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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Konzentration von Rußpartikeln im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen mittels einer Interdigitalelektrode. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie einen Datenträger, der dieses Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2010 038 758 A1 ist die Funktionsweise eines resistiven Partikelsensors beschrieben, der die Widerstandsänderung einer Elektrodenstruktur aufgrund von Rußanlagerungen zur Detektion des Rußes heranzieht. Während einer Messphase lagert sich an der Oberfläche des Sensorsubstrats, beziehungsweise an der Elektrodenstruktur (Kamm- bzw. Interdigitalelektrode), ein Teil der zu detektierenden Partikel an, die sich beispielsweise im Abgas einer Brennkraftmaschine befinden. Bei einer zwischen den Elektroden angelegten Spannung verändern die angelagerten Partikeln den sich zwischen den Elektroden ausbildenden elektrischen Widerstand, so dass durch eine zeitliche Veränderung des Widerstandes Rückschlüsse auf die Partikelkonzentration möglich sind.
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Ein solcher Partikelsensor wird zur On-Board-Diagnose (OBD) eines Dieselpartikelfilters (DPF) verwendet. Hierbei wird das Abgas stromabwärts des Dieselpartikelfilters durch eine Doppelschutzrohrkonstruktion an einem mit einer Interdigitalelektrode (IDE) versehenen Sensorelement entlang geleitet. Rußpartikel werden auf der Interdigitalelektrode abgeschieden und führen zu einem auswertbaren Sensorsignal, das von der angelagerten Partikelmasse abhängig ist. Neben der Interdigitalelektrode sind im Sensorelement ein Heizer und ein Temperaturmäander verbaut.
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Mit der Zeit werden die Messergebisse einer Interdigitalelektrode jedoch durch die sich anlagernden Partikel ungenauer, beziehungsweise unbrauchbar, so dass der Sensor nach einer gewissen Messdauer regeneriert werden muss.
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Während der Regeneration wird der Sensor durch Freibrennen vom Ruß befreit, Dafür wird die Keramik des Sensorelements auf hohe Temperaturen erhitzt. In dieser Regenerationsphase reagiert das Sensorelement empfindlich auf große lokale Temperaturveränderungen durch auftreffendes Wasser oder Wassertropfen. Dies wird auch als Thermoschock bezeichnet. Ein Thermoschock kann zu Rissen im Sensorelement führen. 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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Durch starke Beaufschlagung der Abgasanlage mit Wasser von außen z.B. bei einer Watfahrt, bei der sich die Abgasanlage unter Wasser befindet und somit Wasser in die Abgasanlage eindringen kann, oder bei Eindringen von Spritzwasser in die Abgasanlage, kann es zu einer starken Abkühlung der Abgasanlage kommen. Diese Abkühlung kann je nach Abgaslagenkonfiguration nicht vom Motorsteuergerät erkannt werden, aber zu einer Gefährdung am Sensorelement durch Thermoschock führen.
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Offenbarung der Erfindung
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung der Konzentration von Rußpartikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere stromaufwärts eines Dieselpartikelfilters, mittels einer Interdigitalelektrode wird während einer automatischen Motorstoppphase keine Regeneration der Interdigitalelektrode durch Erhitzen eingeleitet. Mit Regeneration ist erfindungsgemäß die Zeitphase gemeint, in der die Interdigitalelektrode durch ein aktiviertes elektrisches Heizelement erhitzt wird. Die Abkühlphase der Interdigitalelektrode gehört nicht zu dieser Zeitphase. Im Normalbetrieb ohne Motorstoppphase herrscht im Abgassystem Überdruck und Wasser könnte nur sehr schwer oder gar nicht in die Abgasanlage eindringen. Während einer Motorstoppphase befindet sich durch Abgas kein Überdruck im Abgassystem. Daher ist es möglich, dass in diesen Phasen Wasser in das Abgassystem eindringt und zu der im Betrieb wasserempfindlichen Interdigitalelektrode vordringt. Hierdurch kann es zu einem Thermoschock des Sensorelementes kommen, auf dem die Interdigitalelektrode angeordnet ist, und das dadurch beschädigt werden kann. Dieses Szenario wird durch das erfindungsgemäße Verfahren unterbunden.
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Bevorzugt wird eine vor der Motorstoppphase eingeleitete Regeneration der Interdigitalelektrode durch Erhitzen beim Einleiten der Motorstoppphase abgebrochen, wenn der Zeitraum, der seit dem Start der Regeneration der Interdigitalelektrode verstrichen ist, kleiner als ein vorgegebener Zeitschwellenwert ist. Dies stellt sicher, dass die Regeneration der Interdigitalelektrode nur dann abgebrochen wird, wenn sie sich vor einem Wassereinbruch noch rechtzeitig abkühlen kann. Besonders bevorzugt wird der Zeitschwellenwert in Abhängigkeit von der Geometrie eines Abgasstranges vorgegeben, in dem das Sensorelement, auf dem die Interdigitalelektrode angeordnet ist, positioniert ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass Wasser von außen durch das Abgassystem nicht bis zur Interdigitalelektrode vordringen kann, bevor diese auf eine Temperatur abgekühlt ist, bei der kein Risiko eines Thermoschocks mehr besteht.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren in einem vorhandenen Steuergerät zu implementieren, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu führt es alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Der erfindungsgemäße Datenträger speichert das erfindungsgemäße Computerprogramm. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein Steuergerät wird das erfindungsgemäße Steuergerät erhalten, das dazu ausgebildet ist, die Konzentration von Rußpartikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine mittels einer Interdigitalelektrode durch das erfindungsgemäßen Verfahren zu messen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine Kamm- bzw. Interdigitalelektrode mit Heizer und Temperaturfühler gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 wird eine sogenannte Kamm- bzw. Interdigitalelektrode dargestellt. Diese Darstellung entspricht dem Stand der Technik. Solche Elektroden werden beim Messen der Konzentration von Rußpartikeln im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet. An der Oberfläche des hier dargestellten Rußpartikelsensors befindet sich die Kamm- bzw. die Interdigitalelektrode. Die unterschiedlichen Polaritäten der Elektrode sind durch die Bezugszeichen 12 und 14 dargestellt. In den Zwischenräumen zwischen diesen Elektroden, die durch die kammartig gestaltete Elektrode über die Oberfläche des gesamten Sensorelements 10 ausgebreitet ist, können sich die Rußpartikel ablagern und den elektrischen Widerstand zwischen den einzelnen Teilelektroden verändern. Durch diese Änderung des elektrischen Widerstandes kann auf die auf dem Sensorelement abgeschiedene Menge an Rußpartikeln geschlossen werden. Auf diesem Prinzip basiert der Rußpartikelsensor. Sobald sich die Änderung des elektrischen Widerstandes nicht mehr mit der Masse an abgelagerten Rußpartikeln korreliert oder diese Korrelation nicht mehr für eine Messung verwendet werden kann, muss das Sensorelement 10 regeneriert werden. Das heißt die Rußpartikel werden durch Erhitzen der Elektrode verbrannt. Hierzu hat das in 1 dargestellte Sensorelement 10 einen Heizbereich 18 mit einem Heizelement 22. Dieses befindet sich direkt unter der Elektrode, so dass hauptsächlich die Elektrode beheizt wird und nicht das ganze Sensorelement 10. Für die mechanische Stabilität des Sensorelements 10 befindet sich unterhalb des Heizbereichs noch ein Trägerbereich 20. Da dieser Bereich nur für die Stabilität des Sensorelements 10 wichtig ist, wird er durch eine Wärmeisolationsschicht 24 vom Heizelement getrennt. Diese Wärmeisolationsschicht kann aus einem festen Dämmmaterial oder aus Luft bestehen. Im Weiteren weist das Sensorelement 10 noch einen Temperaturfühler 32 oder einen Temperaturmäander auf.
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In 2 ist schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierfür werden fünf verschiedene Fälle gezeigt, in denen eine Regeneration der Interdigitalelektrode unterbunden wird oder nicht. Auf einer Zeitachse ist der Zeitraum einer Motorstoppphase 40, deren Beginn 41 und deren Ende 42 dargestellt.
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Im ersten Fall wurde die Regeneration der Interdigitalelektrode so rechtzeitig vor der Motorstoppphase 40 angefordert, dass sowohl die Regenerationsphase 51 als auch die ganze Abkühlungsphase 52 zeitlich nicht mit der Motorstoppphase 40 zusammenfallen. In diesem Fall wird die Regeneration durchgeführt.
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Im zweiten Fall wird die Regeneration der Interdigitalelektrode zu einem Zeitpunkt vor der Motorstoppphase 40 angefordert, zu dem die Regenerationsphase 53 der Interdigitalelektrode noch vor der Motorstoppphase 40 beendet werden kann, allerdings die Abkühlphase 54 nicht mehr. Hierbei ist die Dauer der Abkühlungsphase applikationsspezifisch vorgegeben. Da die Regenerationsphase schon beendet ist und sich die Interdigitalelektrode bereits in der Abkühlphase befindet wird in diesem Fall nichts mehr unternommen.
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Im dritten Fall wird die Regeneration der Interdigitalelektrode zu einem Zeitpunkt vor der Motorstoppphase 40 angefordert, zu dem sowohl die Regeneration der Interdigitalelektrode 55a als auch die entsprechende Abkühlphase 56a nicht mehr vor der Motorstoppphase 40 beendet werden können. Das ist allerdings erst bekannt, wenn die Motorstoppphase 40 eingeleitet wird. Wenn dies erfolgt, wird geprüft, ob der Zeitraum t1, der seit dem Beginn Regeneration der Interdigitalelektrode 55a vergangen ist, kleiner als ein vorgegebener Zeitschwellenwert ts ist. In diesem Fall ist dieser Zeitraum: t1 allerdings größer als der Zeitschwellenwert ts, daher wird die Regeneration der Interdigitalelektrode 55a nicht unterbrochen.
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Im vierten Fall wird die Regeneration der Interdigitalelektrode zu einem Zeitpunkt vor der Motorstoppphase 40 angefordert, zu dem sowohl die Regeneration der Interdigitalelektrode 55b als auch die entsprechende Abkühlphase 56b nicht mehr vor der Motorstoppphase 40 beendet werden können. Wenn dies erfolgt, wird geprüft, ob der Zeitraum t2, der seit dem Beginn der Regeneration der Interdigitalelektrode 55b vergangen ist, kleiner als ein vorgegebener Zeitschwellenwert ts ist. In diesem Fall ist dieser Zeitraum t2 kleiner als der Zeitschwellenwert ts, daher wird die Regeneration der Interdigitalelektrode 55b unterbrochen.
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Im letzten Fall wird die Regeneration der Interdigitalelektrode zu einem Zeitpunkt angefordert, der innerhalb der Motorstoppphase 40 liegt. Sowohl die ganze Regenerationsphase 57 der Interdigitalelektrode als auch die ganze Abkühlphase 58 liegen innerhalb der Motorstoppphase 40. In solchen Fällen wird eine Regeneration der Interdigitalelektrode nach der vorliegenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterbunden, da in diesem Fall die Gefahr eines Thermoschocks der Interdigitalelektrode durch eindringendes Wasser besteht. Der Zeitschwellenwert ts wird in Abhängigkeit von der Geometrie der Abgasanlage des Kraftfahrzeugs festgelegt. Er wird abhängig davon gewählt, wie schnell Wasser bei einer bestimmten Geometrie der Abgasanlage bis zur Interdigitalelektrode vordringen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010038758 A1 [0002]
