DE102018133041A1 - Exhaust system with a particle filter and a particle measuring device for an internal combustion engine and motor vehicle internal combustion engine with an exhaust system - Google Patents
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Abstract
Abgasstrang einer Brennkraftmaschine (9) für ein Kraftfahrzeug mit einem Partikelfilter (12), wobei der Abgasstrang zum Führen von Abgas aus der Brennkraftmaschine (9) in die Umwelt in einer Abgasdurchströmungsrichtung eingerichtet ist und einen Abgasmesssensor (1) zum Messen von Abgaseigenschaften aufweist, wobei dieser Abgasmesssensor (1) zum Messen der Abgaseigenschaften von einem Trägergas durchströmt ist und eine Trägergaszuführung (6) und einen Messgasaustritt (7) aufweist, wobei der Messgasaustritt (7) zum Auslassen zu mindestens des Trägergases aus dem Abgasmesssensor (1) eingerichtet ist,dadurch gekennzeichnet, dassder Abgasmesssensor (1), bezogen auf die Abgasdurchströmungsrichtung, derart im Abgasstrang angeordnet ist, dass der Messgasaustritt (7) stromaufwärts des Partikelfilters (2) angeordnet ist unddass das Trägergas ein nichtreaktives Gas ist.Exhaust system of an internal combustion engine (9) for a motor vehicle with a particle filter (12), the exhaust system for guiding exhaust gas from the internal combustion engine (9) to the environment in an exhaust gas flow direction and having an exhaust gas measurement sensor (1) for measuring exhaust gas properties, wherein this exhaust gas measurement sensor (1) for measuring the exhaust gas properties is flowed through by a carrier gas and has a carrier gas supply (6) and a sample gas outlet (7), the sample gas outlet (7) being set up for discharging at least the carrier gas from the exhaust gas measurement sensor (1), thereby characterized in that the exhaust gas measuring sensor (1), in relation to the exhaust gas flow direction, is arranged in the exhaust line such that the measuring gas outlet (7) is arranged upstream of the particle filter (2) and that the carrier gas is a non-reactive gas.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasstrang mit Partikelfilter für eine Brennkraftmaschine und eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasstrang. Aus der
Nachfolgend ist die Erfindung in Zusammenhang mit einem bekannten Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs beschrieben, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen. Eine solche Brennkraftmaschine verbrennt in wenigstens einem Brennraum Kraftstoff mit Umgebungsluft und wandelt die dabei freiwerdende Energie in mechanische Antriebsleistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs um. Die bei der Verbrennung des Kraftstoffs freiwerdenden Abgase können während eines Prüfzykluses (NEFZ, WLTP, usw.) oder während des realen Betriebes (RDE, usw.) der Brennkraftmaschine gemessen werden, insbesondere die Anzahl und Masse der im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen kleinen und kleinsten Festkörperteilchen, insbesondere der Rußpartikel, ist dabei von Interesse. Aus dem Stand der Technik ist für die Messung dieses Abgases ein Abgasmesssensor bekannt, welcher aufgrund seines Messprinzips mit Druckluft bzw. Umgebungsluft durchspült wird. Diese dem Abgasmesssensor zugeführte Luft wird zur Messung ionisiert und dann mit dem partikelhaltigen Abgas aus der Brennkraftmaschine, welches zur Messung durch den Sensor geführt wird, zusammengeführt und die oben genannten Abgaseigenschaften (Partikelmassenkonzentration, Partikelanzahlkonzentration) werden bestimmt.The invention is described below in connection with a known exhaust line of an internal combustion engine of a motor vehicle; this should not be understood as a restriction of the invention to such an application. Such an internal combustion engine burns fuel with ambient air in at least one combustion chamber and converts the energy released in the process into mechanical drive power for driving the motor vehicle. The exhaust gases released during the combustion of the fuel can be measured during a test cycle (NEDC, WLTP, etc.) or during real operation (RDE, etc.) of the internal combustion engine, in particular the number and mass of the small and smallest contained in the exhaust gas of the internal combustion engine Solid particles, in particular the soot particles, are of interest. An exhaust gas measuring sensor is known from the prior art for measuring this exhaust gas, which sensor is flushed with compressed air or ambient air due to its measuring principle. This air supplied to the exhaust gas measuring sensor is ionized for measurement and then combined with the particulate-containing exhaust gas from the internal combustion engine, which is led through the sensor for measurement, and the abovementioned exhaust gas properties (particle mass concentration, particle number concentration) are determined.
Zur Filtration des Abgases ist im Abgasstrang ein sogenannter Partikelfilter angeordnet, welcher alternierend durch Verbrennen der ausgefilterten und im Partikelfilter gespeicherten Partikel gereinigt werden kann. Das Abbrennen der Partikel im Partikelfilter wird durch die Zufuhr von Frischluft begünstigt. Durch dieses Reinigen des Partikelfilters sinkt einerseits der Abgasgegendruck, da das Abgas aus der Brennkraftmaschine leichter durch den gereinigten Filter strömt und dadurch kann sich die Effizienz der Brennkraftmaschine verbessern, andererseits verschlechtert sich temporär die Filtrationswirkung des gereinigten Partikelfilters und der vollständig gereinigte Partikelfilter kann zunächst weniger Partikel aus dem Abgas ausfiltern. Es ist demnach ein allgemeines Ziel, einen Partikelfilter in engen Grenzen zwischen guter Filterwirkung (Filtrationseffizienz) und geringem Abgasgegendruck zu betreiben, dabei gilt es insbesondere Störgrößen auf die Beladung (im Partikelfilter aufgenommene Partikel) des Partikelfilters möglichst gering zu halten. Ein anderes oder weiteres Ziel der Erfindung kann es sein, ein möglichst gutes Verständnis der Vorgänge zum Rußauf- und Abbau im Partikelfilter zu erlangen und dazu ein möglichst genaues Modell zur Verfügung zu stellen. Weiter ist es zur Steuerung oder Untersuchung der Brennkraftmaschine von Vorteil, Abgase aus dieser möglichst „unbehandelt“ zu messen. Aus dem unbehandelten Abgas lassen sich Rückschlüsse auf die in der Brennkraftmaschine stattfindende Verbrennung ziehen.To filter the exhaust gas, a so-called particle filter is arranged in the exhaust line, which can be cleaned alternately by burning the filtered-out and stored particles in the particle filter. The burning off of the particles in the particle filter is promoted by the supply of fresh air. This cleaning of the particle filter on the one hand reduces the exhaust gas back pressure, since the exhaust gas from the internal combustion engine flows more easily through the cleaned filter and this can improve the efficiency of the internal combustion engine, on the other hand the filtration effect of the cleaned particle filter temporarily deteriorates and the completely cleaned particle filter can initially have fewer particles filter out of the exhaust gas. It is therefore a general goal to operate a particle filter within narrow limits between good filtering efficiency (filtration efficiency) and low exhaust gas back pressure, in particular to minimize disturbances to the loading (particles captured in the particle filter) of the particle filter. Another or further aim of the invention can be to obtain the best possible understanding of the processes for soot build-up and breakdown in the particle filter and to provide a model that is as accurate as possible. It is also advantageous for controlling or examining the internal combustion engine to measure exhaust gases from it as "untreated" as possible. The untreated exhaust gas allows conclusions to be drawn about the combustion taking place in the internal combustion engine.
Insgesamt ergibt sich das Problem, dass bei einer Anordnung eines mit Trägergas durchströmten Abgasmesssensors stromaufwärts des Partikelfilters die Beladung des Partikelfilters durch das in den Abgasstrang eingebrachte Trägergas beeinflusst werden kann und dass bei einer Anordnung des Abgasmesssensors stromabwärts des Partikelfilters nur mehr das bereits filtrierte und damit behandelte Abgas gemessen werden kann. Dabei ist stromaufwärts des Partikelfilters in diesem Zusammenhang insbesondere so zu verstehen, dass das dem Abgasmesssensor zugeführte Abgas aus dem Abgasstrang stromaufwärts zu dem Partikelfilter stammt und also noch nicht durch den Partikelfilter gereinigt ist.Overall, the problem arises that when an exhaust gas measurement sensor through which carrier gas flows is arranged upstream of the particle filter, the loading of the particle filter can be influenced by the carrier gas introduced into the exhaust gas line, and that when the exhaust gas measurement sensor is arranged downstream of the particle filter, only that which has already been filtered and thus treated is left Exhaust gas can be measured. In this context, upstream of the particle filter is to be understood in particular in such a way that the exhaust gas supplied to the exhaust gas measurement sensor comes from the exhaust line upstream of the particle filter and is therefore not yet cleaned by the particle filter.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit welchem ein effizienter Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch einen Abgasstrang gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 9 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.It is an object of the invention to provide an exhaust line of an internal combustion engine with which the internal combustion engine can be operated efficiently. This object is achieved by an exhaust system according to
Bei einer herkömmlichen Messung, Spülung des Abgasmesssensors mit sauerstoffhaltigem Gas, müsste der durch diese Spülung zusätzliche eingebrachte Sauerstoff für den Rußauf- beziehungsweise Abbau im Partikelfilter in Form einer Anpassung des Modells berücksichtigt werden. Bei der vorgeschlagenen Erfindung kann eine Modellanpassung entfallen, da das zur Spülung verwendete nichtreaktive Gas (Inertgas bzw. Abgas) nicht an der Reaktion, insbesondere also am Rußauf- beziehungsweise Abbau im Partikelfilter, teilnimmt, somit ergibt sich nicht nur bei der Messung und Modellbildung, sondern auch beim realen Motorbetrieb durch die Erfindung ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Systemen.In the case of a conventional measurement, purging the exhaust gas measuring sensor with oxygen-containing gas, the additional oxygen introduced by this purging would have to be taken into account for the soot build-up or breakdown in the particle filter in the form of an adaptation of the model. In the case of the proposed invention, a model adaptation can be dispensed with, since the non-reactive gas (inert gas or exhaust gas) used for the purging does not take part in the reaction, in particular in the soot build-up or breakdown in the particle filter. but also in real engine operation by the invention an advantage over conventional systems.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Brennkraftmaschine eine thermische Kraftmaschine zum Verbrennen von Kraftstoff, vorzugsweise von Otto- oder Dieselkraftstoff, mit Umgebungsluft in mindestens einem Brennraum und zum Abgeben von mechanischer Antriebsleistung, welche aus dieser Verbrennung des Kraftstoffs gewonnen wird, zu verstehen. Vorzugsweise ist eine solche Brennkraftmaschine als sogenannter Hubkolbenmotor, welcher vorzugsweise nach dem Zweitakt- oder bevorzugt nach dem Viertaktprinzip betreibbar ist, ausgebildet und weiter vorzugsweise ist dieser Hubkolbenmotor nach dem Diesel- oder bevorzugt nach dem Ottoprinzip betreibbar. Bei der Verbrennung des Kraftstoffs in dem wenigstens einem Brennraum entstehen Abgase, welche mittels eines Abgasstrangs aus dem Brennraum in die Umwelt abgeführt werden. Vorzugsweise sind in diesem Abgasstrang Einrichtungen zur Geräuschminderung und zur Abgasreinigung vorgesehen. Ein solcher Abgasstrang kann umgangssprachlich als Auspuff oder Abgasanlage bezeichnet werden.In the sense of the invention, an internal combustion engine is to be understood as a thermal engine for burning fuel, preferably gasoline or diesel fuel, with ambient air in at least one combustion chamber and for delivering mechanical drive power which is obtained from this combustion of the fuel. Such an internal combustion engine is preferably a so-called reciprocating piston engine, which is preferably after the two-stroke or preferably after is operable according to the four-stroke principle, and more preferably this reciprocating piston engine can be operated according to the diesel or, preferably, according to the petrol principle. When the fuel is burned in the at least one combustion chamber, exhaust gases are produced which are discharged from the combustion chamber into the environment by means of an exhaust gas line. Devices for noise reduction and exhaust gas purification are preferably provided in this exhaust line. Such an exhaust system can be colloquially referred to as an exhaust or exhaust system.
Ein Ziel der Erfindung ist es, möglichst unbehandeltes Abgas aus der Brennkraftmaschine mit einem mit Trägergas durchströmten Abgasmesssensor zu messen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, stromaufwärts zu einem im Abgasstrang angeordneten Partikelfilter, keinen zusätzlichen Sauerstoff in die Abgasanlage einzubringen, da dieser zusätzliche Sauerstoff, abhängig von der Temperatur im Abgasstrang, zum ungewollten Abbrennen von Beladung des Partikelfilters, insbesondere von Rußpartikeln, führen kann. Insbesondere ein Abbrennen solcher Partikel aus dem Partikelfilter, aufgrund des durch den Abgasmesssensor strömenden Trägergases, kann zu einer Verfälschung der Messergebnisse führen oder zur Verminderung der Beladung des Partikelfilters und damit zu einer temporären Verschlechterung der Filtrationseffizienz des Partikelfilters. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann es durch den Einsatz der Messtechnik, insbesondere des Abgasmesssensors, zu einem Zustand im Partikelfilter kommen, der anders ist, als ohne den Einsatz dieser Messtechnik, die Messtechnik kann damit die zu messenden Ergebnisse beeinflussen. Eine auf derart beeinflussten Ergebnissen aufbauende Modellbildung erlaubt nur eine ungenaue Berechnung der Beladung des Partikelfilters, es ist daher bevorzugt, die den Abgasstrang so zu gestalten, dass die zu messenden Ergebnisse nicht durch die Anordnung und den Betrieb des Abgasmesssensors beeinflusst sind.An object of the invention is to measure the most untreated exhaust gas from the internal combustion engine with an exhaust gas measurement sensor through which carrier gas flows. A further object of the invention is to introduce no additional oxygen into the exhaust system upstream of a particle filter arranged in the exhaust line, since this additional oxygen, depending on the temperature in the exhaust line, can lead to the undesired burning off of the load of the particle filter, in particular of soot particles . In particular, burning off such particles from the particle filter due to the carrier gas flowing through the exhaust gas measurement sensor can lead to a falsification of the measurement results or to a reduction in the loading of the particle filter and thus to a temporary deterioration in the filtration efficiency of the particle filter. In other words, the use of the measurement technology, in particular the exhaust gas measurement sensor, can lead to a state in the particle filter that is different than without the use of this measurement technology, and the measurement technology can thus influence the results to be measured. Modeling based on results influenced in this way allows only an inaccurate calculation of the loading of the particle filter, it is therefore preferred to design the exhaust system so that the results to be measured are not influenced by the arrangement and operation of the exhaust gas measuring sensor.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Abgasstrang eine Einrichtung zu verstehen, welche zum Abführen des bei der Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine entstehenden Abgases in die Umwelt eingerichtet ist. Bei diesem Abführen wird der Abgasstrang planmäßig von der Brennkraftmaschine in die Umwelt in einer Abgasdurchströmungsrichtung durchströmt und weist dazu vorzugsweise eine Abgasrohrleitung und weiter vorzugsweise mehrere Abgasrohrleitungen zum parallelen Führen von Abgasen, auf. In dem Abgasstrang ist mindestens ein Partikelfilter angeordnet, welcher wenigstens von einem Abgasteilstrom oder dem gesamten Abgas auf dem Weg von der Brennkraftmaschine in die Umwelt durchströmt wird. Vorzugsweise weist der Partikelfilter einen Grundkörper auf, welcher weiter vorzugsweise eine Beschichtung, vorzugsweise eine katalytisch wirksame Beschichtung, aufweist. Derartige Partikelfilter sind aus dem Stand der Technik als sogenannte Otto- oder Dieselpartikelfilter oder auch beschichtete Partikelfilter bekannt, wobei die Beschichtung des Partikelfilters insbesondere derart ausgebildet ist, dass diese katalytisch wirksam ist.In the sense of the invention, an exhaust gas line is to be understood as a device which is set up to discharge the exhaust gas formed during the combustion of the fuel in the internal combustion engine into the environment. During this removal, the internal combustion engine flows through the exhaust system according to plan in an exhaust gas flow direction and preferably has an exhaust gas pipeline and more preferably a plurality of exhaust gas pipelines for parallel routing of exhaust gases. At least one particle filter is arranged in the exhaust line, through which at least one partial exhaust gas stream or all of the exhaust gas flows through the internal combustion engine into the environment. The particle filter preferably has a base body, which further preferably has a coating, preferably a catalytically active coating. Such particle filters are known from the prior art as so-called gasoline or diesel particle filters or also coated particle filters, the coating of the particle filter being designed in particular in such a way that it is catalytically active.
Weiter weist der Abgasstrang einen Abgasmesssensor zum Messen von Abgaseigenschaften, des den Abgasstrang durchströmenden Abgases, auf. Aufgrund der zu messenden Abgaseigenschaften ist der Abgasmesssensor derart ausgestaltet, dass dieser für die Messung von einem Trägergas durchströmt wird, wobei dieses Trägergas mit dem zu messenden Abgas vor oder während der Messung vermischt wird. Weiter vorzugsweise wird das Trägergas vor der Messung durch den Abgasmesssensor ionisiert und der Abgasmesssensor ist insbesondere zur Messung der Partikelanzahlkonzentration oder zur Messung der Partikelmassenkonzentration oder sowohl zur Messung der Partikelanzahlkonzentration und -massenkonzentration eingerichtet. Ein derartiger Abgasmesssensor ist insbesondere aus der
Systembedingt weist ein derartiger Abgasmesssensor eine Trägergaszuführung auf, durch welche das Trägergas in den Abgasmesssensor eintreten kann und einen Messgasaustritt, durch welchen wenigstens das Trägergas beziehungsweise die Mischung aus dem gemessenen Abgas und dem Trägergas, wieder aus dem Abgasmesssensor austreten kann. Somit ist der Messgasaustritt wenigstens zum Auslassen des Trägergases aus dem Abgasmesssensor eingerichtet.Due to the system, such an exhaust gas measurement sensor has a carrier gas supply through which the carrier gas can enter the exhaust gas measurement sensor and a sample gas outlet through which at least the carrier gas or the mixture of the measured exhaust gas and the carrier gas can exit the exhaust gas measurement sensor again. The sample gas outlet is thus set up at least to discharge the carrier gas from the exhaust gas measurement sensor.
Der Abgasmesssensor ist, bezogen auf die Abgasdurchströmungsrichtung, derart im Abgasstrang angeordnet, dass der Messgasaustritt stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist. Weiter ist das zum Messen der Abgaseigenschaften verwendete Trägergas ein nichtreaktives Gas. Im Sinne der Erfindung ist unter einem solchen nichtreaktiven Gas ein Inertgas oder Abgas aus der Brennkraftmaschine zu verstehen, da insbesondere Inertgas oder Abgas zu keinen oder nahezu keinen Reaktionen mit den aus dem Abgas ausgefilterten Bestandteilen im Partikelfilter führen und so wird dessen Beladung durch das Trägergas temporär nicht beeinflusst. Dieses nichtreaktive Gas ist dem Abgasmesssensor über eine Trägergaszuführleitung zuführbar. Insbesondere durch eine solche Ausgestaltung sind Messergebnisse mit hoher Qualität erreichbar, wobei unter hoher Qualität insbesondere zu verstehen ist, dass die mit dem Abgasmesssensor aufgenommenen Ergebnisse den Ergebnissen entsprechen, wie sich diese in einem System ohne Abgasmesssensor ergeben würden.The exhaust gas measurement sensor is arranged in the exhaust line in relation to the exhaust gas flow direction in such a way that the measurement gas outlet is arranged upstream of the particle filter. Furthermore, the carrier gas used to measure the exhaust gas properties is a non-reactive gas. In the sense of the invention, such a non-reactive gas is to be understood as meaning an inert gas or exhaust gas from the internal combustion engine, since in particular inert gas or exhaust gas leads to no or almost no reactions with the components filtered out of the exhaust gas in the particle filter, and so its loading by the carrier gas becomes temporary unaffected. This non-reactive gas can be supplied to the exhaust gas measuring sensor via a carrier gas supply line. In particular, with such a configuration, measurement results with high quality can be achieved, whereby high quality means in particular that the results recorded with the exhaust gas measurement sensor correspond to the results as shown in would result in a system without exhaust gas measuring sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das eingesetzte Trägergas im Abgasmesssensor ein Inertgas, vorzugsweise ist dieses Inertgas Stickstoff, beziehungsweise molekularer Di-Stickstoff. Entsprechend dem zugeführten nichtreaktiven Gas (Inertgas) kann die Trägergaszuführleitung als Inertgaszuführleitung bezeichnet werden.In a preferred embodiment of the invention, the carrier gas used in the exhaust gas measurement sensor is an inert gas, preferably this inert gas is nitrogen, or molecular di-nitrogen. Depending on the supplied non-reactive gas (inert gas), the carrier gas supply line can be referred to as an inert gas supply line.
Vorzugsweise weist der Abgasstrang einen Inertgasspeicher, beziehungsweise einen Inertgastank, auf, beziehungsweise ist dem Abgasstrang im oder am Kraftfahrzeug ein solcher Inertgasspeicher zugeordnet. Dieser Inertgasspeicher ist insbesondere zum Aufnehmen des nichtreaktiven Gases eingerichtet, welches dem Abgasmesssensor zu dessen Durchspülung zuführbar ist. Weiter vorzugsweise weist der Abgasstrang ein Inertgasdosierventil auf, beziehungsweise ist dem Abgasstrang im oder am Kraftfahrzeug ein solches Inertgasventil zugeordnet. In diesem Sinn ist unter „zugeordnet“ zu verstehen, dass die zugeordneten Elemente mit dem Abgasstrang funktional zusammenwirken. Weiter vorzugsweise ist unter „im oder am Kraftfahrzeug“ nicht nur aber auch eine nur vorübergehende, also temporäre, Aufnahme im oder am Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Messfahrt oder einen Prüfzyklus zu verstehen. Insbesondere können der Inertgasspeicher und vorzugsweise auch das Inertgasdosierventil, in einer Messvorrichtung aufgenommen sein, welche im Kofferraum, beziehungsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs, aufnehmbar ist oder welche auf einer Heckträgereinrichtung, vorzugsweise auf einer Anhängerkupplung oder mittels einer Abschleppöse oder mittels eines an einem Fahrzeugkarosseriebauteil, vorzugsweise einer Kofferraumklappe, montiertem Halter oder dergleichen, am Kraftfahrzeug aufnehmbar ist.The exhaust line preferably has an inert gas storage, or an inert gas tank, or such an inert gas storage is assigned to the exhaust line in or on the motor vehicle. This inert gas storage device is in particular set up for receiving the non-reactive gas, which can be supplied to the exhaust gas measurement sensor for purging it. More preferably, the exhaust line has an inert gas metering valve, or such an inert gas valve is assigned to the exhaust line in or on the motor vehicle. In this sense, “assigned” means that the assigned elements functionally interact with the exhaust line. Further preferably, “in or on the motor vehicle” is not only to be understood as an only temporary, that is to say temporary, recording in or on the motor vehicle, in particular for a test drive or a test cycle. In particular, the inert gas accumulator and preferably also the inert gas metering valve can be accommodated in a measuring device which can be accommodated in the trunk or in the interior of the motor vehicle or which is preferably on a rear carrier device, preferably on a trailer coupling or by means of a towing eye or by means of a vehicle body component a trunk lid, mounted holder or the like, is receivable on the motor vehicle.
Insbesondere mittels einer solchen Ausführungsform der Erfindung kann auf einfache Weise ein Inertgas dem Abgasmesssensor zugeführt und als Trägergas verwendet werden. Das Inertgas wird vorzugsweise im oder am Kraftfahrzeug oder bevorzugt außerhalb des Kraftfahrzeugs konditioniert, insbesondere auf einen vorbestimmten Ausgangszustand gebracht, und es kann somit sichergestellt werden, dass dieses keinen Einfluss auf die Messergebnisse des Abgasmesssensors hat, da es diesem in einem quasi genormten Zustand zugeführt wird.In particular, by means of such an embodiment of the invention, an inert gas can be fed to the exhaust gas measurement sensor in a simple manner and used as a carrier gas. The inert gas is preferably conditioned in or on the motor vehicle or preferably outside of the motor vehicle, in particular brought to a predetermined initial state, and it can thus be ensured that this has no influence on the measurement results of the exhaust gas measurement sensor, since it is supplied to it in a quasi-standardized state .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet als Trägergas Abgas aus dem Abgasstrang Verwendung und weiter vorzugsweise weist der Abgasstrang dazu eine Trägergasentnahmestelle auf, mit welcher aus diesem Abgas entnehmbar ist. Entsprechend dem zugeführten nichtreaktiven Gas (Abgas) kann die Trägergaszuführleitung als Abgaszuführleitung bezeichnet werden. Vorzugsweise weist der Abgasstrang bei dieser Ausführungsform eine Abgaszuführleitung auf, mit welcher das aus dem Abgasstrang entnommene Abgas von der Trägergasentnahmestelle dem Abgasmesssensor über die Trägergaszuführung als Trägergas zuführbar ist, eine solche Leitung kann auch als Abgaszuführleitung bezeichnet werden. Insbesondere Abgas aus dem Abgasstrang hat in der Brennkammer der Brennkraftmaschine bereits mit dem Kraftstoff reagiert und ist gegenüber den im Partikelfilter abgelagerten Stoffen aus dem Abgas nicht oder wenig reaktiv und führt somit zu keiner Beeinflussung der Beladung des Partikelfilters. Weiter ist Abgas in „ausreichendem“ Maß im Abgasstrang vorhanden und ein „Nachfüllen“ oder „Auffüllen“, wie es insbesondere bei der Verwendung von konditioniertem Inertgas aus einem Inertgasspeicher notwendig wäre, kann entfallen. In a preferred embodiment of the invention, exhaust gas from the exhaust line is used as carrier gas, and further preferably the exhaust line has a carrier gas extraction point with which exhaust gas can be extracted from this. According to the supplied non-reactive gas (exhaust gas), the carrier gas supply line can be referred to as an exhaust gas supply line. In this embodiment, the exhaust gas line preferably has an exhaust gas supply line, by means of which the exhaust gas removed from the exhaust gas line can be supplied from the carrier gas removal point to the exhaust gas measurement sensor as carrier gas via the carrier gas supply; such a line can also be referred to as an exhaust gas supply line. In particular, exhaust gas from the exhaust line has already reacted with the fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine and is not or only slightly reactive with the substances from the exhaust gas deposited in the particle filter and thus does not influence the loading of the particle filter. There is also "sufficient" exhaust gas in the exhaust system and "refilling" or "refilling", as would be necessary in particular when using conditioned inert gas from an inert gas storage, can be omitted.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Abgaszuführleitung, welche zum Zuführen von Abgas aus der Trägergasentnahmestelle zu der Trägergaszuführung eingerichtet ist, eine Trägergasaufbereitungseinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist die Trägergasaufbereitungseinrichtung zum Entfeuchten des entnommenen Abgases eingerichtet und weiter vorzugsweise ist die Trägergasaufbereitung zum Reinigen des entnommenen Abgases eingerichtet und bevorzugt ist die Trägergasaufbereitungseinrichtung zum Entfeuchten und Reinigen des entnommenen Abgases eingerichtet. Insbesondere die Reinigung des Abgases ist von Bedeutung, da das verwendete Abgas möglichst partikelfrei sein sollte. Vorzugsweise ist für die Filterung des als Trägergas verwendeten Abgases ein hocheffizienter Schwebeteilfilter (High Efficient Particulate Air Filter, HEPA-Filter) vorgesehen. Insbesondere durch das Konditionieren des entnommenen Abgases in der Trägergasaufbereitungseinrichtung ist erreichbar, dass das dem Abgasmesssensor als Trägergas zugeführte Abgas die Beladung oder die Messergebnisse nicht oder nur geringfügig beeinflusst. Weiter vorzugsweise ist in der Abgaszuführleitung eine Fördereinrichtung, bevorzugt eine Pumpeinrichtung angeordnet, welche zum zielgerichteten Fördern von Abgas durch die Abgaszuführleitung zur Trägergaszuführung des Abgasmesssensors eingerichtet ist.In a preferred embodiment, a carrier gas treatment device is arranged in the exhaust gas supply line, which is set up to supply exhaust gas from the carrier gas extraction point to the carrier gas supply. The carrier gas treatment device is preferably set up to dehumidify the extracted exhaust gas and further preferably the carrier gas treatment device is set up to clean the removed exhaust gas and the carrier gas treatment device is preferably set up to dehumidify and clean the removed exhaust gas. The cleaning of the exhaust gas is of particular importance since the exhaust gas used should be as particle-free as possible. A high-efficiency particulate filter (HEPA filter) is preferably provided for filtering the exhaust gas used as carrier gas. In particular, by conditioning the extracted exhaust gas in the carrier gas processing device, it can be achieved that the exhaust gas supplied to the exhaust gas measurement sensor as carrier gas does not influence the loading or the measurement results or only influences it slightly. Further preferably, a delivery device, preferably a pump device, is arranged in the exhaust gas supply line, which is set up for the targeted delivery of exhaust gas through the exhaust gas supply line for the carrier gas supply of the exhaust gas measurement sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trägergasentnahmestelle, bezogen auf die Abgasdurchströmungsrichtung des Abgasstrangs, stromaufwärts zum Partikelfilter angeordnet. Insbesondere bei einer derartigen Anordnung der Trägergasentnahmestelle befindet sich der Abgasmesssensor, welcher ebenfalls stromaufwärts zum Partikelfilter angeordnet ist, auf dem gleichen oder wenigstens auf einem ähnlichen Druckniveau wie die Trägergasentnahmestelle und eine Förderung des als Trägergas verwendeten Abgases durch die Abgaszuführleitung ist mit geringem Aufwand ermöglicht.In a preferred embodiment of the invention, the carrier gas extraction point is arranged upstream of the particle filter, based on the exhaust gas flow direction of the exhaust line. In particular with such an arrangement of the carrier gas extraction point, the exhaust gas measurement sensor, which is also arranged upstream of the particle filter, is at the same or at least at a similar pressure level as the carrier gas extraction point and the exhaust gas used as carrier gas is conveyed by the Exhaust gas supply line is made possible with little effort.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trägergasentnahmestelle, bezogen auf die Abgasdurchströmungsrichtung des Abgasstrangs, stromabwärts zum Messgasaustritt angeordnet, wobei der Abgasmesssensor stromaufwärts zum Abgaspartikelfilter angeordnet ist.In a preferred embodiment of the invention, the carrier gas extraction point, in relation to the exhaust gas flow direction of the exhaust line, is arranged downstream of the sample gas outlet, the exhaust gas measurement sensor being arranged upstream of the exhaust gas particle filter.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trägergasentnahmestelle, bezogen auf die Abgasdurchströmungsrichtung des Abgasstrangs, stromaufwärts zum Messgasaustritt angeordnet. Insbesondere bei einer stromaufwärts zum Messgasaustritt angeordneten Trägergasentnahmestelle ergibt sich in der Regel ein Druckgefälle von der Trägergasentnahmestelle zum Messgasaustritt, welche eine Strömung des als Trägergas verwendeten Abgases durch den Abgasmesssensor begünstigt.In a preferred embodiment of the invention, the carrier gas extraction point is arranged upstream of the sample gas outlet, based on the exhaust gas flow direction of the exhaust line. In particular, in the case of a carrier gas extraction point arranged upstream of the sample gas outlet, there is generally a pressure drop from the carrier gas extraction point to the sample gas outlet, which promotes a flow of the exhaust gas used as carrier gas through the exhaust gas measurement sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trägergasentnahmestelle, bezogen auf die Abgasdurchströmungsrichtung durch den Abgasstrang, stromabwärts zum Partikelfilter angeordnet. Anders gewendet, das Abgas durchströmt also zunächst den Partikelfilter und wird von diesem gereinigt oder wenigstens vorgereinigt und wird erst dann über die Trägergasentnahmestelle entnommen und dem Abgasmesssensor zugeführt. Auch in dieser Ausführungsform kann vorzugsweise zusätzlich noch eine Trägergasaufbereitungseinrichtung vorgesehen sein. Insbesondere bei einer stromabwärts zum Partikelfilter angeordneten Trägergasentnahmestelle ist das als Trägergas verwendete Abgas bereits vorgereinigt.In a preferred embodiment of the invention, the carrier gas extraction point is arranged downstream of the particle filter, based on the direction of exhaust gas flow through the exhaust line. In other words, the exhaust gas first flows through the particle filter and is cleaned by it, or at least pre-cleaned, and is only then removed via the carrier gas extraction point and fed to the exhaust gas measurement sensor. In this embodiment, too, a carrier gas processing device can preferably also be provided. In particular in the case of a carrier gas extraction point arranged downstream of the particle filter, the exhaust gas used as carrier gas has already been pre-cleaned.
Weiter ist eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei diese einen Abgasstrang nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Insbesondere durch den beschriebenen Aufbau des Abgasstrangs ist eine gute Messung der Abgaseigenschaften ermöglicht, die Beladung des Partikelfilters ist durch die Abgasmessung nicht beeinflusst.Furthermore, a motor vehicle internal combustion engine is provided, which has an exhaust line according to one of the previously described embodiments. A good measurement of the exhaust gas properties is made possible in particular by the described construction of the exhaust gas line; the loading of the particle filter is not influenced by the exhaust gas measurement.
Sinngemäß lässt sich die Erfindung auf eine Abgasanlagen mit mehreren Strängen, erweitern. Hierzu können mehrere Abgasmesssensoren gleichzeitig in die Anlage verbaut werden. Weiter vorzugsweise sind simultan Abgasmesssensoren vor und nach einem solchen Partikelfilter eingebaut. Weiter vorzugsweise ist es möglich, in verschiedenen Strängen einer solchen Abgasanlage je einen oder mehrere Abgasmesssensoren zu verbauen. Insbesondere durch eine solche Gestaltung besteht die Möglichkeit, diese Abgasmesssensoren mit einer einzelnen Entnahmestelle beziehungsweise Fördereinrichtung usw. zu betreiben und mit nicht reaktivem Gas zu versorgen.The invention can be extended analogously to an exhaust gas system with several lines. For this purpose, several exhaust gas measuring sensors can be installed in the system at the same time. Further preferably, exhaust gas measurement sensors are installed simultaneously before and after such a particle filter. Further preferably, it is possible to install one or more exhaust gas measurement sensors in different lines of such an exhaust system. In particular, such a design makes it possible to operate these exhaust gas measurement sensors with a single extraction point or conveying device, etc., and to supply them with non-reactive gas.
Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
-
1 : Eine schematisierte Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung, -
2 : Eine schematisierte Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, -
3 : Eine schematisierte Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung, -
4 : Eine schematisierte Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung, -
5 : Am Kraftfahrzeug angeordneter und dem Abgasstrang zugeordneter Inertgasspeicher.
-
1 : A schematic representation of a first embodiment of the invention, -
2nd : A schematic representation of a second embodiment of the invention, -
3rd : A schematic representation of a third embodiment of the invention, -
4th : A schematic representation of a fourth embodiment of the invention, -
5 : Inert gas storage arranged on the motor vehicle and assigned to the exhaust line.
In
Zum Messen von Abgaseigenschaften ist ein Abgasmesssensor
Zum Zuleiten von Trägergas weist der Abgasstrang die Abgaszuführleitung
Im Abgasmesssensor
In
Die Trägergasentnahmestelle
In
Die Trägergasentnahmestelle
In
Dieses Inertgas ist im Inertgastank
In
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- AbgasmesssensorExhaust gas measurement sensor
- 22nd
- PartikelfilterParticle filter
- 33rd
- AbgasrohrleitungExhaust pipe
- 44th
- TrägergasaufbereitungseinrichtungCarrier gas processing device
- 55
- TrägergasfördereinrichtungCarrier gas conveyor
- 66
- TrägergaszuführungCarrier gas supply
- 77
- MessgasaustrittSample gas outlet
- 88th
- AbgasströmungExhaust gas flow
- 99
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 1010th
- InertgastankInert gas tank
- 1111
- TrägergasdosierventilCarrier gas metering valve
- 1212th
- AbgaszuführleitungExhaust gas supply line
- 1313
- I nertgaszuführleitungI nert gas supply line
- 1414
- TrägergasentnahmestelleCarrier gas sampling point
- 15 15
- InertgasanschlussInert gas connection
- 1616
- Messvorrichtung mit Inertgastank und InertgasdosierventilMeasuring device with inert gas tank and inert gas metering valve
- 1717th
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 1818th
- HeckträgereinrichtungRear carrier device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102014015634 A1 [0001, 0010]DE 102014015634 A1 [0001, 0010]
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DE102018133041.3A Pending DE102018133041A1 (en) | 2018-11-07 | 2018-12-20 | Exhaust system with a particle filter and a particle measuring device for an internal combustion engine and motor vehicle internal combustion engine with an exhaust system |
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-
2018
- 2018-12-20 DE DE102018133041.3A patent/DE102018133041A1/en active Pending
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