DE102010011635B4

DE102010011635B4 - Betriebsverfahren eines Rußsensors mit einer Kammstruktur

Info

Publication number: DE102010011635B4
Application number: DE201010011635
Authority: DE
Inventors: Dr. Ante Johannes; Dr. Bierl Rudolf; Markus Herrmann; Andreas Ott; Willibald Reitmeier; Denny Schädlich; Manfred Weigl; Dr. Wildgen Andreas
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: DE102010011635A1

Abstract

Betriebsverfahren eines Rußsensors (10) mit einer Kammstruktur, das die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen (A) des Rußsensors (10), mit dem eine Rußpartikelanlagerung mittels einer Änderung eines Widerstandes oder einer Kapazität des Rußsensors (10) erfassbar ist, während b) die Änderung des Widerstands oder der Kapazität des Rußsensors (10) aufgrund eines Betriebes des Rußsensors (10) mit einer Wechselspannung erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (10) in Schritt b) mit einer Wechselspannung von 3 V und einer Frequenz zwischen 10 Hz und einigen kHz betrieben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren eines Rußsensors mit einer Kammstruktur nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein Rußsensor zur Messung von Ruß ist in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordnet und weist eine Kammstruktur aus zwei Elektroden (Kathode und Anode) auf. Die Brennkraftmaschine kann Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein. Der Rußsensor ist in dem Abgassystem in einer Strömungsrichtung eines Abgases der Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordnet. Während eines Betriebs der Brennkraftmaschine strömt das Abgas der Brennkraftmaschine mit dem Ruß durch den Partikelfilter und anschließend über den Rußsensor.
In Abhängigkeit von der Art des Rußsensors wird bei Anlagerung von elektrisch leitfähigem Ruß eine Widerstandsänderung oder eine Kapazitätsänderung des Rußsensors mittels eines Steuergeräts des Kraftfahrzeugs erfasst. Der Rußsensor erfüllt somit eine Überwachungsfunktion zur Überwachung des Partikelfilters.
Aufgrund der während des Betriebs im Abgassystem vorkommenden hohen Temperaturen von mehreren hundert °C bestehen die Kammstrukturen des Rußsensors üblicherweise aus Platin. Das Platin der Kammstrukturen wird mit einer Bahnbreite von 10 bis 50 μm und einem Bahnabstand von ebenfalls 10 bis 50 μm mittels Dünnschichttechnik wie Sputtern oder Aufdampfen auf einem Substrat angeordnet.
Ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 10 2005 053 120 A1 bekannt. In dieser Veröffentlichung ist pauschal angegeben, dass das Verfahren mit einer Gleich- oder Wechselspannung arbeiten kann.
Weitere Betriebsverfahren von Rußsensoren sind aus der DE 10 2006 032 106 A1 und der DE 102 44 702 A1 bekannt. Bei den in diesen Veröffentlichungen erwähnten Verfahren wird mit einer Wechselspannung zwischen 1 kV und 10 kV gearbeitet.
Aus der DE 101 28 869 A1 ist ein kapazitiver Rußsensor bekannt, der mit einer elektrischen Wechselspannung betrieben wird. Details über die Art dieser Spannung sind in dieser Veröffentlichung nicht erwähnt.
Während einer Startphase der Brennkraftmaschine, insbesondere während einer Aufwärmphase nach einem Kaltstart, enthält das Abgas Kondensate, beispielsweise in der Form von Ruß-Wasser-Tropfen. Treffen diese Tropfen auf die Kammstruktur des Rußsensors, findet eine Elektrolyse an der Kathode des Rußsensors statt. Durch die Elektrolyse werden Teile der Kammstruktur, beispielsweise Kammspitzen, abgeschält. Diese Kammspitzen können nach dem Abschälen die Nachbarelektroden berühren und einen Kurzschluss erzeugen. Dieser Kurzschluss wird als defekter Partikelfilter von der Steuereinheit des Kraftfahrzeugs interpretiert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Betriebsverfahren eines Rußsensors zu schaffen, das im Hinblick auf ein Abschälen der Kammstruktur im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist.
Die obige Aufgabe wird bei einem Betriebsverfahren der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.
Ein Betriebsverfahren eines Rußsensors mit einer Kammstruktur weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen des Rußsensors mit dem eine Rußpartikelanlagerung mittels einer Änderung eines Widerstands oder einer Kapazität des Rußsensors erfassbar ist, während die Änderung des Widerstands oder der Kapazität des Rußsensors aufgrund eines Betriebs des Rußsensors mit einer Wechselspannung erfasst wird.
Die Wechselspannung hat erfindungsgemäß eine Frequenz von 10 Hz bis zu einigen kHz und einen Wert von 3 V.
Der Rußsensor ist in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordnet. Die Brennkraftmaschine kann Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein. Insbesondere befindet sich der Rußsensor in Strömungsrichtung eines von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases hinter einem Partikelfilter. Weiterhin ist der Rußsensor mit einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs verbunden, das den Rußsensor mit der Wechselspannung versorgt. Gelangt im Betrieb der Brennkraftmaschine Ruß zu dem Rußsensor, ändert sich der Widerstand oder die Kapazität des Rußsensors. Die Änderung wird von dem Steuergerät erfasst. Auf diese Weise wird der Partikelfilter im Abgassystem überwacht.
Enthält das Abgas während einer Startphase der Brennkraftmaschine Kondensate, können sich diese an der Kammstruktur des Rußsensors anlagern. Üblicherweise hätte dies aufgrund der stattfindenden Elektrolyse ein Abschälen der Kammstruktur zur Folge.
Allerdings findet durch den Betrieb des Rußsensors mit 3 V Wechselspannung eine Umpolung der Elektroden mit einer vorgebbaren Frequenz statt. Aufgrund der Umpolung mit der vorgebbaren Frequenz verschiebt sich die Elektrolyse in einen Bereich höherer Spannungen. Dies bedeutet, dass nun für eine Elektrolyse und damit für ein Abschälen der Kammstruktur eine höhere Spannung an dem Rußsensor anliegen muss im Vergleich zu einer Spannung eines herkömmlichen Rußsensors. Da die Elektrolyse auf diese Weise zumindest teilweise verhindert wird, schält sich die Kammstruktur mindestens langsamer im Vergleich zu einem mit einer Gleichspannung betriebenen herkömmlichen Rußsensor ab. Somit ist eine Lebensdauer des Rußsensors erhöht und eine Funktionsfähigkeit des Rußsensors ist verbessert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Betriebsverfahren den weiteren Schritt auf: Aufheizen des Rußsensors mit einer Schutzheizung. Das Aufheizen erfolgt insbesondere auf eine Temperatur von 100°C bis 300°C. Auf diese Weise wird eine Kondensatanlagerung auf dem Rußsensor im Vergleich zu einem Betrieb ohne Schutzheizung weiter reduziert. Dies erhöht die Lebensdauer des Rußsensors weiter.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Aufheizen des Rußsensors mit der Schutzheizung bei einer Temperatur von unter 100°C in einer Umgebung des Rußsensors erfolgt. Wird das Betriebsverfahren in einem Kraftfahrzeug ausgeführt, dann ist auf diese Weise sichergestellt, dass die Schutzheizung den Rußsensor lediglich bei kaltem Motor aufheizt. Dies verlängert die Lebensdauer des Rußsensors zusätzlich, da ein gezieltes Aufheizen erfolgt.
Im Folgenden wird das Betriebsverfahren anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine und
2 einen schematischen Verfahrensablauf.
Bezugnehmend auf 1 ist ein Rußsensor 10 mit einer Kammstruktur in einem Abgassystem 1 einer Brennkraftmaschine 20 angeordnet. Das Abgassystem 1 weist weiterhin einen Partikelfilter 30 auf. Der Rußsensor 10 ist in einer Strömungsrichtung 22 eines Abgases der Brennkraftmaschine 20 hinter dem Partikelfilter 30 angeordnet. Sowohl die Brennkraftmaschine 20 als auch das Abgassystem 1 sind Bestandteil eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt). Das Betriebsverfahren wird insbesondere in dem Kraftfahrzeug durchgeführt, beispielsweise in einem mit dem Rußsensor 10 verbundenen Steuergerät (nicht dargestellt).
Bezugnehmend auf 2 wird das Betriebsverfahren erläutert. In einem Schritt a) wird der Rußsensor 10 bereitgestellt. Mit dem Rußsensor 10 ist eine Partikelanlagerung mittels einer Änderung eines Widerstands oder einer Kapazität des Rußsensors 10 erfassbar. Erfasst der Rußsensor 10 eine Änderung des Widerstands, handelt es sich um einen resistiven Rußsensor. Erfasst der Rußsensor 10 eine Änderung der Kapazität, so handelt es sich um einen kapazitiven Rußsensor. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich insbesondere um einen resistiven Rußsensor.
In Schritt b) wird die Änderung des Widerstands oder der Kapazität des Rußsensors 10 aufgrund eines Betriebs des Rußsensors 10 mit einer Wechselspannung erfasst. Die Wechselspannung beträgt 3 V und weist eine Frequenz zwischen 10 Hz und einigen Kilohertz auf.
Während einer Startphase der Brennkraftmaschine 20 können im Abgas Kondensate enthalten sein, beispielsweise Ruß-Wasser-Tropfen. Diese Tropfen lagern sich in dem Abgassystem ab und damit auch an der Kammstruktur des Rußsensors 10. Während eines Betriebs des Rußsensors 10 würden diese Tropfen bei einer Verwendung einer Gleichspannung zu einer Elektrolyse führen. Die Elektrolyse wiederum würde zu einer Ablösung der Kammstruktur von einem Substrat des Rußsensors 10 führen. Dies kann einen Kurzschluss zur Folge haben und damit eine teilweise oder vollständige Funktionsunfähigkeit des Rußsensors 10.
Durch die Verwendung einer Wechselspannung von 3 V verschiebt sich die Elektrolyse an einer Oberfläche des Rußsensors aber zu höheren Spannungen. Auf diese Weise ist eine Lebensdauer des Rußsensors bei Verwendung einer Wechselspannung von 3 V im Vergleich zur Verwendung einer Gleichspannung mit 3 V erhöht.
In einem weiteren Schritt c) erfolgt ein Aufheizen des Rußsensors 10 mit einer Schutzheizung. Die Schutzheizung heizt den Rußsensor 10 insbesondere auf 100°C bis 300°C auf. Vorzugsweise erfolgt das Aufheizen des Rußsensors 10 bei einer Temperatur von unter 100°C in einer Umgebung des Rußsensors 10. Auf diese Weise wird die Schutzheizung lediglich dann betrieben, wenn dies aufgrund der Umgebungstemperaturen im Abgassystem 1 erforderlich ist. Dies ist beispielsweise während einer Startphase der Brennkraftmaschine 20 der Fall. Alternativ kann die Schutzheizung aber auch dauerhaft betrieben werden. In beiden Fällen wird eine Anlagerung von Kondensat an der Kammstruktur des Rußsensors 10 reduziert. Dies wiederum erhöht die Lebensdauer des Rußsensors 10 weiter.

Claims

Betriebsverfahren eines Rußsensors (10) mit einer Kammstruktur, das die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen (A) des Rußsensors (10), mit dem eine Rußpartikelanlagerung mittels einer Änderung eines Widerstandes oder einer Kapazität des Rußsensors (10) erfassbar ist, während b) die Änderung des Widerstands oder der Kapazität des Rußsensors (10) aufgrund eines Betriebes des Rußsensors (10) mit einer Wechselspannung erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (10) in Schritt b) mit einer Wechselspannung von 3 V und einer Frequenz zwischen 10 Hz und einigen kHz betrieben wird.
Betriebsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es den weiteren Schritt aufweist: c) Aufheizen (B) des Rußsensors (10) mit einer Schutzheizung.
Betriebsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Schutzheizung den Rußsensor (10) auf 100°C bis 300°C aufheizt.