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Patent Searching and Data


Title:
GAS MEASURING DEVICE AND GAS MEASURING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/115050
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a gas measuring device (10) for measuring an exhaust gas flowing in an exhaust pipe (100) of an internal combustion engine. According to the invention, the gas measuring device comprises a housing (20) having at least one housing section (25) arranged outside the exhaust pipe (100), wherein a sensor (50; 50') is provided in the housing section (25). Furthermore, the gas measuring device (10) has a feed channel (30) which diverts a partial exhaust gas stream into the housing (20).

Inventors:
WIENAND KARLHEINZ (DE)
MUZIOL MATTHIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/083695
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
December 20, 2017
Export Citation:
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Assignee:
HERAEUS SENSOR TECHNOLOGY GMBH (DE)
International Classes:
G01F1/00; G01N27/407; G01F5/00; G01M15/10; G01N27/417; G01N33/00
Foreign References:
US20150267595A12015-09-24
US20160116373A12016-04-28
US6242263B12001-06-05
DE102008041038A12010-02-11
US5624640A1997-04-29
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
KILCHERT, Jochen (DE)
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Claims:
Ansprüche

Gas-Messvorrichtung (10) zur Messung eines in einem Abgasrohr (100) eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases,

geken nzeich net d u rch

ein Gehäuse (20) mit mindestens einem außerhalb des Abgasrohrs (100) ausgebildeten Gehäuseabschnitt (25), in dem ein Sensor (50) befindlich ist, wobei die Gas-Messvorrichtung (10) mindestens einen Zuleitungskanal (30) umfasst, der einen Teil-Abgasstrom in das Gehäuse (20) ableitet.

Gas-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1,

da d u rch geken nzeich net, dass

der Zuleitungskanal (30) ein Staurohr, insbesondere ein Pitotrohr, oder ein Totwasserrohr ist.

Gas-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,

geken nzeich net d u rch

einen Ableitungskanal (40), der eine Fluidverbindung vom

Gehäuseinneren (21) zum Abgasrohr (100) und/oder zur

Gehäuseumgebung (101) herstellt.

Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, geken nzeich net d u rch

ein doppelwandiges Rohr (15) mit einem Innenrohr (35) und einem

Außenrohr (36), wobei ein zwischen dem Innenrohr (35) und dem

Außenrohr (36) gebildeter Zwischenraum als ein/der Ableitungskanal (40) ausgebildet ist und/oder das Innenrohr (35) den Zuleitungskanal (30) bildet.

Gas-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4,

da d u rch geken nzeich net, dass

der Ableitungskanal (40) mindestens eine Öffnung (41, 43) aufweist, wobei der Ableitungskanal (40) derart im Abgasrohr (100) positioniert ist, dass das im Abgasrohr (100) strömende Abgas über die Öffnung (41, 43) strömt.

6. Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da d u rch geken nzeich net, dass

im Zuleitungskanal (40) ein den Teil-Abgasstrom reinigendes und/oder konditionierendes Element, insbesondere mindestens ein Partikelfilter (70) und/oder mindestens ein Katalysator und/oder mindestens eine Vorrichtung zur Temperatureinstellung des Teil-Abgasstroms und/oder mindestens eine Dosiervorrichtung für Gas und/oder Aerosol, ausgebildet ist.

7. Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, geken nzeich net d u rch

eine Hülse (60) mit einem Außengewinde (61) und/oder einen Ring mit einem Außengewinde zur Verbindung des Gehäuses (20) mit dem

Abgasrohr (100), wobei die Hülse (60) und/oder der Ring vorzugsweise am Zuleitungskanal (30) ausgebildet ist.

8. Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da d u rch geken nzeich net, dass

der Sensor (50) ein Gas-Massenstrom-Sensor oder ein Gas-Sensor, insbesondere ein NOx-Sensor, besonders bevorzugt ein N02-Sensor, ist.

9. Gas-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 8,

da d u rch geken nzeich net, dass

der NOx-Sensor (50), insbesondere der N02-Sensor,

a) ein keramisches Substrat (51),

b) eine auf dem Substrat aufgebrachte oxidische Halbleiterschicht (52), insbesondere eine Wolframtrioxid-Schicht, und

c) mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht (52) elektrisch kontaktiert sind,

umfasst.

10. Gas-Messvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9,

da d u rch geken nzeich net, dass

der NOx-Sensor (50), insbesondere der N02-Sensor, ein Heizelement (53) umfasst.

11. Gas-Messverfahren unter Verwendung einer Gas-Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

g e ke n n ze i c h n et d u rch

die Verfahrensschritte:

a) Ableiten eines Teil-Abgasstroms des Abgases aus dem Abgasrohr (100) mittels des Zuleitungskanals (30);

b) Leiten des Teil-Abgasstroms in den mindestens außerhalb des

Abgasrohrs (100) ausgebildeten Gehäuseabschnitt (21);

c) Leiten des Teil-Abgasstroms über den Sensor (50, 50').

12. Gas-Messverfahren nach Anspruch 11,

d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass

im Schritt b) der Teil-Abgasstrom abgekühlt wird, insbesondere derart, dass die Temperatur des Teil-Abgasstroms am Sensor (50, 50') weniger als 500 °C, insbesondere weniger als 300 °C, beträgt.

13. Gas-Messverfahren nach Anspruch 11 oder 12,

d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass

zwischen Schritt b) und Schritt c) der Teil-Abgasstrom gereinigt und/oder konditioniert wird, insbesondere der Teil-Abgasstrom mittels Partikelfilter (70) oder Katalysator gereinigt wird oder dem Teil-Abgasstrom weiteres Gas und/oder Aerosol zugefügt wird.

14. Gas-Messverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,

g e ke n n ze i c h n et d u r ch

einen Schritt d), in dem der Teil-Abgasstrom in das Abgasrohr (100) zurückgeführt wird oder in die Gehäuseumgebung (101) abgeleitet wird.

15. Gas-Messverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,

d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass

der Sensor (50, 50') die Konzentration von Gasbestandteilen des Teil- Abgasstroms misst.

Description:
Gas-Messvorrichtung und Gas-Messverfahren

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Gas-Messvorrichtung zur Messung eines in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Gas-Messverfahren unter Verwendung einer

erfindungsgemäßen Gas-Messvorrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind Abgassensoren im Automobilbereich bekannt, mit deren Hilfe die Konzentration von Stickoxiden (NO, N0 2 ) gemessen werden kann. Dabei werden die Stickoxide nicht direkt gemessen. Vielmehr wird durch gezielte Reduktion des Stickstoffs der dabei freigesetzte Sauerstoff bestimmt. Dies ist insbesondere mit Hilfe eines sauerstoffionen-leitenden Materials, das in der amperometrischen Messmethode betrieben wird, möglich. Derartige Sensoren bestehen aus mehreren Multilayer-Cofired-Zr0 2 -Schichten. Diese Sensoren haben jedoch mehrere Nachteile. Insbesondere liegt die Nachweisgrenze derartiger Sensoren bei 100 ppm für N0 2 . Daher sind derartige Sensoren aus heutiger Sicht zu ungenau für Abgasuntersuchungen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die einzelnen keramischen Schichten derartiger Sensoren einzeln gefertigt werden müssen und die Sensoren daher äußerst teuer sind. Derartige Sensoren können bei einem Sensorpreis von 70 - 90 EUR pro Sensor nicht flächendeckend in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.

Des Weiteren sind Stickoxidsensoren auf Basis von oxidischen Halbleiterschichten bekannt. Durch Adsorption von N0 2 auf der Oberfläche des oxidischen Halbleiters verändert sich dessen elektrischer Widerstand durch Dotierung bzw. Dedotierung. Diese Sensoren sind äußerst N0 2 -empfindlich und können des Weiteren

kostengünstig hergestellt werden. Allerdings sind derartige Sensoren äußerst wärmeempfindlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine weiterentwickelte Gas- Messvorrichtung anzugeben, die eine kostengünstige Messung eines in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases ermöglicht.

Insbesondere soll die Verwendung von Stickoxidsensoren zur Abgasüberwachung von Verbrennungsmotoren ermöglicht werden. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiterentwickeltes Gas-Messverfahren anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Gas-Messvorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Im Hinblick auf das Gas- Messverfahren wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 11 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Gas-Messvorrichtung zur Messung eines in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases, anzugeben, wobei die Gas-Messvorrichtung ein Gehäuse mit mindestens einem außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt umfasst, wobei in dem Gehäuseabschnitt ein Sensor befindlich ist. Des Weiteren umfasst die Gas- Messvorrichtung einen Zuleitungskanal, das einen Teil-Abgasstrom in das Gehäuse ableitet. Mit anderen Worten wird ein Teil des durch das Abgasrohr strömenden Abgases aus dem Abgasrohr abgezweigt und in das Gehäuse, insbesondere in den außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt, abgeleitet.

Der Zuleitungskanal ist vorzugsweise als Staurohr oder als Totwasserohr ausgebildet. Bei dem Staurohr kann es sich insbesondere um ein Pitotrohr handeln. Als Pitotrohr ist im Folgenden nicht ein Staudrucksensor zu verstehen. Vielmehr ist die Form des Rohres ausschlaggebend . Der Zuleitungskanal dient dazu, einen Teil-Abgasstrom des in dem Abgasrohr strömenden Abgases in das Gehäuse, insbesondere in den außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten

Gehäuseabschnitt, zu leiten.

Vorzugsweise wird der Teil-Abgasstrom vom Einlass des Abgasrohres bis zum Erreichen des Sensors abgekühlt. Daher ist es möglich, eine Gas-Messvorrichtung mit bekannten Stickoxidsensoren zu verwenden, die auf oxidischen

Halbleiterschichten basieren. Der Zuleitungskanal, insbesondere das Pitotrohr oder das Totwasserohr, dienen dazu, dass stets ein gleichbleibender Anteil des Abgases, nämlich ein gleichbleibender Teil-Abgasstrom in den Gehäuseabschnitt geleitet wird. Der Zuleitungskanal kann zusammen mit dem Gehäuse eine Art Bypass bilden. Das Gehäuse kann in einer Ausführungsform der Erfindung vollständig außerhalb des Abgasrohrs ausgebildet sein. Bei einer derartigen Ausführungsform

befindet/befinden sich lediglich ein Abschnitt des Zuleitungskanals und/oder ein Abschnitt eines Zuleitungskanals sowie eines Ableitungskanals zumindest abschnittsweise innerhalb des Abgasrohrs.

Die Gas-Messvorrichtung kann des Weiteren einen Ableitungskanal umfassen, der eine Fluidverbindung vom Gehäuseinneren zum Abgasrohr und/oder zur

Gehäuseumgebung herstellt. Demnach ist es möglich, dass der Teil-Abgasstrom nachdem er über den Sensor geströmt ist, entweder direkt in die

Gehäuseumgebung und/oder über den Ableitungskanal in das Abgasrohr zurückgeführt wird . Durch geeignete Führung des Teil-Abgasstroms ist es möglich Totwassergebiete zu vermeiden, um eine schnelle Ansprechzeit des Sensors zu ermöglichen.

Der Ableitungskanal kann in einer Ausführung periskop-förmig ausgebildet sein. Demnach umfasst ein derartiger Zuleitungskanal zunächst einen gebogenen Abschnitt, der vorzugsweise entgegen der Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet ist. Mit anderen Worten ist die Eingangsöffnung des Abgasrohres entgegen der Strömungsrichtung im Abgasrohr angeordnet. An dem gebogenen Abschnitt des Zuleitungskanals schließt sich vorzugsweise ein 90° abgewinkelter Leitungsabschnitt an. Dieser Leitungsabschnitt endet vorzugsweise in einer Ausgangsöffnung, durch die der Teil-Abgasstrom in das Gehäuse der Gas- Messvorrichtung strömt. Mit anderen Worten dient die Ausgangsöffnung zur Fluidverbindung des Zuleitungskanals mit dem Gehäuse.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Ableitungskanal als vom

Zuleitungskanal separates Rohr ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, dass der Ableitungskanal in vertikaler Verlängerung zum Zuleitungskanal ausgebildet ist. Eine derartige Ausführungsform des Ableitungskanals dient zur Fluidverbindung vom Gehäuseinneren zur Gehäuseumgebung. Des Weiteren ist es möglich, dass der Ableitungskanal spiegelsymmetrisch zum Zuleitungskanal ausgebildet ist. Demnach kann auch der Ableitungskanal periskop-förmig ausgebildet sein, wobei der gebogene Abschnitt des Ableitungskanals in

Strömungsrichtung des Abgases im Abgasrohr ausgerichtet ist. Die Leitungsabschnitte des Ableitungskanals sowie des Zuleitungskanals können in einer derartigen Ausführungsform parallel zueinander verlaufen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Gas-Messvorrichtung ein doppelwandiges Rohr mit einem Innenrohr und einem Außenrohr umfassen. Vorzugsweise ist ein zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gebildeter Zwischenraum als ein/der Ableitungskanal ausgebildet. Das Innenrohr ist in einer derartigen Ausführungsform vorzugsweise als Zuleitungskanal ausgebildet. Der Zuleitungskanal und der Ableitungskanal sind vorzugsweise derart dimensioniert, dass ihre Strömungswiderstände einander ähnlich sind.

Vorzugsweise ist die Ausgangsöffnung eines Ableitungskanals derart in Richtung der Strömungsrichtung des Abgases orientiert, dass ein Unterdruck im

Ableitungskanal erzeugt wird. Auch bei der Ausbildung mit einem doppelwandigen Rohr wird dieses Prinzip realisiert. Vorzugsweise weist das Außenrohr mehrere Öffnungen, insbesondere mehrere schlitzförmige Öffnungen auf. Unter dem Pitotrohr ist im vorliegenden Beispiel ein abgewinkeltes Rohr zu verstehen, dessen Eingangsöffnung dem anströmenden Abgas entgegensteht, während sich die Ausgangsöffnung entweder außerhalb des Abgasstromes befindet oder parallel zum Abgasstrom orientiert ist. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen den beiden Öffnungen kommt es in den Pitotrohr zu einem eigenen Fluidstrom in dem der Teil-Abgasstrom zum außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten

Gehäuseabschnitt geleitet wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Ableitungskanal mindestens eine Öffnung aufweisen, wobei der Ableitungskanal derart im

Abgasrohr positioniert ist, dass das im Abgasrohr strömende Abgas über die Öffnung strömt. Sofern der Zuleitungskanal als Totwasserohr ausgebildet ist gelangt der Teil-Abgasstrom durch Diffusion in den außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten Gehäuseabschnitt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann im Zuleitungskanal ein den Teil-Abgasstrom reinigendes und/oder konditionierendes Element ausgebildet sein. Bei einem den Teil-Abgasstrom reinigenden Element kann es sich

insbesondere um einen Partikelfilter und/oder einen Katalysator handeln. Des Weiteren ist es möglich, dass im Zuleitungskanal eine Vorrichtung zur Temperatureinstellung des Teil-Abgasstroms ausgebildet ist. Als ein den Teil- Abgasstrom konditionierendes Element ist beispielsweise die Ausbildung einer Dosiervorrichtung für Gase und/oder Aerosole möglich.

Vorzugsweise umfasst die Gas-Messvorrichtung mindestens eine Hülse mit einem Außengewinde und/oder einen Ring mit einem Außengewinde, wobei die H ülse und/oder Ring zur Verbindung des Gehäuses mit dem Abgasrohr ausgebildet sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die H ülse und/oder der Ring am Zuleitungskanal ausgebildet. Bei der Ausbildung der Gas-Messvorrichtung mit einer derart beschriebenen Hülse und/oder einem derart beschriebenen Ring ist es möglich, die Gas-Messvorrichtung im Sinne eines Einschraubfühlers in das Abgasrohr einzubringen.

Des Weiteren ist es möglich, dass die Gas-Messvorrichtung einen, vorzugsweise ringförmig ausgebildeten, Befestigungsflansch aufweist. Dieser

Befestigungsflansch kann an dem Abgasrohr befestigt sein.

Bei dem im Gehäuse der Gas-Messvorrichtung befindlichen Sensor kann es sich um einen Gas-Massenstrom-Sensor und/oder um einen Gas-Sensor und/oder um einen Temperatur-Sensor handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Sensor um einen NOx-Sensor. In einer äußerst bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Sensor um einen N0 2 -Sensor. Des Weiteren ist es möglich, dass im Gehäuse nicht nur ein Sensor sondern mehrere Sensoren ausgebildet sind . In einem derartigen Fall umfasst die Gas-Messvorrichtung eine Sensorbaugruppe, die mehrere unterschiedliche Sensoren aufweist.

Sofern die Gas-Messvorrichtung einen NOx-Sensor, insbesondere einen N0 2 - Sensor, aufweist, umfasst dieser Sensor: a) ein keramisches Substrat,

b) eine auf dem Substrat aufgebrachte oxidische Halbleiterschicht, und c) mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht elektrisch

kontaktiert sind. Mit anderen Worten stehen die mindestens zwei Elektroden in elektrischen

Kontakt mit der oxidischen Halbleiterschicht. Bei der oxidischen Halbleiterschicht handelt es sich vorzugsweise um eine Wolframtrioxid-Schicht. Des Weiteren ist es möglich, dass die oxidische Halbleiterschicht Manganoxid (MnO, Mn 2 03) aufweist. Auch die Verwendung weiterer Metalloxide ist möglich.

Des Weiteren kann der Sensor, insbesondere der NOx-Sensor, besonders der N0 2 - Sensor, ein Heizelement umfassen. Das Heizelement befindet sich vorzugsweise auf der zur oxidischen Halbleiterschicht gegenüberliegend ausgebildeten Seite des Substrates. Des Weiteren ist es möglich, dass auf der oxidischen Halbleiterschicht eine poröse Abdeckkeramik aufgebracht ist. Diese Abdeckkeramik schützt die oxidische Halbleiterschicht.

Bei den unter c) beschriebenen Elektroden handelt es sich vorzugsweise um zwei ineinandergreifende Kammelektroden. Derartige Elektroden können beispielsweise durch Siebdruck auf das keramische Substrat aufgebracht werden. Vorzugsweise bestehen die mindestens zwei Elektroden aus Platin. Anschließend werden die (Kamm-)Elektroden mit der oxidischen Halbleiterschicht beschichtet. Das

Aufbringen der oxidischen Halbleiterschicht kann durch Siebdruck oder durch RF- Sputtern durchgeführt werden. Im Anschluss daran kann auf die noch freie Seite des Substrates das beschriebene Heizelement, insbesondere der Heizwiderstand aufgebracht werden. Der Heizwiderstand kann beispielsweise aus Platin bestehen. Das Heizelement, insbesondere der Heizwiderstand, erlaubt es im Betrieb die Temperatur des keramischen Substrates zu kontrollieren. Gleichzeitig kann damit auch die Temperatur über den Widerstand gemessen werden. Vorzugsweise sind alle Zu leitungen zu den Kontakten aus Teflon-isolierten Drähten hergestellt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die oxidische Halbleiterschicht mit einer weiteren gaspermeablen Schutzschicht abzudecken. Diese Schicht kann beispielsweise aus Mangandioxid (Mn0 2 ) bestehen. Die zusätzliche gaspermeable Schutzschicht dient insbesondere dazu,

Kontaminationen durch Fremdgase zu verhindern.

Insgesamt ist festzustellen, dass auf Grundlage der erfindungsgemäßen Gas- Messvorrichtung eine Analyse eines in einem Abgasrohr strömenden Abgases (insbesondere eine Analyse der Stickoxide) mit Sensoren hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden kann. Die ausgebildeten Stickoxid-Sensoren weisen eine hohe Empfindlichkeit von 0 - 100 ppm auf. Die erfindungsgemäße Ableitung eines Teil-Abgasstroms in einen außerhalb des Abgasrohrs ausgebildeten

Gehäuseabschnitt führt zu schnellen Ansprechzeiten des Sensors. Dies wird beispielsweise bei schnellen Lastwechseln des Verbrennungsmotors gewünscht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Teil-Abgasstrom über den Sensor direkt und kontinuierlich geführt wird und Totwassergebiete vermieden werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Gas-Messverfahren, das unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Gas-Messvorrichtung durchgeführt wird. Das Gas-Messverfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a) Ableiten eines Teil-Abgasstroms des Abgases aus dem Abgasrohr mittels des Ableitungskanals;

b) Leiten des Teil-Abgasstroms in den außerhalb des Abgasrohrs

ausgebildeten Gehäuseabschnitt;

c) Leiten des Teil-Abgasstroms über den Sensor.

Im Schritt b) wird der Teil-Abgasstrom vorzugsweise abgekühlt. Die Abkühlung des Teil-Abgasstroms erfolgt derart, dass die Temperatur des Teil-Abgasstroms am Sensor weniger als 500 °C, insbesondere weniger als 400 °C, insbesondere weniger als 300 °C, beträgt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Abkühlung des Teil-Abgasstroms kann insbesondere ein Sensor der auf einer oxidischen

Halbleiterschicht basiert verwendet werden.

Zwischen Schritt b) und Schritt c) kann der Teil-Abgasstrom gereinigt und/oder konditioniert werden. Vorzugsweise wird der Teil-Abgasstrom mittels eines Partikelfilters oder mittels eines Katalysators gereinigt. Des Weiteren ist es möglich, dass dem Teil-Abgasstrom weiteres Gas und/oder Aerosol zugefügt wird . Durch Hinzufügen weiteren Gases bzw. Aerosols kann der Teil-Abgasstrom konditioniert werden.

Das Gas-Messverfahren kann einen Schritt d) umfassen, in dem Teil-Abgasstrom in das Abgasrohr zurückgeführt wird oder in die Gehäuseumgebung abgeleitet wird. Vorzugsweise sind das Gas-Messverfahren sowie die Gas-Messvorrichtung derart ausgebildet, dass es sich bei dem Sensor um einen Gas-Sensor handelt, der die Konzentration von Gasbestandteilen des Teil-Abgasstroms misst.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.

In diesen zeigen :

Fig . 1 eine erfindungsgemäße Gas-Messvorrichtung gemäß einer ersten

Ausführungsform;

Fig . 2 eine Prinzip-Darstellung einer Bypass-Anordnung;

Fig . 3 - 6 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gas- Messvorrichtung .

Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Teile gleiche Bezugsziffern verwendet.

In Fig . 1 ist eine erfindungsgemäße Gas-Messvorrichtung 10 zur Messung eines in einem Abgasrohr 100 (schematisch dargestellt) eines Verbrennungsmotors strömenden Abgases dargestellt. Die Gas-Messvorrichtung 10 umfasst des Weiteren ein Gehäuse 20. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das

vollständige Gehäuse 20 außerhalb des Abgasrohres 100 ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen ist es ebenfalls möglich, dass lediglich ein Gehäuseabschnitt außerhalb des Abgasrohres 100 ausgebildet ist.

Die Gas-Messvorrichtung 10 umfasst des Weiteren einen Zuleitungskanal 30, der einen Teil-Abgasstrom in das Gehäuse 20 ableitet. Der Zuleitungskanal 30 ist als Pitotrohr ausgebildet. Dieses umfasst einen ersten abgewinkelten Abschnitt 31 sowie einen davon 90° abstehenden Leitungsabschnitt 32. Im abgewinkelten Abschnitt 31 ist die Eingangsöffnung 33 des Zuleitungskanals 30 ausgebildet. Die Eingangsöffnung 33 ist entgegengesetzt zur Strömungsrichtung S des Abgases orientiert. Die Ausgangsöffnung 34 des Zuleitungskanales 30 ist außerhalb des Abgasrohres 100 ausgebildet. Durch den Druckunterschied zwischen der Eingangsöffnung 33 und der Ausgangsöffnung 34 kommt es in dem Zuleitungskanal 30 zu einem eigenen Fluidstrom. In diesem Fluidstrom strömt ein Teil-Abgasstrom in Richtung des Gehäuses 20.

Der Teil-Abgasstrom kann im Gehäuse 20 direkt zum Sensor 50 geleitet werden. Vorzugsweise beträgt die Temperatur innerhalb des Gehäuses 20 maximal 300 °C. Durch Anordnung eines Filters 70 im Zuleitungskanal 30 wird neben der

Abkühlung des Teil-Abgasstroms eine Reinigung bewirkt. Demnach ist innerhalb des Gehäuses 20 ein sauberer Gasraum ausgebildet.

Der Sensor 50 besteht im dargestellten Beispiel aus einem keramischen Substrat 51 einer auf dem Substrat 51 aufgebrachten oxidischen Halbleiterschicht 52 und mindestens zwei Elektroden, die mit der Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert sind . Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sensor 50 um einen NOx-Sensor, insbesondere um einen N0 2 -Sensor. Auf der Rückseite des Substrates 51 kann ein Heizelement, insbesondere ein Heizwiderstand ausgebildet sein. Oberhalb der oxidischen Halbleiterschicht 52 ist des Weiteren eine poröse Abdeckkeramik 54 ausgebildet.

Nach dem Umströmen des Sensors 50 mit dem Teil-Abgasstrom wird der Teil- Abgasstrom durch den Ableitungskanal 40 zum Abgasrohr 100 geleitet. Der Ableitungskanal 40 stellt somit eine Fluidverbindung vom Gehäuseinneren 21 zum Abgasrohr 100 her. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Gas- Messvorrichtung 10 ein doppelwandiges Rohr 15 mit einem Innenrohr 35 und einem Außenrohr 36 auf. Der zwischen dem Innenrohr 35 und dem Außenrohr 36 gebildete Zwischenraum ist vorliegend als Ableitungskanal 40 ausgebildet. Der Zuleitungskanal 30 wird hingegen durch das Innenrohr 35 gebildet.

Der Ableitungskanal 40 weist mehrere Öffnungen 41 auf, durch die der Teil- Abgasstrom in das Abgasrohr 100 entweichen kann. Die Öffnungen 41 sind vorzugsweise derart im Außenrohr 36 ausgebildet bzw. angeordnet, dass der Abgasstrom S über die Öffnungen 41 strömt. Dadurch bildet sich ein Druckgefälle zwischen den Öffnungen 41 des Außenrohrs 36 und dem Gehäuseabschnitt 25 aus und es kommt zu einem Fluidstrom aus dem Gehäuseabschnitt 25 in den

Abgasstrom. Die Gas-Messvorrichtung 10 umfasst des Weiteren eine Hülse 60 mit einem

Außengewinde 61. Die Hülse 60 umfasst des Weiteren einen Flanschabschnitt 62. Der Flanschabschnitt 62 liegt auf dem Abgasrohr 100 auf. Mit Hilfe des

Außengewindes 61 kann die Hülse 60 in das Abgasrohr 100 eingeschraubt werden.

In Fig. 2 wird schematisch ein Abgasrohr 100 mit einer erfindungsgemäßen Gas- Messvorrichtung 10 abgebildet. Diese Abbildung zeigt schemenhaft, dass die Gas- Messvorrichtung 10 zwei voneinander separierte Rohre, nämlich ein

Zuleitungskanal 30 sowie ein Ableitungskanal 40 umfassen kann. Die Gas- Messvorrichtung 10 ist im Sinne eines Bypasses ausgebildet. Das heißt, ein Teil- Abgasstrom wird aus dem im Abgasrohr 100 strömenden Abgas abgezweigt, mittels des Zuleitungskanales 30 in das Gehäuse 20 und zu dem im

Gehäuseinneren 21 ausgebildeten Sensor 50 geleitet. Anschließend wird der Teil- Abgasstrom wieder in das Abgasrohr 100 zugeführt. Auch bei dieser Konstruktion wird der Teil-Abgasstrom zweckmäßigerweise unter 400 °C gekühlt, bevor dieser auf den Sensor 50 trifft.

In Fig. 2 wird des Weiteren angedeutet, dass mehrere Sensoren, nämlich ein N0 2 - Sensor 50 und ein NOx-Sensor 50' im Gehäuseinneren 21 ausgebildet sein können.

In Fig. 3 wird eine weitere Ausführungsform der Gas-Messvorrichtung 10 dargestellt. Auch der dort abgebildete Zuleitungskanal 30 weist einen

abgewinkelten Abschnitt 31 und einen vertikalen Leitungsabschnitt 32 auf. Der Zuleitungskanal 30 endet im Gehäuse 20, in dem sich der Sensor 50 befindet. Der Ableitungskanal 40, insbesondere die Eingangsöffnung 42, ist in vertikaler

Verlängerung zum Zuleitungskanal 30 ausgebildet. Der Ableitungskanal 40 dient zur Fluidverbindung vom Gehäuseinneren 21 zur Gehäuseumgebung 101. Die Ausgangsöffnung 43 des Ableitrohrs 40 ist demnach in der Gehäuseumgebung 101 ausgebildet.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Gas-Messvorrichtung 10 dargestellt. Der Zuleitungskanal 30 und der Ableitungskanal 40 sind im

Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet. Demnach weisen beide Kanäle 30 und 40 jeweils einen abgewinkelten Abschnitt 31 und 44 sowie einen Leitungsabschnitt 32 und 45 auf. Beide Leitungsabschnitte 32 und 45 sind in einer Schutzhülse 75 befindlich. Es ist zu erkennen, dass die Eingangsöffnung 42 des Ableitungskanals 40 in horizontaler Verlängerung zur Ausgangsöffnung 34 des Zuleitungskanals 30 ausgebildet ist. Um eine derartige Anordnung der Öffnungen 33 und 42 zu ermöglichen weisen sowohl der Zuleitu ngskanal 30 als auch der Ableitungskanal 40 jeweils einen Biegungsabschnitt 37 und 47 auf.

In Fig . 5 ist eine Gas-Messvorrichtung 10 mit einem Gehäuse 20 dargestellt, wobei sich das Gehäuse 20 vollständig außerhalb des Abgasrohres 100 befindet. Im Gehäuseinneren 21 befindet sich wiederum der Sensor 50. Mittels einer Leitung 55 können die gemessenen Werte des Sensors 50 übertragen werden. Der axiale Endabschnitt 39 des Zuleitungskanals 30 ist in das Gehäuseinnere 21 eingeführt. Im dargestellten Beispiel sind der Zuleitungskanal 30 und der

Ableitungskanal 40 als ein einziges Bauteil ausgebildet. Das Rohr ist als

Totwasserrohr ausgebildet. Der Teil-Abgasstrom gelangt nicht durch direkte Leitung zu dem Sensor 50. Vielmehr gelangt ein Teil-Abgasstrom durch Diffusion des im Abgasrohr 100 strömenden Abgases zu dem Sensor 50. Hierzu weist das Rohr 30 bzw. 40 einen trompetenartigen Öffnungsabschnitt 38 auf. Die

Eingangsöffnung 33 bzw. 43 ist derart im Abgasrohr 100 positioniert, dass das im Abgasrohr 100 strömende Abgas über die Öffnung 33 bzw. 43 hinwegströmt.

In Fig . 6 wird eine alternative Ausführungsform einer Gas-Messvorrichtung 10 dargestellt. Diese weist im Gegensatz zu den Ausführungsformen der Fig . 3 - 5 keine Hülse 60 sondern lediglich einen Befestigungsflansch 65 auf.

Des Weiteren ist nicht das vollständige Gehäuse 20 außerhalb des Abgasrohres 100 ausgebildet sondern lediglich der Gehäuseabschnitt 25. In diesem

Gehäuseabschnitt 25 ist der Sensor 50 befindlich. Im dargestellten Beispiel sind mehrere Zuleitu ngskanäle 30 ausgebildet. Diese sind als Öffnungen im Gehäuse 20 ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere Reihen von Zuleitungskanälen 30 ausgebildet. Der Ableitungskanal 40 ist innerhalb des Gehäuses 20 ausgebildet. Das Gehäuse 20 ist mit anderen Worten konzentrisch zum Ableitungskanal 40 ausgebildet. Die Ausgangsöffnung 43 ist als Öffnung in der Stirnseite 26 des Gehäuses 20 ausgebildet. Da auch in diesem Beispiel der Sensor 50 außerhalb des Abgasrohrs 100 ausgebildet ist, wird der Teil-Abgasstrom auf dem Weg von den Zuleitungskanälen 30 zum Sensor 50 abgekühlt. Bezugszeichenliste

Gas-Messvorrichtung

Doppelwandiges Rohr

Gehäuse

Gehäuseinneres

Gehäuseabschnitt

Stirnseite

Zuleitungskanal

Abgewinkelter Abschnitt

Leitungsabschnitt

Eingangsöffnung

Ausgangsöffnung

Innenrohr

Außenrohr

Biegungsabschnitt

Öffnungsabschnitt

Endabschnitt

Ableitungskanal

Öffnung

Eingangsöffnung

Ausgangsöffnung

Abgewinkelter Abschnitt

Leitungsabschnitt

Biegungsabschnitt

Sensor

Substrat

Oxidische Halbleiterschicht

Heizelement

Abdeckschicht

Leitung

Hülse

Außengewinde

Flanschabschnitt

Befestigungsflansch

Filter Schutzhülse

Abgasrohr

Gehäuseumgebung Strömungsrichtung Abgas