用于运行颗粒传感器的方法与流程

为了检验或者说监测使用在机动车中的当前的废气后处理系统的效能，需要传感器，借助于所述传感器可以实现对存在于燃烧废气中的颗粒浓度的准确的求取。此外，要借助于这类传感器实现例如设置在废气系统中的柴油颗粒过滤器的负载诊断，以便可以实现高的系统安全性和由此可以使用成本更便宜的过滤器材料。

背景技术：

从DE 10 2006 009 066已知一种用于探测流体流中的颗粒的传感器，所述传感器基于陶瓷多层基底实施。传感器包括两个相互隔开间距的测量电极，所述测量电极经受要检查的燃烧废气。如果炭黑沉积在两个测量电极之间，则在测量电极上施加直流电压时在测量电极之间产生电流。层状地实施的加热元件能够实现，以热方式通过燃耗所沉积的炭黑颗粒释放电极或者说其环境并且以此方式还原传感器。

在有效地还原之后，设置下一个测量阶段，在该测量阶段中，炭黑又沉积在测量电极之间。

当传感器元件的温度在测量阶段期间低于极限温度、例如100℃时，在传感器元件上可能发生水蒸气的冷凝。附着在测量电极上和之间的冷凝液使得正在进行的测量在各种情况下都不可用，从而必须中断该测量阶段。那么，首先必须进行传感器元件的还原，其方式是，传感器元件又重新回置到初始状态中。接着，可以开始新的测量阶段。

以此方式减小颗粒传感器信号的按时间比例分配的可用性。

技术实现要素：

与之相对地，通过本发明的特征实现这样的作用：测量阶段需要不被中断，而是能够继续进行。

根据本发明，设置，在测量阶段期间监测传感器元件的温度，并且，当传感器元件的温度低于极限温度时，通过加热元件进行传感器元件的加热。

在这里，优选极限温度为处于炭黑的燃耗温度以下的温度。所述极限温度可以例如处于50℃至200℃的范围内。优选所述极限温度处于80℃至150℃的范围内。

优选的是，在测量阶段期间仅以小的加热功率通过加热元件进行传感器元件的加热，例如最高以2W或者例如最高以加热元件的最大加热功率的10％或者加热元件的在传感器元件运行时出现的最大加热功率的10％进行传感器元件的加热。

优选的是，在通过加热元件加热传感器元件期间，最高略微地高于极限温度，尤其以最高50K高于极限温度。

更有利地，可以借助于温度测量元件进行对传感器元件温度的监测，所述温度测量元件集成在传感器元件中。

之前所解释的测量阶段不同于可选地设置的还原阶段，在所述还原阶段中，传感器元件可以通过加热元件加热到一处于炭黑的燃耗温度以上进而也处于极限温度以上的温度。该温度可以是例如600℃或者更高。

特别有利地，根据本发明的方法与内燃机(所述内燃机为车辆的混合驱动装置的部分)相关联地或者与起动-停车系统组合地运行，因为在这里在废气中这样的状态特别经常地出现，在所述状态中可能发生传感器元件的临界性的冷却。

在此，混合驱动装置尤其理解为这样的驱动装置，所述驱动装置包括用于驱动车辆的内燃机并且此外包括电动机，通过所述电动机可以与内燃机脱耦地驱动车辆。起动-停车系统尤其理解为一种用于车辆的内燃机驱动的驱动装置，在这种驱动装置中设置，在内燃机或者车辆的确定运行条件的情况下，例如内燃机的空转和/或车辆的停止状态，自动地进行发动机停止。尤其可以从操作者角度简化地例如可通过踏板压力或者类似的在发动机停止之后触发发动机起动。

在这些系统中典型的是，内燃机驱动的运行通常由于相应的控制而中断。在此，成问题的是，在中断的内燃机驱动的运行的阶段中不产生暖的燃烧废气，并且，因此更确切地说，可能发生：布置在废气段中的传感器元件冷却到极限温度以下。

通过根据本发明的方法总是到这个程度地阻止传感器元件的冷却，使得正在进行的测量阶段不需要被中断。

一种计算机程序、一种电子存储介质和一种具有这样的电子存储介质的电子控制仪也是本发明的主题，所述计算机程序设置用于执行所述方法的每个步骤，这种计算机程序存储在所述电子存储介质上。

附图说明

附图示出：

图1根据现有技术的传感器元件

图2传感器元件的示例性的线路布置的方框连接图

图3根据本发明的方法在非临界性的情况下的序列

图4根据本发明的方法在传感器元件冷却到极限温度以下的情况下的序列

具体实施方式

在图1中示出颗粒传感器的传感器元件的从现有技术基本上已知的结构。用10标记陶瓷的传感器元件，所述传感器元件使用于确定包围传感器元件10的气体混合物中的颗粒、如例如炭黑颗粒。传感器元件10包括例如多个传导氧离子的固体电解质层11a，11b，11c和11d。在此，固体电解质层11a和11d实施为陶瓷薄膜并且构成平面的陶瓷体。优选，所述固体电解质层包括传导氧离子的固体电解质材料，如例如用Y₂O₃稳定或者部分稳定的ZrO₂。

反之，固体电解质层11b和11c借助于例如在固体电解质层11a上筛网印刷膏状陶瓷材料来产生。在此，作为膏状材料的陶瓷组成部分，优选使用同一固体电解质材料，所述固体电解质层11a，11d也包括所述固体电解质材料。

此外，传感器元件10具有例如多个电绝缘的陶瓷层12a，12b，12c，12d，12e，12f，12g，12h和12i。在此，层12a-12i也借助于例如在固体电解质层11a，11c，11d上筛网印刷膏状陶瓷材料来产生。在此，作为膏状材料的陶瓷组成部分，例如使用含钡的氧化铝，因为它即使在需要变更温度的情况下也在长的时间段上具有在很大程度上恒定地高的电阻。替代地，也能够使用二氧化铈或者说其它的碱土氧化物的添加物。

传感器元件10的平面陶瓷体的集成形状以已知的方式通过将用固体电解质层11b，11c和用功能层以及层12a-12i印刷的陶瓷薄膜层压在一起并随后烧结被层压的结构来制造。

此外，传感器元件10具有陶瓷的加热元件40，所述加热元件以电阻印制导线的形式实施并且使用于将传感器元件10尤其加热到要确定的气体混合物的温度或者说使用于燃耗沉积在传感器元件10的大面积上的炭黑颗粒。优选，电阻印制导线由金属陶瓷材料实施；优选实施为铂或者铂系金属与如例如氧化铝这样的陶瓷份额的混合物。此外，优选电阻印制导线以曲流(Maeanders)形式构造并且在两个端部上具有通孔42，44以及电触点46，48。通过在电阻印制导线的触点46，48上施加相应的加热电压U_H可以相应地调节加热元件40的加热功率。

在传感器元件10的大面积上施加例如两个测量电极，优选所述测量电极构造为相互啮合的叉指电极并且构成测量元件。有利地，使用叉指电极作为测量电极能够实现特别准确地确定处于测量电极之间的表面材料的电阻或者说电导。为了触点接通测量电极，在传感器元件的背离气体混合物的端部的区域中设置触点18，20。在此，电极的馈线区域优选通过电绝缘层12a，12b屏蔽免受包围传感器元件10的气体混合物的影响。

在传感器元件10的设有测量电极的大面积上可以附加地设置出于概要性原因而未示出的多孔的盖层或者保护层，所述盖层或者保护层使测量电极在测量电极的相互啮合的区域中被屏蔽免于与要确定的气体混合物直接接触。在此，多孔的保护层的层厚度优选大于测量电极的层厚度。多孔的保护层优选实施为开孔的，其中，孔尺寸这样选择，使得气体混合物中的待确定的颗粒可以扩散到多孔的保护层的孔中。在此，多孔的保护层的孔尺寸处于优选2μm至10μm的范围内。所述多孔的保护层由陶瓷材料实施，所述陶瓷材料优选类似于层12a的材料或者相应于所述层12a的材料并且可以借助于筛网印刷制造。多孔的保护层的多孔性可以通过将孔形成物添加到筛网印刷膏来相应地调定。

在传感器元件10的运行期间，在测量电极上施加电压U_IDE。因为测量电极布置在电绝缘层12c的表面上，首先在测量电极之间基本上不产生电流。

如果环流传感器元件10的气体混合物包含颗粒、尤其炭黑，则所述颗粒沉积在传感器元件10的表面上。因为炭黑具有确定的电导，在传感器元件10或者说多孔的保护层的表面充分地负载有炭黑的情况下发生测量电极之间的升高的电流I_IDE，所述电流与负载的程度相关。

现在如果在测量电极上施加直流电压U_IDE并且求取在测量电极之间出现的电流，则可以由电流推断出所沉积的颗粒质量或者说推断出当前的颗粒质量流、尤其炭黑质量流并且推断出气体混合物中的颗粒浓度。通过这种测量方法检测气体混合物中所有那些颗粒的浓度，所述颗粒正向地或者负向地影响处于测量电极之间的陶瓷材料的电导。

另一种可能性存在于，求取电流关于时间的升高并且由电流升高和时间的商或者说由电流对时间的微商来推断出所沉积的颗粒质量或者说推断出当前的颗粒质量流、尤其炭黑质量流并且推断出气体混合物中的颗粒浓度。只要已知气体混合物的流动速度，则能够基于测量值计算颗粒浓度。气体混合物的流动速度或者说体积流例如可以借助于合适的另外的传感器确定。

此外，传感器元件10包括温度测量元件30，所述温度测量元件优选以电阻印制导线的形式实施。电阻印制导线例如由与加热元件40的电阻印制导线的材料类似或者相同的材料实施。温度测量元件30的电阻印制导线优选以曲流形式实施，其中，电阻印制导线的接头中的一个优选与触点48通过通孔45连接。温度测量元件30的一另外的电接头优选与所述触点18，20中的一个通过一另外的通孔19导电地连接。通过在电阻印制导线的接头20，48上施加相应的电压和通过确定它们的电阻R_T可以推断出传感器元件10的温度。替代地，能够借助于热元件进行温度确定。温度测量的一种另外的替代方案或者说附加的可能性存在于，确定布置在温度测量元件30的电阻印制导线和测量电极之间的陶瓷体的本身与温度有关的电导并且由电导的大小推断出传感器元件的温度。

图2将用于传感器元件10的可能的线路布置110作为方框连接图示出。线路布置110例如可以集成在颗粒传感器的插接件中。

据此，温度测量元件30与线路布置110的温度测量单元130连接并且连接在地电势和5V的供电电压之间。相应于温度测量元件30的电阻，可以由产生的电流推断出传感器元件10的温度。

加热元件40与线路布置110的加热单元140连接并且连接在地电势和12V的电池电压之间。由加热元件40产生的有效的加热功率可以例如借助于脉冲宽度调制来调节。

在测量电极14，16之间施加例如46V的测量电压U_IDE。相应于测量电极14，16之间的电阻，可以由产生的电流推断出测量电极14，16之间的区域内的颗粒累积。

此外，用于与发动机控制仪通信的通信单元160为线路布置的一部分，所述发动机控制仪例如构造为CAN界面。

图3示出根据本发明的方法在非临界性的情形下的序列，所述情形例如相应于这样的情形，在所述情形中，10持续地以热的废气加载传感器元件。

在图3的上部分中示出传感器元件10的温度T，如其例如可以用温度测量单元130求取。在图3的中间部分中示出施加在加热元件40上的电压U_H的有效值。在图3的下部分中示出测量电压U_IDE。

在第一还原阶段期间，在t0和t1之间的时间段中，施加在测量电极14，16之间的测量电压U_IDE为0V，施加在加热元件40上的电压U_H的有效值具有高的、尤其最大的值、例如12V，传感器元件10的温度T相应地高，例如为600℃。

第一还原阶段在时间点t1时结束，并且第一测量阶段紧接着。为此目的，在测量电极14，16之间施加46V的测量电压U_IDE并且使加热元件40不起作用(0V)。

相应于不起作用的加热，传感器元件10的温度T下降，然而所述温度直到在时间点t2时测量阶段结束为止保持在极限温度T_G之上，即在非临界性的范围内。就此而言，在该例子中，加热元件40在测量阶段期间不需要起作用。

图4示出根据本发明的方法在一种情形下的序列，在这种情形下存在着传感器元件10冷却的危险。例如在混合动力车辆中在电动行驶运行期间和在起动-停车系统中在停车阶段中是这种情况。

不同于在图3中所示出的序列，传感器元件10的温度T在第一测量阶段期间在时间点t3时达到或者说低于极限温度T_G，该极限温度例如为100℃。在对这种冷却作出的反应中，以这个程度使加热元件40起作用，使得传感器元件10的温度T稍微升高，例如到120℃并且对于第一测量阶段的剩余部分保持在这个值上。在这里，加热器电压U_H的有效值为例如2.5V。