DD278857A1

DD278857A1 - PHOTOELECTRIC SENSOR, ESPECIALLY FOR DETERMINING THE EXHAUST EMISSION OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DD278857A1
Application number: DD32405088A
Authority: DD
Inventors: Manfred Korn; Rolf-Dieter Roeblitz; Volker Rockstroh; Reinhard Triebel
Original assignee: Ingbuero Fuer Rationalisierung
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1990-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Sensor, insbesondere zur Bestimmung der Abgasemission von Brennkraftmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf einen fotoelektrischen Sensor zur Ermittlung der Rauchdichte der Verbrennungsgase von im Verkehr oder auf dem Pruefstand befindlichen Dieselkraftfahrzeugen und selbstfahrenden Arbeitsmaschinen. Der Sensor arbeitet nach dem Beschleunigungsverfahren zur Verwirklichung des Voll-Freistrom-Querlicht-Messprinzipes und besteht aus einer, aus Uebergangs-Doppel-Diffusor und Messrohr zusammengesetzten Messsonde, einem Adapter und einem, den Uebergangs-Doppel-Diffusor mit dem Adapter verbundenen Kupplungselement. Im zylindrischen Messrohr ist eine fotoelektrische Infrarotlicht-Messstrecke mit einer quer zur Laengsachse des Messrohres verlaufenden optischen Achse definiert angeordnet, die aus einem lichtemittierenden Sensormesskopf und einem lichtempfindlichen Sensormesskopf besteht, die in einander gegenueberliegenden Messkopfaufnahmen befestigt sind. Der lichtemittierende Sensormesskopf enthaelt einen Sender und der lichtempfindliche Sensormesskopf einen Empfaenger, die auf direkten Sender-Empfaenger-Prinzip arbeiten und gegen Fremd- und Streulicht und Verschmutzung geschuetzt und gegen die hohe Abgastemperatur isoliert sind. Fig. 1The invention relates to a photoelectric sensor, in particular for determining the exhaust emission of internal combustion engines. The invention relates to a photoelectric sensor for determining the smoke density of the combustion gases of road vehicles or on-the-test diesel vehicles and self-propelled machines. The sensor operates according to the acceleration method for realizing the full-free-flow transverse light measuring principle and consists of a measuring probe composed of transition double diffuser and measuring tube, an adapter and a coupling element connected to the adapter with the transition double diffuser. In the cylindrical measuring tube, a photoelectric infrared light measuring section is arranged defined with an extending transversely to the longitudinal axis of the measuring tube optical axis, which consists of a light-emitting sensor measuring head and a photosensitive sensor, which are mounted in opposing Meßkopfaufnahmen. The light-emitting sensor measuring head contains a transmitter and the photosensitive sensor head a receiver that operate on direct transmitter-receiver principle and are protected against external and stray light and pollution and isolated against the high exhaust gas temperature. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft fotoelektrische Sensoren, insbesondere zur Bestimmung der Abgasemission von Brennkraftmaschinen, speziell zur Ermittlung der Rauchdichte der Verbrennungsgase von Dieselkraftfahrzeugen und selbstfahrenden Arbeitsmaschinen.The field of application of the invention relates to photoelectric sensors, in particular for determining the exhaust emission of internal combustion engines, especially for determining the smoke density of the combustion gases of diesel vehicles and self-propelled machines.

Characteristic of the known state of the art

Bekannt sind Einrichtungen mit Sensoren unterschiedlicher Gerätekonfiguration zur Bestimmung der Abgasemission speziell von Dieselbrer.nkraftmaschinen, die nach Verfahren des Durchleuchtungs- bzw. das Trübungsprinzips arbeiten. Kennzeichnend dafür sind die Gerätekonfigurationen der Firmen die vorwiegend nach dem Lichtschwächungsverfahren arbeiten und im wesentlichen aus einem Meßrohr definierter Länge mit nicht reflektierenden Innenflächen, in das die Abgasemission über Schlauchleitungen von dem Endrohr der Abgasanlage als Voll- oder Teilstrom eingebracht wird, bestehen.Devices are known with sensors of different device configuration for determining the exhaust emission especially of Dieselbrer.nkraftmaschinen that operate on the method of fluoroscopy or the turbidity principle. Characteristic of this are the device configurations of the companies that work mainly on the Lichtschwächungsverfahren and essentially of a measuring tube of defined length with non-reflective inner surfaces into which the exhaust emission is introduced via hoses from the tailpipe of the exhaust system as a full or partial flow exist.

An dem der Abgasanlage zugewandten Ende des Meßrohres ist als Sender eine Halogen-Lichtquelle der Farbtemperatur 280Ck bis 3250k und am anderen Ende eine Fotozelle, deren spektrale Empfindlichkeit angepaßt an die Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges, als Empfänger angeordnet. Um die Verschmutzung der Schutzglasscheiben vor Sender und Empfänger zu vermindern, wird vor diesen mittels Gebläse Frischluft vorbeigeleitet. Die dazu bekannten Verfahren sind nach der Beschleunigungs- oder der Beharrungsmethode durchführbar.At the exhaust system facing the end of the measuring tube is a halogen light source of the color temperature 280Ck to 3250k as a transmitter and at the other end a photocell whose spectral sensitivity adapted to the sensitivity curve of the human eye, arranged as a receiver. In order to reduce the contamination of the protective glass panes in front of the transmitter and receiver, fresh air is guided past them by means of fans. The known methods can be carried out by the acceleration or the steady-state method.

Während bei der Beharrungsmethode, die zur Vollständigkeit genannt wird, die atmosphärischen Bedingungen und der Druck der Abgase im Meßrohr sowie die Abgastemperatur exakt einzuhalten sind und die Prüfung nur unter Vollast des Motors bei gestuften Konstantdrehzahlen durchzuführen ist, kann bei der Beschleunigungsmethode nach Erreichen der Betriebstemperatur durch sofortiges Beschleunigen des Motors, von der untersten Leerlaufdrehzahl auf die maximale Drehzahl die Messung erfolgen, wobei die Beschleunigung in positiver Richtung gegen das Trägheitsmoment des Motors verlaufen muß.While in the steady method, which is called to completeness, the atmospheric conditions and the pressure of the exhaust gases in the measuring tube and the exhaust gas temperature must be maintained exactly and the test is carried out only under full load of the engine at stepped constant speeds, in the acceleration method after reaching the operating temperature immediate acceleration of the engine, from the lowest idle speed to the maximum speed measurement, the acceleration must run in the positive direction against the moment of inertia of the engine.

Zu beachten ist auch die Startdrehzahl, aus der die Beschleunigung erfolgt, da Einspritzpumpen mit oder ohne Verstellregler arbeitend, nicht vergleichbare Meßergebnisse bringen.Also note the starting speed from which the acceleration takes place, since injection pumps operating with or without adjustment regulators do not produce comparable measurement results.

Die Nachteile bestehen darin, daßThe disadvantages are that

- die Prüfungen, auf nicht transportablen, ökonomisch aufwendigen Prüfständen mit erheblichen Abmessungen, im stationären Betrieb durchgeführt werden müssen;- the tests on non-transportable, economically complex test benches with considerable dimensions, must be carried out in stationary operation;

- für die Halogen-Lampen und für das Gebläse ein hoher Energieverbrauch zu verzeichnen ist;- there is a high energy consumption for the halogen lamps and for the fan;

- auf Grund des nicht geregelten Gebläses für die Frischluft, dem Meßrohr eine unkontinuierliche Abgasmenge zugeführt wird;- Due to the non-regulated fan for the fresh air, the measuring tube, a discontinuous amount of exhaust gas is supplied;

- in den langen Zuführungsschläuchen von den Abgasanlagen zu den Prüfständen eine Abkühlung des Abgases erfolgt;- In the long supply hoses from the exhaust systems to the test stands, a cooling of the exhaust gas takes place;

- eine vergleichbare exakte Darstellung des Abgasverlaufes für unterschiedlich schnell beschleunigte Motoren nicht möglich ist;- A comparable exact representation of the exhaust gas flow for different speeds accelerated engines is not possible;

- die verwendeten Meßmittel Ungenauigkeiten aufweisen und manipulierbar sind, so daß eine objektive und subjektive Verfälschung der Meßergebnisse gegeben ist;- The measuring means used have inaccuracies and can be manipulated, so that an objective and subjective distortion of the measurement results is given;

- Verfälschungen der Meßergebnisse durch motortypische Besonderheiten eintreten können;- distortions of the measurement results due to special features of the engine can occur;

- die Geräte nicht bedienungsfreundlich und die Meßvorgänge zeitaufwendig sind.- The devices are not easy to use and the measuring processes are time consuming.

Auf Grund der aufgezeigten Nachteile erfolgten Weiterentwicklungen von Verfahren und Geräten zur Messun .j der Abgasemission von Dieselmotoren auf der Basis der Beschleunigungsmethode.Due to the above-mentioned disadvantages, developments of methods and apparatus for measuring the exhaust emission of diesel engines based on the acceleration method have been made.

Bekannt geworden ist das Freistrom-Querlicht-Meßprinzip mit einer Grünlicht- (λ = 555nm) oder Infrorotlicht-Mcßstrecke (λ - 900nm bis4pm). Dazu ist ein mit einer Grünlich-Meßstrecke ausgerüstetes Diesel-Smog-Meter DFM-2 bzw. ELKON DF 375 aus der VR Ungarn bekannt.The free-stream transverse light measuring principle has become known with a green light (λ = 555 nm) or infrared light crosstalk (λ - 900 nm to 4 pm). For this purpose, equipped with a Grünlich test section equipped diesel smog meter DFM-2 and ELKON DF 375 from the Republic of Hungary.

Nachteilig ist, daß der Sensor nur bei waagerechten Abgasanlagenendrohren in unmittelbarer Bodenhöhe zum Einsatz kommen kann. Außerdem sind Sender und Empfänger am Sensor in einem definierten Abstand angeordnet, so daß auf Grund der unterschiedlichen Durchmesser der Abgasanlagenendrohre jeweils eine nur schwer zu erreichende mittige Justage des Sensors zum Abgasanlaganendrohr erforderlich ist. Durch die ungeschützte Anordnung von Sender und Empfänger unterliegt der Abgasstrom während der Messung den Umwelteinflüssen, wie Luftströmung, Luftfeuchtigkeit und Außentemperatur. Durch diese Einrichtungen können wesentliche objektive und subjektive negative Einflußfaktoren auf das Meßergebnis, nicht reduziert werden.The disadvantage is that the sensor can only be used in horizontal exhaust tailpipes in the immediate ground level. In addition, transmitter and receiver are arranged on the sensor at a defined distance, so that due to the different diameter of the exhaust system tailpipes each difficult to achieve central adjustment of the sensor is required for Abgasanlaganendrohr. Due to the unprotected arrangement of transmitter and receiver, the exhaust gas flow during the measurement is subject to the environmental influences, such as air flow, humidity and outside temperature. By these means essential objective and subjective negative factors influencing the measurement result can not be reduced.

Des weite, en ist eine Rauchdichtemeßvorrichtung DM 102 aus der VR Polen bokannt geworden, die mit einer Infrarotlicht-Meßstrecke (λ = 900nm), aber wie bei vorgenannter Lösung, mit im wesentlichen gleichen Sensor arbeitet, so daß auch die vorgenannten Nachteile zutreffend sind.Of the far, en is a Rauchdichtemeßvorrichtung DM 102 bokannt from the VR Poland, which works with an infrared light measuring path (λ = 900nm), but as in the aforementioned solution, with substantially the same sensor, so that the aforementioned disadvantages are also true.

Bekannt ist auch ein Rauchdichtesensor der Fa. CELESKO LIMITED USA, der mit einer Grünlicht-Meßstrecke ausgestattet, zwischen Krümmer und Vorschalldämpfer innerhalb der Abgasanlage eingesetzt werden muß, woraus sich entscheidende Nachteile ergeben, wieAlso known is a smoke density sensor of the company. CELESKO LIMITED USA, equipped with a green light measuring section, must be used between the manifold and front silencer within the exhaust system, resulting in significant disadvantages, such as

- eine notwendige Demontage der Abgasanhge- A necessary dismantling of Abgasanhge

- die Anordnung aufwendiger Kühlkörper mit Schlauchverbindungen zu einer Wasserkühlanlage für die Kühlung der Meßköpfe, um deit" Aufheizung bzw. Zerstörung durch die Abgastemperaturen von 500°C-600°C zu verhindern- The arrangement consuming heat sink with hose connections to a water cooling system for the cooling of the measuring heads in order to prevent deit "heating or destruction by the exhaust gas temperatures of 500 ° C-600 ° C.

- das Vorhandensein einer Luftaufbereitungsanlage, um über Schlauchverbindungen Frischluft an den Schutzglasscheiben der Sensormeßköpfe zur Verschmutzungsminderung vorbeizuleiten- The presence of an air treatment system to pass fresh air through hose connections to the protective glass panes of Sensormeßköpfe for pollution reduction

- die Notwendigkeit einer Vielzahl von Adaptern zur Gewährleistung des Einbaues in unterschiedliche Konfigurationen von Abgasanlagen- The need for a variety of adapters to ensure installation in different configurations of exhaust systems

- die Beschränkung des Einsatzes auf den stationären Betrieb- the restriction of use to stationary operation

Außerdem ist eine Meßvorrichtung zur Messung der Rußemission VAG 1500 der Volkswagen AG, BRD bekannt geworden, deren Sensor gleichfalls auf oben genanntem Prinzip beruhend und mit einer Grünlicht-Melsctrecke (λ = 555 nm) ausgestattet, speziell für die Werkstättenprüfung von Diesel-PKW's der Volkswagenserie entwickelt.In addition, a measuring device for measuring the soot emission VAG 1500 of Volkswagen AG, FRG has become known, the sensor also based on the above principle and equipped with a green light Melsctrecke (λ = 555 nm), especially for the workshop testing of diesel cars of the Volkswagen series developed.

Die Anpassung an die unterschiedlichen Endrohrdurchmesser und -formen wird durch einen konischen Gummitrichter mit innenseitigen Dichtwülsten gewährleistet.The adaptation to the different tailpipe diameters and shapes is ensured by a conical rubber funnel with inside sealing beads.

Zur Minderung der Verschmutzungen an den Linsen der Moßköpfe ist ein Doppelrohrinjektor vor der Meßstrecke und eine aufwendige Ringheizung der Linsen notwendigTo reduce the contamination on the lenses of Moßköpfe a Doppelrohrinjektor before the measuring section and a complex ring heating of the lenses is necessary

Dieser Sensor hat die Nachteile, daß This sensor has the disadvantages that

- er nur an waagerechten Endrohren geringer Bauhöhe mittels Stativ eingesetzt werden kann- It can only be used on horizontal tailpipes of low height by means of a tripod

- der konische Gummitrichter zur Adaptierung an nur geringügig voneinander abweichenden Endrohrdurchmossern und -formen einsetzbar ist- The conical rubber funnel for adaptation to only slightly different from each other tailpipe Durchmossern and forms is used

-dar Doppelrohrinjektor die Verschmutzung der Linsen nur während der Zeit der Beschleunigung mindert-dar Doppelrohrinjektor reduces the pollution of the lenses only during the time of acceleration

- d is Wirkprinzip des Doppelrohrinjektors während des Anlaßvorganges durch den Überdruck des Abgases außer Kraft gesetzt v\ird- The principle of operation of the double pipe injector during the starting process is overridden by the overpressure of the exhaust gas

- es bei PKWs mit geringen Abgasvolumenströmen durch die Kombination von Gummitrichter und Doppelrohrinjektor zu Verwirbelungen des Abgasstromes mit Frischluft kommt, wodurch größere Meßfehler auftreten- It comes in cars with low exhaust gas flow through the combination of rubber hoppers and Doppelrohrinjektor to turbulence of the exhaust stream with fresh air, resulting in larger measurement errors occur

- die beheizten Linsen durch notwendige Reinigungsarbeiten beschädigt werden können- The heated lenses can be damaged by necessary cleaning work

- durch die Realisierung einer Grünlicht-Meßstrecke ein hoher Aufwand an Verstärkerschaltungen notwendig ist, das zu einem hohen Eigengewicht des Sensors führt- By the realization of a green light measuring path, a high cost of amplifier circuits is necessary, which leads to a high weight of the sensor

- durch die geringen Temperaturschutzmaßnahmen für die Meßelektronik, eine Messung bei Vollast nur zeitlich begrenzt möglich ist.- Due to the low temperature protection measures for the measuring electronics, a measurement at full load is limited in time.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Überprüfung der Abgasemission von Dieselkraftfahrzeugen mit stark unterschiedlich konf igurativen Abgasanlagen, Montagevarianten und Endrohrdurchmessern und -formen außerhalb der Abgasanlagen und ohne technisch und ökonomisch aufwendige Zusatzeinrichtungen zur Verschmutzungsminderung der Meßstrecke und zur Kühlung der Meßtcöpfe, zu ermöglichen.The aim of the invention is to enable the verification of the exhaust emission of diesel vehicles with widely different konf igurative exhaust systems, mounting variants and tailpipe diameters and shapes outside the exhaust systems and without technically and economically complex ancillary equipment to reduce pollution of the test section and for cooling the Meßtcöpfe.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fotoelektrischen Sensor mit einer Infrarotlicht-Meßstrecke zur trägheitslosen Messung der Rauchdichte der Abgasemission nach dem Beschleunigungsverfahren, aller im Verkehr oder auf dem Prüfstand befindlichen Dieselkraftfahrzeuge und selbstfahrenden Arbeitsmaschinen, zu finden, der Meßergebnisse mit hoher Genauigkeit ermittelt und an eine rechnergesteuerte Auswerteeinheit abgibt.The invention has for its object to provide a photoelectric sensor with an infrared light test section for inertia-free measurement of the smoke density of the exhaust emission after the acceleration process, all in traffic or on the test bench diesel vehicles and self-propelled machines to find the measurement results determined with high accuracy and at Issues a computer-controlled evaluation.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der fotoelektrische Sensor zur Verwirklicnung des Voll-Freistrom-Querlicht-Meßprinzips aus einer, aus Übergangs-Doppel-Diffusor und Meßrohr zusammengesetzten Meßsonde, einem Adapter und einem den Übergangs-Doppel-Diffusor mit dem Adapter verbindenden Kupplungselement, besteht.According to the invention, the object is achieved in that the photoelectric sensor for Verwirklung the full-free-flow transverse light measuring principle of a composite of transition double diffuser and measuring tube measuring probe, an adapter and the transition double-diffuser with the adapter connecting coupling element , consists.

Der Übergangs-Doppel-Diffusor ist kegelstumpfartig, über den größeren Durchmesser mit dem zylindrischen Meßrohr verbunden, ausgeführt und mit einer, die Strömungseigenschaften der Abgasemission konstanthaltenden inneren Zelle, die mit Stegblechen am Außenkörper befestigt ist, ausgestattet.The transition double diffuser is frusto-conical, connected over the larger diameter with the cylindrical measuring tube, designed and equipped with a, the flow characteristics of the exhaust emission keeping constant inner cell, which is fixed with web plates on the outer body.

Im Meßrohr ist eine definiert angeordnete fotoelektrische Meßstrecke mit einer quer zur Längsachse des Meßrohres verlaufenden optischen Achse integriert. Die fotoelektrische Meßstrecke besteht aus einen lichtemittierenden Sensormeßkopf 12 und einem lichtempfindlichen Sensormeßkopf 13, die in einem definierten Abstand zueinander in gegenüberliegenden Meßkopfaufnahmen mittels Überwurfmuttern isoliert und gegen Verdrehung gesichert angeordnet sind.In the measuring tube a defined arranged photoelectric measuring path is integrated with a transverse to the longitudinal axis of the measuring tube extending optical axis. The photoelectric measuring path consists of a light-emitting sensor measuring head 12 and a photosensitive sensor measuring head 13, which are insulated at a defined distance from each other in opposite Meßkopfaufnahmen by means of union nuts and secured against rotation.

Um mechanische Verspannungen und damit Dejustagen der optischen Ache auf Grund der hohen Temperatur der Abgasemission auszuschließen, ist das Meßrohr im Bereich der fotoelektrischen Meßstrecke mit einer Wanddickenverstärkung zur formschlüssigen Verbindung der einander gegenüberliegenden Meßkopfaufnahmen, versehen.In order to exclude mechanical tension and thus misalignment of the optical axis due to the high temperature of the exhaust emission, the measuring tube in the photoelectric measuring section with a wall thickness reinforcement for the positive connection of the opposing Meßkopfaufnahmen provided.

An der Innenwandung des Meßrohres, vor den Meßkopfaufnahmen sind löffelartige Strömungsleitbleche mit zentrischer Bohrung angeordnet, die von der fotoelektrischen Meßstrecke Fremd- und Streulicht abwenden und Verwifbelungen des Abgasstromes vor den Meßkopfaufnahmen verhindern.On the inner wall of the measuring tube, in front of the Meßkopfaufnahmen spoon-like Strömungsleitbleche are arranged with a central bore, which avert foreign and scattered light from the photoelectric test section and prevent Verwifbelungen the exhaust stream upstream of the Meßkopfaufnahmen.

In dem lichtemittierenden Sensormeßkopf ist ein Sender angeordnet, der aus einer, auf einer rondenförmigen Unterplatte befestigten und mittels einer LED-Aufnahme zentrisch geführten Infrarot LED, einer Referenz-PIN-Empfängerdiode und einer Plankonvexlinse besteht.In the light-emitting sensor measuring head, a transmitter is arranged, which consists of a, mounted on a ronde-shaped sub-plate and guided centrally by means of an LED recording infrared LED, a reference PIN receiver diode and a plano-convex lens.

Der Sender ist von zwei als Distanzhülsen ausgebildeten Isolierkörpern ummantelt und in einer, durch eine Schutzglasscheibe verschlossenen Schutzglasaufnahme mit Isolierhülse zur Meßkopfaufnahme, mittels Paßstift justiert, durch einen Gewindering fixiert und durch eine Federscheibe und einen Sicherungsring befestigt.The transmitter is encased by two trained as spacer sleeves insulators and adjusted in a, closed by a protective glass plate with insulating sleeve for Meßkopfaufnahme, adjusted by dowel pin, fixed by a threaded ring and secured by a spring washer and a retaining ring.

Des weiteren ist der Sender durch die Referenz-PIN-Empfängerdiode mit einem in einer aufgesetzten Schutzkappe angeordneten Einbaustecker verbunden. Der lichtempfindliche Sensormeßkopf ist im mechanischen Aufbau mit dem lichtemittierenden Sensormeßkopf identisch.Furthermore, the transmitter is connected by the reference PIN receiver diode with a mounted in a protective cap built-in connector. The photosensitive sensor probe is identical in mechanical structure to the sensor light emitting probe.

Inder Anordnung der elektronischen Bauelemente ist jedoch an Stelle der Infrarot-LED eine Infrarot-PIN-Empfängerdiode bei fehlender Referenz-PIN-Empfängerdiode eingesetzt.In the arrangement of the electronic components, however, instead of the infrared LED, an infrared PIN receiver diode is used in the absence of a reference PIN receiver diode.

In jeder Meßkopfaufnahme ist ein elektronisch steuerbarer Verschlußschieber für die fotoelektrische Meßstrecke eingebracht, der durch Kopplung über ein Verbindungselement mit einem Zugmagneten und einem Steckverbinder verbunden ist, so daß eine Verschmutzung der Schutzglasscheiben während Anlassen und Beschleunigung des Motors des Dieselkraftfahrzeuges, ausgeschlossen ist.In each Meßkopfaufnahme an electronically controllable shutter slide for the photoelectric test section is introduced, which is connected by coupling via a connecting element with a tension magnet and a connector, so that contamination of the protective glass panes during starting and acceleration of the engine of the diesel engine, is excluded.

Der Verschlußschieber ist in einem zylindrischen, als Isolierung zwischan den Sensormeßköpfen und dem Meßrohr wirkenden Führungselement mit einer die Meßstrecke freigebende Zentralbohrung, geführt und so ausgelegt, daß der Verschlußschieber bei Anziehen des Zugmagneten die Meßstrecke freigibt und eine selbsttätige Verschlußeinrichtung dieselbe schließt. Außerdem sind in den Meßkopfaufnahmen zwischen den zylindrischen Führungselementen und den Schutzglasscheiben radiale Bohrungen eingebracht, damit die Beschleunigung des Motors bei geöffneter Meßstrecke Frischluft angesaugt wird, um die Verschmutzung der Schutzglasscheiben zu reduzieren.The closure slide is in a cylindrical, acting as insulation zwischan the Sensormeßköpfen and the measuring tube guide element with a measuring section releasing central bore, guided and designed so that the closure slide when tightening the pull magnet releases the test section and an automatic closure device closes the same. In addition, radial bores are introduced into the Meßkopfaufnahmen between the cylindrical guide elements and the protective glass panes, so that the acceleration of the motor is sucked in open test section fresh air to reduce the contamination of the protective glass panes.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung dargestallten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. The figures show:

Fig. 1: eine Darstellung des erfindungsgemäßen fotoelektrischen SensorsFig. 1: an illustration of the photoelectric sensor according to the invention

Fig.2: eine Darstellung einer Meßkopfaufnahme mit Verschlußeinrichtung des erfindungsgemäßen Sensors Fig. 3: eine Ausführung eines Meßkopfes des erfindungsgemäßen Sensors2 shows an illustration of a measuring head receptacle with a closure device of the sensor according to the invention. FIG. 3 shows an embodiment of a measuring head of the sensor according to the invention

Fig. 4: eine Ausführungsform eines Adapters zur Anordnung des erfindungsgemäßen Sensors beispielsweise an gerade Abgasanlagenendrohro.Fig. 4: an embodiment of an adapter for arranging the sensor according to the invention, for example, to straight Abgasanlagenendrohro.

Die Figur 1 zeigt den fotoelektrischen Sensor als Ausführungsbeispiel für die Überprüfung der Abgasemission von im Verkehr oder auf dem Prüfstand befindlichen Dieselkraftfahrzeugen und selbstfahrenden Arbeitsmaschinen.FIG. 1 shows the photoelectric sensor as an exemplary embodiment for checking the exhaust emission of diesel vehicles and self-propelled machines in or on the test bench.

Der Sensor besteht aus einer Grundeinheit 1,dieeineMeßsonde 2 einschließt, einem Kupplungselement 3 und einer möglichen Ausführungsform eines Adapters 4. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Trennung zwischen der Meßsonde 2 und dem Adapter 4 wird durch eine geringe Anzahl von Adaptermodifikationen, mittels des Kupplungselementes 3, die Anpassung der Meßsonde 2 an unterschiedlich konfigurierte Endrohre der Abgasanlagen aller bekanntgewordenen Dieselkraftfahrzeuge möglich.The sensor consists of a base unit 1, which includes a measuring probe 2, a coupling element 3 and a possible embodiment of an adapter 4. The inventively provided separation between the probe 2 and the adapter 4 is by a small number of adapter modifications, by means of the coupling element 3, the Adaptation of the probe 2 to differently configured tailpipes of the exhaust systems of all known diesel vehicles possible.

Die Meßsonde 2 besteht aus einem zylindrischen Meßrohr 5 mit einem, mit diesem verbundenen kegelstumpfartigen Übergangs-Doppel-Diffusor 6.The measuring probe 2 consists of a cylindrical measuring tube 5 with a truncated transitional double diffuser 6 connected thereto.

Die kegelstumpfartige Ausführungsfor.n des Übergangs-Doppel-Diffusors 6 gewährleistet, daß durch die Erweiterung des Durchmessers von Kupplungselement 3 zum Meßrohr 5 keine Störturbulenzen verursacht werden, da durch die Senkung der Strömungsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Druckerhöhung, ein Abreißen der Strömung an der Rohrwandung verhindert wird, so daß die Strömungseigenschaften der Abgasemission konstant gehalten werden können.The frusto-conical Ausführungsfor.n the transition double diffuser 6 ensures that no disturbance turbulence caused by the extension of the diameter of coupling element 3 to the measuring tube 5, as by the reduction of the flow rate with simultaneous pressure increase, tearing off the flow is prevented at the pipe wall so that the flow characteristics of the exhaust emission can be kept constant.

Es wurde gefunden, daß der Übergangs-Doppel-Diffusor 6 bei einem Durchmesserverhältnis von Kupplungselement 3/ Meßrohr 5 = 2/3 eine funktionsgünstige Ausführungsform besitzt.It has been found that the transition double diffuser 6 at a diameter ratio of coupling element 3 / measuring tube 5 = 2/3 has a functionally favorable embodiment.

Der Übergangs-Doppel-Diffusor 6 ist, um optimale Strömungseigenschaften zu gewährleisten, innen mit einer Zelle 7 ausgestattet, die mit Stegblechen 8 an dem Außenkörper des Übergangs-Doppel-Diffusors 6 befestigt ist.The transition double diffuser 6 is, to ensure optimum flow characteristics, internally equipped with a cell 7, which is fixed with web plates 8 on the outer body of the transition double diffuser 6.

Aus der optimierten Dimensionierung des Übergangs-Doppel-Diffusors 6 ergibt sich die definierte Anordnung einer fotoelektrischen Meßstrecke 9 im Meßrohr 5, sowie die Gesamtlänge der Meßsonde 2.From the optimized dimensioning of the transition double diffuser 6 results in the defined arrangement of a photoelectric measuring section 9 in the measuring tube 5, as well as the total length of the probe. 2

Dies sind entscheidende Kriterien zur Vermeidung von Fremdlicht- und Windeinflüssen.These are decisive criteria for avoiding extraneous light and wind influences.

Das zylindrische Meßrohr 5 ist im Bereich der fotoelektrischen Meßstrecke 9 mit einer Wanddickenverstärkung 10 zur formschlüssigen Verbindung der einander gegenüberliegenden Meßkopfaufnahmen 11 versehen, um mechanische Verspannungen und damit verbundene Dejustagen der optischen Achse bei Abgastemperaturen in Höhe von max. 250°C, auszuschließen.The cylindrical measuring tube 5 is provided in the photoelectric measuring section 9 with a wall thickness reinforcement 10 for the positive connection of the opposing Meßkopfaufnahmen 11 to mechanical stresses and associated misalignment of the optical axis at exhaust gas temperatures in the amount of max. 250 ° C, exclude.

Das Meßrohr 5 beinhaltet die fotoelektrische Meßstrecke 9, bestehend aus zwei exakt in Einhaltung der optischen Achse einander gegenüberliegend angeordnete zylindrische Meßkopfaufnahmen 11, die mit der Wanddickenverstärkung 10 des Meßrohres 5 verbunden sind.The measuring tube 5 includes the photoelectric measuring section 9, consisting of two exactly in keeping with the optical axis opposite each other arranged cylindrical Meßkopfaufnahmen 11, which are connected to the wall thickness reinforcement 10 of the measuring tube 5.

In den Meßkopfaufnahmen 11 finden als Sender ein zylindrische! iichtemittierender SensormeP kopf 12 und als Empfänger ein zylindrischer lichtempfindlicher Sensormeßkopf 13 Aufnahme, die mittels Überwurfmuttern 14 isoliert und gegen Verdrehung gesichert sind.In the Meßkopfaufnahmen 11 find a transmitter as a cylindrical! The sensor sensor head 12 emits light and, as receiver, a cylindrical photosensitive sensor probe 13 which is insulated by means of union nuts 14 and secured against rotation.

In der Innenwandung des Meßrohres 5 vor den Meßkopfaufnahmen 11 sind löffeiförmige Strömungsleitbleche 15 mit zylindrischer Bohrung 16 angeordnet. Durch die Fixierung der Sensormeßköpfe 12,13 in den Meßkopfaufnahmen 11 der optischen Achse, ist die absolute Länge der erfindungsgemäßen fotoelektrischen Meßstrecke 9 zur trägheitslosen Bestimmung der Abgasemission nach dem Voll-Freistrom-Querlicht-Meßprinzip gegeben.In the inner wall of the measuring tube 5 in front of the Meßkopfaufnahmen 11 spoon-shaped Strömungsleitbleche 15 are arranged with a cylindrical bore 16. By fixing the Sensormeßköpfe 12,13 in the Meßkopfaufnahmen 11 of the optical axis, the absolute length of the photoelectric test section 9 according to the invention for inertia determination of the exhaust emission is given by the full-free-current transverse light measuring principle.

Um die Verschmutzung der Meßstrecke 9 während des Anlaßvorganges des Motors des Dieselkraftfahrzeuges auszuschalten, ist in den beiden Meßkopfaufnahmen 11, wie aus Fig. 2 ersichtlich, jeweils ein Verschlußschieber 17 eingebracht, der durch eine Kopplung über ein Verbindungselement 18 mit einem Zugmagneten 10, über einen Steckverbinder 20 elektronisch steuerbar ist.To turn off the contamination of the measuring section 9 during the starting process of the engine of the diesel engine, in each case a closure slide 17 is introduced into the two Meßkopfaufnahmen 11, as shown in FIG. 2, by a coupling via a connecting element 18 with a tension magnet 10, via a Connector 20 is electronically controllable.

Der Verschlußschieber 17 ist so ausgebildet, daß er bei Anziehen des Zugmagneten 19, die Meßstrecke 9 freigibt und durch eine Druckfeder 21 selbständig verschließt.The closure slide 17 is designed so that it releases when tightening the tension magnet 19, the measuring section 9 and closes automatically by a compression spring 21.

Da im Meßrohr 5 während längerer Überprüfungsperioden Abgastemperaturen bis zu 25O⁰C auftreten können, sind die Sensormeßköpfe 12,13 jeweils durch ein zylindrisches aus geeignetem Isoliermaterial bestehendes Führungselement 22 mit Zentralbohrung 23, isoliert.As may occur during prolonged testing periods exhaust gas temperatures up to 25O ⁰ C in the measuring tube 5, which are Sensormeßköpfe 12,13, respectively, isolated by a cylindrical consisting of suitable insulating material guide element 22 with central bore 23rd

Durch die im Anschluß an das zylindrische Führungselement 22 in den Meßkopfaufnahmen 11 eingebrachten radialen Bohrungen 24 wird gesichert, daß während des Meßvorganges im Beschleunigungszyklus bei geöffneter Meßstrocke 9 Frischluft angesaugt und dadurch die Verschmutzung der Sensormeßköpfe 12,13 stark vermindert wird.By introduced after the cylindrical guide member 22 in the Meßkopfaufnahmen 11 radial holes 24 ensures that sucked 9 fresh air during the measurement process in the acceleration cycle with Meßstrocke open, thereby greatly reducing the contamination of the Sensormeßköpfe 12,13.

Diesem erfindungsgemäßen Prinzip liegt die physikalische Gesetzmäßigkeit der reduzierten Bernoulli-Gleich jng zugrunde, wonach in einem strömenden oas ein umso geringerer statischer Druck herrscht, je größer die Strömungsgeschwindigkeit ist.This principle according to the invention is based on the physical law of the reduced Bernoulli equation, according to which the lower the static pressure, the lower the static pressure in a flowing oas.

Vorteilhaft ist, daß durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit, die durch die radialen Bohrungen 24 der Meßkopfaufnahmen 11 angesaugte Frischluft, das durch Verwirbelung in den Meßrohrraum eingedrungene Abgas mitnimmt und somit einen natürlichen Schutz gegen die Verschmutzung der Sensormeßköpfe 12,13 bildot.It is advantageous that entrains by the increased flow velocity, the fresh air sucked through the radial bores 24 of the Meßkopfaufnahmen 11, the entrained by turbulence in the Meßrohrraum exhaust gas and thus bildot a natural protection against contamination of the Sensormeßköpfe 12,13.

Die an der Innenwand des Meßrohres 5 angeordneten löffeiförmigen Strömungsleitbleche 15 unterstützen den beschriebenen Strömungsverlauf, da durch die erfindungsgemäße Form, die Verwirbelung des Abgasstromes vor den Meßkopfaufnahmen 11 reduziert wird.The arranged on the inner wall of the measuring tube 5 spoon-shaped Strömungsleitbleche 15 support the described flow path, as is reduced by the inventive shape, the turbulence of the exhaust stream upstream of the Meßkopfaufnahmen 11.

Außerdem setzt die in den Strömungsleitblechen 15 eingebrachte zentrische Oohrung 16, den Einfluß von Fremdlicht und Lichtstreuung auf ein vernachlässigbares Minimum herab.In addition, the introduced into the flow guide 15 central bore 16, the influence of extraneous light and light scattering down to a negligible minimum.

In Fig. 3 ist der lichtemittierende Sensormeßkopf 12 dargestellt, der mit dem im wesentlichen in der Ausführungsform identischen Sensormeßkopf 13 nach dem direkten Sender-Empfänger-Prinzip arbeitet, wobei Infrarotlicht der Wellenlänge λ = 900-1 OOOnm zur Anwendung gelangt.In Fig. 3, the light emitting sensor measuring head 12 is shown, which operates with the substantially identical in the embodiment sensor head 13 according to the direct transmitter-receiver principle, using infrared light of wavelength λ = 900-1000nm used.

Im Sensormeßkopf 12 ist der Sender 25, bestehend aus einer, auf einer ronclonförmigon Leiterplatte 26 befestigten und mittels einer LED-Aufnahme 27 zentrisch geführten Infrarot-LED 28, einer Referenz-PIN-Empfängerdiode 29 und einer Plankonvexlinse 30, angeordnet.In the sensor measuring head 12, the transmitter 25, consisting of a mounted on a ronclonförmigon printed circuit board 26 and centrally guided by an LED recording 27 infrared LED 28, a reference PIN receiver diode 29 and a plano-convex lens 30, respectively.

Die beschriebene Anordnung sitzt, ummantelt von zwei als Distanzhülsen ausgebildeten Isolierkörpern 31 und 32, in einer, durch eine den Sender 25 vor Verschmutzung schützende Schutzglasscheibo 33 verschlossenen Schutzglasaufnahme 34. Eine aufgesetzte Schutzkappe 35 dient der Befestigung eines Einbausteckers 36.The described arrangement is seated, sheathed by two formed as spacers insulating bodies 31 and 32, in a, by a sender 25 from contamination protective protective glass 33 closed protective glass receptacle 34. An attached protective cap 35 is used to attach a built-in connector 36th

Zwischen der Meßkopfaufnahme 11 und der Schutzglasscheibe 34 ist eine Isolierhülse 37 angeordnet, die den Sensormeßkopf 12 vor der hohen Belastung durch die Abgaswärme schützt.Between the Meßkopfaufnahme 11 and the protective glass 34, an insulating sleeve 37 is arranged, which protects the Sensor 12 from the high load by the exhaust heat.

Der Sender 25 ist mittels eines Gewinderinges 38 in der Schutzglasaufnahme 34 fixiert und durch eine Federscheibe 39 und einen Sicherungsring 40 befestigt.The transmitter 25 is fixed by means of a threaded ring 38 in the protective glass receptacle 34 and fixed by a spring washer 39 and a locking ring 40.

Im lichtempfindlichen Sensormeßkopf 13 befindet sich an Stelle der Infrarot-LED 28 eine Inf rarot-PIN-Empfängordiode, während die Referenz-PIN-Empf d'ngerdiode 29 nicht enthalten ist.In the photosensitive sensor measuring head 13 is located in place of the infrared LED 28, an infra-red PIN receiver diode, while the reference PIN Empf d'ngerdiode 29 is not included.

Die erfindungsgemäß') Ausführungsform der Sensormeßköpfe 12 und 13 bedarf nur einer einmaligen Justage der Bauelemente, um die fotoelektrische Meßstrecke 9 zu fixieren.The invention 'embodiment of the sensor 12 and 13 requires only a single adjustment of the components to fix the photoelectric test section 9.

Unterstützt wird die exakte Einhaltung der optischen Achse zusätzlich durch einen Paßstift 41 auf der Schutzglasaufnahme 34, wodurch die Sensormeßköpfe 12,13 nach Reinigung der Schutzglasscheiben 33 innerhalb der Meßkopfaufnahmen 11 gegen Verdrehung gesichert sind.The exact maintenance of the optical axis is additionally supported by a dowel 41 on the protective glass receptacle 34, whereby the Sensormeßköpfe 12,13 are secured after cleaning the protective glass panes 33 within the Meßkopfaufnahmen 11 against rotation.

Vorteilhaft ist auch die erfindungsgemäß getrennte mechanisch identische Anordnung von Sender- und Empfänger-Sensormeßkopf 12 und 13, so daß abweichende Kriterien der Optik, wie Brennweiten und Öffnungswinkel der Sender- und Empfänger-Plankonvexlinsen 30, die Chipmontage von Sender- und Empfänger-Infrarot-LED 28 oder Maßabweichungen der Außenabmessungen der Sensormeßköpfe 12 und 13 ohne nachteiligen Einfluß sind.Also advantageous is the inventively separate mechanically identical arrangement of transmitter and receiver sensor probes 12 and 13, so that different criteria of the optics, such as focal lengths and opening angle of the transmitter and receiver plano-convex lenses 30, the chip mounting of transmitter and receiver infrared LED 28 or dimensional deviations of the outer dimensions of the Sensormeßköpfe 12 and 13 are without adverse effect.

Ein weiterer Vorteil ist, daß durch die Anordnung der Referenz-PIN-Empfängerdiode 29 im lichtemittierenden Sensormeßkopf 12, eine Regelung der Lichtstärke der Infrarot-LED 28 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur mittels einfacher Regelschaltung möglich ist, wodurch konstante Meßbedingungen für die Meßstrecke 9, die eine hohe Ansprechempfindlichkeit besitzt, gewährleistet sind.Another advantage is that by the arrangement of the reference PIN receiver diode 29 in the light-emitting sensor measuring head 12, a control of the light intensity of the infrared LED 28 in dependence on the ambient temperature by means of simple control circuit is possible, whereby constant measuring conditions for the measuring section 9, the has a high sensitivity, are guaranteed.

In Figur 4 ist ein Adapter 4, beispielsweise für Abgasanlagen mit geraden Endrohren unterschiedlicher Durchmesser dargestellt, der aus einer Glocke 42 mit eingelegtem Anlaufring 43, einem flexiblen Dichtungsring 44 und abschließenden Druckring 45 zur Aufnahme des Abgasanlagenendrohres und mit der Glocke 42 verbunden, aus einem Aufnahmering 46 für Feststellbolzen zur Befestigung des Abgasanlagcnendrohres und aus einem aufgesetzten schneilösbaren Gewindering 47 mit Anschlagschrauben 48 zur formschlüssigen Verbindung mittels eines selbstdichtonden Kugelsitzes mit der Meßsonde 2, besteht.In Figure 4, an adapter 4, for example, for exhaust systems with straight tailpipes of different diameters shown, which consists of a bell 42 with inserted stop ring 43, a flexible sealing ring 44 and final pressure ring 45 for receiving the tailpipe end pipe and connected to the bell 42, from a receiving ring 46 for locking bolt for fastening the Abgasanlagcnendrohres and from a mounted schneilösbaren threaded ring 47 with stop screws 48 for the positive connection by means of a selbstdichtonden ball seat with the probe 2, there is.

Bei Abgasanlagenendrohren mit fast horizontalen Austritt, kann an Stelle des geradrohrig ausgebildeten Adapters eine winklige Ausführung eingesetzt werdenIn exhaust system tailpipes with almost horizontal outlet, an angled version can be used instead of the straight-tube adapter

Weiterführend ist auch der Einsatz flexibler Schläuche möglich. Furthermore, the use of flexible hoses is possible.

Claims

1. Photoelectric sensor, in particular for determining the exhaust emission of internal combustion engines, especially the smoke density of diesel vehicles in operation and self-propelled machines after the acceleration process, to realize the full-free-flow transverse light measuring principle, consisting of a measuring probe and one with this by a coupling element Connected adapter, characterized in that the measuring probe (2) consists of a frustoconical, via a coupling element (3) on the adapter (4) arranged transition double diffuser (6) and one, connected to this cylindrical measuring tube (5), in which a, with the transverse to the longitudinal axis of the measuring tube (5) extending optical axis defined defined photoelectric measuring path (9) is integrated, which consists of a light-emitting sensor measuring head (12) and a photosensitive sensor head (13), in a defined distance from one another , in opposite measuring head receptacle n (11) by means of union nuts (14) isolated and secured secured against rotation.

2. Photoelectric sensor according to claim 1, characterized in that in the light-emitting sensor measuring head (12) a transmitter (25), consisting of a, on a ronde-shaped printed circuit board (26) and by means of an LED recording (27) zenirisch ooführt infrared LED (28), a reference PIN receiver diode (29) and a Plankenonvexlinse (39) is arranged, which sheathed by two formed as spacers insulating bodies (31 and 32) in a, by a protective glass pane (33) closed protective glass receptacle (34 ) with insulating sleeve (37) for Meßkopfaufnahme (11), adjusted by means of dowel pin (41) fixed by a threaded ring (38) and fixed by a spring washer (39) and a locking ring (40) and by the reference PIN receiver diode (29 ) is electrically connected to a, in an attached protective cap (35) arranged mounting plug (36).

3. Photoelectric sensor according to claim 1 and 2, characterized in that the photosensitive sensor sensor head (13) in the mechanical structure with the light emitting sensor head (12) is identical and that in the arrangement of the electronic components in place of the infrared LED (28) of a Infrared PIN receiver diode is used with missing reference PIN receiver diode (29).

4. Photoelectric sensor according to claim 1, characterized in that one, in each Meßkopfaufnahme (11) introduced electronically controllable closure slide (17) by coupling via a connecting element (18) with a tension magnet (19) and a connector (20) is connected and that a selbstätig closing closure device is arranged.

5. A photoelectric sensor according Anspr Ansprn 1 to 4, characterized in that the light-emitting sensor measuring head (12) and the photosensitive sensor head (13) by a cylindrical guide member (22) with guide for Vbrschuсschschieber (17) and central bore (23) Measuring tube (5) are insulated.

6. Photoelectric sensor according to claim 1, characterized in that in the Meßkopfaufnahmen (11) before dom cylindrical guide element (22) radial bores (24) are introduced.

7. Photoelectric sensor according to claim 1, characterized in that the measuring tube (5) in the region of the photoelectric measuring section (9) with a wall thickness reinforcement (10) is provided, which connects the opposite Meßkopfaufnahmen (11) positively with each other.

8. Photoelectric sensor according to claim 1, characterized in that on the inner wall of the measuring tube (5), in front of the Meßkopfaufnahmen (11), spoon-like Strömungsleitbleche (15) are arranged with a central bore (16).

9. A photoelectric sensor according to claim 1, characterized in that the transition double-diffuser (6) with a, the flow characteristics of the exhaust emission keeping constant inner cell (7) and equipped with web plates (8) on the outer body of the transition double diffuser 6 is attached.

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