废气系统的高温区段处的光学入口装置以及颗粒传感器的制作方法

本发明涉及一种尤其是内燃机的废气系统的高温区段上的光学入口装置，以及根据并列权利要求的前序部分的颗粒传感器。

背景技术：

1、de 10 2018 218 912 a1公开了一种颗粒传感器，用于探测内燃机的废气管中的颗粒或气溶胶。颗粒传感器是布置在废气管外的光学颗粒传感器，所述光学颗粒传感器通过玻璃制成的观察窗形式的光学入口元件向废气管内部发射聚焦在一个光斑上的激光束。所述观察窗能够密封地实施。能够使用具有非常低的热膨胀系数的玻璃用于观察窗，所述热膨胀系数例如在0到大约8×10-6 1/k范围内。

技术实现思路

1、本发明所基于的问题是通过一种光学入口装置和具有并列权利要求的特征的颗粒传感器来解决的。

2、根据本发明的光学入口装置避免了直接相邻构件的明显不同的热膨胀系数。由此就避免了在温度变化时产生从密封装置到与光学入口元件上的密封装置配合的面和/或到保持框架上与密封装置配合的面的不同直径变化。因此，避免了互相配合的面之间的相对运动，由此防止互相配合的面在使用寿命期间的磨损和污染。

3、具体来说，这通过尤其是内燃机的废气系统的高温区段上的光学入口装置实现，其中，该光学入口装置具有光学入口元件。例如，光学入口元件能够是例如由耐高温玻璃制成的观察和/或保护窗，所述观察和/或保护窗例如属于内燃机的废气系统中的颗粒传感器。这样的观察和/或保护窗能够例如将颗粒传感器的敏感传感机构与内燃机的热废气传导的空间(例如废气道或废气管)隔开，并保护其不承受热的废气和不受废气的污染。

4、然而，颗粒传感器的激光束能够例如穿过光学入口元件射到废气管中，以检测那里存在的颗粒。因此，光学入口元件提供了从外部到废气管内部的光学入口。通常，光入口元件包括具有相对低的热膨胀系数的玻璃，例如，所述热膨胀系数能够在约0至约8×10-61/k的范围。

5、光学入口元件能够密封地布置在(例如由具有低的热膨胀系数的特种钢制成的)保持框架中。由此使得光学入口元件能够在整个温度范围上以不相对运动或者说以小的相对运动的方式被机械地固定在保持框架中。优选地，保持框架的热膨胀系数在光入口元件的热膨胀系数的范围内，特别优选地，两个热膨胀系数大致相同。保持框架能够借助于紧固装置紧固在一区段上，例如紧固在颗粒传感器壳体的基体上。

6、为了形成上述密封，光学入口装置具有由金属材料制成的密封装置，所述密封装置布置在、尤其是夹紧在光学入口元件和保持框架之间。这种密封装置例如能够是翻边密封(sickendichtung)或包括这种翻边密封。密封装置的金属材料具有下述热膨胀系数，该热膨胀系数在光学入口元件和/或保持框架的热膨胀系数的范围内。

7、在扩展方案中提出，密封装置的金属材料具有大约在0到10×10-6 1/k之间的热膨胀系数。因此，密封装置和光学入口元件之间的相对运动能够完全或几乎完全消除。

8、在扩展方案中提出，密封装置的金属材料包括科瓦合金(kovar)、因瓦合金(invar)、钛、至少一种钛合金、钽和/或至少一种钽合金。这是具有合适的热膨胀系数的材料。

9、在扩展方案中提出，保持框架具有环盘状区段，所述环盘状区段与光学入口元件的径向外部的和轴向方向上指向的区域对置，而密封装置布置在保持元件的环盘状区段和光学入口元件的径向外侧区域之间。因此，这样的密封装置实施成轴向密封，但所述密封装置在可能存在的径向相对运动的情况下也能可靠地密封。

10、在扩展方案中提出，密封装置具有至少一个环盘状的第一贴靠区段和至少一个环盘状的第二贴靠区段，它们通过至少一个环盘状的连接区段相互连接，其中，第一贴靠区段和第二贴靠区段在轴向方向和径向方向上看彼此错开地布置。以这种方式，密封装置还具有主要由连接区段提供的弹簧功能，所述弹簧功能一方面在保持框架中张紧光学入口元件，所述弹簧功能另一方面提供相对于光学入口元件和相对于保持框架的可靠密封。

11、在扩展方案中提出，密封装置具有至少两个环盘状的第一贴靠区段，并且环盘状的第二贴靠区段在径向方向看布置在两个环盘状的第一贴靠区段之间。因此，该密封装置是径向对称的。

12、在扩展方案中提出，至少一个环盘状的第一贴靠区段贴靠在保持框架上，而至少一个环盘状的第二贴靠区段贴靠在光学入口元件上。因此，在每种情况下，光学入口元件只受一个贴靠区段的加载，这就节省了空间。

13、本发明还涉及一种用于探测尤其内燃机的废气中的颗粒的颗粒传感器，其包括上述类型的光学入口装置。例如，所述颗粒传感器能够在使用激光诱导炽热的原理的情况下工作。在此，首先借助激光光线通过部分吸收激光光线将颗粒加热到几千摄氏度，所述激光光线从激光模块发出并且以足够高的强度束在废气系统内的一个光斑上。根据普朗克辐射定律，这种热颗粒发出特征温度辐射(炽热或辉光发射)，所述特征温度辐射用作测量信号并且以颗粒传感器的相应探测器接收。

技术特征：

1.一种尤其是内燃机的废气系统(10)的高温区段(12)上的光学入口装置(22)，其具有保持框架(32)、保持在所述保持框架(32)中的光学入口元件(23)和由金属材料制成的密封装置(56)，所述密封装置布置在光学入口元件(23)和保持框架(32)之间，其特征在于，所述密封装置(56)的金属材料具有下述热膨胀系数，所述热膨胀系数在所述光学入口元件(23)和/或所述保持框架(32)的热膨胀系数的范围内。

2.根据权利要求1所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述密封装置(56)的所述金属材料具有在约0至10×10-6 1/k的范围内的热膨胀系数。

3.根据前述权利要求中的至少一项所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述密封装置(56)的所述金属材料包括科瓦合金、因瓦合金、钛、至少一种钛合金、钽和/或至少一种钽合金。

4.根据前述权利要求中的至少一项所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述保持框架(32)包括环盘状区段(36)，所述环盘状区段与所述光学入口元件(23)的径向外部的和轴向方向上指向的区域(54)对置，并且所述密封装置(56)布置在所述保持元件(32)的所述环盘状区段(36)和所述光学入口元件(23)的径向外部区域(54)之间。

5.根据权利要求4所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述密封装置(56)包括至少一个环盘状的第一贴靠区段(58a-b)和至少一个环盘状的第二贴靠区段(60)，所述第一贴靠区段和第二贴靠区段通过至少一个环盘状的连接区段(62a-b)相互连接，其中，所述第一贴靠区段(58a-b)和所述第二贴靠区段(60)在轴向方向和径向方向上看彼此错开地布置。

6.根据权利要求5所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述密封装置(56)具有至少两个环盘状的第一贴靠区段(58a-b)，并且所述环盘状的第二贴靠区段(60)在径向方向上看布置在两个环盘状的第一贴靠区段(58a-b)之间。

7.根据权利要求5-6中的至少一项所述的光学入口装置(22)，其特征在于，所述至少一个环盘状的第一贴靠区段(58a-b)贴靠在所述保持框架(32)上，而所述至少一个环盘状的第二贴靠区段(60)贴靠在所述光学入口元件(23)上。

8.一种用于探测尤其内燃机的废气(14)中的颗粒的颗粒传感器(18)，其特征在于，所述颗粒传感器包括根据前述权利要求中至少一项所述的光学入口装置(22)。

技术总结
废气系统(10)、尤其是内燃机的废气系统的高温区段(12)上的光学入口装置(22)包括保持框架(32)、保持在该保持框架(32)中的光学入口元件(23)以及由金属材料制成的密封装置(56)，所述密封装置布置在光学入口元件(23)与保持框架(32)之间。提出，密封装置(56)的金属材料具有下述热膨胀系数，所述热膨胀系数在光入口元件(23)和/或保持框架(32)的热膨胀系数的范围内。

技术研发人员：M·诺尔普,A·里希特,C·纳格尔
受保护的技术使用者：罗伯特·博世有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12