DE102009051505B3 - Soot sensor for use in exhaust pipe of internal combustion engine i.e. diesel engine, has light detector arranged at side of transparent body and detecting light scattered from soot layer, where side is formed opposite to another side - Google Patents

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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials

Abstract

The sensor (1) has an optical transparent body (10) e.g. sapphire glass plate, and a transparent body side (16) at which beam of light irradiated from a light source (4) is reflected. A soot layer is attached at the side. A light detector (6) is arranged at another side (18) of the transparent body, where the latter side is formed opposite to the former side. The light detector detects the light that is scattered from the soot layer. The light source is formed as a laser, and includes ring-shaped heating element at the former side of the transparent body. The body is made of sapphire crystal. An independent claim is also included for a soot particle collection method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rußsensor, eine Abgasvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Rußsensor sowie ein Rußpartikelerfassungsverfahren.The present invention relates to a soot sensor, an exhaust device of an internal combustion engine having a soot sensor, and a soot particle detection method.

Rußpartikelsensoren werden beispielsweise im Abgassystem einer Brennkraftmaschine verwendet. Insbesondere werden Rußsensoren in Strömungsrichtung des Abgases hinter einem Partikelfilter eines Dieselmotors eingesetzt. Die dort eingesetzten Rußsensoren erkennen beispielsweise einen Filterbruch des Rußpartikelfilters oder eine vollständige Beladung des Rußpartikelfilters. Eine Messung eines Rußpartikelanteils in dem Abgas kann mittels elektrischen Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels Widerstandsmessung oder Impedanzmessung. Weiterhin kann die Messung des Rußparitkelanteils mit thermischen Verfahren erfolgen. Bei diesen Verfahren wird eine Änderung von thermischen Eigenschaften erkannt, beispielsweise eine Veränderung eines Wärmeübergangs aufgrund einer Rußschicht.Soot particle sensors are used for example in the exhaust system of an internal combustion engine. In particular, soot sensors are used in the flow direction of the exhaust gas behind a particulate filter of a diesel engine. The soot sensors used there, for example, detect a filter breakage of the soot particle filter or a complete loading of the soot particle filter. A measurement of a proportion of soot particles in the exhaust gas can be carried out by means of electrical methods, for example by means of resistance measurement or impedance measurement. Furthermore, the measurement of the Rußparitkelanteils can be done with thermal processes. In these methods, a change in thermal properties is recognized, for example, a change in heat transfer due to a soot layer.

Ein optischer Rußsensor ist aus der WO 2005/024400 A1 bekannt. Dieser Rußpartikelsensor weist eine Lichtquelle, ein lichtleitendes Element mit einer Grenzfläche sowie einen Lichtdetektor auf. Die Grenzfläche reflektiert aus dem inneren des Elements einfallendes Licht der Lichtquelle mit einem Reflexionsvermögen, das von einer äußeren Belegung der Grenzfläche mit einer Rußschicht abhängig ist. Der Lichtdetektor wird mit dem reflektierten Licht beleuchtet. Dementsprechend misst dieser Rußsensor eine Störung der Reflexion durch Rußpartikel an einem Übergang von einem optisch transparenten Körper in das Abgas.An optical soot sensor is from the WO 2005/024400 A1 known. This soot particle sensor has a light source, a photoconductive element having an interface, and a light detector. The interface reflects from the interior of the element incident light of the light source with a reflectivity that is dependent on an external occupation of the interface with a soot layer. The light detector is illuminated with the reflected light. Accordingly, this soot sensor measures a disturbance of the reflection by soot particles at a transition from an optically transparent body into the exhaust gas.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung und dieses Verfahrens ist, dass eine Abschwächung einer Lichtintensität ausgewertet wird. Dies bedeutet, dass eine Änderung eines Signals wie die Gesamtintensität des Lichts detektiert werden muss. Schwankungen in der von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtintensität führen somit beispielsweise zu Fehlern in der Erkennung einer Rußschicht. Dadurch wird das Verfahren ungenau.A disadvantage of this device and this method is that an attenuation of a light intensity is evaluated. This means that a change of a signal like the total intensity of the light has to be detected. Fluctuations in the light intensity emitted by the light source thus lead, for example, to errors in the detection of a soot layer. This makes the process inaccurate.

Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Optimierung eines optischen Rußpartikelsensors im Hinblick auf die Genauigkeit sowie das Bereitstellen einer entsprechenden Abgasvorrichtung und eines entsprechenden Rußpartikelerfassungsverfahrens.The technical object of the present invention is therefore to optimize an optical particulate soot sensor in terms of accuracy and to provide a corresponding exhaust device and a corresponding particulate matter detection method.

Die oben genannten Aufgaben werden durch einen erfindungsgemäßen Rußsensor gemäß Anspruch 1, eine Abgasvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rußsensor gemäß Anspruch 6 sowie einem Rußpartikelerfassungverfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen sowie den Unteransprüchen hervor.The above objects are achieved by a soot sensor according to the invention according to claim 1, an exhaust device of an internal combustion engine with a soot sensor according to the invention according to claim 6 and a soot particle detection method according to claim 7. Further advantageous embodiments will become apparent from the description, the drawings and the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Rußsensor umfasst eine Lichtquelle, einen optisch transparenten Körper mit einer ersten Seite, an der von der Lichtquelle eingestrahltes Licht reflektiert wird und an der eine Rußschicht anlagerbar ist, sowie einen Lichtdetektor, der an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des optisch transparenten Körpers angeordnet ist und mit dem von der Rußschicht gestreutes Licht detektierbar ist.A soot sensor according to the invention comprises a light source, an optically transparent body having a first side on which light emitted by the light source is reflected and to which a soot layer can be deposited, and a light detector which is located on a second side of the optically transparent body opposite the first side is arranged and is detectable with the light scattered by the soot layer of light.

Der Rußsensor besteht aus einer Lichtquelle, einem optisch transparenten Körper, sowie einem Lichtdetektor. Die Lichtquelle strahlt Licht in den optisch transparenten Körper ein, beispielsweise an einer ersten Stirnseite einer Glasplatte oder Saphirglasplatte. Das eingestrahlte Licht wird an einer ersten Seite des optisch transparenten Körpers reflektiert und tritt aus dem optisch transparenten Körper aus, beispielsweise an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite der Glasplatte oder der Saphirglasplatte. Eine Strahlfalle fängt den aus dem optisch transparenten Körper ausgetretenen Lichtstrahl ein.The soot sensor consists of a light source, an optically transparent body, and a light detector. The light source irradiates light in the optically transparent body, for example on a first end face of a glass plate or sapphire glass plate. The irradiated light is reflected on a first side of the optically transparent body and exits from the optically transparent body, for example on a second end face of the glass plate or the sapphire glass plate opposite the first end face. A beam trap intercepts the light beam emitted from the optically transparent body.

Der Lichtdetektor ist an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des optisch transparenten Körpers angeordnet und erfasst eine Lichtintensität. Die Anordnung erfolgt in der Weise, dass der Lichtdetektor das an der ersten Seite reflektierte Licht nicht erfassen kann.The light detector is arranged on a second side of the optically transparent body opposite the first side and detects a light intensity. The arrangement is such that the light detector can not detect the light reflected on the first side.

Hat sich an der ersten Seite des optisch transparenten Körpers eine Rußschicht angelagert, wird das Licht in dem optisch transparenten Körper aufgrund der Rußschicht gestreut. Dadurch gelangt ein Teil des Lichts zum Lichtdetektor.If a soot layer has deposited on the first side of the optically transparent body, the light is scattered in the optically transparent body due to the soot layer. As a result, a portion of the light reaches the light detector.

Ein Vorteil dieses Rußsensors ist, dass nicht die Abschwächung des Lichts durch die Rußschicht auf der reflektierenden Fläche gemessen wird, sondern die Intensität des aufgrund der Rußschicht gestreuten Lichts. Wie oben ausgeführt erfolgt die Messung der Intensität des gestreuten Lichts an einer Stelle, an die kein reflektiertes Licht gelangen kann. Daher ist die durch den Lichtdetektor gemessene Lichtintensität ohne Rußschicht annähernd Null. Ist aber die erste Seite des optisch transparenten Körpers mit einer Rußschicht belegt, führt dies zu einer Streuung des Lichts, die mit dem Lichtdetektor detektiert wird.An advantage of this soot sensor is that it does not measure the attenuation of the light by the soot layer on the reflecting surface, but the intensity of the light scattered due to the soot layer. As stated above, the intensity of the scattered light is measured at a location where no reflected light can reach. Therefore, the light intensity without soot layer measured by the light detector is approximately zero. But if the first side of the optically transparent body is covered with a soot layer, this leads to a scattering of the light, which is detected by the light detector.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass sie nur minimale Anforderungen an die Genauigkeit und Stabilität der Lichtquelle und des Lichtdetektors im Vergleich zum Stand der Technik stellt, da die Lichtstreuung durch eine Rußschicht nur geringfügig von anderen Streueffekten überlagert wird.Another advantage of this arrangement is that it places only minimal demands on the accuracy and stability of the light source and the light detector compared to the prior art, since the light scattering by a layer of soot is only slightly superimposed by other scattering effects.

In einer bevorzugten Ausführungsform tritt an der ersten Seite eine Totalreflexion des eingestrahlten Lichts auf. Ein Vorteil der Totalreflexion ist, dass kein Licht an der ersten Seite aus dem optisch transparenten Körper austritt, beispielsweise in eine Abgasvorrichtung einer Brennkraftmaschine. Auf diese Weise wird vermieden, dass beispielsweise eine Wand der Abgasvorrichtung Licht streut. Diese Lichtstreuung aufgrund der Wand der Abgasvorrichtung würde wiederum von dem Lichtdetektor erkannt und so eine im Vergleich zur Totalreflexion erhöhte Grundlichtintensität verursachen. Daher kann bei Vorliegen von Totalreflexion an der ersten Seite des optisch transparenten Körpers die Genauigkeit des Rußsensors im Vergleich zu keiner Totalreflexion weiter erhöht werden.In a preferred embodiment, a total reflection of the incident light occurs on the first side. An advantage of total reflection is that no light exits the optically transparent body on the first side, for example in an exhaust device of an internal combustion engine. In this way it is avoided that, for example, a wall of the exhaust device scatters light. This light scattering due to the wall of the exhaust device would in turn be detected by the light detector and thus cause a compared to the total reflection increased base light intensity. Therefore, in the case of total reflection on the first side of the optically transparent body, the accuracy of the soot sensor can be further increased as compared with no total reflection.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Rußsensor ein Heizelement aufweist. Mit dem Heizelement ist die erste Seite des optisch transparenten Körpers beheizbar, sodass insbesondere die dort angelagerte Rußschicht entfernbar ist. Beispielsweise kann dies mittels Freibrennen durch das Heizelement erfolgen. Das Heizelement kann beispielsweise ringförmig sein oder eine Mäanderstruktur aufweisen.It is furthermore advantageous if the soot sensor has a heating element. With the heating element, the first side of the optically transparent body can be heated, so that in particular the soot layer deposited there can be removed. For example, this can be done by means of burnout by the heating element. The heating element may for example be annular or have a meandering structure.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle des Rußsensors ein Laser. Ein Laserlichtstrahl ist im Vergleich zu einem Lichtstrahl einer herkömmlichen Lichtquelle schmal. Aufgrund des schmalen Laserlichtstrahls im Vergleich zu einem herkömmlichen Lichtstrahl kann der optisch transparente Körper kleiner gestaltet werden. Zudem ist eine Fläche, an der der Laserlichtstrahl die erste Seite des optisch transparenten Körpers trifft und an dieser reflektiert wird kleiner im Vergleich zu einem herkömmlichen Lichtstrahl. Im Folgenden wird dieser Bereich allgemein als Reflexionsfläche bezeichnet. Die im Vergleich zu einem herkömmlichen Lichtstrahl kleiner Reflexionsfläche aufgrund des Laserlichtstrahls erlaubt eine einfache Reinigung der berußten Fläche mittels eines ringförmigen Heizbereichs.In a preferred embodiment, the light source of the soot sensor is a laser. A laser light beam is narrow in comparison with a light beam of a conventional light source. Due to the narrow laser light beam compared to a conventional light beam, the optically transparent body can be made smaller. In addition, an area where the laser light beam strikes and reflects at the first side of the optically transparent body is smaller in comparison with a conventional light beam. In the following, this area is generally referred to as a reflection surface. The small reflection area due to the laser light beam compared with a conventional light beam allows easy cleaning of the exposed area by means of an annular heating area.

Weiterhin vorteilhaft ist die Verwendung von Saphirglas für den optisch transparenten Körper. Aufgrund des Saphirglases ist eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Temperatur- und Alterungsbeständigkeit erzielbar.Also advantageous is the use of sapphire glass for the optically transparent body. Due to the sapphire glass increased compared to the prior art temperature and aging resistance can be achieved.

Eine Abgasvorrichtung einer Brennkraftmaschine weist einen erfindungsgemäßen Rußsensor auf. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich beispielsweise um einen Dieselmotor. In der Abgasvorrichtung des Dieselmotors ist weiterhin ein Rußpartikelfilter angeordnet. In Strömungsrichtung hinter dem Rußpartikelfilter befindet sich dann der erfindungsgemäße Rußsensor, mit den oben geschriebenen Vorteilen. Ein optisch transparenter Körper des Rußsensors ist beispielsweise tangential an einem Ausschnitt der Abgasvorrichtung angeordnet.An exhaust device of an internal combustion engine has a soot sensor according to the invention. The internal combustion engine is, for example, a diesel engine. In the exhaust device of the diesel engine, a soot particle filter is further arranged. In the flow direction behind the soot particle filter is then the soot sensor according to the invention, with the advantages described above. An optically transparent body of the soot sensor is, for example, arranged tangentially on a section of the exhaust device.

Ein Rußpartikelerfassungsverfahren verwendet einen erfindungsgemäßen Rußsensor und weist die folgenden Schritte auf: Einstrahlen von Licht von einer Lichtquelle in einen optisch transparenten Körper, Reflektieren des eingestrahlten Lichts an einer ersten Seite des optisch transparenten Körpers, Anlagern einer Rußschicht an der ersten Seite des optisch transparenten Körpers und Detektieren des an der ersten Seite gestreuten Lichts mittels eines Lichtdetektors an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des optisch transparenten Körpers.A soot particle detection method uses a soot sensor according to the present invention, and comprises the steps of irradiating light from a light source into an optically transparent body, reflecting the irradiated light on a first side of the optically transparent body, depositing a soot layer on the first side of the optically transparent body, and Detecting the light scattered at the first side by means of a light detector at a second side of the optically transparent body opposite the first side.

Licht wird von einer Lichtquelle in einen optisch transparenten Körper eingestrahlt und an einer ersten Seite des optisch transparenten Körpers reflektiert. An einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des optisch transparenten Körpers ist ein Lichtdetektor angeordnet. Beispielsweise befindet sich der Lichtdetektor gegenüber einer Fläche, an der das eingestrahlte Licht reflektiert wird (Reflexionsfläche).Light is irradiated by a light source into an optically transparent body and reflected on a first side of the optically transparent body. On one of the first side opposite the second side of the optically transparent body, a light detector is arranged. For example, the light detector is located opposite to a surface on which the incident light is reflected (reflection surface).

Wird eine Rußschicht an der ersten Seite des optisch transparenten Körpers angelagert, tritt neben der Reflexion des eingestrahlten Lichts an der ersten Seite eine Streuung des Lichts auf. Diese Streuung ist durch die Rußpartikelschicht hervorgerufen. Eine Intensität der auftretenden Lichtstreuung wird mittels des Lichtdetektors erfasst.If a soot layer is deposited on the first side of the optically transparent body, scattering of the light occurs in addition to the reflection of the incident light on the first side. This scattering is caused by the soot particle layer. An intensity of the occurring light scattering is detected by means of the light detector.

Die Vorteile dieses Aufbaus wurden bereits weiter oben beschrieben, sodass sie an dieser Stelle nicht wiederholt werden. Das Rußpartikelerfassungsverfahren weist ebenfalls die oben beschriebenen Vorteile auf.The advantages of this design have already been described above, so they will not be repeated here. The soot particle detection method also has the advantages described above.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das eingestrahlte Licht an der ersten Seite total reflektiert. Aufgrund der Totalreflexion ist die Genauigkeit des Verfahrens im Vergleich zu keiner Totalreflexion steigerbar, wie bereits oben dargelegt.In an advantageous embodiment, the incident light is totally reflected at the first side. Due to the total reflection, the accuracy of the method is steigerbar compared to no total reflection, as already stated above.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rußpartikelerfassungsverfahren den weiteren Schritt auf: Beheizen der ersten Seite des optisch transparenten Körpers mit einem Heizelement, sodass die angelagerte Rußschicht entfernbar ist. Das Heizelement kann in Abhängigkeit von einem für den optisch transparenten Körper verwendeten Material auf der ersten Seite des optisch transparenten Körpers oder in der Nähe des optisch transparenten Körpers angeordnet sein. Wird als Lichtquelle ein Laser verwendet, kann das Heizelement insbesondere ringförmig sein und sich um die Reflexionsfläche herum erstrecken.In a preferred embodiment, the soot particle detection method comprises the further step of: heating the first side of the optically transparent body with a heating element so that the deposited soot layer is removable. The heating element may be arranged on the first side of the optically transparent body or in the vicinity of the optically transparent body depending on a material used for the optically transparent body. If a laser is used as the light source, the heating element may in particular be annular and extend around the reflection surface.

Besonders bevorzugt ist das Rußpartikelerfassungsverfahren, das die weiteren Schritte aufweist: Erfassen einer ersten Streulichtintensität mittels Lichtdetektor vor dem Beheizen der ersten Seite, Erfassen einer zweiten Streulichtintensität mittels Lichtdetektor nach dem Beheizen der ersten Seite, Erfassen einer Temperatur an der ersten Seite nach dem Beheizen, Ermitteln einer Zusammensetzung der Rußschicht, insbesondere eines Kohlenstoffanteils, in einer Auswerteeinheit aufgrund eines Vergleichs der erfassten ersten und zweiten Streulichtintensität unter Berücksichtigung der erfassten Temperatur. Particularly preferred is the soot particulate detection method, comprising the further steps of: detecting a first scattered light intensity by means of light detector before heating the first side, detecting a second scattered light intensity by means of light detector after heating the first side, detecting a temperature on the first side after heating, determining a composition of the soot layer, in particular a carbon fraction, in an evaluation unit based on a comparison of the detected first and second scattered light intensity taking into account the detected temperature.

Mit Hilfe dieser Verfahrensschritte kann eine Zusammensetzung der Rußschicht ermittelt werden. Das Heizelement kann als Temperatursensor verwendet werden, wenn es nicht heizt. In der Auswerteeinheit kann beispielsweise ein Kennfeld hinterlegt sein. Mit diesem Kennfeld können in Abhängigkeit der nach dem Beheizen der ersten Seite vorhandenen zweiten Streulichtintensität unter Berücksichtigung der ersten Streulichtintensität und aufgrund der maximal an der ersten Seite erreichten Temperatur Rückschlüsse auf eine Zusammensetzung der Rußschicht getroffen werden.With the aid of these method steps, a composition of the soot layer can be determined. The heating element can be used as a temperature sensor when it is not heating. In the evaluation, for example, a map can be stored. Depending on the second scattered light intensity existing after the heating of the first side, taking into account the first scattered light intensity and the maximum temperature reached on the first side, it is possible with this characteristic map to draw conclusions about a composition of the soot layer.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben.In the following, the present invention will be described in detail with reference to the drawings with reference to an embodiment.

Es zeigen:Show it:

1: eine schematische Darstellung eines Rußsensors und 1 a schematic representation of a soot sensor and

2: einen schematischen Verfahrensablauf eines Rußpartikelerfassungsverfahrens. 2 : A schematic process flow of a soot particulate detection method.

Ein erfindungsgemäßer Rußsensor ist beispielsweise in einer Abgasvorrichtung einer Brennkraftmaschine angeordnet, insbesondere an einem Abgasrohr eines Dieselmotors. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Rußsensors 1, der an einem Abgasrohr 2 angeordnet ist. Ein optisch transparenter Körper 10 ist tangential an einem Ausschnitt des Abgasrohres 2 angeordnet, so dass eine erste Seite 16 zumindest teilweise von einem im Betrieb der Brennkraftmaschine durch das Abgasrohr 2 strömenden Abgasstrom überströmt wird.An inventive soot sensor is arranged for example in an exhaust device of an internal combustion engine, in particular on an exhaust pipe of a diesel engine. 1 shows a schematic representation of the soot sensor 1 that is attached to an exhaust pipe 2 is arranged. An optically transparent body 10 is tangent to a section of the exhaust pipe 2 arranged so that a first page 16 at least partially of one during operation of the internal combustion engine through the exhaust pipe 2 flowing stream of exhaust gas is flowed over.

Licht wird von einer Lichtquelle 4 durch eine erste Stirnseite 12 in den optisch transparenten Körper 10 eingestrahlt. Der optisch transparente Körper ist beispielsweise eine Glasplatte, vorzugsweise eine Saphirglasplatte.Light is from a light source 4 through a first end face 12 in the optically transparent body 10 irradiated. The optically transparent body is for example a glass plate, preferably a sapphire glass plate.

Das von der Lichtquelle 4 eingestrahlte Licht wird an einer ersten Seite 16 des optisch transparenten Körpers 10 reflektiert. Die Fläche an der das Licht reflektiert wird, wird als Reflexionsfläche 20 bezeichnet. Bei der Lichtquelle 4 handelt es sich insbesondere um einen Laser. Ein Lichtstrahl eines Lasers ist schmaler als ein Lichtstrahl einer herkömmlichen Lichtquelle. Somit kann die Reflexionsfläche 20 bei Verwendung eines Lasers als Lichtquelle 4 kleiner gestaltet werden im Vergleich zu einer Reflexionsfläche 20 bei Verwendung einer herkömmlichen Lichtquelle 4.That from the light source 4 incident light is on a first page 16 of the optically transparent body 10 reflected. The area where the light is reflected becomes a reflection surface 20 designated. At the light source 4 it is in particular a laser. A light beam of a laser is narrower than a light beam of a conventional light source. Thus, the reflection surface 20 when using a laser as a light source 4 be made smaller compared to a reflection surface 20 when using a conventional light source 4 ,

Weiterhin tritt an der ersten Seite 16 des optisch transparenten Körpers 10 eine Totalreflexion des Lichtstrahls auf, sodass bei einer Rußschichtfreien ersten Seite 16 praktisch kein Licht in das Abgasrohr 2 austritt, sondern vollständig reflektiert wird. Das reflektierte Licht tritt an einer der ersten Stirnseite 12 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 14 des optisch transparenten Körpers 10 aus und läuft in eine Strahlfalle 8.Continue occurs on the first page 16 of the optically transparent body 10 a total reflection of the light beam, so that in a soot-free first page 16 practically no light in the exhaust pipe 2 but it is completely reflected. The reflected light occurs at one of the first end face 12 opposite second end face 14 of the optically transparent body 10 off and runs into a jet trap 8th ,

Im Betrieb des Dieselmotors strömt Abgas mit einem Rußanteil durch das Abgasrohr 2 und über den Rußsensor 1. Eine Rußschicht lagert sich an der ersten Seite 16 des optisch transparenten Körpers 10 in dem überströmten Bereich ab.During operation of the diesel engine exhaust gas flows with a proportion of soot through the exhaust pipe 2 and about the soot sensor 1 , A layer of soot is deposited on the first side 16 of the optically transparent body 10 in the overflowed area.

Das eingestrahlte Licht tritt an der Reflexionsfläche 20 in Wechselwirkung mit der an der ersten Seite 16 angelagerten Rußschicht. Für diese Wechselwirkung muss die Rußschicht der ersten Seite 16 des optisch transparenten Körpers 10 näher sein als ungefähr eine Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. Das eingestrahlte Licht weist insbesondere eine Wellenlänge unter 500 nm auf.The incident light occurs at the reflection surface 20 interacts with the one on the first page 16 deposited soot layer. For this interaction, the soot layer must be the first side 16 of the optically transparent body 10 be closer than about one wavelength of the incident light. In particular, the irradiated light has a wavelength below 500 nm.

Aufgrund der Rußschicht an der ersten Seite 16 des optisch transparenten Körpers tritt eine Streuung des Lichts an der Reflexionsfläche 20 auf. Auf diese Weise gelangt nun auch Licht an den Detektor 6, der gegenüber der Reflexionsfläche 20 an einer zweiten Seite 18 des optisch transparenten Körpers 10 angeordnet ist.Due to the soot layer on the first side 16 of the optically transparent body, a scattering of the light occurs at the reflection surface 20 on. In this way, light now reaches the detector 6 , the opposite of the reflection surface 20 on a second page 18 of the optically transparent body 10 is arranged.

Um die Reflexionsfläche 20 herum ist ein Heizelement (nicht dargestellt) angeordnet. Insbesondere bei der Verwendung eines Lasers als Lichtquelle 4 kann das Heizelement ringförmig um die Reflexionsfläche 20 herum angeordnet sein. Dadurch ist eine Reinigung der Reflexionsfläche mittels Freibrennen durch den ringförmigen Heizbereich sichergestellt.Around the reflection surface 20 around a heating element (not shown) is arranged. Especially when using a laser as a light source 4 the heating element can ring around the reflection surface 20 be arranged around. As a result, a cleaning of the reflection surface is ensured by means of burnout through the annular heating area.

In 2 ist ein schematischer Verfahrensablauf eines Rußpartikelerkennungsverfahrens dargestellt. In einem Schritt A wird Licht von einer Lichtquelle in einen optisch transparenten Körper eingestrahlt, beispielsweise von einem Laser mit einer Lichtwellenlänge unter 500 nm. Der optisch transparente Körper ist eine Glasplatte oder vorzugsweise eine Saphirglasplatte in die das Licht durch eine erste Stirnseite eingestrahlt wird.In 2 a schematic process flow of a soot particulate detection method is shown. In a step A, light from a light source is irradiated into an optically transparent body, for example, a laser having a light wavelength below 500 nm. The optically transparent body is a glass plate or preferably a sapphire glass plate into which the light is irradiated through a first end face.

Das eingestrahlte Licht wird an einer ersten Seite des optisch transparenten Körpers reflektiert (Schritt B) und verlässt den optisch transparenten Körper an einer zweiten Stirnseite. Die zweite Stirnseite des optisch transparenten Körpers liegt der ersten Stirnseite des optisch transparenten Körpers gegenüber. Nach dem Austritt des Lichts aus dem optisch transparenten Körper wird das Licht in einer Strahlfalle gefangen.The irradiated light is reflected on a first side of the optically transparent body (step B) and leaves the optically transparent body on a second end side. The second end face of the optically transparent body lies opposite the first end face of the optically transparent body. After the light emerges from the optically transparent body, the light is trapped in a beam trap.

Die Fläche an der das Licht an der ersten Seite des optisch transparenten Körpers reflektiert wird, wird als Reflektionsfläche bezeichnet. Gegenüber der Reflektionsfläche ist an einer zweiten Seite des optisch transparenten Körpers ein Lichtdetektor angeordnet. Der Aufbau des Rußsensors ist insbesondere so, dass eine Totalreflexion des Lichts an der ersten Seite des optisch transparenten Körpers auftritt. Dementsprechend detektiert der Lichtdetektor kein Licht, wenn keine Rußschicht an der ersten Seite des optisch transparenten Körpers angelagert ist, insbesondere an der Reflexionsfläche.The surface on which the light is reflected on the first side of the optically transparent body is called a reflection surface. Opposite the reflection surface, a light detector is arranged on a second side of the optically transparent body. The structure of the soot sensor is in particular such that a total reflection of the light occurs on the first side of the optically transparent body. Accordingly, the light detector does not detect light when no soot layer is deposited on the first side of the optically transparent body, particularly at the reflection surface.

In einem Schritt C lagert sich eine Rußschicht an der ersten Seite des optisch transparenten Körpers ab, beispielsweise während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasvorrichtung der Rußsensor angeordnet ist. Aufgrund der sich anlagernden Rußschicht wird das Licht an der Reflektionsfläche gestreut. Durch die Streuung gelangt Licht zu dem Lichtdetektor. Der Lichtdetektor detektiert in einem Schritt D eine Lichtintensität des gestreuten Lichts.In a step C, a soot layer deposits on the first side of the optically transparent body, for example during operation of an internal combustion engine, in the exhaust device of which the soot sensor is arranged. Due to the accumulating soot layer, the light is scattered at the reflection surface. The scattering causes light to reach the light detector. The light detector detects a light intensity of the scattered light in a step D.

Nach Ablauf einer vorbestimmbaren Zeit oder in Abhängigkeit von einem vorbestimmbaren Grenzwert für die durch den Lichtdetektor erfasste Lichtintensität, kann die erste Seite des optisch transparenten Körpers mittels eines Heizelements beheizt werden (Schritt E). Auf diese Weise erfolgt ein Freibrennen des optisch transparenten Körpers, insbesondere wird die Rußschicht an der Reflexionsfläche entfernt.After a predeterminable time or as a function of a predeterminable limit value for the light intensity detected by the light detector, the first side of the optically transparent body can be heated by means of a heating element (step E). In this way, a burn-out of the optically transparent body, in particular, the soot layer is removed at the reflection surface.

Vor dem Beheizen der ersten Seite des optisch transparenten Körpers erfolgt in einem Schritt F das Erfassen einer ersten Streulichtintensität durch den Lichtdetektor. In einem ursprünglichen Ausgangszustand des Rußsensors und bei Totalreflexion des Lichts ist die Streulichtintensität Null. Die vom Lichtdetektor detektierte Streulichtintensität steigt in Abhängigkeit von der angelagerten Rußschicht.Before the heating of the first side of the optically transparent body takes place in a step F, the detection of a first scattered light intensity by the light detector. In an original initial state of the soot sensor and in total reflection of the light, the scattered light intensity is zero. The scattered light intensity detected by the light detector increases as a function of the deposited soot layer.

In einem Schritt E wird die erste Seite beheizt und die dort angelagerte Rußschicht mindestens teilweise entfernt. Das Heizelement wird abgeschaltet und eine Temperatur der ersten Seite des optisch transparenten Körpers wird mittels eines Temperatursensors erfasst (Schritt H). Bei dem Temperatursensor handelt es sich insbesondere um das ausgeschaltete Heizelement.In a step E, the first side is heated and the soot layer deposited there is at least partially removed. The heating element is turned off and a temperature of the first side of the optically transparent body is detected by means of a temperature sensor (step H). The temperature sensor is in particular the switched-off heating element.

Weiterhin wird eine zweite Streulichtintensität mittels Lichtdetektor nach dem Beheizen erfasst (Schritt G). Die erfassten ersten und zweiten Streulichtintensitäten sowie die gemessene Temperatur werden an eine Auswerteeinheit übermittelt. Aufgrund eines Vergleichs der erfassten ersten und zweiten Streulichtintensitäten in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur kann beispielsweise über ein Kennfeld in der Auswerteeinheit die Zusammensetzung der Rußschicht bestimmt werden, insbesondere ein Kohlenstoffanteil in der Rußschicht.Furthermore, a second scattered light intensity is detected by means of light detector after heating (step G). The detected first and second scattered light intensities and the measured temperature are transmitted to an evaluation unit. On the basis of a comparison of the detected first and second scattered light intensities as a function of the detected temperature, the composition of the soot layer, for example a carbon fraction in the soot layer, can be determined for example via a characteristic diagram in the evaluation unit.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Rußsensorsoot sensor
22
Abgasrohrexhaust pipe
44
Lichtquellelight source
66
Lichtdetektorlight detector
88th
Strahlfallebeam trap
1010
Optisch transparenter KörperOptically transparent body
1212
Erste StirnseiteFirst front page
1414
Zweite StirnseiteSecond front side
1616
Erste SeiteFirst page
1818
Zweite SeiteSecond page
2020
Reflexionsflächereflecting surface

Claims (7)

Rußsensor (1), umfassend: a) eine Lichtquelle (4), b) einen optisch transparenten Körper (10) mit einer ersten Seite (16), an der von der Lichtquelle (4) eingestrahltes Licht reflektiert wird und an der eine Rußschicht anlagerbar ist, sowie c) einen Lichtdetektor (6), der an einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (18) des optisch transparenten Körpers (10) angeordnet ist und mit dem von der Rußschicht gestreutes Licht detektierbar ist.Soot sensor ( 1 ), comprising: a) a light source ( 4 ), b) an optically transparent body ( 10 ) with a first page ( 16 ), from the light source ( 4 ) incident light is reflected and to which a soot layer is attachable, and c) a light detector ( 6 ) on one of the first pages ( 16 ) opposite second side ( 18 ) of the optically transparent body ( 10 ) and is detectable with the light scattered by the soot layer. Rußsensor (1) gemäß Anspruch 1, dessen Lichtquelle (4) ein Laser ist und der ein ringförmiges Heizelement an der ersten Seite (16) des optisch transparenten Körpers (10) aufweist.Soot sensor ( 1 ) according to claim 1, whose light source ( 4 ) is a laser and the one annular heating element on the first side ( 16 ) of the optically transparent body ( 10 ) having. Rußsensor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen optisch transparenter Körper (10) ein Saphirglas aufweist.Soot sensor ( 1 ) according to one of the preceding claims, whose optically transparent body ( 10 ) has a sapphire crystal. Abgasvorrichtung einer Brennkraftmaschine, die einen Rußsensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.Exhaust device of an internal combustion engine, which is a soot sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 3. Rußpartikelerfassungsverfahren, das einen Rußsensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 verwendet und die folgenden Schritte aufweist: a) Einstrahlen (A) von Licht von einer Lichtquelle (4) in einen optisch transparenten Körper (10), b) Reflektieren (B) des eingestrahlten Lichts an einer ersten Seite (16) des optisch transparenten Körpers (10), c) Anlagern (C) einer Rußschicht an der ersten Seite (16) des optisch transparenten Körpers (10) und d) Detektieren (D) des an der ersten Seite (16) gestreuten Lichts mittels eines Lichtdetektors (6) an einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (18) des optisch transparenten Körpers (10).Soot particulate detection method using a soot sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 3 and comprises the following steps: a) radiating (A) light from a light source ( 4 ) in an optically transparent body ( 10 b) reflecting (B) the irradiated light on a first side ( 16 ) of the optically transparent body ( 10 c) attaching (C) a soot layer on the first side ( 16 ) of the optically transparent body ( 10 ) and d) detecting (D) of the first page ( 16 ) scattered light by means of a light detector ( 6 ) on one of the first page ( 16 ) opposite second side ( 18 ) of the optically transparent body ( 10 ). Rußpartikelerfassungsverfahren gemäß Anspruch 5, das den weiteren Schritt aufweist: e) Beheizen (E) der ersten Seite (16) mit einem ringförmigen Heizelement, so dass die angelagerte Rußschicht entfernbar ist.A soot particulate detection method according to claim 5, comprising the further step of: e) heating (E) the first side ( 16 ) with an annular heating element, so that the deposited soot layer is removable. Rußpartikelerfassungsverfahren gemäß Anspruch 6, das die weiteren Schritte aufweist: f) Erfassen (F) einer ersten Streulichtintensität mittels des Lichtdetektors (6) vor dem Beheizen der ersten Seite (16), g) Erfassen (G) einer zweiten Streulichtintensität mittels des Lichtdetektors (6) nach dem Beheizen der ersten Seite (16), h) Erfassen (H) einer Temperatur an der ersten Seite (16) nach dem Beheizen, i) Ermitteln (I) einer Zusammensetzung der Rußschicht, insbesondere eines Kohlenstoffanteils, in einer Auswerteeinheit aufgrund eines Vergleichs der erfassten ersten und zweiten Streulichtintensität unter Berücksichtigung der erfassten Temperatur.A soot particle detection method according to claim 6, comprising the further steps of: f) detecting (F) a first scattered light intensity by means of the light detector ( 6 ) before heating the first page ( 16 g) detecting (G) a second scattered light intensity by means of the light detector ( 6 ) after heating the first page ( 16 h) detecting (H) a temperature at the first side ( 16 ) after heating, i) determining (I) a composition of the soot layer, in particular a carbon fraction, in an evaluation unit based on a comparison of the detected first and second scattered light intensity taking into account the detected temperature.
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