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Die
Erfindung betrifft ein Schutzrohr für eine Lambdasonde nach dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Schutzrohr mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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