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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    Eswird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur definierten Regenerationeiner rußbehaftetenOberfläche(30), insbesondere einer keramischen Sensoroberfläche, vorgeschlagen,wobei die an der Oberfläche (30)haftenden Rußpartikeldurch eine dielektrisch behinderte Entladung (DBE) (55) mittelseiner Entladungsvorrichtung (35) verbrannt werden. Dabei wird dieLeistung der DBE so eingestellt, dass eine höhere Abtragrate der Rußpartikelals ihre Anlagerungsrate an der Oberfläche (30) bewirkt wird. Nachder Regenerationsphase wird die verbliebene Rußablagerung mittels einer ander Oberfläche(30) angebrachten Messvorrichtung (20) detektiert. Ein undefinierterZustand der Sensoroberfläche(30) tritt nicht auf. Die Entladungsvorrichtung (35) und die Messvorrichtung(20) könnensehr kompakt an einem oder an zwei keramischen Trägerelementen(10, 15) angebracht sein.
    公开号:DE102004029524A1
    申请号:DE200410029524
    申请日:2004-06-18
    公开日:2006-01-12
    发明作者:Henrik Schittenhelm；Ralf Schmidt
    申请人:Robert Bosch GmbH；
    IPC主号:F01N3-022
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur definiertenRegeneration von rußbehaftetenOberflächen,insbesondere von keramischen Sensoroberflächen.
    [0002] ImZuge der umweltfreundlichen Bemühungen,den Rußausstoß von Dieselmotorenzu reduzieren, entsteht die Notwendigkeit, die Konzentration derRußpartikelnim Abgas einfach bestimmen zu können.Insbesondere ist eine Überwachungdes Rußgehaltsnach einem Dieselpartikelfilter (DPF) während des Fahrbetriebes sinnvoll.Darüberhinaus ist eine Beladungsprognose eines Dieselpartikelfilters zurRegenerationskontrolle notwendig, um eine hohe Systemsicherheitzu erreichen.
    [0003] ZurBestimmung der Rußkonzentrationim Abgas von Brennkraftmaschinen kann ein Sensor mit einer Vorrichtungzur Detektion von Rußpartikelnim Abgasrohr montiert werden.
    [0004] Ausder DE 33 04 548 A1 istein Sensor bekannt, der auf einer nichtleitenden Oberfläche Elektrodenaufweist. Aus der Leitfähigkeitbzw. der Änderungder Leitfähigkeitdurch Rußanlagerungder zwischen den Elektroden aufgespannten Kriechstromfläche lässt sichdie Rußkonzentrationableiten.
    [0005] DiesesMessverfahren entspricht einem sammelnden Messprinzip und die verrußte Sensoroberfläche mussdaher von Zeit zu Zeit von den leitfähigen Rußpartikeln befreit werden.Für eineRegeneration der verrußtenOberflächewird vorgeschlagen, eine Hochspannung zwischen den Elektroden anzulegen,um überden Stromfluss die Rußpartikelnzu verbrennen.
    [0006] EinNachteil der oben vorgeschlagenen Vorgehensweise entsteht dadurch,dass durch die thermische und elektrische Belastung, beispielsweiseeiner Funkenbildung zwischen den Elektroden, die Elektroden selbstbeschädigtwerden könnenund die elektromagnetische Verträglichkeit(EMV) dieses Verfahrens ein Problem darstellt.
    [0007] Weiterbietet es sich insbesondere bei Sensoren mit einem Aufbau in keramischerMehrlagenschicht an, einen Heizer sowie ein Temperaturmesselementin Dickschichttechnik zur Regeneration der Sensoroberfläche zu integrieren.Die Regeneration erfolgt dann durch ein einfaches Aufheizen über die Rußabbrand-Temperatur.Allerdings ergibt sich auch bei diesem Verfahren der Nachteil, dassaufgrund des Aufheizens und Abkühlensdes Sensors und seiner thermischen Trägheit Zustände entstehen, in denen dieRußanlagerungundefiniert erfolgt und schwer zu kontrollieren ist. Insbesonderewird währendder Regeneration oberhalb von 650 °C kein Ruß angelagert, d. h. während dieserPhase ist der Sensor nicht messfähig.
    [0008] Dadurchwird eine Aussage übereine Anlagerungsrate in der Regenerationsphase unmöglich bzw.die Anlagerungsrate ist auf der geheizten Sensoroberfläche unabhängig vonder tatsächlichen Konzentrationvon Rußpartikelnim Abgasstrang gleich null. Gleichzeitig wird aufgrund der oben geschildertenVerfahrensweise auch eine kontrollierte Einstellung der Abtragrateder Rußpartikelnerschwert. Eine weitere Möglichkeit,eine verrußte Oberfläche vonRuß zubefreien, bietet die Verbrennung der Rußpartikeln durch eine dielektrischbehinderte Entladung (DBE).
    [0009] Beieiner DBE wird dadurch, dass zwischen den Entladungselektroden einDielektrikum positioniert ist, die Bildung eines Funkens oder einesLichtbogens im Plasma bei Anlegen einer hohen Spannung unterdrückt, worausein nichtthermisches Plasma resultiert. Typischerweise wird eineDBE mit Puls- oder Wechselspannung angeregt. Abwechselnd in GegenrichtungengezündeteGasentladungen bauen die Ladung des Dielektrikums wieder ab, bevorsie merklich aufgebaut werden kann. Eine nennenswerte Erwärmung desGases tritt daher nicht auf.
    [0010] WerdenRußpartikelndurch ein nichtthermisches Plasma geleitet, so bilden sich Radikaleund lösenplasmachemische Reaktionen an den Rußoberflächen aus, und die Rußpartikelnwerden oxidiert. Die Nutzung der DBE zur Reinigung von rußbehaftetenOberflächenist an sich bekannt.
    [0011] Soist beispielsweise in der DE100 57 862 C1 ein Verfahren und eine Anordnung zur Verminderungkohlenstoffhaltiger Partikelemissionen von Dieselmotoren vorgeschlagen,wobei die im Abgas enthaltenen Partikeln an Filteroberflächen abgeschiedenwerden und zwecks Regeneration des Filters die abgeschiedenen Partikelnoxidiert werden. Die Regeneration erfolgt dabei durch nichtthermische,elektrische Oberflächengleitentladungenan den mit Partikeln belegten Oberflächen. Grundsätzlich kanndie Regeneration entweder kontinuierlich oder zyklisch durchgeführt werden.Im Falle einer kontinuierlichen Regeneration wird vorgeschlagen,die dabei erforderliche mittlere Plasmaleistung nach der Filtertemperatur,der Rußemissionoder dem Abgasgegendruck zu regeln, und im Falle einer zyklischenRegeneration nach dem Abgasgegendruck und der Filtertemperatur.Ziel dieser Überlegungenist es, mit möglichstwenig Energieaufwand das Plasma betreiben zu können. Insbesondere ist es für diesenZweck vorgesehen, die Filterkeramik mit katalytischen Materialienzu dotieren.
    [0012] Einweiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur plasmagestützten Zersetzungvon Ruß sindaus der DE 197 17890 C1 bekannt. Auch hier werden die ausgefilterten Rußpartikelnnach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung mit Sauerstoffzur Reaktion gebracht. Speziell vorgesehen ist hier im Strömungswegdes Abgases mindestens eine poröseEntladungselektrode, die so ausgestaltet ist, dass sie für gasförmige Bestandteiledurchlässigist, aber fürdie Rußpartikelals Filter wirkt und diese zurückhält. DerBetrieb der DBE kann geregelt erfolgen, wobei das Zu- oder Abschaltender Spannungsversorgung der Entladungselektroden durch den Beladungszustandder Elektroden mit Partikeln entsprechend ausgelöst wird, der durch einen Sensorermittelt wird.
    [0013] Beiden aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird das Zielverfolgt, Dieselabgase an sich zu reinigen, d. h. die in Abgasenvorhandenen Rußpartikelnzu zersetzen. Fürdiesen Zweck werden Filterkörperim Strömungswegdes Abgases angebracht, an denen die Rußpartikeln zurückgehalten undmittels einer DBE verbrannt werden. Es ist daher weder nötig nochvorgesehen nach den bisher beschriebenen Verfahren, die Oberfläche in einemdefinierten, verrußtenZustand zu halten.
    [0014] Daserfindungsgemäße Verfahrenzur definierten Regeneration von verrußten Oberflächen, insbesondere von keramischenSensoroberflächen, hatden Vorteil, dass ein Verfahren bereitgestellt wird, bei dem dieoben beschriebenen Mängelwie die Alterung der Elektroden, die EMV-Problematik und vor allemdie undefinierten Zuständefür dieRußanlagerungin der Regenerationsphase beseitigt oder zumindest stark verringertwerden.
    [0015] Daserfindungsgemäße Verfahrenkann insbesondere eingesetzt werden zur Überwachung eines Diesel-Partikel-Filters(DPF) im Dieselabgasstrang nach einem DPF.
    [0016] Weiterhinsind eine Vorrichtung zur definierten Regeneration von rußbehaftetenOberflächensowie darauf rückbezogenevorteilhafte Weiterbildungen in den Ansprüchen angegeben.
    [0017] Ausführungsbeispieleder Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgendenBeschreibung nähererläutert.Es zeigen:
    [0018] 1 einerstes Ausführungsbeispieleiner Vorrichtung zur definierten Regeneration von verrußten Oberflächen miteinem ersten und einem zweiten Trägerelement in perspektivischerDarstellung,
    [0019] 2 einzweites Ausführungsbeispieleiner Vorrichtung zur definierten Regeneration von verrußten Oberflächen mit einemersten und einem zweiten Trägerelementin perspektivischer Darstellung, und
    [0020] 3 eindrittes Ausführungsbeispieleiner Vorrichtung zur definierten Regeneration von verrußten Oberflächen miteinem einzigen Trägerelement ebenfallsin perspektivischer Darstellung.
    [0021] Ineinem ersten Ausführungsbeispielnach 1 besteht der Partikelsensor 5 aus einemersten keramischen Trägerelement 10 undeinem zweiten keramischen Trägerelement 15.Die beiden Trägerelemente 10, 15 sindparallel zueinander mit einem Zwischenraum angeordnet. Die zur Detektionvon Rußpartikelnnotwendige Messvorrichtung 20 ist an der Oberfläche 30 desersten Trägerelements 10 angebracht,die dem zweiten Trägerelement 15 zugewandtist. Vorteilhafterweise ist die Messvorrichtung 20 eineinterdigitale Elektrodenstruktur 25. Lagern sich Rußpartikelnauf der Sensoroberflächean, ändertsich die Impedanz der interdigitalen Elektrodenstruktur 25.
    [0022] Erfindungsgemäß wird dierußbehaftete Oberfläche 30 durcheine dielektrisch behinderte Entladung (DBE) regeneriert. Zum Betriebder DBE 55 ist eine Entladungsvorrichtung 35 aufdem zweiten Trägerelement 15 vorgesehen,die zwei Entladungselektroden 40, 45 aufweist.Dabei ist die erste und die zweite Entladungselektrode 40, 45 aufder oberen bzw. auf der unteren Seite des zweiten, keramischen Trägerelement 15 angebracht,so dass der Raum zwischen ihnen mit einem Teil des Trägerelements 15 gefüllt istund so als Dielektrikum 50 dient. Im Ausführungsbeispielzeigt die erste Entladungselektrode 40 eine antennenähnlicheStruktur, die aus einer langen, elektrisch leitfähigen Basislinie mit mehreren kurzen,zueinander parallel und zur Basislinie senkrecht angeordneten Querliniengebildet wird. Auf eine günstigeGeometrie der Entladungselektroden 40, 45 wirddeshalb geachtet, da von ihr das Entladungsvolumen der DBE 55 abhängig ist.
    [0023] Beizunächstabgeschalteter DBE 55 wird sich sowohl auf den Entladungselektroden 40, 45 als auchauf der interdigitalen Elektrodenstruktur 25 Ruß anlagern.Wird dann an den Entladungselektroden 40, 45 einePuls- oder eine Wechselhochspannung angelegt, so zündet sichein nichtthermisches Plasma. Vorteilhafterweise ist diejenige Entladungselektrode 40,die zur Messvorrichtung 20 einen geringeren Abstand aufweist,auf Masse gelegt, um ein vorzeitiges Übersprechen und Funkenbildungzu vermeiden. Die DBE 55 brennt hierbei auf der Seite mitder ersten Entladungselektrode 40. Das dadurch gebildete Entladungsvolumender DBE 55 reicht dicht an die Oberfläche 30 mit der Messvorrichtung 20 heran.
    [0024] Erfindungsgemäß wird dieLeistung der DBE 55 so eingestellt, dass der Ruß mit einerbestimmten, bekannten Abtragrate verbrannt wird. Während die DBE 55 brennt,kann sich trotzdem weiter Ruß anlagern,wie Experimente bestätigthaben. Demzufolge findet eine Regeneration der rußbehaftetenOberfläche 30 nurdann statt, wenn die Abtragrate größer ist als die Anlagerungsrate.Daher wird die Abtragrate überdie Leistung der DBE 55 so gewählt, dass sie größer istals die Anlagerungsrate. Nach einer vorgegebenen Zeit wird die DBE 55 abgeschaltenund die verbliebene Rußanlagerungmittels der an der rußbehaftetenOberfläche 30 angebrachtenMessvorrichtung 20 detektiert.
    [0025] Dader Zustand der Oberfläche 30 jeweils unmittelbarvor und nach der Regenerationsphase mit Hilfe der Messvorrichtung 20 bestimmbarund die Abtragrate währendder Regenerationsphase einstellbar ist, kann die erneute Anlagerungwährendder Regenerationsphase ermittelt werden. Damit ist es gewährleistet,dass bei diesem Regenerationsverfahren neben einer Vollregenerationauch eine Teilregeneration ermöglichtwird.
    [0026] Weitertreten im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren undefinierteZuständenicht auf, da zum einen die währendder Regeneration auftretenden Rußkonzentrationen miterfasstwerden, und zum anderen der Sensor unmittelbar von Regenerationauf Messung und umgekehrt geschaltet werden kann. Beliebig kurzeRegenerations- und Messzyklen lassen praktisch eine permanente Überwachungzu.
    [0027] Eineweitere Ausführungsformdes Partikelsensors zur Durchführungdes erfindungsgemäßen Verfahrenswird mit Hilfe der in der 2 dargestelltenAnordnung erläutert.
    [0028] 2 zeigtwie im ersten Ausführungsbeispielein aus zwei Trägerelementen 10, 15 bestehendenPartikelsensor 5. Gegenüberdem ersten Ausführungsbeispielsind jedoch die Messvorrichtung 20 und die Entladungsvorrichtung 35 nichtauf zwei Trägerelementen 10, 15 voneinandergetrennt angeordnet, sondern es liegt eine integrierte Form vor:Die interdigitalen Elektroden 25 dienen nicht nur als die Messvorrichtung 20,sondern auch als die erste Entladungselektrode 40.
    [0029] Diezweite Entladungselektrode 45 befindet sich nun auf derder Oberfläche 30 mitder Messvorrichtung 20 zugewandten Seite des zweiten Trägerelementes 15,wobei die Entladungselektrode 45 mit einem Teil des zweitenTrägerelementes 15 abgedecktwird. Dadurch wird erreicht, dass sich ein Dielektrikum 50 zwischenden Entladungselektroden 40, 45 befindet. DieMasse wird vorteilhafterweise auf die Messvorrichtung 20 bzw.auf die erste Entladungselektrode 40 gelegt.
    [0030] Schließlich zeigt 3 einBeispiel füreine Integration einer Messvorrichtung 20 und einer Entladungsvorrichtung 35 aufeinem einzigen Trägerelement 15.Die Messvorrichtung 20 ist zusammen mit der ersten Entladungselektrode 40 aufeiner Oberfläche 30 desTrägerelements 15 angebracht,während diezweite Entladungselektrode 45 auf der anderen Seite desTrägerelements 15 angebrachtist. Wiederum liegt ein Teil des Trägerelements 15 alsDielektrikum 50 zwischen den Entladungselektroden 40, 45 unddie Masse wird vorteilhafterweise auf die erste Entladungselektrode 40 gelegt.Auch hier kann auf die erste Entladungselektrode 40 verzichtetwerden, wenn die Messvorrichtung 20 ihre Funktion zusätzlich übernimmt.
    [0031] Insgesamtzeigen alle beschriebenen Ausführungsbeispieleder Vorrichtung zur definierten Regeneration von verrußten Oberflächen einensehr kompakten Aufbau, so dass ihre Anwendung nicht nur im Abgasstrangeines Kraftfahrzeugs, sondern überalldort, wo platzsparend eine Überwachungder Rußkonzentrationnotwendig oder erwünschtist, ermöglichtwird.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Verfahren zur definierten Regeneration einer rußbehaftetenOberfläche(30), insbesondere einer keramischen Sensoroberfläche einesersten Trägerelementes(10), wobei die an der Oberfläche (30) haftendenRußpartikelndurch eine dielektrisch behinderte Entladung (DBE) (55)mittels einer Entladungsvorrichtung (35) verbrannt werden,wobei die Entladungsvorrichtung (35) eine erste und einezweite Entladungselektrode (40, 45) und ein zwischen denEntladungselektroden (40, 45) angeordnetes Dielektrikum(50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieLeistung der DBE (55) so eingestellt wird, dass eine höhere Abtragrateder Rußpartikelals ihre Anlagerungsrate an der Oberfläche (30) bewirkt wird, unddass nach einer vorgegebenen Zeit die DBE (55) abgeschaltenund die verbliebene Rußanlagerung mittelseiner an der Oberfläche(30) angebrachten Messvorrichtung (20) detektiertwird.
    [2] Vorrichtung zur definierten Regeneration einer rußbehaftetenOberfläche(30), insbesondere einer keramischen Sensoroberfläche einesersten Trägerelementes(10), zum Durchführendes Verfahrens nach Anspruch 1 mit – einer Messvorrichtung (20)zur Detektion von Rußpartikelnauf der Oberfläche(30), – einerEntladungsvorrichtung (35) mit einer ersten und einer zweitenEntladungselektrode (40, 45) und einem zwischenden Entladungselektroden (40, 45) angeordnetenDielektrikum (50) zur Verbrennung der an der Oberfläche (30)haftenden Rußpartikelndurch eine dielektrisch behinderte Entladung (DBE) (55), wobei – die Leistungder DBE (55) so einstellbar ist, dass eine höhere Abtragrateder Rußpartikelals ihre Anlagerungsrate an der Oberfläche (30) erfolgt.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Messvorrichtung (20) zur Detektion von Rußpartikelnauf der keramischen Oberfläche(30) des ersten Trägerelementes(10) interdigitale Elektroden (25) sind.
    [4] Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Messvorrichtung (20) auf dem ersten Trägerelement(10) und mindestens eine der beiden Entladungselektroden(40, 45) auf einem zweiten Trägerelement (15) angebrachtsind, wobei das erste Trägerelement(10) so angeordnet ist, dass seine Oberfläche (30)mit der Messvorrichtung (20) dem zweiten Trägerelement(15) zugewandt ist.
    [5] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Messvorrichtung (20) und die Entladungselektroden(40, 45) auf einem einzigen Trägerelement (10) angebrachtsind.
    [6] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Messvorrichtung (20) gleichzeitig als eine derbeiden Entladungselektroden (40, 45) ausgebildetist.
    [7] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Dielektrikum (50) zumindest teilweise durch daserste und/oder das zweite Trägerelement(10, 15) gebildet wird.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass diejenige Entladungselektrode (40, 45), diezur Messvorrichtung (20) einen geringeren Abstand aufweist,auf Masse gelegt ist.
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    引用文献:
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    法律状态:
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    2008-05-29| 8364| No opposition during term of opposition|
    2020-01-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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