DE112009004746B4

DE112009004746B4 - Pm-sensor, pm-menge-erfassungsvorrichtung für ab- gas und anormalitätserfassungsvorrichtung fürbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112009004746B4
Application number: DE112009004746T
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Aoki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2029-04-28
Also published as: JPWO2010125636A1; DE112009004746T5; WO2010125636A1; US20120031077A1; JP5196012B2; CN102414551A

Abstract

PM-Sensor mit: einer Einlassöffnung, durch die ein Teil eines Gases, das von einem Abgaspfad (10) einer Brennkraftmaschine (2) bezogen wird, einströmen kann; einem Filter (30) zum Filtern von Feinstaub (PM) in dem Gas, das durch die Einlassöffnung eingeströmt ist; einem Heizer (32), der an dem Filter angebracht ist und zum Ändern der Temperatur des Filters im Stande ist; einer Auslassöffnung, durch die das Gas, das das Filter durchlaufen hat, in den Abgaspfad ausströmen kann; und einem Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (24), das auf der Auslassöffnungsseite angeordnet ist und einen eignen Heizer umfasst, wobei das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement bei Aktivierung durch den Heizer auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird und angepasst ist, seine Ausgabe gemäß einer Sauerstoffkonzentration des Gases zu ändern, das das Filter durchlaufen hat, und wobei das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement derart von dem Filter getrennt beabstandet ist, dass das Filter ein Temperaturniveau aufweist, auf dem Feinstaub in dem Filter nicht beseitigt wird, wenn das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement selbst auf der vorbestimmten Temperatur ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen PM-Sensor und eine PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas.
Hintergrundtechnik
Wie es zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. H08-284644 ( JP 08284644 A ) offenbart ist, ist herkömmlich eine Brennkraftmaschine bekannt, die mit einem Partikelfilter zum Filtern von Feinstaub bzw. Feststoff in dem Abgas ausgestattet ist. Nachstehend wird hierin der Feinstaub bzw. Feststoff auch einfach als ”Partikel” oder ”PM” bezeichnet.
Die vorstehend beschriebene herkömmliche Brennkraftmaschine ist mit einem Drucksensor zum Erfassen eines Differenzdrucks eines Filters ausgestattet. Wenn Abgas, das eine große Menge von Partikeln enthält, in das Filter strömt, erhöht sich dementsprechend die Partikelmenge in dem Filter. Infolgedessen erhöht sich ebenso auch der Differenzdruck des Filters. Daher ist es durch Erfassen bzw. Abfühlen des Differenzdrucks des Filters möglich, die Menge von Partikeln in dem Abgas zu erfassen bzw. abzufühlen.
Daneben sind die Konfigurationen der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-32490 ( JP 2007032490 A ) und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-64621 ( JP 2008064621 A ) als die Konfiguration zum Erfassen bzw. Abfühlen der Partikelmenge wohl bekannt.
In diesem Zusammenhang sind auch Anormalitätserfassungsvorrichtungen für eine Brennkraftmaschine bekannt, etwa aus der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-157200 ( JP 2008157200 A ) und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-214146 ( JP 2003214146 A ).
Da Abgasemissionsvorschriften in den letzten Jahren verschärft wurden, besteht ein wachsender Bedarf für Sensoren zum Erfassen bzw. Abfühlen der Partikelmenge. Auf dem aktuellen technologischen Stand steht jedoch keine Einführung eines PM-Sensors oder einer PM-Menge-Erfassungsvorrichtung einer bordeigenen bzw. fahrzeugseitigen Ausführung bevor, der/die praktischen Einsatzumgebungen standhalten kann. Daher bestehen dringende Erfordernisse zur Entwicklung von PM-Sensoren und PM-Menge-Erfassungsvorrichtungen zum Erfassen bzw. Abfühlen der Partikelmenge. Außerdem müssen, wenn in einem Partikelfilter einer Brennkraftmaschine eine Anormalität bzw. Unregelmäßigkeit auftritt, unverzügliche Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Daher sind technologische Fortschritte auch in der Anormalitätserfassungstechnik für Partikelfilter erwünscht.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht und weist als eine Aufgabe auf, einen PM-Sensor und eine PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas bereitzustellen, die zum Erfassen bzw. Abfühlen der Menge von Feinstaub bzw. Feststoff im Stande sind.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem PM-Sensor, wie er in Patentansprüchen 1 bis 3 definiert ist.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einer PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas, wie sie in Patentansprüchen 4 bis 7 definiert ist.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einer PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas, wie sie in Patentanspruch 8 definiert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bringt ein Sauerstoffkonzentration-Sensorelement eine Ausgabe mit einer niedrigeren Sauerstoffkonzentration hervor, wenn die Menge von Partikeln in einem Filter steigt. Basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffkonzentration-Sensorelements ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Gas zu erfassen, das in das Filter hinein strömt. Ferner ist es möglich, das Erfassen der Menge von Partikeln wiederholt durchzuführen, da die Partikel in dem Filter durch Erhitzen mit einem Heizer beseitigt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Sauerstoffkonzentration-Sensorelement sowohl auf der stromaufwärts liegenden Seite des Filters als auch auf der stromabwärts liegenden Seite des Filters bereitgestellt sein. Die Differenz zwischen den Ausgaben dieser Sauerstoffkonzentration-Sensorelemente entspricht mit hoher Genauigkeit der Menge von Partikeln in dem Filter. Somit ist es basierend auf der Differenz zwischen den Ausgaben dieser Sauerstoffkonzentration-Sensorelemente möglich, mit hoher Genauigkeit die Menge von Partikeln in dem Gas zu erfassen, das in das Filter hinein strömt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelement als das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement verwendet werden. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor weist eine bewährte Erfolgs- bzw. Erfahrungsgeschichte als der Sensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration von Abgas auf. Durch Verwendung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelement ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Abgas mit hoher Zuverlässigkeit zu erfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die folgenden Wirkungen erzielt werden. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor arbeitet grundsätzlich, während er auf eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur erhitzt ist. Andererseits werden Partikel abbrennen, ohne dass sie in dem Filter angesammelt werden, wenn die Temperatur des Filters auf nicht weniger als eine spezielle Temperatur steigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann gewährleistet werden, dass das Filter Partikel auch halten kann, während die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors auf der Aktivierungstemperatur ist. Als Folge hiervon ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Abgas auch zu erfassen, während sich der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor auf der Aktivierungstemperatur befindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Heizer, nachdem das Filter auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt ist, derart gesteuert werden, dass die Temperatur des Filters auf ein Niveau gesenkt wird, auf dem Partikel eingefangen werden können. Nach der Heizersteuerung werden Partikel in dem Filter weiterhin eingefangen und wird die Ausgabe des Sauerstoffkonzentration-Sensorelements erlangt bzw. erfasst bzw. beschafft. Je größer die Menge von Partikeln in dem Filter ist, desto niedriger wird die Sauerstoffkonzentration in dem Gas stromabwärts des Filters, und die Ausgabe des Sauerstoffkonzentration-Sensorelements bringt einen niedrigeren Sauerstoffkonzentrationswert hervor. Daher ist es basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffkonzentration-Sensorelements möglich, die Menge von Partikeln in dem Gas zu berechnen, das in das Filter hinein strömt. Dies ermöglicht das Erfassen der Menge von Partikeln in dem Abgas.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Abgas pro Zeiteinheit und pro Volumeneinheit zu berechnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ausgabediskrepanz bzw. -abweichung zwischen einer Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren kalibriert werden. Dies macht es möglich, das Erfassen der Menge von Partikeln mit einer hohen Genauigkeit durchzuführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Menge von Partikeln zu erfassen. Je größer die Menge von Partikeln in dem Abgas ist, desto größer wird die Menge von Partikeln, die in dem Filter pro Zeiteinheit einzufangen ist. Je größer die Menge von Partikeln in dem Filter ist, desto größer wird der Verbrauch elektrischer Energie von einem Heizer, die zum Beseitigen der Partikel in dem Filter notwendig ist. Daher ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Gas, das in das Filter hinein strömt, basierend auf dem Verbrauch elektrischer Energie eines Heizers zu berechnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, den Verbrauch elektrischer Energie genau zu berechnen, die an dem Heizer verbraucht wurde, bis die Partikel in dem Filter beseitigt wurden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, ob die Partikel in dem Filter beseitigt sind oder nicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Sauerstoffkonzentrationssensor stromabwärts eines Partikelfilters bereitgestellt sein. Falls das Partikelfilter sich in einem Zustand befindet, in dem es fähig ist, Partikel normal einzufangen, werden sich die Partikel weiterhin in dem Filter ansammeln, so dass sich die Wirkung der Ansammlung von Partikeln in der Ausgabe des Sauerstoffkonzentrationssensors selbst manifestieren sollte. Daher ist es basierend auf der Ausgabe der Sauerstoffkonzentrationssensors möglich, eine Anormalität des Partikelfilters zu erfassen.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen
1 ist eine Darstellung, um die Konfiguration eines PM-Sensors und einer PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
2 ist eine Darstellung, um die Ansicht der Konfiguration gemäß 1 aus Sicht der Richtung von Pfeil A zu zeigen.
3 ist ein Zeitdiagramm, um den Betrieb einer Erfassung der PM-Menge mit Bezug auf Ausführungsbeispiel 1 zu veranschaulichen.
4 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine, die durch ECU 50 gemäß Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt wird.
5 ist eine Darstellung, um ein Beispiel des Kennfelds der Korrelationslinie zwischen den Wert von ΔI_L und der Menge von Partikeln (der PM-Menge) zu zeigen.
6 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine, die durch ECU 50 gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
7 ist eine Darstellung, um die Konfiguration einer Anormalitätserfassungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit Bezug auf Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
8 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine, die durch ECU 50 gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Bezugszeichenliste

2: Brennkraftmaschine
10: Abgasrohr
20: Abtrennung bzw. Trennwand
22, 24: Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (A/F Sensor)
30: Filter
34: Heizersteuerungsteil
50: ECU (elektronische Steuereinheit)
130: DPF

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ausführungsbeispiel 1
[Konfiguration von Ausführungsbeispiel 1]
1 ist eine Darstellung, um die Konfiguration eines PM-Sensors und einer PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zu zeigen. 2 ist eine Darstellung, um die Ansicht der Konfiguration gemäß 1 aus Sicht der Richtung von Pfeil A zu zeigen. Der PM-Sensor und die PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas gemäß Ausführungsbeispiel 1 sind für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen geeignet.
Der PM-Sensor und die PM-Menge-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 sind an einem Abgasrohr 10 einer Brennkraftmaschine 2 installiert. Es besteht keine Einschränkung bezüglich der Anzahl und des Typs von Zylindern der Brennkraftmaschine 2. Es wird bemerkt, dass die Brennkraftmaschine 2 gemäß 1 um der Einfachheit willen schematisch gezeigt ist. In dem Abgasrohr 10 sind der Reihe nach ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22, ein Filter 30 und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 24 in der Richtung der Strömung von Abgas installiert. In der folgenden Beschreibung wird nachstehend um der Einfachhalt willen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor auch als „A/F-Sensor” bezeichnet. Bei Ausführungsbeispiel 1 ist eine gemäß 1 gezeigte Abtrennung bzw. Trennwand 20 bereitgestellt. Die Abtrennung 20 öffnet sich gemäß 1 zu der linken Seite auf dem Blatt und der rechten Seite auf dem Blatt hin. Abgas strömt von der linken Seite auf dem Blatt gemäß 1 zu der rechten Seite auf dem Blatt gemäß 1 durch das Innere der Abtrennung 20.
Das Filter 30 ist ein Kompaktfilter zum Einfangen von feinen Partikeln. Das Filter 30 ist eine Ausführung mit geringer Größe des sogenannten Dieselpartikelfilters (DPF). Nachstehend wird hierin Feinstaub bzw. Feststaub (PM) auch einfach als „Partikel” oder „PM” bezeichnet.
Ein Teil des Abgases, das in dem Abgasrohr 10 der Brennkraftmaschine 2 strömt, strömt in das Filter 30 hinein. Das Filter 30 kann Partikel in dem Abgas filtern, das dort hinein strömt. Demgemäß sammeln sich die Partikel innerhalb des Filters 30 fortwährend an. Als Folge hiervon kann das Filter 30 Partikel ergreifen und sammeln (das heißt, einfangen).
Das Filter 30 kann so ausgebildet sein, dass das Material und die spezifische Konfiguration eines DPF nachgeahmt sind und seine äußere Form kleiner als die des DPF gemacht ist. Der genaue Aufbau des Filters 30 muss nicht notwendigerweise gleich oder analog dem DPF sein. Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist die Abmessung der äußeren Form des Filters 30 im Vergleich zu dem Innendurchmesser des Abgasrohrs 10 kleiner. Daher strömt ein Teil des Abgases in das Filter 30 hinein und strömt das verbleibende Gas weiter auf die stromabwärts liegende Seite des Abgasrohrs 10, ohne in das Filter 30 hinein zu strömen.
A/F-Sensoren 22 und 24 sind A/F-Sensoren eines Grenzstromtyps. Der A/F-Sensor eines Grenzstromstyps weist einen unterschiedlichen Grenzstromwert gemäß der Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre, mit anderen Worten der Sauerstoffkonzentration des zu erfassenden Gases, auf. Der Grenzstromwert variiert proportional gemäß der Sauerstoffkonzentration. Daher ändert der A/F-Sensor 22 seine Ausgabe gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases auf der stromaufwärts liegenden Seite des Filters 30. Außerdem ändert ebenso der A/F-Sensor 24 seine Ausgabe gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases auf der stromabwärts liegenden Seite des Filters 30.
Die A/F-Sensoren 22 und 24 umfassen jeweils eine äußere Elektrode, die dem zu erfassenden Gas, nämlich dem Abgas, ausgesetzt ist, eine innere Elektrode, die der Atmosphäre bzw. Außenluft ausgesetzt ist, und ein zwischen der äußeren Elektrode und der inneren Elektrode eingefügtes Sauerstoffionen leitendes Elektrolyt. Der Sauerstoffionen leitende Elektrolyt setzt vorzugsweise zum Beispiel ZrO₂ ein, das eine hohe Zuverlässigkeit bzw. Beständigkeit aufweist. Da es keine besondere Einschränkung bezüglich der spezifischen Konfigurationen der A/F-Sensoren 22 und 24 gibt, wird eine weitere Beschreibung von diesen ausgelassen.
Die A/F-Sensoren 22 und 24 werden durch einen eingebauten Heizer auf eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur erhitzt, und sie führen daraufhin das Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Aktivierungstemperatur durch. Wie es gemäß 1 gezeigt ist, sind das Filter 30 und der A/F-Sensor 22 oder 24 mit einem vorbestimmten Abstand voneinander entfernt angeordnet. Der Abstand zwischen dem Filter 30 und dem A/F-Sensor 22 oder 24 ist groß genug, so dass Partikel innerhalb des Filters 30 vorhanden sein können, ohne verbrannt zu werden, selbst wenn sich die A/F-Sensoren 22 und 24 auf der Aktivierungstemperatur befinden.
Das Filter 30 umfasst einen Heizer 32, der ein Kompaktheizer ist. Der Heizer 32 ist mit einem Heizersteuerungsteil 34 verbunden. Der Heizer 32 kann das Innere des Filters 30 auf einer hohen Temperatur halten, so dass Partikel innerhalb des Filters 30 beseitigt werden können. Dies macht es möglich, die Menge von Partikeln in dem Filter 30 auf Null zu verringern, wodurch die Regeneration bzw. Wiederherstellung des Filters 30 (die Regeneration bzw. Wiederherstellung einer Einfangfähigkeit) durchgeführt wird.
Bei Ausführungsbeispiel 1 ist eine ECU (elektronische Steuereinheit) 50 mit den A/F-Sensoren 22 und 24 sowie dem Heizersteuerungsteil 34 verbunden. Die ECU kann die Ausgaben der A/F-Sensoren 22 und 24 erlangen bzw. erfassen bzw. beschaffen. Nachstehend wird hierin um der Einfachheit willen der Grenzstromwert des A/F-Sensors 22 auch als ein Ausgabestromwert I_L1 oder eine Ausgabe I_L1 bezeichnet, und wird der Grenzstromwert des A/F-Sensors 24 als ein Ausgabestromwert I_L2 oder eine Ausgabe I_L2 bezeichnet. Außerdem speichert bei Ausführungsbeispiel 1 die ECU 50 vorab die arithmetische Verarbeitung, um die Differenz zwischen der Ausgabe I_L1 und der Ausgabe I_L2 zu berechnen. Nachstehend wird hierin die Differenz zwischen der Ausgabe I_L1 und der Ausgabe I_L2 auch als γI_L bezeichnet.
Außerdem kann die ECU 50 den Heizersteuerungsteil 34 mit einem Steuersignal versorgen, um eine Ein-Aus-Steuerung des Heizers 32 und eine Regulierung dessen Hitzeerzeugungsrate bzw. -stärke durchzuführen.
Es wird bemerkt, dass bei Ausführungsbeispiel 1, obwohl dies nicht veranschaulicht ist, die ECU 50 auch mit einem Sensor (zum Beispiel einem Ansaugdrucksensor oder einem Luftmengenmesser) zum Messen der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine 2 verbunden ist, der sich stromaufwärts des Abgasrohrs 10 befindet. Die ECU 50 kann eine Ansaugluftmenge Ga der Brennkraftmaschine 2 basierend auf der Ausgabe des vorstehend beschriebenen Sensors messen. Bei Ausführungsbeispiel 1 speichert die ECU 50 die Routine, um eine Abgasmenge Gexh basierend auf der Ansaugluftmenge Ga zu berechnen.
[Betrieb von Ausführungsbeispiel 1]
(PM-Erfassungsprinzip mit Bezug auf Ausführungsbeispiel 1)
Nach fortgesetzter sorgfältiger Forschung haben sich die vorliegenden Erfinder die Idee eines Verfahrens zum Erfassen der Menge von Partikeln basierend auf einem neuartigen Erfassungsprinzip einfallen lassen, das bis dahin unbekannt war. Der Diffusionsabstand des Gases (Sauerstoff: O₂), das das Innere eines Kompaktfilters durchläuft bzw. -strömt, variiert nämlich, wenn Partikel durch das Kompaktfilter wie etwa das Filter 30 gefiltert werden.
Je größer die Menge von Partikeln in dem Filter ist, desto länger wird der Diffusionsabstand des Gases, das das Kompaktfilter durchläuft bzw. -strömt. Die Menge von O₂, die das Kompaktfilter durchlaufen bzw. -strömen kann, verringert sich, wenn die Menge von Partikeln in dem Filter ansteigt; und als Folge hiervon lässt die Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärts liegenden Seite des Kompaktfilters fortwährend nach. Daher ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Gas, das in das Kompaktfilter hinein strömt, basierend auf der Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärts liegenden Seite des Kompaktfilters zu erfassen.
Bei der vorstehend beschriebenen Reihe von Phänomenen spielt das Kompaktfilter die gleiche Rolle wie eine diffusionsgesteuerte Schicht in einem A/F-Sensor des Grenzstromtyps. Wenn der A/F-Sensor des Grenzstromtyps auf der stromabwärts liegenden Seite des Kompaktfilters angeordnet ist, steigt der Diffusionsabstand von Sauerstoff in einer Schicht, welche die Gesamtheit des Kompaktfilters und der diffusionsgesteuerten Schicht des A/F-Sensors des Grenzstromtyps darstellt, wenn die Menge von Partikeln in dem Filter ansteigt. Als Folge davon wird, wenn die Menge von Partikeln innerhalb des Filters ansteigt, der Grenzstromwert des A/F-Sensors des Grenzstromtyps auf der stromabwärts liegenden Seite fortwährend nachlassen.
Wenn ein A/F-Sensor des Grenzstromtyps jeweils stromaufwärts und stromabwärts des Kompaktfilters angeordnet ist, steigt die Differenz zwischen den Ausgaben der A/F-Sensoren des Grenzstromtyps auf der stromaufwärts und der stromabwärts liegenden Seite, wenn die Menge von Partikeln in dem Filter ansteigt. Daher ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Gas, das in das Kompaktfilter hinein strömt, basierend auf der Differenz zwischen den Ausgaben der A/F-Sensoren des Grenzstromtyps auf der stromaufwärts und der stromabwärts liegenden Seite zu erfassen.
(Spezieller Betrieb von Ausführungsbeispiel 1)
Wenn Abgas mit einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis bzw. Mischungsverhältnis und einer bestimmten Menge von Partikeln in das Filter 30 hinein strömt, bringt der A/F-Sensor 22 eine spezielle Ausgabe hervor, die dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Andererseits variiert die Ausgabe des A/F-Sensors 24 gemäß der Menge von Partikeln in dem Filter 30, wie es vorstehend beschrieben ist. Als Folge dessen, dass das Abgas fortwährend in das Filter 30 hinein strömt, steigt die Menge von Partikeln in dem Filter 30. Wenn die Menge von Partikeln in dem Filter 30 ansteigt, lässt die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre des A/F-Sensors 24 nach und sinkt daher I_L2. Als Folge dessen steigt ΔI_L, da die Ausgabe I_L2 fortwährend sinkt, während die Ausgabe I_L1 konstant bleibt.
Unter der Bedingung der gleichen Zeitdauer und der gleichen Strömungsgeschwindigkeit von Abgas steigt ΔI_L desto weiter, je größer die Menge von in dem Abgas enthaltenen Partikeln ist. Daher ist es möglich, basierend auf ΔI_L die Menge von Partikeln des Abgases zu berechnen, das gerade in das Filter 30 hinein strömt. Demgemäß kann die Menge von Partikeln erfasst werden, die in der Brennkraftmaschine 2 erzeugt wird.
Das Verfahren zum Erfassen der PM-Menge gemäß Ausführungsbeispiel 1 wird unter Verwendung von 3 genauer beschrieben. 3 ist ein Zeitdiagramm, um den Betrieb einer Erfassung der PM-Menge mit Bezug auf Ausführungsbeispiel 1 zu veranschaulichen. Bei dem Betrieb einer Erfassung der PM-Menge gemäß Ausführungsbeispiel 1 werden drei Schritte A, B und C wiederholt durchgeführt. Bei Ausführungsbeispiel 1 wird angenommen, dass die A/F-Sensoren 22 und 24 konstant auf der Aktivierungstemperatur gehalten werden.
In Schritt A wird zunächst ein Steuersignal von der ECU 50 an den Heizersteuerungsteil 34 gesendet, so dass das Heizen des Heizers 32 durchgeführt wird. Das Heizen des Heizers 32 wird dazu führen, dass die Partikel in dem Filter 30 beseitigt (verbrannt) werden und die Partikel in dem Filter vorübergehend Null werden. Außerdem wird bei Ausführungsbeispiel 1, um die Diskrepanz bzw. Abweichung einer Ausgabe (Ausgabeabweichung) zwischen dem A/F-Sensor 22 und dem A/F-Sensor 24 zu beheben, in Schritt A auch eine Nullpunktkorrektur einer Ausgabe durchgeführt. Diese Nullpunktkorrektur einer Ausgabe ermöglicht, dass ΔI_L mit hoher Genauigkeit einen Wert bezeichnet, der der Menge von Partikeln in dem Filter 30 entspricht.
In Schritt B wird der Heizer 32 ausgeschaltet. Dies wird bewirken, dass die Temperatur des Filters 30 gesenkt wird, so dass sich Partikel in dem Filter 30 anzusammeln beginnen. In Schritt B wird ein derartiger Zustand aufrechterhalten, wobei dieser in einen Ruhe- bzw. Bereitschaftszustand übergeht, bis eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist.
In Schritt C erlangt bzw. erfasst bzw. beschafft die ECU 50 nach einem Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer von Schritt B die Ausgabe I_L1 und die Ausgabe I_L2, um ΔI_L zu berechnen. Basierend auf der vorstehend beschrieben vorbestimmten Zeitdauer von Schritt B bis Schritt C (nämlich der Dauer zum Einfangen von Partikeln) und dem Gesamtbetrag der Abgasmenge Gexh, die während der Zeitdauer passiert ist, wird die Menge von Partikeln pro Zeiteinheit und Gasmengeneinheit berechnet.
Nach Schritt C wird in Folge Schritt A durchgeführt. Daraufhin ist es durch wiederholtes Durchführen von Schritten A, B und C möglich, die Menge von Partikeln fortwährend zu erfassen. Gemäß Ausführungsbeispiel 1 ist es möglich, eine quantitative Erfassung von Partikeln von Abgas nach/in jeder vorbestimmten Zeitdauer (vorbestimmten Zyklus) während des Betriebs der Brennkraftmaschine 2 fortwährend durchzuführen.
Wie es bis hierher beschrieben ist, ist es gemäß Ausführungsbeispiel 1 möglich, die Menge von Partikeln des Abgases, das in das Filter 30 hinein strömt, basierend auf dem Änderungsbetrag der Ausgabe (dem Abnahmebetrag der Ausgabe) von A/F-Sensor 24, nämlich ΔI_L zu erfassen. Außerdem kann gemäß Ausführungsbeispiel 1 ein A/F-Sensor sowohl auf der stromaufwärts liegenden Seite des Filters 30 als auch auf der stromabwärts liegenden Seite des Filters 30 bereitgestellt sein. Durch Messung der Differenz ΔI_L zwischen den A/F-Sensoren 22 und 24 ist es möglich, den Anstieg der Menge von Partikeln in dem Filter 30 mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Als Folge hiervon ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Gas, das in das Filter hinein strömt, mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Außerdem ist es gemäß Ausführungsbeispiel 1 möglich, die Erfassung der Menge von Partikeln zu wiederholen, da die Partikel des Filters 30 durch den Heizer 32 erhitzt und dadurch beseitigt werden können. Das Filter 30 ist kompakt und der Verbrauch elektrischer Energie des Heizers 32 wird selbst dann gering sein, wenn das Heizen zum Beseitigen von Partikeln wiederholt wird. Somit kann die Auswirkung auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit niedergehalten werden, so dass diese gering ist.
Außerdem ist es gemäß Ausführungsbeispiel 1 möglich, die Menge von Partikeln von Abgas durch Einsatz der A/F-Sensoren 22 und 24 zu erfassen. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor weist eine bewährte Erfolgs- bzw. Erfahrungsgeschichte als der Sensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration von Abgas auf. Durch Verwendung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Abgas mit hoher Zuverlässigkeit zu erfassen.
Außerdem arbeitet ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor grundsätzlich, während er auf eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur erhitzt ist. Falls die Temperatur des Alters 30 auf nicht weniger als eine spezielle Temperatur (eine Verbrennungstemperatur von Partikeln) ansteigt, werden Partikel abbrennen, ohne dass sie in dem Filter 30 angesammelt werden. In diesem Zusammenhang sind gemäß Ausführungsbeispiel 1 die A/F-Sensoren 22 und 24 und das Filter 30 voneinander beabstandet angeordnet. Daher ist gewährleistet, dass das Filter 30 Partikel auch halten kann, während sich die Temperaturen der A/F-Sensoren 22 und 24 auf der Aktivierungstemperatur befinden. Als Folge hiervon ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Abgas auch zu erfassen, während sich die A/F-Sensoren 22 und 24 auf der Aktivierungstemperatur befinden. Ferner wird gemäß Ausführungsbeispiel 1 die Temperatur der A/F-Sensoren 22 und 24 konstant auf der Aktivierungstemperatur gehalten und ist die Temperaturabhängigkeit der Ausgabe der A/F-Sensoren 22 und 24 gering. Daher benötigt Ausführungsbeispiel 1 nicht die Temperaturkorrektur einer Ausgabe und einen Temperatursensor für eine Temperaturkorrektur, und ist es daher vorteilhaft.
[Spezielle Verarbeitung von Ausführungsbeispiel 1]
Nachstehend wird hierin unter Verwendung von 4 eine spezielle Verarbeitung beschrieben, die durch die PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas gemäß Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt wird. 4 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine, die durch ECU 50 gemäß Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt wird. Die Routine gemäß 4 wird während des Anlaufens der Brennkraftmaschine 2 ausgeführt. 5 ist eine Darstellung, um ein Beispiel des Kennfelds der Korrelationslinie bzw. -kurve zwischen dem Wert von ΔI_L und der Menge von Partikeln (der PM-Menge) zu zeigen. Gemäß 5 sind Korrelationslinien bzw. -kurven für Luft-Kraftstoff-Verhältnisse von 20 und 25 gezeigt. Bei Ausführungsbeispiel 1 ist das Korrelationskennfeld für Luft-Kraftstoff-Verhältnis = 20, das gemäß 5 gezeigt ist, in der ECU 50 vorgespeichert.
In der gemäß 4 gezeigten Routine wird zunächst eine A/F-Sensor-Erhitzung und eine Heizersteuerung durchgeführt (Schritt S100). In diesem Schritt wird der in jedem der A/F-Sensoren 22 und 24 eingebundene Heizer nach dem Anlaufen der Brennkraftmaschine 2 zum Heizen bzw. Erhitzen gesteuert, bis die A/F-Sensoren 22 und 24 aktiviert werden. Gleichzeitig wird der Heizer 32 auch dahingehend gesteuert, dass das Filter 30 auf eine Verbrennungstemperatur von Partikeln geheizt bzw. erhitzt wird.
Als nächstes wird nach der Bestimmung von Sensoraktivierung und PM-Verbrennung eine Nullpunktkorrektur einer Ausgabe für die A/F-Sensoren durchgeführt (Schritt S102). In diesem Schritt S102 wird zunächst bestimmt, ob die A/F-Sensoren 22 und 24 aktiviert sind oder nicht. Die Bestimmung einer Sensoraktivierung kann zum Beispiel durch eine Bestimmung durchgeführt werden, ob der Fehler der Ausgabe des A/F-Sensors 22 oder 24 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht. Außerdem wird in diesem Schritt S102 auch die Bestimmung einer PM-Verbrennung durchgeführt. Die Bestimmung einer PM-Verbrennung wird durchgeführt, um zu bestimmen, ob an dem Filter 30 anhaftende Partikel vollständig abgebrannt wurden oder nicht. Bei Ausführungsbeispiel 1 wird bestimmt, dass Partikel vollständig abgebrannt wurden, falls das Heizen des Filters 30 durch den Heizer 32 für eine vorbestimmte Zeitdauer fortgesetzt wird/ist.
In Schritt S102 wird ebenso eine Nullpunktkorrektur einer Ausgabe für die A/F-Sensoren durchgeführt. Die Nullpunktkorrektur einer Ausgabe für die A/F-Sensoren wird durchgeführt, um die Diskrepanz einer Ausgabe (Ausgabeabweichung) zwischen dem A/F-Sensor 22 und dem A/F-Sensor 24 zu beheben. Diese Nullpunktkorrektur einer Ausgabe kann zum Beispiel wie folgt durchgeführt werden. Zunächst wird ein Leistungsfaktor k, der mit dem Ausgabestrom des A/F-Sensors 24 zu multiplizieren ist, derart hergeleitet, dass die Ausgabe des A/F-Sensors 22 mit der Ausgabe des A/F-Sensors 24 übereinstimmt. Dieser Faktor k wird mit dem Ausgabestrom des A/F-Sensors 24 multipliziert. Dies ermöglicht, dass die Differenz zwischen Ausgaben jedes Mal dann aufgehoben wird, wenn die Verarbeitung von Schritt S102 durchgeführt wird, wodurch eine Nullpunktkorrektur einer Ausgabe verwirklicht wird.
Als nächstes wird der Heizer 32 ausgeschaltet (Schritt S104). Wenn der Heizer 32 ausgeschaltet ist, wird die Temperatur des Filters 30 abgesenkt und wird das Filter 30 nach einer Weile ausreichend auf eine Temperatur abgekühlt sein, auf der Partikel innerhalb des Filters 30 angesammelt werden können. Daraufhin sammeln sich Partikel fortwährend in dem Filter 30 an.
Nachdem der Heizer ausgeschaltet ist, wird die Bestimmungsverarbeitung einer Filtertemperatur für ECU 50 ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Temperatur des Filters 30 auf ein Niveau abgesenkt ist oder nicht, auf dem Partikel angesammelt werden können. Bei dieser Filtertemperaturbestimmung kann zum Beispiel die Bestimmung, ob die Temperatur des Heizers 32 ausreichend abgesenkt ist oder nicht, basierend auf dem Vergleich zwischen dem Widerstandswert des Heizers 32 und einem vorbestimmten Wert vorgenommen werden. Es kann bestimmt werden, dass die Temperatur des Filters 30 ausreichend niedrig ist, wenn sich der Heizer 32 auf einer ausreichend niedrigen Temperatur befindet. Wahlweise kann bestimmt werden, dass die Temperatur des Filters 30 ausreichend abgesenkt ist, wenn ΔI_L auf ein vorbestimmtes Kriterium ansteigt. Wenn eine Erfüllung der Bedingung der Bestimmungsverarbeitung der Filtertemperatur erkannt wird, wird eine Zeitmessung beginnend mit dem Zeitpunkt der Erfüllung der Bedingung gestartet.
Nach dem Start der Zeitmessung in Schritt S104 wird gleichzeitig die Verarbeitung einer Berechnung einer integrierten Abgasmenge begonnen (Schritt S106). In diesem Schritt integriert die ECU 50 fortwährend Abgasmengen Gexh. Nachstehend wird hierin der integrierte Wert bzw. Integrationswert von Gexh auch als eine integrierte Abgasmenge „Gexh_itg” bezeichnet.
Daraufhin werden eine Speicherung einer A/F-Sensor-Ausgabe und eine Speicherung einer Abgasmenge durchgeführt (Schritt S108). In diesem Schritt werden jeweilige Ausgaben der A/F-Sensoren 22 und 24, wenn nach dem Start der Zeitmessung in Schritt S104 gespeichert eine vorbestimmte Zeitdauer T₀ verstrichen ist. Außerdem wird zu der Zeit, zu der die Ausgaben der A/F-Sensoren 22 und 24 gespeichert werden, auch die Abgasmenge Gexh gespeichert. Bei Ausführungsbeispiel 1 wird angenommen, dass die Abgasmenge Gexh, die zu diesem Zeitpunkt gespeichert wird, für die Korrektur einer Abgasdruckabhängigkeit der A/F-Sensoren 22 und 24 verwendet wird.
Gemäß einer Reihe von Verarbeitungen in Schritten S104 bis S108 ist es möglich, die Speicherung einer A/F-Sensor-Ausgabe und die Speicherung einer Abgasmenge durchzuführen, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Zeitpunkt verstrichen ist, zu dem bestätigt wird, dass sich Partikel in dem Filter 30 anzusammeln begonnen haben.
Es wird bemerkt, dass während Schritten S104 bis S108 die Brennkraftmaschine 2 unter einer vorbestimmten Betriebsbedingung betrieben werden kann. Unter dieser vorbestimmten Betriebsbedingung kann die Speicherung der Ausgaben der A/F-Sensoren 22 und 24 sowie die Speicherung der Abgasmenge nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer T₀ durchgeführt werden. Wenn im Hinblick auf einer Erfassungsgenauigkeit der Maschinenbetriebsbereich bestimmt ist, in dem es gewünscht ist, eine Erfassung der PM-Menge durchzuführen, oder es gewünscht ist, dass eine Erfassung der PM-Menge durchgeführt wird, während die Menge von erzeugten Partikeln beträchtlich groß ist, können die Betriebsbedingungen, wann die Erfassung der PM-Menge durchgeführt wird, im Voraus definiert wird.
Nach Schritt S108 wird die Verarbeitung einer Berechnung von ΔI_L durchgeführt (Schritt S110). In diesem Schritt wird zunächst eine Differenz zwischen den Ausgabewerten berechnet, die in Schritt S108 gespeichert werden. Als nächstes wird bei Ausführungsbeispiel 1 die durch diese Berechnung erhaltene Differenz gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Abgasmenge Gexh in einen Bezugsstromwert gewandelt. Bei Ausführungsbeispiel 1 wird angenommen, dass der Bezugsstromwert der Ausgabestromwert des A/F-Sensors 22 oder 24 ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich 20 ist und die Abgasmenge gleich 10 g/s ist. Der Bezug(swert) wird durch diese Wandlung vereinheitlicht, und ein endgültiges γI_L wird berechnet.
Als nächstes wird die Verarbeitung zum Berechnen der PM-Menge aus einer Korrelationslinie bzw. -kurve durchgeführt (Schritt S112). In Schritt S112 wird auf ein Kennfeld Bezug genommen, in dem die Korrelationslinie bzw. -kurve für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 20 definiert ist, wie es gemäß 5 gezeigt ist, um die PM-Menge gemäß ΔI_L nach der Wandlung zu berechnen. Im Speziellen steigt bei dieser Verarbeitung die berechnete PM-Menge, wenn ΔI_L steigt, wie es in dem Kennfeld gemäß 5 gezeigt ist.
Durch die vorstehend beschriebenen Schritte S110 und S112 werden die folgenden Wirkungen erzielt. Zum Beispiel, wie es gemäß 5 gezeigt ist, stimmt die Differenz ΔI_L2, die erhalten wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich 25 ist, mit der Differenz ΔI_L1 überein, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich 20 ist, indem sie in einen Bezugsstromwert gewandelt werden. Die Beziehung zwischen der PM-Menge und ΔI_L variiert gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas. Wie es gemäß 5 gezeigt ist, wird die PM-Menge entsprechend diesem ΔI_L1 bestimmt, wenn ΔL_L1 erhalten wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich 20 ist. Andererseits, falls ΔI_L2 erhalten wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich 25 ist, wird es, als die PM-Menge, der gleiche Wert sein wie ΔI_L1, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich 20 ist, selbst wenn ΔI_L2 größer ist als ΔI_L1. Bei Ausführungsbeispiel 1 wird die Differenz zwischen den Ausgaben der A/F-Sensoren 22 und 24, die bei unterschiedlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen von Abgas erhalten werden, durch die Wandlungsverarbeitung von Schritt S110 in einen Wert gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 20 gewandelt. Neben einer Durchführung dieser Wandlung wird auf ein Kennfeld Bezug genommen, in dem die Korrelationslinie bzw. -kurve für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 20 definiert ist. Dies macht es möglich, die PM-Menge basierend auf den Ausgaben der A/F-Sensoren 22 und 24 selbst in der Situation genau zu erfassen, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu jedem Zeitpunkt variiert.
Als nächstes wird die PM-Menge gemäß der Abgasmenge berechnet (Schritt S114). In diesem Schritt wird die Menge von Partikeln pro Zeiteinheit und pro Gasmengeneinheit basierend auf der integrierten Abgasmenge Gexh_itg, die in Schritt S108 gespeichert wird, und einer vorbestimmten Zeitdauer T₀ berechnet. Dies macht es möglich, eine quantitative Beurteilung von Partikeln in dem Abgas durchzuführen.
Als nächstes wird der Heizer 32 erneut erhitzt und werden Partikel in dem Filter 30 beseitigt (Schritt S116). Daraufhin kehrt der Prozess zu Schritt S102 zurück und werden die Verarbeitungen nach Schritt S102 wiederholt ausgeführt.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Verarbeitung ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Abgas zu erfassen.
Es wird bemerkt, dass das Kennfeld, in dem die Beziehung zwischen ΔIL und der PM-Menge in der ECU 50 zu speichern ist, ein sogenanntes mehrdimensionales Kennfeld sein kann, in dem Korrelationslinien bzw. -kurven für mehrere Luft-Kraftstoff-Verhältnisse einschließlich 20, 25 und anderen definiert sind. Durch Verwendung von diesem kann die PM-Menge durch direkte Bezugnahme auf die Korrelationslinien bzw. -kurven für jedes Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet werden, ohne die Wandlung in den Bezugsstromwert von Schritt S110 durchzuführen. Außerdem berechnet bei Ausführungsbeispiel 1 die ECU 50 die Abgasmenge Gexh basierend auf der Ansaugluftmenge Ga. Daher ist es möglich, anstelle der integrierten Abgasmenge Gexh_itg einen integrierten Wert der Ansaugluftmenge Ga zu verwenden.
Es wird bemerkt, dass bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 das Filter 30 dem ”Filter” bei der ersten Erfindung entspricht, der Heizer 32 dem ”Heizer” bei der ersten Erfindung entspricht, und der A/F-Sensor 24 dem ”Sauerstoffkonzentration-Sensorelement” bei der ersten Erfindung entspricht. Außerdem entspricht bei Ausführungsbeispiel 1 der A/F-Sensor 22 dem ”Sauerstoffkonzentration-Sensorelement” bei der zweiten Erfindung.
Es wird bemerkt, dass bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 das Filter 30 dem ”Filter” bei der fünften Erfindung entspricht, der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 24 dem ”Sauerstoffkonzentration-Sensorelement” bei der fünften Erfindung entspricht, und der Heizer 32 dem ”Heizer” bei der fünften Erfindung entspricht. Außerdem wird bei Ausführungsbeispiel 1 die ”Heizsteuerungseinrichtung” bei der fünften Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritt S100 und Schritt S116 ausführt, wird die ”Temperaturverringerungssteuerungseinrichtung” bei der fünften Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritt S104 ausführt, wird die ”Erlangungseinrichtung” der fünften Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritt S108 ausführt, und wird die ”Berechnungseinrichtung” der fünften Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritten S110 bis S114 ausführt, und zwar jeweils in der Routine gemäß 4.
Außerdem entspricht bei Ausführungsbeispiel 1 die vorbestimmte Zeitdauer T₀ der ”vorbestimmten Zeitdauer” bei der sechsten Erfindung und entspricht die integrierte Abgasmenge Gexh_itg dem ”integrierten Wert” bei der sechsten Erfindung.
Außerdem wird bei Ausführungsbeispiel 1 die ”Kalibrierungseinrichtung” bei der neunten Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die die Verarbeitung von Schritt S102 in der Routine gemäß 4 ausführt.
[Varianten von Ausführungsbeispiel 1]
(Erste Variante)
Bei Ausführungsbeispiel 1 verwenden die A/F-Sensoren 22 und 24 einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor des Grenzstromtyps. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wie es vorstehend beschrieben ist, verringert sich die Menge von O₂, die ein Kompaktfilter durchlaufen bzw. -strömen kann, wenn die Menge von Partikeln in dem Filter 30 steigt, und lässt demzufolge die Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Filters 30 fortwährend nach. Ausführungsbeispiel 1 nutzt dieses Phänomen, um die Menge von Partikeln in dem Gas, das in das Filter 30 hinein strömt, basierend auf der Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Filters 30 zu erfassen. In diesem Zusammenhang kann anstelle der A/F-Sensoren 22 und 24 jeder beliebige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor eines von dem Grenzstromtyp abweichenden Typs verwendet werden, zum Beispiel ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor des Zweizellentyps. Außerdem kann anstelle der A/F-Sensoren 22 und 24 jeder beliebige Sauerstoffkonzentrationssensor abgesehen von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor verwendet werden, der die Sauerstoffkonzentration von Gas linear messen kann.
(Zweite Variante)
Bei Ausführungsbeispiel 1 ist ein A/F-Sensor jeweils für die stromaufwärts liegende Seite und die stromabwärts liegende Seite des Filters 30 bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wie es vorstehend beschrieben ist, verringert sich die Menge von O₂, die ein Kompaktfilter durchlaufen bzw. -strömen kann, wenn die Menge von Partikeln in dem Filter 30 steigt, und lässt demzufolge die Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Filters 30 fortwährend nach. Daher kann ein A/F-Sensor nur stromabwärts des Filters 30 bereitgestellt sein, so dass der Abnahmebetrag der Ausgabe (hierin nachstehend ΔI_Ld) dieses A/F-Sensors anstelle von ΔI_L verwendet werden kann. Wenn jedoch ein A/F-Sensor oder ein Sauerstoffkonzentrationssensor nur stromabwärts des Filters bereitgestellt ist, ist es nicht möglich, die Sauerstoffkonzentration von Abgas stromaufwärts des Filters 30 zu erfassen. In diesem Fall kann zum Beispiel die Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder der Sauerstoffkonzentration, das/die basierend auf der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 2 berechnet wird, und der Ausgabe des A/F-Sensors oder des Sauerstoffkonzentrationssensors stromabwärts des Filters als ΔI_L verwendet werden.
(Dritte Variante)
Bei Ausführungsbeispiel 1 ist der ”PM-Sensor” mit Bezug auf die erste Erfindung durch eine Kombination der A/F-Sensoren 22 und 24, des Filters 30 und des Heizers 32 konfiguriert, die jeweils diskrete/eigenständige Teile darstellen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Es kann ein einzelner PM-Sensor hergestellt werden, in dem die Funktionen der Elementteile der A/F-Sensoren 22 und 24, des Filters 30 und des Heizers 32 integriert (vereinigt) sind.
Im Speziellen ist in einem Gehäuse für den PM-Sensor, der eine Einlassöffnung von/für Abgas und eine Auslassöffnung von/für Abgas umfasst, ein Filter zum Filtern von PM bereitgestellt. Ferner ist stromaufwärts und stromabwärts des Filters jeweils ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelementteil oder ein Sauerstoffkonzentration-Sensorelementteil bereitgestellt. Es ist auch ein Heizer zum Heizen des Filters eingebunden. Wie es bis hierher beschrieben ist, ist ein PM-Sensor bereitgestellt, der eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung von/für Abgas umfasst, und der ein Filter, einen Sauerstoffkonzentration-Sensorelementteil und einen Heizer einbindet. Wenn dieser PM-Sensor in dem Abgaspfad angeordnet ist, wird ein Teil des Abgases über die Einlassöffnung herausgezogen, um in das Innere des Gehäuses für den PM-Sensor zu strömen. Das Abgas, das durch die Einlassöffnung geströmt ist, durchläuft bzw. -strömt das Filter und strömt daraufhin aus der Auslassöffnung heraus erneut in den Abgaspfad. Bei dieser Konfiguration ist es möglich die Menge von Partikeln in dem Abgas zu erfassen, indem die Differenz in den Ausgaben der Sauerstoffkonzentrationssensoren der stromaufwärts und der stromabwärts liegenden Seite des Filters in der gleichen Art und Weise wie ΔI_L bei Ausführungsbeispiel 1 behandelt wird.
Da die Wirkungen der Strömungsgeschwindigkeit von Abgas und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Vergleich zu der Konfiguration von Ausführungsbeispiel 1 verringert sind, ist es gemäß dem vereinigten PM-Sensor mit Bezug auf die vorliegende Variante möglich, das Erfassen der PM-Menge mit hoher Genauigkeit durchzuführen, ohne diesen Wirkungen unterzogen zu sein. Wenn die vorstehend beschriebene Vereinigung durchgeführt wird, ist es bevorzugt, dass eine thermische Isolation rund um das Filter ausreichend gewährleistet ist, so dass das Filter auch dann Partikel halten kann, während sich die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelements auf der Aktivierungstemperatur befindet. Es wird bemerkt, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelementteil oder ein Sauerstoffkonzentration-Sensorelementteil nur stromabwärts des Filters bereitgestellt sein kann, wie es vorstehend bei der zweiten Variante beschrieben ist.
(Vierte Variante)
Es wird bemerkt, dass bei Ausführungsbeispiel 1 die folgende Variation des Berechnungsprozesses ebenso möglich ist. Zunächst speichert die ECU 50 ein Kennfeld (erstes Kennfeld) zwischen dem Wert I_L1 und dem Wert I_L2 und der Sauerstoffkonzentration. Außerdem wird auch bewirkt, dass die ECU 50 elf Kennfeld (zweites Kennfeld) von Korrelationslinien bzw. -kurven speichert, die die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentrationsdifferenz ΔO₂ zwischen der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite des Filters 30 und der PM-Menge definieren. Dieses zweite Kennfeld kann derart definiert sein, dass die PM-Menge desto größer wird, je größer die Sauerstoffkonzentrationsdifferenz ΔO₂ ist. Nachdem die ECU 50 in Schritt S108 I_L1 und I_L2 erlangt bzw. erfasst bzw. beschafft, wird ein diesen Werten entsprechender Sauerstoffkonzentrationswert gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Kennfeld berechnet. Als nächstes wird basierend auf der Differenz der Sauerstoffkonzentrationswerte die PM-Menge gemäß dem zweiten Kennfeld berechnet. Ein derartiger Berechnungsprozess kann die Verarbeitung von Schritten S110 und S112 ersetzen.
Ausführungsbeispiel 2
[Konfiguration von Ausführungsbeispiel 2]
Die PM-Menge-Erfassungsvorrichtung von Ausführungsbeispiel 2 weist eine Konfiguration auf, in der eine Schaltung zum Messen des Verbrauchs elektrischer Energie des Heizers 32 zu der Konfiguration von Ausführungsbeispiel 1 hinzugefügt ist. Es besteht keine Einschränkung bezüglich der speziellen Konfiguration dieser Schaltung, und es kann jede beliebige Schaltung verwendet werden, die einen Stromsensor und einen Spannungssensor zum Messen des Stroms und der angelegten Spannung des Heizers 32 aufweist. Da mit Ausnahme dieses Punkts die Hardwarekonfigurationen von Ausführungsbeispiel 1 und Ausführungsbeispiel 2 gleich sind, wird die Hardwarekonfiguration von Ausführungsbeispiel 2 zur Vereinfachung der Beschreibung nicht veranschaulicht. Die PM-Menge-Erfassungsvorrichtung von Ausführungsbeispiel 2 kann implementiert werden, indem die ECU 50 veranlasst wird, die gemäß 6 gezeigte Routine in der vorstehend beschriebenen Konfiguration auszuführen.
Bei der folgenden Beschreibung wird der Verbrauch elektrischer Leistung des Heizers 32 auch als ”P_H” bezeichnet. Außerdem wird eine Größe, die durch eine zeitliche Integration des elektrischen Leistungsverbrauchs PH des Heizers 32 erhalten wird, nämlich der elektrische Energieverbrauch des Heizers 32, auch als ”W_H” bezeichnet.
[Betrieb von Ausführungsbeispiel 2]
Je größer die Menge von Partikeln in dem Abgas ist, desto größer wird die Menge von Partikeln, die in dem Filter 30 pro Zeiteinheit einzufangen ist. Je größer die Menge von Partikeln in dem Filter 30 ist, desto größer wird der elektrische Energieverbrauch des Heizers 32, der zum Beseitigen der Partikel in dem Filter 30 benötigt wird. Dementsprechend wird bei Ausführungsbeispiel 2 die Menge von Partikeln in dem Gas, das in das Filter 30 hinein strömt, basierend auf dem elektrischen Energieverbrauch des Heizers 32 berechnet.
[Spezielle Verarbeitung von Ausführungsbeispiel 2]
Nachstehend wird hierin unter Verwendung von 6 eine spezielle Verarbeitung beschrieben, die durch die PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas gemäß Ausführungsbeispiel 2 durchgeführt wird. 6 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine, die durch ECU 50 gemäß Ausführungsbeispiel 2 durchgeführt wird. Bei Ausführungsbeispiel 2 wird ein Kennfeld der Korrelationslinien bzw. -kurven zwischen W_H und der PM-Menge in der ECU 50 vorgespeichert. Dieses Kennfeld kann derart definiert sein, dass die PM-Menge desto größer wird, je größer der elektrische Energieverbrauch W_H ist, wie es bei dem Kennfeld von Ausführungsbeispiel 1 in 5 der Fall ist.
In der Routine gemäß 6 wird zunächst Schritt S100 ausgeführt, der bei Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist.
Als nächstes werden die Speicherung von I_L1, I_L2 und Gexh, sowie die Berechnung von ΔI_L durchgeführt (Schritt S208). Bei Ausführungsbeispiel 2 ist in der ECU 50 eine sukzessive bzw. fortlaufende Speicherverarbeitung bereitgestellt, um die Ausgaben IL₁ und IL₂ der A/F-Sensoren 22 und 24 jeweils in/mit einer vorbestimmten Periode (zum Beispiel alle 8 Millisekunden) wiederholt zu speichern (abzutasten). Außerdem ist bei Ausführungsbeispiel 2 in der ECU 50 auch eine sukzessive bzw. fortlaufende Speicherverarbeitung bereitgestellt, um die Abgasmenge Gexh zu der gleichen Zeit bzw. mit der gleichen Zeitsteuerung wie die Speicherung der Ausgaben I_L1 und I_L2 zu speichern. In Schritt S208 wird die Verarbeitung zur Berechnung von ΔI_L in Schritten S108 und S110 basierend auf den Speicherwerten I_L1, I_L2 und Gexh der vorstehend beschriebenen sukzessiven bzw. fortlaufenden Speicherverarbeitung wiederholt durchgeführt. Bei Ausführungsbeispiel 2 führt die ECU 50 diese Verarbeitung nach Schritt S208 kontinuierlich aus und wird ΔI_L sukzessive auf den neuesten Wert aktualisiert.
Als nächstes wird Schritt S104 ausgeführt, der bei Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist, und wird der Heizer ausgeschaltet. Daraufhin steigt der Wert von ΔI_L allmählich an, der sukzessive berechnet wird, wenn sich Partikel in dem Filter 30 fortwährend ansammeln.
Als nächstes wird eine Zeitzählung gestartet, wenn ΔI_L einen vorbestimmten Wert erreicht (Schritt S213). Dieser Schritt ermöglicht, dass die Zeitzählung in einer Phase gestartet wird, in der sich ein vorbestimmter Partikelpegel bzw. -betrag in dem Filter 30 angesammelt hat. Dies macht es möglich, die Verarbeitung daraufhin in der Situation durchzuführen, in der Partikel sicher in dem Filter 30 eingefangen sind. Demzufolge wird realisiert, dass eine Schätzgenauigkeit der Berechnung einer PM-Menge gewährleistet ist und der elektrische Energieverbrauch des Heizers unter der Bedingung, dass keine Partikel eingefangen sind, verringert wird.
Als nächstes wird der Heizer eingeschaltet (Schritt S214), wenn die Zeit, die in Schritt S213 zu zählen begonnen wird, eine vorbestimmte Zeitdauer (die hierin nachstehend als ”T₁” bezeichnet wird) erreicht. Nachdem der Heizer 32 eingeschaltet ist, wird elektrische Leistung mit einer vorbestimmten Amplitude P₀ und einem vorbestimmten Tastverhältnis bzw. einer vorbestimmten relativen Einschaltdauer D_H an den Heizer 32 zugeführt. Zu dieser Zeit wird der Heizer 32 so gesteuert, dass er in der Lage ist, das Filter 30 zumindest auf eine Temperatur zu erhitzen, die nicht niedriger ist als die Temperatur, auf der Partikel zu verbrennen beginnen. Außerdem wird bei Ausführungsbeispiel 2 die Zeit gezählt, nachdem der Heizer 32 eingeschaltet ist.
Nach dem Start der Steuerung des Heizers 32 in Schritt S214 wird das Filter 30 durch den Heizer 32 erhitzt und verbrennen Partikel in dem Filter 30 fortwährend, so dass sie beseitigt werden. Als Folge dessen verringert sich allmählich der Wert von ΔI_L.
Daraufhin wird der elektrische Energieverbrauch berechnet, bis ΔI_L zu Null wird (Schritt S216). Bei Ausführungsbeispiel 2 wird zunächst der Heizer 32 eingeschaltet, und wird daraufhin eine Bestimmungsverarbeitung dahingehend durchgeführt, ob ΔI_L Null wird oder nicht. Das Zählen der Zeit wird zu der Zeit angehalten, wenn ΔI_L = 0 erfüllt ist, und es wird eine Zeitdauer T_H von der Einschaltzeit des Heizers 32 bis zu einer Zeit erhalten, zu der ΔI_L zu Null wird. Als nächstes wird eine Berechnungsverarbeitung ausgeführt, um den elektrischen Energieverbrauch W_H basierend auf der Zeitdauer T_H, dem vorstehend beschriebenen Parameter P₀ und dem Tastverhältnis D_H zu berechnen (genauer gesagt, um zum Beispiel eine Multiplikation T_H × P₀ × D_H = W_H durchzuführen). Der berechnete elektrische Energieverbrauch W_H wird als die elektrische Energie angenommen, die durch den Heizer 32 zum Beseitigen von Partikeln in dem Filter 30 verbraucht wird.
Als nächstes wird die PM-Menge gemäß der Abgasmenge berechnet (Schritt S218). In diesem Schritt wird zunächst auf das Kennfeld der Korrelationslinien bzw. -kurven von W_H und der PM-Menge Bezug genommen, das in der ECU 50 gespeichert ist, so dass die PM-Menge gemäß W_H berechnet wird. Daraufhin wird, wie bei Ausführungsbeispiel 1, die Menge von Partikeln pro Zeiteinheit und pro Gasmengeneinheit basierend auf der integrierten Abgasmenge Gexh_itg und der vorbestimmten Zeitdauer T₀ berechnet.
Daraufhin wird der Heizer 32 erneut so erhitzt, dass Partikel in dem Filter 30 beseitigt werden (Schritt S220). Daraufhin kehrt der Prozess zu Schritt S208 zurück und wird die Verarbeitung nach Schritt S208 wiederholt ausgeführt.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Verarbeitung ist es möglich, die Menge von Partikeln in dem Abgas zu erfassen.
Es wird bemerkt, dass bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 2 das Filter 30 dem „Filter” bei der zehnten Erfindung entspricht, und der Heizer 32 dem „Heizer” bei der zehnten Erfindung entspricht. Außerdem wird bei Ausführungsbeispiel 2 die „Temperaturverringerungssteuerung” bei der zehnten Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritt S212 ausführt, wird die „Heizsteuerungseinrichtung” bei der zehnten Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritt S213 und Schritt S214 ausführt, wird die „Elektroenergie-Erfassungseinrichtung” der zehnten Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritt S216 ausführt, und wird die „Berechnungseinrichtung” der zehnten Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritt S220 ausführt, und zwar jeweils in der Routine gemäß 6.
Außerdem wird bei Ausführungsbeispiel 2 die „Bestimmungseinrichtung” bei der elften Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Bestimmungsverarbeitung dahingehend ausführt, ob AI_L gleich Null ist oder nicht, und wird die „Elektroenergie-Berechnungseinrichtung” bei der elften Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Berechnungsverarbeitung ausführt, um den elektrischen Energieverbrauch W_H basierend auf der Zeitdauer T_H, dem vorstehend beschriebenen Parameter P₀ und dem Tastverhältnis D_H in Schritt S216 gemäß 6 zu berechnen.
Außerdem entspricht, obwohl die Hardwarekonfiguration bei Ausführungsbeispiel 2 nicht veranschaulicht ist, der A/F-Sensor 22 dem „Sauerstoffkonzentrationssensor einer stromaufwärts liegenden Seite” bei der vorstehend beschriebenen zwölften Erfindung, und entspricht der nicht gezeigte A/F-Sensor 24 dem „Sauerstoffkonzentrationssensor einer stromabwärts liegenden Seite” bei der zwölften Erfindung.
[Variante von Ausführungsbeispiel 2]
Bei der speziellen Verarbeitung von Ausführungsbeispiel 2 werden in Schritt S214 die Ausgaben der A/F-Sensoren 22 und 24 gespeichert, wenn die vorbestimmte Zeitdauer T₁ verstrichen ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die ECU 50 kann anstatt nach der Zeitdauer T₁ die Ausgaben der A/F-Sensoren 22 und 24 speichern, wenn der integrierte Abgasmengenwert Gexh_itg eine vorbestimmte Menge erreicht.
Die Steuerung des Heizers 32 ist nicht auf die Tastverhältnis- bzw. Einschaltdauersteuerung wie in Schritt S214 beschränkt. Zum Beispiel kann elektrische Leistung derart an den Heizer 32 zugeführt werden, dass der Widerstandswert (die Temperatur des Heizers 32) einen vorbestimmten Wert zeigt. In diesem Fall kann der elektrische Energieverbrauch etwa durch Überwachung eines Verbrauchs elektrischer Leistung des Heizers 32 berechnet werden.
Bei Ausführungsbeispiel 2 umfassen Varianten etwa eine, wie sie nachstehend gezeigt ist. Bei dieser Variante wird die Verarbeitung nach der Heizereinschaltverarbeitung in Schritt S214 ausgeführt, wenn nach der Heizerausschaltverarbeitung in Schritt S212 die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist (oder der integrierte Abgaswert eine vorbestimmte Menge erreicht hat). Das heißt, dass bei der vorliegenden Variante der Vergleich von ΔI_L mit einem vorbestimmten Wert in Schritt S213 ausgelassen ist.
Außerdem können bei Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Varianten mit Ausführungsbeispiel 2 kombiniert werden.
Ausführungsbeispiel 3
[Konfiguration von Ausführungsbeispiel 3]
7 ist eine Darstellung, um die Konfiguration einer Anormalitätserfassungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit Bezug auf Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Die Anormalitätserfassungsvorrichtung von Ausführungsbeispiel 3 kann eine Anormalität bzw. Störung eines in dem Abgasrohr 10 bereitgestellten Dieselpartikelfilters (DPF) 130 erfassen. Diese Anormalitätserfassungsvorrichtung kann für OBD (Borddiagnose) verwendet werden, wenn sie an einem Fahrzeug installiert ist.
Bei Ausführungsbeispiel 3 wird angenommen, dass die Brennkraftmaschine 2 eine Dieselmaschine ist und ein (nicht gezeigter) Heizmechanismus zum Regenerieren bzw. Wiederherstellen des DPF 130 bereitgestellt ist. Die ECU 50 kann den Heizmechanismus steuern, um das DPF 130 zu regenerieren bzw. wiederherzustellen.
Es gibt bereits verschiedene bekannte Konfigurationen hinsichtlich des Heizmechanismus für die Regeneration bzw. Wiederherstellung von dem DPF. Daher kann, obwohl eine ausführliche Beschreibung nicht vorgenommen wird, das DPF 130 zum Beispiel durch eine sogenannte Nacheinspritzung erhitzt werden. Im Speziellen kann ein Abgas- bzw. Auslass-Kraftstoffhinzufügungsventil in dem Abgaspfad der Brennkraftmaschine 2 bereitgestellt sein. Das Abgas- bzw. Auslass-Kraftstoffhinzufügungsventil ist bereitgestellt, um Kraftstoff zu dem in dem Abgaspfad strömenden Abgas hinzuzufügen bzw. beizumischen. Durch Vornahme einer Kraftstoffhinzufügung bzw. -beimischung mit dem Abgas- bzw. Auslass-Kraftstoffhinzufügungsventil zu einer geeigneten Zeit bzw. mit einer geeigneten Zeitsteuerung ist es möglich, das DPF 130 zu regenerieren. Außerdem kann eine sogenannte Nacheinspritzung durchgeführt werden, um eine Kraftstoffhinzufügung bzw. -beimischung durchzuführen. Außerdem kann ein Heizer an dem DPF 130 angebracht sein, um das DPF 130 durch diesen Heizer zu erhitzen.
Wie es gemäß 7 gezeigt ist, sind A/F-Sensoren 22 und 24 stromaufwärts und stromabwärts des DPF 130 bereitgestellt, wie es bei dem Filter 30 von Ausführungsbeispiel 1 der Fall ist. Auch bei dem DPF 130, wie bei dem Filter 30, steigt ΔI_L, wenn die Menge von Partikeln steigt. Falls sich das DPF 130 in einem Zustand befindet, in dem es in der Lage ist, Partikel normal einzufangen, werden sich die Partikel in dem DPF 130 fortwährend ansammeln und sollte sich die Wirkung der Ansammlung von Partikeln selbst in ΔI_L manifestieren. Daher ist es möglich, eine Anormalität von dem DPF 130 basierend auf ΔI_L zu erfassen.
[Spezielle Verarbeitung von Ausführungsbeispiel 3]
8 ist ein Ablaufdiagramm der Routine, die durch die ECU 50 gemäß Ausführungsbeispiel 3 auszuführen ist. Es wird angenommen, dass die Routine gemäß 8 während des Anlaufens der Brennkraftmaschine 2 ausgeführt wird. Bei der folgenden Beschreibung wird eine Beschreibung bezüglich überlappender Punkte mit den Inhalten von denjenigen gemäß Ausführungsbeispielen 1 und 2, soweit angemessen, ausgelassen oder vereinfacht.
In der Routine gemäß 8 wird zunächst ein Heizen zum Aktivieren des A/F-Sensors durchgeführt, wie es bei Schritt S100 von Ausführungsbeispiel 1 der Fall ist (Schritt S300).
Dann wird eine DPF-Regenerationssteuerung durchgeführt (Schritt S302). In diesem Schritt steuert die ECU 50 den Heizmechanismus, der bereits beschrieben wurde, so dass Partikel in dem DPF 130 beseitigt werden.
Als nächstes werden Schritte S102, S106, S108 und S110 wie bei Ausführungsbeispiel 1 ausgeführt. Dadurch werden nacheinander die Bestimmungsverarbeitung einer A/F-Sensoraktivierung, die Bestimmungsverarbeitung einer PM-Verbrennung in DPF 130, die Nullpunktkorrekturverarbeitung der Ausgabe des A/F-Sensors, die Berechnungsverarbeitung der integrierten Abgasmenge Gexh_itg und die Berechnungsverarbeitung von ΔI_L ausgeführt.
Als nächstes wird die PM-Menge berechnet (Schritt S304). In diesem Schritt wird die PM-Menge basierend auf ΔI_L gemäß Korrelationslinien bzw. -kurven berechnet, wie es bei der Verarbeitung von Schritt S112 von Ausführungsbeispiel 1 der Fall ist. Auch bei Ausführungsbeispiel 3 wird ein Kennfeld von Korrelationslinien bzw. -kurven, wie es gemäß 5 gezeigt ist, in der ECU 50 erzeugt und gespeichert.
Als nächstes wird bestimmt, ob die PM-Menge nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht (Schritt S306). Wie es bis hierher beschrieben ist, sollten sich Partikel in dem DPF 130 fortwährend ansammeln, falls sich das DPF 130 in einem Zustand befindet, in dem es in der Lage ist, Partikel normal einzufangen. Wenn die PM-Menge in dem DPF im Gegensatz zu einer derartigen Erwartung einen Wert von nicht mehr als dem vorbestimmten Wert zeigt, wird erachtet, dass in dem DPF 130 eine Anormalität irgendeiner Art aufgetreten ist. Daher wird bei Ausführungsbeispiel 3 die Bestimmung dahingehend durchgeführt, ob die PM-Menge nicht größer als der vorbestimmte Wert ist oder nicht. Wenn diese Bedingung verneint wird, wird beurteilt, dass das DPF 130 Partikel normal einfängt, und endet die Routine dieser Runde.
Wenn die Bedingung von Schritt S306 erfüllt ist, wird bestimmt, dass eine Anormalität in dem DPF 130 vorliegt (Schritt S308). Wenn die Anormalitätserfassungsvorrichtung von Ausführungsbeispiel 3 für OBD verwendet wird, wird eine Alarmierung des Fahrers zum Beispiel durch eine Beleuchtung einer Alarmanlage durchgeführt.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Verarbeitung ist es möglich, die Erfassung einer Anormalität in einem Partikelfilter durchzuführen.
Es wird bemerkt, dass bei Ausführungsbeispiel 3, nachdem die PM-Menge aus ΔI_L berechnet ist, eine Bestimmung basierend auf dem Vergleich zwischen der PM-Menge und dem vorbestimmten Wert durchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt.
Die Vergleichsbestimmung kann durch Vergleich von ΔI_L mit einem vorbestimmten Wert vorgenommen werden, ohne die Wandlung in die PM-Menge durchzuführen.
Es ward bemerkt, dass bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 3 das DPF 130 dem „Partikelfilter” bei der dreizehnten Erfindung entspricht und der A/F-Sensor 24 dem „Sauerstoffkonzentrationssensor” bei der dreizehnten Erfindung entspricht. Außerdem wird die „Heizeinrichtung” bei der dreizehnten Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritt S302 in der Routine gemäß 8 ausführt, und wird die „Erfassungseinrichtung” bei der dreizehnten Erfindung durch die ECU 50 implementiert, die bzw. indem sie die Verarbeitung von Schritten S110, S304, S306 und S308 in der Routine gemäß 8 ausführt.
Außerdem entspricht bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 3 der A/F-Sensor 22 dem „Sauerstoffkonzentrationssensor” bei der vierzehnten Erfindung.

Claims

PM-Sensor mit: einer Einlassöffnung, durch die ein Teil eines Gases, das von einem Abgaspfad (10) einer Brennkraftmaschine (2) bezogen wird, einströmen kann; einem Filter (30) zum Filtern von Feinstaub (PM) in dem Gas, das durch die Einlassöffnung eingeströmt ist; einem Heizer (32), der an dem Filter angebracht ist und zum Ändern der Temperatur des Filters im Stande ist; einer Auslassöffnung, durch die das Gas, das das Filter durchlaufen hat, in den Abgaspfad ausströmen kann; und einem Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (24), das auf der Auslassöffnungsseite angeordnet ist und einen eignen Heizer umfasst, wobei das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement bei Aktivierung durch den Heizer auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird und angepasst ist, seine Ausgabe gemäß einer Sauerstoffkonzentration des Gases zu ändern, das das Filter durchlaufen hat, und wobei das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement derart von dem Filter getrennt beabstandet ist, dass das Filter ein Temperaturniveau aufweist, auf dem Feinstaub in dem Filter nicht beseitigt wird, wenn das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement selbst auf der vorbestimmten Temperatur ist.
PM-Sensor gemäß Anspruch 1, zusätzlich mit: einem Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (22), das zwischen der Einlassöffnung und dem Filter angeordnet ist und angepasst ist, seine Ausgabe gemäß einer Sauerstoffkonzentration des Gases zu ändern, das durch die Einlassöffnung eingeströmt ist.
PM-Sensor gemäß Anspruch 2, wobei das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (24) der Auslassöffnungsseite und das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (22) der Einlassöffnungsseite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelemente sind.
PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas, mit: einem Filter (30), das in einem Abgaspfad (10) einer Brennkraftmaschine (2) bereitgestellt ist und zum Filtern von Feinstaub (PM) in Abgas dient, das durch den Abgaspfad strömt; einem Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (24), das stromabwärts des Filters in dem Abgaspfad angeordnet ist und angepasst ist, seine Ausgabe gemäß einer Sauerstoffkonzentration des Gases zu ändern, das das Filter durchlaufen hat; einem Heizer (32), der an dem Filter angebracht ist; einer Heizsteuerungseinrichtung (50) zum derartigen Steuern des Heizers, dass das Filter geheizt wird, bis Feinstaub in dem Filter beseitigt ist; einer Temperaturverringerungssteuerungseinrichtung (50) zum derartigen Steuern des Heizers, dass eine Temperatur des Filters nicht höher ist als eine Temperatur, auf der Feinstaub in dem Filter nicht beseitigt wird, nach der Steuerung der Heizsteuerungseinrichtung; einer Erlangungseinrichtung (50) zum Erlangen einer Ausgabe des Sauerstoffkonzentration-Sensorelements, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, nachdem eine Temperatur des Filters nicht höher als die Temperatur geworden ist; einer Einrichtung (50) zum Berechnen eines integrierten Werts einer Abgasmenge, die vor einer Erlangungszeit der Ausgabe durch die Erlangungseinrichtung in das Filter strömt; und einer Berechnungseinrichtung (50) zum Berechnen einer Menge von Feinstaub in dem Abgas pro Zeiteinheit und pro Volumeneinheit basierend auf der durch die Erlangungseinrichtung erlangten Ausgabe, der vorbestimmten Zeitdauer und dem integrierten Wert.
PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas gemäß Anspruch 4, zusätzlich mit: einem Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (22), das stromaufwärts des Filters in dem Abgaspfad angeordnet ist und im Stande ist, seine Ausgabe gemäß einer Sauerstoffkonzentration des Abgases zu ändern, das in das Filter eingeströmt ist, wobei die Berechnungseinrichtung angepasst ist, eine Menge von Feinstaub in dem Abgas basierend auf einer Differenz zwischen einer Ausgabe des Sauerstoffkonzentration-Sensorelements (22) der stromaufwärts liegenden Seite des Filters und einer Ausgabe des Sauerstoffkonzentration-Sensorelements (24) der stromabwärts liegenden Seite des Filters zu berechnen.
PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas gemäß Anspruch 5, wobei das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (24) der stromabwärts liegenden Seite des Filters und das Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (22) der stromaufwärts liegenden Seite des Filters Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelemente sind.
PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas gemäß Anspruch 6, zusätzlich mit einer Kalibrierungseinrichtung (50) zum Kalibrieren einer Ausgabeabweichung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor der stromabwärts liegenden Seite des Filters und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor der stromaufwärts liegenden Seite des Filters.
PM-Menge-Erfassungsvorrichtung für Abgas, mit: einem Filter (30), das in einem Abgaspfad (10) einer Brennkraftmaschine (2) bereitgestellt ist und zum Filtern von Feinstaub (PM) in Abgas dient, das durch den Abgaspfad strömt; einem Heizer (32), der an dem Filter angebracht ist; einem Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (22) einer stromaufwärts liegenden Seite, das stromaufwärts des Filters in dem Abgaspfad angeordnet ist und angepasst ist, seine Ausgabe gemäß einer Sauerstoffkonzentration von Gas zu ändern, das in das Filter einströmt; und einem Sauerstoffkonzentration-Sensorelement (24) einer stromabwärts liegenden Seite, das stromabwärts des Filters in dem Abgaspfad angeordnet ist und angepasst ist, seine Ausgabe gemäß einer Sauerstoffkonzentration von Gas zu ändern, das aus dem Filter ausströmt, wobei einer Temperaturverringerungssteuerungseinrichtung (50) zum derartigen Steuern des Heizers, dass eine Temperatur des Filters nicht höher ist als eine Temperatur, auf der Feinstaub in dem Filter nicht beseitigt wird; einer Heizsteuerungseinrichtung (50) zum derartigen Steuern des Heizers, dass eine Temperatur des Filters nicht niedriger als eine Temperatur wird, auf der Feinstaub in dem Filter beseitigt wird, nachdem eine vorbestimmte Dauer verstrichen ist, seit eine Temperatur des Filters durch die Steuerung durch die Temperaturverringerungssteuerungseinrichtung nicht höher als die Temperatur geworden ist; einer Erfassungseinrichtung (50) für elektrische Energie mit einer Bestimmungseinrichtung (50) zum Bestimmen, ob Feinstaub in dem Filter (30) beseitigt ist oder nicht, basierend auf einer Differenz zwischen einer Ausgabe des Sauerstoffkonzentrationssensors (22) einer stromaufwärts liegenden Seite und einer Ausgabe des Sauerstoffkonzentrationssensors (24) einer stromabwärts liegenden Seite, nach einem Start der Steuerung durch die Heizsteuerungseinrichtung; einer Berechnungseinrichtung (50) für elektrische Energie zum Berechnen eines Verbrauchs elektrischer Energie des Heizers während einer Dauer von einem Start der Steuerung durch die Heizsteuerungseinrichtung bis bestimmt wird, dass der Feinstaub in dem Filter beseitigt ist; und einer Einrichtung (50) zum Berechnen des Verbrauchs elektrischer Energie, die durch den Heizer (32) zum Beseitigen von Feinstaub in dem Filter verbraucht wird, basierend auf dem durch die Berechnungseinrichtung für elektrische Energie berechneten Verbrauch elektrischer Energie; und einer Berechnungseinrichtung (50) zum Berechnen einer Menge von Feinstaub des Abgases basierend auf dem durch die Erfassungseinrichtung für elektrische Energie erfassten Verbrauch elektrischer Energie.