用于评估用于探测碳黑的传感器的功能能力的方法

背景技术

由申请人的DE 10 2012 210 525 A1已经已知用于探测内燃机废气中的碳黑颗粒的一种方法和一种设备。

尤其已知具有两个可暴露在废气中的测量电极并且具有电阻加热元件的陶瓷的电阻式碳黑传感器。在此，对废气中碳黑浓度的测量基于碳黑颗粒在测量电极之间的沉积以及测量电极之间的电阻由此减小。借助电阻加热元件可以将碳黑颗粒烧掉，从而可以开始新的测量。

此外已知，通过以下方式监测电极的完整性，从而监测传感器的功能性：在还原(Regeneration)之后，当碳黑导致无法导电连接时，借助电阻加热元件使传感器的温度保持恒定并且在此期间将一电压施加到电极上，如果产生的测量电流高于阈值，则电极被评估为完好无损的。在DE 10 2012 210 525 A1中也公开了一种测量方法，该测量方法设置对在传感器的两种不同的温度下产生的测量电流的两个测量。

发明内容

本发明基于发明人的以下认识：为了评估传感器的功能能力而对在陶瓷传感器的测量电极之间的电流进行的测量潜在地可能由于传感器在测量期间的受热而失真。尤其已经认识到，施加在电阻加热元件上的电压或者说电势能够使传感器中的离子移动，从而导致到测量电极或者在测量电极之间或者到与测量电极连接的控制设备的电流，所述电流使对与被施加在测量电极之间的测量电压相关的测量电流真正有意进行的测量失真。尤其还认识到，电阻加热元件的接通过程和关断过程(例如伴随着将传感器温度调准至恒定的温度)导致对测量电流的干扰。

因此，根据本发明设置，在测量电极自洁式燃烧掉碳黑之后，停用电阻加热元件，从而在根据本发明的方法的后续步骤期间，电加热功率为0W并且不再引起传感器中的离子的运动。然后，在等待之后，在电阻加热元件被停用的情况下，可以以高的准确性执行对代表测量电极之间的电阻的第一量值的测量。因此，也可以以更高的可靠性执行对传感器的功能能力的评估。

在本申请的框架下，电阻被认为是通过电压除以电流而得到的量值，即例如具有单位欧姆。

在本申请的框架下，代表电阻的量值也被理解为至少在当前情况下与电阻一一对应地关联的量值。例如，代表电阻的量值可以是电阻，或者代表电阻的量值在给定电压的情况下可以是电流或反向电流。在另一示例中，在给定电流的情况下，代表电阻的量值可以是电压。

所述等待可以是预给定的等待时间，例如至少50ms的等待时间和/或最多一秒钟的等待时间。

但是，所述等待也可以是，一直等待到传感器冷却到预给定的温度并且由传感器接收的、代表传感器温度的信号达到相应的预给定的第一值。该温度可以是例如780℃或者在700℃和800℃之间的值。

代表传感器温度的信号可以是例如代表电阻的信号，参见上文。传感器可以具有例如温度测量元件、例如Pt100等，并且该传感器可以被根据本发明的方法相应地操控。

根据本发明的一种扩展方案设置，在测量了代表测量电极之间的电阻的第一量值之后，进行第二等待，然后测量代表测量电极之间的电阻的第二量值，随后基于代表测量电极之间的电阻的第一量值并且基于代表测量电极之间的电阻的第二量值来评估传感器的功能能力。以这种方式，可以消除偏移效应并且进一步改善对传感器的功能能力的评估的可靠性。例如，可以从代表测量电极之间的电阻的第一量值中减去代表测量电极之间的电阻的第二量值，并且基于产生的差来评估传感器的功能能力。

在停用电阻加热元件之后，传感器的温度通常会降低，可以通过事先将传感器加热到超温来补偿这一点。例如，为了使所述两个测量电极自洁式燃烧掉碳黑，可以将传感器加热到预给定的第一温度，保持该第一温度至少5秒，并且该第一温度位于700℃和850℃之间的范围内，并且，在停用电阻加热元件之前，借助电阻加热元件将传感器进一步加热到预给定的超温，所述超温比预给定的第一温度高至少10K，即例如位于710℃和860℃之间。可以设置，所述超温位于高出预给定的第一温度不多于40K的范围内。

此外，发明人认识到，在测量代表电极之间的电阻的第一量值时，可能会出现瞬时效应，所述瞬时效应又可能导致测量不准确性。例如，已经观察到，在测量电极之间施加或增大测量电压之后紧接着，因传感器中的离子运动而短时间产生特别高的电流。

本发明的一些扩展方案避免这种效应并且因此提高了对传感器的功能能力的评估的可靠性。这些扩展方案设置，在激活电阻加热元件以便加热传感器并且以便两个测量电极自洁式燃烧掉碳黑期间，已经在测量电极之间施加了电压。该电压在随后的方法步骤期间保持恒定和不间断，即，尤其在停用电阻加热元件期间、在等待直到由传感器接收的、代表传感器温度的信号达到预给定的第一值期间、在测量代表测量电极之间的电阻的第一量值期间以及必要时在评估传感器的功能能力之前的其他方法步骤期间。

在申请人的研究中被证明为有利的是，所施加的电压相对较高，即例如大于12V。该电压也可以例如大于40V。

本发明该包括一种计算机程序、一种非易失性存储器和一种电子控制单元：该计算机程序设置为用于执行根据本发明的方法的步骤，在该非易失性存储器上存储有这种计算机程序，该电子控制单元包括这样的非易失性存储器。

附图说明

附图示出：

图1示出用于探测碳黑的陶瓷传感器，

图2a和2b示出根据本发明的方法的时间曲线图。

具体实施方式

图1示出用于探测气体流(例如内燃机的废气流)中的碳黑的传感器10，该传感器用于安装到机动车的排气管路中。传感器10例如布置在具有柴油内燃机的机动车的碳黑过滤器的下游。

传感器10包括板状的载体层12，所述板状的载体层至少部分地由电绝缘的材料制成，例如由陶瓷(例如氧化铝)制成。电阻加热元件14被集成到载体层12中，该电阻加热元件可以通过触点16与合适的电压源连接并且用于传感器10自洁式燃烧掉可能沉积的微粒、例如碳黑颗粒。

在载体层12上布置有板状的基板18，所述板状的基板至少部分地由电绝缘的材料制成，例如由陶瓷(例如氧化铝)制成。在基板18上布置有由两个测量电极20组成的结构。例如，测量电极20构造为叉指式电极22，从而它们梳形地相互嵌入。测量电极20可以通过触点24与控制装置25连接。

在测量电极20梳形地相互嵌入的区域中，测量电极20可以至少部分地被电介质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又可以设有保护层28，使得电介质相对于周围的介质被隔开，由此使得电介质26不会退化(Degeneration)。

此外，传感器10可以包括壳体，该壳体包围图1示出的构造并且在图1中并未示出。

根据图1的传感器10可以如下地工作。当碳黑或其它导电微粒沉积在基板18上时，两个测量电极20之间的电阻就会降低。通过测量两个测量电极20之间的阻抗，可以得到关于RC元件的典型行为。这意味着，可以根据RC元件的电阻分量随时间的变化来确定在相关废气中的碳黑浓度或微粒浓度。

为了还原传感器10，在一定时间之后借助集成在载体层12中的电阻加热元件14将所沉积的微粒烧掉。在功能良好的传感器10中，在这种彻底加热之后，测量电极20之间的电阻应明显增加并且通过传感器10的包围测量电极20的层的导电能力给出。因为用于探测微粒浓度的传感器10的工作方式本身是已知的，例如从WO 2003/006976 A2中已知，因此在此不对传感器10的传统工作方式进行更详细的讨论，以上提及的现有技术的、涉及到传感器10的作用方式的描述内容通过参考完全纳入本文。取代地，现在将描述用于传感器10的功能监控的本发明方法。该方法可以例如被以上提及的控制装置25执行。尤其根据图2a和2b描述该方法。

在图2a中，尤其在X轴30上示出时间并且在Y轴32上示出特定量值随时间的变化曲线，所述特定量值例如是温度34、施加在测量电极20之间的电压36和在测量电极20之间流动的电流38以及电阻加热元件14的加热功率39。

图2a例如示出传感器10的上述自洁式燃烧或彻底加热。为此，借助电阻加热元件14加热传感器10，如根据温度34的从第一时间点t0开始的变化曲线可以看出的那样。传感器10被加热，直到在时间点达到预给定的第一温度42。第一温度42从时间点t1开始直到时间点t2例如在45秒的时间段上保持恒定，并且该第一温度例如是785℃。由于温度在时间点t1和t2之间没有进一步提高，因此在这段时间期间与在时间点t0和t1之间相比加热功率39较小。

在时间点t2和t3之间，加热功率进一步提高，例如提高到与在时间点t0和t1之间相同的值。因此，温度在时间点t3升高到超温43、例如升高到805℃。

在时间点t3，电阻加热元件14被停用，也就是说，电加热功率39随后在剩余的测量周期内或者说在用于评估传感器的功能能力的方法的进一步步骤期间始终为值0W。基于传感器10与其周围环境的热耦合，该传感器冷却下来。例如，在650ms之后、在时间点t4该传感器又达到温度785℃。

设置的是，现在在时间点t4对代表测量电极20之间的电阻的第一量值进行测量，例如对在测量电极20之间流动的电流38进行测量。

此外，在图2a中示出施加在测量电极20之间的电压36的变化曲线。在该示例中，该电压从时间点t0开始直到时间点t4之后都恒定地为45.6V。

由测量出的在测量电极20之间流动的电流38和已知的被施加在测量电极20之间的电压36可以推断出测量电极20之间的电阻。

如果该电阻小于预给定的阈值，则传感器被评估为有功能能力。相反地，如果该电阻大于预给定的阈值，则传感器被评估为没有功能能力。例如，可以在故障存储寄存器中进行相应的登记，或者操控发动机监控灯(故障指示灯，MIL；Malfunction IndicatorLight)，以便显示故障。

在时间点t4之后，传感器10进一步冷却，并且在低于确定温度的情况下，碳黑又可以沉积到测量电极20上。下一个测量周期已经由此开始。

在图2b中示出一个经改型的实施例。它与之前所阐述的实施例的不同之处首先在于，施加在测量电极20之间的测量电压36在时间点t0和t3之间具有值0V并且在时间点t3和t4之间具有值7.5V。该值被用于确定第一电阻。在下一个测量周期开始的时间点t7，施加在测量电极20之间的测量电压36被切换到值45.6V。

在图2b中示出的实施例与开篇所阐述的示例的不同之处还在于，在时间点t5，即在时间点t4之后的一个固定时间或者在传感器10达到第二温度时，确定代表测量电极20之间的电阻的第二量值。为此，与在时间点t3和t4之间类似地，施加在测量电极20之间的测量电压36被切换到值7.5V，直到时间点t6。基于第一电阻和第二电阻、例如基于这两个量值的差来进行对传感器10的功能能力的评估。