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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Abgasmesseinrichtung nach der Gattung
des Hauptanspruchs.
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Es
ist schon eine Abgasmesseinrichtung aus der
US 7,089,811 A bekannt, die
aus einem Abgassensor und einem abgasseitig am Abgassensor vorgesehenen
Teilstromentnahmemittel besteht, wobei der Abgassensor zumindest
ein Schutzrohr mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass und das
Teilstromentnahmemittel eine Aufnahmekammer mit einem Eingangskanal
und einem Ausgangskanal zur Zu- bzw. Abführung von Abgas
aufweist. Der Abgassensor reicht abschnittsweise mit dem Gaseinlass und
dem Gasauslass des Schutzrohres in die Aufnahmekammer des Teilstromentnahmemittels
hinein. Das Abgas strömt über den Eingangskanal
in die Aufnahmekammer des Teilstromentnahmemittels und von dort über
eine der Gaseinlässe in das Schutzrohr, in dem ein den
Sauerstoffgehalt des Abgases bestimmendes Sensorelement vorgesehen
ist. Anschließend strömt das Abgas über
Gasauslässe zurück in die Aufnahmekammer und von
dort über den Ausgangskanal zurück in das Abgasrohr.
Nachteilig ist, dass sich in der Aufnahmekammer Wirbel ausbilden,
die zu einer Vermischung von dem aus dem Schutzrohr austretenden
Abgas und dem aus dem Eingangskanal in die Aufnahmekammer eintretenden Abgas
führt, was zu einer Verfälschung des Messsignals
und einer Verschlechterung der Signaldynamik des Abgassensors führt.
Außerdem kommt es durch die Gaswirbel zu einer erhöhten
Partikelablagerung in der Aufnahmekammer des Teilstromentnahmemittels.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Abgasmesseinrichtung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass eine gerichtete Strömung durch die Abgasmesseinrichtung
erzwungen und eine Verwirbelung und Vermischung des angesaugten
und zurückgeführten Stroms vermieden wird, indem
der Abgassensor derart angeordnet ist, dass der Gasauslass des Schutzrohres
unmittelbar in den Ausgangskanal des Teilstromentnahmemittels mündet.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Abgasmesseinrichtung möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn der Gasauslass des Schutzrohres mit dem Ausgangskanal
des Teilstromentnahmemittels im wesentlichen dicht verbunden ist,
da auf diese Weise eine Verwirbelung des angesaugten Teilstroms
gänzlich vermieden wird. Der Gasauslass des Schutzrohres
liegt beispielsweise am Eingang des Ausgangskanals des Teilstromentnahmemittels
an, so dass höchstens ein kleiner Leckagespalt gebildet
ist.
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Weiterhin
vorteilhaft ist, wenn das Schutzrohr derart ausgebildet ist, dass
der Gasauslass gegenüber dem Gaseinlass in axialer Richtung
bezüglich einer Längsachse des Abgassensors vorsteht, da
der Gasauslass auf diese Weise leicht mit dem Eingang des Ausgangskanals
des Teilstromentnahmemittels verbindbar ist.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahmekammer eine Aufnahmeöffnung
aufweist, durch die der Abgassensor in die Aufnahmekammer hineinragt,
wobei in der Aufnahmeöffnung ein Innengewinde zum Einschrauben
des Abgassensors vorgesehen ist. Auf diese Weise lässt
sich der Abgassensor in die Aufnahmekammer hineinschrauben, bis
der Gasauslass des Schutzrohres am Eingang des Ausgangskanals des
Teilstromentnahmemittels im wesentlichen dicht anliegt. Der Ausgangskanal
bildet somit einen Anschlag für den Gassensor.
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Auch
vorteilhaft ist, wenn der Ausgangskanal des Teilstromentnahmemittels
an seinem der Aufnahmekammer abgewandten Ende um eine vorbestimmte
Länge über den Eingangskanal hinausragt, da der
Ausgangskanal des Teilstromentnahmemittels auf diese Weise tiefer
in die Strömung eines Abgasrohres hineinragt als der Eingangskanal,
wodurch sich aufgrund des Geschwindigkeitsprofils in der Strömung
ein größerer Unterdruck an dem dem Abgas zugewandten
Ende des Ausgangskanals als an dem dem Abgas zugewandten Ende des
Eingangskanals ausbildet. Dadurch wird eine Zwangsdurchströmung
vom Eingangskanal über das Schutzrohr und den Ausgangskanal
zurück in das Abgasrohr erreicht.
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Desweiteren
vorteilhaft ist, wenn der Querschnitt des Ausgangskanals geringer
ausgebildet ist als der Querschnitt des Eingangskanals, um eine Drosselwirkung
des Teilstromentnahmemittels zu erreichen. Auf diese Weise wird
der Volumenstrom durch das Teilstromentnahmemittel begrenzt.
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Gemäß dem
Ausführungsbeispiel sind der Eingangskanal und der Ausgangskanal
konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Ausgangskanal radial
innerhalb des Eingangskanals liegt.
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Vorteilhaft
ist, wenn der Ausgangskanal des Teilstromentnahmemittels durch eine Öffnung
der Aufnahmekammer hindurchragt, wobei zwischen der Öffnung
und dem Ausgangskanal ein Ringspalt verbleibt, der den Eingangskanal
bildet.
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Außerdem
vorteilhaft ist, wenn der Ausgangskanal des Teilstromentnahmemittels
eine Schulter aufweist, die an einer Wandung der Aufnahmekammer
abgestützt ist. Beispielsweise liegt die Schulter des Ausgangskanals
an einem Absatz der Aufnahmekammer an und ist stoffschlüssig,
kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig an einer
Wandung der Aufnahmekammer befestigt.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die
Zeichnung zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße
Abgasmesseinrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Abgasmesseinrichtung 1 besteht
aus einem Abgassensor 2 und einem abgasseitig am Abgassensor 2 vorgesehenen
Teilstromentnahmemittel 3. Der Abgassensor dient beispielsweise
der Bestimmung der Sauerstoffkonzentration eines Abgases einer Brennkraftmaschine, kann
aber ausdrücklich auch zur Bestimmung anderer pyhsikalischer
Größen eines beliebigen Gases verwendet werden.
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Das
Teilstromentnahmemittel 3 führt einen Teilstrom
einer Abgasleitung 4 einer Brennkraftmaschine 5 über
eine Öffnung 6 in der Abgasleitung 4 zu einem
die physikalische Größe des Abgases bestimmenden
Sensorelement 8 des Abgassensors 2 und anschließend
wieder zurück in die Abgasleitung 4. Dazu ist
das Teilstromentnahmemittel 3 an der Abgasleitung 4 befestigt,
beispielsweise in die Öffnung 6 eingeschraubt
oder angeschweisst. Das Teilstromentnahmemittel 3 ist derart
ausgelegt, dass ein vorbestimmter Teilstrom aus dem Abgas zum Sensorelement
gelangt. Der vorbestimmte Teilstrom liegt unterhalb eines maximalen
Wertes, bei dem eine nicht dargestellte Beheizung des Sensorelementes 8 gerade
noch ausreicht, das Sensorelement 8 auf einer vorbestimmten
Temperatur zu halten.
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Das
Sensorelement 8 des Abgassensors 2 ragt abgasseitig
aus einem Gehäuse 9 des Abgassensors 2 heraus
und ist im herausragenden Abschnitt von zumindest einem Schutzrohr 10 umgeben,
das zumindest einen Gaseinlass 11 und zumindest einen Gasauslass 12 aufweist.
Das Schutzrohr 10 ist beispielsweise derart ausgeführt,
dass der Gasauslass 12 gegenüber dem Gaseinlass 11 in
axialer Richtung bezüglich einer Längsachse des
Abgassensors 2 vorsteht.
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Das
Schutzrohr 10 schützt das Sensorelement 8 vor
im Abgas enthaltenen Partikeln und im Falle von Flüssigkeitstropfen
vor einem möglichen Thermoschock, der zu einer Beschädigung
des Sensorelementes 8 führen könnte.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein
Doppelschutzrohr 10 mit einem Außenschutzrohr 10.1 und
einem zentralen Innenschutzrohr 10.2 vorgesehen. Die Gaseinlässe 11 sind
stirnseitig am Außenschutzrohr 10.1 und die Gasauslässe 12 stirnseitig
am Innenschutzrohr 10.2 ausgeführt. Das Innenschutzrohr 10.2 hat
Durchgangsöffnungen 13, die das Abgas zum innerhalb des
Innenschutzrohres 10.2 angeordneten Sensorelement 8 hindurchlassen.
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Das
Teilstromentnahmemittel 3 ist beispielsweise hohlzylinderförmig
ausgeführt, wobei der Abgassensor 2 durch eine
Aufnahmeöffnung 15 zumindest abschnittsweise in
eine Aufnahmekammer 16 des Teilstromentnahmemittels 3 hineinragt.
Die Aufnahmeöffnung 15 weist beispielsweise ein
Innengewinde und der Abgassensor 2 ein Außengewinde
auf, so dass der Abgassensor 2 in die Aufnahmekammer 16 einschraubbar
ist. Der Abgassensor 2 kann aber ausdrücklich
auch auf andere Weise am Teilstromentnahmemittel 3 befestigt
sein.
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Das
Teilstromentnahmemittel 3 hat auf der der Aufnahmeöffnung 15 abgewandten
bzw. auf der der Öffnung 6 der Abgasleitung 4 zugewandten
Seite zumindest einen Eingangskanal 17 und zumindest einen
Ausgangskanal 18, die beide an ihrem einen Ende in die
Aufnahmekammer 16 münden und an ihrem anderen
Ende mit der Abgasleitung 4 strömungsverbunden
sind.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass der Abgassensor 2 derart am Teilstromentnahmemittel 3 angeordnet
ist, dass der Gasauslass 12 des Schutzrohres 10 unmittelbar
in den Ausgangskanal 18 des Teilstromentnahmemittels 3 mündet.
Auf diese Weise wird erreicht, dass der dem Sensorelement 8 zugeführte
Abgasstrom und der vom Sensorelement abgeführte Abgasstrom
voneinander getrennt sind und nicht in der Aufnahmekammer 16 miteinander
vermischt werden. Eine Vermischung und eine daraus resultierende
Gasverwirbelung würde die Zeit erhöhen, die benötigt
wird, um bei einem Betriebspunktwechsel (z. B. von Vollast in Leerlauf)
die Aufnahmekammer 16 vollständig mit dem für
den jeweils aktuellen Betriebspunkt charakteristische Abgas zu füllen.
Außerdem wird eine Verwirbelung der beiden Abgasströme
innerhalb der Aufnahmekammer 16 vermieden, die auch zu
einer hohen Abscheidung von Schmutzpartikeln in der Aufnahmekammer 16 führen würde.
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Gemäß dem
Ausführungsbeispiel ist der Gasauslass 12 des
Schutzrohres 10 mit dem Ausgangskanal 18 des Teilstromentnahmemittels 3 im wesentlichen
dicht verbunden. Beispielsweise wird der Abgassensor 2 so
weit in die Aufnahmekammer 16 eingeschraubt, dass der Gasauslass 12 des Schutzrohres 10 am
Eingang des Ausgangskanals 18 des Teilstromentnahmemittels 3 im
wesentlichen dicht anliegt und höchstens ein kleiner Leckagespalt zwischen
dem Gasauslass 12 und dem Ausgangskanal 18 besteht.
Der Ausgangskanal 18 des Teilstromentnahmemittels 3 bildet
dabei für den Abgassensor 2 einen Anschlag. Der
Ausgangskanal 18 schließt also unmittelbar an
den Gasauslass 12 des Schutzrohres 10 an, so dass
der vom Sensorelement 8 kommende Abgasstrom nicht über
die Aufnahmekammer 16 strömt, sondern direkt in
den Ausgangskanal 18 mündet. Der Gasauslass 12 des
Schutzrohres 10 kann auch in den Ausgangskanal 18 hineinragen.
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Der
Ausgangskanal 18 des Teilstromentnahmemittels 3 überragt
den Eingangskanal 17 an seinem der Aufnahmekammer 16 abgewandten
Ende um eine vorbestimmte Länge. Auf diese Weise ragt der
Ausgangskanal 18 tiefer in die Strömung der Abgasleitung 4 hinein
als der Eingangskanal 17, wodurch sich aufgrund des Geschwindigkeitsprofils
in der Strömung ein größerer Unterdruck
an dem dem Abgas zugewandten Ende des Ausgangskanals 18 als
an dem dem Abgas zugewandten Ende des Eingangskanals 17 ausbildet.
Dadurch wird eine Zwangsdurchströmung des Teilstromentnahmemittels 3 und
des Schutzrohres 10 des Abgassensors 2 erreicht.
Die Strömung verläuft dabei vom Eingangskanal 17 in
die Aufnahmekammer 16 des Teilstromentnahmemittels 3,
von dort über den Gaseinlass 12 zum Sensorelement 8 und über
den Gasauslass 12 direkt in den Ausgangskanal 18 zurück
in die Abgasleitung 4. Mit der Auslegung einer Länge
L, mit der der Ausgangskanal 18 den Eingangskanal 17 überragt,
kann der über die Abgasmesseinrichtung 1 strömende
Volumenstrom eingestellt und somit der Anteil des am Sensorelement 8 vorbeiströmenden Abgasanteils
auf die jeweilige Abgasleitung 4 angepasst werden.
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Gemäß dem
Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt des Ausgangskanals 18 kleiner
ausgebildet als der Querschnitt des Eingangskanals 17.
Außerdem sind der Eingangskanal 17 und der Ausgangskanal 18 konzentrisch
zueinander angeordnet, wobei der Ausgangskanal 18 radial
innerhalb des Eingangskanals 17 liegt.
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Der
Ausgangskanal 18 ragt durch eine Öffnung 19 der
Aufnahmekammer 16 hindurch, wobei zwischen der Öffnung 19 und
dem Ausgangskanal 18 ein Ringspalt verbleibt, der den Eingangskanal 17 bildet.
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Der
Ausgangskanal 18 ist an einer Wandung der Aufnahmekammer 16 oder
der Öffnung 17 befestigt. Gemäß dem
Ausführungsbeispiel weist der Ausgangskanal 18 eine
Schulter 22 auf, die an einem Absatz 23 der Aufnahmekammer 16 abgestützt
ist. Die Schulter 22 kann eine Ringschulter mit Durchlässen für
das Abgas sein. Anstatt der Schulter 22 können auch
separate Stege zur Halterung des Ausgangskanals 18 vorgesehen
sein.
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Der
Eingangskanal 17 und der Ausgangskanal 18 verlaufen
geradlinig und münden jeweils quer zur Strömung
in die Abgasleitung 4. Dadurch werden die der Abgasleitung 4 zugewandten Öffnungen
in die Kanäle 17, 18 nicht direkt angeströmt.
Stattdessen wird die Strömung der Abgasleitung 4 an
den Öffnungen der Kanäle 17, 18 vorbeigeführt.
Auf diese Weise ist die Durchströmung der Abgasmesseinrichtung 1 nicht
von der Einbauposition des Teilstromentnahmemittels 3 abhängig.
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Das
Teilstromentnahmemittel 3 kann auch nachträglich
in eine Abgasleitung eingebaut werden, um den Anteil des durch den
Abgassensor 2 strömenden Abgases optimal an die
jeweiligen Bedingungen anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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