DE102013206092A1 - Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors - Google Patents

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Michael Nienhoff
Thomas Schön
Sebastian Reiss
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors, wobei der Rußsensor einen elektrisch isolierenden Formkörper aufweist, auf dessen Oberfläche eine Struktur aus Messelektroden ausgebildet ist, bei der mindestens zwei Messelektroden nebeneinander angeordnet sind, so dass zwischen den Messelektroden ein elektrisch isolierender Abschnitt des Formkörpers ausgebildet ist, wobei sich zwischen den Messelektroden Rußpartikel aus einem Abgasstrom ablagern, die einen Stromfluss zwischen den Messelektroden ermöglichen, der als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom mit einem Strommesselement erfasst wird, wobei die Rußablagerung auf dem Rußsensor beim Überschreiten einer vorgegebenen Beladung von dem Rußsensor entfernt wird. Um ein Verfahren zur Auswertung eines Rußsensors anzugeben, mit welchem auch während der Regenerationsphase des Sensors Informationen über die Rußbeladung des Abgasstromes gesammelt werden können, erfolgt das Entfernen der Rußpartikel von der Oberfläche des Rußsensors, bis am Strommesselement ein erster Messwert für den Strom eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, wobei ein erster Zeitpunkt, bei dem der Messwert unterschritten wird, registriert wird und bei einem zweiten Messwert für den Strom, bei dem eine weitere vorgegebene Schwelle überschritten wird, ein zweiter Zeitpunkt registriert wird und eine Zeitdifferenz zwischen dem erster Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt als Maß für die innerhalb der Zeitdifferenz im Abgasstrom enthaltene Rußmenge dient.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors.
  • Die Verringerung von Abgasemissionen bei Kraftfahrzeugen ist ein wichtiges Ziel bei der Entwicklung neuer Kraftfahrzeuge. Daher werden Verbrennungsprozesse in Brennkraftmaschinen thermodynamisch optimiert, so dass der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine deutlich verbessert wird. Im Kraftfahrzeugbereich werden zunehmend Dieselmotoren eingesetzt, die, bei moderner Bauart, einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen. Der Nachteil dieser Verbrennungstechnik gegenüber optimierten Otto-Motoren ist jedoch ein deutlich erhöhter Ausstoß von Ruß. Der Ruß ist besonders durch die Anlagerung polyzyklischer Aromate stark krebserregend, worauf in verschiedenen Vorschriften bereits reagiert wurde. So wurden beispielsweise Abgas-Emissionsnormen mit Höchstgrenzen für die Rußemission erlassen. Um die Abgas-Emissionsnormen flächendeckend für Kraftfahrzeuge mit Dieselmotoren erfüllen zu können, besteht die Notwendigkeit, preisgünstige Sensoren herzustellen, die den Rußgehalt im Abgasstrom des Kraftfahrzeuges zuverlässig messen.
  • Der Einsatz derartiger Rußsensoren dient der Messung des aktuell ausgestoßenen Rußes, damit dem Motormanagement in einem Kraftfahrzeug in einer aktuellen Fahrsituation Informationen zukommen, um mit regelungstechnischen Anpassungen die Emissionswerte zu reduzieren. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Rußsensoren eine aktive Abgasreinigung durch Abgas-Rußfilter eingeleitet werden oder eine Abgasrückführung zur Brennkraftmaschine erfolgen. Im Falle der Rußfilterung werden regenerierbare Filter verwendet, die einen wesentlichen Teil des Rußgehaltes aus dem Abgas herausfiltern. Benötigt werden Rußsensoren für die Detektion von Ruß, um die Funktion der Rußfilter zu überwachen bzw. um deren Regenerationszyklen zu steuern.
  • Dazu kann dem Rußfilter, der auch als Dieselpartikelfilter bezeichnet wird, ein Rußsensor vorgeschaltet sein und/oder ein Rußsensor nachgeschaltet sein.
  • Der dem Dieselpartikelfilter vorgeschaltete Sensor dient zur Erhöhung der Systemsicherheit und zur Sicherstellung eines Betriebes des Dieselpartikelfilters unter optimalen Bedingungen. Da dies in hohem Maße von der im Dieselpartikelfilter eingelagerten Rußmasse abhängt, ist eine genaue Messung der Partikelkonzentration vor dem Dieselpartikelfiltersystem, insbesondere die Ermittlung einer hohen Partikelkonzentration vor dem Dieselpartikelfilter, von hoher Bedeutung.
  • Ein dem Dieselpartikelfilter nachgeschalteter Rußsensor bietet die Möglichkeit, eine fahrzeugeigene Diagnose vorzunehmen und dient ferner der Sicherstellung des korrekten Betriebes der Abgasnachbehandlungsanlage.
  • Der Stand der Technik zeigt verschiedene Ansätze zur Detektion von Ruß. Ein in Laboratorien weithin verfolgter Ansatz besteht in der Verwendung der Lichtstreuung durch die Rußpartikel. Diese Vorgehensweise eignet sich für aufwändige Messgeräte. Wenn versucht wird, dies auch als mobiles Sensorsystem im Abgasstrang einzusetzen, muss festgestellt werden, dass Ansätze zur Realisierung eines optischen Sensors in einem Kraftfahrzeug mit sehr hohen Kosten verbunden sind. Weiterhin bestehen ungelöste Probleme bezüglich der Verschmutzung der benötigten optischen Fenster durch Verbrennungsabgase.
  • Die deutschen Offenlegungsschrift DE 199 59 871 A1 offenbart einen Sensor und Betriebsverfahren für den Sensor, wobei beide auf thermischen Betrachtungen basieren. Der Sensor besteht aus einem offenen porösen Formkörper wie beispielsweise einer wabenförmigen Keramik, einem Heizelement und einem Temperaturfühler. Wird der Sensor mit einem Messgasvolumen in Verbindung gebracht, so lagert sich Ruß darauf ab. Zur Messung wird der in einem Zeitraum abgelagerte Ruß mit Hilfe des Heizelementes zum Zünden gebracht und verbrannt. Die bei der Verbrennung entstehende Temperaturerhöhung wird gemessen.
  • Derzeit sind Partikelsensoren für leitfähige Partikel bekannt, bei denen zwei oder mehrere metallische Elektroden vorgesehen sind, die kammartig ineinandergreifende Elektroden aufweisen. Rußpartikel, die sich auf diesen Sensorstrukturen ablagern, schließen die Elektroden kurz und verändern damit die Impedanz der Elektrodenstruktur. Mit steigender Partikelkonzentration auf der Sensorfläche wird auf diese Weise ein abnehmender Widerstand bzw. ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung zwischen den Elektroden messbar. Ein derartiger Rußsensor wird zum Beispiel in der DE 10 2004 028 997 A1 offenbart.
  • Die kammartige Elektrodenstruktur dieser Rußsensoren wird in der Regel aus dünnen nebeneinander liegenden Leiterbahnen gebildet. Die Leiterbahnen haben z. B. einen Abstand von 10 µm voneinander.
  • Wenn die Elektroden nach einer bestimmten Messzeit vollständig mit Ruß beladen sind, erzeugt eine weitere Rußbeladung bei konstanter Spannung am Rußsensor keine Erhöhung des gemessenen Stroms mehr. Ab dieser Rußbeladung wird der Rußsensor „blind“ für weitere Rußmessungen, und es muss eine Reinigungsphase eingeleitet werden. Im Rahmen dieser Reinigungsphase kann die Spannung am Sensor zum Beispiel derart erhöht werden, dass ein hoher Strom über die Rußschicht auf dem Sensor fließt, wobei die Rußschicht derart erhitzt wird, dass sie abbrennt. Eine weitere Möglichkeit der Entfernung des abgelagerten Rußes ist das Abbrennen der Rußschicht mit Hilfe einer im Rußsensor integrierten Widerstandsheizung. Nach dem Abbrennen der Rußschicht ist in der Regel nicht genügend Restruß zwischen den Elektroden vorhanden, um sofort mit einem neuen Messzyklus beginnen zu können. Erst allmählich lagert sich auf den Elektroden genug Ruß aus dem Abgas ab, so dass wieder ein Messstrom erfasst werden kann.
  • Über den gesamten Regenerationszeitraum ist ein Rußsensor nach dem Stand der Technik nicht in der Lage Aussagen über den Rußgehalt im Abgasstrom zu liefern. Der Regenerationszeitraum wird auch als Totzeit des Rußsensors bezeichnet. Auch während der Vorbeladungsphase liefert ein Rußsensor nach dem Stand der Technik keine Informationen über den Rußgehalt im Abgasstrom. Damit kann auch die Vorbeladungszeit zur Totzeit des Rußsensors gezählt werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Auswertung eines Rußsensors anzugeben, mit welchem auch während der Totzeit des Sensors Informationen über die Rußbeladung des Abgasstromes gesammelt werden können.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Dadurch, dass das Entfernen der Rußpartikel von der Oberfläche des Rußsensors erfolgt, bis am Strommesselement ein erster Messwert für den Strom eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, wobei ein erster Zeitpunkt, bei dem der Messwert unterschritten wird, registriert wird und bei einem zweiten Messwert für den Strom, bei dem eine weitere vorgegebenen Schwelle überschritten wird, ein zweiter Zeitpunkt registriert wird und eine Zeitdifferenz zwischen dem erster Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt gebildet wird, die als Maß für die innerhalb der Zeitdifferenz im Abgasstrom enthaltene Rußmenge dient, kann auch während der Regenerationsphase des Rußsensors eine Rußmengenbestimmung für den Abgasstrom erfolgen. Die Totzeit des Rußsensors wird damit wesentlich verkürzt, was eine deutlich verbesserte Überwachung des Abgasstromes ermöglicht.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste Messwert, bei dem der Strom eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, gleich dem zweiten Messwert, bei dem der Strom eine weitere vorgegebene Schwelle für den Strom überschreitet. Die Gleichheit der Schwellen für den Strom vereinfacht die Auswertung der Messergebnisse und damit den Aufwand der notwendig ist, um das hier offenbarte Verfahren auszuführen.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der erste Messwert 3 bis 6 µA. Zudem kann der zweite Messwert 3 bis 6 µA betragen. Diese Messwerte sind noch relativ einfach zu erfassen und dennoch genügend klein, um von einer ausreichenden Reinigung der Messelektroden ausgehen zu können.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert. Diese Ausführungsform umfasst einen Rußsensor für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Es zeigen:
  • 1: einen Rußsensor,
  • 2: die Wirkungsweise des Rußsensors,
  • 3a3e: die Wirkungsweise des Rußsensors
  • 4: ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
  • 5: ein Strom-Zeit-Diagramm.
  • 1 zeigt einen Rußsensor 10, der aus einem Formkörper 1, einem hier nicht dargestellten Heizelement sowie einer Struktur aus Messelektroden 3 aufgebaut ist. Der Formkörper 1 kann aus einem Keramikmaterial hergestellt sein, oder aus einem anderen Material, das elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist und der Abbrandtemperatur von Ruß problemlos standhält. Um den Rußsensor 10 von Ruß freizubrennen, wird der Rußsensor 10 typischer Weise mit Hilfe einer elektrischen Widerstandsheizung auf Temperaturen zwischen 500 und 800 °C erhitzt. Diese Temperaturen muss der elektrisch isolierende Formkörper 1 ohne Beschädigungen vertragen. Die Struktur der Messelektroden 3 ist hier beispielhaft als kammartige Struktur ausgebildet, wobei zwischen zwei Messelektroden immer ein elektrisch isolierender Bereich des Formkörpers 1 zu erkennen ist. Der Stromfluss zwischen den Elektrodenstrukturen wird mit Hilfe eines Strommesselementes 7 gemessen. Solange der Rußsensor 10 völlig frei von Rußpartikeln 4 ist, wird durch das Strommesselement 7 kein elektrischer Strom messbar sein, da zwischen den Messelektroden 3 immer ein Bereich des Formkörpers 1 vorhanden ist, der elektrisch isolierend wirkt und der nicht von Rußpartikeln 4 überbrückt wird. Weiterhin zeigt 1 einen Temperatursensor 11 als Bestandteil des Rußsensors 10 mit einer Temperaturauswerteelektronik 12, die zur Überwachung der im Rußsensor 10 herrschenden Temperatur vor allem beim Abbrand der Rußbeladung auf dem Rußsensor 10 dient.
  • 2 zeigt nun die Wirkungsweise des Rußsensors 10. Hier ist der Rußsensor 10 in einem Abgasrohr 5 angeordnet, durch das ein mit Rußpartikeln 4 beladener Abgasstrom 6 geleitet wird. Der Abgasstrom 6 kann neben den Rußpartikeln 4 auch noch weitere Bestandteile wie zum Beispiel Wasser 23, Kohlenwasserstoffe 24, Motoröl und/oder Ascheanteile aus verbrannten Additiven enthalten. Die Strömungsrichtung des Abgasstromes 6 wird durch den Pfeil angedeutet. Die Aufgabe des Rußsensors 10 ist es nun, die Konzentration der Rußpartikel 4 im Abgasstrom 6 zu messen. Dazu ist der Rußsensor 10 so im Abgasrohr 5 angeordnet, dass die Struktur aus Messelektroden 3, dem Abgasstrom 6 und somit den Rußpartikeln 4 zugewandt ist. Aus dem Abgasstrom 6 setzen sich Rußpartikel 4 sowohl auf den Messelektroden 3 als auch in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3 auf den isolierenden Bereichen des Formkörpers 1 ab. Wenn sich genügend Rußpartikel 4 auf den isolierenden Bereichen zwischen die Messelektroden 3 abgesetzt haben, wird aufgrund der Leitfähigkeit der Rußpartikel 4 ein elektrischer Strom zwischen den Messelektroden 3 fließen, der vom Strommesselement 7 erfassbar ist. Die Rußpartikel überbrücken somit die elektrisch isolierenden Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3. Auf diese Art und Weise kann mit dem hier abgebildeten Rußsensor 10 die Beladung des Abgasstromes 6 mit Rußpartikeln 4 gemessen werden.
  • Zudem zeigt der Rußsensor 10 in 2 das Heizelement 2, das mit dem Heizstromkreis 13 aus der Heizstromversorgung 8 mit elektrischem Strom versorgt werden kann. Um den Rußsensor 10 auf die Abbrandtemperatur der Rußpartikel 4 zu erhitzen, wird der Heizstromschalter 9 geschlossen, womit sich das Heizelement 2 erwärmt und somit der gesamte Rußsensor 10 erhitzt wird. Darüber hinaus ist ein Temperatursensor 11 im Rußsensor 10 integriert, der mit Hilfe der Temperaturauswerteelektronik 12 den Vorgang des Aufheizens des Rußsensors 10 und damit den Abbrandvorgang der Rußpartikel 4 überwachen kann. Das elektrische Heizelement 2 kann derart ausgebildet sein, dass es gleichzeitig als Temperatursensor 11 verwendet werden kann.
  • Das Strommesselement 7, die Temperaturauswerteelektronik 12 sowie der Heizstromschalter 9 sind hier exemplarisch als diskrete Bauteile dargestellt, selbstverständlich können diese Bauteile Bestandteil einer mikroelektronischen Schaltung sein, die beispielsweise in einem Steuergerät für den Rußsensor 10 integriert ist.
  • In den 3a bis 3e wird nun die Wirkungsweise des Rußsensors 10 erläutert
  • In der Situation nach 3a wurde der Rußsensor 10 bereits einem Abgasstrom ausgesetzt, wobei sich die Rußpartikel 4 sowohl auf den Messelektroden 3 als auch in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3 abgesetzt haben. Zwischen den Messelektroden 3 haben sich genügend Rußpartikel 4 abgelagert, so dass zwischen den Messelektroden 3 ein elektrischer Strom fließen kann, der vom Strommesselement 7 registriert wird. Der Einfachheit halber wurden in den 3a bis 3e das Strommesselement und die Sensorspannungsquelle nicht dargestellt. Der Rußsensor ist aber derart verschaltet, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist.
  • In der in 3a dargestellten Situation ist der Rußsensor 10 einsatzbereit, und er liefert ein Messsignal, das der im Abgasstrom 6 enthaltenen Rußpartikelkonzentration 4 proportional ist. In dieser Phase ist der Strommesswert am Strommesselement 7 ein Signal, das proportional zur Rußpartikelbeladung des Abgasstromes 6 ist.
  • In der in 3b dargestellten Situation fließt ein maximaler Strom zwischen den Messelektroden 3, da die Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 vollständig mit Rußpartikeln 4 aufgefüllt sind. Selbst wenn sich noch weiter Rußpartikel 4 zwischen die Messelektroden 3 setzen, wird der Strommesswert am Strommesselement 7 nicht weiter ansteigen. In dieser Situation ist der Rußsensor 10 blind für die Rußpartikelbeladung des Abgasstromes 6. Um den Rußsensor 10 wieder zu regenerieren, wird der Heizstromschalter 9 geschlossen und ein Heizstrom von der Heizstromversorgung 8 über das Heizelement 2 geleitet. Dadurch erhitzt sich der Rußsensor 10 auf die Abbrandtemperatur der Russpartikel 4, die sich als Abbrenngase von der Oberfläche des Rußsensors 10 entfernen. Da Ruß in erster Linie aus Kohlenstoff besteht, werden diese Abbrenngase in der Regel Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid sein. Zudem verdampft Wasser, das sich eventuell auf der Oberfläche des Rußsensors 10 abgesetzt hatte.
  • Wird der Rußsensor 10 ausreichend geheizt, so kommt es zu der in 3c dargestellten Situation, bei der keinerlei Rußpartikel 4 auf der Oberfläche des Rußsensors 10 zu finden sind. Es bedarf einer neuen Anlagerung von Rußpartikeln 4, um den Rußsensor empfindlich für die Rußbeladung im Abgasstrom zu machen.
  • Der Rußsensor 10 nach 3d zeigt erste Rußpartikel 4, die sich auf und zwischen die Messelektroden 3 gesetzt haben. Die Anzahlt der Rußpartikel reicht jedoch noch nicht aus, um ein Strommesswert zu erzeugen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die in den 3c und 3d dargestellten Situationen idealisiert sind, da man in der Regel nicht von einem absolut vollständigen Abbrand der Rußpartikel ausgehen kann, es kann durchaus eine geringe Restmenge an Rußpartikeln auch nach dem Abbrand noch an den Elektroden vorhanden sein. Um für einen jeden Messzyklus vergleichbare Ausgangsbedingungen zu schaffen, kann es jedoch vorteilhaft sein, den Abbrand möglichst vollständig zu gestalten.
  • Ab einer in 3e dargestellten Situation liefert der Rußsensor 10 wieder Messwerte, die der Rußbeladung des Abgasstromes 6 proportional sind, da sich nun genügend Rußpartikel zwischen die Messelektroden gesetzt haben, um einen messbaren Stromfluss zu erlauben.
  • Vom Beginn des Abbrennens der Rußpartikel von der Oberfläche des Rußsensors 10 entsprechend der 3b bis hin zur erneuten Anlagerung von Rußpartikeln 4, die zu einem messbaren Stromfluss führen, wie es in 3e dargestellt ist, vergeht die sogenannte Totzeit des Rußsensors 10, in der, bei der Nutzung von Auswerteverfahren des Rußsensors nach dem Stand der Technik, keine Messwerte zur Rußbeladung des Abgasstromes zur Verfügung stehen. Wichtig für eine möglichst kontinuierliche Überwachung des Abgasstromes 6 ist es jedoch, entweder diese Totzeit möglichst kurz zu halten, um permanent auf Messwerte zurückgreifen zu können, die über die Rußbeladung des Abgasstromes Auskunft geben und/oder auch im Rahmen der Totzeit Messwerte zu erzeugen, die eine Information über die Rußbeladung des Abgasstromes enthält.
  • Zur generellen Veranschaulichung des Gesamtsystems ist in 4 ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Brennkraftmaschine 14 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 14 führt den von ihr erzeugten Abgasstrom 6 über ein Abgasrohr 5 ab. In dem Abgasrohr 5 ist ein Rußsensor 10 angeordnet, der mit einer Auswerteschaltung 12 verbunden ist, die auch das Strommesselement 7 enthalten kann. Beispielsweise kann mit der Hilfe der Auswerteschaltung 12 der Rußsensor 10 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors 10 betrieben werden.
  • Der in den 3a bis 3e ausführlich beschriebene Messzyklus des Rußsensors 10 wird in 5 anhand eines Strom-Zeit-Diagramms näher erläutert.
  • In 5 wird ein Diagramm gezeigt, das den zeitlichen Verlauf des vom Strommesselement 7 erfassten Stromes ISEN darstellt. Im Bereich A, der bis zu einem ersten Zeitpunkt t1 verläuft, wird die Reinigungsphase des Rußsensors 10 dargestellt. Dies entspricht der aus 3b bekannten Situation. Da der Rußsensor in 3b derart mit Rußpartikeln 4 beladen ist, dass eine weitere Messung der Rußmenge im Abgasstrom 6 unmöglich wird, ist das Entfernen der abgelagerten Rußschicht eingeleitet worden, zum Beispiel durch das Schließen des Heizstromschalters 9 und das Erhitzen des Formkörpers 1 des Rußsensors mit Hilfe des elektrischen Heizelementes 2. Durch das Abbrennen der Rußpartikel wird der vom Strommesselement 7 erfasste und über die interdigitale Struktur aus Messelektroden 3 fließende elektrische Strom stark abnehmen, bis zu einem ersten Zeitpunkt t1 ein erster Messwert für den Strom erreicht wird, der eine vorgegebene Schwelle unterschreitet. In diesem Beispiel ist die vorgegebene Schwelle mit 5 µA angegeben. Beim Unterschreiten der vorgegebenen Schwelle von 5 µA wird angenommen, dass der Rußsensor weitgehend vollständig von seiner Rußbeladung befreit wurde. Damit kann der Heizvorgang beendet werden, indem der Heizstromschalter 9 geöffnet wird. Auch der Vorgang des Abschaltens des Heizelements 2 durch das Öffnen des Heizstromschalters kann als erster Zeitpunkte t1 bestimmt werden, um einen Zeitmessung zu starten.
  • Kurz nach dem ersten Zeitpunkt t1 liegt damit eine Situation vor, wie sie in 3c dargestellt ist. Zwischen den Messelektroden 3 auf dem Formkörper 1 sind keinerlei oder nur sehr wenige Rußpartikel zu finden, womit der gesamte Rußsensor 10 keine elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Messelektroden 3 aufweist und damit nicht in der Lage ist, die Rußbeladung des Abgasstromes 6 durch eine Strommessung mit dem Strommesselement 7 zu erfassen. Am Strommesselement 7 wird kein Strom bzw. ein Strom unterhalb der vorgegebenen Schwelle erfasst, womit aufgrund der Strommessung über die Struktur aus Messelektroden 3 keine Rückschlüsse auf die Rußbeladung des Abgasstroms 6 möglich sind.
  • Nach einer Zeitdifferenz ∆t wird zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ein zweiter Messwert für den Strom bei einer weiteren vorgegebenen Schwelle für den Strom überschritten. Zu diesem zweiten Zeitpunkt t2 befindet sich der Rußsensor in einem Zustand, wie er in 3e dargestellt ist. In 3e haben sich zwischen den Messelektroden 3 genügend Rußpartikel 4 abgelagert, um einen gewissen Stromfluss zwischen den Messelektroden 3 zuzulassen. Die Zeitspanne ∆t, die streng von der mittleren Rußmenge im Abgasstrom zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 abhängt, ist ein Maß für die mittlere Rußmenge im Abgasstrom während der sogenannten Totzeit. Wenn sich beispielsweise viel Ruß im Abgasstrom 6 zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 befindet, wird die Zeitdifferenz ∆t zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 sehr kurz ausfallen, während bei einem gering mit Ruß belasteten Abgasstrom die Zeitdifferenz ∆t, die zur Ausbildung neuer Strompfade zwischen den Messelektroden 3 notwendig ist, wesentlich länger ausfallen wird. Damit ist die hier vorgegebene Zeitdifferenz ∆t ein direktes Maß für die mittlere Rußmenge im Abgasstrom 6 während der Totzeit des Rußsensors 10.
  • Nach dem zweiten Zeitpunkt t2 beginnt im Bereich B eine Neuordnungsphase auf den interdigitalen Messelektroden 3, wobei genau definierte Strompfade aus Rußpartikeln 4 ausgebildet werden und ab dem dritten Zeitpunkt t3 eine Messung der Rußmenge im Abgasstrom anhand der vom Strommesselement 7 erfassten Messwerte beginnen kann. Damit ist der im Bereich C gezeigte Abschnitt der hier vorliegenden Stromkurve der Bereich, in dem der Rußsensor 10 die Rußmenge im Abgasstrom anhand des zwischen den Messelektroden 3 fließenden elektrischen Stroms feststellt.
  • Es sei noch einmal deutlich herausgestellt, dass nach dem in dieser Patentanmeldung beschriebenen Verfahren, während der Totzeit des Rußsensors 10, aufgrund einer Messung der Zeitdifferenz ∆t zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2, die im Abgasstrom 6 enthaltene mittlere Rußmenge ermittelt werden kann. Damit wird mit dem hier beschriebenen Verfahren die Zeit, in der der Rußsensor keinerlei Messwerte liefert, wesentlich verkürzt.
  • 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 Patentliteratur
    • DE 19959871 A1 [0008]
    • DE 102004028997 A1 [0009]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors (10), wobei der Rußsensor einen elektrisch isolierenden Formkörper (1) aufweist, auf dessen Oberfläche eine Struktur aus Messelektroden (3) ausgebildet ist, bei der mindestens zwei Messelektroden (3) nebeneinander angeordnet sind, so dass zwischen den Messelektroden (3) ein elektrisch isolierender Abschnitt des Formkörpers (1) ausgebildet ist, wobei sich zwischen den Messelektroden (3) Rußpartikel (4) aus einem Abgasstrom (6) ablagern, die einen Stromfluss zwischen den Messelektroden (3) ermöglichen, der als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom (6) mit einem Strommesselement (7) erfasst wird, wobei die Rußablagerung auf dem Rußsensor (10) beim Überschreiten einer vorgegebenen Beladung von dem Rußsensor (10) entfernt wird, durch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Rußpartikel von der Oberfläche des Rußsensors (10) erfolgt, bis am Strommesselement (7) ein erster Messwert für den Strom eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, wobei ein erster Zeitpunkt (t1), bei dem der Messwert unterschritten wird registriert wird, und bei einem zweiten Messwert für den Strom, bei dem eine weitere vorgegebenen Schwelle überschritten wird, ein zweiter Zeitpunkt (t2) registriert wird und eine Zeitdifferenz (∆t) zwischen dem ersten Zeitpunkt (t1) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) gebildet wird, die als Maß für die innerhalb der Zeitdifferenz (∆t) im Abgasstrom enthaltene Rußmenge dient.
  2. Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors (10) nach Anspruch 1, durch gekennzeichnet, dass der erste Messwert, bei dem der Strom eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, gleich dem zweiten Messwert ist, bei dem der Strom eine weitere vorgegebene Schwelle für den Strom überschreitet.
  3. Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors (10) nach Anspruch 1 oder 2, durch gekennzeichnet, dass der erste Messwert 3 bis 6 µA beträgt.
  4. Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors (10) nach Anspruch 1 oder 2, durch gekennzeichnet, dass der zweite Messwert 3 bis 6 µA beträgt.
  5. Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors (10), wobei der Rußsensor einen elektrisch isolierenden Formkörper (1) aufweist, auf dessen Oberfläche eine Struktur aus Messelektroden (3) ausgebildet ist, bei der mindestens zwei Messelektroden (3) nebeneinander angeordnet sind, so dass zwischen den Messelektroden (3) ein elektrisch isolierender Abschnitt des Formkörpers (1) ausgebildet ist, wobei sich zwischen den Messelektroden (3) Rußpartikel (4) aus einem Abgasstrom (6) ablagern, die einen Stromfluss zwischen den Messelektroden (3) ermöglichen, der als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom (6) mit einem Strommesselement (7) erfasst wird und wobei der Rußsensor ein elektrisches Heizelement (2) aufweist, mit dessen Hilfe die Rußablagerung auf dem Rußsensor (10) beim Überschreiten einer vorgegebenen Beladung des Rußsensors (10) durch Einschalten des Heizelements und Erhitzen des Rußsensors entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Rußpartikel von der Oberfläche des Rußsensors (10) erfolgt, bis das Heizelement ausgeschaltet wird, wobei ein erster Zeitpunkt (t1), bei dem das Heizelement ausgeschaltet wird, registriert wird, und bei einem zweiten Messwert für den Strom, bei dem eine weitere vorgegebenen Schwelle überschritten wird, ein zweiter Zeitpunkt (t2) registriert wird und eine Zeitdifferenz (∆t) zwischen dem ersten Zeitpunkt (t1) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) gebildet wird, die als Maß für die innerhalb der Zeitdifferenz (∆t) im Abgasstrom enthaltene Rußmenge dient.
DE102013206092.0A 2013-04-05 2013-04-05 Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors Withdrawn DE102013206092A1 (de)

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