CN116106186A - 废气系统的高温区段处的光学入口装置以及颗粒传感器 - Google Patents

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Abstract

废气系统(10)、尤其是内燃机的废气系统的高温区段(12)上的光学入口装置(22)包括保持框架(32)、保持在该保持框架(32)中的光学入口元件(23)以及由金属材料制成的密封装置(56)，所述密封装置布置在光学入口元件(23)与保持框架(32)之间。提出，密封装置(56)的金属材料具有下述热膨胀系数，所述热膨胀系数在光入口元件(23)和/或保持框架(32)的热膨胀系数的范围内。

Description

废气系统的高温区段处的光学入口装置以及颗粒传感器
技术领域
本发明涉及一种尤其是内燃机的废气系统的高温区段上的光学入口装置，以及根据并列权利要求的前序部分的颗粒传感器。
背景技术
DE 10 2018 218 912 A1公开了一种颗粒传感器，用于探测内燃机的废气管中的颗粒或气溶胶。颗粒传感器是布置在废气管外的光学颗粒传感器，所述光学颗粒传感器通过玻璃制成的观察窗形式的光学入口元件向废气管内部发射聚焦在一个光斑上的激光束。所述观察窗能够密封地实施。能够使用具有非常低的热膨胀系数的玻璃用于观察窗，所述热膨胀系数例如在0到大约8×10-6 1/K范围内。
发明内容
本发明所基于的问题是通过一种光学入口装置和具有并列权利要求的特征的颗粒传感器来解决的。
根据本发明的光学入口装置避免了直接相邻构件的明显不同的热膨胀系数。由此就避免了在温度变化时产生从密封装置到与光学入口元件上的密封装置配合的面和/或到保持框架上与密封装置配合的面的不同直径变化。因此，避免了互相配合的面之间的相对运动，由此防止互相配合的面在使用寿命期间的磨损和污染。
具体来说，这通过尤其是内燃机的废气系统的高温区段上的光学入口装置实现，其中，该光学入口装置具有光学入口元件。例如，光学入口元件能够是例如由耐高温玻璃制成的观察和/或保护窗，所述观察和/或保护窗例如属于内燃机的废气系统中的颗粒传感器。这样的观察和/或保护窗能够例如将颗粒传感器的敏感传感机构与内燃机的热废气传导的空间(例如废气道或废气管)隔开，并保护其不承受热的废气和不受废气的污染。
然而，颗粒传感器的激光束能够例如穿过光学入口元件射到废气管中，以检测那里存在的颗粒。因此，光学入口元件提供了从外部到废气管内部的光学入口。通常，光入口元件包括具有相对低的热膨胀系数的玻璃，例如，所述热膨胀系数能够在约0至约8×10-61/K的范围。
光学入口元件能够密封地布置在(例如由具有低的热膨胀系数的特种钢制成的)保持框架中。由此使得光学入口元件能够在整个温度范围上以不相对运动或者说以小的相对运动的方式被机械地固定在保持框架中。优选地，保持框架的热膨胀系数在光入口元件的热膨胀系数的范围内，特别优选地，两个热膨胀系数大致相同。保持框架能够借助于紧固装置紧固在一区段上，例如紧固在颗粒传感器壳体的基体上。
为了形成上述密封，光学入口装置具有由金属材料制成的密封装置，所述密封装置布置在、尤其是夹紧在光学入口元件和保持框架之间。这种密封装置例如能够是翻边密封(Sickendichtung)或包括这种翻边密封。密封装置的金属材料具有下述热膨胀系数，该热膨胀系数在光学入口元件和/或保持框架的热膨胀系数的范围内。
在扩展方案中提出，密封装置的金属材料具有大约在0到10×10-6 1/K之间的热膨胀系数。因此，密封装置和光学入口元件之间的相对运动能够完全或几乎完全消除。
在扩展方案中提出，密封装置的金属材料包括科瓦合金(Kovar)、因瓦合金(Invar)、钛、至少一种钛合金、钽和/或至少一种钽合金。这是具有合适的热膨胀系数的材料。
在扩展方案中提出，保持框架具有环盘状区段，所述环盘状区段与光学入口元件的径向外部的和轴向方向上指向的区域对置，而密封装置布置在保持元件的环盘状区段和光学入口元件的径向外侧区域之间。因此，这样的密封装置实施成轴向密封，但所述密封装置在可能存在的径向相对运动的情况下也能可靠地密封。
在扩展方案中提出，密封装置具有至少一个环盘状的第一贴靠区段和至少一个环盘状的第二贴靠区段，它们通过至少一个环盘状的连接区段相互连接，其中，第一贴靠区段和第二贴靠区段在轴向方向和径向方向上看彼此错开地布置。以这种方式，密封装置还具有主要由连接区段提供的弹簧功能，所述弹簧功能一方面在保持框架中张紧光学入口元件，所述弹簧功能另一方面提供相对于光学入口元件和相对于保持框架的可靠密封。
在扩展方案中提出，密封装置具有至少两个环盘状的第一贴靠区段，并且环盘状的第二贴靠区段在径向方向看布置在两个环盘状的第一贴靠区段之间。因此，该密封装置是径向对称的。
在扩展方案中提出，至少一个环盘状的第一贴靠区段贴靠在保持框架上，而至少一个环盘状的第二贴靠区段贴靠在光学入口元件上。因此，在每种情况下，光学入口元件只受一个贴靠区段的加载，这就节省了空间。
本发明还涉及一种用于探测尤其内燃机的废气中的颗粒的颗粒传感器，其包括上述类型的光学入口装置。例如，所述颗粒传感器能够在使用激光诱导炽热的原理的情况下工作。在此，首先借助激光光线通过部分吸收激光光线将颗粒加热到几千摄氏度，所述激光光线从激光模块发出并且以足够高的强度束在废气系统内的一个光斑上。根据普朗克辐射定律，这种热颗粒发出特征温度辐射(炽热或辉光发射)，所述特征温度辐射用作测量信号并且以颗粒传感器的相应探测器接收。
附图说明
下面参照附图解释本发明的可能的实施方案。在附图中示出：
图1内燃机的废气系统的废气管的示意性示图，其具有颗粒传感器和光学入口装置；
图2图1的布置的一个区域的详细的和部分的剖面图；和
图3图2的一个区域的放大示图。
具体实施方式
在图1中，未示出的内燃机的仅局部地示出的废气系统带有附图标记10。图1示出了形成废气道的废气管12，其中流动着用箭头象征的热废气14，该热废气含有颗粒16，例如烟尘颗粒。现在许多内燃机中通常检测废气流14中的烟尘颗粒16的量和它们的大小。检测的数值能够用于例如控制内燃机的运行和/或诊断和/或用于控制废气系统10的运行和/或诊断。尤其检测的数值能够用于诊断废气系统10中的清洁装置，例如用于诊断颗粒过滤器。
为此，废气系统10具有颗粒传感器18，所述颗粒传感器将相应的信号(图1中的虚线箭头20)传送到电子评估装置(未显示)。例如，颗粒传感器18能够利用激光诱导炽热的原理进行工作。在此，首先利用激光光线(虚线箭头21)将颗粒16通过部分吸收激光光线的方式加热到几千摄氏度，所述激光光线从激光模块中发出并以足够高的强度束在废气管12内的一个光斑上。根据普朗克辐射定律，这个热颗粒16发出特征温度辐射(炽热或辉光发射)，所述特征温度辐射用作测量信号并且以颗粒传感器18的相应探测器接收。
为了保护颗粒传感器18的敏感传感机构不受废气14的热影响和化学影响，在颗粒传感器18和废气管12的内部之间在废气管12的区域中，并且因此在废气系统10的“高温区段”布置有(带有圆形玻璃板形式的光学入口元件23的)光学入口装置22。所述光学入口元件具有面向废气14的侧面23a和面向颗粒传感器18的侧面23b。入口元件23借助于属于光学入口装置22的紧固装置24紧固在颗粒传感器18的环形基体26上。
现在参照图2解释光学入口装置22的第一实施方案的确切构型：图中所示的颗粒传感器18的基体26的区段构造为环形的凸缘状元件28。紧固装置24的保持框架32固定在凸缘状元件28的图2中的上边缘。这包括第一且一般比较管状的区段34和第二且一般比较环盘状的区段36。第一区段34构造为板材成型件，具有在图2中的上部的和径向向外折叠的边缘区段38，所述边缘区段通过焊缝30与法兰状的元件28连接。
以基本环盘的方式径向向内延伸的第二区段36借助于焊缝42紧固在区段40上，该区段在轴向上并在这方面向废气管12的内部管状地延伸。在图2中，在区段40的下方，在该区段处模制有径向向内延伸一小段的连接区段44，在所述连接区段处又与在废气管12的内部方向上轴向延伸的区段46衔接。在这个区段处又模制有径向向内延伸一小段距离的保持区段48，所述保持区段朝向光学入口元件23的突出端部具有环绕增厚部或环绕隆起50。
保持框架32的第一区段34的轴向延伸区段46构成用于圆盘形光学入口元件23的径向接收部。保持区段48上的环绕隆起50构成用于光学入口元件23的面向废气的侧面23a的轴向承放部。在第二区段36的面向光学入口元件23的环盘形贴靠面52和光学入口元件23的面向颗粒传感器18的侧面23b的径向外部区域54之间布置有金属材料制成的密封装置56。
特别是从图3中可见，密封装置56具有两个径向延伸的环盘状的第一贴靠区段58a和58b，以及一个在径向方向上看在这两个第一贴靠区段58a和58b之间布置的在径向上延伸的环盘状的第二贴靠区段60。所述第二贴靠区段通过倾斜的环盘状的第一连接区段62a与第一和径向内部的贴靠区段58a一体地连接，并通过倾斜的环盘状的第二连接区段62b与第二和径向外部的贴靠区段58b一体地连接。这样，一方面两个第一贴靠区段58a和58b，另一方面第二贴靠区段60在轴向方向和在径向方向看时彼此错开地布置。因此，密封装置56形成所谓的“翻边密封”。
在第二贴靠区段60与光学入口元件23的径向外部区域54密封地配合期间，即以密封方式贴靠在所述外部区域上，两个第一贴靠区段58a和58b与保持框架32的第二区段36的贴靠面52配合。在此，两个倾斜的连接区段62a和62b形成弹性的连接，所述弹性的连接一方面确保光学入口元件23与面向废气的侧面23a压向隆起50，所述弹性的连接另一方面确保贴靠区段58a和58b以及60一方面密封地贴靠在保持框架32的第二区段36上，而另一方面贴靠在光学入口元件23上。
密封装置56的金属材料被选择为具有下述热膨胀系数，该热膨胀系数在光入口元件23的热膨胀系数范围内并且优选地也在保持框架32的热膨胀系数范围内。例如，密封装置56的热膨胀系数能够在大约0到10×10-61/K的范围内。例如，这能够通过密封装置56的金属材料包括科瓦合金、因瓦合金、钛、至少一种钛合金、钽和/或至少一种钽合金来实现。

Claims (8)

1.一种尤其是内燃机的废气系统(10)的高温区段(12)上的光学入口装置(22)，其具有保持框架(32)、保持在所述保持框架(32)中的光学入口元件(23)和由金属材料制成的密封装置(56)，所述密封装置布置在光学入口元件(23)和保持框架(32)之间，其特征在于，所述密封装置(56)的金属材料具有下述热膨胀系数，所述热膨胀系数在所述光学入口元件(23)和/或所述保持框架(32)的热膨胀系数的范围内。
2.根据权利要求1所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述密封装置(56)的所述金属材料具有在约0至10×10-6 1/K的范围内的热膨胀系数。
3.根据前述权利要求中的至少一项所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述密封装置(56)的所述金属材料包括科瓦合金、因瓦合金、钛、至少一种钛合金、钽和/或至少一种钽合金。
4.根据前述权利要求中的至少一项所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述保持框架(32)包括环盘状区段(36)，所述环盘状区段与所述光学入口元件(23)的径向外部的和轴向方向上指向的区域(54)对置，并且所述密封装置(56)布置在所述保持元件(32)的所述环盘状区段(36)和所述光学入口元件(23)的径向外部区域(54)之间。
5.根据权利要求4所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述密封装置(56)包括至少一个环盘状的第一贴靠区段(58a-b)和至少一个环盘状的第二贴靠区段(60)，所述第一贴靠区段和第二贴靠区段通过至少一个环盘状的连接区段(62a-b)相互连接，其中，所述第一贴靠区段(58a-b)和所述第二贴靠区段(60)在轴向方向和径向方向上看彼此错开地布置。
6.根据权利要求5所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述密封装置(56)具有至少两个环盘状的第一贴靠区段(58a-b)，并且所述环盘状的第二贴靠区段(60)在径向方向上看布置在两个环盘状的第一贴靠区段(58a-b)之间。
7.根据权利要求5-6中的至少一项所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述至少一个环盘状的第一贴靠区段(58a-b)贴靠在所述保持框架(32)上，而所述至少一个环盘状的第二贴靠区段(60)贴靠在所述光学入口元件(23)上。
8.一种用于探测尤其内燃机的废气(14)中的颗粒的颗粒传感器(18)，其特征在于，所述颗粒传感器包括根据前述权利要求中至少一项所述的光学入口装置(22)。
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