DE10245297B3

DE10245297B3 - Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen

Info

Publication number: DE10245297B3
Application number: DE2002145297
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Pfeiffer (FH)
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 zur Messung von Gasinhaltsstoffen, insbesondere im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, in einem Abgasrohr 12 mit einen Einlauf 16, eine Messkammer 20 und einen Rücklauf 18 aufweisenden Bypass, über den ein aus dem Hauptgasstrom 14 abgezweigter Teilgasstrom der Messkammer 20 zugeführt wird, in der eine Gasmesssonde 22 vorgesehen ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Einlauf 16 mehrere Einlassöffnungen 26 aufweist, sodass von unterschiedlichen Bereichen des Strömungsquerschnitts des Abgasrohrs 12 Gas dem Bypass zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Aus der DE 199 58 441 C2 ist eine derartige Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die Vorrichtung dient für eine Analyse der Schadstoffe im Abgas eines Kraftfahrzeugs und ist in Strömungsrichtung der Abgase hinter dem Katalysator angeordnet. Über einen Bypass zum Abgasrohr und somit zur Hauptgasströmung wird ein Teilgasstrom zur Analyse entnommen. Die bekannte Vorrichtung mit Bypass besteht dabei aus einem in. der Hauptgasströmung angeordneten Einlauf zum Abzweigen des Teilgasstroms, einer Messkammer mit einer darin angeordneten Diagnosesonde sowie einem Rücklauf, über den der abgezweigte Teilgasstrom in den Hauptgasstrom im Abgasrohr zurückgeführt wird. Die als Teilgasstrom in den Bypass abgezweigte Gasmenge wird durch den am Einlauf anliegenden Staudruck bestimmt.

Es wird bei dieser Konstruktion davon ausgegangen, dass ein homogener Abgasstrom existiert. Dies entspricht jedoch nicht der Realität. Es hat sich herausgestellt, dass im motornahen Abgasrohr eine inhomogene Verteilung der Abgase der einzelnen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine vorliegt. Es werden somit falsche Signale von den Diagnosesonden an die Motorsteuerung geliefert. Zudem hat die gattungsgemäße Vorrichtung ein Druckaggregat, das den Druck im Teilgasstrom im Bypass regelt.

Aus der DE 40 35 173A1 ist eine Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen bekannt, die nur einen Einlauf aufweist. Die Diagnosesonde wird nicht durchströmt, sondern weist lediglich Gaskontakt auf.

Aus der AT 391 556B ist bekannt, mittels eines Gasstromes entgegen der Strömungsrichtung des Hauptgasstroms die Partikel im Hauptgasstrom auf die Rohrlängsachse zu zentrieren, wo sich eine Probenentnahmeöffnung befindet. Ein Zusammenwirken mit einer Motorsteuerung ist jedoch nicht vorgesehen.

Problematisch bei diesen bekannten Konstruktionen ist auch, dass bei motornahen Katalysatoren im Abgasrohr die Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen vor und nach dem Katalysator zur Optimierung der Verbrennung in den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine über die Motorsteuerung platziert werden muss. Wegen der kleinen Bauräume zwischen Motor und Karosserie sind die Anordnungsmöglichkeiten nach dem Motorauslass nach dem Motorkrümmer und vor dem Katalysator sehr gering.

Es ist auch bekannt, die Diagnosesonde direkt in den Hauptabgasstrom zu platzieren. Da jedoch das Abgas der verschiedenen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine bei einer motornahen Anordnung sehr wenig durchmischt wird und die Diagnosesonde in der Regel nur wenige Millimeter in den Gasstrom hineinragt, ist das Ergebnis nicht repräsentativ für die Abgasströme aller Zylinder der Verbrennungskraftmaschine. Die Erreichung der gesetzlichen Abgasforderungen ist dadurch gefährdet, da das Ergebnis verfälscht wird und der Motorsteuerung dieses verfälschte Messergebnis zugrundegelegt wird.

Eine motornahe Positionierung der Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen hat jedoch stets das Problem, dass aufgrund der kurzen Wege nur eine geringe Strecke zum Vermischen der Abgasströme der einzelnen Zylinder im Abgasrohr zur Verfügung steht. Unmittelbar nach dem Motorauslass nach dem Motorkrümmer existiert daher immer ein inhomogener Abgasstrom im Abgasrohr.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Gasmessung durchgeführt werden kann, die für den Abgasstrom repräsentativ ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch mehrere Einlassöffnungen zur Entnahme eines Teilgasstroms eine Mischung einer den Hauptgasstrom repräsentierenden Zusammensetzung entnehmen lässt und somit ein repräsentatives Messergebnis mit der Gasmesssonde – Diagnosesonde – erzielen lässt. Hierzu ergibt sich beispielsweise eine genauere Motorsteuerung, die hohen Abgasanforderungen gerecht wird.

Nach der Erfindung ist die Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen, insbesondere im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, in einem Abgasrohr mit einem Einlauf, einer Messkammer und einem einen Rücklauf aufweisenden Bypass versehen, über den ein aus dem Hauptgasstrom abgezweigter Teilgasstrom der Messkammer zugeführt wird, in der eine Gasmesssonde vorgesehen ist. Der Einlauf ist dabei mit mehreren Einlassöffnungen versehen, sodass von unterschiedlichen Bereichen des Strömungsquerschnitts des Abgasrohrs dem Bypass Gas zugeführt wird. Auf einfache Weise lässt sich somit eine den Hauptgasstrom repräsentierende Teilgasmenge zur Messung von Gasinhaltsstoffen in der Messkammer entnehmen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Einlauf eine Hauptleitung auf, die sich von der der Messkammer strömungsmäßig entferntest gelegenen Einlassöffnung bis zu der Messkammer erstreckt, wobei die Einlassöffnungen mit der Hauptleitung so verbunden sind, dass die Teilgasströrne von den Einlassöffnungen strömungsmäßig nacheinander in die Hauptleitung eintreten und sich mit dem vorher eingetretenen Teilgasstrom vermischen.

Hierdurch wird auf einfache Weise eine Vermischung der über die einzelnen Einlassöffnungen eintretenden Teilgasströme erreicht.

Um eine möglichst raumsparende Konstruktion zu gewährleisten, ist die Hauptleitung als eine das Abgasrohr umgebende Ringkammer ausgebildet. Diese liegt insbesondere unmittelbar an dem Abgasrohr an und ist mit diesem fest verbunden.

Vor der Messkammer ist vorzugsweise eine Leitwandung vorgesehen, die den Teilgasstrom in die Messkammer lenkt. Hierdurch wird der Messkammer zielgerichtet der Teilgasstrom zugeführt. Die Strömung durch die Messkammer verläuft hierbei senkrecht zur Längsachse der Ringkammer.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rücklauf als Ringkammer mit mehreren Austrittsöffnungen ausgebildet. Hierbei weist der Rücklauf insbesondere eine Hauptleitung auf, die sich von der Messkammer bis zur strömungsmäßig von der Messkammer entferntest gelegenen Auslassöffnung erstreckt.

Um eine einfache Fertigung der Vorrichtung zu ermöglichen, sind die Ringkammer des Einlaufs und die Ringkammer des Rücklaufs zur quer zum Abgasrohr verlaufenden Vorrichtungsmittelebene symmetrisch ausgebildet.

Ein einfaches Ausgeben des Teilgasstroms in den Hauptgasstrom wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Auslassöffnungen in Strömungsrichtung ausgerichtet sind. Durch den Hauptgasstrom und die derart ausgerichteten Auslassöffnungen wird das Ausbringen des Teilgasstroms in den Hauptgasstrom auf einfache Weise ermöglicht.

Vorzugsweise sind die Einlassöffnungen gegen die Strömung des Hauptgasstroms gerichtet, sodass das Eintreten des Teilgasstroms in den Bypass durch den Staudruck ermöglicht wird.

Die Einlass- und/oder Auslassöffnungen können in gleichen Abständen benachbart zueinander angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Einlass- und/oder Auslassöffnungen vom Mantel des Abgasrohrs in den Strömungsquerschnitt des Hauptgasstroms hinein. Hierdurch wird der Hauptgasstrom in seiner Strömung kaum beeinträchtigt.

Beispielsweise wird eine kompakte Anordnung auch dadurch erreicht, dass der Einlauf in Bezug auf den Hauptgasstrom stromaufwärts, die Messkammer in Bezug auf den Hauptgasstrom dem Einlauf nachgeschaltet und der Rücklauf in Bezug auf den Hauptgasstrom der Messkammern nachgeschaltet angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung zwischen einem Gasausgang der Verbrennungskraftmaschine und einem Katalysator am Abgasrohr angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wirkt die Vorrichtung mit einer Steuerung der Verbrennungskraftmaschine zusammen, und zwar derart, dass für die Steuerung der Verbrennungskraftmaschine die Messergebnisse der Gasmesssonde zugrundegelegt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung einer Vorrichtung zur Messung von Gasinhaltsstoffen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
1 eine Schnittansicht entlang der Längsachse eines Abgasrohrs durch die Vorrichtung nach der Erfindung, und
2 eine Querschnittsansicht durch die Vorrichtung von 1 in Strömungsrichtung.
In 1 und 2 ist eine Vorrichtung 10 zur Messung von Gasinhaltsstoffen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine dargestellt. In einem Abgasrohr 12 wird ein Abgasstrom 14 zu einem hier nicht dargestellten Katalysator geführt. Um das Abgasrohr 12 herum ist die Vorrichtung 10 angeordnet und fest mit dem Abgasrohr 12 verschweißt. Die Vorrichtung 10 besteht aus zwei Ringkammern 16 und 18 sowie eine die beiden Ringkammern 16 und 18 verbindende Messkammer 20, die einen Bypass im Hinblick auf den Abgasstrom 14 bilden. In die Messkammer 20 ragt eine Gasmesssonde 22. Beide Ringkammern 16, 18 sind symmetrisch zur quer zum Abgasrohr 12 verlaufenden Mittelebene der Vorrichtung 10 ausgebildet. Die Gasmesssonde 22 ist in ein die Ringkammern 16, 18 sowie die Messkammer 20 bildendes Gehäuse 24 eingeschraubt und ragt mit seiner Sondenspitze in die Messkammer 20 zur Messung der Gasinhaltsstoffe hinein.
Die Ringkammern 16, 18 umgreifen das Abgasrohr 12 vollständig. Die Ringkammer 16 wird radial innenliegend von dem Abgasrohr 12 begrenzt, in das Einlassöffnungen 26 eingebracht sind, die entgegen der Strömungsrichtung im Abgasrohr 12 gerichtet sind.
In entsprechender Weise sind in der den Rücklauf bildenden Ringkammer 18 Auslassöffnungen 28 in das Abgasrohr 12 eingebracht, die in Strömungsrichtung gerichtet sind.
Über die Einlassöffnungen 26 wird der Ringkammer 16 ein Teilgasstrom zugeführt. Die Ringkammer 16 bildet hierbei eine Leitung, die sich von der Einlassöffnung 26a, siehe 2, bis zu einem Leitblech 30 erstreckt. Über die Einlassöffnung 26a wird ein erster Teilgasstrom der Ringkammer 16 zugeführt und entgegen dem Uhrzeigersinn gemäß 2 gedrückt. Über eine zweite Einlassöffnung 26b tritt ein weiterer Teilgasstrom in die Ringkammer 16 und durchmischt sich mit dem vorher eingetretenen und sich entgegen den Uhrzeigersinn bewegenden Teilgasstrom. Entsprechend werden Teilgasströme für die Einlassöffnungen 26c, 26d und 26e mit den vorher eingetretenen Teilgasströmen vermischt und schließlich über das Leitblech 30 in die Messkammer 20 gelenkt.
In entsprechend umgekehrter Weise werden die Teilgasströme von der Messkammer 20 über die Ringkammer 18 und die einzelnen Auslassöffnungen 28 dem Hauptgasstrom im Abgasrohr 12 wieder zugeführt.
Durch die Entnahme von Teilgasströmen aus dem Hauptgasstrom an verschiedenen Orten des Hauptgasstroms im Abgasrohr 12, der schrittweisen Entnahme und Vermischung in der Ringkammer 16 und schließlich dem Zuleiten zur Messkammer 20 wird der Messkammer 20 ein den Abgasstrom repräsentierendes Gasgemisch zugeführt, welches von der Gasmesssonde 22 analysiert wird. Die Gasmesssonde 22 wirkt dabei mit einer hier nicht dargestellten Steuereinheit zusammen, die die Verbrennungskraftmaschine steuert.
Die Einlassöffnungen 26 sind gegenüber den Auslassöffnungen 28 in Umfangsrichtung des Abgasrohrs 12 versetzt in dieses eingebracht. Die Abstände der Einlass- und der Auslassöffnungen 26, 28 benachbart zueinander sind dabei gleich ausgebildet. Die Einlass- und Auslassöffnungen 26, 28 werden durch Einprägungen in das Abgasrohr 12 von außen gebildet, sodass sich eine schräge Zuführung bzw. Abführung zu der jeweiligen Ringkammer 16 bzw. 18 ergibt.
Die Erfindung zeichnet sich durch die einfache Ausbildung einer Vorrichtung aus, die es ermöglicht, einen den Abgasstrom repräsentierenden Teilgasstrom zu entnehmen und einer Messkammer zur Diagnose über eine Gasmesssonde zuzuführen.

10: Vorrichtung
12: Abgasrohr
14: Abgasstrom
16: Ringkammer-Einlauf
18: Ringkammer-Rücklauf
20: Messkammer
22: Gasmesssonde
24: Gehäuse
26: Einlassöffnungen
26a bis 26e: einzelne Einlassöffnungen
28: Auslassöffnungen
30: Leitblech

Claims

Vorrichtung (10) zur Messung von Gasinhaltsstoffen, insbesondere im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, in einem Abgasrohr (12) mit einem Einlauf (16), einer Messkammer (20) und einem einen Rücklauf (18) aufweisenden Bypass, über den ein aus dem Hauptgasstrom (14) abgezweigter Teilgasstrom der Messkammer (20) zugeführt wird, in der eine Gasmesssonde (22) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (16) mehrere Einlassöffnungen (26) aufweist, sodass von unterschiedlichen Bereichen des Strömungsquerschnitts des Abgasrohrs (12) Gas dem Bypass zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (16) eine Hauptleitung aufweist, die sich von der der Messkammer (20) strömungsmäßig entferntest gelegenen Einlassöffnung (26a) bis zu der Messkammer (20) erstreckt, wobei die Einlassöffnungen (26) mit der Hauptleitung so verbunden sind, dass die Teilgasströme von den Einlassöffnungen (26) strömungsmäßig nacheinander in die Hauptleitung eintreten und sich mit dem vorher eingetretenen Teilgasstrom vermischen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung als eine das Abgasrohr (12) umgebende Ringkammer (16) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Messkammer (20) eine Leitwandung (30) vorgesehen ist, die den Teilgasstrom in die Messkammer (20) lenkt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung durch die Messkammer (20) senkrecht zur Längsachse der Ringkammer (16) verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf als Ringkammer (18) mit mehreren Auslassöffnungen (28) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (18) eine Hauptleitung aufweist, die sich von der Messkammer (20) bis zur strömungstechnisch von der Messkammer (20) entferntest gelegenen Auslassöffnung (28) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 und 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (16) des Einlaufs und die Ringkammer (18) des Rücklaufs zur quer zum Abgasrohr (12) verlaufenden Vorrichtungsmittelebene symmetrisch ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (28) in Strömungsrichtung des Hauptgasstroms (14) ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen (26) gegen die Strömungsrichtung des Hauptgasstroms (14) gerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und/oder Auslassöffnungen (26, 28) in gleichen Abständen benachbart zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und/oder Auslassöffnungen (26, 28) sich vom Mantel des Abgasrohrs (12) in den Strömungsquerschnitt des Hauptgasstroms (14) hineinerstrecken.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (16) in Bezug auf den Hauptgasstrom (14) stromaufwärts, die Messkammer (2d) in Bezug auf den Hauptgasstrom (14) dem Einlauf (16) nachgeschaltet und der Rücklauf (18) in Bezug auf den Hauptgasstrom (14) der Messkammer (20) nachgeschaltet angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anordnung zwischen Gasausgang der Verbrennungskraftmaschine und einem Katalysator.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Zusammenwirken mit einer Steuerung der Verbrennungskraftmaschine.