-
Stand der Technik
-
Üblicherweise werden im Abgasstrang Diesel-betriebener Fahrzeuge zur Abgasreinigung so genannte Dieselpartikelfilter – umgangssprachlich auch als Rußpartikelfilter bekannt – eingesetzt. Zur genaueren Überwachung dieser Dieselpartikelfilter im Rahmen der Onboard-Diagnose gelangen Partikelsensoren zum Einsatz.
-
Hierzu sind Rußpartikelsensoren bekannt, denen ein sogenanntes sammelndes Messprinzip zugrunde liegt.
-
In der
US 6 634 210 B1 ist beispielsweise ein Sensor beschrieben, der den Stromfluss auswertet, der zwischen zwei Elektroden fließt, zwischen denen sich Ruß angelagert hat (resistives Messprinzip).
-
Trotz der mit resistiven Messprinzipien erzielten Fortschritte existieren in der Praxis nach wie vor eine Vielzahl technischer Herausforderungen. So erfordert der Betrieb der sammelnden Sensoren in der Regel eine zyklische stattfindende Sensor-Regeneration, die den bis dahin gesammelten Ruß wieder abbaut. Ein bewährtes Verfahren hierfür ist die Verbrennung von Ruß in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, die ab Temperaturen von ca. 700 °C beginnt. Die Erzeugung dieser Regenerationstemperatur im Bereich der Elektroden erfolgt üblicherweise durch ein metallisches Heizelement, das in den Sensor integriert ist und elektrische Energie in joulesche Wärme umsetzt. Derartige metallische Heizelemente sind jedoch typischerweise aufwändig zu realisieren und erfordern daher zumeist einen vergleichsweise komplexen Aufbau der Sensoren.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es werden daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Partikelsensors zur Bestimmung eines Partikelgehalts in einem Gasstrom vorgeschlagen, welche die oben dargestellten technischen Nachteile bekannter Sensoren zumindest weitgehend vermeiden.
-
Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung können insbesondere wiederum ein resistives Messprinzip realisieren, bei welchem in mindestens einer Messphase zur Erzeugung eines von dem Partikelgehalt abhängigen Ausgangssignals ein Widerstand zwischen mindestens zwei Interdigitalelektroden mindestens eines Partikelsensors der Vorrichtung erfasst wird. Für die Erzeugung der zur Regeneration, sprich zum Abbau der angelagerten Partikel, insbesondere Rußpartikel, erforderlichen Temperatur können jedoch, anstelle oder zusätzlich zu einem separaten Heizelement des Partikelsensors, eine oder mehrere der Interdigitalelektroden selbst genutzt werden, welche in der Messphase zum Rußnachweis dienen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens einen Partikelsensor auf, wobei der Partikelsensor auf einer Oberfläche mindestens zwei ineinander greifende Interdigitalelektroden aufweist. Eine Interdigitalelektrode im Sinne dieser Anmeldung wird allgemein als Elektrode verstanden, welche wenigstens einen elektrisch leitenden Elektrodenbereich aufweist, der mit dem elektrisch leitenden Elektrodenbereich wenigstens einer sogenannten Gegenelektrode zusammenwirkt. Üblicherweise weisen Interdigiatalelektroden meist eine Vielzahl solcher, üblicherweise kammartig angeordneten Elektroden auf, welche auch als Finger oder Fingerelektroden bezeichnet werden. Weiterhin können die Finger der Elektroden auch abweichen von der üblichen parallelen Anordnung, ähnlich eines Kammes, jedwede weitere geometrische Form, etwa die eines Kreises, eines Vierecks oder eines andersartigen Vielecks aufweisen. Der Elektrodenbereich der Elektrode wird hierbei bevorzugt – jedoch nicht zwingend – vom Elektrodenbereich der Gegenelektrode derart umschlossen, dass die Elektrode und die Gegenelektrode mit einem konstanten Abstand zueinander angeordnet sind, um eine möglichst gleichmäßige Ladungsverteilung entlang der Elektrodenbereiche zu erhalten.
-
Weiterhin sind mindestens zwei Steuerelektroden vorgesehen, welche vor einem direkten Kontakt mit den Partikeln, beispielsweise dem Partikel-führenden Gasstrom, geschützt sind. Beispielsweise kann der Schutz der Steuerelektroden derart erfolgen, dass diese durch mindestens eine Schutzschicht von dem Gasstrom getrennt sind, beispielsweise indem die Steuerelektroden in einer zwischen den Interdigitalelektroden und einem Substrat angeordneten Isolationsschicht angeordnet sind.
-
Die Vorrichtung weist weiterhin mindestens eine elektrische Energiequelle auf, die die Interdigitalelektroden mit elektrischer Energie beaufschlagen können. Die elektrische Energiequelle kann beispielsweise ganz oder teilweise Bestandteil einer äußeren Beschaltung sein, kann jedoch auch ganz oder teilweise in den Partikelsensor integriert sein. Die elektrische Energiequelle kann beispielsweise eine Spannungsquelle und/oder eine Stromquelle umfassen.
-
Die Vorrichtung weist weiterhin mindestens eine Steuerung auf. Diese Steuerung kann beispielsweise ganz oder teilweise als äußere Beschaltung des Partikelsensors realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung jedoch auch ganz oder teilweise in den Partikelsensor integriert sein. Die elektrische Energiequelle kann beispielsweise ganz oder teilweise in der Steuerung integriert sein. Die Steuerung kann beispielsweise mindestens einen integrierten Schaltkreis aufweisen, beispielsweise einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und/oder einen Mikroprozessor. Die Steuerung kann insbesondere mindestens eine Datenverarbeitung aufweisen. Wie unten noch näher ausgeführt wird, ist die Steuerung eingerichtet, beispielsweise durch eine programmtechnische Ausgestaltung der Steuerung, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
-
Beispielsweise kann die Steuerung eine Messeinrichtung aufweisen, welche ein von dem Partikelsensor erzeugtes Ausgangssignal erfasst, wobei die Steuerung eine weitere Auswertung und Interpretation des Ausgangssignals ermöglichen kann.
-
Des Weiteren schafft das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Partikelsensors zur Bestimmung eines Partikelgehalts in einem Gasstrom die Möglichkeit, die Interdigitalelektroden, vorzugsweise ohne ein separates Heizelement, unter Einsatz einer oder mehrerer der Interdigitalelektroden selbst, auf die zur Entfernung angelagerter Partikel, beispielsweise Rußpartikel, benötigte Temperatur zu erhitzen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird wiederum mindestens ein Partikelsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau verwendet, wobei der Partikelsensor auf einer Oberfläche mindestens zwei ineinander greifende Interdigitalelektroden aufweist.
-
Weiterhin weist der Partikelsensor wiederum mindestens zwei Steuerelektroden (im Folgenden SE1, SE2 genannt) auf, welche vor einem Kontakt mit den Partikeln geschützt sind. Weiterhin wird wiederum mindestens eine elektrische Energiequelle verwendet, mittels der die mindestens zwei Interdigitalelektroden (im Folgenden ohne Beschränkung weiterer Möglichkeiten auch IDE1, IDE2 genannt) mit elektrischer Energie versorgt werden, beispielsweise durch Beaufschlagung dieser Interdigitalelektroden mit mindestens einer Spannung und/oder mit mindestens einem Strom.
-
Das Verfahren umfasst mindestens eine Regenerationsphase und mindestens eine Messphase. Unter einer Phase ist dabei allgemein ein Abschnitt eines Betriebs des Partikelsensors zu verstehen. Die Phasen können zeitlich getrennt voneinander durchgeführt werden oder können auch zeitlich überlappen. Einzelne, mehrere oder alle Phasen können auch wiederholt durchgeführt werden.
-
In der Messphase wird von dem Partikelsensor mindestens ein von dem Partikelgehalt abhängiges Ausgangssignal ausgegeben, beispielsweise ein Widerstandssignal, ein Spannungssignal oder ein Stromsignal. In der Regenerationsphase wird der Partikelsensor erhitzt und dabei eine Partikelbeladung, beispielsweise eine Rußbeladung, am Partikelsensor zumindest teilweise entfernt. Zu diesem Zweck wird in der Regenerationsphase wenigstens eine der Interdigitalelektroden zum resistiven Aufheizen des Partikelsensors verwendet.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Betrieb des Partikelsensors zwei, drei oder mehr Phasen vorsehen. Diese Phasen können auch als Betriebszustände bezeichnet werden. Die Phasen umfassen, wie oben ausgeführt, die mindesten eine Messphase und die mindestens eine Diagnosephase. In der Messphase kann der Partikelsensor die Partikelbeladung des Gasstromes ermitteln und ein entsprechendes Ausgangssignal bereitstellen. Dieses Ausgangssignal kann direkt oder indirekt als Maßstab für eine Partikelbeladung des Gasstroms diesen oder kann als Eingangsgröße für eine weitere Berechnung der absoluten oder relativen Partikelbeladung des Gasstroms dienen. Weiterhin ist die mindestens eine Regenerationsphase vorgesehen, in welcher der Partikelsensor beispielsweise auf eine Temperatur aufgeheizt wird, bei welcher angelagerte Partikel, beispielsweise Ruß, in einer sauerstoffreichen Umgebung verbrannt werden kann und die Interdigitalelektroden des Partikelsensors wieder freigelegt werden können.
-
Neben den beiden genannten Phasen können eine oder mehrere weitere Phasen durchgeführt werden, welche wiederum jeweils einmalig oder mehrmalig durchgeführt werden können. So kann beispielsweise als dritte Phase mindestens eine Diagnosephase vorgesehen sein. In der Diagnosephase werden wenigstens eine der Interdigitalelektroden und wenigstens eine der Steuerelektroden über mindestens einen Widerstand zu der elektrischen Energiequelle kurzgeschlossen, und der Partikelsensor kann mindestens ein Diagnosesignal ausgeben.
-
Insbesondere kann in der Diagnosephase der Partikelsensor mindestens ein weiteres Signal generieren und/oder bereitstellen, insbesondere ein Diagnosesignal, welches proportional zur Menge der an den Interdigitalelektroden angelagerten Partikel ist. Dieses Diagnosesignal kann, wie ein Ausgangssignal in der Messphase, beispielsweise von der Steuerung erfasst werden und vorzugsweise einer weiteren Berechnung und Auswertung eines Wertes für die Sensorintegrität, bzw. die Sensorempfindlichkeit zugeführt werden.
-
Die Steuerung, welche einen Betrieb des Partikelsensors vornehmen kann und demnach zur Durchführung des Verfahren eingerichtet sein kann, kann beispielsweise insbesondere für die Messphase einen Schaltkreis aufweisen, welcher die Interdigitalelektroden mit einer elektrischen Energie beaufschlagen kann und welcher ein Erfassen eines Widerstandes an oder zwischen Fingern der Interdigitalelektroden durch ein Messen der an den Fingern abfallenden Spannung, bzw. des über die Partikel fließenden Stromes ermöglichen kann. Allgemein kann also der Schaltkreis eingerichtet sein, um eine Widerstandsmessung zwischen den Interdigitalelektroden durchzuführen, wobei der gemessene Widerstand durch eine Anlagerung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, beeinflussbar ist. Dementsprechend kann mindestens ein Signal erzeugt werden, welches direkt oder indirekt zu dem Widerstand zwischen den Interdigitalelektroden korreliert und welches dementsprechend von einer Partikelbeladung der Oberfläche abhängig ist.
-
Die Steuerung kann weiterhin mindestens eine Schaltung umfassen, mittels derer die Regenerationsphase durchgeführt werden kann. So kann die Steuerung beispielsweise für die Regenerationsphase mindestens einen Schalter bereitstellen, der den Stromfluss über wenigsten eine der Interdigitalelektroden derart verändert, dass ein entsprechend hoher Strom fließt, dass sich die Finger der wenigstens einen Interdigitalelektrode durch eine resistive Umsetzung der elektrischen Energie in Joulesche Wärme so hoch erhitzen, bis die benötigte Temperatur zum Abbrennen der Partikel erreicht ist.
-
Zum Einstellen der Diagnosephase weist die Steuerung bevorzugt einen weiteren Schalter auf, welcher den Stromfluss durch den Partikelsensor abermals verändert, um insbesondere ein Diagnosesignal bereitzustellen, welches beispielsweise einem Wert über die Integrität und/oder der momentan verbleibenden Empfindlichkeit des Partikelsensors entsprechen kann.
-
Das Diagnosesignal kann insbesondere mindestens eine Information über einen Stromfluss durch wenigstens eine der Interdigitalelektroden und wenigstens eine der Steuerelektroden umfassen. Wie oben ausgeführt, kann die Diagnosephase einmalig oder mehrmalig durchgeführt werden, beispielsweise kann die Diagnosephase periodisch wiederholt durchgeführt werden, beispielsweise mit einer Rate von 2 Hz bis 5 Hz.
-
In der Regenerationsphase können insbesondere wenigstens eine der Steuerelektroden und wenigstens eine der Interdigitalelektroden mit mindestens einem Widerstand, welcher auch als weiterer Widerstand bezeichnet werden kann, elektrisch in Reihe zur elektrischen Energiequelle kurzgeschlossen werden. In der Regenerationsphase kann insbesondere ein Kurzschlussstrom fließen, der Finger wenigstens einer der Interdigitalelektroden auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher die abgelagerte Partikelbeladung zumindest teilweise verbrennt.
-
Wie oben ausgeführt, kann das von dem Partikelsensor in der Messphase generierte Ausgangssignal insbesondere mindestens eine Information über einen Stromfluss durch die Interdigitalelektroden umfassen.
-
Weitere mögliche Ausgestaltungen betreffen eine Auswertung des Diagnosesignals, insbesondere in der Steuerung der Vorrichtung. Beispielsweise kann in der Steuerung anhand von Vergleichen des Diagnosesignals des Partikelsensors mit einer oder mehreren Sollvorgaben, beispielsweise mit einem oder mehreren Schwellwerten, eine Fehlfunktion des Partikelsensors detektierbar sein.
-
Weiterhin kann die Steuerung zur Erfassung des Ausgangssignals und des Diagnosesignals wenigstens eine Messeinrichtung aufweisen. Die Messeinrichtung kann beispielsweise mindestens eine Strommesseinrichtung aufweisen.
-
Weitere mögliche Ausgestaltungen betreffen den Aufbau des Partikelsensors. So kann der Partikelsensor beispielsweise mindestens einen Schichtaufbau aufweisen. Insbesondere kann der Partikelsensor mindestens ein Substrat aufweisen, wobei es sich bei diesem Substrat beispielsweise um ein ganz oder teilweise aus einem keramischen Material hergestelltes Substrat handeln kann. Auch andere Substratmaterialien sind jedoch alternativ oder zusätzlich möglich, beispielsweise allgemein anorganische Substratmaterialien und/oder Halbleitermaterialien.
-
Das optionale mindestens eine Substrat kann beispielsweise im Bereich der Interdigitalelektroden eine verringerte thermische Masse, beispielsweise eine verringerte Wärmekapazität, aufweisen, im Vergleich zu einem Bereich außerhalb der Interdigitalelektroden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein schnellerer Temperaturwechsel ermöglicht werden, beispielsweise zur Ermöglichung eines schnellen Wechsels zwischen der Regenerationsphase und der Messphasen und/oder der Diagnosephase. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Substrat im Bereich der ineinandergreifenden Finger der Interdigitalelektroden mindestens eine Ausnehmung aufweist.
-
Weiterhin kann der Partikelsensor mindestens ein Messelement aufweisen, beispielsweise mindestens einen Sensor zur Erfassung eines oder mehrerer weiterer Parameter. So kann der Partikelsensor beispielsweise mindestens ein Messelement zur Erfassung einer Temperatur aufweisen, beispielsweise im Bereich der Interdigitalelektroden. Das Messelement kann beispielsweise ein temperaturabhängiger Widerstand sein.
-
Eine detailliertere Beschreibung möglicher Ausgestaltungen der Phasen wird nachfolgend anhand der Beschreibung der Zeichnungen vorgenommen.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die vorgeschlagene Verschaltung der Elektroden, die typischerweise in Interdigitalform angeordnet sind, ermöglicht zum einen die beschriebene Doppelnutzung der Elektroden als Messelektroden und Heizelektroden, und zum anderen eine quasi-kontinuierliche Überwachung der Elektroden-Integrität und damit der Sensorempfindlichkeit.
-
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann sich in der meisten Zeit ihres Betriebs im ständig alternierenden Wechsel zwischen der Messphase und der Diagnosephase befinden, wobei der Zeitanteil der Messphase typischerweise höher ist als der der Diagnosephase. Üblicherweise wird ein Verhältnis von ca. 90% Messphase zu ca. 10% Diagnosephase eingehalten. Die Frequenz des Wechsels zwischen der Messphase und der Diagnosephase kann beliebig hoch sein und ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine quasi-kontinuierliche Eigendiagnose.
-
Wenn sich durch eine Messung und Auswertung des Diagnosesignals in der Diagnosephase ergeben sollte, dass eine Regeneration des Sensors erforderlich ist, kann beispielsweise in die Regenerationsphase gewechselt werden. Im Anschluss an die Regenerationsphase kann mit einer beliebigen der beiden anderen Phasen, also der Messphase oder der Diagnosephase, fortgefahren werden. Vorteilhaft ist es jedoch wenn zunächst zur Kontrolle der durchgeführten Regenerationsphase wiederholt in die Diagnosephase gewechselt wird.
-
Bei den genannten optionalen Schaltern in der Steuerung kann es sich beispielsweise um elektromechanische Schalter (z.B. ein Relais) und/oder um rein elektrische Schalter (z.B. einen Transistor) handeln.
-
Zusätzlich kann in einer speziellen Ausführungsform des Partikelsensors mindestens ein Messelement zur Messung der Temperatur auf dem Substrat angeordnet sein, vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Interdigitalelektroden. Das Temperatur-Messelement kann insbesondere ein metallisches Element sein, welches einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist, der als Maß für die Temperatur des Partikelsensors gemessen und entsprechend ausgewertet werden kann. Hierzu kann es weiter vorgesehen sein, dass der Partikelsensor einen weiteren Anschluss für das Abgreifen wenigstens eines Potentialwertes an dem temperaturabhängigen Widerstand aufweist.
-
In einer weitern Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelsensors, weist, wie oben ausgeführt, das optionale Substrat, auf welchem beispielsweise die Interdigitalelektroden angeordnet sein können, im Bereich der ineinander greifenden Finger der Interdigitalelektroden einen Ausnehmung auf, durch welche das Substrat in diesem sich in der Regenerationsphase aufheizenden Bereich stark abgedünnt sein kann. Hierdurch kann beispielsweise das Substrat im Bereich der Finger lediglich eine dünne Membran bilden, welche in besonders vorteilhafter Weise die Regenerationsphase unterstützt, dadurch, dass diese Ausnehmung, durch Verminderung der Ableitung der in diesem Bereich erzeugten thermischen Energie, eine thermische Isolierung der Finger der Interdigitalelektroden bildet und hierdurch die zum Aufheizen der Finger auf die zum Partikelabbrand benötigte Temperatur benötigte Leistung in abermals vorteilhafter Weise stark reduziert. Hierdurch reduziert sich auch gleichermaßen die Zeit, die benötigt wird, um den Bereich der Finger der Interdigitalelektroden auf die Partikelabbrandtemperatur zu erhitzen, was ein weiterer Vorteil dieser speziellen Sensorausführung ist.
-
Weiterhin ist es besonders von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen einer On-Board-Diagnose bei einer Diesel-Brennkraftmaschine verwendet wird. Hierdurch kann eine genaue Überwachung der Partikelbeladung des Gasstromes gemessen werden, als auch die Funktion des Partikelsensors selbst überwacht werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 1 bis 3 dargestellt und werden nachfolgend exemplarisch näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, umfassend ein Partikelsensor und eine Steuerung,
-
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit alternativer Steuerung, und
-
3 eine Schnittdarstellung durch den Partikelsensor entlang der Achse A-A‘.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Die gegebenenfalls zur einfacheren Beschreibung verwendete Formulierung „erster“ und „zweiter“ stellt eine reine Namensgebung dar, unabhängig davon, ob eine weitere der bezeichneten Komponente vorhanden ist.
-
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Bestimmung eines Partikelgehalts in einem Gasstrom weist, wie es in der Darstellung von 1 und 2 gezeigt ist, einen Partikelsensor 12, sowie eine Steuerung 14 auf, wobei durch die Steuerung 14 die zum Betrieb des Partikelsensors 12 benötigten Funktionen bereitgestellt werden.
-
Der Partikelsensor 12 weist hierbei bevorzugt eine auf einer Oberfläche eines Substrates 16 angeordnete flächige Isolationsschicht 18 auf, auf welcher ineinander greifende Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 aufgebracht sind, welche mit einem partikelführenden Gasstrom in Kontakt stehen. Die Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 weisen eine Vielzahl von kammartig angeordneten Fingern 20 auf, welche in entgegengesetzter Orientierung in die Finger 20 der jeweils anderen Interdigitalelektrode IDE1 oder IDE2 unter Bildung eines Zwischenraums hineingreifen, anders ausgedrückt, ohne durch unmittelbaren Kontakt eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen. Des Weiteren sind innerhalb der Isolationsschicht 18 mindestens zwei Steuerelektroden SE1 und SE2 angeordnet, die vor einem Kontakt mit dem partikelführenden Gasstrom geschützt sind.
-
Erfindungsgemäß ist es weiter vorgesehen, dass jeder der beiden Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 jeweils eine Steuerelektrode SE1 bzw. SE2 zugeordnet ist. Wie insbesondere der Darstellung von 3 im Detail zu entnehmen ist, weist die Interdigitalelektrode IDE1 im Bereich der freien Enden der einzelnen Finger 20 über punktuelle Durchbrüche in der Isolationsschicht eine elektrisch leitenden Kontaktstelle 22 zu einem quer zur Längsausrichtung der Finger 20 verlaufenden Abschnitt der Steuerelektrode SE1 auf. Die Steuerelektrode SE1 ist zur Vermeidung eines elektrischen Kontaktes zu den Fingern 20 der Interdigitalelektrode IDE2 bevorzugt innerhalb der Isolationsschicht 18 angeordnet. Entsprechendes gilt für einen Kontakt zwischen der Interdigitalelektrode IDE2 und der Steuerelektrode SE2.
-
Die in den 1 und 2 gezeigten Partikelsensoren 12 sind bevorzugt über ein schematisch angedeutetes Kabel 24 mit elektrischen Leiterbahnen einer Steuerung 14 verbunden. Diese Steuerung 14 kann insbesondere in einer durch eine Motorsteuerung gesteuerten Sensorsteuerung implementiert, oder aber direkt in der Motorsteuerung vorgesehen sein.
-
Wie der Darstellung von 1 und 2 weiterhin entnommen werden kann, weist die Steuerung 14 eine die Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 mit elektrischer Energie versorgende Energiequelle 26 auf, welche, wie dargestellt, insbesondere eine Spannungsquelle sein kann. Die elektrische Energiequelle 26 ist bevorzugt mit den Anschlüssen der Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 verbunden. Weiterhin ist eine Messeinrichtung 28 vorgesehen, welche bevorzugt in einer aus dem Stand der Technik bekannten Weise zur Strom-Spannungs-Messung oder zur Spannungs-Strom-Messung in die Verschaltung der elektrischen Energiequelle 26 zu den Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 eingebunden ist.
-
Die in 1 und 2 gezeigte Steuerung 14 weist zur Ansteuerung des Partikelsensors 12 weiterhin bevorzugt zwei Schalter S1 und S2 auf, durch welche jeweils ein Widerstand R1 oder R2 in einem mit wenigstens einer der Steuerelektroden SE1 und/oder SE2 elektrisch verbundenen Kurzschlusspfad zuschaltbar ist.
-
Die Steuerung 14 des Partikelsensors 12 ermöglicht in Verbindung mit der Elektrodenanordnung auf dem Partikelsensor 12 im Wesentlichen die drei nachfolgend beschriebenen Betriebszustände des Partikelsensors 12.
-
Der im Weiteren als Messphase bezeichnete Betriebszustand stellt den Messbetrieb dar. Hierbei ist die Interdigitalelektrode IDE1 mit dem Pol des höheren Potentials U+ der dargestellten Spannungsversorgung verbunden. Die Interdigitalelektrode IDE2 ist mit dem Pol des niedrigeren Potentials U- der Spannungsversorgung verbunden. Die Schalter S1 und S2 sind in der Messphase beide geöffnet und stellen keine elektrisch leitende Verbindung her. Dadurch sind die Steuerelektroden SE1 und SE2 nicht beschaltet und sind insbesondere durch die Steuerung 14 nicht miteinander in elektrischem Kontakt. Lagert sich folglich Ruß oder andere Partikel zwischen den Fingern 20 der Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 ab, fließt ein messbarer elektrischer Strom zwischen den Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2, der das primäre Ausganssignal darstellt. Dieses Ausgangssignal kann durch die in der Steuerung 14 angeordnete Messeinrichtung 28 gemessen werden. Insbesondere wird ein zwischen Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 bestehender Widerstand, wahlweise entweder durch Strom-Spannungs-Messung oder durch Spannungs-Strom-Messung gemessen, welcher abhängig von Partikelbeladung ist.
-
Es ist ebenso möglich, diesen Betriebszustand bei vertauschten Polen der Energieversorgung an den Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 zu realisieren.
-
Der Weitere nachfolgend als Regenerationsphase bezeichnete Betriebszustand verwendet wenigstens eine der Interdigitalelektroden IDE1 und/oder IDE2 zum resistiven Aufheizen des Partikelsensors 12. 1 zeigt eine Ausführungsform der Steuerung 14, bei welcher beide Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 zum Aufheizen verwendet werden, wohingegen bei der Steuerung 14 nach 2 nur die Interdigitalelektrode IDE1 in der Regenerationsphase zum Einsatz gelangt.
-
Hierbei sind die Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 bevorzugt wie in der Messphase beschaltet. Jedoch werden die Steuerelektroden SE1 und SE2 durch das Schließen des Schalters S1 in der Steuerung 14 elektrisch leitend in den Schaltkreis mit eingebunden.
-
Gemäß der Ausführungsform nach 1, werden durch das Schließen des Schalters S1 die beiden Steuerelektroden SE1 und SE2 über einen bevorzugt niederohmigen Widerstand R1 miteinander kurzgeschlossen. Hierdurch werden insbesondere die beiden Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2, als auch die beiden Steuerelektroden SE1 und SE2 mit dem Widerstand R1 elektrisch in Reihe zur elektrischen Energiequelle 26 geschaltet und es kann ein hoher Strom durch sie hindurch fließen. Die Geometrie der Elektroden ist bevorzugt so gewählt, dass der größte Teil der Potenzialdifferenz U+ und U- an den schmalen Fingern 20 der Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 abfällt, so dass dort der größte Umsatz von elektrischer Leistung in thermische Leistung stattfindet. Dies wird ausgenutzt, um den Bereich der Finger 20 der Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 bis auf die zur Regeneration, sprich die zum Abbrennen der angelagerten Rußpartikel, benötigte Temperatur zu erhitzen.
-
Gemäß der Ausführungsform nach 2, wird durch Schließen des Schalters S1 lediglich die Interdigitalelektrode IDE1 und die mit dieser verbundene Steuerelektrode SE1 über den Widerstand R1 in Reihe zur elektrischen Energiequelle 26 geschaltet. Der nunmehr lediglich durch die Finger 20 der Interdigitalelektrode IDE1 fließende Strom heizt ausschließlich die Finger 20 der Interdigitalelektrode IDE1 aktiv auf.
-
Ferner wird nachfolgend der mit Diagnosephase bezeichnete Diagnosebetrieb dargestellt. Die Beschaltung der Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 ist ebenfalls wie in der Messphase und in der Regenerationsphase. Anders als in der zuvor beschriebenen Regenerationsphase wird in der Diagnosephase der Schalter S2 geschlossen, welcher beispielsweise gemäß der Ausführungsform nach 1 die beiden Steuerelektroden SE1 und SE2 über einen bevorzugt hochohmigen Widerstand R2 miteinander leitend verbindet und so die beiden Interdigitalelektroden IDE1 und IDE2 zusammen mit beiden Steuerelektroden SE1 und SE2 und dem Widerstand R2 elektrisch in Reihe zur elektrischen Energiequelle 26 kurzschließt.
-
Der hochohmige Widerstand R2 ist erfindungsgemäß bevorzugt derart dimensioniert, dass der zwischen U+ und U– fließende Strom klein genug ist, so dass keine signifikante Temperaturerhöhung an den Fingern 20 der Interdigitalelektroden IDE1 und/oder IDE2 stattfindet und demzufolge angelagerter Ruß nicht verbrennt. Andererseits ist der Widerstand R2 so klein, dass der fließende Strom größer ist, als der in der Messphase über den angelagerten Ruß fließende Strom. Der Strom wird in der Steuerung 14 gemessen und als Diagnosesignal verwendet. Dabei wird ausgenutzt, dass der Stromfluss in dieser Beschaltung proportional zur Anzahl der intakten Finger 20 an den Interdigitalelektroden IDE1 und/oder IDE2 ist und diese Anzahl ist in der Messphase wiederum proportional zur Empfindlichkeit des Partikelsensors 12. Folglich lässt sich durch beispielsweise eine Strommessung in der Diagnosephase unmittelbar die Empfindlichkeit des Partikelsensors 12 ermitteln und überwachen.
-
Der Diagnosephase gemäß der in der Darstellung von 2 gezeigten Ausführungsform liegt dasselbe Funktionsprinzip wie der Diagnosephase gemäß 1 zugrunde, jedoch wird durch Schließen des Schalters S2 lediglich die Interdigitalelektrode IDE2 und die mit dieser verbundene Steuerelektrode SE2 über den Widerstand R2 in Reihe zur elektrischen Energiequelle 26 geschaltet. Hierbei werden lediglich die Finger 20 der Interdigitalelektrode IDE2 von Strom durchflossen und als Diagnosesignal der durch diese fließende Strom gemessen.
-
Darüberhinaus ist es denkbar, dass die Steuerung 14 durch eine eigens vorgesehene Sensorsteuerung oder eine entsprechend in einer Motorsteuerung vorgesehene Schaltung implementiert ist, die eine Kombination der Steuerung 14 der beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen bereitstellt.
-
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
-
