DE102018222534A1

DE102018222534A1 - Partikelsensor und Betriebsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102018222534A1
Application number: DE102018222534.6A
Authority: DE
Inventors: Radoslav Rusanov; Simon Schneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020127617A1; EP3899487A1

Abstract

Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Koronaentladung aufweist, und wobei der Partikelsensor dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode mit einem gepulsten Ansteuersignal zu beaufschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Offenbarung betrifft einen Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom.
Die Offenbarung betrifft ferner ein Betriebsverfahren für einen derartigen Partikelsensor.
Offenbarung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf einen Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Koronaentladung aufweist, und wobei der Partikelsensor dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode mit einem gepulsten Ansteuersignal zu beaufschlagen. Dadurch können effizient Ionen erzeugt werden, über die die Partikel des Fluidstroms elektrisch aufgeladen werden können, und gleichzeitig wird durch das gepulste Ansteuersignal eine unerwünscht starke Beeinflussung von geladenen Teilchen, insbesondere mittels der Partikelaufladeeinrichtung elektrisch aufgeladenen Partikeln, vermieden. Insbesondere kann bei manchen bevorzugten Ausführungsformen durch das gepulste Ansteuersignal vermieden werden, eine Trajektorie der geladenen Partikel unnötig stark durch die Koronaentladung zu beeinflussen, wodurch ggf. die Ermittlung von Informationen über die geladenen Teilchen bzw. Partikel beeinflusst werden könnte.
Besonders bevorzugt wird das Ansteuersignal bei weiteren Ausführungsformen so gewählt, dass sich durch einzelne Pulse des Ansteuersignals jeweils eine (ebenfalls gepulste) Koronaentladung im Bereich der Koronaelektrode ergibt, die jedoch aufgrund des gepulsten Ansteuersignals nicht aufrecht erhalten wird. Vielmehr endet die genannte Koronaentladung dann, wenn ein entsprechender Pulse des Ansteuersignals endet. Mit anderen Worten kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine Zündfrequenz der Koronaentladung der Pulsfrequenz des gepulsten Ansteuersignals entsprechen (und eine Zünddauer bzw. Brenndauer der Koronaentladung kann i.w. der Pulsbreite einzelner Pulse des Ansteuersignals entsprechen). Untersuchungen der Anmelderin zufolge können auf diese Weise bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen vorteilhaft ausreichend viele Ionen mittels der gepulsten Koronaentladung erzeugt werden, um Partikel des Fluidstroms elektrisch aufzuladen, ohne hier durch jedoch eine Trajektorie der aufgeladenen Partikel signifikant durch die Koronaentladung zu beeinflussen.
Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper ausgebildeten Partikeln (z.B. Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln (z.B. Aerosol) verwendet werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor eine Senoreinheit zur Ermittlung von Informationen über geladene Partikel aufweist, insbesondere über mittels der Partikelaufladeeinrichtung geladene Partikel, wobei insbesondere die Senoreinheit dazu ausgebildet ist, die Informationen über geladene Partikel mittels des Influenzprinzips und/oder mittels des escaping-current-Prinzips zu ermitteln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen das Influenzprinzip zur Ermittlung der Informationen über geladene Partikel verwendbar ist, weist die Sensoreinheit wenigstens eine Sensier-Elektrode auf, die bevorzugt bezüglich des Fluidstroms stromabwärts der Partikelaufladeeinrichtung angeordnet ist. Mittels der Partikelaufladeeinrichtung elektrisch aufgeladene Partikel bewegen sich an der Sensier-Elektrode vorbei, wodurch sich an der Sensier-Elektrode ein entsprechendes elektrisches Signal durch Influenz ergibt. Das Signal kann ausgewertet werden, um Informationen über eine Anzahl und/oder Konzentration der Partikel oder dergleichen in dem Fluidstrom zu erlangen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen das escaping-current-Prinzip zur Ermittlung der Informationen über geladene Partikel verwendbar ist, kann das den Partikelsensor enthaltende System bzw. können wenigstens manche Komponenten des Partikelsensors nach außen hin (bzw. gegenüber einem Zielsystem, in das der Partikelsensor bzw. die Komponenten eingebaut wird bzw. werden) elektrisch isoliert werden, und es wird ein elektrischer Strom gemessen, welchen die geladenen Partikel in Form ihrer elektrischen Aufladung aus dem ansonsten elektrisch isolierten und daher geschlossenen System heraustragen. Beispielsweise kann der betrachtete elektrische Strom bei manchen Ausführungsformen von der Koronaelektrode durch die Koronaentladung in eine Gegenelektrode fließen, und eine optionale Trap-Elektrode fängt übrige Ionen (die z.B. nicht zur elektrischen Aufladung von Partikeln beigetragen haben) ein, die durch die Koronaentladung erzeugt worden sind. Der Strom, welcher von den geladenen Partikeln erzeugt wird, muss der Gegenelektrode wieder hinzugefügt werde, damit ihr elektrisches Potential konstant bleibt, beispielsweise gleich einem ersten vorgebbaren Bezugspotenzial wie beispielsweise dem Massepotenzial. Dieser Strom wird als „escaping current“ bezeichnet und ist ein Maß für die Konzentration von aufgeladenen Partikeln. Die Gegenelektrode kann daher bei manchen Ausführungsformen z.B. auch als virtuelle Masselektrode aufgefasst werden.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Auswertungsprinzipien (Influenzprinzip, escaping-current-Prinzip) beschränkt, sondern kann gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen vielmehr mit allen Auswertungsprinzipien kombiniert werden, bei denen Informationen bezüglich elektrisch aufgeladener Partikel ausgewertet werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ansteuersignal Pulse mit einer maximalen Pulsbreite von 100 Millisekunden, ms, oder weniger aufweist. Dadurch ergeben sich pulsartig auftretende Koronaentladungen im Bereich der Koronaelektrode der Partikelaufladeeinrichtung, welche zum elektrischen Aufladen der Partikel verwendbar sind, die Flugbahn der aufgeladenen Partikel jedoch nicht wesentlich bzw. in geringerem Maße - verglichen zu einer stationären Koronaentladung - beeinträchtigen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ansteuersignal Pulse mit einer maximalen Pulsbreite von 10 ms oder weniger aufweist, vorzugsweise 3 ms oder weniger. Hierdurch kann ebenfalls ein zuverlässiges elektrisches Aufladen der Partikel erfolgen, die Flugbahn der aufgeladenen Partikel wird jedoch in noch geringerem Maße beeinflusst als bei größeren Pulsbreiten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine minimale Pulsbreite der Pulse des Ansteuersignals 10 Mikrosekunden, µs, oder mehr beträgt. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass eine ausreichende Anzahl von Ionen mittels der gepulsten Koronaentladung erzeugt wird, um ein zuverlässiges elektrisches Aufladen von Partikeln in dem Fluidstrom zu bewirken.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine minimale Pulsbreite der Pulse des Ansteuersignals 100 µs oder mehr beträgt, vorzugsweise 1000 µs oder mehr.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Pulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Ansteuersignals größer ist als eine Durchflugzeit von Partikeln durch eine Aufladungszone im Bereich der Koronaentladung.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor dazu ausgebildet ist, eine erste Größe zu ermitteln und/oder von einer externen Einheit zu empfangen, wobei die erste Größe eine Geschwindigkeit der Partikel in dem Fluidstrom charakterisiert. Dadurch kann der Betrieb des Partikelsensors und/oder der Partikelaufladeeinrichtung besonders genau gesteuert werden, insbesondere an die Geschwindigkeit der Partikel in dem Fluidstrom angepasst werden. Bei manchen bevorzugten Ausführungsformen kann der Partikelsensor bzw. die Partikelaufladeeinrichtung und/oder eine ihm bzw. ihr zugeordnete Steuereinrichtung selbst die erste Größe ermitteln. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen kann der Partikelsensor bzw. die Partikelaufladeeinrichtung und/oder eine ihm bzw. ihr zugeordnete Steuereinrichtung die erste Größe von der externen Einheit empfangen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann es sich bei der externen Einheit beispielsweise um ein Steuergerät des Zielsystems handeln, beispielsweise um ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, in dessen Abgastrakt der Partikelsensor einsetzbar ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor dazu ausgebildet ist, wenigstens eines der folgenden Elemente in Abhängigkeit der ersten Größe zu ermitteln: a) eine minimale Pulsbreite der Pulse des Ansteuersignals, b) eine maximale Pulsbreite der Pulse des Ansteuersignals, c) eine minimale Pulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Ansteuersignals, d) eine maximale Pulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Ansteuersignals, wobei insbesondere der Partikelsensor dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode in Abhängigkeit des ermittelten Elements oder der ermittelten Elemente anzusteuern. Dadurch kann ein Betrieb des Partikelsensors und/oder der Partikelaufladeeinrichtung besonders genau angepasst werden an die Geschwindigkeit der Partikel in dem Fluidstrom, also beispielsweise an eine aktuelle Abgasgeschwindigkeit einer Brennkraftmaschine, der der Partikelsensor zugeordnet ist.
Beispielsweise kann bei vergleichsweise geringen Abgasgeschwindigkeiten (entsprechend einem vergleichsweise geringem Wert der ersten Größe) eine maximale Pulsbreite des Ansteuersignals für die Koronaelektrode zur Erzeugung der Koronaentladung vergleichsweise klein gewählt werden, weil sich die mittels der Partikelaufladeeinrichtung elektrisch aufzuladenden Partikel vergleichsweise lange in dem Einflussbereich des elektrischen Felds der Koronaelektrode aufhalten, wodurch sie unerwünscht stark abgelenkt werden könnten. Im Gegensatz hierzu kann bei vergleichsweise großen Abgasgeschwindigkeiten eine maximale Pulsbreite des Ansteuersignals für die Koronaelektrode zur Erzeugung der Koronaentladung vergleichsweise groß gewählt werden, weil sich die Partikel vergleichsweise kurz in dem Einflussbereich des elektrischen Felds der Koronaelektrode aufhalten, sodass sie hierdurch weniger stark abgelenkt werden können.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Koronaentladung aufweist, wobei der Partikelsensor die Koronaelektrode mit einem gepulsten Ansteuersignal beaufschlagt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist das gepulste Ansteuersignal ein oder mehrere Pulse mit vorgebbarer Pulsbreite und/oder vorgebbaren Pulspausen zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen auf, die auch, z.B. periodisch, wiederholt werden können.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ansteuersignal Pulse mit einer maximalen Pulsbreite von 100 Millisekunden, ms, oder weniger aufweist, insbesondere 10 ms oder weniger, vorzugsweise 3 ms oder weniger, und/oder wobei eine minimale Pulsbreite der Pulse des Ansteuersignals 10 Mikrosekunden, µs, oder mehr beträgt, insbesondere 100 µs oder mehr, vorzugsweise 1000 µs oder mehr.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor eine erste Größe ermittelt und/oder von einer externen Einheit empfängt, wobei die erste Größe eine Geschwindigkeit der Partikel in dem Fluidstrom charakterisiert, wobei insbesondere der Partikelsensor das Ansteuersignal, insbesondere einen zeitlichen Verlauf des Ansteuersignals, in Abhängigkeit der ersten Größe ermittelt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Koronastrom, mit dem die Koronaelektrode für die Erzeugung der Koronaentladung versorgt wird, in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Fluidstroms und/oder einer bzw. der Pulsbreite und/oder in Abhängigkeit einer Pulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen vorgegeben bzw. eingestellt wird. Dadurch kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen erreicht werden, dass die elektrische Aufladung der Partikel nicht und nur vergleichsweise gering von diesen Parametern abhängt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Partikelsensors gemäß den Ausführunsgformen und/oder des Verfahrens gemäß den Ausführunsgformen zur Ermittlung von Informationen bezüglich Partikeln (z.B. Partikelkonzentration, Partikelanzahl) in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper ausgebildeten Partikeln (z.B. Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln (z.B. Aerosol) verwendet werden.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:

1 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß bevorzugten Ausführungsformen,
2 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
3 schematisch die Anordnung des Partikelsensors gemäß 2 in einem Zielsystem,
4 schematisch eine Seitenansicht von Details eines Partikelsensors gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
5 schematisch ein Ansteuersignal gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
6 schematisch eine Transitzeit von Partikeln gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
7A schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß bevorzugten Ausführungsformen,
7B schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, und
8 schematisch ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors 100 gemäß bevorzugten Ausführungsformen. Der Partikelsensor 100 weist eine Partikelaufladeeinrichtung 110 auf, die dazu ausgebildet ist, Partikel P eines Fluidstroms A1 elektrisch aufzuladen, wodurch aufgeladene Partikel P' erhalten werden. Die Partikelaufladeeinrichtung 110 weist hierzu eine Koronaelektrode 112 zur zumindest zeitweisen Erzeugung einer Koronaentladung 114 auf. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Partikelsensor 100 dazu ausgebildet, die Koronaelektrode 112 mit einem gepulsten Ansteuersignal ASC beaufschlagen, was dazu führt, dass sich nur zeitweise, insbesondere entsprechend dem Pulsmuster des Ansteuersignals ASC, eine Koronaentladung 114 („gepulste Koronaentladung“) an der Koronaelektrode 112 aufbaut.
Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom A1 um einen Abgasstrom (bzw. einen Teil des Abgasstroms) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln P, P' um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper ausgebildeten Partikeln (z.B. Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln (z.B. Aerosol) verwendet werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor 100 eine Senoreinheit 120 zur Ermittlung von Informationen über geladene Partikel P' aufweist, insbesondere über mittels der Partikelaufladeeinrichtung 110 geladene Partikel P', wobei insbesondere die Senoreinheit 120 dazu ausgebildet ist, die Informationen über geladene Partikel P' mittels des Influenzprinzips und/oder mittels des escaping-current-Prinzips zu ermitteln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen das Influenzprinzip zur Ermittlung der Informationen über geladene Partikel P' verwendbar ist, weist die Sensoreinheit 120 wenigstens eine Sensier-Elektrode 122 auf, die bevorzugt stromabwärts der Partikelaufladeeinrichtung 110 bezüglich des Fluidstroms A1 angeordnet ist, vgl. die schematische Seitenansicht des Partikelsensors 100a gemäß 2. Bei dieser Ausführungsform weist der Partikelsensor 100a ein vorliegend planares Trägerelement 102 auf, bei dem es sich beispielsweise um ein Substrat (gegebenenfalls Laminat, aufweisend mehrere Schichten) aus einem keramischen Material handelt. Das Trägerelement 102 weist eine Länge L und eine Dicke d1 auf, die bevorzugt wesentlich kleiner ist als die Länge L. Auf einer ersten Oberfläche 102a des Trägerelements 102 sind die Partikelaufladeeinrichtung 110 sowie weitere Komponenten 112, 122 des Partikelsensors 100a angeordnet.
Mittels der Partikelaufladeeinrichtung 110 elektrisch aufgeladene Partikel P' bewegen sich entlang der in 2 horizontalen Koordinatenachse x an der Sensier-Elektrode 122 vorbei, wodurch sich an der Sensier-Elektrode 122 ein entsprechendes elektrisches Signal durch Influenzwirkung („Spiegelladungsprinzip“) ergibt. Das Signal der Sensier-Elektrode 122 kann ausgewertet werden, um Informationen über eine Anzahl und/oder Konzentration der Partikel P' oder dergleichen in dem Fluidstrom A1 zu erlangen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist der Partikelsensor 100a eine Gegenelektrode 114a für die Koronaelektrode 112 auf, wobei die Gegenelektrode 114a wie in 2 gezeigt ebenfalls auf der ersten Oberfläche 102a des Trägerelements 102 angeordnet ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Gegenelektrode 114a auch außerhalb des Trägerelements 102 angeordnet sein, beispielsweise an einem Schutzrohr R1, das weiter unten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist der Partikelsensor 100a eine optionale Trap-Elektrode 124 auf, die zum Ablenken („Trapping“) geladener Teilchen des Fluidstroms A1 dient. Damit können beispielsweise überschüssige Ionen, die mittels der Partikelaufladeeinrichtung 110 erzeugt worden sind, aus dem Fluidstrom A1 entfernt werden, damit diese nicht zur Messung durch die Sensier-Elektrode 122 beitragen. Bevorzugt ist die optionale Trap-Elektrode 124 bezüglich der Strömungsrichtung x zwischen der Partikelaufladeeinrichtung 110 und der optionalen Sensier-Elektrode 122 angeordnet. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann auch eine nicht gezeigte Gegenelektrode für die Trap-Elektrode 124 vorgesehen sein. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das vorstehend bereits erwähnte Schutzrohr R1 (3) beispielsweise auch als Gegenelektrode für die Trap-Elektrode 124 dienen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen das escaping-current-Prinzip zur Ermittlung der Informationen über geladene Partikel P' verwendbar ist, kann das den Partikelsensor 100a enthaltende System bzw. können wenigstens manche Komponenten 102, 110, 112 des Partikelsensors 100a nach außen hin elektrisch isoliert werden, und es wird ein elektrischer Strom gemessen, welchen die geladenen Partikel P' in Form ihrer elektrischen Aufladung aus dem ansonsten elektrisch isolierten und daher geschlossenen System heraustragen. Beispielsweise kann der betrachtete elektrische Strom von der Koronaelektrode 112 durch die Koronaentladung 114 in eine bzw. die Gegenelektrode 114a fließen, und die optionale Trap-Elektrode 124 fängt die übrigen Ionen ein. Der Strom, welcher von den geladenen Partikeln P' erzeugt wird (und den Sensor mit dem Fluidstrom A1 wieder verlässt), muss der Gegenelektrode 114a wieder hinzugefügt werde, damit ihr elektrisches Potential konstant bleibt, beispielsweise gleich einem ersten vorgebbaren Bezugspotenzial wie beispielsweise dem Massepotenzial. Dieser Strom wird als „escaping current“ bezeichnet und ist ein Maß für die Konzentration von aufgeladenen Partikeln.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten Auswertungsprinzipien (Influenzprinzip, escaping-current-Prinzip) beschränkt, sondern kann gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen vielmehr mit allen Auswertungsprinzipien kombiniert werden, bei denen Informationen bezüglich elektrisch aufgeladener Partikel ausgewertet werden.
3 zeigt schematisch die Anordnung des Partikelsensors 100a gemäß 2 in einem Zielsystem Z, bei dem es sich beispielsweise um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handelt. Eine Abgasströmung in dem Abgastrakt ist vorliegend mit dem Bezugszeichen A2 bezeichnet. Ebenfalls abgebildet ist eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren R1, R2, wobei der Partikelsensor 100a so in dem inneren Rohr R1 angeordnet ist, dass seine erste Oberfläche 102a im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse LA des inneren Rohres R1 verläuft, vergleiche auch die in 3 vertikale Koordinatenachse x. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind die Längen und die relative Anordnung der Rohre R1, R2 zueinander so gewählt, dass sich durch den Venturi-Effekt ein Sog ergibt, bei dem die Abgasströmung A2 eine Fluidströmung P1 bzw. A1 aus dem inneren Rohr R1 heraus in 3 in vertikaler Richtung nach oben bewirkt. Die weiteren Pfeile P2, P3, P4 deuten die Fortsetzung dieser durch den Venturi-Effekt bewirkten Fluidströmung durch einen Zwischenraum zwischen den beiden Rohren R1, R2 hindurch zur Umgebung der Schutzrohranordnung hin an. Insgesamt wird durch die in 3 abgebildete Anordnung eine vergleichsweise gleichmäßige Überströmung des Partikelsensors 100a bzw. dessen entlang der Fluidströmung P1 ausgerichteter erster Oberfläche 102a bewirkt (insbesondere im Sinne einer laminaren Strömung), was eine effiziente Erfassung von in der Fluidströmung A1, P1 befindlichen Partikeln P ermöglicht. Darüber hinaus wird der Partikelsensor 100a vor einem direkten Kontakt mit dem Haupt-Abgasstrom A2 geschützt.
Bei der in 3 beispielhaft abgebildeten Konfiguration kann das innere Rohr R1 beispielsweise elektrisch leitfähig ausgebildet sein und die vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Gegenelektrode 114a für die Koronaelektrode 114 und/oder für die optionale Trap-Elektrode 124 darstellen.
Das Bezugszeichen R2' deutet eine optionale elektrische Verbindung des äußeren Rohres R2 und/oder des inneren Rohres R1 mit einem Bezugspotenzial wie beispielsweise dem Massepotenzial an, sodass das betreffende Rohr bzw. beide Rohre vorteilhaft gleichzeitig zu ihrer fluidischen Leitfunktion als elektrische Gegenelektrode beispielsweise für die Trap-Elektrode 124 (und/oder für die Koronaelektrode 114), vergleiche 1, 2, verwendbar sind.
Der Blockpfeil P5 symbolisiert in 3 eine optionale Frischgasversorgung, insbesondere Frischluftversorgung, die in manchen bevorzugten Ausführungsformen erwünscht sein kann, bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht vorgesehen ist.
4 zeigt schematisch eine Seitenansicht von Details eines Partikelsensors 100, 100a gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Dargestellt sind unterschiedliche Flugbahnen (Trajektorien) T1, T2 von Partikeln der des Fluidstroms A1 (1) im Bereich der Koronaentladung 114. Ebenfalls abgebildet ist eine auf dem Trägerelement 102' angeordnete Koronaelektrode 112' und eine der Koronaelektrode 112' zugeordnete Gegenelektrode 114a', bei der es sich beispielsweise um eine Innenoberfläche des inneren Rohres R1 gemäß 3 handelt. Zwischen den Elektroden 112', 114a' bildet sich ein elektrisches Feld 114' aus, das eine Trajektorie T1, T2 eines geladenen Partikels P' (1) beeinflussen kann. In dem elektrischen Feld 114' findet ein lonendrift von der Koronaelektrode 112' zu der Gegenelektrode 114a' statt, wodurch Partikel P elektrisch aufgeladen werden können. Die geladenen Partikel P' erfahren durch das elektrische Feld 114' der Koronaentladung 114 eine (unerwünschte) Ablenkung in Richtung der Gegenelektrode 114a'.
Die erste Trajektorie T1 ergibt sich beispielhaft bei einem vergleichsweise massereichen (schweren) und/oder vergleichsweise schnellen geladenen Partikel. Hierbei bewirkt das durch die Koronaentladung 114 bedingte elektrische Feld 114' eine vergleichsweise geringe Beeinflussung der ersten Trajektorie T1. Die zweite Trajektorie T2 ergibt sich beispielhaft bei einem vergleichsweise massearmen (leichten) und/oder vergleichsweise langsamen geladenen Partikel, bei dem das elektrische Feld 114' wie aus 4 ersichtlich eine vergleichsweise starke Beeinflussung der zweiten Trajektorie T2 bewirkt. Dies kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen unerwünscht sein, weil hierdurch insbesondere vergleichsweise langsame und/oder vergleichsweise leichte geladene Partikel mit unzureichender Genauigkeit oder gegebenenfalls gar nicht mehr detektiert werden können. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die zweite Trajektorie T2 derart beeinflusst ist, dass der betreffende geladene Partikel gar nicht mehr in den Bereich der Sensoreinheit 120 (1) bzw. Sensier-Elektrode 122 (2) gelangt, sondern beispielsweise auf die Gegenelektrode 114a' trifft (unerwünschtes „Trapping“ des geladenen Partikels P' durch das elektrische Feld der Koronaentladung 114, zu unterscheiden von einem ggf. erwünschten Trapping überschüssiger Ionen aus der Koronaentladung 114 mittels der optionalen Trap-Elektrode 124).
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird daher eine gepulste Ansteuerung der Koronaelektrode 112 (1), also eine Beaufschlagung der Koronaelektrode 112 mit einem gepulsten Ansteuersignal ASC, vorgeschlagen, wie es nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist. 5 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf eines gepulsten Ansteuersignals ASC für die Koronaelektrode 112 des Partikelsensors 100, 100a, der ein entsprechendes, pulsweises Auftreten der Koronaentladung 114 (1), das zeitlich im wesentlichen mit den einzelnen Pulsen 1, 2 (5) korreliert, bewirkt. Der zeitliche Verlauf ASC charakterisiert dabei z.B. einen Zeitverlauf einer elektrischen Spannung bzw. eines elektrischen Potentials, mit dem die Koronaelektrode 112 beaufschlagt wird.
Ein erster Puls 1 beginnt zu dem Zeitpunkt t01 und endet zu dem Zeitpunkt t02, wodurch sich eine Pulsbreite PB ergibt, und ein darauf folgender zweiter Puls 2 beginnt zu dem Zeitpunkt t03 und endet zu dem Zeitpunkt t04. Außerhalb der genannten Pulse 1, 2 weist das Ansteuersignal ASC keine nichtverschwindenden Wert auf. Auf der vertikalen Achse PA ist eine Pulsamplitude aufgetragen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird die Pulsamplitude PA für die einzelnen Pulse 1, 2 so gewählt, dass sich innerhalb der betreffenden Pulsbreite PB (also während des Auftreten eines Pulses 1, 2) eine Koronaentladung 114 an der Koronaelektrode 112 ergibt. Zwischen den zeitlich aufeinanderfolgenden Pulsen 1, 2 ist eine Pulspause PP definiert, welche sich vorliegend durch die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t03, t02 ergibt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann ein Wert für das Ansteuersignal ASC während wenigstens einer Pulspause PP anstelle von Null auch so vorgegeben werden, dass er geringfügig unter einer Zündspannung für die Koronaentladung 114 liegt (nicht gezeigt), z.B. um einen vorgebbaren Schwellwert niedriger als die Zündspannung. Damit ist sichergestellt, dass während der Pulspause PP durch das so vorgegebene Ansteuersignal ASC nicht bereits die Koronaentladung 114 gezündet wird. Ferner wird dadurch im Anschluss an die Pulspause PP, z.B. zu dem Zeitpunkt t03, eine schnelle Zündung der Koronaentladung 114 ermöglicht, weil der Wert des Ansteuersignals ASC vergleichsweise geringfügig erhöht werden muss (z.B. auf den Amplitudenwert des Pulses 2), um die Koronaentladung 114 zu zünden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können unterschiedliche Pulse 1, 2 auch unterschiedliche Pulsbreiten und/oder Pulsamptlituden aufweisen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ansteuersignal ASC Pulse 1, 2 mit einer maximalen Pulsbreite PB von 100 Millisekunden, ms, oder weniger aufweist. Dadurch ergeben sich pulsartig auftretende Koronaentladungen 114 im Bereich der Koronaelektrode 112 (1) der Partikelaufladeeinrichtung 110, welche zum elektrischen Aufladen der Partikel P verwendbar sind, die Flugbahn T1, T2 (4) der aufgeladenen Partikel P' (1) jedoch nicht wesentlich beeinträchtigen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ansteuersignal ASC Pulse 1, 2 mit einer maximalen Pulsbreite PB von 10 ms oder weniger aufweist, vorzugsweise 3 ms oder weniger. Hierdurch kann ebenfalls ein zuverlässiges elektrisches Aufladen der Partikel P erfolgen, die Flugbahn der aufgeladenen Partikel P' wird jedoch durch die Koronaentladung 114 in noch geringerem Maße beeinflusst als bei größeren Pulsbreiten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine minimale Pulsbreite PB der Pulse 1, 2 des Ansteuersignals ASC 10 Mikrosekunden, µs, oder mehr beträgt. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass eine ausreichende Anzahl von Ionen mittels der gepulsten Koronaentladung 114 erzeugt wird, um ein zuverlässiges elektrisches Aufladen von Partikeln P in dem Fluidstrom A1 (1) zu bewirken.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine minimale Pulsbreite PB der Pulse 1, 2des Ansteuersignals 100 µs oder mehr beträgt, vorzugsweise 1000 µs oder mehr.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Pulspause PP zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen 1, 2 des Ansteuersignals ASC größer ist als eine Durchflugzeit von Partikeln durch eine Aufladungszone im Bereich 114' der Koronaentladung 114.
6 zeigt schematisch eine Transitzeit t_t von Partikeln P durch einen Bereich des elektrischen Felds 114' der Koronaentladung 114 (4) gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, aufgetragen über einer Abgasgeschwindigkeit vex, die beispielsweise der Abgasstrom A2 (3) bzw. der Fluidstrom A1 im Bereich des Partikelsensors aufweist. Die Transitzeit t_t gibt an, wie lange sich ein Partikel P in Abhängigkeit der Abgasgeschwindigkeit vex in dem Bereich des elektrischen Felds 114' aufhält, wobei seine Trajektorie wie bereits beschrieben beeinflussbar ist. Aus 6 ist zu erkennen, dass die Transitzeit t_t mit steigender Abgasgeschwindigkeit vex stark abnimmt.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge gibt es für jede Partikelgröße der Partikel P eine typische maximale Transitzeit t_max, oberhalb von welcher ein signifikantes Trapping (einfangen der Partikel, analog zur Wirkung der optionalen Trap-Elektrode 124, 2) der Partikel dieser Größe im Bereich der Koronaentladung 114 auftritt. Daher kann insbesondere der Fall eintreten, dass vergleichsweise langsame und/oder leichte elektrisch geladene Partikel P' bereits durch das elektrische Feld der Koronaentladung 114 eingefangen („getrappt“) werden, wodurch sie nicht mehr der Messung bzw. Auswertung durch die Sensoreinheit 120 zugänglich sind. Dies kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen durch die vorstehend bereits unter Bezugnahme auf 5 beschriebene gepulste Ansteuerung der Koronaelektrode 112 vermieden werden.
Weiteren Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann die Transitzeit t_t (6) einen Einfluss auf die elektrische Ladung der geladenen Partikel P' haben, so dass bei manchen Ausführungsformen ein durch die optionale Sensoreinheit 120 (1) ermitteltes Sensorsignal eine Abhängigkeit von der Abgasgeschwindigkeit vex aufweist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann für den Betrieb des Partikelsensors 100,100a eine maximale Zeit bzw. Transitzeit t_max vorgegeben werden, in welcher die Partikel P des Fluidstroms A1 dem elektrischen Feld 114' (4) der Koronaentladung 114 ausgesetzt werden dürfen, damit kein oder wenig Trapping der Partikel (z.B. max. 50%) durch das elektrische Feld 114' der Koronaentladung 114 auftritt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die maximale Zeit t_max so gewählt werden, dass auch die kleinsten noch zu messenden Partikel (z.B. aufweisend eine maximale Längenausdehnung von 10 nm (Nanometer) oder 23nm, beispielsweise vorgebbar in Abhängigkeit des Zielsystems bzw. einer geplanten Anwendung des Partikelsensors) nicht oder nicht zu stark durch die Koronaentladung 114 getrappt werden.
Sodann kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine (minimale und/oder maximale) Pulsbreite PB (5) für die gepulste Ansteuerung der Koronaelektrode 112 mittels der Pulse 1, 2 in Abhängigkeit der maximalen Zeit t_max ermittelt werden. Beispielsweise kann die maximale Zeit t_max bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen Werte im Bereich von 0.1 ms < t_max < 10ms oder 1ms < t_max < 3ms annehmen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird eine Pulsbreite PB ermittelt bzw. vorgegeben, welche geringer ist als die maximale Zeit t_max.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Koronastrom, mit dem die Koronaelektrode 112 für die Erzeugung der Koronaentladung 114 versorgt wird, in Abhängigkeit der maximalen Zeit t_max und/oder in Abhängigkeit der gewählten Pulsbreite PB und/oder in Abhängigkeit der gewählten Pulspause PP vorgegeben bzw. eingestellt wird. Damit kann vorteilhaft die Auflade-Effizienz für das elektrische Aufladen der Partikel P des Fluidstroms A1 beeinflusst werden. Vorteilhaft ist bei weiteren Ausführungsformen wegen der vergleichsweise kurzen Pulsdauer bzw. Pulsbreiten PB keine Reduktion der Lebensdauer der Koronaelektrode 112 durch gegebenenfalls gemäß manchen Ausführungsformen erhöhten Koronaströmen zu erwarten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird für die Pulspausen PP zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen 1, 2 ein Wert gewählt, der größer oder gleich einer typischen Transitzeit t_t (6) der betrachteten Partikel durch den Raumbereich des elektrischen Felds 114' der Koronaentladung 114 ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Pulspause PP daher vorteilhaft in Abhängigkeit einer aktuellen Abgasgeschwindigkeit bzw. Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms A1 gewählt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor 100, 100a dazu ausgebildet ist, eine erste Größe zu ermitteln und/oder von einer externen Einheit zu empfangen, wobei die erste Größe eine Geschwindigkeit der Partikel P (1) in dem Fluidstrom A1 charakterisiert. Dadurch kann der Betrieb des Partikelsensors und/oder der Partikelaufladeeinrichtung besonders genau gesteuert und/oder geregelt werden, insbesondere an die Geschwindigkeit der Partikel in dem Fluidstrom A1 bzw. die Abgasgeschwindigkeit vex, vergleiche auch Bezugszeichen A2 gemäß 3, angepasst werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Partikelsensor bzw. die Partikelaufladeeinrichtung 110 und/oder eine ihm bzw. ihr zugeordnete Steuereinrichtung selbst die erste Größe ermitteln. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen kann der Partikelsensor bzw. die Partikelaufladeeinrichtung und/oder eine ihm bzw. ihr zugeordnete Steuereinrichtung die erste Größe von der externen Einheit empfangen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann es sich bei der externen Einheit beispielsweise um ein Steuergerät des Zielsystems handeln, beispielsweise um ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, in dessen Abgastrakt der Partikelsensor einsetzbar ist.
8 zeigt hierzu schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Steuereinrichtung 1100 gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 1100 dazu ausgebildet sein, den Betrieb der Partikelaufladeeinrichtung 110 aus 1 zu steuern. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 1100 dazu ausgebildet sein, die Koronaelektrode 112 mit dem gepulsten Ansteuersignal ASC beaufschlagen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 1100 dazu ausgebildet, die Koronaelektrode 112 im Sinne des gepulsten Ansteuersignals ASC mit einem entsprechenden zeitlichen Verlauf einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms zu versorgen.
Die Steuereinrichtung 1100 weist wenigstens eine Recheneinrichtung 1102 auf, wenigstens eine der Recheneinrichtung 1102 zugeordnete Speichereinrichtung 1104 zur zumindest zeitweisen Speicherung eines Computerprogramms PRG, wobei das Computerprogramm PRG insbesondere zur Steuerung des Betriebs der Partikelaufladeeinrichtung 110 ausgebildet ist. Unter Steuerung des Computerprogramms PRG kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen beispielsweise das Verfahren gemäß den Ausführungsformen realisiert werden, insbesondere auch die Ermittlung einer für die Ansteuerung der Koronaelektrode 112 zu verwendenden Pulsbreite PB und/oder Pulspause PP und/oder Pulsamplitude PA.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Recheneinrichtung 1102 wenigstens eines der folgenden Elemente auf: einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, einen digitalen Signalprozessor (DSP), einen programmierbaren Logikbaustein (z.B. FPGA, field programmable gate array), einen ASIC (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis), eine Hardwareschaltung. Kombinationen hieraus sind bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch denkbar.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Speichereinrichtung 1104 wenigstens eines der folgenden Elemente auf: einen flüchtigen Speicher 1104a, insbesondere Arbeitsspeicher (RAM), einen nichtflüchtigen Speicher 1104b, insbesondere Flash-EEPROM. Bevorzugt ist das Computerprogramm PRG in dem nichtflüchtigen Speicher 1104b abgelegt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 1100 dazu ausgebildet, die vorstehend bereits beschriebene erste Größe G1, die die Geschwindigkeit der Partikel P in dem Fluidstrom A1 bzw. die Abgasgeschwindigkeit charakterisiert, zu ermitteln. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinrichtung 1100 dazu ausgebildet sein, die erste Größe G1 von einer externen Einheit 300, beispielsweise einem Steuergerät für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, in dessen Abgastrakt Z (3) der Partikelsensor 100, 100a gemäß den Ausführungsformen eingesetzt wird, zu empfangen. Die Steuereinrichtung 1100 kann die erste Größe G1 beispielsweise zumindest zeitweise in dem Arbeitsspeicher 1104a speichern.
Ein Datenaustausch mit der externen Einheit 300 kann beispielsweise über eine vorzugweise bidirektionale Datenschnittstelle 1106 erfolgen. Eine Ansteuerung der Koronaelektrode 112 mit dem gepulsten Ansteuersignal ASC kann beispielsweise über eine Steuerschnittstelle 1108 erfolgen, die eine entsprechende elektrische Spannung und/oder einen entsprechenden elektrischen Strom für die Ansteuerung der Koronaelektrode 114 bereitstellen kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Partikelsensor 100, 100a dazu ausgebildet ist, wenigstens eines der folgenden Elemente in Abhängigkeit der ersten Größe zu ermitteln: a) eine minimale Pulsbreite PB (5) der Pulse 1, 2 des Ansteuersignals ASC, b) eine maximale Pulsbreite der Pulse des Ansteuersignals, c) eine minimale Pulspause PP zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Ansteuersignals, d) eine maximale Pulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Ansteuersignals, e) eine Pulsamplitude bzw. einen Koronastrom, wobei insbesondere der Partikelsensor dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode 112 in Abhängigkeit des ermittelten Elements (also zum Beispiel mit der in Abhängigkeit der ersten Größe G1 ermittelten minimalen und/oder maximalen Pulsbreite PB und/oder minimalen und/oder maximalen Pulspause PP und/oder Pulsamplitude PA) anzusteuern. Dadurch kann ein Betrieb des Partikelsensors 100, 100a und/oder der Partikelaufladeeinrichtung 110 besonders genau angepasst werden an die Geschwindigkeit der Partikel P in dem Fluidstrom A1, also beispielsweise an eine aktuelle Abgasgeschwindigkeit vex einer Brennkraftmaschine, der der Partikelsensor zugeordnet ist.
Beispielsweise kann bei vergleichsweise geringen Abgasgeschwindigkeiten vex (entsprechend einem vergleichsweise geringem Wert der ersten Größe G1) eine maximale Pulsbreite PB des Ansteuersignals ASC für die Koronaelektrode 112 zur Erzeugung der Koronaentladung 114 vergleichsweise klein gewählt werden, weil sich die mittels der Partikelaufladeeinrichtung 110 elektrisch aufzuladenden Partikel vergleichsweise lange in dem Einflussbereich des elektrischen Felds 114' der Koronaelektrode 112 aufhalten, wodurch sie unerwünscht stark abgelenkt werden könnten. Optional kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen in diesen Fällen der Koronastrom gegebenenfalls über einen Nennwert hinaus erhöht werden, um trotz der vergleichsweise kleinen Pulsbreite PB eine ausreichende Ionisierung bzw. elektrische Aufladung der Partikel zu ermöglichen.
Im Gegensatz hierzu kann bei vergleichsweise großen Abgasgeschwindigkeiten vex eine maximale Pulsbreite PB des Ansteuersignals für die Koronaelektrode zur Erzeugung der Koronaentladung vergleichsweise groß gewählt werden, weil sich die Partikel vergleichsweise kurz in dem Einflussbereich des elektrischen Felds der Koronaelektrode aufhalten, sodass sie hierdurch weniger stark abgelenkt werden können. Dementsprechend kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen in solchen Fällen der Koronastrom beispielsweise auf den vorstehend schriebenen Nennwert oder einen geringeren Wert eingestellt werden, weil aufgrund der größeren Pulsbreite PB erhöhten Transitzeit eine zuverlässige elektrische Aufladung der Partikel gewährleistet ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors 100, 100a, insbesondere gemäß den Ausführungsformen. 7A zeigt hierzu schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm. In dem Schritt 200 beaufschlagt der Partikelsensor 100, 100a die Koronaelektrode 112 mit einem gepulsten Ansteuersignal ASC (5). In dem nachfolgenden optionalen Schritt 202 kann beispielsweise eine Ermittlung von Informationen betreffend die aufgeladenen Partikel P' durch die optionale Senoreinheit 120 erfolgen, beispielsweise mittels des Influenzprinzips und/oder mittels des escaping-current-Prinzips und/oder mittels eines anderen Prinzips, das auf ein Auswertung von elektrisch aufgeladenen Partikeln P' beruht.
7B zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. In Schritt 210 ermittelt der Partikelsensor (z.B. mittels der Steuereinrichtung 1100, 8) die erste Größe G1, die die Geschwindigkeit der Partikel P in dem Fluidstrom A1 charakterisiert. Alternativ oder ergänzend erhält der Partikelsensor die erste Größe G1 in Schritt 210 von einer externen Einheit 300 (8). In Schritt 212 (7B) ermittelt (bzw. berechnet bzw. bildet) der Partikelsensor das Ansteuersignal ASC, insbesondere den zeitlichen Verlauf des Ansteuersignals ASC, in Abhängigkeit der ersten Größe G1. Alternativ oder ergänzend kann in Schritt 212 die Ermittlung des Ansteuersignals ASC in Abhängigkeit einer interessierenden Partikelgröße bzw. Partikelmasse erfolgen. In dem nachfolgenden, optionalen Schritt 214 erfolgt eine Ansteuerung der Koronaelektrode 112 mit dem gepulsten Ansteuersignal ASC, das zuvor in Schritt 212 ermittelt worden ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Partikelsensors gemäß den Ausführunsgformen und/oder des Verfahrens gemäß den Ausführunsgformen zur Ermittlung von Informationen bezüglich Partikeln P (z.B. Partikelkonzentration, Partikelanzahl) in einem Abgasstrom A1, A2 einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper ausgebildeten Partikeln P (z.B. Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln P (z.B. Aerosol) verwendet werden.
Manche bevorzugte Ausführungsformen ermöglichen die folgenden Vorteile: kein bzw. ein geringeres Trapping von kleinen Partikeln im Bereich der Koronaentladung 114, keine bzw. eine geringere Abhängigkeit der Aufladung der Partikel P von der Abgasgeschwindigkeit vex. Das Prinzip gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft ein besonders präzises und gleichmäßiges elektrisches Aufladen der Partikel P.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Partikelsensor insbesondere im Bereich von Partikelfiltern für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselpartikelfiltern (DPF) und/oder Benzinpartikelfiltern (Gasoline particle filter, GPF), verwendet werden, insbesondere zur Realisierung einer Diagnose, beispielsweise On-Board Diagnose (OBD).

Claims

Partikelsensor (100; 100a) mit einer Partikelaufladeeinrichtung (110) zum Aufladen von Partikeln (P) in einem Fluidstrom (A1), wobei die Partikelaufladeeinrichtung (110) eine Koronaelektrode (112) zur Erzeugung einer Koronaentladung (114) aufweist, und wobei der Partikelsensor (100; 100a) dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode (112) mit einem gepulsten Ansteuersignal (ASC) zu beaufschlagen.
Partikelsensor (100; 100a) nach Anspruch 1, wobei das Ansteuersignal (ASC) Pulse (1, 2) mit einer maximalen Pulsbreite (PB) von 100 Millisekunden, ms, oder weniger aufweist.
Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ansteuersignal (ASC) Pulse (1, 2) mit einer maximalen Pulsbreite (PB) von 10 ms oder weniger aufweist, vorzugsweise 3 ms oder weniger.
Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine minimale Pulsbreite (PB) der Pulse (1, 2) des Ansteuersignals (ASC) 10 Mikrosekunden, µs, oder mehr beträgt.
Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine minimale Pulsbreite (PB) der Pulse (1, 2) des Ansteuersignals (ASC) 100 µs oder mehr beträgt, vorzugsweise 1000 µs oder mehr.
Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Pulspause (PP) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen (1, 2) des Ansteuersignals (ASC) größer ist als eine Durchflugzeit von Partikeln durch eine Aufladungszone im Bereich (114') der Koronaentladung (114).
Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Partikelsensor (100; 100a) dazu ausgebildet ist, eine erste Größe (G1) zu ermitteln und/oder von einer externen Einheit (300) zu empfangen, wobei die erste Größe (G1) eine Geschwindigkeit der Partikel (P) in dem Fluidstrom (A1) charakterisiert.
Partikelsensor (100; 100a) nach Anspruch 7, wobei der Partikelsensor (100; 100a) dazu ausgebildet ist, wenigstens eines der folgenden Elemente in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) zu ermitteln (210): a) eine minimale Pulsbreite (PB) der Pulse (1, 2) des Ansteuersignals (ASC), b) eine maximale Pulsbreite (PB) der Pulse (1, 2) des Ansteuersignals (ASC), c) eine minimale Pulspause (PP) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen (1, 2) des Ansteuersignals (ASC), d) eine maximale Pulspause (PP) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen (1, 2) des Ansteuersignals (ASC), wobei insbesondere der Partikelsensor (100; 100a) dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode (112) in Abhängigkeit des ermittelten Elements anzusteuern (214).
Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Partikelsensor (100; 100a) eine Senoreinheit (120) zur Ermittlung von Informationen über geladene Partikel (P') aufweist, wobei insbesondere die Senoreinheit (120) dazu ausgebildet ist, die Informationen über geladene Partikel (P') mittels des Influenzprinzips und/oder mittels des escaping-current-Prinzips zu ermitteln.
Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors (100; 100a) mit einer Partikelaufladeeinrichtung (110) zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom (A1), wobei die Partikelaufladeeinrichtung (110) eine Koronaelektrode (112) zur Erzeugung einer Koronaentladung (114) aufweist, wobei der Partikelsensor (100; 100a) die Koronaelektrode (112) mit einem gepulsten Ansteuersignal (ASC) beaufschlagt (200).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ansteuersignal (ASC) Pulse (1, 2) mit einer maximalen Pulsbreite (PB) von 100 Millisekunden, ms, oder weniger aufweist, insbesondere 10 ms oder weniger, vorzugsweise 3 ms oder weniger, und/oder wobei eine minimale Pulsbreite (PB) der Pulse (1, 2) des Ansteuersignals (ASC) 10 Mikrosekunden, µs, oder mehr beträgt, insbesondere 100 µs oder mehr, vorzugsweise 1000 µs oder mehr.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei der Partikelsensor (100; 100a) eine erste Größe (G1) ermittelt (210) und/oder von einer externen Einheit (300) empfängt (210), wobei die erste Größe (G1) eine Geschwindigkeit der Partikel (P) in dem Fluidstrom (A1) charakterisiert, wobei insbesondere der Partikelsensor (100; 100a) das Ansteuersignal (ASC), insbesondere einen zeitlichen Verlauf des Ansteuersignals (ASC), in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) ermittelt (212).
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein Koronastrom, mit dem die Koronaelektrode (112) für die Erzeugung der Koronaentladung (114) versorgt wird, in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit (vex) des Fluidstroms (A1) und/oder einer bzw. der Pulsbreite (PB) und/oder in Abhängigkeit einer Pulspause (PP) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen (1, 2) vorgegeben bzw. eingestellt wird.