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ABGASMESSTECHNIK ABGASMASSENSTROMSENSOR FÜR PKW- UND NFZ-ANWENDUNGEN Der Schlüssel zur maximalen Ausnutzung der etablierten externen Abgasrückführung zur Senkung motorischer Stickoxidemissionen liegt in der präzisen Bemessung der zurückgeführten Abgasmasse. Zu diesem Zweck hat Pierburg in Zusammenarbeit mit Heraeus Sensor Technologies einen auf Heißfilmanemometrie beruhenden Sensor entwickelt. Die keramisch ausgeführten Sensorelemente erlauben den Einsatz in motorischem Abgas. 34 100 Jahre Kolbenschmidt Pierburg
ANFORDERUNGEN Die zunehmend restriktiven Emissionsvorschriften sowohl im Pkw- wie auch im Nutzfahrzeugbereich erfordern neben effizientenAbgasnachbehandlungsmaßnahmen vor allem eine stetige Optimierung der motorischen Rohemissionen. Im Hinblick auf die Senkung der Stickoxidemissionen bietet es sich insbesondere in dieselmotorischen Anwendungen an, das volle Potenzial der gekühlten Abgasrückführung auszuschöpfen. Im Pkw wie auch zunehmend im Nfz wird die Abgasrückführung als Unterstützung innermotorischer Maßnahmen in verschiedenen Konstellationen eingesetzt. Allen Ansätzen gemeinsam ist die Notwendigkeit, die zurückgeführte Abgasmasse unter Berücksichtigung brennverfahrenstechnischer Randbedingungen, hier insbesondere die Ruß- und NO X -Bildungsregimes, kontrolliert und betriebspunktgenau einzuregeln, �. In den bislang am Markt verfügbaren Motorkonzepten erfolgt die Erfassung des zurückgeführten Abgasmassenstroms in Ermangelung einer direkten Sensorik meist über indirekte Informationen, wie etwa beim Pkw über die angesaugte Luftmasse beziehungsweise die zugrundeliegende Motorschlucklinie. Die Kombination verschiedener Sensorsignale und berechneter Kenngrößen sowie deren Toleranzen erlaubt es leider nur, die Abgasrückführung mit begrenzter Genauigkeit und damit begrenztem Potenzial einzustellen. Der nachfolgend beschriebene Abgasmassenstromsensor (AGS) kann dagegen unmittelbar in den Abgasrückführstrang integ- 100 Jahre Kolbenschmidt Pierburg riert werden und liefert somit eine Information von erster Stelle. Beispielhaft sind in � zwei Einbaupositionen im Falle eines Dual-Loop-AGR-Systems mit Hochdruck- und Niederdruck-AGR-Pfad dargestellt. KONZEPT UND DESIGN Der vorgestellte Sensor dient der Erfassung des Abgasmassenstroms in einem von heißem Abgas durchströmten Rohr. � zeigt ein vollständiges Sensorsystem. Das gewählte physikalische Messprinzip ist das der Heißfilmanemometrie, das sich auch im Bereich der Luftmassensensorik für den Luftansaugtrakt durchgesetzt hat. Vorzüge des Prinzips sind in erster Linie seine hohe Messgenauigkeit, eine ausgeprägte Robustheit sowie die kostengünstige Darstellbarkeit. � zeigt schematisch die Funktionsweise des Messprinzips. Der Sensor verfügt über zwei Sensorelemente, von denen eines die Temperatur des strömenden Abgases (T a ) misst. Das zweite wird durch elektrische Beheizung auf eine erhöhte Temperatur (T h ) gebracht, wodurch sich ein Wärmestrom Q . von diesem Sensorelement in das Abgas einstellt. Dieser Wärmestrom ist stark abhängig von der Geschwindigkeit des vorbeiströmenden Gases und somit ein gutes Maß für den Gasmassenstrom. In guter Näherung gilt: Gl. 1 m . = A ___ _______ (T – T ) h a 2 · 2 c1 Q. 2 Hierbei sind A der Strömungsquerschnitt des Messrohres sowie c 1 eine dimensions- ABGASMESSTECHNIK AUTOREN DR. KARSTEN GRIMM ist Experte für Motorkomponenten und Thermodynamik in der Vorentwicklung der Kolbenschmidt Pierburg AG in Neuss. SVEN NIGRIN ist Elektronikexperte für Nebenaggregate und Alternative Antriebe in der Vorentwicklung der Kolbenschmidt Pierburg AG in Neuss. DR. ANDRES TÖNNESMANN ist Experte für Motorkomponenten und Thermodynamik in der Vorentwicklung der Kolbenschmidt Pierburg AG in Neuss. HEINRICH DISMON Leitung Vorentwicklung der Kolbenschmidt Pierburg AG. � NO X - und Rußbildung in Abhängigkeit von lokaler Verbrennungstemperatur und lokalem Kraftstoff-/Luftverhältnis, nach [1] NO X and soot formation as a function of local combustion temperature and local fuel/air ratio, as given in [1] 35
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