WO2008000538A1 - Messvorrichtung zur messung der durchflussrate eines verbrennungsgas-gemisches, aufweisend eine korrektureinrichtung - Google Patents

Messvorrichtung zur messung der durchflussrate eines verbrennungsgas-gemisches, aufweisend eine korrektureinrichtung Download PDF

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WO2008000538A1
WO2008000538A1 PCT/EP2007/054180 EP2007054180W WO2008000538A1 WO 2008000538 A1 WO2008000538 A1 WO 2008000538A1 EP 2007054180 W EP2007054180 W EP 2007054180W WO 2008000538 A1 WO2008000538 A1 WO 2008000538A1
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measuring device
sensor
electrodes
gas mixture
combustion gas
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PCT/EP2007/054180
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Karsten Funk
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/34—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure
    • G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/40—Details of construction of the flow constriction devices
    • G01F1/44—Venturi tubes
    • G—PHYSICS
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    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/6965—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters comprising means to store calibration data for flow signal calculation or correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods

Definitions

  • Measuring device for measuring the flow rate of a combustion gas mixture comprising a correction device
  • the present invention relates to a measuring device for measuring the flow rate of a combustion gas mixture containing electrically conductive particles.
  • Modern internal combustion engines especially of motor vehicles, have various sensors for measuring the air mass drawn in by the engine as well as for measuring the oxygen content in the exhaust gas in order to monitor the conditions necessary for optimum combustion.
  • exhaust gas recirculation which is frequently used to reduce the emission of nitrogen oxides (NO x ) in gasoline engines, diesel engines, gas turbines, boilers, etc.
  • NO x nitrogen oxides
  • the exhaust gas recirculation rate ie the volume ratio of the intake fresh air added exhaust gas to the intake fresh air itself.
  • an air mass sensor in the intake tract and an air mass sensor in the exhaust gas recirculation line can be used.
  • Air mass sensors for fresh air are known in the art and e.g. in DE 197 44 228 described. Their measuring principle is based on the heat loss of a heater proportional to the mass flow rate. The more air flows past the heater, the higher the required heating power for keeping the temperature constant. The required heating power is thus proportional to the mass flow rate and thus a measure of the same.
  • Such sensors can only be used at low temperatures. Operation in the hot exhaust gas of an internal combustion engine is generally not feasible for such sensors.
  • a flow meter based on this principle is the Venturi tube, which has two pressure sensors or a differential pressure sensor.
  • the Venturi tube has a constriction with one pressure sensor in front of and behind the constriction. If flowing air passes through the pipe, it will inevitably flow faster in the constriction than in front of or behind it.
  • the measured pressure difference thus represents a variable proportional to the flow velocity.
  • Sensors of this principle are also known in the art, see e.g. US 4,050,428, DE 41 28 448 or DE 28 35 785. This measuring principle is also suitable for higher temperatures and thus in principle for exhaust gas sensors.
  • the contaminants When used to measure the exhaust gas flow in diesel engines, the contaminants generally consist of soot particles that form during the combustion of the diesel fuel. Precisely in this area of application, the measuring distortions which occur due to depositing particles are great, since the exhaust gas supplied to the diesel engine is not passed through a soot particle filter for cost reasons, like the exhaust gas discharged through the exhaust, and therefore has a relatively high proportion of soot. Since the combustion chamber temperature of the diesel engine is reduced by the exhaust gas recirculation, moreover, the soot formation and consequently the soot concentration in the recirculated exhaust gas flow increases, which in turn leads to an even greater impairment of the measurement results. Incidentally, the same applies to gasoline engines and other internal combustion engines. The discussed prior art sensors are therefore not or only partially suitable as an air mass sensor in the exhaust gas recirculation line of an internal combustion engine or in gas streams which have a high proportion of conductive particles, in particular soot particles.
  • the object of the present invention is to provide a measuring device for measuring the flow rate of a combustion gas mixture containing electrically conductive particles, which is fully suitable for use as an air mass sensor in gas streams which have a high proportion of conductive particles, in particular soot particles. This object is achieved with the features of present claim 1.
  • the subclaims indicate preferred embodiments.
  • a measuring device for measuring the flow rate of a combustion gas mixture containing electrically conductive particles which is characterized in that the measuring device comprises a correction device for correcting Messwertvertigschept that by depositing in the region of the measuring device electrically conductive particles from the combustion gas mixture caused.
  • the measuring device may be a sensor according to the heating power measurement principle, as it is e.g. in DE 197 44 228 is described. Likewise, it may be a Venturi-tube principle sensor, e.g. is described in DE 41 28 448. In both cases, depositing particles, in particular soot particles, can falsify the measurements.
  • the correction means may e.g. be designed so that it detects the strength of the deposits and generates a correction factor from the detected measured value, which in turn can be used to correct the actual measured value.
  • the correction device has a sensor for the resistive determination of concentrations of conductive particles.
  • This has an electrically insulating material, are arranged on the combustion gas mixture exposed surface at least two electrodes spaced from each other, such that deposit conductive particles from the combustion gas mixture on the surface of the sensor, the distance between bridge the electrodes and thus establish a conductive connection between the electrodes of the sensor. From this, a measure of the extent of the deposits of electrically conductive particles in the region of the measuring device can be derived.
  • the measured variable is the electrical resistance between the two electrodes, which decreases depending on the thickness of the wall deposits, or a current flowing when the voltage is applied. Both measured quantities are correlated with the extent of the deposits of electrically conductive particles in the region of the measuring device and represent a measure of the measured value distortions which are caused by electrically conductive particles depositing in the region of the measuring device. The measured variables can thus be used for the mathematical correction of these measured value distortions.
  • a particular advantage of the measuring device according to the invention is that the sensor occupies soot in exactly the same way as, for example, the Venturi tube does.
  • thickness variations of soot can be detected immediately. Thickness variations occur when, for example, soot deposited on the sensor burns off due to hot exhaust gas, soot is torn off by the sensor due to high mass flows, or deposited soot reacts with NO x to form CO 2 and N 2 .
  • the surface of the correction device can be designed as an integral part of the tube, the wall occupation directly on the sensor will be representative of the entire measuring device.
  • the measuring device is particularly preferably a sensor based on the heating power measurement principle or the venturi tube principle.
  • the electrodes are arranged relative to one another in the form of interdigital electrodes. These electrodes mesh with each other like a comb and keep a constant distance from each other. Particles depositing on the surface bridge this distance and, assuming a sufficiently high concentration in the gas, close the electrodes after a certain time.
  • the electrodes are applied to the surface of the sensor by means of screen printing technology. This technique makes it possible to reduce the distance between the electrodes to 50 ⁇ m. Even smaller distances between the electrodes can be achieved with photolithographic methods, which are not preferred for cost reasons.
  • Other possible methods for applying the electrodes to the surface are e.g. Stencil printing, pad printing, ink jet printing or a transfer film process.
  • the conductive particles to be determined are soot particles.
  • the sensor is a soot particle sensor, as described e.g. used in motor vehicles with a diesel engine.
  • the gas mixture is a combustion gas mixture, and the particle filter and sensor are arranged in the exhaust gas flow of the diesel engine.
  • the measuring device is a flow sensor of an exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine.
  • the electrically insulating material of the correction device is designed as Venturi tube, on the inside of which the at least two electrodes are arranged.
  • a measuring device can be produced by providing a ceramic film by means of printing with the mentioned comb structure of the electrodes, rolled into a tube and then sintered. The sintering process makes the ceramic durable and the measuring device is created.
  • suitable Constructive measures can also be integrated with a pressure sensor so that the Venturi tube is completely made of ceramic.
  • the measuring device according to the invention and / or the correction device has a control and evaluation unit for the calculation of the measured value falsifications.
  • This may be e.g. to act a microprocessor, which receives the conductivity measurements of the correction device and possibly the pressure readings of the pressure sensors, processes and calculates a measured value.
  • the correction device also has a temperature sensor and / or a pressure sensor. Since the conductivity of carbon black is temperature-dependent, the calculation of the measured value distortions can be optimized, in particular by taking into account the values determined by the temperature sensor, and thus a more accurate signal can be obtained.
  • a method for the correction of measured value distortions in the measurement of the flow rate of a combustion gas mixture is provided.
  • the method is characterized in that a measuring device according to the above description is used in this method.
  • Fig. 1 shows the simplified structure of a correction device of an inventive
  • Measuring device having a sensor for the resistive determination of concentrations of conductive particles
  • Fig. 3 shows a signal that the resistive sensor in response to attaching conductive
  • FIG. 4 shows a simplified construction of a measuring device according to the invention for measuring the flow rate of a combustion gas mixture in the form of a venturi tube.
  • FIG. 1 shows a correction device 10 of a measuring device according to the invention with a resistive sensor 11, comprising paired interdigital electrodes 12, which are arranged on the surface of a carrier material 13.
  • the sensor also has contact surfaces 14, via which a measuring device, not shown, is connected.
  • FIG. 2 shows a correction device 20 according to the invention with a resistive sensor 21 in a perspective view.
  • the sensor is exposed to an exhaust gas flow 22, in this case the exhaust gas flow, which is fed back to the combustion via an exhaust gas recirculation line.
  • the exhaust gas flow does not include true-to-scale conductive soot particles 23 deposited on the surface of the sensor, bridging the distance between the electrodes, and thus establishing a conductive connection between the electrodes of the sensor, from which a measure of magnitude the deposits of electrically conductive particles in the region of the sensor can be derived, which in turn can be used as a correction factor for determining the flow rate.
  • FIG. 3 shows the measurement signal, in the present case the conductivity of the resistive sensor as a function of the intensity of soot occupancy.
  • the contact resistance of the resistive sensor is theoretically infinite.
  • conductive paths form on the surface which bridge the gap between the electrodes and reduce the contact resistance. The larger the soot coverage, the greater the conductivity of the occupying soot layer, and thus the lower the electrical resistance of the structure on the ceramic.
  • Fig. 4 shows a simplified construction of a measuring device 40 according to the invention, here in the form of a Venturi tube 41, for measuring the flow rate of a combustion gas mixture, comprising a constriction 42, in which the combustion gas mixture, as by the Arrows indicated, flows faster and therefore has a lower pressure due to the Bernoulli effect.
  • the pressure values are recorded with the pressure sensors 43 and 44, and an evaluation device 45 in the form of a microprocessor determines the pressure difference and from this a first value for the flow rate.
  • a correction device 46 in the form of a resistive sensor is arranged on the inside of the Venturi tube, which generates a correction signal in the manner already described depending on the soot occupancy, which is taken up by the evaluation device 45 and included in the calculation of a corrected value for the flow rate becomes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas-Gemisches enthaltend elektrisch leitfähige Partikel, wobei der Sensor eine Korrektureinrichtung zur Korrektur von Messwertverfälschungen aufweist, die durch sich im Bereich der Messvorrichtung ablagernde elektrisch leitfähige Partikel aus dem Verbrennungsgas-Gemisch verursacht werden. Die Korrektureinrichtung weist ein elektrisch isolierendes Material auf, auf dessen dem Verbrennungsgas-Gemisch ausgesetzter Oberfläche mindestens zwei Elektroden beabstandet zueinander angeordnet sind, dergestalt, dass sich leitfähige Partikel aus dem Verbrennungsgas-Gemisch auf der Oberfläche des Sensors ablagern, den Abstand zwischen den Elektroden überbrücken und auf diese Weise eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden des Sensors herstellen, aus der eine Messgrösse für das Ausmass der Ablagerungen elektrisch leitfähiger Partikel im Bereich des Sensors ableitbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Messvorrichtung zur Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas-Gemisches, aufweisend eine Korrektureinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas-Gemisches enthaltend elektrisch leitfähige Partikel.
Stand der Technik
Moderne Verbrennungsmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen, weisen verschiedene Sensoren zur Messung der vom Motor angesaugten Luftmasse als auch zur Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas auf, um die für eine optimale Verbrennung notwendigen Bedingungen zu überwachen. Für Verbrennungsmotoren mit einer Abgasrückführung, die häufig zur Minderung der Emission von Stickstoffoxiden (NOx) in Ottomotoren, Dieselmotoren, Gasturbinen, Heizkesseln usw. zum Einsatz kommt, besteht zudem die Notwendigkeit der Messung der Abgasrück- führrate, d.h. des Volumenverhältnisses des der angesaugten Frischluft zugesetzten Abgases zur angesaugten Frischluft selbst. Zu diesem Zweck können z.B. ein Luftmassensensor im Ansaugtrakt sowie ein Luftmassensensor in der Abgasrückführleitung eingesetzt werden.
Luftmassensensoren für Frischluft sind Stand der Technik und z.B. in der DE 197 44 228 beschrieben. Ihr Messprinzip beruht auf dem zu messenden, der Massenstromgeschwindigkeit proportionalen Wärmeverlust eines Heizers. Je mehr Luft an dem Heizer vorbeiströmt, desto höher ist die erforderliche Heizleistung zur Konstanthaltung der Temperatur. Die benötigte Heiz- leistung ist also proportional der Massenstromgeschwindigkeit und damit ein maß für dieselbe. Solche Sensoren lassen sich allerdings nur bei niederen Temperaturen einsetzen. Ein Betrieb im heißen Abgas eines Verbrennungsmotors ist für derartige Sensoren im Allgemeinen nicht realisierbar.
Ein weiterer kritischer Punkt ist die Verschmutzung des Sensors durch im Abgasstrom befindliche Partikel. Am Beispiel des in der DE 197 44 228 beschriebenen Sensors ist leicht zu erkennen, dass, wenn sich Partikel aus dem Abgasstrom auf der Heizstruktur des Sensors ablagern, eine thermisch isolierende Schicht generiert wird, die den Wärmeaustausch zwischen dem Heizer und dem vorbeiströmenden Gas verringert und damit das Messsignal verfälscht.
Ein anderer Ansatz zur Messung des Luftdurchsatzes basiert auf dem Bernoulli- Prinzip: In einem strömenden Fluid (d. h. in einem Gas oder einer Flüssigkeit) nimmt der Druck um so mehr ab, je schneller die Strömung wird. Ein Strömungsmessgerät basierend auf diesem Prinzip ist das Venturi-Rohr, das zwei Drucksensoren bzw. einem Differenzdrucksensor aufweist. Das Venturi-Rohr hat eine Verengung mit jeweils einem Drucksensor vor und hinter der Verengung. Tritt strömende Luft durch das Rohr, wird diese in der Verengung zwangsläufig schneller fließen als davor oder dahinter. Diese Strömungszunahme verursacht nach dem Bernoulli-Prinzip eine Druckverringerung an der Rohrwand. Die gemessene Druckdifferenz stellt folglich eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Größe dar. Sensoren dieses Prinzips sind ebenfalls Stand der Technik, siehe z.B. US 4,050,428, DE 41 28 448 oder DE 28 35 785. Dieses Messprinzip eignet sich auch für höhere Temperaturen und damit prinzipiell auch für Abgassensoren.
Allerdings führen Verschmutzungseffekte durch Ablagerung von Partikeln aus dem Gasstrom auch hier zu Messwertverfälschungen. Belegt sich die Rohrwand mit Schmutz, wird der Durchmesser des Venturirohrs verengt, das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten ändert sich und der Messwert wird verfälscht.
Beim Einsatz zur Messung des Abgasstromes in Dieselmotoren bestehen die Verschmutzungen im Allgemeinen aus Russpartikeln, die bei der Verbrennung des Dieselkraftstoffs entstehen. Gerade in diesem Einsatzbereich sind die durch sich ablagernde Partikel einstellenden Messverfälschungen groß, da das dem Dieselmotor erneut zugeführte Abgas aus Kostengründen nicht wie das durch den Auspuff entlassene Abgas durch einen Russpartikelfilter geleitet wird, und daher einen relativ hohen Russanteil besitzt. Da durch die Abgasrückführung die Brennraumtemperatur des Dieselmotors reduziert wird, erhöht sich überdies die Russbildung und folglich die Russkonzentration in dem rückgeführten Abgasstrom, was wiederum zu einer noch stärkeren Beeinträchtigung der Messergebnisse führt. Ähnliches gilt im Übrigen auch für Benzinmotoren und andere Verbrennungsmotoren. Die diskutierten Sensoren aus dem Stand der Technik sind daher als Luftmassensensor in der Abgasrückführleitung eines Verbrennungsmotors bzw. in Gasströmen, die einen hohen Anteil an leitenden Partikeln, insbesondere Russpartikeln, aufweisen, nicht oder nur bedingt geeignet.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messvorrichtung zur Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas-Gemisches enthaltend elektrisch leitfähige Partikel, bereitzustellen, der sich uneingeschränkt für die Verwendung als Luftmassensensor in Gasströmen, die einen hohen Anteil an leitenden Partikeln, insbesondere Russpartikeln, aufweisen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an.
Demnach ist eine Messvorrichtung zur Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas- Gemisches enthaltend elektrisch leitfähige Partikel vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Messvorrichtung eine Korrektureinrichtung zur Korrektur von Messwertverfälschungen aufweist, die durch sich im Bereich der Messvorrichtung ablagernde elektrisch leitfähige Partikel aus dem Verbrennungsgas-Gemisch verursacht werden.
Bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung kann es sich um einen Sensor nach dem Heizleistungsmessprinzip handeln, wie er z.B. in der DE 197 44 228 beschrieben ist. Ebenso kann es sich um einen Sensor nach dem Venturi- Rohr- Prinzip handeln, wie er z.B. in der DE 41 28 448 beschrieben ist. In beiden Fällen können sich ablagernde Partikel, insbesondere Russpartikel, die Messungen verfälschen.
Die Korrektureinrichtung kann z.B. so ausgestaltet sein, dass sie die Stärke der Ablagerungen erfasst und aus dem erfassten Messwert einen Korrekturfaktor generiert, der wiederum zur Korrektur des eigentlichen Messwerts herangezogen werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist vorgesehen, dass die Korrektureinrichtung einen Sensor zur resistiven Bestimmung von Konzentrationen leitfähiger Partikel aufweist. Dieser weist ein elektrisch isolierendes Material auf, auf dessen dem Verbrennungsgas-Gemisch ausgesetzter Oberfläche mindestens zwei Elektroden beabstandet zueinander angeordnet sind, dergestalt, dass sich leitfähige Partikel aus dem Verbrennungsgas-Gemisch auf der Oberfläche des Sensors ablagern, den Abstand zwischen den Elektroden überbrücken und auf diese Weise eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden des Sensors herstellen. Daraus ist eine Messgröße für das Ausmaß der Ablagerungen elektrisch leitfähiger Partikel im Bereich der Messvorrichtung ableitbar.
Messgröße ist dabei der elektrische Widerstand zwischen den beiden Elektroden, der je nach Mächtigkeit der Wandablagerungen sinkt, bzw. ein bei angelegter Spannung fließender Strom. Beide Messgrößen sind mit dem Ausmaß der Ablagerungen elektrisch leitfähiger Partikel im Bereich der Messvorrichtung korreliert und stellen ein Maß für die Messwertverfälschungen dar, die durch sich im Bereich der Messvorrichtung ablagernde elektrisch leitfähige Partikel verur- sacht werden. Die Messgrößen können also zur rechnerischen Korrektur dieser Messwertverfälschungen herangezogen werden.
Je größer die Russbelegung wird, umso größer wird die Leitfähigkeit der belegenden Russschicht und damit umso kleiner der elektrische Widerstand des Sensors. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Messvorrichtung liegt darin, dass sich der Sensor in genau derselben Weise mit Ruß belegt wie dies z.B. das Venturi-Rohr tut. So können z.B. auch Dickenschwankungen der Russbelegung sofort erfasst werden. Dickenschwankungen treten auf, wenn z.B. durch heißes Abgas auf dem Sensor abgelagerter Russ abbrennt, durch hohe Massenströme Russ von dem Sensor abgerissen wird, oder abgelagerter Russ mit NOx zu CO2 und N2 reagiert.
Andererseits kann durch vermehrte Stadtfahrt bzw. Betrieb des Motors in ungünstigen Drehzahlbereichen die Russgenerierung sehr hoch sein und damit die Wandbelegung stark ansteigen.
Diese Dickenschwankungen können in Echtzeit erfasst und direkt in die Korrekturberechnungen einbezogen werden.
Da z.B. bei einem Venturirohr die Oberfläche der Korrektureinrichtung als integraler Bestandteil des Rohres ausgestaltet sein kann, wird die Wandbelegung direkt auf dem Sensor repräsentativ für die gesamte Messvorrichtung sein.
Besonders bevorzugt handelt es sich, wie bereits erwähnt, bei der Messvorrichtung um einen Sensor basierend auf dem Heizleistungsmessprinzip oder dem Venturi- Rohr-Prinzip. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist vorgesehen, dass die Elektroden zueinander in Form von Interdigitalelektroden angeordnet sind. Diese Elektroden greifen kammartig ineinander und halten zueinander einen konstanten Abstand. Sich auf der Oberfläche ablagernde Partikel überbrücken diesen Abstand und schließen - eine ausreichend hohe Konzentration im Gas vorausgesetzt - nach einer gewissen Zeit die Elektroden kurz.
Weiterhin ist besonders bevorzugt, dass die Elektroden mittels Siebdrucktechnik auf die Oberfläche des Sensors aufgebracht sind. Diese Technik ermöglicht es, den Abstand zwischen den Elektroden auf 50 μm zu reduzieren. Noch geringere Abstände zwischen den Elektroden können mit photolithographischen Verfahren erzielt werden, die aber aus Kostengründen nicht bevorzugt verwendet werden. Weitere mögliche Verfahren zur Aufbringung der Elektroden auf die Oberfläche sind z.B. Schablonendruck, Tampondruck, Tintenstrahldruck oder ein Transferfilmverfahren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, dass es sich bei den zu bestimmenden leitfähigen Partikeln um Russpartikel handelt. E- benso ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem Sensor um einen Russpartikelsensor handelt, wie er z.B. in Kraftfahrzeugen mit einem Dieselmotor verwendet wird. In diesem Fall handelt es sich bei dem Gasgemisch um ein Verbrennungsgas-Gemisch, und Partikelfilter und Sensor sind im Abgasstrom des Dieselmotors angeordnet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei der Messvorrichtung um einen Durchflusssensor eines Abgasrückführungssystems eines Verbrennungsmotors handelt. Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Messvorrichtung für diesen Anwendungsbereich ergeben sich aus dem bereits vorher Gesagten.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, die in dieser Ausgestaltung auf dem Venturi- Rohr- Prinzip beruht, ist vorgesehen, dass das elektrisch isolierende Material der Korrektureinrichtung als Venturi- Rohr ausgebildet ist, auf dessen Innenseite die mindestens zwei Elektroden angeordnet sind. Eine solche Messvorrichtung kann hergestellt werden, indem eine Keramikfolie mittels Bedrucken mit der erwähnten Kammstruktur der Elektroden versehen wird, zu einem Rohr gerollt und anschließend gesintert wird. Durch den Sinterprozess wird die Keramik dauerhart und die Messvorrichtung entsteht. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen kann auch ein Drucksensor mit integriert werden, so dass das Venturi- Rohr komplett aus Keramik entsteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Messvorrichtung und/oder die Korrektureinrichtung eine Steuerungs- und Auswerteeinheit für die Berechnung der Messwertverfälschungen auf.
Hierbei kann es sich z.B. um einen Mikroprozessor handeln, der die Leitfähigkeitsmesswerte der Korrektureinrichtung und ggf. die Druckmesswerte der Drucksensoren aufnimmt, verarbeitet und einen Messwert berechnet.
Besonders bevorzugt weist die Korrektureinrichtung außerdem einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor auf. Da die Leitfähigkeit von Ruß temperaturabhängig ist, kann insbesondere durch Berücksichtigung der durch den Temperatursensor ermittelten Werte die Berechnung der Messwertverfälschungen optimiert werden und so ein genaueres Signal gewonnen werden.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Korrektur von Messwertverfälschungen bei der Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas- Gemisches vorgesehen. Das Verfahren ist dadurch ge- kennzeichnet, dass bei diesem Verfahren eine Messvorrichtung gemäß der obigen Beschreibung verwendet wird.
Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Figuren genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
Es zeigen:
Fig. 1 den vereinfachten Aufbau einer Korrektureinrichtung einer erfindungsgemäßen
Messvorrichtung, die einen Sensor zur resistiven Bestimmung von Konzentrationen leitfähiger Partikel aufweist,
Fig. 2 des Funktionsprinzip eines solchen resistiven Sensors, Fig. 3 ein Signal, das der resistive Sensor in Reaktion auf sich anlagernde leitfähige
Partikel generiert, und
Fig. 4 einen vereinfachten Aufbau einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas-Gemisches in Form eines Ven- turi- Rohrs.
Fig. 1 zeigt eine Korrektureinrichtung 10 einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem resistiven Sensor 11, aufweisend paarige Interdigitalelektroden 12, die auf der Oberfläche eines Trägermaterials 13 angeordnet sind. Der Sensor weist überdies Kontaktflächen 14 auf, über welche eine nicht dargestellte Messeinrichtung angeschlossen ist.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Korrektureinrichtung 20 mit einem resistiven Sensor 21 in perspektivischer Ansicht. Der Sensor ist einem Abgasstrom 22 ausgesetzt, vorliegend dem Abgasstrom, der über eine Abgasrückführleitung der Verbrennung erneut zugeführt wird. Der Abgasstrom enthält nicht maßstabsgetreu (d.h. vergrößert) dargestellte leitfähige Russpartikel 23, die sich auf der Oberfläche des Sensors ablagern, den Abstand zwischen den Elektroden überbrücken und auf diese Weise eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden des Sensors herstellen, aus der eine Messgröße für das Ausmaß der Ablagerungen elektrisch leitfähiger Partikel im Bereich des Sensors ableitbar ist, die wiederum als Korrekturfaktor für die Ermittlung der Durchflussrate herangezogen werden kann.
Fig. 3 zeigt das Messsignal, vorliegend die Leitfähigkeit des resistiven Sensors in Abhängigkeit von der Stärke der Russbelegung. Solange sich noch kein Russ auf der Oberfläche abgelagert hat, ist der Übergangswiderstand des resistiven Sensors theoretisch unendlich. Sobald sich jedoch Russ ablagert, bilden sich leitfähige Pfade auf der Oberfläche, die den Abstand zwischen den Elektroden überbrücken und den Übergangswiderstand verringern. Je größer die Russbelegung wird, umso größer wird die Leitfähigkeit der belegenden Russschicht und damit umso klei- ner der elektrische Widerstand der Struktur auf der Keramik.
Fig. 4 zeigt einen vereinfachten Aufbau einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 40, hier in Form eines Venturi- Rohrs 41, zur Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas- Gemisches, aufweisend eine Engstelle 42, in der das Verbrennungsgasgemisch, wie durch die Pfeile angedeutet, schneller fließt und daher aufgrund des Bernoulli- Effekts einen geringeren Druck aufweist.
Die Druckwerte werden mit den Drucksensoren 43 und 44 aufgenommen, und eine Auswerteinrichtung 45 in Form eines Mikroprozessors ermittelt die Druckdifferenz und daraus einen ersten Wert für die Durchflussrate.
Weiterhin ist auf der Innenseite des Venturi- Rohrs eine Korrektureinrichtung 46 in Form eines resistiven Sensors angeordnet, welcher in bereits beschriebener Weise in Abhängigkeit von der Russbelegung ein Korrektursignal generiert, dass von der Auswerteinrichtung 45 aufgenommen und in die Berechnung eines korrigierten Wertes für die Durchflussrate einbezogen wird.

Claims

Ansprüche
1. Messvorrichtung zur Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas-Gemisches enthaltend elektrisch leitfähige Partikel, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung eine Korrektureinrichtung zur Korrektur von Messwertverfälschungen aufweist, die durch sich im Bereich des Messvorrichtung ablagernde elektrisch leitfähige Partikel aus dem Verbrennungsgas-Gemisch verursacht werden.
2. Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung ein elektrisch isolierendes Material aufweist, auf dessen dem Verbrennungsgas- Gemisch ausgesetzter Oberfläche mindestens zwei Elektroden beabstandet zueinander angeordnet sind, dergestalt, dass sich leitfähige Partikel aus dem Verbrennungsgas - Gemisch auf der Oberfläche des Sensors ablagern, den Abstand zwischen den Elektroden überbrücken und auf diese Weise eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden des Sensors herstellen, aus der eine Messgröße für das Ausmaß der Ablagerungen elektrisch leitfähiger Partikel im Bereich des Sensors ableitbar ist.
3. Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Messvorrichtung um eine Messvorrichtung basierend auf dem Heizleistungsmessprinzip oder dem Venturi- Rohr- Prinzip handelt.
4. Messvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Korrektureinrichtung zueinander in Form von Interdigitalelektroden angeordnet sind.
5. Messvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden mittels Siebdrucktechnik auf die Oberfläche der Messvorrichtung aufgebracht sind.
6. Messvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den leitfähigen Partikeln um Russpartikel handelt.
7. Messvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Messvorrichtung um einen Durchflusssensor eines Abgasrückführungssystems eines Verbrennungsmotors handelt.
8. Messvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, basierend auf dem Venturi- Rohr- Prinzip, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material der Korrektureinrichtung als Venturi-Rohr ausgebildet ist, auf dessen Innenseite die mindestens zwei Elektroden angeordnet sind.
9. Messvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung und/oder die Korrektureinrichtung eine Steuerungs- und Auswerteeinheit für die Berechnung der Messwertverfälschungen aufweist.
10. Messvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung außerdem einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor aufweist.
11. Verfahren zur Korrektur von Messwertverfälschungen bei der Messung der Durchflussrate eines Verbrennungsgas- Gemisches, dadurch gekennzeichnet, dass bei diesem Verfahren eine Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 - 10 verwendet wird.
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