anspruch 18, wobei das erste Element Auslasslöcher umfasst, die zum Zulassen des Austritts des Abgases aus dem Sensor konfiguriert sind.