WO2020127617A1 - Particle sensor and method for operating same - Google Patents

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WO2020127617A1
WO2020127617A1 PCT/EP2019/086142 EP2019086142W WO2020127617A1 WO 2020127617 A1 WO2020127617 A1 WO 2020127617A1 EP 2019086142 W EP2019086142 W EP 2019086142W WO 2020127617 A1 WO2020127617 A1 WO 2020127617A1
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control signal
particles
particle
asc
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PCT/EP2019/086142
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Simon Schneider
Radoslav Rusanov
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • the disclosure relates to a particle sensor with a particle charging device for charging particles in a fluid stream.
  • the disclosure further relates to an operating method for such
  • Preferred embodiments relate to a particle sensor with a particle charging device for charging particles in a fluid stream, the particle charging device having a corona electrode for generating a corona discharge, and the particle sensor being designed to apply a pulsed control signal to the corona electrode.
  • the pulsed control signal avoids an undesirably strong influence on charged particles, in particular by means of the particle charging device, of electrically charged particles.
  • Embodiments are avoided by the pulsed control signal to unnecessarily influence a trajectory of the charged particles by the corona discharge, which could possibly influence the determination of information about the charged particles or particles.
  • the control signal is particularly preferably selected in further embodiments such that individual pulses of the control signal each result in a (likewise pulsed) corona discharge in the area of the corona electrode, which however, is not maintained due to the pulsed drive signal. Rather, the named corona discharge ends when a corresponding pulse of the control signal ends.
  • an ignition frequency of the corona discharge can correspond to the pulse frequency of the pulsed control signal (and an ignition duration or burning duration of the corona discharge can generally correspond to the pulse width of individual pulses of the control signal).
  • a sufficient number of ions can advantageously be generated by means of the pulsed corona discharge in order to electrically charge particles of the fluid flow, without, however, significantly influencing a trajectory of the charged particles by the corona discharge.
  • the fluid flow 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.
  • the principle according to the embodiments can be used both for sensing and as a solid
  • trained particles e.g. soot particles, as they are contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine
  • liquid particles e.g. aerosol
  • Particle sensor has a sensor unit for determining information about charged particles, in particular about particles charged by means of the particle charging device, the sensor unit in particular being designed to determine the information about charged particles by means of the principle of influence and / or by means of the escaping current principle.
  • the sensor unit has at least one sensing electrode, which is preferably arranged downstream of the particle charging device with respect to the fluid flow. Particles which are electrically charged by means of the particle charging device move past the sensing electrode, as a result of which a corresponding electrical signal results from the sensing electrode due to influence. The signal can are evaluated in order to obtain information about a number and / or concentration of the particles or the like in the fluid stream.
  • the system containing the particle sensor or at least some components of the particle sensor can face the outside (or in relation to a target system into which the Particle sensor or the components are or will be installed) are electrically isolated, and an electrical current is measured, which the charged particles carry out in the form of their electrical charge from the otherwise electrically insulated and therefore closed system.
  • the electrical current under consideration can flow from the corona electrode through the
  • Corona discharge flows into a counter electrode, and an optional trap electrode captures remaining ions (which, for example, did not contribute to the electrical charging of particles), which were generated by the corona discharge.
  • the current which is generated by the charged particles must be added to the counterelectrode again so that their electrical potential remains constant, for example equal to a first predefinable reference potential such as the ground potential. This current is known as the "escaping current" and is a measure of the concentration of charged particles.
  • the counter electrode can therefore be e.g. can also be seen as a virtual ground electrode.
  • Particle charging device which can be used for electrically charging the particles, but the trajectory of the charged particles is not essential or to a lesser extent - compared to a stationary corona discharge.
  • Control signal has pulses with a maximum pulse width of 10 ms or less, preferably 3 ms or less. This also enables reliable electrical charging of the particles, but the trajectory of the charged particles is influenced to an even lesser extent than with larger pulse widths.
  • a minimum pulse width of the pulses of the drive signal is 10 microseconds, ps, or more. This advantageously ensures that a sufficient number of ions are generated by means of the pulsed corona discharge in order to bring about a reliable electrical charging of particles in the fluid stream.
  • a minimum pulse width of the pulses of the drive signal is 100 ps or more, preferably 1000 ps or more.
  • Pulse pause between two successive pulses of the control signal is greater than a flight time of particles through a charging zone in the area of the corona discharge.
  • Particle sensor is designed to determine a first variable and / or to receive it from an external unit, the first variable being a
  • the operation of the particle sensor and / or the particle charging device can be controlled particularly precisely, in particular adapted to the speed of the particles in the fluid flow.
  • the particle sensor or the particle charging device and / or a control device assigned to it or itself can determine the first variable.
  • the particle sensor or the particle charging device and / or a control device assigned to it or it can receive the first variable from the external unit.
  • the external unit can be, for example, a control unit of the target system, for example a control unit of an internal combustion engine of a motor vehicle, in the exhaust tract of which the particle sensor can be used.
  • Particle sensor is designed to determine at least one of the following elements depending on the first variable: a) a minimum pulse width of the pulses of the control signal, b) a maximum pulse width of the pulses of the
  • the particle sensor in particular being designed to use the corona electrode as a function of the determined element or elements
  • Velocity of the particles in the fluid flow that is, for example, to a current exhaust gas velocity of an internal combustion engine to which the particle sensor is assigned.
  • a maximum pulse width of the control signal for the corona electrode for generating the corona discharge can be chosen to be comparatively small, because the particles to be electrically charged by means of the particle charging device remain in the area of influence of the electric field for a comparatively long time the corona electrode, which could undesirably distract them.
  • a maximum pulse width of the control signal for the corona electrode for generating the corona discharge can be selected to be comparatively large because the particles are comparatively short in the area of influence of the electrical field of the corona electrode, so that they can be deflected less strongly as a result.
  • the particle charging device has a corona electrode for generating a corona discharge, the particle sensor acting on the corona electrode with a pulsed control signal.
  • the pulsed control signal has one or more pulses with a predefinable pulse width and / or predefinable pulse pauses between successive pulses, which also, e.g.
  • Control signal pulses with a maximum pulse width of 100 milliseconds, ms, or less, in particular 10 ms or less, preferably 3 ms or less, and / or wherein a minimum pulse width of the pulses of
  • Drive signal is 10 microseconds, ps, or more, especially 100 ps or more, preferably 1000 ps or more.
  • Particle sensor determines a first variable and / or receives it from an external unit, the first variable characterizing a speed of the particles in the fluid flow, the particle sensor in particular
  • Control signal in particular a time profile of the control signal, determined as a function of the first variable.
  • Corona current which is used to generate the corona electrode
  • Corona discharge is supplied as a function of a speed of the fluid flow and / or one or the pulse width and / or as a function of a pulse pause between two successive pulses.
  • Further preferred embodiments relate to the use of the particle sensor according to the embodiments and / or the method according to the embodiments to determine information relating to particles (e.g. particle concentration, number of particles) in an exhaust gas stream
  • trained particles e.g. soot particles, as they are contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine
  • liquid particles e.g. aerosol
  • Figure 1 schematically shows a side view of a particle sensor according to
  • Figure 2 schematically shows a side view of a particle sensor according to
  • FIG. 3 schematically shows the arrangement of the particle sensor according to FIG. 2
  • Figure 4 schematically shows a side view of details of a particle sensor
  • FIG. 5 schematically shows a control signal according to other preferred
  • FIG. 6 schematically shows a transit time of particles according to further preferred embodiments
  • FIG. 7A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to preferred embodiments
  • FIG. 7B schematically shows a simplified flow diagram of a method according to further preferred embodiments
  • FIG. 8 schematically shows a block diagram of a control device according to further preferred embodiments.
  • FIG. 1 schematically shows a side view of a particle sensor 100 according to preferred embodiments.
  • the particle sensor 100 has one
  • Particle charging device 110 which is designed to electrically charge particles P of a fluid stream A1, as a result of which charged particles P 'are obtained.
  • the particle charging device 110 has a corona electrode 112 for at least temporarily generating a corona discharge 114.
  • the particle sensor 100 is designed to apply a pulsed control signal ASC to the corona electrode 112, which leads to a corona discharge 114 (“pulsed corona discharge”) on the corona electrode 112 only temporarily, in particular in accordance with the pulse pattern of the control signal ASC builds up.
  • the fluid flow A1 can be an exhaust gas flow (or a part of the exhaust gas flow) of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the particles P, P ′′ can be soot particles, such as those that arise during the combustion of fuel by an internal combustion engine.
  • the principle according to the embodiments can be used both for sensing particles formed as solids (e.g.
  • Soot particles as they are contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine) as well as for sensing e.g. liquid particles (e.g. aerosol) can be used.
  • liquid particles e.g. aerosol
  • Particle sensor 100 has a sensor unit 120 for determining information about charged particles P ′′, in particular about by means of the
  • the Particle charging device 110 charged particles P ', in particular the sensor unit 120 being designed to determine the information about charged particles P' by means of the principle of influence and / or by means of the escaping current principle.
  • the sensor unit 120 has at least one sensing electrode 122, which is preferably arranged downstream of the particle charging device 110 with respect to the fluid flow A1, cf. the schematic side view of the particle sensor 100a according to FIG. 2.
  • the particle sensor 100a has a presently planar carrier element 102, which is, for example, a substrate (optionally laminate, having several layers) made of a ceramic material.
  • the carrier element 102 has a length L and a thickness d1, which is preferably substantially smaller than the length L. These are on a first surface 102a of the carrier element 102
  • Particle charging device 110 and further components 112, 122 of the particle sensor 100a are arranged.
  • the signal from the sensing electrode 122 can be evaluated in order to obtain information about a number and / or concentration of the particles P ′ or the like in the fluid stream A1.
  • the particle sensor 100a has a counter electrode 114a for the corona electrode 112, the
  • Counter electrode 114a as shown in FIG. 2 is also arranged on the first surface 102a of the carrier element 102.
  • the counter electrode 114a can also be embodied outside of the embodiment
  • Carrier element 102 may be arranged, for example on a protective tube R1, which is described below with reference to Figure 3.
  • the particle sensor 100a has an optional trap electrode 124, which serves to deflect (“trapping”) charged particles of the fluid stream A1. Excess ions that have been generated by means of the particle charging device 110 can thus be removed from the fluid stream A1, for example, so that they do not contribute to the measurement by the sensing electrode 122.
  • the optional trap electrode 124 is preferred with respect to the flow direction x between the particle charging device 110 and the optional sensing electrode 122.
  • a counter electrode (not shown) can also be provided for the trap electrode 124.
  • the protective tube R1 (FIG. 3) already mentioned above can also serve, for example, as a counter electrode for the trap electrode 124.
  • the system containing the particle sensor 100a or at least some components 102, 110, 112 of the particle sensor 100a can be electrically external be isolated and there will be an electric current
  • the electrical current under consideration can flow from the corona electrode 112 through the corona discharge 114 into one or the counter electrode 114a, and the optional trap electrode 124 captures the remaining ions.
  • the current which is generated by the charged particles P '(and leaves the sensor with the fluid flow A1), must
  • Counter electrode 114a is added again so that its electrical potential remains constant, for example equal to a first predeterminable reference potential such as the ground potential.
  • This current is known as the "escaping current" and is a measure of the concentration of charged particles.
  • FIG. 3 schematically shows the arrangement of the particle sensor 100a according to FIG. 2 in a target system Z, which is, for example, an exhaust tract of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • An exhaust gas flow in the exhaust tract is designated by the reference symbol A2 in the present case.
  • a protective tube arrangement composed of two tubes R1, R2 arranged concentrically to one another, the particle sensor 100a being arranged in the inner tube R1 such that its first surface 102a essentially runs parallel to a longitudinal axis LA of the inner tube R1, also compare the vertical coordinate axis x in FIG. 3.
  • the lengths and the relative arrangement of the tubes R1, R2 to one another are selected such that the Venturi effect results in suction, in which the exhaust gas flow A2 causes a fluid flow P1 or A1 out of the inner tube R1 in FIG. 3 in a vertical direction 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. 3 results in a comparatively uniform overflow of the particle sensor 100a or its first surface 102a aligned along the fluid flow P1 (in particular in the sense of a laminar flow), which enables efficient detection of particles in the fluid flow A1, P1 P enables.
  • the particle sensor 100a is protected from direct contact with the main exhaust gas flow A2.
  • the inner tube R1 can be designed, for example, to be electrically conductive, and the counter electrode 114a described above with reference to FIG. 3
  • the reference symbol R2 indicates an optional electrical connection of the outer pipe R2 and / or the inner pipe R1 with a reference potential such as the ground potential, so that the pipe in question or both pipes advantageously simultaneously with their fluidic conducting function as an electrical counterelectrode, for example for the trap -Electrode 124 (and / or for the corona electrode 114), compare FIGS. 1, 2, can be used.
  • the block arrow P5 symbolizes in FIG. 3 an optional fresh gas supply, in particular fresh air supply, which is preferred in some
  • Embodiments may be desired, with other preferred ones
  • FIG. 4 schematically shows a side view of details of a particle sensor 100, 100a according to further preferred embodiments.
  • a corona electrode 112 ' arranged on the carrier element 102' and a counter electrode 114a 'assigned to the corona electrode 112', which is, for example, an inner surface of the inner tube R1 Figure 3 acts.
  • An electrical field 114 ' is formed between the electrodes 112', 114a ', which can influence a trajectory T1, T2 of a charged particle P' (FIG. 1).
  • An ion drift takes place in the electrical field 114 'from the corona electrode 112' to the counter electrode 114a ', as a result of which particles P can be electrically charged.
  • the first trajectory T1 results, for example, from a comparatively massive (heavy) and / or comparatively fast charged particle.
  • the electric field 114 ′′ caused by the corona discharge 114 has a comparatively small influence on the first trajectory T1.
  • the second trajectory T2 results, for example, in the case of a comparatively low-mass (light) and / or comparatively slow charged particle, in which the electric field 114 ', as can be seen in FIG.
  • Corona discharge 114 using the optional trap electrode 124 Corona discharge 114 using the optional trap electrode 124.
  • FIG. 5 shows an example of a temporal course of a pulsed Control signal ASC for the corona electrode 112 of the particle sensor 100
  • the time course ASC characterizes e.g. a time course of an electrical voltage or an electrical potential with which the corona electrode 112 is applied.
  • a first pulse 1 begins at time t01 and ends at time t02, which results in a pulse width PB, and a subsequent second pulse 2 begins at time t03 and ends at time t04. Outside the pulses 1, 2 mentioned, the control signal ASC has no non-vanishing value.
  • a pulse amplitude is plotted on the vertical axis PA.
  • the pulse amplitude PA for the individual pulses 1, 2 is selected such that a corona discharge 114 occurs at the corona electrode 112 within the relevant pulse width PB (ie during the occurrence of a pulse 1, 2).
  • a pulse pause PP is defined between the successive pulses 1, 2, which in the present case results from the time difference between the times t03, t02.
  • Control signal ASC during at least one pulse pause PP can also be specified so that it is slightly below an ignition voltage for the corona discharge 114 (not shown), e.g. by a predeterminable threshold value lower than the ignition voltage. This ensures that the corona discharge 114 is not already ignited during the pulse pause PP by the control signal ASC thus specified. Furthermore, this will result in
  • the corona discharge 114 can be rapidly ignited because the value of the
  • Control signal ASC must be increased comparatively slightly (e.g. to the amplitude value of pulse 2) in order to ignite the corona discharge 114.
  • Control signal ASC pulses 1, 2 with a maximum pulse width PB of 100 milliseconds, ms, or less. This results in a pulse Corona discharges 114 occurring in the area of the corona electrode 112 (FIG. 1) of the particle charging device 110, which can be used for electrically charging the particles P, but the flight path T1, T2 (FIG. 4) of the charged particles P '(FIG. 1) is not essential affect.
  • Control signal ASC pulses 1, 2 having a maximum pulse width PB of 10 ms or less, preferably 3 ms or less. This can also result in a reliable electrical charging of the particles P, but the trajectory of the charged particles P 'is influenced to an even lesser extent by the corona discharge 114 than in the case of larger pulse widths.
  • a minimum pulse width PB of the pulses 1, 2 of the control signal is 100 ps or more, preferably 1000 ps or more.
  • Pulse pause PP between two successive pulses 1, 2 of the
  • Control signal ASC is greater than a flight time of particles through a charging zone in the region 114 'of the corona discharge 114.
  • FIG. 6 schematically shows a transit time t_t of particles P through a region of the electric field 114 ′ of the corona discharge 114 (FIG. 4) according to further preferred embodiments, plotted against an exhaust gas velocity vex, which for example the exhaust gas flow A2 (FIG. 3) or the fluid flow A1 in the area of the particle sensor.
  • the transit time t_t indicates how long a particle P is in the area of the electric field 114 'as a function of the exhaust gas velocity vex, wherein its trajectory can be influenced as already described. It can be seen from FIG. 6 that the transit time t_t decreases sharply as the exhaust gas velocity vex increases.
  • Corona discharge 114 occurs. Therefore, in particular, the case may arise that comparatively slow and / or light electrically charged particles P 'are already trapped by the electric field of the corona discharge 114, as a result of which they are no longer accessible for measurement or evaluation by the sensor unit 120 . This may be the case with other preferred ones
  • Embodiments can be avoided by the pulsed actuation of the corona electrode 112 already described above with reference to FIG. 5.
  • the transit time t_t (FIG. 6) can have an influence on the electrical charge of the charged particles P ′, so that in some embodiments a sensor signal determined by the optional sensor unit 120 (FIG. 1) is dependent on the
  • a maximum time or transit time t_max can be specified in which the particles P of the fluid stream A1 may be exposed to the electric field 114 '(FIG. 4) of the corona discharge 114, so that little or no trapping of the particles (for example max. 50 %) occurs through the electric field 114 'of the corona discharge 114.
  • the maximum time t_max can be selected so that even the smallest particles still to be measured (e.g.
  • the corona discharge 114 does not trap, or does not trap too strongly.
  • a (minimum and / or maximum) pulse width PB (FIG. 5) for the pulsed actuation of the corona electrode 112 by means of the pulses 1, 2 as a function of the maximum time t_max can be determined.
  • the maximum time t_max can assume values in the range of 0.1 ms ⁇ t_max ⁇ 10ms or 1 ms ⁇ t_max ⁇ 3ms.
  • a pulse width PB is determined or specified which is less than the maximum time t_max.
  • the corona current with which the corona electrode 112 is used to generate the corona current can be provided that the corona current with which the corona electrode 112 is used to generate the corona current
  • Corona discharge 114 is supplied, as a function of the maximum time t_max and / or as a function of the selected pulse width PB and / or as a function of the selected pulse pause PP.
  • the charging efficiency for the electrical charging of the particles P of the fluid stream A1 can thus advantageously be influenced. Another is advantageous
  • Pulse widths PB are not expected to reduce the lifespan of the corona electrode 112 due to corona currents which may be increased according to some embodiments.
  • a value is selected for the pulse pauses PP between two successive pulses 1, 2, which is greater than or equal to a typical transit time t_t (FIG. 6) of the particles under consideration through the spatial area of the electric field 114 ′ of the corona discharge 114.
  • the pulse pause PP can therefore be advantageous depending on a current exhaust gas velocity or
  • Flow rate of the fluid flow A1 can be selected.
  • Particle sensor 100, 100a is designed to determine a first variable and / or to receive it from an external unit, the first variable characterizing a speed of the particles P (FIG. 1) in the fluid stream A1. As a result, the operation of the particle sensor and / or the
  • Particle charging device can be controlled and / or regulated particularly precisely, in particular to be adapted to the speed of the particles in the fluid stream A1 or the exhaust gas speed vex, see also reference symbol A2 according to FIG. 3.
  • the particle sensor or the particle charging device 110 and / or one assigned to it or it can be controlled and / or regulated particularly precisely, in particular to be adapted to the speed of the particles in the fluid stream A1 or the exhaust gas speed vex, see also reference symbol A2 according to FIG. 3.
  • Control device itself determine the first size.
  • the particle sensor or the particle charging device and / or a control device assigned to it or it can receive the first variable from the external unit.
  • the external unit can be, for example, a control device of the target system, for example a control device of a
  • Particle sensor can be used.
  • FIG. 8 schematically shows a simplified block diagram of a
  • Control device 1100 according to further preferred embodiments.
  • control device 1100 can be designed to control the operation of the particle charging device 110 from FIG. 1.
  • control device 1100 can be designed to apply the pulsed control signal ASC to the corona electrode 112.
  • control device 1100 is designed to:
  • the control device 1100 has at least one computing device 1102, at least one storage device 1104 assigned to the computing device 1102 for at least temporarily storing a computer program PRG, the computer program PRG being designed in particular to control the operation of the particle charging device 110. Under the control of the
  • Computer program PRG can be implemented in further preferred embodiments, for example the method according to the embodiments, in particular also the determination of a pulse width PB and / or pulse pause PP and / or to be used for controlling the corona electrode 112
  • the computing device 1102 has at least one of the following elements: a microprocessor, a microcontroller, a digital signal processor (DSP), a programmable logic module (for example FPGA, field programmable gate array), an ASIC (application specific integrated circuit), a hardware circuit. Combinations of these are also conceivable in further preferred embodiments.
  • the memory device 1104 has at least one of the following elements: a volatile memory 1104a, in particular working memory (RAM), a non-volatile memory 1104b, in particular flash EEPROM.
  • the computer program PRG is preferably stored in the non-volatile memory 1104b.
  • control device 1100 is designed for the first variable G1, which has already been described above, and which represents the speed of the particles P in the fluid stream A1 or the
  • control device 1100 can be designed to receive the first variable G1 from an external unit 300, for example a control device for a
  • the control device 1100 can, for example, store the first variable G1 at least temporarily in the working memory 1104a.
  • a data exchange with the external unit 300 can take place, for example, via a preferably bidirectional data interface 1106.
  • the corona electrode 112 can be actuated with the pulsed actuation signal ASC, for example, via a control interface 1108, the one
  • Particle sensor 100, 100a is designed to determine at least one of the following elements as a function of the first variable: a) a minimum pulse width PB (FIG. 5) of pulses 1, 2 of the control signal ASC, b) a maximum pulse width of the pulses of the control signal , c) a minimum pulse pause PP between two successive pulses of the control signal, d) a maximum pulse pause between two successive pulses of the
  • Control signal e) a pulse amplitude or a corona current
  • the particle sensor is designed to adapt the corona electrode 112 as a function of the element determined (that is to say, for example, with the minimum and / or maximum pulse width PB and / or the minimum and / or maximum pulse pause PP and / or pulse amplitude PA as a function of the first variable G1 ) head for.
  • operation of the particle sensor 100, 100a and / or the particle charging device 110 can be adapted particularly precisely to the speed of the particles P in the fluid stream A1, that is to say, for example, to a current exhaust gas speed vex of an internal combustion engine to which the particle sensor is assigned.
  • a maximum pulse width PB of the control signal ASC for the corona electrode 112 for generating the corona discharge 114 can be chosen to be comparatively small because the particles to be electrically charged by means of the particle charging device 110 are comparatively small long in the area of influence of the electric field 114 'of the corona electrode 112, as a result of which they could be undesirably deflected.
  • a maximum pulse width PB of the control signal ASC for the corona electrode 112 for generating the corona discharge 114 can be chosen to be comparatively small because the particles to be electrically charged by means of the particle charging device 110 are comparatively small long in the area of influence of the electric field 114 'of the corona electrode 112, as a result of which they could be undesirably deflected.
  • the corona current may be increased above a nominal value in order to enable sufficient ionization or electrical charging of the particles despite the comparatively small pulse width PB.
  • a maximum pulse width PB of the control signal for the corona electrode for generating the corona discharge can be selected to be comparatively large because the particles are comparatively short in the area of influence of the electrical field of the corona electrode, so that they are deflected less as a result can.
  • the corona current can be set, for example, to the nominal value described above or to a lower value, because a reliable electrical charging of the particles is ensured due to the larger pulse width PB increased transit time.
  • FIGS. 1-10 Further preferred embodiments relate to a method for operating a particle sensor 100, 100a, in particular according to FIGS.
  • FIG. 7A schematically shows a simplified one Flow chart.
  • the particle sensor 100, 100a applies a pulsed control signal ASC to the corona electrode 112 (FIG. 5).
  • information relating to the charged particles P ′ can be determined, for example, by the optional sensor unit 120, for example by means of the principle of influence and / or by means of the escaping current principle and / or by means of another principle that relates to a Evaluation of electrically charged particles P 'is based.
  • FIG. 7B schematically shows a simplified flow diagram according to further preferred embodiments.
  • the particle sensor determines (for example by means of the control device 1100, FIG. 8) the first variable G1, which is the
  • the particle sensor receives the first variable G1 in step 210 from an external unit 300 (FIG. 8).
  • the particle sensor determines (or calculates or forms) the control signal ASC, in particular the time profile of the control signal ASC, as a function of the first variable G1.
  • the control signal ASC can be determined in step 212 as a function of a particle size or particle mass of interest.
  • the corona electrode 112 is actuated with the pulsed actuation signal ASC, which was previously determined in step 212.
  • Further preferred embodiments relate to the use of the particle sensor according to the embodiments and / or the method according to the embodiments to determine information relating to particles P (e.g. particle concentration, number of particles) in an exhaust gas stream A1, A2 of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • particles P e.g. particle concentration, number of particles
  • the principle according to the embodiments can be used both for sensing and as a solid
  • formed particles P e.g. soot particles as they are contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine
  • liquid particles P e.g. aerosol
  • Some preferred embodiments enable the following advantages: no or less trapping of small particles in the area of the
  • Corona discharge 114 no or less dependence of the charge of the particles P on the exhaust gas velocity vex.
  • the principle according to others preferred embodiments advantageously enables a particularly precise and uniform electrical charging of the particles P.
  • the particle sensor can be used in particular in the area of particle filters for internal combustion engines, in particular diesel particle filters (DPF) and / or gasoline particle filters (GPF), in particular for realizing a diagnosis, for example on-board diagnosis (OBD).
  • DPF diesel particle filters
  • GPF gasoline particle filters
  • OBD on-board diagnosis

Abstract

The invention relates to a particle sensor comprising a particle charging device for charging particles in a fluid flow, said particle charging device having a corona electrode for generating a corona discharge, and the particle sensor being designed to apply a pulsed control signal to the corona electrode.

Description

Beschreibung description
Titel title
Partikelsensor und Betriebsverfahren hierfür Particle sensor and operating method therefor
Stand der Technik State of the art
Die Offenbarung betrifft einen Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom. The disclosure relates to a particle sensor with a particle charging device for charging particles in a fluid stream.
Die Offenbarung betrifft ferner ein Betriebsverfahren für einen derartigen The disclosure further relates to an operating method for such
Partikelsensor. Particle sensor.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
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 Preferred embodiments relate to a particle sensor with a particle charging device for charging particles in a fluid stream, the particle charging device having a corona electrode for generating a corona discharge, and the particle sensor being designed to apply a pulsed control signal to the corona electrode. As a result, ions can be generated efficiently, by means of which the particles of the fluid flow can be electrically charged, and at the same time, the pulsed control signal avoids an undesirably strong influence on charged particles, in particular by means of the particle charging device, of electrically charged particles. In particular, some may be preferred
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. Embodiments are avoided by the pulsed control signal to unnecessarily influence a trajectory of the charged particles by the corona discharge, which could possibly influence the determination of information about the charged particles or particles.
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. The control signal is particularly preferably selected in further embodiments such that individual pulses of the control signal each result in a (likewise pulsed) corona discharge in the area of the corona electrode, which however, is not maintained due to the pulsed drive signal. Rather, the named corona discharge ends when a corresponding pulse of the control signal ends. In other words, in further preferred embodiments, an ignition frequency of the corona discharge can correspond to the pulse frequency of the pulsed control signal (and an ignition duration or burning duration of the corona discharge can generally correspond to the pulse width of individual pulses of the control signal). Investigations by the applicant have shown that, in further preferred embodiments, a sufficient number of ions can advantageously be generated by means of the pulsed corona discharge in order to electrically charge particles of the fluid flow, without, however, significantly influencing a trajectory of the charged particles by the corona discharge.
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 For example, the fluid flow can be an exhaust gas flow from an internal combustion engine of a motor vehicle. For example, the particles can be soot particles, such as those that arise during the combustion of fuel by an internal combustion engine. The principle according to the embodiments can be used both for sensing and as a solid
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. trained particles (e.g. soot particles, as they are contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine) as well as for sensing e.g. liquid particles (e.g. aerosol) can be used.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der In further preferred embodiments it is provided that the
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. Particle sensor has a sensor unit for determining information about charged particles, in particular about particles charged by means of the particle charging device, the sensor unit in particular being designed to determine the information about charged particles by means of the principle of influence and / or by means of the escaping current principle.
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. In further preferred embodiments, in which the principle of influence can be used to determine the information about charged particles, the sensor unit has at least one sensing electrode, which is preferably arranged downstream of the particle charging device with respect to the fluid flow. Particles which are electrically charged by means of the particle charging device move past the sensing electrode, as a result of which a corresponding electrical signal results from the sensing electrode due to influence. The signal can are evaluated in order to obtain information about a number and / or concentration of the particles or the like in the fluid stream.
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 In further preferred embodiments, in which the escaping current principle can be used to determine the information about charged particles, the system containing the particle sensor or at least some components of the particle sensor can face the outside (or in relation to a target system into which the Particle sensor or the components are or will be installed) are electrically isolated, and an electrical current is measured, which the charged particles carry out in the form of their electrical charge from the otherwise electrically insulated and therefore closed system. For example, in some embodiments, the electrical current under consideration can flow from the corona electrode through the
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. Corona discharge flows into a counter electrode, and an optional trap electrode captures remaining ions (which, for example, did not contribute to the electrical charging of particles), which were generated by the corona discharge. The current which is generated by the charged particles must be added to the counterelectrode again so that their electrical potential remains constant, for example equal to a first predefinable reference potential such as the ground potential. This current is known as the "escaping current" and is a measure of the concentration of charged particles. The counter electrode can therefore be e.g. can also be seen as a virtual ground electrode.
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 However, the principle according to the embodiments is not limited to the evaluation principles mentioned above (influence principle, escaping current principle), but rather can, according to further preferred embodiments, be combined with all evaluation principles in which
Informationen bezüglich elektrisch aufgeladener Partikel ausgewertet werden. Information regarding electrically charged particles can be evaluated.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das In further preferred embodiments it is provided that the
Ansteuersignal Pulse mit einer maximalen Pulsbreite von 100 Millisekunden, ms, oder weniger aufweist. Dadurch ergeben sich pulsartig auftretende Drive signal pulses with a maximum pulse width of 100 milliseconds, ms, or less. This results in pulse-like occurrences
Koronaentladungen im Bereich der Koronaelektrode der Corona discharges in the area of the corona electrode
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. Particle charging device, which can be used for electrically charging the particles, but the trajectory of the charged particles is not essential or to a lesser extent - compared to a stationary corona discharge.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das In further preferred embodiments it is provided that the
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. Control signal has pulses with a maximum pulse width of 10 ms or less, preferably 3 ms or less. This also enables reliable electrical charging of the particles, but the trajectory of the charged particles is influenced to an even lesser extent than with larger pulse widths.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine minimale Pulsbreite der Pulse des Ansteuersignals 10 Mikrosekunden, ps, 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. In further preferred embodiments, it is provided that a minimum pulse width of the pulses of the drive signal is 10 microseconds, ps, or more. This advantageously ensures that a sufficient number of ions are generated by means of the pulsed corona discharge in order to bring about a reliable electrical charging of particles in the fluid stream.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine minimale Pulsbreite der Pulse des Ansteuersignals 100 ps oder mehr beträgt, vorzugsweise 1000 ps oder mehr. In further preferred embodiments, it is provided that a minimum pulse width of the pulses of the drive signal is 100 ps or more, preferably 1000 ps or more.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine In further preferred embodiments it is provided that a
Pulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Ansteuersignals größer ist als eine Durchflugzeit von Partikeln durch eine Aufladungszone im Bereich der Koronaentladung. Pulse pause between two successive pulses of the control signal is greater than a flight time of particles through a charging zone in the area of the corona discharge.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der In further preferred embodiments it is provided that the
Partikelsensor dazu ausgebildet ist, eine erste Größe zu ermitteln und/oder von einer externen Einheit zu empfangen, wobei die erste Größe eine Particle sensor is designed to determine a first variable and / or to receive it from an external unit, the first variable being a
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 Characterized the velocity of the particles in the fluid flow. As a result, the operation of the particle sensor and / or the particle charging device can be controlled particularly precisely, in particular adapted to the speed of the particles in the fluid flow. With some preferred
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. In embodiments, the particle sensor or the particle charging device and / or a control device assigned to it or itself can determine the first variable. In other preferred embodiments, the particle sensor or the particle charging device and / or a control device assigned to it or it can receive the first variable from the external unit. At In other preferred embodiments, the external unit can be, for example, a control unit of the target system, for example a control unit of an internal combustion engine of a motor vehicle, in the exhaust tract of which the particle sensor can be used.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der In further preferred embodiments it is provided that the
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 Particle sensor is designed to determine at least one of the following elements depending on the first variable: a) a minimum pulse width of the pulses of the control signal, b) a maximum pulse width of the pulses of the
Ansteuersignals, c) eine minimale Pulspause zwischen zwei Control signal, c) a minimal pulse pause between two
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 successive pulses of the control signal, d) a maximum pulse pause between two successive pulses of the control signal, the particle sensor in particular being designed to use the corona electrode as a function of the determined element or elements
anzusteuern. Dadurch kann ein Betrieb des Partikelsensors und/oder der Partikelaufladeeinrichtung besonders genau angepasst werden an die head for. As a result, operation of the particle sensor and / or the particle charging device can be adapted particularly precisely to the
Geschwindigkeit der Partikel in dem Fluidstrom, also beispielsweise an eine aktuelle Abgasgeschwindigkeit einer Brennkraftmaschine, der der Partikelsensor zugeordnet ist. Velocity of the particles in the fluid flow, that is, for example, to a current exhaust gas velocity of an internal combustion engine to which the particle sensor is assigned.
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 For example, with comparatively low exhaust gas velocities (corresponding to a comparatively low value of the first variable), a maximum pulse width of the control signal for the corona electrode for generating the corona discharge can be chosen to be comparatively small, because the particles to be electrically charged by means of the particle charging device remain in the area of influence of the electric field for a comparatively long time the corona electrode, which could undesirably distract them. in the
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. In contrast, at comparatively high exhaust gas speeds, a maximum pulse width of the control signal for the corona electrode for generating the corona discharge can be selected to be comparatively large because the particles are comparatively short in the area of influence of the electrical field of the corona electrode, so that they can be deflected less strongly as a result.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Further preferred embodiments relate to a method for operating a particle sensor with a particle charging device
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. Charging particles in a fluid stream, the particle charging device has a corona electrode for generating a corona discharge, the particle sensor acting on the corona electrode with a pulsed control signal.
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. In further preferred embodiments, the pulsed control signal has one or more pulses with a predefinable pulse width and / or predefinable pulse pauses between successive pulses, which also, e.g.
periodisch, wiederholt werden können. periodically, can be repeated.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das In further preferred embodiments it is provided that the
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 Control signal pulses with a maximum pulse width of 100 milliseconds, ms, or less, in particular 10 ms or less, preferably 3 ms or less, and / or wherein a minimum pulse width of the pulses of
Ansteuersignals 10 Mikrosekunden, ps, oder mehr beträgt, insbesondere 100 ps oder mehr, vorzugsweise 1000 ps oder mehr. Drive signal is 10 microseconds, ps, or more, especially 100 ps or more, preferably 1000 ps or more.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der In further preferred embodiments it is provided that the
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 Particle sensor determines a first variable and / or receives it from an external unit, the first variable characterizing a speed of the particles in the fluid flow, the particle sensor in particular
Ansteuersignal, insbesondere einen zeitlichen Verlauf des Ansteuersignals, in Abhängigkeit der ersten Größe ermittelt. Control signal, in particular a time profile of the control signal, determined as a function of the first variable.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein In further preferred embodiments it is provided that a
Koronastrom, mit dem die Koronaelektrode für die Erzeugung der Corona current, which is used to generate the corona electrode
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. Corona discharge is supplied as a function of a speed of the fluid flow and / or one or the pulse width and / or as a function of a pulse pause between two successive pulses.
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. is set. It can thereby be achieved in further preferred embodiments that the electrical charging of the particles does not depend on these parameters and only comparatively slightly.
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 Further preferred embodiments relate to the use of the particle sensor according to the embodiments and / or the method according to the embodiments to determine information relating to particles (e.g. particle concentration, number of particles) in an exhaust gas stream
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper Internal combustion engine, in particular a motor vehicle. The principle according to the Embodiments can be used both for sensing as a solid
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. trained particles (e.g. soot particles, as they are contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine) as well as for sensing e.g. liquid particles (e.g. aerosol) can be used.
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 Further features, possible applications and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures of the drawing. All of the features described or illustrated form the subject matter of the invention, independently or in any combination
Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Summary in the claims or their relationship and regardless of their wording or representation in the description or in the drawing.
In der Zeichnung zeigt: The drawing shows:
Figur 1 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß Figure 1 schematically shows a side view of a particle sensor according to
bevorzugten Ausführungsformen, preferred embodiments,
Figur 2 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß Figure 2 schematically shows a side view of a particle sensor according to
weiteren bevorzugten Ausführungsformen, further preferred embodiments,
Figur 3 schematisch die Anordnung des Partikelsensors gemäß Figur 2 FIG. 3 schematically shows the arrangement of the particle sensor according to FIG. 2
in einem Zielsystem, in a target system,
Figur 4 schematisch eine Seitenansicht von Details eines Partikelsensors Figure 4 schematically shows a side view of details of a particle sensor
gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, according to further preferred embodiments,
Figur 5 schematisch ein Ansteuersignal gemäß weiteren bevorzugten Figure 5 schematically shows a control signal according to other preferred
Ausführungsformen, Embodiments,
Figur 6 schematisch eine Transitzeit von Partikeln gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, FIG. 6 schematically shows a transit time of particles according to further preferred embodiments,
Figur 7A schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß bevorzugten Ausführungsformen, Figur 7B schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, und FIG. 7A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to preferred embodiments, FIG. 7B schematically shows a simplified flow diagram of a method according to further preferred embodiments, and
Figur 8 schematisch ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. FIG. 8 schematically shows a block diagram of a control device according to further preferred embodiments.
Figur 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors 100 gemäß bevorzugten Ausführungsformen. Der Partikelsensor 100 weist eine FIG. 1 schematically shows a side view of a particle sensor 100 according to preferred embodiments. The particle sensor 100 has one
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. Particle charging device 110, which is designed to electrically charge particles P of a fluid stream A1, as a result of which charged particles P 'are obtained. For this purpose, the particle charging device 110 has a corona electrode 112 for at least temporarily generating a corona discharge 114. In preferred embodiments, the particle sensor 100 is designed to apply a pulsed control signal ASC to the corona electrode 112, which leads to a corona discharge 114 (“pulsed corona discharge”) on the corona electrode 112 only temporarily, in particular in accordance with the pulse pattern of the control signal ASC builds up.
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. For example, the fluid flow A1 can be an exhaust gas flow (or a part of the exhaust gas flow) of an internal combustion engine of a motor vehicle. For example, the particles P, P ″ can be soot particles, such as those that arise during the combustion of fuel by an internal combustion engine. The principle according to the embodiments can be used both for sensing particles formed as solids (e.g.
Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln (z.B. Aerosol) verwendet werden. Soot particles, as they are contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine) as well as for sensing e.g. liquid particles (e.g. aerosol) can be used.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der In further preferred embodiments it is provided that the
Partikelsensor 100 eine Senoreinheit 120 zur Ermittlung von Informationen über geladene Partikel P‘ aufweist, insbesondere über mittels der Particle sensor 100 has a sensor unit 120 for determining information about charged particles P ″, in particular about by means of the
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 Fig. 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 Particle charging device 110 charged particles P ', in particular the sensor unit 120 being designed to determine the information about charged particles P' by means of the principle of influence and / or by means of the escaping current principle. In further preferred embodiments, in which the principle of influence can be used to determine the information about charged particles P ′, the sensor unit 120 has at least one sensing electrode 122, which is preferably arranged downstream of the particle charging device 110 with respect to the fluid flow A1, cf. the schematic side view of the particle sensor 100a according to FIG. 2. In this embodiment, the particle sensor 100a has a presently planar carrier element 102, which is, for example, a substrate (optionally laminate, having several layers) made of a ceramic material. The carrier element 102 has a length L and a thickness d1, which is preferably substantially smaller than the length L. These are on a first surface 102a of the carrier element 102
Partikelaufladeeinrichtung 110 sowie weitere Komponenten 112, 122 des Partikelsensors 100a angeordnet. Particle charging device 110 and further components 112, 122 of the particle sensor 100a are arranged.
Mittels der Partikelaufladeeinrichtung 110 elektrisch aufgeladene Partikel P‘ bewegen sich entlang der in Fig. 2 horizontalen Koordinatenachse x an der Sensier-Elektrode 122 vorbei, wodurch sich an der Sensier-Elektrode 122 ein entsprechendes elektrisches Signal durch Influenzwirkung By means of the particle charging device 110, electrically charged particles P 'move past the sensing electrode 122 along the horizontal coordinate axis x in FIG. 2, as a result of which a corresponding electrical signal on the sensing electrode 122 is caused by the influence of influence
(„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. ("Mirror charge principle") results. The signal from the sensing electrode 122 can be evaluated in order to obtain information about a number and / or concentration of the particles P ′ or the like in the fluid stream A1.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist der Partikelsensor 100a eine Gegenelektrode 114a für die Koronaelektrode 112 auf, wobei die In further preferred embodiments, the particle sensor 100a has a counter electrode 114a for the corona electrode 112, the
Gegenelektrode 114a wie in Fig. 2 gezeigt ebenfalls auf der ersten Oberfläche 102a des Trägerelements 102 angeordnet ist. Bei weiteren bevorzugten Counter electrode 114a as shown in FIG. 2 is also arranged on the first surface 102a of the carrier element 102. With other preferred
Ausführungsformen kann die Gegenelektrode 114a auch außerhalb des The counter electrode 114a can also be embodied outside of the embodiment
Trägerelements 102 angeordnet sein, beispielsweise an einem Schutzrohr R1 , das weiter unten unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben ist. Carrier element 102 may be arranged, for example on a protective tube R1, which is described below with reference to Figure 3.
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 (Fig. 3) beispielsweise auch als Gegenelektrode für die Trap-Elektrode 124 dienen. In further preferred embodiments, the particle sensor 100a has an optional trap electrode 124, which serves to deflect (“trapping”) charged particles of the fluid stream A1. Excess ions that have been generated by means of the particle charging device 110 can thus be removed from the fluid stream A1, for example, so that they do not contribute to the measurement by the sensing electrode 122. The optional trap electrode 124 is preferred with respect to the flow direction x between the particle charging device 110 and the optional sensing electrode 122. In further preferred embodiments, a counter electrode (not shown) can also be provided for the trap electrode 124. In further preferred embodiments, the protective tube R1 (FIG. 3) already mentioned above can also serve, for example, as a counter electrode for the trap electrode 124.
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 In further preferred embodiments, in which the escaping current principle can be used to determine the information about charged particles P ′, the system containing the particle sensor 100a or at least some components 102, 110, 112 of the particle sensor 100a can be electrically external be isolated and there will be an electric current
gemessen, welchen die geladenen Partikel P‘ in Form ihrer elektrischen measured which the charged particles P 'in the form of their electrical
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 Remove the charge from the otherwise electrically insulated and therefore closed system. For example, the electrical current under consideration can flow from the corona electrode 112 through the corona discharge 114 into one or the counter electrode 114a, and the optional trap electrode 124 captures the remaining ions. The current, which is generated by the charged particles P '(and leaves the sensor with the fluid flow A1), must
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. Counter electrode 114a is added again so that its electrical potential remains constant, for example equal to a first predeterminable reference potential such as the ground potential. This current is known as the "escaping current" and is a measure of the concentration of charged particles.
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 However, the principle according to the embodiments is not limited to the evaluation principles mentioned above (influence principle, escaping current principle), but rather can, according to further preferred embodiments, be combined with all evaluation principles in which
Informationen bezüglich elektrisch aufgeladener Partikel ausgewertet werden. Information regarding electrically charged particles can be evaluated.
Figur 3 zeigt schematisch die Anordnung des Partikelsensors 100a gemäß Figur 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 Figur 3 vertikale Koordinatenachse x. Bei weiteren bevorzugten FIG. 3 schematically shows the arrangement of the particle sensor 100a according to FIG. 2 in a target system Z, which is, for example, an exhaust tract of an internal combustion engine of a motor vehicle. An exhaust gas flow in the exhaust tract is designated by the reference symbol A2 in the present case. Also shown is a protective tube arrangement composed of two tubes R1, R2 arranged concentrically to one another, the particle sensor 100a being arranged in the inner tube R1 such that its first surface 102a essentially runs parallel to a longitudinal axis LA of the inner tube R1, also compare the vertical coordinate axis x in FIG. 3. With other preferred
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 Figur 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. In embodiments, the lengths and the relative arrangement of the tubes R1, R2 to one another are selected such that the Venturi effect results in suction, in which the exhaust gas flow A2 causes a fluid flow P1 or A1 out of the inner tube R1 in FIG. 3 in a vertical direction 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.
Insgesamt wird durch die in Figur 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. Overall, the arrangement shown in FIG. 3 results in a comparatively uniform overflow of the particle sensor 100a or its first surface 102a aligned along the fluid flow P1 (in particular in the sense of a laminar flow), which enables efficient detection of particles in the fluid flow A1, P1 P enables. In addition, the particle sensor 100a is protected from direct contact with the main exhaust gas flow A2.
Bei der in Figur 3 beispielhaft abgebildeten Konfiguration kann das innere Rohr R1 beispielsweise elektrisch leitfähig ausgebildet sein und die vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 2 beschriebene Gegenelektrode 114a für die In the configuration shown by way of example in FIG. 3, the inner tube R1 can be designed, for example, to be electrically conductive, and the counter electrode 114a described above with reference to FIG
Koronaelektrode 114 und/oder für die optionale Trap-Elektrode 124 darstellen. Represent corona electrode 114 and / or for the optional trap electrode 124.
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 Figur 1 , 2, verwendbar sind. The reference symbol R2 'indicates an optional electrical connection of the outer pipe R2 and / or the inner pipe R1 with a reference potential such as the ground potential, so that the pipe in question or both pipes advantageously simultaneously with their fluidic conducting function as an electrical counterelectrode, for example for the trap -Electrode 124 (and / or for the corona electrode 114), compare FIGS. 1, 2, can be used.
Der Blockpfeil P5 symbolisiert in Figur 3 eine optionale Frischgasversorgung, insbesondere Frischluftversorgung, die in manchen bevorzugten The block arrow P5 symbolizes in FIG. 3 an optional fresh gas supply, in particular fresh air supply, which is preferred in some
Ausführungsformen erwünscht sein kann, bei weiteren bevorzugten Embodiments may be desired, with other preferred ones
Ausführungsformen jedoch nicht vorgesehen ist. However, embodiments are not provided.
Figur 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 (Fig. 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 Figur 3 handelt. Zwischen den Elektroden 112‘, 114a‘ bildet sich ein elektrisches Feld 114‘ aus, das eine Trajektorie T1 , T2 eines geladenen Partikels P‘ (Fig. 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 FIG. 4 schematically shows a side view of details of a particle sensor 100, 100a according to further preferred embodiments. Different flight paths (trajectories) T1, T2 of particles of the Fluid flow A1 (FIG. 1) in the area of the corona discharge 114. Also shown is a corona electrode 112 'arranged on the carrier element 102' and a counter electrode 114a 'assigned to the corona electrode 112', which is, for example, an inner surface of the inner tube R1 Figure 3 acts. An electrical field 114 'is formed between the electrodes 112', 114a ', which can influence a trajectory T1, T2 of a charged particle P' (FIG. 1). An ion drift takes place in the electrical field 114 'from the corona electrode 112' to the counter electrode 114a ', as a result of which particles P can be electrically charged. The charged particles P 'experience a through the electric field 114' of the corona discharge 114
(unerwünschte) Ablenkung in Richtung der Gegenelektrode 114a‘. (Unwanted) deflection in the direction of the counter electrode 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 Figur 4 ersichtlich eine The first trajectory T1 results, for example, from a comparatively massive (heavy) and / or comparatively fast charged particle. In this case, the electric field 114 ″ caused by the corona discharge 114 has a comparatively small influence on the first trajectory T1. The second trajectory T2 results, for example, in the case of a comparatively low-mass (light) and / or comparatively slow charged particle, in which the electric field 114 ', as can be seen in FIG
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 (Figur 1) bzw. Sensier-Elektrode 122 (Fig. 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 causes a comparatively strong influence on the second trajectory T2. This can be undesirable in further preferred embodiments, because in this way in particular comparatively slow and / or comparatively light charged particles can be detected with insufficient accuracy or possibly no longer at all. This can be the case, for example, when the second trajectory T2 is influenced in such a way that the charged particle in question no longer reaches the area of the sensor unit 120 (FIG. 1) or sensing electrode 122 (FIG. 2), but for example strikes the counter electrode 114a '(undesired "trapping" of the charged particle P' by the electric field of the corona discharge 114, to be distinguished from a possibly desired trapping of excess ions from the
Koronaentladung 114 mittels der optionalen Trap-Elektrode 124). Corona discharge 114 using the optional trap electrode 124).
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird daher eine gepulste In further preferred embodiments, therefore, a pulsed
Ansteuerung der Koronaelektrode 112 (Figur 1), also eine Beaufschlagung der Koronaelektrode 112 mit einem gepulsten Ansteuersignal ASC, vorgeschlagen, wie es nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf Figur 5 beschrieben ist. Figur 5 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf eines gepulsten Ansteuersignals ASC für die Koronaelektrode 112 des Partikelsensors 100,Control of the corona electrode 112 (FIG. 1), that is to say the application of a pulsed control signal ASC to the corona electrode 112, is proposed, as is described below by way of example with reference to FIG. 5. FIG. 5 shows an example of a temporal course of a pulsed Control signal ASC for the corona electrode 112 of the particle sensor 100,
100a, der ein entsprechendes, pulsweises Auftreten der Koronaentladung 114 (Figur 1), das zeitlich im wesentlichen mit den einzelnen Pulsen 1 , 2 (Figur 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. 100a, which causes a corresponding, pulse-wise occurrence of the corona discharge 114 (FIG. 1), which essentially correlates in time with the individual pulses 1, 2 (FIG. 5). The time course ASC characterizes e.g. a time course of an electrical voltage or an electrical potential with which the corona electrode 112 is applied.
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. A first pulse 1 begins at time t01 and ends at time t02, which results in a pulse width PB, and a subsequent second pulse 2 begins at time t03 and ends at time t04. Outside the pulses 1, 2 mentioned, the control signal ASC has no non-vanishing value. A pulse amplitude is plotted on the vertical axis PA. In further preferred embodiments, the pulse amplitude PA for the individual pulses 1, 2 is selected such that a corona discharge 114 occurs at the corona electrode 112 within the relevant pulse width PB (ie during the occurrence of a pulse 1, 2). A pulse pause PP is defined between the successive pulses 1, 2, which in the present case results from the time difference between the times t03, t02.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann ein Wert für das In other preferred embodiments, a value for the
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 Control signal ASC during at least one pulse pause PP can also be specified so that it is slightly below an ignition voltage for the corona discharge 114 (not shown), e.g. by a predeterminable threshold value lower than the ignition voltage. This ensures that the corona discharge 114 is not already ignited during the pulse pause PP by the control signal ASC thus specified. Furthermore, this will result in
Anschluss an die Pulspause PP, z.B. zu dem Zeitpunkt t03, eine schnelle Zündung der Koronaentladung 114 ermöglicht, weil der Wert des Connection to the pulse pause PP, e.g. at time t03, the corona discharge 114 can be rapidly ignited because the value of the
Ansteuersignals ASC vergleichsweise geringfügig erhöht werden muss (z.B. auf den Amplitudenwert des Pulses 2), um die Koronaentladung 114 zu zünden. Control signal ASC must be increased comparatively slightly (e.g. to the amplitude value of pulse 2) in order to ignite the corona discharge 114.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können unterschiedliche Pulse 1 ,In further preferred embodiments, different pulses 1,
2 auch unterschiedliche Pulsbreiten und/oder Pulsamptlituden aufweisen. 2 also have different pulse widths and / or pulse amp situations.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das In further preferred embodiments it is provided that the
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 (Fig. 1) der Partikelaufladeeinrichtung 110, welche zum elektrischen Aufladen der Partikel P verwendbar sind, die Flugbahn T1 , T2 (Fig. 4) der aufgeladenen Partikel P‘ (Fig. 1) jedoch nicht wesentlich beeinträchtigen. Control signal ASC pulses 1, 2 with a maximum pulse width PB of 100 milliseconds, ms, or less. This results in a pulse Corona discharges 114 occurring in the area of the corona electrode 112 (FIG. 1) of the particle charging device 110, which can be used for electrically charging the particles P, but the flight path T1, T2 (FIG. 4) of the charged particles P '(FIG. 1) is not essential affect.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das In further preferred embodiments it is provided that the
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. Control signal ASC pulses 1, 2 having a maximum pulse width PB of 10 ms or less, preferably 3 ms or less. This can also result in a reliable electrical charging of the particles P, but the trajectory of the charged particles P 'is influenced to an even lesser extent by the corona discharge 114 than in the case of larger pulse widths.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine minimale Pulsbreite PB der Pulse 1 , 2 des Ansteuersignals ASC 10 It is provided in further preferred embodiments that a minimum pulse width PB of the pulses 1, 2 of the control signal ASC 10
Mikrosekunden, ps, 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 (Fig. 1) zu bewirken. Microseconds, ps, or more. This advantageously ensures that a sufficient number of ions are generated by means of the pulsed corona discharge 114 in order to bring about a reliable electrical charging of particles P in the fluid stream A1 (FIG. 1).
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine minimale Pulsbreite PB der Pulse 1 , 2des Ansteuersignals 100 ps oder mehr beträgt, vorzugsweise 1000 ps oder mehr. In further preferred embodiments it is provided that a minimum pulse width PB of the pulses 1, 2 of the control signal is 100 ps or more, preferably 1000 ps or more.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine In further preferred embodiments it is provided that a
Pulspause PP zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen 1 , 2 des Pulse pause PP between two successive pulses 1, 2 of the
Ansteuersignals ASC größer ist als eine Durchflugzeit von Partikeln durch eine Aufladungszone im Bereich 114‘ der Koronaentladung 114. Control signal ASC is greater than a flight time of particles through a charging zone in the region 114 'of the corona discharge 114.
Figur 6 zeigt schematisch eine Transitzeit t_t von Partikeln P durch einen Bereich des elektrischen Felds 114‘ der Koronaentladung 114 (Figur 4) gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, aufgetragen über einer Abgasgeschwindigkeit vex, die beispielsweise der Abgasstrom A2 (Fig. 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 Figur 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, Fig. 2) der Partikel dieser Größe im Bereich der FIG. 6 schematically shows a transit time t_t of particles P through a region of the electric field 114 ′ of the corona discharge 114 (FIG. 4) according to further preferred embodiments, plotted against an exhaust gas velocity vex, which for example the exhaust gas flow A2 (FIG. 3) or the fluid flow A1 in the area of the particle sensor. The transit time t_t indicates how long a particle P is in the area of the electric field 114 'as a function of the exhaust gas velocity vex, wherein its trajectory can be influenced as already described. It can be seen from FIG. 6 that the transit time t_t decreases sharply as the exhaust gas velocity vex increases. According to investigations by the applicant, there is a typical maximum transit time t_max for each particle size of the particles P, above which there is a significant trapping (trapping of the particles, analogous to the effect of the optional trap electrode 124, FIG. 2) of the particles of this size in the range
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 Corona discharge 114 occurs. Therefore, in particular, the case may arise that comparatively slow and / or light electrically charged particles P 'are already trapped by the electric field of the corona discharge 114, as a result of which they are no longer accessible for measurement or evaluation by the sensor unit 120 . This may be the case with other preferred ones
Ausführungsformen durch die vorstehend bereits unter Bezugnahme auf Figur 5 beschriebene gepulste Ansteuerung der Koronaelektrode 112 vermieden werden. Embodiments can be avoided by the pulsed actuation of the corona electrode 112 already described above with reference to FIG. 5.
Weiteren Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann die Transitzeit t_t (Fig. 6) einen Einfluss auf die elektrische Ladung der geladenen Partikel P‘ haben, so dass bei manchen Ausführungsformen ein durch die optionale Sensoreinheit 120 (Fig. 1) ermitteltes Sensorsignal eine Abhängigkeit von der According to further investigations by the applicant, the transit time t_t (FIG. 6) can have an influence on the electrical charge of the charged particles P ′, so that in some embodiments a sensor signal determined by the optional sensor unit 120 (FIG. 1) is dependent on the
Abgasgeschwindigkeit vex aufweist. Exhaust gas velocity vex.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann für den Betrieb des In further preferred embodiments, the operation of the
Partikelsensors 100,100a eine maximale Zeit bzw. Transitzeit t_max vorgegeben werden, in welcher die Partikel P des Fluidstroms A1 dem elektrischen Feld 114‘ (Fig. 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. Particle sensor 100, 100a a maximum time or transit time t_max can be specified in which the particles P of the fluid stream A1 may be exposed to the electric field 114 '(FIG. 4) of the corona discharge 114, so that little or no trapping of the particles (for example max. 50 %) occurs through the electric field 114 'of the corona discharge 114.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die maximale Zeit t_max so gewählt werden, dass auch die kleinsten noch zu messenden Partikel (z.B. In further preferred embodiments, the maximum time t_max can be selected so that even the smallest particles still to be measured (e.g.
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. having a maximum length extension of 10 nm (nanometers) or 23 nm, for example predeterminable depending on the target system or a planned application of the particle sensor), the corona discharge 114 does not trap, or does not trap too strongly.
Sodann kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine (minimale und/oder maximale) Pulsbreite PB (Fig. 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 1 ms < t_max < 3ms annehmen. Bei weiteren bevorzugten Then, in further preferred embodiments, a (minimum and / or maximum) pulse width PB (FIG. 5) for the pulsed actuation of the corona electrode 112 by means of the pulses 1, 2 as a function of the maximum time t_max can be determined. For example, in further preferred embodiments, the maximum time t_max can assume values in the range of 0.1 ms <t_max <10ms or 1 ms <t_max <3ms. With other preferred
Ausführungsformen wird eine Pulsbreite PB ermittelt bzw. vorgegeben, welche geringer ist als die maximale Zeit t_max. In embodiments, a pulse width PB is determined or specified which is less than the maximum time t_max.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Koronastrom, mit dem die Koronaelektrode 112 für die Erzeugung der In further preferred embodiments it can be provided that the corona current with which the corona electrode 112 is used to generate the
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 Corona discharge 114 is supplied, as a function of the maximum time t_max and / or as a function of the selected pulse width PB and / or as a function of the selected pulse pause PP. The charging efficiency for the electrical charging of the particles P of the fluid stream A1 can thus advantageously be influenced. Another is advantageous
Ausführungsformen wegen der vergleichsweise kurzen Pulsdauer bzw. Embodiments because of the comparatively short pulse duration or
Pulsbreiten PB keine Reduktion der Lebensdauer der Koronaelektrode 112 durch gegebenenfalls gemäß manchen Ausführungsformen erhöhten Koronaströmen zu erwarten. Pulse widths PB are not expected to reduce the lifespan of the corona electrode 112 due to corona currents which may be increased according to some embodiments.
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 (Fig. 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. In further preferred embodiments, a value is selected for the pulse pauses PP between two successive pulses 1, 2, which is greater than or equal to a typical transit time t_t (FIG. 6) of the particles under consideration through the spatial area of the electric field 114 ′ of the corona discharge 114. In further preferred embodiments, the pulse pause PP can therefore be advantageous depending on a current exhaust gas velocity or
Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms A1 gewählt werden. Flow rate of the fluid flow A1 can be selected.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der In further preferred embodiments it is provided that the
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 (Fig. 1) in dem Fluidstrom A1 charakterisiert. Dadurch kann der Betrieb des Partikelsensors und/oder der Particle sensor 100, 100a is designed to determine a first variable and / or to receive it from an external unit, the first variable characterizing a speed of the particles P (FIG. 1) in the fluid stream A1. As a result, the operation of the particle sensor and / or the
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 Figur 3, angepasst werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Partikelsensor bzw. die Partikelaufladeeinrichtung 110 und/oder eine ihm bzw. ihr zugeordnete Particle charging device can be controlled and / or regulated particularly precisely, in particular to be adapted to the speed of the particles in the fluid stream A1 or the exhaust gas speed vex, see also reference symbol A2 according to FIG. 3. In further preferred embodiments, the particle sensor or the particle charging device 110 and / or one assigned to it or it
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 Control device itself determine the first size. In other preferred embodiments, the particle sensor or the particle charging device and / or a control device assigned to it or it can receive the first variable from the external unit. In further preferred embodiments, the external unit can be, for example, a control device of the target system, for example a control device of a
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, in dessen Abgastrakt der Internal combustion engine of a motor vehicle, in the exhaust tract of which
Partikelsensor einsetzbar ist. Particle sensor can be used.
Figur 8 zeigt hierzu schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer FIG. 8 schematically shows a simplified block diagram of a
Steuereinrichtung 1100 gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Control device 1100 according to further preferred embodiments.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 1100 dazu ausgebildet sein, den Betrieb der Partikelaufladeeinrichtung 110 aus Fig. 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 For example, the control device 1100 can be designed to control the operation of the particle charging device 110 from FIG. 1. In particular, the control device 1100 can be designed to apply the pulsed control signal ASC to the corona electrode 112. In further preferred embodiments, the control device 1100 is designed to:
Koronaelektrode 112 im Sinne des gepulsten Ansteuersignals ASC mit einem entsprechenden zeitlichen Verlauf einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stroms zu versorgen. Corona electrode 112 in the sense of the pulsed control signal ASC with a corresponding time profile of an electrical voltage and / or an electrical current.
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 The control device 1100 has at least one computing device 1102, at least one storage device 1104 assigned to the computing device 1102 for at least temporarily storing a computer program PRG, the computer program PRG being designed in particular to control the operation of the particle charging device 110. Under the control of the
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 Computer program PRG can be implemented in further preferred embodiments, for example the method according to the embodiments, in particular also the determination of a pulse width PB and / or pulse pause PP and / or to be used for controlling the corona electrode 112
Pulsamplitude PA. Pulse amplitude 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. In further preferred embodiments, the computing device 1102 has at least one of the following elements: a microprocessor, a microcontroller, a digital signal processor (DSP), a programmable logic module (for example FPGA, field programmable gate array), an ASIC (application specific integrated circuit), a hardware circuit. Combinations of these are also conceivable in further preferred embodiments.
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. In further preferred embodiments, the memory device 1104 has at least one of the following elements: a volatile memory 1104a, in particular working memory (RAM), a non-volatile memory 1104b, in particular flash EEPROM. The computer program PRG is preferably stored in the non-volatile memory 1104b.
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 In further preferred embodiments, the control device 1100 is designed for the first variable G1, which has already been described above, and which represents the speed of the particles P in the fluid stream A1 or the
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 Characterized exhaust gas velocity to determine. As an alternative or in addition, the control device 1100 can be designed to receive the first variable G1 from an external unit 300, for example a control device for a
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, in dessen Abgastrakt Z (Fig. 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. Internal combustion engine of a motor vehicle, in the exhaust tract Z (FIG. 3) of which the particle sensor 100, 100a according to the embodiments is used. The control device 1100 can, for example, store the first variable G1 at least temporarily in the working memory 1104a.
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 A data exchange with the external unit 300 can take place, for example, via a preferably bidirectional data interface 1106. The corona electrode 112 can be actuated with the pulsed actuation signal ASC, for example, via a control interface 1108, the one
entsprechende elektrische Spannung und/oder einen entsprechenden elektrischen Strom für die Ansteuerung der Koronaelektrode 114 bereitstellen kann. can provide corresponding electrical voltage and / or a corresponding electrical current for controlling the corona electrode 114.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der In further preferred embodiments it is provided that the
Partikelsensor 100, 100a dazu ausgebildet ist, wenigstens eines der folgenden Elemente in Abhängigkeit der ersten Größe zu ermitteln: a) eine minimale Pulsbreite PB (Fig. 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 Particle sensor 100, 100a is designed to determine at least one of the following elements as a function of the first variable: a) a minimum pulse width PB (FIG. 5) of pulses 1, 2 of the control signal ASC, b) a maximum pulse width of the pulses of the control signal , c) a minimum pulse pause PP between two successive pulses of the control signal, d) a maximum pulse pause between two successive pulses of the
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. Control signal, e) a pulse amplitude or a corona current, wherein in particular, the particle sensor is designed to adapt the corona electrode 112 as a function of the element determined (that is to say, for example, with the minimum and / or maximum pulse width PB and / or the minimum and / or maximum pulse pause PP and / or pulse amplitude PA as a function of the first variable G1 ) head for. In this way, operation of the particle sensor 100, 100a and / or the particle charging device 110 can be adapted particularly precisely to the speed of the particles P in the fluid stream A1, that is to say, for example, to a current exhaust gas speed vex of an internal combustion engine to which the particle sensor is assigned.
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 For example, at comparatively low exhaust gas velocities vex (corresponding to a comparatively low value of the first variable G1), a maximum pulse width PB of the control signal ASC for the corona electrode 112 for generating the corona discharge 114 can be chosen to be comparatively small because the particles to be electrically charged by means of the particle charging device 110 are comparatively small long in the area of influence of the electric field 114 'of the corona electrode 112, as a result of which they could be undesirably deflected. Optionally, with other preferred ones
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. Embodiments in these cases, the corona current may be increased above a nominal value in order to enable sufficient ionization or electrical charging of the particles despite the comparatively small pulse width PB.
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. In contrast to this, at comparatively high exhaust gas velocities vex, a maximum pulse width PB of the control signal for the corona electrode for generating the corona discharge can be selected to be comparatively large because the particles are comparatively short in the area of influence of the electrical field of the corona electrode, so that they are deflected less as a result can. Accordingly, in further preferred embodiments, the corona current can be set, for example, to the nominal value described above or to a lower value, because a reliable electrical charging of the particles is ensured due to the larger pulse width PB increased transit time.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors 100, 100a, insbesondere gemäß den Further preferred embodiments relate to a method for operating a particle sensor 100, 100a, in particular according to FIGS
Ausführungsformen. Figur 7A zeigt hierzu schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm. In dem Schritt 200 beaufschlagt der Partikelsensor 100, 100a die Koronaelektrode 112 mit einem gepulsten Ansteuersignal ASC (Fig. 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. Embodiments. FIG. 7A schematically shows a simplified one Flow chart. In step 200, the particle sensor 100, 100a applies a pulsed control signal ASC to the corona electrode 112 (FIG. 5). In the subsequent optional step 202, information relating to the charged particles P ′ can be determined, for example, by the optional sensor unit 120, for example by means of the principle of influence and / or by means of the escaping current principle and / or by means of another principle that relates to a Evaluation of electrically charged particles P 'is based.
Figur 7B zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. In Schritt 210 ermittelt der Partikelsensor (z.B. mittels der Steuereinrichtung 1100, Fig. 8) die erste Größe G1 , die die FIG. 7B schematically shows a simplified flow diagram according to further preferred embodiments. In step 210, the particle sensor determines (for example by means of the control device 1100, FIG. 8) the first variable G1, which is the
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 (Figur 8). In Schritt 212 (Figur 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. Characterized the speed of the particles P in the fluid flow A1. Alternatively or additionally, the particle sensor receives the first variable G1 in step 210 from an external unit 300 (FIG. 8). In step 212 (FIG. 7B), the particle sensor determines (or calculates or forms) the control signal ASC, in particular the time profile of the control signal ASC, as a function of the first variable G1. Alternatively or additionally, the control signal ASC can be determined in step 212 as a function of a particle size or particle mass of interest. In the subsequent, optional step 214, the corona electrode 112 is actuated with the pulsed actuation signal ASC, which was previously determined in step 212.
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 Further preferred embodiments relate to the use of the particle sensor according to the embodiments and / or the method according to the embodiments to determine information relating to particles P (e.g. particle concentration, number of particles) in an exhaust gas stream A1, A2 of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle. The principle according to the embodiments can be used both for sensing and as a solid
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. formed particles P (e.g. soot particles as they are contained in an exhaust gas stream of an internal combustion engine) as well as for sensing e.g. liquid particles P (e.g. aerosol) can be used.
Manche bevorzugte Ausführungsformen ermöglichen die folgenden Vorteile: kein bzw. ein geringeres Trapping von kleinen Partikeln im Bereich der Some preferred embodiments enable the following advantages: no or less trapping of small particles in the area of the
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. Corona discharge 114, no or less dependence of the charge of the particles P on the exhaust gas velocity vex. The principle according to others preferred embodiments advantageously enables a particularly precise and uniform electrical charging of the particles 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). In further preferred embodiments, the particle sensor can be used in particular in the area of particle filters for internal combustion engines, in particular diesel particle filters (DPF) and / or gasoline particle filters (GPF), in particular for realizing a diagnosis, for example on-board diagnosis (OBD).

Claims

Ansprüche Expectations
1. Partikelsensor (100; 100a) mit einer Partikelaufladeeinrichtung (110) zum Aufladen von Partikeln (P) in einem Fluidstrom (A1), wobei die 1. Particle sensor (100; 100a) with a particle charging device (110) for charging particles (P) in a fluid stream (A1), the
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. Particle charging device (110) has a corona electrode (112) for generating a corona discharge (114), and wherein the particle sensor (100; 100a) is designed to apply a pulsed control signal (ASC) to the corona electrode (112).
2. Partikelsensor (100; 100a) nach Anspruch 1 , wobei das Ansteuersignal (ASC) Pulse (1 , 2) mit einer maximalen Pulsbreite (PB) von 100 2. Particle sensor (100; 100a) according to claim 1, wherein the control signal (ASC) pulses (1, 2) with a maximum pulse width (PB) of 100
Millisekunden, ms, oder weniger aufweist. Milliseconds, ms, or less.
3. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden 3. Particle sensor (100; 100a) according to at least one of the above
Ansprüche, wobei das Ansteuersignal (ASC) Pulse (1 , 2) mit einer maximalen Pulsbreite (PB) von 10 ms oder weniger aufweist, vorzugsweise 3 ms oder weniger. Claims, wherein the control signal (ASC) has pulses (1, 2) with a maximum pulse width (PB) of 10 ms or less, preferably 3 ms or less.
4. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden 4. Particle sensor (100; 100a) according to at least one of the above
Ansprüche, wobei eine minimale Pulsbreite (PB) der Pulse (1 , 2) des Ansteuersignals (ASC) 10 Mikrosekunden, ps, oder mehr beträgt. Claims, wherein a minimum pulse width (PB) of the pulses (1, 2) of the drive signal (ASC) is 10 microseconds, ps, or more.
5. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden 5. Particle sensor (100; 100a) according to at least one of the above
Ansprüche, wobei eine minimale Pulsbreite (PB) der Pulse (1 , 2) des Ansteuersignals (ASC) 100 ps oder mehr beträgt, vorzugsweise 1000 ps oder mehr. Claims, wherein a minimum pulse width (PB) of the pulses (1, 2) of the control signal (ASC) is 100 ps or more, preferably 1000 ps or more.
6. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden 6. Particle sensor (100; 100a) according to at least one of the above
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 Claims, wherein a pulse pause (PP) between two successive pulses (1, 2) of the control signal (ASC) is greater than a flight time of particles through a charging zone in the area (114 ') of the
Koronaentladung (114). Corona discharge (114).
7. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden 7. Particle sensor (100; 100a) according to at least one of the above
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. Claims, wherein the particle sensor (100; 100a) is designed to determining the first variable (G1) and / or receiving it from an external unit (300), the first variable (G1) characterizing a velocity of the particles (P) in the fluid stream (A1).
8. Partikelsensor (100; 100a) nach Anspruch 7, wobei der Partikelsensor (100; 8. particle sensor (100; 100a) according to claim 7, wherein the particle sensor (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). 100a) is designed to determine (210) at least one of the following elements as a function of the first variable (G1): a) a minimum pulse width (PB) of the pulses (1, 2) of the control signal (ASC), b) a maximum Pulse width (PB) of the pulses (1, 2) of the control signal (ASC), c) a minimum pulse pause (PP) between two successive pulses (1, 2) of the control signal (ASC), d) a maximum pulse pause (PP) between two successive pulses (1, 2) of the control signal (ASC), the particle sensor (100; 100a) in particular being designed to control (214) the corona electrode (112) as a function of the determined element.
9. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden 9. Particle sensor (100; 100a) according to at least one of the above
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. Claims, wherein the particle sensor (100; 100a) has a sensor unit (120) for determining information about charged particles (P '), the sensor unit (120) in particular being designed to transmit the information about charged particles (P') by means of the To determine the principle of influence and / or by means of the escaping-current principle.
10. Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors (100; 100a) mit einer 10. Method for operating a particle sensor (100; 100a) with a
Partikelaufladeeinrichtung (110) zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom (A1), wobei die Partikelaufladeeinrichtung (110) eine Particle charging device (110) for charging particles in a fluid stream (A1), the particle charging device (110) being a
Koronaelektrode (112) zur Erzeugung einer Koronaentladung (114) aufweist, wobei der Partikelsensor (100; 100a) die Koronaelektrode (112) mit einem gepulsten Ansteuersignal (ASC) beaufschlagt (200). Corona electrode (112) for generating a corona discharge (114), wherein the particle sensor (100; 100a) acts on the corona electrode (112) with a pulsed control signal (ASC) (200).
11. 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, ps, oder mehr beträgt, insbesondere 100 ps oder mehr, vorzugsweise 1000 ps oder mehr. 11. The method according to claim 10, wherein the control signal (ASC) has pulses (1, 2) with a maximum pulse width (PB) of 100 milliseconds, ms, or less, in particular 10 ms or less, preferably 3 ms or less, and / or wherein a minimum pulse width (PB) of the pulses (1, 2) of the drive signal (ASC) is 10 microseconds, ps, or more, in particular 100 ps or more, preferably 1000 ps or more.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11 , wobei der 12. The method according to at least one of claims 10 to 11, wherein the
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). Particle sensor (100; 100a) determines (210) and / or a first variable (G1) receives (210) from an external unit (300), the first variable (G1) characterizing a speed of the particles (P) in the fluid stream (A1), the particle sensor (100; 100a) in particular the control signal (ASC), in particular determines (212) a time profile of the control signal (ASC), depending on the first variable (G1).
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein 13. The method according to at least one of claims 10 to 12, wherein a
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. Corona current, with which the corona electrode (112) is supplied for the generation of the corona discharge (114), as a function of a speed (vex) of the fluid flow (A1) and / or one or the pulse width (PB) and / or as a function of a pulse pause (PP) between two successive pulses (1, 2) is specified or set.
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