DE102011006926A1 - Particle sensor for determining particle content e.g. nitrogen oxide in exhaust gas of diesel engine, is partially coated with nitrogen oxide storage material so that nitrogen monoxide in exhaust gas is converted into nitrogen dioxide - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor mit zumindest zwei Elektroden zur Bestimmung des Partikelgehalts in einem Abgas.The invention relates to a particle sensor having at least two electrodes for determining the particle content in an exhaust gas.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb eines sammelnden Partikelsensors zur Bestimmung des Partikelgehalts in einem Abgas, wobei der Partikelsensor zumindest zwei ineinander greifende, interdigitale Elektroden aufweist, welche auf einem isolierenden Träger angeordnet sind, und wobei zur Bestimmung der Partikelbeladung des Partikelsensors ein Stromfluss zwischen den beiden Elektroden über angelagerte Partikel ausgewertet wird.The invention further relates to a method for producing and operating a collecting particle sensor for determining the particle content in an exhaust gas, wherein the particle sensor has at least two interdigitated interdigital electrodes, which are arranged on an insulating support, and wherein for determining the particle loading of the particle sensor a current flow between the two electrodes is evaluated via attached particles.
Partikelsensoren werden heute zum Beispiel zur Überwachung des Rußausstoßes von Brennkraftmaschinen und zur On-Board-Diagnose (OBD), beispielsweise zur Funktionsüberwachung von Partikelfiltern, eingesetzt. Dabei sind sammelnde, resistive Partikelsensoren bekannt, die eine Änderung der elektrischen Eigenschaften einer interdigitalen Elektrodenstruktur auf Grund von Partikelanlagerungen auswerten. Ist der Partikelsensor voll beladen, werden die angelagerten Partikel in einer Regenerationsphase mit Hilfe eines in dem Partikelsensor integrierten Heizelements verbrannt.Particle sensors are used today, for example, for monitoring the soot emissions from internal combustion engines and for on-board diagnostics (OBD), for example for monitoring the function of particulate filters. In this case, collecting, resistive particle sensors are known which evaluate a change in the electrical properties of an interdigital electrode structure due to particle deposits. If the particle sensor is fully loaded, the deposited particles are burned in a regeneration phase with the aid of a heating element integrated in the particle sensor.
Ein solcher resistiver Partikelsensor ist in der
Aus der
Die Interdigitalelektroden der Partikelsensoren sind im Allgemeinen aus Platin gefertigt. Platin wirkt katalytisch auf die Umwandlung von Stickstoffdioxid aus Stickstoffmonoxid. An den Elektroden können so aus in dem Abgas mitgeführtem Stickstoffmonoxid größere Mengen Stickstoffdioxid entsprechend der Reaktionsgleichung
Durch diesen ungewollten chemischen Rußabbau bei Anwesenheit von Stickstoffdioxid wird die angelagerte Russmenge an dem Partikelsensor undefiniert verringert und das Messsignal entsprechend verfälscht. Bei einem Partikelsensor mit ineinander greifenden, interdigitalen Elektroden, wie er oben beschrieben ist, wird der Stromfluss zwischen den Elektroden durch den Partikelabbau verringert. Dies kann dazu führen, dass ein mit dem Partikelsensor zu überwachender, defekter Partikelfilter als in Ordnung getestet wird.Due to this unwanted chemical soot degradation in the presence of nitrogen dioxide, the accumulated amount of soot at the particle sensor is reduced undefined and the measurement signal is correspondingly falsified. In a particle sensor with interdigitated interdigital electrodes, as described above, the flow of current between the electrodes is reduced by the particle degradation. This may cause a defective particulate filter to be monitored with the particulate sensor to be tested as good.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Partikelsensor mit reduzierter Querempfindlichkeit für Stickoxide bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a particle sensor with reduced cross-sensitivity for nitrogen oxides.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb eines solchen Partikelsensors bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a method for producing and operating such a particle sensor.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die den Partikelsensor betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Partikelsensor zumindest teilweise mit einem Stickoxid speichernden Material beschichtet ist oder dass die Elektroden aus einem für die Umwandlung von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid nicht oder geringfügig katalytisch wirkendem Material gefertigt sind. Dabei können die Maßnahmen jeweils für sich betrachtet oder in Kombination vorgesehen sein.The particle sensor of the present invention is achieved in that the particle sensor is at least partially coated with a nitrogen oxide storing material or that the electrodes are made of a for the conversion of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide not or slightly catalytically acting material. The measures may be considered individually or in combination.
Das Stickoxid speichernde Material absorbiert Stickoxide aus dem Abgas. Sind die Elektroden aus für die Umwandlung von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid katalytisch wirkendem Platin gefertigt, so absorbiert das Stickoxid speichernde Material auch das an den Elektroden und damit in unmittelbarer Nähe der Signalgenerierung erzeugte Stickstoffdioxid. An dem Partikelsensor steht dadurch während der aktiven Signalgenerierung des Partikelsensors, während der sich die nachzuweisenden Partikel aus dem Abgas an dem Partikelsensor anlagern und gemessen werden, kein freies Stickstoffdioxid zur Verfügung. Der nicht gewünschte Abbau der Partikel gemäß der Reaktionsgleichung
Werden die Elektroden des Partikelsensors statt aus Platin, welches heute üblicherweise verwendet wird, aus einem für die Umwandlung von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid nicht oder nur geringfügig katalytisch wirkendem Material gefertigt, so wird an dem Partikelsensor kein oder nur wenig Stickstoffdioxid gebildet. Diese Maßnahme alleine reduziert schon deutlich die Stickstoffdioxid-Konzentration an dem Partikelsensor und somit den beschriebenen Abbau von Partikeln während der Messphase des Partikelsensors. In Kombination mit einem Stickoxid speichernden Material kann die Querempfindlichkeit des Partikelsensors gegenüber Stickoxiden auf ein Minimum reduziert werden.If the electrodes of the particle sensor instead of platinum, which is commonly used today, made from a for the conversion of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide or only slightly catalytically active material, so little or no nitrogen dioxide is formed on the particle sensor. This measure alone significantly reduces the nitrogen dioxide concentration at the particle sensor and thus the described degradation of particles during the measuring phase of the particle sensor. In combination with a material storing nitrogen oxide, the cross-sensitivity of the particle sensor to nitrogen oxides can be reduced to a minimum.
Eine gute Absorption der Stickoxide kann dadurch erreicht werden, dass das Stickoxid speichernde Material aus einem basischen Stickoxid-Speichermaterial, insbesondere aus einem Erdalkalimetallcarbonat oder einem Alkalimetallcarbonat, gebildet ist. Mögliche Materialien sind zum Beispiel BaCO3, K2CO3 oder Na2CO3.Good absorption of the nitrogen oxides can be achieved by forming the nitrogen oxide-storing material from a basic nitrogen oxide storage material, in particular from an alkaline earth metal carbonate or an alkali metal carbonate. Possible materials are, for example, BaCO 3 , K 2 CO 3 or Na 2 CO 3 .
Die Bildung von Stickstoffdioxid an den Elektroden kann dadurch reduziert oder vermieden werden, dass die Elektroden aus Palladium, Gold, Rhodium, Ruthenium oder einer Platin-Palladium-Legierung mit hohem Palladium-Anteil gefertigt sind. Diese Materialien sind für die Umwandlung von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid nicht oder nur geringfügig katalytisch wirksam. Gleichzeitig sind sie beständig gegenüber Abgasen.The formation of nitrogen dioxide at the electrodes can be reduced or avoided by making the electrodes from palladium, gold, rhodium, ruthenium or a high palladium platinum-palladium alloy. These materials are not or only slightly catalytic for the conversion of nitrogen monoxide to nitrogen dioxide. At the same time they are resistant to exhaust gases.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Partikelsensor aus zumindest zwei ineinander greifenden, interdigitalen Elektroden, welche auf einem isolierenden Träger angebracht sind, ausgeführt ist und dass zumindest die Oberfläche des isolierenden Trägers zwischen den Elektroden und umlaufend zu den Elektroden und/oder die Elektroden mit dem Stickoxid speichernden Material beschichtet sind. Bei solchen Partikelsensoren schließen die aus dem Abgas angelagerten Partikel die Elektroden kurz. Ein Stromfluss zwischen den kammartig ineinander greifenden, interdigitalen Elektroden über die angelagerten Rußpartikel dient als Messsignal für die Beladung des Partikelsensors. Ist das Stickoxid speichernde Material in unmittelbarer Nähe der interdigitalen Elektroden in dem Zwischenraum zwischen den interdigitalen Elektroden und umlaufen zu den interdigitalen Elektroden aufgebracht, so werden Stickoxide am Ort der Partikelanlagerung und der Generierung des Messsignals absorbiert und dadurch der Partikelabbau am Sensorelement verhindert.According to a particularly preferred embodiment variant of the invention, it can be provided that the particle sensor is made of at least two interdigitated, interdigital electrodes, which are mounted on an insulating support, and that at least the surface of the insulating support between the electrodes and circumferentially to the electrodes and / or the electrodes are coated with the nitrogen oxide storing material. In such particle sensors, the particles deposited from the exhaust gas short the electrodes. A current flow between the comb-like interdigitated, interdigital electrodes via the deposited soot particles serves as a measurement signal for the loading of the particle sensor. If the nitrogen oxide-storing material is applied in the immediate vicinity of the interdigital electrodes in the intermediate space between the interdigital electrodes and circulating to the interdigital electrodes, then nitrogen oxides are absorbed at the particle attachment site and the generation of the measurement signal, thereby preventing particle degradation at the sensor element.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zumindest zwischen den Elektroden und umlaufend zu den Elektroden ein Stickoxid speicherndes Material auf den isolierenden Träger aufgebracht wird und dass während einer Messphase des Partikelsensors Stickoxid aus dem Abgas und an dem Partikelsensor gebildetes Stickstoffdioxid von dem Stickoxid speichernden Material gespeichert wird. Bei dem Stickoxid speichernden Material kann es sich dabei um ein basisches Stickoxid-Speichermaterial, insbesondere um ein Erdalkalimetallcarbonat oder um ein Alkalimetallcarbonat, handeln, welches in einem abschließenden Fertigungsschritt auf den Partikelsensor aufgebracht wird. Während der Messphase des Partikelsensors wird Stickstoffdioxid direkt an dem Partikelsensor durch das Stickoxid speichernde Material absorbiert und steht für den Abbau der an dem Partikelsensor angelagerten und nachzuweisenden Rußpartikel nicht mehr zur Verfügung. Dadurch kann die Querempfindlichkeit des Partikelsensors gegenüber Stickoxiden deutlich reduziert werden.The object of the invention relating to the method is achieved in that a material storing nitrogen oxide is applied to the insulating support at least between the electrodes and surrounding the electrodes and that during a measuring phase of the particle sensor nitrogen oxide from the exhaust gas and nitrogen dioxide formed at the particle sensor from the Nitrogen storage storing material is stored. The material storing the nitrogen oxide may be a basic nitrogen oxide storage material, in particular an alkaline earth metal carbonate or an alkali metal carbonate, which is applied to the particle sensor in a final production step. During the measurement phase of the particle sensor, nitrogen dioxide is absorbed directly at the particle sensor by the material storing nitrogen oxide and is no longer available for the degradation of the soot particles deposited and to be detected on the particle sensor. As a result, the cross-sensitivity of the particle sensor to nitrogen oxides can be significantly reduced.
Um die Speicherfähigkeit des Stickoxid speichernden Materials zu erhalten kann es vorgesehen sein, dass das gespeicherte Stickoxid während einer Regenerationsphase des Partikelsensors thermisch ausgetrieben wird. Dies kann im Rahmen einer vor der eigentlichen Messphase vorgesehenen Regeneration des Partikelsensors erfolgen, in welcher der Partikelsensor aufgeheizt wird, um angelagerte Partikel zu verbrennen und den Partikelsensor für die neue Messung zu konditionieren. Zu Beginn der Messung liegt dann ein von Partikeln befreiter Partikelsensor mit maximaler Speicherkapazität für Stickoxide vor.To the It can be provided that the stored nitrogen oxide is thermally expelled during a regeneration phase of the particle sensor storage capacity of the nitrogen oxide storing material. This can take place within the scope of a regeneration of the particle sensor provided before the actual measurement phase, in which the particle sensor is heated in order to burn deposited particles and to condition the particle sensor for the new measurement. At the beginning of the measurement, there is then a particulate-free particle sensor with maximum storage capacity for nitrogen oxides.
Im Rahmen der On Board Diagnose ist die Funktion von Partikelsensoren zu überwachen. Bei sammelnden Partikelsensoren, bei welchen der Stromfluss zwischen zwei interdigitalen Elektroden über angelagerte Partikel ausgewertet wird, sind die Existenz und die Funktion der interdigitalen Elektroden nachzuweisen. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Speicherfähigkeit des Stickoxid speichernden Materials zu überwachen. Daher kann es vorgesehen sein, dass während der Regenerationsphase eine Spannung zwischen den interdigitalen Elektroden angelegt wird und dass aus einem elektrischen Stromfluss zwischen den interdigitalen Elektroden die Funktion des Partikelsensors und des Stickoxid speichernden Materials überwacht wird. Der Stromfluss erfolgt dabei in einer Gasentladung zwischen den interdigitalen Elektroden durch das bei der Regeneration ausgetriebene Stickstoffmonoxid.On-board diagnostics monitor the function of particle sensors. In the case of collecting particle sensors, in which the current flow between two interdigital electrodes is evaluated via deposited particles, the existence and the function of the interdigital electrodes must be proven. Furthermore, it is advantageous to monitor the storage capacity of the nitrogen oxide storing material. Therefore, it can be provided that during the regeneration phase, a voltage between the interdigital electrodes is applied and that from an electric current flow between the interdigital electrodes, the function of the particulate sensor and the nitrogen oxide storing material is monitored. The flow of current takes place in a gas discharge between the interdigital electrodes by the expelled in the regeneration of nitrogen monoxide.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:
Erfindungsgemäß ist weiterhin zwischen den interdigitalen Elektroden
Wird ein solcher Partikelsensor
Bei bekannten Partikelsensoren
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Stickoxid speichernde Material
Die Regeneration des Stickoxid speichernden Materials
Bei der periodisch durchzuführenden Regeneration des Partikelsensors
Das Ausgangssignal
In der bekannten Anwendung des Partikelsensors
Wird die Stickstoffdioxid-Menge
Durch den Abbau des Rußes auf der Oberfläche des Partikelsensors
Durch ein Stickoxid speicherndes Material
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |