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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Rußpartikelfilters eines Kraftfahrzeugs. Eine Kurzbezeichnung für Rußpartikelfilter ist auch Partikelfilter. Zu der Erfindung gehört auch eine Sensorvorrichtung zum Prüfen eines Rußpartikelfilters auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens. Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasanlage und der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung.
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Bei einem Rußpartikelfilter wird das mit Partikeln (Brennrückständen) versetzte Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs durch eine poröse Filterwand geleitet. Die Partikelfilter können die poröse Struktur nicht passieren und lagern sich auf ihrer Oberfläche an. Hierzu muss aber der Partikelfilter durchgängig beschlossen sein. Eine Schädigung des Partikelfilters, zum Beispiel ein Riss oder Bruch, führt zu erhöhten Abgasemissionen und muss durch ein Diagnosegerät detektiert werden können. Die Abgasemissionen können gemessen werden als imitierte Partikelmasse und Artikelanzahl. Im Schadensfall kommt es in der Regel zu einer abrupten Abnahme der Effizienz des Partikelfilters durch zum Beispiel Aufschmelzen von Filtersubstrat oder Rissen in der Struktur, wie sie durch hohe Temperaturen und schnelle Temperaturwechsel zum Beispiel während der Regeneration des Partikelfilters (Abbrennen der Partikel) verursacht werden oder entstehen können.
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Eine Sensorvorrichtung zum Detektieren des Gehalts von Partikeln in einem Abgas ist aus der
US 8 384 397 B2 bekannt. Die Partikeldichte wird hierbei mittels elektromagnetischen Funkwellen ermittelt. Um hierbei eine Fehldetektion aufgrund von in dem Abgas enthaltener Feuchtigkeit oder Wasserdampf zu vermeiden, ist zusätzlich ein Feuchtigkeitssensor bereitgestellt. Mit diesem wird der Gehalt des Wasserdampfs im Abgas ermittelt, um die elektromagnetisch-basierte Partikelmessung zu kalibrieren.
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Aus der
US 8 942 887 B2 ist ebenfalls ein Verfahren zum Ermitteln des Partikelgehalts in einem Abgas bekannt, wobei ebenfalls elektromagnetische Funkstrahlung zum Ermitteln des Partikelgehalts genutzt wird. Auch hier wirkt Feuchtigkeit im Abgas störend, weshalb sie mittels eines Sensors gemessen wird.
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Aus der
US 8 966 959 B2 ist ein Verfahren bekannt, um ein Filter auf seine Funktionstüchtigkeit zu überprüfen. Das Filter wird hierbei mit Wassertropfen beaufschlagt und geprüft, wie schnell diese den Filter durchdringen können. Bei einem Riss gelangt mehr Wasser in kürzerer Zeit durch den Filter als bei einem vollständig intakten Filter.
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In einem Kraftfahrzeug ist es nicht möglich, gezielt Wassertropfen in eine Abgasanlage einzuführen, um die Dichtigkeit eines Rußpartikelfilters zu prüfen.
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Die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung in eine Abgasanlage ist schwierig, da die Metallrohre der Abgasanlage mit der elektromagnetischen Strahlung wechselwirken und hierdurch störende Reflexionen entstehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die strukturelle Unversehrtheit eines Rußpartikelfilters in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs zu prüfen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Abgas eines Verbrennungsmotors hat einen Wasserdampfgehalt. Insbesondere bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs wenn also der Verbrennungsmotor zuvor für eine vorbestimmte Mindestzeit, zum Beispiel mehr als 10 Minuten oder mehr als 30 Minuten, nicht in Betrieb gewesen ist, ist die Oberflächentemperatur der Komponenten im Abgasstrang niedriger als die Taupunkttemperatur des Abgases. Daher kommt es im Abgasstrang zu Kondensation. Dabei stellt sich ein Gefälle des Wasserdampfgehalts entlang des Abgasstranges stromabwärts von der Verbrennungskraftmaschine hin zur Ausgangsöffnung ein.
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Das allgemeine Prinzip der Erfindung sieht vor, dass eine Filterbeschädigung eines Rußpartikelfilters anhand einer (im Vergleich zum bestimmungsgemäßen oder fehlerfreien Zustand) eine verringerte Kapazität als Feuchtespeicher aufweist. Hierzu kann zumindest ein von der Feuchtespeicher-Kapazität des Rußpartikelfilters abhängiger Wert ermittelt und mit einem Schwellenwert verglichen werden. Die kann insbesondere während eines Kaltstarts des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Eine Möglichkeit der Messung besteht darin, eine Menge eines Abgaskondensats (kondensierter Wasserdampft des Abgases) stromabwärts des Rußpartikelfilters zu ermitteln.
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Hierzu ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Prüfen eines Rußpartikelfilters eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Es sind zwei elektrische Kontakte bereitgestellt, wobei die elektrischen Kontakte durch eine Isolationsstrecke oder Kondensationsstrecke galvanisch voneinander getrennt sind. Die elektrischen Kontakte begrenzen also die Isolationsstrecke. Insbesondere ist vorgesehen, dass die elektrischen Kontakte zu einer Umgebung hin blank oder unbeschichtet sind. Die elektrischen Kontakte können zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer sein. Mit „blank“ ist gemeint, dass die elektrischen Kontakte, also das Kupfer oder das Aluminium, nicht von einer elektrisch isolierenden Schicht, zum Beispiel Lack, beschichtet sind. Zwischen den elektrischen Kontakten wird eine elektrische Spannung erzeugt, also beispielsweise eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung. Hierdurch ist nun eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, mittels welcher der der Wassergehalt in einem Abgas des Kraftfahrzeugs ermittelt werden kann. Hierzu wird ein aus dem Rußpartikelfilter des Kraftfahrzeugs austretender Abgasstrom zumindest anteilsweise an der Isolationsstrecke entlanggeführt. Es wird also der gesamte Abgasstrom oder zumindest ein Anteil desselben an der Isolationsstrecke vorbeigeführt oder die Isolationsstrecke wird mit zumindest einem Anteil des Abgasstroms beaufschlagt. Währenddessen oder danach wird zumindest ein Messwert zumindest einer vorbestimmten elektrischen Größe erfasst, die sich zwischen den elektrischen Kontakten ergibt. Zwar ist die Isolationsstrecke elektrisch isolierend, weist also insbesondere einen ohmschen Widerstand größer als 100 Kiloohm, insbesondere größer als 500 Kiloohm auf. Allerdings kann sich auf der Oberfläche der Isolationsstrecke Flüssigkeit sammeln, die aus dem Abgas kondensiert. Ein solcher Flüssigkeitsfilm kann dann die Isolationsstrecke elektrisch überbrücken und somit eine elektrisch leitfähige Strecke oder elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den elektrischen Kontakten erzeugen. Hierdurch kann ein elektrischer Strom fließen. Je mehr Kondenswasser oder Kondensflüssigkeit sich auf der Isolationsstrecke sammelt, desto mehr Strom kann fließen. Mehr Kondensflüssigkeit ergibt sich aber nur, je mehr Abgas der Rußpartikelfilter ungefiltert passieren lässt. Entsprechend wird erkannt, ob der zumindest eine Messwert der zumindest einen elektrischen Größe ein vorbestimmtes Schädigungskriterium erfüllt. Bei Erkennen eines erfüllten Schädigungskriteriums wird entsprechend ein Defekt des Rußpartikelfilters signalisiert.
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Das Schadenskriterium kann mittels eines Mikrocontrollers geprüft werden. Hierzu kann der Mikrocontroller einen entsprechenden Programmcode aufweisen.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein Rußpartikelfilter auf seine Unversehrtheit oder seine Dichtigkeit geprüft werden kann, ohne dass der Rußpartikelfilter hierzu gezielt mit Wassertropfen beaufschlagt werden muss. Es wird der in dem Abgas enthaltene Wasserdampf genutzt, der an der Isolationsstrecke vorbeigeführt und dort zum Kondensieren gebracht wird. Hierdurch wird zumindest eine elektrische Größe, die zwischen den beiden elektrischen Kontakten auf der Oberfläche der Isolationsstrecke wirksam ist, beeinflusst. Diese zumindest eine elektrische Größe kann messtechnisch erfasst werden und der hierdurch ermittelte zumindest eine Messwert ausgewertet werden und somit auch die Menge des auf die Isolationsstrecke befindlichen Kondenswassers ermittelt werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Die Messwerte können zu einer einzelnen elektrischen Größe oder auch zu mehreren elektrischen Größen erfasst werden. Die zumindest eine elektrische Größe kann einen elektrischen Strom (Leckagestrom zwischen den elektrischen Kontakten) und/oder eine elektrische Kapazität und/oder einen ohmschen Widerstand und/oder eine Induktivität und/oder eine elektrische Leistung umfassen. Es kann eine dieser elektrischen Größen oder eine Kombination mehrerer der elektrischen Größen ermittelt werden.
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Um einen beschädigten Rußpartikelfilter zuverlässig zu erkennen, kann das Schädigungskriterium umfassen, dass eine Zeitdauer, während welcher ein elektrischer Strom mit einer Stromstärke größer als ein vorbestimmter Schwellenwert zwischen den elektrischen Kontakten fließt, größer als ein vorbestimmter Zeitwert ist. Es wird also überprüft, ob die Stromstärke größer als der Schwellenwert ist und die Zeitdauer, während welcher dies der Fall ist, gemessen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Schädigungskriterium umfassen, dass eine maximale Stromstärke des Stroms größer als ein vorbestimmter Stromstärkewert ist. Hierbei kann eine Filterung vorgesehen sein, um sporadische Peaks oder Signalspitzen, wie sie durch Rauschen verursacht werden, bei der Prüfung der maximalen Stromstärke auszuschließen. Es kann zum Beispiel eine Glättung mittels eines gleitenden Mittelwerts oder einer Berechnung eines Mittelwerts über ein vorbestimmtes Zeitfenster vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Schädigungskriterium umfassen, dass eine Menge eines auf der Isolationsstrecke kondensierten Wassers größer als ein vorbestimmter Mengenwert ist. Auf die Menge des Wassers kann beispielsweise geschlossen werden, indem man einen leitfähigen Querschnitt der auf der Isolationsstrecke kondensierten Wasserschicht ermittelt.
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Bevorzugt wird der Abgasstrom während eines Kaltstarts, bei welchem eine Oberflächentemperatur der Isolationsstrecke kleiner als ein Taupunkt eines in dem Abgasstrom enthaltenen Wasserdampfs ist, vorbeigeführt. Mit anderen Worten wird das Verfahren während eines Kaltstarts durchgeführt. Hierdurch ist sichergestellt, dass zumindest die Isolationsstrecke kalt genug ist, um das Kondensieren des in dem Abgas enthaltenen Wasserdampfs zu gewährleisten.
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Eine Weiterbildung beschäftigt sich mit der Frage, wie gezielt ein Anteil des Abgasstroms an der Isolationsstrecke vorbeigeführt werden kann. Hierzu wird ein erster Anteil des Abgasstroms an einer konvex gekrümmten Oberfläche vorbeigeführt. Diese Oberfläche kann beispielsweise durch eine Kuppel oder einen Dom gebildet sein und gehört zu einer Saugeinrichtung. Die Oberfläche weist eine Durchgangsöffnung auf. Da der Abgasstrom an der konvex gekrümmten Seite der Oberfläche vorbeigeführt wird, entsteht an der Durchgangsöffnung ein Unterdruck. Insbesondere befindet sich die Durchgangsöffnung in der Mitte oder an einem Bereich größter Krümmung der Oberfläche. Auf der anderen Seite der Durchgangsöffnung also innerhalb der Saugeinrichtung entsteht der Unterdruck und mittels des Unterdrucks wird ein anderer, zweiter Anteil des Abgasstroms an der Isolationsstrecke vorbeigeführt. Die beschriebene Saugeinrichtung weist den Vorteil auf, dass kein aktives Saugen oder Pumpen nötig ist, um einen Anteil des Abgasstroms an der Isolationsstrecke vorbei zu führen. Vielmehr sorgt die Strömung des Abgasstroms selbst dafür, dass ein Anteil desselben an der Isolationsstrecke entlangströmt.
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Das bisher beschriebene Messprinzip beruht auf der Messung der elektrischen Leitfähigkeit entlang der Oberfläche der Isolationsstrecke. Das auf der Isolationsstrecke oder allgemein einer Kondensationsstrecke kondensierende Wasser eines Wasserdampfs des Abgases kann aber auch auf andere Weise gemessen oder erfasst werden. Beispielsweise kann eine Reflexion des Abgaskondensats, also des auf der Kondensationsstrecke angesammelten flüssigen Wassers ermittelt werden. Es kann hierzu zum Beispiel Infrarotstrahlung oder Licht oder Laser genommen werden. Anstelle der Reflexion kann auch die Refraktion an einer Oberfläche des kondensierten, flüssigen Wassers beispielsweise optisch ermittelt werden. Auch die Dämpfungseigenschaft von kondensiertem, flüssigem Wasser in Bezug zum Beispiel auf Ultraschall kann genutzt werden, indem eine Kondensationsfläche mit Ultraschall bestrahlt wird und überprüft wird, welche Reflexionseigenschaft oder welchen Reflexionsgrad die Fläche aufweist. Befindet sich flüssiges Wasser auf der Kondensationsfläche, ändert sich die Reflexionseigenschaft.
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Um das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren basierend auf den elektrischen Kontakten durchzuführen, ist durch die Erfindung eine Sensorvorrichtung zum Prüfen eines Rußpartikelfilters eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Sensorvorrichtung weist zumindest zwei elektrische Kontakte auf. Es können mehr als zwei elektrische Kontakte vorgesehen sein, um mehr als eine Messstrecke bereitzustellen. Zudem ist eine die elektrischen Kontakte galvanisch trennende Kondensationsstrecke oder Isolationsstrecke bereitgestellt. Die Isolationsstrecke ist dazu ausgelegt, mit einem Abgasstrom des Kraftfahrzeugs beaufschlagt zu werden. Hierzu kann eine Oberfläche der Isolationsstrecke aus Silikon oder Kautschuk oder einer Keramik gefertigt sein. Des Weiteren ist eine elektrische Auswerteschaltung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, eine elektrische Spannung zwischen den beiden elektrischen Kontakten zu erzeugen und zumindest einen Messwert zumindest einer sich zwischen den elektrischen Kontakten ergebenden elektrischen Größe zu erfassen und zu erkennen, ob der zumindest eine Messwert ein vorbestimmtes Schädigungskriterium erfüllt. Es handelt sich hierbei um das bereits beschriebene Schädigungskriterium. Die Auswerteschaltung ist des Weiteren dazu eingerichtet, bei Erkennen eines erfüllten Schädigungskriteriums einen Defekt des Rußpartikelfilters zu signalisieren.
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Die beschriebene Kondensationsstrecke oder Isolationsstrecke muss nicht unbedingt flach sein, kann aber als eine Fläche ausgestaltet sein. Sie kann auch als ein poröser Körper zum Festhalten von Tropfen oder als eine Rinne zum Sammeln von flüssigem Wasser oder als ein Ring ausgestaltet sein. Eine Ausführungsform sieht vor, dass einer der elektrischen Kontakte durch eine Stabelektrode und der andere der Kontakte durch eine Ringelektrode gebildet ist. Die Isolationsstrecke kann durch eine Oberfläche eines Isolators in Form einer Scheibe oder eines Rings oder einer Platte bereitgestellt sein. Der Isolator kann auf die Stabelektrode aufgesteckt und in die Ringelektrode eingesteckt sein. Das heißt, dass ein Isolator vorgesehen ist, der zum einen die beiden Elektroden elektrisch bzw. galvanisch voneinander trennt und zum anderen die Positionierung der beiden Elektroden relativ zueinander gewährleistet. Der Isolator ist dabei ein scheibenförmiges Element mit zentraler Öffnung, in die sich die Stabelektrode zumindest teilweise erstreckt. Die beiden elektrischen Kontakte können auch als zwei beabstandet angeordnete Leiterbahnen auf einer Keramikoberfläche bereitgestellt sein. Die Keramikoberfläche stellt dann die Isolationsstrecke dar.
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Um an der Isolationsstrecke gezielt einen Anteil des Abgases vorbei zu führen oder entlang zu führen, weist die Sensorvorrichtung bevorzugt eine Saugeinrichtung auf, die eine Kuppe mit einer konvex gekrümmten Oberfläche aufweist, wobei die Oberfläche die beschriebene Durchgangsöffnung aufweist. Ein Innenraum der Kuppe, also an einer der konvex gekrümmten Oberfläche gegenüberliegenden Seite der Kuppe ist der Innenraum mit einem Saugkanal zum Ansaugen eines Anteils des Abgasstroms fluidisch gekoppelt. Der in dem Innenraum aufgrund der Durchgangsöffnung entstehende Unterdruck erzeugt also einen Unterdruck in dem Saugkanal. Der Saugkanal kann in den Abgasstrang des Kraftfahrzeugs hineinragen und von dort den anderen, zweiten Anteil des Abgasstroms absaugen. Im Bereich der fluidischen Kopplung ist die Isolationsstrecke angeordnet, sodass der abgesaugte Anteil des Abgasstroms an der Isolationsstrecke entlanggeführt wird.
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Um die beschriebenen elektrischen Kontakte bereitzustellen, ist jeder der elektrischen Kontakte bevorzugt zumindest als eine Leiterbahn und/oder zumindest ein Draht bereitgestellt. Als Leiterbahn kann der elektrische Kontakt auf einer Oberfläche, zum Beispiel am Rand der Isolationsstrecke, angeordnet oder aufgetragen sein. Als Draht kann der elektrische Kontakt über der Oberfläche der Isolationsstrecke gespannt sein oder den Rand der Isolationsstrecke berühren.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug, bei welchem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Rußpartikelfilter geprüft werden kann. Das Kraftfahrzeug weist eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors auf, wobei in der Abgasanlage der Rußpartikelfilter angeordnet ist. In der Abgasanlage ist stromabwärts des Rußpartikelfilters eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung angeordnet.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung ist aber allgemein dahingehend zu verstehen, dass ein Überwachungssystem oder Prüfsystem für einen Rußpartikelfilter vorgesehen ist, das einen Feuchtigkeits- oder Flüssigkeitssensor für das Prüfen des Rußpartikelfilters vorsieht. Des Weiteren ist eine Kondensationsstrecke, bei der elektrischen Variante die Isolationsstrecke, vorgesehen. Ist eine Temperatur der Kondensationsstrecke kleiner als der Taupunkt des Wasserdampfs im Abgasstrom, wie es beim Kaltstart des Kraftfahrzeugs der Fall ist, so kondensiert ein Teil des Wasserdampfs auf der Kondensationsstrecke. Dieses flüssige Wasser, was sich dann auf der Oberfläche der Kondensationsstrecke befindet, wird mittels des Feuchtigkeitssensors oder Flüssigkeitssensors gemessen. Aus zumindest einem Signalwert des Sensorsignals und/oder einem zeitlichen Verlauf des Messsignals kann dann ermittelt werden, welche Menge an Kondenswasser sich auf der Kondensationsstrecke befindet. Mittels eines vorbestimmten Schädigungskriteriums kann festgelegt werden, welcher zumindest eine Messwert und/oder welche Zeitreihe aus Messwerten dahingehend interpretiert oder signalisiert wird, dass der Rußpartikelfilter defekt ist.
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Mit defekt ist gemeint, dass der Rußpartikelfilter zumindest einen Anteil des Abgasstroms ungefiltert passieren lässt, sodass auch der in diesem Anteil des Wasserstroms enthaltene Wasserdampf nicht an dem Rußpartikelfilter kondensiert ist. Beispielsweise kann als Defekt ein Riss oder eine geschmolzene Stelle vorhanden sein.
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Das Schädigungskriterium kann auf der Grundlage einfacher Messversuche mit funktionstüchtigen und beschädigten Rußpartikelfiltern ermittelt werden.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Sensorvorrichtung des Kraftfahrzeugs von 1; und
- 3 ein Diagramm mit schematisierten zeitlichen Verläufen von Messersignalen der Sensorvorrichtung von 2.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich zum Beispiel um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann einen Verbrennungsmotor 11 aufweisen, insbesondere einen Dieselmotor. Ein Abgas 12 des Verbrennungsmotors 11 kann mittels einer Abgasanlage 13 zu einem Auspuff 14 geleitet werden. In der Abgasanlage 13 kann ein Rußpartikelfilter 15 angeordnet sein, durch welchen ein Abgasstrom 16 des Abgases 12 von dem Verbrennungsmotor 11 zum Auspuff 14 strömt. Stromabwärts des Rußpartikelfilters 15 kann eine Sensorvorrichtung 17 angeordnet sein, an welcher der Abgasstrom 16 ebenfalls entlangströmt. Die Sensorvorrichtung 17 kann zwei elektrische Kontakte 18, 19 aufweisen zwischen denen eine Auswerteschaltung 20 eine elektrische Spannung U erzeugen kann. Zwischen den elektrischen Kontakten 18, 19 kann sich eine Isolationsstrecke 21 befinden. Die Isolationsstrecke 21 kann zwischen den elektrischen Kontakten 18, 19 einen elektrischen, ohmschen Widerstand bereitstellen, der größer als 100 Kiloohm, insbesondere größer als 500 Kiloohm ist. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Kontakt 18 durch eine Stabelektrode und der Kontakt 19 durch eine Ringelektrode gebildet. Die Isolationsstrecke 21 kann durch eine Oberfläche eines Isolators bereitgestellt sein. Der Isolator kann als eine Scheibe oder als ein Ring oder als eine Platte ausgestaltet sein. Der Isolator kann auf die Stabelektrode des Kontakts 18 aufgesteckt und in die Ringelektrode des Kontakts 19 eingesteckt sein. Dies stellt für die Stabelektrode des Kontakts 18 eine mechanische Stabilisierung gegen Vibrationen bereit. Das heißt, dass ein zusätzlicher Isolator vorgesehen ist, der zum einen die beiden Elektroden 18, 19 (elektrisch bzw. galvanisch) voneinander trennt und zum anderen die Positionierung der beiden Elektroden relativ zueinander gewährleistet. Der Isolator ist dabei ein scheibenförmiges Element mit zentraler Öffnung, in die sich die Stabelektrode 18 zumindest teilweise erstreckt. Der Isolator kann als Material z.B. Silikon und/oder Kautschuk und/oder eine Keramik umfassen.
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Die Auswerteschaltung 20 kann beispielsweise einen elektrischen Strom 21 messen, der zwischen den elektrischen Kontakten 18, 19 aufgrund der elektrischen Spannung U und eines auf der Isolationsstrecke 21 angesammelten Kondenswassers 22 fließen kann. Eine Recheneinrichtung 23 der Auswerteschaltung 20 kann anhand eines Stromstärkewerts 24 und/oder einer Zeitdauer 25, während welcher der elektrische Strom I fließt, ermitteln, ob ein vorbestimmtes Schädigungskriterium 26 erfüllt ist, welches darauf hinweist, dass der Rußpartikelfilter 15 nicht den gesamten Abgasstrom 16 durch Poren zum Filtern führt, sondern zum Beispiel aufgrund eines Risses, einen Anteil des Abgasstroms 16 ungefiltert durch den Rußpartikelfilter 15 führen kann.
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Um Kondenswasser 22 aus dem Abgasstrom 16 auf der Isolationsstrecke 21 zu erhalten, kann ein Anteil 27 des Abgasstroms 16 an der Isolationsstrecke 21 vorbeigeführt werden. Hierzu kann die Sensorvorrichtung 17 eine Kuppel 28 aufweisen, deren äußere, konvexe Oberfläche 29 in die Abgasanlage 13, beispielsweise in ein Rohr 30 der Abgasanlage 13 ragen oder sich hinein erstrecken kann. Ein zweiter Anteil 31 des Abgasstroms 16 strömt an der konvexen Oberfläche 29 vorbei, wodurch an einer Durchgangsöffnung 32 der Kuppel 28 ein Unterdruck entsteht, durch welchen aus einem Innenraum 33 auf der dem Anteil 31 des Abgasstroms 16 abgewandten Seite der Kuppel 28 ein Unterdruck entsteht, d.h. ein Gasdruck, der geringer als auf der gegenüberliegenden Außenseite an der konvexen Oberfläche 29 ist. Es wird also aus dem Innenraum 33 Gas durch die Durchgangsöffnung 32 abgesaugt. Ein Saugkanal 34 kann den Innenraum 33 mit der Abgasanlage 13 fluidisch koppeln, sodass der Anteil 27 des Abgasstroms 16 aus der Abgasanlage 13 durch den Saugkanal 34 in den Innenraum 33 strömen kann. Die Isolationsstrecke 21 kann im Bereich der fluidischen Kopplung angeordnet sein. Aus dem Anteil 27 des Abgasstroms 16 kann dann an der Isolationsstrecke 21 Wasserdampf zu Flüssigkeit kondensieren, wodurch die Flüssigkeit 22 auf der Isolationsstrecke 21 angesammelt wird.
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2 zeigt einen Querschnitt durch die Sensorvorrichtung 16. 1 zeigt einen Längsschnitt der Sensorvorrichtung 16.
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3 veranschaulicht zwei Messsignale 35, 36, die durch die Auswerteeinrichtung oder Auswerteschaltung 20 erzeugt werden können, wenn der Strom I durch die Auswerteschaltung 20 gemessen wird. Eine entsprechende Messschaltung kann dem Stand der Technik entnommen werden. Das Messsignal 35 zeigt den Fall, dass der Rußpartikelfilter 15 das Schädigungskriterium 26 verletzt, also funktionstüchtig oder nicht-defekt ist. Das Messsignal 36 zeigt einen Fall, bei welchem das Schädigungskriterium 26 verletzt ist. Der Maximalwert 24 und/oder die Zeitdauer 25 ist bei dem Messsignal 36 jeweils größer als im Fall des Messsignals 35.
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Die Messsignale 35, 36 können jeweils ab einem Motorstart 37 bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs 10 erzeugt werden und zeigen den Verlauf der Stromstärke des Stroms I über der Zeit t.
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Veranschaulicht ist, wie sich das Wasser 22 aufgrund von Kondensation zwischen den elektrischen Kontakten 18 und 19 auf der Isolationsstrecke 21 sammelt. Die Isolationsstrecke 21 kann zum Beispiel der Boden des Innenraums 33 sein.
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Da durch den Abgasstrom 16 die Sensoreinrichtung 17 erwärmt wird, verdampft das Wasser 22, wodurch die Zeitdauer 25 des Stromflusses des Stromes I begrenzt ist. Die Zeitdauer 25 ist länger, je größer die Menge des kondensierten Wassers 22 auf der Isolationsstrecke 21 ist. Das Schädigungskriterium 26 kann einen Stromwert 24 vorgeben, ab welchem eine Schädigung signalisiert wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Schwellwert oder Zeitwert 38 für die Zeitdauer 25 vorgegeben werden. Ist der Zeitwert 38 durch die Zeitdauer 25 überschritten, so wird ebenfalls das Schädigungskriterium 26 verletzt. Bei verletztem Schädigungskriterium kann ein Defekt 39 des Rußpartikelfilters 15 signalisiert werden. Es kann dann eine aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme für den Fall eines beschädigten oder defekten Rußpartikelfilters 15 eingeleitet werden. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 16 abgeschaltet werden.
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Bei dem Kraftfahrzeug 10 kann somit eine Sensorvorrichtung oder ein Abgassensor vorgesehen werden, der aus zwei galvanisch getrennten Leiterbahnen bestehen kann, an welchen eine elektrische Spannung U anliegt. Die Oberflächentemperatur der galvanischen Trennung, d.h. der Isolationsstrecke 21, ist bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 11 niedriger als der Taupunkt des Wasserdampfs in dem Abgas, sodass das Wasser in Form von Abgaskondensat auf der Isolationsstrecke 21 kondensieren oder sich dort absetzen kann. Das Abgaskondensat stellt eine Flüssigkeit 22 dar, welche zwischen den Leiterbahnen, oder allgemein den elektrischen Kontakten 18, 19, eine elektrisch leitfähige Verbindung und/oder ein Dielektrikum für eine kapazitive Kopplung darstellen kann. In Abhängigkeit von der Menge und der Zusammensetzung des Kondensats wird ein Leckagestrom I messbar. Es ergibt sich ein charakteristischer Signalverlauf der Messsignale 35, 36 in Abhängigkeit vom Zustand des Rußpartikelfilters. Der Stromanstieg beginnt mit der Abscheidung erster Tröpfchen über deren Wachstum bis hin zur Koagulation zu einem durchgängigen Wandfilm oder Flüssigkeitsfilm. Beim Erreichen der Taupunkttemperatur kommt es zu einer Verdampfung der Flüssigkeit 22, die sich in einem steilen Abfall des Stromsignals äußern kann.
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Mit der Sensorvorrichtung 17 bzw. anhand der Ausprägung des zeitlichen Verlaufs des Messsignals 35, 36 lässt sich der Wirkungsgrad des Rußpartikelfilters 11 bestimmen.
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Der intakte Partikelfilter hat im Vergleich zu einem defekten Partikelfilter eine größere thermische Trägheit, durch die Wabenstruktur eine größere Oberfläche und durch die feinen Poren des Substrats zahlreiche Kondensations-Keime, die bereits im Rußpartikelfilter zu einer hohen Kondensatabscheidung führen. Der Abgasstrom stromabwärts des Rußpartikelfilters ist bei einem intakten Partikelfilter also trockener als bei einem defekten Partikelfilter. Bereits kleine Schädigungen des Partikelfilters, die zu einer erhöhten Rußkonzentration führen würden, reduzieren die Kondensatabscheidung innerhalb des Rußpartikelfilters. Folglich erhöht sich der Wasserdampfgehalt im Abgas beim Austritt aus dem Filter. Je nach Grad der Schädigung ergibt sich ein anders ausgeprägter Signalverlauf des Messsignals 35, 36, aus dem sich auf den Filterwirkungsgrad schließen lässt.
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Somit erfolgt also die Detektion einer Filterschädigung anhand der Abnahme seiner Kapazität als Feuchtespeicher.
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Dieses Messverfahren ist robust gegenüber der hohen Volatilität der Partikelzusammensetzung, Partikelgrößenverteilung und Partikelladung im Abgas. Zudem lässt sich die Sensorvorrichtung 17 mit technisch einfachen Mitteln implementieren und kalibrieren. Die Partikelemission lässt sich anhand des Wasserdampfgehalts im Abgas mittels weniger Parameter zuverlässig vorhersagen und korreliert mit dem Verlauf des Messsignals 35, 36 insbesondere des elektrischen Stroms I. Eine Leckage im Partikelfilter kann anhand des Signalverlaufs quantifiziert werden.
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Die galvanische Trennung oder Isolationsstrecke zwischen den zwei elektrischen Kontakten 18, 19 hat hierzu direkten Kontakt mit dem Abgas, wodurch sich Kondensat in Form von Flüssigkeit 22 absetzen kann. 3 zeigt einen charakteristischen Signalverlauf bei einem Kraftfahrzeug 10 während eines Kaltstarts. Je größer die Schädigung am Rußpartikelfilter 15 ist, desto höher ist der maximale Stromwert 24 und desto länger die Zeitdauer 25 des Stromausschlags oder des Stromflusses größer als ein vorbestimmter Schwellenwert.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Feuchtigkeitssensor für eine Prüfung eines Rußpartikelfilters genutzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8384397 B2 [0003]
- US 8942887 B2 [0004]
- US 8966959 B2 [0005]
