DD219587A1

DD219587A1 - PROCESS FOR EXHAUST GAS MONITORING

Info

Publication number: DD219587A1
Application number: DD25719083A
Authority: DD
Inventors: Peter Schulz
Original assignee: Smab Forsch Entw Rat
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1985-03-06

Abstract

Verfahren zur Abgasueberwachung, insbesondere an Dieselmotoren, zur Beurteilung des Betriebszustandes aufgrund der Abgastruebung, wobei eine kontinuierliche Betriebsueberwachung des Aggregates und Messungen auf dem Pruefstand sowie Mikrorechnerkompatibilitaet moeglich sind. Die Messeinrichtung hat solchen Temperatur- und Schwingungsbelastungen standzuhalten, dass sie sowohl an der Sammelleitung der Abgasanlage als auch an den einzelnen Zylindern zu messen gestattet. Erfindungsgemaess wird das Abgas ueber einen beheizten Isolator geleitet und der Widerstand des sich kurzzeitig ablagernden Russes zur Messung genutzt. Die Vereinigung von Heiz- und Messkreis gestattet es, mit einem einfach aufgebauten Messelement auszukommen, dessen Herstellung mit den fuer Zuendkerzen verwendeten technologischen Verfahren moeglich ist. Auf dieser Basis lassen sich elektronische Messeinrichtungen schaffen fuer - die Motordiagnose zwecks Material- und Arbeitszeiteinsparungen bei der Instandhaltung,-die Treibstoffeinsparung durch Gewaehrleistung einer energieoptimalen Betriebsweise sowie-den Umweltschutz durch Verhinderung einer kritischen Betriebsweise.A method for monitoring the exhaust gas, in particular on diesel engines, for assessing the operating state due to the exhaust gas turbulence, wherein a continuous monitoring of the operation of the unit and measurements on the test bench as well as microcomputer compatibility are possible. The measuring device has to withstand such temperature and vibration loads that it allows to measure both at the manifold of the exhaust system and at the individual cylinders. According to the invention, the exhaust gas is passed over a heated insulator and the resistance of the temporarily depositing soot is used for the measurement. The combination of heating and measuring circuit makes it possible to work with a simply constructed measuring element, the production of which is possible with the technological processes used for spark plugs. On this basis, electronic measuring devices can be created for - the engine diagnosis for the purpose of saving material and work time during maintenance, - the fuel savings by ensuring energy-optimized operation and-environmental protection by preventing critical operation.

Description

Procedure for exhaust gas monitoring. Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasübertragung, insbesondere an Dieselmotoren, zur Beurteilung des . Betriebszustandes aufgrund der Abgastrübung für die Zwecke der Diagnose, der Energieökonomie sowie des Umweltschutzes, geeignet für den Aggregat- als auch Prüfstandseinsatz einschließlich Mikrorechnerkompatibilität.The invention relates to a method for transmitting exhaust gas, in particular to diesel engines, for the assessment of. Operating condition due to exhaust smoke for the purposes of diagnosis, energy economy and environmental protection, suitable for the aggregate as well as test bench use including microcomputer compatibility.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, die Abgastrübung mit Hilfe optischer Meßverfahren zu ermitteln. Um die aus dem, optischen Grundprinzip resultierenden Nachteile/wie Temperaturempfindlichkeit des optischen Empfängers, Schwingujigsempfindlichkeit sowie Verschmutzungsempfindlichkeit mit dem daraus resultierenden Einstell- und Wartungsaufwand, zu umgehen, ist für die Betriebsüberwachtung auch bekannt, die wesentlich einfacher meßbare Abgastemperatur anstelle der Trübung zu verwenden.It is known to determine the exhaust gas turbidity with the aid of optical measuring methods. In order to avoid the disadvantages resulting from the basic optical principle, such as temperature sensitivity of the optical receiver, Schwingujigsempfindlichkeit and contamination sensitivity with the resulting adjustment and maintenance effort, it is also known for the Betriebsberwachtung to use the much easier measurable exhaust gas temperature instead of turbidity.

Das Verfahren bietet keine befriedigende Lösung, da der Zusammenhang zwischen Trübung und temperatur gerade im FalleThe process does not provide a satisfactory solution, since the relationship between turbidity and temperature is just in case

der festzustellenden Störung des Motcrbetriebes mehrdeutig ist. , the disturbance of the motor operation to be detected is ambiguous. .

Es ist auch bekannt, die Einspritzpumpen von Dieselmotoren aufgrund von Kohlenmonoxidmessungen einzustellen. Der Machteil besteht in der nicht eindeutigen Beziehung zwischen Kohlenmonoxid-und Rußgehalt.It is also known to adjust the injection pumps of diesel engines due to carbon monoxide measurements. The Machteil consists in the ambiguous relationship between carbon monoxide and carbon black content.

Weiterhin ist bekannt, eine Komponente eines Gemisches dadurch zu ermitteln, daß sie von einer molekularen leitenden Schicht absorbiert und über ihren Einfluß auf den elektrischen Widerstand dieser Schicht nachgewiesen wird (DE 2154391, DE 2219718), Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die molekulare leitende Schicht bei Einsatz in der Nähe des Auslaßventils infolge der dort herrschenden Temperaturen zerstört und bei Einsatz im Bereich geringerer Temperaturen durch Rußablagerungen unwirksam wird.Furthermore, it is known to detect a component of a mixture in that it is absorbed by a molecular conductive layer and detected by its influence on the electrical resistance of this layer (DE 2154391, DE 2219718), the disadvantage of this solution is that the molecular destroyed conductive layer when used in the vicinity of the exhaust valve as a result of the temperatures prevailing there and becomes ineffective due to soot deposits when used in the range of lower temperatures.

Ferner ist bekannt, die im Falle von Nichtgleichgewichtszuständen durch die unverbrannten Abgasbestandteile an einer zur Bestimmung des Sauerstoffgehaites hinter dem Auslaßventil eines Dieselmotors angebrachten Grenzstromsonde verursachtenIt is also known that in the case of non-equilibrium conditions caused by the unburned exhaust gas constituents on a for limiting the Sauerstoffgehaites behind the exhaust valve of a diesel engine mounted limit current probe

Störungen zur Betriebsüberwachung zu nutzen (DE 3127038). -Use disturbances for operational monitoring (DE 3127038). -

Nachteilig sind die kostenaufwendige Festelektrolytsonde sowie die Auswerteinrichtung. Letzteres resultiert aus der Tatsache, daß die Information lediglich als Signalstörung vorliegt und durch Filtern gewonnen werden muß. Ferner besteht, insbesondere beim Betrieb des Motores im Teillastbereich, die Gefahr einer erheblichen Beeinträchtigung der Funktion durch Rußablagerung.Disadvantages are the costly solid electrolyte probe and the evaluation device. The latter results from the fact that the information is present only as a signal disturbance and must be obtained by filtering. Furthermore, especially during operation of the engine in the partial load range, the risk of a significant impairment of the function by soot deposition.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Wirkung des Rußes einschließlich seiner Anlagerungen auf den elektrischen Widerstand zwischen zwei voneinander isolierten Elektroden, die an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, als Meßgröße zu nutzen.It has already been proposed to use the effect of the carbon black, including its deposits, on the electrical resistance between two electrodes isolated from one another, which are connected to a voltage source, as the measured variable.

Dabei bilden Isolationsmaterial und Elektroden eine konstruktive Einheit, die vorzugsweise durch eine Schraubverbindung in die Abgasanlage eingeführt wird. Die Nachteile dieser Lösung resultieren aus der Verwendung eines hochohmigen Sensors.In this case, insulation material and electrodes form a structural unit, which is preferably introduced by a screw in the exhaust system. The disadvantages of this solution result from the use of a high-impedance sensor.

Letzterer erfordert Anzeige- bzw. Signalverarbeitungseinrichtungen mit hohem Eingangswiderstand, wodurch eine erhebliche Störempfindlichkeit besteht.The latter requires display or signal processing equipment with high input resistance, which is a significant interference sensitivity.

Zum anderen begrenzen Rußablagerungen auf dem Isolationsmaterial, die insbesondere beim Betrieb des Motors im Teillastbereich wegen der geringen Abgastemperatur auftreten, den Temperatureinsatzbereich des Verfahrens.On the other hand, soot deposits on the insulating material, which occur in particular during operation of the engine in the partial load range because of the low exhaust gas temperature, limit the operating temperature range of the process.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein elektrisches Meßverfahren zur Abgasüberwachung zu schaffen/welches eine kontinuierliche Betriebsüberwachung des Aggregates sowie Messungen auf dem Prüfstand ermöglicht, wobei die Herstellungskosten für deren Wartung reduziert sowie infolge verbesserter Diagnose Material-, Arbeitszeit- und Treibstoffeinsparungen sowie eine Verringerung der Umweltbelastung erzielt werden.The object of the invention is to provide an electrical measurement method for exhaust gas monitoring / which enables continuous operation monitoring of the unit and measurements on the test bench, whereby the manufacturing costs for their maintenance reduced and as a result of improved diagnosis material, working time and fuel savings and a reduction of environmental impact be achieved.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beurteilung des Betriebszustandes von Dieselmotoren mit Hilfe der Abgastrübung zu entwickeln, wobei unter Nutzung des Prinzips der Messung des Widerstandes der trübungsverursachenden Bestandteile die Störspannungs- und Verschmutzungsempfindlichkeit reduziert und damit verbesserte Voraussetzungen für die kontinuierliche Betriebsüberwachung am Aggregat und für Messungen auf dem Prüfstand geschaffen werden.. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein beheizter Isolator im Abgasstrom angeordnet und der Widerstand des sich infolge Selbstreinigung kurzzeitig ablagernden Rußes einschließlich seiner Anlagerungen durch Zusammenschalten des Isolators mit einer Spannungsquelle und einem Arbeitswiderstand zu einer Reihenschaltung als Strom in dieser Reihenschaltung bzw. als Spannung über dem Arbeitswiderstand abgebildet wird. Zur Erwärmung des Isolators dient nebenThe invention is based on the object to develop a method for assessing the operating state of diesel engines with the aid of Abgastrübung, wherein using the principle of measuring the resistance of the turbidity causing components reduces the Störspannungs- and contamination sensitivity and thus improved conditions for continuous operation monitoring the unit According to the invention the object is achieved in that a heated insulator arranged in the exhaust stream and the resistance of self-cleaning briefly depositing soot including its deposits by interconnecting the insulator with a voltage source and a load resistor to a series circuit is represented as a current in this series circuit or as a voltage across the load resistor. For heating the insulator serves next

der Abgaswärme die Erwärmung infolge des elektrischen Stromes durch die Reihenschaltung aus Isolator mit Rußablagerung, Spannungsquelle und Arbeitswiderstand, so daß die Reihenschaltung den gemeinsamen Meß- und Heizkreis bildet.the exhaust heat, the heating due to the electric current through the series circuit of insulator with soot, voltage source and load resistance, so that the series circuit forms the common measuring and heating circuit.

Der Isolator ist als rotationssymmetrischer Keramikkörper mit einer Mitte'lektrode ausgeführt und ragt in axialer Richtung aus einem leitfähigen Gehäuse, welches ein Gewinde zum Einschrauben in die Abgasanlage trägt. Das Gehäuse Stellt gleichzeitig einen elektrischen Anschluß dar, der zusammen mit der Mittelelektrode die Einschaltung des Isolators in den gemeinsamen Meß- und Heizkreis gestattet. Die Spannungsquelle des gemeinsamen Meß- und Heizkreises befindet sich schaltungstechnisch zwischen dem Arbeitswiderstand sowie der Mittelelektrode des Isolators. Der durch das Gehäuse des Isolators zusammen mit der Abgasanlage und damit auch mit dem Motor gebildete elektrische Bezugspunkt dient als Masseanschluß für die nachfolgende Anzeige-und Signalverarbeitungseinrichtung.The insulator is designed as a rotationally symmetrical ceramic body with a Mitte'lectrode and projects in the axial direction of a conductive housing, which carries a thread for screwing into the exhaust system. The housing simultaneously constitutes an electrical connection which, together with the center electrode, allows the insulator to be switched into the common measuring and heating circuit. The voltage source of the common measuring and heating circuit is circuitry between the working resistance and the center electrode of the insulator. The formed by the housing of the insulator together with the exhaust system and thus also with the engine electrical reference serves as a ground terminal for the subsequent display and signal processing device.

Das Verfahren funktioniert in der Weise, daß ein Anstieg der Rußablagerung auf dem Isolator über die Widerstandsänderung der Rußschicht und den elektrischen Strom im gemeinsamen Meß- und Heizkreis zu einem Spannungsanstieg am Arbeitswiderstand führt. Durch die Wärmewifkung des bei steigender Rußablagerung gleichzeitig steigenden elektrischen Stromes durch die Rußschicht erhöht sich die Selbstreinigung des Isolators, wodurch die verursachende Rußablagerung beseitigt wird. Dieser gegenläufige Vorgang erfolgt bei ausreichender Spannung so schnell, daß sich der Ruß nur kurzzeitig ablagern kann. Damit besitzt die Meßeinrichtung eine ausreichende Dynamik, um auf die Veränderungen des Rußgehaltes im Abgas schnell genug reagieren zu können.The method works in such a way that an increase of the soot deposit on the insulator via the resistance change of the soot layer and the electric current in the common measuring and heating circuit leads to a voltage increase at the load resistor. By heat treatment of the increasing simultaneously with increasing carbon deposition electric current through the soot layer, the self-cleaning of the insulator increases, whereby the causal soot deposition is eliminated. This opposite process takes place with sufficient tension so fast that the soot can only be deposited for a short time. Thus, the measuring device has sufficient dynamics to react quickly enough to the changes in the soot content in the exhaust.

Als Meßsignal steht am Arbeitswiderstand eine Folge von Impulsen zur Verfügung, deren Frequenz, Dauer und Amplitude mit wachsendem Rußgehalt des Abgases steigen. Die Impulse besitzen einen relativ steiien Anstieg, fallen jedoch, bedingt durchAs a measurement signal is on the load resistor, a train of pulses available whose frequency, duration and amplitude increase with increasing soot content of the exhaust gas. The impulses have a relatively steep rise, but fall, due to

die Trägheit des Selbstreinigungsprozesses, verzögert ab. ,the inertia of the self-cleaning process, delays. .

Für die Realisierung des Verfahrens ist es prinzipiell gleichgültig, ob die Spannungsquelle eine Gleich- öder Wechselspannung liefert. Die Höhe der Spannung bestimmt die Geschwindigkeit der Selbstreinigung und damit die Wirksamkeit des Verfahrens.For the realization of the method, it is basically irrelevant whether the voltage source supplies a DC or AC voltage. The amount of tension determines the speed of self-cleaning and thus the effectiveness of the process.

Die gleiche Bedeutung besitzt die Meßstellentemperatur.The same meaning has the measuring point temperature.

Das Verfahren eignet sich besonders bei Einbau des Isolators unmittelbar nach dem Auslaßventil, also zur Überwachung der einzelnen Zylinder, da in dem Fall eine minimale elektrische Heizung und daher geringe Spannung ausreichen.The method is particularly suitable for installation of the insulator immediately after the exhaust valve, so to monitor the individual cylinders, since in the case a minimum electrical heating and therefore low voltage sufficient.

Vorteilhafterweise erlaubt die vorgeschlagene Lösung infolge der relativ niederohmigen Rußablagerung auf dem Isolator und des daraus resultierenden geringen Wärmebedarfs zur Funktionstüchtigkeit auch den Teillastbetrieb sowie die Anlaufphase des Motors zu überwachen.Advantageously, the proposed solution due to the relatively low-ohmic soot deposition on the insulator and the resulting low heat demand for proper operation also allows the part-load operation and the start-up phase of the engine to monitor.

Die Vereinigung von Meß- und Heizkreis sowie Verwendung eines gemeinsamen elektrischen Bezugspunktes, der durch das Gehäuse des Isolators, die Abgasanlage und den Motor gebildet wird, gestattet eine Anschlußtechnik für den Isolator, welche eine einfache Herstellung desselben zuläßt.The combination of measuring and heating circuit and use of a common electrical reference point, which is formed by the housing of the insulator, the exhaust system and the engine, allows a connection technique for the insulator, which allows easy production thereof.

Die Anwendung des gemeinsamen Bezugspunktes bewirkt ferner eine geringe Störspannungsempfindlichkeit. Sie läßt sich weiterhin dadurch reduzieren, daß der Arbeitswiderstand bei Sicherung eines ausreichenden Meßsignals möglichst klein gewählt wird.The application of the common reference point also causes a low Störspannungsempfindlichkeit. It can be further reduced by the fact that the load resistance is selected as small as possible when securing a sufficient measurement signal.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Figur 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. FIG. 1 shows an arrangement for carrying out the method.

Der Isolator 4 ist als rotationssymmetrischer Keramikkörper mit einer Mitteielektrode 5 ausgeführt und ragt in axialer Richtung aus dem leitfähigen Gehäuse 3. Letzteres verfügt über ein Gewinde zum Einschrauben in die Abgasanlage 2, wodurch der Isolator 4 dem Abgasstrom 1 ausgesetzt wird. Durch das Einschrauben entsteht gleichzeitig der elektrische Kontakt mit der Abgasanlage 2 und dem Arbeitswiderstand 7. Das Gehäuse des Isolators 4, die Abgasanlage 2 und damit auch der Motor bilden den elektrischen Bezugspunkt.10. Als Spannungsquelle im gemeinsamen Meß- und Heizkreis ist die Sekundärwicklung des netzspannungsgespeisten Transformators 6 schaltungstechnisch zwischen der Mittelelektrode 5 und dem , Arbeitswiderstand 7 angeordnet. Das Drehspulinstrument 8 sowie der Oszillograf 9 sind parallel zum Arbeitswiderstand 7 gegen den Bezugspunkt 10 geschaltet. Wachsende Rußkonzentration im Abgasstrom 1 läßt die Rußablagerung auf dem Isolator 4 zunächst ansteigen. Dadurch vergrößern sich der elektrische Strom durch die Rußschicht sowie die Spannung über dem Arbeitswiderstand 7. Der vergrößerte Strom wirkt über die von ihm verursachte Verstärkung der Selbstreinigung des Isolators 4 seiner Vergrößerung entgegen und klingt verzögert ab. ' ' The insulator 4 is designed as a rotationally symmetrical ceramic body with a center electrode 5 and protrudes in the axial direction of the conductive housing 3. The latter has a thread for screwing into the exhaust system 2, whereby the insulator 4 is exposed to the exhaust stream 1. By screwing at the same time creates the electrical contact with the exhaust system 2 and the working resistor 7. The housing of the insulator 4, the exhaust system 2 and thus also the engine form the electrical reference point. As a voltage source in the common measuring and heating circuit, the secondary winding of the mains voltage-fed transformer 6 is arranged in terms of circuitry between the center electrode 5 and the working resistor 7. The rotary coil instrument 8 and the oscilloscope 9 are connected in parallel to the working resistor 7 against the reference point 10. Growing soot concentration in the exhaust stream 1 causes the soot deposition on the insulator 4 initially increase. As a result, the electrical current through the soot layer and the voltage across the load resistor 7 increases. The increased current counteracts its increase due to the self-cleaning of the insulator 4 caused by it and sounds delayed. ''

Mit Hilfe des Oszillografen 9 ist am Arbeitswiderstand 7 eine Impulsfolge beobachtbar,¹ deren Frequenz, Dauer und Amplitude sich mit steigender Rußkonzentration des Abgases vergrößern. Das Drehspulinstrument 8 bewirkt durch seine Trägheit eine kurzzeitige Speicherung des Meßsignals und ermöglicht damit eine wertmäßige Anzeige. '. With the help of the oscillograph 9, a pulse train is observable at the load resistor 7, ¹ whose frequency, duration and amplitude increase with increasing soot concentration of the exhaust gas. The rotary coil instrument 8 causes by its inertia a short-term storage of the measured signal and thus allows a value display. '.

Claims

cmnaungsansprucne:

1v exhaust gas monitoring method for the purpose of assessing the operating condition due to the Abgastrübung using the principle of measuring the resistance of turbidity causing components, characterized in that a heated insulator arranged in the exhaust gas flow and the resistance of the self-cleaning briefly depositing soot including its deposits by interconnecting the insulator with a voltage source and a load resistor to a series circuit is used as a current in this series circuit or as a voltage across the load resistor as a measurement signal for determining the Abqasprüfung.

2. The method according to item 1, characterized in that the measuring circuit formed by the series circuit of insulator, voltage source and load resistor serves simultaneously as a heating circuit for current application of soot.

3., Method according to Pkt. 1 and 2, characterized in that the insulator is designed as a rotationally symmetrical ceramic body with a center electrode which protrudes in the axial direction of a conductive housing with a thread for screwing into the exhaust system, wherein the housing at the same time an electric Connection represents that together with the central electrode allows the insulator to be switched into the common measuring and heating circuit.

4. The method according to Pkt 1-3, characterized in that the voltage source is arranged in the common measuring and heating circuit between the working resistance and the center electrode of the insulator and formed by the housing of the insulator together with the exhaust system and thus also with the engine electrical reference serves as a ground terminal for the subsequent display and Signalverarbeitüngseinrichtung

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