DE2805598A1

DE2805598A1 - Sauerstoff-sonde

Info

Publication number: DE2805598A1
Application number: DE19782805598
Authority: DE
Inventors: Hans Guenther Dipl I Hasenkamp
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1979-08-16
Also published as: IT1110846B; IT7920093A0

Description

Sauerstoff-Sonde
Die Erfindung betrifft eine Sauerstoff-Sonde, welche zur elektrochemischen Messung des Sauerstoff-Gehalts in den Abgasen insbesondere von Verbrennungsmotoren eingesetzt und mit einer elektronischen Regeleinrichtung mittels einer elektrischen Leitung verbunden wird, bestehend aus einem einseitig verschlossenen Festelektrolytrohr mit einer auf der Außenseite angebrachten elektronenleitenden Katalysatorschicht, die mit Masse verbunden ist, und wobei das den Abgasen ausgesetzte Teil des Elektrolytrohres mit einem oeffnungen enthaltenen Schutzrohr umgeben und die Innenseite des Elektrolytrohres mit einem elektrisch leitfähigen, hohlausgebildeten, mit einer Schutzhülle versehenem Anschlußteil verbunden und durch dasselbe der Umgebungsluft ausgesetzt ist.
Die Abgase von Verbrennungsmotoren, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren, tragen im hohen Maße zur Verunreinigung der Luft bei. Um diese Jedoch möglichst gering zu halten, sind Sauerstoff-Sonden entwickelt worden, die mittels eines besonders ausgebildeten Festelektrolytrohres zu einem Teil in den Abgasstrom des Verbrennungsmotors eingesetzt und zum anderen Teil der normalen sauerstoffreicheren Umgebungsluft ausgesetzt werden. Mittels einer auf der Oberfläche des Festelektrolytrohres angebrachten elektronenleitenden Schicht wird der Sauerstoffgehalt der Abgase auf elektrochemischem Wege gemessen. Aufgrund cbs unterschiedlichen Sauerstoffgehalts in den Abgasen bezogen auf den 02-Gehalt in der Außenluft, welche Zugang zu dem Inneren der Sonde hat und auf eine an der Innenseite der Sonde angebrachte Elektrode trifft, werden aufgrund eines sich ergebenden schwachen Stromes Meßwerte ermittelt, die über ein mit der inneren Elektrode verbundenes elektrisch leitendes Anschlußteil zu einer Regeleinrichtung geführt werden, die eine solche optimale Einstellung der Abgaszusammensetzung bewirkt, daß die Abgase nur noch einen geringstmöglichen Anteil von Schadstoffen aufweisen.
Da nun bei Kraftfahreeugen die Sonde zu einem Teil in das Auspuffrohr eingesetzt werden muß, welches unterhalb des Wagenbodens verläuft, ist der andere Teil der Sonde Verunreinigungen unterhalb des Wagens sowohl aus der Luft als auch dem Spritzwasser bei Nässe im Höchstmaße ausgesetzt. Diese Verunreinigungen und das Spritzwasser dringen durch die Öffnungen und Schlitze, welche für die Zufuhr der Außenluft zum Innenraum der Sonde bestimmt sind, leicht ein und zerstören die empfindlichen Innenteile, wie elektrisch Anschlüsse oder sonstige dort untergebrachte Metallteile, durch Korrosion. Außerdem kann das Spritzwasser in den heißen Fühler (Katalysatorrohr) eindringen, der dann durch plötzliches Verdampfen des Spritzwassers und den dadurch hervorgerufenen Uberdruck zerplatzt.
Es ist bereits aus der DE-AS 22 11 585 ein Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen bekannt geworden, bei dem gezeigt ist, wie der Innenraum des Meßfühlers über eindirchbohrtes Kontaktnippel mit der Außenluft Verbindung hat. Nach der DE-AS 23 26 086 ist ferner für die Zufuhr der Außenluft ein rohrförmiges Anschlußteil verwendet; in dem das Anschlußteil umgebenden Gehäuse sind Lufteintrittsöffnungen vorgesehen, die durch eine Schutzhülle gegen Spritzwasser abgeschirmt sind. Diese Abschirmung reicht jedoch nicht aus, da zum einen die Belüftungslöcher sich direkt im Gehäuse des Meßfühlers befinden und die Schutzhülle diese nicht dicht abschließen kann, um dort die Luftzufuhr zu gewährleisten und zum anderen auch am Kabelaustritt aus der relativ kurzen Schutzhülle sich Spritzwasser ansammeln kann, das durch die plötzliche Abkühlung der Sonde das Spritzwasser zumindest in Form von Tropfen durch den innen entstehenden Sog in den Innenraum hineinsaugt. Treffen diese Tropfen auf die sehr heiße Keramik des Katalysatorraumest dann wird durch die plötzliche Abkühlung die Keramik zersprengt. Ferner werden durch häufiges Anhalten und Anfahren des Fahrzeugs insbesondere im Stadtverkehr verunreinigte Luftpartikel mit der Außenluft angesaugt, die ebenfalls zur Beeinträchtigung der Lebensdauer der Sonde führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Sauerstoff-Sonde durch eine sinnvolle Belüftung weitgehend vor einer schnellen Zerstörung infolge der Beeinträchtigung von Spritzwasser und Luftverunreinigung zu bewahren.
Die Aufgabe wird ausgehend von der eingangs beschriebenen Geräteart erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schutzhülle von einer Hohlleitung durchdrungen wird, welche eine von Spritzwasser und Luftverunreinigungen abgeschirmte Außenluft in den Innenraum der Sonde leitet.
Als besondere Ausbildung sieht die Erfindung vor, daß die an die Anschlußteile angeschlossene elektrische Leitung durch die Hohlleitung geführt ist, die einesends im Mündungsbereich der Schutzhülle gegen dieselbe durch einen Dichtungskörper wasserdicht abgedichtet und andernends durch einen die elektrische Leitung eng umfassenden Filter abgeschlossen ist.
In anderer Ausbildung sieht die Erfindung vor, daß die an die Anschlußteile angeschlossene elektrische Leitung selbst als Hohlleitung ausgebildet und einesends im Mündungsbereich der Schutzhülle gegen dieselbe wasserdicht abgedichtet und andernends gegen Feuchtigkeit und Verunreinigung durch einen Schutzkörper abgeschirmt ist.
Schließlich soll nach der Erfindung das Volumen der ungehinderten Luftzufuhr der Hohlleitung kleiner als das Luftvolumen innerhalb der Sonde einschließlich der die Anschlußteile umgebenden Schutzhülle bemessen sein.
Der Gegenstand der Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Sauerstoff-Meßsonde mit einer Hohlleitung, durch die das elektrische Anschlußkabel geführt ist, und Fig. 2 zeigt eine Sauerstoff-Meßsonde, bei der das Anschlußkabel selbst als Hohlleitung ausgebildet ist.
Die Sauerstoff-Sonde besteht aus dem aus einer besonderen Keramik-asse hergestellten Festelektrolytrohr 1 (durch gestrichelte Linie unsichtbar dargestellt), welches in einem Metallgehäuse 2 angeordnet ist und über ein Anschlußteil 3 mit einer elektrischen Anschlußleitung 4 verbunden ist. Das Festelektrolytrohr 1 ist an seinem unteren Ende verschlossen und in diesem Teil von einem Schutzrohr 5 des Gehäuses umgeben, welches Öffnungen oder Schlitze 5a besitzt, durch die hindurch die Abgase an die äußere Katalysatorschicht 1a des Elektroltrohrs dringen können. Die innere Elektrodenschicht 1b des Katalysatorrohres ist mit dem elektrischen Anschlußteil 3 leitend verbunden, wobei das Anschlußteil 3 hohl ausgebildet ist, damit die Außenluft durch dieses in das Katalysatorrohr eindringen kann. Das Anschlußteil 3 besitzt an seinem oberen Ende eine Anschlußhülse 3a zur Aufnahme einer elektrischen Leitung 4a, die in die Steckkontakthülse 3a mündet; während die andere Leitung 4b an einen Erdkontakt angeschlossen ist, der über das Gehäuse 2 Kontakt mit einem Masseteil 7 hat, welches den oberen Teil des Katalysatorrohres umfaßt. Die Anschlüsse 3a und 6 sind von einer aus Metall bestehenden Schutzhülle 14 umgeben, in die eine Hohlleitung 8 mündet, welche durch eine Dichtungshülse 9 gegenüber der Schutzhülle eine Abdichtung vornimmt, so daß das Kabel 4 gegen äußere Einflüsse, insbesondere Spritzwasser und Luftverunreinigungen abgeschirmt in die Schutzhülle zu den Anschlüssen 4a und 3a geführt werden kann. Die Hohlleitung 8, welche aus einem elastischem Schlauch bestehen kann, wird mittels einer Schelle 10 auf der Dichtungshülse 9 befestigt. Am anderen Ende wird sie durch einen Luftfilter 11 abgeschlossen, so daß von keiner Seite mehr Spritzwasser oder Luftverunreinigungen in die Sauerstoff-Sonde eindringen können. Damit jedoch stets Frischluft in die Sonde bis in den Innenraum 1c eindringen kann, ist das Volumen 8a der Hohlleitung für die Zufuhr der Frischluft so bemessen, daß dieses geringer ist, als das Volumen der Sonde einschließlich des Luftraumes, welcher durch die Schutzhülle 14 begrenzt ist.
Die Sauerstoff-Sonde wird mit ihrem unteren Teil etwa ab der gestrichelten Linie A in den Abgas strom des Verbrennungsmotors, also beim Kraftfahrzeug in das Auspuffrohr, eingesetzt, während der darüber liegende Teil unter dem Boden des Kraftfahrzeugs befestigt wird und dort somit Spritzwasser und sonstigen Verschmutzungen stets in großem Naße ausgesetzt ist. Die elektrische Leitung 4 führt zu einer Regeleinrichtung, welche die Zusammensetzung des Benzinluftgemisches steuert.
In Fig. 2 ist dieselbe Sauerstoff-Sonde dargestellt, wie in Fig. 1, nur daß keine besondere Hohlleitung für die Zufuhr von Frischluft vorgesehen ist, sondern daR das Kabel, d.h. die elektrische Leitung selbst als Hohlleiter ausgebildet ist. Hierfür ist ein besonderes Kabel 12 vorgesehen, welches die elektrische Leiter1a- und 12b beidseitig eines Hohlraumes 12c aufweist, wobei der Leiter 12a ebenso wie in Fig. 1 zu der Anschlußhilse 3a geführt und an diese angeschlossen ist, während die Leiter 12b als Erdleiter mit dem Masseanschluß 6 verbunden ist.
Das Kabel 12 wird eng durch die Dichtungshülse 9 geführt und durch eine besondere Klemmschelle 14 dichtßd.h. auch wasserdicht mit der Hülse 9 verbunden. Am anderen Ende der Hohlleiter-Kabelanordnung ist ein Schutzkörper 13 angeordnet, damit die Frischluft, abgeschirmt von Spritzwasser und Luftverunreinigung, in den Hohlraum des Kabels eindringen kann. Ein solcher Schutzkörper kann z.B. innerhalb eines Kupplungsstückes oder eines Steckeranschlusses des Kabels angeordnet stz Die Luft dringt durch das Hohlkabel hindurch und gelangt bei der verengten Stelle 3b des Anschlußteiles 3 in den Hohlraum lc der Sonde. Auch hier ist darauf zu achten, daß das Volumen des Hohlraumes des Kabels geringer bemessen ist als das Volumen des Innenraumes der Sonde einschließlicn des von der Schutzhülle 14 umgebenen Luftraumes, in dem sich die Anschlußteile befinden.
Auf diese Weise sind insbesondere die Innenteile der Sonde weitgehend durch negative Beeinflussungen von Spritzwasser und Luftverunreinigung geschützt, so daß die Sonde selbst eine entsprechend längere Lebensdauer besitzt.

Claims

Patentansprüche auerstoffsonde, welche zur elektrochemischen Messung des Sauerstoffgehalts in den Abgasen insbesondere von Verbrennungsmotoren eingesetzt und mit einer elektrischen Leitung verbunden wird, bestehend aus einem einseitig verschlossenen Festelektrolytrohr mit einer auf der Außenseite angebrachten elektronenleitenden Katalysatorschicht, die mit Masse verbunden ist, und wobei das den Abgasen ausgesetzte Teil des Elektrolytrohres mit einem bffnungen enthaltenden Schutzrohr umgeben und die Innenseite des Elektrolytrohres mit einem elektrisch leitfähigen, hohl ausgebildeten, mit einer Schutzhülle versehenen Anschlußteil verbunden und durch dasselbe der Umgebungsluft ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle (14) von einer Hohlleitung (8; 12) durchdrungen wird, welche eine von Spritzwasser und Luftverunreinigungen abgeschirmte Außenluft in den Innenraum (1c) der Sonne (1) leitet.
2.) Sauerstoffsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Anschlußteile(3, Da, 6) angeschlossene elektrische Leitung (4, 4a, 4b) durch die Hohlleitung (g)i geführt ist, die einesends im Mündungsbereich der Schutzhülle (14) gegen dieselbe durch einen Dichtungskörper (9) wasserdicht abgedichtet und andernends durch einen die elektrische Leitung eng vmfassenden Filter (11) abgeschlossen ist.
3.) Sauerstoffsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Anschllßtein (3, 3a, o) angeschlossene elektrische Leitung (12, 12a, 12b) selbst als THohlleitung z. B. als Kabel (12, 12c) ausgebildet und einesends im Mündungsbereich der Schutzhülle (14) gegen dieselbe z.B. durch eine Dichtungshülse (9) abgedichtet und anderenends gegen Feuchtigkeit und Verunreinigungen durch einen Schutzkörper (13) abgeschirmt ist.
4.)Sauerstoffsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der ungehinderten Luftzufuhr der Hohlleitung (8; 12) kleiner als das Luftvolumen innerhalb (1c) der Sonde (1) einschließlich der die Anschlußteile (3, 3a, 6) umgebenden Schutzhülle (14) bemessen ist.