DE3138547A1

DE3138547A1 - Temperaturregeleinrichtung fuer einen sauerstoffuehler

Info

Publication number: DE3138547A1
Application number: DE19813138547
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Weyl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1981-09-28
Publication date: 1983-04-07
Also published as: IT8223452A0; IT1152650B; WO1983001115A1; JPS58501522A; EP0090813A1

Description

TemPeraturregeleinrichtung für einen Sauerstoffühler
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem elektro-chemischen Meßfühler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen ist es üblich, mittels eines Sauerstoffühlers festzustellen, welchen Sauerstoffanteil das Abgas enthält, um einen besonders hohen Tilir kungsgrad der Brennkraftmaschine zu erzielen und die Abgabe von schädlichen Stoffen in die Umwelt zu vermindern.
Für diesen Zweck sind eine Vielzahl von Sauerstoffühlern vorgeschlagen, die eine Schicht eines sauerstoffionenleitenden elektrischen Elektrolyten aufweisen, an dem zwei Elektrodenschichten angebracht sind, an denen die Meßspannung abgreifbar ist. Da solche Meßsonden im allgemeinen eine bestimmte Betriebstemperatur für ein korrektes Arbeiten benötigen, werden diese beheizt. Die optimale Betriebstemperatur ist dabei meistens zwischen bOO'und 700 OC. Solche Sauerstoffsonden sind beispielsweise in der DE-OS 28 41 771 oder in dem DE-GM 81 ol 584.4 beschrieben. Um die Betriebstemperatur der Sonde bei unterschiedlichen Gastemperaturen konstant zu halten, sind komplizierte Regeleinrichtungen vorgesehen, die beispielsweise das Temperaturverhalten der Meßsonde während des Betriebs der Brennkraftmaschine über Betriebskenngrößen, welche die Temperatur beeinflussen, nachbilden. Durch eine komplizierte Regeleinrichtung wird die Temperatur der Sauerstoffsonde konstant gehalten. Aus der DE-OS 30 35 284 ist es weiterhin bekannt, Sauerstoffsonden vor einer schädlichen übermäßigen Erwärmung dadurch zu schützen, daß eine Dedektoreinrichtung vorgesehen ist, die einen solchen Betriebszustand erfaßt, und durch das Erzeugen von Ein- und Ausschaltbefehlen die Heizung getaktet ein- und ausschaltet. Die vorgeschlagenen Vorrichtungen zum Schutz der Sauerstoffsonde vor einer Überhitzung benötigen eine Vielzahl von weiteren Meßfühlern und umfangreiche Regelschaltungen.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Meßfühler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Widerstandsänderung des PTC-Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur eine Überhitzung des Meßfühlers vermieden wird. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß Regelschaltungen oder sonstige Meßfühler nicht erforderlich sind und bereits sämtliche bekannten Sauerstoffühler mit einem Heizelement weiterhin verwendbar sind.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Meßfühlers möglich. Besonders vorteilhaft ist es, bereits das Heizelement selbst als PTC-Widerstand auszubilden. Mit steigender Temperatur erhöht das Heizelement dann seinen 9 Wider stand, so daß der Strom durch das Heizelement vermindert wird. Ein zusätzlicher PTC-Widerstand ist dann nicht erforderlich. Weiterhin ist von Vorteil, daß sich der PTC-Widerstand am Meßort befindet. Als Widerstands- bzw. Heizelementsmaterial haben sich insbesondere Nickel- oder Nickel-Eisen-Legierungen als vorteilhaft erwiesen. Heizelemente bzw. Widerstände aus diesen Materialien sind hinreichend robust und haben als bei teren Vorteil, daß diese Materialien leicht zu beschaffen sind.
Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit getrenntem PTC-Widerstand und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Heizelement als PTC-Widerstand ausgebildet ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Fig. 1 zeigt einen Abgaskanal 1, in dem ein Heizungsvorwiderstand 2 mit PTC-Charakteristik eingebracht ist.
Der Heizungsvorwiderstand 2 ist in Reihe geschaltet mit einer Heizung 5, einer Lambda-Sonde 3. Die Reihenschaltung von PTC-Widerstand 2 und Keizelement 5 wird von einer nicht dargestellten Spannungsquelle gespeist, so daß das Heizelement aufheizbar ist. Die eelektroden 4 dienen zur Aufnahme des Meßsignals, das über Leitungen zu einer nicht dargestellten Regeleinrichtung geführt ist. Der Heizungsvorwiderstand 2 mit PT?'-Oharakteristik ist bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorteilhaft ähnlich einer Glühstiftkerze aufgebaut, die im Abgasstrom des Abgaskanals 1 in der Nähe der Sonde installiert ist. Als Widerstandsmaterial für den ?TC-Widerstand eignen sich insbesondere Nickel- oder iWlickel-Eisen-Legierungen.
Steigt nun die Temperatur im Abgaskanal an, erhöht sich aufgrund der PTC-Charakteristik der Weg des lleizungsvorwiderstandes 2, so daß bei höheren Abgastemperaturen der Stromfluß durch das Heizelement der Sonde gedrosselt ist. Dadurch wird vermieden, daß die Sonde bei hohen Abgastemperaturen überhitzt wird und Schaden nimmt.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Heizelement in der Sonde selbst eine PTC-Charakteristik auf. Im Abgaskanal 1 ist wiederum eine Lambda-Sonde 3 eingebracht, die ein Heizelement 5 und eine Meßsonde 3 aufweist. Das Heizelement 5 besteht hierbei aus einer Nickel-oder Jickel-Eisen-Legierung, so dald das Heizelement 5 seinen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur am Heizelement ändert. Mit steigender Temperatur erhöht sich der Widerstand, so daß der Strom durch das Heizelement abnimmt. Diese Anordnung erfordert einen speziellen Heizdraht in der Sauerstoffsonde. Vorteilhaft ist dabei, daß die Temperatur am Heizelement 5 selbst eine Ueränderung des Widerstands bewirkt, so daß eine gute räumliche Nähe zwischen Meßsonde 4 und der Temperaturbeeinflussung gegeben ist.
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Claims

Ansprüche 1 Elektro-chemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen, insbesondere in Abgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem Heizelement, dessen Temperatur regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Heizelement (5) des Meßfühlers (3) in Reihe ein PTC-Widerstand (2) geschaltet ist, der im Gaskanal (1) eingebracht ist.
2. Elektro-chemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen, insbesondere in Abgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem Heizelement, dessen Temperatur regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (5) als PTC-Widerstand ausgebildet ist.
3. Elektro-chemischer Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstands- bzw. Heizelementsmaterial Nickel- oder Nickel-Eisen-Legierungen Verwendung finden.