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WO2012085035A1 - Verfahren zum betreiben eines russsensors - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines russsensors Download PDF

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Publication number
WO2012085035A1
WO2012085035A1 PCT/EP2011/073517 EP2011073517W WO2012085035A1 WO 2012085035 A1 WO2012085035 A1 WO 2012085035A1 EP 2011073517 W EP2011073517 W EP 2011073517W WO 2012085035 A1 WO2012085035 A1 WO 2012085035A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
soot
sensor
current
soot sensor
electrode structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/073517
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Ante
Philippe Grass
Markus Herrmann
Willibald Reitmeier
Denny SCHÄDLICH
Manfred Weigl
Andreas Wildgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Priority to US13/997,165 priority Critical patent/US20130298640A1/en
Publication of WO2012085035A1 publication Critical patent/WO2012085035A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1466—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being a soot concentration or content
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    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1494—Control of sensor heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/05—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a particulate sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/20—Sensor having heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a soot sensor, wherein the soot sensor has an interdigital electrode ⁇ structure to which a measuring voltage is applied, in which are deposited on the interdigital electrodes structure soot particles from an exhaust stream and the current flowing through the soot particles and the interdigital electrode structure measuring current as Measurement of the soot loading of the soot sensor is evaluated ⁇ and wherein the interdigital electrode structure is burned from a predetermined soot load, which is detected by an upper current threshold.
  • soot sensors used to measure the current emitted by the exhaust stream soot, so that the engine management with information in an automobile in a current driving situ ⁇ ation to reduce with controller adjustments emission levels. Furthermore can be initiated by exhaust soot filters with the help of soot sensors active exhaust gas purification or an exhaust gas recirculation to the internal combustion engine. In the case of Rußfil ⁇ Chipping regenerable filters are used to filter out the one WE substantial part of the soot content of the exhaust gas. Soot sensors are required for the detection of soot in order to monitor the function of the soot filters or to control their regeneration cycles.
  • the soot filter which is also referred to as a diesel particle filter, be preceded by a soot sensor and / or be connected downstream of a soot sensor.
  • the upstream of the diesel particulate filter sensor serves to increase the system safety and to ensure an operation of the diesel particulate filter under optimum Be ⁇ conditions. Since these depend to a great extent on the amount of soot stored in the diesel particulate filter, it is of great importance to precisely measure the particulate concentration upstream of the diesel particulate filter system, in particular the determination of a high particulate concentration upstream of the diesel particulate filter ,
  • a diesel particulate filter downstream sensor provides the ability to perform on-board diagnostics and also helps ensure proper operation of the exhaust after-treatment system.
  • German laid-open specification DE 199 59 871 A1 discloses a sensor and an operating method for the sensor, both being based on thermal considerations.
  • the sensor consists of an open porous shaped body such as a honeycomb ceramic, a heating element and a temperature sensor. If the sensor is associated with a sample gas volume, soot deposits on it. For measurement , the soot deposited in a period of time is ignited by means of the heating element and burnt. The temperature increase resulting from the combustion is measured.
  • particle sensors for conductive particles be ⁇ known, in which two or more metal electrodes are provided, which have a comb-like interdigitated electrodes. These comb-like structures are also referred to as interdigital structures.
  • Soot particles which deposit on these sensor structures, short the electrodes and thus change the impedance of the electrode structure. With increasing concentration of particles on the sensor surface, a decreasing resistance, or too ⁇ participating current at a constant voltage is applied between the electrodes is measured in this way.
  • Such a soot sensor is used for
  • Example in DE 10 2004 028 997 AI discloses.
  • a certain amount of soot particles must be present between the electrodes.
  • the soot sensor is virtually blind to the soot concentration in the exhaust stream.
  • the minimum particle loading between the electrodes is achieved by means of conductive particles which are arranged artificially in the electrode gap.
  • the arrangement of these particles is technically very difficult and expensive.
  • these particles for example, in case of shocks of the sensor or by chemical processes lost, whereby the properties of the sensor are changed and a reliable measurement of soot loading in the exhaust stream is disturbed or completely prevented.
  • the soot sensor must be cleaned at regular intervals.
  • the regeneration of the sensor is done by burning off the accumulated soot.
  • the sensor element is burned after Rußstromrung usually with the help of an integrated heating element.
  • the sensor can not detect the soot loading of the exhaust stream.
  • the time required for regenerative free ⁇ burn the sensor structure is also referred to as dead time of the sensor. So it is important that free ⁇ burning phase and the adjoining Neukonditionie- approximately phase of the soot sensor as short as possible in order to use the soot sensor as soon as possible for soot measurement.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for loading a soot sensor drive specify which provides good measurement resulting ⁇ nit, wherein the soot sensor should have the smallest possible Totzei ⁇ th.
  • the dead time of the soot sensor can be kept very low.
  • a far-reaching linearization of the current characteristic generated by the soot deposition in the sensor takes place.
  • the soot loading of the exhaust gas flow of a motor vehicle can be monitored almost continuously, which makes it possible to control the emission of
  • the structure of the measuring electrodes of the soot sensor can be manufactured in a robust and inexpensive thick-film technology or on the basis of cofired technology.
  • a development of the invention is characterized in that the value for the lower current threshold is between 1% and 20% of the value for the upper current threshold.
  • the interdigital electrode structure measuring electrodes having a width between 50 and 100 ⁇ , it can be produced in the particularly robust and inexpensive thick-film technology or cofired technology.
  • the measured values obtainable with such an electrode structure are of sufficient accuracy, for example for the use of the soot sensor in the exhaust gas system of a motor vehicle.
  • from these 50 and 100 ⁇ thick-film electrode structure are particularly durable.
  • FIG. 1 shows a soot sensor
  • FIG. 2 shows the mode of operation of the soot sensor
  • FIGS. 3 to 8 show a method for operating a soot sensor
  • FIG. 9 shows the functional relationship between the
  • FIG. 1 shows a soot sensor 10, which is constructed from a shaped body 1, a heating element, not shown here, and a structure of interdigitated measuring electrodes 3.
  • the molded body 1 may be made of a Keramikmateri- al, or of a different material best ⁇ hen which has electrically insulating properties and can withstand the combustion temperature of soot problems.
  • the soot sensor 10 is typically heated to temperatures between 500 and 800 ° C. with the aid of an electrical resistance heater. These temperatures must tolerate the electrically insulating molded body 1 without damage.
  • the structure of the measuring electrodes 3 is here exemplified as a comb-like structure, which is also referred to as an interdigitated electrode structure, wherein between two measuring electrodes 3 is always an electrically insulating region of the molded body 1 can be seen.
  • the measuring electrodes 3 and the spaces between the Measuring electrodes 3 form the interdigital electrode structure.
  • the width B of a measuring electrode 3 may be, for example, between 50 and 100 ⁇ and the distance A between the individual measuring electrodes may also be 50 and 100 ⁇ .
  • An interdigitated electrode structure of such dimensions can be readily fabricated in thick film technology. Interdigital electrodes ⁇ structures produced in thick film technology are robust, durable and inexpensive.
  • the measuring current I M between the measuring electrodes 3 is measured by means of a current measuring element 7.
  • soot sensor 10 is completely free from soot particles 4 will be I M measured with the current measuring ⁇ element 7 no measuring current as between the measuring electrodes 3 always existing a portion of the molded body 1 to be acting electrically insulating and not of Soot particles 4 is bridged.
  • FIG. 1 shows a temperature sensor 11 as part of the soot sensor 10 with a Temperaturausagonist- electronics 12, which is used to monitor the temperature prevailing in the soot sensor 10, especially when burning off the soot loading of the interdigital electrode structure 3 of the soot sensor 10.
  • FIG. 1 shows a voltage source 15 which determines the voltage applied to the measuring electrodes 3. With the voltage source 15 measuring the voltage can be applied to the 3 measuring electric ⁇ .
  • the measuring voltage may, for example, be between 20 and 60 volts and in a preferred embodiment between 40 and 60 volts.
  • FIG. 2 now shows the mode of operation of the soot sensor 10.
  • the soot sensor 10 is arranged in an exhaust pipe 5, for example of a motor vehicle, through which an exhaust gas stream 6 laden with soot particles 4 is conducted.
  • the flow direction of the exhaust gas stream 6 is indicated by the arrow.
  • the soot sensor 10 optionally having a protective cap arranged in the exhaust gas pipe 5, that the structure of interdigital at ⁇ parent measuring electrodes 3 to the exhaust gas flow 6, and thus the carbon black particles is in interaction.
  • soot particles 4 settle both on the measuring electrode ⁇ 3 and in the spaces between the measuring electrodes 3, ie on the insulating regions of the molded body 1 from. If enough soot particles have 4 deposited on the insulating regions between the measurement electrodes 3, due to the voltage applied to the measuring electrodes 3 measuring voltage and the conductivity of the soot particles 4, a measuring current I M Zvi ⁇ rule the measuring electrodes 3 flow, which is detected by the current measuring element. 7 The soot particles 4 thus bridge the electrically insulating gaps between the measuring electrode 3. In this way can be measured with the here varnishbil ⁇ Deten soot sensor 10, the loading of the exhaust gas flow 6 with carbon black particles ⁇ . 4
  • the soot sensor 10 in Figure 2 shows the heating element 2, which can be supplied with the heating circuit 13 from the heating power supply 8 with electrical heating current I H.
  • the heating current switch 9 is closed, whereby the heating current I H heats the heating element 2 and thus the entire soot sensor 10 is heated.
  • ⁇ from a temperature sensor 11 is integrated in the soot sensor 10, the process of heating the soot sensor 10 and thus the burning process of the soot particles 4, which is also referred to as burnout of the soot sensor 10, monitored and monitored by means of Temperaturausnceelektronik 12.
  • the open burning can be interrupted.
  • the progression of burnout is detected and monitored by means of the current measuring element 7. If a agreed lower threshold current Iu is reached, the heating ⁇ current I H is interrupted and finished the free burning. This leaves unburned soot particles 4 on the interdigital electrode structure 3 and a very rapid reorganization of the remaining between the measuring electrodes 3 soot particles 4, as well as the again deposited from the exhaust stream 6 soot particles 4 is reached.
  • the here from soot particles 4 newly orga ⁇ nized current paths between the measuring electrodes 3 cause a linearization of the current characteristic of the soot sensor 10.
  • the so-called dead time of the soot sensor 10 after burning the interdigital electrode structure 3 can be reduced very far.
  • the current measuring element 7 The current measuring element 7, the temperature evaluation electronics 12, the voltage source 15, the temperature sensor 11 and the
  • FIGS. 3 to 8 the working cycle of the soot sensor 10 will now be explained.
  • the soot sensors 10 depicted here are electrically interconnected analogously to the illustration in FIG. 1 or 2 and are arranged in an exhaust gas flow 6.
  • a current measuring element 7, which is connected in analogy to the representation in Figures 1 and 2 the measuring current I M is monitored.
  • FIG. 3 shows an unused and brand new soot sensor 10.
  • the molded body 1, the heating element 2 and the structure of measuring electrodes 3, which is also referred to as interdigitated electrode structure 3, can be seen.
  • the width B of a measuring electrode 3 may be between 50 and 100 ⁇ and the Distance A between the individual measuring electrodes 3 may also be 50 and 100 ⁇ .
  • no measuring current I M can flow between the electrodes 3, and thus no measured value would be detectable on the current measuring element 7.
  • the soot sensor 10 has already been exposed to a certain exhaust gas flow, the soot particles 4 having settled both on the measuring electrodes 3 and in the spaces between the measuring electrodes 3.
  • the number of soot particles 4 between the measuring electrodes 3 is still so small that no measurable measuring current I M can flow between the measuring electrodes 3 and therefore no measured value will be available at the current measuring element 7.
  • the soot particles 4 present here do not yet sufficiently bridge the insulating gaps between the measuring electrodes 3 in order to allow an electrical measuring current I M to flow. In this situation, the soot sensor 10 is blind to soot loading of the exhaust stream.
  • a first response of the soot sensor 10 is to be expected.
  • the measuring voltage is applied, as already in FIGS. 3 and 4, and sufficient soot particles 4 have now deposited, so that a measuring current I M , which is registered by the current measuring element 7, can flow between the measuring electrodes 3.
  • the time that elapses from the first use of the unfiltered soot sensor 10 to the formation of first conductive paths of soot particles 4 between the electrodes 3 is also referred to as so-called dead time of the soot sensor 10.
  • the soot sensor 10 provides no soot loading measurements of the exhaust stream, and therefore, it is important to keep the dead time as short as possible. From the situation illustrated in FIG.
  • the soot sensor 10 is ready for use and delivers a measurement signal which corresponds to the soot particle concentration 4 contained in the exhaust gas flow 6.
  • the measuring current I M in the current measuring element 7 is a signal which is dependent on the soot load of the exhaust gas flow, but which does not necessarily have to be proportional to the soot particle ⁇ loading of the exhaust gas stream 6.
  • a maximum measuring current I M flowing between the measuring electrode 3 because the gaps between the measuring electrodes 3 are completely filled with carbon black particles ⁇ .
  • Rußsen ⁇ sor 10 is heated to the burning temperature of the soot particles 4, which is then removed as Abbrenngase 14 from the surface of the soot sensor 10th Since carbon black is primarily carbon, these burn-off gases 14 will typically be carbon monoxide or carbon dioxide. In addition, water that may have settled on the surface of the soot sensor 10 evaporates.
  • soot sensor 10 If the soot sensor 10 is sufficiently heated, whereby the measuring current I M ⁇ is monitored and the heating current I H is switched off upon reaching a lower threshold current Iu, it arrives at the situation shown in Figure 8. Almost all of the soot particles 4 were removed from the surface of the soot sensor 10 by burnout. However, a few soot particles 4 remain on the interdigital electrode structure 3. The state of the soot sensor shown here 10 responds ent ⁇ about the in Figure 5. With the remaining Rußparti ⁇ angles 4, and the first re-deposited from the exhaust gas stream 6 soot particles can be a quick reorganization of the soot particles 4 on by the application of the measurement voltage Current paths between the measuring electrodes 3 can be achieved. Thus, the soot sensor 10 is ready to measure again very quickly and quite surprisingly shows a linearization of the current characteristic 16 of the soot sensor 10th
  • the soot sensor 10 again provides measurement results.
  • the measuring current I M of the soot sensor 10 is now proportional to the soot load of the exhaust gas stream 6 (linearity of the measuring current characteristic). From the beginning of burning of the soot particles 4 from the surface of Rußsen ⁇ sors 10 corresponding to the figure 7 up to the renewed plant ⁇ tion of soot particles 4, as shown in Figure 5, passes the dead time of the soot sensor 10 in which no measured values to Soot loading of the exhaust stream are available.
  • FIG. 9 shows the functional relationship between the measuring current I M and the time t, ie the function I M (t).
  • the soot sensor 10 which is completely laden with soot, is burnt free. This is done by the heating ⁇ power switch 9 is closed and a heating current I H is passed from the heating power supply 8 via the heating element 2.
  • the complete soot loading of the interdigital electrode structure 3 can be recognized by the high measuring current I M whose value is still above the upper current threshold I 0 .
  • the burnout takes place completely until the measuring current I M at the first time ⁇ point ti is no longer measurable.
  • the interdigital electrode structure 3 is completely freed from soot particles, which corresponds to a state shown in FIG.
  • the current measuring element 7 does not measure a measuring current I M.
  • the soot sensor is blind and the complete burn-out of the interdigital electrode structure 3 has resulted in a very long dead time. This corresponds ⁇ speaks the procedure according to the prior art.
  • the soot sensor is ready for use again and can be loaded with soot particles, wherein the soot sensor 10 delivers a measuring current I M , which can be evaluated as the equivalent of the Rußbe ⁇ charge the exhaust stream.
  • the functional relationship between the measuring current I M and the time t is of a clearly quadratic nature.
  • I M (t) a * t 2 , where a represents a constant.
  • the measuring current I M then increases until an upper current threshold I 0 is reached at a third time t 3 .
  • the soot sensor 10 now becomes blind and the dead time begins. Until the fourth time point, the interdigital electrode structure 3 is burned free. However, the measuring current I M is exactly obs respects ⁇ and the free baking is finished when, for a fifth time ts, the measurement current I M, the lower current threshold has reached Iu. This corresponds to a situation illustrated in FIG.
  • the soot particles still remaining on the interdigital electrode structure 3 can very quickly be organized into new current paths, with which the soot sensor 10 immediately reacts. which is ready to measure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors (10), wobei der Rußsensor (10) eine interdigitale Elektrodenstruktur (3) aufweist, an die eine Messspannung angelegt wird, wobei sich auf der interdigitalen Elektrodenstruktur (3) Rußpartikel (4) aus einem Abgasstrom (6) ablagern und der über die Rußpartikel (4) und die interdigitale Elektrodenstruktur (3) fließende Messstrom (IM) als Maß für die Rußbeladung des Rußsensors (10) ausgewertet wird und wobei die interdigitale Elektrodenstruktur (3) ab einer vorbestimmten Rußbeladung, die durch eine obere Stromschwelle (IO) erkannt wird, freigebrannt wird. Um ein Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors anzugeben, welches gute Messergebnisse liefert, wobei der Rußsensor möglichst geringe Totzeiten aufweisen soll, werden die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt: - Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur (3) durch ein Aufheizen des Rußsensors (10) nach dem Erreichen deroberen Stromschwelle (IO), - Beobachten des Messstromes (IM) während des Freibrennens der interdigitalen Elektrodenstruktur (3), - Abstellen des Freibrennens, wenn der Wert des Messstromes (IM) eine untere Stromschwelle (IU) erreicht hat.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors, wobei der Rußsensor eine interdigitale Elektroden¬ struktur aufweist, an die eine Messspannung angelegt wird, wobei sich auf der interdigitalen Elektrodenstruktur Rußpartikel aus einem Abgasstrom ablagern und der über die Rußpartikel und die interdigitale Elektrodenstruktur fließende Messstrom als Maß für die Rußbeladung des Rußsensors ausge¬ wertet wird und wobei die interdigitale Elektrodenstruktur ab einer vorbestimmten Rußbeladung, die durch eine obere Stromschwelle erkannt wird, freigebrannt wird.
Die Anreicherung der Atmosphäre mit Schadstoffen aus Abgasen wird derzeit viel diskutiert. Damit verbunden ist die Tatsa¬ che, dass die Verfügbarkeit fossiler Energieträger begrenzt ist. Als Reaktion darauf werden beispielsweise Verbrennungs¬ prozesse in Brennkraftmaschinen thermodynamisch optimiert, so dass deren Wirkungsgrad verbessert wird. Im Kraftfahrzeugbe- reich schlägt sich dies in der zunehmenden Verwendung von Dieselmotoren nieder. Der Nachteil dieser Verbrennungstechnik gegenüber optimierten Otto-Motoren ist jedoch ein deutlich erhöhter Ausstoß von Ruß. Der Ruß kann besonders durch die Anlagerung polyzyklischer Aromate stark krebserregend sein, worauf in verschiedenen Vorschriften bereits reagiert wurde. So wurden beispielsweise Abgas-Emissionsnormen mit Höchstgrenzen für die Rußemission erlassen. Daher besteht die Notwendigkeit preisgünstige Sensoren anzugeben, die den Rußge¬ halt im Abgasstrom von Kraftfahrzeugen zuverlässig messen.
Der Einsatz derartiger Rußsensoren dient der Messung des aktuell mit dem Abgasstrom ausgestoßenen Rußes, damit dem Motormanagement in einem Automobil in einer aktuellen Fahrsitu¬ ation Informationen zukommen, um mit regelungstechnischen Anpassungen die Emissionswerte zu reduzieren. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Rußsensoren eine aktive Abgasreinigung durch Abgas-Rußfilter eingeleitet werden oder eine Abgasrückführung zur Brennkraftmaschine erfolgen. Im Falle der Rußfil¬ terung werden regenerierbare Filter verwendet, die einen we- sentlichen Teil des Rußgehaltes aus dem Abgas herausfiltern. Benötigt werden Rußsensoren für die Detektion von Ruß, um die Funktion der Rußfilter zu überwachen bzw. um deren Regenerationszyklen zu steuern. Dazu kann dem Rußfilter, der auch als Diesel-Partikel-Filter bezeichnet wird, ein Rußsensor vorgeschaltet sein und/oder ein Rußsensor nachgeschaltet sein.
Der dem Diesel-Partikel-Filter vorgeschaltete Sensor dient zur Erhöhung der Systemsicherheit und zur Sicherstellung eines Betriebes des Diesel-Partikel-Filters unter optimalen Be¬ dingungen. Da diese in hohem Maße von der im Diesel-Partikel- Filter eingelagerten Rußmenge abhängen, ist eine genaue Messung der Partikelkonzentration vor dem Diesel-Partikel-Fil- tersystem, insbesondere die Ermittlung einer hohen Partikelkonzentration vor dem Diesel-Partikel-Filter, von hoher Bedeutung .
Ein dem Diesel-Partikel-Filter nachgeschalteter Sensor bietet die Möglichkeit, eine On-Board-Diagnose vorzunehmen und dient ferner der Sicherstellung des korrekten Betriebes der Abgasnachbehandlungsanlage .
Im Stand der Technik hat es verschiedene Ansätze zur Detekti- on von Ruß gegeben. Ein in Laboratorien weithin verfolgter
Ansatz besteht in der Verwendung der Lichtstreuung durch die Rußpartikel. Diese Vorgehensweise eignet sich für aufwändige Messgeräte. Wenn versucht wird, dies auch als mobiles Sensor¬ system im Abgasstrang einzusetzen, muss festgestellt werden, dass derartige Ansätze zur Realisierung eines Sensors in ei¬ nem Kraftfahrzeug durch den aufwändigen optischen Aufbau mit hohen Kosten verbunden sind. Weiterhin bestehen ungelöste Probleme bezüglich der Verschmutzung der benötigten optischen Fenster durch Verbrennungsabgase.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 199 59 871 AI offenbart einen Sensor und ein Betriebsverfahren für den Sensor, wobei beide auf thermischen Betrachtungen basieren. Der Sensor besteht aus einem offenen porösen Formkörper wie beispielsweise einer wabenförmigen Keramik, einem Heizelement und einem Temperaturfühler. Wird der Sensor mit einem Messgasvolumen in Verbindung gebracht, so lagert sich Ruß darauf ab. Zur Mes¬ sung wird der in einem Zeitraum abgelagerte Ruß mit Hilfe des Heizelementes zum Zünden gebracht und verbrannt. Die bei der Verbrennung entstehende Temperaturerhöhung wird gemessen. Derzeit sind Partikelsensoren für leitfähige Partikel be¬ kannt, bei denen zwei oder mehrere metallische Elektroden vorgesehen sind, die kammartig ineinandergreifende Elektroden aufweisen. Diese kammartigen Strukturen werden auch als In- terdigitalstrukturen bezeichnet. Rußpartikel, die sich auf diesen Sensorstrukturen ablagern, schließen die Elektroden kurz und verändern damit die Impedanz der Elektrodenstruktur. Mit steigender Partikelkonzentration auf der Sensorfläche wird auf diese Weise ein abnehmender Widerstand bzw. ein zu¬ nehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung zwischen den Elektroden messbar. Ein derartiger Rußsensor wird zum
Beispiel in der DE 10 2004 028 997 AI offenbart. Um überhaupt einen Strom zwischen den Elektroden messen zu können, muss jedoch eine gewisse Menge von Rußpartikeln zwischen den Elektroden vorhanden sein. Bis zum Erreichen dieser minimalen Partikelbeladung ist der Rußsensor gewissermaßen blind für die Rußkonzentration im Abgasstrom. In der DE 10 2005 030 134 AI wird die minimale Partikelbeladung zwischen den Elektroden durch im Elektrodenzwischenraum künstlich angeordnete leitfähige Partikel erreicht. Die Anordnung dieser Partikel ist je- doch technisch sehr schwierig und teuer. Zudem können während der Lebendsauer des Rußsensors diese Partikel zum Beispiel bei Erschütterungen des Sensors oder durch chemische Prozesse verloren gehen, womit die Eigenschaften des Sensors verändert werden und eine zuverlässige Messung der Rußbeladung im Abgasstrom gestört oder vollständig verhindert wird. Darüber hinaus muss der Rußsensor in regelmäßigen Abständen gereinigt werden. Die Regeneration des Sensors erfolgt durch das Abbrennen des angelagerten Rußes. Zur Regeneration wird das Sensorelement nach der Rußanlagerung in der Regel mit Hilfe eines integrierten Heizelementes freigebrannt. Während der Freibrennphase kann der Sensor die Rußbeladung des Abgasstroms nicht erfassen. Die Zeit die zum regenerativen Frei¬ brennen der Sensorstruktur benötigt wird, wird auch als Totzeit des Sensors bezeichnet. Es ist also wichtig, die Frei¬ brennphase und die sich daran anschließende Neukonditionie- rungsphase des Rußsensors so kurz wie möglich zu gestalten, um den Rußsensor so schnell wie möglich wieder zur Rußmessung einsetzen zu können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Be- treiben eines Rußsensors anzugeben, welches gute Messergeb¬ nisse liefert, wobei der Rußsensor möglichst geringe Totzei¬ ten aufweisen soll.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen An- spruchs gelöst.
Dadurch, dass das Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur durch ein Aufheizen des Rußsensors nach dem Erreichen der oberen Stromschwelle erfolgt, woraufhin der Mess- ström während des Freibrennens der interdigitalen Elektrodenstruktur beobachtet wird und das Freibrennen abgestellt wird, wenn der Wert des Messstromes eine untere Stromschwelle er¬ reicht hat, kann die Totzeit des Rußsensors sehr gering gehalten werden. Darüber hinaus hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass durch das hier offenbarte Verfahren eine weitgehende Linearisierung der von der Rußablagerung in dem Sensor erzeugten Stromkennlinie erfolgt. Durch den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten linearen Zusammenhang zwischen der Rußbeladung des Sensors und seiner Stromkennlinie ist es ohne weitere Kalibrierung oder die Einführung von Kennfeldern möglich, absolute Messwerte für die Rußlast (Men- ge der Rußpartikel pro Volumeneinheit des Abgases) im Abgas¬ strom zu bestimmen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Rußbeladung des Abgasstroms eines Kraftfahrzeuges nahezu kontinuierlich über- wacht werden, wodurch es möglich wird, die Emission von
Schadstoffen erheblich zu reduzieren. Darüber hinaus kann die Struktur der Messelektroden des Rußsensors in einer robusten und preiswerten Dickschichttechnologie oder auf der Basis der Cofired-Technologie hergestellt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die untere Stromschwelle zwischen 1% und 20% des Wertes für die obere Stromschwelle beträgt. Hierdurch ist der Rußsensor nach dem Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur noch schneller wieder einsatzbereit, wodurch die Totzeit weiter verkürzt ist. Dies ist darauf zurück zu führen, dass mit der Wahl dieser unteren Stromschwelle ein ausreichender Teil der Kohlenstoffbrücken, die sich aus den Rußpartikeln zwischen den interdigitalen Elektroden gebildet haben, erhalten bleibt. Ein Messstrom steht also nach einem
Freibrennen in Rahmen des hier offenbarten Betriebsverfahrens für den Rußsensor sofort wieder zur Verfügung. Zeitaufwendige Rekonfigurationen der Kohlenstoffbrücken auf der interdigitalen Elektrodenstruktur sind nicht notwendig.
Wenn die interdigitale Elektrodenstruktur Messelektroden mit einer Breite zwischen 50 und 100 μπι aufweist, kann sie in der besonders robusten und preiswerten Dickschichttechnologie oder Cofired-Technologie hergestellt werden. Die mit einer solchen Elektrodenstruktur erzielbaren Messwerte sind von ausreichender Genauigkeit, zum Beispiel für den Einsatz des Rußsensors im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges. Darüber hin- aus sind diese 50 und 100 μπι Dickschicht-Elektrodenstruktur besonders langlebig.
Wenn das Freibrennen mit einem elektrischen Heizelement er- folgt, das mit Hilfe eines Heizstromes erhitzt wird, kann der Prozess des Freibrennens gut überwacht werden und sehr ein¬ fach und exakt beendet werden.
In den nachfolgenden Darstellungen wird die Erfindung näher erläutert. Diese zeigen in:
Figur 1 einen Rußsensor,
Figur 2 die Wirkungsweise des Rußsensors,
Figur 3 bis 8 ein Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors,
Figur 9 den funktionalen Zusammenhang zwischen dem
Messstrom IM und der Zeit t.
Figur 1 zeigt einen Rußsensor 10, der aus einem Formkörper 1, einem hier nicht dargestellten Heizelement sowie einer Struktur aus interdigital ineinander greifenden Messelektroden 3 aufgebaut ist. Der Formkörper 1 kann aus einem Keramikmateri- al hergestellt sein, oder aus einem anderen Material beste¬ hen, das elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist und der Abbrandtemperatur von Ruß problemlos standhält. Um den Rußsensor 10 von Ruß frei zu brennen wird der Rußsensor 10 typischer Weise mit Hilfe einer elektrischen Widerstandshei- zung auf Temperaturen zwischen 500 und 800 °C erhitzt. Diese Temperaturen muss der elektrisch isolierende Formkörper 1 ohne Beschädigungen vertragen. Die Struktur der Messelektroden 3 ist hier beispielhaft als kammartige Struktur ausgebildet, die auch als interdigitale Elektrodenstruktur bezeichnet wird, wobei zwischen zwei Messelektroden 3 immer ein elektrisch isolierender Bereich des Formkörpers 1 zu erkennen ist. Die Messelektroden 3 und die Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 bilden die interdigitale Elektrodenstruktur. Die Breite B einer Messelektrode 3 kann zum Beispiel zwischen 50 und 100 μπι liegen und der Abstand A zwischen den einzelnen Messelektroden kann ebenfalls 50 und 100 μπι betragen. Eine interdigitale Elektrodenstruktur mit derartigen Abmessungen kann leicht in Dickschichttechnologie hergestellt werden. In Dickschichttechnologie hergestellte interdigitale Elektroden¬ strukturen sind robust, langlebig und kostengünstig. Der Messstrom IM zwischen den Messelektroden 3 wird mit Hilfe eines Strommesselementes 7 gemessen. Solange der Rußsensor 10 völlig frei von Rußpartikeln 4 ist, wird mit dem Strommess¬ element 7 kein Messstrom IM messbar sein, da zwischen den Messelektroden 3 immer ein Bereich des Formkörpers 1 vorhan- den ist, der elektrisch isolierend wirkt und der auch nicht von Rußpartikeln 4 überbrückt wird.
Weiterhin zeigt Figur 1 einen Temperatursensor 11 als Bestandteil des Rußsensors 10 mit einer Temperaturauswerte- elektronik 12, die zur Überwachung der im Rußsensor 10 herrschenden Temperatur vor allem beim Abbrand der Rußbeladung von der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 des Rußsensors 10 dient . Zudem ist in Figur 1 eine Spannungsquelle 15 zu erkennen, die die an den Messelektroden 3 anliegende Spannung bestimmt. Mit der Spannungsquelle 15 kann Messspannung an die Messelektro¬ den 3 angelegt werden. Die Messspannung kann zum Beispiel zwischen 20 und 60 Volt und in einer bevorzugten Ausführungs- form zwischen 40 und 60 Volt liegen.
Figur 2 zeigt nun die Wirkungsweise des Rußsensors 10. Hier ist der Rußsensor 10 in einem Abgasrohr 5, zum Beispiel eines Kraftfahrzeuges, angeordnet, durch das ein mit Rußpartikeln 4 beladener Abgasstrom 6 geleitet wird. Die Strömungsrichtung des Abgasstromes 6 wird durch den Pfeil angedeutet. Die Auf¬ gabe des Rußsensors 10 ist es nun, die Konzentration der Ruß- Partikel 4 im Abgasstrom 6 zu messen. Dazu ist der Rußsensor 10, der gegebenenfalls eine Schutzkappe aufweist, so im Ab- gasrohr 5 angeordnet, dass die Struktur aus interdigital an¬ geordneten Messelektroden 3 mit dem Abgasstrom 6 und somit den Rußpartikeln 4 in Wechselwirkung steht. Aus dem Abgasstrom 6 setzen sich Rußpartikel 4 sowohl auf den Messelektro¬ den 3 als auch in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3, also auf den isolierenden Bereichen des Formkörpers 1 ab. Wenn sich genügend Rußpartikel 4 auf den isolierenden Bereichen zwischen die Messelektroden 3 abgesetzt haben, wird aufgrund der an den Messelektroden 3 angelegten Messspannung und der Leitfähigkeit der Rußpartikel 4 ein Messstrom IM zwi¬ schen den Messelektroden 3 fließen, der vom Strommesselement 7 erfassbar ist. Die Rußpartikel 4 überbrücken somit die elektrisch isolierenden Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3. Auf diese Art und Weise kann mit dem hier abgebil¬ deten Rußsensor 10 die Beladung des Abgasstromes 6 mit Ru߬ partikeln 4 gemessen werden.
Zudem zeigt der Rußsensor 10 in Figur 2 das Heizelement 2, das mit dem Heizstromkreis 13 aus der Heizstromversorgung 8 mit elektrischem Heizstrom IH versorgt werden kann. Um den Rußsensor 10 auf die Abbrandtemperatur der Rußpartikel 4 zu erhitzen, also frei zu brennen, wird der Heizstromschalter 9 geschlossen, womit der Heizstrom IH das Heizelement 2 erwärmt und somit der gesamte Rußsensor 10 erhitzt wird. Darüber hin¬ aus ist ein Temperatursensor 11 im Rußsensor 10 integriert, der mit Hilfe der Temperaturauswerteelektronik 12 den Vorgang des Aufheizens des Rußsensors 10 und damit den Abbrandvorgang der Rußpartikel 4, der auch als Freibrennen des Rußsensors 10 bezeichnet wird, kontrolliert und überwacht.
Wenn der Abbrandvorgang der Rußpartikel 4 weit genug vorange¬ schritten ist und die interdigitale Elektrodenstruktur weit¬ gehend frei gebrannt ist, kann das Freibrennen unterbrochen werden. Das Fortschreiten des Freibrennens wird mit Hilfe des Strommesselementes 7 erfasst und überwacht. Wenn eine vorbe- stimmte untere Stromschwelle Iu erreicht ist, wird der Heiz¬ strom IH unterbrochen und das Freibrennen beendet. Dadurch verbleiben unverbrannte Rußpartikel 4 auf der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 und eine sehr schnelle Neuorganisation der zwischen den Messelektroden 3 verbleibenden Rußpartikel 4, sowie der erneut aus dem Abgasstrom 6 abgelagerten Rußpartikel 4 wird erreicht. Die hier aus Rußpartikeln 4 neu orga¬ nisierten Strompfade zwischen den Messelektroden 3 bewirken einen Linearisierung der Stromkennlinie des Rußsensors 10. Dadurch kann die sogenannte Totzeit des Rußsensors 10 nach dem Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 sehr weit reduziert werden.
Das Strommesselement 7, die Temperaturauswerteelektronik 12, die Spannungsquelle 15, der Temperatursensor 11 sowie der
Heizstromschalter 9 sind hier exemplarisch als diskrete Bauteile dargestellt. Selbstverständlich können diese Bauteile als Bestandteile eines mikromechanischen Systems zusammen mit den Messelektroden auf einem Chip realisiert werden oder Be- standteile einer mikroelektronischen Schaltung sein, die beispielsweise in einem Steuergerät für den Rußsensor 10 inte¬ griert ist.
In den Figuren 3 bis 8 wird nun der Arbeitszyklus des Rußsen- sors 10 erläutert. In den Figuren 3 bis 8 ist jeweils nur der Rußsensor 10 dargestellt, wobei angenommen wird, dass die hier abgebildeten Rußsensoren 10 analog zur Darstellung in Figur 1 oder 2 elektrisch verschaltet und in einem Abgasstrom 6 angeordnet sind. Mit einem Strommesselement 7, das analog zur Darstellung in Figur 1 und 2 verschaltet ist, wird der Messstrom IM überwacht.
Figur 3 zeigt einen unbenutzten und fabrikneuen Rußsensor 10. Zu erkennen ist der Formkörper 1, das Heizelement 2 sowie die Struktur aus Messelektroden 3, die auch als interdigitale Elektrodenstruktur 3 bezeichnet wird. Die Breite B einer Messelektrode 3 kann zwischen 50 und 100 μπι liegen und der Abstand A zwischen den einzelnen Messelektroden 3 kann ebenfalls 50 und 100 μπι betragen. Auf den Messelektroden 3 und in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3 befinden sich keine Rußpartikel 4. Damit kann zwischen den Elektroden 3 auch kein Messstrom IM fließen, und somit würde an dem Strommesselement 7 kein Messwert erkennbar sein.
In Figur 4 wurde der Rußsensor 10 schon einem gewissen Abgasstrom ausgesetzt, wobei sich die Rußpartikel 4 sowohl auf den Messelektroden 3 als auch in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3 abgesetzt haben. Die Anzahl der Rußpartikel 4 zwischen den Messelektroden 3 ist jedoch noch so klein, dass zwischen den Messelektroden 3 noch kein messbarer Messstrom IM fließen kann und daher wird am Strommesselement 7 auch noch kein Messwert zur Verfügung stehen. Die hier vorhandenen Rußpartikel 4 überbrücken die isolierenden Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 noch nicht ausreichend, um einen elektrischen Messstrom IM fließen zu lassen. In dieser Situation ist der Rußsensor 10 blind für die Rußbeladung des Abgasstromes.
In der in Figur 5 dargestellten Situation ist ein erstes Ansprechen des Rußsensors 10 zu erwarten. Zwischen den Messelektroden 3 ist die Messspannung, wie auch schon in Figur 3 und 4, angelegt und es haben sich nun genügend Rußpartikel 4 abgelagert, so dass zwischen den Messelektroden 3 ein Messstrom IM fließen kann, der vom Strommesselement 7 registriert wird. Die Zeit, die vergeht vom ersten Einsatz des unberußten Rußsensors 10 bis zur Ausbildung erster leitender Pfade aus Rußpartikeln 4 zwischen den Elektroden 3, wird auch als sogenannte Totzeit des Rußsensors 10 bezeichnet. In der Totzeit liefert der Rußsensor 10 keine Messwerte für die Rußbeladung des Abgasstroms, und daher ist es wichtig, die Totzeit so kurz wie möglich zu halten. Ab der in Figur 5 dargestellten Situation ist der Rußsensor 10 einsatzbereit, und er liefert ein Messsignal, das der im Abgasstrom 6 enthaltenen Rußpartikelkonzentration 4 entspricht. In Figur 6 haben sich noch weitere Rußpartikel 4 in die Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 gesetzt, wodurch sich der Messstrom IM in dem Strommesselement 7 erhöht. In dieser Phase ist der Messstrom IM in dem Strommesselement 7 ein Signal, das abhängig von der Rußbeladung des Abgasstroms ist, das aber nicht notwendiger Weise proportional zur Ru߬ partikelbeladung des Abgasstromes 6 sein muss. In der in Figur 7 dargestellten Situation fließt ein maximaler Messstrom IM zwischen den Messelektroden 3, da die Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 vollständig mit Ru߬ partikeln 4 aufgefüllt sind. Der maximale Messstrom IM hat damit eine obere Stromschwelle I0 erreicht oder sogar schon überschritten. Selbst wenn sich danach noch weiter Rußpartikel 4 auf der interdigitalen Elektrodenstruktur und damit zwischen die Messelektroden 3 absetzen, wird der Strommesswert am Strommesselement 7 nicht mehr ansteigen. Auch in die¬ ser Situation ist der Rußsensor 10 blind für die Rußpartikel- beladung des Abgasstromes 6. Um den Rußsensor 10 wieder einsatzbereit zu machen, wird der Heizstromschalter 9 geschlossen und ein Heizstrom IH von der Heizstromversorgung 8 über das Heizelement 2 geleitet. Dadurch erhitzt sich der Rußsen¬ sor 10 auf die Abbrandtemperatur der Rußpartikel 4, die sich dann als Abbrenngase 14 von der Oberfläche des Rußsensors 10 entfernen. Da Ruß in erster Linie aus Kohlenstoff besteht, werden diese Abbrenngase 14 in der Regel Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid sein. Zudem verdampft Wasser, das sich eventuell auf der Oberfläche des Rußsensors 10 abgesetzt hatte.
Wird der Rußsensor 10 ausreichend geheizt, wobei der Mess¬ strom IM überwacht wird und der Heizstrom IH beim Erreichen einer unteren Stromschwelle Iu abgeschaltet wird, so kommt es zu der in Figur 8 dargestellten Situation. Fast alle Rußpar- tikel 4 wurden von der Oberfläche des Rußsensors 10 durch das Freibrennen entfernt. Wenige Rußpartikel 4 verbleiben jedoch auch nach dem Freibrennen auf der interdigitalen Elektroden- struktur 3. Der hier gezeigte Zustand des Rußsensors 10 ent¬ spricht etwa dem in Figur 5. Mit den verbleibenden Rußparti¬ keln 4, sowie den ersten neu aus dem Abgasstrom 6 abgelagerten Rußpartikeln kann durch das Anlegen der Messspannung eine schnelle Neuorganisation der Rußpartikel 4 zu Strompfaden zwischen den Messelektroden 3 erreicht werden. Damit wird der Rußsensor 10 sehr schnell wieder messbereit und in ganz überraschender Weise zeigt sich eine Linearisierung der Stromkennlinie 16 der Rußsensors 10.
Ab einer in Figur 5 dargestellten Situation liefert der Rußsensor 10 wieder Messergebnisse. Der Messstrom IM des Rußsensors 10 ist nun zu der Rußbeladung des Abgasstromes 6 proportional (Linearität der Messstromkennlinie) . Vom Beginn des Abbrennens der Rußpartikel 4 von der Oberfläche des Rußsen¬ sors 10 entsprechend der Figur 7 bis hin zur erneuten Anlage¬ rung von Rußpartikeln 4, wie sie in Figur 5 dargestellt ist, vergeht die Totzeit des Rußsensors 10, in der keine Messwerte zur Rußbeladung des Abgasstromes zur Verfügung stehen. Wich- tig für eine möglichst kontinuierliche Überwachung des Abgas¬ stromes 6 ist es jedoch, diese Totzeit möglichst kurz zu hal¬ ten, um möglichst permanent auf Messsignale zurückgreifen zu können, die über die Rußbeladung des Abgasstromes Auskunft geben. Eine deutliche Verkürzung der Totzeit wird durch das Abstellen des Freibrennens erreicht, wenn der Wert des Mess¬ stromes IM eine untere Stromschwelle Iu erreicht hat.
Bei einem vollständigen Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 würde man dagegen in eine Situation wie in Figur 3 zurückkehren, womit eine lange Phase der Neuorganisa¬ tion von Strompfaden aus Rußpartikeln zwischen den Messelektroden 3 verbunden wäre. Das vollständige Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 verlängert die Totzeit des Rußsensors 10 erheblich.
Figur 9 zeigt den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Messstrom IM und der Zeit t, also die Funktion lM(t) . Zu ei- nem nullten Zeitpunkt to wird der vollständig mit Ruß belade- ne Rußsensor 10 freigebrannt. Die geschieht indem der Heiz¬ stromschalter 9 geschlossen wird und ein Heizstrom IH von der Heizstromversorgung 8 über das Heizelement 2 geleitet wird. Die vollständige Rußbeladung der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 ist am hohen Messstrom IM zu erkennen, dessen Wert noch über der oberen Stromschwelle I0 liegt. Das Freibrennen erfolgt vollständig, bis der Messstrom IM zum ersten Zeit¬ punkt ti nicht mehr messbar ist. Dann ist die interdigitale Elektrodenstruktur 3 vollständig von Rußpartikeln befreit, was einem in Figur 3 dargestellten Zustand entspricht. Zwischen dem ersten Zeitpunkt ti und einem zweiten Zeitpunkt t2 wird vom Strommesselement 7 kein Messstrom IM gemessen. Bis zum zweiten Zeitpunkt t2 ist der Rußsensor blind und durch das vollständige Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 ist eine sehr lange Totzeit entstanden. Dies ent¬ spricht dem Vorgehen nach dem Stand der Technik. Ab dem zweiten Zeitpunkt t2 ist der Rußsensor wieder einsatzbereit und kann mit Rußpartikeln beladen werden, wobei der Rußsensor 10 einen Messstrom IM liefert, der als Äquivalent für die Rußbe¬ ladung des Abgasstromes ausgewertet werden kann. Allerdings ist der funktionale Zusammenhang zwischen dem Messstrom IM und der Zeit t hier von deutlich quadratischer Natur. Es ergibt sich also nach einem vollständigen Freibrennen der in- terdigitalen Elektrodenstruktur 3 eine Funktion vom Typ
IM(t)=a*t2, wobei a eine Konstante darstellt. Der Messstrom IM steigt dann so lange an, bis zu einem dritten Zeitpunkt t3 eine obere Stromschwelle I0 erreicht ist. Der Rußsensor 10 wird nun blind und es beginnt die Totzeit. Bis zum vierten Zeitpunkt wird die interdigitale Elektrodenstruktur 3 freigebrannt. Dabei wird jedoch der Messstrom IM genau beob¬ achtet und das Freibrennen wird beendet, wenn zum einem fünften Zeitpunkt ts der Messstrom IM die untere Stromschwelle Iu erreicht hat. Dies entspricht einer in Figur 8 dargestellten Situation. Die noch auf der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 verbleibenden Rußpartikel können sich sehr schnell zu neuen Strompfaden organisieren, womit der Rußsensor 10 sofort wie- der messbereit ist. Dies ist etwa zum sechsten Zeitpunkt te der Fall. Die Totzeit des Rußsensors ist nach dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren wesentlich kürzer als beim Freibrennen nach dem Stand der Technik. Ab dem sechsten Zeitpunkt te zeigt sich zudem ein deutlich linearer funktionaler Zusammenhang zwischen dem Messstrom IM und der Zeit t. Es ergibt sich nun nach dem kontrollierten Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 bis zur unteren Stromschwelle Iu eine Funkti¬ on vom Typ IM(t)=b*t, wobei b eine weitere Konstante dar- stellt. Aus diesem linearen Zusammenhang zwischen dem Messstrom IM und der sich mit der Zeit t entwickelnden Rußbela¬ dung der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 ergibt sich eine wesentlich vereinfachte Form der Signalauswertung. Zwischen dem sechsten Zeitpunkt te und dem siebten Zeitpunkt t7 steigt der Messstrom IM linear mit der Zeit t an, bis die obere
Stromschwelle I0 erreicht ist und das Freibrennen erneut beim siebten Zeitpunkt t7 einsetzt. Der hier beschriebene Verlauf der Funktion des Messstroms IM von der Zeit t ist für den Idealfall eines konstanten Abgasstromes mit konstanter Ruß- last gezeigt. Im Realfall verändert sich die Funktion ent¬ sprechend des realen Abgasstromes und der realen Rußlast, wo¬ bei die linearen Eigenschaften des Sensorsignals erhalten bleiben, wenn der Sensor nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Vom siebten Zeitpunkt t7 bis zum achten Zeit- punkt t7 erfolgt das Freibrennen unter ständiger Kontrolle des Messstroms IM und beim Erreichen der unteren Stromschwel¬ le Iu beim neunten Zeitpunkt t7 wird der Prozess des Frei¬ brennens erneut beendet und der Rußsensor ist wieder messbe¬ reit.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors (10), wobei der Rußsensor (10) eine interdigitale Elektrodenstruktur (3) aufweist, an die eine Messspannung angelegt wird, wobei sich auf der interdigitalen Elektrodenstruktur (3) Rußpartikel (4) aus einem Abgasstrom (6) ablagern und der über die Rußpartikel (4) und die interdigitale Elektro¬ denstruktur (3) fließende Messstrom (IM) als Maß für die Rußbeladung des Rußsensors (10) ausgewertet wird und wo¬ bei die interdigitale Elektrodenstruktur (3) ab einer vorbestimmten Rußbeladung, die durch eine obere Stromschwelle (I0) erkannt wird, freigebrannt wird, g e ¬ k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Verfahrensschritte :
- Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur (3) durch ein Aufheizen des Rußsensors (10) nach dem Erreichen der oberen Stromschwelle (Ιο) ,
- Beobachten des Messstromes (IM) während des Freibren¬ nens der interdigitalen Elektrodenstruktur (3),
- Abstellen des Freibrennens, wenn der Wert des Mess¬ stromes (IM) eine untere Stromschwelle (Iu) erreicht hat .
2. Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors (10) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wert für die untere Stromschwelle (Iu) zwischen 1% und 20% des Wertes für die obere Stromschwelle (I0) beträgt .
3. Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Freibrennen mit einem elektrischen Heizelement erfolgt, das mit Hilfe eines Heizstromes (IH) erhitzt wird.
4. Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die interdigitale Elektrodenstruktur Mess elektroden (3) mit einer Breite zwischen 50 und 100 μπι aufweist .
Rußsensor (10) betrieben nach einem der Verfahren aus den Ansprüchen 1 bis 5.
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