Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors, wobei der Rußsensor eine interdigitale Elektroden ^¬ struktur aufweist, an die eine Messspannung angelegt wird, wobei sich auf der interdigitalen Elektrodenstruktur Rußpartikel aus einem Abgasstrom ablagern und der über die Rußpartikel und die interdigitale Elektrodenstruktur fließende Messstrom als Maß für die Rußbeladung des Rußsensors ausge ^¬ wertet wird und wobei die interdigitale Elektrodenstruktur ab einer vorbestimmten Rußbeladung, die durch eine obere Stromschwelle erkannt wird, freigebrannt wird.

Die Anreicherung der Atmosphäre mit Schadstoffen aus Abgasen wird derzeit viel diskutiert. Damit verbunden ist die Tatsa ^¬ che, dass die Verfügbarkeit fossiler Energieträger begrenzt ist. Als Reaktion darauf werden beispielsweise Verbrennungs ^¬ prozesse in Brennkraftmaschinen thermodynamisch optimiert, so dass deren Wirkungsgrad verbessert wird. Im Kraftfahrzeugbe- reich schlägt sich dies in der zunehmenden Verwendung von Dieselmotoren nieder. Der Nachteil dieser Verbrennungstechnik gegenüber optimierten Otto-Motoren ist jedoch ein deutlich erhöhter Ausstoß von Ruß. Der Ruß kann besonders durch die Anlagerung polyzyklischer Aromate stark krebserregend sein, worauf in verschiedenen Vorschriften bereits reagiert wurde. So wurden beispielsweise Abgas-Emissionsnormen mit Höchstgrenzen für die Rußemission erlassen. Daher besteht die Notwendigkeit preisgünstige Sensoren anzugeben, die den Rußge ^¬ halt im Abgasstrom von Kraftfahrzeugen zuverlässig messen.

Der Einsatz derartiger Rußsensoren dient der Messung des aktuell mit dem Abgasstrom ausgestoßenen Rußes, damit dem Motormanagement in einem Automobil in einer aktuellen Fahrsitu ^¬ ation Informationen zukommen, um mit regelungstechnischen Anpassungen die Emissionswerte zu reduzieren. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Rußsensoren eine aktive Abgasreinigung durch Abgas-Rußfilter eingeleitet werden oder eine Abgasrückführung zur Brennkraftmaschine erfolgen. Im Falle der Rußfil ^¬ terung werden regenerierbare Filter verwendet, die einen we- sentlichen Teil des Rußgehaltes aus dem Abgas herausfiltern. Benötigt werden Rußsensoren für die Detektion von Ruß, um die Funktion der Rußfilter zu überwachen bzw. um deren Regenerationszyklen zu steuern. Dazu kann dem Rußfilter, der auch als Diesel-Partikel-Filter bezeichnet wird, ein Rußsensor vorgeschaltet sein und/oder ein Rußsensor nachgeschaltet sein.

Der dem Diesel-Partikel-Filter vorgeschaltete Sensor dient zur Erhöhung der Systemsicherheit und zur Sicherstellung eines Betriebes des Diesel-Partikel-Filters unter optimalen Be ^¬ dingungen. Da diese in hohem Maße von der im Diesel-Partikel- Filter eingelagerten Rußmenge abhängen, ist eine genaue Messung der Partikelkonzentration vor dem Diesel-Partikel-Fil- tersystem, insbesondere die Ermittlung einer hohen Partikelkonzentration vor dem Diesel-Partikel-Filter, von hoher Bedeutung .

Ein dem Diesel-Partikel-Filter nachgeschalteter Sensor bietet die Möglichkeit, eine On-Board-Diagnose vorzunehmen und dient ferner der Sicherstellung des korrekten Betriebes der Abgasnachbehandlungsanlage .

Im Stand der Technik hat es verschiedene Ansätze zur Detekti- on von Ruß gegeben. Ein in Laboratorien weithin verfolgter

Ansatz besteht in der Verwendung der Lichtstreuung durch die Rußpartikel. Diese Vorgehensweise eignet sich für aufwändige Messgeräte. Wenn versucht wird, dies auch als mobiles Sensor ^¬ system im Abgasstrang einzusetzen, muss festgestellt werden, dass derartige Ansätze zur Realisierung eines Sensors in ei ^¬ nem Kraftfahrzeug durch den aufwändigen optischen Aufbau mit hohen Kosten verbunden sind. Weiterhin bestehen ungelöste Probleme bezüglich der Verschmutzung der benötigten optischen Fenster durch Verbrennungsabgase.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 199 59 871 AI offenbart einen Sensor und ein Betriebsverfahren für den Sensor, wobei beide auf thermischen Betrachtungen basieren. Der Sensor besteht aus einem offenen porösen Formkörper wie beispielsweise einer wabenförmigen Keramik, einem Heizelement und einem Temperaturfühler. Wird der Sensor mit einem Messgasvolumen in Verbindung gebracht, so lagert sich Ruß darauf ab. Zur Mes ^¬ sung wird der in einem Zeitraum abgelagerte Ruß mit Hilfe des Heizelementes zum Zünden gebracht und verbrannt. Die bei der Verbrennung entstehende Temperaturerhöhung wird gemessen. Derzeit sind Partikelsensoren für leitfähige Partikel be ^¬ kannt, bei denen zwei oder mehrere metallische Elektroden vorgesehen sind, die kammartig ineinandergreifende Elektroden aufweisen. Diese kammartigen Strukturen werden auch als In- terdigitalstrukturen bezeichnet. Rußpartikel, die sich auf diesen Sensorstrukturen ablagern, schließen die Elektroden kurz und verändern damit die Impedanz der Elektrodenstruktur. Mit steigender Partikelkonzentration auf der Sensorfläche wird auf diese Weise ein abnehmender Widerstand bzw. ein zu ^¬ nehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung zwischen den Elektroden messbar. Ein derartiger Rußsensor wird zum

Beispiel in der DE 10 2004 028 997 AI offenbart. Um überhaupt einen Strom zwischen den Elektroden messen zu können, muss jedoch eine gewisse Menge von Rußpartikeln zwischen den Elektroden vorhanden sein. Bis zum Erreichen dieser minimalen Partikelbeladung ist der Rußsensor gewissermaßen blind für die Rußkonzentration im Abgasstrom. In der DE 10 2005 030 134 AI wird die minimale Partikelbeladung zwischen den Elektroden durch im Elektrodenzwischenraum künstlich angeordnete leitfähige Partikel erreicht. Die Anordnung dieser Partikel ist je- doch technisch sehr schwierig und teuer. Zudem können während der Lebendsauer des Rußsensors diese Partikel zum Beispiel bei Erschütterungen des Sensors oder durch chemische Prozesse verloren gehen, womit die Eigenschaften des Sensors verändert werden und eine zuverlässige Messung der Rußbeladung im Abgasstrom gestört oder vollständig verhindert wird. Darüber hinaus muss der Rußsensor in regelmäßigen Abständen gereinigt werden. Die Regeneration des Sensors erfolgt durch das Abbrennen des angelagerten Rußes. Zur Regeneration wird das Sensorelement nach der Rußanlagerung in der Regel mit Hilfe eines integrierten Heizelementes freigebrannt. Während der Freibrennphase kann der Sensor die Rußbeladung des Abgasstroms nicht erfassen. Die Zeit die zum regenerativen Frei ^¬ brennen der Sensorstruktur benötigt wird, wird auch als Totzeit des Sensors bezeichnet. Es ist also wichtig, die Frei ^¬ brennphase und die sich daran anschließende Neukonditionie- rungsphase des Rußsensors so kurz wie möglich zu gestalten, um den Rußsensor so schnell wie möglich wieder zur Rußmessung einsetzen zu können.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Be- treiben eines Rußsensors anzugeben, welches gute Messergeb ^¬ nisse liefert, wobei der Rußsensor möglichst geringe Totzei ^¬ ten aufweisen soll.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen An- spruchs gelöst.

Dadurch, dass das Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur durch ein Aufheizen des Rußsensors nach dem Erreichen der oberen Stromschwelle erfolgt, woraufhin der Mess- ström während des Freibrennens der interdigitalen Elektrodenstruktur beobachtet wird und das Freibrennen abgestellt wird, wenn der Wert des Messstromes eine untere Stromschwelle er ^¬ reicht hat, kann die Totzeit des Rußsensors sehr gering gehalten werden. Darüber hinaus hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass durch das hier offenbarte Verfahren eine weitgehende Linearisierung der von der Rußablagerung in dem Sensor erzeugten Stromkennlinie erfolgt. Durch den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten linearen Zusammenhang zwischen der Rußbeladung des Sensors und seiner Stromkennlinie ist es ohne weitere Kalibrierung oder die Einführung von Kennfeldern möglich, absolute Messwerte für die Rußlast (Men- ge der Rußpartikel pro Volumeneinheit des Abgases) im Abgas ^¬ strom zu bestimmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Rußbeladung des Abgasstroms eines Kraftfahrzeuges nahezu kontinuierlich über- wacht werden, wodurch es möglich wird, die Emission von

Schadstoffen erheblich zu reduzieren. Darüber hinaus kann die Struktur der Messelektroden des Rußsensors in einer robusten und preiswerten Dickschichttechnologie oder auf der Basis der Cofired-Technologie hergestellt werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die untere Stromschwelle zwischen 1% und 20% des Wertes für die obere Stromschwelle beträgt. Hierdurch ist der Rußsensor nach dem Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur noch schneller wieder einsatzbereit, wodurch die Totzeit weiter verkürzt ist. Dies ist darauf zurück zu führen, dass mit der Wahl dieser unteren Stromschwelle ein ausreichender Teil der Kohlenstoffbrücken, die sich aus den Rußpartikeln zwischen den interdigitalen Elektroden gebildet haben, erhalten bleibt. Ein Messstrom steht also nach einem

Freibrennen in Rahmen des hier offenbarten Betriebsverfahrens für den Rußsensor sofort wieder zur Verfügung. Zeitaufwendige Rekonfigurationen der Kohlenstoffbrücken auf der interdigitalen Elektrodenstruktur sind nicht notwendig.

Wenn die interdigitale Elektrodenstruktur Messelektroden mit einer Breite zwischen 50 und 100 μπι aufweist, kann sie in der besonders robusten und preiswerten Dickschichttechnologie oder Cofired-Technologie hergestellt werden. Die mit einer solchen Elektrodenstruktur erzielbaren Messwerte sind von ausreichender Genauigkeit, zum Beispiel für den Einsatz des Rußsensors im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges. Darüber hin- aus sind diese 50 und 100 μπι Dickschicht-Elektrodenstruktur besonders langlebig.

Wenn das Freibrennen mit einem elektrischen Heizelement er- folgt, das mit Hilfe eines Heizstromes erhitzt wird, kann der Prozess des Freibrennens gut überwacht werden und sehr ein ^¬ fach und exakt beendet werden.

In den nachfolgenden Darstellungen wird die Erfindung näher erläutert. Diese zeigen in:

Figur 1 einen Rußsensor,

Figur 2 die Wirkungsweise des Rußsensors,

Figur 3 bis 8 ein Verfahren zum Betreiben eines Rußsensors,

Figur 9 den funktionalen Zusammenhang zwischen dem

Messstrom I _M und der Zeit t.

Figur 1 zeigt einen Rußsensor 10, der aus einem Formkörper 1, einem hier nicht dargestellten Heizelement sowie einer Struktur aus interdigital ineinander greifenden Messelektroden 3 aufgebaut ist. Der Formkörper 1 kann aus einem Keramikmateri- al hergestellt sein, oder aus einem anderen Material beste ^¬ hen, das elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist und der Abbrandtemperatur von Ruß problemlos standhält. Um den Rußsensor 10 von Ruß frei zu brennen wird der Rußsensor 10 typischer Weise mit Hilfe einer elektrischen Widerstandshei- zung auf Temperaturen zwischen 500 und 800 °C erhitzt. Diese Temperaturen muss der elektrisch isolierende Formkörper 1 ohne Beschädigungen vertragen. Die Struktur der Messelektroden 3 ist hier beispielhaft als kammartige Struktur ausgebildet, die auch als interdigitale Elektrodenstruktur bezeichnet wird, wobei zwischen zwei Messelektroden 3 immer ein elektrisch isolierender Bereich des Formkörpers 1 zu erkennen ist. Die Messelektroden 3 und die Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 bilden die interdigitale Elektrodenstruktur. Die Breite B einer Messelektrode 3 kann zum Beispiel zwischen 50 und 100 μπι liegen und der Abstand A zwischen den einzelnen Messelektroden kann ebenfalls 50 und 100 μπι betragen. Eine interdigitale Elektrodenstruktur mit derartigen Abmessungen kann leicht in Dickschichttechnologie hergestellt werden. In Dickschichttechnologie hergestellte interdigitale Elektroden ^¬ strukturen sind robust, langlebig und kostengünstig. Der Messstrom I _M zwischen den Messelektroden 3 wird mit Hilfe eines Strommesselementes 7 gemessen. Solange der Rußsensor 10 völlig frei von Rußpartikeln 4 ist, wird mit dem Strommess ^¬ element 7 kein Messstrom I _M messbar sein, da zwischen den Messelektroden 3 immer ein Bereich des Formkörpers 1 vorhan- den ist, der elektrisch isolierend wirkt und der auch nicht von Rußpartikeln 4 überbrückt wird.

Weiterhin zeigt Figur 1 einen Temperatursensor 11 als Bestandteil des Rußsensors 10 mit einer Temperaturauswerte- elektronik 12, die zur Überwachung der im Rußsensor 10 herrschenden Temperatur vor allem beim Abbrand der Rußbeladung von der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 des Rußsensors 10 dient . Zudem ist in Figur 1 eine Spannungsquelle 15 zu erkennen, die die an den Messelektroden 3 anliegende Spannung bestimmt. Mit der Spannungsquelle 15 kann Messspannung an die Messelektro ^¬ den 3 angelegt werden. Die Messspannung kann zum Beispiel zwischen 20 und 60 Volt und in einer bevorzugten Ausführungs- form zwischen 40 und 60 Volt liegen.

Figur 2 zeigt nun die Wirkungsweise des Rußsensors 10. Hier ist der Rußsensor 10 in einem Abgasrohr 5, zum Beispiel eines Kraftfahrzeuges, angeordnet, durch das ein mit Rußpartikeln 4 beladener Abgasstrom 6 geleitet wird. Die Strömungsrichtung des Abgasstromes 6 wird durch den Pfeil angedeutet. Die Auf ^¬ gabe des Rußsensors 10 ist es nun, die Konzentration der Ruß- Partikel 4 im Abgasstrom 6 zu messen. Dazu ist der Rußsensor 10, der gegebenenfalls eine Schutzkappe aufweist, so im Ab- gasrohr 5 angeordnet, dass die Struktur aus interdigital an ^¬ geordneten Messelektroden 3 mit dem Abgasstrom 6 und somit den Rußpartikeln 4 in Wechselwirkung steht. Aus dem Abgasstrom 6 setzen sich Rußpartikel 4 sowohl auf den Messelektro ^¬ den 3 als auch in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3, also auf den isolierenden Bereichen des Formkörpers 1 ab. Wenn sich genügend Rußpartikel 4 auf den isolierenden Bereichen zwischen die Messelektroden 3 abgesetzt haben, wird aufgrund der an den Messelektroden 3 angelegten Messspannung und der Leitfähigkeit der Rußpartikel 4 ein Messstrom I _M zwi ^¬ schen den Messelektroden 3 fließen, der vom Strommesselement 7 erfassbar ist. Die Rußpartikel 4 überbrücken somit die elektrisch isolierenden Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3. Auf diese Art und Weise kann mit dem hier abgebil ^¬ deten Rußsensor 10 die Beladung des Abgasstromes 6 mit Ruß ^¬ partikeln 4 gemessen werden.

Zudem zeigt der Rußsensor 10 in Figur 2 das Heizelement 2, das mit dem Heizstromkreis 13 aus der Heizstromversorgung 8 mit elektrischem Heizstrom I _H versorgt werden kann. Um den Rußsensor 10 auf die Abbrandtemperatur der Rußpartikel 4 zu erhitzen, also frei zu brennen, wird der Heizstromschalter 9 geschlossen, womit der Heizstrom I _H das Heizelement 2 erwärmt und somit der gesamte Rußsensor 10 erhitzt wird. Darüber hin ^¬ aus ist ein Temperatursensor 11 im Rußsensor 10 integriert, der mit Hilfe der Temperaturauswerteelektronik 12 den Vorgang des Aufheizens des Rußsensors 10 und damit den Abbrandvorgang der Rußpartikel 4, der auch als Freibrennen des Rußsensors 10 bezeichnet wird, kontrolliert und überwacht.

Wenn der Abbrandvorgang der Rußpartikel 4 weit genug vorange ^¬ schritten ist und die interdigitale Elektrodenstruktur weit ^¬ gehend frei gebrannt ist, kann das Freibrennen unterbrochen werden. Das Fortschreiten des Freibrennens wird mit Hilfe des Strommesselementes 7 erfasst und überwacht. Wenn eine vorbe- stimmte untere Stromschwelle Iu erreicht ist, wird der Heiz ^¬ strom I _H unterbrochen und das Freibrennen beendet. Dadurch verbleiben unverbrannte Rußpartikel 4 auf der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 und eine sehr schnelle Neuorganisation der zwischen den Messelektroden 3 verbleibenden Rußpartikel 4, sowie der erneut aus dem Abgasstrom 6 abgelagerten Rußpartikel 4 wird erreicht. Die hier aus Rußpartikeln 4 neu orga ^¬ nisierten Strompfade zwischen den Messelektroden 3 bewirken einen Linearisierung der Stromkennlinie des Rußsensors 10. Dadurch kann die sogenannte Totzeit des Rußsensors 10 nach dem Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 sehr weit reduziert werden.

Das Strommesselement 7, die Temperaturauswerteelektronik 12, die Spannungsquelle 15, der Temperatursensor 11 sowie der

Heizstromschalter 9 sind hier exemplarisch als diskrete Bauteile dargestellt. Selbstverständlich können diese Bauteile als Bestandteile eines mikromechanischen Systems zusammen mit den Messelektroden auf einem Chip realisiert werden oder Be- standteile einer mikroelektronischen Schaltung sein, die beispielsweise in einem Steuergerät für den Rußsensor 10 inte ^¬ griert ist.

In den Figuren 3 bis 8 wird nun der Arbeitszyklus des Rußsen- sors 10 erläutert. In den Figuren 3 bis 8 ist jeweils nur der Rußsensor 10 dargestellt, wobei angenommen wird, dass die hier abgebildeten Rußsensoren 10 analog zur Darstellung in Figur 1 oder 2 elektrisch verschaltet und in einem Abgasstrom 6 angeordnet sind. Mit einem Strommesselement 7, das analog zur Darstellung in Figur 1 und 2 verschaltet ist, wird der Messstrom I _M überwacht.

Figur 3 zeigt einen unbenutzten und fabrikneuen Rußsensor 10. Zu erkennen ist der Formkörper 1, das Heizelement 2 sowie die Struktur aus Messelektroden 3, die auch als interdigitale Elektrodenstruktur 3 bezeichnet wird. Die Breite B einer Messelektrode 3 kann zwischen 50 und 100 μπι liegen und der Abstand A zwischen den einzelnen Messelektroden 3 kann ebenfalls 50 und 100 μπι betragen. Auf den Messelektroden 3 und in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3 befinden sich keine Rußpartikel 4. Damit kann zwischen den Elektroden 3 auch kein Messstrom I _M fließen, und somit würde an dem Strommesselement 7 kein Messwert erkennbar sein.

In Figur 4 wurde der Rußsensor 10 schon einem gewissen Abgasstrom ausgesetzt, wobei sich die Rußpartikel 4 sowohl auf den Messelektroden 3 als auch in den Zwischenräumen zwischen den Messelektroden 3 abgesetzt haben. Die Anzahl der Rußpartikel 4 zwischen den Messelektroden 3 ist jedoch noch so klein, dass zwischen den Messelektroden 3 noch kein messbarer Messstrom I _M fließen kann und daher wird am Strommesselement 7 auch noch kein Messwert zur Verfügung stehen. Die hier vorhandenen Rußpartikel 4 überbrücken die isolierenden Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 noch nicht ausreichend, um einen elektrischen Messstrom I _M fließen zu lassen. In dieser Situation ist der Rußsensor 10 blind für die Rußbeladung des Abgasstromes.

In der in Figur 5 dargestellten Situation ist ein erstes Ansprechen des Rußsensors 10 zu erwarten. Zwischen den Messelektroden 3 ist die Messspannung, wie auch schon in Figur 3 und 4, angelegt und es haben sich nun genügend Rußpartikel 4 abgelagert, so dass zwischen den Messelektroden 3 ein Messstrom I _M fließen kann, der vom Strommesselement 7 registriert wird. Die Zeit, die vergeht vom ersten Einsatz des unberußten Rußsensors 10 bis zur Ausbildung erster leitender Pfade aus Rußpartikeln 4 zwischen den Elektroden 3, wird auch als sogenannte Totzeit des Rußsensors 10 bezeichnet. In der Totzeit liefert der Rußsensor 10 keine Messwerte für die Rußbeladung des Abgasstroms, und daher ist es wichtig, die Totzeit so kurz wie möglich zu halten. Ab der in Figur 5 dargestellten Situation ist der Rußsensor 10 einsatzbereit, und er liefert ein Messsignal, das der im Abgasstrom 6 enthaltenen Rußpartikelkonzentration 4 entspricht. In Figur 6 haben sich noch weitere Rußpartikel 4 in die Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 gesetzt, wodurch sich der Messstrom I _M in dem Strommesselement 7 erhöht. In dieser Phase ist der Messstrom I _M in dem Strommesselement 7 ein Signal, das abhängig von der Rußbeladung des Abgasstroms ist, das aber nicht notwendiger Weise proportional zur Ruß ^¬ partikelbeladung des Abgasstromes 6 sein muss. In der in Figur 7 dargestellten Situation fließt ein maximaler Messstrom I _M zwischen den Messelektroden 3, da die Zwischenräume zwischen den Messelektroden 3 vollständig mit Ruß ^¬ partikeln 4 aufgefüllt sind. Der maximale Messstrom I _M hat damit eine obere Stromschwelle I ₀ erreicht oder sogar schon überschritten. Selbst wenn sich danach noch weiter Rußpartikel 4 auf der interdigitalen Elektrodenstruktur und damit zwischen die Messelektroden 3 absetzen, wird der Strommesswert am Strommesselement 7 nicht mehr ansteigen. Auch in die ^¬ ser Situation ist der Rußsensor 10 blind für die Rußpartikel- beladung des Abgasstromes 6. Um den Rußsensor 10 wieder einsatzbereit zu machen, wird der Heizstromschalter 9 geschlossen und ein Heizstrom I _H von der Heizstromversorgung 8 über das Heizelement 2 geleitet. Dadurch erhitzt sich der Rußsen ^¬ sor 10 auf die Abbrandtemperatur der Rußpartikel 4, die sich dann als Abbrenngase 14 von der Oberfläche des Rußsensors 10 entfernen. Da Ruß in erster Linie aus Kohlenstoff besteht, werden diese Abbrenngase 14 in der Regel Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid sein. Zudem verdampft Wasser, das sich eventuell auf der Oberfläche des Rußsensors 10 abgesetzt hatte.

Wird der Rußsensor 10 ausreichend geheizt, wobei der Mess ^¬ strom I _M überwacht wird und der Heizstrom I _H beim Erreichen einer unteren Stromschwelle Iu abgeschaltet wird, so kommt es zu der in Figur 8 dargestellten Situation. Fast alle Rußpar- tikel 4 wurden von der Oberfläche des Rußsensors 10 durch das Freibrennen entfernt. Wenige Rußpartikel 4 verbleiben jedoch auch nach dem Freibrennen auf der interdigitalen Elektroden- struktur 3. Der hier gezeigte Zustand des Rußsensors 10 ent ^¬ spricht etwa dem in Figur 5. Mit den verbleibenden Rußparti ^¬ keln 4, sowie den ersten neu aus dem Abgasstrom 6 abgelagerten Rußpartikeln kann durch das Anlegen der Messspannung eine schnelle Neuorganisation der Rußpartikel 4 zu Strompfaden zwischen den Messelektroden 3 erreicht werden. Damit wird der Rußsensor 10 sehr schnell wieder messbereit und in ganz überraschender Weise zeigt sich eine Linearisierung der Stromkennlinie 16 der Rußsensors 10.

Ab einer in Figur 5 dargestellten Situation liefert der Rußsensor 10 wieder Messergebnisse. Der Messstrom I _M des Rußsensors 10 ist nun zu der Rußbeladung des Abgasstromes 6 proportional (Linearität der Messstromkennlinie) . Vom Beginn des Abbrennens der Rußpartikel 4 von der Oberfläche des Rußsen ^¬ sors 10 entsprechend der Figur 7 bis hin zur erneuten Anlage ^¬ rung von Rußpartikeln 4, wie sie in Figur 5 dargestellt ist, vergeht die Totzeit des Rußsensors 10, in der keine Messwerte zur Rußbeladung des Abgasstromes zur Verfügung stehen. Wich- tig für eine möglichst kontinuierliche Überwachung des Abgas ^¬ stromes 6 ist es jedoch, diese Totzeit möglichst kurz zu hal ^¬ ten, um möglichst permanent auf Messsignale zurückgreifen zu können, die über die Rußbeladung des Abgasstromes Auskunft geben. Eine deutliche Verkürzung der Totzeit wird durch das Abstellen des Freibrennens erreicht, wenn der Wert des Mess ^¬ stromes I _M eine untere Stromschwelle Iu erreicht hat.

Bei einem vollständigen Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 würde man dagegen in eine Situation wie in Figur 3 zurückkehren, womit eine lange Phase der Neuorganisa ^¬ tion von Strompfaden aus Rußpartikeln zwischen den Messelektroden 3 verbunden wäre. Das vollständige Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 verlängert die Totzeit des Rußsensors 10 erheblich.

Figur 9 zeigt den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Messstrom I _M und der Zeit t, also die Funktion l _M (t) . Zu ei- nem nullten Zeitpunkt to wird der vollständig mit Ruß belade- ne Rußsensor 10 freigebrannt. Die geschieht indem der Heiz ^¬ stromschalter 9 geschlossen wird und ein Heizstrom I _H von der Heizstromversorgung 8 über das Heizelement 2 geleitet wird. Die vollständige Rußbeladung der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 ist am hohen Messstrom I _M zu erkennen, dessen Wert noch über der oberen Stromschwelle I ₀ liegt. Das Freibrennen erfolgt vollständig, bis der Messstrom I _M zum ersten Zeit ^¬ punkt ti nicht mehr messbar ist. Dann ist die interdigitale Elektrodenstruktur 3 vollständig von Rußpartikeln befreit, was einem in Figur 3 dargestellten Zustand entspricht. Zwischen dem ersten Zeitpunkt ti und einem zweiten Zeitpunkt t2 wird vom Strommesselement 7 kein Messstrom I _M gemessen. Bis zum zweiten Zeitpunkt t2 ist der Rußsensor blind und durch das vollständige Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 ist eine sehr lange Totzeit entstanden. Dies ent ^¬ spricht dem Vorgehen nach dem Stand der Technik. Ab dem zweiten Zeitpunkt t2 ist der Rußsensor wieder einsatzbereit und kann mit Rußpartikeln beladen werden, wobei der Rußsensor 10 einen Messstrom I _M liefert, der als Äquivalent für die Rußbe ^¬ ladung des Abgasstromes ausgewertet werden kann. Allerdings ist der funktionale Zusammenhang zwischen dem Messstrom I _M und der Zeit t hier von deutlich quadratischer Natur. Es ergibt sich also nach einem vollständigen Freibrennen der in- terdigitalen Elektrodenstruktur 3 eine Funktion vom Typ

I _M (t)=a*t ² , wobei a eine Konstante darstellt. Der Messstrom I _M steigt dann so lange an, bis zu einem dritten Zeitpunkt t ₃ eine obere Stromschwelle I ₀ erreicht ist. Der Rußsensor 10 wird nun blind und es beginnt die Totzeit. Bis zum vierten Zeitpunkt wird die interdigitale Elektrodenstruktur 3 freigebrannt. Dabei wird jedoch der Messstrom I _M genau beob ^¬ achtet und das Freibrennen wird beendet, wenn zum einem fünften Zeitpunkt ts der Messstrom I _M die untere Stromschwelle Iu erreicht hat. Dies entspricht einer in Figur 8 dargestellten Situation. Die noch auf der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 verbleibenden Rußpartikel können sich sehr schnell zu neuen Strompfaden organisieren, womit der Rußsensor 10 sofort wie- der messbereit ist. Dies ist etwa zum sechsten Zeitpunkt te der Fall. Die Totzeit des Rußsensors ist nach dem erfindungs ^¬ gemäßen Verfahren wesentlich kürzer als beim Freibrennen nach dem Stand der Technik. Ab dem sechsten Zeitpunkt te zeigt sich zudem ein deutlich linearer funktionaler Zusammenhang zwischen dem Messstrom I _M und der Zeit t. Es ergibt sich nun nach dem kontrollierten Freibrennen der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 bis zur unteren Stromschwelle Iu eine Funkti ^¬ on vom Typ I _M (t)=b*t, wobei b eine weitere Konstante dar- stellt. Aus diesem linearen Zusammenhang zwischen dem Messstrom I _M und der sich mit der Zeit t entwickelnden Rußbela ^¬ dung der interdigitalen Elektrodenstruktur 3 ergibt sich eine wesentlich vereinfachte Form der Signalauswertung. Zwischen dem sechsten Zeitpunkt te und dem siebten Zeitpunkt t ₇ steigt der Messstrom I _M linear mit der Zeit t an, bis die obere

Stromschwelle I ₀ erreicht ist und das Freibrennen erneut beim siebten Zeitpunkt t ₇ einsetzt. Der hier beschriebene Verlauf der Funktion des Messstroms I _M von der Zeit t ist für den Idealfall eines konstanten Abgasstromes mit konstanter Ruß- last gezeigt. Im Realfall verändert sich die Funktion ent ^¬ sprechend des realen Abgasstromes und der realen Rußlast, wo ^¬ bei die linearen Eigenschaften des Sensorsignals erhalten bleiben, wenn der Sensor nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Vom siebten Zeitpunkt t ₇ bis zum achten Zeit- punkt t ₇ erfolgt das Freibrennen unter ständiger Kontrolle des Messstroms I _M und beim Erreichen der unteren Stromschwel ^¬ le Iu beim neunten Zeitpunkt t ₇ wird der Prozess des Frei ^¬ brennens erneut beendet und der Rußsensor ist wieder messbe ^¬ reit.