DE102011079710A1

DE102011079710A1 - Feinstaub-Erfassungssensor, Steuereinheit zur Steuerung desselben und Verfahren zum Erfassen eines anormalen Zustands desselben

Info

Publication number: DE102011079710A1
Application number: DE102011079710A
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Sakimoto; Takehito Kimata; Yuuki Sakamoto; Mikiyasu Matsuoka; Takashi Sawada; Yuuzou Matsumoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2012-02-23
Also published as: JP2012047722A

Abstract

In einem PM-Erfassungssensor, der in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine platziert ist, sind paarweise Erfassungselektroden eines Erfassungsteils und Heizelektroden eines Heizerteils an der gleichen Oberfläche eines elektrischen Isolationssubstrats nahe zueinander ausgebildet. Ein Abstand zwischen den Erfassungselektroden und den Heizelektroden liegt innerhalb eines Bereichs von 100 μm bis 1360 μm. Eine externe Steuereinheit weist eine Energiequelle an, elektrische Energie an die Heizelektroden zuzuführen, und den Erfassungsteil auf eine Temperatur von weniger als 600°C zu erhitzen, die es dem PM-Erfassungssensor ermöglicht, PM zu erfassen, der in von der Maschine ausgestoßenem Abgas enthalten ist, und auf eine Temperatur von nicht weniger als 600°C zu erhitzen, um erzwungenermaßen einen Kriechstrom von dem Heizerteil zu dem Erfassungsteil zu erzeugen und einen anormalen Zustand der Erfassungselektroden und entsprechender elektrischer Leitungsteile auf Grundlage eines Kriechstroms zu erfassen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung steht in Beziehung mit und beansprucht die Priorität aus den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2010-167401 , die am 26. Juli 2010 eingereicht wurde, und Nr. 2011-094668 , die am 21. April 2011 eingereicht wurde, wobei deren Inhalte hiermit mittels Bezugnahme eingebunden sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Feinstaub-Erfassungssensoren einer Ausführung mit Bezug auf elektrischen Widerstand, Steuereinheiten und Verfahren zum Erfassen einer Menge von Feinstaub PM, der in von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenem Abgas enthalten ist, und eines anormalen Zustands eines Feinstaub-Erfassungssensors, der in einem Abgasrohr platziert ist, durch das das Abgas strömt.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Im Allgemeinen ist ein Dieselmaschine-Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine wie etwa einer Dieselmaschine mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestattet. Das DPF ist in einem Abgasrohr des Dieselmaschine-Abgasreinigungssystems platziert. Das DPF kann leitfähigen Feinstaub bzw. Feststoff PM aus dem von der Dieselmaschine ausgestoßenen Abgas einfangen und beseitigen. Zum Beispiel enthält der Feinstaub bzw. Feststoff PM umweltschädliche Stoffe, insbesondere Ruß und einen löslichen organischen Anteil (SOF: „soluble organic fraction”), usw. Das DPF besteht aus poröser Keramik mit hoher Wärmebeständigkeit. Wenn Abgas durch das Abgasrohr strömt, fangen Zellwände mit Poren in dem DPF in dem Abgas enthaltenen Feinstaub bzw. Feststoff ein, um das Abgas zu reinigen.
Wenn eine Menge von in dem DPF eingefangenem Feinstaub PM eine vorbestimmte zulässige Menge überschreitet, kommt es zu verstopften Zellwänden in dem DPF und wird dadurch ein Druckverlust bzw. -abfall des DPF erhöht. Die verstopften Zellwände in dem DPF ermöglichen es dem in dem Abgas enthaltenen Feinstaub, das DPF zu durchströmen, ohne dass der Feinstaub eingefangen wird. Dies verhindert, dass das Abgas gereinigt wird. Um dies zu vermeiden, ist es für eine Steuereinheit notwendig, das DPF nach jeder vorbestimmten Zeitdauer zu regenerieren, um die Einfangfunktion des DPF wiederherzustellen. Die Zeitdauer zum Ausführen des Schritts einer Regeneration des DPF wird basierend auf einem Grad bzw. Ausmaß der erhöhten Druckdifferenz zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite des DPF bestimmt, die durch Feinstaub PM verursacht wird, der durch das DPF eingefangen und in diesem angesammelt ist.
Um die Zeitdauer zum Ausführen des Schritts einer Regeneration des DPF korrekt zu erfassen, ist in einem Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ein Differenzsensor platziert.
Während des Schritts einer Regeneration des DPF wird ein Verbrennungsabgas mit einer hohen Temperatur gezwungenermaßen in das Innere des DPF eingeführt, indem ein Heizer verwendet wird oder eine Nacheinspritzung ausgeführt wird, um den eingefangenen und angesammelten Feinstaub PM zu verbrennen und aus dem DPF zu beseitigen.
Andererseits wurden verschiedene Arten bzw. Ausführungen von Feinstaub-Erfassungssensoren (die hierin nachstehend als die ”PM-Erfassungssensoren” bezeichnet werden, wobei diese zum Beispiel in verschiedenen Patentdruckschriften offenbart sind, die nachstehend erläutert werden) vorgeschlagen, die im Stande sind, Feinstaub direkt zu erfassen, der in von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenem Abgas enthalten ist.
Ein derartiger PM-Erfassungssensor ist auf einer stromabwärts liegenden Seite des DPF platziert, um eine Menge von in Abgas enthaltenem Feinstaub PM nach Durchströmen des DPF zu erfassen. Zum Beispiel kann eine bordeigene Diagnosevorrichtung (OBD: „on-board diagnosis device”), die die Betriebsbedingung des DPF überwacht, das Erfassungsergebnis des PM-Erfassungssensors verwenden, um ein Auftreten eines Fehlers und einer Beschädigung an dem DPF zu erfassen.
Ein Platzieren eines derartigen Feinstaub-Erfassungssensors auf der stromaufwärts liegenden Seite des DPF ermöglicht es dem Feinstaub-Erfassungssensor, die Menge von in dem Abgas enthaltenem Feinstaub PM zu erfassen, das in das DPF einzuführen ist. Es ist dadurch möglich, auf Grundlage der erfassten Menge von Feinstaub PM in dem DPF die optimale Zeit zu bestimmen, um den Schritt einer Regeneration des DPF auszuführen, ohne einen Differenzsensor zu verwenden.
Zum Beispiel offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. S59-197847 einen Rauch-/Rußsensor einer Ausführung mit Bezug auf elektrischen Widerstand, der als ein PM-Erfassungssensor arbeitet. Ein derartiger Rauch-/Rußsensor besteht aus einem Paar leitfähiger Erfassungselektroden, einem elektrischen Isolationssubstrat und einem Heizerteil. Die paarweisen Erfassungselektroden sind an der vorderen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats ausgebildet. Der Heizerteil ist an der hinteren Oberfläche oder dem Inneren des elektrischen Isolationssubstrats ausgebildet. Ein derartiger Rauch-/Rußsensor einer Ausführung mit Bezug auf elektrischen Widerstand verwendet Leitfähigkeitseigenschaften von Rauch. Der Rauch-/Rußsensor erfasst einen elektrischen Widerstand, der gemäß einer Veränderung einer Menge von Rauchpartikeln verändert wird, die zwischen den paarweisen Erfassungselektroden angesammelt ist. Die paarweisen Erfassungselektroden bilden einen Erfassungsteil des Rauch-/Rußsensors. Der Rauch-/Rußsensor einer Ausführung mit Bezug auf elektrischen Widerstand weist einen hohen elektrischen Widerstandswert zwischen den paarweisen Erfassungselektroden auf, bis eine vorbestimmte Menge von Feinstaub PM zwischen den paarweisen Erfassungselektroden gefangen und angesammelt ist.
Ferner gibt es eine weitere Art bzw. Ausführung eines PM-Erfassungssensors, der zusätzlich zu der Funktion des Rauch-/Rußsensors die Anormalitätserfassungsfunktion aufweist, wobei dieser in der europäischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 1925926 offenbart ist. Dieser PM-Erfassungssensor weist einen Aufbau auf, bei dem Heizelektroden von einem Paar elektrischer Isolationsschichten in die Mitte genommen sind und ein Paar leitfähiger Erfassungselektroden an einer elektrischen Isolationsschicht ausgebildet ist und ein Paar leitfähiger Bezugselektroden an der anderen elektrischen Isolationsschicht ausgebildet ist. Da der PM-Erfassungssensor, der in der europäischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 1925926 offenbart ist, die leitfähigen Bezugselektroden aufweist, die an einer gegenüberliegenden Position der leitfähigen Erfassungselektroden über die Heizelektroden hinweg angeordnet sind, ist es möglich, auf Grundlage der Erfassungssignale, die von den leitfähigen Bezugselektroden und den leitfähigen Erfassungselektroden übermittelt werden, zu erfassen, ob sich der PM-Erfassungssensor in einem normalen Zustand oder einem anormalen Zustand befindet.
Ferner offenbart die offengelegte japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. JP 2008-138661 einen PM-Erfassungssensor, bei dem ein Paar Erfassungselektroden mit einem vorbestimmten Abstand auf einer Oberfläche eines elektrisch Isolationssubstrats derart ausgebildet ist, dass die paarweisen Erfassungselektroden einander zugewandt sind bzw. gegenüber liegen, und eine leitfähige Schicht mit einer vorbestimmten Leitfähigkeit ausgebildet ist, die die paarweisen Erfassungselektroden abdeckt. Der PM-Erfassungssensor mit dem vorgenannten Aufbau behebt eine nicht erfassbare Zeitdauer und erfasst ein Auftreten eines Bruchs von den paarweisen Erfassungselektroden oder Elektrodenleitungsteilen (oder -drähten) der paarweisen Erfassungselektroden.
Im Allgemeinen, wenn bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen PM-Erfassungssensoren einer Ausübung mit Bezug auf elektrischen Widerstand, die in verschiedenen herkömmlichen Patentdruckschriften offenbart sind, die an den Erfassungselektroden eingefangene und angesammelte Menge von Feinstaub PM eine vorbestimmte Menge überschreitet, ist der PM-Erfassungssensor gesättigt und wird es schwierig, die Veränderung eines Widerstands zwischen den Erfassungselektroden korrekt zu erfassen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind in dem PM-Erfassungssensor Heizelektroden eingebettet. Der Heizerteil wird erhitzt, wenn er elektrische Energie aufnimmt.
Der in dem PM-Erfassungssensor eingebettete Heizerteil erhitzt die aus den paarweisen Erfassungselektroden bestehenden Erfassungsteile auf eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel innerhalb eines Temperaturbereichs von 400°C bis 600°C), um zwischen den Erfassungselektroden angesammelten Feinstaub PM zu verbrennen. Der vorgenannte Verbrennungsschritt macht es möglich, die Erfassungsfähigkeit des PM-Erfassungssensors auf Grundlage der Diagnose des elektrischen Widerstands zwischen den paarweisen Erfassungselektroden wiederherzustellen oder zu regenerieren.
Im Übrigen, wenn nach Beendigung des vorgenannten Verbrennungsschritts eine gewisse Menge von Feinstaub PM zwischen den paarweisen Erfassungselektroden verbleibt, wenn nämlich ein unzulänglicher Schritt einer Verbrennung des Feinstaubs PM erfolgt ist, beeinflusst der verbleibende Feinstaub PM den PM-Erfassungssensor nachteilig, und zwar verursacht er eine fehlerhafte Erfassung des PM-Erfassungssensors.
Um die fehlerhafte Erfassung des PM-Erfassungssensors zu vermeiden, gibt es eine Technik zum Erhöhen der Temperatur des Heizerteils in dem PM-Erfassungssensor. Diese Technik erzeugt jedoch ein Schwingungsrauschen abhängig von einem an den Heizerteil zugeführten elektrischen Puls, wenn die Temperatur des Heizerteils eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, und das erzeugte Rauschen wird einem Erfassungssignal des PM-Erfassungssensors überlagert. Das Ergebnis einer Untersuchung eines Erfinders hat nämlich bewiesen, dass ein elektrischer Isolationswiderstand des aus Aluminiumoxid bestehenden elektrischen Isolationssubstrats erheblich verringert ist und dadurch zwischen den paarweisen Erfassungselektroden ein Leitungspfad erzeugt wird, wenn der Heizerteil eines PM-Erfassungssensors erhitzt wird und die Temperatur des Heizerteils dadurch erhöht wird.
Zum Beispiel wird bei dem herkömmlichen PM-Erfassungssensor, der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP S59-197847 offenbart ist, der Isolationswiderstand des elektrischen Isolationssubstrats verringert, wenn der PM-Erfassungssensor erhitzt wird und die Temperatur des Heizerteils erhöht wird, und fließt ein Kriechstrom von dem Heizerteil über den Leitungspfad, der zwischen den paarweisen Erfassungselektroden ausgebildet wird, zu dem Erfassungsteil. Da ein derartiger Kriechstrom dem Erfassungssignal des PM-Erfassungssensors überlagert wird, ist es im Allgemeinen jedoch schwierig, einen derartigen Kriechstrom auf Grundlage des von dem PM-Erfassungssensor ausgegebenen Erfassungssignals zu erfassen. Selbst wenn jede der paarweisen Erfassungselektroden und/oder der entsprechenden Elektrodenleitungsteil von diesen beschädigt oder gebrochen ist, ist es unmöglich, ein Auftreten eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung an dem PM-Erfassungssensor zu erfassen.
Es ist möglich, ein Auftreten eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung an den Erfassungselektroden in dem PM-Erfassungssensor zu erfassen, indem zusätzlich zu den paarweisen Erfassungselektroden leitfähige Bezugselektroden ausgebildet werden, wie es in der europäischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 1925926 offenbart ist. Diese Technik erfordert jedoch einen komplizierten Aufbau des PM-Erfassungssensors und erhöht dessen Produktionskosten. Weiterhin weist dieser Fall eine Schwierigkeit beim Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung zwischen den paarweisen Erfassungselektroden auf, wenn der Isolationswiderstand des elektrischen Isolators verringert wird und ein Kriechstrom fließt, wenn der Erfassungsteil in dem PM-Erfassungssensor erhitzt wird.
Weiterhin ist es notwendig, die Leitfähigkeit der leitfähigen Schicht mit hoher Genauigkeit anzupassen, um das Erfassungsergebnis des PM-Erfassungssensors mit hoher Genauigkeit zu erhalten, wenn eine leitfähige Schicht mit einer vorbestimmten Leitfähigkeit zwischen den paarweisen Erfassungselektroden ausgebildet ist, wie es bei dem Fall ist, der durch die offengelegte japanische Übersetzung einer PCT-Anmeldung Nr. JP 2008-138661 offenbart ist. Dies erfordert ein kompliziertes Produktionsverfahren und erhöht die Produktionskosten. Weiterhin besteht selbst dann, wenn eine derartige leitfähige Schicht ausgebildet werden kann, eine Möglichkeit darin, dass es schwierig ist, einen anormalen Zustand des PM-Erfassungssensors zu erfassen, und dass die Erfassungsgenauigkeit des PM-Sensors verringert wird, wenn der Isolationswiderstand des elektrischen Isolationssubstrats durch Erhitzung des Heizerteils in dem PM-Erfassungssensor verringert wird. Dieser PM-Erfassungssensor bringt den gleichen Nachteil und das gleiche Problem wie die vorstehend beschriebenen PM-Erfassungssensoren mit sich.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Feinstaub-Erfassungssensor, eine Steuereinheit und ein Verfahren zum Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung des Feinstaub-Erfassungssensors auf Grundlage eines Kriechstroms, wenn ein Erfassungsteil mit einem Paar Erfassungselektroden in dem Feinstaub-Erfassungssensor auf eine hohe Temperatur von nicht weniger als eine vorbestimmte Kriechstrom-Erzeugungstemperatur erhitzt ist, die ermöglicht, dass ein Kriechstrom von einem Heizerteil zu dem Erfassungsteil fließt, bereitzustellen.
Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, stellt eine beispielhafte Ausführungsform eine Steuereinheit bereit. Die Steuereinheit steuert einen Feinstaub-Erfassungssensor, der in einem Abgasrohr eines Abgasreinigungssystems einer Brennkraftmaschine wie etwa einer Dieselmaschine platziert ist. Von der Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas strömt in dem Abgasrohr und wird durch das Abgasrohr nach außerhalb des Abgasreinigungssystems abgeführt. Der Feinstaub-Erfassungssensor ist mit einem Feinstaub-Sensorelement ausgestattet. Das Feinstaub-Sensorelement beinhaltet ein elektrisches Isolationssubstrat und einen Erfassungsteil. Der Erfassungsteil beinhaltet ein Paar Erfassungselektroden, die an einer Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats ausgebildet sind, und einen Heizerteil mit Heizelektroden zum Erzeugen von Heizenergie, wenn sie elektrische Energie aufnehmen. Die erzeugte Heizenergie erhitzt den Erfassungsteil und erhöht dessen Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur.
Die Steuereinheit passt eine Zuführungsmenge von elektrischer Energie an den Heizerteil an. Die Steuereinheit erfasst elektrische Eigenschaften des Heizerteils, die gemäß einer Veränderung einer Menge von an dem Erfassungsteil angesammeltem Feinstaub PM verändert werden. Die Steuereinheit beinhaltet eine Anormalitätserfassungseinrichtung.
Wenn der Erfassungsteil durch Zuführung von elektrischer Energie an den Heizerteil auf eine Temperatur von nicht weniger als eine vorbestimmte Temperatur überhitzt ist, vergleicht die Anormalitätserfassungseinrichtung eine von dem Erfassungsteil gelieferte Ausgabespannung mit einer Ausgabespannung des Erfassungsteils, die im Voraus erhalten wird, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet. Die Anormalitätserfassungseinrichtung der Steuereinheit erfasst das Auftreten eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung des Erfassungsteils auf Grundlage einer Veränderung der Ausgabespannung des Erfassungsteils, die durch einen von dem Heizerteil zu dem Erfassungsteil fließenden Kriechstrom verändert wird. Dieser Kriechstrom wird erzeugt, indem ein Isolationswiderstand des elektrischen Isolationssubstrats verringert wird, wenn der Erfassungsteil auf die Temperatur von nicht weniger als die vorbestimmte Temperatur überhitzt ist.
Zum Beispiel wird die Erfassungsausgabespannung des Erfassungsteils auf Grundlage eines Kriechstroms, der von dem Heizerteil zu dem Erfassungsteil fließt, wenn der Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt ist, im Voraus erfasst und in einem Speicher als der normale Erfassungsausgabewert gespeichert. Die Steuereinheit vergleicht eine Erfassungsausgabespannung des Erfassungsteils auf einer Temperatur mit dem gespeicherten normalen Erfassungsausgabewert als einen Schwellenwert, um ein Auftreten eines anormalen Zustands des Erfassungsteils des Feinstaub-Erfassungssensors zu erfassen.
Wenn der Erfassungsteil auf eine Temperatur von nicht weniger als die vorbestimmte Temperatur erhitzt ist, wird Feinstaub verbrannt. Dies macht es möglich, an dem Erfassungsteil angesammelten Feinstaub von dem Erfassungsteil zu beseitigen, und den elektrischen Widerstandswert zwischen den paarweisen Erfassungselektroden in dem Erfassungsteil zu erhöhen. Dies verursacht eine Schwierigkeit im Hinblick auf ein Fließen von Strom zwischen den paarweisen Erfassungselektroden, aber ein Kriechstrom fließt von den Heizelektroden des Heizerteils zu dem Erfassungsteil, da der Isolationswiderstandswert des elektrischen Isolationssubstrats durch den Temperaturanstieg verringert ist. Die Steuereinheit vergleicht die Ausgabespannung des Erfassungsteils, die dem Kriechstrom entspricht, wenn der Erfassungsteil überhitzt ist, mit der Ausgabespannung in dem normalen Zustand, die dem Kriechstrom entspricht, wenn der Erfassungsteil nicht überhitzt ist, nämlich normal arbeitet. Dies macht es möglich, auf einfache Weise ein Auftreten eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung des Erfassungsteils des Feinstaub-Erfassungssensors zu erfassen.
Insbesondere ist es für die Steuereinheit gemäß der beispielhaften Ausführungsform möglich, einen anormalen Zustand oder eine Beschädigung des Erfassungsteils des Feinstaub-Erfassungssensors zu diagnostizieren, ohne dass ein Aufbau eines herkömmlichen Feinstaub-Erfassungssensors verändert wird.
Bei der Steuereinheit gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform erfasst die Anormalitätserfassungseinrichtung ein Auftreten eines anormalen Zustands einer Erfassungselektrode und/oder eines entsprechenden Elektroden(zu)leitungsteils von dieser auf einer Seite einer elektrischen Energiequelle, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils im Vergleich zu der Ausgabespannung des Erfassungsteils, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet, höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.
Ferner erfasst die Anormalitätserfassungseinrichtung ein Auftreten einer Verschlechterung des Erfassungsteils, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils im Vergleich zu der Ausgabespannung des Erfassungsteils, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet, niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellenwert. Weiterhin erfasst die Anormalitätserfassungseinrichtung ein Auftreten eines anormalen Zustands einer Erfassungselektrode und/oder eines entsprechenden Elektroden(zu)leitungsteils von dieser auf einer Seite einer Erdung, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils nicht erfasst wird.
Wenn die Erfassungselektrode und/oder der entsprechende Elektroden(zu)leitungsteil von dieser auf der Seite der elektrischen Energiequelle beschädigt ist, wird die Ausgabeerfassungsspannung, die von dem Elektroden(zu)leitungsteil und der Erfassungselektrode an der elektrischen Energiequelle erhalten wird, im Vergleich zu der Erfassungsausgabespannung des Erfassungsteils während des normalen Betriebs des Erfassungsteils durch einen Kriechstrom erhöht, der von dem Heizerteil zu dem Erfassungsteil fließt.
Ferner, wenn eine Verschlechterung in dem Erfassungsteil durch Trennung der Erfassungselektroden von dem elektrischen Isolationssubstrat, Wanderung von in den Erfassungselektroden enthaltenen Komponenten bzw. Bestandteilen und der Ansammlung von an dem Erfassungsteil angesammeltem Feinstaub PM auftritt, wird die Erfassungsausgabespannung des Erfassungsteils gemäß einer Beförderung bzw. einer Begünstigung bzw. einem Voranschreiten der Verschlechterung verringert.
Weiterhin wird kein Kriechstrom erzeugt, wenn die Erfassungselektrode und/oder der entsprechende Elektroden(zu)leitungsteil von dieser auf der Erdungsseite beschädigt ist.
Gemäß den Sachverhalten, die durch die Erfinder gemäß der vorliegenden Erfindung erkannt wurden, ist es für die Steuereinheit möglich, die Ursachen eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung des Feinstaub-Sensorelements zu bestimmen. Dies macht es möglich, die Ursache eines anormalen Zustands des Feinstaub-Erfassungssensors zu beheben, wenn ein anormaler Zustand auftritt. Dies macht es möglich, die Zuverlässigkeit des Feinstaub-Erfassungssensors zu erhöhen.
Bei der Steuereinheit gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform erfasst die Steuereinheit das Vorliegen von in Abgas enthaltenem Feinstaub auf Grundlage der von dem Erfassungsteil des Feinstaub-Erfassungssensors gelieferten Ausgabespannung, die gemäß einer Veränderung des elektrischen Widerstandswert zwischen den paarweisen Erfassungselektroden des Erfassungsteils verändert wird, wenn die elektrische Energie an den Heizerteil zugeführt wird.
Dies macht es möglich, das Vorliegen von Feinstaub, der in dem als das Zielerfassungsgas dienenden Abgas enthalten ist, während des normalen Betriebs ohne schädlichen Einfluss von Kriechstrom zu erfassen, wenn der Erfassungsteil eine Temperatur aufweist, die niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel 600°C), auf der an dem Erfassungsteil angesammelter Feinstaub verbrannt wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein Feinstaub-Sensorelement in einem Feinstaub-Erfassungssensor bereitgestellt, das in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine platziert ist, durch das von der Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas strömt und nach außen abgeführt wird.
Das Feinstaub-Sensorelement weist ein elektrisches Isolationssubstrat, einen Erfassungsteil und einen Heizerteil auf.
Der Erfassungsteil beinhaltet ein Paar Erfassungselektroden, die an einer Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats ausgebildet sind. Der Heizerteil weist Heizelektroden auf, die Heizenergie erzeugen, wenn sie elektrische Energie von einer äußeren elektrischen Energiequelle aufnehmen. Die erzeugte Heizenergie erhöht den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur. Der Erfassungsteil beinhaltet die paarweisen Erfassungselektroden. Der Heizerteil beinhaltet die Heizelektroden. Die Erfassungselektroden und die Heizelektroden sind an der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats nahe zueinander ausgebildet.
Der Feinstaub-Erfassungssensor mit dem vorgenannten Aufbau weist die überlegenen temperaturgesteuerten Eigenschaften auf, da der Erfassungsteil und der Heizerteil an der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats nahe zueinander ausgebildet sind. Dies macht es möglich, die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Heizerteil und dem Erfassungsteil zu erhöhen. Ferner macht es der vorgenannte Aufbau möglich, die Dicke und die Größe des Feinstaub-Erfassungssensors zu verringern. Der Feinstaub-Erfassungssensor weist einen einfachen Aufbau und eine geringe Größe im Vergleich zu einem herkömmlichen Feinstaub-Erfassungssensor auf. Dies macht es weiterhin möglich, die Gesamtzahl an Schritten zum Herstellen des Feinstaub-Erfassungssensors zu verringern und die Kosten einer Herstellung des Feinstaub-Erfassungssensors zu verringern.
Weiterhin ist es im Vergleich zu dem Aufbau des herkömmlichen Feinstaub-Erfassungssensors, bei dem der Erfassungsteil dem Heizerteil über das elektrische Isolationssubstrat hinweg gegenüber liegt (der Erfassungsteil und der Heizerteil nicht an der gleichen Oberfläche ausgebildet sind), für den Feinstaub-Erfassungssensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform möglich, einen Kriechstrom auf einfache Weise zu erzeugen und das Fließen eines Kriechstroms zu erlauben, da der Kriechstrom an der Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats fließt, wenn die Steuereinheit einen anormalen Zustand des Erfassungsteils, wie etwa eine Beschädigung an dem Erfassungsteil, durch Erhitzen des Erfassungsteils auf eine Kriechstrom-Erzeugungstemperatur von nicht weniger als die vorbestimmte Temperatur und durch zwangsweises bzw. erzwungenes Erzeugen eines Kriechstroms erfasst, wobei die vorbestimmte Temperatur die Feinstaub-Erfassungstemperatur ist, und beinhaltet der Erfassungsteil die Erfassungselektroden und die Elektroden(zu)leitungsteile von diesen. Dies macht es möglich, die Temperatur zu verringern, wenn ein anormaler Zustand des Erfassungsteils erfasst wird, und die Art eines anormalen Zustands des Erfassungsteils auf einfache Weise zu bestimmen. Eine Verwendung der vorgenannten niedrigen Kriechstrom-Erzeugungstemperatur macht es möglich, die Haltbarkeit bzw. Lebensdauer der Erfassungselektroden zu erhöhen und den Feinstaub-Erfassungssensor mit hoher Genauigkeit und hoher Erfassungszuverlässigkeit bereitzustellen.
Bei dem Feinstaub-Erfassungssensor gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Heizelektroden des Heizerteils nahe zu den paarweisen Erfassungselektroden angeordnet. Der Heizerteil weist einen Heizerleitungsteil auf, durch den die Heizelektroden elektrisch mit der elektrischen Energiequelle verbunden sind.
Da die Erfassungselektroden des Erfassungsteils und die Heizelektroden des Heizerteils nahe zueinander angeordnet sind, ist es möglich, ein einfaches Fließen eines Kriechstroms zu ermöglichen. Dies macht es möglich, die Heiztemperatur zu verringern, auf der die Steuereinheit einen anormalen Zustand des Erfassungsteils erfasst. Ferner ist es möglich, den Feinstaub-Erfassungssensor mit den überlegenen Funktionen, die vorstehend beschrieben sind, auf einfache Weise bereitzustellen.
Bei dem Feinstaub-Erfassungssensor gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegt ein Abstand zwischen den Erfassungselektroden und den Heizelektroden innerhalb eines Bereichs von 100 μm bis 1360 μm.
Es ist bevorzugt, dass der Feinstaub-Erfassungssensor den Abstand zwischen den Erfassungselektroden und den Heizelektroden innerhalb eines Bereichs von 100 μm bis 1360 μm aufweist. Dieser Aufbau macht es möglich, die gleichen Wirkungen zu erhalten und zu unterbinden, dass der Kriechstrom die Erfassungsausgabespannung des Erfassungsteils beeinträchtigt.
Bei dem Feinstaub-Erfassungssensor gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform beinhaltet jede der Erfassungselektroden einen Basisteil und eine Vielzahl von Hilfselektroden einer Kammform. Der Basisteil ist mit dem entsprechenden Elektroden(zu)leitungsteil verbunden.
Da jede der Erfassungselektroden in dem Erfassungsteil des Feinstaub-Erfassungssensors eine Kammform aufweist, ist es möglich, ein Auftreten eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung des Erfassungsteils auf Grundlage des erfassten Kriechstroms zu erfassen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Steuern eines Feinstaub-Erfassungssensors bereitgestellt, der in einem Abgasrohr eines Abgasreinigungssystems einer Brennkraftmaschine platziert ist, durch das von der Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas strömt und nach außerhalb des Abgasreinigungssystems abgeführt wird. Der Feinstaub-Erfassungssensor weist ein Feinstaub-Sensorelement auf, das ein elektrisches Isolationssubstrat, einen Erfassungsteil und einen Heizerteil beinhaltet. Der Erfassungsteil beinhaltet ein Paar Erfassungselektroden, das an einer Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats ausgebildet ist. Der Heizerteil umfasst Heizelektroden zum Erzeugen von Heizenergie, wenn sie elektrische Energie aufnehmen, um den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen.
Das Verfahren führt elektrische Energie an die Heizelektroden des Heizerteils zu, um Heizenergie von dem Heizerteil zu erzeugen und den Erfassungsteil auf eine Temperatur von nicht weniger als eine vorbestimmte Kriechstrom-Erzeugungstemperatur zu erhitzen. Auf der vorbestimmten Kriechstrom-Erzeugungstemperatur wird ein Isolationswiderstandswert des elektrischen Isolationssubstrats zwangsweise bzw. erzwungenermaßen verringert, und wird dadurch ein Kriechstrom erzeugt und fließt dieser von dem Heizerteil zu dem Erfassungsteil.
Das Verfahren vergleicht eine von dem Erfassungsteil erhaltene Erfassungsausgabespannung, die dem zwangsweise bzw. erzwungenermaßen erzeugten Kriechstrom entspricht, mit einer von dem Erfassungsteil erhaltenen Erfassungsausgabespannung, die einem Kriechstrom entspricht, der fließt, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet.
Das Verfahren erfasst ein Auftreten eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung der Erfassungselektrode und des Elektroden(zu)leitungsteils von dieser auf einer Seite einer elektrischen Energiequelle, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils im Vergleich zu der Ausgabespannung des Erfassungsteils, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet, höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.
Das Verfahren erfasst ein Auftreten einer Verschlechterung oder einer Beschädigung des Erfassungsteils, der die Erfassungselektroden und die Elektroden(zu)leitungsteile von diesen beinhaltet, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils im Vergleich zu der Ausgabespannung des Erfassungsteils, die während des normalen Zustands des Erfassungsteils erhalten wird, niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.
Das Verfahren erfasst ein Auftreten eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung der Erfassungselektrode und des Elektroden(zu)leitungsteils von dieser auf einer Seite einer Erdung, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils nicht erfasst wird.
Das vorgenannte Verfahren macht es möglich, einen anormalen Zustand oder eine Beschädigung des Erfassungsteils, der die Erfassungselektroden und die Elektroden(zu)leitungsteile beinhaltet, zu erfassen und die Art von diesem/dieser zu bestimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen wird beispielhaft eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei gilt:
1A ist eine Darstellung, die die Temperatureigenschaften eines Isolationswiderstandswerts von Aluminiumoxid zeigt;
1B ist eine schematische Darstellung, die einen Kriechstrom zeigt, der in einem PM-Sensorelement gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fließt;
2A ist eine vergrößerte Darstellung, die einen Teil des gemäß 1B gezeigten PM-Erfassungssensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform zeigt, der an einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine installiert ist;
2B ist eine Darstellung, die einen Gesamtaufbau eines Abgasreinigungssystems der Brennkraftmaschine wie etwa einer Dieselmaschine zeigt, das mit dem PM-Erfassungssensor und einer Steuereinheit ausgestattet ist;
3 ist eine Darstellung, die die Temperatureigenschaften des PM-Erfassungssensors, sowie Bewertungsbedingungen und eine Schaltungsanordnung zeigt, die zum Vergleichen einer normalen Erfassungsausgabespannung des PM-Erfassungssensors mit einer anormalen Erfassungsausgabespannung des PM-Erfassungssensors verwendet werden, wenn eine Erfassungselektrode oder deren Elektrodenleitungsteil beschädigt ist;
4 ist eine Darstellung, die ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands in dem PM-Erfassungssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Darstellung, die die Temperatureigenschaften der Ausgabespannung des PM-Erfassungssensors zeigt, was die Beziehung zwischen einer Ausgabespannung des PM-Erfassungssensors und der Temperatur des PM-Erfassungssensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angibt;
6A ist eine perspektivische Darstellung, die eine Konfiguration einer Steuereinheit und des mit dem PM-Sensorelement ausgestatteten PM-Erfassungssensors gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6B ist eine perspektivische Darstellung, die eine schematische Konfiguration der Steuereinheit und des PM-Erfassungssensors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine Darstellung, die ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen eines anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8A und 8B sind Darstellungen, die eine charakteristische Beziehung zwischen einer Ausgabespannung und einer Temperatur des PM-Erfassungssensors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigen, was das Verfahren zum Erfassen verschiedener Arten eines anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors auf Grundlage der Temperatureigenschaften des PM-Erfassungssensors zeigt, wenn sich der PM-Erfassungssensor in dem anormalen Zustand befindet;
9A ist eine perspektivische Darstellung, die eine Konfiguration des PM-Sensorelements in dem PM-Erfassungssensor gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
9B ist eine frontale Darstellung, die eine schematische Konfiguration des PM-Sensorelements in dem PM-Erfassungssensor gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden hierin unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen bezeichnen gleiche bzw. ähnliche Bezugszeichen oder -ziffern bei den verschiedenen Darstellungen durchweg gleiche bzw. ähnliche oder äquivalente Bestandteile.
Erste beispielhafte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 1A und 1B bis 5 wird eine Beschreibung eines Feinstaub-Erfassungssensors 1, der mit einem Feinstaub-Sensorelement 10 ausgestattet ist, einer Steuereinheit 2 und eines Verfahrens gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Der Feinstaub-Erfassungssensor 1 wird kurz als der ”PM-Erfassungssensor 1” bezeichnet.
1A ist eine Darstellung, die die Temperatureigenschaften eines Isolationswiderstandswerts von Aluminiumoxid zeigt. Wie es nachstehend ausführlich erläutert wird, besteht ein elektrisches Isolationssubstrat in dem Feinstaub-Sensorelement 10 (kurz PM-Sensorelement 10) des Feinstaub-Erfassungssensors 1 (kurz PM-Erfassungssensor 1) aus Aluminiumoxid. 1B ist eine schematische Darstellung, die einen Kriech- bzw. Leckstrom zeigt, der in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fließt. 2A ist eine vergrößerte Darstellung, die einen Teil des gemäß 1 gezeigten PM-Erfassungssensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Gemäß 2A ist der PM-Erfassungssensor 1 an einem Abgasrohr EX einer Brennkraftmaschine E/G wie etwa einer Dieselmaschine oder einem Dieselmotor installiert. 2B ist eine Darstellung, die einen Gesamtaufbau eines Abgasreinigungssystems der Brennkraftmaschine E/G zeigt, das mit dem PM-Erfassungssensor 1 und einer Steuereinheit 2 ausgestattet ist.
Die folgende Beschreibung wird einen Fall zeigen, bei dem der PM-Erfassungssensor 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform auf ein Abgasreinigungssystem der Brennkraftmaschine E/G wie etwa einer Dieselmaschine oder einem Dieselmotor eines Dieselfahrzeugs angewandt ist.
Der PM-Erfassungssensor 1 ist in dem Abgasrohr EX der Brennkraftmaschine platziert und erfasst eine Menge von Feinstaub PM, der in einem Zielerfassungsgas wie etwa von der Brennkraftmaschine E/G ausgestoßenem Abgas enthalten ist. Die Steuereinheit 2 empfängt eine Ausgabespannung als das Erfassungsergebnis des PM-Erfassungssensors 1 und führt die Verbrennungssteuerung der Brennkraftmaschine E/G, die Regeneration der Abgasreinigungsvorrichtung und die Erfassung eines anormalen Zustands oder einer Beschädigung des PM-Erfassungssensors 1 auf Grundlage der empfangenen Erfassungsergebnisse aus.
Wie es gemäß 1B gezeigt ist, weist das PM-Sensorelement 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 ein elektrisches Isolationssubstrat 13 auf. Das elektrische Isolationssubstrat 13 besteht aus Aluminiumoxid. Ein Isolationswiderstand von Aluminiumoxid weist die gemäß 1A gezeigten Temperatureigenschaften auf.
Wie es gemäß 1B gezeigt ist, weist der PM-Erfassungssensor 1 das PM-Sensorelement 10 auf. Das PM-Sensorelement 10 beinhaltet einen Erfassungsteil 100 und einen Heizerteil 300. Der Erfassungsteil 100 weist ein Paar Erfassungselektroden 11 und 12 auf. Die paarweisen bzw. gepaarten Erfassungselektroden 11 und 12 sind an/auf einer (Ober-)Fläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet. Der Heizerteil 300 weist Heizelektroden 31 auf. Die Heizelektroden 31 sind im Inneren des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet. Die Heizelektroden 31 erzeugen Heizenergie, wenn sie elektrische Energie erhalten.
Der Erfassungsteil 100 des PM-Sensorelements 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 ist in dem Abgasrohr EX platziert, so dass das PM-Sensorelement 10 einem als ein Zielerfassungsgas dienenden Abgas ausgesetzt ist, das in dem Abgasrohr EX strömt, was gemäß 2A und 2B gezeigt ist.
Da die elektrischen Eigenschaften des PM-Sensorelements 10 gemäß der Veränderung der Menge von Feinstaub PM verändert werden, die durch die paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 eingefangen und angesammelt wird, ist es möglich, die Menge von in dem Abgas enthaltenem Feinstaub PM auf Grundlage des elektrischen Widerstands zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 zu erfassen.
Wenn die Steuereinheit 2 die äußere elektrische Energiequelle VCC anweist, elektrische Energie an den Heizerteil 300 zuzuführen, erzeugen die Heizelektroden 31 des Heizerteils 300 Heizenergie. Die erzeugte Heizenergie erhöht die Temperatur des Erfassungsteils 100. Dies macht es möglich, einen Isolationswiderstand des elektrischen Isolationssubstrats 13 zu verringern, und ein Kriechstrom fließt von dem Heizerteil 300 zu dem Erfassungsteil 100.
Die Steuereinheit 2 vergleicht den Kriechstrom, wenn der Heizerteil 300 Heizenergie erzeugt, mit einem üblichen Kriechstrom, wenn der PM-Erfassungssensor 1 unter einer gewöhnlichen Bedingung arbeitet. Die Steuereinheit 2 erfasst ein Auftreten eines anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors 1, wie etwa eine beschädigte Erfassungselektrode oder einen beschädigten Elektrodenleitungsteil bzw. Elektrodenzuleitungsteil, und einen Grad bzw. ein Ausmaß einer Verschlechterung von jeder der paarweisen Erfassungselektroden in dem PM-Sensorelement 10 auf Grundlage der Vergleichsergebnissen.
Obwohl das elektrische Isolationssubstrat 13 aus Aluminiumoxid besteht, ist es zulässig, einen anderen wärmebeständigen Isolator wie etwa Spinell und Titandioxid (Titanoxid) anstelle von Aluminiumoxid zu verwenden, solange der Isolationswiderstand des elektrischen Isolationssubstrats 13 auf einer hohen Temperatur, zum Beispiel einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 100 Grad (°C) bis mehreren hundert Grad (°C), verringert wird und dadurch ein Kriechstrom fließt. In diesem Fall ist es notwendig, die Temperatureigenschaften einer Veränderung des Widerstandswerts des elektrischen Isolationssubstrats 13 im Voraus zu erfassen.
Die paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensorelement 10 weisen eine Kammstruktur auf, bei der die Erfassungselektrode 11 und die Erfassungselektrode 12 an der (Ober-)Fläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 in einer Kammform abwechselnd ausgebildet sind. Das heißt, dass jede der paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 aus einem Basis- bzw. Grundteil und einer Vielzahl von Hilfs- bzw. Neben- bzw. Zusatzelektroden einer Kammform besteht. Der Basis- bzw. Grundteil von jeder der Erfassungselektroden ist elektrisch mit einem entsprechenden Elektrodenleitungsteil bzw. Elektrodenzuleitungsteil verbunden.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist es zulässig, dass das PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 einen herkömmlichen Aufbau einer Ausführung mit Bezug auf elektrischen Widerstand, der einen Heizerteil und einen Erfassungsteil beinhaltet, sowie ein elektrisches Isolationssubstrat aufweist. Insbesondere weist die Steuereinheit 2 die äußere elektrische Energiequelle VCC an, elektrische Energie an den Heizerteil 300 zuzuführen, um die Temperatur des elektrischen Isolationssubstrats 13 und die Temperatur des Erfassungsteils 100 zwangsweise bzw. erzwungenermaßen zu erhöhen, die höher ist als die übliche Erfassungstemperatur des Erfassungsteils 100, wenn das PM-Sensorelement wie üblich arbeitet, um das Vorliegen von in dem Zielerfassungsgas enthaltenem Feinstaub PM zu erfassen. Wenn die Temperatur des elektrischen Isolationssubstrats 13 erhöht ist, wird in dem elektrischen Isolationssubstrat 13 zwangsweise ein Kriechstrom erzeugt. Die Steuereinheit 2 vergleicht den zwangsweise erzeugten Kriechstrom mit dem üblichen Kriechstrom, der in dem üblichen Erfassungsprozess des Erfassungsteils 100 erhalten wird, und erfasst ein Auftreten eines anormalen Zustands des Erfassungsteils 100 in dem PM-Sensorelement 10 auf Grundlage der Vergleichsergebnisse.
2B zeigt schematisch das Abgasreinigungssystem der die Brennkraftmaschine eines (nicht gezeigten) Dieselfahrzeugs darstellenden Dieselmaschine E/G. Insbesondere zeigt 2A eine vergrößerte Darstellung des PM-Erfassungssensors 1, der an dem gemäß 2B gezeigten Abgasrohr EX der Dieselmaschine E/G installiert ist.
Die gemäß 2B gezeigte Dieselmaschine E/G ist mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem bzw. einem Kraftstoffeinspritzsystem mit gemeinsamer Kraftstoffleitung ausgestattet. Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem erhöht den Druck von Kraftstoff durch eine Hochdruckpumpe PMP. Die gemeinsame Kraftstoffleitung R speichert den Kraftstoff mit einem konstanten hohen Druck und führt den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff mittels eines Einspritzers INJ an jeden der Zylinder zu.
Der PM-Erfassungssensor 1 ist auf der stromabwärts liegenden Seite des Dieselpartikelfilters DPF in dem Abgasrohr EX der Dieselmaschine E/G platziert. Die Steuereinheit 2 und jeder der Teile der Dieselmaschine E/G steuern den Betrieb des PM-Erfassungssensors 1. Die Steuereinheit 2 erfasst Feinstaub PM, der in dem als das Ziel Erfassungsgas dienenden Abgas enthalten ist, auf Grundlage der Ausgabesignale des PM-Erfassungssensors 1. Die Steuereinheit 2 weist die Funktion zum Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors 1 auf. Die Steuereinheit 2 und das Steuerverfahren von dieser werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 2B eine Beschreibung des Aufbaus des Abgasreinigungssystems der fahrzeugseitigen Dieselmaschine eines Kraftfahrzeugs gegeben.
Wie es gemäß 2B gezeigt ist, ist an einem Abgaskrümmer der Dieselmaschine E/G ein Turbinenrad TRB installiert. Wenn ein Turbolader TRB_CGR gemäß der Drehung des Turbinenrads TRB arbeitet, wird komprimierte Luft über einen Zwischenkühler CLR_INT an den Ansaugkrümmer MH_IN zugeführt.
Ein Teil des Abgases, das von einem Auslasskrümmer MH_EX abgeführt wird, wird über ein EGR-Ventil V_EGR und einen EGR-Kühler CLR_EGR an den Ansaugkrümmer MH_IN rückgeführt. Eine zwangsweise Zu-/Rückführung erhöht die Menge von Ansaugluft, um eine Verbrennungseffizienz zu erhöhen, und EGR (Abgasrückführung) unterdrückt bzw. dämpft die Verbrennung der Dieselmaschine, um zu unterbinden, dass Stickstoffoxid (NOx) an die Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs abgeführt wird.
Eine Einheit, die einen Dieseloxidationskatalysator DOC aufweist, und ein Dieselpartikelfilter DPF sind an dem Abgasrohr EX installiert, das mit dem Auslasskrümmer MH_EX verbunden ist, um das von der Dieselmaschine ausgestoßene Abgas zu reinigen. Das heißt, dass unverbrannte Bestandteile bzw. Komponenten, wie etwa Kohlenwasserstoff HC, Kohlenstoffmonoxid und Stickstoffoxid NO, oxidiert werden, wenn das Abgas durch das Abgasrohr EX strömt, nachdem es von der Dieselmaschine ausgestoßen wurde, und das Dieselpartikelfilter DPF Ruß, einen löslichen organischen Anteil (SOF) und aus anorganischen Bestandteilen bestehenden Feinstaub PM, die in dem Abgas enthalten sind, einfängt. Das Dieselpartikelfilter DPF ist auf der stromabwärts liegenden Seite der Einheit mit dem Dieseloxidationskatalysator (DOC) platziert, wie es gemäß 2B gezeigt ist.
Im Allgemeinen wird ein derartiger Dieseloxidationskatalysator DOC an/auf einer (Ober-)Fläche eines bekannten monolytischen Trägers getragen, Zum Beispiel einem aus Cordierit bestehenden keramischen Körper mit einer Wabenstruktur. Wenn das Dieselpartikelfilter DPF zwangsweise regeneriert wird, wird Kraftstoff zugeführt und bei einer Oxidation verbrannt. Dies erhöht die Temperatur des Abgases und der Oxide des Dieseloxidationskatalysators DOC und beseitigt Ruß oder in Feinstaub PM enthaltene Fraktionsbestandteile. Durch Oxidation von Stickstoffoxid NO erzeugtes Stickstoffdioxid NO₂ wird als Oxidationsmittel von Feinstaub PM verwendet, der in dem DPF angesammelt ist, das auf der stromabwärts liegenden Seite der Einheit mit dem Dieseloxidationskatalysator DOC platziert ist. Dies macht es möglich, eine kontinuierliche Oxidation auszuführen.
Das Dieselpartikelfilter DPF weist eine Filterstruktur einer Wall-Flow- bzw. Wandstromausführung auf, die wohlbekannt ist. Zum Beispiel wird ein poröser keramischer Körper mit Wabenstruktur extrudiert ausgeformt. Der poröse keramische Körper mit Wabenstruktur besteht aus wärmebeständiger Keramik wie etwa Cordierit. An der Einlassfläche des Dieselpartikelfilters DPF sind Zellen abwechselnd durch Verschlusselemente verschlossen, so dass die Fläche der Einlassfläche ein Schachbrettmuster aufweist, bei dem eine von benachbarten Zellen verschlossen ist und die andere Zelle offen ist, und die Auslassfläche weist das Schachbrettmuster auf, bei dem eine von benachbarten Zellen verschlossen ist und die andere Zelle offen ist. Das heißt, dass das Dieselpartikelfilter DPF aus einer Vielzahl von Zellen aufgebaut ist, die durch Zellwände ausgebildet sind. Ein Endteil von jeder der Zellen ist offen und der andere Endteil von dieser ist verschlossen, so dass die verschlossenen Teile auf jeder der Einlassfläche und der Auslassfläche des Dieselpartikelfilters DPF abwechselnd ausgebildet sind.
Jede der Zellen ist entlang der Längsrichtung des Dieselpartikelfilters DPF parallel ausgebildet. Insbesondere weisen die Zellwände in den benachbarten Zellen eine poröse Struktur auf, die das Abgas durchströmt. Die poröse Struktur der Zellwände (die porösen Zellwände) fangen in dem Abgas enthaltenen Feinstaub PM ein, wenn das Abgas die porösen Zellwände durchströmt.
Es ist möglich, ein Dieselpartikelfilter durchgängiger Art auszubilden, das aus dem Dieseloxidationskatalysator DOC und dem Dieselpartikelfilter DPF aufgebaut ist.
In dem Abgasrohr EX ist ein Differenzdrucksensor SP platziert, um die in dem Dieselpartikelfilter DPF angesammelte Menge von Feinstaub PM zu überwachen.
Der Differenzdrucksensor SP ist mit dem Abgasrohr EX auf der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite des Dieselpartikelfilters DPF über Druckeinführungsrohre verbunden. Der Differenzdrucksensor SP erfasst den Druck des Abgases auf der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite des Dieselpartikelfilters DPF, und er gibt ein Erfassungssignal aus, das der Druckdifferenz entspricht, die auf der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite des Dieselpartikelfilters DPF erfasst wird.
Ferner sind Temperatursensoren S1, S2 und S3 auf der stromaufwärts liegenden Seite der Einheit mit dem Dieseloxidationskatalysator DOC, der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite des Dieselpartikelfilters DPF platziert, um die Temperatur des Abgases zu erfassen.
Die Steuereinheit 2 überwacht den Zustand eines Aktivierens des Katalysators in der Einheit mit dem Dieseloxidationskatalysator DOC und den Zustand eines Einfangens des Feinstaubs PM in dem Dieselpartikelfilter DPF auf Grundlage der von den verschiedenen Sensoren SP, S1, S2, S3 usw. übermittelten Erfassungssignale.
Wenn die in dem Dieselpartikelfilter DPF angesammelte Menge von Feinstaub PM einen vorbestimmten zulässigen Wert überschreitet, führt die Steuereinheit 2 den Prozess zum Verbrennen des in dem Dieselpartikelfilter DPF angesammelten Feinstaubs zwangsweise aus, um das Dieselpartikelfilter DPF zu regenerieren, und den Feinstaub PM aus dem Dieselpartikelfilter DPF zu beseitigen.
Weiterhin empfängt die Steuereinheit 2 verschiedene Sensorerfassungssignale, um den Betriebszustand der Brennkraftmaschine E/G zu erfassen, wie etwa Erfassungssignale hinsichtlich einer Ansaugluftmenge und einer Temperatur der Ansaugluft, die von einem Luftmengenmesser AFM übermittelt werden, einer Temperatur von Schmieröl der Brennkraftmaschine, einer Temperatur von Kühlwasser, einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und eines Grads einer Öffnung in einem Drosselventil.
Die Steuereinheit 2 berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge und die Kraftstoffeinspritzzeit auf Grundlage der empfangenen Sensorerfassungssignale.
Zusätzlich zu den vorgenannten Merkmalen weist die Steuereinheit 2 eine (nicht gezeigt) elektrische Energiequelle an, elektrische Energie an den Heizerteil 300 zuzuführen, um den Erfassungsteil 100 auf eine Temperatur von nicht weniger als eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, erfasst sie eine Veränderung einer Ausgabespannung des Erfassungsteils 100 auf Grundlage eines Kriechstroms, der in dem Erfassungsteil 100 ausgehend von dem Heizerteil 300 fließt, und vergleicht sie die erfasste Veränderung der Ausgabespannung mit der üblichen Veränderung, die bei der üblichen Ausgabe des Erfassungsteils 100 erhalten wird, um ein Auftreten eines anormalen Zustands des Erfassungsteils 100 zu erfassen.
Als nächstes wird eine Beschreibung des grundlegenden Betriebs des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der ersten Beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Wie es gemäß 2A und 2B gezeigt ist, wird das als das Zielerfassungsgas dienende Abgas, das von der Brennkraftmaschine E/G ausgestoßen wird, über ein oder mehrere Lochöffnungen 411-1, die in dem Abdeckungsgehäuse 40 des PM-Erfassungssensors 1 ausgebildet sind, in das Innere des PM-Erfassungssensors 1 eingebracht, wobei die Lochöffnungen 411-1 aus Sicht der Strömung des Abgases auf der stromaufwärts liegenden Seite in dem PM-Erfassungssensor 1 ausgebildet sind. Das Abgas kommt mit dem PM-Sensorelement 10 in Berührung und wird durch ein oder mehrere Lochöffnungen 411-2, die in dem Abdeckungsgehäuse 40 des PM-Erfassungssensors 1 ausgebildet sind, nach außerhalb des PM-Erfassungssensors 1 abgegeben, wobei die Lochöffnungen 411-2 aus Sicht der Strömung des Abgases auf der stromabwärts liegenden Seite in dem PM-Erfassungssensor 1 ausgebildet sind.
Falls Feinstaub PM nicht durch das Dieselpartikelfilter DPF eingefangen wird und auf dessen stromabwärts liegende Seite strömt, wird der nicht eingefangene Feinstaub PM in das Innere des PM-Erfassungssensors 1 eingeführt und erreicht er den Erfassungsteil 100 des PM-Sensorelements 10. Der Feinstaub PM wird dann an den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 und der (Ober-)Fläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 angesammelt.
Da die Erfassungselektroden 11 und 12 in dem Erfassungsteil 100 eine Kammstruktur aufweisen und abwechselnd mit einem vorbestimmten Abstand zueinander ausgebildet sind, fließt kein Strom zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12, solange der PM-Erfassungssensor 1 eine Anfangsbedingung beibehält.
Da Feinstaub PM leitfähige Rußpartikel enthält, fließt zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 ein Strom, wenn der elektrische Widerstand zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 erheblich verringert ist, wenn derartiger Feinstaub PM allmählich angesammelt wird, wenn das Abgas mit den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 in Berührung kommt. Da der elektrische Widerstand zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 abhängig von der Menge von Feinstaub PM verändert wird, die zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 angesammelt wird, ist es möglich, Feinstaub PM, der in dem Abgas enthalten ist, das auf der stromabwärts liegenden Seite des Dieselpartikelfilters DPF strömt, auf Grundlage des elektrischen Widerstands zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensorelement 10 zu erfassen. Dies zeigt, dass der PM-Erfassungssensor 1 verwendet werden kann, um ein Auftreten eines anormalen Zustands oder eines Fehlers bzw. einer Störung des Dieselpartikelfilters DPF zu erfassen.
Um zu gewährleisten, dass Feinstaub PM eingefangen wird, ist es ausreichend, das PM-Sensorelement 10 in dem Abgasrohr EX so anzuordnen, dass der Erfassungsteil 100 auf die stromaufwärts liegende Seite des Stroms des Abgases zeigt. Da die Isolationsschutzschicht 14 an/auf der (Ober-)Fläche des elektrischen Isolationssubstrats mit Ausnahme des Erfassungsteils 100 ausgebildet ist, macht es dies weiterhin möglich zu vermeiden, dass Feinstaub an den Leitungsteilen 111, 112 und dem Heizerteil 300 angesammelt wird.
Die Anschlussteile 121, 122, 321 und 322 sind an dem entfernten Endteil des PM-Sensorelements 10 ausgebildet. Die Anschlussteile 121, 122, 321 und 322 sind außerhalb des Abgasrohrs EX platziert und über Draht-/Kabelstränge mit der Steuereinheit 2 elektrisch verbunden.
Während des Schritts zum Erfassen von in dem Abgas enthaltenem Feinstaub PM ist es bevorzugt, dass die Steuereinheit 2 die elektrische Energiequelle anweist, elektrische Energie an den Heizerteil 300 in den PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 zuzuführen, damit der Erfassungsteil 100 eine Temperatur von weniger als 600°C aufweist, zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von 200°C bis 400°C. An dem Erfassungsteil 100 angesammelter Feinstaub PM verbrennt bei einer Temperatur innerhalb dieses Temperaturbereichs nicht.
Wie es bei den gemäß 1A gezeigten Temperatureigenschaften von Aluminiumoxid gezeigt ist, wird der Isolationswiderstandswert von das elektrische Isolationssubstrat 13 bildendem Aluminiumoxid verringert, wenn die Temperatur von Aluminiumoxid, das das elektrische Isolationssubstrat 13 bildet, erhöht wird.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform erfasst die Steuereinheit 2 ein Auftreten eines anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors 1, insbesondere eines anormalen Zustands des PM-Sensorelements 10, auf Grundlage des Ausgabesignals des PM-Erfassungssensors 1, wenn der Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 auf eine Temperatur von nicht weniger als 600°C erhitzt ist, was nicht weniger als eine vorbestimmte Temperatur ist, auf der der Feinstaub PM zu verbrennen beginnt.
Wie es vorstehend beschrieben ist, wie es gemäß 1A gezeigt ist, wird der Isolationswiderstandswert von Aluminiumoxid erheblich verringert, wenn die Temperatur des PM-Erfassungssensors 1 erhöht wird. Dies macht es möglich, einen Kriechstrom von den Heizelektroden 31 des Heizerteils 300 über das elektrische Isolationssubstrat 13 zu den Erfassungselektroden 11 und 12 zu erzeugen (wie es durch eine gepunktete Linie in 1B angedeutet ist).
Die erste beispielhafte Ausführungsform verwendet das vorgenannte Phänomen hinsichtlich des Kriechstroms. Im Speziellen weist die Steuereinheit 2, die als eine Anormalitätserfassungseinrichtung arbeitet, die elektrische Energieversorgung an, elektrische Energie an die Heizelektroden 31 in dem Heizerteil 300 zuzuführen, um die Temperatur des Erfassungsteils 100 des PM-Sensors 10 zwangsweise zu erhöhen und Kriechstrom fließen zu lassen. Die Steuereinheit 2 empfängt das Ausgabeerfassungssignal des PM-Erfassungssensors 1 und berechnet eine Differenz zwischen dem Ausgabeerfassungssignal, das während des gewöhnlichen Betriebs des PM-Erfassungssensors 1 erhalten wird, und dem Ausgabeerfassungssignal, wenn die Temperatur des PM-Sensorelements 10 zwangsweise erhöht ist. Die Steuereinheit 2 erfasst einen anormalen Zustand des PM-Sensorelements 10, wie etwa eine Verschlechterung bzw. Alterung der Erfassungselektroden 11 und 12 und die beschädigte Erfassungselektrode oder den beschädigten Elektrodenleitungsteil in dem PM-Sensorelement 10, auf Grundlage der berechneten Differenz der Ausgabeerfassungssignale.
3 ist eine Darstellung, die die Temperatureigenschaften des PM-Erfassungssensors 1, sowie Bewertungsbedingungen und eine Schaltungsanordnung zeigt, die zum Vergleichen eines normalen Erfassungssignals des PM-Erfassungssensors 1 mit einem anormalen Erfassungssignal des PM-Erfassungssensors 1 verwendet werden, wenn die Erfassungselektrode oder der Elektrodenleitungsteil von dieser beschädigt oder gebrochen ist.
Der Widerstand R zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 (den Zahnelektroden einer Kammform) in dem Erfassungsteil 100 ist elektrisch mit der elektrischen Energiequelle VCC von 5 Volt verbunden.
Wie es gemäß 3 gezeigt ist, gibt die Schaltung des PM-Erfassungssensors 1 die Spannung zwischen den Anschlüssen des Teilungswiderstands R2 als das Erfassungssignal des Erfassungsteils 100 aus. Der Teilungswiderstand R2 ist in Reihe mit Erde bzw. Masse geschaltet. Ferner ist die Heizelektrode (der Heizerwiderstand RH) 31 des Heizerteils 300 in Reihe mit der heizerseitigen elektrischen Energiequelle VB (14 Volt) und einem MOS-FET und einem Nebenschlusswiderstand R1 geschaltet. Die Steuereinheit 2 passt die Temperatur des Heizerteils 300 als Grundlage des Heizerstroms an, der durch die Spannung VA zwischen den Anschlüssen des Nebenschlusswiderstands R1 und die Heizerspannung VRH berechnet wird. Der Aluminiumoxid-Isolationswiderstand RAL des elektrischen Isolationssubstrats 13, das aus Aluminiumoxid besteht, ist zwischen dem Widerstand R und dem Heizerwiderstand RH platziert.
Auf Grundlage der Ausgabespannung V-AUSGABE des Erfassungsteils 100 erfasst die Steuereinheit 2 die Veränderung des Erfassungselektrodenwiderstands R gemäß der Menge von Feinstaub PM, die zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem Erfassungsteil 100 angesammelt ist, wenn keine elektrische Energie an den Heizerteil 300 zugeführt wird.
Andererseits erfasst die Steuereinheit 2 auf Grundlage der Ausgabespannung V-AUSGABE des Erfassungsteils 100 die Veränderung des Erfassungselektrodenwiderstands R, die durch einen Kriechstrom verursacht wird, der erzeugt wird, wenn der Heizerteil 300 zwangsweise erhitzt wird und der Isolationswiderstand des elektrischen Isolationssubstrats 13, das aus Aluminium besteht, verringert wird.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 4 eine Beschreibung des Verfahrens zum Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands des Erfassungsteils des PM-Sensorelements 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform unter Verwendung eines Kriechstroms durch eine Anormalitätserfassungseinrichtung gegeben.
4 ist eine Darstellung, die ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands in dem PM-Erfassungssensor 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In dem Schritt S100, der die Notwendigkeit einer Ausführung der Anormalitätserfassung erfasst, erfasst die Steuereinheit 2, ob die aktuelle Zeit die Zeit zum Erhitzen des Erfassungsteils 100 durch den Heizerteil 300, um das PM-Sensorelement 10 zu regenerieren, ist oder nicht.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt 5100 die Notwendigkeit einer Erhitzung und Regeneration des Heizerteils 300 in dem PM-Sensorelement 10 anzeigt (”JA” in Schritt S100), geht der Betriebsablauf zu Schritt S110, um elektrische Energie an den Heizerteil 300 zuzuführen und den an dem Erfassungsteil 100 angesammelten Feinstaub PM zu verbrennen.
Andererseits, wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S100 keine Notwendigkeit zum Erhitzen und Regenerieren des Erfassungsteils 100 durch den Heizerteil 300 in den PM-Sensorelement 10 anzeigt (”NEIN” in Schritt S100), schließt die Steuereinheit 2 den gemäß 4 gezeigten Anormalitätserfassungsprozess ab.
In Schritt S110 weist die Steuereinheit 2 die elektrische Energiequelle an, elektrische Energie an den Heizerteil 300 zuzuführen, um den Feinstaub PM zu verbrennen, der an dem Teil zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensorelement 10 angesammelt ist. Dies macht es möglich, ein Erzeugen jeglichen Kriechstroms zu vermeiden und die Temperatur des Erfassungsteils 100 auf eine vorbestimmte PM-Verbrennungstemperatur (zum Beispiel 600°C) zu erhöhen, auf der Feinstaub PM verbrannt und von dem Erfassungsteil 100 beseitigt wird. Der Betriebsablauf geht zu Schritt S120.
In Schritt S120 erfasst die Steuereinheit 2, ob der Schritt einer Verbrennung von Feinstaub PM abgeschlossen ist oder nicht. Im Speziellen erfasst die Steuereinheit 2, ob der berechnete Widerstand R zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 auf Grundlage der Ausgabespannung V-AUSGABE des Erfassungsteils 100 kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist oder nicht. Die Steuereinheit 2 erfasst, ob die Zeitdauer einer Zuführung elektrischer Energie an den Heizerteil 300 eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet oder nicht.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S120 den Abschluss des Schritts einer Verbrennung des Feinstaubs PM anzeigt (”JA” in Schritt S120), geht der Betriebsablauf zu Schritt S130. In Schritt S130 weist die Steuereinheit 2 die elektrische Energiequelle an, elektrische Energie an den Heizerteil 300 in dem PM-Sensorelement 10 zuzuführen, um den Erfassungsteil 100 zwangsweise zu erhitzen und zwangsweise zu ermöglichen, dass ein Kriechstrom in dem PM-Sensorelement 10 erzeugt wird und fließt.
Andererseits, wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S120 nicht den Abschluss des Schritts einer Verbrennung des Feinstaubs PM anzeigt (”NEIN” in Schritt S130), kehrt der Betriebsablauf zu Schritt S110 zurück. Die Steuereinheit 2 weist die elektrische Energiequelle an, die Zufuhr elektrischer Energie an den Heizerteil 300 fortzusetzen.
In Schritt S130 weist die Steuereinheit 2 die elektrische Energiequelle an, elektrische Energie an den Heizerteil 300 zuzuführen, um Heizenergie zu erzeugen und die Temperatur des Erfassungsteils 100 auf die vorbestimmte Kriechstrom-Erzeugungstemperatur (zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von 800°C bis 1000°C) zu erhöhen, um zwangsweise einen Kriechstrom zu erzeugen. Der Betriebsablauf schreitet zu Schritt S140 voran.
In Schritt S140 erfasst die Steuereinheit 2 einen Kriechstrom, der zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensorelement 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 fließt, während der Erfassungsteil 100 auf der vorbestimmten Kriechstrom-Erzeugungstemperatur gehalten wird. Der Erfassungsteil 100 in dem PM-Sensorelement 10 gibt keinen Strom aus, da kein Feinstaub PM an dem Teil zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 in dem Erfassungsteil 100 angesammelt ist und die paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 elektrisch voneinander isoliert sind. Da der Erfassungsteil 100 jedoch auf eine Temperatur von nicht weniger als die vorbestimmte Kriechstrom-Erzeugungstemperatur erhitzt ist, wird der Isolationswiderstandswert RAL des elektrischen Isolationssubstrats 13 dadurch verringert und fließt ein Kriechstrom von dem Heizerteil 300 zu dem Erfassungsteil 100. Die Steuereinheit 2 erfasst die Ausgabespannung V-AUSGABE, die der Größe des vorgenannten Kriechstroms entspricht.
In Schritt S150 vergleicht die Steuereinheit 2 den erfassten Kriechstrom mit dem Kriechstrom während des gewöhnlichen Betriebs, der im Voraus erfasst wird, und berechnet sie eine Differenz zwischen diesen. Die Steuereinheit 2 erfasst, ob die berechnete Differenz zwischen diesen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht.
Wenn die berechnete Differenz hinsichtlich des Kriechstroms innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (”JA” in Schritt S150), geht der Betriebsablauf zu Schritt S160. In Schritt S160 führt die Steuereinheit 2 den Prozess zur Beurteilung eines normalen Betriebs aus.
Andererseits, wenn die berechnete Differenz hinsichtlich des Kriechstroms nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt (”NEIN” in Schritt S150), geht der Betriebsablauf zu Schritt S170. In Schritt S170 führt die Steuereinheit 2 den Prozess zur Beurteilung eines anormalen Betriebs aus.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S150 eine Bejahung anzeigt (”JA” in Schritt S150), beurteilt die Steuereinheit 2 (in Schritt S160), dass der PM-Erfassungssensor 1 korrekt und normal arbeitet. Die Steuereinheit 2 schließt den gemäß 4 gezeigten Anormalitätserfassungsprozess ab. Die Steuereinheit 2 führt den üblichen Erfassungsprozess zum Erfassen einer Menge von Feinstaub PM aus, die in dem als das Zielerfassungsgas dienenden Abgas enthalten ist.
Andererseits, wenn das Erfassungsergebnis eine Verneinung anzeigt (”NEIN” in Schritt S150), beurteilt die Steuereinheit 2 (in Schritt S170), dass der PM-Erfassungssensor 1 nicht korrekt arbeitet, und weist sie eine andere Vorrichtung an, ein Anormalitätssignal oder eine Anormalitätswarnung zu erzeugen. Es ist auch möglich, dass die Steuereinheit 2 ein derartiges Anormalitätssignal oder eine derartige Anormalitätswarnung erzeugt. Die Steuereinheit 2 schließt dann den Prozess zur Beurteilung eines anormalen Betriebs ab.
Es wird nun eine Beschreibung des Prozesses zum Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform gegeben.
Die Temperatureigenschaften der Ausgabespannung des PM-Erfassungssensors 1 werden im Voraus erfasst, wenn der PM-Erfassungssensor 1 ohne eine Beschädigung und Verschlechterung bzw. Alterung der Erfassungselektroden einer Kammstruktur oder deren Elektrodenleitungsteil innerhalb eines Temperaturbereichs von 400°C bis 1200°C normal arbeitet. Die Steuereinheit 2 erfasst die Verfassung bzw. den Zustand des mit dem PM-Sensorelement 10 ausgestatteten PM-Erfassungssensors 1 durch Verwendung der Temperatureigenschaften der Ausgabespannung, die wie vorgenannt erhalten werden, als den Schwellenwert.
Die Steuereinheit 2 erfasst, indem sie die Temperatureigenschaften der Ausgabespannung V-AUSGABE während der normalen Verfassung bzw. dem normalen Zustand des Erfassungsteils 100 als den Schwellenwert verwendet, das Auftreten eines anormalen Zustands des Erfassungsteils 100 in dem PM-Erfassungssensor 1, in dem die Erfassungselektrode einer Kammform und deren Elektrodenleitungsteil auf der Seite einer elektrischen Energiequelle (die durch das in 3 gezeigte Bezugszeichen ”A” bezeichnet ist) gebrochen oder beschädigt sind und die Erfassungselektrode einer Kammform und deren Elektrodenleitungsteil auf der Seite einer Erdung (die durch das in 3 gezeigte Bezugszeichen ”B” bezeichnet ist) gebrochen oder beschädigt sind.
5 ist eine Darstellung, die die Temperatureigenschaften der Ausgabespannung des PM-Erfassungssensors 1 zeigt, was die Beziehung zwischen einer Ausgabespannung V-AUSGABE und der Temperatur des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angibt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den Mechanismus einer Beschädigung der Erfassungselektroden 11 und 12 untersucht und die folgenden wichtigen Ergebnisse erhalten.
Wenn die Erfassungselektrode 11 und/oder der entsprechende Elektrodenleitungsteil von dieser auf der Seite der elektrischen Energiequelle VCC aus Sicht des Widerstands R zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 beschädigt oder gebrochen ist, wie es durch das in 3 gezeigte Bezugszeichen ”A” bezeichnet ist, ist/wird die Anstiegsgeschwindigkeit eines Kriechstroms im Vergleich zu derjenigen in dem normalen Betriebszustand gemäß dem Temperaturanstieg erhöht.
Ferner, wenn die Erfassungselektrode 12 und/oder der entsprechende Elektrodenleitungsteil auf der Seite der Erdung aus Sicht des Widerstands R zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 beschädigt oder gebrochen ist, wie es durch das in 3 gezeigte Bezugszeichen ”B” bezeichnet ist, wird kein Kriechstrom erfasst.
Weiterhin ist/wird, wenn der Erfassungsteil 100 verschlechtert bzw. gealtert ist/wird, die Erfassungsausgabespannung des PM-Erfassungssensors 1 verringert. Zum Beispiel wird die Verschlechterung des Erfassungsteils 100 durch verschiedene Ursachen verursacht, wie etwa eine Trennung der paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 von dem elektrischen Isolationssubstrat 13 (siehe 6A), eine Wanderung, bei der eine metallische Komponente der paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 bewegt wird, und eine Ansammlung von Asche wie etwa Feinstaub an dem Erfassungsteil 100.
Weiterhin, wie es vorstehend beschrieben ist, wird kein Kriechstrom erfasst, wenn bei den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 die Erfassungselektrode 12 oder deren Elektrodenleitungsteil auf der Erdungsseite beschädigt oder gebrochen ist.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 5 eine Beschreibung der Ergebnisse der vorgenannten Untersuchung gegeben.
Wie es gemäß 5 gezeigt ist, wird ein Kriechstrom erzeugt und wird auch die Ausgabespannung des PM-Sensorelements 10 gemäß dem Temperaturanstieg erhöht, wenn die Temperatur des PM-Sensorelements 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 eine Temperatur von 800°C überschreitet.
Ferner, wie es gemäß 5 gezeigt ist, wird die Ausgabespannung des PM-Erfassungssensors 1 erhöht, wenn die Erfassungselektrode 11 einer Kammform und/oder der entsprechende Elektrodenleitungsteil von dieser auf der Seite der elektrischen Energiequelle VCC (= 5 V) (wie es durch das in 3 gezeigte Bezugszeichen ”A” bezeichnet ist) beschädigt oder gebrochen ist. Andererseits wird die Ausgabespannung des PM-Erfassungssensors 1 auf null Volt (0 V) verringert, wenn die Erfassungselektrode 12 einer Kammform und/oder der entsprechende Elektrodenleitungsteil von dieser auf der Seite der Erdung (GND) (wie es durch das in 3 gezeigte Bezugszeichen ”B” bezeichnet ist) beschädigt oder gebrochen ist.
Das heißt, dass dies möglich macht, die Position der beschädigten Erfassungselektrode oder deren Elektrodenleitungsteil auf Grundlage des Vergleichsergebnisses zwischen der Ausgabespannung, wenn die Beschädigung aufgetreten ist, und der Ausgabespannung während der normalen Verfassung bzw. des normalen Zustands der Erfassungselektroden, die im Voraus erfasst wird, korrekt zu erfassen und zu bestimmen.
Bei der ersten beispielhaften Ausführungsform beurteilt die Steuereinheit 2, die als eine Anormalitätserfassungseinrichtung arbeitet, dass die Erfassungselektrode 11 und/oder der entsprechende Elektrodenleitungsteil von dieser auf der Seite der elektrischen Energiequelle (VCC) (die in 3 durch das Bezugszeichen ”A” bezeichnet ist) beschädigt oder gebrochen ist, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils 100 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 nicht kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Andererseits beurteilt die als eine Anormalitätserfassungseinrichtung dienende Steuereinheit 2, dass die Erfassungselektrode 12 und/oder der entsprechende Elektrodenleitungssteil von dieser auf der Seite der Erdung (GND) (die in 3 durch das Bezugszeichen ”B” bezeichnet ist) beschädigt oder gebrochen ist, wenn keine Ausgabespannung des Erfassungsteils 100 erfasst wird.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 6A und 6B wird eine Beschreibung des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Der PM-Erfassungssensor 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, der auf der stromabwärts liegenden Seite eines Dieselpartikelfilters DPF platziert ist, erfasst Feinstaub PM, der in Abgas enthalten Ist, das das Dieselpartikelfilter DPF durchströmt hat.
6A ist eine perspektivische Darstellung, die eine Konfiguration der Steuereinheit 2 und des mit dem PM-Sensorelement 10 ausgestatteten PM-Erfassungssensors 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6B ist eine perspektivische Darstellung, die eine schematische Konfiguration der Steuereinheit 2 und des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das PM-Sensorelement 10 weist das elektrische Isolationssubstrat 13, den Erfassungsteil 100 und den Heizerteil 300-1 auf. Der Erfassungsteil 100 und der Heizerteil 300-1 sind an/auf der Vorderseite des PM-Sensorelements 10 ausgebildet.
Der Erfassungsteil 100 beinhaltet die paarweisen bzw. gepaarten Erfassungselektroden 11 und 12 und die Elektrodenleitungsteile 111 und 112. Die paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 und die Elektrodenleitungsteile 111 und 112 sind so ausgebildet, dass sie einander gegenüberliegen bzw. zugewandt sind, wie es gemäß 6A und 6B gezeigt ist.
Die Anschlussteile 121 und 122 sind an den Endteilen der Elektrodenleitungen 111 und 112 ausgebildet. Durch die Anschlussteile 121 und 122 sind die paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 elektrisch mit der Steuereinheit 2 verbunden. Die Steuereinheit 2 erfasst den elektrischen Widerstandswert zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 durch die Anschlussteile 121 und 122.
Der Heizerteil 300-1 beinhaltet die Heizelektroden 31 und Heizerleitungsteilen 311 und 312, die rund um die paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 und die Elektrodenleitungsteile 111 und 112 ausgebildet sind.
Die Anschlussteile 321 und 322 sind an den Endteilen der Heizerleitungsteile 311 und 312 ausgebildet. Durch die Anschlussteile 321 und 322 sind sie elektrisch mit der Steuereinheit 2 verbunden. Elektrische Energie der elektrischen Energiequelle VCC wird über die Anschlussteile 321 und 322 sowie die Heizerleitungsteile 311 und 312 an die Heizelektroden 31 des Heizerteils 300-1 zugeführt.
Die Anschlussteile 121 und 122 sind im Vergleich zu der Position der Anschlussteile 321 und 322 an den Seiten des entfernten Endes des PM-Sensorelements 10 entlang der Längsrichtung des PM-Sensorelements 10 ausgebildet.
Der Erfassungsteil 100 wird durch Verwendung des folgenden Verfahrens hergestellt, Zum Beispiel wird ein keramisches Material mit Aluminiumoxid hoher elektrischer Isolation und hoher Wärmebeständigkeit auf dem elektrischen Isolationssubstrat 13 einer Plattenform durch Verwendung eines Streich-/Abstreifmessers bzw. einer Rakelklinge und eines Pressformungsverfahrens ausgebildet. Die paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 werden an/auf der Vorderseite des elektrischen Isolationssubstrats 13 derart ausgebildet, dass die Erfassungselektroden 11 und 12 eine Kammstruktur aufweisen, die eine Vielzahl von Hilfs- bzw. neben- bzw. Zusatzelektroden beinhaltet. Die Hilfs- bzw. neben- bzw. Zusatzelektroden erstrecken sich ausgehend von dem Basis- bzw. Grundteil der Erfassungselektroden 11 und 12 und sind einander mit einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegend bzw. zugewandt. Die Erfassungselektroden 11 und 12 werden durch Aufdrucken einer Leitpaste, die ein Edelmetall wie etwa Platin Pt enthält, in einem vorbestimmten Muster an/auf eine Oberfläche (oder eine Vorderfläche) des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet. Die Erfassungselektroden 11 und 12 werden mit einem Endanschluss von jeder der Elektrodenleitungen 111 und 121 verbunden, die an/auf der Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind.
Der Basis- bzw. Grundteil von jeder der Erfassungselektroden 11 und 12 erstreckt sich in Richtung der Längsrichtung des elektrischen Isolationssubstrats 13 und ist elektrisch mit den entsprechenden Elektrodenleitungsteilen 111 und 112 verbunden. Die Hilfs- bzw. neben- bzw. Zusatzelektroden der Erfassungselektroden 11 und 12 sind derart abwechselnd angeordnet, dass zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 ein vorbestimmter Abstand ausgebildet ist.
Der Heizerteil 300-1 wird durch Aufdrucken der Heizelektroden 31 und der Heizerleitungen 311 und 312 im einem vorbestimmten Muster an dem vorderen Endteil an/auf der Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats 13, an/auf der der Erfassungsteil 100 ausgebildet ist, durch Verwendung des gleichen Verfahrens hergestellt, das vorstehend beschrieben ist. Die Heizelektroden 31 des Heizerteils 300-1 weisen die Form des Buchstabens ”C” auf und sind so ausgebildet, dass sie den äußeren Umfang bzw. Rand der Erfassungselektroden 11 und 12 aufnehmen, um den Erfassungsteil 100 mit guter Effizienz auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen.
Die Heizelektroden 31 bestehen aus Wolfram (W), Titan (Ti), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Blei (Pb), Silber (Ag), Platin (Pt), Gold (Au) oder einer Legierung von diesen. Mit Blick auf eine Reduzierung der Größe des PM-Sensorelements 10 ist es bevorzugt, ein hochgradig wärmebeständiges Material mit Wanderungsbeständigkeit zu verwenden. Es ist bevorzugt, dass die Heizelektroden 31 eine Breite innerhalb eines Bereichs von 2 μm bis 100 μm, eine Dicke innerhalb eines Bereichs von 0.2 μm bis 100 μm aufweisen. Da das PM-Sensorelement 100 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform eine Struktur aufweist, bei der der Erfassungsteil 100 und der Heizerteil 300-1 an/auf der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats 31 und nahe zueinander ausgebildet sind, ist es möglich, den Erfassungsteil 100 mit hoher Genauigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen.
Da der PM-Erfassungssensor 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die verbesserte Struktur aufweist, bei der der Erfassungsteil 100 und der Heizerteil 300-1 nahe zueinander platziert sind und an/auf der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind, ist es möglich, die Temperatur des Erfassungsteils 100 zu verringern. Dies unterbindet, dass ein durch eine hohe Temperatur des Erfassungsteils 100 verursachter nachteiliger Einfluss auf andere Teile des PM-Erfassungssensors 1 fortgepflanzt wird. Die Struktur des PM-Sensorelements 10 des PM-Erfassungssensors 1 verringert den elektrischen Verbrauch und ermöglicht, dass der Erfassungsteil 100 einfach erhitzt wird.
Zusätzlich ist es bevorzugt, dass zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 des Erfassungsteils 100 und den Heizelektroden 31 ein Abstand innerhalb eines Bereichs von 100 μm bis 1360 μm vorliegt.
Die Struktur der Erfassungselektroden 11 und 12 und der Heizelektroden 31 mit dem Abstand von nicht weniger als 100 μm ermöglicht, dass die Steuereinheit 2 die Verfassung bzw. den Zustand des PM-Erfassungssensors 1 auf einer Temperatur innerhalb eines Niedertemperaturbereichs mit hoher Genauigkeit ohne einen Einfluss auf die Erfassungsausgabespannung des PM-Erfassungssensors 1 erfasst.
Andererseits ist es schwierig, die Größe des elektrischen Isolationssubstrats 13 zu verringern, wenn der Abstand größer als 1360 μm ist, da der Erfassungsteil 100 und der Heizerteil 300-1 an/auf der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind.
Die Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ist mit der Isolationsschutzschicht 14 abgedeckt. Die Isolationsschutzschicht 14 weist einen Ausschnitts- bzw. Öffnungsteil auf, der dem an/auf dem elektrischen Isolationssubstrat 13 ausgebildeten Erfassungsteil 100 entspricht. Der Erfassungsteil 100 ist durch den Ausschnitts- bzw. Öffnungsteil der Isolationsschutzschicht 14 dem Zielerfassungsgas ausgesetzt. Die Isolationsschutzschicht 14 vermeidet, dass sich Feinstaub PM, der in als das Zielerfassungsgas dienendem Abgas enthalten ist, an dem Teil zwischen den Elektrodenleitungsteilen 111 und 112 ansammelt. Dies macht es möglich, dass die Steuereinheit 2 Fehler erfasst. Ferner sind die Heizelektroden 31 und die Heizerleitungsteile 311 und 312 in dem Heizerteil 300-1 mit der Isolationsschutzschicht 14 abgedeckt. Dies macht es möglich, den Heizerteil 300-1 elektrisch von dem Erfassungsteil 100 zu isolieren. Die Isolationsschutzschicht 14 wird durch Verwendung einer Pulverpaste, die zum Beispiel aus einem anorganischen Pulver mit hoher Wärmebeständigkeit oder dem gleichen Material wie das elektrische Isolationssubstrat 13 wie etwa Aluminiumoxid besteht, ausgebildet.
Wie es gemäß 2A gezeigt ist, weist der PM-Erfassungssensor 1 ein zylindrisches Einhausungsgehäuse 50 auf, das in die Wand des Abgasrohrs EX geschraubt ist. Der PM-Erfassungssensor 1 beherbergt die obere Hälfte des PM-Sensorelements 10, die in einen zylindrischen Isolator 60 eingeführt und in diesem fixiert ist. Die untere Hälfte des PM-Sensorelements 10 ist an dem Unterteil des zylindrischen Einhausungsgehäuses 50 fixiert und in einem hohlen Verkleidungs- bzw. Hülsenkörper 40 platziert. Der hohle Verkleidungs- bzw. Hülsenkörper 40 mit der unteren Hälfte des PM-Sensorelements 10 ragt in das Innere des Abgasrohrs EX hinein. In dem Unterteil und dem Seitenteil des hohlen Verkleidungs- bzw. Hülsenkörpers 40 sind Einlasslöcher 410 und 411 ausgebildet, um das Abgas in dem Abgasrohr EX einzuführen. Das Abgas strömt von dem Dieselpartikelfilter DPF heran und enthält Feinstaub PM.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 7 eine Beschreibung des Verfahrens zum Erfassen eines anormalen Zustands des PM-Sensorelements 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
7 ist eine Darstellung, die ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Erfassen eines anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Da die paarweise Erfassungselektroden 11 und 12 und die Heizelektroden 31 in dem PM-Sensorelement 10 an/auf der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind, ist es möglich, die Temperatur des Erfassungsteils 100 zum Ermöglichen eines Flusses eines Kriechstroms zu verringern. Daher ist es möglich, dass die Steuereinheit 2, zusätzlich zu einem Erfassen des Auftretens eines anormalen Zustands in dem Erfassungsteil 100, die Art eines anormalen Zustands der Erfassungselektrode und deren Elektrodenleitungsteil in den Erfassungsteil 100 erfasst, indem sie die Größe eines erzeugten Kriechstroms genau erfasst und den erfassten Kriechstrom mit dem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht.
In Schritt s200 erfasst die Steuereinheit, ob die Zeit zum Brennen bzw. Heizen des PM-Sensorelements 10 (das als das PM-Erfassungselement dient), um dieses zu regenerieren, ist oder nicht.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S200 eine Bejahung angibt (”JA” in Schritt S200), es nämlich notwendig ist, elektrische Energie an den Heizerteil 300-1 des PM-Sensorelements 10 zuzuführen, um an dem Erfassungselement 100 angesammelten Feinstaub PM zu verbrennen, geht der Betriebsablauf zu Schritt S210.
Andererseits, wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S200 eine Verneinung anzeigt (”NEIN” in Schritt S200), es nämlich nicht notwendig ist, elektrische Energie an das PM-Sensorelement 10 zuzuführen, schließt die Steuereinheit 2 den Prozess zum Erfassen des anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors 1 ab, der gemäß 7 gezeigt ist.
Als nächstes weist die Steuereinheit 2 in Schritt S210 die elektrische Energiequelle an, elektrische Energie an den Heizerteil 300-1 in dem PM-Sensorelement 10 zuzuführen, um an dem Erfassungsteil 100 angesammelten Feinstaub PM zu verbrennen. Dies macht es möglich, die Temperatur des Erfassungsteils 100 des PM-Sensorelements 10 auf eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel 600°C) zu erhöhen, ohne einen Kriechstrom zu erzeugen. Der Betriebsablauf geht zu Schritt S220.
Als nächstes erfasst die Steuereinheit 2 in Schritt S220, ob an dem Erfassungsteil 100 angesammelter PM vollständig verbrannt ist oder nicht. Im Speziellen berechnet die Steuereinheit 2 den Widerstand R zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 auf Grundlage der Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE, die von dem PM-Sensorelement 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 übermittelt wird, und erfasst sie, ob der berechnete Widerstand R nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert oder nicht, oder die Zeitdauer zum Zuführen von elektrischer Energie an den Heizerteil 300-1 eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet oder nicht.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S220 eine Bejahung anzeigt (”JA” in Schritt S220), nämlich den Abschluss einer Verbrennung von angesammeltem Feinstaub PM, geht der Betriebsablauf zu Schritt S230.
Wenn das Erfassungsergebnis in Schritt S220 eine Verneinung anzeigt (”NEIN” in Schritt S220), kehrt der Betriebsablauf zu Schritt S210 zurück. Die Steuereinheit 2 setzt die Zuführung von elektrischer Energie an den Heizerteil 300-1 in dem PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 fort.
In Schritt S230 passt die Steuereinheit 2 die Temperatur des Heizerteils 300-1 auf eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von 600°C bis 800°C an, um zwangsweise einen Kriechstrom zu erzeugen. Diese Temperatur wird als die ”Kriechstrom-Erzeugungstemperatur” bezeichnet.
Das heißt, dass bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform ein Kriechstrom in dem PM-Sensorelement 10 auf einer Temperatur von nicht weniger als 600°C erzeugt wird, die niedriger ist als die Temperatur zum Erzeugen eines Kriechstroms bei der ersten beispielhaften Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist.
In Schritt S240 erfasst die Steuereinheit 2 einen Kriechstrom unter der Bedingung, dass der Erfassungsteil 100 auf der Kriechstrom-Erzeugungstemperatur innerhalb des Bereichs von 600°C bis 800°C gehalten wird.
Wenn an dem Erfassungsteil 100 kein Feinstaub PM angesammelt ist und die Temperatur des Erfassungsteils 100 niedriger ist als die Kriechstrom-Erzeugungstemperatur, isoliert der Abstand zwischen den paarweisen Erfassungselektroden 11 und 12 diese vollständig voneinander. In diesem Fall erzeugt der PM-Erfassungssensor 1 die Erfassungsausgabe von ungefähr null.
Andererseits, da die Temperatur des Erfassungsteils 100 in dem Schritt S230 zum Erfassen eines Kriechstroms auf einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 600°C bis 800°C gehalten wird, der Isolationswiderstand RAL des elektrischen Isolationssubstrats 13 verringert wird und ein Kriechstrom von dem Heizerteil 300 in dem Erfassungsteil 100 fließt, erfasst die Steuereinheit 2 die von dem PM-Erfassungssensor 1 übermittelte Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE. Der Betriebsablauf geht zu Schritt S250. In Schritt S250 führt die Steuereinheit 2 einen ersten Beurteilungsprozess aus.
In Schritt S250 vergleicht die Steuereinheit 2 die Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE, die dem erfassten Kriechstrom entspricht, mit einem ersten Kriechstrom-Schwellenwert V_REF1, der während des normalen Betriebs im Voraus erfasst wurde. Das heißt, dass die Steuereinheit 2 erfasst, ob die dem erfassten Kriechstrom entsprechende Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE nicht geringer als der erste Kriechstrom-Schwellenwert V_REF1 ist oder nicht. Wenn das Vergleichsergebnis in Schritt S250 eine Bejahung anzeigt (”JA” in Schritt S250), das heißt, wenn die dem erfassten Kriechstrom entsprechende Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE größer als der erste Kriechstrom-Schwellenwert V_REF1 ist, geht der Betriebsablauf zu Schritt S260. In Schritt S260 führt die Steuereinheit 2 einen Beschädigungserfassungsprozess der Erfassungselektrode 11 und/oder des entsprechenden Elektrodenleitungsteils von dieser auf der Seite der elektrischen Energiequelle aus.
Andererseits, wenn das Vergleichsergebnis in Schritt S250 eine Verneinung anzeigt (”NEIN” in Schritt S250), das heißt, wenn die dem erfassten Kriechstrom entsprechende Erfassungsausgangspannung V-AUSGABE nicht größer als der erste Kriechstrom-Schwellenwert V_REF1 ist, geht der Betriebsablauf zu Schritt S270. In Schritt S270 führt die Steuereinheit 2 einen zweiten Beurteilungsprozess aus.
Wie es gemäß 7 gezeigt ist, zeigt das Vergleichsergebnis in Schritt S270 eine Bejahung an (”JA” in Schritt S270), wenn die Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE nicht größer als der erste Kriechstrom-Schwellenwert V_REF1 ist (V ≤ V_REF1) und einen zweiten Kriechstrom-Schwellenwert V_REF2 überschreitet (V ≥ V_REF2) und eine Beziehung V_REF1 ≥ V > V_REF2 besteht. Der Betriebsablauf geht zu Schritt S280. In Schritt S280 führt die Steuereinheit 2 einen Prozess zur Beurteilung eines normalen Betriebs aus.
Andererseits zeigt das Vergleichsergebnis in Schritt S270 eine Verneinung an (”NEIN” in Schritt S270) und geht der Betriebsablauf zu Schritt S290, wenn die Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE nicht größer als der zweite Kriechstrom-Schwellenwert V_REF2 ist (V ≤ V_REF2). In Schritt S290 führt die Steuereinheit 2 einen dritten Beurteilungsprozess aus.
Wenn die Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE nicht größer als der zweite Kriechstrom-Schwellenwert V_REF2 ist (V ≤ V_REF2) und einen dritten Kriechstrom-Schwellenwert V_REF3 überschreitet und eine Beziehung V_REF2 ≥ V > V_REF3 besteht, zeigt das Vergleichsergebnis in Schritt S290 eine Bejahung an (”JA” in Schritt S290). Der Betriebsablauf geht zu Schritt S300. In Schritt S300 führt die Steuereinheit 2 einen Beschadigungserfassungsprozess des Erfassungsleitungsteils auf eine Erdungsseite aus.
Andererseits, wenn die Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE nicht größer als der dritte Kriechstrom-Schwellenwert V_REF3 ist (V ≤ V_REF3), zeigt das Vergleichsergebnis in Schritt S290 eine Verneinung an (”NEIN” in Schritt S290) und geht der Betriebsablauf zu Schritt S310. In Schritt S310 führt die Steuereinheit 2 den Verschlechterungserfassungsprozess aus.
Die Steuereinheit 2 führt jeden des Beschädigungserfassungsprozesses eines Elektrodenleitungsteils auf der Seite der elektrischen Energiequelle (Schritt S260), des Prozesses zur Beurteilung eines normalen Betriebs (Schritt S280), des Beschädigungserfassungsprozesses eines Elektrodenleitungsteils auf einer Erdungsseite (Schritt S300) und des Verschlechterungserfassungsprozesses (Schritt S310) aus. Daraufhin schließt die Steuereinheit 2 das Verfahren zum Erfassen eines anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform ab, der gemäß 7 gezeigt ist.
Insbesondere werden jeder des ersten Kriechstrom-Schwellenwerts V_REF1, des zweiten Kriechstrom-Schwellenwerts V_REF2 und des dritten Kriechstrom-Schwellenwerts V_REF3 im Voraus erfasst und als Kennfelddatenelemente in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert. Die Steuereinheit 2 liest die in dem Speicher gespeicherten Kennfelddatenelemente gemäß der Heiztemperatur des Erfassungsteils 100 in dem PM-Sensorelement 10.
Es ist auch möglich, eine tatsächliche/eigentliche Vergleichseinrichtung auszubilden, indem eine analoge Logikschaltung verwendet wird, die mit einem Komparator usw. ausgestattet ist. Es ist auch möglich, dass die Steuereinheit 2 eine arithmetische Schaltung bzw. Rechenschaltung aufweist, um ein Auftreten eines anormalen Zustands des PM-Sensorelements 10 zu erfassen. In diesem Fall wird die in analogen Daten vorliegende Erfassungsausgabespannung V-AUSGABE in digitale Daten gewandelt und führt die arithmetische Schaltung bzw. Rechenschaltung in der Steuereinheit 2 einen arithmetischen Betrieb bzw. Rechenbetrieb der gewandelten digitalen Daten aus.
8A und 8B sind Darstellungen, die eine charakteristische Beziehung zwischen der Ausgabespannung des PM-Sensorelements 10 und der Temperatur des Erfassungsteils 100 in dem PM-Sensorelements 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigen, was das Verfahren zum Erfassen der Ursache eines anormalen Zustands des PM-Sensorelements 10 in dem PM-Erfassungssensor 1 auf Grundlage der Temperatureigenschaften des PM-Erfassungssensors 1 zeigt, wenn sich der PM-Erfassungssensor 1 in dem anormalen Zustand befindet.
Wie es gemäß 8A gezeigt ist, wird die Ausgabespannung des PM-Sensorelements 10 in Richtung des Falls der niedrigen Temperatur verschoben, wenn die Erfassungselektrode 11 und/oder der entsprechende Elektrodenleitungsteil von dieser auf der Seite der elektrischen Energiequelle VCC beschädigt oder gebrochen ist. Der vorgenannte Fall, der gemäß 8A gezeigt ist, weist die gleiche Temperatur von 600°C zum Starten einer Verbrennung von Feinstaub PM und das gleiche Phänomen der Struktur auf, wenn der Abstand zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 und dem Heizerteil 300-1 geschlossener bzw. enger ist.
Weiterhin weist der PM-Erfassungssensor gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es gemäß 8A gezeigt ist, eine verringerte Temperatur zum Erzeugen eines Kriechstroms auf. Das heißt, dass es die Struktur der zweiten beispielhaften Ausführungsform möglich macht, einen Kriechstrom auf einer Temperatur von nicht weniger als 600°C zu erfassen.
Wie es gemäß 8B gezeigt ist, ist es möglich, dass die Steuereinheit 2 beurteilt, dass die Erfassungselektrode 11 und/oder der entsprechende Elektrodenleitungsteil von dieser auf der Seite der elektrischen Energiequelle VCC geschädigt oder gebrochen ist, wenn die Ausgabespannung V-AUSGABE nicht kleiner als der erste vorbestimmte Schwellenwert (V_REF1) ist.
Weiterhin ist es möglich, dass die Steuereinheit 2 ein Auftreten eines anormalen Verschlechterungszustands beurteilt, in dem die Erfassungselektroden 11 und 12 in dem PM-Sensorelement 10 verschlechtert bzw. geschädigt sind, wenn der Widerstandswert zwischen den Erfassungselektroden 11 und 12 erhöht ist und es schwierig ist, dass ein Kriechstrom von dem Heizerteil 300-1 fließt, und die Ausgabespannung V-AUSGABE verringert ist. Diese Verschlechterung wird verursacht durch:

(a) wiederholtes Heizen des Erfassungsteils 100, um das PM-Sensorelement 10 zu regenerieren;
(b) wiederholtes Aufnehmen von Heizenergie von einem Zielerfassungsgas auf einer hohen Temperatur;
(c) Anhaften von Feinstaub PM; und
(d) Trennung der Erfassungselektroden 11 und 12 von dem elektrischen Isolationssubstrat 13, Wanderung, usw.

Weiterhin beurteilt die Steuereinheit 2, dass die Erfassungselektrode 12 und/oder der entsprechende Elektrodenleitungsteil von dieser auf der Seite der Erdung GND beschädigt oder gebrochen ist, wenn die Ausgabespannung V-AUSGABE nicht größer als der dritte Schwellenwert V_REF3 und nahe bei null (0 V) ist.
Wie es vorstehend ausführlich beschrieben ist, ist es möglich, dass die Steuereinheit 2 die verschiedenen Arten von Ursachen des anormalen Zustands des PM-Erfassungssensors 1 erfasst, der mit dem PM-Sensorelement 10 mit der vorgenannten verbesserten Struktur ausgestattet ist.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 9A wird eine Beschreibung des PM-Sensorelements in dem PM-Erfassungssensor gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
9A ist eine perspektivische Darstellung, die eine Konfiguration des PM-Sensorelements in dem PM-Erfassungssensor gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie es gemäß 9A gezeigt ist, sind der Heizerteil 300-1 und der Erfassungsteil 100 an/auf der gleichen Oberfläche (oder der Vorderfläche) des elektrischen Isolationssubstrats 13 durch das gleiche Verfahren wie bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform ausgebildet, das vorstehend beschrieben ist. Das heißt, dass der Erfassungsteil 100 und der Heizerteil 300-1 ähnlich der Struktur des elektrischen Isolationssubstrats 13 in dem PM-Sensorelement 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform an/auf der vorderen (Ober-)Fläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind.
Bei der Struktur des PM-Sensorelements gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform sind in dem elektrischen Isolationssubstrat 13 Durchrechungen bzw. Durchgangslöcher 341 und 342 ausgebildet. Die Anschlussteile 331 und 332 sind durch die Durchbrechungen 341 und 342 elektrisch mit den Anschlussteilen 321 und 322 verbunden, die an/auf der vorderen (Ober-)Fläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind.
Bei der Struktur des PM-Sensorelements 10 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform sind der Erfassungsteil 100 und der Heizerteil 300-1 an/auf der gleichen (Ober-)Fläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet. Diese Struktur macht es möglich, die Anschlussteile 321 und 322 sowie die Anschlussteile 331 und 332 an/auf unterschiedlichen (Ober-)Flächen des elektrischen Isolationssubstrats 13 auszubilden. Diese Struktur des PM-Sensorelements 10 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform kann auf einen Fall einer zu begrenzenden Gesamtgröße angewandt werden und macht es möglich, den Draht-/Kabelstrang des Ausgabeerfassungssignals und die elektrische Energiequelle auf einfach Weise mit dem Erfassungsteil 100 und dem Heizerteil 300-1 zu verbinden.
Obwohl dies nicht notwendig ist, ist es aber möglich, die Isolationsschutzschicht 14 an einem Teil des elektrischen Isolationssubstrats 13 auszubilden, der von dem Teil abweicht, an dem der Erfassungsteil 100 und der Heizerteil 300-1 ausgebildet sind. Dies macht es möglich zu vermeiden, dass eine fehlerhafte Erfassung erfolgt, die durch den angesammelten Feinstaub PM an dem von dem Erfassungsteil 100 abweichenden Teil verursacht wird.
Vierte beispielhafte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 9B wird eine Beschreibung des PM-Sensorelements gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
9B ist eine frontale Darstellung, die eine schematische Konfiguration des PM-Sensorelements in dem PM-Erfassungssensor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie es gemäß 9B gezeigt ist, ist es zulässig, einen Heizerteil 300-2 so auszubilden, dass der Erfassungsteil 100 den Heizerteil 300-2 aufnimmt. Das heißt, dass der Heizerteil 300-2 im Inneren des Erfassungsteils 100 ausgebildet ist.
Bei der Struktur des PM-Sensorelements 10 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform weisen die Heizelektroden 31 des Heizerteils 300-2 eine Form eines Buchstabens ”C” auf und sind entlang der Innenseite der Erfassungselektroden 11 und 12 und der Elektrodenleitungsteile 111 und 112 des Erfassungsteils 100 ausgebildet. Wie es gemäß 9B gezeigt ist, sind die Anschlussteile 121 und 122 elektrisch mit den Elektrodenleitungsteilen 111 und 112 verbunden und im Vergleich zu der Position der Anschlüsse 321 und 322 auf der Seite des vorderen Endes (gemäß 9B auf der rechten Seite) ausgebildet, und sind die Elektrodenleitungsteile 111 und 112 sowie die Anschlussteile 121 und 122 mit der Isolationsschutzschicht 14 abgedeckt.
Diese Struktur des PM-Sensorelements 10, die gemäß 9B gezeigt ist, erfordert keinerlei Durchtritt bzw. Öffnung in der Isolationsschutzschicht 14, durch die der Erfassungsteil 100 dem Zielerfassungsgas ausgesetzt wird. Es ist möglich, dass das PM-Sensorelement 10 eine einfache Struktur aufweist und das PM-Sensorelement 10 auf einfache Weise gebildet wird.
Weiterhin sind die mit den Elektrodenleitungsteilen 111 und 112 verbundenen Anschlussteile 121 und 122 durch die (nicht gezeigten) Durchbrechungen bzw. Durchgangslöcher elektrisch mit den Anschlüssen verbunden, die an/auf der rückseitigen (Ober-)Fläche der Isolationsschicht 13 ausgebildet sind. Es ist auch möglich, keine Isolationsschutzschicht 14 auf den Anschlussteilen 121 und 122 auszubilden.
Da das PM-Sensorelement 10 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform die Struktur aufweist, bei der der Erfassungsteil 100 und der Heizerteil 300-2 an/auf der Vorderfläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 ausgebildet sind, ist es möglich, die Wärmeleitfähigkeitseffizienz zu erhöhen und die Temperatur des Erfassungsteils 100 auf einfache Weise zu steuern. Insbesondere ist es möglich, die Temperatur des Erfassungsteils 10 durch den Heizerteil 300-2 schnell auf eine zulässige Erfassungstemperatur zu erhöhen, wenn in dem Zielerfassungsgas enthaltener Feinstaub PM in dem üblichen Betrieb erfasst wird. Dies macht es möglich, den mit dem PM-Sensorelement 10 ausgestatteten PM-Erfassungssensor mit hoher Effizienz und schnellem Ansprechverhalten bereitzustellen.
Da es nicht notwendig ist, irgendein weiteres elektrisches Isolationssubstrat zu stapeln bzw. zu schichten, um den Heizerteil an/auf der rückseitiges (Ober-) Fläche des elektrischen Isolationssubstrats 13 auszubilden, ist es weiterhin möglich, die Gesamtzahl an Herstellungsschritten und die Kosten zu verringern, und das PM-Sensorelement 10 des PM-Erfassungssensors 1 mit einer einfachen Struktur bereitzustellen. Da die Struktur des PM-Sensorelements 10 des PM-Erfassungssensors 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform kein weiteres elektrisches Isolationssubstrat verwendet, um den Heizerteil auszubilden, ist es weiterhin möglich, die Dicke des PM-Sensorelements zu verringern und dieses in einen begrenzten Raum einzubringen.
(Gewerbliche Anwendbarkeit)
Das PM-Sensorelement und der mit dem PM-Sensorelement ausgestattete PM-Erfassungssensor können auf verschiedene Arten von Anwendungen angewandt werden, zum Beispiel auf ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine, um Feinstaub PM zu erfassen, der in von der Brennkraftmaschine ausgestoßenem Abgas enthalten ist. Im Speziellen ist es möglich, den mit dem PM-Sensorelement ausgestatteten PM-Erfassungssensor auf der stromabwärts liegenden Seite eines Dieselpartikelfilters DPF zu platzieren, um einen anormalen Zustand des Dieselpartikelfilters DPF zu erfassen. Weiterhin ist es möglich, den mit dem PM-Sensorelement ausgestatteten PM-Erfassungssensor auf der stromaufwärts liegenden Seite des Dieselpartikelfilters DPF zu platzieren, um Feinstaub PM, der in das Dieselpartikelfilter DPF eingebracht wird, direkt zu erfassen.
Während spezielle Ausführungsformen bzw. -beispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, wird es von einem Fachmann anerkannt werden, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Einzelheiten im Lichte der Gesamtlehre der Offenbarung entwickelt werden können. Dementsprechend sind die offenbarten besonderen Anordnungen lediglich als veranschaulichend und nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend zu verstehen, dem die volle Breite der folgenden Patentansprüche und all ihrer Äquivalente zuzugestehen ist.
In einem PM-Erfassungssensor, der in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine platziert ist, sind paarweise Erfassungselektroden eines Erfassungsteils und Heizelektroden eines Heizerteils an der gleichen Oberfläche eines elektrischen Isolationssubstrats nahe zueinander ausgebildet. Ein Abstand zwischen den Erfassungselektroden und den Heizelektroden liegt innerhalb eines Bereichs von 100 μm bis 1360 μm. Eine externe Steuereinheit weist eine Energiequelle an, elektrische Energie an die Heizelektroden zuzuführen, und den Erfassungsteil auf eine Temperatur von weniger als 600°C zu erhitzen, die es dem PM-Erfassungssensor ermöglicht, PM zu erfassen, der in von der Maschine ausgestoßenem Abgas enthalten ist, und auf eine Temperatur von nicht weniger als 600°C zu erhitzen, um erzwungenermaßen einen Kriechstrom von dem Heizerteil zu dem Erfassungsteil zu erzeugen und einen anormalen Zustand der Erfassungselektroden und entsprechender elektrischer Leitungsteile auf Grundlage eines Kriechstroms zu erfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-167401 [0001]
JP 2011-094668 [0001]
JP 59-197847 [0010, 0017]
EP 1925926 [0011, 0011, 0018]
JP 2008-138661 [0012, 0019]

Claims

Steuereinheit, die einen Feinstaub-Erfassungssensor steuert, der in einem Abgasrohr eines Abgasreinigungssystems einer Brennkraftmaschine platziert ist, durch das von der Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas strömt und nach außerhalb des Abgasreinigungssystems abgeführt wird, wobei der Feinstaub-Erfassungssensor ein Feinstaub-Sensorelement aufweist, das ein elektrisches Isolationssubstrat, einen Erfassungsteil und einen Heizerteil beinhaltet, wobei der Erfassungsteil ein Paar Erfassungselektroden beinhaltet, die an einer Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats ausgebildet sind, und wobei der Heizerteil Heizelektroden zum Erzeugen von Heizenergie aufweist, wenn sie elektrische Energie aufnehmen, um den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, wobei die Steuereinheit eine Zuführungsmenge von elektrischer Energie an den Heizerteil anpasst und elektrische Eigenschaften des Heizerteils erfasst, die gemäß einer Veränderung einer Menge von an dem Erfassungsteil angesammeltem Feinstaub verändert werden, und wobei die Steuereinheit eine Anormalitätserfassungseinrichtung aufweist, die konfiguriert ist, eine Ausgabespannung, die von dem Erfassungsteil geliefert wird, wenn der Erfassungsteil unter der Steuerung der Steuereinheit auf die Temperatur von nicht weniger als eine vorbestimmte Temperatur überhitzt ist, mit einer Ausgabespannung des Erfassungsteils zu vergleichen, die im Voraus erhalten wird, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet, um ein Auftreten eines anormalen Zustands des Erfassungsteils auf Grundlage der Veränderung der Ausgabespannung des Erfassungsteils zu erfassen, die durch einen Kriechstrom verändert wird, wobei der Kriechstrom von dem Heizerteil zu dem Erfassungsteil fließt, wobei der Kriechstrom durch Verringerung eines Isolationswiderstands des elektrischen Isolationssubstrats erzeugt wird, wenn der Erfassungsteil überhitzt ist.
Steuereinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Anormalitätserfassungseinrichtung erfasst: ein Auftreten eines anormalen Zustands einer Erfassungselektrode und/oder eines entsprechenden Elektrodeleitungsteils von dieser auf einer Seite einer elektrischen Energiequelle, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils im Vergleich zu der Ausgabespannung des Erfassungsteils, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet, höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert; ein Auftreten einer Verschlechterung des Erfassungsteils, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils im Vergleich zu der Ausgabespannung des Erfassungsteils, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet, niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellenwert; und ein Auftreten eines anormalen Zustands einer Erfassungselektrode und/oder eines entsprechenden Elektrodenleitungsteils von dieser auf einer Seite einer Erdung, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils nicht erfasst wird.
Steuereinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit das Vorliegen von in Abgas enthaltenem Feinstaub auf Grundlage der von dem Erfassungsteil des Feinstaub-Erfassungssensors gelieferten Ausgabespannung erfasst, die sich gemäß einer Veränderung des elektrischen Widerstandswerts zwischen den paarweisen Erfassungselektroden des Erfassungsteils verändert, wenn die elektrische Energie an den Heizerteil zugeführt wird.
Feinstaub-Erfassungssensor, der mit einem Feinstaub-Sensorelement ausgestattet ist, wobei dieser in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine platziert ist, durch das von der Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas strömt und nach außerhalb des Abgasrohrs abgeführt wird, wobei das Feinstaub-Sensorelement aufweist: ein elektrisches Isolationssubstrat; einen Erfassungsteil, der ein Paar Erfassungselektroden beinhaltet, die an einer Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats ausgebildet sind; und einen Heizerteil mit Heizelektroden zum Erzeugen von Heizenergie, wenn sie elektrische Energie von einer äußeren elektrischen Energiequelle aufnehmen, um den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, wobei der die paarweisen Erfassungselektroden beinhaltende Erfassungsteil und der die Heizelektroden beinhaltende Heizerteil an der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats nahe zueinander ausgebildet sind.
Feinstaub-Erfassungssensor gemäß Anspruch 4, wobei die Heizelektroden des Heizerteils nahe zu den paarweisen Erfassungselektroden angeordnet sind, und wobei der Heizerteil einen Heizerleitungsteil aufweist, durch den die Heizelektroden elektrisch mit der äußeren elektrischen Energiequelle verbunden sind.
Feinstaub-Erfassungssensor gemäß Anspruch 4, wobei ein Abstand zwischen den Erfassungselektroden und den Heizelektroden innerhalb eines Bereichs von 100 μm bis 1360 μm liegt.
Feinstaub-Erfassungssensor gemäß Anspruch 4, wobei jede der paarweisen Erfassungselektroden einen Basisteil und eine Vielzahl von Hilfselektroden einer Kammform beinhaltet, und wobei der Basisteil mit dem entsprechenden Elektrodenleitungsteil verbunden ist.
Verfahren zum Steuern eines Feinstaub-Erfassungssensors, der in einem Abgasrohr eines Abgasreinigungssystems einer Brennkraftmaschine platziert ist, durch das von der Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas strömt und nach außerhalb des Abgasreinigungssystems abgeführt wird, wobei der Feinstaub-Erfassungssensor mit einem Feinstaub-Sensorelement ausgestattet ist, das ein elektrisches Isolationssubstrat, einen ein Paar Erfassungselektroden beinhaltenden Erfassungsteil und einen Heizelektroden beinhaltenden Heizerteil beinhaltet, wobei die Heizelektroden Heizenergie erzeugen, wenn sie elektrische Energie aufnehmen, um den Erfassungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Zuführen von elektrischer Energie an die Heizelektroden des Heizerteils, um den Erfassungsteil auf eine Temperatur von nicht weniger als eine vorbestimmte Kriechstrom-Erzeugungstemperatur zu erhitzen, auf der ein Isolationswiderstandswert des elektrischen Isolationssubstrats erzwungenermaßen verringert wird und ein Kriechstrom erzeugt wird und von dem Heizerteil zu dem Erfassungsteil fließt; Vergleichen einer Erfassungsausgabespannung des Erfassungsteils, die dem erzwungenermaßen erzeugten Kriechstrom entspricht, mit einer Erfassungsausgabespannung des Erfassungsteils, die einem Kriechstrom entspricht, der fließt, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet; Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands der Erfassungselektrode und/oder des entsprechenden Elektrodenleitungsteils von dieser auf einer Seite einer elektrischen Energiequelle, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils im Vergleich zu der Ausgabespannung des Erfassungsteils, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet, höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert; Erfassen eines Auftretens einer Verschlechterung des Erfassungsteils, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils im Vergleich zu der Ausgabespannung des Erfassungsteils, wenn der Erfassungsteil normal arbeitet, niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellenwert; und Erfassen eines Auftretens eines anormalen Zustands der Erfassungselektrode und/oder des entsprechenden Elektrodenleitungsteils von dieser auf einer Seite einer Erdung, wenn die Ausgabespannung des Erfassungsteils nicht erfasst wird.
Feinstaub-Erfassungssensor gemäß Anspruch 4, wobei der Erfassungsteil und der Heizerteil an der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats derart ausgebildet sind, dass der Heizerteil den Erfassungsteil an der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats umgibt.
Feinstaub-Erfassungssensor gemäß Anspruch 9, zusätzlich mit Durchbrechungen, die in dem elektrischen Isolationssubstrat derart ausgebildet sind, dass die Heizelektroden und Leitungsteile von diesen an der gleichen Oberfläche ausgebildet sind, auf der der Erfassungsteil ausgebildet ist, und Elektrodenanschlüsse an der rückseitigen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats ausgebildet sind, und wobei die Elektrodenanschlüsse durch die Durchbrechungen elektrisch mit den Leitungsteilen der Heizelektroden des Heizerteils verbunden sind, und wobei die Elektrodenanschlüsse des Heizerteils elektrisch mit der äußeren elektrischen Energiequelle verbunden sind.
Feinstaub-Erfassungssensor gemäß Anspruch 4, wobei der Erfassungsteil und der Heizerteil an der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats derart ausgebildet sind, dass der Erfassungsteil den Heizerteil an der gleichen Oberfläche des elektrischen Isolationssubstrats umgibt.