DE2716187A1

DE2716187A1 - Sonde zur bestimmung von veraenderungen der zusammensetzung eines gasgemischstroms

Info

Publication number: DE2716187A1
Application number: DE19772716187
Authority: DE
Inventors: Gerard Renevot
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1976-04-16
Filing date: 1977-04-12
Publication date: 1977-11-03
Also published as: US4154664A; DE7711433U1; ES457843A1; DE2716187B2; DE2716187C3; JPS52134796A; FR2381305B2; FR2381305A2

Description

MPL-ING. R. DfETZ SEN. - DIPL-ING. K. UMPRECHT ML-IKG. R. BELiZ JR.- liA DiPL-PIIYS. U. HEIuRlCH

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578-26.773P 12. h. 1977

Regie Nationale des Usines RIiNAULT, Boulogne Billancourt (Frankr. )

Sonde zur Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung

eines Gasoemisehstroms

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung eines Gasgeini senstroms , insbesondere des verunreinigten Auspuffgasstroms einer Brennkraftmaschine, mit Hilfe des galvanischen Effekts an einem festen Elektrolyten, dessen eine Seite einem zu messenden Gas und dessen andere Seite einem Bezugsgas ausgesetzt ist.

Es gibt Sonden zur Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung von Auspuffgas, die "Lambda-Sonden" genannt werden und für gewöhnlich aus einer Trennwand aus einem festen Elektrolyten, z.B. Zirkonoxyd, bestehen, der zwischen der einen, dem Auspuffgas ausgesetzten Seite und der anderen, der freien Luft ausgesetzten Seite eine Potentia 1differenz erzeugt. Diese Trennwände sind im allgemeinen als geschlossenes Rohr ("Handschuhfinger") oder als ebene Platte ausgebildet. Diese verschiedenen Arten haben Nachteile.

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Weil bei der "Handschuhfinger" genannten Sonde die Bezugszone ein innerhalb der "fingerartigen" Form verhältnismäßig abgeschlossenes Luftvolumen ist, erfolgt die Erneuerung dieser Luft schlecht. Es besteht daher für diese Sonde die Gefahr, daß sie vom umgebenden Auspuffgas verunreinigt wird, vor allem wenn keine vollkommene Abdichtung zwischen der Luftzone und der Aufpuffgaszone vorhanden ist. Die Ausdehnungen und Schwingungen machen die Herstellung dieser Abdichtung schwierig, insbesondere bei der Ausführungsform mit ebener Platte oder Plättchen, wo sich die Dichtung zwangsläufig am sehr heißen Auspuffgasstrom befindet.

Diese beiden Aspekte derzeitiger Ausflihrungsformen erfordern somit eine komplizierte Technologie und eine gewissenhafte Herstellung, die folglich umso mühsamer ist, je rauher die Betriebsbedingungen sind, was, bedingt durch Bruch oder Verschmutzung, ihren häufigen Austausch erfordert.

Das Ersetzen dieser Sonden wird durch diese komplexe Technologie und ihre Betriebsumgebung erschwert, die die Oxydation und das Verkleben der zusammengebauten Teile hervorruft.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Sonde zur Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung von Auspuffgas, die im wesentlichen aus einem an beiden Enden offenen Rohr als festem Elektrolyten besteht, das im Auspuffrohr quer angeordnet ist. Folglich steht wenigstens ein Ende des Rohrs mit der freien Luft in Verbindung. Diese Besonderheit ermöglicht eine freie Umwälzung von Luft innerhalb des Rohrs.

Dieses Rohr wird von wenigstens einer Dichtung gehalten, die außerhalb des Auspuffrohrs in den kühleren Zonen angebracht ist. Die elektrischen Verbindungen sind ebenfalls in diesen

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kalten Zonen angebracht, und zwar an einem Ende des Rohrs für die eine Verbindung und über Dichtungen am äußeren Teil eines der Hai ter dieser Dichtungen für die andere Verbindung.

Das Rohr des festen Elektrolyten wird außerhalb der Sonde durch ein Rohr aus durchlöchertem hitzefeste η Stahl geschützt.

Allgemeiner ausgedrückt, besteht die Aufgabe der Sonde nach der Erfindung in der Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung eines Gasgemischstroms mit Hilfe des galvanischen Effekts an einem festen Elektrolyten, dessen eine Seite einem zu messenden Gas und dessen andere Seite einem Bezugsgas ausgesetzt ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der feste Elektrolyt die Form eines an seinen Enden offenen Rohrs hat, das vom Strom des zu messenden Gases umgeben ist, wobei das Bezugsgas innerhalb des Rohrs strömt.

Der Strom des zu messenden Gases durchläuft einen Kanal, dessen Wände wenigstens einen rohrförmigen Körper aufnehmen, in dem die Dichtung zusammengedrückt ist, die die Zentrierung und Positionierung des die Dichtung durchquerenden Elektrolytenrohrs ermögli cht.

Die Zusammendrückung der Dichtungen erfolgt durch Gewindestopfen, die durch ein zentrales Loch offen sind, in das die Enden des Elektrolytrohres berührungsfrei und frei eingesetzt werden.

Das Elektrolytrohr ist in der Zone des Stroms des zu messenden Gases berührungsfrei von einem Schutzrohr umgeben, dessen Durchlöcherungen den Durchtritt des Gases um die Außenfläche

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des Elektrolytrohrs ermöglichen.

Die Durchlöcherungen bestehen aus wenigstens einem Längsschlitz, der in der frontalen und mittleren Zone des Rohrs angeordnet ist, das den Strom des zu messenden Gases aufnimmt, und besteht aus seitlichen Durchlöcherungen für den Austritt des vom frontalten Schlitz eingefangenen Stroms.

Als Variante können die Durchlöcherungen aus zwei Reihen von öffnungen bestehen, die in Strömungsrichtung des Stroms des zu messenden Gases diametral gegenüberliegen.

Die Dichtungen sind vorteilhaft aus einer Kupfer-Graphit-Hülse gebildet, die zwischen zwei Scheiben aus einem aus einer hitzefesten Metallegierung bestehenden Filz zusammengedrückt ist, der auf der Außenfläche des den Elektrolyten bildenden Rohrs eine elektrische Berührung· herstellt.

Bei einer weiteren Ausführungsvariante haben die rohrförmigen Körper eine langgestreckte Form, die die Kühlung ihrer Enden gegen die Erhitzung durch den Strom des zu messenden Gases gewährleistet, wobei die Enden die Dichtungen aus Kunststoff, z.B. einfache Ringdichtungen, aufnehmen.

Die an den Enden angeordneten Dichtungen drücken eine längsgerichtete Dichtung aus thermisch aufblasbarem Material zusammen, das den Raum zwischen den rohrförmigen Körpern und dem den Elektrolysten bildenden Rohr ausfüllt.

Der Anschlußdraht an die Bezugselektrode, die in elektrischer Berührung mit der Innenfläche des Elektrolytrohrs steht, kommt durch den zentralen Durchtritt des Bezugsgases eines isolierenden Stopfens.

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Die elektrische Berührung des Drahts an der Innenfläche des Rohrs erfolgt durch das Klemmen einer elastischen Metallnadel, die den Draht im Rohr verlängert.

Bei einem Anwendungsprinzip der Erfindung ist der Strom des zu messenden Gases derjenige der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine im Auspuffkanal am Auslaß der Brennkraftmaschine, und zwar im Hinblick auf deren Entgiftung im Betri ebszusta nd.

Bei dieser Anordnung ist die Sonde der Erfindung oder der feste Elektrolyt ein an beiden Enden offenes Rohr, wobei die beiden nach außen offenen Enden der Sonde eine freie Zirkulation oder Strömung der Luft im Bezugsteil der Sonde ermöglichen.

Aufgrund der dauernden Erneuerung der Luft des Bezugsteils, wenigstens durch eine durch Wärmetausch bedingte Konvektion, ist eine völlige Abdichtung der Befestigung, die für die "Handschuhfinger"- oder Plättchensonden unerläßlich ist, nicht ebenso zwingend vorgeschrieben.

Die Dichtungen sind in die kühleren Zonen außerhalb des Stroms der Auspuffgase verlagert wie auch die elektrischen Kontakte an die Enden des Elektrolytrohrs.

Der feste Elektrolyt wird innerhalb der Sonde z.B. durch ein durchlöchertes Rohr aus hitzefestem Stahl geschützt, das einen Schutz gegen Abrieb des Gases und die Gleichmäßigkeit des Gases an der katalytisehen Beschichtung gewährleistet.

Der periodische Ausbau und Wechsel des Rohrs aus Zirkon wird durch dessen einfache rohrförmige Gestalt möglich, die seine Befestigung durch die einzigen Dichtungen ermöglicht, in die es ei ngesetzt ist.

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Die Herstellung dieses Rohrs erfolgt einfach und billig z.B. durch Strangpressen, ohne weder eine zusätzliche Gearbeitung noch irgendeine Querschnitts- oder Dickenänderung zu erfordern (was überdies seine Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschocks begünstigt).

Die am Auspuffrohr befestigten Rohrstücke ermöglichen folgende Funktionen:

a) Abdichtung gegenüber Gasen

b) elektrische Berührungen

c) Positionierung des Zirkonrohrs

d) Dämpfung der Schwingungen

e) freie Ausdehnung des Zirkonrohrs

f) freie Ausdehnung des Schutzrohrs für das Zirkon

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt dieses Rohr keine einzige Befestigungsstelle am Auspuffrohr. Ein offenes Ende des Rohrs aus dem festen Elektrolyt ist innerhalb des Auspuffrohrs in Berührung mit den zu messenden Gasen angeordnet, während das andere Ende des offenen Rohrs außerhalb des Auspuffrohrs angeordnet ist mit der Möglichkeit, im inneren Teil des Rohrs aus festem Elektrolyt ein Bezugsgas, z.B. Luft, strömen zu lassen.

Diese Sonde besteht iin wesentlichen aus einem an seinen Enden offenen Rohr aus einem Ionen leitenden festen Elektrolyten und ist quer im Auspuffrohr angeordnet, wobei die in Berührung mit den Auspuffgasen stehende Außenfläche des Rohrs mit einer metallischen leitenden und katalytisehen Schicht bedeckt ist.

Diese poröse katalytische Schicht gewährleistet zusätzlich zu ihrer katalytisehen Wirkung auf die Reaktion mit den zu bestimmenden Elementen die elektrische Verbindung mit der Masse.

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Die Innenfläche des Rohrs aus dem festen Elektrolyten ist ebenfalls mit einer porösen katalytisehen oder nicht katalytischen Metallauflage bedeckt, die im wesentlichen ein elektrischer Leiter ist und mit einer gegenüber der Masse isolierten Klemme verbunden ist. über diese Klemme kann ein pneumatischer Anschluß für den Zutritt eines Bezugsgases zum Innenraum des Rohrs aus dem festen Elektrolyten erfolgen, wobei das gewählte Bezugsgas z.B. Luft ist.

Mittels einer außerhalb der Sonde angeordneten Druckluftquelle strömt das Bezugsgas Luft innerhalb des Rohrs aus dem festen Elektrolyten mit einem in der Weise geregelten Durchsatz, daß die Innenfläche des Zirkonrohrs nur unwesentlich gekühlt wird. Dieser Luftdurchsatz ist gegenüber dem Gesamtdurchsatz der Auspuffgase vernachlässigbar und stört den Sauerstoffgehalt des an der äußeren katalytisehen Schicht vorhandenen Auspuffgases nicht aufgrund des besonderen Musters der Schicht und der Anordnung des Elektrolytrohrs in einer Metallhülle mit mehrfachen Öffnungen, wobei das freie Ende des Rohrs mit einer dem Ende der Hülle entsprechenden Öffnung fluchtet.

Es wird nun die herkömmliche Funktion ejner elektrochemischen Zelle erhalten, die eine durch das Nernst'sche Gesetz gegebene Elektrolytkraft aufweist und durch eine beispielsweise aus Zirkon bestehende Trennwand gebildet wird, deren eine Seite die mit dem zu messenden Gas in Berührung stehende katalytische Meßelektrode bildet, während die andere Seite die mit dem Bezugsgas, z.B. Luft, in Berührung stehende Bezugselektrode mit katalytischer oder nicht katalytischer Wirkung bildet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen vergrößerten Schnitt eines mit der Sonde nach der Erfindung versehenen Auspuffrohrelements;

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Fig. 2 in verkleinertem Haßstab dasselbe durch Gießen hergestellte Element;

Fig. 3a und 3b einen Querschnitt III-III in Fig. 2 bzw. einen Längsschnitt eines Beispiels für ein Schutzrohr der Sonde mit öffnungen, die einen guten Durchtritt und die Erneuerung der Auspuffgase um das Elektrolytrohr der Sonde herum begünstigen;

Fig. 4a und 4b ein weiteres Beispiel für Anordnungen von Durchtrittsöffnungen unter denselben Bedingungen;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Einbaudichtung aus einem thermisch aufblasbaren Material;

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel von Dichtungen aus einfachen Ringdichtungen;

Fig. 7 und 8 zwei Beispiele derselben bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt ein Auspuffrohrelement 2, das über Flansche 1 zwischen einem Auspuffsammelrohr und einer zu einem Schalldämpfer führenden Auspuffrohrleitung angeschlossen ist. Diametral gegenüberliegende und auf derselben Achse liegende rohrförmige Körper 4 sind durch Schweißraupen 3 an die Rohrleitung 2 geschweißt. Durch Gewindestopfen 6 im Körper 4 zusammengedrückte Dichtelemente 5 halten ein Elektrolytrohr der Sonde auf einer diametral zur Rohrleitung 2 liegenden Achse. Dieses Elektrolytrohr kann z.B. ein Keramikmaterial aus stabilisiertem gesinterten Zirkon sein.

Auf einer Seitenfläche 8 des Gewindestopfens 6 kann ein Gitterverschluß vorgesehen sein, z.B. ein Deckel aus elastischem Material, der das Elektrolytrohr gegen äußeren Staub schützt und gleichzeitig einen gewissen Durchtritt für die Gasströmung

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Ein ähnlicher Schutz kann am gegenüberliegenden Ende durch einen ebenfalls aus isolierendem Kunststoff bestehenden Stopfen 13 hergestellt werden, der an einem Gewindestopfen 12 befestigt ist, der die Klemmung der Dichtung 5 auf dieser Seite herstellt. Eine an der Mitte des Stopfens 13 vorgesehene Öffnung läßt einen Anschlußdraht 14 austreten, der in Berührung mit der Innenbeschichtung des Zirkonrohrs 7 kommt.

Scheiben 9, die z.B. aus Schaum oder Filz aus nichtrostendem oder hitzebeständigem Stahl bestehen, sind beiderseits der Dichtungen 9 angeordnet, deren seitlichen Halt sie herstellen.

Beiderseits der Kupfer-Graphit-Dichtung 5 befinden sich zwei biegsame vorgeformte Dichtungen 9 aus einem Schaum aus nichtrostendem Stahl.

Ein durchlöchertes Rohr aus nichtrostendem Stahl umgibt das Elektrolytrohr 7 der Sonde an seinem Durchtritt durch die Rohrleitung 2 und schützt das L1ektrolytrohr gegen die Erosion des Auspuffgas Stroms.

Bei der Variante nach Fig. Z, wo das Rohr 1 eitungselement 1, 2 als gegossenes Teil 2 C , z.D. als hitzebeständiger Guß, hergestellt ist, kann das Rohr 10 während des Gießens des Teils 29 als Einsatz an seinem Verwendungsort angebracht werden.

Die Abdichtung gegenüber Gasen gemäß dem Beispiel von Fig. 1 wird erhalten durch Zusammendrücken der Kupfer-Graphit-Dichtungen 5 zwischen dem Außendurchmesser des Zirkonrohrs 7 und dem Innendurchmesser der Rohrstücke 4, deren Aufgabe darin besteht, die Kupfer-Graphit-üichtung 5 unter gleichmäßigem Druck zu halten.

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Die Zusammendrückung der Dichtungen 5 und 9 wird durch Verschrauben der metallischen Stopfen 6 und 12 erhalten.

Das Spiel zwischen dem Außendurchmesser des Zirkonrohrs 7 und dem kleinsten Innendurchmesser des Rohrstücks 4 liegt in der Größenordnung von 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm, am Durchmesser.

Das Beispiel von Fig. 2 zeigt dasselbe Abdichtungsprinzip wie für Fig. 1.

Bei den Ausführungsformen von Fig. 5 und 6 wird die Abdichtung bei niedrigerer Temperatur und am Ende der Rohrstücke 23 und 25 durch Ringdichtungen 27 oder durch geeignet geformte Dichtungen 22 erhalten, die durch die Stopfen 18 und 24 oder 27 und 30 unter Druck gesetzt sind. Die Dichtungen 22 und 27 können aus Kunststoff, etwa Polytetrafluorathylen (Teflon, WZ) oder einem anderen Fluorelastomer (Viton, WZ) bestehen. Ihre Benutzungstemperatur wird nicht überschritten, wenn die Länge der Rohrstücke 23 oder 25 an diese Bedingung angepaßt ist und eine ausreichende Kühlung ihrer Enden ermöglicht.

Gemäß Fig. 5 kann der Hohlraum 17 des Rohrstücks mit einem thermisch aufblasbaren Material gefüllt sein, das überdies eine bessere Positionierung des Zirkonrohrs durch dessen Festklemmung gewährleistet.

Derartige thermisch aufblasbare Materialarten sind im Handel bekannt. Insbesondere eines hiervon wird von der 3M-Company (Minnesota Mining and Manufacturing, Co) in den Handel ge brachte Material, das gegen 65O⁰C sein Volumen verdoppelt und sich für solche Anwendungen eignet. Das Spiel zwischen dem Außendurchmesser des Zirkonrohrs 7 und dem kleinsten Durchmesser der RohrstUcke 18, 23 oder 25 beträgt Im Fall von Fig. 5 am Durchmesser 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 um, und im Fall von Fig. 6 am Durchmesser 0,1 bis 2 mm,

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vorzugsweise 1 mm.

Der vorteilhaft durch das Rohr 7 gebildete feste Elektrolyt besteht aus Zirkonoxid, das mit Kalziumoxid oder Yttriumoxid stabilisiert ist. Das Rohr 7 ist an den beiden Enden offen und kann einen Außendurchmesser von 4 bis 12 mm, vorzugsweise 6 mm, und einen Innendurchmesser von 2 bis 10 mm, vorzugsweise 4 mm, haben.

Die Innen- und Außenseiten des Rohrs werden mit einer katalytischen metallischen Ablagerung bedeckt, die gemäß bekannten Techniken durch einen unter Verdampfung im Vakuum erfolgenden Überzug aufgetragen wird.

Der Schutz dieses Zirkonrohrs 7 erfolgt durch das konzentrische äußere metallische Rohr 10 oder 11, vgl. Fig. 3b. Die Fig. 3a und 3b zeigen ein Beispiel von Durchlöcherungen mit zwei parallelen frontalen Schlitzen, die zum Strom der Auspuffgase hin gerichtet sind (Richtung der Pfeile bei A in Fig. 2a), die nach einem turbulenten Durchwirbeln des Zwischenraums zwischen den beiden Rohren durch seitliche Löcher entweichen. Die Fig. 4a und 4b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel von Durchlöcherungen längs zwei Reihen, die in Richtung des Durchtritts der Gase diametral gegenüberliegen.

Für das Rohr aus hitzebeständigem Stahl kann die Möglichkeit in Betracht gezogen werden, daß es sich in den beiden Sitzen der Rohrstücke 4 frei ausdehnen kann. In diesem Fall beträgt das Spiel zwischen dem Außendurchmesser des Rohrs und dem Innendurchmesser des Rohrstücks 4 0,1 bis 0,3 mm am Durchmesser, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm, während das Spiel zwischen dem Ende des Rohrs 10 und dem Grund des Sitzes des Rohrstücks 1 bis 2 mm, vorzugsweise 1 mm, beträgt.

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Im Fall von Fig. 2, wo das Rohr ein Einsatz im gegossenen Teil ist, werden diese Spiele dadurch erhalten, daß die Enden des Rohrs 10 mit einer dicken Schlichte beschichtet werden.

Die Öffnungsanordnungen von Fig. 3 und 4 (a und b) ermöglichen bei einer durch Schweißen erfolgenden Festlegung einer Seite des Rohrs 11 im Sitz des Rohrstücks gegen Verdrehen bei freier Ausdehnung der anderen Seite des Rohrs (mit den vorgesehenen Spielen), daß nach einer gewissen Anzahl von Kilometern das Zirkonrohr 7 um eine halbe Umdrehung gedreht wird und daß vor den öffnungen des Rohrs 11 eine von jeglicher Erosion noch intakt gebliebene katalytische Beschichtung erscheint, wodurch bei gleicher Kilometerleistung die Dauer der Funktionsfähigkeit des Elektrolytrohrs 7 erhöht wird.

Die elektrischen Kontakte zwischen den Elektrodenflächen des Rohrs 7 werden für den negativen Pol durch eine Berührung auf der katalytisehen äußeren Beschichtung mit Hilfe der aus dem Kupfer-Graphit-Material bestehenden Dichtung 5 gebildet, wobei dieser Kontakt von selbst durch den Druck der Dichtung auf die Oberfläche erhalten wird.

Der Anschluß an den positiven Pol erfolgt durch Schweißen eines Kontaktdrahts an die Innenbeschichtung des Zirkonrohrs 7 bei einem Austritt des Kontaktdrahts durch das isolierende Teil 13.

Im Fall von Fig. 5 und 6 erfolgt der Kontakt des negativen Pols auf der äußeren katalytisehen Beschichtung über eine vorgeforinte Dichtung 21 z.B. aus einem Schaum aus nichtrostendem Stahl, die durch die isolierenden Teile 19 und 28 unter Druck gehalten wird.

Der positive Pol ist nach demselben Prinzip ausgeführt wie in den Fällen von Fig. 1 und 2, und zwar mittels einer

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Schweißung des Drahts 14 auf die metallisierte Innenseite des Rohrs 7. Man kann ebenfalls einen Nutzen aus der Rohrform dadurch ziehen, daß der elektrische Kontakt auf der Innenseite durch eine elastische Nadel hergestellt wird, die in die Innenwand des Rohrs 7 geklemmt und an den Draht 14 angeschlossen ist. Diese Lösung hat den Vorteil, das Elektrolytrohr ohne irgendeinen Anschlußvorgang leicht austauschbar zu machen.

Die Metallisierung des Elektrolytrohrs 7 erfolgt vorteilhaft auf dessen ganzer in Berührung mit dein zu messenden Gas stehenden Außenfläche durch eine beschichtung aus riet a 11 in zerteiltem Zustand. Diese Geschichtung wird erhalten durch unter Vakuum erfolgendes Spritzen oder Aufdampfen dieses Metalls, das auf das zu bestimmende Gas eine katalytische Wirkung hat.

Z.B. kann bei einer Anwendung bei der Bestimmung von Bestandteilen i'" Auspuffgas eines Motors dieser katalytische Effekt einwirken auf die Verbindung von Kohlenmonoxid und Uasserstoff des Verbrennungsgases mit überschüssigem Sauerstoff in der Flächenzone des L1ektrolytrohrs 7, wodurch eine Erhöhung der Empfindlichkeit bei der Messung des Überschusses oder Mangels des Gasgemischs an Sauerstoff gegenüber den Bedingungen des stochiometrisehen Gemischs der Verbrennungsbestandtei1e möglich ist.

Gemäß Fig. 7 ist auf einem Strömungskanal 32 für die zu bestimmenden Gase, z.B. der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine, ein Rohrstück 34 durch Schweißen befestigt, das am Ende mit einem Außengewinde versehen ist und ein Stopfbüchsen- und Dichtungssystem enthält, das ein Ende eines Elektrolytrohrs 31 einspannt. Das Rohrstück 34 kann gegebenenfalls nicht gezeigte Kühlrippen aufweisen.

Erfindungsgemäß münden das Elektrolytrohr 31 und sein im Strömungskanal 32 der Gase gelegenes Schutzrohr 33 freitragend oder

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seitlich in den Strömungskanal, wobei deren freies Ende 35 im Strömungskanal offen ist. Dieses Ende mündet vorteilhaft in der mittleren Zone des Strömungskanals 32, wobei das Schutzrohr 33 sich teilweise auf dem Ende des Elektrolytrohrs 31 in Höhe dessen Öffnung schließt, die es teilv/eise bedeckt.

Das Schutzrohr 33 weist, wie oben angegeben, Durchlöcherungen

36 auf.

Arn gegenüberliegenden Ende des Elektrolytrohrs 33 ist ein Teil

37 zur elektrischen Verbindung mit der Innenfläche des Elektrolytrohrs rohrförmig ausgebildet und ermöglicht die Einführung der Strömung der Bezugsluft.

Diese Luft kann ausgehend von einer Druckquelle, etwa einer Luftpumpe, eingeführt werden, die die Luft gegenüber den Auspuffgasen auf einem geringen Überdruck hält.

Diese Zufuhr unter Oberdruck kann kombiniert oder ersetzt werden durch ein Ansaugen der Luft in das Auspuffrohr durch eine Strahlpumpenwirkung, die durch die Strömung der zu analysierenden Gase im Strömungskanal 32 eingeleitet wird. Dieses Ansaugen von eingeleiteter Luft erfolgt in Höhe der Öffnung 35. Diese Ansaugwirkung kann dadurch erhöht werden, daß am Ende des Schutzrohrs 33 eine Venturidüse 38 angeordnet wird, vgl. Fig. 8.

Während die Außenfläche durch den Strom der zu messenden Gase umspült wird, mündet in allgemeinerer Weise das Elektrolytrohr 31 freitragend oder seitlich in den Strömungskanal 32, wobei sein Bezugsgas als Strömung über die Öffnung 35 des freien Endes des Elektrolytrohrs in diesen Strömungskanal mündet.

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Das mit mehrfachen Durchlöcherungen versehene Schutzrohr 33 ist ebenfalls freitragend oder seitlich im Strömungskanal 32 befestigt und enthält berührungsfrei das Elektrolytrohr 31, an dessen Ende es sich teilweise schließt, von wo aus die Strömung des Bezugsgases mündet. An dem außerhalb des Strömungskanals 32 gelegenen Ende des Elektrolytrohrs 31 ist das Teil 37, das die elektrische Verbindung mit der Innenfläche des Elektrolytrohrs herstellt, rohrförmig ausgebildet und ermöglicht die Einführung der Strömung des Bezugsgases. Die Strömung des Bezugsgases steht innerhalb des Elektrolytrohrs unter einem geringen überdruck gegenüber dem Druck im Strömungskanal 32 des zu bestimmenden Gases.

Das freie Ende der Rohre 33 und 31 mündet etwa an der Mitte des Strömungskanals 32 des zu bestimmenden Gases.

Die Strahlpumpenwirkung kann durch die Venturidüse 38 verstärkt werden, die am Ende des Schutzrohrs 33 angebracht ist und an deren Venturihals die öffnung 35 der Strömung des Bezugsgases mündet.

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Claims

Ansprüche

t l.jSonde zur Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung eines Gasgemi schstroins mit Hilfe des galvanischen Effekts an einem festen Elektrolyten, dessen eine Seite einem zu messenden Gas und dessen andere Seite einem Dezugsgas ausgesetzt ist, dadurch gekennzei chnet , daß der Elektrolyt die Form eines an seinen Enden offenen Rohrs (7) hat, das den Strom des zu messenden Gases zwischen wenigstens einer Dichtung (5; 17, 22; 27) durchquert, wobei das Bezugsgas innerhalb des Rohrs (7) strömt.

2. Sonde zur Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung eines Gasgemischstroms mit Hilfe des galvanischen Effekts an einem festen Elektrolyten, dessen eine Seite einem zu messenden Gas und dessen andere Seite einem Bezugsgas ausgesetztist,dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt die Form eines an seinen Enden offenen Rohrs (7) hat, das den Strom des zu messenden Gases zwischen wenigstens zwei Dichtungen (5; 17, 22; 27) durchquert, wobei das Lezugsgas innerhalb des Rohrs (7) strömt.

3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Gasstrom einen Kanal (2; Ib; 29) durchquert, dessen ausgefluchtete Wände rohrförmige Körper (23; 25) aufnehmen, in denen die Dichtungen (5; 17, 22; 27) zusammengedrückt sind, die die Zentrierung und die axiale Positionierung des die Dichtungen (5; 17, 22; 27) durchquerenden Rohrs (7) herstel len .

4. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammendrückung der Dichtungen (5; 17, 22; 27) durch Gewindestopfen (6; 18; 26) mit einer zentralen Bohrung erfolgt, in die die Enden des Rohrs (7) berührungsfrei und mit freien

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Enden ei ngre i fen.

b. Sonde nach Anspruch 1 odor 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektrolyten bildende Rohr (7) in der Zone des Stroms des zu messenden Gases berührungsfrei von einem Schutzrohr (1Oi 11) umgeben ist, dessen Durchlöcherungen den Durchtritt des Gases um die Außenfläche des Rohrs (7) herum ermöglichen.

6. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlöcherungen aus wenigstens einem in der frontalen Zone des Schutzrohrs (10; 11) angeordneten Längs sch 1itz für die Aufnahme des zu messenden Gasstroms und aus seitlichen Durchlöcherungen für den Austritt des vom Längsschlitz eingefangenen Gasstroms bestehen.

7. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlöcherungen aus zwei Reihen von Öffnungen bestehen, die in Strömungsrichtung des zu messenden Gases diametral gegenüberliegen.

8. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (2; 15) des zu messenden Gasstroms und die die Dichtungen (5; 17, 22; 27) aufnehmenden rohrförmigen Körper (4; 23; 25) aus einem einzigen hitzefesten Gußteil (29) hergestellt sind.

9. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (10; 11) im Gußteil (29) als Einsatz angebracht ist, dessen Enden dort durch vorheriges Beschichten mit dicker Schlichte freigelassen sind.

10. Sonde nach Anspruch 1 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (5) durch eine Kupfer-Graphit-HUlse gebildet sind, die zwischen zwei Scheiben (9) aus einem aus einer hitzefesten Metallegierung bestehenden Filz

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zusammengedrückt sind, aer auf der Außenfläche des den Elektrolyten bildenden Rohrs (7) eine elektrische Berührung herstelIt.

11. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Körper (23; 25) langgestreckt ausgebildet sind und eine Kühlung ihrer durch den Strom des zu messenden Gases erhitzten Enden ermöglichen, wobei die Enden Dichtungen (22; 27) aus Kunststoff aufnehmen.

12. Sonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden angeordneten Dichtungen (22; 27) eine längsgerichtete Dichtung (17) aus thermisch aufblasbarem Material zusammendrücken, das den Raum zwischen den rohrförmigen Körpern (23; 25) und dem den Elektrolyten bildenden Rohr (7) ausfüllt.

13. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußdraht (14) durch einen zentralen Bezugsgaskanal eines isolierenden Stopfens (13; 19; 28) hindurch verläuft und in elektrische Berührung mit der Innenfläche des den Elektrolyten bildenden Rohrs (7) kommt.

14. Sonde nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Berührung des Anschlußdrahts (14) an der Innenflächd des Rohrs (7) durch das Klemmen einer elastischen Metallnadel erfolgt, die den Draht (14) im Rohr (7) verlängert.

15. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Gasstrom der Auspuffgasstrom einer Brennkraftmaschine im Strömungskanal der Auspuffgase am Auslaß der Brennkraftmaschine ist.

16. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektrolyten bildende Rohr (7) auf seiner ganzen in Berührung mit den zu messenden Gasen

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stehenden Außenfläche eine Beschichtung aus zerteiltem Metall aufnimmt, das als Elektrode des elektrolytischen Elements dient, und zwar unter Herbeiführung eines katalytisehen Effekts durch Verbinden von Kohlenmonoxid Co und H₂ mit Sauerstoff O₂ in einem kleinen Volumen um das den Elektrolyten bildende Rohr (7) für den Fall eines durch die Auspuffgase einer Brennkraftmaschine gebildeten Gasgemi schstroins .

17. Sonde zur Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung eines Gasgemischstroms mit Hilfe des galvanischen Effekts an einem festen Elektrolyten, dessen eine Seite einem zu messenden Gas und dessen andere Seite einem Bezugsgas ausgesetzt ist, wobei der Elektrolyt die Form eines an seinen Enden offenen Kohrs hat, das von einem innerhalb des Rohrs strömenden Bezugsgas durchquert und dessen Außenfläche vom Strom des zu messenden Gases umspült wird, dadurch gekennzei chnet , daß das den Elektrolyten bildende Rohr (31) freitragend in einem Strömungskanal (32) mündet, wobei das Bezugsgas über eine öffnung (35) im freien Ende des Rohrs (31) als Durchlaufströmung in den Strömungskanal (32) mündet.

18. Sonde nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenfalls freitragend im Strömungskanal (32) befestigtes Rohr (33) mit vielfachen Durchlöcherungen das den Elektrolyten bildende Rohr (31) berührungsfrei aufnimmt, wobei sich das Ende des ersteren Rohrs (33) über dem Ende des letzteren Rohrs (31) teilweise schließt, wo die Strömung des Bezugsgases mündet.

19. Sonde nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß an dem außerhalb des Strömungskanals (32) gelegenen Ende des den Elektrolyten bildenden Rohrs (31) ein die elektrische Verbindung mit der Innenfläche des Rohrs (31) her-

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stellender Teil (37) ringförmig ausgebildet ist und die Einführung der Strömung des Bezugsgases ermöglicht.

20. Sonde nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom des Bezugsgases innerhalb des den Elektrolyten bildenden Rohrs (31) mit geringem Überdruck im Strömungskanal (32) des zu messenden Gases stattfindet.

21. Sonde nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Rohre (31, 33) etwa in der Mitte des Strömungskanals (32) des zu messenden Gases mündet, wobei das Bezugsgas aus diesem Ende durch Strahlpumpenwirkung der Strömung des zu bestimmenden Gases eingeführt wird.

22. Sonde nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlpurnpenwi rkung durch eine Venturidüse (38) verstärkt wird, die am Ende des Schutzrohrs (33) angebracht ist und an deren Venturihals die Öffnung (35) der Strömung des Bezugsgases mündet.

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