EP3877746A1 - Partikelsensor und betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Partikelsensor und betriebsverfahren hierfür

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Publication number
EP3877746A1
EP3877746A1 EP19787230.2A EP19787230A EP3877746A1 EP 3877746 A1 EP3877746 A1 EP 3877746A1 EP 19787230 A EP19787230 A EP 19787230A EP 3877746 A1 EP3877746 A1 EP 3877746A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
particle
particle sensor
control device
corona
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19787230.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andy Tiefenbach
Christopher Henrik SCHITTENHELM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3877746A1 publication Critical patent/EP3877746A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the disclosure relates to a particle sensor with a particle charging device for charging particles in a fluid stream flowing in the area of the particle sensor.
  • the disclosure further relates to an operating method for such a particle sensor.
  • Preferred embodiments relate to a particle sensor with a particle charging device for charging particles in a fluid stream flowing in the area of the particle sensor, the particle charging device having at least one corona electrode for generating a corona discharge, the particle sensor having a control device which is designed to do this to apply at least one corona electrode with a variable electrical potential. This advantageously provides the possibility of using different particle charging devices
  • Operating states of a target system for the particle sensor e.g. a
  • Exhaust system of an internal combustion engine can be adapted or a measurement accuracy of the particle sensor can be increased.
  • the fluid flow can be an exhaust gas flow from an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the particles are soot particles, such as those generated in the course of combustion of fuel by an internal combustion engine.
  • the particle sensor has a
  • Base body or a substrate element is particularly preferred
  • Base body formed from an essentially planar ceramic substrate.
  • the base body can, for example, be essentially cuboid
  • the particle charging device is preferably on a first one
  • Particle charger by generating a corona discharge an electrical charge of particles or particles in general, e.g. also of gases from the fluid flow or exhaust gas flow in a room around the
  • Corona electrode On the one hand, particles are charged directly when flowing through a space in the area of the first surface in which the corona discharge takes place. On the other hand, particles are charged via charged particles of the gas or exhaust gas stream, the gas or exhaust gas stream being charged directly when flowing through the space in the region of the high-voltage electrode. Overall, this improves the effectiveness of the charging.
  • the corona electrode has at least one needle-shaped area or tip.
  • the particle charging device has a counter electrode to the corona electrode.
  • a counter electrode is understood to mean an electrode which is different from the corona electrode and which can be acted upon with a different electrical potential with respect to the corona electrode.
  • the counter electrode to the corona electrode can be connected to a reference potential, such as a ground potential, for example, or it can be fixed to a reference potential
  • the corona electrode can have a positive or negative electrical potential applied to the counter electrode.
  • the counterelectrode is particularly preferably likewise arranged on the first surface, which results in a particularly simple construction and efficient manufacture of the particle sensor.
  • the counter electrode is particularly preferably completely on the first
  • Particle charger at least one further electrode, e.g. has the counter-electrode to the corona electrode already mentioned above, the control device being designed to carry out the at least one
  • Corona electrode and the at least one further electrode e.g.
  • corona tension hereinafter also referred to as "corona tension”.
  • Control device is designed to change a polarity of the changeable electrical potential and / or the changeable electrical voltage. This results in further degrees of freedom for the operation of the particle sensor.
  • Control device is designed to receive first data from at least one external unit and to change the electrical potential or the electrical voltage, in particular corona voltage, as a function of the first data.
  • the external unit can be a control unit of an internal combustion engine, in whose exhaust system the particle sensor is used.
  • the particle sensor has at least one sensor electrode
  • Control device is designed to evaluate a signal from the sensor electrode, and / or wherein the particle sensor has at least one ion trap, in particular in the form of a trapezoidal electrode, the control device being designed to provide the ion trap with a predeterminable (possibly also temporally variable) electrical potential or to apply a predeterminable electrical voltage.
  • the control device can advantageously simultaneously provide a changeable corona voltage or one effect the corresponding changeable potential for the corona electrode and evaluate the other parameters of the particle sensor mentioned or
  • Control device is designed to act on the corona electrode at least temporarily with a DC voltage of different magnitude, for example in the form of a stepped DC voltage, with a respective amount corresponding to a step of the stepped DC voltage
  • DC voltage is set for a predeterminable time, and in further preferred embodiments the same or different predefinable times can be provided for different DC voltage levels.
  • Control device is designed to act on the corona electrode at least temporarily with a voltage which changes at least approximately linearly over time.
  • a desired gradient (measure of the change in voltage over time) can be set.
  • Control device is designed to apply a pulsed voltage to the corona electrode at least temporarily.
  • the particle charging device At least one
  • Corona electrode for generating a corona discharge
  • the particle sensor having a control device, wherein the control device acts on the at least one corona electrode with a variable electrical potential.
  • Particle charging device has at least one further electrode, the control device acting on the at least one corona electrode and the at least one further electrode with a variable electrical voltage.
  • Control device receives first data from at least one external unit and changes the electrical potential or the corona voltage depending on the first data.
  • Further preferred embodiments relate to the use of at least one particle sensor according to the embodiments and / or at least one method according to the embodiments for determining a number of particles of different sizes in the fluid flow.
  • FIG. 1 schematically shows a side view of a first embodiment of the particle sensor according to the invention
  • FIG. 13 schematically shows a simplified flow diagram of a method according to further preferred embodiments.
  • FIG. 1 schematically shows a side view of a first embodiment of the particle sensor 100 according to the invention.
  • the particle sensor 100 has a preferably planar base body 102, which is formed, for example, by a substrate made of an electrically non-conductive material, such as, for example
  • the base body 102 has a vertical thickness in FIG. 1, which is preferably smaller, in particular significantly smaller (for example by at least approximately 80% smaller) than a length extending along the x-axis and smaller than one perpendicular in FIG. 1 Ready area extending to the drawing plane.
  • the particle sensor 100 has a particle charging device 110
  • Particle charger 110 has at least one corona electrode 1 12 for generating a corona discharge C. Furthermore, the particle sensor 100 has a control device 120 which is designed to apply a variable electrical potential to the at least one corona electrode 112, cf. the supply line 121a. This advantageously provides the possibility of operating the particle charging device 110 at least at times with different corona voltages Uc, as a result of which charging of particles can be influenced. In this way, the operation of the particle charging device 110 or the particle sensor 100 can advantageously be based on different operating states of a target system for the
  • Particle sensor 100 e.g. an exhaust system of an internal combustion engine
  • Particle sensor 100 can be adapted or a measurement accuracy of the particle sensor 100 can be increased.
  • the fluid flow A1 can be an exhaust gas flow from an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the particles can be soot particles, such as those that arise during the combustion of fuel by an internal combustion engine.
  • Particle charger 110 by generating the corona discharge C an electrical charge of particles or generally particles, e.g. also of gases from the fluid flow A1 or exhaust gas flow in a room around the corona discharge C
  • particles are directly at the Flowing through a space located in the area of the surface 102a in which the corona discharge C takes place.
  • particles are charged via charged particles of the gas or exhaust gas stream A1, the gas or exhaust gas stream A1 being charged directly when flowing through the space in the region of the high-voltage electrode 1 12. Overall, this improves the effectiveness of the charging.
  • a preferred one
  • the corona electrode 1 12 has at least one needle-shaped area or tip 1 12 ′.
  • the particle charging device 110 has an optional counter electrode 114 to the corona electrode 112.
  • a counter electrode is understood to mean an electrode which is different from the corona electrode 112 and which can be acted upon with a different electrical potential with respect to the corona electrode 112, cf. the optional supply line 121 b.
  • the counter electrode 114 to the corona electrode 112 can have a reference potential such as, for example
  • Ground potential are set or be firmly connected to a circuit node having the reference potential.
  • the corona electrode 1 12 can be acted upon by the control device 120 at least temporarily with a positive or negative electrical potential with respect to the counter electrode.
  • the counterelectrode 114 is also particularly preferably arranged on the surface 102a, which results in a particularly simple construction and efficient manufacture of the particle sensor 100.
  • Particle charger at least one further electrode, e.g. the above-mentioned counter electrode 1 14 to the corona electrode 112, wherein the control device 120 is designed to control the at least one corona electrode 1 12 and the at least one further electrode 1 14 (for example counter electrode) with a variable electrical voltage Uc, which also below is referred to as "corona tension".
  • the control device 120 is designed to control the at least one corona electrode 1 12 and the at least one further electrode 1 14 (for example counter electrode) with a variable electrical voltage Uc, which also below is referred to as "corona tension".
  • Control device 120 is designed to polarity of the changeable electrical potential and / or the changeable electrical voltage Uc to change. This results in further degrees of freedom for the operation of the particle sensor 100.
  • Control device 120 is designed to receive first data D1 from at least one optional external unit 200 and to change the electrical potential or the electrical voltage Uc as a function of the first data D1.
  • the external unit 200 may be one
  • Act control unit of an internal combustion engine in whose exhaust system the particle sensor 100 is used.
  • Control device 120 and external unit 200 can be implemented, for example, via a CAN bus and / or a comparable data connection.
  • Particle sensor 100 has at least one optional sensor electrode 130, the control device 120 in particular being designed to evaluate a signal S1 from the sensor electrode 130, for example in order to determine a number and / or concentration of particles (in particular charged by means of the particle charging device 110).
  • the control device 120 in particular being designed to evaluate a signal S1 from the sensor electrode 130, for example in order to determine a number and / or concentration of particles (in particular charged by means of the particle charging device 110).
  • the at least one is preferred
  • Sensor electrode 130 is also arranged on the surface 102a of the substrate 102.
  • Particle sensor 100 has at least one optional ion trap 140, in particular in the form of a trapezoidal electrode, the control device 120 in particular being designed to apply a predeterminable electrical potential or a predeterminable electrical voltage to the ion trap 140.
  • the optional trapezoidal electrode 140 is provided for deflecting charged particles of the fluid flow A1, which, for example, by means of the
  • Particle charger 1 10 have been generated further upstream with respect to fluid flow A1.
  • trapezoidal electrode 140 For example, trapezoidal electrode 140,
  • Fluid flow A1 are deflected or "captured” so that it does not close of the optional sensor electrode 130 arranged further downstream.
  • control device 120 can advantageously provide a
  • the sensor electrode 130 is provided for acquiring information S1 about an electrical charge current, which is caused by charged particles from the fluid flow A1.
  • these can be particles which have been electrically charged further upstream with respect to the fluid flow A1 by means of the particle charging device 110 or by means of the corona discharge C generated by them.
  • the sensor electrode 130 enables e.g. by means of a measurement of the charge influence caused by the
  • Charged particles flowing past sensor electrode 130 is effected, the determination of a concentration of the charged particles in the fluid stream A1.
  • the fluid flow A1 can be an exhaust gas flow from an internal combustion engine (not shown).
  • the particles can be soot particles, such as those that arise during the combustion of fuel by an internal combustion engine.
  • the so-called “escaping current” principle can be used to measure a charge current of the charged particles.
  • the complete system containing the particle sensor 100 can preferably be isolated from the outside (in particular, this makes the counter electrode 1 14 of the corona electrode 1 12 and any optional counter electrode for the trapeze electrode “virtual”), and an electrical current is measured , which the charged particles in the form of their electrical charge from the otherwise electrically isolated and therefore Remove the closed System 100.
  • the electrical current under consideration flows from the corona electrode 112 through the corona discharge C into the counter electrode 114, and the trapeze electrode 140 or its counter electrode, not shown here, traps the remaining ions.
  • the current generated by the charged particles must be added to the counter electrode 114 again so that its electrical potential remains constant. It is known as the "escaping current” and is a measure of the concentration of charged particles.
  • an electrically conductive element (not shown) can be used as the counter electrode for the trapeze electrode 140.
  • a metal sheet can be provided, which is arranged (against) above the surface 102a.
  • a protective tube surrounding the particle sensor 100 (not shown in FIG. 1) made of an electrically conductive material or with an electrically conductive surface which is present at least in sections serves as a counter electrode for the optional trapeze electrode 130.
  • FIG. 2 schematically shows the arrangement of the particle sensor 100 according to FIG. 1 in a target system Z, which in the present case is an exhaust tract of an internal combustion engine, for example a motor vehicle.
  • a target system Z which in the present case is an exhaust tract of an internal combustion engine, for example a motor vehicle.
  • Exhaust gas flow is designated in the present case with the reference symbol A2. Also shown is a protective tube arrangement composed of two tubes R1, R2 arranged concentrically to one another, the particle sensor 100 being arranged in the inner tube R1 in such a way that its surface 102a runs essentially parallel to a longitudinal axis LA of the inner tube R1. Due to the
  • Exhaust gas flow A2 causes a fluid flow P1 or A1 out of the inner tube R1 in FIG. 2 in the vertical direction upwards.
  • the further arrows P2, P3, P4 indicate the continuation of this fluid flow caused by the Venturi effect through an intermediate space between the two tubes R1, R2 to the surroundings of the protective tube arrangement.
  • the arrangement shown in FIG. 2 results in a comparatively uniform overflow of the particle sensor 100 or its first surface 102a aligned along the fluid flow A1, which enables efficient detection of particles located in the fluid flow A1, P1.
  • the particle sensor 100 is protected from direct contact with the main exhaust gas stream A2.
  • the elements 100, R1, R2 thus advantageously provide a sensor device 1000 for determining a particle concentration in the exhaust gas A2.
  • the reference symbol R2 indicates an optional electrical connection of the outer tube R2 and / or the inner tube R1 with a reference potential such as, for example, the ground potential, so that the tube or both tubes in question advantageously simultaneously with their fluidic conducting function as an electrical counterelectrode, for example for the optional one Trapel electrode 130 (and / or for the corona electrode 112), see FIG. 1, can be used.
  • FIG. 3 schematically shows an exhaust pipe R and parts of the sensor device 1000 according to FIG. 2 in the exhaust pipe R.
  • FIG. 3 again shows the particle sensor 100 within the protective pipe arrangement R1, R2 (FIG. 2).
  • the particle sensor 100 is thus in the protective tube arrangement
  • FIG. 4 schematically shows a further preferred configuration in which the arrangement of the corona needle 112 'on a ceramic carrier 102 can be seen, as well as the protective tubes R2, R3 already described above with reference to FIG. 2.
  • a holder 1002 is provided on the left in FIG. 4, to which the protective tubes R2, R3 and the carrier 102 can be fastened.
  • FIG. 5 schematically shows a further preferred configuration. Visible is the exhaust pipe R with particles P in the exhaust gas flow A1, the particle sensor 100, and in the present case by means of a data connection (e.g. connecting lines) 121 with the particle sensor 100 or with at least one of its components 110,
  • a data connection e.g. connecting lines
  • control device 120 can also be seen by means of a CAN bus connection 122 with the
  • Control unit 200a connected, which is, for example, a control unit of an internal combustion engine of a motor vehicle, which generates the exhaust gas flow A1.
  • Control device 120 (FIG. 1) is designed to at least temporarily apply a different amount of DC voltage to the corona electrode 112, for example in the form of a stepped DC voltage, cf. Curve K1 from FIG. 6, wherein a respective amount of the DC voltage corresponding to a step Uo, Ui, U2, U3, U 4 of the stepped DC voltage K1 is set for a predeterminable time, with others being preferred
  • Embodiments for different DC voltage levels Uo, Ui, U2, U3, U 4 the same (as shown by way of example in FIG. 6) or different (not shown) predeterminable times T01, T12, T23, T34 can be provided.
  • the polarity of the corona voltage Uc can also be changed, cf. e.g. curve K2 from FIG. 7, in which the gradation described above with reference to FIG. 6 is combined with a change in polarity.
  • Control device 120 (FIG. 1) is designed to act upon corona electrode 112 at least temporarily with a voltage that changes at least approximately linearly over time, cf. e.g. Curve K3 from FIG. 8.
  • a desired gradient (measure of the change in voltage over time, “steepness”) can be set, in particular also varied over time, cf. the
  • Control device 120 is designed to apply a pulsed voltage to the corona electrode 1 12 (FIG. 1) at least temporarily, cf. Curve K4 from FIG. 9.
  • An amount (and / or a polarity) of the voltage for the respective pulses p01, p02, p03 can be specified, for example, as a function of a respective operating point of the exhaust system or of the internal combustion engine containing the particle sensor 100 and by the control device 120 can be set.
  • FIG. 10 shows, by way of example, a further chronological course of the corona voltage predetermined by the control device 120, cf. Curve K5, in which depending on different operating points (eg signaled by the external unit 200 (FIG. 1) using the data D1) a sawtooth
  • Voltage profile with different gradients is given in certain areas, cf. the different operating points BP1, BP2, BP3.
  • FIG. 1 shows an example of a further chronological course of the corona voltage predetermined by the control device 120, cf. Curve K6, in which, depending on different operating phases BPH1, BPH2 (e.g. again signaled by the external unit 200 (FIG. 1) using the data D1), differently pulsed DC voltages are provided.
  • FIG. 12 shows a comparable embodiment with the two different ones
  • control device 120 applies a first electrical potential to the at least one corona electrode 112, and in the subsequent optional step 310, the control device 120 applies a second electrical potential to the at least one corona electrode 112, which is generated by the first potential is different.
  • FIG. 1 Further preferred embodiments relate to the use of at least one particle sensor 100 according to the embodiments and / or at least one method according to the embodiments for determining a number of particles of different sizes in the fluid stream A1 (FIG. 1).
  • the principle according to the embodiments advantageously enables a targeted variation of the corona voltage Uc, in particular when the particle sensor 100 is in operation, as a result of which a precision in determining a number or concentration of the particles can be increased compared to conventional systems.
  • the particle sensor 100 can e.g. be used to determine soot mass in the exhaust tract of an internal combustion engine, e.g. to
  • the particles P to be measured have different sizes in the range of e.g. a few nanometers (nm) to typically about 300 nm and carry different positive or negative, natural electrical charges or are neutral.
  • the collective of these particles P has a size distribution and a charge distribution which depend on many boundary conditions: from an operating point of the internal combustion engine which generates the exhaust gas stream A1, from an application of this internal combustion engine, from the type and operation of the exhaust gas aftertreatment components used, such as Catalysts on the exhaust side, for example are arranged in front of a particle filter, the aging of this entire facility and other points such as the ambient temperature.
  • Sub-areas i.e. defined sub-areas from the total area of the particle collective to be recorded, e.g. determine the number of small particles in the range from 1 nm to 23 nm or the range above from 23 nm to 40 nm, etc. This can advantageously be achieved by at least temporarily varying the corona voltage Uc or the electrical potential with which the corona electrode 112 is applied.
  • Embodiments e.g. a certain voltage profile can be specified in a controlled manner, cf. e.g. the exemplary curves K1, K2, K3 from Fig. 6, 7, 8, or it can even be dependent on predetermined boundary conditions e.g.
  • VCU vehicle control unit
  • Corona voltage Uc (Fig. 1) can be adjusted in height and / or polarity, particularly depending on e.g. of certain operating states BP1, BP2 (Fig.
  • This information can be signaled to the control device 120, for example, by means of the first data D1 (FIG. 1), which thereupon shows the height and / or polarity of the
  • Corona voltage Uc can set or change.
  • a selective, preferred electrical loading of the particles P (FIG. 5) as a function of the size / diameter / surface and pre-loading is made from the
  • Combustion process enables.
  • This defined variation in the electrical loading conditions enables the size distribution of the particles to be measured selectively in further preferred embodiments. This then makes it possible, for example, to determine the transmission behavior or the efficiency of a particle filter in a size-selective manner, which significantly improves
  • legislators could also set particle number limit values for internal combustion engines in a size-selective manner, for example, to require targeted monitoring of particularly harmful particles in a certain size window, i.e. a defined sub-area of the particle collective, in particular the small particles based on the available knowledge, e.g. by specifying a specific one Limit for that particular Size class.
  • Such monitoring can also be carried out efficiently using the principle according to the embodiments.
  • Determination of signals S1 by the measuring electrodes 130 takes place quickly (i.e. with a high measuring rate) or in real time, the corona voltage Uc preferably being varied during a phase of constant operating conditions of the exhaust gas stream A1 or of the vehicle generating the exhaust gas stream A1 or of the internal combustion engine , e.g. for recording e.g. 3 or more specific size classes from the collective, cf. for example curve K5 from FIG. 10.
  • Sensing electrodes 130 are then e.g. compared with results from a previous measurement under similar operating conditions or with corresponding values, e.g. are stored in a model, e.g. was determined for a limit filter.
  • the measuring time for a certain size class of particles can be extended, in particular during constant operating conditions, in order to increase the accuracy by averaging.
  • Fuel injection processes are realized, e.g. if in certain
  • a possible change in the transmission behavior of the particle filter in this size range can be ensured, for example by the evaluation the temporal behavior of the change.
  • Adaptation e.g. the combustion process parameters of the internal combustion engine are carried out in order to counteract this drift, that is to say to compensate for this.
  • an optional ion trap 140 placed downstream of the corona electrode 1 12, in which, if applicable, also a variation of the operating voltage at certain
  • a time profile of the potential of the corona electrode 112 or the corona voltage Uc can be specified, for example in accordance with a predefinable time pattern, that is to say in a controlled manner.
  • a coupling of the corona voltage Uc to current operating conditions of those generating the exhaust gas flow A1 can also be preferred
  • Engine control unit 200, 200a are provided in the form of the first data D1.
  • time ranges with constant operating conditions of the internal combustion engine are used in order to set successive voltage jumps of different magnitude and / or polarity for the corona voltage Uc during such time ranges (for example operating phase BPH1, BPH2 from FIG. 11), which means, for example, different size classes all particles P can be detected.
  • the length (duration) of the voltage jumps and their time intervals are specifically set.
  • the particle sensor 100 measures quasi in real time (e.g. Detection and evaluation of the signal S1 of the sensor electrode 130, for example
  • control device 120 preferably also by means of the control device 120), preferably short, constant operating phases BPH1, BPH2 of e.g. just a few seconds for a precise determination of particle numbers or particle concentrations of different particle size classes.
  • the amount of corona voltage Uc can typically be in the range from several 100 volts (V) to several kV (kilovolts).
  • the corona voltage Uc can e.g. are generated directly by or in the control device 120 or by an external voltage source which can be controlled by means of the control device 120 in the sense of the principle according to the embodiments.
  • the adaptation or variation of the corona voltage Uc specifically controls a unipolar diffusion charge for ionizing existing, gaseous air or exhaust gas components, and thus the resultant from the combustion process
  • Charge carrier distribution of the particle collective P to be measured which ultimately arrives at the relevant measuring point, typically behind a particle filter, is deliberately disrupted or changed.
  • the measured current (signal S1, Fig. 1) or a certain detected amount of charge over a certain period of time at a certain operating point for different values of the corona voltage is determined and compared with each other or compared with previous conditions in analog operating conditions. Alternatively or additionally, a comparison is made with values that e.g. have been determined for a limit filter or a new filter and are stored in a map or model.
  • a desired plasma can be set by a specific adaptation of the corona voltage according to magnitude and polarity, ie either a negative or positive corona C, for example nitrogen can be ionized in a targeted manner or oxygen which is in a subsequent step, transfer their loads to certain particles and adjust the resulting load in a targeted manner.
  • a number of the ions generated is controlled with a certain value over the duration of the applied non-vanishing corona voltage.
  • the existing charge carrier distribution of the collective of particles P can thus be deliberately disrupted. This disturbance of the present size distribution can occur in the entire conceivable range, i.e. that all particles have taken up their maximum possible negative charge or have taken up their maximum possible positive charge, as well as all mixed forms of differently charged states or partially charged states and also states with a certain proportion on electrically neutral particles, whereby this can preferably be done depending on the size, that is to say showing or hiding specific size ranges. Neutral particles are not detected by the downstream measuring electrode 130.
  • the optional trapeze electrode 140 (Fig. 1), which forms the ion trap, can also be operated with a variable adjustable voltage supply, e.g. to specifically eliminate electrically charged particles up to a certain size from the fluid flow A1 (“measurement flow”).
  • a variable adjustable voltage supply e.g. to specifically eliminate electrically charged particles up to a certain size from the fluid flow A1 (“measurement flow”).

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Abstract

Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem im Bereich des Partikelsensors strömenden Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Korona-Entladung aufweist, wobei der Partikelsensor eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Koronaelektrode mit einem veränderbarenelektrischen Potential zu beaufschlagen.

Description

Beschreibung
Titel
Partikelsensor und Betriebsverfahren hierfür
Stand der Technik
Die Offenbarung betrifft einen Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem im Bereich des Partikelsensors strömenden 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 im Bereich des Partikelsensors strömenden Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine Koronaelektrode zur Erzeugung einer Korona-Entladung aufweist, wobei der Partikelsensor eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Koronaelektrode mit einem veränderbaren elektrischen Potential zu beaufschlagen. Dadurch ist vorteilhaft die Möglichkeit gegegeben, die Partikelaufladeeinrichtung mit unterschiedlichen
Koronaspannungen zu betreiben, wodurch eine Aufladung von Partikeln beeinflusst werden kann. Vorteilhaft kann auf diese Weise der Betrieb der Partikelaufladeeinrichtung bzw. des Partikelsensors an unterschiedliche
Betriebszustände eines Zielsystems für den Partikelsensor (z.B. ein
Abgassystem einer Brennkraftmaschine) angepasst werden bzw. es kann eine Messgenauigkeit des Partikelsensors gesteigert werden.
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.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Partikelsensor einen
Grundkörper bzw. ein Substratelement auf. Besonders bevorzugt ist der
Grundkörper aus einem im wesentlichen planaren Keramiksubstrat gebildet. Der Grundkörper kann beispielsweise eine im Wesentlichen quaderförmige
Grundform mit einer Breite und einer Länge aufweisen, wobei eine
Höhenabmessung bezüglich der Breite und der Länge vergleichsweise klein ist. Weiter ist die Partikelaufladeeinrichtung bevorzugt auf einer ersten
Außenoberfläche des Grundkörpers angeordnet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ermöglicht die
Partikelaufladeeinrichtung durch die Erzeugung einer Korona-Entladung eine elektrische Aufladung von Partikeln oder allgemein Teilchen, z.B. auch von Gasen, aus dem Fluidstrom bzw. Abgasstrom in einem Raum um die
Koronaelektrode. Damit werden zum einen Partikel direkt beim Durchströmen eines im Bereich der ersten Oberfläche befindlichen Raumes geladen, in dem die Korona-Entladung stattfindet. Zum anderen werden Partikel über aufgeladene Teilchen des Gas- bzw. Abgasstroms geladen, wobei der Gas- bzw. Abgasstrom direkt beim Durchströmen des Raumes im Bereich der Hochspannungselektrode geladen wurde. Dies verbessert insgesamt die Wirksamkeit der Aufladung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Koronaelektrode wenigstens einen nadelförmigen Bereich bzw. eine Spitze auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Partikelaufladeeinrichtung eine Gegenelektrode zu der Koronaelektrode auf. Unter einer Gegenelektrode wird vorliegend eine von der Koronaelektrode verschiedene Elektrode verstanden, welche mit einem bezüglich der Koronaelektrode unterschiedlichen elektrischen Potenzial beaufschlagbar ist. Beispielsweise kann die Gegenelektrode zu der Koronaelektrode auf ein Bezugspotenzial wie beispielsweise ein Massepotenzial gelegt werden bzw. fest mit einem das Bezugspotenzial aufweisenden
Schaltungsknotenpunkt verbunden sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Koronaelektrode mit einem positiven oder negativen elektrischen Potenzial gegenüber der Gegenelektrode beaufschlagt sein. Besonders bevorzugt ist bei einer weiteren Ausführungsform die Gegenelektrode ebenfalls auf der ersten Oberfläche angeordnet, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau und eine effiziente Fertigung des Partikelsensors ergibt.
Besonders bevorzugt ist die Gegenelektrode vollständig auf der ersten
Oberfläche angeordnet.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine weitere Elektrode, z.B. die vorstehend bereits erwähnte Gegenelektrode zu der Koronaelektrode, aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine
Koronaelektrode und die wenigstens eine weitere Elektrode (z.B.
Gegenelektrode) mit einer veränderbaren elektrischen Spannung, die
nachstehend auch als„Koronaspannung“ bezeichnet wird, zu beaufschlagen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Polarität des veränderbaren elektrischen Potentials und/oder der veränderbaren elektrischen Spannung zu ändern. Dadurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade für den Betrieb des Partikelsensors.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, erste Daten von wenigstens einer externen Einheit zu empfangen und das elektrische Potential bzw. die elektrische Spannung, insbesondere Koronaspannung, in Abhängigkeit der ersten Daten zu ändern. Beispielsweise kann es sich bei der externen Einheit um ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine handeln, in deren Abgassystem der Partikelsensor eingesetzt wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass a) der Partikelsensor wenigstens eine Sensorelektrode aufweist, wobei die
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Signal der Sensorelektrode auszuwerten, und/oder wobei der Partikelsensor wenigstens eine lonenfalle, insbesondere in Form einer Trapelektrode, aufweist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die lonenfalle mit einem vorgebbaren (ggf. auch zeitlich veränderlichem) elektrischen Potenzial bzw. einer vorgebbaren elektrischen Spannung zu beaufschlagen. Dadurch kann die Steuereinrichtung vorteilhaft gleichzeitig die Bereitstellung einer veränderbaren Koronaspannung bzw. eines entsprechenden veränderbaren Potentials für die Koronaelektrode bewirken sowie die weiteren genannten Größen des Partikelsensors auswerten bzw.
bereitstellen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode zumindest zeitweise mit einer Gleichspannung unterschiedlichen Betrags zu beaufschlagen, beispielsweise in Form einer gestuften Gleichspannung, wobei ein jeweiliger einer Stufe der gestuften Gleichspannung entsprechender Betrag der
Gleichspannung für eine vorgebbare Zeit eingestellt wird, wobei bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen für unterschiedliche Gleichspannungsstufen gleiche oder unterschiedliche vorgebbare Zeiten vorgesehen werden können.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode zumindest zeitweise mit einer sich zumindest in etwa linear über der Zeit ändernden Spannung zu beaufschlagen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann hierbei beispielsweise ein gewünschter Gradient (Maß der zeitlichen Änderung der Spannung) eingestellt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode zumindest zeitweise mit einer pulsförmigen Spannung zu beaufschlagen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum
Aufladen von Partikeln in einem im Bereich des Partikelsensors strömenden Fluidstrom, wobei die Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine
Koronaelektrode zur Erzeugung einer Korona-Entladung aufweist, wobei der Partikelsensor eine Steuereinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung die wenigstens eine Koronaelektrode mit einem veränderbaren elektrischen Potential beaufschlagt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine weitere Elektrode aufweist, wobei die Steuereinrichtung die wenigstens eine Koronaelektrode und die wenigstens eine weitere Elektrode mit einer veränderbaren elektrischen Spannung beaufschlagt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung erste Daten von wenigstens einer externen Einheit empfängt und das elektrische Potential bzw. die Koronaspannung in Abhängigkeit der ersten Daten ändert.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung wenigstens eines Partikelsensors gemäß den Ausführungsformen und/oder wenigstens eines Verfahrens gemäß den Ausführungsformen zur Ermittlung einer Anzahl von Partikeln unterschiedlicher Größen in dem Fluidstrom.
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:
Figur 1 schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelsensors,
Figur 2,
3, 4, 5 schematisch jeweils die Anordnung des Partikelsensors gemäß
Figur 1 in einem Zielsystem,
Figur 6 bis
12 jeweils schematisch einen zeitlichen Verlauf von Betriebsgrößen bevorzugter Ausführungsformen, und
Figur 13 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen. Figur 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelsensors 100. Der Partikelsensor 100 weist einen bevorzugt planaren Grundkörper 102 auf, der beispielsweise durch ein Substrat aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie beispielsweise einem
Keramikwerkstoff, gebildet sein kann. Vorliegend weist der Grundkörper 102 eine in Fig. 1 vertikale Dicke auf, welche bevorzugt kleiner, insbesondere wesentlich kleiner (z.B. um wenigstens etwa 80% kleiner) ist als eine sich entlang der x- Achse erstreckende Länge und kleiner als eine sich in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene erstreckende Bereite.
Der Partikelsensor 100 weist eine Partikelaufladeeinrichtung 1 10 zum
elektrischen Aufladen von Partikeln auf, die sich in einem im Bereich des Partikelsensors 100 strömenden Fluidstrom A1 befinden, wobei die
Partikelaufladeeinrichtung 110 wenigstens eine Koronaelektrode 1 12 zur Erzeugung einer Korona-Entladung C aufweist. Weiter weist der Partikelsensor 100 eine Steuereinrichtung 120 auf, die dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Koronaelektrode 112 mit einem veränderbaren elektrischen Potential zu beaufschlagen, vgl. die Versorgungsleitung 121a. Dadurch ist vorteilhaft die Möglichkeit gegegeben, die Partikelaufladeeinrichtung 110 zumindest zeitweise mit unterschiedlichen Koronaspannungen Uc zu betreiben, wodurch eine Aufladung von Partikeln beeinflusst werden kann. Vorteilhaft kann auf diese Weise der Betrieb der Partikelaufladeeinrichtung 1 10 bzw. des Partikelsensors 100 an unterschiedliche Betriebszustände eines Zielsystems für den
Partikelsensor 100 (z.B. ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine) angepasst werden bzw. es kann eine Messgenauigkeit des Partikelsensors 100 gesteigert werden.
Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom A1 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.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ermöglicht die
Partikelaufladeeinrichtung 110 durch die Erzeugung der Korona-Entladung C eine elektrische Aufladung von Partikeln oder allgemein Teilchen, z.B. auch von Gasen, aus dem Fluidstrom A1 bzw. Abgasstrom in einem Raum um die
Koronaelektrode 112. Damit werden zum einen Partikel direkt beim Durchströmen eines im Bereich der Oberfläche 102a befindlichen Raumes geladen, in dem die Korona-Entladung C stattfindet. Zum anderen werden Partikel über aufgeladene Teilchen des Gas- bzw. Abgasstroms A1 geladen, wobei der Gas- bzw. Abgasstrom A1 direkt beim Durchströmen des Raumes im Bereich der Hochspannungselektrode 1 12 geladen wurde. Dies verbessert insgesamt die Wirksamkeit der Aufladung. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform weist die Koronaelektrode 1 12 wenigstens einen nadelförmigen Bereich bzw. eine Spitze 1 12‘ auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Partikelaufladeeinrichtung 110 eine optionale Gegenelektrode 1 14 zu der Koronaelektrode 1 12 auf. Unter einer Gegenelektrode wird vorliegend eine von der Koronaelektrode 112 verschiedene Elektrode verstanden, welche mit einem bezüglich der Koronaelektrode 1 12 unterschiedlichen elektrischen Potenzial beaufschlagbar ist, vgl. die optionale Versorgungsleitung 121 b. Beispielsweise kann die Gegenelektrode 1 14 zu der Koronaelektrode 112 auf ein Bezugspotenzial wie beispielsweise ein
Massepotenzial gelegt werden bzw. fest mit einem das Bezugspotenzial aufweisenden Schaltungsknotenpunkt verbunden sein. Bei weiteren
Ausführungsformen kann die Koronaelektrode 1 12 zumindest zeitweise durch die Steuereinrichtung 120 mit einem positiven oder negativen elektrischen Potenzial gegenüber der Gegenelektrode beaufschlagt sein.
Besonders bevorzugt ist bei einer weiteren Ausführungsform die Gegenelektrode 1 14 ebenfalls auf der Oberfläche 102a angeordnet, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau und eine effiziente Fertigung des Partikelsensors 100 ergibt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelaufladeeinrichtung wenigstens eine weitere Elektrode, z.B. die vorstehend bereits erwähnte Gegenelektrode 1 14 zu der Koronaelektrode 112, aufweist, wobei die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Koronaelektrode 1 12 und die wenigstens eine weitere Elektrode 1 14 (z.B. Gegenelektrode) mit einer veränderbaren elektrischen Spannung Uc, die nachstehend auch als„Koronaspannung“ bezeichnet wird, zu beaufschlagen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, eine Polarität des veränderbaren elektrischen Potentials und/oder der veränderbaren elektrischen Spannung Uc zu ändern. Dadurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade für den Betrieb des Partikelsensors 100.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, erste Daten D1 von wenigstens einer optionalen externen Einheit 200 zu empfangen und das elektrische Potential bzw. die elektrische Spannung Uc in Abhängigkeit der ersten Daten D1 zu ändern. Beispielsweise kann es sich bei der externen Einheit 200 um ein
Steuergerät einer Brennkraftmaschine handeln, in deren Abgassystem der Partikelsensor 100 eingesetzt wird. Eine Datenverbindung zwischen der
Steuereinrichtung 120 und der externen Einheit 200 kann beispielsweise über einen CAN-Bus und/oder eine vergleichbare Datenverbindung erfolgen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der
Partikelsensor 100 wenigstens eine optionale Sensorelektrode 130 aufweist, wobei insbesondere die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, ein Signal S1 der Sensorelektrode 130 auszuwerten, beispielsweise um eine Anzahl und/oder Konzentration von (insbesondere mittels der Partikelaufladeenirichtung 1 10 geladenen) Partikeln zu ermitteln. Bevorzugt ist die wenigstens eine
Sensorelektrode 130 ebenfalls auf der Oberfläche 102a des Substrats 102 angeordnet.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der
Partikelsensor 100 wenigstens eine optionale lonenfalle 140, insbesondere in Form einer Trapelektrode, aufweist, wobei insbesondere die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, die lonenfalle 140 mit einem vorgebbaren elektrischen Potenzial bzw. einer vorgebbaren elektrischen Spannung zu beaufschlagen.
Die optionale Trapelektrode 140 ist zum Ablenken geladener Teilchen der Fluidströmung A1 vorgesehen, die beispielsweise mittels der
Partikelaufladeeinrichtung 1 10 weiter stromaufwärts bezüglich der Fluidströmung A1 erzeugt worden sind. Beispielsweise kann die Trapelektrode 140,
insbesondere durch die Steuereinrichtung 120, mit demselben (oder einem anderen) elektrischen Potenzial beaufschlagt werden, wie die Koronaelektrode 1 12, vgl. die Versorgungsleitung 121c. Besonders vorteilhaft können durch die Trapelektrode 140 geladene Teilchen, insbesondere Ionen, aus der
Fluidströmung A1 abgelenkt bzw.„eingefangen“ werden, sodass diese nicht zu der weiter stromabwärts angeordneten, optionalen Sensorelektrode 130 gelangen.
Durch die vorstehenden optionalen Maßnahmen 130, 140, 121c, S1 kann die Steuereinrichtung 120 vorteilhaft gleichzeitig die Bereitstellung einer
veränderbaren Koronaspannung bzw. eines entsprechenden veränderbaren Potentials für die Koronaelektrode 112 bewirken sowie die weiteren genannten Größen des Partikelsensors auswerten (Signal S1 ) bzw. bereitstellen (Spannung für die Trapelektrode 140).
Die Sensorelektrode 130 ist zur Erfassung von Informationen S1 über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen, der durch aufgeladene Partikel aus dem Fluidstrom A1 verursacht wird. Beispielsweise kann es sich dabei um Partikel handeln, die mittels der Partikelaufladeeinrichtung 1 10 bzw. mittels der durch sie erzeugten Koronaentladung C weiter stromaufwärts bezüglich der Fluidströmung A1 elektrisch aufgeladen worden sind. Bevorzugt gelangen nur vergleichsweise schwere geladene Partikel in Richtung stromabwärts zu der Sensorelektrode 130, weil wie vorstehend bereits beschrieben vergleichsweise leichte geladene Teilchen wie beispielsweise Ionen durch die optionale Trapelektrode 140 abgelenkt bzw. eingefangen werden. Dadurch ermöglicht die Sensorelektrode 130 z.B. im Wege einer Messung der Ladungsinfluenz, die durch an der
Sensorelektrode 130 vorbeiströmende geladene Partikel bewirkt wird, die Bestimmung einer Konzentration der geladenen Partikel in dem Fluidstrom A1. Beispielsweise kann es sich wie bereits erwähnt bei dem Fluidstrom A1 um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen.
Bei weiteren Ausführungsformen ist es denkbar, keine optionale Sensorelektrode 130 vorzusehen. Bei diesen Erfindungsvarianten kann das sogenannte„escaping current“ - Prinzip zur Messung eines Ladungsstroms der geladenen Partikel genutzt werden. Hierzu kann bevorzugt das komplette, den Partikelsensor 100 enthaltende, System nach außen isoliert werden (insbesondere wird hierdurch die Gegenelektrode 1 14 der Koronaelektrode 1 12 und eine gegebenenfalls vorhandene, optionale Gegenelektrode für die Trapelektrode„virtuell“), 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 100 heraustragen. Beispielsweise fließt der betrachtete elektrische Strom von der Koronaelektrode 112 durch die Korona-Entladung C in die Gegenelektrode 1 14, und die Trapelektrode 140 bzw. ihre hier nicht gezeichnete Gegenelektrode fangen die übrigen Ionen. Der Strom, welcher von den geladenen Partikeln erzeugt wird, muss der Gegenelektrode 114 wieder hinzugefügt werden, damit ihr elektrisches Potential konstant bleibt. Er wird als „escaping current“ bezeichnet und ist ein Maß für die Konzentration von aufgeladenen Partikeln.
Bei der in Figur 1 abgebildeten Ausführungsform kann als Gegenelektrode für die Trapelektrode 140 ein elektrisch leitfähiges Element (nicht gezeigt),
beispielsweise ein Blech, vorgesehen sein, welches (gegen)über der Oberfläche 102a angeordnet ist. Bei manchen Ausführungsformen kann z.B. ein den Partikelsensor 100 umgebendes Schutzrohr (nicht in Figur 1 gezeigt) aus einem elektrisch leitfähigen Material bzw. mit einer zumindest abschnittsweise vorhandenen elektrisch leitfähigen Oberfläche als Gegenelektrode für die optionale Trapelektrode 130 dienen.
Figur 2 zeigt schematisch die Anordnung des Partikelsensors 100 gemäß Figur 1 in einem Zielsystem Z, bei dem es sich vorliegend um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs handelt. Eine
Abgasströmung ist vorliegend mit dem Bezugszeichen A2 bezeichnet. Ebenfalls abgebildet ist eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren R1 , R2, wobei der Partikelsensor 100 so in dem inneren Rohr R1 angeordnet ist, dass seine Oberfläche 102a im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse LA des inneren Rohres R1 verläuft. Aufgrund der
unterschiedlichen Längen und der Anordnung der Rohre R1 , R2 relativ zu einander ergibt sich durch den Venturi-Effekt ein Sog, bei dem die
Abgasströmung A2 eine Fluidströmung P1 bzw. A1 aus dem inneren Rohr R1 heraus in Figur 2 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 Figur 2 abgebildete Anordnung eine vergleichsweise gleichmäßige Überströmung des Partikelsensors 100 bzw. dessen entlang der Fluidströmung A1 ausgerichteter erster Oberfläche 102a bewirkt, was eine effiziente Erfassung von in der Fluidströmung A1 , P1 befindlichen Partikeln ermöglicht. Darüber hinaus wird der Partikelsensor 100 vor einem direkten Kontakt mit dem Haupt- Abgasstrom A2 geschützt. Somit ist durch die Elemente 100, R1 , R2 vorteilhaft eine Sensoreinrichtung 1000 zur Bestimmung einer Partikelkonzentration in dem Abgas A2 angegeben.
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 optionale Trapelektrode 130 (und/oder für die Koronaelektrode 1 12), vergleiche Figur 1 , verwendbar sind.
Figur 3 zeigt schematisch ein Abgasrohr R und Teile der Sensoreinrichtung 1000 gemäß Figur 2 in dem Abgasrohr R. Insbesondere ist aus Figur 3 wiederum der Partikelsensor 100 innerhalb der Schutzrohranordnung R1 , R2 (Fig. 2) ersichtlich. Der Partikelsensor 100 ist so in der Schutzrohranordnung
ausgerichtet, dass sich seine Oberfläche 102a entlang der x-Achse erstreckt, wohingegen die Strömungsrichtung des Abgases A2 in dem Abgasrohr R parallel zu der y-Achse ausgerichtet ist.
Figur 4 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Konfiguration, bei der die Anordnung der Koronanadel 112‘ auf einem keramischen Träger 102 ersichtlich ist, sowie die bereits vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebene Schutzrohre R2, R3. In Figur 4 links ist eine Halterung 1002 vorgesehen, an der die Schutzrohre R2, R3 und der Träger 102 befestigbar sind.
Figur 5 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Konfiguration. Ersichtlich ist das Abgasrohr R mit Partikeln P in dem Abgasstrom A1 , der Partikelsensor 100, und die vorliegend mittels Datenverbindung (z.B. Verbindungsleitungen) 121 mit dem Partikelsensor 100 bzw. mit wenigstens einer seiner Komponenten 110,
1 12, 1 14, 130, 140 verbundene Steuereinrichtung 120. Weiter ersichtlich ist die Steuereinrichtung 120 mittels einer CAN-Busverbindung 122 mit dem
Steuergerät 200a verbunden, bei dem es sich beispielsweise um ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handelt, die den Abgasstrom A1 erzeugt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung 120 (Fig. 1 ) dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode 112 zumindest zeitweise mit einer Gleichspannung unterschiedlichen Betrags zu beaufschlagen, beispielsweise in Form einer gestuften Gleichspannung, vgl. Kurve K1 aus Fig. 6, wobei ein jeweiliger einer Stufe Uo, Ui, U2, U3, U4 der gestuften Gleichspannung K1 entsprechender Betrag der Gleichspannung für eine vorgebbare Zeit eingestellt wird, wobei bei weiteren bevorzugten
Ausführungsformen für unterschiedliche Gleichspannungsstufen Uo, Ui, U2, U3, U4 gleiche (wie beispielhaft in Fig. 6 abgebildet) oder unterschiedliche (nicht abgebildet) vorgebbare Zeiten T01 , T12, T23, T34 vorgesehen werden können.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind auch Wechsel der Polarität der Koronaspannung Uc (Fig. 1 ) möglich, vgl. z.B Kurve K2 aus Fig. 7, bei der die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschriebene Stufung mit einem Polaritätswechsel kombiniert ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung 120 (Fig. 1 ) dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode 112 zumindest zeitweise mit einer sich zumindest in etwa linear über der Zeit ändernden Spannung zu beaufschlagen, vgl. z.B. Kurve K3 aus Fig. 8. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann hierbei beispielsweise ein gewünschter Gradient (Maß der zeitlichen Änderung der Spannung,„Steilheit“) eingestellt werden, insbesondere auch zeitlich variiert werden, vgl. die
Zeitbereiche T1 , T2.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode 1 12 (Fig. 1 ) zumindest zeitweise mit einer pulsförmigen Spannung zu beaufschlagen, vgl. Kurve K4 aus Fig. 9. Ein Betrag (und/oder eine Polarität) der Spannung für die jeweiligen Pulse p01 , p02, p03 kann beispielsweise in Abhängigkeit eines jeweiligen Betriebspunkts des Abgassystems bzw. der den Partikelsensor 100 enthaltenden Brennkraftmaschine vorgegeben und durch die Steuereinrichtung 120 eingestellt werden.
Figur 10 zeigt beispielhaft einen weiteren durch die Steuereinrichtung 120 vorgegebenen zeitlichen Verlauf der Koronaspannung, vgl. Kurve K5, bei dem in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebspunkten (z.B. signalisiert durch die externe Einheit 200 (Fig. 1 ) mittels der Daten D1 ) ein sägezahnartiges
Spannungsprofil mit bereichsweise unterschiedlichen Steigungen vorgegeben ist, vgl. die verschiedenen Betriebspunkte BP1 , BP2, BP3.
Figur 1 1 zeigt beispielhaft einen weiteren durch die Steuereinrichtung 120 vorgegebenen zeitlichen Verlauf der Koronaspannung, vgl. Kurve K6, bei dem in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsphasen BPH1 , BPH2 (z.B. wiederum signalisiert durch die externe Einheit 200 (Fig. 1 ) mittels der Daten D1 ) unterschiedlich gepulste Gleichspannungen vorgesehen werden. Figur 12 zeigt eine vergleichbare Ausführungsform mit den beiden unterschiedlichen
Betriebsphasen BPH1‘, BPH2‘, wobei zusätzlich zu dem Spannungsverlauf nach Fig. 1 1 noch ein Wechsel der Polarität des Spannungsverlaufs K7 zwischen den Betriebsphasen BPH1‘, BPH2‘ vorgesehen ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors 100 (Fig. 1 ), vgl. das Flussdiagramm nach Fig. 13. In Schritt 300 beaufschlagt die Steuereinrichtung 120 die wenigstens eine Koronaelektrode 112 mit einem ersten elektrischen Potential, und in den nachfolgenden optionalen Schritt 310 beaufschlagt die Steuereinrichtung 120 die wenigstens eine Koronaelektrode 112 mit einem zweiten elektrischen Potential, das von dem ersten Potential verschieden ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung wenigstens eines Partikelsensors 100 gemäß den Ausführungsformen und/oder wenigstens eines Verfahrens gemäß den Ausführungsformen zur Ermittlung einer Anzahl von Partikeln unterschiedlicher Größen in dem Fluidstrom A1 (Fig. 1 )·
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft eine gezielte Variation der Koronaspannung Uc insbesondere im Betrieb des Partikelsensors 100, wodurch einen Präzision bei der Ermittlung einer Anzahl bzw. Konzentration der Partikel gegenüber konventionellen Systemen gesteigert werden kann.
Generell kann der Partikelsensor 100 z.B. zur Rußmassenbestimmung im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine genutzt werden, z.B. zur
Überwachung von Diesel-Partikelfiltern oder vergleichbare Partikelfilter für Benzin-betriebene Fahrzeuge. Nachteilig an konventionellen Systemen ist insbesondere, dass prinzipbedingt die elektrische Ladung einer vergleichsweise geringen Anzahl an kleinen, aber unterschiedlich großen, Partikeln gemessen wird, was sehr kleine Messströme (z.B. Signal S1 der Sensorelektrode 130) zur Folge hat.
Insbesondere weisen die zu messenden Partikel P (Fig. 5) unterschiedliche Größen im Bereich von z.B. wenigen Nanometern (nm) bis typischerweise etwa 300 nm auf und tragen unterschiedliche positive oder negative, natürliche elektrische Ladungen oder sind neutral. Das Kollektiv dieser Partikel P weist Untersuchungen der Anmelderin zufolge eine Größenverteilung und eine Ladungsverteilung auf, welche von vielen Randbedingungen abhängen: von einem Betriebspunkt der Verbrennungsmaschine die den Abgasstrom A1 erzeugt, von einer Applikation dieser Verbrennungsmaschine, von der Art und dem Betrieb der eingesetzten Abgasnachbehandlungskomponenten wie Katalysatoren, die abgasseitig z.B. vor einem Partikelfilter angeordnet sind, von der Alterung dieser gesamten Einrichtung und weiteren Punkten wie z.B. der Umgebungstemperatur.
All diese Einflüsse wirken sich negativ auf die Genauigkeit der konventionellen Partikelsensoren aus und können bei den bekannten Ansätzen nicht bzw. ggf. nur mit extrem hohen applikativen Aufwand und dann auch nur teilweise kompensiert werden.
Weiterhin wird bei den bekannten System immer nur das gesamte Kollektiv der Partikel P als Summensignal erfasst, und es lässt sich insbesondere nicht für einen bestimmten, eingeschränkten Größenbereich von Partikeln die entsprechende Anzahl von Partikeln selektiv bestimmen. Insbesondere zur direkten Überwachung von Partikelfiltern von Fahrzeugen mit
Benzin-Verbrennungsmotor, wo die Anzahl kleiner Partikel von besonderer Relevanz ist, bieten die bekannten Systeme daher bisher keine geeignete Lösung.
Das vorstehend beispielhaft anhand der Fig. 1 bis Fig. 13 beschriebene Prinzip gemäß den Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft, die genannten
Einflussfaktoren auf die Genauigkeit einer Messung von Partikeln zu kompensieren und somit die Signalqualität zu erhöhen. Weiterhin lassen sich unter Anwendung des Prinzips gemäß den Ausführungsformen nicht nur eine Partikelanzahl für das Kollektiv aller auftretenden Partikel P detektieren, sondern selektiv eine oder mehrere bestimmte Größenanzahlverteilungen in
Teilbereichen, also definierte Teilbereiche aus dem Gesamtbereich des zu erfassenden Partikelkollektivs, z.B. die Anzahl der Kleinstpartikel im Bereich von 1 nm bis 23 nm oder der Bereich darüber von 23 nm bis 40 nm, usw. ermitteln. Dies kann vorteilhaft durch zumindest zeitweise Variation der Koronaspannung Uc bzw. des elektrischen Potentials bewirkt werden, mit dem die Koronaelektrode 1 12 beaufschlagt wird.
Besonders vorteilhaft kann unter Anwendung des Prinzips gemäß den
Ausführungsformen z.B. ein bestimmtes Spannungsprofil gesteuert vorgegeben werden, vgl. z.B. die beispielhaften Verläufe K1 , K2, K3 aus Fig. 6, 7, 8, öder es kann sogar abhängig von vorgegebenen Randbedingungen z.B.
von einem Fahrzeugsteuergerät (VCU) 200, 200a die aktuell anliegende
Koronaspannung Uc (Fig. 1 ) in der Höhe und/oder der Polarität anpasst werden, insbesondere abhängig z.B. von bestimmten Betriebszuständen BP1 , BP2 (Fig.
9) des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine. Diese Informationen können der Steuereinrichtung 120 beispeislweise mittels der ersten Daten D1 (Fig. 1 ) signalisiert werden, die daraufhin die Höhe und/oder Polarität der
Koronaspannung Uc einstellen bzw. ändern kann.
Somit wird bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine selektive, bevorzugte elektrische Beladung der Partikel P (Fig. 5) in Abhängigkeit der Größe / Durchmesser / Oberfläche und Vorbeladung aus dem
Verbrennungsprozess ermöglicht. Durch diese definierte Variation der elektrischen Beladungsbedingungen kann die Größenverteilung der Partikel bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen selektiv gemessen werden. Dies erlaubt dann z.B., das Transmissionsverhalten bzw. den Wirkungsgrad eines Partikelfilters größenselektiv zu ermitteln, was eine deutlich verbesserte
Überwachungsfunktion bzw. -tiefe darstellt.
Weiterhin könnten Partikelanzahlgrenzwerte für Brennkraftmaschinen seitens eines Gesetzgebers auch größenselektiv vorgegeben werden um z.B. eine gezielte Überwachung besonders schädlicher Partikel in einem bestimmten Größenfenster, also einem definierten Teilbereich des Partikelkollektivs, nach den vorliegenden Erkenntnisse insbesondere die kleinen Partikel, zu fordern, z.B. durch die Vorgabe eines bestimmten Grenzwertes für diese bestimmte Größenklasse. Auch eine derartige Überwachung ist effizient ausführbar unter Anwendung des Prinzips gemäß den Ausführungsformen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann eine Messung bzw.
Ermittlung von Signalen S1 durch die Messelektroden 130 schnell (also mit einer hohen Messrate) bzw. in Echtzeit erfolgen, wobei vorzugsweise während einer Phase von konstanten Betriebsbedingungen des Abgasstroms A1 bzw. des den Abgasstrom A1 erzeugenden Fahrzeugs bzw. der Verbrennungskraftmaschine die Koronaspannung Uc variiert wird, z.B. zur Erfassung von z.B. 3 oder mehr bestimmte Größenklassen aus dem Kollektiv, vgl. beispielsweise die Kurve K5 aus Fig. 10.
Die jeweils gemessenen Ströme oder Ladungsmengen (Signal S1 ) der
Erfassungselektroden 130 werden bei weiteren Ausführungsformen dann z.B. verglichen mit Ergebnissen aus einer vorangegangen Messung bei ähnlichen Betriebsbedingungen oder mit entsprechenden Werten, die z.B. in einem Modell hinterlegt sind, welches z.B. für einen Grenz-Filter ermittelt wurde. Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere während konstanter Betriebsbedingungen die Messzeit für eine bestimmte Größenklasse von Partikeln verlängert werden, um durch Mittelung die Genauigkeit zu erhöhen.
Besonders vorteilhaft erweist sich das Prinzip gemäß den Ausführungsformen zur selektiven Detektion der Anzahl von bestimmten kleinen Partikeln. Somit kann das Prinzip gemäß den Ausführungsformen nicht nur z.B. für die
Überwachung von Diesel-Partikelfiltern sondern insbesondere auch von vergleichbaren Filtern von Fahrzeugen mit Benzin-Verbrennungsmotor in besonders effektiver Weise genutzt werden, sowie für viele andere
Anwendungsfelder.
Unter Anwendung des Prinzips gemäß den Ausführungsformen können ferner eine Erkennung von Alterung / Drift von Prozessen / Komponenten, z.B.
Kraftstoff-Einspritzvorgänge realisiert werden, z.B. wenn in bestimmten
Größenbereichen unter bestimmten sich wiederholenden Betriebsbedingungen bzw. Phasen Änderungen in der Anzahl in einem oder mehreren, bestimmten Größenbereichen auftreten und dabei eine Abgrenzung zu
einem etwaigen veränderten Transmissionsverhalten des Partikelfilters in diesem Größenbereich sichergestellt werden kann, z.B. durch die Bewertung des zeitlichen Verhaltens der Änderung.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann auf Basis einer erkennbaren Drift in einem vorbestimmten Größenbereich von Partikeln ferner eine
Anpassung z.B. der Verbrennungsprozessparameter der Brennkraftmaschine vorgenommen werden, um dieser Drift entgegen zu wirken, diese also zu kompensieren.
Ferner kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine stromabwärts der Koronaelektrode 1 12 platzierte optionale lonenfalle 140 (Fig. 1 ), bei welcher Ggf. ebenfalls eine Variation der Betriebsspannung bei bestimmten
Betriebspunkten vorgenommen wird, eingesetzt werden. Somit lässt sich eine Korrelation zu dem vorstehend beschriebenen Ansatz hersteilen, um die
Signalschärfe weiter zu erhöhen, z.B. um die Hintergrundbeladung der Partikel zu reduzieren, indem größenselektiv Partikel aus dem Fluidstrom A1 genommen (also mittels der lonenfalle 140 gefangen) werden.
Wie vorstehend bereits beschrieben, kann ein zeitlicher Verlauf des Potentials der Koronaelektrode 1 12 bzw. der Koronaspannung Uc, beispielsweise einem vorgebbaren zeitlichen Muster entsprechend, also gesteuert, vorgegeben werden. Weiter bevorzugt kann eine Kopplung der Koronaspannung Uc an aktuelle Betriebsbedingungen der den Abgasstrom A1 erzeugenden
Verbrennungskraftmaschine bzw. der Abgasanlage vorgenommen werden, also der zeitliche Verlauf der Koronaspannung Uc z.B. in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsbedingungen bzw. Betriebsparametern der den Abgasstrom A1 erzeugenden Brennkraftmaschine vorgegeben werden, die z.B. über das
Motorsteuergerät 200, 200a in Form der ersten Daten D1 bereitgestellt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, Zeitbereiche mit konstanten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine auszunutzen, um während solcher Zeitbereiche (z.B. Betriebsphase BPH1 , BPH2 aus Fig. 11 ) nacheinander folgende Spannungssprünge unterschiedlicher Höhe und/oder Polarität für die Koronaspannung Uc einzustellen, wodurch z.B. unterschiedliche Größenklassen aus der Gesamtheit aller Partikel P detektierbar sind. Dabei werden z.B. weiterhin die Länge (Zeitdauer) der Spannungssprünge und deren zeitliche Abstände gegeneinander gezielt eingestellt. Da der Partikelsensor 100 bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen quasi in Echtzeit misst (z.B. Erfassung und Auswertung des Signals S1 der Sensorelektrode 130, z.B.
bevorzugt auch mittels der Steuereinrichtung 120), reichen bevorzugt kurze, konstante Betriebsphasen BPH1 , BPH2 von z.B. wenigen Sekunden schon aus für eine präzise Ermittlung von Partikelanzahlen bzw. Partikelkonzentrationen unterschiedlicher Partikelgrößenklassen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Koronaspannung Uc betragsmäßig typischerweise im Bereich von mehreren 100 Volt (V) bis mehreren kV (Kilovolt) liegen. Die Koronaspannung Uc kann z.B. direkt durch die bzw. in der Steuereinrichtung 120 erzeugt werden oder durch eine externe Spannungsquelle, die mittels der Steuereinrichtung 120 im Sinne des Prinzips gemäß den Ausführungsformen steuerbar ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird durch die Anpassung bzw. Variation der Koronaspannung Uc eine unipolare Diffusionsaufladung zur Ionisierung von vorhandenen, gasförmigen Luft- oder Abgasbestandteilen gezielt gesteuert und somit die aus dem Verbrennungsprozess resultierende
Ladungsträgerverteilung des zu messenden Partikelkollektivs P, welches letztlich an der relevanten Messstelle, typischerweise hinter einem Partikelfilter, ankommt, gezielt gestört bzw. verändert. An den nachfolgenden
Erfassungselektroden 130 wird der gemessene Strom (Signal S1 , Fig. 1 ) bzw. eine bestimmte erfasste Ladungsmenge über eine bestimmte Zeitdauer bei einem bestimmten Betriebspunkt für verschiedene Werte der Koronasspannung ermittelt und gegeneinander verglichen bzw. mit vorangegangen Zuständen bei analogen Betriebsbedingungen verglichen. Alternativ oder zusätzlich erfolgt ein Vergleich mit Werten, die z.B. für einen Grenz-Filter oder neuwertigen Filter ermittelt wurden und in einem Kennfeld oder Modell hinterlegt sind.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge ist die Wahrscheinlichkeit zur Aufnahme von Ladungsträgern der Partikel u.a. größenabhängig und abhängig von der vorhandenen Beladung der Partikel P. Weiterhin kann es eine Rolle spielen, welche Luft- oder Abgasmoleküle in welcher Form ionisiert werden, und wie hoch deren Anzahl ist. Durch eine gezielte Anpassung der Koronaspannung nach Betrag und Polarität lässt sich bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ein gewünschtes Plasma einstellen, also entweder eine negative oder positive Korona C, z.B. kann gezielt Stickstoff ionisiert werden oder Sauerstoff, welche in einem nachgelagerten Schritt ihre Ladungen auf bestimmte Partikel übertragen und deren resultierende Beladung gezielt einstellen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird eine Anzahl der erzeugten Ionen über die Dauer der angelegten nichtverschwindenden Koronaspannung mit einem bestimmten Wert gesteuert. Die vorhandene Ladungsträgerverteilung des Kollektivs der Partikel P kann also gezielt gestört werden. Diese Störung der vorliegenden Größenverteilung kann im gesamten denkbaren Bereich erfolgen, also dass alle Partikel ihre maximal mögliche negative Ladung aufgenommen haben oder ihre maximal mögliche positive Ladung aufgenommen haben, sowie alle Mischformen von unterschiedlich geladenen Zuständen bzw. teilgeladenen Zuständen und auch Zustände mit einem bestimmten Anteil an elektrisch neutralen Partikeln, wobei dies bevorzugt größenabhängig erfolgen kann, also gezieltes Ein- bzw. Ausblenden bestimmter Größenbereiche. Neutrale Partikel werden nicht durch die nachgelagerte Messelektrode 130 erfasst.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die optionale Trapelektrode 140 (Fig. 1 ), die die lonenfalle bildet, ebenfalls mit einer variablen einstellbaren Spannungsversorgung betrieben werden, z.B. um gezielt elektrisch geladene Partikel bis zu einer bestimmten Größe aus dem Fluidstrom A1 („Messstrom“) zu eliminieren. Insoweit gelten die vorstehend Ausführungen bezüglich des
Potentials bzw. der Koronaspannung für die Trapelektrode 140 entsprechend.

Claims

Ansprüche
1. Partikelsensor (100) mit einer Partikelaufladeeinrichtung (110) zum
Aufladen von Partikeln (P) in einem im Bereich des Partikelsensors (100) strömenden Fluidstrom (A1 ), wobei die Partikelaufladeeinrichtung (1 10) wenigstens eine Koronaelektrode (1 12) zur Erzeugung einer Korona- Entladung (C) aufweist, wobei der Partikelsensor (100) eine
Steuereinrichtung (120) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Koronaelektrode (112) mit einem veränderbaren elektrischen Potential zu beaufschlagen.
2. Partikelsensor (100) nach Anspruch 1 , wobei die
Partikelaufladeeinrichtung (1 10) wenigstens eine weitere Elektrode (1 14) aufweist, und wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Koronaelektrode (112) und die wenigstens eine weitere Elektrode (1 14) mit einer veränderbaren elektrischen Spannung (Uc) zu beaufschlagen.
3. Partikelsensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, eine Polarität des veränderbaren elektrischen Potentials und/oder der veränderbaren elektrischen Spannung zu ändern.
4. Partikelsensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, erste Daten (D1 ) von wenigstens einer externen Einheit (200) zu empfangen und das elektrische Potential bzw. die elektrische Spannung in
Abhängigkeit der ersten Daten (D1 ) zu ändern.
5. Partikelsensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei a) der Partikelsensor (100) wenigstens eine
Sensorelektrode (130) aufweist, und wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, ein Signal (S1 ) der Sensorelektrode (130) auszuwerten, und/oder wobei der Partikelsensor (100) wenigstens eine lonenfalle (140), insbesondere in Form einer Trapelektrode, aufweist, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die lonenfalle (140) mit einem vorgebbaren elektrischen Potenzial bzw. einer vorgebbaren elektrischen Spannung zu beaufschlagen.
6. Partikelsensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode (1 12) zumindest zeitweise mit einer Gleichspannung unterschiedlichen Betrags zu beaufschlagen.
7. Partikelsensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode (1 12) zumindest zeitweise mit einer sich zumindest in etwa linear über der Zeit ändernden Spannung zu beaufschlagen.
8. Partikelsensor (100) nach wenigstens einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die Koronaelektrode (1 12) zumindest zeitweise mit einer pulsförmigen Spannung zu beaufschlagen.
9. Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors (100) mit einer
Partikelaufladeeinrichtung (1 10) zum Aufladen von Partikeln in einem im Bereich des Partikelsensors (100) strömenden Fluidstrom (A1 ), wobei die Partikelaufladeeinrichtung (1 10) wenigstens eine Koronaelektrode (1 12) zur Erzeugung einer Korona-Entladung (C) aufweist, wobei der
Partikelsensor (100) eine Steuereinrichtung (120) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (120) die wenigstens eine Koronaelektrode (1 12) mit einem veränderbaren elektrischen Potential beaufschlagt (300, 310).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Partikelaufladeeinrichtung (1 10) wenigstens eine weitere Elektrode (114) aufweist, und wobei die
Steuereinrichtung (120) die wenigstens eine Koronaelektrode (1 12) und die wenigstens eine weitere Elektrode (1 14) mit einer veränderbaren elektrischen Spannung (Uc) beaufschlagt.
1 1. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (120) erste Daten (D1 ) von wenigstens einer externen Einheit (200) empfängt und das elektrische Potential in Abhängigkeit der ersten Daten (D1 ) ändert.
12. Verwendung wenigstens eines Partikelsensors (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder wenigstens eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11 zur Ermittlung einer Anzahl von Partikeln (P) unterschiedlicher Größen in dem Fluidstrom (A1 ).
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