Mit der Erfindung können sämtliche im Abgas enthalte- ne Partikel insbesondere aber Partikel detektiert werden, die Aussagen über verschiedene Einflüsse beim Motorbetrieb oder von in Kraftstoffen bzw. Schmier- mitteln enthaltenen Additiven zulassen. Besonders vorteilhaft können Partikel, die unter den allgemein

üblichen Begriff"Asche"fallen, detektiert und so- wohl deren Anteil, wie auch deren chemische Zusammen- setzung mittels einer nachfolgenden Analyse bestimmt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung können aber auch sämtliche für Komponenten von Abgasanlagen, wie z. B.

Partikelfilter, kritische Partikel detektiert werden, die sich in solchen Abgasanlagenkomponenten irrever- sibel ablagern können. Wohingegen für solche Abgasan- lagenkomponenten unkritische Partikel entweder nicht erfasst oder durch Verbrennung beseitigt werden kön- nen.

Bei herkömmlichen Lösungen wird bisher so vorgegan- gen, dass Abgas von Verbrennungskraftmaschinen gesam- melt und ein Teilvolumen dieses Abgases für Analyse- zwecke genutzt wird. Hierbei wird in der Regel auch das gesammelte Abgas in verdünnter Form eingesetzt.

Es ist bisher nicht bzw. nur unzureichend möglich im unverdünnten Abgas enthaltene Partikel über längere Messzeitintervalle, ohne Unterbrechungen der Messun- gen, zu detektieren. Eine Quantifizierung ist wenn überhaupt nur mit erhöhter Messunsicherheit möglich.

Solche Untersuchungen werden aber insbesondere für bestimmte vorgegebene bzw. genormte Betriebszyklen gewünscht um insbesondere reproduzierbare und ver- gleichbare Ergebnisse zu erhalten.

Die Messergebnisse werden außerdem dadurch ver- fälscht, dass auch die flüchtigen Abgaskomponenten mit erfasst werden, die aus Fluiden infolge einer Ab- kühlung gebildet werden, wobei die jeweilige hierfür kritische Temperatur im normalen Betrieb von Verbren- nungskraftmaschinen erst erreicht wird, wenn das Ab-

gas entweder die Abgasanlage bereits verlassen hat oder bereits die für Partikel kritischen Abgasanla- genkomponenten durchströmt worden sind.

Bei herkömmlichen Lösungen ist auch die Handhabung von gesammelten Partikelproben auf hierfür eingesetz- ten Probenträgern bei nachfolgend durchzuführenden Analysen problematisch.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten für die Detektion von in Abgasen von Verbrennungskraftma- schinen enthaltenen Partikeln in vereinfachter, ver- gleichbarer und reproduzierbarer Form vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrich- tung nach Anspruch 1 und einem Verfahren, dass die Merkmale des Anspruchs 15 aufweist, gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten An- sprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei so ausge- bildet, dass zur unmittelbaren Entnahme eines Abgas- teilstromes in einer Abgasanlage einer Verbrennungs- kraftmaschine eine Abgasentnahmesonde angeordnet ist.

Der aus der Abgasanlage abgezweigte Abgasteilstrom wird über eine temperierte Zuleitung in eine Parti- kelsammelkammer geführt. Die Temperierung erfolgt da- bei so, dass zumindest eine bestimmte vorgegebene Mindesttemperatur des in die Partikelsammelkammer ge- führten Abgases nicht unterschritten wird. Dies kann beispielsweise die Taupunkttemperatur, Siede-oder Schmelztemperatur ausgewählter Stoffe sein.

Diese Zuleitung kann unmittelbar beheizt werden oder

eine Temperaturerhöhung durch an der Zuleitung ange- ordnete Heizelemente, die als Widerstandsheizelemente ausgebildet sein können, erreicht werden.

Vor Beginn der eigentlichen Detektion kann es vor- teilhaft bzw. erforderlich sein die Zuleitung vorzu- heizen.

Die Temperierung kann aber auch so erfolgen, dass ei- ne vorgegebene Maximaltemperatur nicht überschritten wird.

Für die Temperierung sollte zumindest ein Temperatur- sensor in der Abgasanlage, in der Zuleitung und/oder der Partikelsammelkammer angeordnet sein.

Des Weiteren ist auch eine Einrichtung zur Bestimmung des Massenstroms des Abgasteilstromes vorhanden. Da- mit kann zumindest der Anteil des Abgasteilstromes in Bezug zum Gesamtabgasmassenstrom erfasst und für nachfolgende Auswertungen berücksichtigt werden.

Der Gesamtabgasmassenstrom kann zu jeweiligen Zeit- punkten und dementsprechend zu jeweiligen Betriebszu- ständen der Verbrennungskraftmaschine mit einer ent- sprechenden an einem Prüfstand vorhandenen Messeinrichtung bestimmt werden.

Vorteilhaft ist es jedoch einen konstanten Anteil an Abgas aus dem Abgashauptstrom als Abgasteilstrom ab- zuzweigen und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Partikeldetektion zuzuführen. Dieser vorgebbare An- teil kann im Bereich einiger weniger Prozent sein.

Dies kann unter Berücksichtigung der beiden Massen- ströme, also des Abgasgesamtmassenstromes und des Ab-

gasteilmassenstromes, mittels einer regelbaren, an die Vorrichtung angeschlossenen Abgasförderpumpe er- reicht werden. Mit der Abgasförderpumpe kann der Ab- gasteilstrom durch die Partikelsammelkammer mit einem vorgegeben prozentualen Anteil in Bezug zum Gesamtab- gasmassenstrom abgesaugt werden.

Eine Abgasförderpumpe kann aber auch so gesteuert werden, dass ein konstanter Massenstrom als Abgas- teilstrom oder der abgezogene Massenstrom in Abhän- gigkeit des jeweiligen Betriebszustandes der Verbren- nungskraftmaschine eingestellt wird.

In der Partikelsammelkammer kann ein bevorzugt porö- ses Partikelsammelelement angeordnet sein, auf dem sich die zu detektierenden Partikel absetzen und aus dem Abgasteilstrom separiert werden können. Ein sol- ches Partikelsammelelement kann nach erfolgter Detek- tion/Separation aus der Partikelsammelkammer entnom- men und für nachfolgende Analysen, analog wie ein Probenträger genutzt werden.

Ein Partikelsammelelement sollte die gesamte freie Querschnittsfläche der Probensammelkammer ausfüllen, so dass der gesamte Abgasteilstrom durch das poröse Partikelsammelelement geführt wird.

An der Oberfläche eines Partikelsammelelementes kön- nen sich die festen im Abgas enthaltenen Partikel ab- setzen. Solche festen Partikel können Aschebestand- teile, andere anorganische und organische Stoffe sein. Kohlenstoff, in Form von Ruß, bildet dabei ei- nen wesentlichen Anteil. Da dieser Kohlenstoff aber insbesondere für Partikelfilter an Abgasanlagen rela- tiv unkritisch ist und relativ einfach durch thermi- sche Regeneration entfernt werden kann sowie für ent-

sprechende Analysen nicht interessant und sogar stö- rend sein kann, ist es vorteilhaft das Partikelsam- melelement beheizen zu können. Bei Erreichen einer ausreichend hohen Temperatur kann dann der Kohlen- stoff sowie organische Verbindungen, wie Kohlenwas- serstoffe oxidiert oder in die Gasphase überführt werden. Die gasförmigen Oxidationsprodukte oder Gase können dann aus der Vorrichtung abgezogen werden.

Die im Wesentlichen interessierenden Partikel werden von einem solchen thermischen Prozess nicht, zumin- dest jedoch nicht wesentlich beeinflusst.

Das Partikelsammelelement kann hierzu aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildet sein oder einen solchen Werkstoff enthalten, so dass in Verbin- dung mit geeigneten elektrischen Anschlüssen und einer elektrisch isolierten Befestigung an der Parti- kelsammelkammer ein Widerstandsheizelement gebildet wird.

Partikelsammelelemente können als poröse Faserstruk- tur ausgebildet sein und die Werkstoffe für die Fa- sern sollten eine ausreichend hohe thermische Bestän- digkeit aufweisen. Außerdem sollten diese Werkstoffe gegenüber den die Partikel bildenden Stoffen und/oder im Abgas enthaltenen Stoffen chemisch resistent bzw. neutral sein.

Die Partikelsammelelemente können aus reinen Metal- len, Metalllegierungen aber auch aus Intermetallen (z. B. Aluminide) gebildet sein. So können hochtempe- raturbeständige Stahllegierungen mit Chrom und Ni- ckel, Chrom und Aluminium aber auch andere Nickelba- sislegierungen eingesetzt werden.

Die Porosität der Partikelsammelelemente sollte min- destens 75 % bis hin zu 95 % betragen und die Poren- struktur einen Wert von mindestens 30 ppi erreichen.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn zumindest die O- berfläche von Partikelsammelelementen katalytisch wirkt. So kann z. B. die Oxidationstemperatur für Koh- lenstoff und organische Verbindungen verkleinert wer- den.

Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Do- tierung erreicht werden.

Am Ein-und Austritt der Partikelsammelkammer sollte der jeweilige Abgasdruck gemessen werden, um mit der ermittelten Druckdifferenz Rückschlüsse auf die Bela- dung des Partikelsammelelementes schließen und einen erhöhten Gegendruck erkennen zu können.

Übersteigt diese Druckdifferenz einen vorgegebenen Schwellwert kann entweder das Partikelsammelelement ausgetauscht oder die erwähnte zur Entfernung von Kohlenstoff oder organischen Verbindungen führende thermische Behandlung, durch Aufheizung des Partikel- sammelelementes ausgelöst werden.

Die Partikelsammelkammer sollte einen einfachen Aus- tausch von Partikelsammelelementen ermöglichen. Hier- für können schnell und leicht zu lösende Verschluss- elemente vorhanden sein, mit denen eine Öffnung der Partikelsammelkammer oder ein Lösen der Befestigung von Partikelsammelelementen an der Partikelsammelkam- mer erreicht werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Abgasteil- strom unmittelbar aus dem Abgashauptstrom unverdünnt

durch die Probensammelkammer geführt und darin im Ab- gasteilstrom enthaltene Partikel separiert. Der Ab- gasteilstrom wird so temperiert, dass zumindest eine vorgegebene Temperatur, die oberhalb 120 °C, bevor- zugt oberhalb 200 °C liegen sollte, nicht unter- schritten wird. Es sollte aber eine Unterschreitung des Taupunktes vermieden werden.

Nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls, eines bestimmten Betriebszyklusses und/oder erreichen eines vorgegebenen Massenstromes für den Abgasteilstrom werden die separierten Partikel aus der Vorrichtung entfernt. Dies kann mit dem Partikelsammelelement er- folgen.

Nachfolgend wird dann eine Analyse der separierten Partikel durchgeführt. Dies kann bezüglich ihrer stofflichen Zusammensetzung und/oder zur Quantifizie- rung des Partikelanfalls erfolgen.

Die separierten Partikel können beispielsweise einer thermogravimetrischen, einer coulometrischen und/oder auch anderen Analyseverfahren unterzogen werden.

Mit der Erfindung können mindestens 95 % der im Ab- gasteilstrom enthaltenen Partikel separiert werden.

Die Handhabung ist einfach, so dass für die Handha- bung kein hochqualifiziertes Fachpersonal erforder- lich ist.

Die Analyseergebnisse sind nahezu unverfälscht, wei- sen eine erhöhte Genauigkeit auf und sind vergleich- sowie reproduzierbar. Es können Aussagen beispiels- weise über den Verschleißzustand einer Verbrennungs- kraftmaschine, Einflüsse von Additiven in Schmiermit-

teln oder Kraftstoffen getroffen werden.

Der Einsatz kann ohne Unterbrechung einer Messung über eine relativ hohe Betriebszeit durchgeführt wer- den.

Die Messgenauigkeit kann durch Einhaltung eines kon- stanten Anteils des durch die Partikelsammelkammer geführten Abgasteilmassenstromes, aus dem Partikel separiert werden, in Bezug zum Gesamtabgasmassenstrom weiter erhöht werden.

Mit der Erfindung können insbesondere Aschepartikel detektiert und analysiert werden.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher er- läutert werden.

Dabei zeigen : Figur 1 in schematischer Form den Aufbau und die Anordnung eines Beispieles einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung an einer Verbren- nungskraftmaschine und Figur 2 ein Beispiel einer Partikelsammelkammer mit beheizbarem Partikelsammelelement.

Beim in Figur 1 gezeigten Beispiel einer erfindungs- gemäßen Vorrichtung ist eine Abgasentnahmesonde 3 im Strang einer Abgasanlage 2 einer Verbrennungskraftma- schine 1 angeordnet, über die ein Abgasteilstrom aus dem Abgashauptstrom abgezogen werden kann.

Es kann sich bei der jeweiligen Abgasanlage 2 um eine unveränderte Abgasanlage einer Verbrennungskraftma-

schine 1 handeln, an der hier nicht dargestellte Ele- mente, wie Katalysator oder Partikelfilter und Schalldämpfer vorhanden sind.

Die Abgasentnahmesonde 3 sollte aber möglichst nah am Austritt des Abgases aus der Verbrennungskraftmaschi- ne angeordnet sein, um dessen Abkühlung so gering wie möglich zu halten. Die Abgasentnahmesonde 3 sollte aber vor einem Partikelfilter in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sein.

Der freie Querschnitt der Abgasentnahmesonde 3 sollte so gestaltet, angeordnet und dimensioniert sein, dass bei den zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten möglichst konstante Verhältnisse für den Eintritt von Abgas eingehalten werden können und beispielsweise bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases innerhalb der Abgasanlage 2 an der Abgasentnahmesonde 3 keine deutliche erhöhte Drosselwirkung zu verzeich- nen ist.

Der Abgasteilstrom wird von der Abgasentnahmesonde 3 über die Zuführung 4 durch eine Partikelsammelkammer 6 geführt. Die Zuführung 4 ist dabei in nicht expli- zit dargestellter Form so ausgebildet, dass eine Tem- perierung zumindest aber eine Beheizung des Abgas- teilstromes möglich ist und das in die Partikelsam- melkammer 6 geführte Abgas eine Mindesttemperatur von 200 °C nicht unterschreiten kann.

In der Partikelsammelkammer 6 ist ein hier nicht dar- gestelltes poröses Partikelsammelelement 6a vorhan- den, durch das der gesamte Abgasteilstrom geführt und mit dem im Abgasteilstrom enthaltene Partikel mit ei- nem Anteil von mindestens 95 % separiert werden kön- nen.

Das aus der Partikelsammelkammer 6 austretende Abgas wird einer Einrichtung 8 zur Bestimmung seines jewei- ligen Massenstromes über eine Leitung 7 zugeführt und von dort mittels der ebenfalls an Leitung 7 ange- schlossenen Abgasförderpumpe 9 abgezogen.

An der Partikelsammelkammer 6 ist eine Einrichtung 5 zur Bestimmung der Druckdifferenz am Eintritt und Austritt der Partikelsammelkammer 6 vorhanden.

Die Einrichtungen 5 und 8 sind mit einer elektroni- schen Auswerte-und Steuereinheit 10 verbunden. Mit der elektronischen Auswerte-und Steuereinheit 10 kann unter Berücksichtigung des jeweiligen ermittel- ten Massenstromes des Abgasteilstromes die Abgasför- derpumpe 9 geregelt werden, um einen konstanten An- teil an Abgas aus dem Abgashauptstrom abzuzweigen und durch die Partikelsammelkammer 6 zur Partikelsepara- tion zu führen.

Die elektronische Auswerte-und Steuereinheit kann aber auch, wie hier dargestellt an eine elektronische Steuerung 11 der Verbrennungskraftmaschine oder eine weitere hier nicht dargestellte elektronische Auswer- te-und Steuerung eines Prüfstandes und/oder an ver- schiedene Sensorelemente angeschlossen sein.

So können unterschiedliche Betriebszustände oder auch für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 rele- vante Messgrößen, wie Luft-oder Gesamtabgasmassen- strom, Kraftstoffverbrauch, momentane Leistung bzw. momentanes Drehmoment berücksichtigt werden.

Insbesondere die Bestimmung des jeweiligen Massen- stromes an Abgas im Hauptstrom sollte berücksichtigt

werden, da hiermit ein bestimmter prozentualer Anteil des jeweiligen Abgasteilmassenstromes durch Regelung der Abgasförderpumpe 9 auch bei unterschiedlichen Be- triebszuständen der Verbrennungskraftmaschine 1, bei- spielsweise 1 %, eingehalten werden kann.

Mit der Einrichtung 5 zur Bestimmung der Druckdiffe- renz vor und nach der Partikelsammelkammer 6 kann die "Beladung"eines Partikelsammelelementes 6a innerhalb der Partikelsammelkammer 6 überwacht werden. Dadurch kann ein erforderlicher Austausch des Partikelsammel- elementes 6a signalisiert oder eine"thermische Rege- neration"ausgelöst werden.

Im letzt genannten Fall wird an Partikelsammelelement 6a, bevorzugt durch schließen eines Stromkreises, in dem das Partikelsammelelement 6a ein Widerstandsheiz- element bildet, die Temperatur insoweit erhöht, dass zumindest Kohlenstoff in Form von Russ verbrannt und die Durchlässigkeit für Abgas des Partikelsammelele- mentes 6a erhöht wird.

In Figur 2 ist eine schematische Schnittdarstellung durch eine Partikelsammelkammer 6, die aus zwei Me- tallgehäuseteilen 6d gebildet und bevorzugt in nicht dargestellter Form thermisch isoliert ist, gezeigt.

Am Metallgehäuse 6d ist jeweils ein Einlassstutzen, der mit der Zuleitung 4 und ein Auslassstutzen, der mit der Leitung 7 verbunden ist, über die der Teilab- gasstrom durch die Partikelsammelkammer 6 geführt werden kann, vorhanden.

Zwischen den Metallgehäuseteilen 6d ist ein selbst- tragendes Partikelsammelelement 6a gehalten. Das Par- tikelsammelelement 6a ist eine poröse Faserstruktur.

Es weist eine Porosität von 92% auf. An äußeren Rän- dern ist das Partikelsammelelement 6a mittels einer elektrischen Isolierung 6c gehalten. Die elektrische Isolierung 6c ist aus einem thermisch stabilen Werk- stoff gebildet, so dass bei über die elektrischen An- schlüsse 6b fließendem elektrischen Strom und dadurch erreichbaren Erhitzung des Partikelsammelelementes 6a auf eine Temperatur oberhalb von 400 ° C, vorzugswei- se bei 700 °C keine Beschädigung zu verzeichnen ist.

Beispielsweise nach Ablauf eines Fahrzyklusses, der auf einem Prüfstand mit der Verbrennungskraftmaschine 1 durchfahren worden ist, kann das Partikelsammelele- ment 6a, auf dessen in Richtung auf die Zuleitung 4 weisenden Oberfläche Partikel aus dem Teilabgasstrom separiert worden sind, aus der Partikelsammelkammer 6 entnommen, dann einer Laboranalyse zugeführt und durch ein unbeladenes Partikelsammelelement 6a er- setzt werden.