DE102017215847B3

DE102017215847B3 - Gassensor mit Schaltelement zur Eigendiagnose und Verfahren zur Eigendiagnose eines Gassensors

Info

Publication number: DE102017215847B3
Application number: DE102017215847.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Kiefl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: EmiSense Technologies LLC
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-09-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor (100) für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Durchführen einer Eigendiagnose eines Gassensors (100). Der erfindungsgemäße Gassensor (100) weist einen in einem Gehäuse (110) angeordneten Messbereich (120), eine im Messbereich (120) angeordnete ersten Elektrode (130), eine teilweise im Messbereich angeordneten und von der ersten Elektrode (130) beabstandete zweite Elektrode (140) und ein Schaltelement (150) auf, das zwischen der ersten Elektrode (130) und der zweiten Elektrode (140) derart angeordnet ist, dass es die erste Elektrode (130) mit der zweiten Elektrode (140) in einem Eigendiagnosebetrieb des Gassensors (100) elektrisch verbindet und die erste Elektrode (130) von der zweiten Elektrode (140) in einem Messbetrieb des Gassensors (100) elektrisch trennt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor mit einem Schaltelement zur Eigendiagnose, insbesondere einen mit einem offenen Stromkreis arbeitenden Gassensor mit einem Schaltelement zur Eigendiagnose zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Gassensors. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Durchführen einer Eigendiagnose eines Gassensors.
Die Verringerung von Abgasemissionen bei Kraftfahrzeugen ist ein wichtiges Ziel bei der Entwicklung neuer Kraftfahrzeuge. Daher werden Verbrennungsprozesse in Brennkraftmaschinen thermodynamisch optimiert, so dass der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine deutlich verbessert wird. Um den Ausstoß von schädlichen Verbrennungsprodukten der Brennkraftmaschinen zu reduzieren und den Betrieb der Brennkraftmaschinen weiter zu optimieren, wird eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine sowie die Verbrennungsprodukte qualitativ und quantitative erfassen können.
Beispielsweise werden Partikelsensoren eingesetzt, die der Messung der aktuell ausgestoßenen Ruß- bzw. Partikelmenge dienen, damit dem Motormanagement in einem Kraftfahrzeug in einer aktuellen Fahrsituation Informationen zukommen, um mit regelungstechnischen Anpassungen die Emissionswerte zu reduzieren. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Ruß- bzw. Partikelsensoren eine aktive Abgasreinigung durch Abgas-Rußfilter eingeleitet werden oder eine Abgasrückführung zur Brennkraftmaschine erfolgen. Im Fall der Rußfilterung werden regenerierbare Filter, wie beispielsweise Partikelfilter, verwendet, die einen wesentlichen Teil des Rußgehaltes aus dem Abgas herausfiltern und einfangen.
Benötigt werden Ruß- bzw. Partikelsensoren für die Detektion von Ruß, um die Funktion der Rußfilter zu überwachen bzw. um deren Regenerationszyklen zu steuern. Dazu kann dem Rußfilter ein Ruß- bzw. Partikelsensor vor- und/oder nachgeschaltet sein.
Weitere der Brennkraftmaschine zugeordnete Sensoren sind beispielsweise Luftmassenmesser, die die für den Verbrennungsprozess zugeführte Luftmasse erfassen können, Stickoxidsensoren, die die ausgestoßene Menge an Stickoxid erfassen können, oder Lamdbasonden.
Aufgrund von Gesetzes- und/oder Fahrzeugherstellervorgaben soll gewährleistet werden, dass zumindest in regelmäßigen Abständen überprüft wird, ob der Gassensor noch ordnungsgemäß funktioniert. Beispielsweise basieren Partikelsensoren auf einem Funktionsprinzip eines offenen, hochohmigen Stromkreises, bei dem die beiden Elektroden voneinander elektrisch getrennt sind. Jedoch kann dabei das Problem auftreten, dass ein Defekt einer elektrischen Verbindungsleitung zu einer der beiden Elektroden ebenfalls einen offenen Stromkreis darstellt, der aber kaum von dem ordnungsgemäßen offenen Stromkreis unterscheidbar ist.
Es ist bekannt, beispielsweise Heizer-Elemente in solchen Elementen zu verbauen, welche eine vorbestimmte Temperaturänderung herbeiführen können, die für die Eigendiagnose des Gassensors ausgewertet werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann zum Zwecke der Eigendiagnose des Gassensors die sich im Gasstrom bis zum Erreichen des Taupunkts befindliche Feuchtigkeit dahingehend verwendet wird, dass sich diese Feuchtigkeit zunächst auf den Elektroden ablagert, jedoch während der Aufwärmphase abtrocknet und somit eine Widerstandsänderung des offenen Stromkreises hervorruft. Diese Widerstandsänderung kann für die Eigendiagnose des Gassensors herangezogen werden.
Aus der US 8 713 991 B2 ist ein Partikelsensor zum Erfassen der Partikelmenge in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine bekannt. Aus der DE 10 2014 219 555 A1 und der DE 10 2014 222 844 A1 sind jeweils Rußsensoren bekannt. Aus der US 2008/0282769 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abschirmen eines Rußsensors bekannt.
Die DE 10 2007 046 097 A1 betrifft ein Sensorelement und einen Sensor mit Eigendiagnosefunktion zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom. Dabei umfasst der Sensor ein Interdigitalelektrodensystem mit mindestens zwei Interdigitalelektroden.
Aus der DE 10 2013 210 547 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Partikelsensors bekannt.
Die DE 10 2007 046 096 A1 beschreibt ein Verfahren zur Eigendiagnose eines Partikelsensors, zur Durchführung des Verfahrens geeignete Partikelsensoren sowie deren Verwendung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gassensor vorzusehen, bei dem eine Eigendiagnose im Hinblick auf die Funktionstüchtigkeit auf einfache und kostengünstige Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Gassensor gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und einem Verfahren zum Durchführen einer Eigendiagnose eines Gassensors gemäß dem unabhängigen Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, in einen während des Messbetriebs mit einem offenen, hochohmigen Stromkreis arbeitenden Gassensor ein Schaltelement derart einzubringen, dass die Messbereitschaft bzw. die Funktionstüchtigkeit des Gassensors dadurch ermittelt werden kann, dass das eingebaute Schaltelement dazu ausgebildet ist, den offenen Stromkreis in einem Eigendiagnosebetrieb (d. h. außerhalb des Messbetriebs) zu schließen, so dass die generelle Funktionstüchtigkeit des Gassensors qualitativ ermittelt werden kann. Im eigentlichen Messbetrieb des Gassensors wird das Schaltelement derart geschaltet, dass es den geschlossenen Stromkreis öffnet und dadurch zu einem offenen, hochohmigen Stromkreis führt. Folglich kann dann der normale Messbetrieb des Gassensors starten, wenn die zuvor durchgeführte Eigendiagnose einen funktionstüchtigen Sensor diagnostiziert hat. Dies ist insbesondere bei (resistiven oder elektrostatischen) Partikelsensoren vorteilhaft, die mit einem offenen, hochohmigen Stromkreis arbeiten.
Folglich ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gassensor für eine Brennkraftmaschine offenbart, der einen in einem Gehäuse angeordneten Messbereich, durch den ein Gasstrom der Brennkraftmaschine strömen kann, eine zumindest teilweise im Messbereich angeordnete erste Elektrode, die während des Messbetriebs des Gassensors mit einem ersten elektrischen Potential beaufschlagbar ist, eine zumindest teilweise im Messbereich angeordnete und von der ersten Elektrode beabstandete zweite Elektrode, die während des Messbetriebs des Gassensors mit einem vom ersten Potential verschiedenen zweiten elektrischen Potential beaufschlagbar ist, und ein Schaltelement aufweist, das zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode derart angeordnet ist, dass es die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode in einem Eigendiagnosebetrieb des Gassensors elektrisch verbindet und die erste Elektrode von der zweiten Elektrode in einem Messbetrieb des Gassensors elektrisch trennt.
Folglich kann zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Gassensors der im Messbetrieb offene, hochohmige Stromkreis mittels des Schaltelements geschlossen werden, damit zumindest überprüft werden kann, ob die elektrischen Verbindungsleitungen zu den Messelektroden störungsfrei sind. Beispielsweise kann das Schaltelement ein manuell ansteuerbares Schaltelement, wie z. B. ein elektrisch ansteuerbares Schaltelement, oder ein sich selbststeuerndes Schaltelement, wie z. B. ein temperaturabhängiges Schaltelement, sein. In einem Eigendiagnosebetrieb des Gassensors kann das Schaltelement derart geschaltet sein, dass der Stromkreis geschlossen ist, d. h. dass die beiden Messelektroden des Gassensors mittels des Schaltelements miteinander elektrisch verbunden sind. In einem Messbetrieb des Gassensors kann das Schaltelement jedoch derart geschaltet sein, dass der Stromkreis wieder geöffnet ist, d. h. dass die beiden Messelektroden des Gassensors voneinander elektrisch getrennt sind.
Erfindungsgemäß ist das Schaltelement ein von der Temperatur des Gasstroms temperaturabhängiges Thermobimetall, das dazu ausgebildet ist, die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode elektrisch zu verbinden, wenn die Temperatur des Gasstroms unterhalb einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt, und die erste Elektrode von der zweiten Elektrode elektrisch zu trennen, wenn die Temperatur des Gasstroms oberhalb der Schwellentemperatur liegt. Die Schwellentemperatur liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 80°C und ungefähr 150°C. Ab einer Temperatur des Gasstroms von ungefähr 150°C kann beispielweise ein Partikelsensor die Messung der Partikelkonzentration im Gasstrom beginnen.
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann die Aufwärmphase des Gasstroms dazu genutzt werden, die Eigendiagnose des Gassensors durchzuführen. Sobald der Gasstrom die gewünschte, vorbestimmte Temperatur aufweist, bei der der Gassensor arbeiten kann und soll, kann der eigentliche Messbetrieb des Gassensors gestartet werden, bei dem die erste Elektrode von der zweiten Elektrode elektrisch getrennt ist und somit ein offener, hochohmiger Stromkreis etabliert werden kann.In einer noch weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gassensors ist das temperaturabhängige Schaltelement zumindest teilweise im Messbereich derart angeordnet, dass es von dem Gasstrom über Konvektion erwärmbar ist. In einer derart vorteilhaften Ausgestaltung wird also das Schaltelement direkt vom Gasstrom erwärmt und kann sich bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur des Gasstroms zumindest teilweise derart elastisch verformen, dass, wie bereits beschrieben, die elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode unterbrochen wird.
Alternativ oder zusätzlich ist das Schaltelement zumindest teilweise außerhalb des Messbereichs angeordnet und mit der ersten Elektrode derart temperaturleitend verbunden, dass die von der ersten Elektrode vom Gasstrom aufgenommene Wärme zumindest teilweise an das Schaltelement leitbar ist. In einer derartigen Ausgestaltung wird das Schaltelement zumindest teilweise über die erste Elektrode, an der das Schaltelement befestigt ist, erwärmt. Außerdem kann durch das teilweise Anordnen des Schaltelements außerhalb des Messbereichs erreicht werden, dass eine Kontaminierung des Schaltelements durch die im Gasstrom vorhandenen Partikel verhindert bzw. vermieden werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gassensors ist die erste Elektrode zumindest teilweise zylindrisch und erstreckt sich entlang einer Längsachse. Ferner ist es dabei bevorzugt, dass auch die zweite Elektrode zumindest teilweise hohlzylindrisch ist und sich ebenfalls entlang der Längsachse erstreckt. Dabei ist die erste Elektrode zumindest teilweise innerhalb der zweiten Elektrode und koaxial dazu angeordnet. In einer solchen bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich das Schaltelement bezüglich der Längsachse zumindest teilweise in radialer Richtung.
Es kann bevorzugt sein, dass das Thermobimetall ein Metallstreifen aus Zink und Stahl ist. Alternativ kann der Metallstreifen unterschiedliche Metalllegierungen, beispielsweise mit Messing, Nickel oder Nickel-Mangan, aufweisen.
Der erfindungsgemäße Gassensor ist vorteilhafterweise ein elektrostatischer Partikelsensor, ein resistiver Partikelsensor oder eine Lamdasonde. Im Allgemeinen ist die vorliegende Erfindung auf sämtliche Gassensoren anwendbar, die auf dem Messprinzip eines offenen Stromkreises basieren und deren Funktionstüchtigkeit im Hinblick auf die On-Board-Diagnose zumindest in periodischen Abständen zuverlässig überprüft werden muss.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen einer Eigendiagnose eines Gassensors offenbart, der einen in einem Gehäuse angeordneten Messbereich, durch den ein Gasstrom der Brennkraftmaschine strömen kann, eine zumindest teilweise im Messbereich angeordnete erste Elektrode, die während des Messbetriebs des Gassensors mit einem ersten elektrischen Potential beaufschlagbar ist, und eine zumindest teilweise im Messbereich angeordnete und von der ersten Elektrode beabstandete zweite Elektrode aufweist, die während des Messbetriebs des Gassensors mit einem vom ersten Potential unterschiedlichen zweiten elektrischen Potential beaufschlagbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist ein Anordnen eines Schaltelements zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode auf, wobei das Schaltelement derart angeordnet wird, dass es die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode im Eigendiagnosebetrieb des Gassensors elektrisch verbindet und die erste Elektrode von der zweiten Elektrode im Messbetrieb des Gassensors elektrisch trennt, ein elektrisches Verbinden der ersten Elektrode mit der zweiten Elektrode, ein Durchführen einer Eigendiagnose des Gassensors zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit des Gassensors, wenn die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist, ein Trennen der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode und ein Betreiben des Gassensors in einem Messbetrieb in einer Brennkraftmaschine auf, wenn die erste Elektrode von der zweiten Elektrode getrennt ist.
Das Durchführen der Eigendiagnose umfasst beispielsweise das Überprüfen, ob der durch das elektrische Verbinden der ersten Elektrode mit der zweiten Elektrode entstehende geschlossene Stromkreis störungsfrei ist. Wenn beispielsweise eine elektrische Verbindungsleitung zur ersten und/oder zweiten Elektrode defekt ist, kann durch das elektrische Verbinden der ersten Elektrode mit der zweiten Elektrode kein geschlossener Stromkreis entstehen. Dies kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise erkannt werden und entsprechend eine Warnung ausgegeben werden.
Dabei ist das Schaltelement ein temperaturabhängiges Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode im Eigendiagnosebetrieb des Gassensors elektrisch zu verbinden, wenn die Temperatur des Gasstroms unterhalb der Schwellentemperatur liegt, und die erste Elektrode von der zweiten Elektrode im Messbetrieb des Gassensors elektrisch zu trennen, wenn die Temperatur des Gasstroms oberhalb der Schwellentemperatur liegt. Erfindungsgemäß umfasst das Trennen der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein Betreiben der Brennkraftmaschine für eine vorbestimmte Zeitdauer, während der eine Temperatur des Gasstroms eine vorbestimmte Schwellentemperatur übersteigt, und ein zumindest teilweises elastisches Verformen des temperaturabhängigen
Schaltelements aufgrund der durch das Betreiben der Brennkraftmaschine hervorgerufenen Temperaturänderung des Gasstroms.
Der im Messbetrieb offene Stromkreis wird, wie bereits erwähnt, durch das Schaltelement in Situationen, in denen eine Eigendiagnose des Gassensors durchgeführt werden soll, geschlossen und wird dann zum Schalten des Gassensors in seinen Messbetrieb wieder geöffnet. Vorzugsweise wird hierzu ein Thermobimetall als Schaltelement verwendet, das in Abhängigkeit der Temperatur des Gasstroms selbststeuernd ist. Das heißt, dass das Thermobimetall die beiden Elektroden in Abhängigkeit der Temperatur des
Gasstroms elektrisch verbindet oder trennt. Folglich kann z. B. vor dem Erreichen der Schwellentemperatur, beispielsweise direkt nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, die Eigendiagnose des Gassensors mit den miteinander elektrisch verbundenen Elektroden durchgeführt werden. Wenn der Gasstrom die Schwellentemperatur überschreitet, unterbricht das Thermobimetall wegen seiner elastischen Verformung die elektrische Verbindung zwischen den beiden (Mess)Elektroden, wodurch wieder ein offener Stromkreis entsteht. Ab diesem Zeitpunkt kann der (normale) Messbetrieb des Gassensors gestartet werden.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden technischen Lehre und durch Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gassensors in der Form eines elektrostatischen Partikelsensors während einer Eigendiagnose zeigt, und
2 den erfindungsgemäßen Gassensor der 1 in einem Messbetrieb zeigt.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht in allen dargestellten Figuren sämtliche Elemente mit Bezugszeichen gekennzeichnet.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Eigendiagnosebetrieb“ einen Betriebszustand des Gassensors, während dem die Hauptfunktion des Gassensors nicht ausgeführt wird, sondern die Funktionstüchtigkeit des Gassensors an sich im Hinblick auf die geforderte On-Board-Diagnose überprüft wird. Demgegenüber beschreibt im Rahmen der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Messbetrieb“ einen Betriebszustand des Gassensors, während dem die Hauptfunktion des Gassensors auf der Basis eines offenen Stromkreises ausgeführt wird.
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gassensors 100, der in den Zeichnungen exemplarisch als elektrostatischer Partikelsensor dargestellt ist. Der Partikelsensor 100 umfasst ein sich entlang einer Längsachse 102 erstreckendes zylindrisches Gehäuse 110, in dem ein Messbereich 120 angeordnet ist. In dem Gehäuse 110 sind eine oder mehrere Einlassöffnungen 112 vorgesehen, durch die hindurch ein Gasstrom einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) in den Messbereich 120 einströmen und durch den Messbereich 120 gelangen kann, bevor der Gasstrom den Partikelsensor 100 wieder an einer oder mehreren Auslassöffnungen 114 verlässt. Der Strömungspfad des Gasstroms durch den Messbereich 120 ist in den 1 und 2 mit Pfeilen gekennzeichnet. In den 1 und 2 ist der Messbereich 120 zwischen der Auslassöffnung 114 und einer in der 1 eingezeichneten gestrichelten Linie 104 definiert.
Der Partikelsensor 100 weist ferner eine erste Elektrode 130 auf, die im Wesentlichen zylindrisch ist und sich entlang der Längsachse 102 erstreckt. Die Sensorelektrode 130 weist einen Messabschnitt 132, der im Messbereich 120 angeordnet ist, und einen Verbindungsabschnitt 134 auf, mittels dem der Messabschnitt 132 mit einer Steuereinheit (nicht dargestellt) elektrisch verbunden ist. Insbesondere kann an der Sensorelektrode 130 ein erstes elektrisches Potential angelegt werden. Beispielsweise kann an der Sensorelektrode 130 eine Hochspannung angelegt werden, beispielsweise 1.000 V.
Der Partikelsensor 100 weist ferner eine zweite Elektrode 140 auf, die in dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel mit dem Gehäuse 110 integral ausgebildet ist. Alternativ kann eine vom Gehäuse 110 separate zweite Elektrode 140 vorgesehen werden. Die zweite Elektrode 140 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch und erstreckt sich entlang der Längsachse 102 im Wesentlichen koaxial zur ersten Elektrode 130. Somit ist die zweite Elektrode 140 zumindest teilweise im Messbereich 120 angeordnet. An der zweiten Elektrode 140 kann ein zweites elektrisches Potential angelegt werden, das von dem ersten elektrischen Potential unterschiedlich ist. Vorzugsweise wird an der zweiten Elektrode eine Niedrigspannung angelegt, die beispielsweise 0,5 V beträgt.
Die zweite Elektrode 140 ist von der ersten Elektrode 130 derart beabstandet, dass ein offener Stromkreis gebildet wird. Somit ergibt sich bei Anlegen des ersten und zweiten elektrischen Potentials an der ersten und zweiten Elektrode 130, 140 eine Potentialdifferenz ergibt.
Der erfindungsgemäße Partikelsensor 100 der 1 weist ferner ein Schaltelement 150 auf, das zwischen der ersten Elektrode 130 und der zweiten Elektrode 140 angeordnet ist. Beispielsweise ist, wie in den 1 und 2 dargestellt, das Schaltelement 150 an der ersten Elektrode 130 angebracht. Alternativ kann das Schaltelement 150 an der zweiten Elektrode 140 angebracht sein.
Das Schaltelement 150 ist dazu ausgebildet, während einer Eigendiagnose des Partikelsensors 100 (siehe 1) die erste Elektrode 130 mit der zweiten Elektrode (140) elektrisch zu verbinden, so dass aus dem zuvor offenen Stromkreis ein geschlossener Stromkreis entsteht. Mit dem so erzeugten geschlossenen Stromkreis ist es möglich, die Funktionstüchtigkeit des Partikelsensors 100 zu ermitteln. Beispielsweise wird während des Eigendiagnosebetriebs ermittelt, ob die elektrischen Verbindungsleitungen zum Partikelsensensor 100 unbeschädigt sind und ob der Messbereich 120 kurzschlussfrei und/oder für eine ordnungsgemäße Messung ausreichend sauber ist.
Nach dem Durchführen der Eigendiagnose kann das Schaltelement 150 derart angesteuert werden, dass es die elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode 130 und er zweiten Elektrode 140 wieder trennt und somit der gewünschte offene, vorzugsweise hochohmige, Stromkreis mit der Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 130 und der zweiten Elektrode 140 entsteht.
Das Schaltelement 150 kann ein manuell ansteuerbares Schaltelement sein, das aktiv durch ein diesem zuführbarem Schaltsignal zwischen einem Verbindungszustand, in dem die ersten Elektrode 130 mit der zweiten Elektrode 140 elektrisch verbunden ist, und einem Trennungszustand, in dem die erste Elektrode 130 von der zweiten Elektrode 140 elektrisch getrennt ist, geschalten werden kann. Alternativ kann das Schaltelement 150 ein sich selbststeuerndes Schaltelement sein, das sich automatisch zwischen dem Verbindungszustand und dem Trennungszustand in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine schaltet. Beispielsweise ist das Schaltelement 150 ein temperaturabhängiges Schaltelement 150, das sich automatisch zwischen dem Verbindungszustand und dem Trennungszustand in Abhängigkeit von der Temperatur des Gasstroms schaltet.
Die 1 zeigt dabei das temperaturabhängige Schaltelement 150 in seinem ursprünglichen Verbindungszustand, der dann vorliegt, wenn der Gasstrom eine Temperatur aufweist, die unterhalb einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt. Dieser Verbindungszustand liegt beispielsweise vor, wenn die Brennkraftmaschine kaltgestartet wird und folglich der Gasstrom seine Betriebstemperatur, bzw. die Schwellentemperatur, noch nicht erreicht hat.
Zu diesem Zeitpunkt kann z .B. überprüft werden, ob sämtliche elektrische Verbindungsleitungen des geschlossenen Stromkreises unbeschädigt sind und ob der Partikelsensor 100 im Wesentlichen funktionstüchtig ist.
Nach dem Erreichen der Betriebstemperatur des Gasstroms wird die Sensorelektrode 130 vom Gasstrom erwärmt, die wiederum die vom Gasstrom erhaltene Wärme an das Schaltelement 150 aufgrund der Verbindung mit dem Schaltelement 150 weiterleitet. Unter Einfluss der Wärme des Gasstroms kann sich das temperaturabhängige Schaltelement 150 elastisch verformen und die elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode 130 und der zweiten Elektrode 140 trennen. In diesem Zustand ist der Partikelsensor 100 nun in einem messbereiten Zustand (d. h. im Messbetrieb) und es kann die Partikelmengenmessung im Gasstrom begonnen werden.
Das Schaltelement 150 stört folglich den eigentlichen Messbetrieb des Partikelsensors nicht, sondern ist lediglich dazu ausgebildet, eine Eigendiagnose des Partikelsensors 100 auf einfache und kostengünstige Weise bereitzustellen.
Das Schaltelement 150 ist vorzugsweise ein Thermobimetall, das aus einem Metallstreifen mit unterschiedlichen Metallen besteht. Durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der beiden unterschiedlichen Materialien kommt es zur beschriebenen elastischen Verformung des Schaltelements 150 und folglich zur elektrischen Trennung der ersten Elektrode 130 von der zweiten Elektrode 140.

Claims

Gassensor (100) für eine Brennkraftmaschine, mit: - einem in einem Gehäuse (110) angeordneten Messbereich (120), durch den ein Gasstrom der Brennkraftmaschine strömen kann, - einer zumindest teilweise im Messbereich (120) angeordneten ersten Elektrode (130), die während eines Messbetriebs des Gassensors (100) mit einem ersten elektrischen Potential beaufschlagbar ist, - einer zumindest teilweise im Messbereich (120) angeordneten und von der ersten Elektrode (130) beabstandeten zweiten Elektrode (140), die während des Messbetriebs des Gassensors (100) mit einem zum ersten Potential unterschiedlichen zweiten elektrischen Potential beaufschlagbar ist, und - einem Schaltelement (150), das zwischen der ersten Elektrode (130) und der zweiten Elektrode (140) derart angeordnet ist, dass es die erste Elektrode (130) mit der zweiten Elektrode (140) in einem Eigendiagnosebetrieb des Gassensors (100) elektrisch verbindet und die erste Elektrode (130) von der zweiten Elektrode (140) in einem Messbetrieb des Gassensors (100) elektrisch trennt, wobei das Schaltelement ein von der Temperatur des Gasstroms temperaturabhängiges Thermobimetall (150) ist, das dazu ausgebildet ist, die erste Elektrode (130) mit der zweiten Elektrode (140) elektrisch zu verbinden, wenn die Temperatur des Gasstroms unterhalb einer vorbestimmten Schwellentemperatur liegt, und die erste Elektrode (130) von der zweiten Elektrode (140) elektrisch zu trennen, wenn die Temperatur des Gasstroms oberhalb der Schwellentemperatur liegt.
Gassensor (100) nach Anspruch 1, wobei das temperaturabhängige Schaltelement (150) zumindest teilweise im Messbereich (120) derart angeordnet ist, dass es von dem Gasstrom über Konvektion erwärmbar ist.
Gassensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (150) zumindest teilweise außerhalb des Messbereichs (120) angeordnet und mit der ersten Elektrode (130) derart temperaturleitend verbunden ist, dass die von der ersten Elektrode (130) vom Gasstrom aufgenommene Wärme zumindest teilweise an das Schaltelement (150) leitbar ist.
Gassensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode (130) zumindest teilweise zylindrisch ist und sich entlang einer Längsachse (102) erstreckt und die zweite Elektrode (140) zumindest teilweise hohlzylindrisch ist und sich entlang der Längsachse (102) erstreckt, wobei die erste Elektrode (130) zumindest teilweise innerhalb der zweiten Elektrode (140) und koaxial dazu angeordnet ist.
Gassensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gassensor (100) ein elektrostatischer Partikelsensor, ein resistiver Partikelsensor oder eine Lambdasonde ist.
Verfahren zum Durchführen einer Eigendiagnose eines Gassensors (100) einer Brennkraftmaschine, wobei der Gassensor (100) einen in einem Gehäuse (110) angeordneten Messbereich (120), durch den ein Gasstrom der Brennkraftmaschine strömen kann, eine zumindest teilweise im Messbereich (120) angeordnete erste Elektrode (130), die während des Messbetriebs des Gassensors (100) mit einem ersten elektrischen Potential beaufschlagbar ist, und eine zumindest teilweise im Messbereich (120) angeordnete und von der ersten Elektrode (130) beabstandete zweite Elektrode () aufweist, die während des Messbetriebs des Gassensors (100) mit einem vom ersten Potential unterschiedlichen zweiten elektrischen Potential beaufschlagbar ist, wobei das Verfahren umfasst: - Anordnen eines Schaltelements (150) zwischen der ersten Elektrode (130) und der zweiten Elektrode (140) derart, dass es die erste Elektrode (130) mit der zweiten Elektrode (140) im Eigendiagnosebetrieb des Gassensors (100) elektrisch verbindet und die erste Elektrode (130) von der zweiten Elektrode (140) im Messbetrieb des Gassensors (100) elektrisch trennt, wobei das Schaltelement ein temperaturabhängiges Thermobimetall (150) ist, das dazu ausgebildet ist, die erste Elektrode (130) mit der zweiten Elektrode (150) elektrisch zu verbinden, wenn die Temperatur des Gasstroms unterhalb der Schwellentemperatur liegt, und die erste Elektrode (130) von der zweiten Elektrode (140) elektrisch zu trennen, wenn die Temperatur des Gasstroms oberhalb der Schwellentemperatur liegt, - elektrisches Verbinden der ersten Elektrode (130) mit der zweiten Elektrode (140), - Durchführen einer Eigendiagnose des Gassensors (100) zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit des Gassensors (100), wenn die erste Elektrode (130) mit der zweiten Elektrode (140) elektrisch verbunden ist, - Trennen der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Elektrode (130) und der zweiten Elektrode (140), wobei das Trennen der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Elektrode (130) und der zweiten Elektrode (140) aufweist: - Betreiben der Brennkraftmaschine für eine vorbestimmte Zeitdauer, während der eine Temperatur des Gasstroms eine vorbestimmte Schwellentemperatur übersteigt, und - zumindest teilweise elastisches Verformen des temperaturabhängigen Schaltelements (150) aufgrund der durch das Betreiben der Brennkraftmaschine hervorgerufenen Temperaturänderung des Gasstroms, und - Betreiben des Gassensors (100) in einem Messbetrieb in einer Brennkraftmaschine, während dem die erste Elektrode (130) von der zweiten Elektrode (140) elektrisch getrennt ist.