WO2018019757A1 - Partikelsensor mit umlenkelement - Google Patents

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WO2018019757A1
WO2018019757A1 PCT/EP2017/068601 EP2017068601W WO2018019757A1 WO 2018019757 A1 WO2018019757 A1 WO 2018019757A1 EP 2017068601 W EP2017068601 W EP 2017068601W WO 2018019757 A1 WO2018019757 A1 WO 2018019757A1
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WO
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flow
flow path
particle sensor
housing
longitudinal axis
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PCT/EP2017/068601
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French (fr)
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Tim Walde
Dejan Jovovic
Christian Kiefl
Ivan KROTOW
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Aumovio Germany GmbH
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the present invention relates to a particle sensor for detecting a particle amount in a gas stream in a
  • soot sensors are used to measure the currently ejected soot or. Particle quantity, so that the engine management in a motor vehicle in a current driving situation information to come to reduce the emission values with regulatory adjustments.
  • an active exhaust gas purification by exhaust gas soot filter can be initiated or an exhaust gas recirculation to the internal combustion engine can take place.
  • regenerable filters such as particulate filters
  • Soot sensors are required for the detection of soot in order to monitor the function of the soot filters or to control their regeneration cycles.
  • the soot filter which is also referred to as a diesel particulate filter, a soot sensor before and / or be downstream.
  • the soot or particle sensor upstream of the particulate filter serves to increase system safety and to ensure operation of the particulate filter under optimum conditions. Since this depends to a large extent on the amount of particulates stored in the particulate filter, accurate measurement of the particulate concentration upstream of the particulate filter system, in particular the determination of a high particulate concentration upstream of the particulate filter, is of great importance.
  • a soot or particle sensor arranged downstream of the particle filter offers the possibility of making an on-board diagnosis and also serves to ensure the correct operation of the exhaust gas aftertreatment system.
  • DE 102010 011 637 A1 discloses a flow guiding device for a sensor. It is therefore the object of the present invention to provide a particle sensor in which a gas flow flowing through the particle sensor is optimized with respect to the flow guidance and in which the risk of excessive contamination in the interior of the particle sensor is reduced by particles present in the gas flow.
  • a particle sensor according to the invention for detecting a particle quantity in a gas flow in an internal combustion engine has a housing in which a measuring range is arranged, which is formed between a first housing region, which is formed in an installed state of the sensor at least partially in the gas flow of the internal combustion engine stand out, and a second housing portion extends substantially along a longitudinal axis.
  • the particle sensor according to the invention further comprises a arranged in the measuring range sensor electrode which is arranged coaxially to the longitudinal axis, and a flow guide, which is arranged in the measuring range with respect to the longitudinal axis in the radially outer direction coaxially around the sensor electrode such that a first flow path between the housing and the flow ⁇ guiding element is formed such that the gas flow through the first flow path from the first housing portion in the direction of "
  • the particle sensor according to the invention further comprises a deflection element attached to the second housing region, which is designed to divert the gas flow through the first flow path into the second flow path.
  • the deflector is thus adapted to obtain an opti ⁇ -optimized transition of the gas flow from the first flow path into the second flow path and to prevent, at least partially, that the gas stream passes into a region of the sensor, which lies outside the measuring range and in the example, the electric Contacts of the particle sensor are arranged.
  • the particle sensor is a soot sensor for detecting the amount of soot in the exhaust gas of an internal combustion engine, wherein the deflecting element can at least partially prevent the soot contained in the gas flow reaches the region of the sensor in which the electrical contacts of the soot sensor are accommodated in the housing.
  • the deflecting element is designed to deflect the gas flow flowing through the first flow path by a predetermined angle in the second flow path, wherein the predetermined angle in a range between about 150 ° and about 210 °, preferably between about 170 ° and about 190 °, lies. In a preferred embodiment, the predetermined angle is approximately 180 °.
  • the first flow path and the second flow path with respect to the longitudinal axis are cylindrical flow regions that are substantially coaxial with one another, preferably coaxially with respect to
  • the deflecting element is a protrusion protruding radially inward from the inner wall of the housing with respect to the longitudinal axis.
  • a projection formed in this way can prevent the gas flow flowing through the first flow path at least partially being able to flow directly into the sensitive contact-receiving region outside the measuring range.
  • the deflecting element has on a side surface a groove running around the longitudinal axis with a concave bottom.
  • the groove is designed to optimize the gas flow from the first flow path in a directionally directed manner into the second flow path.
  • the bottom of the groove is round.
  • the deflecting element is integrally formed with the housing, that is to say that the deflecting element is formed integrally with the housing.
  • the deflecting element can already be considered and formed during the manufacture of the housing.
  • the deflecting element is placed on an inner wall of the housing by means of a suitable connection method in ⁇ , for example by welding, soldering and / or gluing.
  • the flow-guiding element is free of openings, that is to say that no openings are provided in the flow-guiding element in order to establish a fluid connection between the first flow path and the second flow path.
  • the deflecting element is provided in such a way that To redirect gas flow from the first flow path in the second flow path, it requires no openings in the flow guide, whereby the production of the entire sensor is further simplified.
  • the flow guide element an extension along a direction parallel to the longitudinal axis in such a way to that which remains a circumferential gap between the Strömungslei ⁇ sliding element and the deflecting element, through which the gas flow from the first flow path into the second flow path can pass.
  • the flow guiding element is fastened to the housing exclusively on the first housing region and consequently protrudes within the measuring region within the housing and is not fastened to the housing on the second housing region.
  • a particle sensor according to the invention can have at least one inlet opening extending through the jacket of the first housing region, through which the gas stream can flow into the first flow path.
  • a is comprise by the first housing portion along extending to the longitudinal axis outlet ⁇ opening substantially through which the gas stream after the current pass through the first and second flow paths from the measurement area and out of the particle sensor can flow.
  • Fig. 2 shows a sectional view along a longitudinal axis through another exemplary particle sensor
  • Fig. 3 shows a sectional view along a longitudinal axis of another particle sensor according to the invention.
  • FIG. 1 shows a section through a particle sensor 100 according to the invention, which has a substantially cylindrical housing 110, which extends substantially along a longitudinal axis 102.
  • the housing 110 may be conical or stepped.
  • the housing 110 has a threaded portion 112, by means of which the particle sensor 100, for example, in an exhaust passage of an internal combustion engine (not shown) can be screwed.
  • the housing 110 further comprises a portion 114, for example in the form of an external hex, on which a corresponding tool can be attached, so that the particle sensor 100 can be screwed into the exhaust passage of the internal combustion engine as desired.
  • a measuring region 120 is provided, which is formed between a first housing region 116, which is formed, in an installed state of the particelsensensors 100 at least partially in a gas stream (indicated by an arrow 10 in FIG. 1), which flows through the exhaust passage of the internal combustion engine, at least partiallyorganizedzu ⁇ stand, and a second housing portion 118 extends substantially along the longitudinal axis 102.
  • the first housing portion 116 describes a front end portion of the housing 110 and the second housing portion describes a spaced from the first housing portion 116 housing portion of the housing 110. More specifically, the measuring range 120 through the first housing portion 116 and the second housing portion 118 in a direction parallel to the longitudinal axis 102 defined or defined.
  • the housing 110 further has a further, extending along the longitudinal axis 102 and the first housing portion 116 opposite housing portion 119 in which a Mixe algorithm Suite 122 is seen in which at least partially electrical contacts (not shown) of Parti ⁇ kelsensors 100 can be accommodated , via which the particle sensor 100 can be connected to, for example, a control unit of a vehicle.
  • a substantially cylindrical sensor electrode 130 is further arranged, which is arranged coaxially to the longitudinal axis 102.
  • the sensor electrode 130 may be conically stepped.
  • the Sensorel ⁇ ektrode 130 includes a within the range 120 to ⁇ sorted measuring section 132 and a along the
  • the measuring section 132 is for example a hohlzy ⁇ lindrischer area.
  • the connecting section 134 is in particular designed to produce a connection of the measuring section 132 to electrical contacts (not shown) arranged in the contact receiving region 122, via which the particle sensor 100 is connected to e.g. B. the control unit of the vehicle can be connected.
  • the particle sensor 100 has a substantially cylindrical flow guide element 140, which is arranged in the measuring region 120 with respect to the longitudinal axis 102 in the radial direction outside the sensor electrode 130 and coaxially therewith.
  • the flow guide 140 may have a conical or stepped shape.
  • the flow guide 140 is disposed around the measuring portion 132 of the Senso ⁇ relektrode 130 such that a first flow path 100 is formed between a radial inner wall 111 of the housing 110 and a radially outer wall 141 of the flow such that the flow of gas through the first flow path 104, first housing portion 116 toward the second housing portion 118 flows, and a second flow path 106 between the sensor electrode 130 and the flow guide 140 is formed such that the gas flow through the second flow path 106 from the second housing portion 118 toward the first housing portion 116 flows.
  • the flow direction of the gas flow through the first flow path 104 is indicated by an arrow 12
  • the flow direction through the second flow path 106 is indicated by an arrow 14.
  • first flow path 104 and the second flow path 106 are each provided as substantially cylindrical regions, which are provided coaxially with respect to the longitudinal axis 102 and are delimited or separated from each other by the flow guide element 140.
  • shape of the first flow path 104 is defined by the shape of the housing 110 and the shape of the flow guide 140
  • shape of the second flow path 106 is defined by the shape of the flow guide 140 and the shape of the sensor electrode 130.
  • the housing 110 has at least one inlet opening 101 provided in the casing of the housing 110 in the first housing region 116 and an outlet opening 103 extending along the longitudinal axis 102.
  • the particle sensor 100 further comprises a deflection element 150 attached to the second housing region 118, 1
  • the deflecting element 150 is preferably formed integrally with the housing 110 and is formed in the shape of a radially inwardly extending from the radially inner wall 111 of the housing 110 with respect to the longitudinal axis 102 at least partially radially inwardly extending projection.
  • the deflecting element 150 has a groove 152, which is formed in a side surface of the deflecting element 150.
  • the groove 152 preferably has a concave bottom so that the gas flow through the first flow path 104 can be optimally deflected into the second flow path 106.
  • the groove 152 is a circumferential groove about the longitudinal axis 102 and has a round bottom.
  • FIG. 1 shows that the deflecting element 150 deflects the gas flow by approximately 180 °, which is indicated schematically by an arrow 18.
  • the deflecting element 150 is designed to prevent the gas stream, together with its entrained particles, from entering the contact receiving region 122, which is located outside the measuring region 120.
  • the contact receiving region 122 is separated from the measuring region 120 by the second housing region 118.
  • the baffle 150 can prevent a flow direction vector of the gas flow flowing through the first flow path 104 from directly into the contact receiving area 122.
  • a gap 154 extending around the longitudinal axis 102 between the deflecting element 150 and the measuring section 132 of the sensor electrode 130 is formed as small as possible, so that the penetration of particles into the contact receiving area 122 can be reduced.
  • FIG. 2 a further particle sensor 100 is shown, in which elements already known from FIG. 1 are provided with the same reference numerals.
  • the particle sensor 100 of FIG. 2 differs from the particle sensor 100 of FIG. 1 in that no deflecting element 150 is provided and a connection between the first flow path 104 and the second flow path 106 is established by means of an opening 142 formed in the flow guiding element 140 , It is envisaged that the majority of the gas flow is deflected by 180 ° according to the arrow 18. However, some of the gas flow could flow along the arrow 19 (dotted arrow in FIG. 2) and thus enter the contact receiving area 122.
  • the particle sensor 100 of FIG. 2 has an electrically non-conductive protective element 160, which is attached to the sensor electrode 130, more precisely at the connecting portion 134 of the sensor electrode 130, and designed to at least partially prevent the gas flow at the second housing portion 118 flows out of the measuring area 120 and enters the contact receiving area 122.
  • the electrically non-conductive protective element 160 preferably has a disk-shaped section 162 which extends radially outwards with respect to the longitudinal axis 102 and thus forms a shield for the gas flow flowing along the arrow 19 and consequently prevents the particles contained in the gas stream from flowing into the contact receiving ⁇ area 122 and pollute it.
  • a further electrically non-conductive protective element 170 which is attached to the second housing portion 118 and a with respect to the longitudinal axis 102 at least partially so radially inwardly extending disc-shaped portion 172, which in combination with the disc-shaped Section 162 of the
  • Protective element 160 forms a substantially labyrinthine seal.
  • the interaction of the two protective elements 160, 170 reinforces a shield against particles and makes it more difficult for the particles to pass from the measuring area 120 into the contact receiving area 122.
  • the disc-shaped portion 162 and the disc-shaped portion 172 are each designed to extend in the radial direction such that between the portion 162 and the protective element 170 or the housing 110 as small as possible gap is provided or that between the portion 172 and the connecting portion 134 of the sensor electrode 130 or the protective element 160 is provided as small as possible gap.
  • the two gaps are formed to prevent it at least in part, that an electrical connection between the sensor electrode 130 and the housing 110 creates the protection ⁇ lementen 160, 170 ablagernder and electrically conductive carbon black, which cause a short circuit and the measurement signal of the Particle sensor 100 could falsify.
  • the protective element 160 and / or the further protective element 170 are formed from a ceramic material.
  • the protective elements 160, 170 may also be formed from a high temperature resistant plastic.
  • FIG. 3 shows a further particle sensor 100 according to the invention which has both the deflecting element 150 known from FIG. 1 and the protective elements 160, 170 known from FIG having.
  • the risk can be further reduced that particles from the gas stream can pass from the measuring region 120 into the contact receiving region 122 during the transition from the first flow path 104 into the second flow path 106 and thus contamination of the electrical Can bring about contacts.
  • the particle sensor 100 of FIG. 3 further comprises a main insulator 180 arranged in the contact receiving region 122, which is attached to the sensor electrode 130 and to the housing region 119 of the housing 110.
  • the main insulator 180 is designed to isolate the measurement voltage from the associated counter potential.
  • the deflecting element 150 and / or the protective elements 160, 170 can at least partially prevent particles, in particular electrically conductive soot particles from an exhaust gas of an internal combustion engine of a vehicle, from entering into the contact receiving region 122 between the main insulator 180 and the measuring region 120 and deposit on the main insulator 180. Soot particles deposited on the main insulator 180 could establish an electrical connection between the housing 110 and the energized sensor electrode 130 and thus cause an unwanted short circuit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor (100) zum Erfassen einer Partikelmenge in einem Gasstrom in einer Brennkraftmaschine. Der Partikelsensor (100) weist ein Gehäuse (110), in dem ein Messbereich (120) angeordnet ist, eine im Messbereich (120) angeordnete Sensorelektrode (130), ein Strömungsleitelement (140), das im Messbereich (120) derart angeordnet ist, dass ein erster Strömungspfad (104) zwischen dem Gehäuse (110) und dem Strömungsleitelement (140) gebildet wird, und ein zweiter Strömungspfad (106) zwischen der Sensorelektrode (130) und dem Strömungsleitelement (140) gebildet wird, und ein Umlenkelement (150) auf, das dazu ausgebildet ist, den Gasstrom durch den ersten Strömungspfad (104) in den zweiten Strömungspfad (106) umzulenken.

Description

Beschreibung
Partikelsensor mit Umlenkelement Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelsensor zum Erfassen einer Partikelmenge in einem Gasstrom in einer
Brennkraftmaschine, insbesondere einen Partikelsensor mit Umlenkelement . Die Verringerung von Abgasemissionen bei Kraftfahrzeugen ist ein wichtiges Ziel bei der Entwicklung neuer Kraftfahrzeuge. Daher werden Verbrennungsprozesse in Brennkraftmaschinen thermody- namisch optimiert, so dass der Wirkungsgrad der Brennkraft¬ maschine deutlich verbessert wird. Im Kraftfahrzeugbereich werden zunehmend Dieselmotoren eingesetzt, die, bei moderner Bauart, einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen. Der Nachteil dieser Verbrennungstechnik gegenüber optimierten Otto-Motoren ist jedoch der Ausstoß von Ruß bzw. Partikel. Der Ruß bzw. die Partikel ist besonders wegen der polyzyklischen Aromate stark krebserregend, worauf in verschiedenen Vorschriften bereits reagiert wurde. So wurden beispielsweise Abgas-Emissionsnormen mit Höchstgrenzen für die Rußemissionen erlassen. Um die Abgas-Emissionsnormen flächendeckend für Kraftfahrzeuge mit Dieselmotoren erfüllen zu können, besteht die Notwendigkeit, preisgünstige Sensoren herzustellen, die den Rußgehalt im Abgasstrom des Kraftfahrzeugs zuverlässig messen.
Der Einsatz derartiger Rußsensoren dient der Messung der aktuell ausgestoßenen Ruß- bzw . Partikelmenge, damit dem Motormanagement in einem Kraftfahrzeug in einer aktuellen Fahrsituation Informationen zukommen, um mit regelungstechnischen Anpassungen die Emissionswerte zu reduzieren. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Rußsensoren eine aktive Abgasreinigung durch Abgas-Rußfilter eingeleitet werden oder eine Abgasrückführung zur Brenn- kraftmaschine erfolgen. Im Fall der Rußfilterung werden regenerierbare Filter, wie beispielsweise Partikelfilter, verwendet, die einen wesentlichen Teil des Rußgehaltes aus dem Abgas herausfiltern und einfangen. Benötigt werden Rußsensoren für die Detektion von Ruß, um die Funktion der Rußfilter zu überwachen bzw. um deren Regenerationszyklen zu steuern. Dazu kann dem Rußfilter, der auch als Dieselpartikelfilter bezeichnet wird, ein Rußsensor vor und oder- nachgeschaltet sein.
Der dem Partikelfilter vorgeschaltete Ruß- bzw. Partikelsensor dient zur Erhöhung der Systemsicherheit und zur Sicherstellung eines Betriebs des Partikelfilters unter optimalen Bedingungen. Da dies im hohen Maße von der im Partikelfilter eingelagerten Partikelmenge abhängt, ist eine genaue Messung der Partikel¬ konzentration vor dem Partikelfiltersystem, insbesondere die Ermittlung einer hohen Partikelkonzentration vor dem Partikelfilter, von hoher Bedeutung.
Ein dem Partikelfilter nachgeschalteter Ruß- bzw. Partikelsensor bietet die Möglichkeit, eine fahrzeugeigene Diagnose vorzunehmen und dient ferner der Sicherstellung des korrekten Betriebs der Abgasnachbehandlungsanlage .
Der Stand der Technik zeigt verschiedene Ansätze zur Detektion von Ruß und Partikeln. Ein in Laboratorien weithin verfolgter Ansatz besteht in der Verwendung der Lichtsteuerung durch die Rußpartikel. Diese Vorgehensweise eignet sich für aufwendige Messgeräte. Wenn versucht wird, dies auch als mobiles Sen¬ sorsystem im Abgasstrang einzusetzen, muss festgestellt werden, dass Ansätze zur Realisierung eines optischen Sensors in einem Kraftfahrzeug mit sehr hohen Kosten verbunden sind. Weiterhin bestehen ungelöste Probleme bezüglich der Verschmutzung der benötigten optischen Fenster durch Verbrennungsabgase.
Aus den US 8 713 991 B2, DE 10 2006 006 112 AI, US 6 454 923 Bl sowie der EP 2237018 Bl sind Partikel- bzw. Gassensoren bekannt. Die DE 102010 011 637 AI offenbart eine Strömungsleitvorrichtung für einen Sensor. Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, einen Partikelsensor vorzusehen, bei dem ein durch den Partikelsensor strömender Gasstrom bezüglich der Strömungsführung optimiert ist und bei dem die Gefahr einer übermäßigen Ver- schmutzung im Inneren des Partikelsensors durch im Gasstrom vorhandene Partikel reduziert ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Partikelsensor gemäß unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, den Gasstrom durch den Gassensor derart zu führen, dass der Gasstrom im Wesentlichen nicht direkt in einen außerhalb des Messbereichs liegenden Bereich einströmen und somit diesen außerhalb des Messbereichs liegenden Bereich innerhalb des Partikelsensors nicht mit Partikeln aus dem Gasstrom übermäßig verschmutzen kann. Ein erfindungsgemäßer Partikelsensor zum Erfassen einer Partikelmenge in einem Gasstrom in einer Brennkraftmaschine weist ein Gehäuse auf, in dem ein Messbereich angeordnet ist, der sich zwischen einem ersten Gehäusebereich, der dazu ausgebildet ist, in einem eingebauten Zustand des Sensors zumindest teilweise in den Gasstrom der Brennkraftmaschine hervorzustehen, und einen zweiten Gehäusebereich im Wesentlichen entlang einer Längsachse erstreckt. Der erfindungsgemäße Partikelsensor umfasst ferner eine im Messbereich angeordnete Sensorelektrode, die koaxial zur Längsachse angeordnet ist, und ein Strömungsleitelement, das im Messbereich bezüglich der Längsachse in radial äußerer Richtung koaxial um die Sensorelektrode derart angeordnet ist, dass ein erster Strömungspfad zwischen dem Gehäuse und dem Strömungs¬ leitelement derart gebildet wird, dass der Gasstrom durch den ersten Strömungspfad vom ersten Gehäusebereich in Richtung des „
zweiten Gehäusebereichs strömt, und ein zweiter Strömungspfad zwischen der Sensorelektrode und dem Strömungsleitelement derart gebildet wird, dass der Gasstrom durch den zweiten Strömungspfad vom zweiten Gehäusebereich in Richtung des ersten Gehäusebereich strömt. Der erfindungsgemäße Partikelsensor umfasst ferner ein am zweiten Gehäusebereich angebrachtes Umlenkelement, das dazu ausgebildet ist, den Gasstrom durch den ersten Strömungspfad in den zweiten Strömungspfad umzulenken.
Das Umlenkelement ist demnach dazu ausgebildet, einen opti¬ mierten Übergang des Gasstroms vom ersten Strömungspfad in den zweiten Strömungspfad zu erzielen und zumindest teilweise zu verhindern, dass der Gasstrom in einen Bereich des Sensors gelangt, der außerhalb des Messbereichs liegt und in dem beispielsweise die elektrischen Kontakte des Partikelsensors angeordnet sind. Insbesondere ist der Partikelsensor ein Rußsensor zum Erfassen der Rußmenge im Abgas einer Brennkraftmaschine, wobei das Umlenkelement zumindest teilweise verhindern kann, dass der im Gasstrom enthaltene Ruß in den Bereich des Sensors gelangt, in dem die elektrischen Kontakte des Rußsensors im Gehäuse untergebracht sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelsensors ist das Umlenkelement dazu ausgebildet, den durch den ersten Strömungspfad strömenden Gasstrom um einen vorbestimmten Winkel in den zweiten Strömungspfad umzulenken, wobei der vorbestimmte Winkel in einem Bereich zwischen ungefähr 150° und ungefähr 210°, vorzugsweise zwischen ungefähr 170° und ungefähr 190 ° , liegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der vorbestimmte Winkel ungefähr 180°. Insbesondere sind der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad bezüglich der Längsachse zylindrische Strömungsbereiche, die im Wesentlichen koaxial zueinander verlaufen, vorzugsweise koaxial zur
Längsachse . Vorzugsweise ist das Umlenkelement als ein von der Innenwand des Gehäuses bezüglich der Längsachse radial nach innen vorstehender Vorsprung. Ein derart gebildeter Vorsprung kann verhindern, dass der durch den ersten Strömungspfad strömende Gasstrom zumindest teilweise direkt in den sensiblen Kontakteaufnahmebereich außerhalb des Messbereichs strömen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelsensors weist das Umlenkelement an einer Seitenfläche eine um die Längsachse verlaufende Nut mit einem konkaven Boden auf. Die Nut ist dabei dazu ausgebildet, den Gasstrom aus dem ersten Strömungspfad optimiert und gerichtet in den zweiten Strömungspfad umzulenken. Vorzugweise ist der Boden der Nut rund ausgebildet.
Das Umlenkelement ist in einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Partikelsensors mit dem Gehäuse einstückig ausgebildet, das heißt, dass das Umlenkelement integral mit dem Gehäuse gebildet ist. Somit kann das Umlenkelement bereits bei der Herstellung des Gehäuses berücksichtigt und angeformt werden .
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelsensors ist das Umlenkelement an einer Innenwand des Gehäuses mittels eines geeigneten Verbindungsverfahrens an¬ gebracht, beispielsweise mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben .
In einer beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelsensors ist das Strömungsleitelement frei von Öffnungen, das heißt, dass im Strömungsleitelement keinerlei Öffnungen vorgesehen sind, um eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Strömungspfad und dem zweiten Strömungspfad herzustellen. Dadurch, dass das Umlenkelement derart vorgesehen ist, den Gasstrom aus dem ersten Strömungspfad in den zweiten Strömungspfad umzulenken, bedarf es keinerlei Öffnungen im Strömungsleitelement, wodurch die Herstellung des gesamten Sensors weiter vereinfacht wird. Insbesondere weist das Strömungs- leitelement eine Ausdehnung entlang einer Richtung parallel zur Längsachse derart auf, dass das zwischen dem Strömungslei¬ telement und dem Umlenkelement ein umlaufenden Spalt verbleibt, durch den der Gasstrom aus dem ersten Strömungspfad in den zweiten Strömungspfad gelangen kann.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Strömungsleitelement ausschließlich am ersten Gehäusebereich am Gehäuse befestigt ist und folglich in dem Messbereich innerhalb des Gehäuses hervorsteht und am zweiten Gehäusebereich nicht am Gehäuse befestigt ist.
Ferner kann ein erfindungsgemäßer Partikelsensor zumindest eine sich durch den Mantel des ersten Gehäusebereichs erstreckende Einlassöffnung aufweisen, durch die der Gasstrom in den ersten Strömungspfad einströmen kann. Außerdem kann der erfindungsgemäße Partikelsensor eine sich durch den ersten Gehäusebereich im Wesentlichen entlang zur Längsachse erstreckende Auslass¬ öffnung umfassen, durch die der Gasstrom nach dem Durchstömen des ersten und zweiten Strömungspfads aus dem Messbereich und aus dem Partikelsensor ausströmen kann.
Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1 eine Schnittansicht entlang einer Längsachse durch einen erfindungsgemäßen Partikelsensor zeigt, ^
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang einer Längsachse durch einen weiteren beispielhaften Partikelsensor zeigt, und Fig. 3 eine Schnittansicht entlang einer Längsachse eines weiteren erfindungsgemäßen Partikelsensors zeigt.
Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Partikelsensor 100, der ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 110 aufweist, das sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse 102 erstreckt. In weiteren Ausgestaltungen kann das Gehäuse 110 konisch oder gestuft ausgebildet sein. Das Gehäuse 110 weist einen Gewindeabschnitt 112 auf, mittels dem der Partikelsensor 100 beispielsweise in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eingeschraubt werden kann. Das Gehäuse 110 weist ferner einen Bereich 114 auf, beispielsweise in der Form eines Außensechskants , an dem ein entsprechendes Werkzeug angesetzt werden kann, damit der Partikelsensor 100 in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine wie gewünscht eingeschraubt werden kann.
Innerhalb des Gehäuses 110 ist ein Messbereich 120 vorgesehen, der sich zwischen einem ersten Gehäusebereich 116, der dazu ausgebildet ist, in einem eingebauten Zustand des Parti- kelsensors 100 zumindest teilweise in einen Gasstrom (angedeutet mit einem Pfeil 10 in der Fig. 1), der durch den Abgaskanal der der Brennkraftmaschine strömt, zumindest teilweise hervorzu¬ stehen, und einen zweiten Gehäusebereich 118 im Wesentlichen entlang der Längsachse 102 erstreckt. Insbesondere beschreibt der erste Gehäusebereich 116 einen vordereren Endbereich des Gehäuses 110 und der zweite Gehäusebereich beschreibt einen vom ersten Gehäusebereich 116 beabstandeten Gehäusebereich des Gehäuses 110. Genauer gesagt wird der Messbereich 120 durch den ersten Gehäusebereich 116 und den zweiten Gehäusebereich 118 in einer Richtung parallel zur Längsachse 102 festgelegt bzw. definiert .
Das Gehäuse 110 weist ferner einen weiteren, sich entlang der Längsachse 102 erstreckenden und dem ersten Gehäusebereich 116 gegenüberliegenden Gehäusebereich 119 auf, in dem ein Kontakteaufnahmebereich 122 vogesehen ist, in dem zumindest teilweise elektrische Kontakte (nicht gezeigt) des Parti¬ kelsensors 100 untergebracht werden können, über die der Partikelsensor 100 mit beispielsweise einer Steuereinheit eines Fahrzeugs verbunden werden kann.
Im Messbereich 120 ist ferner eine im Wesentlichen zylindrische Sensorelektrode 130 angeordnet, die koaxial zur Längsachse 102 angeordnet ist. In weiteren Ausgestaltungen kann die Sensorelektrode 130 konisch stufig ausgebildet sein. Die Sensorel¬ ektrode 130 umfasst einen innerhalb des Messbereich 120 an¬ geordnet Messabschnitt 132 sowie einen sich entlang der
Längsachse 102 durch den zweiten Gehäusebereich 118 in den Kontakteaufnahmebereich 122 erstreckenden Verbindungsabschnitt 134. Der Messabschnitt 132 ist beispielsweise ein hohlzy¬ lindrischer Bereich.
Der Verbindungsabschnitt 134 ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Verbindung des Messabschnitts 132 zu im Kontakteaufnahmebereich 122 angeordneten elektrischen Kontakten (nicht gezeigt) herzustellen, über die der Partikelsensor 100 mit z. B. der Steuereinheit des Fahrzeugs verbunden werden kann. Ferner weist der Partikelsensor 100 gemäß den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen ein im Wesentlichen zylindrisches Strömungsleitelement 140 auf, das im Messbereich 120 bezüglich der Längsachse 102 in radialer Richtung außerhalb der Sensorelektrode 130 und koaxial zu dieser angeordnet ist. In weiteren Ausgestaltungen kann das Strömungsleitelement 140 eine konische oder gestufte Form aufweisen. Insbesondere ist das Strömungsleitelement 140 um den Messabschnitt 132 der Senso¬ relektrode 130 derart angeordnet, dass ein erster Strömungspfad 100 zwischen einer radialen Innenwand 111 des Gehäuses 110 und einer radialen Außenwand 141 des Strömungsleitelements derart gebildet wird, dass der Gasstrom durch den ersten Strömungspfad 104 vom ersten Gehäusebereich 116 in Richtung des zweiten Gehäusebereichs 118 strömt, und ein zweiter Strömungspfad 106 zwischen der Sensorelektrode 130 und dem Strömungsleitelement 140 derart gebildet wird, dass der Gasstrom durch den zweiten Strömungspfad 106 vom zweiten Gehäusebereich 118 in Richtung des ersten Gehäusebereichs 116 strömt. In der Fig. 1 ist die Strömungsrichtung des Gasstroms durch den ersten Strömungspfad 104 mit einem Pfeil 12 angedeutet und die Strömungsrichtung durch den zweiten Strömungspfad 106 mit einem Pfeil 14 angedeutet.
Insbesondere sind der erste Strömungspfad 104 und der zweite Strömungspfad 106 jeweils als im Wesentlichen zylindrische Bereiche vorgesehen, die bezüglich der Längsachse 102 koaxial zueinander vorgesehen sind und von dem Strömungsleitelement 140 begrenzt bzw. voneinander abgetrennt werden. Allgemein wird jedoch die Form des ersten Strömungspfads 104 durch die Form des Gehäuses 110 und durch die Form des Strömungsleitelements 140 definiert und die Form des zweiten Strömungspfads 106 durch die Form des Strömungsleitelements 140 und durch die Form der Sensorelektrode 130 definiert. Damit der Gasstrom 10 durch den Messbereich 120 strömen kann, weist das Gehäuse 110 im ersten Gehäusebereich 116 zumindest eine Einlassöffnung 101, die im Mantel des Gehäuses 110 vorgesehen ist, sowie eine sich entlang der Längsachse 102 erstreckende Auslassöffnung 103 auf.
Gemäß der Fig. 1 weist der Partikelsensor 100 ferner ein am zweiten Gehäusebereich 118 angebrachtes Umlenkelement 150 auf, 1
das dazu ausgebildet ist, den Gasstrom durch den ersten
Strömungspfad 104 in den zweiten Strömungspfad 106 umzulenken. Das Umlenkelement 150 ist vorzugsweise mit dem Gehäuse 110 einstückig ausgebildet und ist in der Form eines sich von der radialen Innenwand 111 des Gehäuses 110 bezüglich der Längsachse 102 zumindest teilweise radial nach innen erstreckenden Vorsprungs gebildet. Das Umlenkelement 150 weist eine Nut 152 auf, die in einer Seitenfläche des Umlenkelements 150 gebildet ist. Die Nut 152 weist vorzugsweise einen konkaven Boden auf, so dass der Gasstrom durch den ersten Strömungspfad 104 optimiert in den zweiten Strömungspfad 106 umgelenkt werden kann. Die Nut 152 ist eine um die Längsachse 102 umlaufende Nut und hat einen runden Boden .
Der Fig. 1 ist zu entnehmen, dass das Umlenkelement 150 den Gasstrom um ungefähr 180° umlenkt, was mit einem Pfeil 18 schematisch angedeutet ist. Insbesondere ist das Umlenkelement 150 dazu ausgebildet, es zu verhindern, dass der Gasstrom samt seinen mitgerissenen Partikeln in den Kontakteaufnahmebereich 122 gelangt, der sich außerhalb des Messbereichs 120 befindet. Insbesondere wird der Kontakteaufnahmebereich 122 durch den zweiten Gehäusebereich 118 vom Messbereich 120 abgetrennt. Somit kann das Risiko einer übermäßigen Kontamination durch Partikel, insbesondere Ruß, die durch den Gasstrom in den Partikelsensor 100 eingebracht werden, reduziert werden und der Gassensor kann über eine längere Lebensdauer zuverlässig arbeiten.
Genauer gesagt kann das Umlenkelement 150 verhindern, dass ein Strömungsrichtungsvektor des durch den ersten Strömungspfad 104 strömenden Gasstroms direkt in den Kontakteaufnahmebereich 122 zeigt. Vorzugsweise ist ein um die Längsachse 102 verlaufender Spalt 154 zwischen dem Umlenkelement 150 und dem Messabschnitt 132 der Sensorelektrode 130 so gering wie möglich ausgebildet, damit das Eindringen von Partikeln in den Kontakteaufnahme- bereich 122 reduziert werden kann.
Unter Verweis auf die Fig. 2 ist ein weiterer Partikelsensor 100 gezeigt, bei dem bereits aus der Fig. 1 bekannte Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Der Partikelsensor 100 aus der Fig. 2 unterscheidet sich von dem Partikelsensor 100 der Fig. 1 darin, dass kein Umlenkelement 150 vorgesehen ist und eine Verbindung zwischen dem ersten Strömungspfad 104 und dem zweiten Strömungspfad 106 mittels einer im Strömungsleitelement 140 gebildeten eine Öffnung 142 hergestellt wird. Dabei ist es angedacht, dass die Hauptmenge des Gasstroms um 180° gemäß dem Pfeil 18 umgelenkt wird. Jedoch könnte eine gewisse Menge des Gasstroms entlang des Pfeils 19 (gepunkteter Pfeil in der Fig. 2) strömen und würde somit in den Kontakteaufnahmebereich 122 gelangen.
Um dies zu verhindern weist der Partikelsensor 100 der Fig. 2 ein elektrisch nicht leitendes Schutzelement 160 auf, das an der Sensorelektrode 130, genauer gesagt am Verbindungsabschnitt 134 der Sensorelektrode 130, angebracht und dazu ausgebildet ist, zumindest teilweise zu verhindern, dass der Gasstrom am zweiten Gehäusebereich 118 aus dem Messbereich 120 herausströmt und in den Kontakteaufnahmebereich 122 gelangt. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das elektrisch nicht leitende Schutzelement 160 bevorzugt einen scheibenförmigen Abschnitt 162 auf, der sich bezüglich der Längsachse 102 in radialer Richtung nach außen erstreckt und somit eine Abschirmung für den entlang des Pfeils 19 strömenden Gasstrom bildet und folglich die im Gasstrom enthaltenen Partikel davon abhält, in den Kontakteaufnahme¬ bereich 122 zu strömen und diesen zu verschmutzen. Der Partikelsensor 100 der Fig. 2 weist ferner ein weiteres elektrisch nicht leitendes Schutzelement 170 auf, das am zweiten Gehäusebereich 118 angebracht ist und einen sich bezüglich der Längsachse 102 zumindest teilweise derart radial nach innen erstreckenden scheibenförmigen Abschnitt 172 auf, der in Kombination mit dem scheibenförmigen Abschnitt 162 des
Schutzelements 160 eine im Wesentlichen labyrinthartige Dichtung bildet. Die Zusammenwirkung der beiden Schutzelement 160, 170 verstärkt eine Abschirmung gegenüber Partikel und erschwert es den Partikeln, aus dem Messbereich 120 in den Kontakteauf- nahmebereich 122 zu gelangen.
Der scheibenförmige Abschnitt 162 bzw. der scheibenförmige Abschnitt 172 sind jeweils dazu ausgebildet, sich in radialer Richtung derart zu erstrecken, dass zwischen dem Abschnitt 162 und dem Schutzelement 170 oder dem Gehäuse 110 ein möglichst geringer Spalt vorgesehen ist bzw. dass zwischen dem Abschnitt 172 und dem Verbindungsabschnitt 134 der Sensorelektrode 130 oder dem Schutzelement 160 ein möglichst geringer Spalt vorgesehen ist. Insbesondere sind die beiden Spalte dazu ausgebildet, es zumindest teilweise zu verhindern, dass sich an den Schutze¬ lementen 160, 170 ablagernder und elektrisch leitfähiger Ruß eine elektrische Verbindung zwischen der Sensorelektrode 130 und dem Gehäuse 110 herstellt, die einen Kurzschluss verursachen und das Messsignal des Partikelsensors 100 verfälschen könnte.
Vorzugsweise sind das Schutzelement 160 und/oder das weitere Schutzelement 170 aus einem keramischen Werkstoff gebildet. Alternativ können die Schutzelemente 160, 170 auch aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff gebildet sein.
Die Fig. 3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Partikelsensor 100, der sowohl das aus der Fig. 1 bekannte Umlenkelement 150 als auch die aus der Fig. 2 bekannten Schutzelemente 160, 170 aufweist. Durch die Zusammenwirkung des Umlenkelements 150 und des Schutzelements 160 kann das Risiko weitere reduziert werden, dass Partikel aus dem Gasstrom beim Übergang aus dem ersten Strömungspfad 104 in den zweiten Strömungspfad 106 aus dem Messbereich 120 in den Kontakteaufnahmebereich 122 gelangen können und somit eine Verschmutzung der elektrischen Kontakte herbeiführen können.
Zur weiteren Verstärkung der Abschirmwirkung weist der Par- tikelsensor 100 der Fig. 3 ferner einen im Kontakteaufnahmebereich 122 angeordneten Hauptisolator 180 auf, der an der Sensorelektrode 130 und am Gehäusebereich 119 des Gehäuses 110 angebracht ist. Der Hauptisolator 180 ist dazu ausgebildet, die Messspannung vom zugehörigen Gegenpotential zu isolieren.
Mit dem Umlenkelement 150 und/oder den Schutzelementen 160, 170 kann zumindest teilweise verhindert werden, dass Partikel, insbesondere elektrisch leitfähige Rußpartikel aus einem Abgas einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, in den Kon- takteaufnahmebereich 122 zwischen dem Hauptisolator 180 und dem Messbereich 120 eintreten und sich am Hauptisolator 180 ablagern. Am Hauptisolator 180 ablagernde Rußpartikel könnten eine elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 110 und der bestromten Sensorelektrode 130 herstellen und folglich einen ungewollten Kurzschluss verursachen.

Claims

Patentansprüche
1. Partikelsensor (100) zum Erfassen einer Partikelmenge in einem Gasstrom in einer Brennkraftmaschine, wobei der Partikelsensor (100) aufweist:
ein Gehäuse (110), in dem ein Messbereich (120) angeordnet ist, der sich zwischen einem ersten Gehäusebereich (116) , der dazu ausgebildet ist, in einem eingebauten Zustand des Partikelsensors (100) zumindest teilweise in den Gasstrom der Brennkraftmaschine hervorzustehen, und einem zweiten Gehäu¬ sebereich (118) im Wesentlichen entlang einer Längsachse (102) erstreckt,
eine im Messbereich (120) angeordnete Sensor¬ elektrode (130), die koaxial zur Längsachse (102) angeordnet ist,
- ein Strömungsleitelement (140), das im Mess¬ bereich (120) bezüglich der Längsachse (102) in radialer Richtung außerhalb und koaxial um die Sensorelektrode (130) derart angeordnet ist, dass ein erster Strömungspfad (104) zwischen dem Gehäuse (110) und dem Strömungsleitelement (140) derart gebildet wird, dass der Gasstrom durch den ersten Strömungspfad (104) vom ersten Gehäusebereich (116) in Richtung des zweiten Gehäusebereichs (118) strömt, und ein zweiter Strömungspfad (106) zwischen der Sensorelektrode (130) und dem Strömungsleitelement (140) derart gebildet wird, dass der Gasstrom durch den zweiten Strömungspfad (106) vom zweiten Gehäusebereich (118) in Richtung des ersten Gehäusebereichs (116) strömt, und
ein am zweiten Gehäusebereich (118) angebrachtes Umlenkelement (150), das dazu ausgebildet ist, den Gasstrom durch den ersten Strömungspfad (104) in den zweiten Strömungspfad (106) umzulenken.
2. Partikelsensor (100) nach Anspruch 1, wobei das Umlenkelement (150) dazu ausgebildet ist, den durch den ersten Strömungspfad (104) strömenden Gasstrom um einen vorbestimmten Winkel in den zweiten Strömungspfad (106) umzulenken, wobei der vorbestimmte Winkel in einem Bereich zwischen ungefähr 150° und ungefähr 210°, vorzugsweise zwischen ungefähr 170° und 190°, liegt und am bevorzugtesten ungefähr 180° beträgt.
3. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umlenkelement (150) als ein von der Innenwand des Gehäuses (110) bezüglich der Längsachse (102) radial nach innen vorstehender Vorsprung ausgebildet ist.
4. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umlenkelement (150) an einer Seitenfläche eine um die Längsachse (102) umlaufende Nut (152) mit konkavem Boden aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Gasstrom aus dem ersten Strömungspfad (104) optimiert in den zweiten Strömungspfad (106) umzulenken.
5. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umlenkelement (150) mit dem zweiten Gehäusebereich (118) einstückig gebildet ist.
6. Partikelsensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Umlenkelement (150) an einer Innenwand des Gehäuses (110) mittels Schweißen, Löten und/oder Kleben angebracht ist.
7. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strömungsleitelement (140) frei von Öffnungen ist.
8. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strömungsleitelement (140) aus¬ schließlich am ersten Gehäusebereich (116) befestigt ist.
9. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit zumindest einer im ersten Ge¬ häusebereich (116) im Mantel des Gehäuses (110) gebildeten Einlassöffnung (101), durch die der Gasstrom in den ersten Strömungspfad (104) einströmen kann.
10. Partikelsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer sich durch den ersten Gehäusebereich (116) entlang der Längsachse (102) erstreckenden Auslassöffnung (103) , durch die der Gasstrom aus dem Messbereich (120) ausströmen kann.
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