DE102016125354B4 - Gas measuring device and gas measuring method - Google Patents

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Abstract

Gas-Messvorrichtung (10) zur Messung eines in einem Abgasrohr (100) eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases,gekennzeichnet durchein Gehäuse (20) mit mindestens einem außerhalb des Abgasrohrs (100) eines Verbrennungsmotors ausgebildeten Gehäuseabschnitt (25), in dem ein Sensor (50) vollständig außerhalb des Abgasrohrs (100) befindlich ist, wobei die Gas-Messvorrichtung (10) mindestens einen Zuleitungskanal (30) umfasst, der einen Teil-Abgasstrom in das Gehäuse (20) ableitet, wobei der Sensor (50) ein NOx-Sensor ist, dera) ein keramisches Substrat (51),b) eine auf dem Substrat aufgebrachte oxidische Halbleiterschicht (52), nämlich eine Wolframtrioxid-Schicht oder eine Manganoxid-Schicht, undc) mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht (52) elektrisch kontaktiert sind, umfasst, wobeider Zuleitungskanal (30) ein Pitotrohr oder ein Totwasserrohr ist.Gas measuring device (10) for measuring an exhaust gas flowing in an exhaust pipe (100) of an internal combustion engine, characterized by a housing (20) with at least one housing section (25) formed outside the exhaust pipe (100) of an internal combustion engine, in which a sensor (50) is located completely outside the exhaust pipe (100), the gas measuring device (10) comprising at least one feed channel (30) which diverts a partial exhaust gas flow into the housing (20), the sensor (50) being an NOx sensor , dera) a ceramic substrate (51),b) an oxidic semiconductor layer (52) applied to the substrate, namely a tungsten trioxide layer or a manganese oxide layer, andc) at least two electrodes which are electrically contacted with the semiconductor layer (52). , wherein the feed channel (30) is a pitot tube or a dead water tube.

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-ZrOz-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, the oxygen released in the process is determined by targeted reduction of the nitrogen. This is possible in particular with the aid of an oxygen-ion-conducting material that is operated using the amperometric measuring method. Such sensors consist of several multilayer cofired ZrOz layers. However, these sensors have several disadvantages. In particular, the detection limit of such sensors is 100 ppm for NO 2 . From today's point of view, such sensors are therefore too imprecise for exhaust gas tests. A further disadvantage is that the individual ceramic layers of such sensors have to be manufactured individually and the sensors are therefore extremely expensive. At a sensor price of EUR 70 - 90 per sensor, such sensors cannot be used across the board in vehicles with internal combustion engines.

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 oxidic semiconductor layers are known. Adsorption of NO 2 on the surface of the oxidic semiconductor changes its electrical resistance as a result of doping or dedoping. These sensors are extremely sensitive to NO 2 and can also be manufactured inexpensively. However, such sensors are extremely sensitive to heat.

EP 1 445 608 A1 offenbart einen Gassensor, vorrangig einen Sauerstoffsensor, zur Anwendung in einem Abgassystem. Der Sensor der Sensoreinheit befindet sich dabei innerhalb des Abgasrohres. Folglich können in der Vorrichtung gemäß EP 1 445 608 A1 lediglich derartige Sensoren verwendet werden, die den hohen Temperaturen in einem Abgasstrom standhalten.
In DE 198 56 369 A1 wird ein resistiver Gassensor beschrieben, dessen gassensitive Schicht aus einem Gemisch von WO3/TiO2 ≥ 50 Gew.-% besteht.
EP 1 445 608 A1 discloses a gas sensor, primarily an oxygen sensor, for use in an exhaust system. The sensor of the sensor unit is located inside the exhaust pipe. Consequently, in accordance with the device EP 1 445 608 A1 only such sensors are used that withstand the high temperatures in an exhaust gas flow.
In DE 198 56 369 A1 describes a resistive gas sensor whose gas-sensitive layer consists of a mixture of WO 3 /TiO 2 ≥50% by weight.

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 of specifying a further developed gas measuring device which enables 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 should be made possible. Furthermore, it is the object of the present invention to specify 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 8 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 measurement method, the object is achieved by the features of claim 8.

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 eines Verbrennungsmotors 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, the gas measuring device comprising a housing with at least one housing section formed outside the exhaust pipe of an internal combustion engine, with a sensor being located in the housing section is. Furthermore, the gas-measuring device includes a feed channel, which diverts a partial exhaust gas flow into the housing. In other words, part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe is branched off from the exhaust pipe and diverted into the housing, in particular into the housing section formed outside of the exhaust pipe.

Der Sensor ist erfindungsgemäß ein NOx-Sensor, der

  1. a) ein keramisches Substrat,
  2. b) eine auf dem Substrat aufgebrachte oxidische Halbleiterschicht, nämlich eine Wolframtrioxid-Schicht oder eine Manganoxid-Schicht, und
  3. c) mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert sind,
umfasst.According to the invention, the sensor is a NOx sensor
  1. a) a ceramic substrate,
  2. b) an oxidic semiconductor layer applied to the substrate, namely a tungsten trioxide layer or a manganese oxide layer, and
  3. c) at least two electrodes which are electrically contacted with the semiconductor layer,
includes.

Der Zuleitungskanal ist erfindungsgemäß ein Pitotrohr oder einTotwasserohr. 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.According to the invention, the feed channel is a pitot tube or a dead water tube. In the following, a dynamic pressure sensor is not to be understood as a pitot tube. Rather, the shape of the pipe is decisive. The feed duct serves to conduct a partial exhaust gas stream of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe into the housing, in particular into the housing section formed outside of 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.The partial exhaust gas flow is preferably cooled from the inlet of the exhaust gas pipe until it reaches the sensor. It is therefore possible to use a gas measuring device with known nitrogen oxide sensors based on oxidic semiconductor layers. The supply channel, in particular the pitot tube or the dead water tube, are used to ensure that a constant proportion of the exhaust gas, namely a constant partial exhaust gas flow in the Housing section is passed. The feed 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.In one embodiment of the invention, the housing can be formed entirely outside the exhaust pipe. In such an embodiment, only a portion of the feed channel and/or a portion of a feed channel and a discharge channel is/are located at least in sections 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-measuring device can also include a discharge channel that establishes a fluid connection from the interior of the housing to the exhaust pipe and/or to the surroundings of the housing. Accordingly, it is possible for the partial exhaust gas flow, after it has flowed over the sensor, to be fed back either directly into the area surrounding the housing and/or via the discharge duct into the exhaust gas pipe. By suitably directing the partial exhaust gas flow, dead water areas can be avoided 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.In one embodiment, the discharge channel can be designed in the shape of a periscope. Accordingly, such a feed duct initially comprises a curved section which is preferably oriented counter to the direction of flow of the exhaust gas. In other words, the inlet opening of the exhaust pipe is arranged in the exhaust pipe counter to the direction of flow. A line section angled at 90° is preferably connected to the bent section of the supply line channel. 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 outlet opening is used for the fluid connection of the feed channel to 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 can be designed as a separate pipe from the supply channel. In particular, it is possible for the discharge channel to be formed in a vertical extension to the feed channel. Such an embodiment of the discharge channel is used for fluid connection from the housing interior to the housing environment. Furthermore, it is possible for the discharge channel to be mirror-symmetrical to the feed channel. Accordingly, the discharge channel can also be designed in the shape of a periscope, with the curved section of the discharge channel being aligned in the flow direction of the exhaust gas in the exhaust pipe. In such an embodiment, the line sections of the discharge channel and of the feed channel can run parallel to one another.

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 can comprise a double-walled tube with an inner tube and an outer tube. An intermediate space formed between the inner pipe and the outer pipe is preferably designed as a/the discharge channel. In such an embodiment, the inner tube is preferably designed as a feed channel. The supply channel and the discharge channel are preferably dimensioned in such a way that their flow resistances are similar to one another.

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 flow of the exhaust gas in such a way that a negative pressure is generated in the discharge channel. This principle is also implemented in the design with a double-walled tube. The outer tube preferably has a plurality of openings, in particular a plurality of slit-shaped openings. In the present example, the Pitot tube is to be understood as an angled tube whose inlet opening opposes the inflowing exhaust gas, while the outlet opening is either outside the exhaust gas flow or is oriented parallel to the exhaust gas flow. 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 of the exhaust gas 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 can have at least one opening, the discharge channel being positioned in the exhaust pipe in such a way that the exhaust gas flowing in the exhaust pipe flows through the opening. If the feed channel is designed as a dead water pipe, the partial exhaust gas flow reaches the housing section designed outside of the exhaust pipe by diffusion.

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, an element that cleans and/or conditions the partial exhaust gas flow can be formed in the feed duct. An element that cleans the partial exhaust gas flow can in particular be a particle filter and/or a catalytic converter. Furthermore, it is possible for a device for adjusting the temperature of the partial exhaust gas flow to be configured in the feed duct. A metering device for gases and/or aerosols can, for example, be designed as an element that conditions the partial exhaust gas flow.

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.The gas measuring device preferably comprises at least one sleeve with an external thread and/or a ring with an external thread, the sleeve and/or ring being designed to connect the housing to the exhaust gas pipe. In a particularly preferred embodiment form, the sleeve and/or the ring are formed on the feed channel. When the gas measuring device is designed with a sleeve described in this way and/or a ring described in this way, it is possible to introduce the gas measuring device into the exhaust gas pipe in the sense of a screw-in sensor.

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 for the gas-measuring device to have a preferably ring-shaped fastening flange. This attachment flange can 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.
Die Gas-Messvorrichtung weist einen NOx-Sensor, insbesondere einen NO2-Sensor, auf, der umfasst:

  1. a) ein keramisches Substrat,
  2. b) eine auf dem Substrat aufgebrachte oxidische Halbleiterschicht, und
  3. c) mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert sind.
The sensor located in the housing of the gas measuring device can be a gas mass flow sensor and/or a gas sensor and/or a temperature sensor. The sensor is particularly preferably an NOx sensor. In a highly 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 that has a number of different sensors.
The gas measuring device has an NOx sensor, in particular an NO 2 sensor, which includes:
  1. a) a ceramic substrate,
  2. b) an oxidic semiconductor layer applied to the substrate, and
  3. 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 um eine Wolframtrioxid-Schicht oder eine Manganoxid-Schicht (MnO, Mn2O3). Auch die Verwendung weiterer Metalloxide ist möglich.In other words, the at least two electrodes are in electrical contact with the oxidic semiconductor layer. The oxidic semiconductor layer is a tungsten trioxide layer or a manganese oxide layer (MnO, Mn 2 O 3 ). The use of other metal oxides is also possible.

Des Weiteren kann 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 NOx sensor, particularly the NO 2 sensor, can include a heating element. The heating element is preferably located on the opposite side of the substrate to the oxidic semiconductor layer. Furthermore, it is possible for a porous covering ceramic to be applied to the oxidic semiconductor layer. This covering ceramic protects the oxidic 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. The electrodes described under c) are preferably two interlocking comb electrodes. Such electrodes can be applied to the ceramic substrate, for example, by screen printing. The at least two electrodes are preferably made of platinum. The (comb) electrodes are then coated with the oxidic semiconductor layer. The oxidic semiconductor layer can be applied by screen printing or by RF sputtering. The heating element described, in particular the heating resistor, can then be applied to the still free side of the substrate. The heating resistor can be made of platinum, for example.

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 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 oxidic semiconductor layer with a further gas-permeable protective layer. This layer can consist of manganese dioxide (MnO 2 ), for example. The additional gas-permeable protective layer serves in particular to prevent contamination from 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 can be stated 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 nitrogen oxide sensors have a high sensitivity of 0 - 100 ppm. The inventive derivation of a partial exhaust gas flow into a housing section formed outside of the exhaust gas pipe leads to fast response times of the sensor. This is desired, for example, in the case of rapid load changes in the internal combustion engine. This is due to the fact that the partial exhaust gas flow is guided directly and continuously via the sensor 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:

  1. a) Ableiten eines Teil-Abgasstroms des Abgases aus dem Abgasrohr mittels des Ableitungskanals;
  2. b) Leiten des Teil-Abgasstroms in den außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt;
  3. c) Leiten des Teil-Abgasstroms über den Sensor.
A further aspect of the invention relates to a gas measuring method which is carried out using a gas measuring device according to the invention. The gas measurement process is characterized by the following process steps:
  1. a) diverting a partial exhaust gas flow of the exhaust gas from the exhaust pipe by means of the discharge channel;
  2. b) conducting the partial exhaust gas flow into the housing section formed outside of the exhaust pipe;
  3. c) Passing the partial exhaust gas flow over the sensor.

Im Schritt b) wird der Teil-Abgasstrom 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 cooled. The partial exhaust gas flow is cooled such 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 flow according to the invention, a sensor based on an oxidic semiconductor layer can be used in particular.

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. The partial exhaust gas flow is preferably cleaned by means of a particle filter or by means of a catalytic converter. Furthermore, it is possible for further gas and/or aerosol to be added to the partial exhaust gas flow. The partial exhaust gas flow can be conditioned by adding further gas or aerosol.

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 measurement method can include a step d) in which the partial exhaust gas flow is fed back into the exhaust pipe or is diverted into the surroundings of the housing.

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.The gas measuring method and the gas measuring device are preferably designed in such a way that the sensor is a gas sensor that measures the concentration of gas components of the partial exhaust gas flow.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary 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.
In these show:
  • 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.In the following, the same reference numerals are used for the same and equivalent parts.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Gas-Messvorrichtung 10 zur Messung eines in einem Abgasrohr 100 (schematisch dargestellt) eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases dargestellt. Die Gas-Messvorrichtung 10 umfasst des Weiteren ein Gehäuse 20. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das vollständige Gehäuse 20 außerhalb des Abgasrohres 100 ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen ist es ebenfalls möglich, dass lediglich ein Gehäuseabschnitt außerhalb des Abgasrohres 100 ausgebildet ist.In 1 1 shows a gas measuring device 10 according to the invention for measuring an exhaust gas flowing in an exhaust pipe 100 (shown schematically) of an internal combustion engine. The gas measuring device 10 also includes a housing 20. In the exemplary embodiment shown, the complete housing 20 is formed outside of the exhaust gas pipe 100. FIG. In other specific embodiments, it is also possible for only one housing section to be formed outside of the exhaust gas pipe 100 .

Die Gas-Messvorrichtung 10 umfasst des Weiteren einen Zuleitungskanal 30, der einen Teil-Abgasstrom in das Gehäuse 20 ableitet. Der Zuleitungskanal 30 ist als Pitotrohr ausgebildet. Dieses umfasst einen ersten abgewinkelten Abschnitt 31 sowie einen davon 90° abstehenden Leitungsabschnitt 32. Im abgewinkelten Abschnitt 31 ist die Eingangsöffnung 33 des Zuleitungskanals 30 ausgebildet. Die Eingangsöffnung 33 ist entgegengesetzt zur Strömungsrichtung S des Abgases orientiert. Die Ausgangsöffnung 34 des Zuleitungskanales 30 ist außerhalb des Abgasrohres 100 ausgebildet. Durch den Druckunterschied zwischen der Eingangsöffnung 33 und der Ausgangsöffnung 34 kommt es in dem Zuleitungskanal 30 zu einem eigenen Fluidstrom. In diesem Fluidstrom strömt ein Teil-Abgasstrom in Richtung des Gehäuses 20.The gas measuring device 10 also includes a feed channel 30 which diverts a partial exhaust gas flow into the housing 20 . The feed channel 30 is designed as a pitot tube. This comprises a first angled section 31 and a line section 32 protruding therefrom at 90°. The inlet opening 33 is oriented opposite to the direction of flow S of the exhaust gas. The outlet opening 34 of the feed channel 30 is formed outside of the exhaust pipe 100 . The pressure difference between the inlet opening 33 and the outlet opening 34 results in a separate fluid flow in the feed channel 30 . In this fluid flow, a partial exhaust gas flow flows in the direction of the housing 20.

Der Teil-Abgasstrom kann im Gehäuse 20 direkt zum Sensor 50 geleitet werden. Vorzugsweise beträgt die Temperatur innerhalb des Gehäuses 20 maximal 300 °C. Durch Anordnung eines Filters 70 im Zuleitungskanal 30 wird neben der Abkühlung des Teil-Abgasstroms eine Reinigung bewirkt. Demnach ist innerhalb des Gehäuses 20 ein sauberer Gasraum ausgebildet.The partial exhaust gas flow can be routed directly to the sensor 50 in the housing 20 . The temperature inside the housing 20 is preferably 300°C at most. By arranging a filter 70 in the feed channel 30, cleaning is effected in addition to the cooling of the partial exhaust gas stream. Accordingly, a clean gas space is formed within the housing 20 .

Der Sensor 50 besteht im dargestellten Beispiel aus einem keramischen Substrat 51 einer auf dem Substrat 51 aufgebrachten oxidischen Halbleiterschicht 52 und mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sensor 50 um einen NOx-Sensor, insbesondere um einen NO2-Sensor. Auf der Rückseite des Substrates 51 kann ein Heizelement, insbesondere ein Heizwiderstand ausgebildet sein. Oberhalb der oxidischen Halbleiterschicht 52 ist des Weiteren eine poröse Abdeckkeramik 54 ausgebildet.In the example shown, the sensor 50 consists of a ceramic substrate 51, an oxidic semiconductor layer 52 applied to the substrate 51 and at least two electrodes which are electrically contacted with the semiconductor layer. Sensor 50 is preferably an NOx sensor, in particular an NO 2 sensor. A heating element, in particular a heating resistor, can be formed on the rear side of the substrate 51 . Furthermore, a porous covering ceramic 54 is formed above the oxidic semiconductor layer 52 .

Nach dem Umströmen des Sensors 50 mit dem Teil-Abgasstrom wird der Teil-Abgasstrom durch den Ableitungskanal 40 zum Abgasrohr 100 geleitet. Der Ableitungskanal 40 stellt somit eine Fluidverbindung vom Gehäuseinneren 21 zum Abgasrohr 100 her. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Gas-Messvorrichtung 10 ein doppelwandiges Rohr 15 mit einem Innenrohr 35 und einem Außenrohr 36 auf. Der zwischen dem Innenrohr 35 und dem Außenrohr 36 gebildete Zwischenraum ist vorliegend als Ableitungskanal 40 ausgebildet. Der Zuleitungskanal 30 wird hingegen durch das Innenrohr 35 gebildet.After the partial exhaust gas flow has flowed around the sensor 50 , the partial exhaust gas flow is routed through the discharge channel 40 to the exhaust gas pipe 100 . The discharge channel 40 thus establishes a fluid connection from the housing interior 21 to the exhaust pipe 100 . In the present exemplary embodiment, the gas measuring device 10 has a double-walled tube 15 with an inner tube 35 and an outer tube 36 . The intermediate space formed between the inner tube 35 and the outer tube 36 is in the present case designed as a discharge channel 40 . The feed channel 30 , on the other hand, is formed by the inner tube 35 .

Der Ableitungskanal 40 weist mehrere Öffnungen 41 auf, durch die der Teil-Abgasstrom in das Abgasrohr 100 entweichen kann. Die Öffnungen 41 sind vorzugsweise derart im Außenrohr 36 ausgebildet bzw. angeordnet, dass der Abgasstrom S über die Öffnungen 41 strömt. Dadurch bildet sich ein Druckgefälle zwischen den Öffnungen 41 des Außenrohrs 36 und dem Gehäuseabschnitt 25 aus und es kommt zu einem Fluidstrom aus dem Gehäuseabschnitt 25 in den Abgasstrom.The discharge channel 40 has a plurality of openings 41 through which the partial exhaust gas flow can escape into the exhaust pipe 100 . The openings 41 are preferably formed or arranged in the outer pipe 36 in such a way that the exhaust gas stream S flows through the openings 41 . As a result, a pressure gradient forms between the openings 41 of the outer tube 36 and the housing section 25 and there is a flow of fluid from the housing portion 25 into the exhaust stream.

Die Gas-Messvorrichtung 10 umfasst des Weiteren eine Hülse 60 mit einem Außengewinde 61. Die Hülse 60 umfasst des Weiteren einen Flanschabschnitt 62. Der Flanschabschnitt 62 liegt auf dem Abgasrohr 100 auf. Mit Hilfe des Außengewindes 61 kann die Hülse 60 in das Abgasrohr 100 eingeschraubt werden.The gas measuring device 10 also includes a sleeve 60 with an external thread 61. The sleeve 60 also includes a flange section 62. The flange section 62 rests on the exhaust pipe 100. FIG. The sleeve 60 can be screwed into the exhaust pipe 100 with the aid of the external thread 61 .

In 2 wird schematisch ein Abgasrohr 100 mit einer erfindungsgemäßen Gas-Messvorrichtung 10 abgebildet. Diese Abbildung zeigt schemenhaft, dass die Gas-Messvorrichtung 10 zwei voneinander separierte Rohre, nämlich ein Zuleitungskanal 30 sowie ein Ableitungskanal 40 umfassen kann. Die Gas-Messvorrichtung 10 ist im Sinne eines Bypasses ausgebildet. Das heißt, ein Teil-Abgasstrom wird aus dem im Abgasrohr 100 strömenden Abgas abgezweigt, mittels des Zuleitungskanales 30 in das Gehäuse 20 und zu dem im Gehäuseinneren 21 ausgebildeten Sensor 50 geleitet. Anschließend wird der Teil-Abgasstrom wieder in das Abgasrohr 100 zugeführt. Auch bei dieser Konstruktion wird der Teil-Abgasstrom zweckmäßigerweise unter 400 °C gekühlt, bevor dieser auf den Sensor 50 trifft.In 2 an exhaust gas pipe 100 with a gas measuring device 10 according to the invention is shown schematically. This figure shows schematically that the gas measuring device 10 can include two separate tubes, namely a supply channel 30 and a discharge channel 40 . The gas measuring device 10 is designed in the sense of a bypass. This means that a partial exhaust gas flow is branched off from the exhaust gas flowing in the exhaust gas pipe 100 , is conducted into the housing 20 by means of the feed channel 30 and to the sensor 50 formed in the interior 21 of the housing. The partial exhaust gas flow is then fed back into the exhaust gas pipe 100 . In this construction, too, the partial exhaust gas flow is expediently cooled to below 400° C. before it hits the sensor 50 .

In 2 wird des Weiteren angedeutet, dass mehrere Sensoren, nämlich ein NO2-Sensor 50 und ein NOx-Sensor 50' im Gehäuseinneren 21 ausgebildet sein können.In 2 it is also indicated that a plurality of sensors, namely an NO 2 sensor 50 and an NOx sensor 50 ′, can be formed in the interior of the housing 21 .

In 3 wird eine weitere Ausführungsform der Gas-Messvorrichtung 10 dargestellt. Auch der dort abgebildete Zuleitungskanal 30 weist einen abgewinkelten Abschnitt 31 und einen vertikalen Leitungsabschnitt 32 auf. Der Zuleitungskanal 30 endet im Gehäuse 20, in dem sich der Sensor 50 befindet. Der Ableitungskanal 40, insbesondere die Eingangsöffnung 42, ist in vertikaler Verlängerung zum Zuleitungskanal 30 ausgebildet. Der Ableitungskanal 40 dient zur Fluidverbindung vom Gehäuseinneren 21 zur Gehäuseumgebung 101. Die Ausgangsöffnung 43 des Ableitrohrs 40 ist demnach in der Gehäuseumgebung 101 ausgebildet.In 3 a further embodiment of the gas measuring device 10 is shown. The feed channel 30 shown there also has an angled section 31 and a vertical line section 32 . The feed channel 30 ends in the housing 20 in which the sensor 50 is located. The discharge channel 40, in particular the inlet opening 42, is formed in a vertical extension to the feed channel 30. The discharge channel 40 is used for the fluid connection from the housing interior 21 to the housing environment 101. The outlet opening 43 of the discharge pipe 40 is accordingly formed in the housing environment 101.

In 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Gas-Messvorrichtung 10 dargestellt. Der Zuleitungskanal 30 und der Ableitungskanal 40 sind im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet. Demnach weisen beide Kanäle 30 und 40 jeweils einen abgewinkelten Abschnitt 31 und 44 sowie einen Leitungsabschnitt 32 und 45 auf. Beide Leitungsabschnitte 32 und 45 sind in einer Schutzhülse 75 befindlich. Es ist zu erkennen, dass die Eingangsöffnung 42 des Ableitungskanals 40 in horizontaler Verlängerung zur Ausgangsöffnung 34 des Zuleitungskanals 30 ausgebildet ist. Um eine derartige Anordnung der Öffnungen 33 und 42 zu ermöglichen weisen sowohl der Zuleitungskanal 30 als auch der Ableitungskanal 40 jeweils einen Biegungsabschnitt 37 und 47 auf.In 4 a further embodiment of a gas measuring device 10 is shown. The feed channel 30 and the discharge channel 40 are essentially mirror-symmetrical to one another. Accordingly, both channels 30 and 40 each have an angled section 31 and 44 and a line section 32 and 45 . Both line sections 32 and 45 are located in a protective sleeve 75 . It can be seen that the inlet opening 42 of the discharge channel 40 is formed in a horizontal extension to the outlet opening 34 of the feed channel 30 . In order to enable such an arrangement of the openings 33 and 42, both the feed channel 30 and the discharge channel 40 each have a bent section 37 and 47.

In 5 ist eine Gas-Messvorrichtung 10 mit einem Gehäuse 20 dargestellt, wobei sich das Gehäuse 20 vollständig außerhalb des Abgasrohres 100 befindet. Im Gehäuseinneren 21 befindet sich wiederum der Sensor 50. Mittels einer Leitung 55 können die gemessenen Werte des Sensors 50 übertragen werden. Der axiale Endabschnitt 39 des Zuleitungskanals 30 ist in das Gehäuseinnere 21 eingeführt. Im dargestellten Beispiel sind der Zuleitungskanal 30 und der Ableitungskanal 40 als ein einziges Bauteil ausgebildet. Das Rohr ist als Totwasserrohr ausgebildet. Der Teil-Abgasstrom gelangt nicht durch direkte Leitung zu dem Sensor 50. Vielmehr gelangt ein Teil-Abgasstrom durch Diffusion des im Abgasrohr 100 strömenden Abgases zu dem Sensor 50. Hierzu weist das Rohr 30 bzw. 40 einen trompetenartigen Öffnungsabschnitt 38 auf. Die Eingangsöffnung 33 bzw. 43 ist derart im Abgasrohr 100 positioniert, dass das im Abgasrohr 100 strömende Abgas über die Öffnung 33 bzw. 43 hinwegströmt.In 5 a gas measuring device 10 with a housing 20 is shown, the housing 20 being located completely outside the exhaust gas pipe 100 . The sensor 50 is again located in the interior of the housing 21 . The measured values of the sensor 50 can be transmitted by means of a line 55 . The axial end section 39 of the feed channel 30 is introduced into the interior 21 of the housing. In the example shown, the feed channel 30 and the discharge channel 40 are designed as a single component. The pipe is designed as a dead water pipe. The partial exhaust gas flow does not reach sensor 50 by direct line. Rather, a partial exhaust gas flow reaches sensor 50 by diffusion of the exhaust gas flowing in exhaust gas pipe 100. Pipe 30 or 40 has a trumpet-like opening section 38 for this purpose. The inlet opening 33 or 43 is positioned in the exhaust pipe 100 in such a way that the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 100 flows past the opening 33 or 43 .

In 6 wird eine alternative Ausführungsform einer Gas-Messvorrichtung 10 dargestellt. Diese weist im Gegensatz zu den Ausführungsformen der 3 - 5 keine Hülse 60 sondern lediglich einen Befestigungsflansch 65 auf.In 6 an alternative embodiment of a gas measuring device 10 is shown. This has in contrast to the embodiments of 3 - 5 no sleeve 60 but only a mounting flange 65.

Des Weiteren ist nicht das vollständige Gehäuse 20 außerhalb des Abgasrohres 100 ausgebildet sondern lediglich der Gehäuseabschnitt 25. In diesem Gehäuseabschnitt 25 ist der Sensor 50 befindlich. Im dargestellten Beispiel sind mehrere Zuleitungskanäle 30 ausgebildet. Diese sind als Öffnungen im Gehäuse 20 ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere Reihen von Zuleitungskanälen 30 ausgebildet. Der Ableitungskanal 40 ist innerhalb des Gehäuses 20 ausgebildet. Das Gehäuse 20 ist mit anderen Worten konzentrisch zum Ableitungskanal 40 ausgebildet. Die Ausgangsöffnung 43 ist als Öffnung in der Stirnseite 26 des Gehäuses 20 ausgebildet. Da auch in diesem Beispiel der Sensor 50 außerhalb des Abgasrohrs 100 ausgebildet ist, wird der Teil-Abgasstrom auf dem Weg von den Zuleitungskanälen 30 zum Sensor 50 abgekühlt.Furthermore, the complete housing 20 is not formed outside of the exhaust gas pipe 100, but only the housing section 25. The sensor 50 is located in this housing section 25. In the example shown, a plurality of supply channels 30 are formed. These are designed as openings in the housing 20 . Several rows of supply channels 30 are preferably formed. The drain passage 40 is formed inside the case 20 . In other words, the housing 20 is configured concentrically with the discharge channel 40 . The outlet opening 43 is designed as an opening in the end face 26 of the housing 20 . Since the sensor 50 is also formed outside the exhaust gas pipe 100 in this example, the partial exhaust gas flow is cooled on the way from the feed ducts 30 to the sensor 50 .

BezugszeichenlisteReference List

1010
Gas-Messvorrichtunggas measuring device
1515
Doppelwandiges RohrDouble-walled tube
2020
Gehäusehousing
2121
Gehäuseinnerescase interior
2525
Gehäuseabschnitthousing section
2626
Stirnseiteface
3030
Zuleitungskanalsupply channel
3131
Abgewinkelter AbschnittAngled section
3232
Leitungsabschnittline section
3333
Eingangsöffnungentrance opening
3434
Ausgangsöffnungexit port
3535
Innenrohrinner tube
3636
Außenrohrouter tube
3737
Biegungsabschnittbend section
3838
Öffnungsabschnittopening section
3939
Endabschnittend section
4040
Ableitungskanaldrainage channel
4141
Öffnungopening
4242
Eingangsöffnungentrance opening
4343
Ausgangsöffnungexit port
4444
Abgewinkelter AbschnittAngled section
4545
Leitungsabschnittline section
4747
Biegungsabschnittbend section
50, 50'50, 50'
Sensorsensor
5151
Substratsubstrate
5252
Oxidische HalbleiterschichtOxide semiconductor layer
5353
Heizelementheating element
5454
Abdeckschichtcovering layer
5555
Leitungmanagement
6060
Hülsesleeve
6161
Außengewindeexternal thread
6262
Flanschabschnittflange section
6565
Befestigungsflanschmounting flange
7070
Filterfilter
7575
Schutzhülseprotective sleeve
100100
Abgasrohrexhaust pipe
101101
Gehäuseumgebunghousing environment
SS
Strömungsrichtung AbgasFlow direction of exhaust gas

Claims (11)

Gas-Messvorrichtung (10) zur Messung eines in einem Abgasrohr (100) eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (20) mit mindestens einem außerhalb des Abgasrohrs (100) eines Verbrennungsmotors ausgebildeten Gehäuseabschnitt (25), in dem ein Sensor (50) vollständig außerhalb des Abgasrohrs (100) befindlich ist, wobei die Gas-Messvorrichtung (10) mindestens einen Zuleitungskanal (30) umfasst, der einen Teil-Abgasstrom in das Gehäuse (20) ableitet, wobei der Sensor (50) ein NOx-Sensor ist, der a) ein keramisches Substrat (51), b) eine auf dem Substrat aufgebrachte oxidische Halbleiterschicht (52), nämlich eine Wolframtrioxid-Schicht oder eine Manganoxid-Schicht, und c) mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht (52) elektrisch kontaktiert sind, umfasst, wobei der Zuleitungskanal (30) ein Pitotrohr oder ein Totwasserrohr ist.Gas measuring device (10) for measuring an exhaust gas flowing in an exhaust pipe (100) of an internal combustion engine, characterized by a housing (20) with at least one housing section (25) formed outside the exhaust pipe (100) of an internal combustion engine, in which a sensor (50 ) is located completely outside the exhaust pipe (100), the gas measuring device (10) comprising at least one feed channel (30) which derives a partial exhaust gas flow into the housing (20), the sensor (50) being a NOx sensor which is a) a ceramic substrate (51), b) an oxidic semiconductor layer (52) applied to the substrate, namely a tungsten trioxide layer or a manganese oxide layer, and c) at least two electrodes which are connected to the semiconductor layer (52) are electrically contacted, includes, wherein the feed channel (30) is a pitot tube or a dead water tube. Gas-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ableitungskanal (40), der eine Fluidverbindung vom Gehäuseinneren (21) zum Abgasrohr (100) und/oder zur Gehäuseumgebung (101) herstellt.Gas measuring device (10) according to claim 1 , characterized by a discharge channel (40) which establishes a fluid connection from the interior of the housing (21) to the exhaust pipe (100) and/or to the surroundings of the housing (101). Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein doppelwandiges Rohr (15) mit einem Innenrohr (35) und einem Außenrohr (36), wobei ein zwischen dem Innenrohr (35) und dem Außenrohr (36) gebildeter Zwischenraum als ein/der Ableitungskanal (40) ausgebildet ist und/oder das Innenrohr (35) den Zuleitungskanal (30) bildet.Gas measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized by a double-walled tube (15) with an inner tube (35) and an outer tube (36), with an intermediate space formed between the inner tube (35) and the outer tube (36) as a a/the discharge channel (40) is formed and/or the inner tube (35) forms the feed channel (30). Gas-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitungskanal (40) mindestens eine Öffnung (41, 43) aufweist, wobei der Ableitungskanal (40) derart im Abgasrohr (100) positioniert ist, dass das im Abgasrohr (100) strömende Abgas über die Öffnung (41, 43) strömt.Gas measuring device (10) according to claim 2 or 3 , characterized in that the discharge channel (40) has at least one opening (41, 43), the discharge channel (40) being positioned in the exhaust pipe (100) in such a way that the exhaust gas flowing in the exhaust pipe (100) flows through the opening (41, 43) flows. Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuleitungskanal (30) ein den Teil-Abgasstrom reinigendes und/oder konditionierendes Element, insbesondere mindestens ein Partikelfilter (70) und/oder mindestens ein Katalysator und/oder mindestens eine Vorrichtung zur Temperatureinstellung des Teil-Abgasstroms und/oder mindestens eine Dosiervorrichtung für Gas und/oder Aerosol, ausgebildet ist.Gas measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in the feed duct (30) there is an element which cleans and/or conditions the partial exhaust gas flow, in particular at least one particle filter (70) and/or at least one catalytic converter and/or at least a device for adjusting the temperature of the partial exhaust gas flow and/or at least one dosing device for gas and/or aerosol. Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Hülse (60) mit einem Außengewinde (61) und/oder einen Ring mit einem Außengewinde zur Verbindung des Gehäuses (20) mit dem Abgasrohr (100), wobei die Hülse (60) und/oder der Ring vorzugsweise am Zuleitungskanal (30) ausgebildet ist.Gas measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized by a sleeve (60) with an external thread (61) and/or a ring with an external thread for connecting the housing (20) to the exhaust pipe (100), the sleeve (60) and/or the ring is preferably formed on the feed channel (30). Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Sensor (50), insbesondere ein NO2-Sensor, ein Heizelement (53) umfasst.Gas measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the NOx sensor (50), in particular an NO 2 sensor, comprises a heating element (53). Gas-Messverfahren unter Verwendung einer Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Ableiten eines Teil-Abgasstroms des Abgases aus dem Abgasrohr (100) eines Verbrennungsmotors mittels des Zuleitungskanals (30); b) Leiten des Teil-Abgasstroms in den mindestens außerhalb des Abgasrohrs (100) ausgebildeten Gehäuseabschnitt (21); c) Leiten des Teil-Abgasstroms über den Sensor (50, 50'), wobei im Schritt b) der Teil-Abgasstrom abgekühlt wird, insbesondere derart, dass die Temperatur des Teil-Abgasstroms am Sensor (50, 50') weniger als 500 °C beträgt.Gas measuring method using a gas measuring device (10) according to one of Claims 1 until 7 , characterized by the method steps: a) deriving a partial exhaust gas stream of the exhaust gas from the exhaust pipe (100) of an internal combustion engine by means of the feed channel (30); b) conducting the partial exhaust gas flow into the housing section (21) formed at least outside the exhaust gas pipe (100); c) passing the partial exhaust gas flow over the sensor (50, 50'), the partial exhaust gas flow being cooled in step b), in particular in such a way that the temperature of the partial exhaust gas flow at the sensor (50, 50') is less than 500 °C. Gas-Messverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt b) und Schritt c) der Teil-Abgasstrom gereinigt und/oder konditioniert wird, insbesondere der Teil-Abgasstrom mittels Partikelfilter (70) oder Katalysator gereinigt wird oder dem Teil-Abgasstrom weiteres Gas und/oder Aerosol zugefügt wird.Gas measurement method claim 8 , characterized in that between step b) and step c) the partial exhaust gas flow is cleaned and/or conditioned, in particular the partial exhaust gas flow is cleaned by means of a particle filter (70) or catalyst or additional gas and/or aerosol is added to the partial exhaust gas flow will. Gas-Messverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, gekennzeichnet durch einen Schritt d), in dem der Teil-Abgasstrom in das Abgasrohr (100) zurückgeführt wird oder in die Gehäuseumgebung (101) abgeleitet wird.Gas measurement method according to one of Claims 8 until 9 , characterized by a step d) in which the partial exhaust gas stream is returned to the exhaust pipe (100) or is derived into the housing environment (101). Gas-Messverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (50, 50') die Konzentration von Gasbestandteilen des Teil-Abgasstroms misst.Gas measurement method according to one of Claims 8 until 10 , characterized in that the sensor (50, 50 ') measures the concentration of gas components of the partial exhaust gas flow.
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