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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rußsensor, ein Kraftfahrzeug mit einem Rußsensor, ein Herstellungsverfahren eines Rußsensors sowie ein Betriebsverfahren eines Rußsensors.
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Rußsensoren, die in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine verwendet werden, weisen eine Kammstruktur auf. Die Brennkraftmaschine kann Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein. Während eines Betriebs der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs strömt Abgas durch das Abgassystem und im Abgas enthaltener Ruß lagert sich an dem Rußsensor an. Bei dieser Anlagerung von elektrisch leitfähigem Ruß ändert der Rußsensor im Falle eines resistive Rußsensors seinen Widerstand oder im Falle eine kapazitiven Rußsensors seine Kapazität. Die Kammstrukturen bestehen aufgrund der im Abgassystem vorkommenden hohen Temperaturen von einigen hundert °C üblicherweise aus Platin. Das Platin wird mittels Dünnfilmtechnik wie Sputtern oder Aufdampfen auf ein Substrat oder eine Trägeroberfläche aufgebracht. Auf diese Weise werden feine Kammstrukturen hergestellt, die eine Fingerbreite zwischen 10 und 50 μm und einen Fingerabstand von ebenfalls 10 bis 50 μm aufweisen. Der Rußsensor überwacht in einem Kraftfahrzeug einen Partikelfilter des Abgassystems.
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Ein Beispiel eines bekannten Rußsensors ist in 1 dargestellt. Der Rußsensor 1 umfasst ein Substrat 10. Auf dem Substrat 10 sind ein erstes Anschlusspad 20, ein zweites Anschlusspad 22 sowie ein drittes Anschlusspad 24 für eine elektrische Kontaktierung vorgesehen. Beispielsweise werden das erste Anschlusspad 20 und das zweite Anschlusspad 22 mit einem Pluspol verbunden. In diesem Fall wird das dritte Anschlusspad 24 mit einem Minuspol verbunden. Weiterhin ist auf dem Substrat 10 eine Heizung 30 angeordnet. An einem axialen Ende des Substrats 10 weist der Rußsensor 1 eine Kammstruktur 40 auf. Eine detailliertere Darstellung der Kammstruktur 40 ist in 2 gezeigt.
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2 zeigt einen Ausschnitt des Rußsensors aus 1. Das Substrat 10 ist mit der Heizung 30 versehen und weist die Kammstruktur 40 auf. Einzelne Finger der Kammstruktur 40 weisen üblicherweise eine Breite von 10 bis 50 μm und einen Abstand zwischen den einzelnen Fingern von 10 bis 50 μm auf.
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Ein weiterer Rußsensor sowie ein Betriebsverfahren zur Detektion von Ruß sind in
WO 2007/000446 A1 beschrieben. Der Rußsensor wird für eine Messphase auf eine erste Betriebstemperatur eingestellt, so dass sich Ruß auf der Substratoberfläche ablagern kann, aber weitere die Rußmessung störende Ablagerungen verhindert werden. Dann wird die Zeit vom Messbeginn bis zum Auftreten einer erhöhten Leitfähigkeit zwischen den Elektroden gemessen. Anschließend wird eine zweite Betriebstemperatur am Rußsensor für eine Regenerierungsphase eingestellt, so dass der abgelagerte Ruß mit im Messgas vorhandenem Sauerstoff verbrannt wird.
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Ein Nachteil der bekannten Rußsensoren ist, dass eine feine Kammstruktur erforderlich ist, die mittels Dünnfilmtechnik hergestellt werden muss. Aufgrund der feinen Kammstruktur ist der Sensor weiterhin sehr anfällig beim Kontakt mit im Abgas befindlichen Wassertropfen bzw. Kondensat. Dies führt insbesondere bei Temperaturen unter 100°C im Abgassystem zu einem Kurzschluss des Rußsensors und somit zu einer Funktionsbeeinträchtigung bei der Partikelmessung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher das Bereitstellen eines Rußsensors, der bei gleicher Messgenauigkeit unempfindlicher im Hinblick auf die Messung störende Einflüsse im Vergleich zum Stand der Technik ist, sowie das Bereitstellen eines entsprechenden Herstellungsverfahrens sowie eines Betriebsverfahrens.
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Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen Rußsensor gemäß Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug mit einem Rußsensor gemäß Anspruch 5, ein Herstellungsverfahren eines Rußsensor gemäß Anspruch 6 sowie ein Betriebsverfahren eines Rußsensors gemäß Anspruch 11. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen sowie den abhängigen Ansprüchen.
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Ein Rußsensor umfasst eine erste und eine zweite Elektrode, die auf einem Substrat entlang ihrer axialen Länge beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind, und eine nicht kammartige, elektrisch leitfähige Zusatzstruktur, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, so dass ein zwischen der ersten und der zweiten Elektrode messbarer Widerstand auf einen Wert von mindestens 2 Megaohm mittels der Zusatzstruktur verringerbar ist.
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Der erfindungsgemäße Rußsensor wird in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordnet. Die Brennkraftmaschine ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Das Abgassystem weist weiterhin einen Partikelfilter auf, dessen Funktionsfähigkeit mittels des erfindungsgemäßen Rußsensors überwachbar ist.
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Die beiden Elektroden sind so auf dem Substrat beabstandet, dass ein Widerstand zwischen ihnen mindestens 2 Megaohm beträgt. Ein Aufbringen der Elektroden auf das Substrat erfolgt insbesondere mittels Dickschichttechnik, wie beispielsweise einem Siebdruckverfahren. Alternativ können die Elektroden auch mittels Dünnschichttechnik auf dem Substrat angeordnet werden. Das Substrat besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid.
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Insbesondere Widerstandswerte unter 2 Megaohm sind bei einem Einsatz des Rußsensors in einem Kraftfahrzeug zuverlässig erfassbar. Um den messbaren Widerstand zwischen den beiden Elektroden auf den Wert von mindestens 2 Megaohm zu verringern ist die nicht kammartige, elektrisch leitfähige Zusatzstruktur zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet. Die Zusatzstruktur kann ebenfalls mittels Dickschichttechnik auf dem Substrat angeordnet werden. Alternativ ist auch die Verwendung einer Dünnschichttechnik wie Sputtern oder Aufdampfen realisierbar.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Rußsensors ist, dass ein Auftreffen eines Ruß-Kondensat-Tropfens auf den Rußsensor kaum Auswirkungen auf den Rußsensor hat. Insbesondere ist eine Funktionsfähigkeit des Rußsensors nicht beeinträchtigt. Dies hat zur Folge, dass mit dem erfindungsgemäßen Rußsensor auch während einer Startphase der Brennkraftmaschine Signale des Rußsensors aufintegrierbar sind, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. Weiterhin muss der Sensor während und/oder nach der Startphase nicht frei geheizt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass sowohl für die erste und die zweite Elektrode, als auch für die Zusatzstruktur die Dickschichttechnik verwendet werden kann. Beispielsweise können die erste und die zweite Elektrode sowie die Zusatzstruktur mittels Siebdruck im selben Siebdruckgang aufgebracht werden. Dies sorgt für eine entsprechende Kostenreduktion bei der Herstellung des Rußsensors.
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Zudem sind keine elektrischen Anschlusspads auf dem Substrat erforderlich. Die Elektroden des Rußsensors verlassen beim Einsatz im Abgassystem des Kraftfahrzeugs ohne teure Kontaktierung die heiße Zone in einem Abgasrohr und lassen sich so mit herkömmlichen Mitteln kontaktieren.
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Auf diese Weise ist sowohl die Herstellung als auch die Kontaktierung des Rußsensors vereinfacht. Dies hat insbesondere bei der Herstellung des Rußsensors ebenfalls eine Vergünstigung zur Folge. Weiterhin ist eine Lebensdauer des Rußsensors aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik größeren Unempfindlichkeit gegenüber Kondensaten erhöht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Zusatzstruktur aus einem der Folgenden: einer Metallschicht, einer Mehrzahl von Punkten oder einer Mehrzahl von Balken. Insbesondere die Punkte oder Balken können beim Anordnen auf dem Substrat mittels Dickschichttechnik im selben Siebdruckgang wie die beiden Elektroden aufgebracht werden. Als Material für die Zusatzstruktur wird vorzugsweise Platin verwendet. Bei Anwendung der Dickschichttechnik handelt es sich um eine Platinpaste. Alternativ können auch andere Materialien wie beispielsweise Ruthenium verwendet werden. Weiterhin kann insbesondere die Metallschicht mittels Dünnschichttechnik wie Sputtern oder Aufdampfen auf dem Substrat angeordnet werden.
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Außerdem ist bevorzugt, dass die erste Elektrode eine erste Kammstruktur in Richtung der zweiten Elektrode aufweist und die zweite Elektrode eine zweite Kammstruktur in Richtung der ersten Elektrode aufweist. In diesem Fall sind Finger der ersten und zweiten Kammstruktur wechselweise auf dem Substrat angeordnet und die Finger der ersten und zweiten Kammstruktur weisen eine Breite und einen Abstand von mindestens 60 μm auf. Besonders bevorzugt ist, wenn die Fingerbreite und der Abstand mindestens 100 μm betragen. Auch die Kammstruktur der Elektroden kann mittels Dickschichttechnik auf das Substrat aufgebracht werden. Bei Verwendung der Kammstrukturen ist ein anfänglich messbarer Widerstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, also ohne dass eine nicht kammartige, elektrisch leitfähige Zusatzstruktur auf dem Substrat angeordnet ist, ebenfalls größer oder gleich 2 Megaohm. Auf diese Weise ist eine im Vergleich zum Stand der Technik ein Rußsensor mit einer groben Kammstruktur bereitgestellt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die erste und die zweite Elektrode an einem ersten axialen Ende des Substrats mit einer Schutzschicht abgedeckt. Die Schutzschicht ist beispielsweise eine Glas- und/oder Keramikschutzschicht. Mittels der Schutzschicht können die erste und die zweite Elektrode zusätzlich auf dem Substrat befestigt werden, da die Schutzschicht einen Widerstand gegen das Ablösen der ersten und der zweiten Elektrode bereitstellt.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist einen Rußsensor auf, wie er oben beschrieben wurde. Ein sich daraus ergebender Vorteil ist, dass insbesondere während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine die Signale des Rußsensors beispielsweise in einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugs aufintergrierbar sind. Somit ist eine kontinuierliche Messung auch während der Startphase der Brennkraftmaschine sichergestellt.
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Ein Herstellungsverfahren eines Rußsensors weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Substrats, Anordnen einer ersten und einer zweiten Elektrode auf dem Substrat, so dass die erste und zweite Elektrode entlang ihrer axialen Länge beabstandet und parallel zueinander ausgerichtet sind, Anordnen einer nicht kammartigen, elektrisch leitfähigen Zusatzstruktur zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, so dass ein messbarer Widerstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode mittels der Zusatzstruktur auf einen Wert von mindestens 2 Megaohm verringerbar ist.
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Mittels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist ein erfindungsgemäßer Rußsensor herstellbar. Der erfindungsgemäße Rußsensor wurde mit seinen Vorteilen oben beschrieben, so dass an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Herstellungsverfahren im Schritt des Aufbringens der Zusatzstruktur eines der Folgenden: eine Metallschicht, eine Mehrzahl von Punkten oder eine Mehrzahl von Balken. Mittels jeder dieser Zusatzstrukturarten ist der Widerstand zwischen den Elektroden auf einen Wert von mindestens 2 Megaohm verringerbar, wie ebenfalls oben dargelegt. Die Elektroden und die Zusatzstruktur können bei der Verwendung der gleichen Technik, also Dickschichttechnik oder Dünnschichttechnik, jeweils im selben Arbeitsgang auf dem Substrat angeordnet werden. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Anordnen der ersten und zweiten Elektrode auf dem Substrat umfasst: Anordnen der ersten Elektrode mit einer ersten Kammstruktur in Richtung der zweiten Elektrode, Anordnen der zweiten Elektrode mit einer zweiten Kammstruktur in Richtung der ersten Elektrode, so dass Finger der ersten und zweiten Kammstruktur wechselweise auf dem Substrat angeordnet sind und die Finger eine Breite und einen Abstand von mindestens 60 μm aufweisen. Mittels der Kammstrukturen ist eine Genauigkeit des Sensors bei einem späteren Betrieb in dem Abgassystem des Kraftfahrzeugs weiter verbessert. Die beiden Elektroden werden in diesem Fall in einem Arbeitsschritt mit der Kammstruktur auf dem Substrat angeordnet. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren weiterhin.
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Vorteilhaft ist zudem der Schritt des Anordnens einer Schutzschicht über einem Bereich der ersten und zweiten Elektrode. Als Material für die Schutzschicht kann Glas und/oder Keramik verwendet werden. Mittels der Schutzschicht ist eine zusätzliche Befestigung der Elektroden auf dem Substrat realisierbar. Die Schutzschicht erstreckt sich insbesondere über beide Elektroden benachbart zu einem axialen Ende des Substrats.
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Ein Betriebsverfahren eines Rußsensors weist die folgenden Schritte auf: Erfassen eines ersten Widerstands des Rußsensors, Überprüfen, ob der erfasste Widerstand des Rußsensors unter einem ersten vorgebbaren Wert liegt und Freibrennen des Rußsensors, wenn der erfasste Widerstand unter dem ersten vorgebbaren Wert liegt.
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Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren wird in einer Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs durchgeführt. In der Steuereinheit wird überprüft, ob der erfasste Widerstand des Rußsensors unter einem ersten vorgebbaren Wert liegt, beispielweise unter 200 Kiloohm. Unterschreitet der erfasste Widerstand den ersten vorgebbaren Wert, beispielsweise von 200 Kiloohm, erfolgt ein Freibrennen des Rußsensors. Auf diese Weise ist eine dauerhaft gute Funktionsfähigkeit des Rußsensors sichergestellt. Insbesondere ist eine Funktionsbeeinträchtigung des Rußsensors aufgrund einer zu hohen Beladung einer Rußsensoroberfläche vermeidbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Betriebsverfahren die weiteren Schritte auf: Erfassen eines zweiten Widerstands des Rußsensors während des Freibrennens der Rußsensors und Stoppen des Freibrennens des Rußsensors, wenn der erfasste zweite Widerstand gleich oder über einem zweiten vorgebbaren Wert ist. Der zweite vorgebbare Wert beträgt insbesondere 2 Megaohm. Wird während des Freiheizens des Rußsensors ein Erreichen der 2 Megaohmmarke festgestellt, wird der Vorgang des Freibrennens gestoppt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass ein zwischen den Elektroden des Rußsensors gemessener Widerstand nicht über 2 Megaohm steigt und ein Bereich einer linearen Kennlinie des Rußsensors nicht verlassen wird.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen jeweils gleiche Elemente. Es zeigen:
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1 einen Rußsensor gemäß Stand der Technik,
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2 einen Ausschnitt des Rußsensors aus 1,
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3 Kennlinienverläufe verschiedener Rußsensoren,
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4 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rußsensors,
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5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rußsensors,
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6 den Rußsensor aus 5 mit Ruß-Kondensat-Tropfen,
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7 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rußsensors,
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8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rußsensors mit Haltevorrichtung,
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9 einen schematischen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens und
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10 einen schematischen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
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Ein Rußsensor wird in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine verwendet. Das Abgassystem und die Brennkraftmaschine sind Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere wird der Rußsensor in Strömungsrichtung eines Abgases der Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter in dem Abgassystem angeordnet.
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Bezug nehmend auf 3 sind sechs Kennlinien für die Veränderung des Widerstands R in Ohm eines Rußsensors mit einer Kammstruktur über die Zeit t in Minuten während des Einsatzes des Rußsensors in einem Abgasstrom mit konstanter Rußpartikelbeladung dargestellt. Eine erste Kennlinie 50, eine zweite Kennlinie 52 und eine dritte Kennlinie 54 wurden bei einer Rußkonzentration von 22 mg/m3 Abgas aufgenommen. Die erste Kennlinie 50 repräsentiert einen Rußsensor mit einem Fingerabstand der Kammstruktur von 60 μm, die zweite Kennlinie 52 repräsentiert einen Rußsensor mit einem Fingerabstand von 40 μm und die dritte Kennlinie 54 repräsentiert einen Rußsensor mit einem Fingerabstand von 20 μm. Somit handelt es sich bei der dritten Kennlinie 54 um die Kennlinie eines Rußsensors mit einer feinen Kammstruktur und bei der ersten Kennlinie 50 um die Kennlinie eines Rußsensors mit einer groben Kammstruktur. Anhand der ersten 50 bis dritten Kennlinie 54 ist erkennbar, dass eine Steigung der Kennlinienverläufe ähnlich ist. Dies bedeutet in der Konsequenz, dass nicht zwingend eine feine Kammstruktur zur Erfassung von Rußpartikeln erforderlich ist.
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Eine fünfte Kennlinie 58, eine sechste Kennlinie 60 sowie eine siebte Kennlinie 62 wurden bei einer Rußkonzentration von 60 μm pro m3 Abgas erstellt. Die fünfte Kennlinie 58 repräsentiert einen Rußsensor mit einem Fingerabstand von 60 μm, die sechste Kennlinie 60 einen Rußsensor mit einem Fingerabstand von 40 μm und die siebte Kennlinie 62 einen Rußsensor mit einem Fingerabstand von 20 μm. Auch bei der fünften 58 bis siebten Kennlinie 62 ist erkennbar, dass eine Steigung der Kennlinien unabhängig von der jeweiligen Kammstruktur ist. Somit bestätigt sich, dass nicht zwingend eine feine Kammstruktur zur Erfassung von Rußpartikeln erforderlich ist.
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Aus der obigen Erkenntnis, dass nicht zwingend eine feine Kammstruktur erforderlich ist, wurde eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rußsensors entwickelt. 4 zeigt diese erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rußsensors 100. Der Rußsensor 100 weist eine erste Elektrode 120 und eine zweite Elektrode 122 auf, die auf einem Substrat 110 angeordnet sind. Die erste 120 und zweite Elektrode 122 erstrecken sich axial über das Substrat 110, so dass die erste 120 und zweite Elektrode 122 parallel zueinander ausgerichtet sind. Zwischen der ersten 120 und zweiten Elektrode 122 ist eine nicht dargestellte Zusatzstruktur angeordnet. Die Zusatzstruktur ist nicht kammartig und elektrisch leitfähig. Im vorliegenden Fall ist die Zusatzstruktur beispielsweise eine Metallschicht. Als Material für die Zusatzstruktur wird Platin oder Ruthenium verwendet.
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Mittels der Zusatzstruktur ist ein messbarer Widerstand zwischen der ersten 120 und der zweiten Elektrode 122 auf einen Wert von mindestens 2 Megaohm verringerbar. Dies wiederum bedeutet, dass ein Widerstand zwischen der ersten 120 und zweiten Elektrode 122 vor dem Anordnen der Zusatzstruktur auf dem Substrat 110 jedoch gleich oder größer 2 Megaohm war. Durch das Verringern des messbaren Widerstands auf 2 Megaohm ist eine gute und zuverlässige Funktionsweise des erfindungsgemäßen Rußsensors 100 insbesondere im Abgassystem des Kraftfahrzeugs realisierbar.
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Weiterhin ist eine Schutzschicht 130 über einem Bereich der ersten 120 und der zweiten Elektrode 122 angeordnet. Somit werden die erste 120 und die zweite Elektrode 122 von der Schutzschicht 130 benachbart zu einem axialen Ende des Substrats 110 abgedeckt. Die Schutzschicht 130 stellt eine zusätzliche Befestigung der beiden Elektroden 120, 122 bereit.
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Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rußsensors 100 ist in 5 dargestellt. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform in 4 ist eine Mehrzahl an Punkten 140 zwischen der ersten 120 und zweiten Elektrode 122 angeordnet. Als Material für die Punkte 140 wird jeweils ein Metall verwendet, beispielsweise Platin oder Ruthenium. Auch mittels der Mehrzahl an Punkten 140 ist der Widerstand zwischen der ersten 120 und zweiten Elektrode 122 auf mindestens 2 Megaohm verringerbar.
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In 6 ist die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rußsensors 100 aus 5 mit zwei Ruß-Kondensat-Tropfen dargestellt. Die Ruß-Kondensat-Tropfen 150 führen bei dem erfindungsgemäßen Rußsensor 100 jedoch nicht zu einem Kurzschluss der Elektroden, wie dies bei einem Rußsensor gemäß Stand der Technik der Fall wäre.
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Eine dritte Ausführungsform des Rußsensors 100 ist in 7 dargestellt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß 4 weist der Rußsensor 100 gemäß 7 eine Mehrzahl an Balken 160 auf. Um den Widerstand zwischen den Elektroden 120, 122 auf 2 Megaohm zu verringern, wurde zusätzlich ein Laser-Trimm-Schnitt 170 angebracht.
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Alle obigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Rußsensors 100 können neben den dargestellten länglich verlaufenden ersten 120 und zweiten Elektroden 122 eine Kammstruktur aufweisen. In diesem Fall erstreckt sich eine erste Kammstruktur von der ersten Elektrode 120 in Richtung der zweiten Elektrode 122 und eine zweite Kammstruktur erstreckt sich von der zweiten Elektrode 122 in Richtung der ersten Elektrode 120. Finger der ersten und zweiten Kammstruktur werden wechselweise auf dem Substrat 110 angeordnet, so dass sie ineinander greifen. Die Finger der ersten und zweiten Kammstruktur weisen mindestens eine Breite von 60 μm auf und haben ebenfalls einen Abstand von mindestens 60 μm. Bevorzugt ist jeweils ein Abstand und eine Breite von mindestens 100 μm. Mittels der ersten und zweiten Kammstruktur kann eine Messgenauigkeit des Rußsensors 100 verbessert werden.
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Die Temperaturverläufe an dem erfindungsgemäßen Rußsensor 100 bei einem Einbau des Rußsensors 100 in das Abgassystem des Kraftfahrzeugs sind in 8 dargestellt. Der Rußsensor 100 ist mittels einer Halterung 190 in dem Abgassystem befestigt, beispielsweise in einem Abgasrohr. Ein Sensorbereich 180, der mindestens einen Bereich der beiden Elektroden 120, 122 umfasst, ragt in das Abgasrohr hinein. Der Sensorbereich 180 umfasst insbesondere den in den Ausführungsformen der 4 bis 7 dargestellten Bereich.
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Ein Kontaktierungsbereich 182 des Rußsensors 100 befindet sich außerhalb des Abgasrohrs. Wie in 8 erkennbar, verringert sich dadurch insbesondere eine Temperatur entlang des Substrats 110 des Rußsensors 100 hin zu einem Kontaktierungsbereich 182. Auf diese Weise muss eine Kontaktierung des Rußsensors 100 nicht innerhalb des Abgasrohrs, also in einem heißen Bereich erfolgen. Somit verlässt der Rußsensor 100 ohne Kontaktierung den heißen Bereich und lässt sich mit herkömmlichen Mitteln kontaktieren. Dies vereinfacht den Anschluss des Rußsensors 100 und führt zu einer weiteren Kostenreduktion.
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Ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren des Rußsensors 100 ist in 9 dargestellt. In einem Schritt A wird ein Substrat 110 bereitgestellt. Bei dem Substrat handelt es sich beispielsweise um Aluminiumoxid. Ein Anordnen der ersten 120 und der zweiten Elektrode 122 auf dem Substrat 110 erfolgt in Schritt B. Die erste 120 und die zweite Elektrode 122 sind entlang ihrer axialen Länge beabstandet und parallel zueinander auf dem Substrat 110 ausgerichtet.
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In Schritt C wird eine nicht kammartige, elektrisch leitfähige Zusatzstruktur zwischen der ersten 120 und der zweiten Elektrode 122 auf dem Substrat 110 angeordnet. Die Zusatzstruktur umfasst insbesondere eines der Folgenden: eine Metallschicht, eine Mehrzahl von Punkten 140 oder eine Mehrzahl von Balken 160. Die Metallschicht kann mittels Dünnschichttechnik wie Aufsputtern oder Aufdampfen oder mittels Dickschichttechnik wie Siebdruck aufgebracht werden. Das Aufbringen der Zusatzstruktur auf dem Substrat zwischen der ersten 120 und der zweiten Elektrode 122 erfolgt so, dass ein messbarer Widerstand zwischen der ersten 120 und zweiten Elektrode 122 mittels der Zusatzstruktur auf einen Wert von mindestens 2 Megaohm verringerbar ist. Das Anordnen der Zusatzstruktur kann insbesondere im selben Arbeitsschritt wie das Anordnen der ersten 120 und der zweiten Elektrode 122 auf dem Substrat 110 erfolgen. Ist die Zusatzstruktur eine Metallschicht, die mittels Dickschicht aufgebracht wird, kann als Material eine Platinpaste verwendet werden.
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Das Anordnen der ersten 120 und der zweiten Elektrode 122 auf dem Substrat kann das Anordnen der ersten Elektrode 120 mit einer ersten Kammstruktur in Richtung der zweiten Elektrode 122 sowie das Anordnen der zweiten Elektrode 122 mit einer zweiten Kammstruktur in Richtung der ersten Elektrode 120 umfassen. In diesem Fall sind Finger der ersten und zweiten Kammstruktur wechselweise auf dem Substrat 110 angeordnet und die Finger weisen eine Breite sowie einen Abstand von mindestens 60 μm auf.
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In Schritt F erfolgt schließlich das Anordnen einer Schutzschicht 130 über einem ersten axialen Ende des Substrats 110, so dass die erste 120 und die zweite Elektrode 122 abgedeckt sind. Somit sind die erste 120 und die zweite Elektrode 122 sicher an dem Substrat 110 befestigt, da die Schutzschicht 130 eine zusätzliche Befestigung zu dem Aufbringen der Elektroden 120, 122 beispielsweise mittels Siebdruck bereitstellt.
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10 zeigt einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf eines Betriebsverfahrens eines Rußsensors. Bei dem Rußsensor kann es sich um den erfindungsgemäßen Rußsensor 100 handeln. Alternativ kann ein Rußsensor verwendet werden, der einen Widerstand zwischen zwei Elektroden von über 2 Megaohm aufweist.
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In Schritt a wird ein erster Widerstand des Rußsensors erfasst. Ein Überprüfen des erfassten ersten Widerstands erfolgt in Schritt b. Hierbei wird überprüft, ob der erfasste erste Widerstand unter einem vorgebbaren Wert von beispielsweise 200 Kiloohm liegt. Ist diese der Fall, dann erfolgt in Schritt c ein Freibrennen des Rußsensors. Während des Freibrennens des Rußsensors wird in Schritt d ein zweiter Widerstand des Rußsensors erfasst. Wenn der erfasste zweite Widerstand gleich oder über einem zweiten vorgebbaren Wert liegt, wird das Freibrennen des Rußsensors in Schritt e gestoppt. Der zweite vorgebbare Wert ist dabei insbesondere 2 Megaohm. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass ein Rußsensor nicht über einen maximal messbaren Widerstandswert von 2 Megaohm freigeheizt wird. Dieses Betriebsverfahren ist insbesondere dort vorteilhaft, wo ein genaues Einhalten des Anfangswiderstandswerts erforderlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rußsensor (Stand der Technik)
- 10
- Substrat
- 20
- erstes Anschlusspad
- 22
- zweites Anschlusspad
- 24
- drittes Anschlusspad
- 30
- Heizung
- 40
- Kammstruktur
- 50
- erste Kennlinie
- 52
- zweite Kennlinie
- 54
- dritte Kennlinie
- 56
- vierte Kennlinie
- 58
- fünfte Kennlinie
- 60
- sechste Kennlinie
- 62
- siebte Kennlinie
- 100
- Rußsensor
- 110
- Substrat
- 120
- erste Elektrode
- 122
- zweite Elektrode
- 130
- Schutzschicht
- 140
- Punkt
- 150
- Ruß-Kondensat-Tropfen
- 160
- Balken
- 170
- Laser-Trimm-Schnitt
- 180
- Sensorbereich
- 182
- Kontaktierungsbereich
- 190
- Halterung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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