DE102008047189A1 - Schutzrohr für eine Lambdasonde - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schutzrohr(28) für eine Lambdasonde (10) eines Dieselmotors, mit einer äußeren (36) und einer inneren (42) Oberfläche, wobei die äußere Oberfläche (36) zumindest bereichsweise eine Beschichtung (40) mit oxidationskatalysierender Wirkung aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schutzrohr für eine Lambdasonde nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Lambdasonden zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts eines Motorabgases sind in die Wandung eines Abgasrohrs eingeschraubt und ragen so in den Abgasstrom. In den Abgassystemen von Dieselmotoren ist die Lambdasonde üblicherweise vor einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter angeordnet. Bei der Passage der Lambdasonde ist das Abgas also noch nicht nachbehandelt und kann unter bestimmten Betriebsbedingungen des Dieselmotors eine hohe Menge an Rußpartikeln enthalten. Diese können sich auf einem Schutzrohr, welches den Keramikelektrolytkörper der Lambdasonde umgibt, oder auch auf dem Keramikelektrolytkörper selbst ablagern und so die Funktionsfähigkeit der Lambdasonde beeinträchtigen. Eine Verlagerung der Einbauposition der Lambdasonde hinter den Partikelfilter und/oder den Oxidationskatalysator vermag dieses Problem nicht zu lösen, da an diesen Positionen die Abgaszusammensetzung nicht mehr der zu bestimmenden Abgaszusammensetzung direkt nach Austritt aus dem Motor entspricht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Schutzrohr feine Lambdasonde der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass ein verbesserter Schutz vor Rußablagerungen gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Schutzrohr mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Ein solches Schutzrohr für eine Lambdasonde umgibt den Keramikelektrolytkörper der Sonde und weist Schlitze auf, durch welche Abgas zum Elektrolytkörper durchtreten kann. Das Schutzrohr umfasst eine äußere und eine innere Oberfläche, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die äußere Oberfläche zumindest bereichsweise eine Beschichtung mit oxidationskatalysierender Wirkung aufweist. An dieser Beschichtung erfolgt eine lokale Umsetzung von reduzierenden Abgasbestandteilen wie Kohlenwasserstoffen oder Kohlenmonoxid mit Sauerstoff. Dadurch entsteht eine lokal erhöhte Temperatur am Schutzrohr der Lambdasonde, was die Rußentstehung verringert und die Umsetzung von bereits abgelagertem Ruß mit Sauerstoff verbessert. Besonders hohe Temperaturen werden dabei unter denselben Bedingungen erzielt, welche zur Regeneration des Partikelfilters eingesetzt werden, da in diesem Betriebszustand eine besonders hohe Konzentration reduzierender Abgasbestandteile vorliegt. Zur Entrußung der Lambdasonde müssen also keine besonderen Betriebsbedingungen geschaffen werden, sie findet vorteilhaft gleichzeitig mit der Regeneration des Partikelfilters statt.
  • Die Beschichtung besteht dabei bevorzugt zumindest anteilig aus Platin. Auch Palladium oder Rhodium sind verwendbar. Derartige katalytische Schichten sind aus Oxidationskatalysatoren allgemein bekannt, so dass eine zuverlässige Anwendung möglich ist.
  • Bevorzugt umfasst die Beschichtung weiterhin eine keramische Trägerschicht. Durch eine derartige Trägerschicht kann die katalytisch aktive Oberfläche vergrößert werden, da die keramische Trägerschicht porös ist, so dass eine auf diese aufgebrachte katalytisch wirksame Beschichtung auch die Porenräume umfasst. Auch die Anhaftung der katalytisch aktiven Schicht am Schutzrohr wird so vorteilhaft verbessert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die innere Oberfläche des Schutzrohrs ebenfalls eine keramische Beschichtung auf. Damit wird eine Rußablagerung auf der inneren Oberfläche des Schutzrohrs verringert, da eine keramische Beschichtung verglichen mit einer metallischen, insbesondere Edelstahloberfläche des Schutzrohrs die Rußbildung weniger stark fördert. Unter bestimmten Bedingungen wird durch freie Metalloberflächen eine Rußbildung sogar katalytisch gefördert, was durch die keramische Beschichtung vorteilhaft vermieden wird.
  • Bevorzugt besteht diese keramische Beschichtung zumindest anteilig aus Aluminiumoxid und/oder Siliciumoxid und/oder Alumosilicat. Derartige Keramiken sind an sich bekannt und unter den an der Lambdasonde herrschenden Temperatur- und Gasbedingungen bekanntermaßen stabil. Bevorzugt ist die keramische Beschichtung porös und gasdurchlässig ausgeführt, so dass eine Diffusion der Abgasbestandteile zum Keramikelektrolyten der Lambdasonde nicht behindert wird.
  • Im folgenden sollen anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen näher erläutert werden. Hierbei zeigt die einzige Figur einen schematischen Querschnitt durch eine Lambdasonde mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schutzrohrs.
  • Die im Ganzen mit 10 bezeichnete Lambdasonde ist über ein Gewinde 12 in eine Wandung 14 eines Abgasrohres 16 eingeschraubt. Die eigentliche Sonde besteht dabei aus einem Keramikelektrolyten 18, welcher beispielweise aus Zirkondioxid oder Titandioxid besteht. Eine äußere Oberfläche 20 des Keramikelektrolyten steht dabei mit dem das Abgasrohr 16 durchströmenden Abgas in Verbindung, eine innere Oberfläche 22 steht im Kontakt mit einem Luftraum 24. Dieser enthält Umgebungsluft mit dem üblichen Sauerstoffgehalt von etwa 20,8%. Der Keramikelektrolyt 18 ist porös und erlaubt bei einer Temperatur von etwa 300°C die Diffusion von Sauerstoffionen entlang eines Sauerstoffkonzentrationsgradienten durch den Keramikelektrolyten 18. Der Keramikelektrolyt 18 ist jedoch für Elektronen undurchlässig, so dass sich über den Keramikelektrolyten 18 von der abgaszugewandten Seite zu der der Umgebungsluft zugewandten Seite 22 ein elektrochemisches Potential aufbauen kann, welches von Elektroden abgegriffen werden kann und so das Messsignal der Lambdasonde liefert. Um die Lambdasonde auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, ist ein Heizelement 26 vorgesehen.
  • Ein metallisches Schutzrohr 28 umgibt den Keramikelektrolyten 18 und ist am Gehäuse 30 der Lambdasonde 10 festgelegt. Durch Schlitze 32 kann Abgas aus dem Abgasrohr 16 in einen Abgasraum 33 zwischen dem Schutzrohr 28 und dem Keramikelektrolyten 18 eindringen, so dass eine Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas ermöglicht wird, ohne dass der Keramikelektrolyt 18 direkt den Bedingungen des Abgasstroms im Abgasrohr 16 ausgesetzt wird. Da insbesondere bei Dieselmotoren die Lambdasonde 10 vor dem Oxidationskatalysator und vor einem Partikelfilter der Abgasanlage angeordnet ist, kann es unter bestimmten Betriebsbedingungen zu Rußbildung auf dem Schutzrohr 28 oder dem Keramikelektrolyten 18 kommen. Dies beeinträchtigt die Funktion der Lambdasonde 10. Um einer derartigen Rußbildung vorzubeugen, ist eine Beschichtung des Schutzrohres 28 vorgesehen. Das Schutzrohr 28 besteht dabei aus einem Edelstahlkörper 34, welcher auf seiner Außenseite 36 eine keramische Trägerschicht 38 aufweist, welche wiederum mit einer oxidationskatalytisch wirkenden Schicht 40 beschichtet ist. Die poröse Natur der Keramikbeschichtung 38 vergrößert dabei die Oberfläche der auf dieser aufgebrachten katalytisch wirksamen Schicht 40. Die katalytisch wirksame Schicht 40 kann dabei aus bekannten katalytisch wirksamen Edelmetallen wie Platin, Palladium oder Rhodium bestehen. An der oxidationskatalytischen Schicht 40 werden reduzierte Bestandteile des Abgasstroms, beispielsweise unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid, mit Restsauerstoff des Abgasstroms umgesetzt. Dadurch erhöht sich die Temperatur an der Außenseite des Schutzrohres 28, wodurch die Rußbildung vermindert wird. Auch bereits gebildeter Ruß kann durch diese lokale Erhitzung abgebrannt bzw. mit Sauerstoff umgesetzt werden. Dies erfolgt bevorzugt gemeinsam mit einer Regeneration eines Partikelfilters, da bei diesen Bedingungen besonders hohe Konzentrationen an reduzierten Abgasbestandteilen vorliegen. Es müssen somit keine neuen Betriebsbedingungen für die Regeneration des Schutzrohres 28 geschaffen werden.
  • Um Rußablagerungen auf der Innenseite 42 des metallischen Körpers 34 des Schutzrohrs 28 zu vermeiden, ist die Innenseite 42 des Schutzrohrs 28 mit einer weiteren keramischen Beschichtung 44 versehen. Diese besteht bevorzugt aus Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Alumosilicat oder dergleichen. Auch die keramische Beschichtung 44 ist porös und gasdurchlässig, um so den Durchtritt von Abgas aus dem Abgasrohr 16 zum Keramikelektrolyten 18 der Lambdasonde 10 zu ermöglichen. Die Keramikbeschichtung 44 verringert dabei die Rußablagerung auf der inneren Oberfläche des Schutzrohrs 28. Dies liegt nicht nur an der schlechteren Haftfähigkeit von Rußpartikeln auf der keramischen Beschichtung 44. Eine blanke Stahloberfläche, wie die Innenoberfläche 42 des metallischen Grundkörpers 34 des Schutzrohrs 28, wirkt nämlich sogar katalytisch und bevorzugt die Rußbildung. Diese katalytische Wirkung wird durch die keramische Beschichtung 44 unterbunden.
  • 10
    Lambdasonde
    12
    Gewinde
    14
    Wandung
    16
    Abgasrohr
    18
    Keramikelektrolyt
    20
    äußere Oberfläche des Keramikelektrolyten
    22
    innere Oberfläche des Keramikelektrolyten
    24
    Luftraum
    26
    Heizelement
    28
    Schutzrohr
    30
    Gehäuse der Lambdasonde
    32
    Schlitze
    33
    Abgasraum
    34
    Edelstahlkörper
    36
    Außenseite
    38
    keramische Trägerschicht
    40
    oxidationskatalytisch wirkende Schicht
    42
    Innenseite
    44
    keramische Beschichtung

Claims (6)

  1. Schutzrohr (28) für eine Lambdasonde (10) eines Dieselmotors, mit einer äußeren (36) und einer inneren (42) Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche (36) zumindest bereichsweise eine Beschichtung (40) mit oxidationskatalysierender Wirkung aufweist.
  2. Schutzrohr (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (40) zumindest anteilig aus Platin besteht.
  3. Schutzrohr (28) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (40) eine keramische Trägerschicht (38) umfasst.
  4. Schutzrohr (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche (42) eine keramische Beschichtung (44) aufweist.
  5. Schutzrohr (28) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Beschichtung (44) zumindest anteilig aus Aluminiumoxid und/oder Siliciumoxid und/oder Alumosilicat besteht.
  6. Schutzrohr (28) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Beschichtung (44) gasdurchlässig ist.
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