DE102014221490A1 - Sauerstoffsensor - Google Patents

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Johannes Ante
Denny Schädlich
Andreas Ott
Martin Lesser
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077Means for protecting the electrolyte or the electrodes

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Sauerstoffsensor (14) zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom (18), der durch einen Ansaugstrang (7) zu einem Verbrennungsmotor (1) geführt wird, mit einer zentralen Sauerstoffsensorachse (24), einem Sensorelement (22) und einer Schutzkappe (26), in der das Sensorelement (22) angeordnet ist und die an einem oberen Schutzkappenrand (35) einen Schutzkappendeckel (32) aufweist, wobei die Schutzkappe (26) als um die zentralen Sauerstoffsensorachse (24) symmetrisches Bauteil ausgebildet ist. Um einen Sauerstoffsensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom, der durch einen Ansaugstrang zu einem Verbrennungsmotor geführt wird, zu schaffen, wobei der Sauerstoffsensor durch Verunreinigungen im Gasstrom nicht beeinträchtigt wird, ist die Schutzkappe (26) innerhalb eines Schutzrohres (31) angeordnet, wobei das Schutzrohr (31) einen oberen Schutzrohrrand (33) aufweist und der obere Schutzrohrrand (33) in einer abstrakten Ebene (36) ausgebildet ist, die orthogonal auf der zentralen Sauerstoffsensorachse (24) steht und die durch den oberen Schutzkappenrand (35) verläuft.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sauerstoffsensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom, der durch einen Ansaugstrang zu einem Verbrennungsmotor geführt wird, mit einer zentralen Sauerstoffsensorachse, einem Sensorelement und einer Schutzkappe, in der das Sensorelement angeordnet ist und die an einem oberen Schutzkappenrand einen Schutzkappendeckel aufweist, wobei die Schutzkappe als um die zentralen Sauerstoffsensorachse rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet ist.
  • Bei Verbrennungsmotoren ist es in einer Reihe von Fällen gewünscht, den Sauerstoffgehalt in der Ansaugluft im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erfassen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Verbrennungsmotor mit Einrichtungen zur Abgasrückführung in den Ansaugtrakt versehen ist. In diesem Fall ist der Sauerstoffsensor hinter dem Punkt der Einspeisung der rückgeführten Abgase im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeordnet. Hier soll über die Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Gasstrom, der durch einen Ansaugstrang zu einem Verbrennungsmotor geführt wird, die Abgasrückführungsrate ermittelt werden. Ohne Abgasrückführung beträgt der O2-Gehalt in der Ansaugluft ca. 21 % und sinkt mit zunehmendem Abgasrückführungsanteil.
  • Aus dem Stand der Technik sind Sauerstoffsensoren bekannt, die in erste Linie im Abgasstrang eingesetzt werden, um die Vollständigkeit der Verbrennung des Kraftstoffes zu überwachen. Mit den Abgasen werden auch immer feste und flüssige Verunreinigungen transportiert, die sich an, auf und/oder in dem Sauerstoffsensor ablagern können. Zum Beispiel können Öltröpfchen aus dem Verbrennungsmotor mit dem Abgas zum Sauerstoffsensor transportiert werden. Wenn sich diese Öltröpfchen auf dem Sauerstoffsensor absetzen, können die Gaszuleitungsöffnungen zum Sensorelement verstopft werden, wodurch die Sauerstoffmessung behindert werden kann. Besonders problematisch ist eine Mischung aus Öltröpfchen und Ruß im Abgas. Diese Mischung kann zu extrem widerstandsfähigen Ablagerungen auf dem Sauerstoffsensor führen, die nur mit thermischen Methoden effektiv entfernt werden können. Bei großer Hitze verbrennt das abgelagerte Ruß-Öl-Gemisch auf dem Sauerstoffsensor. Im Abgasstrang kann diese Hitze durch eine längere Fahrt des Kraftfahrzeuges unter hoher Last, zum Beispiel bei hoher Geschwindigkeit auf der Autobahn, erzeugt werden. Damit lässt sich ein Sauerstoffsensor im Abgasstrang relativ leicht und einfach reinigen, indem man die hohen Temperaturen im Abgasstrang ausnutzt.
  • Durch die Rückführung der Abgase in den Ansaugstrang treten bei den im Ansaugstrang verbauten Sauerstoffsensoren die geleichen Verschmutzungsprobleme auf wie bei den Sauerstoffsensoren, die im Abgasstrang verbaut sind. Bei einem Sauerstoffsensor der im Ansaugstrang verbaut ist, kann jedoch keine Reinigung des Sauerstoffsensors durch die Abwärme vom Verbrennungsmotor erfolgen, da im Ansaugstrang stets relativ niedrige Temperaturen vorherrschen. Damit sind die zum Einbau in den Abgasstrang geeigneten Sauerstoffsensoren nicht zum Einbau in den Ansaugstrang geeignet, da eine zunehmende Verschmutzung des Sauerstoffsensors im Ansaugstrang zu fehlerhaften Messergebnissen und sogar zum Totalausfall des Sauerstoffsensors führen kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Sauerstoffsensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom, der durch einen Ansaugstrang zu einem Verbrennungsmotor geführt wird, zu schaffen, wobei der Sauerstoffsensor durch Verunreinigungen im Gasstrom nicht beeinträchtigt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sauerstoffsensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Dadurch, dass die Schutzkappe innerhalb eines Schutzrohres angeordnet ist, wobei das Schutzrohr einen oberen Schutzrohrrand aufweist und der obere Schutzrohrrand in einer abstrakten Ebene ausgebildet ist, die orthogonal auf der zentralen Sauerstoffsensorachse steht und die durch den oberen Schutzkappenrand verläuft, werden Verschmutzungen im Gasstrom sehr effektiv vom Sensorelement fern gehalten. Der Gasstrom im Ansaugstrang wird über den oberen Schutzrohrrand, den oberen Schutzkappenrand und den Schutzkappendeckel geführt und ein Teil des Gasstromes wird in den Ansaugbereich des Sauerstoffsensors eingeführt Durch die Überströmung des oberen Schutzrohrrandes, des oberen Schutzkappenrandes und des Schutzkappendeckels und die Umlenkung des Gasstromes in den Ansaugbereich erfolgt eine effektive Reinigung des Gasstromes, so dass ein weitgehend verunreinigungsfreier Teilgasstrom in den Ansaugbereich des Sauerstoffsensors gelangt. Die im Primärgasstrom enthaltenen Verunreinigungen haften entweder am Schutzrohr an, oder sie werden mit dem Gasstrom am Sauerstoffsensor vorbei geführt. Beide Situationen beeinflussen die Eigenschaften des Sensorelements nicht, so dass über einen langen Zeitraum die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors im Ansaugstrang gewährleistet ist.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schutzkappendeckel konkav ausgebildet. Diese führt zu einer besonders gründlichen Reinigung des Teiles des Gasstromes der in den Ansaugbereich des Sauerstoffsensors eindringt.
  • Alternativ ist der Schutzkappendeckel konvex ausgebildet. Auch diese führt zu einer besonders gründlichen Reinigung des Teiles des Gasstromes, der in den Ansaugbereich des Sauerstoffsensors eindringt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
  • 1 die Anordnung eines erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors im Ansaugstrang eines Verbrennungsmotors,
  • 2 einen erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor im Ansaugstrang eines Verbrennungsmotors,
  • 3 den aus 2 bekannten Sauerstoffsensor nach einer Drehung um 90˚ um die zentrale Achse des Ansaugstrangs,
  • 4 einen herkömmlichen Sauerstoffsensor mit einem Sensorelement,
  • 5 die Lage der Schutzkappe innerhalb des Schutzrohres eines erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors,
  • 6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors,
  • 7 eine nächste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors,
  • 8 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor,
  • 9 einen nächsten Schnitt durch den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor,
  • 10 einen weiteren Schnitt durch den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor,
  • 11 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor.
  • 1 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors 14 im Ansaugstrang 7 eines Verbrennungsmotors 1. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Ansaugstrang 7 und einen Abgasstrang 3 auf. Von den Zylindern des Verbrennungsmotors 1 werden Verbrennungsabgase 8 über die Abgaskrümmer 2 und einen Katalysator 4 bzw. einen Schalldämpfer zum Auspuff eines Kraftfahrzeuges geführt. Die Verbrennungsabgase 8 können Verunreinigungen 19 in Form von Öltröpfchen, Ruß etc. enthalten. Von den Verbrennungsabgasen 8 kann ein Teil des Volumenstromes abgezweigt werden, um den in den Verbrennungsabgasen 8 vorhandenen Sauerstoff dem Verbrennungsmotor 1 erneut zur Verbrennung zur Verfügung zu stellen. Dazu wird von der Motorsteuerung 13 ein Abgasrückführventil 5 angesteuert, das einen Teil des Abgasstromes 8 in die Abgasrückführleitung 6 einleitet, die wiederum mit dem Ansaugstrang 7 verbunden ist. Durch den Ansaugstrang 7 wird Ansaugluft 9 über einen Luftfilter 10 angesaugt und im Bereich der Verbindung der Abgasrückführleitung 6 in dem Ansaugstrang 7 mit rückgeführtem Verbrennungsabgas 8 vermischt. So gelangen sowohl Verbrennungsabgase 8 als auch deren Verunreinigungen 19 zu dem Sauerstoffsensor 14. Der erfindungsgemäße Sauerstoffsensor 14 ist in Strömungsrichtung der Ansaugluft 9 hinter dem Punkt im Ansaugstrang 7 angeordnet, an dem die Abgasrückführleitung 6 an den Ansaugstrang 7 angekoppelt ist. Zudem ist die zentrale Achse 24 des Sauerstoffsensors 14 orthogonal zur Strömungsrichtung des Gasstroms 18 im Ansaugstrang 7 angeordnet. Damit kann der Sauerstoffsensor 14 den im Gasstrom 18 enthaltenen Sauerstoff messen, wobei der Gasstrom 18 durch die mit Verbrennungsabgasen vermischten Ansaugluft 9 (Abgas-Ansaugluft-Gemisch) gebildet wird. Die Information über den im Gasstrom 18 enthaltenen Sauerstoff kann an ein Motorsteuergerät 13 weitergeben werden. Da der Sauerstoffsensor 14 ein druckabhängiges Rohsignal liefert, ist ein Drucksensor 12 vorgesehen, der im Ansaugstrang 7 beispielsweise im Bereich der Ansaugkrümmer angeordnet sein kann und dem Motorsteuergerät 13 Informationen über den im Ansaugstrang 7 herrschenden Druck liefert. Mit dem Drucksensor 12 können die Rohsignale des Sauerstoffsensors 14 derart korrigiert werden, dass der relative Anteil des Sauerstoffes im Gasstrom 18 (Abas-Ansaugluft-Gemisch) bestimmt werden kann. Um die absolute Menge des Sauerstoffs zu bestimmen, die den Zylindern des Verbrennungsmotors 1 zugeführt wird, ist weiterhin ein Luftmassenmesser 21 im Ansaugstrang 7 angeordnet. Der Drucksensor 12, der Luftmassenmesser 21 und der erfindungsgemäße Sauerstoffsensor 14 sind mit dem Motorsteuergerät 13 elektrisch verbunden und liefern zusammen hochgenaue Daten über die Sauerstoffmenge, die zur Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 zur Verfügung steht. Mit diesen Informationen kann eine optimale Verbrennung des Kraftstoffes im Verbrennungsmotor 1 erfolgen, so dass der Verbrennungsmotor 1 höchst effizient arbeitet, wobei die Umwelt mit möglichst wenig Abgasen 8 belastet wird. Die elektrischen Verbindungen 20 zwischen dem Motorsteuergerät und den verschiedenen Sensoren sowie dem Abgasrückführventil 5 und dem Verbrennungsmotor 1 sind hier nur schematisch dargestellt. Da im Ansaugstrang nur relativ geringe Temperaturen herrschen, die nicht ausreichen, um Ablagerungen von Verunreinigungen 19 aus dem Gasstrom 18 auf, in und/oder an dem Sauerstoffsensor 14 zur Verbrennung zu bringen, ist eine besondere Bauweise des Sauerstoffsensors 14 notwendig, um den Sauerstoffsensor 14 unempfindlich gegen diese Verunreinigungen zu machen. Eine erfindungsgemäße Ausführung eines gegen Verunreinigungen unempfindlichen Sauerstoffsensors wird in den 2 und 3 dargestellt.
  • 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor 14. Der erfindungsgemäße Sauerstoffsensor 14 ist im Ansaugstrang 7 eines Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Im Ansaugstrang 7 ist eine zentrale Achse 34 des Ansaugstrangs 7 zu erkennen. Der Sauerstoffsensor 14 ist derart angeordnet, dass die zentrale Achse 24 des Sauerstoffsensors 14 orthogonal zur zentralen Achse 34 des Ansaugstrangs 7 ausgerichtet ist. Im Ansaugstrang 7 wird Ansaugluft 9 hin zum Verbrennungsmotor 1 transportiert. Der Ansaugluft 9 wird jedoch bei modernen Fahrzeugen mit Abgasrückführung ein gewisser Anteil an Verbrennungsabgasen zugemischt. Die Verbrennungsabgase können Verunreinigungen 19 enthalten, die z. B. aus Öltröpfchen, Ruß oder eventuell Wassertröpfchen bestehen. Diese Verunreinigungen 19 mischen sich zur Ansaugluft, womit ein Gasstrom 18 am Sauerstoffsensor 14 vorbeigeführt wird, der diese Verunreinigungen 19 enthält. Der Sauerstoffsensor 14 wird dazu genutzt, den Sauerstoffanteil im Gasstrom 18 festzustellen. Dazu ist im Sauerstoffsensor 14 ein Sensorelement 22 angeordnet, das den Sauerstoffanteil im Gasstrom messen kann. Diesem Sensorelement 22 muss ein Teil des Gasstroms 18 zugeführt werden. Dabei ist es wichtig, Verunreinigungen 19 im Gasstrom 18 vom Sensorelement 22 fernzuhalten. Um dies zu erreichen, ist das Sensorelement 22 innerhalb einer Schutzkappe 26 angeordnet. Die Schutzkappe 26 weist eine Öffnung 27 auf, durch die der Gasstrom 18 zum Sensorelement 22 vordringen kann. Die Schutzkappe 26 ist wiederum innerhalb eines Schutzrohres 31 angeordnet. Die Schutzkappe 26 und das Schutzrohr 31 sind derart ausgebildet, dass Verunreinigungen aus dem Gasstrom die Öffnung 27 in der Schutzkappe 26 nicht erreichen. Damit wird das Sensorelement 22 ausschließlich von verunreinigungsfreiem Gas angeströmt. Um den Gasstrom 18 von Verunreinigungen 19 zu befreien, weist das Schutzrohr einen oberen Schutzrohrrand 33 auf, wobei der obere Schutzrohrrand 33 in einer abstrakten Ebene ausgebildet ist, die orthogonal auf der zentralen Achse 24 des Sauerstoffsensors 14 steht und die durch den oberen Schutzkappenrand 35 läuft. Bei einer solchen Ausbildung des Sauerstoffsensors 14 prallen die Verunreinigungen 19 gegen das Schutzrohr 31, wo sie anhaften können, ohne dass die Sauerstoffmessung durch das Sensorelement 22 beeinträchtigt wird. Wenn die Verunreinigungen aus dem Gasstrom sich im Bereich des oberen Schutzrohrrandes 33 dem Sauerstoffsensor nähern, werden sie vom Gasstrom abgelenkt und über den Ansaugbereich 28 des Sauerstoffsensors 14 bewegt, ohne in den Ansaugbereich 28 eindringen zu können. Druckeffekte im Ansaugbereich 28 und zwischen dem Schutzrohr 31 und der Schutzkappe 26 sorgen für eine Austauschströmung mit dem Gasstrom 18 im Ansaugstrang 7. In den Ansaugbereich 28 dringt nur der verunreinigungsfreie Gasstrom 18 ein, so dass das Sauerstoffsensorselement 22 nicht von Verunreinigungen 19 beschädigt werden kann. Sowohl der Ansaugbereich 28 als auch der Auslassbereich 29 des Sauerstoffsensors 14 werden nicht von Verunreinigungen 19 zugesetzt, da die Verunreinigungen 19 in diesem Bereich nicht anhaften können. Die Verunreinigungen 19 aus dem werden vielmehr über den Ansaugbereich 28 und den Auslassbereich 29 des Sauerstoffsensors 14 hinweggeschleudert. Damit bleibt der Sauerstoffsensor 14 auch innerhalb eines mit Verunreinigungen 19 belasteten Gasstroms 18 über eine sehr lange Zeit einsatzbereit. Weiterhin ist in 2 zu erkennen, dass der Sauerstoffsensor 14 im Bereich seines Sensorgehäuses 23 ein Sauerstoffsensorkabel aufweist, mit dem der Sauerstoffsensor 14 z. B. mit einem Motorsteuergerät 13 elektrisch verbunden werden kann.
  • 3 zeigt den aus 2 bekannten Sauerstoffsensor 14 nach einer Drehung um 90˚ um die zentrale Achse 34 des Ansaugstrangs 7. Wiederum ist der Gasstrom 18 im Ansaugstrang 7 zu erkennen. Der Gasstrom 18 enthält Verunreinigungen 19, die keinesfalls bis zum Sensorelement 22 des Sauerstoffsensors 14 vordringen dürfen. Dazu weist der Sauerstoffsensor 14 ein Schutzrohr 31 auf, in dem eine Schutzkappe 26 ausgebildet ist. Die Schutzkappe 26 hat einen Schutzkappendeckel 32, unter dem das Sensorelement 22 des Sauerstoffsensors 14 angeordnet ist. Das Schutzrohr 31 und die Schutzkappe 26 weisen einen kreisrunden Querschnitt auf. Das Schutzrohr 31 und die Schutzkappe 26 sind als rotationssymmetrische Bauteile aufgebaut, wobei die zentrale Sauerstoffsensorachse 24 die Symmetrieachse für die Bauteile bildet.
  • 4 zeigt einen herkömmlichen Sauerstoffsensor 14 mit einem Sensorelement 22, das auf dem vorderen Ende eines stabförmigen Trägerelementes 25 angeordnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Interdigitalelektrode handeln. Die Leiterbahnen des Sensorelementes 22 erstrecken sich in 5 nach rechts bis in einen Kontaktbereich des Sauerstoffsensorsteckers 17. Ein Sensorgehäuse 23 bildet eine Halterung für das Sensorelement 22 und weist eine hier nicht dargestellte Auswerteelektronik für das Sensorelement 22 auf.
  • Das Sensorelement 22 ist von einer Metallkappe 26 umgeben. Das Sensorelement 6 erstreckt sich coaxial zur Schutzkappe 26, die mit mehreren Öffnungen 27 versehen ist, damit das Sensorelement 22 mit dem Verbrennungsabgas 8 in Kontakt treten kann, dessen Sauerstoffgehalt gemessen werden soll. Die vom Sensorelement 22 selbst erzeugte Wärme wird abgeführt, bevor sie zum die Halterung für das Sensorelement 6 bildenden Kunststoffgehäuse gelangt. Hierzu ist ein plattenförmiges Wärmeableitelement vorgesehen, das das Sensorelement 22 mit der Schutzkappe 26 verbindet. Das Wärmeableitelement 24 gilt dabei gleichzeitig das Trägerelement für die Schutzkappe 26. Beim Einsatz des hier gezeigten Sauerstoffsensors 14 können sich Verunreinigungen 19 an den Öffnungen 27 ablagern und diese im Laufe der Zeit zusetzen, so dass kein Abgas 8 mehr zum Sensorelement 22 vordringen kann. Daher ist der in 4 gezeigte Sauerstoffsensor 14 zum Einsatz im Abgasstrang 3 geeignet aber nicht im Ansaugstrang 7 verwendbar, da im Ansaugstrang 7 die Temperatur nicht ausreicht, um die abgelagerten Verunreinigungen 19 abzubrennen.
  • In 5 wird die Lage der Schutzkappe 26 innerhalb des Schutzrohres 31 für den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor 14 näher beschrieben. Der Sauerstoffsensor 14 weist eine zentrale Achse 24 auf. Darüber hinaus weist der Sauerstoffsensor 14 eine Schutzkappe 26 auf, in der das Sensorelement 22 angeordnet ist und die an einem oberen Schutzkappenrand 35 einen Schutzkappendeckel 32 aufweist. Die Schutzkappe 26 ist um die zentrale Achse 24 als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet. Die Schutzkappe 26 ist innerhalb des Schutzrohres 31 angeordnet, wobei das Schutzrohr an einem oberen Schutzrohrrand 33 aufweist. Dieser obere Schutzrohrrand 33 ist in einer abstrakten Ebene 36 ausgebildet, die orthogonal auf der zentralen Achse 24 des Sauerstoffsensors 14 steht und die durch den oberen Schutzkappenrand 35 verläuft. Damit befinden sich der obere Schutzrohrrand 33 und der obere Schutzkappenrand 35 innerhalb einer einzigen Ebene 36. Diese Anordnung führt dazu, dass Verunreinigungen 19 aus dem Gasstrom 18 besonders effektiv entfernt werden und weder in den Ansaugbereich 28 noch in Auslassbereich 29 des Sauerstoffsensors 14 eindringen können. Damit wird dem Sauerstoffsensorelement 22 nur verunreinigungsfreies Gas zugeführt und eine Verschmutzung des Sensorelementes, des Ansaugbereiches und/oder des Auslassbereiches 29 wird effektiv vermieden. Damit eignet sich der hier vorgestellte erfindungsgemäße Sauerstoffsensor 14 besonders gut zum Einsatz in einem Ansaugstrang 7 für einen Verbrennungsmotor 1.
  • In 6 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors gezeigt. Wiederum ist die Schutzkappe 26 innerhalb eines Schutzrohrs 31 angeordnet, wobei das Schutzrohr 31 einen oberen Schutzrohrrand 33 aufweist und der obere Schutzrohrrand 33 abstrakten Ebene 36 ausgebildet ist, die orthogonal auf der zentralen Achse 24 steht und die durch den oberen Schutzkappenrand verläuft. Hier ist jedoch der Schutzkappendeckel 32, der an dem oberen Schutzkappenrand 35 angeordnet ist, in einer konvexen Form ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform werden die Verunreinigungen 19 im Gasstrom 18 besonders effektiv über den Ansaugbereich 28 des Sauerstoffsensors 14 hinwegbewegt. Damit wird ein besonders verunreinigungsarmer Gasstrom 18 erzeugt, der dann zum Sensorelement 22 gelangen kann, um eine Sauerstoffkonzentrationsmessung zu erhalten.
  • In 7 wird eine nächste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors 14 gezeigt. Wiederum ist die Schutzkappe 26 innerhalb eines Schutzrohres 31 angeordnet, wobei das Schutzrohr 31 einen oberen Schutzrohrrand 33 aufweist und der obere Schutzrohrrand 33 in einer abstrakten Ebene 26 ausgebildet ist, die orthogonal auf der zentralen Achse 24 steht und die durch den oberen Schutzkappenrand 35 verläuft. Deutlich zu erkennen ist hier, dass der Schutzkappendeckel 32, der an dem oberen Schutzkappenrand 35 angeordnet ist, in einer konkaven Form ausgebildet ist. Diese konkave Form des Schutzkappendeckels 32 erzeugt ihrerseits eine Gasstromdynamik im Ansaugbereich 28 und im Auslassbereich 29 des Sauerstoffsensors 14, die für eine besonders effektive Reinigung des Gasstromes 18 von Verunreinigungen 19 sorgt.
  • 8 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor 14 entlang der zentralen Achse 34 aus 3. Die Schutzkappe 26 und das Schutzrohr 31 sind als um die zentrale Sauerstoffsensorachse 24 rotationssymmetrische Bauteile ausgebildet. Die Schutzkappe 26 und das Schutzrohr 31 haben einen kreisrunden Querschnitt.
  • 9 zeigt einen nächsten Schnitt durch den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor 14 entlang der zentralen Achse 34 aus 3. Die Schutzkappe 26 und das Schutzrohr 31 sind als um die zentrale Sauerstoffsensorachse 24 punktsymmetrische Bauteile ausgebildet. Die Schutzkappe 26 hat einen kreisrunden Querschnitt und das Schutzrohr 31 hat einen elliptischen oder ovalen Querschnitt.
  • 10 zeigt einen weiteren Schnitt durch den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor 14 entlang der zentralen Achse 34 aus 3. Die Schutzkappe 26 und das Schutzrohr 31 sind als um die zentrale Sauerstoffsensorachse 24 punktsymmetrische Bauteile ausgebildet. Die Schutzkappe 26 hat einen elliptischen oder ovalen Querschnitt und das Schutzrohr 31 hat einen kreisrunden Querschnitt.
  • 11 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor 14 entlang der zentralen Achse 34 aus 3. Die Schutzkappe 26 und das Schutzrohr 31 sind als um die zentrale Sauerstoffsensorachse 24 punktsymmetrische Bauteile ausgebildet. Die Schutzkappe 26 und das Schutzrohr 31 haben einen elliptischen oder ovalen Querschnitt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Abgaskrümmer
    3
    Abgasstrang
    4
    Katalysator / Schalldämpfer
    5
    Abgasrückführventil
    6
    Abgasrückführleitung
    7
    Ansaugstrang
    8
    Abgas
    9
    Ansaugluft
    10
    Luftfilter
    11
    Ansaugkrümmer
    12
    Drucksensor
    13
    Motorsteuergerät
    14
    Sauerstoffsensor
    15
    Sauerstoffsensorkabel
    16
    Drucksensorkabel
    17
    Sauerstoffsensorstecker
    18
    Gasstrom
    19
    Verunreinigung (Öltröpfchen, Ruß)
    20
    elektrische Verbindung
    21
    Luftmassenmesser
    22
    Sensorelement
    23
    Sensorgehäuse
    24
    zentrale Sauerstoffsensorachse
    25
    Trägerelement
    26
    Schutzkappe
    27
    Öffnung
    28
    Ansaugbereich
    29
    Auslassbereich
    30
    gereinigter Gasstrom
    31
    Schutzrohr
    32
    Schutzkappendeckel
    33
    oberer Schutzrohrrand
    34
    zentrale Achse
    35
    oberer Schutzkappenrand
    36
    Ebene

Claims (11)

  1. Sauerstoffsensor (14) zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom (18), der durch einen Ansaugstrang (7) zu einem Verbrennungsmotor (1) geführt wird, mit einer zentralen Sauerstoffsensorachse (24), einem Sensorelement (22) und einer Schutzkappe (26), in der das Sensorelement (22) angeordnet ist und die an einem oberen Schutzkappenrand (35) einen Schutzkappendeckel (32) aufweist, wobei die Schutzkappe (26) als um die zentralen Sauerstoffsensorachse (24) symmetrisches Bauteil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe (26) innerhalb eines Schutzrohres (31) angeordnet ist, wobei das Schutzrohr (31) einen oberen Schutzrohrrand (33) aufweist und der obere Schutzrohrrand (33) in einer abstrakten Ebene (36) ausgebildet ist, die orthogonal auf der zentralen Sauerstoffsensorachse (24) steht und die durch den oberen Schutzkappenrand (35) verläuft.
  2. Sauerstoffsensor (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzkappendeckel (32) konkav ausgebildet ist.
  3. Sauerstoffsensor (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzkappendeckel (32) konvex ausgebildet ist.
  4. Sauerstoffsensor (14) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe (26) als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet ist.
  5. Sauerstoffsensor (14) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (31) als um die zentralen Sauerstoffsensorachse (24) rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet ist.
  6. Sauerstoffsensor (14) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe (26) einen ovalen Querschnitt aufweist.
  7. Sauerstoffsensor (14) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (31) einen ovalen Querschnitt aufweist.
  8. Sauerstoffsensor (14) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe (26) einen elliptischen Querschnitt aufweist.
  9. Sauerstoffsensor (14) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (31) einen elliptischen Querschnitt aufweist.
  10. Sauerstoffsensor (14) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe (26) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
  11. Sauerstoffsensor (14) nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (31) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
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