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Die Erfindung betrifft eine Sensor-Anordnung zum Bestimmen wenigstens eines Abgasparameters in einer Abgasströmung, sowie eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Sensor-Anordnung.
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Bei verschiedenen Anwendungen ergibt sich die Notwendigkeit, Abgasparameter, wie beispielsweise Schadstoffkonzentrationen, Sauerstoffgehalt, Temperatur und/oder Druck, in einer Abgasströmung zu messen. Dabei durchsetzt die Abgasströmung typischerweise einen Abgasleitungsabschnitt entlang einer Abgasströmungsrichtung, und ein Abgassensor, der eingerichtet ist, um wenigstens einen Abgasparameter zu erfassen, ist typischerweise in einem äußeren Randbereich des Abgasleitungsabschnitts angeordnet. Auf diese Weise können relevante Messwerte erhalten werden, solange der zu bestimmende Abgasparameter über einen Durchtrittsquerschnitt des Abgasleitungsabschnitts am Ort des Abgassensors einen konstanten oder zumindest nahezu konstanten Wert aufweist. Es sind aber auch Anwendungsfälle möglich, bei denen genau diese Bedingung nicht erfüllt ist, sondern vielmehr der Abgasparameter über den Durchtrittsquerschnitt verteilt inhomogene Werte zeigt. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Abgassensor unmittelbar hinter einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wie beispielsweise einem SCR-Katalysator, angeordnet ist, und/oder wenn der Durchtrittsquerschnitt - insbesondere im Vergleich zu einem Erfassungsbereich des Abgassensors - sehr groß ist. Es besteht dann die Gefahr, dass der Abgasparameter im Erfassungsbereich des Abgassensors bezüglich seines Werts deutlich von den Werten an anderen Orten im Durchtrittsquerschnitt und insbesondere von einem homogenisierten, mittleren Wert abweicht. Somit besteht insbesondere die Gefahr, dass nachgelagerte Systeme, die auf den Abgasparameter zurückgreifen, fehlgesteuert werden, beispielsweise indem eine auf den Abgasparameter zurückgreifende Regelung eine fehlerbehaftete Regelgröße zurückgemeldet erhält.
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Aus
US 2013/0213013 A1 geht eine Sensor-Anordnung hervor, bei welcher ein Abgassensor innerhalb einer als Beprobungsrohr ausgebildeten Abgasleitvorrichtung angeordnet ist, wobei das Beprobungsrohr anströmseitig eine Mehrzahl von über einen Durchtrittsquerschnitt eines Abasleitungsabschnitts verteilten Bohrungen aufweist, über welche Abgas in ein im Übrigen geschlossenes Inneres des Beprobungsrohrs einströmen kann. Der Abgassensor selbst ist in einem in axialer Richtung des Beprobungsrohrs zu den Öffnungen versetzten Bereich, randseitig, angeordnet, und anströmseitig durch eine geschlossene Umfangswandung des Beprobungsrohrs abgeschirmt. Während so über die Öffnungen Abgas aus verschiedenen Bereichen des Durchtrittsquerschnitts entnommen und in dem Beprobungsrohr durchmischt werden kann, bevor es den Abgassensor erreicht, sodass jedenfalls ein homogenisierter Abgasparameterwert erfasst werden kann, besteht mit dieser Sensor-Anordnung das Problem, eine hinreichende Beströmung des Abgassensors mit hinreichend schnellem Gasaustausch im Erfassungsbereich des Abgassensors zu gewährleisten, sodass bei sich änderndem Wert des Abgasparameters in der Abgasströmung auch eine hinreichend schnelle Reaktion des Abgassensors - ohne lange Totzeit - gewährleistet ist. Ein Gasaustausch in dem Beprobungsrohr erweist sich dabei als träge, sodass die Totzeit vergleichsweise lang ist. Zudem ist ein hinreichender Gasaustausch kaum unter allen Betriebsbedingungen möglich. Insbesondere bei niedrigen Abgasströmungsgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine im Niedriglastbereich auftreten, wird das Beprobungsrohr nicht auf einer hinreichend dynamischen Zeitskala gespült. Dem Abgassensor stehen so zwar über den Durchtrittsquerschnitt homogenisierte Abgasparameterwerte zur Verfügung, jedoch ist deren Aktualität und damit zeitliche Relevanz infrage gestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensor-Anordnung sowie eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Sensor-Anordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Sensor-Anordnung zum Bestimmen wenigstens eines Abgasparameters in einer Abgasströmung geschaffen wird, wobei die Sensor-Anordnung einen Abgasleitungsabschnitt aufweist, der eingerichtet ist, um entlang einer Abgasströmungsrichtung von Abgas durchströmt zu werden. Die Sensor-Anordnung weist außerdem einen Abgassensor auf, der eingerichtet ist, um den wenigstens einen Abgasparameter zu erfassen, und der in einem äußeren Randbereich des Abgasleitungsabschnitts angeordnet ist.
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Weiter weist die Sensor-Anordnung eine Abgasleitvorrichtung auf, die in einem Durchtrittsquerschnitt des Abgasleitungsabschnitts angeordnet und eingerichtet ist, um die Abgasströmung bereichsweise in Richtung des Abgassensors umzulenken. Die Abgasleitvorrichtung ist anströmseitig offen ausgebildet, und der Abgassensor ist zu dem anströmenden Abgas hin exponiert. Indem die Abgasleitvorrichtung in dem Durchtrittsquerschnitt angeordnet ist und die Abgasströmung bereichsweise in Richtung des Abgassensors umlenkt, ist insbesondere gewährleistet, dass dem Abgassensor Abgas aus mehreren Bereichen des Durchtrittsquerschnitts zugeleitet wird, sodass dieser homogenisiertes Abgas und damit einen homogenisierten Abgasparameterwert erhält. Indem die Abgasleitvorrichtung anströmseitig offen ausgebildet ist, ist insbesondere ein rascher Gasaustausch im Bereich der Abgasleitvorrichtung gewährleistet, sodass diese bevorzugt selbst bei geringer Abgasströmungsgeschwindigkeit in dem Abgasleitungsabschnitt ohne lange Totzeit Abgas zu dem Abgassensor leiten kann, welches aktuelle und damit zeitlich relevante Abgasparameterwerte aufweist. Indem der Abgassensor zu dem anströmenden Abgas hin exponiert ist, ist insbesondere auch am Ort des Abgassensors selbst ein hinreichender Gasaustausch gewährleistet, und dies auch bei niedrigen Abgasströmungsgeschwindigkeiten, sodass der Abgassensor ausreichend schnell auf sich ändernde Abgasparameterwerte reagieren kann.
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Unter einem Abgasparameter wird hier eine in der Abgasströmung messbare physikalische und/oder chemische Größe verstanden, insbesondere eine Schadstoffkonzentration, eine Konzentration eines anderen Stoffes, beispielsweise Sauerstoff, ein Druck und/oder eine Temperatur. Entsprechend ist der Abgassensor bevorzugt eingerichtet zur Messung eines solchen Abgasparameters. Ganz besonders bevorzugt ist der Abgassensor eingerichtet zur Erfassung einer Stickoxidkonzentration im Abgas, sei es Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, oder eine Gesamt-Stickoxidkonzentration, oder einer Reduktionsmittelkonzentration, insbesondere einer Ammoniakkonzentration. Die Sensor-Anordnung ist bevorzugt eingerichtet zum Bestimmen des wenigstens einen Abgasparameters in einer Abgasströmung einer Brennkraftmaschine. Insbesondere ist die Sensor-Anordnung eingerichtet zur Anordnung und Verwendung im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine.
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Der Abgasleitungsabschnitt ist in bevorzugter Ausgestaltung als Rohrabschnitt, insbesondere als Abgasrohr ausgebildet. Es ist dabei in bevorzugter Weise möglich, dass der Abgasleitungsabschnitt einen runden, insbesondere kreisrunden oder ovalen Querschnitt aufweist, es sind aber auch andere Querschnittsgeometrien möglich.
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Die Abgasströmungsrichtung erstreckt sich bevorzugt entlang einer Längsrichtung des Abgasleitungsabschnitts. Die Abgasströmungsrichtung umfasst außerdem eine vorbestimmte Orientierung des Abgasströmung entlang des Abgasleitungsabschnitts von einem Einlass des Abgasleitungsabschnitts zu einem Auslass des Abgasleitungsabschnitts. Die Abgasströmungsrichtung und/oder die Längsrichtung des Abgasleitungsabschnitts definiert/definieren dabei eine Axialrichtung. Eine Umfangsrichtung umgreift die Axialrichtung konzentrisch. Eine radiale Richtung steht senkrecht auf der Axialrichtung.
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Dass der Abgassensor in einem äußeren Randbereich des Abgasleitungsabschnitts angeordnet ist, bedeutet insbesondere, dass der Abgassensor vorzugsweise radial außen, insbesondere an einer Wandung des Abgasleitungsabschnitts, angeordnet ist. Die Anordnung des Abgassensors definiert dabei bevorzugt für die nachfolgende Beschreibung eine Position, die im Folgenden als „oben“ bezeichnet wird, das heißt eine 12-Uhr-Position, wobei dies keinesfalls bedeutet, dass der Abgassensor zwingend geodätisch oben an dem Abgasleitungsabschnitt angeordnet sein muss. Vielmehr dient diese Definition der Position des Abgassensors lediglich zur Vereinfachung der nachfolgenden Erläuterungen mit Blick auf die geometrischen Verhältnisse der Sensor-Anordnung. Die im Folgenden als „oben“ bezeichnete 12-Uhr-Position kann bei einer tatsächlich existierenden Sensor-Anordnung in jeder beliebigen Lage angeordnet sein, insbesondere selbstverständlich auch geodätisch oben. Entsprechend sind im Folgenden die in Bezug genommenen Richtungen definiert: Eine Hochrichtung oder Höhe bezeichnet eine Richtung oder Erstreckung, die sich in der Ebene des Durchtrittsquerschnitts zwischen dem Abgassensor und einer diesem gegenüberliegenden Wandung des Abgasleitungsabschnitts erstreckt. Eine Breitenrichtung steht senkrecht auf der Hochrichtung und liegt in der Ebene des Durchtrittsquerschnitts. Eine Tiefenrichtung steht senkrecht auf dem Durchtrittsquerschnitt und erstreckt sich in Abgasströmungsrichtung, insbesondere auch in Längsrichtung des Abgasleitungsabschnitts. Somit steht die Tiefenrichtung senkrecht auf der Hochrichtung und senkrecht auf der Breitenrichtung.
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Die Abgasleitvorrichtung verdeckt oder sperrt insbesondere bereichsweise den Durchtrittsquerschnitt. Insbesondere weist die Abgasleitvorrichtung eine anströmseitige Anströmfläche auf, die von der anströmenden Abgasströmung beaufschlagt wird. Insbesondere in Breitenrichtung seitlich, insbesondere beidseitig, der Abgasleitvorrichtung ist der der Durchtrittsquerschnitt freigegeben, sodass die Abgasströmung seitlich, insbesondere beidseitig, an der Abgasleitvorrichtung vorbei weiter entlang des Abgasleitungsabschnitts strömen kann. Insbesondere ist eine in Breitenrichtung gemessene Breite der Abgasleitvorrichtung so bemessen, dass die Abgasleitvorrichtung keinen den Betrieb einer mit der Sensor-Anordnung betriebenen Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine, störenden Gegendruck erzeugt, das Abgas also insbesondere nicht in relevanter Weise aufstaut.
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Dass die Abgasleitvorrichtung eingerichtet ist, um die Abgasströmung bereichsweise in Richtung des Abgassensors umzulenken, bedeutet insbesondere, dass die Abgasleitvorrichtung eingerichtet ist, um den Impuls der Abgasströmung in Richtung des Abgassensors umzulenken. Insbesondere weist die Abgasleitvorrichtung, vorzugsweise die Anströmfläche, hierzu eine endliche Steigung - in Tiefenrichtung gesehen - auf. Insbesondere schließt die Abgasleitvorrichtung, insbesondere die Anströmfläche, mit der Abgasströmungsrichtung einen Winkel ein, der zumindest lokal, jedenfalls bis auf Randbereiche, größer ist als 0° und kleiner als 90°.
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Dass die Abgasleitvorrichtung anströmseitig offen ist, bedeutet insbesondere, dass sie über ihre gesamte Höhe, das heißt über ihre gesamte Erstreckung ausgehend von dem Ort des Abgassensors in Richtung der gegenüberliegenden Wandung des Abgasleitungsabschnitts - insbesondere unterbrechungsfrei - offen ist. Die Abgasleitvorrichtung weist also keine separaten Öffnungen oder Bohrungen auf, sondern ist insgesamt entlang ihrer Höhe in Richtung des anströmenden Abgases offen.
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Unter „anströmseitig“ wird dabei eine Orientierung zu dem anströmenden Abgas hin, das heißt mit Blickrichtung entgegen der Abgasströmungsrichtung, verstanden. Eine Anströmseite ist somit der Abgasströmung ausgesetzt. Unter „abströmseitig“ wird entsprechend eine Orientierung hin zu dem abströmenden Abgas verstanden, also mit Blickrichtung in Abgasströmungsrichtung.
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Dass der Abgassensor zu dem anströmenden Abgas hin exponiert ist, bedeutet insbesondere, dass der Abgassensor nicht gegenüber dem anströmenden Abgas abgeschirmt, insbesondere nicht durch irgendeine Art Wandung oder dergleichen verdeckt ist. Insbesondere ist der Abgassensor nicht in einer geschlossenen Probenkammer oder dergleichen angeordnet.
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Die Abgasleitvorrichtung reicht in Hochrichtung bevorzugt bis zu dem Abgassensor und hintergreift diesen, ist also bereichsweise abströmseitig hinter dem Abgassensor angeordnet, lässt den Abgassensor aber anströmseitig frei, sodass dieser zu dem anströmenden Abgas hin exponiert ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasleitvorrichtung - in Breitenrichtung - mittig in dem Abgasleitungsabschnitt angeordnet ist. Dies stellt bevorzugt eine symmetrische Anordnung der Abgasleitvorrichtung in dem Abgasleitungsabschnitt dar, sodass besonders aussagekräftige Abgasparameterwerte erhalten werden können.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Abgasleitvorrichtung ausgehend von dem Abgassensor - in Hochrichtung - bis zu der dem Abgassensor gegenüberliegenden Wandung des Abgasleitungsabschnitts erstreckt und somit Abgas über die gesamte oder zumindest nahezu die gesamte Erstreckung des Durchtrittsquerschnitts in Hochrichtung durch die Abgasleitvorrichtung gesammelt und dem Abgassensor zugeführt werden kann. Dieser erhält dadurch besonders repräsentative Abgasparameterwerte.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasleitvorrichtung als Abgasleitrampe ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders einfache und zugleich effiziente Ausgestaltung der Abgasleitvorrichtung dar. Bevorzugt schließt dabei die Anströmfläche der Abgasleitvorrichtung einen Winkel zu der Abgasströmungsrichtung ein, der zumindest lokal - gegebenenfalls bis auf Randbereiche - größer ist als 0° und kleiner als 90°. Die Anströmfläche kann plan ausgebildet sein. Es ist aber ebenso möglich, dass die Anströmfläche zumindest bereichsweise gekrümmt oder insgesamt gekrümmt ausgebildet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasleitvorrichtung als Abgasleitblech ausgebildet ist. Dies stellt eine ebenso einfache wie kostengünstige Ausgestaltung der Abgasleitvorrichtung dar. Insbesondere kann die Abgasleitvorrichtung als gebogenes Abgasleitblech ausgebildet sein oder ein gebogenes Abgasleitblech aufweisen. Insbesondere ist ein gebogenes Abgasleitblech als Abgasleitvorrichtung bevorzugt in Tiefenrichtung gebogen, weist also eine Krümmung in einer Ebene auf, die durch die Tiefenrichtung und die Hochrichtung aufgespannt ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasleitvorrichtung als anströmseitig entlang ihrer Höhe geschlitztes Abgasleitrohr ausgebildet ist. Es ist also gemäß einem Ausführungsbeispiel durchaus möglich, dass die Abgasleitvorrichtung ein Abgasleitrohr ist. Anders als bei der bekannten Abgasleitvorrichtung weist dieses dann aber nicht separate Öffnungen oder Bohrungen aus, sondern ist entlang seiner - insbesondere gesamten - Höhe anströmseitig offen, indem es einen sich insbesondere in Hochrichtung erstreckenden Schlitz aufweist. Das Abgasleitrohr kann bevorzugt selbst insbesondere eine endliche Steigung aufweisen, nach Art einer Abgasleitrampe, oder es kann bevorzugt gekrümmt ausgebildet sein. Das Abgasleitrohr ist bevorzugt als gebogenes oder gefaltetes Blech ausgebildet. Dabei stellt dies eine besonders einfache und kostengünstige Art dar, das Abgasleitrohr herzustellen. Dabei bedarf es lediglich eines Faltens oder Biegens eines Blechs um eine Biege- oder Faltachse derart, dass das entstehende Rohr an einer Längsseite offen bleibt, mithin geschlitzt ausgebildet ist, indem sich die aufeinander zu gebogenen oder gefalteten Enden des Blechs nicht berühren, sondern vielmehr einen Abstand zueinander aufweisen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasleitvorrichtung auf Höhe des Abgassensors abströmseitig ausgespart ist. Hierdurch ist der Abgassensor nicht nur anströmseitig sondern auch abströmseitig freigestellt, sodass ein besonders schneller und dynamischer Gasaustausch am Ort des Abgassensors erfolgen kann. Die abströmseitig ausgesparte Ausgestaltung der Abgasleitvorrichtung kann außerdem dazu beitragen, lokal einen Unterdruck im Bereich des Abgassensors zu erzeugen und so effizient Abgas entlang der Abgasleitvorrichtung zu dem Bereich des Abgassensors hin zu fördern, indem quasi eine Sogwirkung erzeugt wird.
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Die abströmseitig ausgesparte Ausgestaltung der Abgasleitvorrichtung auf Höhe des Abgassensors kann zum einen erzielt werden, indem die Abgasleitvorrichtung - in Hochrichtung - unmittelbar an dem Abgassensor nicht vorhanden ist, oder indem gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung die Abgasleitvorrichtung eine abströmseitige Aussparung aufweist, das heißt insbesondere also auf Höhe des Abgassensors vorhanden ist, jedoch eine Öffnung aufweist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasleitvorrichtung in Hochrichtung eine variable Breite und/oder eine variable Schlitzbreite aufweist. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die lokale Breite der Abgasleitvorrichtung - in Hochrichtung - so anzupassen, dass ein vorbestimmtes Mischungsverhältnis von Anteilen aus verschiedenen lokalen Bereichen des Durchtrittsquerschnitts an Abgas entnommen und dem Abgassensor zugeführt wird. Durch die entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Abgasleitvorrichtung kann also Einfluss auf die lokalen Bereiche der Probenentnahme und damit auf das Mischungsverhältnis der Probenanteile am Abgassensor genommen werden. Insbesondere wenn die Abgasleitvorrichtung als Abgasleitrampe oder als Abgasleitblech ausgebildet ist, weist sie bevorzugt eine in Hochrichtung variable Breite auf. Ist die Abgasleitvorrichtung als geschlitztes Abgasleitrohr ausgebildet, weist sie bevorzugt eine variable Schlitzbreite auf. Sie kann dann zusätzlich oder alternativ auch eine variable Breite aufweisen. Insbesondere kann ein solches geschlitztes Abgasleitrohr sowohl eine variable Breite als auch eine variable Schlitzbreite aufweisen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die einen Abgasstrang aufweist, der seinerseits eine erfindungsgemäße Sensor-Anordnung oder eine Sensor-Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Sensor-Anordnung erläutert wurden.
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Der Abgasstrang ist bevorzugt als Abgasleitung oder Abgasverrohrung ausgebildet. Insbesondere ist der Abgasstrang eingerichtet, um bei einer Verbrennung im Inneren der Brennkraftmaschine entstehendes Abgas abzuführen.
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Mit der hier vorgeschlagenen Sensor-Anordnung ist es insbesondere möglich, den Impuls des strömenden Abgases in Richtung des Abgassensors umzulenken, ohne dass der Abgassensor hierfür in einer gegen die Abgasströmungsrichtung verschlossenen Probenkammer eingeschlossen wird. Dadurch wird sichergestellt, dass am Abgassensor auch bei niedrigen Abgasströmungsgeschwindigkeiten ein hinreichender Gasaustausch stattfindet und der Abgassensor somit ausreichend schnell auf wechselnde Gaskonzentrationen reagieren kann. Die konstruktive Ausgestaltung der Sensor-Anordnung bewirkt außerdem, dass bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten ein Teilstrom des Abgases gezielt in Richtung des Abgassensors gelenkt wird. Somit übernimmt letztlich die Abgasleitvorrichtung die Aufgabe, 1.) Abgasproben über einen größeren Querschnitt zu sammeln, 2.) zu vermischen und 3.) dem Abgassensor zuzuführen. Es wird somit erreicht, dass ein Abgasparameterwert, der am Ort des Abgassensors gemessen wird, eine deutlich geringere Abweichung zu einem mittleren Abgasparameterwert der Abgasströmung aufweist, das heißt insbesondere zu einem entsprechenden Abgasparameterwert nach vollständiger Durchmischung des Abgases, als wenn der Abgassensor ohne die Abgasleitvorrichtung in dem äußeren Randbereich des Abgasleitungsabschnitts angeordnet wäre. Insbesondere wirkt sich dies vorteilhaft auf die Messung einer Konzentration, insbesondere Schadstoffkonzentration, beispielsweise einer Stickoxidkonzentration, im Abgas aus. Die hier beschriebene Ausgestaltung hat weiterhin den Vorteil, dass eine Regelung, die auf dem durch den Abgassensor bestimmten Abgasparameter beruht, deutlich präziser arbeiten kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Sensor-Anordnung, und
- 2 eine schematisch Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Sensor-Anordnung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasstrang 3, wobei der Abgasstrang 3 ein Ausführungsbeispiel einer Sensor-Anordnung 5 aufweist. Die Sensor-Anordnung 5 ist eingerichtet zum Bestimmen von wenigstens einem Abgasparameter in einer hier schematisch durch erste Pfeile P1 angedeuteten Abgasströmung, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer der Pfeile mit dem Bezugszeichen P1 gekennzeichnet ist.
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Die Sensor-Anordnung 5 weist einen Abgasleitungsabschnitt 7 auf, der vorzugsweise als Rohrabschnitt, insbesondere als Abgasrohr, ausgebildet ist. Der Abgasleitungsabschnitt 7 ist eingerichtet, um entlang einer durch die Orientierung der ersten Pfeile P1 dargestellten Abgasströmungsrichtung von Abgas durchströmt zu werden.
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Die Sensor-Anordnung 5 weist außerdem einen Abgassensor 9 auf, der in einem äußeren Randbereich 11 des Abgasleitungsabschnitts 7 angeordnet und eingerichtet ist, um den wenigstens einen Abgasparameter zu erfassen, insbesondere zu messen. Der Abgassensor 9 ist bevorzugt eingerichtet, um eine Konzentration, insbesondere Schadstoffkonzentration oder Stoffkonzentration, beispielsweise Sauerstoffkonzentration, oder einen Druck, oder eine Temperatur in der Abgasströmung zu messen.
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Die Sensor-Anordnung weist außerdem eine Abgasleitvorrichtung 13 auf. Diese ist in einem Durchtrittsquerschnitt des Abgasleitungsabschnitts 7 angeordnet und eingerichtet, um die Abgasströmung bereichsweise in Richtung des Abgassensors 9 umzulenken. Dabei ist hier durch zweite Pfeile P2 dargestellt, dass eine Teilströmung der Abgasströmung eine Anströmfläche 15 der Abgasleitvorrichtung 13 beaufschlagt und zu dem Abgassensor 9 hin umgelenkt wird. Insbesondere wird ein Impuls der Teilströmung in Richtung des Abgassensors 9 umgelenkt. Die Anströmfläche 15 weist dabei eine endliche Steigung auf und schließt insbesondere einen Winkel mit der Abgasströmungsrichtung ein, der zumindest lokal - insbesondere bis auf Randbereiche - größer ist als 0° und kleiner als 90°. Die Abgasleitvorrichtung 13 ist außerdem anströmseitig offen ausgebildet, und der Abgassensor 9 ist zu dem anströmenden Abgas hin exponiert, insbesondere nicht in einer geschlossenen Probenkammer angeordnet, und insbesondere nicht durch eine Wandung oder dergleichen von dem anströmenden Abgas abgeschirmt.
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1a) zeigt die Sensor-Anordnung 5 in einer Seitenansicht; 1b) zeigt eine Draufsicht auf den Durchtrittsquerschnitt der Sensor-Anordnung 5, insbesondere des Abgasleitungsabschnitts 7. Dabei ist in 1b) auch erkennbar, dass die Abgasleitvorrichtung 13 den Durchtrittsquerschnitt bereichsweise verdeckt und/oder sperrt, sodass ihre Anströmfläche 15 von der Abgasströmung beaufschlagt wird, wobei eine restliche Teilströmung der Abgasströmung an der Abgasleitvorrichtung 13 seitlich, insbesondere beidseitig, vorbeiströmen kann.
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Die Abgasleitvorrichtung 13 ist - wie in 1b) erkennbar - bevorzugt in Breitenrichtung mittig in dem Abgasleitungsabschnitt 7 angeordnet. Dabei erstreckt sich die Breitenrichtung in 1b) in horizontaler Richtung, die Hochrichtung erstreckt sich entsprechend in vertikaler Richtung, und eine Tiefenrichtung erstreckt sich in 1b) senkrecht zur Bildebene. Die Tiefenrichtung erstreckt sich in 1a) in horizontaler Richtung, dafür erstreckt sich hier die Breitenrichtung senkrecht zur Bildebene, wobei die Hochrichtung - wie in 1b) - sich in vertikaler Richtung erstreckt.
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Die Abgasleitvorrichtung 13 erstreckt sich bevorzugt ausgehend von dem Abgassensor 9 - in Hochrichtung - bis zu einer dem Abgassensor 9 gegenüberliegenden Wandung 17 des Abgasleitungsabschnitts 7. Auf diese Weise wird bevorzugt der gesamte oder zumindest nahezu der gesamte Durchtrittsquerschnitt in Hochrichtung entlang der Abgasleitvorrichtung 13 beprobt.
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Die Abgasleitvorrichtung 13 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Abgasleitrampe 16 ausgebildet, insbesondere ist sie als Abgasleitblech 18 ausgebildet. Dabei ist hier die Anströmfläche 15 - in Tiefenrichtung gesehen - gekrümmt oder gebogen ausgebildet; insbesondere ist die Abgasleitvorrichtung 13 als gebogenes Abgasleitblech 18 ausgebildet.
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Die Abgasleitvorrichtung 13 ist auf Höhe des Abgassensors 9 abströmseitig ausgespart. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist insoweit vorgesehen, dass die Abgasleitvorrichtung 13 nicht bis ganz zu der Höhenlage des Abgassensors 9 reicht, also unmittelbar an dem Abgassensor 9 nicht vorhanden ist.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Abgasleitvorrichtung 13 in Hochrichtung eine konstante Breite auf. Sie kann aber auch eine in Hochrichtung variable Breite aufweisen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Sensor-Anordnung 5. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abgasleitvorrichtung 13 als anströmseitig, das heißt dem Betrachter von 2 zugewandt, entlang seiner Höhe geschlitztes Abgasleitrohr 19 ausgebildet, insbesondere als gebogenes oder gefaltetes Blechrohr, bei dem aufeinander zu gebogene oder gefaltete Enden 20, 22 voneinander beabstandet sind und so anströmseitig einen Schlitz 21 freilassen. Der Blick des Betrachters geht hier ausgehend von dem Schlitz 21 in das Abgasleitrohr 19 hinein.
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Dabei ist hier vorgesehen, dass die Abgasleitvorrichtung 13 in Hochrichtung eine variable Breite und eine variable Schlitzbreite, das heißt Breite des Schlitzes 21, aufweist. Das heißt zum einen variiert die Breite der Abgasleitvorrichtung 13 entlang der auch in 2 vertikalen Hochrichtung, zum anderen variiert die Breite des Schlitzes 21 entlang der Hochrichtung. Dies ermöglicht insbesondere die Entnahme unterschiedlicher Teilströme aus verschiedenen Entnahmepositionen, insbesondere Höhenlagen, in dem Durchtrittsquerschnitt. Somit können Probenbestandteile von verschiedenen lokalen Positionen in einem durch die Geometrie des Abgasleitrohrs 19 vorbestimmten Verhältnis gemischt werden. Dabei wird hier eine Hauptmenge der zu dem Abgassensor 9 geleiteten Teilströmung in einem unteren Bereich des Durchtrittsquerschnitts entnommen, wobei die entnommenen Teilmengen nach oben zu dem Abgassensor 9 hin kleiner werden. Entsprechend nimmt sowohl die Breite des Abgasleitrohrs 19 als auch die Schlitzbreite des Schlitzes 21 von unten nach oben ab.
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Es wird hervorgehoben, dass der Abgassensor 9 nicht zwingend geodätisch oben angeordnet sein muss. Diese Anordnung ist hier lediglich im Sinne einer Darstellungskonvention gewählt, wobei auf den Begriff „oben“ insbesondere für eine vereinfachte und besser verständliche Darstellung Bezug genommen wird. Der Abgassensor 9 kann in jeder beliebigen Position entlang des Umfangs des Abgasleitungsabschnitts 7 angeordnet sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Abgassensor 9 tatsächlich geodätisch oben an dem Abgasleitungsabschnitt 7 angeordnet ist.
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Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Abgasleitvorrichtung 13 auf Höhe des Abgassensors 9 abströmseitig ausgespart, hier indem sie eine abströmseitige Aussparung 23 aufweist.
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Die Sensor-Anordnung 5 gemäß beider Ausführungsbeispiele der 1 und 2 ermöglicht in vorteilhafter Weise insbesondere eine Beprobung des gesamten Durchtrittsquerschnitts des Abgasleitungsabschnitts 7 zumindest entlang der Hochrichtung bei gleichzeitig dynamischem Ansprechen des Abgassensors 9, selbst bei geringen Abgasströmungsgeschwindigkeiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0213013 A1 [0003]
