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DE10020539A1 - Messanordnung und Verfahren zur Ermittlung von Ruß-Konzentrationen - Google Patents

Messanordnung und Verfahren zur Ermittlung von Ruß-Konzentrationen

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DE10020539A1
DE10020539A1 DE10020539A DE10020539A DE10020539A1 DE 10020539 A1 DE10020539 A1 DE 10020539A1 DE 10020539 A DE10020539 A DE 10020539A DE 10020539 A DE10020539 A DE 10020539A DE 10020539 A1 DE10020539 A1 DE 10020539A1
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DE
Germany
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soot
sensor
soot particles
measuring arrangement
particles
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Withdrawn
Application number
DE10020539A
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English (en)
Inventor
Bjoern Larsson
Ulrich Schoenauer
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Heraeus Electro Nite International NV
Original Assignee
Heraeus Electro Nite International NV
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Publication date
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Priority to FR0105683A priority patent/FR2808330A1/fr
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit einem Rußsensor in einer Gasführung für Ruß-Partikel mitführende Gase und deren Verwendung, des Weiteren ein Verfahren zur Ermittlung einer Ruß-Konzentration in strömenden, Ruß-Partikel mitführenden Gasen, wobei mindestens ein Teilstrom eines Ruß-Partikel mitführenden Gasstromes in einer Gasführung mindestens ein elektrisch leitendes Gebilde anströmt und/oder durchströmt. Es ergibt sich das Problem, einen Sensor und ein Verfahren zur Ermittlung von Ruß-Konzentrationen in strömenden Gasen bereitzustellen, mit welchem auch geringe Mengen an Ruß zuverlässig erfasst werden können. Das Problem wird durch eine Messanordnung mit einem Rußsensor gelöst, der ein elektrisch leitendes Gebilde mit einer elektrischen Ladung aufweist, und wobei im Gas stromaufwärts des Rußsensors eine Anordnung zur Erzeugung einer anderen elektrischen Ladung an den Ruß-Partikeln vorgesehen ist. Das Problem wird des Weiteren gelöst, indem der Rußsensor ein elektrisch leitendes Gebilde aufweist, welches auf Massepotential gelegt ist, und dass im Gas stromaufwärts des Rußsensors eine Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Ladung an den Ruß-Partikeln vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit einem Rußsensor in einer Gasführung für Ruß- Partikel mitführende Gase und deren Verwendung, des weiteren ein Verfahren zur Ermittlung einer Ruß-Konzentration in strömenden, Ruß-Partikel mitführenden Gasen, wobei mindestens ein Teilstrom eines Ruß-Partikel mitführenden Gasstromes in einer Gasführung mindestens ein elektrisch leitendes Gebilde anströmt und/oder durchströmt.
Die WO 94/23281 beschreibt eine gattungsgemäße Messanordnung und ein Verfahren zur Detektion von Ruß-Partikeln in einem strömenden Gas. Es wird eine Sonde verwendet, die in die Strömung hineinragt und die durch an der Sonde vorbeiströmende Ruß-Partikel tribo­ elektrisch geladen wird. Die triboelektrische Aufladung der Sonde wird durch eine elektrische Schaltung erfasst und als Menge an Ruß-Partikeln in der Strömung ausgewertet. Die Sonde besitzt dabei einen elektrisch leitenden Kern mit einer Isolierschicht, welche den leitenden Kern vom Partikelstrom isoliert.
Auch DE 198 17 402 C1 beschreibt eine Sensoranordnung zur quantitativen Bestimmung von elektrisch leitenden oder geladenen Partikeln, insbesondere von Ruß-Partikeln, in einem Gas­ strom. Die Sensoranordnung ist aus einem geladenen Kondensator gebildet, wobei Partikel zwischen den Kondensatorplatten hindurchströmen können. Beim Hindurchströmen verändern die Partikel die Ladung des Kondensators und den notwendigen Ladestrom. Die Änderungen im Ladestrom werden als Menge an Partikeln im Gas ausgewertet. Die Sensoranordnung ist be­ heizt, um Kurzschlüsse durch eine Belegung mit Partikeln zu vermeiden.
Der Anmelderin ist zudem bekannt, einen Rußsensor mit einem mindestens in Strömungsrich­ tung offen-porösen Formkörper, einem elektrischen Heizelement und einem Temperaturfühler zur Bestimmung von Ruß-Partikeln in Gasströmen einzusetzen. Dabei wird der Formkörper dazu genutzt, Ruß-Partikel aus einem Teilgasstrom zu filtern und zu sammeln. Das Heizele­ ment wird in festgelegten zeitlichen Abständen zur Aufheizung des Formkörpers verwendet und der gesammelte Ruß verbrannt. Die Wärmeentwicklung wird mit Hilfe des Temperaturfühlers erfasst und als Menge an Ruß im Gas ausgewertet.
Bei den beschriebenen Messanordnungen und Verfahren zur Bestimmung von Rußkonzentrati­ onen werden nur die zufällig am Sensor vorbeiströmenden Partikel erfasst. Bei geringen Parti­ kelkonzentrationen im Gas versagen die Verfahren jedoch, da nicht genügend Partikel vorbei­ strömen, um eine genaue Auswertung durchführen zu können.
Es ergibt sich das Problem, einen Sensor und ein Verfahren zur Ermittlung von Ruß-Konzen­ trationen in strömenden Gasen bereitzustellen, mit welchem auch geringe Mengen an Ruß zu­ verlässig erfasst werden können.
Das Problem wird durch eine Messanordnung mit einem Rußsensor gelöst, der ein elektrisch leitendes Gebilde mit einer elektrischen Ladung aufweist und wobei im Gas stromaufwärts des Rußsensors eine Anordnung zur Erzeugung einer anderen elektrischen Ladung an den Ruß- Partikeln vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Ruß-Partikel mit einer zum Gebilde gegensinnigen elektrischen Ladung beaufschlagt werden.
Das Problem wird des weiteren gelöst, indem der Rußsensor ein elektrisch leitendes Gebilde aufweist, welches auf Massepotential gelegt ist, und indem im Gas stromaufwärts des Rußsen­ sors eine Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Ladung an den Ruß-Partikeln vorgese­ hen ist.
In beiden Fällen stellt das elektrisch leitende Gebilde eine beliebig ausgestaltete Elektrode einer elektrischen Feldanordnung dar. Die Messanordnung nutzt die Coulombschen Anziehungs­ kräfte, um den Ruß gezielt in Richtung des Rußsensors zu lenken und dort einer Auswertung zugänglich zu machen.
Die Messanordnung ist somit dazu geeignet, auch geringste Mengen an Ruß im Gasstrom in Richtung des Gebildes beziehungsweise des Rußsensors zu dirigieren und dort eine gezielte Ablagerung des Rußes zu bewirken. Es werden demnach nicht nur Ruß-Partikel am Rußsensor abgelagert, deren Weg in der Gasführung zufällig von dem Rußsensor durchkreuzt wird, son­ dern es scheiden sich aufgrund der Ladung der Ruß-Partikel auch solche auf dem Rußsensor ab, die diesen sonst ungehindert zusammen mit dem Gasstrom passiert hätten. Die andere Ladung der Ruß-Partikel bewirkt, dass sie von dem Gebilde angezogen werden und sich damit nicht nur mit der Gasströmung längs der Gasführung bewegen sondern auch quer dazu zum Rußsensor hin. Es werden demnach mehr Ruß-Partikel vom Rußsensor eingefangen, als dies ohne eine Aufladung möglich wäre und die Empfindlichkeit des Rußsensors erhöht.
Um eine andere elektrische Ladung zwischen Gebilde und Ruß-Partikeln zu erzeugen, ist in einer Ausgestaltung der Erfindung ein Pol einer Spannungsquelle mit dem Gebilde verbunden und der andere Pol der Spannungsquelle zumindest stromaufwärts des Rußsensors mit der Gasführung verbunden, wobei der Rußsensor elektrisch isoliert von der Gasführung angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass ein durchströmbares, elektrisch leitendes Gitter stromauf­ wärts des Rußsensors im Ruß-Partikel mitführenden Gas angeordnet ist, dass ein Pol einer Spannungsquelle mit dem Gebilde verbunden ist und dass der andere Pol der Spannungsquelle mit dem Gitter verbunden ist. Diese beiden Anordnungen zur Aufladung der Ruß-Partikel kann auch verwendet werden, wenn das Gebilde lediglich auf Massepotential gelegt ist.
Der Begriff "Gitter" soll hier lediglich eine Anordnung beschreiben, die die Strömung des Gases nicht wesentlich stört und die Partikelmenge möglichst nicht verringert, aber eine Aufladung der vorbeiströmenden Ruß-Partikel ermöglicht. Umfasst sind dabei Anordnungen wie beispielswei­ se Netze, Lochbleche, Wabenstrukturen, Stäbe, Drähte oder Strömungsleitbleche.
Es ist von Vorteil, wenn das elektrisch leitende Gebilde zumindest teilweise aus einem Metall gebildet ist. Insbesondere für die Messung von Rußkonzentrationen in der oft bis zu 1000°C heißen Abgasführung von Kraftfahrzeugen ist dabei die Verwendung von Edelmetallen mit ei­ nem hohen Schmelzpunkt sinnvoll. Dabei kann das elektrisch leitende Gebilde von dem Gas durchströmbar sein und/oder eine offene Porosität aufweisen. Vorteilhaft ist es auch, wenn das elektrisch leitende Gebilde als Schichtstruktur ausgebildet ist. Es bietet sich dabei an, für die Ausführung der Schichtstruktur eine Dick- und/oder Dünnschichttechnik beziehungsweise das Plasmaspritzen zu verwenden.
Um eine Auswertung der auf dem Rußsensor abgelagerten Rußmenge vornehmen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Rußsensor neben dem Gebilde mindestens ein elektrisches Heiz­ element und mindestens einen Temperaturfühler aufweist.
Dabei kann der Rußsensor zusätzlich einen mindestens in Strömungsrichtung offen-porösen, elektrisch nicht leitenden Formkörper aufweisen, wobei das Gebilde in Strömungsrichtung hinter oder neben dem Formkörper angeordnet ist.
Unter einem mindestens in Strömungsrichtung offen-porösen Formkörper ist ganz allgemein ein Körper mit in Strömungsrichtung offener Porosität beziehungsweise durchgehenden Öffnungen oder Löchern zu verstehen, die geordnet oder ungeordnet vorliegen können. Dabei kann es sich um temperaturbeständige einfaches Lochbleche, Röhrchen, Pakete aus Fasern oder Wol­ le, poröse Keramiken, poröse Gläser, poröse dünne Schichten oder ähnliches handeln. Aber auch eine stark rauhe Oberfläche kann als in Strömungsrichtung offen-poröser Formkörper verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rußsensor einen mindestens in Strömungsrichtung of­ fen-porösen Formkörper aufweist, wobei dessen Oberflächen mindestens teilweise mit dem elektrisch leitenden Gebilde belegt sind.
Der Formkörper wirkt aufgrund seiner hohen Oberfläche wie ein Filter, der in Kombination mit dem Gebilde die Ruß-Sammelwirkung noch erhöht.
Das elektrisch leitende Gebilde kann mindestens teilweise aus einem katalytisch aktiven Mate­ rial gebildet sein. Dazu eignen sich beispielsweise Platin und seine Legierungen oder Platin- Rhodium-Verbindungen.
Das elektrische Heizelement und der Temperaturfühler können direkt auf oder in dem Formkör­ per angeordnet sein. Ebenso können das elektrische Heizelement, der Temperaturfühler, der Formkörper und das Gebilde auf einem Träger angeordnet sein.
Im Hinblick auf die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten der Sensorgeometrie des Rußsensors ist darauf zu achten, dass leitfähige Verbindungen wie beispielsweise katalytisch aktives Mate­ rial oder der Ruß selbst nicht zu Signalstörungen oder Kurzschlüssen führen, die einen ein­ wandfreien Betrieb der Heizelemente sowie der Temperaturfühler gefährden können. Eventuell kann hierzu die Verwendung einer oder mehrerer elektrisch isolierender, Ruß-dichter Schichten zwischen Heizelement und Gebilde und/oder Formkörper beziehungsweise zwischen Tempe­ raturfühler und Gebilde und/oder Formkörper erforderlich sein. Eine Kurzschlussbildung durch Ruß kann aber, insbesondere am elektrischen Heizelement, auch erwünscht sein beziehungs­ weise zu Auswertezwecken verwendet werden.
Die Messanordnung ist hervorragend zur Ermittlung einer Partikel-Konzentration in strömenden, Partikel mitführenden Gasen, insbesondere von Ruß-Partikeln in Abgasen von Kraftfahrzeugen, verwendbar.
Das Problem wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass das Gebilde an einen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen wird und so mit einer positiven oder negativen Ladung beauf­ schlagt wird und dass stromaufwärts des Gebildes der andere Pol der Spannungsquelle entwe­ der an die vom Gebilde elektrisch isolierte Gasführung und/oder an ein vom Gebilde elektrisch isoliertes Gitter angeschlossen wird und so die Ruß-Partikel mit einer zur Ladung des Gebildes gegensinnigen Ladung versehen werden, wobei die geladenen Ruß-Partikel, sobald sie in die Nähe des geladenen Gebildes gelangen, angezogen werden und an dem oder nahe dem gela­ denen Gebilde haften bleiben.
In der Nähe des geladenen Gebildes befinden sich die Ruß-Partikel dabei generell, sobald die unterschiedlichen Ladungen oder Potentiale des Gebildes und der Ruß-Partikel miteinander wechselwirken. Unter einer Haftung "nahe dem Gebilde" wird beispielsweise eine Ablagerung von Ruß-Partikeln an einem dem Gebilde vor-, neben- oder nachgeordnetem Formkörper, ei­ nem Filter oder einer Schicht verstanden.
Das Problem wird für das Verfahren des weiteren dadurch gelöst, dass das Gebilde auf Masse­ potential gelegt wird und dass stromaufwärts des Gebildes entweder an die vom Gebilde elek­ trisch isolierte Gasführung und/oder an ein vom Gebilde elektrisch isoliertes Gitter eine elektri­ sche Ladung angelegt wird und so die Ruß-Partikel mit einer zum Massepotential am Gebilde anderen Ladung versehen werden, wobei die geladenen Ruß-Partikel, sobald sie in die Nähe des Gebildes gelangen, angezogen werden und ihre Ladung an oder nahe dem Gebilde abge­ ben und haften bleiben.
Von Vorteil kann es sein, wenn das Gebilde durchströmbar und/oder mit einer offenen Porosität ausgebildet wird. Dem Gebilde kann aber auch ein in Strömungsrichtung offen-poröser, elekt­ risch nicht leitender Formkörper zugeordnet werden. Dabei hat es sich bewährt, wenn das Ge­ bilde in Strömungsrichtung vor, hinter oder neben dem in Strömungsrichtung offen-porösen Formkörper angeordnet wird.
Die Bestimmung der Menge an Ruß-Partikeln im Gasstrom erfolgt idealerweise dadurch, dass das mit Ruß-Partikeln belegte Gebilde und/oder der Formkörper in definierten zeitlichen Ab­ ständen mittels eines elektrischen Heizelementes auf die Zündtemperatur des Rußes aufge­ heizt wird und dass eine bei Verbrennung von Ruß-Partikeln auftretende Wärmeentwicklung als ein direktes Maß für eine Menge an Ruß-Partikeln im Gasstrom ausgewertet wird.
Dabei können die zeitlichen Abstände fest gewählt werden oder aufgrund einer Auswertung von Betriebsdaten gewählt werden. Für einen Rußsensor in der Abgasführung eines Dieselmotors könnte das beispielsweise bedeuten, dass die Aufheizung des Formkörpers nach einer vorbe­ stimmten Anzahl an Kaltstarts oder in Abhängigkeit vom verbrauchten Dieselkraftstoff gestartet wird. Unter Betriebsdaten sind demnach allgemein Informationen zu verstehen, die die Erzeugung des Abgases betreffen und in irgendeinen Zusammenhang mit einer Rußentwicklung im Abgas gesetzt werden können.
Nach Erreichen der Zündtemperatur des Rußes am Gebilde und/oder am Formkörper kann das elektrische Heizelement mit einer gleichbleibenden Heizleistung betrieben werden, die durch die Verbrennung von Ruß-Partikeln auftretende Wärmeentwicklung mit dem Temperaturfühler gemessen werden, der Temperaturanstieg als direktes Maß für die verbrannte Menge an Ruß- Partikeln am Gebilde und/oder am Formkörper ausgewertet werden und daraus die Menge an Ruß-Partikeln im Gasstrom bestimmt werden.
Dazu ist eine intelligente Steuerung notwendig, die den Temperaturanstieg über eine vorgege­ bene Rechenroutine in eine Rußmenge umrechnen kann. Die Rußmenge, die am Gebilde und/oder Formkörper verbrennt, ist proportional der Rußmenge, die seit dem Einbau oder dem letzten Aufheizen des Gebildes und/oder Formkörpers am Rußsensor vorbeigeströmt ist.
Nach Erreichen der Zündtemperatur des Rußes am Gebilde und/oder Formkörper kann aber auch die Temperatur des Gebildes und/oder Formkörpers mittels Zurücknahme der Heiz­ leistung des elektrischen Heizelementes weitgehend isotherm gehalten werden, die Heiz­ leistung als direktes Maß für die verbrannte Menge an Ruß-Partikeln am Gebilde und/oder Formkörper ausgewertet werden und daraus die Menge an Ruß-Partikeln im Gasstrom be­ stimmt werden. Auch hier ist eine intelligente Steuerung erforderlich.
Nach Auswertung des Temperaturanstieges oder der Heizleistungsänderung und Umrechnung in eine verbrannte Menge an Ruß am Gebilde und/oder Formkörper wird auf die Menge an Ruß geschlossen, die am Rußsensor vorbeigeströmt ist. Dazu muß in der intelligenten Steuerung ein Korrelations-Schema, das den Zusammenhang zwischen Ablagerungen am Gebilde und/oder Formkörper und der vorbeigeströmten Menge Ruß enthält, hinterlegt sein. Ist eine Rußmenge errechnet worden, die über einem, beispielsweise gesetzlich vorgegebenen Grenz­ wert liegt, so kann über die Steuerung die Ausgabe eines optischen oder akustischen Warnsig­ nals oder ein Eingriff in die Regelung des Verbrennungsprozesses erfolgen. Ist aber eine Rußmenge errechnet worden, die beispielsweise unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt, so wird von der Steuerung keine Aktion gestartet, sondern der errechnete Wert für die Rußmenge gespeichert. Eine nachfolgend gestartete, in einem bestimmten Abstand von dieser ersten Bestimmung der Rußmenge wiederholte zweite Bestimmung der Rußmenge muss nun im Zusammenhang mit der ersten Bestimmung beziehungsweise dem zu diesem Zweck gespeicherten Wert behandelt werden. Die aus der zweiten Bestimmung errechnete Rußmenge muß über die Steuerung zu dem gespeicherten Wert addiert werden, da in diesem Fall nur die Summe der beiden Werte im Korrelations-Schema den richtigen Wert liefert. Ist der Grenzwert auch nach der zweiten Bestimmung noch nicht überschritten, so muß die Summe aus beiden Bestimmungen gespeichert und für nachfolgende Berechnungen gemäß obigem Schema weiterverwendet werden.
Folgende sieben Figuren sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. Es sei ausdrücklich hinzu­ gefügt, daß nicht nur Aufbauten des Rußsensors, wie sie hier gezeigt werden, für die erfin­ dungsgemäße Messanordnung und das Verfahren anwendbar sind.
Fig. 1 Rußsensor mit einem porösen Formkörper und einem Gebilde in Schichtform
Fig. 2 Rußsensor mit einem Verbund aus einem porösen Formkörper und einem Gebilde
Fig. 3 Rußsensor mit einem wabenförmigen Formkörper
Fig. 4 Rußsensor aus Fig. 3 im Querschnitt
Fig. 5 Rußsensor mit einem leitenden Gebilde mit Wabenstruktur
Fig. 6 Rußsensor aus Fig. 5 im Querschnitt
Fig. 7 Messanordnung zur Bestimmung von Rußkonzentrationen
Fig. 1 zeigt einen zur Verwendung in der Messanordnung geeigneten Rußsensor 11 im Quer­ schnitt mit einen Träger 1 aus Al2O3-Keramik. Auf einer Seite des Trägers 1 ist ein mäanderför­ miger Temperaturfühler 2, hier ein Platin-Widerstandselement in Dünnfilmtechnik, angeordnet. Dieser Temperaturfühler 2 ist von einer dichten, elektrisch isolierenden Schicht 3 aus Al2O3 überdeckt. Auf der isolierenden Schicht 3 befindet sich ein elektrisch leitendes Gebilde 4 in Schichtform. Über dem Gebilde 4 ist ein offen-poröser Formkörper 5 aus einer Schaumkeramik angeordnet. Auf der anderen Seite des Trägers 1 ist ein mäanderförmiges Heizelement 6 ange­ ordnet. Der Rußsensor wird so in eine Gasführung eingebaut, dass das Heizelement 6 nicht mit dem Gasstrom in Kontakt steht.
Fig. 2 zeigt einen zur Verwendung in der Messanordnung geeigneten Rußsensor 11 im Quer­ schnitt mit einem Träger 1 aus Al2O3. Auf einer Seite des Trägers 1 ist ein mäanderförmiger Temperaturfühler 2, überdeckt von einer dichten, elektrisch isolierenden Schicht 3 aus Al2O3 angeordnet. Darauf befindet sich ein offen-poröser keramischer Formkörper 4, der auf seinen äußeren und inneren Oberflächen das leitende Gebilde 5 in Form einer metallischen Beschich­ tung trägt, ohne dass dabei die offene Porosität des Formkörpers verloren geht. Auf der ande­ ren Seite des Trägers 1 ist ein mäanderförmiges Heizelement 6 angeordnet. Der Rußsensor wird in eine Gasführung eingebaut, dass das Heizelement 6 nicht mit dem Gasstrom in Kontakt steht.
Fig. 3 zeigt einen Rußsensor 11 im Längsschnitt mit einem dichten Träger 1 aus Al2O3, welcher eine Wabenstruktur 7 in Richtung der Gasströmung aufweist. Auf einer Seite des Trägers 1 ist ein mäanderförmiger Temperaturfühler 2, von der Gasatmosphäre und vor Verunreinigungen geschützt, unter einer elektrisch isolierenden Schicht 3 aus Al2O3 angeordnet. Auf der Oberflä­ che der einzelnen Waben 7 befindet sich als leitendes Gebilde 4 eine metallische Schicht, die mit dem Temperaturfühler 2 und mit Massepotential elektrisch verbunden ist. Auf der anderen Seite des Trägers 1 ist ein mäanderförmiges Heizelement 6 angeordnet, das von einer weiteren elektrisch isolierenden Schicht 3a zum Schutz gegen Verunreinigungen bedeckt ist.
Fig. 4 zeigt den Rußsensor 11 aus Fig. 3 im Querschnitt mit dem Träger 1 und der Waben­ struktur 7, wobei das leitende Gebilde 4 die Oberfläche der Waben 7 bedeckt.
Fig. 5 zeigt einen Rußsensor 11 im Längsschnitt mit einem leitenden Gebilde 4 aus Metall, das eine Wabenstruktur 7 in Richtung der Gasströmung aufweist. Im Gebilde 4 ist ein Thermoele­ ment 2a, von der Gasatmosphäre und vor Verunreinigungen geschützt, in einer mineral­ isolierten Leitung mit einem einseitig geschlossenen Röhrchen 8a und einer mineralischen Pul­ verfüllung 8b angeordnet. Dabei ragt die Thermoelementspitze 2b des Thermoelementes 2a aus dem Röhrchen 8a und ist leitend mit den Gebilde 4 verbunden, um Temperaturänderungen möglichst schnell erfassen zu können. Auf der Außenseite des Gebildes 4 ist ein Heizelement 6 aufgewickelt, das von einer weiteren, hier nicht dargestellten, elektrisch isolierenden Schicht zum Schutz gegen Verunreinigungen bedeckt sein kann.
Fig. 6 zeigt den Rußsensor 11 aus Fig. 5 im Querschnitt mit dem leitenden Gebilde 4 und der Wabenstruktur 7.
Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung mit einer Abgasführung 9, durch welche ein Abgas mit Ruß-Partikeln 10 strömt. Es ist ein Rußsensor 11 mit einem elektrisch leitenden Gebilde vorgesehen, welches an den positiven Pol einer Spannungsquelle 12 angeschlossen ist, sowie ein elektrisch leitendes Gitter 13, welches an den negativen Pol der Spannungsquelle 12 angeschlossen ist. Sowohl der Rußsensor 11 als auch das Gitter 13 sind elektrisch isoliert von der Abgasführung angeordnet. Dies ist hier jedoch nicht gesondert dargestellt. Die Ruß- Partikel 10 durchströmen mit dem Abgas das Gitter 13 und nehmen negative elektrische La­ dung auf. Die negativ geladenen Ruß-Partikel 14 bewegen sich mit dem Abgas weiter in Rich­ tung des Rußsensors 11, der das nicht separat dargestellte positiv gegenüber dem Gitter (13) geladene Gebilde aufweist. Die geladenen Ruß-Partikel 14 werden von dem positiv gegenüber dem Gitter (13) geladenen Gebilde in Richtung des Rußsensors 11 gezogen, geben bei Kon­ takt ihre negative Ladung am Gebilde ab und bleiben am Rußsensor 11 haften.

Claims (24)

1. Messanordnung mit einem Rußsensor in einer Gasführung für Ruß-Partikel mitführende Gase, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (11) ein elektrisch leitendes Gebilde (4) mit einer elektrischen Ladung aufweist und dass im Gas stromaufwärts des Rußsen­ sors (11) eine Anordnung zur Erzeugung einer anderen elektrischen Ladung an den Ruß- Partikeln (14) vorgesehen ist.
2. Messanordnung mit einem Rußsensor in einer Gasführung für Ruß-Partikel mitführende Gase, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (11) ein elektrisch leitendes Gebilde (4) aufweist, welches auf Massepotential liegt, und dass im Gas stromaufwärts des Ruß­ sensors (11) eine Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Ladung an den Ruß- Partikeln (14) vorgesehen ist.
3. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (11) elektrisch isoliert von der Gasführung (9) angeordnet ist, dass ein Pol einer Spannungs­ quelle (12) mit dem Gebilde (4) verbunden ist und dass der andere Pol der Spannungs­ quelle (12) zumindest stromaufwärts des Rußsensors (11) mit der Gasführung (9) ver­ bunden ist.
4. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (11) elektrisch isoliert von der Gasführung (9) angeordnet ist, dass ein durchströmbares, elekt­ risch leitendes Gitter (13) stromaufwärts des Rußsensors (11) im Ruß-Partikel mitführen­ den Gas angeordnet ist, dass ein Pol einer Spannungsquelle (12) mit dem Gebilde (4) verbunden ist und dass der andere Pol der Spannungsquelle (12) mit dem Gitter (13) verbunden ist.
5. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das e­ lektrisch leitende Gebilde (4) zumindest teilweise aus einem Metall gebildet ist.
6. Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Gebilde (4) von dem Gas durchströmbar ist und/oder eine of­ fene Porosität aufweist.
7. Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Gebilde (4) als Schichtstruktur ausgebildet ist.
8. Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (11) neben dem Gebilde (4) mindestens ein elektrisches Heizele­ ment (6) und mindestens einen Temperaturfühler (2; 2a) aufweist.
9. Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (11) zusätzlich einen mindestens in Strömungsrichtung offen-porösen, elektrisch nicht leitenden Formkörper (5) aufweist, wobei das Gebilde (4) in Strömungs­ richtung vor, hinter oder neben dem Formkörper (5) angeordnet ist.
10. Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor (11) zusätzlich einen mindestens in Strömungsrichtung offen-porösen, elektrisch nicht leitenden Formkörper (5) aufweist, wobei dessen Oberflächen mindestens teilweise mit dem elektrisch leitenden Gebilde (4) belegt sind.
11. Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Gebilde (4) mindestens teilweise aus einem katalytisch aktiven Material gebildet ist.
12. Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (6) und der Temperaturfühler (2; 2a) direkt auf oder in dem Formkörper (5) angeordnet sind.
13. Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (6), der Temperaturfühler (2; 2a) und der Formkörper (5) und das Gebilde (4) auf einem Träger (1) angeordnet sind.
14. Verwendung der Messanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Er­ mittlung einer Partikel-Konzentration in strömenden, Partikel mitführenden Gasen.
15. Verfahren zur Ermittlung einer Ruß-Konzentration in strömenden, Ruß-Partikel mitführenden Gasen, wobei mindestens ein Teilstrom eines Ruß-Partikel mitführenden Gasstromes in ei­ ner Gasführung mindestens ein elektrisch leitendes Gebilde anströmt und/oder durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebilde (4) an einen Pol einer Spannungsquelle (12) angeschlossen wird und so mit einer positiven oder negativen Ladung beaufschlagt wird und dass stromaufwärts des Gebildes (4) der andere Pol der Spannungsquelle (12) ent­ weder an die vom Gebilde (4) elektrisch isolierte Gasführung (9) und/oder an ein vom Gebilde elektrisch isoliertes Gitter (13) angeschlossen wird und so die Ruß-Partikel (10) mit einer zur Ladung des Gebildes (4) gegensinnigen Ladung versehen werden, wobei die geladenen Ruß-Partikel (14), sobald sie in die Nähe des geladenen Gebildes (4) gelan­ gen, angezogen werden und an dem oder nahe dem geladenen Gebilde (4) haften bleiben.
16. Verfahren zur Ermittlung einer Ruß-Konzentration in strömenden, Ruß-Partikel mitführenden Gasen, wobei mindestens ein Teilstrom eines Ruß-Partikel mitführenden Gasstromes in ei­ ner Gasführung mindestens ein elektrisch leitendes Gebilde anströmt und/oder durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebilde (4) auf Massepotential gelegt wird und dass stromaufwärts des Gebildes (4) entweder an die vom Gebilde (4) elektrisch isolierte Gasführung (9) und/oder an ein vom Gebilde (9) elektrisch isoliertes Gitter (13) eine elektrische Ladung angelegt wird und so die Ruß-Partikel (10) mit einer zum Massepoten­ tial am Gebilde (4) anderen Ladung versehen werden, wobei die geladenen Ruß-Partikel (14), sobald sie in die Nähe des Gebildes (4) gelangen, angezogen werden und ihre La­ dung an dem oder nahe dem Gebilde (4) abgeben und haften bleiben.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebil­ de (4) durchströmbar und/oder mit einer offenen Porosität ausgebildet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gebil­ de (4) ein in Strömungsrichtung offen-poröser, elektrisch nicht leitender Formkörper (5) zugeordnet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebilde (4) in Strö­ mungsrichtung vor, hinter oder neben dem in Strömungsrichtung offen-porösen Formkörper (5) angeordnet wird.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Ruß-Partikeln belegte Gebilde (4) und/oder der Formkörper (5) in definierten zeitlichen Abständen mittels eines elektrischen Heizelementes (6) auf die Zündtemperatur des Rußes aufgeheizt wird und dass eine bei Verbrennung von Ruß-Partikeln auftretende Wärmeentwicklung als ein direktes Maß für eine Menge an Ruß-Partikeln (10) im Gas­ strom ausgewertet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Abstände fest gewählt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Abstände auf­ grund einer Auswertung von Betriebsdaten gewählt werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach Errei­ chen der Zündtemperatur des Rußes am Gebilde (4) und/oder am Formkörper (5) das elektrische Heizelement (6) mit einer gleichbleibenden Heizleistung betrieben wird, dass die durch die Verbrennung von Ruß-Partikeln auftretende Wärmeentwicklung mit dem Tem­ peraturfühler (2; 2a) gemessen wird, dass der Temperaturanstieg als direktes Maß für die verbrannte Menge an Ruß-Partikeln am Gebilde (4) und/oder am Formkörper (5) ausge­ wertet wird und dass daraus die Menge an Ruß-Partikeln (10) im Gasstrom bestimmt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach Errei­ chen der Zündtemperatur des Rußes am Gebilde (4) und/oder Formkörper (5) die Tem­ peratur des Gebildes (4) und/oder des Formkörpers (5) mittels Zurücknahme der Heiz­ leistung des elektrischen Heizelementes (6) weitgehend isotherm gehalten wird und die Heizleistung als direktes Maß für die verbrannte Menge an Ruß-Partikeln am Formkörper (5) ausgewertet wird und dass daraus die Menge an Ruß-Partikeln (10) im Gasstrom be­ stimmt wird.
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