DE102021214992A1 - Exhaust gas sensor device and exhaust bypass cooler with an exhaust gas sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Abgas-Bypasskühler (70) mit einem Einlass (72) und einem Auslass (74) zur Verbindung des Abgas-Bypasskühlers (70) mit einer Abgasleitung (62) beispielsweise einer Brennkraftmaschine und mit einer Bypassleitung (78), die den Einlass (72) mit dem Auslass (74) verbindet und einen zur Abgasleitung (62) parallelen Pfad darstellt, und mit einer an der Bypassleitung (78) vorgesehenen Anschlussstelle (95) zum Anschluss eines Abgassensors (16).Es kann sich bei dem Abgassensor beispielsweise um einen optischen Partikelsensor handeln.Die Erfindung betrifft auch eine Abgassensorvorrichtung, die einen Abgas-Bypasskühler und einen in ihm montierten Abgassensor umfasst.The invention relates to an exhaust gas bypass cooler (70) with an inlet (72) and an outlet (74) for connecting the exhaust gas bypass cooler (70) to an exhaust gas line (62), for example of an internal combustion engine, and to a bypass line (78) that connects the Inlet (72) connects to the outlet (74) and represents a path parallel to the exhaust gas line (62), and with a connection point (95) provided on the bypass line (78) for connecting an exhaust gas sensor (16). It can be at the exhaust gas sensor be, for example, an optical particle sensor. The invention also relates to an exhaust gas sensor device comprising an exhaust gas bypass cooler and an exhaust gas sensor mounted in it.
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgas-Bypasskühler mit einem Einlass und einem Auslass zur Verbindung des Abgas-Bypasskühlers mit einer Abgasleitung beispielsweise einer Brennkraftmaschine und mit einer Bypassleitung, die den Einlass mit dem Auslass verbindet und einen zur Abgasleitung parallelen Pfad darstellt, und mit einer an der Bypassleitung vorgesehenen Anschlussstelle zum Anschluss eines Abgassensors.The present invention relates to an exhaust gas bypass cooler with an inlet and an outlet for connecting the exhaust gas bypass cooler to an exhaust pipe, for example an internal combustion engine, and with a bypass pipe which connects the inlet to the outlet and represents a path parallel to the exhaust pipe, and with a the connection point provided in the bypass line for connecting an exhaust gas sensor.
Dahinter verbirgt sich die Zielsetzung, mit Abgassensoren, die eine gewisse Temperaturempfindlichkeit aufweisen, zum Beispiel in der Art des eingangs genannten Partikelsensors aus dem Stand der Technik, auch im Abgas von hoch performanten Brennkraftmaschinen Messungen durchführen zu können, also ausgehend von sehr heißen Abgasen und sehr hohen Abgasgeschwindigkeiten bzw. sehr hohen Abgasmassenströmen. Der Abgas-Bypasskühler vermindert hierbei die Temperatur und ggf. auch die Geschwindigkeit bzw. den Massenstrom des Abgases, dem der Abgassensor ausgesetzt ist.This is based on the objective of being able to carry out measurements in the exhaust gas of high-performance internal combustion engines with exhaust gas sensors that have a certain temperature sensitivity, for example of the type of particle sensor from the prior art mentioned at the beginning, i.e. starting from very hot exhaust gases and very high exhaust gas velocities or very high exhaust gas mass flows. The exhaust gas bypass cooler reduces the temperature and possibly also the speed or the mass flow of the exhaust gas to which the exhaust gas sensor is exposed.
Der Einlass kann zum Beispiel eine als Flansch ausgebildete Schnittstelle umfassen, die an einem komplementär ausgebildeten Flansch der Abgasleitung dichtend fixiert werden kann.For example, the inlet may include an interface configured as a flange that may be sealingly fixed to a complementarily configured flange of the exhaust pipe.
Sinngemäß verhält es sich bei dem Auslass: Er kann zum Beispiel eine als Flansch ausgebildete Schnittstelle umfassen, die an einem komplementär ausgebildeten Flansch der Abgasleitung dichtend fixiert werden kann.The same applies to the outlet: it can, for example, comprise an interface designed as a flange, which can be fixed in a sealing manner to a flange of the exhaust gas line designed in a complementary manner.
Die Anschlussstelle zum Anschluss des Abgassensors kann ebenfalls eine einen Flansch umfassende Schnittstelle sein. An ihr kann ein komplementär ausgebildeter Flansch des Abgassensors dichtend fixiert werden. Alternativ kann die Anschlussstelle ein Gewinde umfassen, das mit einem Gewinde des Abgassensors verschraubbar ist.The connection point for connecting the exhaust gas sensor can also be an interface that includes a flange. A flange of the exhaust gas sensor of complementary design can be fixed to it in a sealing manner. Alternatively, the connection point can include a thread that can be screwed to a thread of the exhaust gas sensor.
Zur wirksamen Abkühlung des Abgases in der Bypassleitung kann vorgesehen sein, dass in der Bypassleitung Durchmischungselemente angeordnet sind. Es können beispielsweise Durchmischungselemente derart angeordnet werden, dass ein statischer Mischer realisiert wird, der die Wegstrecke des die Bypassleitung durchströmenden Gases signifikant erhöht. Dadurch verbessert sich die thermische Wechselwirkung des Gases mit dem Abgas-Bypasskühler, also dessen Kühlwirkung. Eine Drosselung des Durchflusses durch den Abgas-Bypasskühler durch die Durchmischungselemente kann und soll hingegen nur geringfügig sein.For effective cooling of the exhaust gas in the bypass line, mixing elements can be arranged in the bypass line. For example, mixing elements can be arranged in such a way that a static mixer is implemented, which significantly increases the distance covered by the gas flowing through the bypass line. This improves the thermal interaction of the gas with the exhaust gas bypass cooler, i.e. its cooling effect. However, a throttling of the flow through the exhaust gas bypass cooler by the mixing elements can and should only be slight.
Alternativ kann die Bypassleitung als Rohrbündel ausgebildet sein, beispielsweise mit einer Vielzahl von zueinander parallelen Rohren innerhalb der Bypassleitung.Alternatively, the bypass line can be designed as a tube bundle, for example with a large number of tubes parallel to one another within the bypass line.
Zur Kühlung der Bypassleitung und damit mittelbar zur wirksamen Abkühlung des Abgases in der Bypassleitung kann vorgesehen sein, dass außen an der Bypassleitung ein Kühlelement bzw. Kühlelemente vorgesehen sind. Bei den Kühlelementen kann es sich beispielsweise um Kühlrippen handeln. Beispielsweise kann auf der Bypassleitung ein Kühlkörper mit Kühlrippen, insbesondere ein Spiralrippen-Kühlkörper, fixiert, beispielsweise aufgeschweißt, sein.For cooling the bypass line and thus indirectly for the effective cooling of the exhaust gas in the bypass line, it can be provided that a cooling element or cooling elements are provided on the outside of the bypass line. The cooling elements can be cooling fins, for example. For example, a heat sink with cooling ribs, in particular a spiral-fin heat sink, can be fixed, for example welded, on the bypass line.
Es kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass sich entlang der Erstreckung der Bypassleitung die Durchmischungselemente und die Kühlelemente überlappen, insbesondere vollständig in dem gleichen Bereich angeordnet sind. Das zu kühlende Abgas wechselwirkt dann intensiv genau mit dem Bereich der Wand der Bypassleitung der von außen durch die Kühlelemente gekühlt ist.It can expediently be provided that the mixing elements and the cooling elements overlap along the extension of the bypass line, in particular are arranged completely in the same area. The exhaust gas to be cooled then interacts intensively with precisely that area of the wall of the bypass line which is cooled from the outside by the cooling elements.
Die Erfindung betrifft auch eine Sensorvorrichtung, die einen Abgas-Bypasskühler der beschriebenen Art umfasst und einen Abgassensor, der an der Anschlussstelle angeschlossen, beispielsweise gasdicht montiert ist. Beispielsweise kann der Abgassensor einen Montageflansch aufweisen, der mit der Anschlussstelle des Abgas-Bypasskühlers verbunden ist.The invention also relates to a sensor device which comprises an exhaust gas bypass cooler of the type described and an exhaust gas sensor which is connected to the connection point, for example mounted in a gas-tight manner. For example, the exhaust gas sensor can have a mounting flange that is connected to the connection point of the exhaust gas bypass cooler.
Der Abgassensor kann derart beschaffen sein, dass er Mittel zur Erzeugung von Laserlicht und Mittel zur Fokussierung von Laserlicht auf einen Laserfokus aufweist und Mittel zur Detektion von Temperaturstrahlung aufweist. Der Abgassensor weist insbesondere zumindest einen optischen Zugang auf, der einen dem Messgas ausgesetzten Bereich von einem dem Messgas abgewandten Bereich, der nicht dem Messgas ausgesetzt ist, trennt. Dabei sind die Mittel zur Erzeugung von Laserlicht und die Mittel zur Detektion von Temperaturstrahlung insbesondere in dem dem Messgas abgewandten Bereich angeordnet.The exhaust gas sensor can be designed in such a way that it has means for generating laser light and means for focusing laser light onto a laser focus and has means for detecting thermal radiation. The exhaust gas sensor has in particular at least one optical access, which separates an area exposed to the measurement gas from an area facing away from the measurement gas and not exposed to the measurement gas. The means for generating laser light and the means for detecting thermal radiation are arranged in particular in the area facing away from the measurement gas.
Ein derartiger Abgassensor vermag insbesondere Rußpartikel mit dem Prinzip der laserinduzierten Inkandeszenz nachzuweisen.Such an exhaust gas sensor is able to detect soot particles in particular using the principle of laser-induced incandescence.
Es kann vorgesehen sein, dass das Mittel zur Erzeugung von Laserlicht ein Laser ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Mittel zur Fokussierung eine Linse umfasst, insbesondere der als Linse ausgebildete optische Zugang ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Mittel zur Detektion von Temperaturstrahlung ein Photodetektor ist, beispielsweise eine Single Photon Avalanche Diode (SPAT). Es kann vorgesehen sein, dass der optische Zugang ein Fenster ist.It can be provided that the means for generating laser light is a laser. It can be provided that the means for focusing comprises a lens, in particular the optical access designed as a lens. Provision can be made for the means for detecting thermal radiation to be a photodetector, for example a single photon avalanche diode (SPAT). It can be provided that the optical access is a window.
Es kann vorgehen sein, dass der Abgassensor ein Gehäuse aufweist, in dem der optische Zugang angeordnet ist, und dass der Abgassensor, insbesondere das Gehäuse, zumindest eine Eintrittsöffnung aufweist, durch die der Strömung des Messgases eine Teilströmung entnehmbar und in das Innere des Abgassensors, insbesondere des Gehäuses, einführbar ist, und zumindest eine Austrittsöffnung zum Austritt der Teilströmung aus dem Abgassensor, insbesondere aus dem Gehäuse, aufweist, und dass das Gehäuse ein erstes Teilgehäuse umfasst, in dem die Mittel zur Erzeugung von Laserlicht und die Mittel zur Detektion von Temperaturstrahlung angeordnet sind, und dass das Gehäuse ein zweites Teilgehäuse umfasst, das an dem ersten Teilgehäuse montiert ist, wobei das zweite Teilgehäuse rohrförmig ausgebildet ist und wobei in dem zweiten Teilgehäuse die Mittel zur Fokussierung von Laserlicht auf den Laserfokus angeordnet sind.It can be the case that the exhaust gas sensor has a housing in which the optical access is arranged, and that the exhaust gas sensor, in particular the housing, has at least one inlet opening through which a partial flow of the measurement gas can be removed and fed into the interior of the exhaust gas sensor, in particular of the housing, and has at least one outlet opening for the partial flow to exit from the exhaust gas sensor, in particular from the housing, and that the housing comprises a first partial housing, in which the means for generating laser light and the means for detecting thermal radiation are arranged, and that the housing comprises a second housing part, which is mounted on the first housing part, wherein the second housing part is tubular and wherein the means for focusing laser light onto the laser focus are arranged in the second housing part.
Durch die Vorsehung von zwei Teilgehäusen wird eine thermische Entkopplung zwischen den im Allgemeinen relativ temperaturempfindlichen Komponenten zur Erzeugung und zur Detektion von Strahlung und dem Abgas möglich.The provision of two partial housings enables thermal decoupling between the generally relatively temperature-sensitive components for generating and detecting radiation and the exhaust gas.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse ein drittes Teilgehäuse umfasst, das insbesondere an dem ersten Teilgehäuse montiert ist, insbesondere rohrförmig ausgebildet ist und das insbesondere konzentrisch zu dem zweiten Teilgehäuse ist. Das dritte Teilgehäuse vermag das zweite Gehäuse und somit mittelbar auch das erste Gehäuse thermisch abzuschirmen. Wenn das dritte Teilgehäuse auf seiner Außenseite Kühlrippen aufweist, ist dies umso mehr der Fall.In an advantageous development, it is provided that the housing comprises a third housing part, which is mounted in particular on the first housing part, is in particular tubular in design and is in particular concentric with the second housing part. The third partial housing is able to thermally shield the second housing and thus indirectly also the first housing. If the third partial housing has cooling ribs on its outside, this is all the more the case.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass in oder an dem dritten Teilgehäuse der optische Zugang montiert ist, insbesondere auf der vom ersten Teilgehäuse abgewandten Seite des dritten Teilgehäuses. Der Wärmefluss von dem eher heißen optischen Zugang zum ersten Teilgehäuse wird in diesem Fall durch das dritte Teilgehäuse behindert.In an advantageous further development it is provided that the optical access is mounted in or on the third partial housing, in particular on the side of the third partial housing which is remote from the first partial housing. In this case, the flow of heat from the rather hot optical access to the first partial housing is impeded by the third partial housing.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass an dem dritten Teilgehäuse, insbesondere auf der vom ersten Teilgehäuse abgewandten Seite des dritten Teilgehäuses, ein insbesondere kragenförmiges Hitzeschutzschild montiert ist. Es unterbricht den Wärmefluss zu bzw. durch das dritte Teilgehäuse.In an advantageous development, it is provided that a heat protection shield, in particular a collar-shaped one, is mounted on the third partial housing, in particular on the side of the third partial housing facing away from the first partial housing. It interrupts the flow of heat to and through the third sub-housing.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass an dem dritten Teilgehäuse, insbesondere auf der vom ersten Teilgehäuse abgewandten Seite des dritten Teilgehäuses, ein Schutzrohrmodul fixiert ist. Es kann beispielsweise wie in dem eingangs genannten Stand der Technik ausgebildet sein.In an advantageous further development it is provided that a protective tube module is fixed to the third partial housing, in particular on the side of the third partial housing which is remote from the first partial housing. It can be designed, for example, as in the prior art mentioned at the outset.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Teilgehäuse auf seiner Außenseite Kühlrippen aufweist. Die optischen Komponenten in seinem Inneren werden dadurch gekühlt.In an advantageous development, it is provided that the first partial housing has cooling ribs on its outside. This cools the optical components inside.
Es kann vorgesehen sein, dass das Mittel zur Fokussierung zwei Sammellinsen umfasst, die in den beiden axialen Endbereichen des zweiten Teilgehäuses angeordnet sind und auf diese Weise ein Teleskop bilden. Das Teleskop kann auf diese Weise besser thermisch und mechanisch vom Abgas entkoppelt sein, außerdem sind die beiden Sammellinsen auf diese Weise relativ zueinander räumlich fixiert, was die Abbildung durch das Teleskop besonders robust macht.Provision can be made for the means for focusing to comprise two converging lenses which are arranged in the two axial end regions of the second partial housing and in this way form a telescope. In this way, the telescope can be better thermally and mechanically decoupled from the exhaust gas, and the two converging lenses are spatially fixed relative to one another in this way, which makes the imaging through the telescope particularly robust.
Die Erfindung betrifft auch einen Abgastrakt, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, mit einem derartigen Abgas-Bypasskühler oder mit einer derartigen Sensorvorrichtung, wobei der Abgastrakt eine Abgasleitung mit einer Ausleitungsstelle und einer Einleitungsstelle aufweist, wobei die Ausleitungsstelle des Abgastrakts mit dem Einlass des Abgas-Bypasskühlers verbunden ist und wobei die Einleitungsstelle des Abgastrakts mit dem Auslass des Abgas-Bypasskühlers verbunden ist.The invention also relates to an exhaust tract, for example an internal combustion engine, with such an exhaust gas bypass cooler or with such a sensor device, the exhaust tract having an exhaust line with a discharge point and an inlet point, the discharge point of the exhaust tract being connected to the inlet of the exhaust gas bypass cooler and wherein the point of introduction of the exhaust tract is connected to the outlet of the exhaust bypass cooler.
Dabei ist die das Abgas kühlende Wirkung des Abgas-Bypasskühlers verbessert, wenn zwischen der Abgasleitung des Abgastrakts und der Bypassleitung des Bypasskühlers eine Hitzeschutzvorrichtung montiert ist. Es kann sich dabei um ein Hitzeschutzblech handeln. Es kann beispielsweise entlang der Erstreckung der Bypassleitung den überwiegenden Teil der Bypassleitung gegenüber der Abgasleitung abschirmen.The effect of the exhaust gas bypass cooler cooling the exhaust gas is improved if a heat protection device is installed between the exhaust pipe of the exhaust gas section and the bypass pipe of the bypass cooler. It can be a heat shield. It can, for example, shield the majority of the bypass line from the exhaust gas line along the extent of the bypass line.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen:
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1 eine Veranschaulichung des auf der laserinduzierten Inkandeszenz basierenden Messprinzips, das bei der Erfindung vorzugsweise verwendet wird; -
2 einen prinzipiellen Aufbau zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Sensors, wie er bei der Erfindung vorzugsweise verwendet wird; -
3 beispielhaft einen prinzipiellen Aufbau eines Abgassensors, der im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann; -
4 einen Abgassensor, der im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann; -
5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
6 -10 Detailansichten des Ausführungsbeispiels aus5
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1 an illustration of the measurement principle based on the laser-induced incandescence, which is preferably used in the invention; -
2 a basic structure to illustrate the functioning of the sensor, as it is preferably used in the invention; -
3 an example of a basic structure of an exhaust gas sensor that can be used within the scope of the invention; -
4 an exhaust gas sensor that can be used in the invention; -
5 an embodiment of the invention; -
6 -10 Detailed views of the embodiment5
Die Abmessungen des Spots 22 liegen im Bereich einiger µm, insbesondere im Bereich von höchstens 200 µm, sodass den Spot 22 durchquerende Partikel 12 zur Emission auswertbarer Strahlungsleistungen angeregt werden, sei es durch laserinduzierte Inkandeszenz oder durch chemische Reaktionen (insbesondere Oxidation). Als Folge kann meistens davon ausgegangen werden, dass sich stets höchstens ein Partikel 12 in dem Spot 22 befindet und dass ein momentanes Messsignal des Partikelsensors 16 nur von diesem höchstens einen Partikel 12 stammt. Das Messsignal wird von einem Detektor 26 erzeugt, der im Partikelsensor 16 so angeordnet ist, dass er vom den Spot 22 durchfliegenden Partikel 12 ausgehende Strahlung 14, insbesondere Temperaturstrahlung, detektiert. Der Detektor 26 weist dazu bevorzugt wenigstens eine Fotodiode 26.1 auf. Damit wird eine Einzelpartikelmessung möglich, welche grundsätzlich sogar die Extraktion von Informationen über das Partikel 12 wie Größe und Geschwindigkeit ermöglicht.The dimensions of the
Der Partikelsensor 16 weist ein Schutzrohrmodul 200 aus einem ersten, äußeren Schutzrohr 210 und einem zweiten, inneren Schutzrohr 220 auf. Die Anordnung der Schutzrohre ist hier nur grob und schematisch gezeigt, insofern wird auf die
Der Partikelsensor 16 weist einen Laser 18 auf, der bevorzugt kollimiertes Laserlicht 10 erzeugt. Im Strahlengang des Laserlichtes 10 befindet sich ein Strahlteiler 34. Ein den Strahlteiler 34 ohne Umlenkung durchlaufender Teil des Laserlichtes 10 wird durch die Sammellinse 20 zu einem sehr kleinen Fokus 22 fokussiert. In diesem Fokus 22 ist die Lichtintensität hoch genug, um die mit dem Abgas 32 transportierten Partikel 12 auf mehrere Tausend Grad Celsius zu erhitzen, so dass die erhitzten Partikel 12 signifikant Strahlung 14 in Form von Temperaturstrahlung emittieren. Diese Strahlung 14 liegt zum Beispiel im nahinfraroten und sichtbaren Spektralbereich, ohne dass die Erfindung auf Strahlung 14 aus diesem Spektralbereich beschränkt ist. Ein Teil dieser ungerichtet in Form von Temperaturstrahlung emittierten Strahlung 14, wird von der Sammellinse 20 erfasst und über den Strahlteiler 34 auf den Detektor 26 gerichtet. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass nur ein optischer Zugang 40 zum Abgas 32 benötigt wird, da die gleiche Optik, insbesondere die gleiche Sammellinse 20, für die Erzeugung des Fokus 22 und für das Erfassen der vom Partikel 12 ausgehenden Strahlung 14 benutzt wird. Das Abgas 32 ist ein Beispiel eines Messgases. Das Messgas kann auch ein anderes Gas oder Gasgemisch sein, zum Beispiel Raumluft.The
Der Laser 18 weist eine Laserdiode 36 und eine zweite Linse 38 auf, die das von der Laserdiode 36 ausgehende Laserlicht 10 bevorzugt kollimiert. Der Einsatz der Laserdiode 36 stellt eine besonders kostengünstige und einfach handhabbare Möglichkeit der Erzeugung von Laserlicht 10 dar. Das bevorzugt kollimierte Laserlicht 10 wird durch die Sammellinse 20 fokussiert.The
Der optische Partikelsensor 16 weist einen dem Abgas ausgesetzten ersten Teil 16.1 (Abgasseite) und einen dem Abgas nicht ausgesetzten zweiten Teil 16.2 (Reingasseite) auf, der die optischen Komponenten des Partikelsensors 16 enthält. Beide Teile sind durch eine Trennwand 16.3 getrennt, die zwischen den Schutzrohren 210, 220 und den optischen Elementen des Partikelsensors 16 verläuft. Die Wand 16.3 dient der Isolation der empfindlichen optischen Elemente von dem Abgas 32. In der Trennwand 16.3 ist im Strahlengang des Laserlichtes 10 ein als Fenster ausgebildeter optischer Zugang 40 angebracht, durch den hindurch das Laserlicht 10 in das Abgas 32 einfällt und über den vom Fokus 22 ausgehende Strahlung 14 auf die Sammellinse 20 und von da aus über den Strahlteiler 34 auf den Detektor 26 einfallen kann.The
Alternativ zu dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Erzeugung des Fokus 22 und das Erfassen der von Partikeln im Fokus 22 ausgehenden Strahlung 14 auch über getrennte optische Strahlengänge erfolgen.As an alternative to the exemplary embodiment illustrated here, the production of the
Es ist auch denkbar, den Fokus 22 mit anderen als den hier lediglich als Ausführungsbeispiel angegebenen Linsenkombinationen zu erzeugen. Außerdem kann der Partikelsensor 16 auch mit anderen Laserlichtquellen als den hier für Ausführungsbeispiele angegebenen Laserdioden 36 verwirklicht werden.It is also conceivable to generate the
Die
Der Partikelsensor 16 weist ferner ein zweites Teilgehäuse 102 auf, das an dem ersten Teilgehäuse 101 montiert ist und rohrförmig ausgebildet ist. In den beiden axialen Endbereichen des zweiten Teilgehäuses 102 sind zwei plan-konvexe Linsen 20 angeordnet und bilden auf diese Weise ein Teleskop.The
Der Partikelsensor 16 weist ferner ein drittes Teilgehäuse 103 auf, das an dem ersten Teilgehäuse 101 montiert ist, das rohrförmig ausgebildet ist und das konzentrisch zu dem zweiten Teilgehäuse 102 ist. Zwischen dem zweiten und dem dritten Teilgehäuse 103 ist ein Ringraum ausgebildet, der beispielsweise mit Luft gefüllt oder evakuiert sein kann. Das dritte Teilgehäuse 103 weist auf seiner Außenseite Kühlrippen 103.1 auf.The
Auf der vom ersten Teilgehäuse 101 abgewandten Seite des dritten Teilgehäuses 103 ist der optische Zugang 40 in Form eines in einem Fensterhalter 41 montierten Fensters 42 montiert.The
Auf der vom ersten Teilgehäuse 101 abgewandten Seite des dritten Teilgehäuses 103 ist ferner ein kragenförmiges Hitzeschutzschild 44 montiert. Es besteht beispielsweise aus zwei metallischen Blechen und einem dazwischen ausgebildeten Spalt, der beispielsweise mit Luft gefüllt sein kann.Furthermore, a collar-shaped
Auf der vom ersten Teilgehäuse 101 abgewandten Seite des dritten Teilgehäuses 103 ist ferner ein Montageflansch 46 zur Montage des Partikelsensors 16 an einer Messgasleitung vorgesehen. Er liegt beispielweise auf einem Einschweißnippel 50 einer Abgasleitung plan auf und ist mittels einer an sich bekannten V-Band-Schelle 52 fixiert.Furthermore, a mounting
Überdies ist auf der vom ersten Teilgehäuse abgewandten Seite des dritten Teilgehäuses auch ein Schutzrohrmodul 200 fixiert.In addition, a
Das Schutzrohrmodul 200 besteht in diesem Beispiel aus einem ersten Schutzrohr 210, einem zweiten Schutzrohr 220 und einem dritten Schutzrohr 230.In this example, the
Das erste Schutzrohr 210 ist topförmig ausgebildet, mit einer eine Mantelfläche bildenden Topfwand auf sowie einen Topfboden. In der Topfwand ist in der Nähe des Topfbodens ein umlaufender Lochkranz aus beispielsweise 12 Eintrittsöffnungen 301 des Partikelsensors 16 ausgebildet.The first
Das zweite Schutzrohr 220 hat eine im wesentlichen hutförmige Gestalt und ist im Wesentlichen im Inneren des ersten Schutzrohrs 210 angeordnet. Das zweite Schutzrohr 220 liegt radial an der Innenseite der Topfwand des ersten Schutzrohrs 210 an. In einem Überströmöffnungsabschnitt ist ein Lochkranz aus im Beispiel 12 Überströmöffnungen 303 vorgesehen, die einen zwischen dem ersten Schutzrohr 210 und dem zweiten Schutzrohr 220 ausgebildeten Ringraum 240 mit einem im Inneren des zweiten Schutzrohrs 220 ausgebildet Gasraum 250 verbinden. An den Überströmöffnungsabschnitt des zweiten Schutzrohres 220 schließt sich ein sich konisch verjüngender Bereich an und an diesen schließt sich ein becherförmiger Endbereich des zweiten Schutzrohrs 220 an, der mit seiner Mantelfläche in eine Öffnung in dem Topfboden des ersten Schutzrohrs 210 eingepresst ist. In der Stirnseite des Endbereichs des zweiten Schutzrohrs 220 ist die Austrittsöffnung 302 des Partikelsensors 16 vorgesehen, die im vorliegenden Beispiel nur wenig kleiner ist als die Stirnseite selbst.The second
Wiederum im Inneren des zweiten Schutzrohrs 220 ist das dritte Schutzrohr 230 angeordnet. Es weist einen ersten, geraden zylindrischen Abschnitt auf. An den geraden zylindrischen Abschnitt des dritten Schutzrohrs 230 schließt sich ein sich konisch verjüngender Abschnitt an, der auf der dem Abgas zugewandten Seite des dritten Schutzrohrs 230 offen ist.The third
Entlang einer axialen Richtung 400, die beispielsweise durch die von dem optischen Zugang 40 zu der Austrittsöffnung 302 weisenden Richtung definiert ist, liegt der sich konisch verjüngende Abschnitt dritten Schutzrohrs 230 auf gleicher axialer Höhe wie die Überströmöffnungen 303 im zweiten Schutzrohr 220.Along an
Die Verbindungen erfolgen im Beispiel jeweils über einen abgasleitungsseitigen Flansch 68, auf dem ein bypasskühlerseitiger Flansch 76 plan aufliegt und beispielsweise über eine V-Band-Schelle oder Verschraubungen fixiert ist.In the example, the connections are made via a
Zwischen zwei aufeinander aufliegenden Flanschen kann eine Dichtung, beispielsweise aus dem thermisch gut isolierenden Material Glimmer bzw. Phlogopit-Glimmer vorgesehen sein, beispielsweise als Dichtring und/oder aus dem Material, das unter dem Markennamen novamica bekannt ist. Die Glimmer-Dichtung trägt wesentlich dazu bei, einen Wärmefluss von der Abgasleitung in den Bypass-Kühler zu vermindern.A seal, for example made of the thermally highly insulating material mica or phlogopite mica, can be provided between two flanges resting on one another, for example as a sealing ring and/or made of the material that is known under the brand name novamica. The mica seal contributes significantly to reducing heat flow from the exhaust pipe into the bypass cooler.
Der Abgas-Bypasskühler 70 weist ferner eine rohrförmige Bypassleitung 78 auf, die den Einlass 72 mit dem Auslass 74 verbindet und einen zur Abgasleitung 62 parallelen Pfad darstellt. Die Bypassleitung 78 kann, wie in der
Innerhalb der Bypassleitung 78 sind Durchmischungselemente 80 angeordnet, siehe auch
Durch die Anordnung der Durchmischungselemente 80 in der Bypassleitung 78 ist ein statischer Mischer realisiert, der die Wegstrecke des die Bypassleitung 78 durchströmenden Gases signifikant erhöht. Dadurch verbessert sich die thermische Wechselwirkung des Gases mit dem Abgas-Bypasskühler 70, also dessen Kühlwirkung. Eine Drosselung des Durchflusses durch den Abgas-Bypasskühler 70 aufgrund der Durchmischungselemente 80 kann und soll hingegen höchstens geringfügig sein (z.B. <10%).The arrangement of the mixing
Die Durchmischungselemente 80, insbesondere die Wendeln, können mit der Bypassleitung 78 stoffschlüssig verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen oder Hartlöten.The mixing
Es ist vorgesehen, dass außen an der Bypassleitung 78 zumindest ein Kühlelement 90 vorgesehen ist. Im Beispiel handelt es sich um Kühlrippen 92 bzw. um ein spiralförmiges Rippenband 94, die/das außen auf der Bypassleitung 78 aufgeschweißt sind/ist. Im Beispiel (
Eine alternative Ausführungsform verwendet zwar ebenfalls ein Kühlelement 90, wie vorstehend erläutert, anstelle von Durchmischungselementen 80 wird die Oberfläche im Inneren der Bypassleitung allerdings durch ein Rohrbündel 81 erhöht, beispielsweise mit einem Rohrbündel 81, das aus 7 Einzelrohren 81` besteht. Eine aufgeschnittene Ansicht eines derartigen Rippenrohr-Rohrbündelkühler ist in der
An der Bypassleitung 78 ist in einem beispielsweise von den Durchmischungselementen 80 und von dem Kühlelement 90 aus gesehen stromabwärtigen Bereich eine mit einem Anschlussflansch 50 ausgebildete Anschlussstelle 95 zum Anschluss eines Abgassensors 16 vorgesehen.A connection point 95 designed with a
Bei der Anschlussstelle 95 kann es sich beispielsweise um einen in die Bypassleitung 78 eingeschweißten Anschlussflansch 50 bzw. Einschweißnippel handeln. Es kann vorgesehen sein, dass zur Erzielung eines Venturi-Effektes, der Querschnitt der Bypassleitung 78 innerhalb des Anschlussflansches 50 vermindert ist, beispielsweise um mindestens 10%. Die Durchströmung eines an der Anschlussstelle 95 montierten Abgassensors 16 kann auf diese Weise intensiviert werden, siehe
Der Abgassensor 16 ist in der
Die Anschlussstelle 95 und der Abgassensor 16 können auch anders als in der
Die Kühlleistung des Bypasskühlers ist durch die Wahl der Länge des Kühlkörpers skalierbar. Es besteht ein etwa linearer Zusammenhang zwischen der Kühlleistung und der Länge.The cooling capacity of the bypass cooler can be scaled by choosing the length of the heat sink. There is an approximately linear relationship between the cooling capacity and the length.
Um einen Massestrom durch den Bypasskühler 70 unabhängig vom Massestrom und von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in dem Abgasrohr 62 wählen zu können, kann vorgesehen sein, dass im Bypasskühler 70 eine kurze Drossel 82 mit dem erforderlichen Querschnitt eingefügt ist. Es kann sich dabei beispielsweise um ein beispielsweise 5 mm langes Rohrstück handeln, dass in den Bypasskühler 70, beispielsweise in seinem Eingangsbereich eingepresst ist.In order to be able to select a mass flow through the bypass cooler 70 independently of the mass flow and the flow rate of the exhaust gas in the
Bypasskühler für viele Anwendungen können dann mit gleichem Durchmesser gefertigt werden und sich lediglich durch die in ihrem Innendurchmesser angepasste Drossel 82 voneinander unterscheiden. Auch der Außendurchmesser der Drossel kann für viele Anwendungen gleich gewählt werden.Bypass coolers for many applications can then be manufactured with the same diameter and only differ from one another in terms of the
Im vorliegenden Beispiel ist vorgesehen, dass zwischen der Abgasleitung 62 des Abgastrakts und der Bypassleitung 78 des Bypasskühlers eine Hitzeschutzvorrichtung 87 montiert ist, siehe
Komplementär weist die Abgasleitung 62 zwei angeschweißte Halterungen 89 aus Edelstahlblech auf, an denen die Hitzeschutzvorrichtung 87 mit Edelstahlschrauben anschraubbar ist. Die Hitzeschutzvorrichtung 87 kann alternativ auch an die Halterungen 89 genietet oder geschweißt werden.In addition, the
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102008044171 A1 [0001]DE 102008044171 A1 [0001]
- DE 102018218734 A1 [0002]DE 102018218734 A1 [0002]
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Cited By (1)
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DE102022133298B3 (en) | 2022-12-14 | 2024-05-16 | Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg | Multiparameter sensor and multisensor system |
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DE102008044171A1 (en) | 2008-11-28 | 2010-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Optical sensor |
DE102018218734A1 (en) | 2018-10-31 | 2020-04-30 | Robert Bosch Gmbh | Optical particle sensor, in particular exhaust gas sensor |
-
2021
- 2021-12-23 DE DE102021214992.8A patent/DE102021214992A1/en not_active Withdrawn
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