DE2348505C3

DE2348505C3 - Elektrochemischer MeBfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2348505C3
Application number: DE19732348505
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. 7251 Hoefingen Ungerer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-05-23
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1980-08-07
Also published as: DE2348505B2; DE2348505A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrochemischen Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem ionenleitenden, einseitig mit einem Boden versehenen Festelektrolytrohr, dessen Außenseite eine elektronenleitende Katalysatorschicht aufweist, die elektrisch mit Masse in Verbindung steht und nur den Abgasen zugewendet ist, und dessen Innenseite im Bereich seines Bodens mit einem elektrisch leitfähigem Anschlußteil in Verbindung steht und der Umgebungsluft ausgesetzt ist, und dessen den Abgasen ausgesetzter Teil mit einer Schutzeinrichtung umgeben ist, die mit Abstand um das Festelektrolytrohr angeordnet ist, am anschlußseitigen Endabschnitt das Festelektrolytrohr direkt oder indirekt dicht umfaßt das bodenseitige Ende des Festelektrolytrohres überragt und mindestens je eine Öffnung für den Ein- und Austritt von Abgasen aufweist, wobei die vorhandenen öffnungen Umleitmittel haben, die zwar die Abgase zum Festelektrolytrohr leiten, jedoch das Festelektrolytrohr einem direkten Aufprall von Abgasen entziehen, nach Patent 23 26 086.

Bei einem bekannten elektrochemischen Meßfühler dieser Art ist der den Abgasen ausgesetzte Teil des Festelektrolytrohres mit einer Schutzhülse versehen, die eine Anzahl von öffnungen aufweist. Bei diesem Meßfühler wird jedoch die elektronenleitende Katalysatorschicht auf der Außenseite des Festelektrolytrohres dadurch schnell zerstört, daß der Abgasstrom durch die Löcher eintritt, einschließlich seiner groben Partikel direkt auf die Katalysatorschicht aufschlägt und diese zerstört; außerdem wird der. hinter den Löchern der Schutzeinrichtung liegende Bereich der Katalysator schicht bei plötzlichen Temperatur- oder Druckände rungen im anströmenden Abgas nicht vor den auftretenden Schockwirkungen geschützt

Es wurde schon vorgeschlagen, die Schutzeinrichtung -.n ihrem Mantel mit Taschen bzw. Klappen als Umleitmittel für das auftreffende Abgas mit seinen Partikeln zu versehen, wobei die Klappen bzw. Taschen nach außen weisen können, bevorzugterweise aber nach innen gerichtet sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe

zugrunde, einen elektrochemischen Meßfühler zu schaffen, dessen elektronenleitende Katalysatorschicht auf dem Festelektrolytrohr vor intensiven Abtragungen sowie Temperatur- und Druckschockwirkungen durch den auftreffenden Abgasstrom geschützt ist, wobei dennoch nicht die Ansprechempfindlichkeit des Meßfühlers wegen ungenügender Abgasmenge am Meßfühler verschlechtert wird; darüberhinaus sollen die Abgaskomponenten innerhalb der Schutzeinrichtung gut vermischt werden, und die Schutzeinrichtung soll besonders einfach herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schutzeinrichtung zwei koaxial zueinander und mit Abstand voneinander angeordnete Mäntel mit Öffnungen hat, und daß die öffnungen des äußeren Mantels gegenüber den Öffnungen des inneren Mantels derart gegeneinander versetzt sind, daß sie sich nicht überschneiden.

Bei einer bevorzugten Ausiührunt-sart der Erfindung ist der innere Mantel der Schutzeinrichtung in seinem freien Endabschnitt mit einem Bodenblech versehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben und näher erläutert; es zeigt Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Meßfühlers in vergrößertem Maßstab und

Fig.2 einen Querschnitt durch den Meßfühler nach Fig. 1 entlang der Linie U/H. Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte elektrochemische

so Meßfühler arbeitet nach dem bekannten Prinzip der Sjuerstoffkonzenlrationskette mit ionenleitendem Festelektrolyt und enthält ein ionenleitendes, einseitig von einem Boden 10 geschlossenes Festelektrolytrohr 11, das aus stabilisiertem kubischem Zirkondioxyd besteht, auf seiner Außenseite eine elektronenleitende Katalysatorschicht 12 aus Platin trägt und auf seiner Innenseite mit einer elektronenleitenden Leiterbahn 13 versehen ist, die bis in den Bereich des Festelektrolytrohr-Bodens IQ hineinreicht; auch diese Leiterbahn 13 kann aus Platin bestehen. Die Leiterbahn 13 ist mit einem nicht dargestellten Anschlußteil verbunden, das anschlußseits mit einem Steckkontakt 14 elektrisch in Verbindung steht. Das Festelektrolytrohr 11 ist dicht in die Längsbohrung 15 eines metallischen Gehäuses 16 eingebaut, das für den Einbau in ein Abgasrohr mit einem Einschraubgewinde 17 und einem Schlüsselsechskant 18 ausgestattet ist. An das anschlußseitige Ende des Gehäuses 16 ist ein Schutzrohr 19 angebracht, das mit

LufteintrUtsöffnungen 20 für den Eintritt der Umgebungsluft in den Hohlraum 2t des Festelektrolytrohres 11 ausgestattet ist.

Der abgasrohrseitige Endabschnitt des Festelektrolytrohres 11 mit Boden 10 ragt aus der Gehäuse-Längsbohrung 15 heraus und ist den im Abgasrohr befindlichen Abgasen ausgesetzt Um jedoch die elektronenleitende Katalysatorschicht 12 auf dem Festelektrolytrohr 11 vor intensiven Abtragungen sowie Temperatur- und Druckschockwirkungen durch den auftreffenden Abgasstrom zu schützen, ist um den aus dem Gehäuse 16 ragenden Bereich des Festelektrolytrohres 11 eine erfindungsgemäße Schutzeinrichtung 22 angebracht, die das Festelektrolytrohr 11 einem direkten Aufprall von Abgasen entzieht, jedoch öffnungen 23 und 24 enthält, durch die die Abgase zum Festelektrolytrohr 11 gelangen können. Erfindungsgemäß besteht eine solche Schutzeinrichtung 22 aus zwei koaxial zueinander und mit Abstand voneinander angerorcfneten Mänteln 25, 26 wobei die öffnungen 23 im äußeren Mantel 25 gegenüber den öffnungen 24 im inneren Mantel 26 derart gegeneinander versetzt sind, daß sie sich nicht überschneiden. Die Öffnungen 23 und 24 werden vorzugsweise als Längsschlitze ausgebildet, können aber auch von anderer Form sein. Die Schutzeinrichtung 22 besitzt im vorliegenden Falle einen Innenmantel 26, der außen an den beiden Endabschnitten je einen Flansch 27 hat, an denen der Awßenmantel 25 festgeschweißt ist. Die Schutzeinrichtung 22 ist in einem Einlaß 28 in der abgasrohrseitigen Stirnfläche des Gehäuses 16 durch Schweißung festgelegt

Die Schutzeinrichtung 22, die aus warmfestem Metall besteht, ist an ihrem abgasrohrseitigem Ende mit einem eingeschweißten Bodenblech 29 ausgestattet das je nach Anwendungsfall auch mit Bodenlöchern 30 versehen ist; bei manchen Anwendungsfällen kann auf ein Bodenblech 29 verzichtet werden.

Wenn der elektrochemische Meßfühler in ein Abgasrohr eingebaut ist treten die Abgase mit ihren Partikeln zunächst durch die Außenöffnungen 23 der Schutzeinrichtung 22, treffen auf den Innenmantel 26, werden seitlich abgelenkt und gelangen erst dann durch die Innenöffnungen 24 zum Festelektrolytrohr 11; dabei werden die Abgase gut durchrnisc!-ι und treffen nur tangential auf das Festeiektrolytrohr 11. Oic Labyrinthwirkung der beiden Mantel 25 und 26 mit ihren öffnungen 23 und 24 verhindert außerdem, daß Temperatur- oder Druckschocks direkt auf das Festeiektrolytrohr 11 auftreffen können.

Elektrochemische Meßfühler nach der Erfindung sind unabhängig von der Einbaulage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Elektrochemischer Meßfühler for die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem ionenleitenden, einseitig mit einem Boden versehenen Festelektrolytrohr, dessen Außenseite eine elektronenleitende Katalysatorschieht aufweist, die elektrisch mit Masse in Verbindung steht und nur den Abgasen zugewendet ist, und dessen Innenseite im Bereich seines Bodens mit einem elektrisch leitfähigem Anschlußteil in Verbindung steht und der Umgebungsluft ausgesetzt ist, und dessen den Abgasen ausgesetzter Teil mit einer Schutzeinrichtung umgeben ist, die mit Abstand um das Festelektrolytrohr angeordnet ist, am anschlußseitigen Endabschnitt das Festelektrolytrohr direkt oder indirekt dicht umfaßt das bodenseitige Ende des Festelektroiywohres überragt und mindestens je eine öffnung für den Ein- und Austritt von Abgasen aufweist, wobei die vorhandenen öffnungen Umleitmittel haben, die zwar die Abgase zum Festelektrolytrohr leiten, jedoch das Festelektrolytrohr einem direkten Aufprall von Abgasen entziehen, nach Patent2326086, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung (22) zwei koaxial zueinander und mit Abstand voneinander angeordnete Mäntel (25, 26) mit Öffnungen (23, 24) hat, und daß die öffnungen (23) des äußeren Mantels (25) gegenüber di^. Öffnungen (24) des inneren Mantels (26) derart gegeneinander versetzt sind, daß sie sich nicht überschneiden.

2. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (23,24) in den Mänteln (25,26) Schlitze sind.

3. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der innere Mantel (26) in seinem freien Endabschnitt ein Bodenblech (29) bzw. ein Bodenblech (29) mit Löchern (30) enthält