-
Stand der Technik
-
Aus der
EP 0 926 489 A2 ist bereits eine Lambdasonde zur Erfassung des Sauerstoffgehalts eines Abgases im Abgaskanal eines Motorrads bekannt, wobei die Lambdasonde ein metallisches Gehäuse mit einem axialen Durchgangskanal aufweist, aus dem abgasseitig ein keramisches Sensorelement übersteht, das eine elektrochemischen Zelle und einen elektrischen Widerstandsheizer aufweist, wobei abgasseitig auf dem Gehäuse lediglich ein einziges metallisches Schutzrohr montiert ist, wobei das Schutzrohr eine zylindrische Form aufweist und das keramische Sensorelement abdeckt und vor in dem Abgas möglicherweise mitgeführten flüssigen Bestandteilen schützt, wobei das Schutzrohr auf seiner Mantelfläche auf einem umlaufenden Lochkranz liegende Eintrittsöffnungen aufweist, durch die Abgas in das Innere des Schutzrohrs eintritt und zu dem Sensorelement gelangt und an seiner abgasseitigen Stirnseite eine zentrale Austrittsöffnung aufweist, durch die Abgas aus dem Schutzrohr heraus gelangt.
-
Es sind dort keine weiteren Maßnahmen vorgesehen, die flüssige Bestandteile des Abgases daran hindern, durch die Öffnungen zu dem Sensorelement zu gelangen. Eine Beheizung des Sensorelements darf deswegen erst erfolgen, wenn keine flüssigen Bestandteile im Abgas mehr zu erwarten sind, andernfalls ist eine thermische Schädigung des Sensorelements durch Temperaturschock beim Auftreffen beispielsweise von Tropfen auf dem Sensorelement zu befürchten.
-
Beispielsweise aus der
DE19628423 A1 ist andererseits eine Lambdasonde mit einem doppelwandigen Schutzrohr, das aus einer inneren Schutzhülse und einer äußeren Schutzhülse besteht, bekannt. Diese Lambdasonde ist aufgrund der aufwändigen Ausgestaltung des Schutzrohrs relativ groß, sodass sie im Abgastrakt eines Motorrads, insbesondere eines leichten Motorrads, das einen vergleichsweise engen Abgaskanal aufweist, schlecht vorsehbar ist, bzw. die Lambdasonde würde aufgrund ihrer Größe die Strömung in diesem engen Abgaskanal übermäßig drosseln.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung beruht darauf, dass die Erfinder die Nachteile des Standes der Technik erkannt und durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 überwunden haben. Auf diese Weise wurde eine Lambdasonde geschaffen, die so kompakt ist, dass sie auch in engen Abgaskanälen, beispielsweise mit Durchmessern <50mm, gut vorsehbar ist, ohne die Strömung übermäßig zu behindern. Es handelt sich beispielsweise um eine Lambdasonde die über ein M12-Gewinde oder über ein noch kleineres Gewinde im Abgaskanal eines insbesondere leichten Motorrads (Hubraum kleiner als 300 ccm) einschraubbar ist. Es handelt sich beispielsweise um eine Lambdasonde ein Abgas mit hoher Dynamik zu sensieren vermag, wobei dennoch sichergestellt ist, dass im Abgas enthaltene flüssige Bestandteile, beispielsweise Tropfen, nicht an das Sensorelement der Lambdasonde gelangen und sie insofern nicht schädigen können. Auf diese Weise kann der Sauerstoffgehalt eines Abgases eines Motorrades bereits kurze Zeit nach Motorstart, wenn noch flüssige Bestandteile im Abgas vorhanden sein könnten, kontrolliert werden und die Verbrennung kann geregelt erfolgen. Die Emission schädlicher Stoffe wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und so weiter kann so gerade in dieser insofern besonders kritischen Betriebsphase drastisch reduziert werden.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass abgasseitig auf dem Gehäuse lediglich ein einziges metallisches Schutzrohr montiert ist. Es ist also insbesondere abgasseitig auf dem Gehäuse genau ein hülsenförmig, zylindrisches Schutzrohr montiert, jedoch kein weiteres Schutzrohr. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauform der Lambdasonde realisiert werden.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Eintrittsöffnungen mit Drallelementen zusammenwirken, sodass in dem Abgas möglicherweise mitgeführte flüssige Bestandteile, falls sie in das Innere des Schutzrohrs gelangen, tangential entlang der Mantelfläche des Schutzrohrs geführt werden, ohne auf das Sensorelement zu treffen
-
Unter tangential wird dabei insbesondere eine Richtung verstanden, die gegeben ist und/oder die eine von Null verschiedene Komponente in eine Richtung hat, die senkrecht zu der durch den Durchgangskanal gegebene axiale Richtung ist und die auch senkrecht zu der daraus resultierenden radialen Richtung ist. Es handelt sich also insbesondere um eine Richtung, die eine Komponente in Umfangsrichtung hat und/oder um die Umfangsrichtung.
-
Die Drallelemente können insbesondere untereinander alle gleichsinnig ausgerichtet sein, sodass die Lambdasonde in einer beliebigen Orientierung bezüglich einer Drehung um seine Längsachse montiert werden kann, ohne dass sich die Durchströmung in seinem Inneren dabei wesentlich ändern würde.
-
Die Drallelemente können zusammen mit den Eintrittsöffnungen eine Gestalt aufweisen, wie sie durch Einschneiden und Eindrücken von Segmenten in die Mantelfläche des Schutzrohrs entsteht. Die Schnitte können insbesondere in die axiale Richtung weisen, also parallel zur Längsachse der Lambdasonde verlaufen.
-
Der Schutz des Sensorelements vor im Abgas enthaltenen flüssigen Bestandteilen kann weiter dadurch verbessert werden, dass die abgasseitige Stirnseite des Schutzrohrs konisch in die abgasseitige Richtung vorgewölbt ausgebildet ist. In diesem Fall wird nämlich erreicht, dass die tangential entlang der Mantelfläche des Schutzrohrs geführten flüssigen Bestandteile des Abgases rasch zu der Austrittsöffnung gelangen, ohne zurück zu dem Sensorelement zu gelangen. Der konische Bereich leitet dabei zusammen mit dem im Schutzrohr typischerweise vorliegenden, in axialer Richtung weisenden Druckgradienten die flüssigen Bestandteile zu der Austrittsöffnung.
-
Zur Festlegung, ob eine Öffnung des Schutzrohrs eine Eintrittsöffnung oder eine Austrittsöffnung ist, kann im Rahmen der Anmeldung insbesondere davon ausgegangen werden, dass die Austrittsöffnung in axialer Richtung abgasseitig der Eintrittsöffnungen angeordnet ist.
-
Die Austrittsöffnung kann insbesondere ein zentrales Loch in der konisch in die abgasseitige Richtung vorgewölbten Stirnfläche des Schutzrohrs sein. Die Eintrittsöffnungen können dann insbesondere die weiter gehäuseseitig angeordneten Löcher des Schutzrohres sein und/oder die anderen Löcher des Schutzrohrs sein.
-
Die so vorgenommene Einteilung der Öffnungen in Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen gibt insbesondere wieder, welche Strömungen sich im Schutzrohr einer erfindungsgemäßen Lambdasonde ausbilden, die einer äußeren lateralen Abgasströmung ausgesetzt ist, dessen Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des abgasseitigen Endes der Lambdasonde größer ist als in einem weiter gehäuseseigen Bereichs der Lambdasonde. Dies trifft zum Beispiel auf eine Lambdasonde zu, die in den Aufnahmestutzen eines Abgastrakts einer Brennkraftmaschine bestimmungsgemäß eingeschraubt ist. Der statische Druck in der Strömung ist dann im Bereich der Eintrittsöffnungen größer als im Bereich der Austrittsöffnung und das Abgas tritt infolgedessen durch die Eintrittsöffnungen in das Schutzrohr ein und nachfolgend tritt es durch die Austrittsöffnungen aus dem Schutzrohr aus.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen der Längsachse des Gehäuses und der konischen Stirnfläche ein Winkel ausgebildet ist, der zwischen 55° und 75° beträgt. In diesem Fall ist einerseits der Transport von flüssigen Bestandteilen des Abgases auf der Innenseite des Schutzrohrs sichergestellt, andererseits wird aber auch erreicht, dass flüssige Bestandteile des Abgases an dem Schutzrohr und an dessen Austrittsöffnung vorbeigelenkt werden und dass flüssige Bestandteile des Abgases, die sich auf der Außenseite des Schutzrohrs befinden, nicht durch die Austrittsöffnung des Schutzrohrs in dieses eintreten, selbst wenn die Lambdasonde nicht senkrecht zu ihrer Längsachse vom Abgas angeströmt wird, sondern im Vergleich hierzu etwas verkippt angeordnet ist.
-
Die Lambdasonde beziehungsweise das Schutzrohr können besonders kompakt ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen werden, dass der Innendurchmesser des Schutzrohrs weniger als das Doppelte der Breite des Sensorelements beträgt, beispielsweise weniger als 9mm, und/oder dass die Länge des Schutzrohrs weniger als ein Drittel der Länge des Sensorelements beträgt, beispielsweise weniger als 12mm.
-
Werden die Eintrittsöffnungen in der axial abgasseitigen Hälfte des Schutzrohrs angeordnet und/oder erstrecken sich die Eintrittsöffnungen und das Sensorelement in Abgasrichtung bis auf eine gleiche Höhe, so wird weiterhin sichergestellt, dass das Sensorelement zwar noch mit dem in das Schutzrohr eintretende Abgas intensiv wechselwirkt, nicht aber mit eventuell im Abgas enthaltenen flüssigen Bestandteilen in Berührung kommt.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt beispielhaft den abgasseitigen Endbereich einer erfindungsgemäßen Lambdasonde.
- 2 illustriert in einer schematischen Darstellung des Schutzrohrs der Lambdasonde aus 1 Trajektorien von Tropfen bei seitlicher Anströmung.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Der abgasseitige Endbereich einer erfindungsgemäßen Lambdasonde
10 ist in den
1 und
2 beispielhaft gezeigt und nachfolgend erläutert. Der nicht gezeigte Teil der Lambdasonde
10 ist an sich bekannt, er kann beispielsweise wie in der
DE 102017204675 A1 gezeigt ausgebildet sein.
-
Die gezeigte Lambdasonde 10 weist ein metallisches Gehäuse 12 mit einem axialen Durchgangskanal 121 auf, an dem ein relativ kleines Gewinde 122 (im Beispiel M12) angeordnet ist, sodass die Lambdasonde 10 im Abgaskanal beispielsweise eines leichten Motorrads ohne Weiteres montierbar ist und die Strömung im Abgaskanal nur in tolerierbarem Maß beeinträchtigt.
-
In dem axialen Durchgangskanal 121 ist ein keramisches Sensorelement 14 so festgelegt, dass es auf der dem Abgas 100 zugewandten Seite (in den Figuren oben) über den axialen Durchgangskanal 121 übersteht. Bei dem keramischen Sensorelement 14 kann es sich beispielsweise um ein keramisches Sensorelement 14 mit einer elektrochemischen Zelle und mit einem Widerstandsheizer handeln, sodass die Lambdasonde als beheizbare Sprungsonde ausgebildet sein kann, die bereits kurz nach Motorstart sauerstoffreiches Abgas (mager, Lambda > 1) von sauerstoffarmen Abgas (fett, Lambda < 1) zu unterscheiden vermag.
-
Um das keramische Sensorelement 14 vor in dem Abgas 100 möglicherweise mitgeführten flüssigen Bestandteilen und während der Montage zu schützen, ist abgasseitig auf dem Gehäuse 12 ein metallisches hülsenförmiges Schutzrohr 16 montiert, das eine zylindrische Form aufweist. Auf die Montage eines weiteren Schutzrohrs wurde erfindungsgemäß bewusst verzichtet, um die Vorrichtung so kompakt zu halten, dass sie auch in engen Abgasrohren, beispielsweise in Abgasrohren mit einem Durchmessern von weniger als 50mm, ohne weiteres montierbar ist und die Strömung im Abgasrohr nur wenig beeinträchtigt.
-
Das Schutzrohr 16 weist in seiner vorderen (in den Figuren oberen) Hälfte einen Lochkranz von beispielsweise acht Eintrittsöffnungen 164 auf, durch die Abgas 100 in das Innere des Schutzrohrs 16 eintritt und zu dem Sensorelement 14 gelangt. Den Eintrittsöffnungen 164 ist jeweils ein Drallelement 164' zugeordnet, das das Abgas 100 und in dem Abgas 100 möglicherweise mitgeführte flüssige Bestandteile beim Eintritt in das Schutzrohr 16 in eine tangentiale Richtung ablenkt, siehe Trajektorie C in 2.
-
Es ist im Beispiel vorgesehen, dass die Eintrittsöffnungen 164 zusammen mit den Drallelementen 164' durch Einschneiden und Eindrücken von Segmenten in die Mantelfläche 161 des Schutzrohrs 16 eingebracht werden. Die Schnitte können hierbei parallel zur Längsachse der Lambdasonde 10 ausgeführt sein.
-
Durch das Zusammenwirken der Eintrittsöffnungen 164 mit den Drallelementen 164' wird wie weiterhin in der 2, Trajektorie C ersichtlich, erreicht, dass die flüssigen Bestandteile des Abgases 100, beispielsweise Wassertropfen, die in das Innere des Schutzrohres 16 gelangen, nicht auf das Sensorelement 14 treffen und es insofern nicht schädigen können, selbst wenn das Sensorelement 14 bereit so heiß ist, dass ein Betrieb der Lambdasonde 10 möglich ist (z.B. über 450°C).
-
Im Beispiel ist die abgasseitige Stirnseite 162 des Schutzrohrs 16 konisch in die abgasseitige Richtung vorgewölbt und an der Spitze des so gebildeten Kegelstumpfs ist die Austrittsöffnung 165 zentral ausgebildet. Dies hat, wie in der 2 anhand der Trajektorie C ersichtlich, zur Folge, dass die oben bereits angesprochenen flüssigen Bestandteile des Abgases 100, beispielsweise Wassertropfen, die in das Innere des Schutzrohres 16 gelangen, weiterhin rasch zu der Austrittsöffnung 165 gelangen, ohne auf das Sensorelement 14 zu treffen.
-
Weiterhin sind in der 2 Trajektorien von Flüssigkeitstropfen gezeigt, die nicht in das Innere des Schutzrohrs 16 gelangen. Bei der mit A gekennzeichneten Trajektorie handelt es sich um einen Flüssigkeitstropfen, der zusammen mit dem Abgas 100 seitlich (in der 2 von links nach rechts) auf die konische Stirnseite 162 des Schutzrohrs 16 zufliegt. Ersichtlich wird der Tropfen zusammen mit der Abgasströmung so abgelenkt, dass er gänzlich an dem Schutzrohr 16 (in der 2 oben) vorbeifliegt. Er kann also das keramische Sensorelement 14 nicht treffen und die Lambdasonde nicht schädigen, selbst wenn das Sensorelement 14 bereit so heiß ist, dass ein Betrieb der Lambdasonde 10 möglich ist (z.B. über 450°C).
-
Die mit B gekennzeichnete Trajektorie betrifft einen Tropfen, der bereits auf der Außenseite des Schutzrohrs 16 in Bereich der konischen Stirnseite 162 gelandet ist. Wie zu ersehen ist, wird der Tropfen durch die Abgasströmung in Richtung der zentralen Austrittsöffnung 165 getrieben, und hebt bei Erreichen des Randes der zentralen Austrittsöffnung 165 von dem Schutzrohr 16 ohne Weiteres ab. Auch dieser Tropfen kann also das keramische Sensorelement 14 nicht treffen und ist somit stets unschädlich.
-
Bemerkenswert ist, dass das Ergebnis, dass die gezeigten Tropfen das Sensorelement 14 nicht treffen, auch gültig ist, wenn die Strömung die Lambdasonde 10 nicht genau rechtwinklig zu ihrer Längsachse trifft, sondern beispielsweise die Lambdasonde 10 im Vergleich hierzu etwas verkippt montiert ist.
-
Im Beispiel ist vorgesehen, dass zwischen der Längsachse des Gehäuses 12 und der konischen Stirnfläche 162 ein Winkel α ausgebildet ist, der beispielsweise 65° beträgt. Im Beispiel beträgt die Länge des Schutzrohrs 16 ca. 11mm und sein Innendurchmesser ca. 9mm. Die Drallelemente 164' sind beispielsweise maximal 0,9 mm in die radiale Richtung eingedrückt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0926489 A2 [0001]
- DE 19628423 A1 [0003]
- DE 102017204675 A1 [0017]
