DE102016125354A1 - Gas measuring device and gas measuring method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Gas-Messvorrichtung (10) zur Messung eines in einem Abgasrohr (100) eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases. Erfindungsgemäß umfasst die Gas-Messvorrichtung ein Gehäuse (20) mit mindestens einem außerhalb des Abgasrohrs (100) ausgebildeten Gehäuseabschnitt (25), wobei in dem Gehäuseabschnitt (25) ein Sensor (50; 50') befindlich ist. Des Weiteren umfasst die Gas-Messvorrichtung (10) einen Zuleitungskanal (30), der einen Teil-Abgasstrom in das Gehäuse (20) ableitet.The invention relates to a gas measuring device (10) for measuring an exhaust gas flowing in an exhaust pipe (100) of an internal combustion engine. According to the invention, the gas measuring device comprises a housing (20) with at least one housing section (25) formed outside the exhaust pipe (100), wherein a sensor (50, 50 ') is located in the housing section (25). Furthermore, the gas measuring device (10) comprises a feed duct (30), which diverts a partial exhaust gas flow into the housing (20).
Description
Die Erfindung betrifft eine Gas-Messvorrichtung zur Messung eines in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Gas-Messverfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Gas-Messvorrichtung.The invention relates to a gas measuring device for measuring an exhaust gas flowing in an exhaust pipe of an internal combustion engine. In addition, the invention relates to a gas measuring method using a gas measuring device according to the invention.
Aus dem Stand der Technik sind Abgassensoren im Automobilbereich bekannt, mit deren Hilfe die Konzentration von Stickoxiden (NO, NO2) gemessen werden kann. Dabei werden die Stickoxide nicht direkt gemessen. Vielmehr wird durch gezielte Reduktion des Stickstoffs der dabei freigesetzte Sauerstoff bestimmt. Dies ist insbesondere mit Hilfe eines sauerstoffionen-leitenden Materials, das in der amperometrischen Messmethode betrieben wird, möglich. Derartige Sensoren bestehen aus mehreren Multilayer-Cofired-ZrO2-Schichten. Diese Sensoren haben jedoch mehrere Nachteile. Insbesondere liegt die Nachweisgrenze derartiger Sensoren bei 100 ppm für NO2. Daher sind derartige Sensoren aus heutiger Sicht zu ungenau für Abgasuntersuchungen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die einzelnen keramischen Schichten derartiger Sensoren einzeln gefertigt werden müssen und die Sensoren daher äußerst teuer sind. Derartige Sensoren können bei einem Sensorpreis von 70 - 90 EUR pro Sensor nicht flächendeckend in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.Exhaust gas sensors in the automotive sector are known from the prior art, with the aid of which the concentration of nitrogen oxides (NO, NO 2 ) can be measured. The nitrogen oxides are not measured directly. Rather, by targeted reduction of nitrogen, the released oxygen is determined. This is possible in particular with the aid of an oxygen-ion-conducting material which is operated in the amperometric measuring method. Such sensors consist of several multilayer cofired ZrO 2 layers. However, these sensors have several disadvantages. In particular, the detection limit of such sensors is 100 ppm for NO 2 . Therefore, from today's perspective, such sensors are too inaccurate for exhaust emission tests. Another disadvantage is that the individual ceramic layers of such sensors must be manufactured individually and the sensors are therefore extremely expensive. Such sensors can not be used nationwide in vehicles with internal combustion engines at a sensor price of 70 - 90 EUR per sensor.
Des Weiteren sind Stickoxidsensoren auf Basis von oxidischen Halbleiterschichten bekannt. Durch Adsorption von NO2 auf der Oberfläche des oxidischen Halbleiters verändert sich dessen elektrischer Widerstand durch Dotierung bzw. Dedotierung. Diese Sensoren sind äußerst NO2-empfindlich und können des Weiteren kostengünstig hergestellt werden. Allerdings sind derartige Sensoren äußerst wärmeempfindlich.Furthermore, nitrogen oxide sensors based on oxide semiconductor layers are known. By adsorption of NO 2 on the surface of the oxide semiconductor changes its electrical resistance by doping or dedoping. These sensors are extremely NO 2 -sensitive and can also be manufactured inexpensively. However, such sensors are extremely sensitive to heat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine weiterentwickelte Gas-Messvorrichtung anzugeben, die eine kostengünstige Messung eines in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases ermöglicht. Insbesondere soll die Verwendung von Stickoxidsensoren zur Abgasüberwachung von Verbrennungsmotoren ermöglicht werden. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiterentwickeltes Gas-Messverfahren anzugeben.The invention is based on the object to provide a further developed gas measuring device, which allows a cost-effective measurement of an exhaust gas flowing in an exhaust pipe of an internal combustion engine. In particular, the use of nitrogen oxide sensors for exhaust gas monitoring of internal combustion engines is to be made possible. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a further developed gas measuring method.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Gas-Messvorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Im Hinblick auf das Gas-Messverfahren wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 11 gelöst.According to the invention this object is achieved with regard to the gas measuring device by the features of claim 1. With regard to the gas measuring method, the object is achieved by the features of claim 11.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Gas-Messvorrichtung zur Messung eines in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases, anzugeben, wobei die Gas-Messvorrichtung ein Gehäuse mit mindestens einem außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt umfasst, wobei in dem Gehäuseabschnitt ein Sensor befindlich ist. Des Weiteren umfasst die Gas-Messvorrichtung einen Zuleitungskanal, das einen Teil-Abgasstrom in das Gehäuse ableitet. Mit anderen Worten wird ein Teil des durch das Abgasrohr strömenden Abgases aus dem Abgasrohr abgezweigt und in das Gehäuse, insbesondere in den außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt, abgeleitet.The invention is based on the idea of specifying a gas measuring device for measuring an exhaust gas flowing in an exhaust pipe of an internal combustion engine, wherein the gas measuring device comprises a housing with at least one housing section formed outside the exhaust pipe, wherein a sensor is located in the housing section. Furthermore, the gas measuring device comprises a supply channel, which discharges a partial exhaust gas flow into the housing. In other words, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe is branched out of the exhaust pipe and discharged into the housing, in particular in the housing section formed outside the exhaust pipe.
Der Zuleitungskanal ist vorzugsweise als Staurohr oder als Totwasserohr ausgebildet. Bei dem Staurohr kann es sich insbesondere um ein Pitotrohr handeln. Als Pitotrohr ist im Folgenden nicht ein Staudrucksensor zu verstehen. Vielmehr ist die Form des Rohres ausschlaggebend. Der Zuleitungskanal dient dazu, einen Teil-Abgasstrom des in dem Abgasrohr strömenden Abgases in das Gehäuse, insbesondere in den außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt, zu leiten.The supply duct is preferably designed as a pitot tube or as a dead water pipe. The pitot tube may in particular be a pitot tube. As Pitotrohr is not to be understood in the following a back pressure sensor. Rather, the shape of the pipe is crucial. The supply duct serves to guide a partial exhaust gas flow of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe into the housing, in particular into the housing section formed outside the exhaust pipe.
Vorzugsweise wird der Teil-Abgasstrom vom Einlass des Abgasrohres bis zum Erreichen des Sensors abgekühlt. Daher ist es möglich, eine Gas-Messvorrichtung mit bekannten Stickoxidsensoren zu verwenden, die auf oxidischen Halbleiterschichten basieren. Der Zuleitungskanal, insbesondere das Pitotrohr oder das Totwasserohr, dienen dazu, dass stets ein gleichbleibender Anteil des Abgases, nämlich ein gleichbleibender Teil-Abgasstrom in den Gehäuseabschnitt geleitet wird. Der Zuleitungskanal kann zusammen mit dem Gehäuse eine Art Bypass bilden.Preferably, the partial exhaust gas stream is cooled from the inlet of the exhaust pipe until reaching the sensor. Therefore, it is possible to use a gas measuring device with known nitrogen oxide sensors based on oxide semiconductor layers. The supply duct, in particular the pitot tube or the dead water pipe, serve to ensure that a constant proportion of the exhaust gas, namely a constant partial exhaust gas flow, is always conducted into the housing section. The supply channel can form a kind of bypass together with the housing.
Das Gehäuse kann in einer Ausführungsform der Erfindung vollständig außerhalb des Abgasrohrs ausgebildet sein. Bei einer derartigen Ausführungsform befindet/befinden sich lediglich ein Abschnitt des Zuleitungskanals und/oder ein Abschnitt eines Zuleitungskanals sowie eines Ableitungskanals zumindest abschnittsweise innerhalb des Abgasrohrs.The housing may be formed completely outside the exhaust pipe in one embodiment of the invention. In such an embodiment, only a portion of the supply duct and / or a portion of a supply duct and a discharge duct is / are at least partially within the exhaust pipe.
Die Gas-Messvorrichtung kann des Weiteren einen Ableitungskanal umfassen, der eine Fluidverbindung vom Gehäuseinneren zum Abgasrohr und/oder zur Gehäuseumgebung herstellt. Demnach ist es möglich, dass der Teil-Abgasstrom nachdem er über den Sensor geströmt ist, entweder direkt in die Gehäuseumgebung und/oder über den Ableitungskanal in das Abgasrohr zurückgeführt wird. Durch geeignete Führung des Teil-Abgasstroms ist es möglich Totwassergebiete zu vermeiden, um eine schnelle Ansprechzeit des Sensors zu ermöglichen.The gas sensing device may further include a drainage channel that provides fluid communication from the interior of the housing to the exhaust tube and / or housing environment. Accordingly, it is possible that the partial exhaust gas stream after it has flowed over the sensor, either directly into the housing environment and / or is returned via the discharge channel in the exhaust pipe. By suitable management of the partial exhaust gas flow, it is possible to avoid dead water areas in order to enable a fast response time of the sensor.
Der Ableitungskanal kann in einer Ausführung periskop-förmig ausgebildet sein. Demnach umfasst ein derartiger Zuleitungskanal zunächst einen gebogenen Abschnitt, der vorzugsweise entgegen der Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet ist. Mit anderen Worten ist die Eingangsöffnung des Abgasrohres entgegen der Strömungsrichtung im Abgasrohr angeordnet. An dem gebogenen Abschnitt des Zuleitungskanals schließt sich vorzugsweise ein 90° abgewinkelter Leitungsabschnitt an. Dieser Leitungsabschnitt endet vorzugsweise in einer Ausgangsöffnung, durch die der Teil-Abgasstrom in das Gehäuse der Gas-Messvorrichtung strömt. Mit anderen Worten dient die Ausgangsöffnung zur Fluidverbindung des Zuleitungskanals mit dem Gehäuse. The discharge channel may be formed periskop-shaped in one embodiment. Accordingly, such a supply duct initially comprises a bent portion, which is preferably aligned counter to the flow direction of the exhaust gas. In other words, the inlet opening of the exhaust pipe is arranged counter to the flow direction in the exhaust pipe. At the bent portion of the supply passage is preferably followed by a 90 ° angled line section. This line section preferably ends in an outlet opening, through which the partial exhaust gas flow flows into the housing of the gas measuring device. In other words, the output port is for fluid communication of the supply passage with the housing.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Ableitungskanal als vom Zuleitungskanal separates Rohr ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, dass der Ableitungskanal in vertikaler Verlängerung zum Zuleitungskanal ausgebildet ist. Eine derartige Ausführungsform des Ableitungskanals dient zur Fluidverbindung vom Gehäuseinneren zur Gehäuseumgebung. Des Weiteren ist es möglich, dass der Ableitungskanal spiegelsymmetrisch zum Zuleitungskanal ausgebildet ist. Demnach kann auch der Ableitungskanal periskop-förmig ausgebildet sein, wobei der gebogene Abschnitt des Ableitungskanals in Strömungsrichtung des Abgases im Abgasrohr ausgerichtet ist. Die Leitungsabschnitte des Ableitungskanals sowie des Zuleitungskanals können in einer derartigen Ausführungsform parallel zueinander verlaufen.In one embodiment of the invention, the discharge channel may be formed as a pipe separate from the feed channel. In particular, it is possible that the discharge channel is formed in a vertical extension to the feed channel. Such an embodiment of the discharge channel is used for fluid communication from the housing interior to the housing environment. Furthermore, it is possible that the discharge channel is formed mirror-symmetrically to the supply duct. Accordingly, the discharge channel can also be formed periscope-shaped, wherein the bent portion of the discharge channel is aligned in the flow direction of the exhaust gas in the exhaust pipe. The line sections of the discharge channel and the supply channel can run parallel to each other in such an embodiment.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Gas-Messvorrichtung ein doppelwandiges Rohr mit einem Innenrohr und einem Außenrohr umfassen. Vorzugsweise ist ein zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gebildeter Zwischenraum als ein/der Ableitungskanal ausgebildet. Das Innenrohr ist in einer derartigen Ausführungsform vorzugsweise als Zuleitungskanal ausgebildet. Der Zuleitungskanal und der Ableitungskanal sind vorzugsweise derart dimensioniert, dass ihre Strömungswiderstände einander ähnlich sind.In a further embodiment of the invention, the gas measuring device may comprise a double-walled tube with an inner tube and an outer tube. Preferably, a gap formed between the inner tube and the outer tube is formed as a discharge channel (s). The inner tube is preferably formed in such an embodiment as a feed channel. The feed channel and the discharge channel are preferably dimensioned such that their flow resistances are similar to each other.
Vorzugsweise ist die Ausgangsöffnung eines Ableitungskanals derart in Richtung der Strömungsrichtung des Abgases orientiert, dass ein Unterdruck im Ableitungskanal erzeugt wird. Auch bei der Ausbildung mit einem doppelwandigen Rohr wird dieses Prinzip realisiert. Vorzugsweise weist das Außenrohr mehrere Öffnungen, insbesondere mehrere schlitzförmige Öffnungen auf. Unter dem Pitotrohr ist im vorliegenden Beispiel ein abgewinkeltes Rohr zu verstehen, dessen Eingangsöffnung dem anströmenden Abgas entgegensteht, während sich die Ausgangsöffnung entweder außerhalb des Abgasstromes befindet oder parallel zum Abgasstrom orientiert ist. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen den beiden Öffnungen kommt es in den Pitotrohr zu einem eigenen Fluidstrom in dem der Teil-Abgasstrom zum außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt geleitet wird.The outlet opening of a discharge channel is preferably oriented in the direction of the flow direction of the exhaust gas in such a way that a negative pressure is created in the discharge channel. Even when training with a double-walled pipe, this principle is realized. Preferably, the outer tube has a plurality of openings, in particular a plurality of slot-shaped openings. Under the pitot tube is understood in the present example, an angled pipe, the inlet opening opposes the incoming exhaust gas, while the outlet opening is either outside of the exhaust stream or oriented parallel to the exhaust stream. Due to the pressure difference between the two openings, a separate fluid flow occurs in the pitot tube in which the partial exhaust gas flow is conducted to the housing section formed outside the exhaust tube.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Ableitungskanal mindestens eine Öffnung aufweisen, wobei der Ableitungskanal derart im Abgasrohr positioniert ist, dass das im Abgasrohr strömende Abgas über die Öffnung strömt. Sofern der Zuleitungskanal als Totwasserohr ausgebildet ist gelangt der Teil-Abgasstrom durch Diffusion in den außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt.In a further embodiment of the invention, the discharge channel may have at least one opening, wherein the discharge channel is positioned in the exhaust pipe such that the exhaust gas flowing in the exhaust pipe flows through the opening. If the supply duct is designed as a dead water pipe, the partial exhaust gas flow passes through diffusion into the housing section formed outside the exhaust pipe.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann im Zuleitungskanal ein den Teil-Abgasstrom reinigendes und/oder konditionierendes Element ausgebildet sein. Bei einem den Teil-Abgasstrom reinigenden Element kann es sich insbesondere um einen Partikelfilter und/oder einen Katalysator handeln. Des Weiteren ist es möglich, dass im Zuleitungskanal eine Vorrichtung zur Temperatureinstellung des Teil-Abgasstroms ausgebildet ist. Als ein den Teil-Abgasstrom konditionierendes Element ist beispielsweise die Ausbildung einer Dosiervorrichtung für Gase und/oder Aerosole möglich.In a further embodiment of the invention may be formed in the supply duct, a part of the exhaust gas stream cleaning and / or conditioning element. An element which purifies the partial exhaust gas flow may in particular be a particle filter and / or a catalyst. Furthermore, it is possible that a device for temperature adjustment of the partial exhaust gas flow is formed in the supply passage. As a part of the exhaust gas flow conditioning element, for example, the formation of a metering device for gases and / or aerosols is possible.
Vorzugsweise umfasst die Gas-Messvorrichtung mindestens eine Hülse mit einem Außengewinde und/oder einen Ring mit einem Außengewinde, wobei die Hülse und/oder Ring zur Verbindung des Gehäuses mit dem Abgasrohr ausgebildet sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Hülse und/oder der Ring am Zuleitungskanal ausgebildet. Bei der Ausbildung der Gas-Messvorrichtung mit einer derart beschriebenen Hülse und/oder einem derart beschriebenen Ring ist es möglich, die Gas-Messvorrichtung im Sinne eines Einschraubfühlers in das Abgasrohr einzubringen.Preferably, the gas measuring device comprises at least one sleeve with an external thread and / or a ring with an external thread, wherein the sleeve and / or ring are formed for connecting the housing to the exhaust pipe. In a particularly preferred embodiment, the sleeve and / or the ring are formed on the feed channel. In the construction of the gas measuring device with a sleeve thus described and / or a ring thus described, it is possible to introduce the gas measuring device in the sense of a Einschraubfühlers in the exhaust pipe.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Gas-Messvorrichtung einen, vorzugsweise ringförmig ausgebildeten, Befestigungsflansch aufweist. Dieser Befestigungsflansch kann an dem Abgasrohr befestigt sein.Furthermore, it is possible that the gas-measuring device has a, preferably annular, mounting flange. This mounting flange may be attached to the exhaust pipe.
Bei dem im Gehäuse der Gas-Messvorrichtung befindlichen Sensor kann es sich um einen Gas-Massenstrom-Sensor und/oder um einen Gas-Sensor und/oder um einen Temperatur-Sensor handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Sensor um einen NOx-Sensor. In einer äußerst bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Sensor um einen NO2-Sensor. Des Weiteren ist es möglich, dass im Gehäuse nicht nur ein Sensor sondern mehrere Sensoren ausgebildet sind. In einem derartigen Fall umfasst die Gas-Messvorrichtung eine Sensorbaugruppe, die mehrere unterschiedliche Sensoren aufweist.The sensor located in the housing of the gas measuring device may be a gas mass flow sensor and / or a gas sensor and / or a temperature sensor. Particularly preferably, the sensor is a NOx sensor. In an extremely preferred embodiment of the invention, the sensor is an NO 2 sensor. Furthermore, it is possible that not only one sensor but several sensors are formed in the housing. In such a case, the gas measuring device comprises a sensor assembly having a plurality of different sensors.
Sofern die Gas-Messvorrichtung einen NOx-Sensor, insbesondere einen NO2-Sensor, aufweist, umfasst dieser Sensor:
- a) ein keramisches Substrat,
- b) eine auf dem Substrat aufgebrachte oxidische Halbleiterschicht, und
- c) mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert sind.
- a) a ceramic substrate,
- b) an applied on the substrate oxide semiconductor layer, and
- c) at least two electrodes, which are electrically contacted with the semiconductor layer.
Mit anderen Worten stehen die mindestens zwei Elektroden in elektrischen Kontakt mit der oxidischen Halbleiterschicht. Bei der oxidischen Halbleiterschicht handelt es sich vorzugsweise um eine Wolframtrioxid-Schicht. Des Weiteren ist es möglich, dass die oxidische Halbleiterschicht Manganoxid (MnO, Mn2O3) aufweist. Auch die Verwendung weiterer Metalloxide ist möglich.In other words, the at least two electrodes are in electrical contact with the oxide semiconductor layer. The oxide semiconductor layer is preferably a tungsten trioxide layer. Furthermore, it is possible that the oxide semiconductor layer has manganese oxide (MnO, Mn 2 O 3 ). The use of other metal oxides is possible.
Des Weiteren kann der Sensor, insbesondere der NOx-Sensor, besonders der NO2-Sensor, ein Heizelement umfassen. Das Heizelement befindet sich vorzugsweise auf der zur oxidischen Halbleiterschicht gegenüberliegend ausgebildeten Seite des Substrates. Des Weiteren ist es möglich, dass auf der oxidischen Halbleiterschicht eine poröse Abdeckkeramik aufgebracht ist. Diese Abdeckkeramik schützt die oxidische Halbleiterschicht.Furthermore, the sensor, in particular the NOx sensor, in particular the NO 2 sensor, may comprise a heating element. The heating element is preferably located on the opposite side of the substrate to the oxide semiconductor layer. Furthermore, it is possible for a porous cover ceramic to be applied to the oxide semiconductor layer. This cover ceramic protects the oxide semiconductor layer.
Bei den unter c) beschriebenen Elektroden handelt es sich vorzugsweise um zwei ineinandergreifende Kammelektroden. Derartige Elektroden können beispielsweise durch Siebdruck auf das keramische Substrat aufgebracht werden. Vorzugsweise bestehen die mindestens zwei Elektroden aus Platin. Anschließend werden die (Kamm-)Elektroden mit der oxidischen Halbleiterschicht beschichtet. Das Aufbringen der oxidischen Halbleiterschicht kann durch Siebdruck oder durch RF-Sputtern durchgeführt werden. Im Anschluss daran kann auf die noch freie Seite des Substrates das beschriebene Heizelement, insbesondere der Heizwiderstand aufgebracht werden. Der Heizwiderstand kann beispielsweise aus Platin bestehen. Das Heizelement, insbesondere der Heizwiderstand, erlaubt es im Betrieb die Temperatur des keramischen Substrates zu kontrollieren. Gleichzeitig kann damit auch die Temperatur über den Widerstand gemessen werden. Vorzugsweise sind alle Zuleitungen zu den Kontakten aus Teflon-isolierten Drähten hergestellt.The electrodes described under c) are preferably two intermeshing comb electrodes. Such electrodes can be applied to the ceramic substrate by screen printing, for example. Preferably, the at least two electrodes are made of platinum. Subsequently, the (comb) electrodes are coated with the oxide semiconductor layer. The application of the oxide semiconductor layer can be carried out by screen printing or by RF sputtering. Following this, the described heating element, in particular the heating resistor can be applied to the still free side of the substrate. The heating resistor may for example consist of platinum. The heating element, in particular the heating resistor, allows the temperature of the ceramic substrate to be controlled during operation. At the same time, the temperature can also be measured via the resistor. Preferably, all leads to the contacts are made of Teflon-insulated wires.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die oxidische Halbleiterschicht mit einer weiteren gaspermeablen Schutzschicht abzudecken. Diese Schicht kann beispielsweise aus Mangandioxid (MnO2) bestehen. Die zusätzliche gaspermeable Schutzschicht dient insbesondere dazu, Kontaminationen durch Fremdgase zu verhindern.In a further embodiment of the invention, it is possible to cover the oxide semiconductor layer with a further gas-permeable protective layer. This layer may for example consist of manganese dioxide (MnO 2 ). The additional gas-permeable protective layer serves in particular to prevent contamination by foreign gases.
Insgesamt ist festzustellen, dass auf Grundlage der erfindungsgemäßen Gas-Messvorrichtung eine Analyse eines in einem Abgasrohr strömenden Abgases (insbesondere eine Analyse der Stickoxide) mit Sensoren hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden kann. Die ausgebildeten Stickoxid-Sensoren weisen eine hohe Empfindlichkeit von 0 - 100 ppm auf. Die erfindungsgemäße Ableitung eines Teil-Abgasstroms in einen außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt führt zu schnellen Ansprechzeiten des Sensors. Dies wird beispielsweise bei schnellen Lastwechseln des Verbrennungsmotors gewünscht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Teil-Abgasstrom über den Sensor direkt und kontinuierlich geführt wird und Totwassergebiete vermieden werden.Overall, it should be noted that based on the gas measuring device according to the invention, an analysis of an exhaust gas flowing in an exhaust pipe (in particular an analysis of the nitrogen oxides) can be carried out with sensors of high sensitivity. The trained nitric oxide sensors have a high sensitivity of 0 - 100 ppm. The derivation according to the invention of a partial exhaust gas flow into a housing section formed outside the exhaust pipe leads to fast response times of the sensor. This is desired, for example, during rapid load changes of the internal combustion engine. This is due to the fact that the partial exhaust gas flow through the sensor is guided directly and continuously and dead water areas are avoided.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Gas-Messverfahren, das unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Gas-Messvorrichtung durchgeführt wird. Das Gas-Messverfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- a) Ableiten eines Teil-Abgasstroms des Abgases aus dem Abgasrohr mittels des Ableitungskanals;
- b) Leiten des Teil-Abgasstroms in den außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt;
- c) Leiten des Teil-Abgasstroms über den Sensor.
- a) deriving a partial exhaust gas flow of the exhaust gas from the exhaust pipe by means of the discharge channel;
- b) passing the partial exhaust gas stream into the housing section formed outside the exhaust pipe;
- c) passing the partial exhaust gas flow over the sensor.
Im Schritt b) wird der Teil-Abgasstrom vorzugsweise abgekühlt. Die Abkühlung des Teil-Abgasstroms erfolgt derart, dass die Temperatur des Teil-Abgasstroms am Sensor weniger als 500 °C, insbesondere weniger als 400 °C, insbesondere weniger als 300 °C, beträgt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Abkühlung des Teil-Abgasstroms kann insbesondere ein Sensor der auf einer oxidischen Halbleiterschicht basiert verwendet werden.In step b), the partial exhaust gas stream is preferably cooled. The cooling of the partial exhaust gas flow takes place in such a way that the temperature of the partial exhaust gas flow at the sensor is less than 500 ° C., in particular less than 400 ° C., in particular less than 300 ° C. Due to the cooling of the partial exhaust gas stream according to the invention, it is possible in particular to use a sensor based on an oxide semiconductor layer.
Zwischen Schritt b) und Schritt c) kann der Teil-Abgasstrom gereinigt und/oder konditioniert werden. Vorzugsweise wird der Teil-Abgasstrom mittels eines Partikelfilters oder mittels eines Katalysators gereinigt. Des Weiteren ist es möglich, dass dem Teil-Abgasstrom weiteres Gas und/oder Aerosol zugefügt wird. Durch Hinzufügen weiteren Gases bzw. Aerosols kann der Teil-Abgasstrom konditioniert werden.Between step b) and step c), the partial exhaust gas stream can be cleaned and / or conditioned. Preferably, the partial exhaust gas stream is purified by means of a particulate filter or by means of a catalyst. Furthermore, it is possible that further gas and / or aerosol is added to the partial exhaust gas flow. By adding further gas or aerosol, the partial exhaust gas flow can be conditioned.
Das Gas-Messverfahren kann einen Schritt d) umfassen, in dem Teil-Abgasstrom in das Abgasrohr zurückgeführt wird oder in die Gehäuseumgebung abgeleitet wird.The gas metering method may include a step d) in which partial exhaust gas flow is returned to the exhaust pipe or drained into the housing environment.
Vorzugsweise sind das Gas-Messverfahren sowie die Gas-Messvorrichtung derart ausgebildet, dass es sich bei dem Sensor um einen Gas-Sensor handelt, der die Konzentration von Gasbestandteilen des Teil-Abgasstroms misst.Preferably, the gas measuring method and the gas measuring device are designed such that the sensor is a gas sensor is that measures the concentration of gas constituents of the partial exhaust gas stream.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying schematic drawings.
In diesen zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Gas-Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 eine Prinzip-Darstellung einer Bypass-Anordnung; -
3 -6 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gas-Messvorrichtung.
-
1 a gas measuring device according to the invention according to a first embodiment; -
2 a schematic representation of a bypass arrangement; -
3 -6 further embodiments of the gas measuring device according to the invention.
Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Teile gleiche Bezugsziffern verwendet.Hereinafter, like reference numerals are used for like and equivalent parts.
In
Die Gas-Messvorrichtung
Der Teil-Abgasstrom kann im Gehäuse
Der Sensor
Nach dem Umströmen des Sensors
Der Ableitungskanal
Die Gas-Messvorrichtung
In
In
In
In
In
In
Des Weiteren ist nicht das vollständige Gehäuse
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Gas-MessvorrichtungGas-measuring device
- 1515
- Doppelwandiges RohrDouble walled pipe
- 2020
- Gehäusecasing
- 2121
- Gehäuseinnereshousing interior
- 2525
- Gehäuseabschnitthousing section
- 2626
- Stirnseitefront
- 3030
- Zuleitungskanalsupply channel
- 3131
- Abgewinkelter AbschnittAngled section
- 3232
- Leitungsabschnittline section
- 3333
- Eingangsöffnungentrance opening
- 3434
- Ausgangsöffnungoutput port
- 3535
- Innenrohrinner tube
- 3636
- Außenrohrouter tube
- 3737
- Biegungsabschnittflexure
- 3838
- Öffnungsabschnittopening section
- 3939
- Endabschnittend
- 4040
- AbleitungskanalWaterway
- 4141
- Öffnungopening
- 4242
- Eingangsöffnungentrance opening
- 4343
- Ausgangsöffnungoutput port
- 4444
- Abgewinkelter AbschnittAngled section
- 4545
- Leitungsabschnittline section
- 4747
- Biegungsabschnittflexure
- 50, 50'50, 50 '
- Sensorsensor
- 5151
- Substratsubstratum
- 5252
- Oxidische HalbleiterschichtOxidic semiconductor layer
- 5353
- Heizelementheating element
- 5454
- Abdeckschichtcovering
- 5555
- Leitungmanagement
- 6060
- Hülseshell
- 6161
- Außengewindeexternal thread
- 6262
- Flanschabschnittflange
- 6565
- Befestigungsflanschmounting flange
- 7070
- Filterfilter
- 7575
- Schutzhülseprotective sleeve
- 100100
- Abgasrohrexhaust pipe
- 101101
- Gehäuseumgebunghousing environment
- SS
- Strömungsrichtung AbgasFlow direction exhaust gas
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