DE102016213637A1 - Particle sensor with protective element against contamination - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor (100) zum Erfassen einer Partikelmenge in einem Gasstrom in einer Brennkraftmaschine. Der Partikelsensor (100) weist ein Gehäuse (110), in dem ein Messbereich (120) angeordnet ist, eine zumindest teilweise im Messbereich (120) angeordnete und im Wesentlichen zylindrische Sensorelektrode (130), die sich über den zweiten Gehäusebereich (118) aus dem Messbereich (120) heraus erstreckt, und ein elektrisch nicht leitendes Schutzelement (160) auf, das an der Sensorelektrode (130) angebracht und dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise zu verhindern, dass der Gasstrom am zweiten Gehäusebereich (118) aus dem Messbereich (120) herausströmt.The invention relates to a particle sensor (100) for detecting a quantity of particles in a gas stream in an internal combustion engine. The particle sensor (100) has a housing (110), in which a measuring area (120) is arranged, an at least partially in the measuring area (120) arranged and substantially cylindrical sensor electrode (130) extending over the second housing portion (118) extending from the measuring region (120), and an electrically non-conductive protective element (160) attached to the sensor electrode (130) and adapted to at least partially prevent the gas flow at the second housing region (118) from the measuring range (120). 120) flows out.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelsensor zum Erfassen einer Partikelmenge in einem Gasstrom in einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Partikelsensor mit einem Schutzelement gegen interne Verschmutzung. The present invention relates to a particle sensor for detecting a particle amount in a gas flow in an internal combustion engine, in particular a particle sensor with a protective element against internal contamination.

Die Verringerung von Abgasemissionen bei Kraftfahrzeugen ist ein wichtiges Ziel bei der Entwicklung neuer Kraftfahrzeuge. Daher werden Verbrennungsprozesse in Brennkraftmaschinen thermodynamisch optimiert, so dass der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine deutlich verbessert wird. Im Kraftfahrzeugbereich werden zunehmend Dieselmotoren eingesetzt, die, bei moderner Bauart, einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen. Der Nachteil dieser Verbrennungstechnik gegenüber optimierten Otto-Motoren ist jedoch der Ausstoß von Ruß bzw. Partikel. Der Ruß bzw. die Partikel ist besonders wegen der polyzyklischen Aromate stark krebserregend, worauf in verschiedenen Vorschriften bereits reagiert wurde. So wurden beispielsweise Abgas-Emissionsnormen mit Höchstgrenzen für die Rußemissionen erlassen. Um die Abgas-Emissionsnormen flächendeckend für Kraftfahrzeuge mit Dieselmotoren erfüllen zu können, besteht die Notwendigkeit, preisgünstige Sensoren herzustellen, die den Rußgehalt im Abgasstrom des Kraftfahrzeugs zuverlässig messen. The reduction of exhaust emissions in motor vehicles is an important goal in the development of new motor vehicles. Therefore, combustion processes in internal combustion engines are thermodynamically optimized, so that the efficiency of the internal combustion engine is significantly improved. In the automotive sector diesel engines are increasingly used, which, with modern design, have a very high efficiency. The disadvantage of this combustion technique over optimized Otto engines, however, is the emission of soot or particles. The soot or the particles is particularly because of the polycyclic aromatics strongly carcinogenic, which has already been reacted in various regulations. For example, exhaust emission standards with maximum limits for soot emissions were issued. In order to meet the exhaust emission standards nationwide for motor vehicles with diesel engines, there is a need to produce low-cost sensors that reliably measure the soot content in the exhaust stream of the motor vehicle.

Der Einsatz derartiger Rußsensoren dient der Messung der aktuell ausgestoßenen Ruß- bzw. Partikelmenge, damit dem Motormanagement in einem Kraftfahrzeug in einer aktuellen Fahrsituation Informationen zukommen, um mit regelungstechnischen Anpassungen die Emissionswerte zu reduzieren. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Rußsensoren eine aktive Abgasreinigung durch Abgas-Rußfilter eingeleitet werden oder eine Abgasrückführung zur Brennkraftmaschine erfolgen. Im Fall der Rußfilterung werden regenerierbare Filter, wie beispielsweise Partikelfilter, verwendet, die einen wesentlichen Teil des Rußgehaltes aus dem Abgas herausfiltern und einfangen. Benötigt werden Rußsensoren für die Detektion von Ruß, um die Funktion der Rußfilter zu überwachen bzw. um deren Regenerationszyklen zu steuern. Dazu kann dem Rußfilter, der auch als Dieselpartikelfilter bezeichnet wird, ein Rußsensor vor und oder -nachgeschaltet sein. The use of such soot sensors is used to measure the currently expelled soot or particulate amount, so that the engine management in a motor vehicle in a current driving situation information to reduce with regulatory adjustments to reduce emissions. In addition, with the help of the soot sensors active exhaust gas purification can be initiated by exhaust soot filter or an exhaust gas recirculation to the engine. In the case of soot filtering, regenerable filters, such as particulate filters, are used which filter and trap a substantial portion of the soot content from the exhaust. Soot sensors are required for the detection of soot in order to monitor the function of the soot filters or to control their regeneration cycles. For this purpose, the soot filter, which is also referred to as a diesel particulate filter, a soot sensor before and / or -nachgeschaltet.

Der dem Partikelfilter vorgeschaltete Ruß- bzw. Partikelsensor dient zur Erhöhung der Systemsicherheit und zur Sicherstellung eines Betriebs des Partikelfilters unter optimalen Bedingungen. Da dies im hohen Maße von der im Partikelfilter eingelagerten Partikelmenge abhängt, ist eine genaue Messung der Partikelkonzentration vor dem Partikelfiltersystem, insbesondere die Ermittlung einer hohen Partikelkonzentration vor dem Partikelfilter, von hoher Bedeutung. The soot or particle sensor upstream of the particulate filter serves to increase system safety and to ensure operation of the particulate filter under optimum conditions. Since this depends to a great extent on the amount of particulates stored in the particulate filter, accurate measurement of the particulate concentration upstream of the particulate filter system, in particular the determination of a high particulate concentration upstream of the particulate filter, is of great importance.

Ein dem Partikelfilter nachgeschalteter Ruß- bzw. Partikelsensor bietet die Möglichkeit, eine fahrzeugeigene Diagnose vorzunehmen und dient ferner der Sicherstellung des korrekten Betriebs der Abgasnachbehandlungsanlage. A soot or particle sensor arranged downstream of the particle filter offers the possibility of making an on-board diagnosis and also serves to ensure the correct operation of the exhaust gas aftertreatment system.

Der Stand der Technik zeigt verschiedene Ansätze zur Detektion von Ruß und Partikeln. Ein in Laboratorien weithin verfolgter Ansatz besteht in der Verwendung der Lichtsteuerung durch die Rußpartikel. Diese Vorgehensweise eignet sich für aufwendige Messgeräte. Wenn versucht wird, dies auch als mobiles Sensorsystem im Abgasstrang einzusetzen, muss festgestellt werden, dass Ansätze zur Realisierung eines optischen Sensors in einem Kraftfahrzeug mit sehr hohen Kosten verbunden sind. Weiterhin bestehen ungelöste Probleme bezüglich der Verschmutzung der benötigten optischen Fenster durch Verbrennungsabgase. The prior art shows various approaches to the detection of soot and particulates. A widely used approach in laboratories is the use of light control by the soot particles. This procedure is suitable for complex measuring devices. If it is attempted to use this as a mobile sensor system in the exhaust system, it must be noted that approaches for the realization of an optical sensor in a motor vehicle are associated with very high costs. Furthermore, there are unresolved problems regarding the pollution of the required optical windows by combustion exhaust gases.

Aus der US 8 713 991 B2 ist ein Partikelsensor zum Erfassen der Partikelmenge in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine bekannt. From the US 8 713 991 B2 is a particle sensor for detecting the amount of particulates in an exhaust stream of an internal combustion engine known.

Aus der DE 10 2014 219 555 A1 und der DE 10 2014 222 844 A1 sind jeweils Rußsensoren bekannt. From the DE 10 2014 219 555 A1 and the DE 10 2014 222 844 A1 each soot sensors are known.

Aus der US 2008/0282769 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abschirmen eines Rußsensors bekannt. From the US 2008/0282769 A1 For example, an apparatus and method for shielding a soot sensor are known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Partikelsensor vorzusehen, bei dem eine Verschmutzung des Partikelsensors durch im Gasstrom der Brennkraftmaschine mitgetragene Partikel reduziert werden kann. The present invention has for its object to provide a particle sensor in which contamination of the particle sensor can be reduced by entrained in the gas stream of the engine particles.

Diese Aufgabe wird mit einem Partikelsensor gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved with a particle sensor according to independent claim 1. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, in einem Partikelsensor ein elektrisch nicht leitendes Schutzelement vorzusehen, das zumindest teilweise verhindern kann, dass der durch den Partikelsensor strömende Gasstrom aus einem Messbereich in einen Kontakteaufnahmebereich gelangt, in dem beispielsweise die elektrischen Kontakte des Partikelsensors angeordnet ist. Das Schutzelement dient somit als Abschirmung gegen die mit dem Gasstrom in den Gassensor eingebrachten Partikel, insbesondere Ruß. Essentially, the present invention is based on the idea of providing in a particle sensor an electrically non-conductive protective element which can at least partially prevent the gas stream flowing through the particle sensor from passing from a measuring region into a contact receiving region in which, for example, the electrical contacts of the particle sensor are arranged is. The protective element thus serves as a shield against the introduced into the gas flow with the gas sensor particles, in particular soot.

Ein erfindungsgemäßer Partikelsensor zum Erfassen einer Partikelmenge in einem Gasstrom in einer Brennkraftmaschine weist ein Gehäuse auf, in dem ein Messbereich angeordnet ist, der sich zwischen einem ersten Gehäusebereich, der dazu ausgebildet ist, in einem eingebauten Zustand des Partikelsensors zumindest teilweise in den Gasstrom der Brennkraftmaschine hervorzustehen, und einem zweiten Gehäusebereich im Wesentlichen entlang einer Längsachse erstreckt. Der erfindungsgemäße Partikelsensor weist ferner eine zumindest teilweise im Messbereich angeordnete und im Wesentlichen zylindrische Sensorelektrode, die koaxial zur Längsachse angeordnet ist und sich über den zweiten Gehäusebereich aus dem Messbereich heraus erstreckt, und ein elektrisch nicht leitendes Schutzelement auf, das an der Sensorelektrode angebracht und dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise zu verhindern, dass der Gasstrom am zweiten Gehäusebereich aus dem Messbereich herausströmt. Insbesondere ist der Partikelsensor ein Rußsensor zum Erfassen der Rußmenge im Abgas einer Brennkraftmaschine, wobei das Schutzelement zumindest teilweise verhindern kann, dass der im Gasstrom enthaltene Ruß in den Kontakteaufnahmebereich des Sensors gelangt, in dem elektrische Kontakte des Rußsensors im Gehäuse untergebracht sind. A particle sensor according to the invention for detecting a quantity of particles in a gas flow in an internal combustion engine has a housing in which a measuring region is arranged, which is arranged between a first housing region and the one is formed, at least partially protrude in an installed state of the particle sensor in the gas stream of the internal combustion engine, and a second housing portion extending substantially along a longitudinal axis. The particle sensor according to the invention further comprises an at least partially arranged in the measuring range and substantially cylindrical sensor electrode which is arranged coaxially to the longitudinal axis and extending beyond the second housing portion out of the measuring range, and an electrically non-conductive protective element, which is attached to the sensor electrode and thereto is formed, at least partially to prevent the gas flow at the second housing portion flows out of the measuring range. In particular, the particle sensor is a soot sensor for detecting the amount of soot in the exhaust gas of an internal combustion engine, wherein the protective element can at least partially prevent the soot contained in the gas flow passes into the contact receiving region of the sensor, are housed in the electrical contacts of the soot sensor in the housing.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelsensors weist das Schutzelement einen im Wesentlichen scheibenförmigen Abschnitt auf, der sich bezüglich der Längsachse radial nach außen in Richtung einer Innenwand des Gehäuses erstreckt. Durch diesen scheibenförmigen Abschnitt des Schutzelements wird eine Abschirmung des Messbereichs vorgesehen und kann ein Austreten von Partikeln aus dem Messbereich in den Kontakteaufnahmebereich zumindest teilweise verhindern. In an advantageous embodiment of the particle sensor according to the invention, the protective element has a substantially disc-shaped section which extends radially outward in the direction of an inner wall of the housing with respect to the longitudinal axis. By means of this disk-shaped section of the protective element, a shielding of the measuring region is provided and can at least partially prevent particles from escaping from the measuring region into the contact-receiving region.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor weist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ferner einen elektrisch nicht leitenden Isolator auf, der an der Sensorelektrode außerhalb des Messbereichs angebracht sein kann, wobei das Schutzelement am Isolator angebracht ist. The particle sensor according to the invention further comprises, in a further advantageous embodiment, an electrically non-conductive insulator, which may be attached to the sensor electrode outside the measuring range, wherein the protective element is attached to the insulator.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelsensors ist ein weiteres elektrisches nicht leitendes Schutzelement vorgesehen, das am zweiten Gehäusebereich angebracht ist und sich bezüglich der Längsachse zumindest teilweise radial nach innen erstreckt, so dass dieses weitere elektrisch nicht leitende Schutzelement zusammen mit dem an der Sensorelektrode angebrachten elektrisch nicht leitenden Schutzelement eine im Wesentlichen labyrinthartige Dichtung ausbilden kann. Damit kann eine weitere Verstärkung des Abschirmeffekts für Partikel aus dem Messbereich hergestellt werden. According to a further preferred embodiment of the particle sensor according to the invention, a further electrical non-conductive protective element is provided, which is mounted on the second housing portion and extends at least partially radially inwardly with respect to the longitudinal axis, so that this further electrically non-conductive protective element together with attached to the sensor electrode electrically non-conductive protective element can form a substantially labyrinthine seal. Thus, a further enhancement of the shielding effect for particles from the measuring range can be produced.

Vorteilhafterweise ist das weitere Schutzelement mit dem Gehäuse einstückig ausgebildet. Beispielsweise kann das weitere Schutzelement am Gehäuse angeformt sein. Advantageously, the further protective element is integrally formed with the housing. For example, the further protective element may be formed on the housing.

In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Partikelsensors ist außerhalb des Messbereichs, genauer gesagt im Kontakteaufnahmebereich, ein im Wesentlichen zylindrischer Hauptisolator vorgesehen, der an einer Innenwand des Gehäuses und an der Sensorelektrode angebracht und dazu ausgebildet ist, den Messbereich von einem Kontakteaufnahmebereich des Gassensors zu isolieren Im Kontakteaufnahmebereich kann ein Kabel zur Betriebselektronik des Partikelsensors kontaktiert werden. Die Betriebselektronik kann dabei die Versorgung des Partikelsensors und die Aufbereitung der Sensorsignale ausüben. In a further exemplary embodiment of the particle sensor, a substantially cylindrical main insulator is provided outside the measuring area, more precisely in the contact receiving area, which is attached to an inner wall of the housing and to the sensor electrode and is designed to insulate the measuring area from a contact receiving area of the gas sensor Contact receiving area, a cable can be contacted to the operating electronics of the particle sensor. The operating electronics can exercise the supply of the particle sensor and the processing of the sensor signals.

Vorzugsweise sind das Schutzelement und/oder das weitere Schutzelement aus einem keramischen Werkstoff gebildet. Alternativ können das Schutzelement und/oder das weitere Schutzelement aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff gebildet sein. Preferably, the protective element and / or the further protective element are formed from a ceramic material. Alternatively, the protective element and / or the further protective element may be formed from a high temperature resistant plastic.

Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in jenen: Further features and objects of the present invention will become apparent to those skilled in the art by exercising the present teachings and considering the accompanying drawings in which:

1 eine Schnittansicht entlang einer Längsachse durch einen beispielhaften Partikelsensor zeigt, 1 shows a sectional view along a longitudinal axis through an exemplary particle sensor,

2 eine Schnittansicht entlang einer Längsachse durch einen erfindungsgemäßen Partikelsensor zeigt, und 2 shows a sectional view along a longitudinal axis through a particle sensor according to the invention, and

3 eine Schnittansicht entlang einer Längsachse eines weiteren erfindungsgemäßen Partikelsensors zeigt. 3 a sectional view along a longitudinal axis of a further particle sensor according to the invention shows.

Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen beispielhaften Partikelsensor 100, der ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 110 aufweist, das sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse 102 erstreckt. In weiteren Ausgestaltungen kann das Gehäuse 110 konisch oder gestuft ausgebildet sein. Das Gehäuse 110 weist einen Gewindeabschnitt 112 auf, mittels dem der Partikelsensor 100 beispielsweise in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eingeschraubt werden kann. Das Gehäuse 110 weist ferner einen Bereich 114 auf, beispielsweise in der Form eines Außensechskants, an dem ein entsprechendes Werkzeug angesetzt werden kann, damit der Partikelsensor 100 in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine wie gewünscht eingeschraubt werden kann. The 1 shows a section through an exemplary particle sensor 100 , which is a substantially cylindrical housing 110 which extends substantially along a longitudinal axis 102 extends. In further embodiments, the housing 110 be formed conical or stepped. The housing 110 has a threaded portion 112 on, by means of which the particle sensor 100 For example, in an exhaust passage of an internal combustion engine (not shown) can be screwed. The housing 110 also has an area 114 on, for example in the form of an external hex, on which a corresponding tool can be attached, so that the particle sensor 100 can be screwed as desired in the exhaust passage of the internal combustion engine.

Innerhalb des Gehäuses 110 ist ein Messbereich 120 vorgesehen, der sich zwischen einem ersten Gehäusebereich 116, der dazu ausgebildet ist, in einem eingebauten Zustand des Partikelsensors 100 zumindest teilweise in einen Gasstrom (angedeutet mit einem Pfeil 10 in der 1), der durch den Abgaskanal der der Brennkraftmaschine strömt, zumindest teilweise hervorzustehen, und einen zweiten Gehäusebereich 118 im Wesentlichen entlang der Längsachse 102 erstreckt. Insbesondere beschreibt der erste Gehäusebereich 116 einen vordereren Endbereich des Gehäuses 110 und der zweite Gehäusebereich beschreibt einen vom ersten Gehäusebereich 116 beabstandeten Gehäusebereich des Gehäuses 110. Genauer gesagt wird der Messbereich 120 durch den ersten Gehäusebereich 116 und den zweiten Gehäusebereich 118 in einer Richtung parallel zur Längsachse 102 festgelegt bzw. definiert. Inside the case 110 is a measuring range 120 provided, which extends between a first housing portion 116 which is adapted to, in a built-in state of the particle sensor 100 at least partially into a gas stream ( indicated with an arrow 10 in the 1 ), which flows through the exhaust passage of the internal combustion engine, at least partially protrude, and a second housing portion 118 essentially along the longitudinal axis 102 extends. In particular, describes the first housing area 116 a front end portion of the housing 110 and the second housing portion describes one of the first housing portion 116 spaced housing portion of the housing 110 , More specifically, the measuring range 120 through the first housing area 116 and the second housing portion 118 in a direction parallel to the longitudinal axis 102 defined or defined.

Das Gehäuse 110 weist ferner einen weiteren, sich entlang der Längsachse 102 erstreckenden und dem ersten Gehäusebereich 116 gegenüberliegenden Gehäusebereich 119 auf, in dem ein Kontakteaufnahmebereich 122 vorgesehen ist, in dem zumindest teilweise elektrische Kontakte (nicht gezeigt) des Partikelsensors untergebracht werden können, über die der Partikelsensor 100 mit beispielsweise einer Steuereinheit eines Fahrzeugs verbunden werden kann. The housing 110 also has another, along the longitudinal axis 102 extending and the first housing portion 116 opposite housing area 119 in which a contact receiving area 122 is provided, in which at least partial electrical contacts (not shown) of the particle sensor can be accommodated, via which the particle sensor 100 can be connected to, for example, a control unit of a vehicle.

In Messbereich 120 ist ferner eine im Wesentlichen zylindrische Sensorelektrode 130 angeordnet, die koaxial zur Längsachse 102 angeordnet ist. In weiteren Ausgestaltungen kann die Sensorelektrode 130 konisch stufig ausgebildet sein. Die Sensorelektrode 130 umfasst einen innerhalb des Messbereich 120 angeordnet Messabschnitt 132 sowie einen sich entlang der Längsachse 102 durch den zweiten Gehäusebereich 118 in den Kontakteaufnahmebereich 122 erstreckenden Verbindungsabschnitt 134. Der Messabschnitt 132 ist beispielsweise ein hohlzylindrischer Bereich. In measuring range 120 is also a substantially cylindrical sensor electrode 130 arranged coaxially with the longitudinal axis 102 is arranged. In further embodiments, the sensor electrode 130 be formed tapered stage. The sensor electrode 130 includes one within the measuring range 120 arranged measuring section 132 as well as along the longitudinal axis 102 through the second housing area 118 in the contact reception area 122 extending connecting section 134 , The measuring section 132 is for example a hollow cylindrical area.

Der Verbindungsabschnitt 134 ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Verbindung des Messabschnitts 132 zu einer im Kontakteaufnahmebereich 122 angeordneten elektrischen Kontakten(nicht gezeigt) herzustellen, über die der Partikelsensor 100 mit z. B. der Steuereinheit des Fahrzeugs verbunden werden kann. The connecting section 134 is in particular adapted to a connection of the measuring section 132 to one in the contact reception area 122 arranged electrical contacts (not shown) via which the particle sensor 100 with z. B. the control unit of the vehicle can be connected.

Ferner weist der Partikelsensor 100 gemäß den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen ein im Wesentlichen zylindrisches Strömungsleitelement 140 auf, das im Messbereich 120 bezüglich der Längsachse 102 in radialer Richtung außerhalb der Sensorelektrode 130 und koaxial zu dieser angeordnet ist. In weiteren Ausgestaltungen kann das Strömungsleitelement 140 eine konische oder gestufte Form aufweisen. Insbesondere ist das Strömungsleitelement 140 um den Messabschnitt 132 der Sensorelektrode 130 derart angeordnet, dass ein erster Strömungspfad 100 zwischen einer radialen Innenwand 111 des Gehäuses 110 und einer radialen Außenwand 141 des Strömungsleitelements derart gebildet wird, dass der Gasstrom durch den ersten Strömungspfad 104 vom ersten Gehäusebereich 116 in Richtung des zweiten Gehäusebereichs 118 strömt, und ein zweiter Strömungspfad 106 zwischen der Sensorelektrode 130 und dem Strömungsleitelement 140 derart gebildet wird, dass der Gasstrom durch den zweiten Strömungspfad 106 vom zweiten Gehäusebereich 118 in Richtung des ersten Gehäusebereichs 116 strömt. In der 1 ist die Strömungsrichtung des Gasstroms durch den ersten Strömungspfad 104 mit einem Pfeil 12 angedeutet und die Strömungsrichtung durch den zweiten Strömungspfad 106 mit einem Pfeil 14 angedeutet. Furthermore, the particle sensor 100 According to the embodiments shown in the drawings, a substantially cylindrical flow guide 140 in the measuring range 120 with respect to the longitudinal axis 102 in the radial direction outside the sensor electrode 130 and is arranged coaxially thereto. In further embodiments, the flow guide 140 have a conical or stepped shape. In particular, the flow guide is 140 around the measuring section 132 the sensor electrode 130 arranged such that a first flow path 100 between a radial inner wall 111 of the housing 110 and a radial outer wall 141 the flow guide is formed such that the gas flow through the first flow path 104 from the first housing area 116 in the direction of the second housing area 118 flows, and a second flow path 106 between the sensor electrode 130 and the flow guide 140 is formed such that the gas flow through the second flow path 106 from the second housing area 118 in the direction of the first housing area 116 flows. In the 1 is the flow direction of the gas flow through the first flow path 104 with an arrow 12 indicated and the flow direction through the second flow path 106 with an arrow 14 indicated.

Insbesondere sind der erste Strömungspfad 104 und der zweite Strömungspfad 106 jeweils im Wesentlichen als zylindrische Bereiche vorgesehen, die bezüglich der Längsachse 102 koaxial zueinander vorgesehen sind und von dem Strömungsleitelement 140 begrenzt bzw. voneinander abgetrennt werden. Allgemein wird jedoch die Form des ersten Strömungspfads 104 durch die Form des Gehäuses 110 und durch die Form des Strömungsleitelements 140 definiert und die Form des zweiten Strömungspfads 106 durch die Form des Strömungsleitelements 140 und durch die Form der Sensorelektrode 130 definiert. Damit der Gasstrom 10 durch den Messbereich 120 strömen kann, weist das Gehäuse 110 im ersten Gehäusebereich 116 zumindest eine Einlassöffnung 101, die im Mantel des Gehäuses 110 vorgesehen ist, sowie eine sich entlang der Längsachse 102 erstreckende Auslassöffnung 103 auf. In particular, the first flow path 104 and the second flow path 106 each substantially provided as cylindrical portions, with respect to the longitudinal axis 102 are provided coaxially with each other and from the flow guide 140 limited or separated from each other. Generally, however, the shape of the first flow path becomes 104 by the shape of the case 110 and by the shape of the flow guide 140 defined and the shape of the second flow path 106 by the shape of the flow guide 140 and by the shape of the sensor electrode 130 Are defined. Thus the gas flow 10 through the measuring range 120 can flow, the housing has 110 in the first housing area 116 at least one inlet opening 101 in the jacket of the case 110 is provided, and one along the longitudinal axis 102 extending outlet opening 103 on.

Gemäß der 1 weist der Partikelsensor 100 ferner ein am zweiten Gehäusebereich 118 angebrachtes Umlenkelement 150 auf, das dazu ausgebildet ist, den Gasstrom durch den ersten Strömungspfad 104 in den zweiten Strömungspfad 106 umzulenken. Das Umlenkelement 150 ist vorzugsweise mit dem Gehäuse 110 einstückig ausgebildet und ist in der Form eines sich von der radialen Innenwand 111 des Gehäuses 110 bezüglich der Längsachse 102 zumindest teilweise radial nach innen erstreckenden Vorsprungs gebildet. Das Umlenkelement 150 weist eine Nut 152 auf, die in einer Seitenfläche des Umlenkelements 150 gebildet ist. Die Nut 152 weist vorzugsweise einen konkaven Boden auf, so dass der Gasstrom durch den ersten Strömungspfad 104 optimiert in den zweiten Strömungspfad 106 umgelenkt werden kann. Die Nut 152 ist eine um die Längsachse 102 umlaufende Nut und hat einen runden Boden. According to the 1 has the particle sensor 100 further on the second housing portion 118 attached deflecting element 150 which is adapted to the gas flow through the first flow path 104 in the second flow path 106 redirect. The deflecting element 150 is preferably with the housing 110 formed integrally and is in the shape of a from the radial inner wall 111 of the housing 110 with respect to the longitudinal axis 102 formed at least partially radially inwardly extending projection. The deflecting element 150 has a groove 152 on that in a side surface of the deflecting element 150 is formed. The groove 152 preferably has a concave bottom, so that the gas flow through the first flow path 104 optimized in the second flow path 106 can be redirected. The groove 152 is one around the longitudinal axis 102 circumferential groove and has a round bottom.

Der 1 ist zu entnehmen, dass das Umlenkelement 150 den Gasstrom um ungefähr 180° umlenkt, was mit einem Pfeil 18 schematisch angedeutet ist. Insbesondere ist das Umlenkelement 150 dazu ausgebildet, es zu verhindern, dass der Gasstrom samt seinen mitgerissenen Partikeln in den Kontakteaufnahmebereich 122 gelangt, der sich außerhalb des Messbereichs 120 befindet. Insbesondere wird der Kontakteaufnahmebereich 122 durch den zweiten Gehäusebereich 118 vom Messbereich 120 abgetrennt. Somit kann das Risiko einer übermäßigen Kontamination durch Partikel, insbesondere Ruß, die durch den Gasstrom in den Partikelsensor 100 eingebracht werden, reduziert werden und der Gassensor kann über eine längere Lebensdauer zuverlässig arbeiten. Of the 1 it can be seen that the deflection 150 deflects the gas flow by about 180 °, what with an arrow 18 is indicated schematically. In particular, the deflecting element 150 designed to prevent it, the gas stream including its entrained particles in the contact receiving area 122 reaches outside the measuring range 120 located. In particular, will the contact receiving area 122 through the second housing area 118 from the measuring range 120 separated. Thus, the risk of excessive contamination by particles, especially soot, by the gas flow in the particle sensor 100 can be reduced, and the gas sensor can work reliably over a longer life.

Genauer gesagt kann das Umlenkelement 150 verhindern, dass ein Strömungsrichtungsvektor des durch den ersten Strömungspfad 104 strömenden Gasstroms direkt in den Kontakteaufnahmebereich 122 zeigt. Vorzugsweise ist ein um die Längsachse 102 verlaufender Spalt 154 zwischen dem Umlenkelement 150 und dem Messabschnitt 132 der Sensorelektrode 130 so gering wie möglich ausgebildet, damit das Eindringen von Partikeln in den Elektrodenbereich 122 reduziert werden kann. More precisely, the deflecting element 150 Prevent a flow direction vector from flowing through the first flow path 104 flowing gas stream directly into the contact receiving area 122 shows. Preferably, one is about the longitudinal axis 102 running gap 154 between the deflecting element 150 and the measuring section 132 the sensor electrode 130 designed as small as possible, thus the penetration of particles into the electrode area 122 can be reduced.

Unter Verweis auf die 2 ist ein erfindungsgemäßer Partikelsensor 100 gezeigt, bei dem bereits aus der 1 bekannte Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. With reference to the 2 is a particle sensor according to the invention 100 already shown in the 1 Known elements are provided with the same reference numerals.

Der Partikelsensor 100 aus der 2 unterscheidet sich von dem Partikelsensor 100 der 1 darin, dass kein Umlenkelement 150 vorgesehen ist und eine Verbindung zwischen dem ersten Strömungspfad 104 und dem zweiten Strömungspfad 106 mittels einer im Strömungsleitelement 140 gebildeten eine Öffnung 142 hergestellt wird. Dabei ist es angedacht, dass die Hauptmenge des Gasstroms um 180° gemäß dem Pfeil 18 umgelenkt wird. Jedoch könnte eine gewisse Menge des Gasstroms entlang des Pfeils 19 (gepunkteter Pfeil in der 2) strömen und würde somit in den Kontakteaufnahmebereich 122 gelangen. The particle sensor 100 from the 2 is different from the particle sensor 100 of the 1 in that no deflecting element 150 is provided and a connection between the first flow path 104 and the second flow path 106 by means of a flow guide 140 formed an opening 142 will be produced. It is envisaged that the majority of the gas flow through 180 ° according to the arrow 18 is diverted. However, some of the gas flow could be along the arrow 19 (dotted arrow in the 2 ) and would thus flow into the contact receiving area 122 reach.

Um dies zu verhindern weist der Partikelsensor 100 der 2 ein elektrisch nicht leitendes Schutzelement 160 auf, das an der Sensorelektrode 130, genauer gesagt am Verbindungsabschnitt 134 der Sensorelektrode 130, angebracht und dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise zu verhindern, dass der Gasstrom am zweiten Gehäusebereich 118 aus dem Messbereich 120 herausströmt und in den Kontakteaufnahmebereich 122 gelangt. Wie der 2 zu entnehmen ist, weist das elektrisch nicht leitende Schutzelement 160 bevorzugt einen scheibenförmigen Abschnitt 162 auf, der sich bezüglich der Längsachse 102 in radialer Richtung nach außen erstreckt und somit eine Abschirmung für den entlang des Pfeils 19 strömenden Gasstrom bildet und folglich die im Gasstrom enthaltenen Partikel davon abhält, in den Kontakteaufnahmebereich 122 zu strömen und diesen zu verschmutzen. To prevent this, the particle sensor points 100 of the 2 an electrically non-conductive protective element 160 on, at the sensor electrode 130 more precisely at the connecting section 134 the sensor electrode 130 , is mounted and adapted to at least partially prevent the gas flow at the second housing portion 118 out of the measuring range 120 flows out and into the contact receiving area 122 arrives. Again 2 can be seen, has the electrically non-conductive protective element 160 preferably a disk-shaped section 162 on, referring to the longitudinal axis 102 extends in the radial direction outwards and thus a shield for the along the arrow 19 forms flowing gas stream and thus prevents the particles contained in the gas stream thereof, in the contact receiving area 122 to stream and pollute it.

Der Partikelsensor 100 der 2 weist ferner ein weiteres elektrisch nicht leitendes Schutzelement 170 auf, das am zweiten Gehäusebereich 118 angebracht ist und einen sich bezüglich der Längsachse 102 zumindest teilweise derart radial nach innen erstreckenden scheibenförmigen Abschnitt 172 auf, der in Kombination mit dem scheibenförmigen Abschnitt 162 des Schutzelements 160 eine im Wesentlichen labyrinthartige Dichtung bildet. Die Zusammenwirkung der beiden Schutzelement 160, 170 verstärkt eine Abschirmung gegenüber Partikel und erschwert es den Partikeln, aus dem Messbereich 120 in den Kontakteaufnahmebereich 122 zu gelangen. The particle sensor 100 of the 2 also has another electrically non-conductive protective element 170 on, the second housing area 118 is attached and one with respect to the longitudinal axis 102 at least partially such radially inwardly extending disc-shaped portion 172 on, in combination with the disc-shaped section 162 of the protective element 160 forms a substantially labyrinthine seal. The interaction of the two protective element 160 . 170 Strengthens a shield against particles and makes it difficult for the particles, from the measuring range 120 in the contact reception area 122 to get.

Der scheibenförmige Abschnitt 162 bzw. der scheibenförmige Abschnitt 172 sind jeweils dazu ausgebildet, sich in radialer Richtung derart zu erstrecken, dass zwischen dem Abschnitt 162 und dem Schutzelement 170 oder dem Gehäuse 110 ein möglichst geringer Spalt vorgesehen ist bzw. dass zwischen dem Abschnitt 172 und dem Verbindungsabschnitt 134 der Sensorelektrode 130 oder dem Schutzelement 160 ein möglichst geringer Spalt vorgesehen ist. Insbesondere sind die beiden Spalte dazu ausgebildet, es zumindest teilweise zu verhindern, dass sich an den Schutzelementen 160, 170 ablagernder und elektrisch leitfähiger Ruß eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorelektrode 130 und dem Gehäuse 110 herstellt, die einen Kurzschluss verursachen und das Messsignal des Partikelsensors 100 verfälschen könnte. The disc-shaped section 162 or the disc-shaped section 172 are each adapted to extend in the radial direction such that between the section 162 and the protective element 170 or the housing 110 the smallest possible gap is provided or that between the section 172 and the connection section 134 the sensor electrode 130 or the protective element 160 the smallest possible gap is provided. In particular, the two gaps are designed to at least partially prevent it from being attached to the protective elements 160 . 170 depositing and electrically conductive soot an electrical connection between the sensor electrode 130 and the housing 110 which causes a short circuit and the measuring signal of the particle sensor 100 could falsify.

Vorzugsweise sind das Schutzelement 160 und/oder das weitere Schutzelement 170 aus einem keramischen Werkstoff gebildet. Alternativ können die Schutzelemente 160, 170 auch aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff gebildet sein. Preferably, the protective element 160 and / or the further protective element 170 formed from a ceramic material. Alternatively, the protective elements 160 . 170 be formed of a high temperature resistant plastic.

Die 3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Partikelsensor 100, der sowohl das aus der 1 bekannte Umlenkelement 150 als auch die aus der 2 bekannten Schutzelemente 160, 170 aufweist. Durch die Zusammenwirkung des Umlenkelements 150 und des Schutzelements 160 kann das Risiko weitere reduziert werden, dass Partikel aus dem Gasstrom beim Übergang aus dem ersten Strömungspfad 104 in den zweiten Strömungspfad 106 aus dem Messbereich 120 in den Kontakteaufnahmebereich 122 gelangen können und somit eine Verschmutzung der elektrischen Kontakte herbeiführen können. The 3 shows a further particle sensor according to the invention 100 that is both the one from 1 known deflection 150 as well as from the 2 known protective elements 160 . 170 having. Due to the interaction of the deflecting element 150 and the protective element 160 The risk can be further reduced that particles from the gas stream at the transition from the first flow path 104 in the second flow path 106 out of the measuring range 120 in the contact reception area 122 can reach and thus cause pollution of the electrical contacts.

Zur weiteren Verstärkung der Abschirmwirkung weist der Partikelsensor 100 der 3 ferner einen im Kontakteaufnahmebereich 122 angeordneten Hauptisolator 180 auf, der an der Sensorelektrode 130 und am Gehäusebereich 119 des Gehäuses 110 angebracht ist. Der Hauptisolator 180 ist dazu ausgebildet, die Messspannung vom zugehörigen Gegenpotential zu isolieren. To further enhance the shielding, the particle sensor 100 of the 3 also in the contact receiving area 122 arranged main insulator 180 on, at the sensor electrode 130 and on the housing area 119 of the housing 110 is appropriate. The main insulator 180 is designed to isolate the measuring voltage from its counterpart potential.

Mit dem Umlenkelement 150 und/oder den Schutzelementen 160, 170 kann zumindest teilweise verhindert werden, dass Partikel, insbesondere elektrisch leitfähige Rußpartikel aus einem Abgas einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, in den Kontakteaufnahmebereich 122 zwischen dem Hauptisolator 180 und dem Messbereich 120 eintreten und sich am Hauptisolator 180 ablagern. Am Hauptisolator 180 ablagernde Rußpartikel könnten eine elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 110 und der bestromten Sensorelektrode 130 herstellen und folglich einen ungewollten Kurzschluss verursachen. With the deflection element 150 and / or the protective elements 160 . 170 can be at least partially prevented that particles, in particular electrically conductive soot particles from an exhaust gas of an internal combustion engine of a vehicle, in the contact receiving area 122 between the main insulator 180 and the measuring range 120 enter and join the main isolator 180 deposit. At the main insulator 180 depositing soot particles could be an electrical connection between the housing 110 and the energized sensor electrode 130 and thus cause an unwanted short circuit.

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Claims (10)

Partikelsensor (100) zum Erfassen einer Partikelmenge in einem Gasstrom in einer Brennkraftmaschine, wobei der Partikelsensor (100) aufweist: – ein Gehäuse (110), in dem ein Messbereich (120) angeordnet ist, der sich zwischen einem ersten Gehäusebereich (116), der dazu ausgebildet ist, in einem eingebauten Zustand des Partikelsensors (100) zumindest teilweise in den Gasstrom der Brennkraftmaschine hervorzustehen, und einem zweiten Gehäusebereich (118) im Wesentlichen entlang einer Längsachse (102) erstreckt, – eine zumindest teilweise im Messbereich (120) angeordnete und im Wesentlichen zylindrische Sensorelektrode (130), die koaxial zur Längsachse (102) angeordnet ist und sich über den zweiten Gehäusebereich (118) aus dem Messbereich (120) heraus erstreckt, und – ein elektrisch nicht leitendes Schutzelement (160), das an der Sensorelektrode (130) angebracht und dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise zu verhindern, dass der Gasstrom am zweiten Gehäusebereich (118) aus dem Messbereich (120) herausströmt. Particle sensor ( 100 ) for detecting a particle amount in a gas flow in an internal combustion engine, wherein the particle sensor ( 100 ): - a housing ( 110 ), in which a measuring range ( 120 ) arranged between a first housing region ( 116 ) which is adapted to be in a built-in state of the particle sensor ( 100 ) protrude at least partially into the gas flow of the internal combustion engine, and a second housing region ( 118 ) substantially along a longitudinal axis ( 102 ), one at least partially in the measuring range ( 120 ) and substantially cylindrical sensor electrode ( 130 ) coaxial with the longitudinal axis ( 102 ) is arranged and over the second housing portion ( 118 ) out of the measuring range ( 120 ), and - an electrically non-conductive protective element ( 160 ) connected to the sensor electrode ( 130 ) and is adapted to at least partially prevent the gas flow at the second housing region ( 118 ) out of the measuring range ( 120 ) flows out. Partikelsensor (100) nach Anspruch 1, wobei das Schutzelement (160) einen im Wesentlichen scheibenförmigen Abschnitt (162) aufweist, der sich bezüglich der Längsachse (102) radial nach außen in Richtung einer Innenwand (111) des Gehäuses (110) erstreckt. Particle sensor ( 100 ) according to claim 1, wherein the protective element ( 160 ) has a substantially disc-shaped section ( 162 ), which with respect to the longitudinal axis ( 102 ) radially outward in the direction of an inner wall ( 111 ) of the housing ( 110 ). Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem elektrisch nicht leitenden Isolator, der an der Sensorelektrode (130) außerhalb des Messbereichs (120) angebracht ist, wobei das Schutzelement (160) am Isolator angebracht ist. Particle sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising an electrically non-conductive insulator attached to the sensor electrode ( 130 ) outside the measuring range ( 120 ), the protective element ( 160 ) is attached to the insulator. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem weiteren elektrisch nicht leitenden Schutzelement (170), das am Gehäuse (110) angebracht ist und einen sich bezüglich der Längsachse () zumindest teilweise radial nach innen erstreckenden scheibenförmigen Abschnitt (172) aufweist, der mit dem an der Sensorelektrode (130) angebrachten elektrisch nicht leitenden Schutzelement (160) eine im Wesentlichen labyrinthartige Dichtung ausbildet. Particle sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising a further electrically non-conductive protective element ( 170 ) on the housing ( 110 ) and a with respect to the longitudinal axis () at least partially radially inwardly extending disc-shaped portion ( 172 ), which is connected to the at the sensor electrode ( 130 ) mounted electrically non-conductive protective element ( 160 ) forms a substantially labyrinthine seal. Partikelsensor (100) nach Anspruch 4, wobei das weitere Schutzelement (170) mit dem Gehäuse einstückig ausgebildet ist. Particle sensor ( 100 ) according to claim 4, wherein the further protective element ( 170 ) Is formed integrally with the housing. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem außerhalb des Messbereichs (120) angeordneten und im Wesentlichen zylindrischen Hauptisolator (180), der an der Sensorelektrode (130) und einer Innenwand (111) des Gehäuses (110) angebracht und dazu ausgebildet ist, den Messbereich (120) von einem außerhalb des Messbreichs (120) angeordneten Kontakteaufnahmebereich (122) zu isolieren. Particle sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, furthermore with an outside of the measuring range ( 120 ) and substantially cylindrical main insulator ( 180 ) connected to the sensor electrode ( 130 ) and an inner wall ( 111 ) of the housing ( 110 ) and is adapted to the measuring range ( 120 ) from outside the measuring range ( 120 ) arranged contact receiving area ( 122 ) to isolate. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schutzelement (160) und/oder das weitere Schutzelement (170) aus einem keramischen Werkstoff oder einem hochtemperaturfesten Kunststoff gebildet sind. Particle sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the protective element ( 160 ) and / or the further protective element ( 170 ) are formed of a ceramic material or a high temperature resistant plastic. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strömungsleitelement (140) am ersten Gehäusebereich (116) und/oder am zweiten Gehäusebereich (118) befestigt ist. Particle sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the flow guide element ( 140 ) on the first housing area ( 116 ) and / or on the second housing area ( 118 ) is attached. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit zumindest einer im ersten Gehäusebereich (116) im Mantel des Gehäuses (110) gebildeten Einlassöffnung (101), durch die der Gasstrom in den ersten Strömungspfad (104) einströmen kann. Particle sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising at least one in the first housing region ( 116 ) in the jacket of the housing ( 110 ) formed inlet opening ( 101 ), through which the gas flow into the first flow path ( 104 ) can flow. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer sich durch den ersten Gehäusebereich (116) entlang der Längsachse (102) erstreckenden Auslassöffnung (103), durch die der Gasstrom aus dem Messbereich (120) ausströmen kann. Particle sensor ( 100 ) according to any one of the preceding claims, further comprising a through the first housing portion ( 116 ) along the longitudinal axis ( 102 ) extending outlet opening ( 103 ), through which the gas flow from the measuring range ( 120 ) can flow out.
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