DE8712497U1 - Exhaust device - Google Patents
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Description
Beschreibung 7*2489Description 7*2489
10.G§.198710.G§.1987
Die Neuerung bezieht sich auf ein Abgasrohr mit einem Meßfühler.The innovation relates to an exhaust pipe with a measuring sensor.
Aus der DE-30 45 112 C2 ist ein Abgassystem von Brennkraftmaschinen bekannt/ in dem ein Meßfühler angeordnet ist/ mit dem die Abgaszusammensetzung überwacht und eine Regelgüte hinsichtlich der Schadstoffemission erreicht werden soll. Das System ist so aufgebaut, daß ein Teil der Abgase aus dem Abgasrohr abgezweigt und dem Meßfühler zugeführt wird.From DE-30 45 112 C2 an exhaust system for internal combustion engines is known in which a sensor is arranged to monitor the exhaust gas composition and achieve a control quality with regard to pollutant emissions. The system is designed in such a way that part of the exhaust gases are diverted from the exhaust pipe and fed to the sensor.
Mit diesem System können nur Gäskomponenten aus den Abgasen gemessen werden. Bei den Dieselmotoren und Feuerungsanlagen ist oft der Durchsatz von Rußpartikeln im Abgas von Sedeutung. With this system, only gas components from the exhaust gases can be measured. In diesel engines and combustion systems, the throughput of soot particles in the exhaust gases is often of importance.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgassystem der eingangs genannten Art zu entwickeln t mit dem in fertigungstechnisch und meßtechnisch einfacher Weise der Partikeldurchsatz meßbar ist.The innovation is based on the task of developing an exhaust system of the type mentioned above with which the particle throughput can be measured in a simple manner in terms of production technology and measurement technology.
Die Aufgabe wird neuerungsgemäß mit dem in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.The object is achieved according to the invention with the features characterized in claim 1.
Bei der Verwendung eines Ultraschallgebers wird dieser direkt von den Partikeln aus den Abgasen beaufschlagt, wofür keine Abzweigung vom Abgas für den Meß Vorgang notwendig ist. Die Ablagerung von Partikeln auf einem Schwingungsplättchen des Ultraschallgebers verändert die Dicke des Schwingungsplättchens und damit die Resonanzfrequenz, so daß im umgekehrten Sinn durch Messung der Resonanzfrequenz bzw. deren Veränderung die abgeschiedene Partikelmasse bestimmt werden kann, wobei keine Eichung des Meßfühlers notwendig ist.When using an ultrasonic sensor, it is directly exposed to the particles from the exhaust gases, which means that no branching off from the exhaust gas is necessary for the measuring process. The deposition of particles on an oscillating plate of the ultrasonic sensor changes the thickness of the oscillating plate and thus the resonance frequency, so that in the opposite sense the separated particle mass can be determined by measuring the resonance frequency or its change, whereby no calibration of the sensor is necessary.
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Mit dem Schallgeber wird nämlich der Zuwachs der Pärtikelschicht auf der Schwingplatte gemessen.The sound generator measures the growth of the particle layer on the vibrating plate.
Der ültraschallgeber ist vorzugsweise im Abgasrohr so angeordnet , daß die strömenden Abgase die sich ablagernden Partikel nicht wieder mitreissen* Dieses kann in der Weise geschehen/ daß die Schwingplatte entweder durch geeignete Orientierung im Abgasstrom oder durch deren Anordnung in beruhigten Stromzonen bestimmt wird, wie in beispielsweise sich erweiterten Abgaskanalstellen. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Ultraschallgeber in einem Nebenkanal anzuordnen. Das ergibt sich jedoch bei dem jeweiligen Anwendungsfall mit der Möglichkeit, ob eine Erweiterung, ein Nebenkanäl oder dergleichen am Abgasrohr vorgesehen Werden kann.The ultrasonic generator is preferably arranged in the exhaust pipe in such a way that the flowing exhaust gases do not carry away the deposited particles. This can be done by determining the vibrating plate either by suitable orientation in the exhaust gas flow or by arranging it in calmer flow zones, such as in expanded exhaust ducts. It is of course also possible to arrange the ultrasonic generator in a secondary duct. However, this depends on the specific application and the possibility of whether an extension, secondary duct or the like can be provided on the exhaust pipe.
Dem Ultraschallgeber ist vorzugsweise eine veränderbare Spannungsquelle zugeordnet. Damit kann von Zeit zu Zeit öder bei Bedarf die Anregüngsspannung und damit die Schwingungsamplitude erhöht werden, so daß die Partikelschicht in Verbindung mit vorhandenem Abgässtrom von der Schwingplatte gelöst und entfernt wird.The ultrasonic generator is preferably assigned a variable voltage source. This allows the excitation voltage and thus the oscillation amplitude to be increased from time to time or when required, so that the particle layer is released and removed from the oscillating plate in conjunction with the existing exhaust gas flow.
Wenn der Ultraschallgeber in einem Nebenkanal angeordnet ist, kann die Reinigung der Schwingplatte mittels einer einstellbaren Drösseistelle erfolgen t indem die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Nebenkanal durch öffnen der Drosselstelle erhöht wird„If the ultrasonic transmitter is arranged in a secondary channel, the cleaning of the vibrating plate can be carried out by means of an adjustable throttle point - by increasing the flow velocity of the exhaust gas in the secondary channel by opening the throttle point.
Bei abnehmbaren Meßfühlern wird die Reinigung durch einfaches Abwischen der Partikelschicht erfolgen.For removable sensors, cleaning is done by simply wiping off the particle layer.
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Als Meßfühler kann ein einfacher und kostengünstiger piezoelektrischer Ultraschallgeber verwendet werden/ bei dem eine ßehwingmembtfane, beispielsweise aus Edelstahl/ mit einem Piezoelement verbunden ist und das Piezoelement zwischen der Membran und eitler Abschlußkappe eingekapselt ist und damit nicht störanfällig ist*A simple and inexpensive piezoelectric ultrasonic transducer can be used as a sensor/ in which a vibrating membrane, for example made of stainless steel/ is connected to a piezo element and the piezo element is encapsulated between the membrane and the end cap and is therefore not susceptible to interference*
Zur Kompensation von Frequenzanderungen aufgrund von Temperaturschwankungen können zwei baugleiche Ultraschall" geber verwendet werden t Von denen einer vom Abgas beauf-Schlagt, der andere als Referenzschwinger vor dem Abgas geschützt angebracht wird.To compensate for frequency changes due to temperature fluctuations, two identical ultrasonic sensors can be used . One of them is exposed to the exhaust gas, the other is installed as a reference transducer protected from the exhaust gas.
Mit dem Ultraschallgeber kann gleichzeitig die Information über die Abgastemperatur und über den MassendurchfluB, wenn der ültraschallgeber im Abgaskanal so angeordnet ist, daß die voti ihm emittierte Schallwelle den Abgasstrom durchläuft, die Laufzeit dieses Schallsignales ermittelt werden.The ultrasonic sensor can simultaneously provide information about the exhaust gas temperature and the mass flow rate; if the ultrasonic sensor is positioned in the exhaust gas duct so that the sound wave emitted by it passes through the exhaust gas flow, the transit time of this sound signal can be determined.
Die Neuerung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben.The innovation is described in more detail using the drawing below.
B'ig« 1 zeigt ein Abgassystem 10 mit verschiedenen Möglichkeiten der Anordnung eines Ultraschallgebers. Vom Abgassystem 10 ist in Fig. 1 nur ein Abschnitt eines Abgasfobres 11 gezeigt, durch den die Gase 12 durchströmen. In der Fig. 1 oben links ist ein erstes Anordnungsbeispiel gezeigt/ bei dem ein Ültraschallgeber 13 mit einer Schwingplatte 14 an der Abgasrohrwandung derart angeordnet ist, daß die Schwingplatte 14 im inneren des Abgasrohres 11 zu liegen kommt und von einer Hülse 15 umrahmt ist, die an der innerenFig. 1 shows an exhaust system 10 with various possibilities for arranging an ultrasonic generator. Fig. 1 only shows a section of an exhaust pipe 11 of the exhaust system 10 through which the gases 12 flow. In Fig. 1, top left, a first arrangement example is shown in which an ultrasonic generator 13 with an oscillating plate 14 is arranged on the exhaust pipe wall in such a way that the oscillating plate 14 comes to lie inside the exhaust pipe 11 and is surrounded by a sleeve 15 which is attached to the inner
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Abgasrohrwandung befestigt ist. Die Abgase 12 gelangen adf diese Weise wirbelartig in die Hülse 15 und damit an die Sahwingplatte 14, worauf sich Rvißpartikel au§ den Abgasen 12 ablagern können* Der Hauptstrom jedoch streift mit seiner höheren Geschwindigkeit außerhalb der Hülse IS vorbei, so daß die abgelagerten Partikel nicht wieder vom Abgas mitgerissen werden können*Exhaust pipe wall is attached. The exhaust gases 12 thus enter the sleeve 15 in a vortex-like manner and thus reach the sawing plate 14, whereupon particles from the exhaust gases 12 can be deposited* The main flow, however, passes outside the sleeve IS at a higher speed, so that the deposited particles cannot be carried away by the exhaust gas again*
In Fig. 1 oben rechts ist eine zweite Art einer möglichen Anordnung des Meßfühlers 17 gezeigt. In diesem Fall ist der Ultraschallgeber 17 in einer Aufwertung 18 der Abgasleitung 11 angeordnet.In Fig. 1, top right, a second type of possible arrangement of the sensor 17 is shown. In this case, the ultrasonic generator 17 is arranged in an upgrade 18 of the exhaust pipe 11.
In den beiden in der oberen Hälfte der Fig. 1 gezeigten Beispielen ist die Schwingplatte 14 bzw. 19 jeweils parallel zur Strömung des Abgases 12 gerichtet. Je nach Strömungsverhältnis wird auch die direkte Anordnung einesIn the two examples shown in the upper half of Fig. 1, the vibrating plate 14 or 19 is directed parallel to the flow of the exhaust gas 12. Depending on the flow ratio, the direct arrangement of a
f| Ultraschallgebers 20 (wie in Fig. unten rechts gezeigt) ] innerhalb des Abgasrohres 11 möglich sein, bei dem die ·' Schwingplatte 21 senkrecht zur Strömungsrichtung gerichtet ist und sich in der stromabliegenden Seite des Ultraschallgebers 20 befindet.f| ultrasonic transducer 20 (as shown in Fig. bottom right) ] within the exhaust pipe 11 may be possible, in which the ·' vibrating plate 21 is directed perpendicular to the flow direction and is located on the downstream side of the ultrasonic transducer 20.
Wesentlich bei der Wahl der Lage des TTltraschallgebers ist, ; daß die Schwingplatte vom Gas mit einer möglichst geringen Geschwindigkeit umströmt wird. Rußpartikel können sich nämlich bis zu einer gewissen Schichtdicke auf der Schwingplatte festsetzen, wenn die Gasgeschwindigkeit, in der die Partikel enthalten sind, 4 m/s nicht übersteigt. Bei ungünstiger* Strömungsverhältnissen wird man auch eine Lösung anstreben können, wie sie in Fig. 1, unten links, gezeigt ist.When choosing the position of the TT ultrasound generator, it is important that the gas flows around the vibrating plate at the lowest possible speed. Soot particles can settle on the vibrating plate up to a certain layer thickness if the gas velocity in which the particles are contained does not exceed 4 m/s. In the case of unfavourable* flow conditions, a solution such as that shown in Fig. 1, bottom left, can also be sought.
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Hier wird über einen Abzweigkanal 23 mittels einer Drosselstelle 24 eine geregelte Menge des Abgases 12 zur Beaufschlagung der Schwingplatte 25 eines in dem Seitenkanal 23 angeordneten ültraschallgebers 26 durchgeführt. Dabei kann die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Seitenkanals 23 so eingestellt werden/ daß eine gute Ablagerung der im Gas enthaltenen Partikel auf der Schwingplatte 25 möglich ist. Diese Ausführung hat allerdings den Vorteil, daß mittels der Drosselstelle 24 bei Bedarf auch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit herbeigeführt werden kann, mit der eine dickere Partikelschicht von der Schwingplatte 25 wieder abgeblasen werden kann. Dieser Effekt erfolgt ca. bei einer Gasgeschwindigkeit von 10 m/s. Um eine Strömung im Seitenkanal 23 sicherzustellen, sind viele Maßnahmen möglich, so kann beispielsweise an der Mündung des rückströmseitigen Endes 27 des Seitenkanals 23 im Abgasrohr 11 eine venturiartige Verengung 28 vorgesehen werden.Here, a controlled amount of exhaust gas 12 is passed through a branch channel 23 by means of a throttle point 24 to act on the vibrating plate 25 of an ultrasound generator 26 arranged in the side channel 23. The flow speed within the side channel 23 can be set so that the particles contained in the gas can be deposited well on the vibrating plate 25. However, this design has the advantage that, if required, a high flow speed can also be achieved by means of the throttle point 24, with which a thicker layer of particles can be blown off the vibrating plate 25. This effect occurs at a gas speed of approximately 10 m/s. Many measures are possible to ensure flow in the side channel 23, for example, a venturi-like constriction 28 can be provided at the mouth of the return flow end 27 of the side channel 23 in the exhaust pipe 11.
Wenn kein Seitenkanal 23 vorgesehen ist und der Ultraschallgeber nicht demontierbar im Abgassystem 10 angeordnet ist, kann zur Reinigung der Schwingplatte diese mit einer Schwingung mit wesentlich höheren Amplituden beaufschlagt werden, so daß die abgelagerte Partikel- bzw. Rußschicht abplättert und vom Äbgasstrom 12 mitgerissen wird. In diesem Fall wird dem Ultraschallgeber 13 ein Oszillator 30 mit veränderbarer Anregungsamplitude zugeordnet.If no side channel 23 is provided and the ultrasonic generator is arranged in the exhaust system 10 in a way that cannot be removed, the vibrating plate can be subjected to vibration with significantly higher amplitudes in order to clean it, so that the deposited particle or soot layer flattens off and is carried along by the exhaust gas flow 12. In this case, an oscillator 30 with a variable excitation amplitude is assigned to the ultrasonic generator 13.
In Fig. 2 ist ein Beispiel eines Ültraschallgebers 30 näher dargestellt. Der Ultraschallgeber 30 besteht aus einer topfförmig gebogenen Schwingplatte 31, die mittels eines eläätiächaii Ringes" 33 mit einem Gestell 34 Verbunden ist. Die Schwingpläfcfce 31 bildet einen Resonator» dessen ResonanzAn example of an ultrasonic generator 30 is shown in more detail in Fig. 2. The ultrasonic generator 30 consists of a pot-shaped curved vibrating plate 31, which is connected to a frame 34 by means of an elastic ring 33. The vibrating plate 31 forms a resonator, the resonance of which
ut » » ut » »
f «II« «I»f «II» «I»
i ··
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frequenz u. a. von der Dicke der Schwingplatte 31 abhängt. Zur Anregung der Eigenschwingung des ültraschallgebers 30 ist ein Piezoelement 35 vorgesehen, das an der Innenseite mit der Schwingplatte 31 verbunden ist. Ferner ist eine Spannungsversorgung 36 vorgesehen, deren Zuleitungen 37 für das Piezoelement 35 durch den Träger 34 geführt sind. Ferner ist ein Abnahmeelement 38 ebenfalls durch den Träger 34 geführt, mit dem die Frequenz des freischwingenden Systems 30 gemessen wird.frequency depends, among other things, on the thickness of the vibrating plate 31. To excite the natural vibration of the ultrasound generator 30, a piezo element 35 is provided, which is connected to the inside of the vibrating plate 31. A voltage supply 36 is also provided, the supply lines 37 for the piezo element 35 being guided through the carrier 34. A pickup element 38 is also guided through the carrier 34, with which the frequency of the freely vibrating system 30 is measured.
Bei einer gegebenen Anregungsspannung am Piezoelement wird sich die Schv/ingungsf requenz des Ultraschallgebers 30 mit einer Ablagerung 39, die die Dicke des Schwingungselementes 31, 39 erhöht, verändern. Mit der gemessenen Schwingungsänderung kann Rückschluß auf die Dicke der abgelagerten Schicht 29 und damit auch die abgelagerte Masse der Partikel bzw. des Rußes gezogen werden. Bei dieser Messung ist es nicht notwendig von einem sauberen Schwingungsplättchen 31 auszugehen, denn über die Frequenzänderung läßt sich eine Massenänderung bzw. Dickenänderung bestimmen. Wird also eine neue Messung begonnen, bei der die Schwingplatte 31 bereits mit einer Rußschicht 39 belegt ist, so wird die Frequenz mit der Schicht 39 als Ausgangsmaß ge^ertet und die Abnahme der Resonanzfrequenz ab diesem Richtwert zur Bestimmung einer neuen Schicht 40 gemessen.For a given excitation voltage on the piezo element, the oscillation frequency of the ultrasonic transducer 30 will change with a deposit 39 that increases the thickness of the oscillation element 31, 39. The measured oscillation change can be used to draw conclusions about the thickness of the deposited layer 29 and thus also the deposited mass of the particles or soot. For this measurement, it is not necessary to assume a clean oscillation plate 31, because a change in mass or thickness can be determined via the change in frequency. If a new measurement is therefore started in which the oscillation plate 31 is already covered with a layer of soot 39, the frequency is measured with the layer 39 as the starting value and the decrease in the resonance frequency from this reference value is measured to determine a new layer 40.
Als Schallgeber können auch andere bekannte Dickenschwinger verwendet werden. Bei den Ultraschallgebern wird gleichzeitig eine Schallwelle abgestrahlt, die zu weiteren Messungen, wie Abgastempertür, Maösendürchfluß usw. verwendet werden kann, wenn der Ültraschallgeber entsprechend im Abgassystem 10 angeordnet ist«Other known thickness oscillators can also be used as sound generators. With ultrasonic generators, a sound wave is emitted at the same time, which can be used for further measurements, such as exhaust gas temperature, mass flow, etc., if the ultrasonic generator is arranged accordingly in the exhaust system 10.
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Für die Bestimmung der Frequenzänderung werden die in der Freqaenzmeßtechnik üblichen Meßmethoden verwendet.To determine the frequency change, the usual measuring methods in frequency measurement technology are used.
Claims (7)
6. Abgas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei baugleiche Ultraschallgeber (13) verwendet werden, von denen nur einer vom Abgas beaufschlagt wird. previous
6. Exhaust gas according to one of the preceding claims, characterized in that two identical ultrasonic sensors (13) are used, only one of which is acted upon by the exhaust gas.
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DE8712497U DE8712497U1 (en) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | Exhaust device |
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DE (1) | DE8712497U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0381855A2 (en) * | 1989-02-07 | 1990-08-16 | Robert Bosch Gmbh | Misfire detection device |
-
1987
- 1987-09-16 DE DE8712497U patent/DE8712497U1/en not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0381855A2 (en) * | 1989-02-07 | 1990-08-16 | Robert Bosch Gmbh | Misfire detection device |
EP0381855A3 (en) * | 1989-02-07 | 1990-11-28 | Robert Bosch Gmbh | Misfire detection device |
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