DE102005016132A1 - Exhaust system for internal combustion (IC) engine, makes particulate sensors on upstream side of particulate filter independently operable with respect to their reference conditions - Google Patents

Exhaust system for internal combustion (IC) engine, makes particulate sensors on upstream side of particulate filter independently operable with respect to their reference conditions Download PDF

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Abstract

Particulate sensors (5-7) for detecting amount of particulates in exhaust gas lie upstream and downstream of a particulate filter (4) in an exhaust system (A). The sensors (5,6) on the upstream side are independently operable with respect to their reference conditions, and have sensing regions located on a common substrate. An independent claim is also included for a method for collecting particulates in exhaust gas of an IC engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem umfassend einen Partikelfilter und einen dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzten ersten und zweiten Partikelsensor zur Erfassung einer Abgas-Partikelbelastung sowie ein Verfahren zur Erfassung einer Partikelbelastung eines Abgases einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine auf einem Partikelsensor abgelagerte Partikelmenge erfasst wird.The The invention relates to an internal combustion engine with an exhaust system comprising a particulate filter and an exhaust gas of the internal combustion engine exposed first and second particle sensor for detecting a Exhaust particulate loading and a method for detecting a Particle load of an exhaust gas of an internal combustion engine, in which detects a deposited on a particle sensor amount of particles becomes.

Aus der EP 0 525 566 A1 ist ein Sensor bekannt, der dem Abgas einer Brennkraftmaschine ausgesetzt ist und sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit den im Abgas enthaltenen Partikeln beladen kann. Die Stärke der Partikelbeladung kann durch Messung des elektrischen Widerstands zwischen zwei voneinander beabstandeten Elektroden des Sensors gemessen werden. Wenn der Sensor mit einer bestimmten Partikelmenge beladen ist, erfolgt eine Regeneration des Sensors, indem ein Heizelement aktiviert und die überwiegend aus Ruß bestehenden abgelagerten Partikel abgebrannt werden, so dass der Sensor wieder in einen Initialzustand gebracht wird. Ist eine vorgegebene Anzahl von Regenerationen des Sensors erfolgt, so wird eine Regeneration des Partikelfilters veranlasst. Auf diese Weise können eine Partikelbelastung des Abgases bzw. eine Partikelbeladung eines stromab des Sensors angeordneten Partikelfilters ermittelt werden. Während der Regenerationsphasen des Sensors ist dieser jedoch nicht in der Lage die Partikelbelastung des Abgases zu erfassen. Die Ermittlung der Beladung des Partikelfilters ist daher mit Ungenauigkeiten behaftet und die Notwendigkeit für eine Partikelfilterregeneration kann nicht mit einer gewünschten Zuverlässigkeit bestimmt werden. Die Partikelfilterregenerationen werden daher unter Umständen verspätet vorgenommen, was einen verschlechterten Brennkraftmaschinenbetrieb zur Folge hat.From the EP 0 525 566 A1 a sensor is known which is exposed to the exhaust gas of an internal combustion engine and can be loaded during operation of the internal combustion engine with the particles contained in the exhaust gas. The level of particle loading can be measured by measuring the electrical resistance between two spaced-apart electrodes of the sensor. When the sensor is loaded with a certain amount of particulates, the sensor is regenerated by activating a heating element and burning off the particulate matter that is predominantly soot so that the sensor is returned to an initial state. If a predetermined number of regenerations of the sensor has taken place, regeneration of the particle filter is initiated. In this way, a particle load of the exhaust gas or a particle loading of a particle filter arranged downstream of the sensor can be determined. During the regeneration phases of the sensor, however, this is not able to detect the particulate load of the exhaust gas. The determination of the load of the particulate filter is therefore subject to inaccuracies and the need for a particulate filter regeneration can not be determined with a desired reliability. The particulate filter regeneration may therefore be delayed, resulting in degraded engine operation.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren anzugeben, welche eine zuverlässigere Erfassung der Abgaspartikelbelastung ermöglichen.task The invention is therefore an internal combustion engine and a method indicate which one is more reliable Allow detection of exhaust particulate loading.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.These Task is by an internal combustion engine with the characteristics of Claim 1 and by a method having the features of the claim 7 solved.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich gemäß Anspruch 1 dadurch aus, dass ein erster Partikelsensor und ein zweiter Partikelsensor vorgesehen sind, wobei der erste und der zweite Partikelsensor unabhängig voneinander in einen Referenzzustand bringbar sind. Als Folge dieser unabhängigen Betriebsweise können die Partikelsensoren zeitversetzt in ihren jeweiligen Referenzzustand gebracht werden, wodurch gewährleistet ist, dass wenigstens einer der Sensoren ständig einsatzbereit ist und die Partikelbelastung des Abgases erfassen kann. Es entstehen daher keine Messpausen, so dass der Beladungszustand des Partikelfilters besonders zuverlässig ermittelt werden kann. Ferner wird damit eine Redundanz bei der Überwachung der Abgasqualität erreicht, so dass beispielsweise bei einem Totalausfall eines der beiden Sensoren die Erfassung der Abgaspartikelbelastung durch den anderen weiterhin erfolgen kann. Auf diese Weise ist nach einem Totalausfall eines der Sensoren ein schadstoffarmer Betrieb der Brennkraftmaschine zumindest eine gewisse Zeit lang ermöglicht.The inventive internal combustion engine records according to the claim 1 characterized in that a first particle sensor and a second particle sensor are provided, wherein the first and the second particle sensor independently can be brought into a reference state. As a result of this independent operation can the particle sensors delayed in their respective reference state be brought, thereby ensuring is that at least one of the sensors is always ready for use and can detect the particulate load of the exhaust gas. It therefore arises no measuring breaks, so that the loading condition of the particulate filter especially reliable can be determined. It also provides redundancy in monitoring the exhaust quality achieved, so that, for example, in a total failure of one of both sensors detecting the exhaust particulate loading by the other can continue to take place. This way is after a total failure one of the sensors low-emission operation of the internal combustion engine at least for a certain amount of time.

Unter einer Abgaspartikelbelastung wird in diesem Zusammenhang eine vorzugsweise auf die Zeit oder die Abgasmenge bezogene Menge an partikelförmigen Abgasbestandteilen verstanden, welche das Abgassystem am Einbauort des jeweiligen Sensors passiert. Ein mit dieser Menge korrelierender Anteil lagert sich auf den Partikelsensoren ab, wobei die Sensoren so ausgebildet sind, dass sie ein Messsignal abgeben können, welches mit der abgelagerten Partikelmenge korreliert. Aufgrund der zeitlich veränderlichen Menge abgelagerter Partikel erzeugen die Partikelsensoren daher jeweils ein entsprechendes, zeitlich veränderliches Signal. Es ist daher vorgesehen, dass die Sensoren von Zeit zu Zeit in einen Referenzzustand gebracht werden können. Dieser Referenzzustand ist als Zustand des Partikelsensors zu verstehen, bei welchem das Sensorsignal eindeutig einer bestimmten Menge an abgelagerten Partikeln zugeordnet werden kann. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Zustand, bei welchem der Sensor im Wesentlichen frei von beladenen Partikeln, insbesondere frei von beladenen Rußpartikeln ist. Dementsprechend stellt das in diesem Zustand erhaltene Sensorsignal ein Nullpunktssignal dar. Im Referenzzustand erfolgt somit vorzugsweise eine Nullpunktskalibrierung des Partikelsensors.Under an exhaust particulate load is in this context a preferred amount of particulate exhaust gas constituents based on the time or amount of exhaust gas understood which the exhaust system at the installation of the respective sensor happens. A proportion correlating with this amount is stored on the particle sensors, with the sensors being designed that they can deliver a measuring signal which coincides with the deposited Particle quantity correlates. Due to the time-varying Quantity of deposited particles therefore generate the particle sensors each a corresponding, time-varying signal. It is therefore provided that the sensors from time to time in a reference state can be brought. This reference state is to be understood as the state of the particle sensor, in which the sensor signal clearly to a certain amount deposited particles can be assigned. Preferably this is a condition in which the sensor essentially free of loaded particles, in particular free of loaded soot particles is. Accordingly, the sensor signal obtained in this state a zero point signal. In the reference state is thus preferably a zero point calibration of the particle sensor.

Zur Erzielung des Referenzzustands ist vorzugsweise eine Konditionierung derart vorgesehen, dass auf dem Partikelsensor abgelagerte Partikel wenigstens teilweise entfernt werden. Besonders bevorzugt ist es, den Referenzzustand durch Abbrennen von auf dem jeweiligen Sensor abgelagerten Partikeln herbeizuführen. Hierzu wird der Sensor für eine vorgebbare Zeit auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt, so dass die überwiegend aus Ruß bestehenden Partikel abbrennen. Auf diese Weise erfolgt ein Zurücksetzen des Sensorsignals.to Obtaining the reference state is preferably a conditioning provided such that particles deposited on the particle sensor at least partially removed. It is particularly preferred, the reference state by burning off particles deposited on the respective sensor bring about. For this purpose, the sensor for a predetermined time to an increased Temperature heated so that the predominantly made of soot Burn off particles. In this way, a reset takes place the sensor signal.

Es ist vorgesehen, dass der erste Partikelsensor und der zweite Partikelsensor unabhängig voneinander betrieben werden und erfindungsgemäß unabhängig voneinander in ihren jeweiligen Referenzzustand gebracht werden können. Dabei wird der hierfür vorzugsweise vorgesehene Rußabbrandvorgang eines Sensors derart durchgeführt, dass der Messbetrieb des jeweils anderen Sensors nicht beeinträchtigt ist.It is envisaged that the first particle sensor and the second particle sensor are operated independently of each other and can be brought independently according to the invention in their respective reference state. In this case, the soot burn-off process of a sensor, which is preferably provided for this purpose, is carried out in such a way that the measuring operation of the respective other sensor is not impaired.

In Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Partikelsensor und der zweite Partikelsensor benachbart zueinander im Abgassystem angeordnet. Beide Sensoren erfassen somit die gleiche Partikelbelastung des Abgases. Die Signale bzw. Messwerte der beiden Sensoren können daher wenigstens zeitweise miteinander abgeglichen werden, wodurch eine besonders genaue Erfassung der Abgaspartikelbelastung ermöglicht ist.In Embodiment of the invention are the first particle sensor and the second particle sensor disposed adjacent to each other in the exhaust system. Both Sensors thus detect the same particulate load of the exhaust gas. The signals or measured values of the two sensors can therefore be at least temporarily be compared with each other, whereby a particularly accurate detection allows the exhaust particulate loading is.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen der erste Partikelsensor und der zweite Partikelsensor jeweils einen sensorischen Bereich auf, wobei die sensorischen Bereiche auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Auf diese Weise ist wird der Platzbedarf für die Sensoren und deren Anschlüsse minimiert. Außerdem ist gewährleistet, dass die Sensoren von Abgas mit nahezu derselben Beschaffenheit angeströmt werden, so dass sie dieselbe Partikelbelastung erfassen. Auf diese Weise können ihre Signale miteinander abgeglichen werden.In Further embodiment of the invention, the first particle sensor and the second particle sensor each have a sensory area on, with the sensory areas on a common substrate are arranged. In this way is the space required for the sensors and their connections minimized. Furthermore is guaranteed that the sensors of exhaust gas with almost the same nature flows against so that they capture the same particle load. To this Way you can their signals are compared with each other.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Partikelsensor und der zweite Partikelsensor stromauf des Partikelfilters im Abgassystem angeordnet. Auf diese Weise ist die in den Partikelfilter einströmende Partikelmenge ermittelbar. Bei bekanntem oder ermitteltem Abscheidegrad des Partikelfilters kann somit dessen Beladung mit Partikeln laufend ermittelt werden und ein optimaler Zeitpunkt für eine Partikelfilterregeneration bestimmt werden.In Further embodiment of the invention are the first particle sensor and the second particulate sensor upstream of the particulate filter in the exhaust system arranged. In this way, the amount of particles flowing into the particulate filter is determined. With known or determined degree of separation of the particulate filter Thus, its loading with particles can be determined continuously and an optimal time for a particle filter regeneration can be determined.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist stromab des Partikelfilters ein dritter Partikelsensor im Abgassystem angeordnet. Dies ermöglicht eine Ermittlung des Filterwirkungsgrads bzw. des Partikelabscheidegrads. Somit ist eine Diagnose des Partikelfilters ermöglicht. Wird vom dritten Partikelsensor eine Überschreitung einer vorgebbaren Abgaspartikelbelastung festgestellt, so wird ein Filterdefekt diagnostiziert.In Another embodiment of the invention is downstream of the particulate filter a third particle sensor arranged in the exhaust system. This allows a determination the filter efficiency or the Partikelabscheidegrads. Thus is allows a diagnosis of the particulate filter. Is exceeded by the third particle sensor determined a predetermined exhaust particulate loading, so is a Filter defect diagnosed.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens einer der Partikelsensoren als impedometrischer Sensor ausgebildet. Vorzugsweise sind sowohl der erste und der zweite als auch ein gegebenenfalls vorhandener dritter Partikelsensor als impedometrische Sensoren ausgebildet und die auf einem jeweiligen sensitiven Bereich abgelagerte Partikelmenge kann über die Impedanz einer auf einem Sensorträger angeordneten Elektrodenanordnung erfasst werden. Dabei umfasst die Impedanz auch einen Gleichstromwiderstand. Vorzugsweise wird der impedometrische Sensor jedoch mit einer Wechselspannung betrieben. Auf diese Weise können auch geringe Rußbeladungen erfasst werden, welche noch nicht zur Ausbildung einer bezüglich Gleichstrom leitfähigen Brücke zwischen zwei benachbarten Elektroden und somit zu einem beobachtbaren Änderung des Gleichstromwiderstands führen.In Another embodiment of the invention is at least one of the particle sensors designed as impedometric sensor. Preferably, both the first and the second as well as an optionally existing one third particle sensor designed as impedometric sensors and the amount of particulate deposited on a respective sensitive area can over the impedance of an electrode arrangement arranged on a sensor carrier be recorded. The impedance also includes a DC resistance. Preferably, however, the impedometric sensor is provided with an alternating voltage operated. That way you can also low soot loadings be detected, which is not yet to form a DC conductive bridge between two adjacent electrodes and thus an observable change lead the DC resistance.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigsten einer Partikelsensoren beheizbar ausgebildet. Vorzugsweise sind sowohl der erste und der zweite als auch ein gegebenenfalls vorhandener dritter Partikelsensor beheizbar ausgebildet. Somit kann ein Abbrennvorgang des jeweiligen Sensors autark und unabhängig von der Temperatur des Abgases durchgeführt werden. Der Sensor kann somit zu beliebigen Zeitpunkten in seinen jeweiligen Referenzzustand gebracht werden.In Another embodiment of the invention is at least one of particle sensors heated formed. Preferably, both the first and the second as well as an optionally existing third particle sensor can be heated educated. Thus, a burn-off of the respective sensor self-sufficient and independent be carried out by the temperature of the exhaust gas. The sensor can thus at any time in its respective reference state to be brought.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Partikelsensor und ein zweiter Partikelsensor eingesetzt werden und für den ersten und den zweiten Partikelsensor wiederkehrende Konditionierungsvorgänge durchgeführt werden, so dass der jeweilige Partikelsensor in einen Referenzzustand gebracht wird. Durch die Konditionierungsvorgänge werden die Sensoren von Ablagerungen befreit und es wird auf diese Weise ein Referenzzustand herbeigeführt, bei welchem die Sensoren im wesentlichen frei von abgelagerten Partikeln sind. Da typischerweise mit zunehmender Partikelbeladung eines Sensors dessen Empfindlichkeit abnimmt, wird auf diese Weise in wiederkehrenden Abständen die maximale Empfindlichkeit der Sensoren wiederhergestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Konditionierungsvorgängen jeweils um einen Rußabbrand, welcher durch Aktivieren eines im Sensor integrierten Heizelements mit entsprechendem Aufheizen erfolgt. Der Zeitpunkt für einen jeweiligen Konditionierungsvorgang ist dabei zweckmäßigerweise von der Beladung des Sensors abhängig. Die Häufigkeit der Konditionierungsvorgänge ergibt sich daher abhängig von der Partikelbelastung des Abgases, dem der Sensor ausgesetzt ist.The inventive method is according to claim 7, characterized in that a first particle sensor and a second particle sensor are used and for the first and the second Particle sensor recurring conditioning operations are performed so that the respective particle sensor brought into a reference state becomes. Due to the conditioning processes, the sensors of Deposits free and it becomes a reference state in this way brought about in which the sensors are substantially free of deposited particles are. As typically with increasing particle loading of a sensor whose sensitivity decreases, becomes so recurrent in this way intervals restored the maximum sensitivity of the sensors. Preferably if the conditioning operations are each a soot burn, which by activating a sensor integrated in the heating element with corresponding heating takes place. The time for one each conditioning process is expediently depends on the loading of the sensor. The frequency the conditioning operations is therefore dependent from the particulate load of the exhaust gas to which the sensor is exposed is.

In Ausgestaltung des Verfahrens werden die Konditionierungsvorgänge für den ersten und den zweiten Partikelsensor antizyklisch durchgeführt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Konditionierungsvorgänge der beiden Sensoren niemals zeitlich zusammenfallen bzw. sich zeitlich überlappen. Fol glich ist ständig wenigstens einer der beiden Sensoren messbereit, so dass keinerlei Messpausen entstehen.In Embodiment of the method, the conditioning operations for the first and the second particle sensor carried out anticyclically. To this Way is guaranteed that the conditioning operations the two sensors never coincide in time or overlap in time. Consequently, it is constant at least one of the two sensors ready to measure, so that no Measurement breaks arise.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden der erste und der zweite Partikelsensor benachbart zueinander im Abgassystem angeordnet. Somit erfassen die beiden Sensoren dieselbe Abgaspartikelbelastung und es kann eine Plausibilitätsüberprüfung ihrer Signale durchgeführt werden. Ein Defekt oder ein Ausfall eines Sensors kann daher rasch bemerkt werden. In diesem Fall kann die Abgaspartikelbelastung jedoch weiterhin durch den intakten Sensor erfolgen. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit der Messungen entscheidend verbessert.In a further embodiment of the method, the first and the second particle sensor be arranged adjacent to each other in the exhaust system. Thus, the two sensors detect the same exhaust particulate loading and a plausibility check of their signals can be performed. A defect or failure of a sensor can therefore be detected quickly. In this case, however, the exhaust particulate load may still be due to the intact sensor. In this way, the reliability of the measurements is significantly improved.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist ein zur Ausfilterung von Partikeln aus dem Abgas der Brennkraftmaschine geeigneter Partikelfilter vorgesehen und der erste und der zweite Partikelsensor werden stromauf des Partikelfilters im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet. Auf diese Weise erfolgt eine Reinigung des Abgases von Partikeln, wobei laufend die Belastung des Partikelfilters überwacht werden kann. Es ist daher möglich, die Partikelbeladung des Partikelfilters zu überwachen und gegebenenfalls rechtzeitig eine Partikelfilterregeneration einzuleiten. Dabei kann auch eine Summenbelastung ermittelt werden, so dass zwischen einer Rußbeladung und einer Aschebeladung des Filters unterschieden werden kann.In Another embodiment of the method is a for filtering Particles from the exhaust gas of the internal combustion engine suitable particle filter provided and the first and the second particle sensor are upstream the particulate filter disposed in the exhaust system of the internal combustion engine. In this way, a purification of the exhaust gas of particles, wherein continuously the load of the particulate filter can be monitored. It is therefore possible To monitor the particulate loading of the particulate filter and if necessary in time to initiate a particle filter regeneration. It can also a total load can be determined so that between a soot loading and an ash charge of the filter can be distinguished.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein dritter Partikelsensor stromab des Partikelfiters eingesetzt. Mittels des dritten Partikelsensors kann, insbesondere in Korrelation mit einem Messwert eines stromauf angeordneten Partikelsensors, der Filterwirkungsgrad bzw. der Abscheidegrad des Partikelfilters laufend überwacht werden. Speziell kann durch den dritten Sensor ein zu einem Partikeldurchbruch führender Filterdefekt erkannt werden.In Another embodiment of the method is a third particle sensor used downstream of the Partikelfiters. By means of the third particle sensor, in particular correlated with a measured value of an upstream Particle sensor, the filter efficiency and the degree of separation of the particulate filter constantly monitored become. Specifically, the third sensor may cause a particle breakthrough leading Filter defect can be detected.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Ausgangssignale des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Partikelsensors zur Steuerung von Regenerationsvorgängen für den Partikelfilter herangezogen. Dabei kann sowohl die Häufigkeit bzw. der Zeitpunkt der Regenerationsvorgänge als auch deren Dauer gesteuert bzw. beeinflußt werden.In Further embodiment of the method, the output signals the first and / or the second and / or the third particle sensor used to control regeneration processes for the particulate filter. It can be both the frequency or the timing of the regeneration processes and their duration controlled or influenced.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Ausgangssignale des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Partikelsensors zur Ermittlung eines Zustands des Partikelfilters herangezogen. Neben der Ermittlung des Beladungszustands kann auch der Abscheidegrad und damit die Funktionsfähigkeit des Partikelfilters ermittelt werden. Dabei ermöglicht insbesondere eine geeignete Auswertung der Signale von vor und hinter dem Partikelfilter angeordneten Partikelsensoren eine besonders zuverlässige onboard-Diagnose des Partikelfilters.In Further embodiment of the method, the output signals the first and / or the second and / or the third particle sensor used to determine a condition of the particulate filter. In addition to the determination of the loading state can also the degree of separation and thus the functionality of the particulate filter are determined. In particular, a suitable evaluation is possible the signals from upstream and downstream of the particulate filter arranged particle sensors a particularly reliable onboard diagnosis of the particulate filter.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.advantageous embodiments The invention is illustrated and illustrated in the drawings described below. Here are the above and to be explained below Features not only in the specified feature combination, but also usable in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the present invention.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein schematisches Blockbild einer Brennkraftmaschine mit zugehörigem Abgassystem, 1 a schematic block diagram of an internal combustion engine with associated exhaust system,

2 eine schematisch als Explosionszeichnung dargestellte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß eingesetzten Partikelsensors, 2 1 schematically illustrated as an exploded view of a preferred embodiment of the particle sensor used according to the invention,

3a den Partikelsensor der 2 in einer schematischen Draufsicht, 3a the particle sensor of the 2 in a schematic plan view,

3b den mit einer Partikelschicht beladenen Partikelsensor der 2 in einer schematischen Querschnittsdarstellung, 3b the loaded with a particle layer particle sensor of 2 in a schematic cross-sectional representation,

4a eine stark vereinfachte Darstellung des in 1 dargestellten Partikelsensors in Draufsicht, 4a a simplistic representation of the in 1 illustrated particle sensor in plan view,

4b eine stark vereinfachte Darstellung einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäß eingesetzten Partikelsensors in Draufsicht, 4b a highly simplified representation of a second advantageous embodiment of the particle sensor according to the invention used in plan view,

5 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines typischen Sensor-Signalverlaufs und 5 a diagram illustrating a typical sensor waveform and

6 ein schematisches Zeitdiagramm einer zeitlichen Abfolge von Betriebszuständen für zwei Partikelsensoren. 6 a schematic timing diagram of a temporal sequence of operating conditions for two particle sensors.

In 1 ist lediglich schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgassystem A dargestellt. Gemäß 1 erhält die Brennkraftmaschine 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs Verbrennungsluft über eine Ansaugluftleitung 2. Die Verbrennungsabgase werden über eine Abgasleitung 3 abgeführt. In der Abgasleitung 3 sind ein Partikelfilter 4 sowie weitere, nicht dargestellte reinigungsaktive Komponenten angeordnet. Als Partikelfilter kann jedes filterwirksame Bauteil eingesetzt werden, welches zur Ausfilterung von Partikeln aus Brennkraftmaschinenabgas geeignet ist. Besonders bevorzugt ist der Einsatz eines katalytisch beschichteten wanddurchströmten Partikelfilters in Wabenkörperbauweise. Die Brennkraftmaschine 1, nachfolgend kurz Motor genannt, ist vorzugsweise als Dieselmotor ausgebildet.In 1 is only schematically an internal combustion engine 1 represented with an exhaust system A. According to 1 receives the internal combustion engine 1 a motor vehicle, not shown, combustion air via an intake air line 2 , The combustion exhaust gases are via an exhaust pipe 3 dissipated. In the exhaust pipe 3 are a particle filter 4 and further, not shown, cleaning active components arranged. As particle filter, each filter-effective component can be used, which is suitable for filtering particles from engine exhaust gas. Particularly preferred is the use of a catalytically coated wall-flowed particulate filter honeycomb construction. The internal combustion engine 1 , hereinafter referred to as engine for short, is preferably designed as a diesel engine.

Zur Erfassung der Abgaspartikelbelastung sind eingangsseitig des Partikelfilters 4 ein erster Partikelsensor 5 und ein zweiter Partikelsensor 6 eng benachbart in der Abgasleitung 3 angeordnet. Die Partikelsensoren 5, 6 können auf einem gemeinsamen Träger oder räumlich getrennt voneinander auf jeweils einem separaten Träger angeordnet sein. In beiden Fällen kann es zweckmäßig sein, für beide Sensoren ein gemeinsames Gehäuse vorzusehen. Ausgangsseitig des Partikelfilters 4 ist ein weiterer, dritter Partikelsensor 7 vorgesehen. Die Signale der Sensoren 5, 6, 7 werden über Signalleitungen 8 an ein elektronisches Steuergerät 9 geleitet. Das Steuergerät 9 verfügt neben Mitteln zum Ansteuern der Sensoren 5, 6, 7 über eine Recheneinheit zur Verarbeitung der empfangenen Daten und eine Speichereinheit in welcher beispielsweise Kennfelder abgelegt sind und Daten abgespeichert werden können, was im Einzelnen nicht dargestellt ist. Das elektronische Steuergerät 9 ist ferner in der Lage, in Abhängigkeit der Signale den Betrieb des Motors 1 und des Abgassystems, insbesondere des Partikelfilters 4 zu steuern. Stellvertretend für die hierfür vorhandenen Steuerleitungen ist eine Motorsteuerleitung 10 zur Ansteuerung und Erfassung des Motorbetriebs eingezeichnet.For detecting the exhaust gas particle load, the input side of the particulate filter 4 a first particle sensor 5 and a second particle sensor 6 closely adjacent in the exhaust pipe 3 arranged. The particle sensors 5 . 6 can be arranged on a common carrier or spatially separated from each other on each of a separate carrier. In both cases, it may be appropriate to provide a common housing for both sensors. On the output side of the particle filter 4 is another, third particle sensor 7 intended. The signals of the sensors 5 . 6 . 7 be via signal lines 8th to an electronic control unit 9 directed. The control unit 9 has in addition to means for driving the sensors 5 . 6 . 7 via a computing unit for processing the received data and a memory unit in which, for example, maps are stored and data can be stored, which is not shown in detail. The electronic control unit 9 is also capable of operating the motor depending on the signals 1 and the exhaust system, in particular the particulate filter 4 to control. Representative of the existing control lines is a motor control line 10 drawn to control and detection of engine operation.

Bei normalem Betrieb des Motors 1 erfolgt eine Reinigung der Abgase durch Ausfilterung der Rußpartikel durch den Partikelfilter 4. Dabei tritt im Allgemeinen eine allmählich zunehmende Rußbeladung des Partikelfilters 4 ein, so dass dieser in zunehmenden Maß verstopft und von Zeit zu Zeit eine Partikelfilterregeneration, vorzugsweise durch thermischen Rußabbrand erforderlich wird. Der zeitliche Abstand, mit welchem diese Regenerationen erforderlich werden, hängt dabei maßgeblich von der Partikelbelastung des Abgases ab. Obschon im Steuergerät 9 ein Modell hinterlegt sein kann, mit welchem die Partikelbelastung des Abgases aus dem jeweiligen Motorbe triebspunkt und damit der Beladungszustand des Partikelfilters 4 abgeschätzt werden können, ist dies jedoch meist nicht ausreichend genau. Erfindungsgemäß wird deshalb die Partikelbelastung des Abgases von den Sensoren 5, 6, 7 ermittelt. Zusätzlich können außerdem nicht dargestellte Drucksensoren vor und hinter dem Partikelfilter 4 vorgesehen sein, welchen den Druckabfall über dem Partikelfilter 4 als Maß für dessen Partikelbeladung erfassen.In normal operation of the engine 1 the exhaust gases are cleaned by filtering out the soot particles through the particle filter 4 , In general, a gradually increasing soot loading of the particulate filter occurs 4 so that it clogs to an increasing extent and from time to time a particulate filter regeneration, preferably by thermal Rußabbrand is required. The time interval with which these regenerations are required depends largely on the particulate load of the exhaust gas. Although in the control unit 9 a model can be deposited, with which the particle load of the exhaust gas from the respective engine operating point and thus the loading state of the particulate filter 4 However, this is usually not sufficiently accurate. According to the invention, therefore, the particle load of the exhaust gas from the sensors 5 . 6 . 7 determined. In addition, also not shown pressure sensors in front of and behind the particulate filter 4 be provided, which the pressure drop across the particulate filter 4 as a measure of its particle load capture.

Die Partikelsensoren 5, 6, 7, deren bevorzugter Aufbau im Zusammenhang mit den 2 bis 4b näher erläutert wird, besteht im Wesentlichen aus einem plättchenförmigen Keramiksubstrat, auf dem wenigstens zwei Messelektroden aufgebracht sind. Sie können beispielsweise in Dickschichttechnik, durch Aufpinseln oder Aufsprühen oder in Form einer Interdigitalelektrodenstruktur aufgebracht sein. Im Abgas enthaltene Partikel setzen sich an der Oberfläche des Keramiksubstrats ab und verändern dadurch die elektrische Impedanz zwischen den Messelektroden. Die sich verändernde Impedanz ist ein Maß für die Menge der abgesetzten Rußpartikel. Auf diese Weise kann die Partikelbelastung des Abgases ermittelt werden. Mittels der Partikelsensoren 5, 6, 7 kann jedoch nicht nur die Qualität des Abgases, sondern auch der Zustand des Partikelfilters 4 festgestellt werden, beispielsweise auch ein Durchbruch durch den Partikelfilter 4.The particle sensors 5 . 6 . 7 whose preferred construction in connection with the 2 to 4b is explained in more detail, consists essentially of a platelet-shaped ceramic substrate on which at least two measuring electrodes are applied. They can be applied, for example, in thick film technology, by brushing or spraying or in the form of an interdigital electrode structure. Particles contained in the exhaust gas settle on the surface of the ceramic substrate and thereby change the electrical impedance between the measuring electrodes. The changing impedance is a measure of the amount of settled soot particles. In this way, the particle load of the exhaust gas can be determined. By means of the particle sensors 5 . 6 . 7 However, not only the quality of the exhaust gas, but also the state of the particulate filter 4 be determined, for example, a breakthrough by the particulate filter 4 ,

Insbesondere wird die Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration durch thermischen Rußabbrand mittels der Partikelsensoren 5, 6, 7 festgestellt. Durch Auswertung der entsprechenden Signale wird vom Steuergerät 9 der Beladungszustand des Partikelfilters 4 laufend ermittelt. Wird eine kritische Beladung festgestellt, so wird, sobald ein hierfür geeigneter und vom Steuergerät 9 als zulässig erkannter Motorbetriebszustand vorliegt, die Regeneration des Partikelfilters 4 durch thermischen Rußabbrand eingeleitet. Hierzu wird vom Steuergerät 9 der Motorbetrieb derart umgestellt, dass sich eine erhöhte Temperatur des in den Partikelfilter 4 einströmenden Abgases ergibt. Vorzugsweise wird eine Abgastemperatur von etwa 650 °C eingangsseitig des Partikelfilters 4 eingestellt. Hierzu können an sich bekannte Maßnahmen wie Ansaugluftdrosselung, späte Kraftstoffnacheinspritzung und dergleichen ergriffen werden.In particular, the need for particulate filter regeneration by thermal soot burnup by means of the particulate sensors 5 . 6 . 7 detected. By evaluating the corresponding signals is from the control unit 9 the loading condition of the particulate filter 4 continuously determined. If a critical load is detected, as soon as a suitable and from the control unit 9 is recognized as permissible engine operating state, the regeneration of the particulate filter 4 initiated by thermal Rußabbrand. This is done by the control unit 9 the engine operation switched so that an increased temperature of the in the particulate filter 4 incoming exhaust gas results. Preferably, an exhaust gas temperature of about 650 ° C on the input side of the particulate filter 4 set. For this purpose, known measures such as intake air throttling, late fuel post-injection and the like can be taken.

Bei der Regeneration werden die angesammelten Partikel, die zu einem großen Teil aus Kohlenstoff bzw. Kohlenstoffverbindungen bestehen, verbrannt.at Regeneration becomes the accumulated particles that become one huge Part consist of carbon or carbon compounds, burned.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform des gemäß der Erfindung eingesetzten, in Planartechnik ausgeführten Partikelsensors anhand der 2 erläutert. Der Partikelsensor ist auf einem ersten, vorzugsweise aus Aluminiumoxidkeramik gebildeten Substrat 12 aufgebaut.Hereinafter, a preferred embodiment of the used according to the invention, executed in planar technology particle sensor based on 2 explained. The particle sensor is on a first, preferably made of alumina ceramic substrate 12 built up.

Auf der Unterseite des ersten Substrats 12 ist eine Heizerstruktur 11 mit zwei zugehörigen Anschlüssen 13, 14 zum Anschluss einer Heizspannung aufgebracht. Vorzugsweise sind die Heizerstruktur 11 und die Anschlüsse 13, 14 in Dickschichttechnik, alternativ auch in Dünnschichttechnik gefertigt. Dabei sind die Heizerstruktur 11 und ihre betreffende Versorgungsspannung so ausgelegt, dass wenigstens 600 °C, bevorzugt mehr als 700 °C auf der Oberseite des Partikelsensors erreicht werden können. Dadurch ist es möglich, auf der Oberseite abgelagerte Rußpartikel abzubrennen.On the bottom of the first substrate 12 is a heater structure 11 with two associated connections 13 . 14 applied for connection of a heating voltage. Preferably, the heater structure 11 and the connections 13 . 14 in thick film technology, alternatively manufactured in thin film technology. Here are the heater structure 11 and their respective supply voltage designed so that at least 600 ° C, preferably more than 700 ° C can be achieved on the top of the particle sensor. This makes it possible to burn off deposited on the top soot particles.

Auf dem ersten Substrat 12 ist ein ebenfalls vorzugsweise aus Aluminiumoxidkeramik gebildetes zweites Substrat 17 angeordnet, wobei es vorteilhaft ist, zwischen dem ersten Substrat 12 und dem zweiten Substrat 17 eine vorzugsweise geschlossene Trennschicht 20 aus einem elektrisch leitfähigen Material vorzusehen. Dabei kann ein nicht dargestellter Anschluss zum Anlegen einer Betriebsspannung an die Trennschicht 20 vorgesehen sein.On the first substrate 12 is a second substrate also preferably formed of alumina ceramic 17 it is advantageous, between the first substrate 12 and the second substrate 17 a preferably closed separating layer 20 from an electrically conductive Ma provide material. In this case, an unillustrated terminal for applying an operating voltage to the separation layer 20 be provided.

Auf dem zweiten Substrat 17 ist ein, vorzugsweise ebenfalls schichtartig ausgeführter Temperaturfühler 16 mit zwei Anschlüssen 18, 19 aufgebracht. Dabei ist es vorteilhaft, diesen beispielsweise als planares Widerstandsthermometer ausgebildeten Temperaturfühler 16 über der Heizerstruktur 11 anzuordnen.On the second substrate 17 is a, preferably also layered executed temperature sensor 16 with two connections 18 . 19 applied. It is advantageous, this example designed as a planar resistance thermometer temperature sensor 16 over the heater structure 11 to arrange.

Eine Isolierschicht 15 deckt den Temperaturfühler 16 und die Anschlüsse 18, 19 ab. Auf der Isolierschicht 15 ist, vorzugsweise ebenfalls mittels einer Schichttechnologie, eine bevorzugt als Interdigitalstruktur mit kammartig ineinandergreifenden Leiterbahnen ausgeführte Elektrodenstruktur 21 (IDK-Struktur) mit einem ersten Anschluss 22 und einem zweiten Anschluss 23 aufgebracht. Typischerweise liegt die Breite der Leiterbahnen der IDK-Struktur und deren Abstand im Bereich zwischen 1 μm und 1000 μm. Besonders bevorzugt ist ein Abstand von einigen hundert μm.An insulating layer 15 covers the temperature sensor 16 and the connections 18 . 19 from. On the insulating layer 15 is, preferably also by means of a layer technology, an electrode structure preferably designed as an interdigital structure with comb-like intermeshing conductor tracks 21 (IDK structure) with a first port 22 and a second port 23 applied. Typically, the width of the interconnects of the IDK structure and their spacing is in the range between 1 .mu.m and 1000 .mu.m. Particularly preferred is a distance of a few hundred microns.

Die IDK-Struktur 21 bildet den eigentlichen, hinsichtlich einer Partikelablagerung sensorischen Bereich 24 des Partikelsensors. Durch die Ausbildung der Elektrodenstruktur 21 als IDK-Struktur mit einer Vielzahl ineinandergreifender Elektrodenstreifen kann eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Genauigkeit des Partikelsensors bei der Erfassung von zwischen den Elektroden oder auf ihnen abgelagerten Partikeln erreicht werden. Vorzugsweise ist der sensorische Bereich 24 direkt über dem Temperaturfühler 16 angeordnet. Auf diese Weise kann die Temperatur des sensorischen Bereichs 24 besonders genau erfasst und durch Bestromung der Heizer struktur 11 eingeregelt werden, so dass ein temperaturkonstanter Messbetrieb und ein kontrollierter Abbrand von auf dem sensorischen Bereich 24 abgelagerten Rußpartikeln erzielt werden können.The IDK structure 21 forms the actual, with regard to a particle deposition sensory area 24 of the particle sensor. By the formation of the electrode structure 21 As the IDK structure having a plurality of interdigitated electrode strips, high sensitivity and high accuracy of the particle sensor can be achieved in detection of particles deposited between or on the electrodes. Preferably, the sensory area 24 directly above the temperature sensor 16 arranged. In this way, the temperature of the sensory area 24 recorded very precisely and by energizing the heater structure 11 be regulated, so that a temperature-constant measuring operation and a controlled burn-off of the sensory area 24 deposited soot particles can be achieved.

Eine erste Versorgungsleitung 25 und eine zweite Versorgungsleitung 26 sind zu einer nicht dargestellten Steuer- und Auswerteeinheit geführt, welche die für den Betrieb des Partikelsensors notwendigen Betriebsspannungen an die dafür vorgesehenen Anschlüsse liefert und die Auswertung der zwischen dem ersten Anschluss 22 und dem zweiten Anschluss 23 der Elektrodenstruktur 24 vorliegende elektrischen Messgröße übernimmt. Dabei kann die Steuer- und Auswerteeinheit auch durch das Steuergerät 9 der 1 gebildet sein.A first supply line 25 and a second supply line 26 are led to a control and evaluation unit, not shown, which supplies the operating voltages necessary for the operation of the particle sensor to the terminals provided and the evaluation of the between the first port 22 and the second port 23 the electrode structure 24 this electrical parameter takes over. In this case, the control and evaluation unit also by the control unit 9 of the 1 be formed.

Die 3a und 3b zeigen die in Zusammenhang mit der 2 erläuterten bevorzugten Ausführungsform des Partikelsensors nochmals schematisch, wobei sich entsprechende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei ist in 3a eine Draufsicht auf den, den sensorischen Bereich 24 tragenden Teil des Partikelsensors dargestellt, während in 3b eine schematische Querschnittsansicht dargestellt ist. In 3b ist die IDK-Struktur 21 mit einer Partikelschicht 28 bedeckt, welche sich im Laufe der Betriebszeit dort gebildet hat. Durch diese Partikelschicht 28 wird das zwischen den Elektroden wirksame elektrische Feld beeinflusst, was sich in einer Änderung der zwischen den Elektroden wirksamen elektrischen Impedanz äußert und durch die angeschlossene Steuer- und Auswerteeinheit 29 erfasst wird. Dabei sind lediglich schematisch Feldlinien 27 eines hier durch eine Gleichspannung verursachten elektrischen Felds zwischen den Elektroden zur Verdeutlichung des Sachverhalts eingezeichnet.The 3a and 3b show those related to the 2 explained preferred embodiment of the particle sensor again schematically, with corresponding components are provided with the same reference numerals. It is in 3a a top view of the, the sensory area 24 carrying part of the particle sensor, while in 3b a schematic cross-sectional view is shown. In 3b is the IDK structure 21 with a particle layer 28 covered, which has formed during the operating time there. Through this particle layer 28 the electric field acting between the electrodes is influenced, which manifests itself in a change in the electrical impedance between the electrodes and by the connected control and evaluation unit 29 is detected. Here are only schematic field lines 27 an electrical field between the electrodes caused here by a DC voltage for clarification of the facts drawn.

4a zeigt nochmals stark vereinfacht den Partikelsensor der 2 in Draufsicht. Der Sensor ist vorzugsweise schlank mit einer Breite im Zentimeterbereich ausgeführt. Vorzugsweise liegt die Breite im Bereich zwischen 0,2 cm und 1,5 cm. Erfindungsgemäß werden, wie in 1 dargestellt, zwei unabhängig von einander arbeitende Sensoren stromauf des Partikelfilters 4 eingesetzt. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, die beiden Partikelsensoren auf einem einzigen Substrat 12 anzuordnen, wie stark vereinfacht in 4b dargestellt. Das Substrat 12 trägt somit zwei sensorische Bereiche 24, 24' und es werden somit zwei getrennt betreibbare Partikelsensoren gebildet, die den in 1 dargestellten Partikelsensoren 5, 6 entsprechen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die beiden Partikelsensoren auf verschiedenen Substraten aufzubauen, wobei die Sensoren vorzugsweise eng benachbart in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. In jedem Fall ist vorgesehen, die Partikelsensoren jeweils separat zu betreiben. 4a shows again greatly simplified the particle sensor of 2 in plan view. The sensor is preferably designed to be slim with a width in the centimeter range. Preferably, the width is in the range between 0.2 cm and 1.5 cm. According to the invention, as in 1 shown, two independently of each other operating sensors upstream of the particulate filter 4 used. It is advantageous in this context, the two particle sensors on a single substrate 12 to arrange how much simplified in 4b shown. The substrate 12 thus carries two sensory areas 24 . 24 ' and thus two separately operable particle sensors are formed, which the in 1 shown particle sensors 5 . 6 correspond. However, it is also possible to construct the two particle sensors on different substrates, wherein the sensors are preferably arranged closely adjacent in a common housing. In any case, it is provided to operate the particle sensors separately.

Nachfolgend werden das Funktionsprinzip und der normale Betrieb eines Partikelsensors erläutert. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Sensor dem Abgas des Motors 1 ausgesetzt ist.The following explains the operation principle and the normal operation of a particle sensor. It is assumed that the sensor is the exhaust of the engine 1 is exposed.

Zum Betrieb des Partikelsensors wird dieser zunächst aufgeheizt. Hierzu wird von der Steuer- und Auswerteeinheit eine Heizspannung an die Anschlüsse 13, 14 gelegt. Dabei erfolgt eine Einregelung auf eine vorgebbare Betriebstemperatur von etwa 300° C bis 500° C mit Hilfe des ebenfalls an die Steuer- und Auswerteeinheit angeschlossenen Temperaturfühlers 16. Von der Steuer- und Auswerteeinheit wird dann eine Betriebsspannung an die Anschlüsse 22, 23 der IDK-Struktur 21 angelegt. Diese Betriebsspannung kann eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung mit einer vorgegebenen Frequenz, die typi scherweise im Bereich zwischen 102 Hz bis 106 Hz liegt, sein. Als Messgröße dient vorzugsweise die komplexe Impedanz des sensorischen Bereichs 24, die von der Steuer- und Auswerteeinheit 29 nach Realteil und/oder Imaginärteil ausgewertet wird. Im vorliegenden Fall stellt die Elektrodenstruktur 21 einen kapazitiven Widerstand dar. Durch Ablagerung von Partikeln auf der IDK-Struktur 21 tritt eine Änderung des Imaginärteils und/oder des Realteils der komplexen Impedanz auf, die hauptsächlich von der Menge der abgelagerten Partikel abhängt. Durch Auswertung dieser Messgröße kann von der Steuer- und Auswerteeinheit 29 daher die Menge der abgelagerten Partikel ermittelt werden.To operate the particle sensor this is first heated. For this purpose, from the control and evaluation unit a heating voltage to the terminals 13 . 14 placed. In this case, a regulation takes place to a predefinable operating temperature of about 300 ° C to 500 ° C by means of the temperature sensor also connected to the control and evaluation unit 16 , From the control and evaluation then an operating voltage to the terminals 22 . 23 the IDK structure 21 created. This operating voltage may be a DC voltage or an AC voltage having a predetermined frequency, which is typically in the range between 10 2 Hz to 10 6 Hz. The measured variable is preferably the complex impedance of the sensory area 24 issued by the control and evaluation unit 29 is evaluated according to real part and / or imaginary part. In the present case, the electrode structure represents 21 a capacitive resistance. By deposition of particles on the IDK structure 21 occurs a change in the imaginary part and / or the real part of the complex impedance, which depends mainly on the amount of deposited particles. By evaluating this measurand can from the control and evaluation 29 therefore, the amount of deposited particles can be determined.

Das in 5 dargestellte Diagramm verdeutlicht diesen Sachverhalt.This in 5 Diagram illustrates this situation.

In dem in 5 dargestellten Diagramm ist beispielhaft der Widerstand oder der Realteil R der komplexen Impedanz eines Partikelsensors gemäß 2 bis 4b in Abhängigkeit von der Betriebsdauer t aufgetragen. Dabei wurde der Partikelsensor dem Abgas eines Dieselmotors mit zeitlich annähernd konstanter Partikelbelastung ausgesetzt. Die sich im Laufe der Zeit auf dem sensorischen Bereich ansammelnden, überwiegend aus Ruß oder rußähnlichen Substanzen bestehenden Partikel führen zu einer stetigen Abnahme des hier beispielhaft betrachteten Widerstands R zwischen den Elektroden der IDK-Struktur. Der sich ergebende Verlauf ist durch die im Diagramm der 5 dargestellte Kurve wiedergegeben. Da die sich je Zeiteinheit ablagernde Partikelmenge mit der Partikelbelastung des Abgases korreliert, kann vom Partikelsensor die Partikelbelastung des Abgases erfasst werden.In the in 5 The diagram shown is an example of the resistance or the real part R of the complex impedance of a particle sensor according to 2 to 4b applied as a function of the operating time t. In this case, the particle sensor was exposed to the exhaust gas of a diesel engine with temporally approximately constant particle load. The particles which accumulate on the sensory area over time and consist predominantly of soot or soot-like substances lead to a steady decrease in the resistance R between the electrodes of the IDK structure considered here by way of example. The resulting course is indicated by the in the diagram of 5 represented represented curve. Since the amount of particles depositing per unit of time correlates with the particle load of the exhaust gas, the particulate load of the exhaust gas can be detected by the particle sensor.

Je nach Höhe der Partikelbelastung des Abgases sammeln sich Partikel jedoch mehr oder weniger rasch auf dem Sensor an, so dass die in 5 dargestellte Kurve mehr oder weniger steil abfallen kann. In jedem Fall kann durch entsprechende Auswertung des Sensorsignals sowohl eine aktuell vorhandene Partikelbelastung des Abgases, als auch eine Partikel-Summenemission über einen vorgebbaren Zeitraum ermittelt werden. Somit ist es möglich, eine von einem nachgeschalteten Partikelfilter aufgenommene Partikelmenge zu erfassen. Dadurch kann die Partikelbeladung des Partikelfilters laufend ermittelt und bei vorgegebenen Beladungswerten eine Partikelfilterregeneration eingeleitet werden, um den Partikelfilter durch Rußabbrand von abgelagerten Rußpartikeln zu befreien und seinen durch die Partikelbeladung angestiegenen Strömungswiderstand wieder abzusenken.Depending on the level of particulate pollution of the exhaust gas, however, particles collect more or less quickly on the sensor, so that the in 5 represented curve may drop more or less steeply. In any case, by appropriate evaluation of the sensor signal, both a currently existing particulate load of the exhaust gas and a particle total emission can be determined over a predefinable time period. Thus, it is possible to detect a received by a downstream particulate filter amount of particulates. As a result, the particle load of the particulate filter can be continuously determined and at given loading values, a particulate filter regeneration can be initiated in order to free the particulate filter from soot burn-up of deposited soot particles and lower its flow resistance, which has increased due to the particulate loading.

Wie aus dem Kurvenverlauf der 5 ersichtlich, nimmt im Laufe der Zeit, d.h. mit zunehmender Partikelbeladung die Steilheit der Kurve und somit die Empfindlichkeit des Partikelsensors ab. Es ist daher vorgesehen, den Partikelsensor von Zeit zu Zeit zu konditionieren bzw. zu regenerieren, um die Ausgangsempfindlichkeit wiederherzustellen und den Sensor wieder in einen Referenzzustand zu bringen. Der Zeitpunkt für eine solche Regeneration wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Größe des Sensorsignals festgelegt. Zur Konditionierung bzw. Regenerierung wird der Heizer 11 des jeweiligen Sensors derart aktiviert, dass im zugeordneten sensorischen Bereich 24 eine Temperatur von etwa 700 °C erreicht wird, wobei die abgelagerten Rußpartikel abbrennen. Die erhöhte Temperatur wird dabei solange aufrechterhalten, bis der Sensor frei von abgelagerten Rußpartikeln ist. Dies kann entweder durch Vorgabe einer fest gewählten Regenerationszeit oder durch Auswertung des Sensorsignals während der Regeneration sichergestellt werden.As from the graph of the 5 As can be seen, over time, ie with increasing particle loading, the steepness of the curve and thus the sensitivity of the particle sensor decreases. It is therefore intended to condition the particle sensor from time to time or to regenerate in order to restore the output sensitivity and bring the sensor back to a reference state. The time for such regeneration is expediently determined as a function of the size of the sensor signal. For conditioning or regeneration of the heater 11 of the respective sensor activated such that in the associated sensory area 24 a temperature of about 700 ° C is reached, wherein the deposited soot particles burn off. The elevated temperature is maintained until the sensor is free of deposited soot particles. This can be ensured either by specifying a fixed regeneration time or by evaluating the sensor signal during regeneration.

Hauptaufgabe der Partikelsensoren 5, 6, 7 ist die Bewertung des Partikelfilters 4 hinsichtlich seiner Partikelbeladung bzw. seines Abscheidegrads. Während eines Konditionierungsvorgangs ist jedoch der normale Messbetrieb unterbrochen, so dass in dieser Zeit die Partikelbelastung des Abgases von dem jeweiligen Partikelsensor nicht erfasst werden kann. Was den hinter dem Partikelfilter 4 angeordneten Partikelsensor 7 betrifft, so erreicht diesen von Partikeln gereinigtes Abgas, so dass sich auf ihm Partikel mit einer vergleichsweise niedrigen Rate ablagern. Demgemäß sind Konditionierungsvorgänge für diesen Partikelsensor 7 weniger häufig erforderlich. Eine Unterbrechung der Messbereitschaft bedeutet für die Überwachung des Partikelfilters 4 keinen einschneidenden Funktionalitätsverlust. Die durch einen Konditionierungsvorgang eintretende Messpause ist für eine onboard-Diagnose des Partikelfilters 4 somit hinnehmbar.Main task of the particle sensors 5 . 6 . 7 is the rating of the particulate filter 4 in terms of its particle loading and its degree of separation. During a conditioning process, however, the normal measuring operation is interrupted, so that in this time the particulate load of the exhaust gas from the respective particle sensor can not be detected. What the behind the particle filter 4 arranged particle sensor 7 is concerned, so reaches this cleaned of particles of exhaust gas, so that deposit on it particles at a relatively low rate. Accordingly, conditioning operations are for this particle sensor 7 less frequently required. An interruption of readiness to measure means for the monitoring of the particulate filter 4 no drastic loss of functionality. The measurement pause that occurs during a conditioning process is for an onboard diagnosis of the particulate filter 4 thus acceptable.

Die Partikelbelastung des Abgases ist vor dem Partikelfilter 4 demgegenüber deutlich höher. Folglich werden für einen vor dem Partikelfilter 4 angeordneten Partikelsensor vergleichsweise häufig Konditionierungsvorgänge erforderlich und die Messbereitschaft des Sensors ist entsprechend häufig unterbrochen. Wird lediglich das Signal eines einzigen Partikelsensors vor dem Partikelfilter 4 ausgewertet, so resultiert aus den Messpausen eine unerwünschte Ungenauigkeit bei der Ermittlung des Zustands des Partikelfilters 4. Erfindungsgemäß wird diese Ungenauigkeit durch den Einsatz zweier unabhängig voneinander betreibbaren Partikelsensoren 5, 6 vor dem Partikelfilter 4 vermieden. Erfindungsgemäß sind für diese Partikelsensoren 5, 6 antizyklische Konditionierungsvorgänge vorgesehen, so dass diese nicht zusammenfallen bzw. sich zeitlich nicht überlappen.The particulate load of the exhaust gas is in front of the particulate filter 4 in contrast, much higher. Consequently, for one before the particulate filter 4 arranged particle sensor comparatively often conditioning operations required and the measurement readiness of the sensor is interrupted frequently accordingly. Will only the signal of a single particle sensor in front of the particle filter 4 evaluated, resulting from the measurement breaks an undesirable inaccuracy in determining the condition of the particulate filter 4 , According to the invention, this inaccuracy is due to the use of two independently operable particle sensors 5 . 6 in front of the particle filter 4 avoided. According to the invention are for these particle sensors 5 . 6 provided countercyclical conditioning operations, so that they do not coincide or overlap in time.

Die bevorzugte Vorgehensweise wird nachfolgend anhand der 6 näher erläutert. In 6 ist die zeitliche Abfolge von Betriebsphasen der Partikelsensoren 5, 6 der 1 in zwei korrespondierenden Balken 29, 30 über einem Zeitstrahl dargestellt. Bereiche 31 kennzeichnen jeweils Messbetriebsphasen, in denen der jeweilige Sensor 5, 6 normal betrieben wird und die Partikelbelastung des Abgases erfasst. Die Phasen 31 wechseln sich mit demgegenüber vergleichsweise kurzen Konditionierungsphasen mit Rußabbrand ab, was durch die schwarz markierten Bereiche 32 gekennzeichnet ist. Die Partikelsensoren 5, 6 werden erfindungsgemäß so betrieben, dass Konditionierungsphasen 32 eines der Sensoren 5, 6 in Messbetriebsphasen 31 des jeweils anderen Sensors fallen.The preferred procedure is described below with reference to 6 explained in more detail. In 6 is the time sequence of operating phases of the particle sensors 5 . 6 of the 1 in two corresponding bars 29 . 30 represented over a timeline. areas 31 each identify measuring operating phases in which the respective sensor 5 . 6 is operated normally and the particulate matter of the exhaust gas he summarizes. The phases 31 alternate with contrast comparatively short conditioning phases with Rußabbrand from what through the black marked areas 32 is marked. The particle sensors 5 . 6 are operated according to the invention so that conditioning phases 32 one of the sensors 5 . 6 in measuring operation phases 31 fall from the other sensor.

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist gewährleistet, dass die Partikelbelastung ohne Unterbrechung erfasst werden kann, da laufend wenigstens einer der Sensoren 5, 6 messbereit ist. Da die Konditionierungsphasen 32 gegenüber den Messbetriebsphasen 31 kürzer ausfallen, stehen darüber hinaus für den größeren Teil der Zeit beide Sensoren gleichzeitig zur Erfassung der Partikelbelastung des Abgases zur Verfügung. Es ist daher vorgesehen, dass die Signale der Partikelsensoren 5, 6 in den Phasen gemeinsamer Messbereitschaft abgeglichen und zu einem gemeinsamen Messwert für die Partikelbelastung verknüpft werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Ermittlung der Abgaspartikelbelastung und der Partikelfilterbeladung deutlich verbessert werden. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass eine Plausibilitätsüberprüfung derart durchgeführt wird, dass das Signal eines Sensors 5, 6 mit dem Signal des jeweils anderen Sensors verglichen und auf Plausibilität überprüft wird. Weichen die von den Sensoren 5, 6 ermittelten Werte zu stark voneinander ab, so kann auf einen Defekt eines der Sensoren geschlossen werden, was zweckmäßigerweise durch entsprechendes Warnsignal angezeigt wird. Ist ein Defekt bei einem der Sensoren 5, 6 aufgetreten, so steht der andere jedoch weiterhin zur Ermittlung der Abgaspartikelbelastung und damit zur Ermittlung der Partikelfilterzustands zur Verfügung. Eine Steuerung von Partikelfilterregenerationen ist, wenn auch mit einer Einbuße an Genauigkeit, nach wie vor möglich. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei einem Defekt eines der Partikelsensoren 5, 6 der Partikelfilter weiterhin zumindest annähernd ordnungsgemäß betrieben werden kann. Auf diese Weise können Störungen des Fahrzeugbetriebs oder eine Beschädigung bzw. ein Ausfall des Partikelfilters vermieden werden und somit die Zuverlässigkeit des Kraftfahrzeugbetriebs verbessert werden.The procedure according to the invention ensures that the particle load can be detected without interruption, since at least one of the sensors is continuously running 5 . 6 is ready to measure. Since the conditioning phases 32 compared to the measurement operating phases 31 shorter, in addition, for the greater part of the time both sensors are simultaneously available for detecting the particulate load of the exhaust gas. It is therefore envisaged that the signals of the particle sensors 5 . 6 in the phases of joint measurement readiness and linked to a common measured value for the particle load. In this way, the accuracy of determining the exhaust particulate loading and the particulate filter loading can be significantly improved. In addition, it is provided that a plausibility check is performed such that the signal of a sensor 5 . 6 is compared with the signal of the other sensor and checked for plausibility. Dodge those of the sensors 5 . 6 determined values too strong from each other, it can be concluded that a defect of one of the sensors, which is conveniently indicated by a corresponding warning signal. Is a defect in one of the sensors 5 . 6 However, the other is still available to determine the exhaust particulate load and thus to determine the particulate filter state available. Control of particulate filter regeneration is still possible, albeit with a loss of accuracy. In this way it is ensured that in case of a defect of one of the particle sensors 5 . 6 the particulate filter can continue to operate at least approximately properly. In this way, disturbances of the vehicle operation or damage or failure of the particulate filter can be avoided and thus the reliability of the vehicle operation can be improved.

Claims (14)

Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgassystem (A) umfassend einen Partikelfilter (4) und einen dem Abgas der Brennkraftmaschine (1) ausgesetzten Partikelsensor (5; 6; 7) zur Erfassung einer Abgaspartikelbelastung, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Partikelsensor (5) und ein zweiter Partikelsensor (6) vorgesehen sind, wobei der erste Partikelsensor (5) und der zweite Partikelsensor (6) unabhängig voneinander in einen Referenzzustand bringbar sind.Internal combustion engine ( 1 ) with an exhaust system (A) comprising a particle filter ( 4 ) and the exhaust gas of the internal combustion engine ( 1 ) exposed particle sensor ( 5 ; 6 ; 7 ) for detecting an exhaust gas particle load, characterized in that a first particle sensor ( 5 ) and a second particle sensor ( 6 ), the first particle sensor ( 5 ) and the second particle sensor ( 6 ) can be independently brought into a reference state. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Partikelsensor (5) und der zweite Partikelsensor (6) benachbart zueinander im Abgassystem (A) angeordnet sind.Internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the first particle sensor ( 5 ) and the second particle sensor ( 6 ) are arranged adjacent to each other in the exhaust system (A). Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Partikelsensor (5) und der zweite Partikelsensor (6) jeweils einen sensorischen Bereich (24, 24') aufweisen, wobei die sensorischen Bereiche (24, 24') auf einem gemeinsamen Substrat (12) angeordnet sind.Internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the first particle sensor ( 5 ) and the second particle sensor ( 6 ) each have a sensory area ( 24 . 24 ' ), wherein the sensory areas ( 24 . 24 ' ) on a common substrate ( 12 ) are arranged. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Partikelsensor (5) und der zweite Partikelsensor (6) stromauf des Partikelfilters (4) im Abgassystem (A) angeordnet sind.Internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first particle sensor ( 5 ) and the second particle sensor ( 6 ) upstream of the particulate filter ( 4 ) are arranged in the exhaust system (A). Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Partikelfilters (4) ein dritter Partikelsensor (7) im Abgassystem (A) angeordnet ist.Internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that downstream of the particulate filter ( 4 ) a third particle sensor ( 7 ) is arranged in the exhaust system (A). Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Partikelsensoren (5, 6, 7) als impedometrischer Sensor ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of the particle sensors ( 5 . 6 . 7 ) is designed as impedometric sensor. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Partikelsensoren (5, 6, 7) beheizbar ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one of the particle sensors ( 5 . 6 . 7 ) is formed heated. Verfahren zur Erfassung einer Partikelbelastung eines Abgases einer Brennkraftmaschine (1), bei welchem eine auf einem Partikelsensor (5, 6, 7) abgelagerte Partikelmenge erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Partikelsensor (5) und ein zweiter Partikelsensor (6) eingesetzt werden und für den ersten Partikelsensor (5) und den zweiten Partikelsensor (6) wiederkehrende Konditionierungsvorgänge durchgeführt werden, so dass der jeweilige Partikelsensor (5, 6) in einen Referenzzustand gebracht wird.Method for detecting a particle load of an exhaust gas of an internal combustion engine ( 1 ), in which one on a particle sensor ( 5 . 6 . 7 ) deposited particle amount is detected, characterized in that a first particle sensor ( 5 ) and a second particle sensor ( 6 ) and for the first particle sensor ( 5 ) and the second particle sensor ( 6 ) recurrent conditioning operations are carried out so that the respective particle sensor ( 5 . 6 ) is brought into a reference state. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsvorgänge für den ersten Partikelsensor (5) und den zweiten Partikelsensor (6) antizyklisch durchgeführt werden.Method according to claim 8, characterized in that the conditioning operations for the first particle sensor ( 5 ) and the second particle sensor ( 6 ) are carried out countercyclically. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Partikelsensor (5) und der zweite Partikelsensor (6) benachbart zueinander in einem Abgassystem (A) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet werden.Method according to claim 8 or 9, characterized in that the first particle sensor ( 5 ) and the second particle sensor ( 6 ) adjacent to each other in an exhaust system (A) of the internal combustion engine ( 1 ) to be ordered. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Ausfilterung von Partikeln aus dem Abgas der Brennkraftmaschine (1) geeigneter Partikelfilter (4) vorgesehen ist und der erste Partikelsensor (5) und der zweite Partikelsensor (6) stromauf des Partikelfilters (4) angeordnet werden.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that a for filtering particles from the exhaust gas of the internal combustion engine ( 1 ) suitable particle filter ( 4 ) is provided and the first particle sensor ( 5 ) and the second particle sensor ( 6 ) upstream of the particulate filter ( 4 ) to be ordered. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Partikelsensor (7) stromab des Partikelfilters (4) eingesetzt wird.Method according to claim 11, characterized in that a third particle sensor ( 7 ) downstream of the particulate filter ( 4 ) is used. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangssignale des ersten Partikelsensors (5) und/oder des zweiten Partikelsensors (6) und/oder des dritten Partikelsensors (7) zur Steuerung von Regenerationsvorgängen für den Partikelfilter (4) herangezogen werden.Method according to claim 12, characterized in that output signals of the first particle sensor ( 5 ) and / or the second particle sensor ( 6 ) and / or the third particle sensor ( 7 ) for controlling regeneration processes for the particulate filter ( 4 ) are used. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangssignale des ersten Partikelsensors (5) und/oder des zweiten Partikelsensors (6) und/oder des dritten Partikelsensors (7) zur Ermittlung eines Zustands des Partikelfilters (4) herangezogen werden.Method according to claim 12 or 13, characterized in that output signals of the first particle sensor ( 5 ) and / or the second particle sensor ( 6 ) and / or the third particle sensor ( 7 ) for determining a condition of the particulate filter ( 4 ) are used.
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