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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit, zum Betreiben mindestens eines Abgassensors zur Überwachung der Funktionalität einer Abgasreinigungsanlage im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor zumindest zeitweise mit hohen Temperaturen betrieben wird und bauartbedingt eine Thermoschockempfindlichkeit aufweist, und bei dem zumindest zeitweise vor einer Regenerationsphase oder vor einer Messbetriebsphase eine Heizphase durchgeführt werden kann, wobei in dieser Heizphase eine im Vergleich zur Regenerationstemperatur oder Messbetriebsphase deutlich niedrigere Temperatur eingeregelt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit zum Betreiben von Abgassensoren und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Abgassensoren, wie z.B. Lambdasonden, Partikelsensoren, HC-Sensoren oder Stickoxidsensoren, nach dem Stand der Technik basieren auf keramischen Sensorelementen, welche im Betrieb zumindest zeitweise beheizt werden.
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Partikelsensoren (PM) werden heute beispielsweise zur Überwachung des Rußausstoßes von Brennkraftmaschinen und zur On Bord Diagnose (OBD), beispielsweise zur Funktionsüberwachung von Partikelfiltern, z.B. eines Dieselpartikelfilters (DPF) eingesetzt. Ein solcher resistiver Partikelsensor ist in der
DE 101 33 384 A1 beschrieben. Der Partikelsensor ist aus zwei ineinander greifenden, kammartigen Elektroden aufgebaut (Interdigitalelektroden IDE), die zumindest teilweise von einer Fanghülse überdeckt sind. Lagern sich Partikel aus einem Gasstrom an dem Partikelsensor ab, so führt dies zu einer auswertbaren Änderung der Impedanz des Partikelsensors, aus der auf die Menge angelagerter Partikel und somit auf die Menge im Abgas mitgeführter Partikel geschlossen werden kann.
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Ist der Partikelsensor voll beladen, werden die angelagerten Partikel in einer Regenerationsphase mit Hilfe eines in dem Partikelsensor integrierten Heizelements verbrannt. Dafür wird die Keramik des Sensorelements auf hohe Temperaturen, üblicherweise auf > 600° C, erhitzt. Das Heizelement weist i.d.R. eine Temperaturmessstruktur (Mäander) auf, mit dem die Temperatur des Partikelsensors überwacht bzw. die Heizleistung während dieser Regenerationsphase geregelt werden kann.
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In dieser Regenerationsphase reagiert das Sensorelement empfindlich auf große lokale Temperaturänderungen bzw. auf einen Thermoschock, wie er durch auftreffendes Wasser oder Wassertropfen auftreten kann. Ein derartiger Thermoschock kann zu Rissen im Sensorelement führen. Ähnliche Probleme treten auch bei den anderen, eingangs erwähnten Abgassensoren auf. Deshalb wird vom Motorsteuergerät eine Sensorregeneration nur dann angefordert, wenn laut Wärmemengenberechnung im Motorsteuergerät kein Wasser mehr an der Sensoreinbauposition vorhanden sein kann.
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Weiterhin muss verhindert werden, dass während die Temperatur des Sensorelements derartiger Abgassensoren größer als eine bestimmte Schwellwerttemperatur ist, typischerweise ca. 200° C, eine Beaufschlagung mit Wasser auftritt. Deshalb erfolgt der Betrieb mit einer Beheizung mit einer Temperatur > 200° C der Abgassensoren, insbesondere nach einem Kaltstart, solange sich noch Kondensat im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine befinden kann, erst nach einer bestimmten Zeit, in der man davon ausgehen kann, dass in dieser Zeit alles Wasser entweder verdampft ist oder in Form von Tröpfchen aus dem Abgasstrang durch Gasstöße im Fahrbetrieb ausgetragen wurde. Dieser Zeitpunkt wird typischerweise als Taupunktende (TPE) bezeichnet und hängt von vielen Bedingungen ab, weshalb dieser applikativ für jeden Fahrzeugtyp bestimmt werden muss. Der Betrieb der Abgassensoren bei Temperaturen > 200° C ist dann erlaubt, solange keine Kondensation von Wasser im Abgasstrang im Bereich der Sensoreinbaustelle infolge einer Abkühlung erfolgt.
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Partikelsensoren und auch andere beheizte Abgassensoren benutzen bekannte Taupunkt-Erkennungsfunktionen, um zu erkennen, ob flüssiges Wasser im Abgastrakt vorliegt (siehe z.B. die Schrift
DE 4300530 C2 oder
DE 4338342 C2 ). Bei diesen Funktionen wird anhand der Überschreitung einer Rohrwandtemperaturschwelle und anhand der Überschreitung einer Abgaswärmemengenschwelle bestimmt, dass kein flüssiges Wasser mehr am Sensorort vorliegen kann. Die Grenzwärmemenge ist wiederum abhängig von der Rohrwandtemperatur, die zu Beginn des Fahrzyklus vorlag. Die dafür zugrunde gelegten Temperaturen, wie die Abgastemperatur und die Rohrwandtemperatur, sind in der heutigen Umsetzung Modell-gestützt und werden in einem Abgastemperaturmodell abgebildet.
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Durch starke Beaufschlagung der Abgasanlage mit Wasser von außen, z.B. während einer Watfahrt oder beim zu Wasser lassen eines Bootes an einer Slip-Rampe kann es zum Fluten kommen, wobei Wasser in den Abgastrakt eindringt, wodurch es zu einer starken Abkühlung der Abgasanlage kommen kann. Diese Abkühlung kann je nach Abgasanlagenkonfiguration nicht vom Motorsteuergerät erkannt werden, aber zu einer Gefährdung durch Thermoschock am Sensorelement der Abgassensoren führen. Dieser Fall ist bisher in einer Datierung des Taupunktendes nicht abgedeckt, d.h. es verbleibt Wasser im Abgastrakt, obwohl die bisherige TPE-Erkennungsfunktion dies nicht anhand von Grenzwärmemengen und Rohrwandtemperaturen erkennen kann. Wird während oder nachdem dieser Zustand eingetreten ist, der Sensor regeneriert, ist die Gefahr eines Thermoschock besonders hoch.
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Weiterhin kann auch während einer Watfahrt das Abgasrohr derart gekühlt werden, dass eine Kondensation von flüssigem Wasser auftritt. Der Sensor wird dann mit Flüssigkeitstropfen beaufschlagt. Häufig stützt sich die Taupunkterkennungsfunktion auf Modelltemperaturen (siehe z.B. die
DE 10 2006 010 094 A1 ), die wiederum auf Temperaturmessungen beruhen, die mit Sensoren durchgeführt wurden, die aber stromaufwärts vor dem Partikelsensor bzw. den eingangs erwähnten Abgassensoren angeordnet sind. Da diese Temperatursensoren durch den Watzustand unbeeinflusst bleiben, kann solch ein Watzustand nicht erkannt werden. Wird der Partikelsensor beispielsweise regeneriert, kann es zu einer Sensorschädigung durch Thermoschock kommen, trotzdem ein Taupunktende erkannt wurde.
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Weiterhin kann es zu einem Ansteigen des IDE-Stromsignals kommen, was durch die Leitfähigkeit flüssigen Wassers bedingt ist. Dies kann als Rußbeaufschlagung des Sensorelements fehlinterpretiert werden.
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In weiteren noch nicht veröffentlichten Parallelanmeldungen der Anmelderin, u.a. z.B. die Anmeldung mit dem internen Aktenzeichen R.351847, werden weiterhin Waterkennungskriterien sowie Fluterkennungskriterien beschrieben. Weiterhin wird auch in der ebenfalls noch nicht veröffentlichten Anmeldung der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen R.347466 eine Nutzung einer Kombination von Kriterien zur Freigabe der Beheizung des Abgassensors beschrieben.
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Es ist Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren für eine Taupunkterkennung bereitzustellen sowie eine Wiederfreigabe des Taupunktendes an die Situation einer Watfahrt anzupassen.
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Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit, bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Funktion einer Taupunkterkennung und die Wiederfreigabe eines Taupunktendes adaptiv durchgeführt und von mindestens einem Waterkennungskriterium oder mindestens einem Fluterkennungskriterium beeinflusst werden. Durch diese Anpassung kann die Taupunkterkennung gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden, da nicht modellhaft vorhersehbare Umwelteinflüsse, wie sie eingangs beschrieben wurden, mit berücksichtigt werden können. Dies dient einerseits einem erhöhten Schutz der im Abgastrakt der Brennkraftmaschine verbauten Abgassensoren und zum anderen aber auch einer damit möglichen früheren Wiederaufnahme der Messaufgaben der Abgassensoren bzw. einer früheren Durchführung einer erforderlichen Regenerationsphase.
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Eine besonders vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass zur Taupunkterkennung Temperaturgrößen von Temperaturmesseinrichtungen verwendet werden, die in dem Abgassensor oder nahe bei dem Abgassensor im Abgastrakt der Brennkraftmaschine verbaut sind, und diese Temperaturgrößen zumindest zeitweise als Ersatzgrößen für ansonsten modellierte Temperaturen bei der Taupunkterkennung verwendet werden. Hiermit kann der Einfluss von Modelltoleranzen vermindert werden. Dies gilt auch, wenn kein Watzustand gegeben ist. So können z.B. mit dem Verfahren geringere Vorhalte vorgesehen werden, wodurch tendenziell eine frühere Freigabe des Taupunktendes möglich ist. Dies wiederum erlaubt eine frühere Freigabe der Überwachung bzw. der Steuerung/Regelung von Abgasnachbehandlungssystemen bzw. der Motorsteuerung/-regelung. Insbesondere die Temperaturbestimmung direkt im oder am Abgassensor bietet hier gegenüber einer modellhaft ermittelten Temperaturgröße in Situationen, wie einer Watfahrt, Vorteile.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante werden Initialwerte der modellierten Temperaturen bei der Taupunkterkennung, welche Abkühlkurven von Teilen des Abgassensors entsprechen können, durch gemessene Temperaturen ersetzt. Damit können insbesondere die Umwelteinflüsse, insbesondere die bei einer Watfahrt, bei der Taupunkterkennung besser berücksichtigt werden, da die modellhaft bestimmten Temperaturgrößen hier deutlich von den realen Temperaturbedingungen abweichen können und es in Folge zu Fehlinterpretationen kommen kann und ggf. erforderliche Zeiten bis zu einem Taupunktende falsch berechnet werden.
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Dabei kann zudem vorgesehen sein, dass unterschiedliche Grenzwärmemengen zur Sicherstellung einer ausreichenden Trocknung des Abgastraktes und der darin verbauten Abgassensoren gewählt werden, je nachdem ob die Funktion der Taupunkterkennung auf Modelltemperaturgrößen oder gemessenen Temperaturgrößen basiert. Bei Modelltemperaturgrößen werden i.d.R. größere Reserven vorgegeben, um Modelltoleranzen zu berücksichtigen.
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Weiterhin kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens vorgesehen sein, dass als Entscheidungskriterium zur Nutzung einer Modelltemperaturgröße oder einer gemessenen Temperaturgröße ein Temperaturvergleich zwischen der Modelltemperaturgröße und der gemessenen Temperaturgröße nach einer Mindestabstellzeit der Brennkraftmaschine durchgeführt wird und der Minimalwert der beiden Temperaturgrößen zu diesem Zeitpunkt als Eingangsgröße für die Taupunkterkennung verwendet wird. Hiermit ist sichergestellt, dass die jeweils kritischere, d.h. niedrigere Temperatur bei der Taupunkterkennung Berücksichtigung findet und somit eine ausreichend lange Trocknungsphase realisiert werden kann.
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Eine Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass bei Überschreitung der Mindestabstellzeit die gemessene Temperaturgröße und bei Unterschreitung oder Erreichen der Mindestabstellzeit der Minimalwert aus beiden Temperaturgrößen verwendet wird.
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Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass zur Wiederfreigabe des Taupunktendes (TPE) nach einem erkannten Wat- oder Flutungszustand eine an die Situation angepasste Grenzwärmemenge vorgegeben wird. Damit können zusätzliche Wassereinträge, z.B. infolge einer stärkeren Betauung durch die Abkühlung des Abgastraktes bei einer Watfahrt oder das Eindringen von Wasser bei einer Flutung, bei der Wiederfreigabe des Taupunktendes berücksichtigt werden.
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Wird, wie dies eine vorteilhafte Verfahrensvariante vorsieht, bei einer erkannten Flutung eine höhere Grenzwärmemenge vorgegeben als bei einer erkannten Watfahrt, kann sichergestellt werden, dass eine ausreichend gute Trocknung der Komponenten im Abgastrakt, insbesondere der Abgassensoren, stattfinden kann. Da bei einer Watfahrt ohne Flutung neben der durch die Verbrennung und der Ansaugluft eingebrachten Feuchte lediglich eine stärkere Betauung auftreten kann, aber ansonsten kein zusätzliches Wasser eingebracht wird, kann daher gegenüber einer erkannten Flutung die Grenzwärmemenge geringer ausgelegt werden. Damit kann auch erreicht werden, dass die TPE-Freigabe früher erfolgen kann.
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Hinsichtlich einer Vereinfachung dieser Funktion kann auch vorgesehen sein, dass sowohl bei einer erkannten Flutung oder Watfahrt eine gegenüber einer Standard-Applikation, d.h. einer Taupunktfreigabe ohne Flut- oder Waterkennungsmöglichkeit, lediglich erhöhte Grenzwärmemenge vorgegeben wird. In diesem Fall geht man von einer „Worst Case“-Betrachtung aus, ohne dass hierbei weiter differenziert wird.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass nach Aufheben eines erkannten Wat- oder Flutzustandes die Grenztemperatur der modellierten oder gemessenen Temperaturgröße für die Taupunktfreigabe zumindest zeitweise erhöht wird. Dies kann im einfachsten Fall durch einen Offset geschehen. Die zuvor beschriebene Funktionalität der Taupunkterkennung als auch der Freigabe des Taupunktendes kann besonders vorteilhaft bei Abgassensoren angewendet werden, die als Lambdasonden, Partikelsensoren, Stickoxidsensoren, Sensoren zur Bestimmung eines Kohlenwasserstoffgehaltes im Abgas und / oder andere Abgassensoren, basierend auf einem keramischen Sensorelement, ausgelegt sind. Diese weisen zum einen während ihres normalen Messbetriebs einerseits hohe Betriebstemperaturen auf oder werden zumindest zeitweise mit hohen Temperaturen (> 600° C) beaufschlagt, wie dies insbesondere zur Regeneration bei Partikelsensoren der Fall ist. Andererseits besitzen diese Sensoren eine erhöhte Thermoschockempfindlichkeit, was insbesondere bei einer Watfahrt in Folge verstärkter Kühlung oder gar bei einer Flutung des Abgassensors zu einer Fehlfunktion bis hin zu einer irreversiblen Schädigung führen kann. Hierbei ist es insbesondere von Interesse, dass diese Art von Abgassensoren nach einer Watfahrt mit Flutung hinreichend getrocknet werden. Dies kann mit der zuvor beschriebenen Funktionalität zur adaptiven Taupunkterkennung und TPE-Freigabe sichergestellt werden. Vorteilhaft zur Durchführung des Verfahrens ist zudem, dass Temperaturmesseinrichtungen, die in diesen Abgassensoren oder zumindest räumlich nah an diesen verbaut sind, verwendet werden können, so dass kein zusätzlicher applikativer Aufwand entsteht.
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Eine besonders vorteilhafte Anwendung des Verfahrens ergibt sich, wenn als modellierte Temperaturgröße bei dem als Abgassensor verwendeten Partikelsensor ein Temperaturmodell für eine Rohrwandtemperatur und für die gemessene Temperaturgröße das Signal eines im Sensorelement des Partikelsensors integrierten Temperatursensors, eines vor Ort am Partikelsensor verbauten NTC-Widerstandes oder eines Heizwiderstandes eines im Partikelsensor integrierten Heizelementes verwendet wird. Insbesondere Partikelsensoren weisen eine hohe Thermoschockempfindlichkeit auf. Hier ist es von besonderem Interesse, dass Regenerationsphasen zur Rußbeseitigung erst gestartet bzw. freigegeben werden, wenn sichergestellt ist, das kein Restwasser vorhanden und/ oder der Sensor schon ausreichend getrocknet ist. Dies kann einerseits durch die Vorgabe der Grenzwärmemenge, abhängig von einer erkannten Watfahrt oder einer Flutung, und andererseits durch die Einbeziehung von gemessenen Temperaturgrößen für die Funktion der Taupunkterkennung sichergestellt werden, wie dies zuvor beschrieben wurde. Diese Temperaturgrößen können beim Partikelsensor zum einen durch einen Messmäander im Partikelsensor oder durch Auswerten eines Widerstands des integrierten Heizelementes bestimmt werden. Üblicherweise liegen diese Temperaturinformationen im Zusammenhang mit der Regelung der Heizleistung für den Partikelsensor bereits vor.
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Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Steuer- und Auswerteeinheit die Funktion der Taupunkterkennung und die Wiederfreigabe eines Taupunktendes adaptiv durchführbar und von mindestens einem Waterkennungskriterium oder mindestens einem Fluterkennungskriterium beeinflussbar ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit Einrichtungen zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens mit seinen Varianten aufweist. Üblicherweise sind diese Einrichtungen bereits in Steuer- und Auswerteeinheiten gemäß dem Stand der Technik vorhanden. Vorteilhaft ist hierbei, dass zur Durchführung des Verfahrens keine Hardwareänderung am Partikelsensor oder an der Steuer- und Auswerteeinheit vorgenommen werden muss. Diese zusätzliche Funktionalität kann ausschließlich durch eine Softwareergänzung realisiert werden. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann dabei als eigenständige Einheit, welche z.B. sensornah am Partikelsensor oder als integraler Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung ausgeführt sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 in einer schematischen Darstellung das technische Umfeld, in der das Verfahren angewendet werden kann und
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2 schematisch einen Partikelsensor in einer Explosionsdarstellung.
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1 zeigt schematisch das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Eine Brennkraftmaschine 10, die z.B. als Dieselmotor ausgeführt sein kann, bekommt Verbrennungsluft über eine Luftzuführung 11 zugeführt. Dabei kann die Luftmenge der Verbrennungsluft mittels eines Luftmassenmessers 12 in der Luftzuführung 11 bestimmt werden. Die Luftmenge kann bei einer Korrektur einer Anlagerungswahrscheinlichkeit von im Abgas der Brennkraftmaschine 10 vorhandenen Partikeln verwendet werden. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgasstrang 17 abgeführt, in dem eine Abgasreinigungsanlage 16 angeordnet ist. Diese Abgasreinigungsanlage 16 kann als Diesel-Partikelfilter ausgeführt sein. Weiterhin sind im Abgasstrang 17 eine als Lambdasonde ausgeführte Abgassonde 15 und ein Partikelsensor 20 angeordnet, deren Signale einer Motorsteuerung 14 oder einer speziellen Steuer- und Auswerteeinheit 30 (Sensor Control Unit SCU) zugeführt werden, die Bestandteil der Motorsteuerung 14 oder als eigenständige Einheit, z.B. sensornah am Partikelsensor 20, ausgeführt sein kann. Die Motorsteuerung 14 ist weiterhin mit dem Luftmassenmesser 12 verbunden und bestimmt auf Basis der ihr zugeführten Daten eine Kraftstoffmenge, die über eine Kraftstoff-Dosierung 13 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt werden kann.
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Der Partikelsensor 20 kann dabei auch in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Abgasreinigungsanlage 16 angeordnet sein, was Vorteile hinsichtlich einer Homogenisierung der Abgasströmung an dieser Stelle mit sich bringt und insbesondere beim Einsatz im Rahmen der On-Board-Diagnose der Fall ist. Mit den gezeigten Vorrichtungen ist eine Beobachtung des Partikelausstoßes der Brennkraftmaschine 10 und eine Prognose der Beladung der als Diesel-Partikelfilter (DPF) ausgebildeten Abgasreinigungsanlage 16 möglich.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Partikelsensor 20 entsprechend dem Stand der Technik in einer Explosionsdarstellung.
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Auf Isolierträgerschichten 21 aus Keramiken, beispielsweise aus Aluminiumoxid, ist eine IDE-Messstruktur 22 in Form einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode aufgebracht. Die Elektroden sind in Form zweier interdigitaler, ineinander greifender Kammelektroden ausgeführt und werden als IDE-Elektroden 23 bezeichnet und stellen das eigentliche Sensorelement dar. An den stirnseitigen Enden der IDE-Elektroden 23 sind die IDE-Anschlüsse 24 (IDE+ und IDE–) vorgesehen, über welche die IDE-Elektroden 23 zur Spannungsversorgung und zur Durchführung der Messung mit der Steuer- und Auswerteeinheit 30 (in 2 nicht dargestellt) verbunden sind. Zusätzlich ist im gezeigten Beispiel zwischen den Isolierträgerschichten 21 ein Heizelement 26 integriert, welches über zusätzliche Heizelement-Anschlüsse 25 (H+, OV) mit der Steuer- und Auswerteeinheit 30 verbunden ist.
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Zur Messung der Temperatur kann zusätzlich ein Temperatursensor 27 im Schichtaufbau des Partikelsensors 20 vorgesehen sein, wobei zusätzlich ein Temperatursensor-Anschluss 28 (TM) aus dem Partikelsensor 20 herausgeführt ist. Als Temperatursensor 27 können beispielswiese Widerstandsstrukturen aus Platin, z.B. die gezeigte Mäanderstruktur, zum Einsatz kommen. Alternativ kann auch zumindestens ein Teil der Struktur des Heizelements 26 als Temperatursensor 27 genutzt werden.
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Wird ein solcher Partikelsensor 20 in einem Rußpartikel 29 führenden Gasstrom, beispielsweise in einem Abgaskanal eines Dieselmotors oder einer Feuerungsanlage, betrieben, so lagern sich Rußpartikel 29 aus dem Gasstrom an dem Partikelsensor 20 ab. Diese besitzen eine gewisse elektrischen Leitfähigkeit. Dabei hängt die Ablagerungsrate der Rußpartikel 29 an den Partikelsensor 20 neben der Partikelkonzentration in dem Abgas unter anderem auch von der Spannung ab, welche an den IDE-Elektroden 23 anliegt. Durch die anliegende Spannung wird ein elektrisches Feld erzeugt, welches auf elektrisch geladene Rußpartikel 29 eine entsprechende Anziehung ausübt. Durch geeignete Wahl der an den IDE-Elektroden 23 anliegenden Spannung kann daher die Ablagerungsrate der Rußpartikel 29 beeinflusst werden.
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In dem Ausführungsbeispiel sind die IDE-Elektroden 23 und die oberste Isolationsträgerschicht 21, auf der sich die IDE-Elektroden 23 befinden, mit einer Schutzschicht überzogen. Diese optionale Schutzschicht schützt die IDE-Elektroden 23 bei den zumeist vorherrschenden hohen Betriebstemperaturen des Partikelsensors 20 vor Korrosion. Sie ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Material mit einer geringen Leitfähigkeit hergestellt, kann jedoch auch aus einem Isolator gefertigt sein.
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Auf der Schutzschicht haben sich Rußpartikel 29 aus dem Gasstrom in Form einer Schicht abgelagert. Durch die gering leitfähige Schutzschicht bilden die Rußpartikel 29 einen leitfähigen Pfad zwischen den IDE-Elektroden 23, so dass sich, abhängig von der Menge der abgelagerten Rußpartikel 29, eine Widerstandsänderung zwischen den IDE-Elektroden 23 ergibt. Diese kann zum Beispiel gemessen werden, in dem eine konstante Spannung an die IDE-Anschlüsse 24 der IDE-Elektroden 23 angelegt und die Änderung des Stromes durch die angelagerten Rußpartikel 29 bestimmt wird. Ist die Schutzschicht isolierend aufgebaut, führen die abgelagerten Rußpartikel 29 zu einer Änderung der Impedanz des Partikelsensors 20, was durch eine entsprechende Messung, bevorzugt mit einer Wechselspannung, ausgewertet werden kann.
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Ist der Partikelsensor 20 soweit mit einer Schicht aus Rußpartikeln 29 belegt, dass zusätzlich angelagerte Rußpartikel 29 zu keiner zusätzlichen Änderung des Widerstandes beziehungsweise der Impedanz des Partikelsensors 20 führen, so wird der Partikelsensor 20 innerhalb einer Regenerationsphase regeneriert. Dazu wird der Partikelsensor 20 mit Hilfe des Heizelements 26 so weit aufgeheizt, dass die anliegenden Rußpartikel 29 verbrennen. Dies geschieht üblicherweise bei Temperaturen > 600° C.
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Vor einer Regeneration des Partikelsensors 20 wird für eine bestimmte Zeit ein Schutzheizen vor dem Taupunktende (TPE) durchgeführt, wie dies eingangs beschrieben ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht einerseits vor, dass gegenüber einer Standardapplikation einer Taupunkterkennung eine von einer Temperaturmesseinrichtung am Abgassensor, im nachfolgenden Beispiel am Partikelsensor 20 gemessenen Temperatur als Eingangsgröße für die Taupunkterkennung genutzt wird, wobei die gemessene Temperatur als Ersatzgröße für die bisher modellierte Rohrwandtemperatur verwendet wird. Bisher ist vorgesehen, dass ein Abgastemperaturmodell mit Startwerten für Abgastemperatur und Rohrwandtemperatur initialisiert wird. Dabei wird nach dem heutigen Stand der Technik eine Abkühlkurve der Rohrwandtemperatur verwendet. Diese berechnet die Rohrwandtemperatur am Ende der Abstellzeit der Brennkraftmaschine 10 aus den Temperaturwerten unmittelbar vor der Abstellzeit und der Dauer der Abstellzeit unter Annahme einer exponentiellen Abhängigkeit von der Zeit. Dieses Modell kann jedoch Umwelteinflüsse, wie eingangs erwähnt, gar nicht oder nur unzureichend berücksichtigen. Daher kann vorgesehen sein, dass die Initialwerte für Rohrwandtemperaturen aus Abkühlkurven durch gemessene Temperaturwerte ersetzt werden.
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Weiterhin geht die bisher modellierte Rohrwandtemperatur in die Berechnung einer Grenzwärmemenge ein. Auch diese kann die Temperatur der Messeinrichtung des Partikelsensors 20 verwenden. Hierbei kann es sinnvoll sein, zwischen alternativen Grenzwärmemengen umzuschalten. Dabei wird ein Satz an Grenzwärmemengen genutzt, wenn gemessene Temperaturen auf Basis der Temperaturmesseinrichtung genutzt werden. Ein zweiter Satz wird dann genutzt, wenn Modelltemperaturen eingesetzt werden. Hierbei können i.d.R. größere Reserven eingeplant werden, um Modelltoleranzen zu berücksichtigen.
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Als Entscheidungskriterium für die Nutzung der Temperaturmesseinrichtung statt der Modellwerte können unterschiedliche Ansätze verfolgt werden. Nach Erreichen einer Mindestabstellzeit der Brennkraftmaschine 10 kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur des Sensorelementes an die Rohrwandtemperatur angeglichen wurde.
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Die Temperatur kann somit nicht nur durch eine große Temperaturdifferenz zwischen Gas- und Rohrwandtemperatur, eine zurückliegende Sensorregeneration oder einen Schutzheizzustand beeinflusst werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Minimalwert aus Temperatur der Messeinrichtung des Partikelsensors 20 und der Modelltemperatur gebildet. Es kann auch eine sinnvolle Kombination aus den beiden o.g. Werten verwendet werden. Bei Überschreitung einer Mindest-Abstellzeit wird dabei in jedem Fall die Temperatur der Temperaturmesseinrichtung als gültig betrachtet. In dem Fall, in dem die Mindestwartezeit unterschritten oder gerade erreicht wird, wird der Minimalwert aus beiden Temperaturen ausgewählt.
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Als Temperaturmesseinrichtung können Widerstandsmesselemente, z.B. der in 2 beschriebene Widerstandsmäander des Partikelsensors 20, der üblicherweise eine PTC-Charakteristik aufweist, oder ein vor Ort verbauter NTC-Messwiderstand oder ein Heizwiderstand des Heizelements 26 des Partikelsensors 20 sein.
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Hinsichtlich einer Wiederfreigabe des Taupunktendes bzw. einer Rücknahme einer Taupunkterkennung eines Abgassensors nach einem Watzustand ist weiterhin vorgesehen, dass die Wiederfreigabe des Taupunktendes bzw. die Rücknahme der Taupunkterkennung an die Situation einer Watfahrt angepasst wird.
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Im Watzustand wird der Abgassensor durch in den Abgastrakt eingedrungenes Wasser oder durch infolge äußerer Kühlung des Abgastrakts kondensiertes Wasser beaufschlagt und darf nicht ohne vorherige Trocknung regeneriert werden. Wird durch eine Funktionalität erkannt, dass ein Watzustand eingetreten ist, wird eine Taupunktunterschreitung erkannt und eine Sensorregeneration bzw. eine Partikelmessung bei dem Partikelsensor 20 unterbunden. Dabei gelten für die Wiederfreigabe des Taupunktendes an die Situation „Watzustand“ angepasste Bedingungen.
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Zur Freigabe wird eine an die Watsituation angepasste Grenz-Wärmemenge vorgegeben, die mit dem Abgas an dem Sensor vorbeigeführt werden muss, so dass dieser als getrocknet gilt. Hierbei kann zwischen einer Flutung der Abgasanlage und einer Watfahrt, d.h. einer Wasserdurchfahrt ohne Flutung des Abgastraktes differenziert werden. Bei einer Flutung des Abgastrakts wird diese Grenz-Wärmemenge höher gewählt als im Fall der Kondensation durch äußere Abkühlung infolge der Watfahrt ohne Flutung, da im ersten Fall durch die eingebrachte Wassermenge eine größere Wärmemenge für eine Freigabe des Taupunktendes erforderlich ist, um die Komponenten im Abgastrakt zu trocknen, als dies ohne Flutung des Abgastraktes notwendig wäre. Bei einer Watfahrt ohne Flutung wird neben dem aus der Verbrennung bzw. aus der Ansaugluft stammenden Wasser kein zusätzliches Wasser eingebracht. Daher ist die erforderliche Grenzwärmemenge in diesem Fall geringer.
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In einer vereinfachten Funktion der Wiederfreigabe des Taupunktendes bzw. der Rücknahme der Taupunkterkennung kann auch auf diese Differenzierung verzichtet werden. In diesem Fall wird von einer „Worst Case“-Betrachtung ausgegangen, wobei eine gegenüber einer Standard-Applikation nach dem Stand der Technik größere Grenzwärmemenge gewählt wird.
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Wenn ein erkannter Watzustand aufgehoben wird, kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Grenztemperatur für die Wiederfreigabe des Taupunktendes über die Rohrwandtemperatur erhöht wird, um zu berücksichtigen, dass die vorhandene Funktionalität von zu hohen Rohrwandtemperaturen ausgeht. Im einfachsten Fall kann dies durch einen applizierbaren Offset in der Rohrwandtemperatur geschehen.
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Die zuvor beschriebene Funktionalität ist bevorzugt in einem vorort-Steuergerät des Partikelsensors 20, d.h. in einer Steuer- und Auswerteeinheit 30 des Partikelsensors 20 als Softwaremodul implementiert. Diese kann aber auch integraler Bestandteil der übergeordneten Motorsteuerung 14 sein (vergl. 1).
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Grundsätzlich kann die beschriebene Funktionalität auch auf andere Abgassensoren angewendet werden, bei denen eine korrekte Taupunkterkennung ebenfalls wichtig für die Funktionalität der Abgassensoren und als Schutz vor Beschädigung infolge Thermoschock benötigt wird. Derartige Abgassensoren können z.B. neben den zuvor beschriebenen Partikelsensoren 20 auch Lambdasonden, HC-Sensoren zur Messung von Kohlenwasserstoff-Konzentrationen oder Stickoxidsensoren sein, die nach dem Stand der Technik auf keramischen Sensorelementen basieren, welche im Betrieb zumindest zeitweise beheizt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10133384 A1 [0004]
- DE 4300530 C2 [0008]
- DE 4338342 C2 [0008]
- DE 102006010094 A1 [0010]
