-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
eines Partikelsensors, der in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und der einen Sensorträger
umfasst. Auf dem Sensorträger sind zumindest zwei Sensorelektroden
vorgegeben beabstandet zueinander auf einer Seite des Sensorträgers
angeordnet. Dabei sind die zumindest zwei Sensorelektroden einem
Abgasstrom in dem Abgastrakt ausgesetzt.
-
Zunehmend
strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger
Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen
angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen
bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich
zu halten. Dies kann zum einen erfolgen, indem die Schadstoffemissionen verringert
werden, die während der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches
in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine entstehen. Zum
anderen sind auch Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die die
Schadstoffemissionen während des Verbrennungsprozesse reduzieren,
so z. B. durch Filterung und Verbrennung von Russpartikeln bei Dieselbrennkraftmaschinen
(siehe Fachbuch „Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik",
von Braess und Seiffert, 4. Auflage, erschienen im Vieweg-Verlag, Seite
305).
-
Die
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Partikelsensors anzugeben,
das bzw. die eine besonders zuverlässige und kostengünstige
Erfassung von Partikeln in einem Abgasstrom ermöglicht.
-
Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende
Vorrichtung zum Betreiben eines Partikelsensors, der in einem Abgastrakt
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Der
Partikelsensor umfasst einen Sensorträger, auf dem zumindest
zwei Sensorelektroden vorgegeben beabstandet zueinander auf einer
Seite des Sensorträgers angeordnet sind. Dabei sind die
zumindest zwei Sensorelektroden einem Abgasstrom in dem Abgastrakt
ausgesetzt. Die zumindest zwei Sensorelektroden werden mit einem
im Wesentlichen gleichen Sammelpotenzial beaufschlagt. Das Sammelpotenzial
weist einen Wert auf, dass elektrisch geladene Partikel ab einer
vorgegebenen Partikelgröße aus dem Abgasstrom
in dem Abgastrakt angezogen werden und sich auf und/oder zwischen
den zumindest zwei Sensorelektroden ansammeln. Ein derartiges Betreiben
des Partikelsensors hat den Vorteil, dass besonders kleine Partikel, so
z. B. Partikel ab einer Partikelgröße von 50 nm, mittels
des Partikelsensors erfasst werden und somit der Partikelsensor
eine besonders hohe Empfindlichkeit aufweist. Dabei ist der Partikelsensor
vorzugsweise stromabwärts von einem Partikelfilter angeordnet,
um somit diesen zu überwachen. Die zumindest zwei Sensorelektroden
sind vorzugsweise in einer Kammstruktur zueinander angeordnet und
weisen vorzugsweise einen Abstand von einigen μm zwischen
ihren jeweiligen Kammfingern zueinander auf, so z. B. 10 μm.
Das Sammelpotenzial weist im Vergleich zu einem Bezugspotenzial
einen betragsmäßig hohen Potenzialwert auf, so
z. B. 1 kV, so dass elektrisch geladene Partikel aus dem Abgasstrom angezogen
werden. Dabei ist das Sammelpotenzial, mit dem die zumindest zwei
Sensorelektroden beaufschlagt werden, im Wesentlichen gleich, wobei
ein im Wesentlichen gleiches Sammelpotenzial auch mit einer vorgegebenen
Potenzialdifferenz, so z. B. 5 V, zwischen den zumindest zwei Sensorelektroden
beaufschlagt sein kann, die benötigt wird, um einen Widerstandswert
zwischen den zumindest zwei Sensorelektroden zu ermitteln. Die elektrisch
geladenen Partikel können beispielsweise positiv oder negativ geladen
sein. Die elektrische Ladung der Partikel wird beispielsweise durch
Reibung mit anderen Partikeln im Abgasstrom verursacht. Alternativ
können die Partikel aber auch stromaufwärts von
dem Partikelsensor elektrisch aufgeladen werden, so z. B. mittels
einer Korona. Dabei können Partikel ab einer besonders
kleinen Partikelgröße besonders zuverlässig erfasst
werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird während der Beaufschlagung
mit dem im Wesentlichen gleichen Sammelpotenzial ein Widerstandswert zwischen
den zumindest zwei Elektroden ermittelt. Dabei weist das im Wesentlichen
gleiche Sammelpotenzial, mit dem die zumindest zwei Sensorelektroden
beaufschlagt werden, beispielsweise die vorgegebene Potenzialdifferenz
zwischen den zumindest zwei Sensorelektroden auf, so dass besonders schnell
und einfach ein Wert eines Widerstands zwischen den Sensorelektroden
ermittelt werden kann, wenn sich eine Partikelschicht auf und/oder
zwischen den zumindest zwei Sensorelektroden angesammelt hat. Der
ermittelte Wert des Widerstandes ist repräsentativ für
eine Schichtdicke von Partikeln auf und/oder zwischen den zumindest
zwei Sensorelektroden. Somit kann abhängig von dem ermittelten
Widerstandswert besonders einfach und zuverlässig eine
Aussage über eine Partikelkonzentration in dem Abgasstrom
getroffen werden. Ferner kann beispielsweise eine zuverlässige
Aussage über die Funktionsfähigkeit des Partikelfilters,
der bevorzugt stromaufwärts des Partikelsensors angeordnet
ist, getroffen werden.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die zumindest
zwei Sensorelektroden für eine vorgegebene Sammelzeitdauer
mit dem im Wesentlichen gleichen Sammelpotenzial beaufschlagt. Nach
der Sammelzeitdauer wird zwischen die zumindest zwei Sensorelektroden
eine Ermittlungsspannung angelegt. Abhängig von den erfassten
Partikeln und der Ermittlungsspannung wird ein Ermittlungsstrom
erfasst. Abhängig von der Ermittlungsspannung und dem Ermittlungsstrom
wird ein Widerstandswert zwischen den zumindest zwei Sensorelektroden
ermittelt. In einer derartigen Ausgestaltung werden die zu mindest
zwei Sensorelektroden während der Sammelzeitdauer vorzugsweise
mit einem im Wesentlichen gleichen Sammelpotenzial, so z. B. 1 kV,
beaufschlagt. Nach der Sammelzeitdauer sind die zumindest zwei Sensorelektroden
nicht weiter mit dem im Wesentlichen gleichen Sammelpotential beaufschlagt.
Zwischen die zumindest zwei Sensorelektroden wird nach der Sammelzeitdauer
die Ermittlungsspannung, so z. B. 5 V, angelegt. Der Wert der Ermittlungsspannung
ist der Potenzialdifferenz zugeordnet, mit der das Sammelpotential
beaufschlagt ist. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Ermittlung
des Widerstands zwischen den zumindest zwei Sensorelektroden. Abhängig
von dem ermittelten Widerstand und der Sammelzeitdauer kann besonders einfach
und zuverlässig eine Aussage über eine Partikelkonzentration
in dem Abgasstrom getroffen werden. Das Beaufschlagen der zumindest
zwei Sensorelektroden mit dem im Wesentlichen gleichen Sammelpotenzial
kann als Sammelphase bezeichnet werden, und das anschließende
Anlegen der Ermittlungsspannung und die Ermittlung des Widerstandwertes
können als Ermittlungsphase bezeichnet werden.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Betriebszustand
der Brennkraftmaschine ermittelt. Dabei wird abhängig von
dem ermittelten Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Sammelzeitdauer
vorgegeben. Als Betriebszustand kann beispielsweise ein dynamischer
Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt werden, so z. B.
während eines Beschleunigungsvorgangs des Kraftfahrzeugs.
Insbesondere während des Beschleunigungsvorgangs des Kraftfahrzeugs
weist die Brennkraftmaschine einen besonders hohen Ausstoß von
Partikeln, so z. B. Russpartikeln, auf, so dass während dieses
Betriebszustandes die Sammelzeitdauer vorzugsweise verkürzt
vorgegeben wird, so z. B. für einige Sekunden, weil eine
Ansammlung der Partikel auf dem Partikelsensor aufgrund der hohen
Partikelkonzentration besonders schnell erfolgt. Insbesondere während
eines stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine,
so z. B. bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit konstanter
Drehzahl, wird die Sammelzeit dauer vorzugsweise vergrößert
vorgegeben, so z. B. für einige Minuten. In diesem Fall weist
die Brennkraftmaschine einen im Vergleich zum Beschleunigungsvorgang
geringen Ausstoß von Partikeln auf.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Partikelsensor
während der Sammelzeitdauer und/oder während der
Ermittlung des Widerstandswertes auf eine vorgegebene Temperatur
erhitzt. Während der Sammelphase und/oder während der
Ermittlungsphase kann es erforderlich sein, den Partikelsensor auf
eine vorgegebene Temperatur zu erhitzen, um beispielsweise eine
Kondensation und somit einer Ablagerung eines Kondensats, so z.
B. Wasser, auf und/oder zwischen den zumindest zwei Sensorelektroden
zu vermeiden und somit die Ermittlung des Widerstandes zwischen
den zumindest zwei Sensorelektroden zu verfälschen. Dies
ermöglicht einen besonders zuverlässigen Betrieb
des Partikelsensors und somit eine zuverlässige Erfassung
der Partikel im Abgasstrom.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, wird der Partikelsensor
derart erhitzt, dass Partikel sich weiterhin auf dem Partikelsensor
ansammeln. Dies gewährleistet, dass Partikel weiterhin
zuverlässig erfasst werden und die angesammelten Partikel
nicht verbrannt werden.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Partikelsensors,
-
2 ein
Ablaufdiagramm,
-
3 eine
weitere schematische Darstellung eines Partikelsensors.
-
Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In 1 ist
schematisch ein Partikelsensor S dargestellt, der zumindest teilweise
in einem Abgastrakt EXH einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Partikelsensor S stromabwärts
von einem Partikelfilter des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der Partikelsensor
S umfasst einen Sensorträger C, der vorzugsweise als Glas-
oder Keramikträger ausgebildet ist. Auf dem Sensorträger
C sind eine erste und eine zweite Sensorelektrode EL1 und EL2 derart
auf einer Seite angeordnet, dass sie dem Abgasstrom in dem Abgastrakt
EXH ausgesetzt sind. Die Richtung des Abgasstroms ist zum besseren
Verständnis durch einen Pfeil in dem Abgastrakt EXH in 1 gekennzeichnet.
Der Partikelsensor S ist vorzugsweise derart in dem Abgastrakt EXH
ausgerichtet, dass die erste und die zweite Sensorelektrode EL1
und EL2 dem Abgasstrom zugewandt sind. Die Sensorelektroden EL1
und EL2 sind vorzugsweise als Platin-Elektroden ausgebildet. Grundsätzlich
ist aber auch eine andere Ausrichtung des Partikelsensors S in dem
Abgastrakt EXH und andere Ausführungen der Sensorelektroden
EL1 und EL2 denkbar. Auf einer der Sensorelektroden EL1 und EL2
abgewandten Seite des Partikelsensors S ist ein Heizelement HEAT
angeordnet. Grundsätzlich ist auch eine andere Anordnung des
Heizelementes HEAT möglich. Die erste und zweite Sensorelektrode
EL1 und EL2 und das Heizelement HEAT des Partikelsensors S sind
mit einer Steuereinheit CU elektrisch gekoppelt.
-
Die
Steuereinheit CU umfasst ein Schaltelement SW, eine Hochspannungseinheit
HVU, eine Ermittlungseinheit MU, eine Schaltelement-Steuereinheit
SW_CU und eine Heizelement-Steuereinheit HEAT_CU. Ferner weist die
Steuereinheit CU eine Schnittstelle IF auf, die vorzugsweise als
Kommunikationsschnittstelle, so z. B. als CAN-Schnittstelle, ausgebildet
ist und mit einem Datennetzwerk des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.
Mittels der Schnittstelle IF ist die Steuereinheit CU beispielsweise
mit einem Steuergerät CM des Kraftfahrzeugs gekoppelt.
Die Steuereinheit CU ist beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet
und umfasst vorzugsweise einen Datenspeicher, auf dem zumindest
ein Programm gespeichert ist, das von einer Recheneinheit der Steuereinheit
CU abgearbeitet wird. Die Steuereinheit CU kann als Vorrichtung
zum Betreiben eines Partikelsensors bezeichnet werden.
-
Das
Steuergerät CM des Kraftfahrzeugs ist vorzugsweise als
Motorsteuergerät ausgebildet und somit ferner ausgebildet,
einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs
vorzugeben und/oder zu ermitteln.
-
Die
Hochspannungseinheit HVU ist ausgebildet, während einer
Sammelphase abhängig von einer Schaltstellung des Schaltelementes
SW zwischen die erste und zweite Sensorelektrode EL1 und EL2 und
einer Metallumrandung des Abgastraktes EXH eine Sammelspannung C_V
anzulegen, wobei die erste und zweite Sensorelektrode EL1 und EL2 mit
einem im Wesentlichen gleichen Potenzial, welches auch als Sammelpotenzial
bezeichnet werden kann, beaufschlagt werden. Die Sammelspannung C_V
ist vorzugsweise als Hochspannung ausgebildet und weist einen Wert
von beispielsweise 1 kV auf. Die Metallumrandung des Abgastraktes
EXH wird vorzugsweise mit einem Bezugspotenzial GND gekoppelt, das
beispielsweise als Masse des Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Alternativ
ist es möglich, der ersten und zweiten Sensorelektrode
EL1 und EL2 das Bezugspotenzial GND und der Metallumrandung des
Abgastraktes EXH das Sammelpotenzial zuzuordnen. Während
der Beaufschlagung der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und
EL2 mit dem Sammelpotenzial werden vorzugsweise elektrisch geladene
Partikel, so z. B. Russpartikel, ab einer vorgegebenen Partikelgröße,
so z. B. mit einer Partikelgröße größer
gleich 50 nm, angezogen und auf und/oder zwischen der ersten und
zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 angesammelt. Die elektrisch
geladenen Partikel sind beispielsweise positiv oder negativ geladen,
wobei das Sammelpotenzial und die zu erfassenden elektrisch geladenen Partikel
idealerweise entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Die
Partikel laden sich beispielsweise aufgrund einer Reibung mit anderen
Partikeln im Abgasstrom elektrisch auf. Es ist alternativ aber auch
möglich, die Partikel vor deren Erfassung mittels Partikelsensor
S elektrisch aufzuladen, so z. B. mittels einer Korona, die vorzugsweise stromabwärts
von dem Partikelfilter und stromaufwärts von dem Partikelsensor
S in dem Abgastrakt EXH der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Treffen die
elektrisch geladenen Partikel zwischen die erste und zweite Sensorelektrode
EL1 und EL2 auf den Sensorträger C, so erfolgt vorzugsweise
ein Ladungsausgleich.
-
Die
Ermittlungseinheit MU ist ausgebildet, während einer Ermittlungsphase
abhängig von der Schaltstellung des Schaltelementes SW
zwischen die erste und zweite Sensorelektrode EL1 und EL2 eine Ermittlungsspannung
M_V anzulegen, so z. B. 5 V. Die Ermittlungseinheit MU ist ferner
ausgebildet, abhängig von der Ermittlungsspannung M_V und
den angesammelten Partikeln auf und/oder zwischen der ersten und
zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 einen Ermittlungsstrom zu erfassen
und abhängig von der Ermittlungsspannung und dem Ermittlungsstrom einen
elektrischen Widerstand RS zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode
EL1 und EL2 zu ermitteln. Vorzugsweise weist der elektrische Widerstand
RS zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 bei
einem regenerierten, d. h. gereinigten Partikelsensor S, einen signifikant
höheren Widerstandswert auf als bei einem nichtgereinigten
Partikelsensor. Sammeln sich Partikel zwischen der ersten und zweiten
Sensorelektrode EL1 und EL2 an, so sinkt der Wert des elektrischen
Widerstandes RS. Der elektrische Widerstand RS ist somit abhängig
von einer Dicke einer Partikelschicht, die sich auf und/oder zwischen
der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 angesammelt hat. Überschreitet
die Dicke der Partikelschicht allerdings eine Grenzdicke, so führt
ein weiteres Anwachsen der Dicke der Partikelschicht zu keiner weiteren
nennenswerten Veränderung des elektrischen Widerstandes RS
zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2. Der
ermittelte Widerstand RS bei Grenzdicke der Partikelschicht kann
auch als Grenzwiderstand bezeichnet werden und weist beispielsweise
einen Wert von 5 kOhm auf.
-
Die
Schaltelement-Steuereinheit SW_CU ist ausgebildet, das Schaltelement
SW anzusteuern und zwar vorzugsweise abhängig von der Abarbeitung des
zumindest einen Programms in dem Datenspeicher der Steuereinheit
CU.
-
Die
Heizelement-Steuereinheit HEAT_CU ist ausgebildet, das Heizelement
HEAT am Partikelsensor S anzusteuern. Dabei erfolgt die Ansteuerung vorzugsweise
derart, dass während der Sammel- und Ermittlungsphase der
Partikelsensor S auf eine vorgegebene Temperatur, so z. B. 300°C
bis 400°C, erhitzt wird. Dies hat den Vorteil, dass sich
kein Kondensat auf und/oder zwischen die erste und zweite Sensorelektrode
EL1 und EL2 absetzt und somit die Ermittlung des elektrischen Widerstandes
RS zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 verfälscht.
Dabei wird die Temperatur derart vorgegeben, dass weiterhin Partikel
mittels des Partikelsensors S erfassbar sind, und die bereits angesammelten
Partikel nicht verbrannt werden. Ferner ist die Heizelement-Steuereinheit
HEAT_CU ausgebildet, das Heizelement HEAT des Partikelsensors S derart
anzusteuern, dass die angesammelten Partikel auf dem Partikelsensor
S verbrannt und somit der Partikelsensor S regeneriert wird. Vorzugsweise
erfolgt eine derartige Ansteuerung des Heizelementes HEAT, wenn
die Grenzdicke der Partikelschicht auf und/oder zwischen der ersten
und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 erreicht oder überschritten
ist. Für die Verbrennung der Partikel ist eine Erhitzung des
Partikelsensors S auf beispielsweise 800°C erforderlich.
-
In 2 ist
das Programm dargestellt, dass vorzugsweise von der Recheneinheit
der Steuereinheit CU abgearbeitet wird, um den Partikelsensor S zu
betreiben. Das Programm wird in einem ersten Schritt S1 gestartet.
In einem Schritt S2 wird die Sammelphase gestartet und das Schaltelement
SW derart mittels der Schaltelement-Steuereinheit SW_CU angesteuert,
dass die erste und zweite Sensorelektrode EL1 und EL2 mit der Hochspannungseinheit
HVU elektrisch gekoppelt sind und mit dem im Wesentlichen gleichen
Sammelpotenzial beaufschlagt werden. Zeitgleich wird eine Variable
tcur auf einen aktuellen Zeitwert, so z.
B. einen Zeitwert eines Real-Time-Interrupt-Zählers, initialisiert
und eine Sammelzeitdauer Tcoll ermittelt.
Die Sammelzeitdauer Tcoll wird vorzugsweise
abhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine
ermittelt. Als Betriebszustand kann beispielsweise ein dynamischer Betriebszustand
der Brennkraftmaschine ermittelt werden, so z. B. während
eines Beschleunigungsvorgangs des Kraftfahrzeugs. Während
des Beschleunigungsvorgangs des Kraftfahrzeugs weist die Brennkraftmaschine
einen besonders hohen Ausstoß von Partikeln auf. Während
dieses Betriebszustandes wird die Sammelzeitdauer vorzugsweise verkürzt vorgegeben,
so z. B. für einige Sekunden, weil sich bereits innerhalb
dieser verkürzten Sammelzeitdauer ausreichend Partikel
auf dem Partikelsensor S angesammelt haben, um eine Ermittlung des
elektrischen Widerstands RS durchzuführen. Während
eines stationären Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, so
z. B. bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit konstanter Drehzahl,
wird die Sammelzeitdauer vorzugsweise vergrößert
vorgegeben, so z. B. für einige Minuten, weil der Partikelausstoß der
Brennkraftmaschine in diesem Betriebszustand im Vergleich zum Beschleunigungsvorgang
relativ gering ist. Die Sammelzeitdauer Tcoll ist
der Sammelphase zugeordnet, in der sich die Partikel aus dem Abgasstrom
auf und/oder zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1
und EL2 ansammeln.
-
In
einem Schritt S6 wird der Wert der Variable tcur addiert
mit der Sammelzeitdauer Tcoll mit dem aktuellen
Zeitwert verglichen. Weist der Wert der Variablen tcur addiert
mit der Sammelzeitdauer Tcoll einen Wert
auf, der größer ist als der aktuelle Zeitwert,
wird der Schritt S6 erneut abgearbeitet. Weist der Wert der Variablen
tcur addiert mit der Sammelzeitdauer Tcoll einen Wert auf, der kleiner oder gleich
dem aktu ellen Zeitwert ist, d. h., die Sammelzeitdauer Tcoll ist abgelaufen, so wird ein Schritt
S8 abgearbeitet. Mit dem Ablaufen der Sammelzeitdauer Tcoll wird
die Sammelphase beendet und somit die Beaufschlagung der ersten
und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 mit dem im Wesentlichen
gleichen Sammelpotenzial.
-
In
dem Schritt S8 wird die Ermittlungsphase gestartet und somit das
Schaltelement SW mittels der Schaltelement-Steuereinheit SW_CU derart
angesteuert, dass die erste und zweite Sensorelektrode EL1 und EL2
mit der Ermittlungseinheit MU elektrisch gekoppelt sind und mit
der Ermittlungsspannung M_V beaufschlagt werden. Dabei ist die Ermittlungseinheit
MU ausgebildet, abhängig von der Partikelschicht auf und/oder
zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 den
Ermittlungsstrom zu erfassen und davon abhängig den elektrischen
Widerstand RS zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1
und EL2 zu ermitteln. Abhängig von dem ermittelten Wert
des elektrischen Widerstandes RS und der Sammelzeitdauer Tcoll kann ermittelt werden, ob der zum Partikelsensor
S stromaufwärts angeordnete Partikelfilter einen Fehler
ERR aufweist. Beispielsweise kann der Fehler ERR mittels eines Vergleichs
des ermittelten Wertes des elektrischen Widerstandes RS mit einem
jeweiligen Wert eines gespeicherten Widerstandswertes in dem Datenspeicher
der Steuereinheit CU ermittelt werden. Ferner kann zur Ermittlung
des Fehlers ERR des Partikelfilters die Sammelzeitdauer Tcoll berücksichtigt werden.
-
In
einem Schritt S10 wird überprüft, ob der Fehler
ERR des Partikelfilters vorliegt, oder ob der Partikelfilter fehlerfrei
funktioniert. Liegt kein Fehler ERR vor, so wird das Programm vorzugsweise
in dem Schritt S2 erneut gestartet. Liegt dagegen der Fehler ERR
vor, so wird in einem Schritt S12 einem Fahrer des Kraftfahrzeugs
der Fehler ERR signalisiert, so z. B. mittels einer Warnlampe in
einem Fahrerinformationssystem des Kraftfahrzeugs. Das Programm
wird daraufhin in einem Schritt S14 beendet. Alternativ kann das
Programm aber auch in dem Schritt S2 erneut ausgeführt
werden, um den Fehler ERR des Partikelfilters vorzugsweise zu bestätigen. Gegebenfalls
kann vor einer erneuten Ausführung des Schrittes S2 das
Heizelement HEAT mittels der Heizelement-Steuereinheit HEAT_CU derart
angesteuert werden, dass die angesammelten Partikel verbrannt und
somit der Partikelsensor S regeneriert wird. Alternativ kann der
ermittelte elektrische Widerstand RS mit dem vorgegebenen Grenzwiderstand verglichen
werden und abhängig von dem Vergleich das Heizelement HEAT
angesteuert werden. Eine Regeneration des Partikelsensors S erfolgt
beispielsweise bei einer Erhitzung des Partikelsensors S auf 800°C.
Ferner kann das Heizelement HEAT während der Abarbeitung
des Programms mittels der Heizelement-Steuereinheit HEAT_CU derart
angesteuert werden, dass eine Kondensatbildung auf dem Partikelsensor
S vermieden wird.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel (3), ist
die Steuereinheit CU derart ausgebildet, dass der Sammelspannung
C_V, die von der Hochspannungseinheit HVU zur Verfügung
gestellt wird, die Ermittlungsspannung M_V der Ermittlungseinheit MU
aufmoduliert ist. Das heißt, die erste und zweite Sensorelektrode
EL1 und EL2 werden mit dem im Wesentlichen gleichen Sammelpotenzial
beaufschlagt, wobei das Sammelpotenzial eine minimale Potenzialdifferenz,
so z. B. 5 V, zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1
und EL2 aufweist. So weist beispielsweise die erste Sensorelektrode EL1
ein Potenzial von 1000 V auf, während die zweite Sensorelektrode
EL2 ein Potenzial von 1005 V aufweist. Die Potenzialdifferenz zwischen
der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 wird dazu verwendet,
den elektrischen Widerstand RS zwischen der ersten und zweiten Sensorelektrode
EL1 und EL2 zu ermitteln. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine
kontinuierliche Ermittlung des elektrischen Widerstandes RS zwischen
der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2. Somit entfallen
die getrennte Sammel- und Ermittlungsphase. Das Schaltelement SW
und die Schaltelement-Steuereinheit SW_CU sind somit vorzugsweise
nicht weiter erforderlich. Alternativ ist es aber möglich,
das Schaltelement SW und die Schaltelement-Steuereinheit SW_CU weiterhin
zu verwenden, wobei eine Modulierung der Ermittlungsspannung M_V
auf die Sammelspannung C_V unabhängig von der Schaltstellung
des Schaltelementes SW ist.
-
Neben
der direkten Ermittlung des elektrischen Widerstandes RS zwischen
der ersten und zweiten Sensorelektrode EL1 und EL2 abhängig
von der Ermittlungsspannung M_V und dem zugeordneten Ermittlungsstrom,
kann auch ein ohmscher Widerstandsanteil einer Impedanz einer Gesamtkapazität
als Repräsentation einer Partikelkonzentration verwendet
werden, wobei die Gesamtkapazität aus den Sensorelektroden
EL1 und EL2 und der Partikelschicht resultiert. Dabei ist die erste
und zweite Sensorelektrode EL1 und EL2 vorzugsweise mit einer Isolierschicht
aus Glas oder Aluminiumoxid beschichtet. Die erste und zweite Sensorelektrode
EL1 und EL2 weisen vorzugsweise ohne angesammelte Partikelschicht
aufgrund ihrer Anordnung auf dem Sensorträger C kapazitive
Eigenschaften auf. Mit einer Partikelschicht, die sich auf und/oder
zwischen der beschichteten ersten und zweiten Sensorelektrode angesammelt
hat, ergibt sich eine weitere Kapazität, wobei die Partikelschicht
als jeweils erste Kondensatorelektrode und die erste bzw. zweite
Sensorelektrode als jeweils zweite Kondensatorelektrode betrachtet
werden kann. Zwischen der Partikelschicht und der ersten bzw. zweiten
Sensorelektrode ist die Isolierschicht als Dielektrikum angeordnet.
Die Gesamtkapazität ergibt sich somit aus einer Reihenschaltung
einer ersten Kapazität, die aus der ersten Sensorelektrode
EL1 und der Partikelschicht resultiert, und einer zweiten Kapazität,
die aus der Partikelschicht und der zweiten Sensorelektrode EL2
resultiert. Dabei ist der Impedanz der Gesamtkapazität ein
ohmscher und ein komplexer Widerstandsanteil zugeordnet, wobei der
ohmsche Widerstandsanteil abhängig von der Dicke der Partikelschicht
auf und/oder zwischen der beschichteten ersten und zweiten Sensorelektrode
EL1 und EL2 ist. Abhängig von der Ermittlung eines Wertes
des ohmschen Widerstandsanteils, kann die Partikelkonzentration
im Abgasstrom des Kraftfahrzeugs ermittelt werden und somit die
Funktionsfähigkeit des Partikelfilters.
-
Die
Steuereinheit CU kann als separate Steuereinheit in dem Kraftfahrzeug
angeordnet sein. Die Steuereinheit CU kann vorzugsweise aber auch in
dem Steuergerät CM integriert sein.
-
- C
- Sensorträger
- C_V
- Sammelspannung
- CM
- Steuergerät
- CU
- Steuereinheit
- EL1
- erste
Sensorelektrode
- EL2
- zweite
Sensorelektrode
- ERR
- Fehler
- EXH
- Abgastrakt
- GND
- Bezugspotenzial
- HEAT
- Heizelement
- HEAT_CU
- Heizelement-Steuereinheit
- HVU
- Hochspannungseinheit
- IF
- Schnittstelle
- M_V
- Ermittlungsspannung
- MU
- Ermittlungseinheit
- RS
- Widerstand
- S
- Partikelsensor
- SW
- Schaltelement
- SW_CU
- Schaltelement-Steuereinheit
- Tcoll
- Sammelzeitdauer
- tcur
- Variable
- WARN
- Warnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Fachbuch „Vieweg
Handbuch Kraftfahrzeugtechnik”, von Braess und Seiffert,
4. Auflage, erschienen im Vieweg-Verlag, Seite 305 [0002]