DE3638472A1

DE3638472A1 - Device for the optical measurement and observation of exhaust gases of a diesel internal combustion engine

Info

Publication number: DE3638472A1
Application number: DE19863638472
Authority: DE
Inventors: Georg Wolfgang Dr Schweimer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-11-22
Filing date: 1986-11-11
Publication date: 1987-05-27

Abstract

A device (1) arranged in an exhaust line (2) of a diesel internal combustion engine is described for the optical measurement and observation of the exhaust gases of the diesel internal combustion engine flowing through the exhaust line, which device has at least one transparent window (10, 15) facing the exhaust gas flow. In order to largely prevent dirt accumulation on this transparent window due to soot particles carried by the exhaust gas, it is proposed that the window be arranged in an ante-chamber (8, 13), connected upstream of an end pipe (3), expanded like a diffusor, of the exhaust line (2), which ante-chamber is connected by ventilation apertures (9, 14) to the ambient air. In this arrangement, it is advantageous if the ventilation apertures (9, 14) are aligned so as to direct fresh air at the window (10, 15). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in einer Abgasleitung einer Dieselbrenn kraftmaschine angeordnete Einrichtung zur optischen Vermessung oder Beobach tung der die Abgasleitung durchströmenden Abgase der Dieselbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an in an exhaust pipe of a diesel burner Engine-arranged device for optical measurement or observation tion of the exhaust gases flowing through the exhaust pipe of the diesel engine according to the preamble of claim 1.

Derartige, in Abgasleitungen von Dieselbrennkraftmaschinen angeordnete optische Meßeinrichtungen sind beispielsweise zur Erfassung der Abgastrübung bekannt (DE-OS 24 55 777). Dort besteht diese optische Meßeinrichtung aus einem in der Abgasleitung angeordneten Fotoelement, das ein von einer Lampe herrührendes und quer durch den Abgasstrom gerichtetes Licht nach Maßgabe der Abgastrübung in ein elektrisches Signal umsetzt, das über einen Verstärker ein Steuerorgan zur Steuerung der Abgasrückführung so beeinflußt, daß mit zunehmender Trübung des Abgases weniger Abgas zur Einlaßseite der Diesel brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Bei dieser bekannten Anordnung sollen zwar die Lampe und das Fotoelement derart einander gegenüberliegend in der Abgasleitung angeordnet sein, daß eine Verschmutzung der Lampe und des Fotoelements durch Abgase weitgehend vermieden wird. Nun zeigt sich jedoch, daß selbst dann, wenn diese Lampe und das Fotoelement in einem mit der Abgasleitung verbundenen, strömungsberuhigten Vorraum angeordnet sind, eine sichere Vermeidung einer den Lichtdurchtritt an diesen optischen Elementen beeinträchtigenden Verschmutzung auf Dauer nicht möglich ist, da die mit dem Abgas mitgeführten Rußpartikel auch in diese Vorräume gelangen und sich an den lichtdurchlässigen Fenstern absetzen. Diese Rußablagerungen bewirken jedoch eine wesentliche Beeinträchtigung der Meß- und Beobachtungs genauigkeit.Such, arranged in exhaust pipes of diesel engines Optical measuring devices are used, for example, to record the turbidity of the exhaust gas known (DE-OS 24 55 777). There this optical measuring device consists of a photo element arranged in the exhaust pipe, which is a from a lamp Originating light directed across the exhaust gas flow as required converts the turbidity into an electrical signal, which is transmitted through an amplifier influenced a control element for controlling the exhaust gas recirculation so that with increasing turbidity of the exhaust gas less exhaust gas to the inlet side of the diesel internal combustion engine is returned. In this known arrangement although the lamp and the photo element in such a manner opposite each other in the exhaust pipe be arranged that a contamination of the lamp and the photo element is largely avoided by exhaust gases. Now it shows however, that even if this lamp and the photo element are in one flow-reduced anteroom connected to the exhaust pipe are, a safe avoidance of the passage of light at these optical Pollution that is harmful to the elements is not possible in the long run, since the soot particles carried with the exhaust gas also get into these vestibules and settle on the translucent windows. These soot deposits however, cause a significant impairment of the measurement and observation accuracy.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, bei einer Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art das Ab setzen von mit dem Abgas mitgeführtem Ruß an den lichtdurchlässigen Fenstern nach Möglichkeit weitgehend zu vermeiden, um so die Meß- und Beobachtungs genauigkeit auch über längere Betriebszeiten zu verbessern.The object on which the invention is based is therefore that of a Establishment of the type specified in the preamble of the claim soot carried along with the exhaust gas on the translucent windows as far as possible to avoid, so as to measure and observe improve accuracy even over longer operating times.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentan spruchs 1. Durch die Anordnung eines diffusorartig erweiterten Endrohres in Strömungsrichtung hinter dem Anschluß des das Fenster für die Meß- oder Be obachtungseinrichtung aufweisenden Vorraums wird in der Abgasleitung, und zwar an der Stelle der Verbindung mit dem Vorraum und dadurch auch in diesem selbst, ein Unterdruck nach dem Venturi-Effekt erzeugt. Dieser Unterdruck in dem Vorraum bewirkt eine Ansaugung von Frischluft aus der Umgebung durch die Belüftungsöffnungen, die zweckmäßigerweise so ausgerichtet sind, daß die durch diese Belüftungsöffnungen durchtretenden Frischluftstrahlen direkt auf das Fenster der Meß- oder Beobachtungseinrichtung ausgerichtet sind. Nach dem Umströmen des Fensters tritt dieser Frischluftstrom durch den Vorraum und anschließend über die Verbindungsstelle zur Abgasleitung in diese ein, wodurch das Eindringen von Rußpartikeln enthaltendem Abgas in den Vorraum weitgehend verhindert wird.The solution to this problem arises according to the characteristics of the patent Proverb 1. By arranging a diffuser-like extended tailpipe in Flow direction behind the connection of the window for the measurement or loading vestibule having care device is in the exhaust pipe, and at the point of connection with the anteroom and therefore also in this itself, creates a negative pressure after the Venturi effect. This negative pressure in the anteroom causes fresh air to be drawn in from the surroundings the ventilation openings, which are appropriately aligned so that the fresh air jets passing through these ventilation openings the window of the measuring or observation device are aligned. To When flowing around the window, this fresh air flow passes through the anteroom and then into the exhaust pipe via the connection point, causing the penetration of soot-containing exhaust gas into the anteroom is largely prevented.

Um zu verhindern, daß bei in der Abgasleitung, etwa in besonderen Betriebs zuständen der Brennkraftmaschine, auftretenden Überdruckimpulsen doch eine Rückströmung von Abgas in den Vorraum eintritt, soll die Größe des Durchtritts querschnitts der Belüftungsöffnungen genügend klein bemessen sein, so daß sich eine ausreichende Dämpfung ergibt.To prevent that in the exhaust pipe, such as in special operations conditions of the internal combustion engine, occurring pressure pulses after all Backflow of exhaust gas entering the antechamber is said to be the size of the passage cross-section of the ventilation openings be dimensioned sufficiently small so that there is sufficient damping.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schema tischen Längsschnittes durch eine Abgasleitung gezeigt und wird im folgenden näher beschrieben. Dabei ist die gesamte optische Meßeinrichtung, die hier zur Erfassung der Abgastrübung einer Dieselbrennkraftmaschine verwendet wird, mit 1 bezeichnet. Diese optische Meßeinrichtung 1 ist in einer mit 2 bezeich neten Abgasleitung der Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung vor einem sich diffusorartig erweiternden Endrohr 3 angeordnet. Der Kegel dieses diffusorartig sich erweiternden Endrohres 3 soll dabei einen Öffnungswinkel zwischen 7 und 15° (DIN 1952) aufweisen und seine Länge soll so gewählt sein, daß das Verhältnis von Aus- zu Eingangsquerschnitt mindestens 2 beträgt. In the drawing, an embodiment of the invention is shown using a schematic longitudinal section through an exhaust pipe and will be described in more detail below. The entire optical measuring device, which is used here to record the turbidity of a diesel internal combustion engine, is designated by 1 . This optical measuring device 1 is arranged in a designated 2 exhaust pipe of the internal combustion engine in the flow direction in front of a widening end pipe 3 . The cone of this end pipe 3 , which widens like a diffuser, should have an opening angle of between 7 and 15 ° (DIN 1952) and its length should be chosen such that the ratio of the outlet cross section to the input cross section is at least 2.

Die optische Meßeinrichtung 1 besteht hier aus einem Lichtsender 7, der an einer Seite der Abgasleitung in einem gegenüber dem Abgasströmungsraum abge setzten Vorraum 8 angeordnet ist, sowie aus einem Lichtempfänger 12, der in einem an der gegenüberliegenden Seite der Abgasleitung 2 angeschlossenen Vorraum 13 angeordnet ist, so daß eine die Abgasleitung 2 quer durchsetzende Licht schranke gebildet wird, deren Lichtintensitätsverlust zwischen dem Lichtsen der 7 und dem Lichtempfänger 12 ein Maß für die zu erfassende Trübung des Abgases darstellt. Der Lichtsender 7 und der Lichtempfänger 12 sind jeweils in Trägerelementen 6 bzw. 11 gehalten, die in an gegenüberliegenden Seiten der Abgasleitung befestigten Gewindeanschlußstutzen 4 bzw. 5, beispielsweise durch Verschraubung, gehalten sind. Die von diesen Trägerelementen 6 bzw. 11 eingeschlossenen, im wesentlichen zylindrischen Vorräume 8 bzw. 13 sind über koaxiale, in den Gewindeanschlußstutzen 4 bzw. 5 vorgesehene Anschluß leitungen 16 und 17 mit den von dem Abgas der Dieselbrennkraftmaschine in Pfeilrichtung durchsetzten Strömungsquerschnitt der Abgasleitung 2 verbunden. Der Lichtsender 7 und der Lichtempfänger 12 sowie die diesen zugeordneten Vorräume 8 und 13 sowie die Anschlußleitungen 16 und 17 sind so zueinander ausgerichtet, daß die von dem Lichtsender 7 abgegebenen Lichtimpulse nach Durchsetzen des freien Strömungsquerschnitts der Abgasleitung 2 auf den Licht empfänger 12 fallen, so daß eine Lichtintensitätsmessung durchgeführt werden kann. In den Trägerelementen 6 und 11 sind schließlich noch Belüftungsöffnungen 9 bzw. 14 vorgesehen, die eine Verbindung der Vorräume 8, 13 mit der Umge bungsluft hersteIlen.The optical measuring device 1 here consists of a light transmitter 7, the vestibule put on one side of the exhaust pipe in a relation to the exhaust gas flow space abge 8 is arranged, and is arranged from a light receiver 12, which is connected in an opposite to the side of the exhaust pipe 2 vestibule 13 , so that the gas pipe 2 cross-passing light barrier is formed, the light intensity loss between the light sensor of 7 and the light receiver 12 is a measure of the turbidity to be detected of the exhaust gas. The light transmitter 7 and the light receiver 12 are each held in support elements 6 and 11 , respectively, which are held in threaded connection stubs 4 and 5 fastened on opposite sides of the exhaust pipe, for example by screwing. The enclosed by these support elements 6 and 11 , substantially cylindrical anterooms 8 and 13 are connected via coaxial, in the threaded connecting piece 4 and 5 provided connecting lines 16 and 17 with the flow cross-section of the exhaust pipe 2 penetrated by the exhaust gas of the diesel engine in the direction of the arrow . The light transmitter 7 and the light receiver 12 and the associated vestibules 8 and 13 and the connecting lines 16 and 17 are aligned so that the light pulses emitted by the light transmitter 7 fall through the free flow cross section of the exhaust pipe 2 on the light receiver 12 , so that a light intensity measurement can be carried out. Finally, ventilation openings 9 and 14 are provided in the carrier elements 6 and 11 , which create a connection between the anterooms 8 , 13 and the surrounding air.

Durch das diffusorartig erweiterte Endrohr 3 wird in der Abgasleitung 2 unmittel bar vor dem Eintrittsquerschnitt des Endrohres 3 bei der Durchströmung der Abgasleitung 2 nach dem Venturi-Effekt ein Unterdruck erzeugt, der damit auch in den in diesem Bereich angeschlossenen Vorräumen 8 und 13 herrscht. Dieser Unterdruck bewirkt eine Ansaugung von Luft aus der Umgebung durch die Belüftungs öffnungen 9 und 14, so daß ein ständiger durch die Vorräume 8, 13 ein- und über die Anschlußleitungen 16, 17 in die Abgasleitung übertretender Luftstrom vorhanden ist, der ein Eindringen von Abgas in die Vorräume 8, 13 verhindert. Dadurch wird sichergestellt, daß die an dem Lichtsender 7 sowie dem Licht empfänger 12 als Lichtaustritts- bzw. Lichteintrittsöffnungen vorgesehenen Fenster 10 bzw. 15 von Rußablagerungen freigehalten werden können. Due to the diffuser-like tail pipe 3 , a negative pressure is generated in the exhaust pipe 2 immediately before the inlet cross section of the tail pipe 3 when the exhaust pipe 2 flows through according to the Venturi effect, which also prevails in the anterooms 8 and 13 connected in this area. This negative pressure causes air to be sucked in from the surroundings through the ventilation openings 9 and 14 , so that a constant flow through the anterooms 8 , 13 and through the connecting lines 16 , 17 into the exhaust gas line is present, which prevents the ingress of exhaust gas prevented in the vestibules 8 , 13 . This ensures that the windows 10 and 15 provided on the light transmitter 7 and the light receiver 12 as light exit or light entry openings can be kept free from soot deposits.

Diese Verhinderung des Entstehens von Rußablagerungen an den Fenstern 10, 15 wird unter anderem auch dadurch unterstützt, daß die Belüftungsöffnungen 9 und 14 so ausgerichtet sind, daß der durch diese Öffnungen angesaugte Luft strahl direkt auf die Fenster gerichtet ist, so daß selbst dann, wenn, bei spielsweise aufgrund ungünstiger Betriebsumstände, doch einmal Abgas in die Vorräume gelangt, die mit diesem Abgas mittransportierten Rußbestandteile sich nicht auf diesen Fenstern ablagern und damit die Lichtintensitätsmessung beeinträchtigen können. Darüberhinaus dienen diese direkt auf die Fenster des Lichtsenders 7 bzw. des Lichtempfängers 12 gerichteten Frischluftströme dazu, den Lichtsender bzw. -empfänger zu kühlen.This prevention of the formation of soot deposits on the windows 10 , 15 is supported, inter alia, by the fact that the ventilation openings 9 and 14 are oriented so that the air sucked in through these openings is directed directly at the windows, so that even if , for example due to unfavorable operating conditions, but once exhaust gas gets into the vestibules, the soot components that are transported with this exhaust gas do not deposit on these windows and can thus impair the light intensity measurement. In addition, these fresh air flows directed directly onto the windows of the light transmitter 7 or the light receiver 12 serve to cool the light transmitter or receiver.

Der Durchtrittsquerschnitt der Belüftungsöffnungen 9 und 14 soll im übrigen so klein gewählt werden, daß ein Eindringen von Abgas in die Vorräume 8, 13 weitgehend auch dann verhindert wird, wenn in der Abgasleitung 2 vor dem Endrohr 3 aufgrund bestimmter Betriebsumstände der Brennkraftmaschine sich Überdruck impulse ausbilden. In diesem Fall wirken die Belüftungsöffnungen als Dämpfungs düsen.The passage cross-section of the ventilation openings 9 and 14 should also be chosen so small that the penetration of exhaust gas into the anterooms 8 , 13 is largely prevented even if overpressure pulses form in the exhaust pipe 2 in front of the tailpipe 3 due to certain operating conditions of the internal combustion engine . In this case, the ventilation openings act as damping nozzles.

Claims

1. In an exhaust pipe of a diesel engine arranged Einrich device for optical measurement or observation of the exhaust pipe by flowing exhaust gases of the diesel engine with at least one of the exhaust gas flow facing translucent window, characterized in that the window ( 10 , 15 ) in a front of a diffuser Further tail pipe ( 3 ) connected anteroom ( 8 , 13 ) of the exhaust pipe ( 2 ) is arranged and that for direct flow against the window directed ventilation openings ( 9 , 14 ) are provided for connecting the anteroom ( 8 , 13 ) with the environment.

2. Device according to claim 1, characterized in that the passage cross section of the ventilation openings ( 9 , 14 ) is dimensioned so small that a backflow of exhaust gas in the anteroom ( 8 , 13 ) occurring in the exhaust pipe ( 2 , 3 ) Overpressure pulses are avoided.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized by a light transmitter ( 7 ) and a light receiver ( 12 ), each provided with a window ( 10 , 15 ) and in vestibules ( 8 , 14 ) on diametrically opposite sides of the Exhaust line ( 2 , 3 ) are arranged to form a light barrier passing through the exhaust gas flow.