DD219587A1

DD219587A1 - Verfahren zur abgasueberwachung

Info

Publication number: DD219587A1
Application number: DD25719083A
Authority: DD
Inventors: Peter Schulz
Original assignee: Smab Forsch Entw Rat
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1985-03-06

Abstract

Verfahren zur Abgasueberwachung, insbesondere an Dieselmotoren, zur Beurteilung des Betriebszustandes aufgrund der Abgastruebung, wobei eine kontinuierliche Betriebsueberwachung des Aggregates und Messungen auf dem Pruefstand sowie Mikrorechnerkompatibilitaet moeglich sind. Die Messeinrichtung hat solchen Temperatur- und Schwingungsbelastungen standzuhalten, dass sie sowohl an der Sammelleitung der Abgasanlage als auch an den einzelnen Zylindern zu messen gestattet. Erfindungsgemaess wird das Abgas ueber einen beheizten Isolator geleitet und der Widerstand des sich kurzzeitig ablagernden Russes zur Messung genutzt. Die Vereinigung von Heiz- und Messkreis gestattet es, mit einem einfach aufgebauten Messelement auszukommen, dessen Herstellung mit den fuer Zuendkerzen verwendeten technologischen Verfahren moeglich ist. Auf dieser Basis lassen sich elektronische Messeinrichtungen schaffen fuer - die Motordiagnose zwecks Material- und Arbeitszeiteinsparungen bei der Instandhaltung,-die Treibstoffeinsparung durch Gewaehrleistung einer energieoptimalen Betriebsweise sowie-den Umweltschutz durch Verhinderung einer kritischen Betriebsweise.

Description

Verfahren zur Abgasüberwachung . Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasübertragung, insbesondere an Dieselmotoren, zur Beurteilung des . Betriebszustandes aufgrund der Abgastrübung für die Zwecke der Diagnose, der Energieökonomie sowie des Umweltschutzes, geeignet für den Aggregat- als auch Prüfstandseinsatz einschließlich Mikrorechnerkompatibilität.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, die Abgastrübung mit Hilfe optischer Meßverfahren zu ermitteln. Um die aus dem, optischen Grundprinzip resultierenden Nachteile/wie Temperaturempfindlichkeit des optischen Empfängers, Schwingujigsempfindlichkeit sowie Verschmutzungsempfindlichkeit mit dem daraus resultierenden Einstell- und Wartungsaufwand, zu umgehen, ist für die Betriebsüberwachtung auch bekannt, die wesentlich einfacher meßbare Abgastemperatur anstelle der Trübung zu verwenden.

Das Verfahren bietet keine befriedigende Lösung, da der Zusammenhang zwischen Trübung und temperatur gerade im Falle

der festzustellenden Störung des Motcrbetriebes mehrdeutig ist. ,

Es ist auch bekannt, die Einspritzpumpen von Dieselmotoren aufgrund von Kohlenmonoxidmessungen einzustellen. Der Machteil besteht in der nicht eindeutigen Beziehung zwischen Kohlenmonoxid-und Rußgehalt.

Weiterhin ist bekannt, eine Komponente eines Gemisches dadurch zu ermitteln, daß sie von einer molekularen leitenden Schicht absorbiert und über ihren Einfluß auf den elektrischen Widerstand dieser Schicht nachgewiesen wird (DE 2154391, DE 2219718), Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die molekulare leitende Schicht bei Einsatz in der Nähe des Auslaßventils infolge der dort herrschenden Temperaturen zerstört und bei Einsatz im Bereich geringerer Temperaturen durch Rußablagerungen unwirksam wird.

Ferner ist bekannt, die im Falle von Nichtgleichgewichtszuständen durch die unverbrannten Abgasbestandteile an einer zur Bestimmung des Sauerstoffgehaites hinter dem Auslaßventil eines Dieselmotors angebrachten Grenzstromsonde verursachten

Störungen zur Betriebsüberwachung zu nutzen (DE 3127038). -

Nachteilig sind die kostenaufwendige Festelektrolytsonde sowie die Auswerteinrichtung. Letzteres resultiert aus der Tatsache, daß die Information lediglich als Signalstörung vorliegt und durch Filtern gewonnen werden muß. Ferner besteht, insbesondere beim Betrieb des Motores im Teillastbereich, die Gefahr einer erheblichen Beeinträchtigung der Funktion durch Rußablagerung.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Wirkung des Rußes einschließlich seiner Anlagerungen auf den elektrischen Widerstand zwischen zwei voneinander isolierten Elektroden, die an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, als Meßgröße zu nutzen.

Dabei bilden Isolationsmaterial und Elektroden eine konstruktive Einheit, die vorzugsweise durch eine Schraubverbindung in die Abgasanlage eingeführt wird. Die Nachteile dieser Lösung resultieren aus der Verwendung eines hochohmigen Sensors.

Letzterer erfordert Anzeige- bzw. Signalverarbeitungseinrichtungen mit hohem Eingangswiderstand, wodurch eine erhebliche Störempfindlichkeit besteht.

Zum anderen begrenzen Rußablagerungen auf dem Isolationsmaterial, die insbesondere beim Betrieb des Motors im Teillastbereich wegen der geringen Abgastemperatur auftreten, den Temperatureinsatzbereich des Verfahrens.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein elektrisches Meßverfahren zur Abgasüberwachung zu schaffen/welches eine kontinuierliche Betriebsüberwachung des Aggregates sowie Messungen auf dem Prüfstand ermöglicht, wobei die Herstellungskosten für deren Wartung reduziert sowie infolge verbesserter Diagnose Material-, Arbeitszeit- und Treibstoffeinsparungen sowie eine Verringerung der Umweltbelastung erzielt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beurteilung des Betriebszustandes von Dieselmotoren mit Hilfe der Abgastrübung zu entwickeln, wobei unter Nutzung des Prinzips der Messung des Widerstandes der trübungsverursachenden Bestandteile die Störspannungs- und Verschmutzungsempfindlichkeit reduziert und damit verbesserte Voraussetzungen für die kontinuierliche Betriebsüberwachung am Aggregat und für Messungen auf dem Prüfstand geschaffen werden.. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein beheizter Isolator im Abgasstrom angeordnet und der Widerstand des sich infolge Selbstreinigung kurzzeitig ablagernden Rußes einschließlich seiner Anlagerungen durch Zusammenschalten des Isolators mit einer Spannungsquelle und einem Arbeitswiderstand zu einer Reihenschaltung als Strom in dieser Reihenschaltung bzw. als Spannung über dem Arbeitswiderstand abgebildet wird. Zur Erwärmung des Isolators dient neben

der Abgaswärme die Erwärmung infolge des elektrischen Stromes durch die Reihenschaltung aus Isolator mit Rußablagerung, Spannungsquelle und Arbeitswiderstand, so daß die Reihenschaltung den gemeinsamen Meß- und Heizkreis bildet.

Der Isolator ist als rotationssymmetrischer Keramikkörper mit einer Mitte'lektrode ausgeführt und ragt in axialer Richtung aus einem leitfähigen Gehäuse, welches ein Gewinde zum Einschrauben in die Abgasanlage trägt. Das Gehäuse Stellt gleichzeitig einen elektrischen Anschluß dar, der zusammen mit der Mittelelektrode die Einschaltung des Isolators in den gemeinsamen Meß- und Heizkreis gestattet. Die Spannungsquelle des gemeinsamen Meß- und Heizkreises befindet sich schaltungstechnisch zwischen dem Arbeitswiderstand sowie der Mittelelektrode des Isolators. Der durch das Gehäuse des Isolators zusammen mit der Abgasanlage und damit auch mit dem Motor gebildete elektrische Bezugspunkt dient als Masseanschluß für die nachfolgende Anzeige-und Signalverarbeitungseinrichtung.

Das Verfahren funktioniert in der Weise, daß ein Anstieg der Rußablagerung auf dem Isolator über die Widerstandsänderung der Rußschicht und den elektrischen Strom im gemeinsamen Meß- und Heizkreis zu einem Spannungsanstieg am Arbeitswiderstand führt. Durch die Wärmewifkung des bei steigender Rußablagerung gleichzeitig steigenden elektrischen Stromes durch die Rußschicht erhöht sich die Selbstreinigung des Isolators, wodurch die verursachende Rußablagerung beseitigt wird. Dieser gegenläufige Vorgang erfolgt bei ausreichender Spannung so schnell, daß sich der Ruß nur kurzzeitig ablagern kann. Damit besitzt die Meßeinrichtung eine ausreichende Dynamik, um auf die Veränderungen des Rußgehaltes im Abgas schnell genug reagieren zu können.

Als Meßsignal steht am Arbeitswiderstand eine Folge von Impulsen zur Verfügung, deren Frequenz, Dauer und Amplitude mit wachsendem Rußgehalt des Abgases steigen. Die Impulse besitzen einen relativ steiien Anstieg, fallen jedoch, bedingt durch

die Trägheit des Selbstreinigungsprozesses, verzögert ab. ,

Für die Realisierung des Verfahrens ist es prinzipiell gleichgültig, ob die Spannungsquelle eine Gleich- öder Wechselspannung liefert. Die Höhe der Spannung bestimmt die Geschwindigkeit der Selbstreinigung und damit die Wirksamkeit des Verfahrens.

Die gleiche Bedeutung besitzt die Meßstellentemperatur.

Das Verfahren eignet sich besonders bei Einbau des Isolators unmittelbar nach dem Auslaßventil, also zur Überwachung der einzelnen Zylinder, da in dem Fall eine minimale elektrische Heizung und daher geringe Spannung ausreichen.

Vorteilhafterweise erlaubt die vorgeschlagene Lösung infolge der relativ niederohmigen Rußablagerung auf dem Isolator und des daraus resultierenden geringen Wärmebedarfs zur Funktionstüchtigkeit auch den Teillastbetrieb sowie die Anlaufphase des Motors zu überwachen.

Die Vereinigung von Meß- und Heizkreis sowie Verwendung eines gemeinsamen elektrischen Bezugspunktes, der durch das Gehäuse des Isolators, die Abgasanlage und den Motor gebildet wird, gestattet eine Anschlußtechnik für den Isolator, welche eine einfache Herstellung desselben zuläßt.

Die Anwendung des gemeinsamen Bezugspunktes bewirkt ferner eine geringe Störspannungsempfindlichkeit. Sie läßt sich weiterhin dadurch reduzieren, daß der Arbeitswiderstand bei Sicherung eines ausreichenden Meßsignals möglichst klein gewählt wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Figur 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Isolator 4 ist als rotationssymmetrischer Keramikkörper mit einer Mitteielektrode 5 ausgeführt und ragt in axialer Richtung aus dem leitfähigen Gehäuse 3. Letzteres verfügt über ein Gewinde zum Einschrauben in die Abgasanlage 2, wodurch der Isolator 4 dem Abgasstrom 1 ausgesetzt wird. Durch das Einschrauben entsteht gleichzeitig der elektrische Kontakt mit der Abgasanlage 2 und dem Arbeitswiderstand 7. Das Gehäuse des Isolators 4, die Abgasanlage 2 und damit auch der Motor bilden den elektrischen Bezugspunkt.10. Als Spannungsquelle im gemeinsamen Meß- und Heizkreis ist die Sekundärwicklung des netzspannungsgespeisten Transformators 6 schaltungstechnisch zwischen der Mittelelektrode 5 und dem , Arbeitswiderstand 7 angeordnet. Das Drehspulinstrument 8 sowie der Oszillograf 9 sind parallel zum Arbeitswiderstand 7 gegen den Bezugspunkt 10 geschaltet. Wachsende Rußkonzentration im Abgasstrom 1 läßt die Rußablagerung auf dem Isolator 4 zunächst ansteigen. Dadurch vergrößern sich der elektrische Strom durch die Rußschicht sowie die Spannung über dem Arbeitswiderstand 7. Der vergrößerte Strom wirkt über die von ihm verursachte Verstärkung der Selbstreinigung des Isolators 4 seiner Vergrößerung entgegen und klingt verzögert ab. ' '

Mit Hilfe des Oszillografen 9 ist am Arbeitswiderstand 7 eine Impulsfolge beobachtbar,¹ deren Frequenz, Dauer und Amplitude sich mit steigender Rußkonzentration des Abgases vergrößern. Das Drehspulinstrument 8 bewirkt durch seine Trägheit eine kurzzeitige Speicherung des Meßsignals und ermöglicht damit eine wertmäßige Anzeige. '.

Claims

cmnaungsansprucne:

1v Verfahren zur Abgasüberwachung zwecks Beurteilung des Betriebszustandes aufgrund der Abgastrübung unter Nutzung des Prinzips der Messung des Widerstandes dertrübungsverursachenden Bestandteile, gekennzeichnet dadurch, daß ein beheizter Isolator im Abgastrom angeordnet und der Widerstand des sich infolge Selbstreinigung kurzzeitig ablagernden Rußes einschließlich seiner Anlagerungen durch Zusammenschalten des Isolators mit einer Spannungsquelle und einem Arbeitswiderstand zu einer Reihenschaltung als Strom in dieser Reihenschaltung bzw. als Spannung über dem Arbeitswiderstand als Meßsignal zur Bestimmung der Abqasprüfung genutzt wird.
2. Verfahren nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß der durch die Reihenschaltung von Isolator, Spannungsquelle und Arbeitswiderstand gebildete Meßkreis gleichzeitig als Heizkreis zur Strombeaufschlagung der Rußablagerung dient.
3., Verfahren nach Pkt. 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Isolator als rotationssymmetrischer Keramikkörper mit einer Mittelelektrode ausgeführt ist, welcher in axialer Richtung aus einem leitfähigen Gehäuse mit einem Gewinde zum Einschrauben in die Abgasanlage herausragt, wobei das Gehäuse gleichzeitig einen elektrischen Anschluß darstellt, der zusammen mit der Mitteleiektrode die Einschaltung des Isolators in den gemeinsamen Meß- und Heizkreis gestattet.
4. Verfahren nach Pkt. 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß die Spannungsquelle im gemeinsamen Meß- und Heizkreis zwischen dem Arbeitswiderstand sowie der Mittelelektrode des Isolators angeordnet ist und der durch das Gehäuse des Isolators zusammen mit der Abgasanlage und damit auch mit dem Motor gebildete elektrische Bezugspunkt als Masseanschluß für die nachfolgende Anzeige-und Signalverarbeitüngseinrichtung dient

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