Procedimiento para medir la temperatura en un sensor de partículas para establecer una concentración de negro de carbono en un ramal de gas de escape de un motor de combustión interna,

en donde el sensor de partículas presenta sobre una capa portadora un sensor con dos electrodos de peine que engranan uno en el otro para medir la concentración de negro de carbono así como un elemento calefactor para regenerar el sensor de partículas.

Para medir la temperatura se determina, mediante una aplicación de una tensión alterna durante un breve espacio de tiempo, una impedancia de la capa portadora, dependiente de la temperatura, entre el sensor y el elemento calefactor del sensor de partículas. De este modo puede determinarse la temperatura del sensor de partículas, sin tener que prever un sensor de temperatura adicional. La temperatura así establecida del sensor de temperatura puede servir por ejemplo para corregir las sensibilidades transversales del sensor de partículas y, de este modo, para determinar con más precisión la concentración de negro de carbono en el ramal de gas de escape del motor de combustión interna.

Procedimiento para medir la temperatura.

Estado de la técnica

La invención se refiere a un procedimiento para medir la temperatura en un sensor de partículas para establecer una concentración de negro de carbono en un ramal de gas de escape de un motor de combustión interna, en donde el sensor de partículas presenta sobre una capa portadora un sensor con dos electrodos de peine que engranan uno en el otro para medir la concentración de negro de carbono así como un elemento calefactor para regenerar el sensor de partículas.

A causa de las normas legales previstas actualmente es necesario vigilar la expulsión de partículas de un motor de combustión interna, en especial de un motor diésel, antes y/o después de un filtro de partículas, como por ejemplo de un filtro de partículas de gasoil; durante el funcionamiento de marcha. Asimismo es necesario un pronóstico de carga del filtro de partículas de gasoil para controlar la regeneración, para alcanzar una elevada seguridad del sistema y poder usar materiales de filtrado económicos. Asimismo puede estar prevista una regulación de las características de combustión del motor de combustión interna sobre la base de la información sobre la expulsión de partículas.

Una posibilidad de medir la concentración de partículas en el gas de escape es un sensor de partículas resistivo, que se compone de electrodos que engranan unos en los otros en forma de dedo sobre un sustrato cerámico. Si se sedimentan partículas de negro de carbono sobre la estructura de electrodo, se modifica la impedancia de la instalación; en el caso más sencillo se valora la carga de partículas mediante una medición de resistencia. Para mejorar la probabilidad de sedimentación de partículas sobre el sensor de partículas puede estar previsto un manguito de retenida en la región del electrodo. Según el estado de la técnica se fija en una forma de ejecución un valor umbral para la resistencia o una corriente eléctrica, que fluye a través del sensor de partículas en el caso de una tensión conocida, y se mide el tiempo desde el inicio del ciclo de medición con un sensor de partículas descargado hasta alcanzar este valor umbral. Una vez alcanzado el valor umbral se calienta el sensor de partículas con ayuda de un elemento calefactor integrado y se libera por combustión de las partículas de negro de carbono sedimentadas, de tal modo que puede iniciarse un nuevo ciclo de medición. En otra forma de ejecución se determina la señal de resistencia o la señal de corriente en una trama variable o fija de tiempos de medición y se determina un aumento de la señal de resistencia o de corriente.

Un sensor de partículas resistivo colector de este tipo se describe en el documento DE 101 33 384 A1. El sensor de partículas está estructurado con dos electrodos de tipo peine que engranan uno en el otro, que están cubiertos al menos en parte por un manguito de retenida. Si se sedimentan partículas desde el gas de escape de un motor de combustión interna sobre el sensor de partículas, esto conduce a una modificación valorable de la impedancia del sensor de partículas, a partir de la cual puede concluirse la cantidad de partículas adicionadas y, de este modo, la cantidad de partículas arrastradas en el gas de escape.

Los sensores de partículas presentan una fuerte sensibilidad transversal frente a magnitudes de influencia externas como temperatura del sensor, temperatura del gas de escape o incluso velocidad del gas de escape. Con ello estas magnitudes influyen tanto en la adición de las partículas al sensor como en la impedancia medida del sensor. Por ello es necesario, en especial, también conocer la temperatura del sensor de partículas.

Actualmente la detección de la temperatura del sensor de partículas se produce a través de una medición de la corriente calefactora o mediante un modelo de temperatura, que está depositado dentro del control del motor en el vehículo. Igualmente es posible una combinación de los dos métodos. Con ello existe el inconveniente de que la temperatura del elemento sensorial se determina con ello sólo indirectamente. Sensores de temperatura adicionales representarían por otro lado una complejidad adicional.

Por ello la tarea de la invención consiste en aprontar un procedimiento para medir la temperatura del elemento sensorial, sin usar un sensor de temperatura adicional.

Manifiesto de la invención

La tarea es resuelta por medio de que para medir la temperatura, mediante una aplicación de una tensión alterna durante un breve espacio de tiempo, se determina una impedancia de la capa portadora, dependiente de la temperatura, entre el sensor y el elemento calefactor del sensor de partículas. De este modo puede determinarse la temperatura del sensor de partículas, sin tener que prever un sensor de temperatura adicional. La temperatura así establecida del sensor de temperatura puede servir por ejemplo para corregir las sensibilidades transversales del sensor de partículas y, de este modo, para determinar con más precisión la concentración de negro de carbono en el ramal de gas de escape del motor de combustión interna.

Con ello es útil si, como es el caso con el material de la capa portadora (por ejemplo óxido de circonio o cerámica YSZ), la capa portadora es más conductora conforme aumenta la temperatura, y con ello presenta una característica resistiva NTC.

Conforme a la invención está previsto con ello que, durante la medición de temperatura, se desconecten una tensión de alimentación de sensor para el sensor y una tensión de alimentación de elemento calefactor para el elemento calefactor, y en ese período se aplique la tensión alterna. Por medio de esto puede determinare la impedancia de la capa portadora sin problemas. De este modo pueden descartarse corrientes o potenciales de tensión adicionales, que podrían influir en la medición de impedancia.

Si se desconectan la tensión de alimentación de sensor y la tensión de alimentación de elemento calefactor durante un máximo de 1 s, lo que garantiza un tiempo de medición suficientemente largo, puede conseguirse que el elemento sensorial no se enfríe significativamente. Normalmente es suficiente un tiempo de medición de aproximadamente 0,5 s para determinar la impedancia.

Para evitar averías, por ejemplo como consecuencia de capacidades parásitas, ha demostrado ser ventajoso que durante el tiempo de desconexión para la tensión de alimentación de sensor y la tensión de alimentación de elemento calefactor, se cortocircuiten los electrodos de peine del sensor y los contactos de conductor calefactor del elemento calefactor.

Con relación a una medición de temperatura necesaria en cortos intervalos de tiempo, es ventajoso que la tensión de alimentación de sensor y la tensión de alimentación de elemento calefactor, o bien los electrodos de peine del sensor y los contactos de conductor calefactor del elemento calefactor, se desconecten o cortocircuiten mediante conmutadores semiconductores, por ejemplo en forma de un relé semiconductor o de un triac. De este modo puede garantizarse sin desgaste una elevada frecuencia de conmutación.

Para la medición de temperatura es ventajoso que se determine una conductividad de la capa portadora dependiente de la temperatura mediante una resistencia de medición, que se conecta en serie con respecto al sensor de partículas durante la medición de temperatura. Una señal de tensión alterna a través de la resistencia de medición es con ello una medida para la corriente alterna a través de la disposición y, de este modo, una medida para la conductividad de la capa portadora dependiente de la temperatura.

Con relación a una valoración sencilla de la impedancia de tensión alterna de la capa portadora y para determinar una señal de valor de pico, está previsto que la señal de tensión alterna a través de la resistencia de medición se rectifique mediante un rectificador y el desarrollo de señal en el tiempo de la señal rectificada se afine mediante un condensador, en donde una resistencia adicional en serie con el rectificador forma junto con el condensador un elemento RC, a través del cual puede fijarse una constante de tiempo para afinar la señal.

Normalmente la frecuencia de la tensión alterna aplicada para medir la temperatura puede estar dentro de un margen de entre 1 kHz y 10 kHz. Con relación a una resistencia aislante y a un condensador aislante entre la estructura sensorial y la capa portadora o...

1. Procedimiento para medir la temperatura en un sensor de partículas (1) para establecer una concentración de negro de carbono en un ramal de gas de escape de un motor de combustión interna, en donde el sensor de partículas (1) presenta sobre una capa portadora (10) un sensor (20) con dos electrodos de peine (23, 24) que engranan uno en el otro para medir la concentración de negro de carbono así como un elemento calefactor (30) para regenerar el sensor de partículas (1), caracterizado porque para medir la temperatura, mediante una aplicación de una tensión alterna durante un breve espacio de tiempo, se determina una impedancia de la capa portadora (10), dependiente de la temperatura, entre el sensor (20) y el elemento calefactor (30) del sensor de partículas (1).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque durante la medición de temperatura se desconectan una tensión de alimentación de sensor (48) para el sensor (20) y una tensión de alimentación de elemento calefactor (48) para el elemento calefactor (30), y en ese período se aplica la tensión alterna.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se desconectan la tensión de alimentación de sensor (47) y la tensión de alimentación de elemento calefactor (48) durante un máximo de 1 s.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque durante el tiempo de desconexión para la tensión de alimentación de sensor (47) y la tensión de alimentación de elemento calefactor (48), se cortocircuitan los electrodos de peine (23, 24) del sensor (20) y los contactos de conductor calefactor (31, 32) del elemento calefactor (30).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la tensión de alimentación de sensor (47) y la tensión de alimentación de elemento calefactor (48), o bien los electrodos de peine (23, 24) del sensor (20) y los contactos de conductor calefactor (31, 32) del elemento calefactor (30), se desconectan o cortocircuitan mediante conmutadores semiconductores.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se determina una conductividad de la capa portadora (10) dependiente de la temperatura mediante una resistencia de medición (42), que se conecta en serie con respecto al sensor de partículas (1) durante la medición de temperatura.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la capa portadora (10) es más conductora conforme aumenta la temperatura.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se rectifica una señal de tensión alterna (49) a través de la resistencia de medición (42) mediante un rectificador (51), y el desarrollo de señal en el tiempo de la señal rectificada se afina mediante un condensador.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la conductividad se determina con una tensión alterna, cuya frecuencia es mayor que o igual a 100 kHz.