DE102009033231A1 - Verfahren zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors in einem Kraftfahrzeug und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß - Google Patents

Verfahren zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors in einem Kraftfahrzeug und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wobei der Rußsensor mit einer im Kraftfahrzeug fest installierten Auswerteschaltung elektrisch verbunden ist. Um ein Verfahren zur Funktionsdiagnose eines Rußsensors und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß anzugeben, mit welchem auf kostengünstige Art und Weise ein fehlerhafter Rußsensor und/oder weitere Bestandteile im Ruß erkannt werden können, misst die Auswerteschaltung den Temperaturkoeffizienten des Rußsensors und erkennt die Fehlerhaftigkeit des Rußsensors und/oder das Vorhandensein weiterer Bestandteile im Ruß anhand des Temperaturkoeffizienten des Rußsensors.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors in einem Kraftfahrzeug und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß und einen Rußsensor, betrieben nach diesem Verfahren, sowie eine in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine fest installierte Auswerteschaltung zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors.
  • Die Anreicherung der Atmosphäre mit Schadstoffen aus Abgasen wird derzeit viel diskutiert. Damit verbunden ist die Tatsache, dass die Verfügbarkeit fossiler Energieträger begrenzt ist. Als Reaktion darauf werden beispielsweise Verbrennungsprozesse in Brennkraftmaschinen thermodynamisch optimiert, so dass deren Wirkungsgrad verbessert wird. Im Kraftfahrzeugbereich schlägt sich dies in der zunehmenden Verwendung von Dieselmotoren nieder. Der Nachteil dieser Verbrennungstechnik ist gegenüber optimierten Otto-Motoren jedoch ein deutlich erhöhter Ausstoß von Ruß. Der Ruß ist besonders durch die Anlagerung polyzyklischer Aromate stark krebserregend, 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 Rußgehalt im Abgasstrom von Kraftfahrzeugen zuverlässig messen.
  • Der Einsatz derartiger Rußsensoren dient der Messung des aktuell ausgestoßenen Rußes, damit dem Motormanagement in einem Automobil in einer aktuellen Fahrsituation 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 Rußfilterung werden regenerierbare Filter verwendet, die einen wesentlichen 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 Dieselpartikelfilter bezeichnet wird, ein Rußsensor vorgeschaltet sein und/oder ein Rußsensor nachgeschaltet sein.
  • Der dem Dieselpartikelfilter vorgeschaltete Sensor dient zur Erhöhung der Systemsicherheit und zur Sicherstellung eines Betriebes des Dieselpartikelfilters unter optimalen Bedingungen. Da dies in hohem Maße von der im Dieselpartikelfilter eingelagerten Rußmasse abhängt, ist eine genaue Messung der Partikelkonzentration vor dem Dieselpartikelfiltersystem, insbesondere die Ermittlung einer hohen Partikelkonzentration vor dem Dieselpartikelfilter, von hoher Bedeutung.
  • Ein dem Dieselpartikelfilter nachgeschalteter Sensor bietet die Möglichkeit, eine fahrzeugeigene Diagnose vorzunehmen und dient ferner der Sicherstellung des korrekten Betriebes der Abgasnachbehandlungsanlage.
  • Im Stand der Technik hat es verschiedene Ansätze zur Detektion 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 Sensorsystem im Abgas einzusetzen, muss festgestellt werden, dass Ansätze zur Realisierung eines optischen Sensors in einem Kraftfahrzeug mit hohen Kosten verbunden sind. Weiterhin bestehen ungelöste Probleme bezüglich der Verschmutzung der benötigten optischen Fenster durch Verbrennungsabgase.
  • Die deutschen Offenlegungsschrift DE 199 59 871 A1 offenbart einen Sensor und 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 Messung 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 bekannt, bei denen zwei oder mehrere metallische Elektroden vorgesehen sind, die kammartig ineinandergreifende Elektroden aufweisen. 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 zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung zwischen den Elektroden messbar. Ein derartiger Rußsensor wird zum Beispiel in der DE 10 2004 028 997 A1 offenbart.
  • Die kammartige Elektrodenstruktur dieser Rußsensoren wird in der Regel aus dünnen nebeneinander liegenden Leiterbahnen gebildet. Die Leiterbahnen haben z. B. einen Abstand von 10 μm voneinander. Neben der gewünschten Widerstandsänderung des Rußsensors durch eine Rußbeladung der Kammstruktur kann sich der Widerstand des Rußsensors auch durch ungewollte Kurzschlüsse ändern. Diese ungewollten Kurzschlusse können z. B. durch eine zerkratzte oder partiell abgelöste Elektrode hervorgerufen werden. Der gemessene Widerstandswert des Rußsensors würde durch diese ungewollten Kurzschlüsse verfälscht werden, was nur durch eine regelmäßige Funktionsdiagnose des Rußsensors festgestellt werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Funktionsdiagnose eines Rußsensors und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß anzugeben, mit welchem auf kostengünstige Art und Weise ein fehlerhafter Rußsensor und/oder weiteren Bestandteile im Ruß erkannt werden können.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Dadurch, dass der Rußsensor mit einer im Kraftfahrzeug fest installierten Auswerteschaltung elektrisch verbunden ist, wobei die Auswerteschaltung den Temperaturkoeffizienten des Rußsensors misst und die Fehlerhaftigkeit des Rußsensors anhand des Temperaturkoeffizienten erkennt, ist eine regelmäßige Überwachung des Rußsensors möglich. Das Kraftfahrzeug muss zur Überwachung des Rußsensors nicht in eine Fachwerkstatt gebracht werden, und dennoch kann die Funktion des Rußsensors fast lückenlos überwacht werden. Darüber hinaus können anhand des Temperaturkoeffizienten des Rußsensors auch weitere Bestandteile des Rußes erkannt werden. Wenn im Ruß zum Beispiel Wasser, Kohlenwasserstoffe, Motoröl, metallischer Abrieb und/oder Ascheanteile aus verbrannten Additiven vorhanden sind, wird dies eine charakteristische Änderung des Temperaturkoeffizienten des Rußsensors zur Folge haben. Daher kann mit Hilfe des Temperaturkoeffizienten des Rußsensors das Vorhandensein solcher Bestandteile im Ruß erkannt werden.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung erkennt die Auswerteschaltung die Fehlerhaftigkeit des Rußsensors und/oder das Vorhandensein von weiteren Bestandteilen im Ruß, wenn von der Auswerteschaltung ein größerer Temperaturkoeffizient als der eines fehlerfreien Rußsensors gemessen wird.
  • Der Widerstandswert eines Stoffes wird durch Temperaturänderungen beeinflusst. Durch den Stromfluss selbst wird im Widerstand ein Energieumsatz erzeugt. Die gerichtete Elektronenbewegung des elektrischen Stroms tritt in Wechselwirkung mit der im Widerstand ungerichteten Bewegung aller Teilchen, die durch die brownsche Molekularbewegung beschrieben wird. Dadurch erwärmt sich der Widerstand. Als Folge nimmt die brownsche Molekularbewegung zu und behindert den gerichteten Stromfluss noch mehr. Der Widerstandswert nimmt mit steigender Temperatur zu. Dieser Vorgang ist bei allen Metallen zu beobachten. Metalle sind im kalten Zustand bessere Stromleiter. Metalle sind damit typische Kaltleiter und Kaltleiter besitzen einen positiven Temperaturkoeffizienten. Beispiele für den Temperaturkoeffizienten α einiger Metalle bei 20°C sind: Kupfer α = 3,9·10–3 [K–1] Silber α = 3,8·10–3 [K–1] Eisen α = 5,0·10–3 [K–1] Platin α = 3,88·10–3 [K–1]
  • Kohlenstoff leitet bei einer Temperaturerhöhung besser als in der Kälte. Die Bindung der Valenzelektronen an die Atomkerne wird durch Wärmeenergiezufuhr aufgebrochen. Dabei entsteht jeweils ein freies Elektron und ein Defektelektron oder Elektronenloch. Das Elektronenloch trägt eine positive Ladungseinheit. Das Elektron-Loch-Paar unterstützt die Stromleitung bei angelegter elektrischer Spannung. Die Paarbildung und ihre Rekombination zum ungeladenen Atom bilden ein dynamisches Gleichgewicht. Mit steigender Temperatur wird die Elektron-Loch-Paarbildung erleichtert und die Leitfähigkeit wird größer, d. h. der Widerstand wird kleiner. Kohlenstoff und Halbleiter zählen zu den Heißleitern und sie besitzen einen negativen Temperaturkoeffizienten. Kohlenstoff besitzt beispielsweise den Temperaturkoeffizienten α bei 20°C: α = –0,5·10–3 [K–1]
  • Die Messelektroden des Rußsensors weisen eine Kammstruktur mit sehr kleinen Elektrodenabständen (z. B. 10 μm) auf. Liegt ein Kurzschluss in der Elektrodenstruktur und damit ein fehlerhafter Rußsensor vor, so zeigt sich ein positiver Temperaturkoeffizient, da die Leitfähigkeit von dem Strom über den metallischen Kurzschluss dominiert wird.
  • Wenn kein metallischer Kurzschluss existiert und somit ein fehlerfreier Rußsensor vorliegt, wird die Leitfähigkeit von der auf den Elektroden abgelagerten Rußschicht dominiert. Ruß besteht in erster Linie aus Kohlenstoff und ist damit ein typischer Heißleiter. Für einen intakten Rußsensor wird sich daher ein negativer Temperaturkoeffizient zeigen. Eine Unterscheidung zwischen einem fehlerhaften und einem fehlerfreien Rußsensor ist somit problemlos möglich, wenn von der Auswerteschaltung ein größerer Temperaturkoeffizient als der eines fehlerfreien Rußsensors gemessen wird.
  • Bei einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist der Temperaturkoeffizient des fehlerfreien Rußsensors in einem elektronischen Speicher der Auswerteschaltung abgelegt. Derartige elektronische Speicher sind sehr leicht auf einem integrierten Schaltkreis mit herstellbar. Bei einer ersten Inbetriebnahme eines neuwertigen und damit fehlerfreien Rußsensors kann die Auswerteschaltung den Temperaturkoeffizienten des fehlerfreien Rußsensors bestimmen und in dem Speicher ablegen. Alternativ kann der Temperaturkoeffizient des fehlerfreien Rußsensors vor dem Einbau des Rußsensors außerhalb des Fahrzeuges bestimmt werden und von außen in den in der Auswerteschaltung integrierten elektronischen Speicher geschrieben werden.
  • Wenn der Temperaturkoeffizient des Rußsensors bei abgeschalteter Brennkraftmaschine gemessen wird, enthält das Messergebnis keine Verfälschungen durch während der Messung neu abgelagerte Rußpartikel.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert. Diese Ausführungsform umfasst einen Rußsensor für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Es zeigen:
  • 1: einen Rußsensor,
  • 2: die Wirkungsweise des Rußsensors,
  • 3: die in einem Kraftfahrzeug fest installierte Auswerteschaltung zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose des Rußsensors,
  • 4: ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine.
  • 1 zeigt einen Rußsensor 10, der aus einem Formkörper 1, einem hier nicht dargestellten Heizelement sowie einer Struktur aus Messelektroden 3 aufgebaut ist. Der Formkörper 1 kann aus einem Keramikmaterial hergestellt sein, oder aus einem anderen Material, das elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist und der Abbrandtemperatur von Ruß problemlos standhält. Um den Rußsensor 10 von Ruß freizubrennen wird der Rußsensor 10 typischer Weise mit Hilfe einer elektrischen Widerstandsheizung 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, wobei zwischen zwei Messelektroden immer ein elektrisch isolierender Bereich des Formkörpers 1 zu erkennen ist. Der Stromfluss zwischen den Elektrodenstrukturen wird mit Hilfe eines Strommesselementes 7 gemessen. Solange der Rußsensor 10 völlig frei von Rußpartikeln 4 ist, wird durch das Strommesselement 7 kein Gleichstrom messbar sein, da zwischen den Messelektroden 3 immer ein Bereich des Formkörpers 1 vorhanden ist, der elektrisch isolierend wirkt und der nicht von Rußpartikeln 4 überbrückt wird. Weiterhin zeigt 1 einen Temperatursensor 11 als Bestandteil des Rußsensors 10 mit einer Temperaturauswerteelektronik 12, die zur Überwachung der im Rußsensor 10 herrschenden Temperatur vor allem beim Abbrand der Rußbeladung auf dem Rußsensor 10 dient.
  • 2 zeigt nun die Wirkungsweise des Rußsensors 10. Hier ist der Rußsensor 10 in einem Abgasrohr 5 angeordnet, durch das ein mit Rußpartikeln 4 beladener Abgasstrom 6 geleitet wird. Der Abgasstrom 6 kann neben den Rußpartikeln 4 auch noch weitere Bestandteile wie zum Beispiel Wasser 23, Kohlenwasserstoffe 24, Motoröl und/oder Ascheanteile aus verbrannten Additiven enthalten. Die Strömungsrichtung des Abgasstromes 6 wird durch den Pfeil angedeutet. Die Aufgabe des Rußsensors 10 ist es nun, die Konzentration der Rußpartikel 4 im Abgasstrom 6 zu messen. Dazu ist der Rußsensor 10 so im Abgasrohr 5 angeordnet, dass die Struktur aus Messelektroden 3, dem Abgasstrom 6 und somit den Rußpartikeln 4 zugewandt ist. Aus dem Abgasstrom 6 setzen sich Rußpartikel 4 sowohl auf den Messelektroden 3 als auch in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3 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 Leitfähigkeit der Rußpartikel 4 ein Gleichstrom zwischen den Messelektroden 3 fließen, der vom Strommesselement 7 erfassbar ist. Die Rußpartikel überbrücken somit die elektrisch isolierenden Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3. Auf diese Art und Weise kann mit dem hier abgebildeten Rußsensor 10 die Beladung des Abgasstromes 6 mit Rußpartikeln 4 gemessen werden.
  • Zudem zeigt der Rußsensor 10 in 2 das Heizelement 2, das mit dem Heizstromkreis 13 aus der Heizstromversorgung 8 mit elektrischem Strom versorgt werden kann. Um den Rußsensor 10 auf die Abbrandtemperatur der Rußpartikel 4 zu erhitzen, wird der Heizstromschalter 9 geschlossen, womit sich das Heizelement 2 erwärmt und somit der gesamte Rußsensor 10 erhitzt wird. Darüber hinaus ist ein Temperatursensor 11 im Rußsensor 10 integriert, der mit Hilfe der Temperaturauswerteelektronik 12 den Vorgang des Aufheizens des Rußsensors 10und damit den Abbrandvorgang der Rußpartikel 4 überwacht. Das elektrische Heizelement 2 kann derart ausgebildet sein, dass es gleichzeitig als Temperatursensor 11 verwendet werden kann. Die Bestimmung des Temperaturkoeffizienten ist mit dem auf dem Rußsensor 10 ohnehin vorhandenen elektrischen Heizelement 2 dem Temperatursensor 11 problemlos möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher besonders wirtschaftlich anwendbar, da nur die auf dem Rußsensor 10 ohnehin vorhandenen konstruktiven Merkmale verwendet werden.
  • Der Temperaturkoeffizient des Rußsensors 10 kann beispielsweise während jeder um Zwecke des Rußabbrandes von der Elektrodenstruktur eingeleiteten Aufheizphase bestimmt werden. Es kann aber auch zweckmäßig sein eine Temperaturänderung, welche nicht der Regeneration des Rußsensors dient für die Diagnose des Rußsensors 10 auf Fehlerfreiheit zu verwenden. Eine solche Temperaturänderung kann allein durch die Änderung der Abgasparameter verursacht werden oder auch mit dem Heizelement 2 gesteuert werden, ohne dass es zum Abbrand des Rußes kommt.
  • Das Strommesselement 7, die Temperaturauswerteelektronik 12 sowie der Heizstromschalter 9 sind hier exemplarisch als diskrete Bauteile dargestellt, selbstverständlich können diese Bauteile Bestandteil einer mikroelektronischen Schaltung sein, die beispielsweise in einem Steuergerät für den Rußsensor 10 integriert ist.
  • 3 zeigt die in einem Kraftfahrzeug 15 fest installierte Auswerteschaltung 13 zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose des Rußsensors 10 und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß. Der Rußsensor 10 weist eine fingerartig ineinandergreifende Messelektrodenstruktur auf, die bei einem intakten Rußsensor 10 keinerlei metallische Kurzschlüsse aufweist. Auf und zwischen die Messelektroden 3 setzen sich im Messbetrieb des Sensors Rußpartikel 4 ab, die zu einem Stromfluss zwischen den Messelektroden 3 führen, der als Maß für die Rußbeladung des Abgasstroms dient. Ab einer bestimmten Menge abgelagerter Rußpartikel 4 auf den Messelektroden 3 wird jedoch eine maximale Leitfähigkeit über die Rußschicht erreicht, die auch bei einer weiteren Rußablagerung nicht weiter vergrößert werden kann. Daher wird der Rußsensor 10 ab einer bestimmen Menge abgelagerter Rußpartikel ”blind” für eine weitere Messung der Rußkonzentration im Abgas. Es ist nun notwendig den Rußsensor 10 durch das Abbrennen der Rußschicht auf den Messelektroden 3 zu regenerieren. Dazu wird ein Heizstrom durch das Einschalten des Heizstromschalters 9 von der Heizstromversorgung 8 zum Heizelement 2 geleitet. Der Rußsensor 10 wird kontrolliert erwärmt. Die Kontrolle der Erwärmung des Rußsensors 10 erfolgt mit dem am oder im Rußsensor 10 ausgebildeten Temperatursensor 11. Die Abhängigkeit des Rußsensorwiderstandes oder dessen Leitfähigkeit (die Leitfähigkeit entspricht dem Reziproken Widerstand) von der Temperatur am Rußsensor 10 kann von der Auswerteschaltung 13 aufgezeichnet werden. Dies bildet die Funktion des Widerstands des realen Rußsensors 10 von seiner Temperatur. Die Funktion des Widerstands eines vollständig intakten Rußsensors 10 von dessen Temperatur kann im elektronischen Speicher 16 abgelegt sein. Diese Funktionen beschrieben die Temperaturkoeffizienten des realen und des vollständig intakten Rußsensors 10. Die deutlich unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten von intakten und defekten Rußsensoren resultieren aus der Tatsachen, dass Kohlenstoff und damit Ruß ein typischer Heißleiter ist und metallische Leiter typische Kaltleiter sind. Die Funktion des Widerstands des Rußsensors 10 von dessen Temperatur und damit sein Temperaturkoeffizient wird wesentlich davon abhängen, ob ein metallischer Leitvorgang oder die Kohlenstoff/Ruß Leitung dominiert. Nun ist es möglich den gemessenen Temperaturkoeffizienten mit dem des intakten Rußsensors 10 zu vergleichen und anhand dieses Vergleiches einen defekten Rußsensor 10 zu erkennen.
  • Der Temperaturkoeffizient beschreibt die relative Änderung einer physikalischen Größe in Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur gegenüber einer Bezugstemperatur. Der Temperaturkoeffizient eines Widerstandes gibt die Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur an und trägt die Einheit K–1. Der Temperaturkoeffizient wird auch als Temperaturbeiwert eines Widerstandes bezeichnet. Für viele, insbesondere metallische Widerstandsmaterialien ist dieser Temperaturkoeffizient positiv, wodurch sich mit einer Erhöhung der angelegten Temperatur größere Widerstandswerte ergeben. Im Falle des intakten Rußsensors 10 ist der Temperaturkoeffizient jedoch negativ, weil sich der Widerstandswert des intakten Rußsensors 10 maßgeblich aus der hohen elektrischen Leitfähigkeit des erwärmten Rußes zwischen den Messelektroden 3 herleitet. Es sei hier deutlich darauf hingewiesen, dass die Erkennung der Fehlerfreiheit des Rußsensors 10 mit Hilfe der Messung seines Temperaturkoeffizienten einen wesentlichen Beitrag zur Kontrolle und Einhaltung der geltenden Abgasvorschriften leisten kann.
  • In der Auswerteschaltung 13 auf dem Mikrokontroler 20 existiert ein elektronischer Speicher 16, in dem der Temperaturkoeffizient eines fehlerfreien Rußsensors 10 abgelegt ist. Der gemessene Temperaturkoeffizient des Rußsensors 10 kann nun mit dem im elektronischen Speicher 16 abgelegten Temperaturkoeffizienten eines fehlerfreien Rußsensors 10 verglichen werden. Wenn der von der Auswerteschaltung 13 gemessene Temperaturkoeffizient des Rußsensors 10 wesentlich größer ist als der eines fehlerfreien Rußsensors 10, erkennt die Auswerteschaltung 13 die Fehlerhaftigkeit des Rußsensors 10. Ein entsprechendes Fehlersignal kann dann an ein Motormanagement im Kraftfahrzeug gesendet werden, wobei der Fahrer des Kraftfahrzeuges zum Austausch des Rußsensors 10 aufgefordert wird und der Fehler in der On-Board-Diagnose-Einheit 22 des Kraftfahrzeuges abgelegt wird.
  • Zur generellen Veranschaulichung des Gesamtsystems ist in 4 ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Brennkraftmaschine 14 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 14 führt den von ihr erzeugten Abgasstrom 6 über ein Abgasrohr 5 ab. Im Abgasrohr 5 ist ein Rußsensor 10 angeordnet, der mit einer Auswerteschaltung 13 verbunden ist, die auch das Strommesselement 7 enthalten kann. Die unter 3 ausführlich beschriebene Auswerteschaltung 13 gibt die Signale zur Fehlerhaftigkeit des Rußsensors 10 und/oder die Erkenntnisse über weitere Bestandteile im Ruß an die On-Board-Diagnose-Einheit 22 weiter. Sowohl das Strommesselement 7 zur Messung der Rußbeladung des Abgasstroms 6 als auch die Auswerteschaltung 13 zur fahrzeugeigen Funktionsdiagnose eines Rußsensors 10 in einem Kraftfahrzeug 15 können auf ein und demselben integrierten elektronischen Schaltkreis ausgebildet sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Formkörper
    2
    Heizelement
    3
    Messelektrode
    4
    Rußpartikel
    5
    Abgasrohr
    6
    Abgasstrom
    7
    Strommesselement
    8
    Heizstromversorgung
    9
    Heizstromschalter
    10
    Rußsensor
    11
    Temperatursensor
    12
    Temperaturauswerteelektronik
    13
    Auswerteschaltung
    14
    Brennkraftmaschine
    15
    Kraftfahrzeug
    16
    elektronischer Speicher
    19
    ADC
    20
    Mikrokontroler
    21
    Schalter
    22
    On-Board-Diagnose
    23
    Wasser
    24
    Kohlenwasserstoff
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19959871 A1 [0008]
    • - DE 102004028997 A1 [0009]

Claims (9)

  1. Verfahren zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors (10) und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß in einem Kraftfahrzeug (15) mit einer Brennkraftmaschine (14), wobei der Rußsensor (10) mit einer im Kraftfahrzeug (15) fest installierten Auswerteschaltung (13) elektrisch verbunden ist, und wobei die Auswerteschaltung (13) den Temperaturkoeffizienten des Rußsensors (10) misst und die Fehlerhaftigkeit des Rußsensors (10) und/oder das Vorhandensein von weiteren Bestandteilen im Ruß anhand des Temperaturkoeffizienten erkennt.
  2. Verfahren zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors (10) und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (13) die Fehlerhaftigkeit des Rußsensors (10) und/oder das Vorhandensein von weiteren Bestandteilen im Ruß erkennt, wenn von der Auswerteschaltung (13) ein größerer Temperaturkoeffizient als der eines fehlerfreien Rußsensors (10) gemessen wird.
  3. Verfahren zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors (10) und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkoeffizient des fehlerfreien Rußsensors (10) in einem elektronischen Speicher (16) der Auswerteschaltung (13) abgelegt ist.
  4. Verfahren zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors (10) und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkoeffizient des Rußsensors (10) bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (14) gemessen wird.
  5. Rußsensor (10) betrieben nach mindestens einem Verfahren aus einem der Ansprüche 1 bis 4.
  6. In einem Kraftfahrzeug (15) mit einer Brennkraftmaschine (14) fest installierte Auswerteschaltung (13) zur fahrzeugeigenen Funktionsdiagnose eines Rußsensors (10) und/oder zur Erkennung von weiteren Bestandteilen im Ruß, wobei der Rußsensor (10) mit der Auswerteschaltung (13) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (13) den Temperaturkoeffizienten des Rußsensors (10) misst und die Fehlerhaftigkeit des Rußsensors (10) und/oder weitere Bestandteile im Ruß anhand des Temperaturkoeffizienten erkennt.
  7. In einem Kraftfahrzeug (15) mit einer Brennkraftmaschine (14) fest installierte Auswerteschaltung (13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (13) die Fehlerhaftigkeit des Rußsensors (10) und/oder weitere Bestandteile im Ruß erkennt, wenn von der Auswerteschaltung (13) ein größerer Temperaturkoeffizient als der eines fehlerfreien Rußsensors (13) gemessen wird.
  8. In einem Kraftfahrzeug (15) mit einer Brennkraftmaschine (14) fest installierte Auswerteschaltung (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkoeffizient des fehlerfreien Rußsensors (10) in einem elektronischen Speicher (16) der Auswerteschaltung (13) abgelegt ist.
  9. In einem Kraftfahrzeug (15) mit einer Brennkraftmaschine (14) fest installierte Auswerteschaltung (13) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkoeffizient des Rußsensors (10) bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (14) gemessen wird.
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