DE10124907A1

DE10124907A1 - Elektrodenanordnung

Info

Publication number: DE10124907A1
Application number: DE10124907A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-11-28
Also published as: US20020195340A1; GB2379986B; US6949874B2; GB2379986A; ITMI20021038A1; ITMI20021038A0; FR2825152A1; FR2825152B1; GB0211252D0

Abstract

Es wird eine Elektrodenanordnung, insbesondere zum Einbau in eine Abgasleitung, vorgeschlagen, welche einen Aufnahmekörper (4) aus einem isolierenden Material aufweist, an dem mindestens eine Betriebselektrode (5) angeordnet ist. Zur Reinigung weist der Aufnahmekörper (4) eine Heizvorrichtung (13) auf (Figur 2).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Elektrodenanordnung, insbeson dere zum Einbau in eine Abgasleitung, gemäß der im Oberbe griff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und von einem Verfahren zur Reinigung einer Elektrodenanordnung ge mäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 9 näher defi nierten Art aus.

Eine Elektrodenanordnung der einleitend genannten Art ist aus der Praxis bekannt und beispielsweise als Rußsensor ausgebildet, der zum Einbau in einen Abgasstrang eines Die selmotors dient.

Eine bekannte Elektrodenanordnung ist derart aufgebaut, daß sie einen aus einem keramischen Werkstoff bestehenden Auf nahmeköper umfaßt, an dem mindestens eine Betriebselektrode angeordnet ist, die beispielsweise für Influenzmessungen geladener Teilchen eines Abgases eines Dieselmotors einge setzt wird. Der Aufnahmekörper durchgreift eine Fassung, die nach Art einer Fassung einer Zündkerze ausgebildet ist. Die Fassung ist in ein korrespondierendes Gewinde eindreh bar, das in einer Wandung eines Rohres eines Abgasstrangs ausgebildet ist. An einem außerhalb des Rohres liegenden Bereich ist die Elektrodendurchführung über entsprechend ausgebildete Anschlußstellen mit einer Auswerte- bzw. Steu ereinrichtung verbindbar.

Ferner ist es bekannt, daß Teilchen wie Rußteilchen mittels einer Elektrode elektrisch geladen werden können. Die La dung der Teilchen kann an einer Elektrode mit einer geeig neten Polarität und/oder einer geeigneten Form wie derjeni gen eines Faradaybechers wieder abgeben werden. Es ist stets erforderlich, hinreichend gut isolierte Elektroden einzusetzen.

Insbesondere beim Einsatz einer Elektrodenanordnung der einleitend genannten Art im Dauerbetrieb in einem Rohr ei nes Abgasstrangs ist es erforderlich, den Isolationswider stand des Aufnahmekörpers zwischen der Elektrode und dem Rohr aufrechtzuerhalten und daher regelmäßig mittels einer elektrischen Messung zu überprüfen. Die elektrisch gelade nen Teilchen können sich auf dem Aufnahmekörper nieder schlagen und so dessen Isolationswiderstand absenken.

Aus diesem Grunde ist es gegebenenfalls erforderlich, den Aufnahmekörper zu reinigen. Dies erfolgt bisher auf chemi schem oder mechanischem Wege.

Vorteile der Erfindung

Die Elektrodenanordnung nach der Erfindung mit den Merkma len nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei welcher der Aufnahmekörper mit einer Heizvorrichtung ausgebildet ist, hat demgegenüber den Vorteil, daß sie auf einfache Weise in Einbaulage gereinigt werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung ist es nur erforderlich, die Heizvorrichtung zu aktivieren, so daß ge gebenenfalls an dem in ein Prüf- bzw. Meßvolumen ragenden Aufnahmekörper niedergeschlagene Teilchen, wie z. B. Ruß teilchen, verbrannt werden können.

Selbstverständlich kann es aber auch vorgesehen sein, daß die Heizvorrichtung auf einem derartigen Temperaturniveau gehalten wird, daß sich keine Teilchen an dem Aufnahmekör per anlagern können.

Die Elektrodenanordnung nach der Erfindung eignet sich ins besondere zum Einbau in einen Abgasstrang eines Kraftfahr zeugdieselmotors. Sie kann aber beispielsweise auch in son stigen Abgasleitungen, beispielsweise derjenigen, einer Öl heizung Anwendung finden.

Die Betriebselektrode dient beispielsweise zur Rußkonzen trationsmessung bei einem Abgas eines Dieselmotors.

Die Heizvorrichtung selbst sollte gegenüber den sich gege benenfalls auf der Elektrodendurchführung niederschlagenden Teilchen abgeschirmt sein, so daß deren Funktionsfähigkeit nicht durch diese beeinträchtigt werden kann. Beispielswei se ist die Heizvorrichtung in dem Aufnahmekörper eingebet tet, der in der Regel aus einer Keramik gefertigt ist.

Alternativ kann die Heizvorrichtung in einem Hohlraum des Aufnahmekörpers angeordnet sein, der an einer außerhalb des Prüf- bzw. Meßvolumens liegenden Seite offen ist. Von die ser Seite kann dann die Heizvorrichtung in den Aufnahmekör per eingeschoben sein.

Der Aufnahmekörper kann beispielsweise stabförmig oder rohrförmig ausgebildet sein und einen im wesentlichen rechteckigen, runden oder sonstigen geeigneten Querschnitt aufweisen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Elektrodenanordnung nach der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zur Messung ei nes Isolationswiderstandes des Aufnahmekörpers. Eine derar tige Vorrichtung, die zur Messung einer Impedanz bzw. eines Widerstands oder einer Kapazität ausgelegt sein kann, ist an bzw. in dem Aufnahmekörper innerhalb des Prüfvolumens angeordnet und dient zur Detektion von Partikelanlagerungen an dem Aufnahmekörper. Mittels der Meßvorrichtung kann der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem die Heizvorrichtung akti viert werden muß, so daß sich an dem Aufnahmekörper nieder geschlagene Teilchen lösen, bzw. zu dem die Temperatur des Aufnahmekörpers derart erhöht wird, daß sich dort keine Teilchen anlagern.

Durch die Kombination der Heizvorrichtung und der Vorrich tung zur Messung des Isolationswiderstandes können Ablage rungen von geladenen Teilchen auf dem Aufnahmekörper er kannt und dann entsprechend erforderliche Reinigungsschrit te eingeleitet werden. Eine derartige Prüf- und Reinigungs routine kann automatisch ablaufen.

Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Messung der Impedanz der art ausgebildet, daß sie eine Prüfelektrode umfaßt, die zwischen einem ersten Aufnahmekörperende, an dem die minde stens eine Betriebselektrode angeordnet ist, und einem Be festigungsbereich liegt.

So kann gewährleistet werden, daß der Isolationswiderstand in dem. Bereich des Aufnahmekörpers gemessen werden kann, der zwischen der Betriebselektrode und dem in der Regel me tallischen Befestigungsbereich liegt, welches im Betriebs zustand beispielsweise an einem Rohr eines Abgasstrangs be festigt ist. Das Befestigungsmittel liegt vorzugsweise auf Masse.

Die Elektrodenanordnung nach der Erfindung umfaßt zweckmä ßig eine Fassung zur Befestigung an einem Abgasstrang. Die Fassung, die vorzugsweise aus Metall gefertigt ist, kann beispielsweise nach Art einer Zündkerzenfassung ausgebildet sein, so daß sie von dem Aufnahmekörper durchgriffen ist und ein Gewinde zum Eindrehen in ein korrespondierendes Ge winde einer Wandung eines Rohres aufweist.

Die Betriebselektrode kann in einer zweckmäßigen Ausführung beispielsweise mindestens ein Gitter umfassen, das zur Auf ladung von Rußteilchen dient.

Die Betriebselektrode kann in einer weiteren Ausführung auch becherförmig ausgebildet sein. Eine derartige Ausfüh rung der Betriebselektrode, die im wesentlichen einem soge nannten Faradaybecher entspricht, eignet sich insbesondere zur Ladungsmessung.

Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur Reinigung einer Elektrodenanordnung zum Gegenstand, die einen Aufnahmekör per aus einem isolierenden Material umfaßt, an dem minde stens eine Betriebselektrode ausgebildet ist. Bei diesem Verfahren werden auf dem Aufnahmekörper niedergeschlagene Teilchen dadurch entfernt, daß der Aufnahmekörper mittels einer Heizvorrichtung erhitzt wird.

Der Aufnahmekörper kann beispielsweise kontinuierlich oder periodisch erhitzt werden.

Vorteilhaft wird die Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Isolationswiderstand des Aufnahmekörpers betätigt, und zwar derart, daß die Temperatur der Heizvorrichtung mit fallendem Isolationswiderstand des Aufnahmekörpers erhöht wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des Ge genstandes nach der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen.

Zeichnung

Fünf Ausführungsbeispiele der Elektrodenanordnung nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Rohres eines Abgasstrangs eines Dieselmotors mit einer Elektrodenanord nung nach der Erfindung,

Fig. 2 die Elektrodenanordnung nach Fig. 1 in einer de taillierteren schematischen Darstellung,

Fig. 3 eine schematische Projektion eines Aufnahmekörpers der Elektrodenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Aufnahmekörper entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Aufnahmekörper entlang der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt durch den Aufnahmekörper entlang der Linie VI-VI in Fig. 3,

Fig. 7 eine Elektrodenanordnung mit einer Schutzkappe,

Fig. 8 eine hohlkegelförmige Elektrodenanordnung im Längsschnitt,

Fig. 9 eine hohlkegelförmige Elektrodenanordnung mit ei ner Gitterelektrode; und

Fig. 10 einen Faradaybecher einer Elektrodenanordnung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Abgasrohr 1 eines Abgasstrangs eines Dieselmotors dargestellt, in das in radialer Richtung eine Elektrodenanordnung 2 eingeschraubt ist. Die Elektrodenan ordnung 2, die in den Fig. 2 bis 6 detaillierter darge stellt ist, weist eine Fassung 3 aus einem metallischen Werkstoff auf, die mit einem Außengewinde 8 ausgebildet ist, das in ein korrespondierendes Innengewinde des Abgas rohres 1 eingreift.

Die Fassung 3 ist von einem Aufnahmekörper 4 durchgriffen, der aus einem keramischen sowie isolierenden Werkstoff be steht. Der Aufnahmekörper 4 ist hier im wesentlichen stab förmig ausgebildet und weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Mit einem Ende 9 ragt der Aufnahmekörper 4 in das Ab gasrohr 1.

An dem Ende 9 des Aufnahmekörpers 4 sind vier Betriebselek troden 5 ausgebildet, die zur Messung von Rußpartikeln in einem durch das Abgasrohr 1 strömenden Abgas dienen. Die Elektroden 5 sind über in dem Aufnahmekörper 4 eingebettete Durchführungen 6 jeweils mit einem Anschluß 7 verbunden. Die mithin fünf Elektrodenanschlüsse 7 sind mit einer Aus werte- bzw. Steuerelektronik verbindbar.

In dem keramischen Aufnahmekörper 4 ist des weiteren ein im wesentlichen axial ausgerichtetes Heizelement 13 eingebet tet, welches mit zwei Anschlüssen 14 und 15 versehen ist, die außerhalb des Abgasrohrs 1 liegen und über die das Hei zelement 13 mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbindbar ist.

Des weiteren ist an dem Aufnahmekörper 4 eine Prüfelektrode 16 angeordnet, die zur Messung des Isolationswiderstandes des Aufnahmekörpers 4 dient. Die Prüfelektrode 16, die den Aufnahmekörper 4 umgreift, ist über eine Durchführung 17 mit einem Anschluß 18 verbunden, der außerhalb des Abgas rohres 1 liegt. Der Anschluß 18 ist wiederum mit einem Wi derstandesmeßinstrument 19 verbunden, dessen zweiter Ein gang mit einer Anschlußstelle 10 verbunden ist, die an der Fassung 3 ausgebildet ist. So kann mittels des Meßinstru ments 19 der Isolationswiderstand des keramischen Aufnahme körpers 4 zwischen der Prüfelektrode 16 und der Fassung 3 gemessen werden.

Der Isolationswiderstand des Aufnahmekörpers 4 in dem zwi schen der Prüfelektrode 16 und der Fassung 3 liegenden Be reich könnte aber in einer weiteren Ausführung auch über eine Kapazitätsmessung ermittelt werden.

Ebenso ist es auch denkbar, daß mehrere Prüfelektroden ein gesetzt werden.

Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Elektrodenanordnung 2 arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.

Die Betriebselektroden 5 der Elektrodenanordnung 2 dienen zur Messung von Rußpartikeln in einem das Abgasrohr 1 durchströmenden Abgas. Die Messung kann beispielsweise eine Influenzmessung vorbeifliegender, geladener Rußteilchen sein. Wenn sich elektrisch geladene Rußteilchen in dem zwi schen der Prüfelektrode 16 und der Fassung 3 liegendem Be reich des Aufnahmekörpers 4 niederschlagen, verringert sich der elektrische Widerstand dieses Bereiches. Dieser soge nannte Isolationswiderstand wird mittels des Meßinstruments 19 gemessen. Sobald der Isolationswiderstand einen vordefi nierten Schwellenwert unterschreitet, wird eine über die Anschlüsse 14 und 15 mit dem Heizelement 13 verbundene Spannungsquelle aktiviert, so daß der keramische Aufnahme körper 4 geheizt wird, wodurch dessen Oberfläche von den Rußteilchen freigebrannt wird.

In Fig. 7 ist eine alternative Ausführungsform einer Elek trodenanordnung 20 dargestellt. Der Aufbau der Elektroden anordnung 20 entspricht weitgehend demjenigen der Elektro denanordnung nach den Fig. 1 bis 6. Die Elektrodenanord nung 20 weist jedoch nur eine Betriebselektrode 5, welche über eine hier nicht dargestellt Durchführung mit einem An schluß 7 verbunden ist, auf.

Eine Prüfelektrode 16 ist mit einem Anschluß 18 verbunden, und ein nicht dargestelltes, in dem Aufnahmekörper 4 einge bettetes Heizelement ist mit Anschlüssen 14 und 15 verse hen. Der Anschluß 7 der Betriebselektrode 5, der Anschluß 16 der Prüfelektrode 16 und die Anschlüsse 14 und 15 des Heizelements sind jeweils mit einer Leitung 22 verbunden. Die Leitungen 22 sind zunächst in einer hermetisch dicht schließenden Abdeckkappe 23 geführt und münden dann in ei nen Kabelstrang 21, der sich an der dem Aufnahmekörper 4 abgewandten Seite an die Abdeckkappe 23 anschließt. Der Ka belstrang 21 führt zu einer elektronischen Meß- und Steuer einrichtung.

In Fig. 8 ist eine Elektrodenanordnung 30 dargestellt, welche mit einem Aufnahmekörper 31 ausgebildet ist, der im wesentlichen die Form eines abgerundeten Hohlkegels auf weist und ein nicht näher dargestelltes Befestigungsmittel zur Befestigung an einem Abgasstrang umfaßt.

An der Spitze des keramischen Aufnahmekörpers 31 ist eine Betriebselektrode 5 ausgebildet, welche über eine in dem hohlkegelartigen Aufnahmekörper 31 geführte Durchführung 6 mit einem nur schematisch angeordneten Anschluß 7 für eine Meß- bzw. Steuereinheit verbunden ist. Das Befestigungsmit tel liegt an dem der Betriebselektrode 5 abgewandten Ende der Elektrodenanordnung 30.

Am Umfang des Aufnahmekörpers 31, der einen Hohlraum 32 aufweist, ist des weiteren eine im wesentlichen ringförmige Prüfelektrode 16 ausgebildet, die über eine in dem hohlke gelförmigen Aufnahmekörper 31 geführte Durchführung 17 mit einer ebenfalls nur schematisch angedeuteten Anschlußstelle 18 für ein Meßinstrument verbunden ist.

Innerhalb des Hohlraumes 32 ist des weiteren eine hier nicht dargestellte Heizvorrichtung für den Aufnahmekörper 31 angeordnet.

In Fig. 9 ist stark vereinfacht eine Elektrodenanordnung 40 dargestellt, deren Aufbau im wesentlichen demjenigen der Elektrodenanordnung nach Fig. 8 entspricht. Jedoch ist bei der Elektrodenanordnung 40 an der Spitze eines keramischen Aufnahmekörpers 41 eine gitterförmige Elektrode 42 zur Auf ladung von Rußteilchen ausgebildet.

Des weiteren ist in Fig. 9 schematisch ein Heizelement 43 mit zwei Anschlüssen 14 und 15 dargestellt, das in den Hohlraum des hohlkegelförmigen Aufnahmekörpers 41 in Rich tung eines Pfeils F einschiebbar ist und zum Aufheizen des Aufnahmekörpers 41 dient.

In Fig. 10 ist eine becherförmige Elektrode 50 darge stellt, welche als Faradaybecher zur Ladungsmessung von Rußteilchen dient und an einem Aufnahmekörper einer Elek trodenanordnung, beispielsweise an dem Aufnahmekörper nach Fig. 9 anstelle des Gitters, befestigbar ist.

Die Funktionsweise der Elektrodenanordnungen nach den Fig. 7 bis 10 entspricht jeweils im wesentlichen derjenigen der Elektrodenanordnung nach den Fig. 1 bis 6.

Claims

1. Elektrodenanordnung, insbesondere zum Einbau in eine Abgasleitung, mit einem Aufnahmekörper (4; 31; 41) aus einem isolierenden Material, an dem mindestens eine Be triebselektrode (5; 42; 50) angeordnet ist, dadurch ge kennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (4; 31; 42) mit einer Heizvorrichtung (13; 43) ausgebildet ist.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Heizvorrichtung (13) in dem Aufnahme körper (4) eingebettet ist.

3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Heizvorrichtung (43) in einem Hohl raum des Aufnahmekörpers (41) angeordnet ist.

4. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (16) zur Messung eines Isolationswiderstandes des Aufnahmekörpers (4; 31; 41).

5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorrichtung zur Messung des Isolati onswiderstandes mindestens eine Prüfelektrode (16) um faßt, die zwischen einem ersten Aufnahmekörperende (9), an dem die mindestens eine Betriebselektrode (5) ange ordnet ist, und einem Befestigungsbereich (8) der Elek trodenanordnung liegt.

6. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Fassung (8) zur Befestigung an einem Abgasstrang (1).

7. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebselektrode (42) ein Gitter (42) umfaßt.

8. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebselektrode (50) becherförmig ausgebildet ist.

9. Verfahren zur Reinigung einer Elektrodenanordnung, die einen Aufnahmekörper (4; 31; 41) aus einem isolierenden Material umfaßt, an dem mindestens eine Betriebselek trode (5; 42; 50) ausgebildet ist, wobei auf dem Auf nahmekörper (5; 42; 50) niedergeschlagene Partikel ent fernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahme körper (5; 42; 50) mittels einer Heizvorrichtung (13; 43) erhitzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (4; 31; 41) kontinuierlich erhitzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (4; 31; 41) periodisch erhitzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolationswiderstand des Auf nahmekörpers (4; 31; 41) gemessen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (13; 43) in Abhängigkeit von dem Isolationswiderstand betätigt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Heizvorrichtung (13; 43) mit fallen dem Isolationswiderstand des Aufnahmekörpers (4; 31; 41) erhöht wird.