DE19536705A1

DE19536705A1 - Method for measuring particles in gas flow e.g. vehicle exhaust

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Publication number: DE19536705A1
Application number: DE19536705A
Authority: DE
Inventors: Guenther Prof Dr Ing Hauser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-30
Filing date: 1995-09-30
Publication date: 1997-04-03

Abstract

The method generates an electrical field between a hollow electrode (7,12), through which the gas flows, and an internal electrode (9,6) within the hollow electrode by the application of a constant d.c. voltage. The charging current required for maintaining a constant voltage between the electrodes is measured. The d.c. voltage required can be 2 to 3 kV and the charging current can be measured using a high value series resistance (8) in the current circuit as a shunt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung der in einem Gasstrom enthaltenen, elektrisch leitenden und/oder geladenen Partikel, insbesondere der Rußpartikel in einem Abgas strom.The invention relates to a method and a device for quantitative Determination of the electrically conductive and / or contained in a gas stream charged particles, especially the soot particles in an exhaust gas electricity.

Die elektrischen Ladungsträger bzw. elektrisch leitenden Partikel können Bestandteile des Gasstroms sein oder aber zu Markierungszwecken dem Gasstrom in vorgegebener Menge beigefügt werden, beispielsweise um den Volumenstrom oder die Strömungsgeschwindigkeit zu messen. Die Partikel können u. a. von Metallstäuben oder in dem Gasstrom erzeugten Ionen gebildet werden. Der bevorzugte Anwendungsfall für die Erfindung ist jedoch die quantitative Messung von Rußpartikeln in einem Abgasstrom, insbesondere dem Abgasstrom eines Dieselmotors.The electrical charge carriers or electrically conductive particles can Be components of the gas stream or for marking purposes Gas flow can be added in a predetermined amount, for example around the To measure volume flow or flow velocity. The particles can u. a. from metal dusts or ions generated in the gas stream be formed. The preferred application for the invention is however the quantitative measurement of soot particles in an exhaust gas stream, especially the exhaust gas flow of a diesel engine.

Zur Bestimmung der Rußpartikel in einem Abgasstrom sind zur Zeit mehre re Verfahren bekannt. Weit verbreitet ist ein an Motorenprüfständen durch geführtes Meßverfahren, bei dem eine bestimmte Menge des Abgasstroms durch ein Filterpapier geleitet und die Schwärzung des Papiers mit einem Fotosensor bestimmt wird. Dieses Verfahren ist sehr zeitintensiv (etwa 1 Minute für eine Messung) und aufgrund der aufwendigen und empfindlichen Geräte nur für den Laboreinsatz geeignet.There are currently several for determining the soot particles in an exhaust gas stream re known process. An engine test bench is widely used guided measurement method in which a certain amount of exhaust gas flow passed through a filter paper and the blackening of the paper with a Photo sensor is determined. This process is very time-consuming (about 1 Minute for a measurement) and due to the complex and sensitive Devices only suitable for laboratory use.

Weiterhin werden zur Zeit andere optische Meßverfahren zur Messung der Trübung des Abgasstroms getestet. Alle diese Verfahren benötigen eine recht aufwendige Meßapparatur und sind gegen Verschmutzungen der optischen Einrichtungen durch Rußablagerungen sehr empfindlich. Aus diesem Grund ist der praktische Einsatz dieser Rußmeßverfahren an Diesel motoren in Serienfahrzeugen zur Zeit noch nicht möglich.Furthermore, other optical measuring methods for measuring the Turbidity of the exhaust gas flow tested. All of these procedures require one quite complex measuring equipment and are against contamination of the optical equipment very sensitive due to soot deposits. Out for this reason the practical use of these soot measuring methods on diesel engines in series vehicles are not yet possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren und eine Meßvorrichtung zu schaffen, die ohne nennenswerte zeitliche Verzögerung mit einfachen und unempfindlichen Mitteln einen zuverlässigen Meßwert zur Verfügung stellen, der die Menge der in einem beliebigen Gasstrom enthaltenen elek trisch leitenden und/oder geladenen Partikel repräsentiert. Eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren und eine Meßvor richtung zu schaffen, welche zur Rußmessung an Dieselmotoren von Serien fahrzeugen eingesetzt werden können.The object of the invention is a measuring method and a measuring device to create that with no significant time lag with simple and insensitive means a reliable measured value set the amount of elec. contained in any gas stream trically conductive and / or charged particles. Another important object of the invention is a measuring method and a Meßvor to create direction, which for soot measurement on diesel engines of series vehicles can be used.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die fol genden Schritte gelöst:This object is achieved by the fol following steps:

a) Generating an electric field between one of the gas current flowing through the jacket electrode and an inner elec trode within the jacket electrode by applying a constant DC electrical voltage;
b) Measuring the charging current to maintain the constant DC voltage between the jacket electrode and the internal electrical system de.

Sobald das elektrische Feld von einem Gasstrom mit elektrisch leitenden oder geladenen Partikeln durchströmt wird, erfolgt eine Störung des elek trischen Feldes, welche die elektrische Feldstärke und die Spannung zwi schen beiden Elektroden beeinflußt. Da diese Spannung durch eine geeigne te Regelvorrichtung konstant gehalten wird, muß ein Ladestrom zwischen den Elektroden und der Spannungsquelle fließen. Dieser Strom repräsentiert die Menge der im Gasstrom enthaltenen Partikel und kann mit einfachen Mitteln gemessen werden.As soon as the electric field from a gas stream with electrically conductive or charged particles is flowing through, the elec will malfunction trical field, which the electric field strength and the voltage between influenced both electrodes. Since this tension is caused by a suitable te control device is kept constant, a charging current between the electrodes and the voltage source flow. This stream represents the amount of particles contained in the gas stream and can with simple Means are measured.

Wird dagegen das elektrische Feld zwischen der Mantel-Elektrode und der Innen-Elektrode von einem partikelfreien Gasstrom durchströmt, findet keine Störung des elektrischen Feldes statt, so daß kein meßbarer Lade strom fließt. Dies gilt im wesentlichen für den gesamten, bei Messung an einem motorischen Abgasstrom relevanten Temperaturbereich.In contrast, the electric field between the jacket electrode and the Particle-free gas flow flows through the inner electrode no disturbance of the electric field instead, so that no measurable charging electricity flows. This applies essentially to the entire measurement an engine exhaust gas flow relevant temperature range.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Dieselmotor wird als Mantel-Elektrode vorzugsweise ein metallisches Abgasrohr des Motors verwendet. Die Innen-Elektrode sollte im Bereich der Mittellinie des Ab gasrohrs angeordnet sein, so daß ein koaxiales, statisches elektrisches Feld entsteht. Bei ersten Versuchen, bei denen die Rußpartikel im Abgasstrom eines Dieselmotors gemessen wurden, konnten gute Meßergebnisse erzielt werden, wenn eine Gleichspannung von 2000 bis 3000 Volt zur Erzeugung des elektrischen Feldes verwendet wurde.When using the method according to the invention on a diesel engine preferably a metallic exhaust pipe of the engine as the jacket electrode used. The inner electrode should be in the area of the center line of the Ab be arranged gas pipe, so that a coaxial, static electric field arises. In the first attempts, in which the soot particles in the exhaust gas flow of a diesel engine were measured, good measurement results were achieved be when generating a DC voltage of 2000 to 3000 volts of the electric field was used.

Die physikalischen Vorgänge, auf die die bei den Versuchen erfolgte Stö rung des elektrischen Feldes durch die Rußpartikel zurückzuführen sind, konnten bisher noch nicht genau untersucht werden. Mehrere Alternativen kommen in Frage. Möglicherweise weisen die aus der Brennkammer des Dieselmotors austretenden Rußpartikel eine elektrische Ladung auf, die das elektrische Feld stört oder die beim Durchströmen des elektrischen Feldes auf die Mantel- oder Innen-Elektrode übertragen wird. Es ist auch möglich, daß neutrale Rußpartikel sich in dem elektrischen Feld aufladen bzw. elektrostatisch geladene Rußpartikel ihren Ladungszustand in dem elek trischen Feld ändern, so daß ohne Kontakt mit den Elektroden dem elek trischen Feld durch den Abgasstrom eine Ladungsmenge zugeführt oder entnommen wird.The physical processes on which the disturbances in the experiments occurred of the electric field due to the soot particles, have not yet been able to be examined in detail. Several alternatives come into question. Possibly point out the combustion chamber of the Diesel engine exiting soot particles on an electrical charge that electrical field disturbs or that when flowing through the electrical field is transferred to the jacket or inner electrode. It is also possible, that neutral soot particles become charged in the electrical field or electrostatically charged soot particles their charge state in the elec change trical field so that the elec. without contact with the electrodes trical field supplied by the exhaust gas flow or is removed.

Zum Messen des Ladestroms kann zwischen einen Spannungsausgang der Gleichspannungsquelle und eine der beiden Elektroden ein hochohmiger Arbeitswiderstand geschaltet werden, an dem die Spannungsänderung aufgrund des Ladestroms gemessen wird. In den angesprochenen Versuchen wurde der Eingangswiderstand eines Oszilloskops verwendet mit einem Widerstand von 1 Megohm. Bei leichter Schwärzung des Dieselmotor- Abgases konnte eine Meßspannung von 500 mV gemessen werden. To measure the charging current you can choose between a voltage output DC voltage source and one of the two electrodes a high impedance Working resistance can be switched on which the voltage change is measured based on the charging current. In the experiments mentioned the input resistance of an oscilloscope was used with a 1 megohm resistance. With slight blackening of the diesel engine A measuring voltage of 500 mV could be measured in the exhaust gas.

Die jeweiligen Meßspannungen können experimentell den korrespondieren den Werten für die Partikelmenge in dem Gas zugeordnet werden, so daß das Meßgerät anstatt der Meßspannung direkt den Partikelgehalt bzw. bei motorischen Messungen die Rußemission quantitativ angibt. Bei motori schen Messungen wird die Meßspannung vorzugsweise einem elektronischen Regelsystem eines Fahrzeug-Dieselmotors zugeführt und zur Bestimmung der optimalen Stellgrößen wie Einspritzmenge, Einspritzbeginn und Ein spritzverlauf verwendet.The respective measuring voltages can experimentally correspond to them be assigned to the values for the amount of particles in the gas so that the measuring device instead of the measuring voltage directly the particle content or at motor measurements quantitatively indicate the soot emission. At motori cal measurements, the measuring voltage is preferably an electronic Control system of a vehicle diesel engine supplied and for determination the optimal manipulated variables such as injection quantity, start of injection and on spray pattern used.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt die Merkmale des Anspruchs 5, wobei gemäß Anspruch 6 die Mantel-Elektrode bei motorischen Messungen vorzugsweise von dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors selbst gebildet wird.A device according to the invention comprises the features of claim 5, wherein according to claim 6, the jacket electrode in motor measurements preferably formed by the exhaust pipe of the internal combustion engine itself becomes.

In dem Abgasrohr eines Dieselmotors herrschen sowohl hohe Temperaturen als auch hohe Beschleunigungen aufgrund der Motorvibrationen. Daher ist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung für den Einsatz im Serienfahrzeug möglichst robust auszubilden. Es bietet sich dabei an, auf die Konstruk tionserfahrungen anderer elektrischer Motor-Zubehörteile, nämlich Zünd kerzen, zurückzugreifen. Für die Spannungszufuhr zum Abgasrohr und zur Innen-Elektrode kann ein Elektrodenträger verwendet werden, dessen Außenelektrode mittels einer formschlüssigen Verbindung an dem Abgas rohr befestigt ist und dessen Mittelelektrode über einen Isolator gegen die Außenelektrode isoliert ist. Die Mittelelektrode reicht bis in den mittleren Bereich des Abgasrohrs hinein und ist elektrisch leitend mit der Innen- Elektrode der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung verbunden.There are both high temperatures in the exhaust pipe of a diesel engine as well as high accelerations due to engine vibrations. thats why the measuring device according to the invention for use in production vehicles training as robust as possible. It lends itself to the construct experience of other electrical motor accessories, namely Zünd candles to fall back on. For the voltage supply to the exhaust pipe and An electrode support can be used inside the electrode External electrode by means of a positive connection to the exhaust gas Pipe is attached and its center electrode against the insulator Outer electrode is insulated. The center electrode extends into the middle Area of the exhaust pipe and is electrically conductive with the interior Electrode of the measuring device according to the invention connected.

Der Elektrodenträger kann auch mit einer in dem Abgasrohr befindlichen Mantel-Elektrode und einer hiervon umschlossenen Innen-Elektrode ver bunden sein. In diesem Fall muß er gegen das Abgasrohr elektrisch isoliert werden, wenn die Mantel-Elektrode während der Messung auf einem ande ren Spannungsniveau als das Abgasrohr ist. The electrode carrier can also be located in the exhaust pipe Sheath electrode and an inner electrode enclosed by it ver be bound. In this case, it must be electrically insulated from the exhaust pipe if the jacket electrode is on another during the measurement ren voltage level than the exhaust pipe.

Vorzugsweise weist die Innen-Elektrode keine scharfen Ecken, Kanten oder Spitzen auf, da sich hier Koronaentladungen aufgrund einer zu hohen Ladungskonzentration bilden können, welche den Meßvorgang stören. Um die Koronaentladungen weitestgehend zu verhindern, ist die Innen-Elektrode kugelförmig auszubilden.The inner electrode preferably has no sharp corners, edges or Spikes, because there are corona discharges due to a too high Can form charge concentration, which interfere with the measurement process. Around The internal electrode is to prevent the corona discharges as far as possible to be spherical.

Bei den ersten Messungen mit einer unisolierten Innen-Elektrode traten nach kurzer Zeit Störungen auf, da sich elektrisch leitende Rußablagerungen auf dem Isolator des elektrischen Leiters, der zur Innen-Elektrode führt, bildeten. Hierdurch wurde der elektrische Widerstand zwischen Mantel- Elektrode und Innen-Elektrode rasch abgebaut und das elektrische Feld brach zusammen. Aus diesem Grund müssen Maßnahmen getroffen werden, welche den Aufbau einer elektrisch leitenden Rußschicht zwischen Mantel- Elektrode und Innen-Elektrode vermeiden. Da die physikalischen Vorgänge der Störung des elektrischen Feldes noch nicht abschließend untersucht sind, kann nicht mit Sicherheit vorhergesagt werden, ob es notwendig ist, daß die leitenden Oberflächen beider Elektroden zum Ladungsaustausch mit den Partikeln im Kontakt mit dem Gasstrom stehen müssen. Sollte dies der Fall sein, so kann die Bildung einer geschlossenen Partikelschicht zwischen der Innen-Elektrode und der Mantel-Elektrode dadurch verhindert werden, daß eine Abdeckung vorgesehen wird, welche die Innen-Elektrode und/oder den mit der Innen-Elektrode verbundenen elektrischen Leiter zumindest teilweise abdeckt und gegen den Gasstrom abschirmt. Durch diese strö mungsaufwärts von der Innen-Elektrode und dem elektrischen Leiter liegen de Abdeckung wird das direkte Auftreffen der in dem Gasstrom enthaltenen Partikel auf den abgedeckten Bereich vermieden. Damit keine Partikel durch Wirbel hinter der Abdeckung zu dem abgedeckten Bereich trans portiert werden, ist dem Gasstrom Frischluft mit einem entsprechenden Druck zuzuführen, welche in Strömungsrichtung von der Abdeckung zu dem abgedeckten Bereich der Innen-Elektrode oder des Leiters strömt und so einen Kontakt dieser Teile mit dem Gasstrom verhindert. During the first measurements with an uninsulated inner electrode after a short while, there are electroconductive soot deposits on the insulator of the electrical conductor leading to the inner electrode formed. As a result, the electrical resistance between Electrode and inner electrode quickly dismantled and the electric field collapsed. For this reason, measures must be taken which builds up an electrically conductive soot layer between the cladding Avoid the electrode and the inner electrode. Because the physical processes the disturbance of the electric field has not yet been finally investigated cannot be predicted with certainty whether it is necessary that the conductive surfaces of both electrodes with the charge exchange the particles must be in contact with the gas flow. Should this be the Case, the formation of a closed particle layer between the inner electrode and the jacket electrode can be prevented that a cover is provided which covers the inner electrode and / or at least the electrical conductor connected to the inner electrode partially covers and shields against the gas flow. Through this stream upstream of the inner electrode and the electrical conductor de coverage will be the direct impact of those contained in the gas stream Avoid particles on the covered area. So that no particles by swirling behind the cover to the covered area trans ported, the gas flow is fresh air with a corresponding Supply pressure, which in the flow direction from the cover to the covered area of the inner electrode or the conductor flows and so prevents these parts from coming into contact with the gas flow.

Es ist auch möglich, die Rußablagerung auf der Mittelelektrode in der Nähe der Wandung des Abgasrohrs dadurch zu vermeiden, daß in den Hohlraum des Elektrodenträgers, der die Mittelelektrode umgibt, Frischluft unter einem den Druck des Abgasstromes übersteigenden Druck eingeleitet wird. Auch kann die Mittelelektrode von einem sich von der Wandung des Ab gasrohrs radial nach innen Erstreckenden Rohr umgeben sein, welches die direkte Anströmung der Mittelelektrode verhindert. Das Einströmen von Partikeln in dieses Rohr kann zusätzlich dadurch erschwert werden, daß das Abdeckrohr als Wellrohr ausgebildet ist, das heißt, daß der Wert des Durchmessers des Abdeckrohrs um einen mittleren Durchmesserwert etwa sinusförmig schwankt.It is also possible to close the soot on the center electrode to avoid the wall of the exhaust pipe in that in the cavity of the electrode carrier, which surrounds the center electrode, fresh air under a pressure exceeding the pressure of the exhaust gas stream is initiated. The center electrode can also protrude from the wall of the Ab gas pipe radially inwardly extending pipe, which the direct flow against the center electrode prevented. The inflow of Particles in this tube can be made more difficult by the fact that Cover tube is designed as a corrugated tube, that is, the value of Diameter of the cover tube around an average diameter value fluctuates sinusoidally.

Es ist jedoch wahrscheinlich, daß zum Messen der Störung des elektrischen Feldes maximal eine Elektrode Kontakt mit der Abgasströmung haben muß. In diesem Fall kann die zweite, nämlich die Innen-Elektrode, vollständig mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung versehen sein. Auch in diesem Fall kann es notwendig sein, eine Abdeckung zur Verhinderung der Rußablagerungen wenigstens auf einem Teilbereich der Ummantelung und der Isolierung des elektrischen Leiters vorzusehen, da andernfalls ein geschlossener Rußfilm, der die Innen-Elektrode umgibt und zur Mantel- Elektrode verläuft, den Aufbau des elektrischen Feldes stören kann.However, it is likely that to measure the disturbance of the electrical Field must have at most one electrode in contact with the exhaust gas flow. In this case, the second one, namely the inner electrode, can be completely be provided with an electrically insulating jacket. Also in In this case it may be necessary to use a cover to prevent the Soot deposits on at least a portion of the casing and provide the insulation of the electrical conductor, otherwise a closed soot film that surrounds the inner electrode and Electrode runs, can interfere with the build-up of the electric field.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Zeichnungen zeigen inFurther features of the invention emerge from the subclaims and the following description of the drawing. The drawings show in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Parti kelmeßsystems an einem Abgasrohr, Fig. 1 is a schematic representation of a Parti kelmeßsystems invention on an exhaust pipe,

Fig. 2 die Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Parti kelmeßsystems aus Fig. 1, Fig. 2 is an illustration of an alternative embodiment of the Parti kelmeßsystems from Fig. 1,

Fig. 3 die Darstellung des Elektrodenträgers aus Fig. 2 mit umman telter Innen-Elektrode und Fig. 3 shows the electrode carrier from Fig. 2 with umman telter inner electrode and

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikel meßsystems mit gegenüber dem Abgasrohr isolierter Mantel- Elektrode. Fig. 4 shows a further embodiment of the particle measurement system according to the invention with a jacket electrode insulated from the exhaust pipe.

Das in Fig. 1 dargestellte Partikelmeßsystem zur quantitativen Bestimmung der Rußemission eines Dieselmotors umfaßt eine Gleichspannungsquelle 1, deren Spannung an die beiden Elektroden eines Elektrodenträgers angelegt werden. Der Elektrodenträger besteht aus einer metallischen formschlüssi gen Befestigungsvorrichtung, z. B. einem Bajonettverschluß, der elektrisch leitend mit dem Abgasrohr 7 verbunden ist und die Außenelektrode 4 bildet. Innerhalb der Außenelektrode 4 ist ein Isolator 3 angeordnet, entlang dessen Mittellinie die Mittelelektrode 16 verläuft. Diese reicht bis zum mittleren Bereich des Abgasrohrs 7 und ist dort mit der rohrförmigen Innen-Elek trode 6 der Meßvorrichtung verbunden. Damit sich zwischen der Innen- Elektrode 6 und der Mantel-Elektrode 7 kein geschlossener, elektrisch leitender Partikelfilm ablagert, ist die Wandung der Außenelektrode 4 des Elektrodenträgers mit Belüftungsbohrungen 17 versehen, durch die Frisch luft in den Abgasstrom geführt und die Rußablagerung am unteren Teil des Isolators 3 verhindert wird. Es ist dafür zu sorgen, daß die Frischluft immer aus den Belüftungsbohrungen 17 in den Abgasstrom strömt. Dies kann durch die Verwendung eines mit den Belüftungsbohrungen 17 ver bundenen Verdichters (in Fig. 2 dargestellt und weiter unten beschrieben) 15 erreicht werden.The particle measurement system shown in FIG. 1 for the quantitative determination of the soot emission of a diesel engine comprises a DC voltage source 1 , the voltage of which is applied to the two electrodes of an electrode carrier. The electrode carrier consists of a metal formschlüssi gene fastening device, for. B. a bayonet lock, which is electrically connected to the exhaust pipe 7 and forms the outer electrode 4 . An insulator 3 is arranged within the outer electrode 4 , along the center line of which the center electrode 16 runs. This extends to the central region of the exhaust pipe 7 and is there connected to the tubular inner electrode 6 of the measuring device. So that no closed, electrically conductive particle film is deposited between the inner electrode 6 and the jacket electrode 7 , the wall of the outer electrode 4 of the electrode carrier is provided with ventilation holes 17 through which fresh air is led into the exhaust gas stream and the soot deposit at the lower part of the Isolators 3 is prevented. It must be ensured that the fresh air always flows out of the ventilation holes 17 into the exhaust gas flow. This can be achieved by using a compressor connected to the ventilation bores 17 (shown in FIG. 2 and described further below) 15 .

Zwischen dem negativen Spannungsausgang der Gleichspannungsquelle 1 und dem Anschluß an die Außenelektrode 4 des Elektrodenträgers ist ein Arbeitswiderstand 8 geschaltet, an dem die Meßspannung abgegriffen wird. An den Meßspannungsanschlüssen 2 kann ein geeignetes analoges oder digitales Spannungsmeßgerät angeschlossen werden.Between the negative voltage output of the DC voltage source 1 and the connection to the outer electrode 4 of the electrode carrier, a load resistor 8 is connected, at which the measuring voltage is tapped. A suitable analog or digital voltage measuring device can be connected to the measuring voltage connections 2 .

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform des Elektrodenträgers mit kugelförmiger Innen-Elektrode 9 dargestellt. Durch Verwendung einer kugelförmigen Innen-Elektrode 9 wird vermieden, daß scharfe Kanten oder Ecken an der Innen-Elektrode 9 eine lokale Erhöhung der elektrischen Feldstärke und damit eine Koronaentladung verursachen. Der Verlauf der elektrischen Feldlinien 5 bei Verwendung der kugelförmigen Innen-Elek trode 9 ist ebenfalls dargestellt.In FIG. 2, an alternative embodiment of the electrode carrier is shown with a spherical inner electrode 9. By using a spherical inner electrode 9 it is avoided that sharp edges or corners on the inner electrode 9 cause a local increase in the electric field strength and thus a corona discharge. The course of the electric field lines 5 when using the spherical inner electrode 9 is also shown.

Fig. 2 zeigt eine zusätzliche ringförmige Abdeckung 14, die die Ablagerung der Rußpartikel an dem elektrischen Leiter, der zur Innen-Elektrode 9 führt, verhindert. Die Abdeckung 14 hat die Form eines Hohlzylinders, der auf seiner strömungsabwärts liegenden Seite offen ist (die von rechts nach links verlaufende Strömungsrichtung der Abgasströmung ist in allen Zeich nungen durch einem großen Pfeil dargestellt). Damit keine Wirbel hinter der Abdeckung 14 Rußpartikel zum abgedeckten elektrischen Leiter transportie ren, ist die Abdeckung 14 über eine Luftleitung 13 mit einem Verdichter 15 verbunden, der verdichtete Frischluft in die Abdeckung 14 einführt. Auf diese Weise befindet sich ein Bereich des zur Innen-Elektrode 9 führenden elektrischen Leiters permanent in einer Frischluftströmung und kann nicht mit Rußpartikeln in Kontakt kommen. Fig. 2 shows an additional ring-shaped cover 14 which prevents the deposition of the soot particles to the electrical conductor leading to the inner electrode 9. The cover 14 has the shape of a hollow cylinder which is open on its downstream side (the right-to-left flow direction of the exhaust gas flow is shown in all drawings by a large arrow). So that no vortices behind the cover 14 soot particles to the covered electrical conductor ren, the cover 14 is connected via an air line 13 to a compressor 15 which introduces compressed fresh air into the cover 14 . In this way, an area of the electrical conductor leading to the inner electrode 9 is permanently in a fresh air flow and cannot come into contact with soot particles.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung der Rußpartikel ablagerung auf der elektrisch leitenden Fläche der Innen-Elektrode 9 und des damit verbundenen Leiters 16. Ausgehend von dem Isolator 3 des Elektrodenträgers sind sowohl der elektrische Leiter 16 als auch die Innen- Elektrode 9 mit einer isolierenden Ummantelung 10 umgeben. Da sich im Falle einer Ausbildung einer geschlossenen Rußschicht auf der Ummante lung 10 durch die Wirkung des elektrischen Feldes die Ladung auf der Ummantelung 10 verschiebt und der Aufbau des Feldes zwischen Mantel- Elektrode 7 und Innen-Elektrode gestört wird, ist auch hier eine Abdeckung vorzusehen. FIG. 3 shows a further possibility of avoiding the soot particles deposit on the electrically conductive surface of the inner electrode 9 and the associated conductor 16. Starting from the insulator 3 of the electrode carrier, both the electrical conductor 16 and the inner electrode 9 are surrounded by an insulating jacket 10 . Since in the case of a closed soot layer on the casing 10, the charge on the casing 10 is displaced by the action of the electric field and the structure of the field between the casing electrode 7 and the inner electrode is disturbed, a cover must also be provided here .

In Fig. 4 ist eine weitere alternative Ausführungsform der Meßvorrichtung dargestellt, die ein vom elektrischen Potential des Abgasrohres unabhängi ges, in sich geschlossenes Sensorsystem bildet. Der Elektrodenträger ist hier über einen Isolierfuß 11 mit dem Abgasrohr 7′ verbunden, welches dadurch von der Meßvorrichtung galvanisch getrennt ist. Die Außenelek trode des Elektrodenträgers ist an eine innerhalb des Abgasrohrs 7′ befind liche, separate Mantel-Elektrode 12 angeschlossen. Die Mittelelektrode 16 ist mit einer im vorliegenden Fall ovalen Innen-Elektrode verbunden, welche - wie zuvor beschrieben - eine Ummantelung 10 aufweist. Durch die rohrförmige, die Mittelelektrode 16 umschließende Außenelektrode werden Rußablagerungen auf der Mittelelektrode 16 verhindert. Das Einströmen von Abgas in die Außenelektrode kann zusätzlich durch eine wellige Aus bildung der Außenelektrode erschwert werden.In Fig. 4, a further alternative embodiment of the measuring device is shown, which forms a self-contained sensor system independent of the electrical potential of the exhaust pipe. The electrode carrier is connected here via an insulating foot 11 to the exhaust pipe 7 ', which is thereby galvanically isolated from the measuring device. The Außenelek electrode of the electrode carrier is connected to a within the exhaust pipe 7 'Liche, separate jacket electrode 12 . The central electrode 16 is connected to an oval inner electrode in the present case, which - as described above - has a casing 10 . Through the tubular, the center electrode 16 surrounds outer electrode can be prevented on the center electrode 16 carbon deposits. The inflow of exhaust gas into the outer electrode can be made more difficult by a wavy formation from the outer electrode.

Die Verwendung einer separaten, gegenüber dem Abgasrohr 7′ isolierten Mantel-Elektrode 12 weist für bestimmte Anwendungsfälle Vorteile auf. Erstens ist es möglich, innerhalb eines Teilbereichs des Strömungsquer schnitts des Abgasrohrs 7′ die Partikelmenge zu ermitteln. So kann z. B. in einer Versuchsreihe die Rußverteilung über den gesamten Querschnitt des Abgasrohrs 7′ ermittelt werden. Zweitens ist aufgrund des kleineren, von der Mantel-Elektrode 12 umschlossenen Raums eine geringere Gleichspan nung notwendig, um ein elektrisches Feld mit einer vorbestimmten Feld stärke zwischen der Innen- und der Mantel-Elektrode zu erzeugen.The use of a separate, from the exhaust pipe 7 'insulated jacket electrode 12 has advantages for certain applications. First, it is possible to determine the amount of particles within a portion of the flow cross section of the exhaust pipe 7 '. So z. B. in a series of tests, the soot distribution over the entire cross section of the exhaust pipe 7 'can be determined. Secondly, because of the smaller space enclosed by the jacket electrode 12, a lower DC voltage is necessary in order to generate an electric field with a predetermined field strength between the inner and the jacket electrodes.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gleichspannungsquelle
2 Meßspannungsanschluß
3 Isolator
4 Außenelektrode
5 Feldlinie
6 zylinderförmige Innen-Elektrode
7 Abgasrohr und Mantel-Elektrode
7′ Abgasrohr
8 Arbeitswiderstand
9 kugelförmige Innen-Elektrode
10 Ummantelung
11 Isolierfuß
12 Mantel-Elektrode
13 Luftleitung
14 Abdeckung
15 Verdichter
16 Mittelelektrode
17 Belüftungsbohrung 1 DC voltage source
2 measuring voltage connection
3 isolator
4 outer electrode
5 field line
6 cylindrical inner electrodes
7 Exhaust pipe and jacket electrode
7 ′ exhaust pipe
8 working resistance
9 spherical inner electrode
10 sheathing
11 insulating foot
12 jacket electrode
13 air duct
14 cover
15 compressors
16 center electrode
17 ventilation hole

Claims

1. Method for the quantitative determination of the electrically conductive and / or charged particles contained in a gas stream, in particular the soot particles in an exhaust gas stream, consisting of the following steps:

a) generating an electric field between a gas flow through the jacket electrode ( 7 , 12 ) and an inner electrode ( 9 , 6 ) within the jacket electrode ( 7 , 12 ) by applying a constant DC electrical voltage;
b) Measuring the charging current to maintain the constant DC voltage between the jacket electrode ( 7 , 12 ) and the inner electrode ( 9 , 6 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that an equal Voltage from 2000 to 3000 volts to generate the electrical field is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a voltage source ( 1 ) generating the DC voltage is connected to one of the electrodes via a high-resistance resistor ( 8 ) and measured as a measurement signal of the voltage drop across the resistor ( 8 ) due to the charging current becomes.

4. The method according to at least one of the preceding claims, since characterized in that a the amount of soot particles in an exhaust gas measured value representing an electronic control system Internal combustion engine, especially diesel engine, is supplied.

5. A device for the quantitative determination of the electrically conductive and / or charged particles contained in a gas stream, in particular the soot particles in an exhaust gas stream, characterized by

- A jacket electrode ( 7 , 12 ) through which the gas flow flows and an inside electrode ( 6 , 9 ) arranged inside the jacket electrode ( 7 , 12 ),
- A DC voltage source ( 1 ), which is connected via electrical conductors on the one hand to the jacket electrode ( 7 , 12 ) and on the other hand to the inner electrode ( 6 , 9 ), and
- A measuring device for measuring the charging current flowing from the DC voltage source ( 1 ) to the electrodes ( 6 , 7 , 9 , 12 ).

6. The device according to claim 5, characterized in that the jacket electrode is formed by an exhaust pipe ( 7 ) of an internal combustion engine.

7. The device according to claim 6, characterized in that on the exhaust pipe ( 7 ) with the DC voltage source ( 1 ) connected Elek electrode carrier is attached, which is connected to the exhaust pipe ( 7 ) outer electrode ( 4 ), one of the outer electrode ( 4 ) protruding insulator ( 3 ) and a center electrode ( 16 ) extending within the insulator ( 3 ), which is connected to the inner electrode ( 6 , 12 ) in the exhaust pipe ( 7 ).

8. The device according to claim 5, characterized in that on the exhaust pipe ( 7 '), an insulating base ( 11 ) of an electrode carrier connected to the DC voltage source ( 1 ) is attached, which one to the jacket electrode ( 12 ) in the exhaust pipe ( 7 ') has leading outer electrode ( 4 ) and a center electrode ( 16 ) insulated from the outer electrode ( 4 ), which is connected to the inner electrode ( 6 ).

9. The device according to at least one of claims 5 to 8, characterized in that the measuring device was a high-resistance working resistor ( 8 ) and has a measuring device, the working resistor ( 8 ) between a voltage output of the DC voltage source ( 1 ) and the man tel- Electrode ( 7 ) or the inner electrode ( 6 ) is connected and the Meßge advises the voltage across the load resistor ( 8 ).

10. The device according to at least one of claims 5 to 9, characterized in that corners, edges or tips of the inner electrode ( 9 ) are rounded.

11. The device according to at least one of claims 5 to 10, characterized in that a cover ( 14 ) is arranged in the flow direction of the exhaust gas upstream of the inner electrode ( 9 ) which the inner electrode ( 9 ) and / or of the inner electrode ( 9 ) leading electrical conductor at least partially, wherein fresh air is introduced into the cover ( 14 ).

12. The device according to at least one of claims 7 to 11, characterized in that the outer electrode ( 4 ) or the insulating foot ( 11 ) is provided with at least one ventilation hole ( 17 ), through the fresh air into the exhaust pipe ( 7 or 7 ' ) is initiated.

13. The device according to at least one of claims 5 to 12, characterized in that the leading to the inner electrode ( 9 ) electrical conductor from one of the wall of the exhaust pipe ( 7 , 7 ') radially into the exhaust pipe ( 7 , 7 ') extending tube, preferably corrugated tube is surrounded.

14. The device according to at least one of claims 5 to 13, characterized in that the inner electrode ( 9 ) is provided with an electrically insulating the casing ( 10 ).