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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Teilchen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikeln, bekannt. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung auf weitere Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensoren zur Detektion von Teilchen beschrieben, insbesondere von Rußpartikeln in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine.
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Es ist aus der Praxis bekannt, mittels zweier Elektroden, die auf einer Keramik angeordnet sind, eine Konzentration von Teilchen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikeln in einem Abgas zu messen. Dies kann beispielsweise durch eine Messung des elektrischen Widerstands des die beiden Elektroden trennenden keramischen Werkstoffs erfolgen. Derartige Sensoren werden beispielsweise in einem Abgasstrang in einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors der Dieselbauart eingesetzt. Üblicherweise befinden sich diese stromabwärts des Verbrennungsmotors bzw. des Dieselpartikelfilters.
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Um die Funktionstüchtigkeit aktueller in Kraftfahrzeugen eingesetzter Abgasnachbehandlungssysteme zu überprüfen bzw. zu überwachen, werden Sensoren benötigt, mit denen auch im Hybrid- und Start-Stoppbetrieb eine genaue Ermittlung der in einem Verbrennungsabgas vorliegenden Partikelkonzentration ermöglicht werden kann. Darüber hinaus soll mittels derartiger Sensoren eine Beladungsprognose beispielsweise eines in einem Abgassystem vorgesehenen Dieselpartikelfilters ermöglicht werden, um eine hohe Systemsicherheit zu erreichen und dadurch kostengünstigere Filtermaterialien einsetzen zu können.
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Aus der
DE 10 2006 009 066 ist ein Sensor zur Detektion von Partikeln in einem Fluidstrom bekannt, der auf der Basis eines keramischen Mehrlagensubstrats ausgeführt ist. Er umfasst zwei voneinander beabstandete Messelektroden, die dem zu untersuchenden Verbrennungsabgas ausgesetzt sind. Lagert sich zwischen den beiden Messelektroden Ruß ab, so kommt es beim Anlegen einer Gleichspannung an die Messelektroden zu einem Stromfluss zwischen den Messelektroden. Ein schichtförmig ausgeführtes Heizelement ermöglicht es, die Elektroden bzw. deren Umgebung auf thermischem Wege von abgelagerten Rußpartikeln zu befreien und den Sensor auf diese Weise zu regenerieren.
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Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Teilchen beinhalten diese noch Verbesserungspotential. So befindet sich der Partikelsensor in der Verbrennungsmotor-Ausphase während des Hybrid- oder Start-Stoppbetriebs regelmäßig auch in der Messphase mit an die Elektroden angelegter Spannung, wodurch die Messgenauigkeit durch Anlagerung von Rußpartikel aus dem ruhenden Abgas beeinträchtigt werden kann. Dabei kann der Messstrom entsprechend der Partikelanlagerung aus der Umgebung um 100 nA bis zu mehreren µA ansteigen, ohne dass diese Partikel von der Verbrennungskraftmaschine neu emittiert worden sind. Je länger dieser Zustand in der Verbrennungsmotor-Ausphase anhält, desto höher kann der Messstrom ansteigen. Dadurch ist die Messgenauigkeit beeinträchtigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird daher ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Verfahren zumindest weitegehend vermeidet und bei dem insbesondere die Messgenauigkeit bei Hybrid- oder Start-Stoppbetrieb der Brennkraftmaschine erhöht wird, die Partikelanlagerung bei Abschalten der Brennkraftmaschine verhindert und/oder der Anstieg des Messstroms unterdrückt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere von Ruß, wobei der Sensor mindestens zwei Messelektroden und ein Substrat aufweist, auf dem die Messelektroden angeordnet sind, umfasst die folgenden Schritte: Anlegen einer elektrischen Spannung an die Messelektroden, und Erfassen eines elektrischen Stroms zwischen den Messelektroden, wobei bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine ein Anstieg des Stroms kompensiert wird.
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Bei dem Abschalten der Brennkraftmaschine kann die Spannung deutlich verringert werden. Bei dem Abschalten der Brennkraftmaschine kann die Spannung auf 0 V verringert werden. Der Anstieg kann mittels eines Korrekturfaktors kompensiert werden. Die Spannung kann eine Gleichspannung sein. Der Sensor kann weiterhin ein Heizelement zum Regenerieren des Sensors aufweisen, wobei das Verfahren durchgeführt wird, bevor das Heizelement betrieben wird.
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Des Weiteren wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens in der oben beschriebenen Weise durchzuführen.
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Des Weiteren wird ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
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Des Weiteren wird ein elektronisches Steuergerät vorgeschlagen, welches ein elektronisches Speichermedium nach der oben beschriebenen Weise umfasst.
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Unter Teilchen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere elektrisch leitfähige Teilchen zu verstehen, wie beispielsweise Ruß oder Staub.
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Unter Messelektroden sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Elektroden zu verstehen, die geeignet sind zur Messung eines Stroms und/oder einer elektrischen Spannung. Die Messelektroden können insbesondere als lnterdigitalelektroden ausgebildet sein, also als ineinander eingreifende Messelektroden, beispielsweise zwei oder mehr ineinander eingreifende Kammstrukturen.
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Unter einem elektrisch isolierenden Werkstoff ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeder Werkstoff zu verstehen, der geeignet ist, einen Stromfluss zu verhindern, wie beispielsweise eine Keramik.
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Unter einer Strom-Spannungsmessung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Messung eines elektrischen Stroms und/oder einer elektrischen Spannung zu verstehen. Die Messung erfolgt dabei zwischen den Messelektroden. Zusätzlich kann an die Messelektroden eine bestimmte elektrische Spannung angelegt werden und ein Stromfluss zwischen den Messelektroden gemessen werden oder an die Messelektroden ein elektrischer Strom angelegt werden und eine Spannung zwischen den Messelektroden gemessen werden. Eine Strom-Spannungsmessung kann insbesondere eine Widerstandsmessung sein, wobei ein Widerstand des durch die Messelektroden und das Substrat gebildeten Aufbaus gemessen werden kann. Es kann beispielsweise eine spannungsgesteuerte oder spannungsgeregelte Messung und/oder eine stromgesteuerte und/oder stromgeregelte Messung erfolgen. Das Anlegen des Stroms und/oder der elektrischen Spannung kann in Form eines kontinuierlichen Signals und/oder auch in Form eines gepulsten Signals erfolgen. So kann beispielsweise eine Gleichspannung und/oder ein Gleichstrom angelegt werden und eine Stromantwort bzw. eine Spannungsantwort erfasst werden. Alternativ kann eine gepulste Spannung und/oder ein gepulster Strom angelegt werden und eine Stromantwort bzw. eine Spannungsantwort erfasst werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer Messgröße eine durch die Strom-Spannungsmessung ermittelte Größe zu verstehen, die entsprechend ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung sein kann. Auch ein daraus hergeleiteter elektrischer Widerstand kann als Messgröße verwendet werden.
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Unter einem elektronischen Steuergerät ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der vorliegenden Erfindung jedes Gerät zu verstehen, das geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen und dabei die entsprechenden Steuerungs- und/oder Regelungsvorgänge durchzuführen. Das Steuergerät kann ein dem Sensor zugeordnetes eigenes Steuergerät oder auch Teil eines Steuergeräts einer Brennkraftmaschine sein, wie beispielsweise Teil einer Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei Betrieb derartiger Partikelsensoren in der Verbrennungsmotor-Ausphase während des Hybrid- oder Start-Stoppbetriebs weiterhin im ruhenden Abgas Rußpartikel von der als Anode wirkenden Messelektrode und der der als Katode wirkenden Messelektrode und dem sich dazwischen ausbildenden elektrischen Feld angezogen werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Wechsel der Interdigitalelektroden-Spannung, d. h. der zwischen den Messelektroden anliegenden Gleichspannung, von z. B. 48 V auf deutlich weniger als 48 V bzw. 0 V vorgesehen. Die oben beschriebenen Anlagerungsprozesse von Rußpartikeln aus dem stehenden Abgas auf die Interdigitalelektroden laufen nach einem Wechsel der zwischen den Messelektroden anliegenden Gleichspannung von z. B. 48 V auf deutlich weniger als 48V, 12V oder 0 V langsamer bzw. nicht mehr ab.
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Die Reduzierung der Gleichspannung an den Messelektroden auf deutlich weniger als 48 V bzw. 0 V wirkt den Rußpartikelanlagerungsprozessen insofern entgegen. Der Beladungszustand der Interdigitalelektroden mit Rußpartikeln nimmt nicht weiter zu oder bleibt konstant. lnsgesamt erhöht sich dadurch die Genauigkeit in der Verbrennungsmotor-Ausphase während des Hybrid- oder Start-Stoppbetriebs.
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Unter einer Gleichspannung wird vorliegend eine Spannung verstanden, deren Polarität über längere Zeiträume, beispielsweise mindestens 3 Sekunden, unverändert bleibt und/oder deren Betrag über längere Zeiträume, beispielsweise mindestens 3 Sekunden, nur wenig, beispielsweise weniger als 15 %, schwankt.
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Weiterbildungen des Verfahrens sehen vor, dass eine Regenerierung des Sensorelementes eingeleitet wird, sobald der sich zwischen den Messelektroden einstellende Stromfluss einen vorbestimmten Wert überschreitet und/oder für einen vorbestimmten Zeitraum einen konstanten Wert annimmt. Auf diese Weise kann eine lange, z. B. mehr als 10 Minuten dauernde, Verbrennungsmotor-Ausphase während des Hybridbetriebs für die Regeneration genutzt werden.
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Das Verfahren kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Stromkreis in der Interdigitalelektroden-Zuleitung unterbrochen wird oder die Interdigitalelektroden-Spannung reduziert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung eines Sensors zur Detektion von Teilchen,
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2 einen exemplarischen zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung an dem Sensor,
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3 einen exemplarischen zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung bei einer Weiterbildung des Sensors.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Sensor 10 zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Ruß, in einem Gasstrom, wie beispielsweise einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, der zum Einbau in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs dient. Beispielsweise ist der Sensor 10 als Rußsensor ausgebildet und bevorzugt stromabwärts eines Rußfilters eines Kraftfahrzeugs mit einem Dieselverbrennungsmotor angeordnet.
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Der Sensor 10 weist eine Trägerschicht 12 auf, die zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt sein kann, wie beispielsweise aus einer Keramik, wie Aluminiumoxid. In die Trägerschicht 12 ist ein Heizelement 14 integriert, das über Kontaktierungen 16 mit einer geeigneten Spannungsquelle (nicht näher gezeigt) verbindbar ist und zum Freibrennen des Sensors 10 von gegebenenfalls abgelagerten Teilchen, wie Rußpartikeln, dient.
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Auf der Trägerschicht 12 ist ein plattenförmiges Substrat 18 angeordnet, das zumindest teilweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt sein kann, wie beispielsweise einer Keramik, wie Aluminiumoxid. Auf dem Substrat 18 ist eine Struktur aus zwei Messelektroden 20, 22 angeordnet. Beispielsweise sind die Messelektroden 20, 22 als lnterdigitalelektroden ausgebildet, so dass sie wie gezeigt kammförmig ineinandergreifen. Die Messelektroden 20, 22 sind über Kontaktierungen 24 mit einem elektronischen Steuergerät 26 verbindbar.
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In dem Bereich, in dem die Messelektroden 20, 22 kammförmig ineinandergreifen, können die Messelektroden 20, 22 zumindest teilweise von einem Dielektrikum 28 überdeckt sein, so dass die Messelektroden 20, 22 als Elektroden eines Kondensators mit messbarer Kapazität dienen können. Das Dielektrikum 28 kann wiederum mit einer Schutzschicht 30 versehen sein, so dass es gegenüber dem umgebenden Medium abgetrennt ist, wodurch eine Degeneration des Dielektrikums 28 ausgeschlossen ist.
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Der Sensor 10 kann ferner ein Gehäuse umfassen, das den in 1 dargestellten Aufbau umgibt und aus Gründen der Vereinfachung der Erläuterung des Aufbaus des Sensors 10 in 1 nicht gezeigt ist. Beispielsweise kann das Gehäuse als Fanghülse ausgebildet sein, die in einem oberhalb der Messelektroden 20, 22 liegenden Bereich mit einer Öffnung versehen ist und zur Beruhigung eines in dem Abgasstrang strömenden Gasstroms dient, so dass sich Rußpartikel bzw. sonstige in dem Gasstrom enthaltene Teilchen bevorzugt im Bereich der Messelektroden 20, 22 ablagern.
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Der Sensor 10 nach der 1 kann wie folgt arbeiten. Wenn sich auf dem Substrat 18 Ruß bzw. sonstige elektrisch leitenden Teilchen ablagern, so reduziert sich ein elektrischer Widerstand zwischen den beiden Messelektroden 20, 22. Durch Messung der Impedanz zwischen den beiden Messelektroden 20, 22 ergibt sich ein für ein so genanntes RC-Glied typisches Verhalten. Dies bedeutet, dass die Ruß- bzw. Teilchenkonzentration in dem betreffenden Abgas anhand der zeitlichen Änderung des Widerstandsanteils des RC-Gliedes bestimmt werden kann.
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Zur Regeneration des Sensors
10 werden die angelagerten Teilchen nach gewisser Zeit mittels des in die Trägerschicht
12 integrierten Heizelements
14 abgebrannt. Bei funktionstüchtigem Sensor
10 sollte nach diesem so genannten Ausheizen der Widerstand zwischen den Messelektroden
20,
22 deutlich ansteigen und bevorzugt gegen unendlich gehen. Da die Arbeitsweise des Sensors
10 zur Detektion der Teilchenkonzentration an sich bekannt ist, beispielsweise aus der
WO 2003/006976 A2 , wird an dieser Stelle nicht näher auf die gewöhnliche Arbeitsweise des Sensors
10 eingegangen und der Inhalt dieses genannten Stands der Technik, der die Beschreibung der Funktionsweise des Sensors
10 betrifft, ist durch Verweis hierin vollständig eingeschlossen. Stattdessen wird nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionskontrolle des Sensors
10 beschrieben. Das Verfahren kann beispielsweise von dem oben genannten Steuergerät
26 durchgeführt werden. Insbesondere wird das Verfahren anhand der
2 beschrieben.
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2 zeigt zeitliche Verläufe von Strom und Spannung bei dem Sensor 10. Auf der X-Achse 32 ist die Zeit aufgetragen und auf den Y-Achsen 34 sind Spannung bzw. Strom aufgetragen. Die Linie 36 gibt eine an die Messelektroden 20, 22 angelegte elektrische Spannung an, die Linie 38 gibt einen zwischen den Messelektroden 20, 22 fließenden elektrischen Strom an und die Linie 40 gibt eine an das Heizelement 14 angelegte elektrische Spannung an.
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Ab einem ersten Zeitpunkt t1 liegt an den Messelektroden 20, 22 die Spannung 36 an, die eine Gleichspannung ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt an dem Heizelement 14 keine Spannung 40 bzw. eine Spannung 40 von 0 V an. Zu dem ersten Zeitpunkt t1 sind die Messelektroden 20, 22 und der zwischen diesen ausgebildete Raum frei von Partikeln. Wenngleich die zwischen den Messelektroden 20, 22 anliegende Spannung 36 zu diesem Zeitpunkt einen von Null verschiedenen positiven Wert aufweist, ist der resultierende Messstrom 38 daher etwa gleich 0. Die Gleichspannung 36 kann beispielsweise 12 V oder 24 V oder 48 V betragen.
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In dem darauf folgenden Zeitintervall bis zu einem zweiten Zeitpunkt t2 kommt es zur Anlagerung von Partikeln zwischen den Messelektroden 20, 22 und infolge von deren elektrischer Leitfähigkeit steigt der Messstrom 38 an. Die Anstiegsgeschwindigkeit oder die Zeitdauer der Strommessung bis zur Erreichung einer Auslöseschwelle kann zur Bestimmung der Partikelkonzentration im Messgas herangezogen werden. Wird an die Messelektroden 20, 22 eine Gleichspannung 36 angelegt und der zwischen den Messelektroden 20, 22 auftretende Stromfluss ermittelt, so kann aus dem Stromfluss auf die abgelagerte Partikelmasse bzw. auf den aktuellen Partikelmassenstrom, insbesondere Rußmassenstrom, und auf die Partikelkonzentration im Gasgemisch geschlossen werden. Mit dieser Messmethode wird die Konzentration all derjenigen Partikel in einem Gasgemisch erfasst, die die elektrische Leitfähigkeit des sich zwischen den Messelektroden 20, 22 befindenden keramischen Materials positiv oder negativ beeinflussen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Anstieg des Stromflusses über der Zeit zu ermitteln und aus dem Quotienten aus Stromflussanstieg und Zeit bzw. aus dem Differentialquotienten des Stromflusses nach der Zeit auf die abgelagerte Partikelmasse bzw. auf den aktuellen Partikelmassenstrom, insbesondere Rußmassenstrom, und auf die Partikelkonzentration im Gasgemisch zu schließen. Eine Berechnung der Partikelkonzentration ist auf der Basis der Messwerte möglich, sofern die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches bekannt ist. Diese bzw. der Volumenstrom des Gasgemisches kann beispielsweise mittels eines geeigneten weiteren Sensors bestimmt werden.
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Ab dem zweiten Zeitpunkt t2 bis zu einem dritten Zeitpunkt t3 liegt an den Messelektroden 20, 22 keine Spannung 36 an. Dies kann beispielsweise bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine der Fall sein, wie beispielsweise einem Motor-Stopp oder einem Hybridbetrieb. Ab dem dritten Zeitpunkt t3 wird wieder eine Spannung 36 an die Messelektroden 20, 22 angelegt. Ab einem vierten Zeitpunkt t4 liegt an den Messelektroden 20, 22 keine Spannung 36 an. Dafür wird an das Heizelement eine Spannung 40 angelegt bis zu einem fünften Zeitpunkt t5.
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Im Zeitintervall von dem vierten Zeitpunkt t4 bis zu dem fünften Zeitpunkt t5 wird das Heizelement 14 des Sensorelements 10 aktiviert, da der Messstrom 38 die Auslöseschwelle erreicht hat. Die Auslöseschwelle ist ein vorbestimmter Schwellwert, ab dem eine Regenerierung des Sensorelements 10 erfolgt. Infolge der Wärmeeinwirkung verbrennen die angelagerten Partikel. Das Sensorelement 10 wird auf diese Weise regeneriert. Dies passiert regelmäßig vor einer Messphase in dem Zeitintervall von dem ersten Zeitpunkt t1 bis zu dem fünften Zeitpunkt t5.
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Im Zeitintervall von dem zweiten Zeitpunkt t2 bis zu dem dritten Zeitpunkt t3, der Verbrennungsmotor-Ausphase, in der der Verbrennungsmotor nicht betrieben wird und daher aus ist, wird an den Messelektroden 20, 22 eine Gleichspannung angelegt, die 0 V oder wesentlich kleiner als 48 V ist, welche im Zeitintervall von dem ersten Zeitpunkt t1 bis zu dem zweiten Zeitpunkt t2 an den Messelektroden 20, 22 anlag. Die weitere Anlagerung von Partikeln und einem entsprechenden Anstieg des Messstroms 38 zwischen den Messelektroden 20, 22 wird dadurch verhindert. Der Messstrom 38 steigt nicht weiter an. Auf diese Weise wird bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine ein Anstieg des Messstroms 38 kompensiert.
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Erst nach Beendigung der Verbrennungsmotor-Ausphase im Zeitintervall von dem dritten Zeitpunkt t3 bis zu dem vierten Zeitpunkt t4 kommt es zur erneuten Anlagerung von Partikeln zwischen den Messelektroden 20, 22 und infolge von deren elektrischer Leitfähigkeit ändert sich der Messstrom 38 beginnend vom Niveau zum zweiten Zeitpunkt t2 weiter. Die Anstiegsgeschwindigkeit oder die Zeitdauer der Strommessung bis zur Erreichung einer Auslöseschwelle kann jetzt wieder zur Bestimmung der Partikelkonzentration im Messgas herangezogen werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass vor dem dritten Zeitpunkt t3 zuerst das Sensorelement 10 mit Schutzheizen abgetrocknet wird und danach der Messbetrieb zum dritten Zeitpunkt t3 aufgenommen wird.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Anstieg des Messstroms 38 in der Verbrennungsmotor-Ausphase mittels eines Korrekturfaktors berücksichtigt wird. Beispielsweise wird der Anstieg des Messstroms 38 in der Verbrennungsmotor-Ausphase in einem Rechenmodell und/oder Computerprogramm abgebildet, welches die Zeitdauer der Strommessung bis zur Erreichung der Auslöseschwelle, hier Auslösezeit genannt, berechnet, wie nachstehend ausführlicher anhand der 3 erläutert wird. 3 zeigt ähnlich der 2 zeitliche Verläufe von Strom und Spannung bei einer Weiterbildung des Sensors 10. Auf der X-Achse 32 ist die Zeit aufgetragen und auf den Y-Achsen 34 sind Spannung bzw. Strom aufgetragen. Die Linie 36 gibt eine an die Messelektroden 20, 22 angelegte elektrische Spannung an, die Linie 38 gibt einen zwischen den Messelektroden 20, 22 fließenden elektrischen Strom an, die Linie 40 gibt eine an das Heizelement 14 angelegte elektrische Spannung an, die Linie 42 gibt einen berechneten Verlauf des zwischen den Messelektroden 20, 22 fließenden elektrischen Stroms ohne Korrekturfaktor an und die Linie 44 gibt einen berechneten Verlauf des zwischen den Messelektroden 20, 22 fließenden elektrischen Stroms mit Korrekturfaktor an.
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Ab dem ersten Zeitpunkt t1 liegt an den Messelektroden 20, 22 die Spannung 36 an, die eine Gleichspannung ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt an dem Heizelement 14 keine Spannung 40 bzw. eine Spannung 40 von 0 V an. Zu dem ersten Zeitpunkt t1 sind die Messelektroden 20, 22 und der zwischen diesen ausgebildete Raum frei von Partikeln. Wenngleich die zwischen den Messelektroden 20, 22 anliegende Spannung 36 zu diesem Zeitpunkt einen von Null verschiedenen positiven Wert aufweist, ist der resultierende Messstrom 38 daher etwa gleich 0. Die Gleichspannung 36 kann beispielsweise 12 V oder 24 V oder 48 V betragen.
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In dem darauf folgenden Zeitintervall bis zu dem zweiten Zeitpunkt t2 kommt es zur Anlagerung von Partikeln zwischen den Messelektroden 20, 22 und infolge von deren elektrischer Leitfähigkeit steigt der Messstrom 38 an. Die Anstiegsgeschwindigkeit oder die Zeitdauer der Strommessung bis zur Erreichung einer Auslöseschwelle kann zur Bestimmung der Partikelkonzentration im Messgas herangezogen werden.
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Ab dem zweiten Zeitpunkt t2 bis zu dem vierten Zeitpunkt t4 liegt an den Messelektroden 20, 22 weiterhin die Spannung 36 an. Dies kann beispielsweise auch bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine in dem Zeitintervall zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3 der Fall sein, wie beispielsweise einem Motor-Stopp oder einem Hybridbetrieb. Ab dem vierten Zeitpunkt t4 liegt an den Messelektroden 20, 22 keine Spannung 36 an. Dafür wird an das Heizelement die Spannung 40 angelegt bis zu dem fünften Zeitpunkt t5 (in 3 nicht näher gezeigt, der fünfte Zeitpunkt t5 befindet sich aber rechts auf der X-Achse 32).
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Im Zeitintervall von dem zweiten Zeitpunkt t2 bis zu dem dritten Zeitpunkt t3, der Verbrennungsmotor-Ausphase, befindet sich der Sensor 10 regelmäßig auch in der Messphase mit angelegter Spannung 36, wobei die Messgenauigkeit durch Anlagerung von Rußpartikel aus dem ruhenden Abgas beeinträchtigt werden kann. Mit anderen Worten kann der Messstrom 38 entsprechend der Partikelanlagerung aus der Umgebung um 100 nA bis zu mehreren µA ansteigen, ohne dass diese Partikel von der Brennkraftmaschine neu emittiert worden sind. Je länger dieser Zustand in der Verbrennungsmotor-Ausphase anhält, desto höher kann der Messstrom 38 ansteigen. Dadurch ist die Messgenauigkeit wie eingangs beschrieben beeinträchtigt.
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Analog wird mittels des Rechenmodells und/oder Computerprogramms, mittels dessen die voraussichtliche (prognostizierte) Zeitdauer der Strommessung bis zur Erreichung einer Auslöseschwelle parallel ermittelt wird, ein ungenauer oder verfälschter Verlauf des zwischen den Messelektroden 20, 22 fließenden elektrischen Stroms ermittelt, sofern dieser nicht korrigiert wird. So gibt die Linie 42 einen berechneten Verlauf des zwischen den Messelektroden 20, 22 fließenden elektrischen Stroms ohne Korrekturfaktor an. Wie anhand der Linie 42 zu erkennen ist, berücksichtigt das Rechenmodell und/oder Computerprogramm den oben beschriebenen Anstieg des Messstroms in dem Zeitintervall zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3 bei angelegter Spannung 36 ohne Korrektur nicht. Entsprechend geht das Rechenmodell und/oder Computerprogramm davon aus, dass der Wert des Messstroms zum dritten Zeitpunkt t3 gleich dem Wert zum zweiten Zeitpunkt t2 ist. Daher ermittelt das Rechenmodell und/oder Computerprogramm ohne Korrektur eine längere Zeitdauer bis zum Erreichen der Auslöseschwelle als es in der Realität der Fall ist. Wie beispielsweise anhand der Linie 42 erkennbar ist, ermittelt das Rechenmodell und/oder Computerprogramm das Erreichen der Auslöseschwelle zu einem sechsten Zeitpunkt t6, der sich zeitlich gesehen nach dem vierten Zeitpunkt t4 befindet. Dies verdeutlicht die oben beschriebene Messungenauigkeit bedingt durch den Anstieg des Messstroms in der Verbrennungsmotor-Ausphase bei angelegter Spannung 36. Daher schlägt die Erfindung das Vorsehen des Korrekturfaktors zur Berücksichtigung des Anstiegs des Messstroms in der Verbrennungsmotor-Ausphase bei angelegter Spannung 36 vor, wie nachstehend beschrieben ist.
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Die Linie 44 gibt einen berechneten Verlauf des zwischen den Messelektroden 20, 22 fließenden elektrischen Stroms mit Korrekturfaktor an. Dabei ermittelt das Rechenmodell und/oder Computerprogramm mittels des Korrekturfaktors einen Wert des Messstroms zum dritten Zeitpunkt t3, der größer als der Wert des Messstroms zum zweiten Zeitpunkt t2 ist. Das Rechenmodell und/oder Computerprogramm berücksichtigt somit einen Anstieg des Messstroms in dem Zeitintervall zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3, d.h. der Verbrennungsmotor-Ausphase. Dabei ermittelt das Rechenmodell und/oder Computerprogramm mit Korrektur im Vergleich zu der Ermittlung ohne Korrektur eine kürzere Zeitdauer bis zum Erreichen der Auslöseschwelle. Wie beispielsweise anhand der Linie 44 erkennbar ist, ermittelt das Rechenmodell und/oder Computerprogramm das Erreichen der Auslöseschwelle zu einem siebten Zeitpunkt t7, der sich zeitlich gesehen nach dem vierten Zeitpunkt t4 befinden kann, aber in jedem Fall deutlich vor dem sechsten Zeitpunkt t6 befindet. Durch die Berücksichtigung des Korrekturfaktors reduziert sich der Unterschied in der berechneten Auslösezeit des Rechenmodells und der gemessenen Auslösezeit der Strommessung bezüglich der Nicht-Berücksichtigung des Korrekturfaktors im Rechenmodell. Die Ermittlung der in einem Verbrennungsabgas vorliegenden Partikelkonzentration wird genauer und das Überprüfen bzw. Überwachen von in Kraftfahrzeugen eingesetzten Abgasnachbehandlungssystemen auch im Hybrid- und Start-Stoppbetrieb wird verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006009066 [0004]
- WO 2003/006976 A2 [0035]
