DE3409045C1

DE3409045C1 - Messfuehleranordnung in einem Abgasrohr fuer Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE3409045C1
Application number: DE3409045A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr-Ing Abthoff; Guenther Ebinger; Gunter Loose; Hans-Dieter Dipl-Ing Schuster
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1985-10-17
Also published as: US4617795A; JPS60210750A; CH666724A5; JPH0465339B2

Description

Verhinderung ungewollter Berührungen der empfindlichen Festelektrolyt-Keramik bei der Bemessung unberücksichtigt bleiben.

Die Herstellung des Abgasrohres kann beispielsweise so geschehen, daß das Abgasrohr mit einer Bohrung versehen wird, die die öffnung des Stutzens zum Abgasstrom darstellt und ein hutförmiger Stutzen oder ein Sackloch, das mit einem Gewinde zur Aufnahme des Meßfühlers versehen ist, an dieser Stelle auf das Auspuffrohr aufgeschweißt oder -gelötet wird. Der Stutzen kann zusätzlich mit einer thermischen Isolierung versehen werden.

In der Abbildung ist ein Abgasrohr mit einem beheizten Meßfühler im Teilschnitt dargestellt. Auf das Abgasrohr 1 ist der Stutzen 2, der an seinem oberen Ende ein Gewinde 3 zur Aufnahme des Meßfühlers 4 trägt, aufgeschweißt. Das Innere des Stutzens ist über die Öffnung 5 mit dem Abgasstrom verbunden. Der Meßfühler 4, eine an sich bekannte Konstruktion, ist lediglich im Teilschnitt dargestellt. Man erkennt den Festelektrolyten 6, der beidseitig mit einer Metallschicht zur Abführung der EMK versehen ist sowie die der Beheizung dienende Heizwendel 7. Um den Festelektrolyten herum ist der Schutzkorb 8 angebracht, der während der Montage oder Handhabung des Meßfühlers zufällige Verschmutzungen durch Berührung od. dgl verhindern soll. Die Heizwendel 7 wird über die Stromanschlüsse 9 und 10 mit Energie versorgt, während die Sonden-EMK über den Kontakt 11 und die Fahrzeugmasse (Auspuffrohr) abgegriffen wird. Die notwendigen Isoliermaterialien, die zur Trennung der verschiedenen Stromkreise erforderlich sind, sind im einzelnen nicht dargestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

60

65

- Leerseite -

Claims

1 2 terkühlt wird, es sei denn, daß die Temperatur des Meß- Patentansprüche: fühlers mittels einer sehr schnell reagierenden und daher außerordentlich aufwendigen Temperatursteuerung

1. Abgasrohr für Verbrennungsmotoren mit ei- an die unterschiedlichen Abgastemperaturen angepaßt nem Stutzen zur Aufnahme eines beheizten Meßfüh- 5 wird.

lers zur Ermittlung des Sauerstoffgehalts der Abga- Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein se (Λ-Sonde), wobei die Seitenwandungen des Stut- Abgasrohr für Verbrennungsmotoren mit einem Stutzens außerhalb des Abgasstromes liegen, zen zur Aufnahme eines beheizten Meßfühlers zur Erdadurchgekennzeichnet, mittlung des Sauerstoff gehalts der Abgase zu finden, bei daß die Öffnung des Stutzens zum Abgasstrom klei- io welchem auch ohne aufwendige Temperatursteuerung ner ist als der Stutzenquerschnitt und eine Überhitzung oder Auskühlung des Meßfühlers sidie Länge des Stutzens so bemessen ist, daß die Spit- eher vermieden wird.

ze des Meßfühlers gegenüber der Öffnung des Stut- Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

zens zum Abgasstrom zurückversetzt ist Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. In den Unter-

2. Abgasrohr nach Anspruch 1, 15 ansprüchen werden weitere vorteilhafte Weiterbildundadurch gekennzeichnet, gen der Erfindung beschrieben.

daß die Öffnung des Stutzens zum Abgasstrom einen Die Erfindung beruht somit darauf, bei einem Abgas-Querschnitt von 1 bis 200 mm² besitzt. rohr, das mit einem Stutzen oder einem Sackloch verse-

3. Abgasrohr nach den Ansprüchen 1 oder 2, hen ist, dessen Seitenwandungen außerhalb des Abgasdadurch gekennzeichnet, 20 stromes liegen und der bzw. das der Aufnahme des daß die Länge des Stutzens so bemessen ist, daß die Meßfühlers dient, die Tiefe des Stutzens so zu wählen, Spitze des Meßfühlers gegenüber der öffnung zum daß die Spitze des Meßfühlers gegenüber der Öffnung Abgasstrom 5 bis 90 mm zurückversetzt ist. des Stutzens zum Abgasstrom zurückversetzt ist. Die

4. Abgasrohr nach einem oder mehreren der An- Öffnung des Stutzens zum Abgasstrom hin ist kleiner als spräche 1 bis 3, 25 der Stutzenquerschnitt, wobei sich Querschnitte von 1 dadurch gekennzeichnet, bis 200 mm² besonders bewährt haben. Wird der Querdaß die lichte Weite des Stutzens so bemessen ist, schnitt der öffnung kleiner als 1 mm², so findet kein daß der Abstand der Stutzenwand zur Wand des ausreichender Gasaustausch mehr mit dem im Abgas-Meßfühlers Ibis 10 mm beträgt rohr strömenden Abgas statt und die Ermittlung der

30 Abgaszusammensetzung erfolgt zu träge. Wird die öff-

nung des Stutzens bzw. des Sackloches zum Abgasstrom größer als 200 mm², so ist der Gasaustausch mit dem im Abgasrohr strömenden Abgas so heftig, daß

Die Erfindung betrifft ein Abgasrohr für Verbren- sowohl Überhitzungen als auch Auskühlungen des

nungsmotoren mit einem Stutzen zur Aufnahme eines 35 Meßfühlers auftreten können. Bevorzugt werden dabei

beheizten Meßfühlers zur Ermittlung des Sauerstoffge- Querschnitte für die Nischenöffnung von 3 bis 50 mm²,

haltes der Abgase (Λ-Sonde), wobei die Seitenwandun- Auch bei diesen kleinen Querschnitten findet infolge der

gen des Stutzens außerhalb des Abgasstromes liegen. Pulsationen des Abgases im Abgasrohr noch ein ausrei-

Zur Erfüllung von Abgasvorschriften kann es erfor- chender Austausch mit der in dem Stutzen befindlichen

derlich sein, den Rest Sauerstoffgehalt im Abgas von 40 Gasfüllung statt.

Verbrennungsmotoren zu ermitteln und anhand dieses Wie erwähnt, soll die Länge des Stutzens so bemessen Wertes das Kraftstoff-Luft-Verhältnis ansaugseitig zu sein, daß die Spitze des Meßfühlers gegenüber der Öffregeln. Zur Ermittlung dieses Sauerstoffgehaltes im Ab- nung zum Abgasstrom zurückversetzt ist, um sie vor gas bedient man sich im allgemeinen solcher Meßfühler, dem Angriff von im Abgas befindlichen Partikeln, die die nach dem Prinzip einer Sauerstoffkonzentrations- 45 durch die Stutzenöffnung in die Nische treten, zu schütkette arbeiten. Sie bestehen üblicherweise aus einem zen. Außerdem trägt ein Abstand der Spitze des Meß-Rohr, das aus einem Festelektrolyten wie Z1O2 besteht fühlers von der Stutzenöffnung zur Vergleichmäßigung und das von einer Seite durch das Abgas und von der der Meßfühlertemperaturen bei. Gute Ergebnisse eranderen Seite durch ein Gas mit bekanntem Sauerstoff- zielt man, wenn die Länge des Stutzens so bemessen ist, gehalt beaufschlagt wird. Da der Festelektrolyt eine Ar- 50 daß die Spitze des Meßfühlers gegenüber der öffnung beitstemperatur von etwa 400 bis 800⁰C erfordert, wur- zum Abgasstrom etwa 5 bis 90 mm zurückversetzt ist de der Meßfühler bisher durch eine Aufnahmeöffnung, Dabei kann als Faustregel gelten, daß die Länge des z. B. über einen Stutzen (DE-OS 22 33 299), in das Ab- Stutzens um so größer sein soll bzw. die Spitze des gasrohr an einer solchen Stelle eingeschraubt, wo die Meßfühlers um so weiter gegenüber der Öffnung zum Abgase die entsprechende Temperatur besitzen, um den 55 Abgasstrom zurückversetzt sein soll je größer diese Meßfühler auf seine Arbeitstemperatur zu erhitzen. Es öffnung zum Abgasstrom hin ist.
hat sich jedoch gezeigt, daß infolge der stark wechseln- Es hat sich ferner als günstig erwiesen, wenn die lichte den Belastungen des Motors auch die Abgastemperatur Weite des Stutzens so bemessen wird, daß der Abstand entsprechend stark schwankt, so daß die Sonde Gefahr der Stutzenwand zur Wand des Meßfühlers etwa 1 bis läuft, entweder bei Vollast überhitzt oder im Teillast- 60 10 mm beträgt. Bei einer solchen Gestaltung des Stutbzw, im Schiebebetrieb unterkühlt zu werden und so zens ist das in dem Stutzen befindliche Gasvolumen ihre Wirksamkeit zu verlieren. Man hat daher auch be- verhältnismäßig gering, so daß der Meßfühler ohne groreits versucht, Meßfühler zur Vergleichmäßigung ihrer ße Verzögerungen infolge einer zu großen zu wechseln-Arbeitstemperatur zu beheizen. Obwohl mit diesen be- den Gasmenge arbeitet. Mit der Wand des Meßfühlers heizten Meßfühlern ein verbessertes Ergebnis erzielt 65 ist in diesem Fall die tatsächliche Wand des Meßfühlers, wird, besteht nach wie vor die Gefahr, daß, je nach d. h, das Festelektrolytrohr gemeint, wobei ggf. um das Auslegung der Heizung, der Meßfühler bei Vollastbe- Festelektrolytrohr herum angeordnete Schutzeinrichtrieb überhitzt bzw. bei Schiebebetrieb des Motors un- tungen wie ein Blechmantel oder ein Drahtkorb zur