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Rußladesensor

 

Rußladungssensor
Das entscheidende Merkmal der detektierbaren Partikel besteht in deren elektrischen Leitfähigkeit, sodass ausschließlich Rußpartikel registriert werden, an denen jedoch auch organische Substanzen und Kohlenwasserstoffe angelagert sein können.

Rußladungssensor für OBD und Werkstattmesstechnik

Funktion:

Rußpartikel werden in dem statischen elektrischen Feld durch Columb'sche Kräfte von der Hochspannungselektrode angezogen und erhalten bei Berührung eine starke elektrische Ladung.

Da die Ladung der Partikel und der Elektrode gleiche Polung aufweist, werden die Partikel abgestoßen und gelangen auf die virtuell geerdete Messelektrode, an der sie ihre Ladung abgeben.

Der DC-gekoppelte Ladungsverstärker misst die Ladung, die die Rußpartikel transportiert haben.

Der Mittelwert der Spannung U korreliert mit der Masse der Rußpartikel. Das Messverfahren unterliegt keinen Einschränkungen.

Das besondere Merkmal dieses elektrostatischen Rußpartikel Ladungsverfahren ist in den physikalischen Gesetzen begründet, dass sich die elektrischen Ladungen auf der Oberfläche eines Partikels gleichmäßig verteilen. Es wird also nicht die Masse gemessen sondern die Oberfläche eines Partikels.
(Der Bestimmtheitsgrad zur Partikelgesamtmasse beträgt: R² = 97 %)

Dies ist ein wesentlicher Vorzug dieses Verfahrens gegenüber anderer Verfahren, die auf die Bestimmung der Masse ausgerichtet sind, weil chemische Reaktionen in der Umwelt und karzinogene Wirkungen in biologischen Zellen durch Wechselwirkungen mit der Oberfläche von Nanopartikeln erzeugt werden und nicht von der Masse bestimmt sind.

Beim OBD- Einsatz ist das Messsignal von der Abgasgeschwindigkeit abhängig.

Bei der Bypass Anwendung, als eigenständiges Werkstattmessgerät für AU- Untersuchungen wird die Gasgeschwindigkeit durch eine Pumpe mit Volumenstromregelung hoch konstant gehalten, um unterschiedliche Abgasdrücke an der Entnahmestelle am Fahrzeug zu kompensieren.

Ausführung des Rußladungssensors für OBD und Werkstattmesstechnik

Eine Variante der technischen Umsetzung des Messverfahrens ist nachfolgend dargestellt. Die Hochspannungselektrode und die Messelektrode bilden einen Kondensator, der in das Abgasrohr eingesetzt und vom gesamten Abgasstrom durchströmt wird.

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Um die Elektrodenzuführungen rußfrei zu halten, wird der Effekt der Termophorese genutzt, indem das Ablagern von Rußpartikeln durch Wärmestrahlung verhindert wird. Hierfür ist eine geregelte Elektrodenschaftheizung erforderlich, die bei unterschiedlichen Abgastemperaturen wirksam arbeitet. Die Leistungsaufnahme beträgt 28 Watt.

 

Da das Messsignal von der Abgasgeschwindigkeit abhängig ist, wird diese mit Hilfe des Ansaugmassenstroms und der Temperatur im Sensor berechnet.

 

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Wenn bei älteren Fahrzeugen diese Daten nicht verfügbar sind, wird der Sensor für ausgewählte Motorbetriebspunkte kalibriert, z. B. für Volllastbeschleunigung. Jedes Mal, wenn dieser Betriebspunkt gefahren wird, erfolgt eine definierte Prüfung des Partikelfilters. Die Messwerte, die der Sensor außerhalb des kalibrierten Bereiches kontinuierlich liefert, werden zur Funktionskontrolle des Sensors verwendet.

Die folgende Darstellung zeigt den OBD- Sensor im Abgasstrang eines EURO IV-Fahrzeuges, mit dem inzwischen 1200 [km] auf der Straße und auf dem Rollenprüfstand gefahren wurden. Die Ansprechgeschwindigkeit und die Empfindlichkeit des Sensors kann in dem Diagramm des Euro Fahrzyklus beobachtet werden. Es ist die Schubabschaltung des Kraftstoffes an der Russemission ersichtlich, die sofort wieder einsetzt, wenn die Leerlaufeinspritzung erfolgt.

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Das offiziell für solche Rauchgasmessungen verwendete Opazimeter zeigt bei diesem Vorgang keine Reaktion, weil die Empfindlichkeit dieses Gerätes nicht ausreichend ist.

 

 

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