用于探测微粒的传感器的功能检验的方法和用于探测微粒的传感器的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]由现有技术已知大量用于探测微粒、例如烟灰颗粒或灰尘颗粒的方法和装置。以下在没有其他实施方式和应用的限制的情况下尤其在参考用于探测微粒、尤其内燃机的废气流中的烟灰颗粒的传感器的情况下描述本发明。
[0002]由实际已知，借助设置在陶瓷上的两个电极测量废气中的微粒、例如烟灰颗粒或灰尘颗粒的浓度。这例如可以通过分离两个电极的陶瓷材料的电阻的测量实现。所述传感器例如用在内燃机、例如柴油型内燃发动机的废气管路中。所述传感器通常位于内燃发动机或者柴油颗粒过滤器的下游。将来，增强的环境意识以及部分由于法律规定决定地必须在机动车的行驶运行期间监视烟灰排放并且确保所述监视的功能性。功能性的这种监视通常称作车载诊断。此外，需要柴油颗粒过滤器的负荷预测，以便在低效率的、节省燃料的再生循环中实现高系统安全性，以便能够使用低成本的过滤器材料、例如堇青石。阻性的烟灰传感器提供对此的可能性，所述阻性的烟灰传感器考虑由于烟灰沉积引起的叉指电极结构的电阻变化来探测烟灰。根据其功能方式，阻性的烟灰传感器适于收集原则。例如由DE101 49333 Al或WO 2003/006976 A2已知这种烟灰传感器。
[0003]在这种用于导电颗粒的阻性的颗粒传感器中，在电绝缘的衬底上构造有两个或多个金属电极，其中在测量电压的作用下沉积的微粒、尤其烟灰颗粒使梳状相互交叉的电极短路，并且在所施加的电压恒定时在传感器电极之间可测量到减小的电阻或者增大的电流。为了传感器元件在烟灰沉积之后的再生，借助集成的加热元件使传感器元件燃烧干净(freibrennen)。在系统中通过在引入原始排放模型的情况下由信号行为模型求取的期望触发时间和实际的传感器触发时间的比较实现传感器信号的分析处理。
[0004]为了在现场监视电极的功能性并且因此监视传感器的功能性，在再生结束时在电极上施加测量电压。由此产生大多由以钠形式的污染引起的离子流。如果所述离子流超过确定的阈值，则所述电极视为“完好的”。
[0005]尽管由现有技术已知的用于探测微粒的方法和装置的大量优点，但它们仍包含改善潜力。因此，以上描述的自诊断形式是仅仅有条件地老化稳定的。迄今，在确定的温度时通常单次测量电极测量单元的固有导电性。然而，传感器的老化通常伴随自诊断电流的减小。因此，自诊断电流自传感器的确定老化时刻起低于阈值，而这不归因于传感器的损坏。迄今，在多种情形中，所测量的电流小于2 μ A的传感器例如视为次品，因为直至1.5 μ A可能归因于分流(NebenschlUsse)。因此，自确定的老化时刻起不再能区分低于阈值是由于老化引起还是由于损坏引起。
【发明内容】
[0006]因此，提出一种用于探测微粒、尤其烟灰的传感器的功能检验的方法以及一种用于探测微粒、尤其烟灰的传感器，其至少尽可能避免已知的方法和装置的缺点并且其中能够消除例如作为偏置(Offset)的分流。
[0007]根据本发明的用于探测微粒、尤其烟灰的传感器的功能检验的方法包括以下步骤，优选以以下顺序(其中所述传感器包括设置在由电绝缘材料构成的衬底上的至少两个测量电极和加热元件):
[0008]在第一温度时实施第一电流电压测量以求取第一测量参量；
[0009]在第二温度时实施第二电流电压测量以求取第二测量参量；
[0010]形成第一测量参量和第二测量参量的差。
[0011]例如可以有条件地或无条件地实施第二电流电压测量。因此，在实施了第一电流电压测量之后，例如仅当满足预给定的条件、例如检查了的条件时，才能够实施第二电流电压测量。例如，仅仅如果第一测量参量达到和/或低于阈值，才能够实施第二电流电压测量。
[0012]第二温度可以小于第一温度。第二温度可以比第一温度低80°C至220°C、优选100 °C至200 0C、更优选120 °C至180 °C、例如150 °C。可以在时间上在第一电流电压测量之后实施第二电流电压测量。例如可以在第一电流电压测量之后0.5s至20.0s实施第二电流电压测量。优选可以在时间上在第一电流电压测量之后1.0s至20.0s、优选1.0s至15s、更优选1.0至12s、例如在第一电流电压测量之后1s内实施第二电流电压测量。
[0013]分别可以在10ms至500ms、优选200ms至400ms、更优选250ms至350ms、例如300ms的时间段上实施第一电流电压测量和/或第二电流电压测量。
[0014]分别可以一次或也可以重复地实施第一电流电压测量和/或第二电流电压测量。在此，例如可以在由在时间上相邻的电流电压测量求取的测量参量之间或者在由在时间上不相邻的电流电压测量求取的测量参量之间形成以上描述的差。
[0015]尤其可以确定第一测量参量和第二测量参量之间的差0.10 μ A至0.60 μ A、优选0.15 μ A至0.35 μ Α、更优选0.20 μ A至0.30 μ Α、例如0.25 μ A作为用于确定传感器的功能能力的阈值。可以在20s至80s、优选30s至60s、更优选40s至50s、例如45s的时间段上保持第一温度基本恒定，其中在所述时间段的结束时测量第一电流电压测量。用于第一测量参量的阈值可以是1.5 μ A至2.5 μ Α、更优选1.7 μ A至2.3 μ Α、更优选1.8 μ A至2.2 μ Α、例如2.0 μΑ的电流。第一温度可以为700°C至860°C、优选740°C至820°C、更优选760°C至800 0C、例如785 °C，其中第二温度为560 V至700 V、优选600 V至660 V、更优选620 °C至640°C、例如6350C ο电流电压测量可以包括7.0V至10.0V、优选7.5V至9.0V、例如8.5V的测量电压。
[0016]根据本发明的用于探测内燃机中的废气流中的微粒、尤其烟灰的传感器可以包括设置在由电绝缘材料构成的衬底上的至少两个测量电极、一个加热元件和一个控制装置，其中所述控制装置设置用于实施以上权利要求中任一项所述的方法。
[0017]测量电极尤其可以构造为叉指电极一一即相互交叉的测量电极、例如两个或更多个相互交叉的梳结构。
[0018]本发明意义上的微粒尤其理解为导电的微粒、例如烟灰或灰尘。
[0019]在本发明的范畴内，测量电极理解为适于测量电流或电压的电极。
[0020]在本发明的范畴内，电绝缘材料理解为适于阻止电流流动的任意材料、例如陶瓷。
[0021]在本发明的范畴内，电流电压测量理解为以下测量:在所述测量中或者在测量电极上施加确定的电压并且测量测量电极之间的电流流动，或者在测量电极上施加电流并且测量测量电极之间的电压。电流电压测量尤其可以是电阻测量，其中可以测量通过测量电极和衬底构成的结构的电阻。例如可以实施电压控制的测量或电压调节的测量和/或电流控制的测量和/或电流调节的测量。可以以连续信号的形式和/或也可以以脉冲信号的形式进行电流和/或电压的施加。因此，例如可以施加直流电压和/或直流电流并且检测电流响应或者电压响应。替代地，可以施加脉冲电压和/或脉冲电流并且检测电流响应或者电压响应。
[0022]在本发明的范畴内，测量参量理解为通过电流电压测量求取的参量，其相应地可以是电流或电压。也可以使用由此推导出的电阻作为测量参量。
[0023]在本发明的范畴内，温度的基本恒定保持理解为在确定的时间段上将温度保持在确定的预给定的值上，所述温度包括最大15°C、优选最大5°C的偏差。
[0024]在本发明的范畴内，在时间段结束时实施电流电压测量如此理解为实施电流电压测量，使得电流电压测量与所述时间段基本同时结束、即具有最大Is的时间错位。
[0025]在本发明的范畴内，控制装置理解为适于实施根据本发明的方法并且在此实施相应的控制过程和/或调节过程的任意设备。控制装置可以是分配给传感器的自身控制装置或也可以是内燃机的控制装置的一部分、例如内燃发动机一一尤其柴油发动机的发动机控制装置的一部分。
[0026]在本发明的范畴内，叉指电极理解为以下电极:所述电极如此设置，使得其尤其梳状地交互交叉。
[0027]因此，在本发明的范畴内提出运行策略的改变以及内燃机的运行电子器件的软件的匹配，其中可以明显改善电极自诊断的寿命。特别地，通过在不同温度时电极测量单元的固有导电能力的两次测量消除分流偏置电流并且可以降低评估限制。与以上描述的现有技术相比，现在考虑两个电流值或电压值之间的差作为评估标准。通过在求差时能够消除作为偏置的分流，可以显著降低用于传感器的功能性的评估阈值，例如降低到0.25μΑ。因此，传感器的老化和与此相关联的自诊断电流的减小在显著更迟地导致传感器失效。
【附图说明】
[0028]由在附图中示意性示出的优选实施例的以下描述得到本发明的其他可选择的细节和特征。
[0029]附图示出:
[0030]图1:用于探测微粒的传感器的分解图；
[0031]图2:根据本发明的方法的时间流程图。
【具体实施方式】
[0032]图1示出用于探测气体流、例如内燃机的废气流中的微粒、尤其烟灰的传感器10，所述传感器用于安装在机动车的废气管路中。传感器10例如构造为烟灰传感器并且优选设置在具有柴油内燃发动机的机动车的烟灰过滤器的下游。
[0033]传感器10包括板状的承载层12，其至少部分由电绝缘材料、例如由陶瓷——如氧化铝制造。加热元件14集成在承载层12中，所述加热元件可通过接触部16与适合的电压源连接并且用于使传感器10燃烧干净可能沉积的微粒、如烟灰颗粒。
[0034]在承载层12上设置有板状的衬底18，所述衬底至少部分由电绝缘材料、例如由陶瓷一一如氧化铝制造。在衬底18上设置有由两个测量电极20组成的结构。测量电极20例如构造为叉指电极22，从而它们梳状地交叉。测量电极20可通过接触部24与控制装置25连接。
[0035]在测量电极20梳状地相互交叉的区域中，测量电极20可以至少部分由电介质26覆盖，从而测量电极20可以用作具有可测量电容的电容器的电极。电介质26又设置有保护层28，从而电介质相对于周围介质分离，由此排除电介质26的退化。
[0036]传感器10还可以包括壳体，所述壳体包围在图1中示出的结构并且出于简化传感器10的结构的阐述的原因在图1中没有示出。壳体例如可以构造为吸气套筒，其在位于测量电极20上方的区域中设有开口并且用于使在废气管路中流动的气体流平缓，从而烟灰颗粒或者包含在气体流中的其他微粒优选在测量电极20的区域中沉积。
[0037]根据图1的传感器10可以如下工作。当烟灰或者其他导电微粒沉积在衬底18上时，两个测量电极20之间的电阻减小。通过测量两个测量电极20之间的阻抗得到对于所谓的