DE102016211237B4 - Method for operating an electrostatic particle sensor and electrostatic particle sensor - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines elektrostatischen Partikelsensors (9) zur Sensierung von Rußpartikeln in Abgasen, wobei der elektrostatische Partikelsensor (9) eine erste Elektrode (13) und eine zweite Elektrode (15) aufweist, wobei zwischen den Elektroden (13, 15) ein von dem Abgas durchströmter Spalt (17) vorgesehen ist und die Elektroden (13, 15) eine Potentialdifferenz aufweisen, wobei sich an den Elektrode (13, 15) Rußpartikel anlagern und sich nach einer von einer Vorbeladung der Elektroden (13) mit Rußpartikeln abhängigen Verweilzeit zu der jeweils anderen Elektrode (15, 13) bewegen, so dass ein Stromfluss erzeugt wird, der als Sensorstrom als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom gemessen wird, wobei der Sensorstrom durch ein zwischen den Elektroden (15, 13) angeschlossenes Strommessgerät (23) gemessen wird, wobei zur Feststellung einer Messbereitschaft des elektrostatischen Partikelsensors (9) der Sensorstrom über einen Zeitraum T gemessen und aufintegriert wird und eine Messbereitschaft des elektrostatischen Partikelsensors (9) festgestellt wird, wenn das Integral des Sensorstroms über die Zeit einen festgelegten Schwellwert überschreitet.Method for operating an electrostatic particle sensor (9) for sensing soot particles in exhaust gases, the electrostatic particle sensor (9) having a first electrode (13) and a second electrode (15), with one of the A gap (17) through which exhaust gas flows is provided and the electrodes (13, 15) have a potential difference, soot particles being deposited on the electrode (13, 15) and after a residence time dependent on a preloading of the electrodes (13) with soot particles move the other electrode (15, 13) so that a current flow is generated, which is measured as a sensor current as a measure of the amount of soot in the exhaust gas flow, the sensor current being measured by an ammeter (23) connected between the electrodes (15, 13). , wherein to determine whether the electrostatic particle sensor (9) is ready to measure, the sensor current is measured and integrated over a period of time T and whether the electrostatic particle sensor (9) is ready to measure is determined when the integral of the sensor current over time exceeds a specified threshold value.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrostatischen Partikelsensors zur Sensierung von Rußpartikeln in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Kraftfahrzeugen. Sie betrifft ferner einen elektrostatischen Partikelsensor zur Sensierung von Rußpartikeln in Abgasen.The present invention relates to a method for operating an electrostatic particle sensor for sensing soot particles in exhaust gases, in particular in exhaust gases from motor vehicles. It also relates to an electrostatic particle sensor for sensing soot particles in exhaust gases.

Es gibt derzeit verschiedene Konzepte für Rußsensoren, die im Abgastrakt von Fahrzeugen beispielsweise die Funktion eines Partikelfilters überwachen und somit zur Reduzierung von Emissionen beitragen sollen.There are currently various concepts for soot sensors that, for example, monitor the function of a particle filter in the exhaust system of vehicles and thus contribute to reducing emissions.

Aus der DE 10 2011 004 119 A1 sowie aus der DE 10 2006 018 956 A1 sind sogenannte sammelnde Abgassensoren zur Bestimmung der Rußbeladung des Abgases bekannt. Derartige resistive Sensoren messen eine Änderung eines Widerstands oder einer Impedanz, die durch im Sensor aufgebaute Rußbrücken hervorgerufen wird.From the DE 10 2011 004 119 A1 as well as from the DE 10 2006 018 956 A1 So-called collecting exhaust gas sensors are known for determining the soot load in the exhaust gas. Such resistive sensors measure a change in resistance or impedance caused by soot bridges built up in the sensor.

Es sind auch elektrostatische Partikelsensoren bekannt, bei denen sich Rußpartikel in einem von zumindest zwei Elektroden erzeugten elektrischen Feld bewegen und ihr Auftreffen auf eine der Elektroden als Stromfluss gemessen wird.Electrostatic particle sensors are also known in which soot particles move in an electric field generated by at least two electrodes and their impact on one of the electrodes is measured as a current flow.

Ein derartiger elektrostatischer Partikelsensor ist beispielsweise aus der DE 10 2005 039 915 A1 bekannt.Such an electrostatic particle sensor is, for example, from DE 10 2005 039 915 A1 known.

Bei einem abgewandelten Konzept dieses elektrostatischen Partikelsensors durchströmt das Abgas einen Spalt zwischen einer zylindrischen inneren Elektrode und einer ebenfalls zylindrischen äußeren Mantelelektrode, die die innere Elektrode koaxial umgibt. Die innere Elektrode liegt dabei auf einem Potential von beispielsweise 1000 Volt, während die äußere Elektrode auf Masse liegt. Sich durch den Spalt bewegende Rußpartikel lagern sich zunächst an der inneren Elektrode an, auf der dadurch eine dendritische Struktur aus Rußpartikeln aufwachsen kann. Werden diese Dendriten lang genug bzw. ist die Schicht aus angelagertem Ruß dick genug um eine kritische Distanz zur äußeren Mantelelektrode zu unterschreiten, so reißen die Rußpartikel aufgrund der elektrostatischen Kräfte ab und bewegen sich zur Mantelelektrode, wodurch ein Stromfluss zwischen den beiden Elektroden erfolgt, der als Sensorstrom als Maß für im Abgas befindliches Ruß gemessen wird.In a modified concept of this electrostatic particle sensor, the exhaust gas flows through a gap between a cylindrical inner electrode and a likewise cylindrical outer jacket electrode, which coaxially surrounds the inner electrode. The inner electrode is at a potential of, for example, 1000 volts, while the outer electrode is at ground. Soot particles moving through the gap first accumulate on the inner electrode, on which a dendritic structure made of soot particles can grow. If these dendrites become long enough or if the layer of accumulated soot is thick enough to fall below a critical distance from the outer jacket electrode, the soot particles break off due to the electrostatic forces and move to the jacket electrode, causing a current to flow between the two electrodes is measured as a sensor current as a measure of soot in the exhaust gas.

Bei diesem Sensortyp ist problematisch, dass der gemessene Sensorstrom erst ab einer gewissen Vorbeladung der inneren Elektrode mit Ruß zuverlässige Werte liefert, die tatsächlich als Maß für die im Abgas befindliche Rußmenge verwendet werden können. Bevor eine derart ausreichende Vorbeladung der inneren Elektrode erreicht ist, fließt kein oder lediglich ein niedriger Sensorstrom, obwohl Rußpartikel im Abgas vorhanden sind. Diese lagern sich auch an die innere Elektrode an, können jedoch die Mantelelektrode noch nicht erreichen, da ihre Entfernung zur Mantelelektrode zu groß ist, als dass die wirkenden elektrostatischen Kräfte ein Abreißen der Rußpartikel bewirken könnten.The problem with this type of sensor is that the measured sensor current only delivers reliable values that can actually be used as a measure of the amount of soot in the exhaust gas once the inner electrode has been preloaded with soot to a certain extent. Before such a sufficient preloading of the inner electrode is achieved, no or only a low sensor current flows, even though soot particles are present in the exhaust gas. These also attach to the inner electrode, but cannot yet reach the jacket electrode because their distance from the jacket electrode is too great for the electrostatic forces acting to cause the soot particles to tear off.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Betreiben bekannter elektrostatischer Partikelsensoren derart weiterzubilden, dass eine zuverlässige Interpretation des Sensorsignals möglich ist. Ferner soll ein elektrostatischer Partikelsensor angegeben werden, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist.It is therefore an object of the present invention to develop methods for operating known electrostatic particle sensors in such a way that a reliable interpretation of the sensor signal is possible. Furthermore, an electrostatic particle sensor should be specified which does not have the disadvantages mentioned above.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche.This task is solved by the subject matter of the independent patent claims.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements and further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrostatischen Partikelsensors zur Sensierung von Rußpartikeln in Abgasen angegeben, wobei der Partikelsensor eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, wobei zwischen den Elektroden ein von dem Abgas durchströmter Spalt vorgesehen ist und die Elektroden eine Potentialdifferenz aufweisen, wobei sich an den Elektroden Rußpartikel anlagern und sich nach einer unter anderem von einer Vorbeladung der Elektroden mit Rußpartikeln abhängigen Verweilzeit zu der jeweils anderen Elektrode bewegen, so dass ein Stromfluss erzeugt wird, der als Sensorstrom als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom gemessen wird, wobei zur Feststellung einer Messbereitschaft des Partikelsensors der Sensorstrom über einen Zeitraum T gemessen und aufintegriert wird und eine Messbereitschaft des Sensors festgestellt wird, wenn das Integral des Sensorstroms über die Zeit einen festgelegten Schwellwert überschreitet.According to one aspect of the invention, a method for operating an electrostatic particle sensor for sensing soot particles in exhaust gases is specified, wherein the particle sensor has a first electrode and a second electrode, a gap through which the exhaust gas flows is provided between the electrodes and the electrodes have a potential difference have, whereby soot particles accumulate on the electrodes and move to the other electrode after a residence time that is dependent, among other things, on a preloading of the electrodes with soot particles, so that a current flow is generated, which is measured as a sensor current as a measure of the amount of soot in the exhaust gas stream , whereby to determine whether the particle sensor is ready to measure, the sensor current is measured and integrated over a period of time T and whether the sensor is ready to measure is determined when the integral of the sensor current over time exceeds a specified threshold value.

Bei einem derartigen Sensor wächst auf den Elektroden eine dendritische Struktur oder Schicht aus Rußpartikeln auf. Je dicker diese Schicht ist, desto eher reißen Partikel aus der Schicht ab und bewegen sich zur jeweils anderen Elektrode. Somit hängt die Verweilzeit von Partikeln auf einer der Elektroden unter anderem von der Vorbeladung dieser Elektrode mit Rußpartikeln ab.With such a sensor, a dendritic structure or layer of soot particles grows on the electrodes. The thicker this layer is, the more likely particles are to tear off the layer and move to the other electrode. The residence time of particles on one of the electrodes therefore depends, among other things, on the preloading of this electrode with soot particles.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein Zeitpunkt festgestellt werden kann, ab dem der gemessene Sensorstrom zuverlässig als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom verwendet werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist somit die Vorbeladung der ersten Elektrode mit Rußpartikeln ausreichend. Zu diesem Zeitpunkt wird demnach von einer „Messbereitschaft“ des Partikelsensors ausgegangen. Die Messbereitschaft des Partikelsensors ist somit definiert als ein Zustand des Partikelsensors, in dem eine ausreichende Vorbeladung der ersten Elektrode sicherstellt, dass der gemessene Sensorstrom zuverlässig als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom verwendet werden kann.This method has the advantage that a point in time can be determined from which the measured sensor current can be reliably used as a measure of the amount of soot in the exhaust gas flow. At this point in time, pre-loading the first electrode with soot particles is sufficient. At this point in time, it is assumed that the particle sensor is “ready to measure”. The measurement readiness of the particle sensor is therefore defined as a state of the particle sensor in which sufficient preloading of the first electrode ensures that the measured sensor current can be reliably used as a measure of the amount of soot in the exhaust gas flow.

Gemäß der Erfindung wird der gemessene Sensorstrom über einen Zeitraum T aufintegriert, wobei typischerweise die Messung nicht kontinuierlich erfolgt, sondern in Zeitabständen von beispielsweise 50 ms, so dass das Integral des Sensorstroms durch eine Addition der einzelnen diskreten Messwerte gebildet wird.According to the invention, the measured sensor current is integrated over a period of time T, the measurement typically not being carried out continuously, but at intervals of, for example, 50 ms, so that the integral of the sensor current is formed by adding the individual discrete measured values.

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Messbereitschaft des Partikelsensors zuverlässig bestimmt werden kann. Das Integral des Sensorstroms beinhaltet sowohl die bereits auf den Elektroden deponierte Rußmenge als auch die jeweilige Sensorempfindlichkeit und bietet daher eine praktikable und zuverlässige Möglichkeit, die Messbereitschaft des Partikelsensors zu erkennen.This procedure has the advantage that the particle sensor's readiness for measurement can be reliably determined. The integral of the sensor current includes both the amount of soot already deposited on the electrodes and the respective sensor sensitivity and therefore offers a practical and reliable way to detect whether the particle sensor is ready to take measurements.

Dabei wird die Messbereitschaft des Sensors festgestellt, wenn das Integral des Sensorstroms über die Zeit einen festgelegten Schwellwert überschreitet. Dieser Schwellwert kann beispielsweise in einer Testphase experimentell ermittelt werden oder anhand eines Modells festgelegt werden.The readiness of the sensor to measure is determined when the integral of the sensor current over time exceeds a specified threshold value. This threshold value can, for example, be determined experimentally in a test phase or determined using a model.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beginnt der Zeitraum T mit einer Inbetriebnahme oder einer Regeneration des Partikelsensors. Dabei wird unter einer Inbetriebnahme des Partikelsensors seine erstmalige Inbetriebnahme verstanden und unter einer Regeneration des Partikelsensors wird ein Ereignis verstanden, bei dem auf den Elektroden vorhandener Ruß im Wesentlichen vollständig entfernt wird. In beiden Fällen muss somit die notwendige Vorbeladung des Partikelsensors erst aufgebaut werden, bevor der Sensor messbereit ist.According to one embodiment of the invention, the period T begins with commissioning or regeneration of the particle sensor. A commissioning of the particle sensor is understood to mean its initial commissioning and a regeneration of the particle sensor is understood to be an event in which soot present on the electrodes is essentially completely removed. In both cases, the necessary preloading of the particle sensor must first be set up before the sensor is ready for measurement.

Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden mindestens 500 Volt. Insbesondere kann die Potentialdifferenz 1000 Volt betragen.According to one embodiment, the potential difference between the two electrodes is at least 500 volts. In particular, the potential difference can be 1000 volts.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, aufweisend ein computerlesbares Medium und auf dem computerlesbaren Medium abgespeicherten Programmcode, der, wenn er auf einer Recheneinheit ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, das beschriebene Verfahren durchzuführen. Bei der Recheneinheit kann es sich dabei insbesondere um eine Motorsteuerung eines Kraftfahrzeugs handeln oder um ein Sensorsteuergerät des elektrostatischen Partikelsensors.According to a further aspect of the invention, a computer program product is specified, comprising a computer-readable medium and program code stored on the computer-readable medium, which, when executed on a computing unit, instructs the computing unit to carry out the method described. The computing unit can in particular be an engine control unit of a motor vehicle or a sensor control unit of the electrostatic particle sensor.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrostatischer Partikelsensor zur Sensierung von Rußpartikeln in Abgasen angegeben, wobei dem Partikelsensor ein Steuergerät zugeordnet ist, das zum Betreiben des Partikelsensors zur Sensierung von Rußpartikeln in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist, wobei der Partikelsensor eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, wobei zwischen den Elektroden ein von dem Abgas durchströmter Spalt vorgesehen ist und die Elektroden eine Potentialdifferenz aufweisen, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, sich an den Elektroden anlagernde und sich nach einer von einer Vorbeladung der Elektroden mit Rußpartikeln abhängigen Verweilzeit zu der jeweils anderen Elektrode bewegende Rußpartikel als Sensorstrom als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom zu messen, wobei zur Feststellung einer Messbereitschaft des Partikelsensors der Sensorstrom über einen Zeitraum T gemessen und aufintegriert wird und eine Messbereitschaft des Sensors festgestellt wird, wenn das Integral des Sensorstroms über die Zeit einen festgelegten Schwellwert überschreitet.According to a further aspect of the invention, an electrostatic particle sensor for sensing soot particles in exhaust gases is specified, the particle sensor being assigned a control device which is set up to operate the particle sensor for sensing soot particles in an exhaust tract of a motor vehicle, the particle sensor having a first electrode and has a second electrode, a gap through which the exhaust gas flows is provided between the electrodes and the electrodes have a potential difference, the control device being set up to accumulate on the electrodes and after a residence time that depends on a preloading of the electrodes with soot particles to measure soot particles moving on the other electrode as a sensor current as a measure of the amount of soot in the exhaust gas flow, whereby to determine whether the particle sensor is ready to measure, the sensor current is measured and integrated over a period of time T and the readiness of the sensor to measure is determined when the integral of the sensor current is over the Time exceeds a specified threshold.

Dieser elektrostatische Partikelsensor weist die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Betreiben des elektrostatischen Partikelsensors genannten Vorteile auf.This electrostatic particle sensor has the advantages already mentioned in connection with the method for operating the electrostatic particle sensor.

Gemäß einer Ausführungsform ist das dem Partikelsensor zugeordnete Steuergerät dazu eingerichtet, das beschriebene Verfahren durchzuführen.According to one embodiment, the control device assigned to the particle sensor is set up to carry out the method described.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der elektrostatische Partikelsensor als Zylinderkondensator ausgebildet, wobei die erste Elektrode als zylindrische innere Elektrode und die zweite Elektrode als die innere Elektrode koaxial umgebende, ebenfalls zylindrische Mantelelektrode ausgebildet ist, zwischen denen ein Spalt von wenigen Millimetern Breite angeordnet ist, den ein Abgasstrom in Längsrichtung durchströmt.According to a further embodiment, the electrostatic particle sensor is designed as a cylindrical capacitor, the first electrode being designed as a cylindrical inner electrode and the second electrode as a cylindrical jacket electrode coaxially surrounding the inner electrode, between which a gap a few millimeters wide is arranged Exhaust gas flows through in the longitudinal direction.

Dabei kann es sich bei dem Abgasstrom auch um einen aus dem eigentlichen Abgasstrom abgezweigten Teilstrom handeln.The exhaust gas stream can also be a partial stream branched off from the actual exhaust gas stream.

Der elektrostatische Partikelsensor ist beispielsweise geeignet, die Funktion eines Partikelfilters eines Dieselkraftfahrzeus zu überwachen. Zu diesem Zweck kann der elektrostatische Partikelsensor vor oder hinter dem Partikelfilter angeordnet sein. Es ist auch möglich, jeweils einen elektrostatischen Partikelsensor vor und hinter dem Partikelfilter anzuordnen.The electrostatic particle sensor is suitable, for example, for monitoring the function of a particle filter in a diesel vehicle. For this purpose, the electrostatic particle sensor can be arranged in front of or behind the particle filter. It is also possible to arrange an electrostatic particle sensor in front of and behind the particle filter.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

  • 1 schematisch die Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrostatischen Partikelsensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Partikelsensors gemäß 1 und
  • 3 schematisch ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrostatischen Partikelsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show in it:
  • 1 schematically the representation of a motor vehicle with an electrostatic particle sensor according to an embodiment of the invention;
  • 2 schematically a cross section through an embodiment of the particle sensor according to 1 and
  • 3 schematically a flowchart with method steps of a method for operating an electrostatic particle sensor according to an embodiment of the invention.

Das Kraftfahrzeug 1 gemäß 1 weist eine Brennkraftmaschine 3 auf, die als Dieselmotor ausgebildet ist. Der Brennkraftmaschine 3 ist ein Abgastrakt 5 zugeordnet, über den ein Abgasstrom der Brennkraftmaschine 3 abgeführt wird. In dem Abgastrakt 5 ist ein Partikelfilter 7 zur Reinigung des Abgases angeordnet, sowie ein dem Partikelfilter nachgeschalteter elektrostatischer Partikelsensor 9.The motor vehicle 1 according to 1 has an internal combustion engine 3, which is designed as a diesel engine. The internal combustion engine 3 is assigned an exhaust gas tract 5, via which an exhaust gas stream from the internal combustion engine 3 is discharged. A particle filter 7 for cleaning the exhaust gas is arranged in the exhaust tract 5, as well as an electrostatic particle sensor 9 connected downstream of the particle filter.

Ein Motorsteuergerät 11 ist über Signalleitungen sowohl mit der Brennkraftmaschine 3 als auch mit dem elektrostatischen Partikelsensor 9 verbunden.An engine control unit 11 is connected to both the internal combustion engine 3 and the electrostatic particle sensor 9 via signal lines.

Der Partikelsensor 9 hat insbesondere die Aufgabe, die Funktion des Partikelfilters 7 zu überwachen. In nicht gezeigten Ausführungsformen kann ein derartiger Partikelsensor 9 auch vor dem Partikelfilter 7 angeordnet sein oder es sind zwei Partikelsensoren 9 vorgesehen, von denen einer vor und einer hinter dem Partikelfilter 7 angeordnet ist.The particle sensor 9 has the particular task of monitoring the function of the particle filter 7. In embodiments not shown, such a particle sensor 9 can also be arranged in front of the particle filter 7 or two particle sensors 9 are provided, one of which is arranged in front of and one behind the particle filter 7.

Um die Funktion des Partikelfilters 7 zu überprüfen, misst der Partikelsensor 9 die Beladung des Abgasstroms mit Rußpartikeln. Dazu ist er wie in 2 gezeigt aufgebaut.In order to check the function of the particle filter 7, the particle sensor 9 measures the load of soot particles in the exhaust gas stream. He's like that too 2 shown constructed.

2 zeigt einen Querschnitt durch Teile eines Partikelsensors 9, der als elektrostatischer Partikelsensor ausgebildet ist und im Wesentlichen die Form eines Zylinderkondensators aufweist. 2 shows a cross section through parts of a particle sensor 9, which is designed as an electrostatic particle sensor and essentially has the shape of a cylindrical capacitor.

Der elektrostatische Partikelsensor 9 weist eine zylinderförmige innere Elektrode 13 sowie eine äußere Mantelelektrode 15 auf, die ebenfalls zylinderförmig ausgebildet ist. Die innere Elektrode 13 und die Mantelelektrode 15 sind koaxial zu der Längsachse 14 angeordnet. Zwischen der inneren Elektrode 13 und der Mantelelektrode 15 ist ein Spalt 17 gebildet, der in der gezeigten Ausführungsform eine Breite d von 1,3 mm aufweist.The electrostatic particle sensor 9 has a cylindrical inner electrode 13 and an outer jacket electrode 15, which is also cylindrical. The inner electrode 13 and the sheath electrode 15 are arranged coaxially to the longitudinal axis 14. A gap 17 is formed between the inner electrode 13 and the sheath electrode 15, which in the embodiment shown has a width d of 1.3 mm.

Im Betrieb des Partikelsensors 9 wird eine Potentialdifferenz zwischen der inneren Elektrode 13 und der Mantelelektrode 15 durch Anlegen einer Spannung von beispielsweise 1000 Volt an die innere Elektrode 13 erzeugt. Die Mantelelektrode 15 liegt auf Masse.During operation of the particle sensor 9, a potential difference between the inner electrode 13 and the sheath electrode 15 is generated by applying a voltage of, for example, 1000 volts to the inner electrode 13. The sheath electrode 15 is grounded.

Im Betrieb durchstreicht der Abgasstrom den Spalt 17 zwischen den Elektroden 13, 15. Negativ bzw. positiv geladene Rußpartikel setzen sich dabei aus dem Abgasstrom auf der inneren Elektrode 13 bzw. der Mantelelektrode 15 ab. Dadurch wachsen im Laufe der Betriebszeit des Partikelsensors 9 Schichten 19 bzw. 20 aus Rußpartikeln auf den Elektroden 13, 15 auf, wobei die Schichten im Wesentlichen aus einzelnen Dendriten bestehen.During operation, the exhaust gas flow passes through the gap 17 between the electrodes 13, 15. Negatively or positively charged soot particles are deposited from the exhaust gas flow on the inner electrode 13 or the jacket electrode 15. As a result, over the course of the operating time of the particle sensor 9, layers 19 and 20 of soot particles grow on the electrodes 13, 15, the layers essentially consisting of individual dendrites.

Aufgrund des im Spalt 17 anliegenden radialen elektrischen Feldes bewegen sich positiv geladene Rußteilchen aus der Schicht 19 zur äußeren Mantelelektrode 15 hin, falls sie der Mantelelektrode 15 nahe genug kommen. Dies ist dann der Fall, wenn sie die kritische Distanz d0 zu der Mantelelektrode 15 unterschreiten, d.h. wenn die Dicke der Schicht 19 lokal den Betrag d - d0 überschreitet. Die kritische Distanz d0 ist in der 2 durch die gestrichelte Kreislinie 21 angedeutet. Falls diese Distanz unterschritten wird, können Rußpartikel aus der Schicht 19 abreißen und sich zur äußeren Mantelelektrode 15 bewegen, wo sie einen Stromfluss auslösen, der durch das Strommessgerät 23 gemessen werden kann.Due to the radial electric field present in the gap 17, positively charged soot particles move from the layer 19 towards the outer jacket electrode 15 if they come close enough to the jacket electrode 15. This is the case when they fall below the critical distance d 0 to the sheath electrode 15, ie when the thickness of the layer 19 locally exceeds the amount d - d 0 . The critical distance d 0 is in the 2 indicated by the dashed circle line 21. If this distance is not reached, soot particles can tear off from the layer 19 and move to the outer jacket electrode 15, where they trigger a current flow that can be measured by the current measuring device 23.

Umgekehrt reißen auch Partikel aus der Schicht 20 ab und bewegen sich zur inneren Elektrode 13, wenn die Dicke der Schicht 20 lokal derart groß geworden ist, dass die Partikel die Entfernung d0 zur inneren Elektrode 13 unterschreiten.Conversely, particles also tear off from the layer 20 and move to the inner electrode 13 when the thickness of the layer 20 has locally become so large that the particles are less than the distance d 0 to the inner electrode 13.

In der schematischen Darstellung in 2 sind die Größenverhältnisse nicht maßstäblich dargestellt. Während d, wie bereits angegeben, typischerweise im Millimeterbereich liegt, liegt d0 ebenfalls in dieser Größenordnung. Die Dicke der aufwachsenden Schichten 19, 20 liegt im Mikrometerbereich, typischerweise bei wenigen Mikrometern.In the schematic representation in 2 the proportions are not shown to scale. While d, as already stated, is typically in the millimeter range, d 0 is also in this order of magnitude. The thickness of the growing layers 19, 20 is in the micrometer range, typically a few micrometers.

Damit der elektrostatische Partikelsensor 9 ausreichend zuverlässige Ergebnisse liefert, d.h. damit der mit dem Strommessgerät 23 gemessene Sensorstrom tatsächlich ein Maß für die Rußbeladung des Abgasstroms ist, ist eine gewisse Vorbeladung der Elektroden 13, 15 mit Ruß notwendig, d.h. eine gewisse Dicke der Schichten 19, 20 ist Voraussetzung für eine besonders zuverlässige und aussagekräftige Messung des Partikelsensors 9. Um eine derartige ausreichende Vorbeladung des Partikelsensors 9 festzustellen, wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das in 3 gezeigte Verfahren verwendet.So that the electrostatic particle sensor 9 delivers sufficiently reliable results, that is, so that the sensor current measured with the current measuring device 23 is actually a measure of the soot loading of the exhaust gas stream, a certain preloading of the electrodes 13, 15 with soot is necessary, that is, a certain thickness of the layers 19, 20 is a prerequisite for a particularly reliable and meaningful measurement of the particle sensor 9. In order to determine such a sufficient preloading of the particle sensor 9, according to one embodiment of the invention, the in 3 methods shown are used.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, mit dem eine Messbereitschaft des Partikelsensors 9 festgestellt werden kann. Nach einem Start des Verfahrens wird in einem Schritt 100 der Sensorstrom mit Hilfe des Strommessgeräts 23 gemessen, beispielsweise in Zeitintervallen von 50 ms. 3 shows a flowchart of a method with which the particle sensor 9's readiness for measurement can be determined. After starting the method, the sensor current is measured in a step 100 using the current measuring device 23, for example at time intervals of 50 ms.

Diese gemessenen Sensorströme werden in einem Schritt 200 aufintegriert bzw. aufaddiert.These measured sensor currents are integrated or added up in a step 200.

In einem Schritt 300 wird abgefragt, ob das Integral des Sensorstroms bereits einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat. Falls dieser vorgegebene Schwellwert überschritten ist, wird eine Messbereitschaft des Sensors in einem Schritt 400 festgestellt. Die Messwerte des Partikelsensors 9 können nun zuverlässig als Maß für die Rußbeladung im Abgasstrom verwendet werden. Falls der Schwellwert noch nicht überschritten ist, wird die Messung und Integration des Sensorstroms fortgesetzt, bis der Schwellwert überschritten ist.In a step 300, a query is made as to whether the integral of the sensor current has already exceeded a predetermined threshold value. If this predetermined threshold value is exceeded, the readiness of the sensor to measure is determined in a step 400. The measured values of the particle sensor 9 can now be used reliably as a measure of the soot load in the exhaust gas stream. If the threshold value has not yet been exceeded, the measurement and integration of the sensor current continues until the threshold value is exceeded.

Das Verfahren gemäß 3 kann insbesondere mit Hilfe von Programmcode in einem Computerprogrammprodukt implementiert sein, das beispielsweise in einem Speicher der Motorsteuerung 11 abgelegt ist. Das Verfahren stellt sicher, dass Messwerte des Partikelsensors 9 erst dann als Maß für die Rußbeladung des Abgasstroms verwendet werden, wenn der Sensor eine ausreichende Vorbeladung mit Ruß aufweist und somit messbereit ist.The procedure according to 3 can be implemented in particular with the help of program code in a computer program product, which is stored, for example, in a memory of the engine control 11. The method ensures that measured values from the particle sensor 9 are only used as a measure of the soot loading of the exhaust gas stream when the sensor has a sufficient preload with soot and is therefore ready for measurement.

Claims (7)

Verfahren zum Betreiben eines elektrostatischen Partikelsensors (9) zur Sensierung von Rußpartikeln in Abgasen, wobei der elektrostatische Partikelsensor (9) eine erste Elektrode (13) und eine zweite Elektrode (15) aufweist, wobei zwischen den Elektroden (13, 15) ein von dem Abgas durchströmter Spalt (17) vorgesehen ist und die Elektroden (13, 15) eine Potentialdifferenz aufweisen, wobei sich an den Elektrode (13, 15) Rußpartikel anlagern und sich nach einer von einer Vorbeladung der Elektroden (13) mit Rußpartikeln abhängigen Verweilzeit zu der jeweils anderen Elektrode (15, 13) bewegen, so dass ein Stromfluss erzeugt wird, der als Sensorstrom als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom gemessen wird, wobei der Sensorstrom durch ein zwischen den Elektroden (15, 13) angeschlossenes Strommessgerät (23) gemessen wird, wobei zur Feststellung einer Messbereitschaft des elektrostatischen Partikelsensors (9) der Sensorstrom über einen Zeitraum T gemessen und aufintegriert wird und eine Messbereitschaft des elektrostatischen Partikelsensors (9) festgestellt wird, wenn das Integral des Sensorstroms über die Zeit einen festgelegten Schwellwert überschreitet.Method for operating an electrostatic particle sensor (9) for sensing soot particles in exhaust gases, the electrostatic particle sensor (9) having a first electrode (13) and a second electrode (15), with one of the A gap (17) through which exhaust gas flows is provided and the electrodes (13, 15) have a potential difference, soot particles being deposited on the electrode (13, 15) and after a residence time dependent on a preloading of the electrodes (13) with soot particles move the other electrode (15, 13) so that a current flow is generated, which is measured as a sensor current as a measure of the amount of soot in the exhaust gas flow, the sensor current being measured by an ammeter (23) connected between the electrodes (15, 13). , wherein to determine whether the electrostatic particle sensor (9) is ready to measure, the sensor current is measured and integrated over a period of time T and whether the electrostatic particle sensor (9) is ready to measure is determined when the integral of the sensor current over time exceeds a specified threshold value. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zeitraum T mit einer Inbetriebnahme oder einer Regeneration des elektrostatischen Partikelsensors (9) beginnt.Procedure according to Claim 1 , whereby the period T begins with commissioning or regeneration of the electrostatic particle sensor (9). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden (13, 15) mindestens 500V beträgt.Procedure according to Claim 1 or 2 , whereby the potential difference between the two electrodes (13, 15) is at least 500V. Computerprogrammprodukt aufweisend ein computerlesbares Medium und auf dem computerlesbaren Medium abgespeicherten Programmcode, der, wenn er auf einer Recheneinheit (11) ausgeführt wird, die Recheneinheit (11) anleitet, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auszuführen.Computer program product comprising a computer-readable medium and program code stored on the computer-readable medium, which, when executed on a computing unit (11), instructs the computing unit (11) to carry out a method according to one of Claims 1 until 3 to carry out. Elektrostatischer Partikelsensor (9) zur Sensierung von Rußpartikeln in Abgasen, wobei dem elektrostatischen Partikelsensor (9) ein Steuergerät (11) zugeordnet ist, das zum Betreiben des elektrostatischen Partikelsensors (9) zur Sensierung von Rußpartikeln in einem Abgastrakt (5) eines Kraftfahrzeugs (1) eingerichtet ist, wobei der elektrostatische Partikelsensor (9) eine erste Elektrode (13) und eine zweite Elektrode (15) aufweist, wobei zwischen den Elektroden (13, 15) ein von dem Abgas durchströmter Spalt (17) vorgesehen ist und die Elektroden (13, 15) eine Potentialdifferenz aufweisen, wobei das Steuergerät (11) dazu eingerichtet ist, sich an den Elektroden (13, 15) anlagernde und sich nach einer von einer Vorbeladung der Elektroden (13, 15) mit Rußpartikeln abhängigen Verweilzeit zu der jeweils anderen Elektrode (15, 13) bewegende Rußpartikel als Sensorstrom eines zwischen den beiden Elektroden (13, 15) angeschlossenen Strommessgeräts (23) als Maß für die Rußmenge im Abgasstrom zu messen, wobei zur Feststellung einer Messbereitschaft des elektrostatischen Partikelsensors (9) der Sensorstrom über einen Zeitraum T gemessen und aufintegriert wird und eine Messbereitschaft des elektrostatischen Partikelsensors (9) festgestellt wird, wenn das Integral des Sensorstroms über die Zeit einen festgelegten Schwellwert überschreitet.Electrostatic particle sensor (9) for sensing soot particles in exhaust gases, the electrostatic particle sensor (9) being assigned a control unit (11) which is used to operate the electrostatic particle sensor (9) for sensing soot particles in an exhaust tract (5) of a motor vehicle (1 ) is set up, wherein the electrostatic particle sensor (9) has a first electrode (13) and a second electrode (15), a gap (17) through which the exhaust gas flows is provided between the electrodes (13, 15) and the electrodes ( 13, 15) have a potential difference, the control device (11) being set up to accumulate on the electrodes (13, 15) and after a residence time that depends on a pre-loading of the electrodes (13, 15) with soot particles, to the other Electrode (15, 13) to measure soot particles moving as a sensor current of an ammeter (23) connected between the two electrodes (13, 15) as a measure of the amount of soot in the exhaust gas stream, the sensor current being used to determine whether the electrostatic particle sensor (9) is ready to measure Period T is measured and integrated and the readiness for measurement of the electrostatic particle sensor (9) is determined when the integral of the sensor current over time exceeds a specified threshold value. Elektrostatischer Partikelsensor (9) nach Anspruch 5, wobei das dem elektrostatischen Partikelsensor (9) zugeordnete Steuergerät (11) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 durchzuführen.Electrostatic particle sensor (9). Claim 5 , wherein the control unit (11) assigned to the electrostatic particle sensor (9) is set up to implement a method Claim 2 or 3 to carry out. Elektrostatischer Partikelsensor (9) nach Anspruch 5 oder 6, der als Zylinderkondensator ausgebildet ist, wobei die erste Elektrode als zylindrische innere Elektrode (13) und die zweite Elektrode als die innere Elektrode koaxial umgebende, ebenfalls zylindrische Mantelelektrode (15) ausgebildet ist, zwischen denen ein Spalt (17) von wenigen Millimetern Breite angeordnet ist, den ein Abgasstrom in Längsrichtung durchströmt.Electrostatic particle sensor (9). Claim 5 or 6 , which is designed as a cylindrical capacitor, the first electrode being designed as a cylindrical inner electrode (13) and the second electrode as a cylindrical jacket electrode (15) which coaxially surrounds the inner electrode, between which there is a gap (17) of a few mils limen width is arranged, through which an exhaust gas flow flows in the longitudinal direction.
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