DE4241098A1

DE4241098A1 - Hot exhaust gas flow measuring device for vehicle engine - has measurement tube with measurement beam windows coated with radiation-transparent oxidising catalytic layer

Info

Publication number: DE4241098A1
Application number: DE4241098A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Ing Stehr
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1992-12-07
Publication date: 1993-06-17

Abstract

The gas flow measuring device includes a gas flow tube with windows for coupling a measurement beam into and out of the tube and arrangements for preventing the build-up of disturbing deposits on the exhaust gas side of the window surfaces. These surfaces of the windows (2,3) are coated with a layer (7,8), of oxidising catalytic material transparent to the measurement beam to reduce the ignition temp. of the deposits. ADVANTAGE - Build-up of deposits tending to cause measurement errors is prevented.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Vorrichtungen dieser Art, die die Teilchenkon zentration in der Abgasströmung über eine Verringerung einer Licht strahlung durch Trübung oder Streuung im Abgasstrom erfassen und daraus auch ggf. Signale zur entsprechenden Korrektur von Betriebs parametern einer den Abgaserzeuger darstellenden Brennkraftmaschine gewinnen, sind bekannt; siehe nur die DE-OS 36 38 472, F01N 7/08, und 38 39 348, G01N 21/59, für das Prinzip der Trübungsmessung und die DE-AS 15 98 138, G01N 21/26, für den Fall des Streuungsprin zips.The invention relates to a device according to the preamble of 1. Devices of this type that the particle con concentration in the exhaust gas flow via a reduction in light Detect radiation through turbidity or scatter in the exhaust gas stream and from this possibly also signals for the corresponding correction of operation parameters of an internal combustion engine representing the exhaust gas generator win are known; see only DE-OS 36 38 472, F01N 7/08, and 38 39 348, G01N 21/59, for the principle of turbidity measurement and DE-AS 15 98 138, G01N 21/26, for the case of the scattering principle zips.

In allen Schriften ist das Problem der Beeinflussung der Meßge nauigkeit durch Niederschlagen von Abgasbestandteilen auf fen sterartigen Teilen der Vorrichtungen angesprochen, die vom Abgas beaufschlagt werden. Die bekannten Gegenmaßnahmen, nämlich Erzeu gung einer Frischluftströmung an den gefährdeten Oberflächen (DE-OS 36 38 472) oder Temperaturerhöhung zur Verbrennung der entsprechen den Abgasbestandteile (DE-OS 38 39 348), sind aufwendig bzw. erfor dern zusätzliche Energie.In all writings there is the problem of influencing the measurement accuracy by depositing exhaust gas components on fen ster-like parts of the devices addressed by the exhaust gas be charged. The known countermeasures, namely Erzeu a fresh air flow on the endangered surfaces (DE-OS 36 38 472) or increase in temperature for combustion of the corresponding the exhaust gas components (DE-OS 38 39 348), are complex or required more energy.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gattungs gemäße Vorrichtung zu schaffen, bei der das Meßergebnis störend beeinträchtigende Ablagerungen auf den abgasseitigen Oberflächen derartiger Fenster mit einfachsten Mitteln vermieden sind. The invention is therefore based on the task, a genus to create appropriate device in which the measurement result is disruptive impairing deposits on the exhaust gas surfaces Such windows are avoided with the simplest means.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training the invention describe the subclaims.

Die Erfindung macht also von an sich zur Reduzierung störender Abgasbestandteile bei Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen bekannten und bewährten Mitteln, nämlich Katalysatoren, zur Lösung eines speziellen Problems, nämlich der Vermeidung störender Ablagerungen an Fenstern von optischen Meßvorrichtungen, Gebrauch. Derartige Katalysatoren sind, wie bemerkt, in großer Zahl bekannt; üblich sind Edelmetallkatalysatoren (Platin), jedoch kommen zunehmend schon aus Kostengründen andere Katalysatormaterialen, wie zeolyth haltige Katalysatoren, in Anwendung. Wegen Einzelheiten der Zu sammensetzung kann auf die umfangreiche Patentliteratur für die katalytische Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen verwiesen werden.The invention therefore makes disruptive in itself to reduce Exhaust gas components known in motor vehicle internal combustion engines and proven means, namely catalysts, to solve a problem special problem, namely the avoidance of annoying deposits on windows of optical measuring devices, use. Such As noted, catalysts are known in large numbers; common are precious metal catalysts (platinum), but are increasingly coming other catalyst materials such as zeolyth for cost reasons alone containing catalysts, in use. Because of details of the Zu composition can refer to the extensive patent literature for the Catalytic exhaust gas cleaning in internal combustion engines will.

Was die Dicke der katalytischen Schicht anbelangt, so wird man sie so wählen, daß sie die Strahlungsdurchlässigkeit nicht in störendem Maße beeinträchtigt. Selbst wenn aber eine geringfügige Verringe rung der Strahlungsdurchlässigkeit der Fenster durch diese Schich ten auftritt, ist sie über die gesamte Betriebszeit der Vorrichtung konstant und kann demgemäß - im Gegensatz zu einer mit zunehmender Betriebszeit ebenfalls ansteigenden Verringerung durch Ablagerungen - in den Meßvorgang eingeeicht werden.As for the thickness of the catalytic layer, it becomes choose so that it does not interfere with the radiation transmission Dimensions affected. Even if a slight reduction The radiation transmission of the windows through this layer ten occurs, it is over the entire operating time of the device constant and can accordingly - in contrast to one with increasing Operating time also increasing reduction due to deposits - be calibrated in the measuring process.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.Three embodiments of the invention are described below the drawing explained.

In Fig. 1 ist das einen Bestandteil der Abgasanlage einer Kraft fahrzeug-Brennkraftmaschine bildende Abgasrohr 1 mit sich gegen überliegenden, durch Lichtleiter 2 und 3 gebildeten Ausnehmungen im Abgasrohr 1 dicht durchsetzenden Fenstern versehen, von denen der Lichtleiter 2 von der Lichtquelle 4 kommende sichtbare Strahlung durch den Abgasstrom im Abgasrohr 1 zu dem Lichtleiter 3 aussendet, der mit dem Lichtempfänger 5, beispielsweise einer Fotozelle oder eine Fotodiode, gekoppelt ist. Dieser Empfänger 5 kann bereits Bestandteil einer Auswerteeinrichtung für den Intensitätsverlust sein, den der Lichtstrahl im Abgasrohr 1 durch die Abgasströmung erleidet.In Fig. 1 is a component of the exhaust system of a motor vehicle internal combustion engine exhaust pipe 1 with opposing, formed by light guides 2 and 3 recesses in the exhaust pipe 1 tightly penetrating windows, of which the light guide 2 coming from the light source 4 visible radiation by the exhaust gas flow in the exhaust pipe 1 to the light guide 3 , which is coupled to the light receiver 5 , for example a photocell or a photodiode. This receiver 5 can already be part of an evaluation device for the intensity loss which the light beam in the exhaust pipe 1 suffers from the exhaust gas flow.

Zwecks Vermeidung des Niederschlagens insbesondere fester, aber auch flüssiger Partikel in der Abgasströmung (Ruß, Öl) sind die Stirnflächen der Lichtleiter 3 und 4 mit katalytisch wirksamen Schichten 7 und 8 belegt. Es handelt sich um Schichten aus einem Material, das die Zündtemperatur von Abgaspartikeln herabsetzt, die auf diese Schichten 7 und 8 gelangen, so daß die Abgastemperatur ausreicht, diese Partikel abzubrennen.In order to avoid the precipitation of, in particular, solid but also liquid particles in the exhaust gas flow (soot, oil), the end faces of the light guides 3 and 4 are coated with catalytically active layers 7 and 8 . These are layers made of a material that lowers the ignition temperature of exhaust gas particles that reach these layers 7 and 8 , so that the exhaust gas temperature is sufficient to burn these particles off.

Verständlicherweise kann es zweckmäßig sein, die beschriebene Vor richtung in unmittelbarer Nähe des Abgaserzeugers, hier also der Brennkraftmaschine, anzuordnen, damit die Abgase am Ort der Fenster 2 und 3 eine möglichst hohe Temperatur besitzen. Auch ist es mög lich, strömungsaufwärts der Fenster 2 und 3 vorhandene Abgaslei tungen wärmeisolierend auszubilden.Understandably, it may be appropriate to arrange the described device in the immediate vicinity of the exhaust gas generator, here the internal combustion engine, so that the exhaust gases have the highest possible temperature at the windows 2 and 3 . It is also possible Lich upstream of the windows 2 and 3 existing exhaust lines to form heat-insulating.

Zur Verlängerung der Meßstrecke kann es gemäß Fig. 2 zweckmäßig sein, den von einem üblichen Sender (Lichtquelle) 10 emittierten Lichtstrahl 11 unter Verwendung eines Spiegels 12 gleichsam zweimal in unterschiedlichen Richtungen durch die Abgasströmung zum Empfän ger 13 zu schicken. Dann wird man auch die abgasseitige Oberfläche des Spiegels 2 mit einer katalytischen Schicht 14 belegen, die die Zündtemperatur der Abgaspartikel herabsetzt.To extend the measuring section, it may be appropriate according to FIG. 2 to send the light beam 11 emitted from a conventional transmitter (light source) 10 using a mirror 12, as it were, twice in different directions through the exhaust gas flow to the receiver 13 . Then one will also cover the surface of the mirror 2 on the exhaust gas side with a catalytic layer 14 which lowers the ignition temperature of the exhaust gas particles.

Ebenfalls dem Zweck der Verlängerung der Meßstrecke und damit der Erzielung einer höheren Genauigkeit insbesondere bei stark verdünn ten Abgasen dient die schräge Anordnung der Meßstrecke, symboli siert durch den Lichtstrahl 20 zwischen Sender 21 und Empfänger 22 in der Ausführungsform nach Fig. 3. Hier ist das Abgasrohr 23 mit schrägen Stutzen 24 und 25 zur Aufnahme der Bestandteile 21 und 22 ausgerüstet. Dabei kann durch zusätzliche Fenster, deren abgasbe aufschlagte Oberflächen mit einer katalytischen Schicht belegt sind, bereits der Innenraum der Stutzen 24 und 25 gegen den Zutritt von Abgas geschützt sein. In der Regel wird es jedoch genügen, wie bereits beschrieben, die Stirnseite von fensterbildenden Bestandtei len von Sender 21 und Empfänger 22 mit katalytischen Schichten 26 und 27 zu belegen.Also for the purpose of lengthening the measuring section and thus achieving a higher accuracy, especially in the case of highly diluted exhaust gases, the oblique arrangement of the measuring section serves, symbolized by the light beam 20 between transmitter 21 and receiver 22 in the embodiment according to FIG. 3 Exhaust pipe 23 equipped with oblique connecting pieces 24 and 25 for receiving the components 21 and 22 . In this case, the interior of the nozzles 24 and 25 can already be protected against the entry of exhaust gas by additional windows, the surfaces of which are struck with exhaust gas and coated with a catalytic layer. In general, however, it will suffice, as already described, to cover the end face of window-forming constituents of transmitter 21 and receiver 22 with catalytic layers 26 and 27 .

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Vorrichtung ge schaffen, die durch einfache, an sich bewährte Mittel gegen das Meßergebnis störend beeinträchtigende Ablagerungen aus dem Abgas geschützt ist.With the invention is accordingly a generic device ge create by simple, proven means against that Deposits from the exhaust gas that interfere with the measurement result is protected.

Claims

1. Device for the optical measurement of a hot exhaust gas flow with a pipe leading this, which is provided with radiation-transparent windows for coupling and decoupling a measuring radiation, and with means for preventing interfering deposits on the exhaust-side surfaces of the windows, characterized in that the exhaust-side Surfaces of the windows ( 2 , 3 ) are provided with a radiation-transparent oxidizing catalytic layer ( 7 , 8 ) to reduce the ignition temperature of the deposits.

2. Device according to claim 1, characterized in that at least one of the windows is formed by a light guide ( 2 , 3 ) and its exhaust-side end face is provided with the catalytic layer ( 7 , 8 ).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that at least one of the windows is formed by a mirror ( 12 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by their location near the exhaust gas generator.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by heat-insulating formation of upstream of the windows ( 2 , 3 ) lying exhaust pipes.