DE8518535U1

DE8518535U1 - Sensor für die Bestimmung des Verhältnisses Luft/Brennstoff

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Publication number: DE8518535U1
Application number: DE8518535U
Authority: DE
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1984-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1986-10-30
Also published as: US4624770A; DE3522867A1

Description

Sensor für die Bestimmung des Verhältnisses Luft/Brennstoff

Die Erfindung betrifft einen Sauerstoff-Senscr für die Bestimmung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff in den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen und dergleichen. Er hat eine verbesserte Empfindlichkeit gegenüber diesem Verhältnis, indem die nachteilige Abkühlung des empfindlichen Elements durch das zu bestimmende Gas vermieden ist. Der erfindungsgemäße Sensor eignet sich beispielsweise zur Regelung der Brennstoffzufuhr - wobei der Brennstoff flüssig oder gasförmig sein kann - zu Verbrennungskammern, beispielsweise in Autos.

Aus der JP-OS 153 155/1983 ist ein Sauerstoff-Sensor bekannt, der eine Sauerstoffpumpe mit einer Sauerstoffionen leitenden Elektrolytplatte mit an ihren beiden Seiten vorgesehenen Elektroden aufweist, wobei die Sauerstoffkonzentrationszelle gleichen Aufbau wie die Sauerstoffpumpe hat. Diese beiden Elemente sind parallel zueinander angeordnet, so daß eine Elektrode der Sauerstoffpumpe einer der Elektroden der Sauerstoffkonzentrationszelle zu-

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gekehrt ist und in einem Abstand dazu steht, der einen diffusionseinschränkenden engen Spalt begrenzt *

Bei dem bekannten Sauerstoff-Sensor pumpt die Sauerstoffpumpe Sauerstoff aus dem Spalt ab mit einer Rate abhängig vom Stromdurchgang durch die beiden Elektroden. Mit sinkender Sauerstoffdichte in dem Spalt durch das Abpumpen diffundiert der Sauerstoff von außen in den Spalt mit einer Rate abhängig von dem Diffusionswiderstand und dem jjjj Konzentrationsunterschied des Sauerstoffs zwischen Außen und Innen des Spalts. Wenn das Einströmen des Sauerstoffs in den Spalt das Abpumpen des Sauerstoffs ausgleicht, ist die Sauerstoffkonzentration in dem Spalt stabilisiert. So läßt sich die Sauerstoffkonzentration außerhalb des Sensors entweder durch die Spannung innerhalb der Sauerstoffkonzentrationszelle oder der Stromstärke in der Sauerstoffpumpe bestimmen und das Ansprechen des Sauerstoff-Sensors wird beschleunigt.

Nachteilig bei diesem bekannten Sauerstoff-Sensor ist, daß er in einem Turbulenzbereich der Gasströmung angeordnet ist,ζ.B. in einer Abgasleitung aus einem Verbrennungsmotor. Die Leistungsfähigkeit des Sauerstoff-Sensors wird von einer derartigen bewegten Gasströmung beträchtlich beeinflußt.

Um den Einfluß eines bewegten Gasstroms zu verhindern, wurde vorgeschlagen, das empfindliche Element des Sensors mit Hilfe eines porösen zylindrischen Schutzrohrs zu umgehen. Erfindungsgemäß wurde jedoch festgestellt, daß ein übermäßiges Abkühlen des empfindlichen Elements durch den Gasstrom durch einen einfachen porösen Zylinder kaum verhindert werden kann. Insbesondere wenn das Schutzrohr für besseres Ansprechen hohe Porosität besitzt, wirkt sich der nachteilige Einfluß der Abkühlung des empfindlichen Elements besonders aus.

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Aufgabe der Erfindung ist nun ein Sensor für die Bestimmung des Verhältnisses Luft/Brennstoff verbesserten Ansprechens, ohne daß es zu einem ungebührlichen Abkühlen seines empfindlichen Elements kommt.

Diese Aufgabe wird durch folgende drei Merkmale gelost:

a) Ein direktes Auftreffen des Gasstroms auf die Sensoreinheit wird mit einem speziellen Schutzrohr verhindert.

b) Das Schutzrohr hat in seiner Wand derartige öffhungen, daß das durch diese eintretende Gas einen Wirbel oder eine Umströmung der Sensoreinheit bewirkt.

c) Die Öffnungen im Schutzrohr sind an den Stellen ausreichend groß, die nicht direkt der Sensoreinheit zugekehrt sind.

Obiges Merkmal a) dient zur Begrenzung der Abkühlung der Sensoreinheit durch den Gasstrom. Das Merkmal b) verbessert das Ansprechen der Sensoreinheit bei Vermeidung übermäßigen Kühlens und das Merkmal c) führt zu einer Verbesserung des Ansprechens.

Der erfindungsgemäße Sensor wird anhand der beiliegenden Figuren weiter erläutert.

Fig. Ια/IB zeigen vertikale bzw. horizontale

Schnitte durch einen erfindungsgemäßen Sensor;

Fig. 2A/2B zeigen zwei Anordnungen der Öffnun

gen in der Wand einer Schutzkappe und die

Fig. 2C - 2E Schutzkappen, die - nicht erfindungsgemäß - zum Vergleich dienen sollen;

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Fig. 3 ist ein Diagramm, in dem die Sensortemperatur gegen die Gastemperatur für die erfindungsgemäße und die Vergleichs-Schutzkappe aufgetragen ist;

Fig. 4Ä - 4C zeigen eine andere Äusführungsform

der erfindungsgemäßen Schutzkappen, während die

Fig. 5Ä und 5B eine andere Äusgestaltungsform des erfindungsgemäßen Sensors anhand eines Vertikal- und Horizontalschnitts

zeigen.

Sensoreinheit 1, einen Der Sensor weist eine / Montagekörper 2, eine Schutzkappe 3, eine Sauerstoffpumpe 4, eine Sauerstoff-Konzentrationszelle 5, ein Heizelement 6 auf und der Montagekörper hat ein Gewinde 7, einen Füller 8, eine Glasdichtung 9, Leitungen 10, eine Hülse 11, einen Stopfen 12, während die Schutzkappe eine Öffnung 1 3 mit Ablenkung 1 4 und engem Spalt G aufweist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des erfin-0 dungsgemäßen Sensors zur Bestimmung des Verhältnis äes Luft/Brennstoff erstreckt sich die Sensoreinheit 1 über den Montagekörper 2 und die Schutzkappe 3 ist auf dem Montagekörper so befestigt, daß sie die Sensoreinheit umschließt.

Die Sensoreinheit 1 enthält eine Sauerstoffpumpe 4 aus einer Sauerstoffionen leitenden Elektrolytplatte mit Elektroden an den entgegengesetzten Flächen und einer Wand parallel zu der Elektrolytplatte der Sauerstoffpumpe 4, so daß ein enger Spalt G zwischen der Wand und einer der Elektroden der Sauerstoffpumpe 4 begrenzt ist. Die andere Elektrode der Sauerstoffpumpe 4 ist dem zu bestimmenden Gas ausgesetzt. Der Spalt G ist eine Ausnehmung mit einer diffusionsbegrenzenden Funktion. Bei der dargestellten Aus-

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führungsform stellt die Wand eine Sauerstoff-Konzentrationszelle 5 gleichen Aufbaus wie die Sauerstoffpumpe 4 dar und der Spalt G wird begrenzt von einer der Elektroden der Sauerstoff-Konzentrationszelle und der zugekehrten Elektrode der Sauerstoffpumpe 4 entsprechend der oben erwähnten JP-OS 152 155/1983. Die Sauerstoff-Konzentrationszelle 5 kann zur Bestimmung des Verhältnisses der Sauerstoff-Konzentration zwischen Spalt G und der Umgebung der Sensoreinheit 1 dienen. Bevorzugtist ein Heizelement 6 in unmittelbarer Nähe der Sauerstoffpumpe 4 an der anderen Seite des Spalts G vorgesehen.

Im Bereich des oberen Teils des Montagekörpers 2 befindet sich ein Gewinde 7, mit dessen Hilfe das ganze Gerät in eine Abgasleitung oder dgl. eingeschraubt werden kann. 5 Das untere Ende der Sensoreinheit oder der Teil gegenüber dem Spalt G ist innerhalb des Körpers 2 mit Hilfe eines Füllers 8 und einer Glasdichtung 9 fixiert. Der Füller ist vorzugsweise ein warmfester anorganischer Klebstoff, wie ein Aluminiumphosphat-Zement.

Die Elektrolytplatte für die Sauerstoffpumpe 4 und die Sauerstoff-Konzentrationszelle 5 können aus stabilisiertem Zirkoniumoxid hergestellt sein. Die Elektroden an der Elektrolytpl.atte können poröse Metallschichten enthaltend solche Metalloxide sein, die. einen begrenzten Widerstand gegen Sauerstoffdiffusion besitzen. Die Elektrode kann mit einem porösen feuerfesten Material mit begrenztem Widerstand gegen Sauerstoffdiffusion überzogen sein.

Drähte 10 sind mit der Unterseite der Sensoreinheit verbunden. Diese wird mit den Drähten 10 in der Glasdichtung gehalten. Über das gewindelose untere Ende des MontagekÖr-

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pers 2 ist eine Hülse 11 gestülpt, die von den Leitungen 10 durchdrungen wird und mit einem Stopfen aus wärmebeständigem Gummi, wie Silicongummi, abgeschlossen ist. Der Stopfen 12 wird in der Hülse 11 durch Pressen fixiert, wobei die Drähte 10 den Stopfen 12 in wasserdichten Durchführungen durchdringen und damit aus dem Gerät herausgeleitet sind.

Die Öffnungen 13 in der Schutzkappe 3 befinden sich im oberen Bereich, also entgegengesetzt dem dem Montagekörper mit Gewinde 7 zugekehrten Ende. Das

zu bestimmende Gas tritt durch die Öffnungen 13 ein und kommt mit der Sensoreinheit 1 in Berührung.

Jede Öffnung ist mit einer Ablenkung 14 versehen, wobei Lage und Form der Öffnungen 13 und der Ablenkungen 14 derart ist, daß das über die Öffnungen 13 in die Schutzkappe 3 eintretende Gas einen Wirbel oder einen Umlauf erzeugt. Das Ausmaß dieses Wirbeins oder Umlaufens des Gases in der Schutzkappe 3 steigt mit dem Abstand vom oberen Teil des Spalts G in Richtung weg vom Körper 2.

Die Öffnungen und Ablenkungen können gleichzeitig durch ein sogenanntes Preßprägen erzeugt werden. Die Wand der Schutzkappe 3 ist im allgemeinen zylindrisch und die Ablenkungen 14 werden gebildet, indem ein eingeschnittener Teil der Wand nach innen gebogen wird. Die sich dabei bildende Öffnung in der Seitenwand der Schutzkappe stellt dann die Öffnung 13 dar. Aus dem Schnitt über A-A der Fig. lA ergibt sich ein Winkel θ der Ablenkung 14 zwischen der Fläche der Ablenkung 14, die der entsprechenden Öffnung 13 zugekehrt ist, und der Tangentialrichtung des Innenumfangs der Schutzkappe 3 am Schnittpunkt dieser Fläche der Ablenkung mit dem Innenumfang. Erfindungswesentlich ist, daß der Neigungswinkel für die Ab-

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lenkungen 14 in einer ersten Reihe α der Öffnungen 13 in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse der Schutzkappe 3 im oberen Bereich des Spalts G der Sensoreinheit 1 kleiner sein muß als der Winkel der Ablenkungen 14 in einer zweiten Reihe ß parallel zu der ersten Reihe an der Seite, die von der Sensoreinheit 1 abgekehrt ist.

Wenn eine dritte Reihe γ von Öffnungen 13 und Ablenkungen 14 parallel zu der ersten Reihe an der Seite zum Körper 2 (Fig. 2B) vorgesehen ist, so muß in dieser dritten Reihe "10 der Neigungswinkel für die Ablenkungen kleiner sein als der in der ersten Reihe.

In der ersten Reihe α beträgt der Neigungswinkel der Ablenkungen bevorzugt 0 - 45°, der der zweiten Reihe ß 30 90° mit de-«- Maßgabe, daß der Winkel in der ersten Reihe kleiner ist als in der zweiten.

Bei einer Schutzkappe mit einem Innendurchmesser von etwa 10 mm können beispielsweise die Öffnungen 13 gebildet werden durch halbkreisförmige Schnitte mit einem Radius von etwa 2 mm, deren Sehne parallel zu der Längsrichtung der Schutzkappe 3 ist. In einer ersten Reihe α können in gleichen Abständen, z.B. 4 Öffnungen 13 und in einer zweiten Reihe ß 4 bis 8 Öffnungen im gleichen Abstand vorgesehen werden. Was nun die Winkelstellung zur Längsachse der Schutzkappe 3 anbelangt, sind die Öffnungen 13 der ersten Reihe vorzugsweise versetzt gegenüber denen der zweiten Reihe. Bei den oben erwähnten Versuchen hatte die Sensoreinheit 1 eine Dicke von etwa 4 mm und die Schutzkappe 3 eine Gesamtlänge von etwa 20 mm und ist damit etwa zweimal so lang als die Sensoreinheit 1 oberhalb dem oberen Teil des Montagekörpers 2.

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Bei Betrieb ist der Sensor in der zu bestimmenden Gasatmosphäre angeordnet und die Elektrode an der Seite des Spalts der Sauerstoffpumpe 4 an den negativen Pol und der positive Pol an die entgegengesetzte Seite der Elektrode angeschlossen. Die Sauerstoffionen wandern durch den festen Elektrolyten, so daß aus dem Spalt G sozusagen die Sauerstoffionen abgezogen werden und eine unterschiedliche Sauerstoff-Konzentration zwischen der Innenseite und Außenseite des Spalts G aufgebaut wird.

Über die Zelle 5 bildet sich durch den Unterschied der Sauerstoff-Konzentration eine elektromotorische Kraft EM aus und diese nähert sich einem bestimmten Wert, wenn die Eindiffusion der Sauerstoffionen in den Spalt G durch die 3 seitlichen Öffnungen ausgeglichen wird durch obiges Abpumpen von Sauerstoff mit Hilfe der Pumpe 4. Wird ein solcher Ausgleich aufrechterhalten durch Einstellung der Strömung durch die Sauerstoffpumpe 4, so ist die Größe der Strömung, um einen solchen Ausgleich der Strömung der Sauerstoffionen zu erreichen,im wesentlichen proportional der Sauerstoff-Konzentration des die Sensoreinheit umgebenden Gases. Demzufolge läßt sich die Sauerstoff-Konzentration des umgebenden Gases durch Bestimmung der Strömung in der Sauerstoffpumpe 4 ermitteln, wenn der Ausgleich eingestellt ist, vorausgesetzt, daß die Temperatur der Sensoreinheit konstant ist.

Wenn die Sauerstoff-Konzentretionszelle 5 nach Fig. 1 durch eine wärmedämmende warmfeste Platte ohne Elektroden ersetzt wird, so daß der Spalt G zwischen der Platte und der Sauerstoffpumpe 4 besteht, wird über die Sauerstoffpumpe 4 eine ausreichend hochjkonstante Spannung angelegt. Unter diesen Bedingungen stellt die Strömung durch die Sauerstoffpumpe 4 die abgeführte Sauerstoffmenge durch den Spalt G dar, die von der Sauerstoff-Konzentration

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des zu bestimmenden Umgebungsgases abhängt. Die Sauerstoffkonzentration des zu messenden Gases läßt sich also bestimmen durch Bestimmung der Strömung durch die Sauerstoffpumpe vorausgesetzt, daß die angelegte Spannung konstant und ausreichend hoch ist und die Sensoreinheit auf konstanter Temperatur gehalten wird.

Ist der zu bestimmende Gasstrom, der in die Schutzkappe 3 durch die öffnungen 13 eintritt, turbulent oder hoch bewegt, so kann durch diesen die Sensoreinheit übermäßig abgekühlt werden und die Forderung der Temperaturkonstanz ist nicht mehr erfüllt. Bei der Anordnung und Form der öffnungen 13 und Ablenkungen 14 nach der Erfindung bildet sich ein Gaswirbel innerhalb der Schutzkappe, so daß die Gefahr einer übermäßigen Abkühlung der Sensoreinheit durch den Gasstrom vollständig verhindert ist. Der erfindungsgemäße Sensor stellt also hinsichtlich der Empfindlichkeit auf das Verhältnis von Luft zu Brennstoff eine wesentliche Verbesserung dar.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1;

Die Sensoreinheit nach Fig.1 wird aufgebaut durch eine Schutzkappe 3 mit Innendurchmesser 10 mm, Wandstärke 0,3 mm, mit 4 halbrunden Öffnungen 13 und Ablenkungen 14, wobei jede öffnung einen Radius von 2 mm auf der Seitenwand der Schutzkappe hat und die Öffnungen in gleichmäßigen Abständen so angeordnet sind, daß sich eine 1. Reihe α bildet und in einer 2. Reihe β 4 gleiche halbrunde öffnungen 13 mit Ablenkungen 14 gebildet werden. Der Ablenkwinkel θ der Ablenkungen 14 in der 1. Reihe α betrug 25° (Sensor 1).

Ein erfindungsgemäßer "Sensor 2" ist in Fig.2A gezeigt. Die Herstellung geschieht wie beim Sensor 1 mit Ausnahme, daß der Ablenkwinkel θ nur für die 2. Reihe β 60° betrug.

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Bei dem in Figur 2B gezeigten "Sensor 3" wird zusätzlich zu den Öffnungen des Sensors 2 noch eine 3 Reihe γ vorgesehen Und zwar in dem Bereich zwischen der 1 . Reihe α dem dem Montagekörper 2 zugekehrten Ende der Schutz^ kappe 3. Der Ablenkwinkele in der 3. Reihe γ war 10°.

In Figur2C ist ein "Sensor 4",ähnlich dem Sensor I^ gezeigt

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αϊ β kreisrund mit einem Radius von 2 mm sind und keine Ablenkung vorgesehen ist.

In Figur 2D ist ein "Sensor 5" ,ähnlich dem Sensor 1 nach der Erfindung,gezeigt jedoch anstelle der Reihen α und β 3 Reihen gleicher Öffnungen 13 und Ablenkungen 14 vorgesehen, nämlich

1-Γ. eine Reihe α in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schutzkappe 3, die durch den Spalt G geht und die Reihen β und ? an den beiden Seiten der Reihe α . Der Ablenkwinkel θ für alle Ablenkungen 14 betrugen bei dem Sensor 5 2 5°

In der Figur 2E ist ein 'Sensor 6"/ähnlich dem Sensor 4, dargestellt mit Ausnahme, daß nur die Reihe ρ mit kreisrunden Öffnungen und keine Reihe a vorhanden war.

Es wurden Versuche unter folgenden Bedingungen mit den oben besprochenen Sensoren durchgeführt:

Prüfbedingungen:
1. Temperaturbestimmungen:

Die Oberflächentemperatur der Sauerstoffkonzentrationszelle 5 wurde mit Hilfe eines angelegten Chromel/Alumel Thermoelements mit einem Durchmesser von 0,32 mm an der Elektrodenoberfläche der Sauerstoffkonzentrationszelle 5 durch Aufzeichnung der Thermokraft bestimmt.

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2. Empfindlichkeit;

Die Ansprechteut für eine Änderung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff von 1/1 auf 1,3 des eintretenden Gemisches wurde bestimmt unter den Bedingungen, daß der zu prüfende Sensor in dem Abgasrohr eines Benzin-Einspritzmotors von 2000 cm montiert war und der Motor bei einer mittleren Abgastemperatur von 450° C arbeitete unter konstanter Einhaltung einer Heizleistung von 14 V ■ 15 W.

Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst "Streuung" in Tabelle 1 bedeutet die Streuung der angegebenen Werte durch Änderung der Strömung des Abgases und wurde bestimmt durch Vergleich des Sensorausganges eines Abgases mit hoher Geschwindigkeit von etwa 3 m³/min entsprechend einer Motordrehzahl von 3000 - 4000 UdM gegenüber dem Grundausgang des Sensors für geringe Abgasströmung von etwa 0,6 m³ /min entsprechend dem Warmlaufen des Motors mit einer Drehzahl von 700 - 1000 UpM.

Tabelle 1

	erfinimgsgaTiäße Sensoren	2 (ELg. 2A)	3 (ELg. 2B)	4 (ELg. 2C)	5 (ELg. 20)	6 (ELg. 2E)
SarscctHn- peratur °C	1 (ELg. 1)	880	850	800	750	930
Ansprechen ms	900	2Ocfeo	19(feo		18cfeo	35cfeo
Streuung '	25cfeo	gering	mittel	beträcht lich	groß	gering
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* 0 - 0,3 gering, 0,3 - 0,5 mittel, 0,5-1 beträchtlich, > 1 groß

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Aus der Tabelle 1 ergibt sich, daß der Versudhssensor 6 geringe Streuung und geringe Temperaturverminderung jedoch ein sehr langsames Ansprechen zeigt* Die Vergleichssensoren 4 und 5 zeigen zwar ein für die Praxis geeigne-5 tes Ansprechen, jedoch werden sie unter 800⁰C abgekühlt und die Streuung ist für die Praxis zu groß. Andererseits zeigen die erfindungsgemäßen Sensoren 1 - 3 gleichzeitig verbessertes Ansprechen und kein übermäßiges Abkühlen während des Betriebs.

10 Fig. 3 ist ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit der Sensortemperatur von der Gastemperatur gezeigt ist. Kurve P bezieht sich auf den erfindungsgemäßen Sensor 1 aus Fig. 1 und Kurve Q auf den Vergleichssensor 5 der Fig. 2D. Der untere Temperaturwert für stabile Meßung 15 ist durch die unterbrochene Linie angedeutet. Wie man aus

dem Diagramm entnimmt, sinkt die Temperatur des Verf gleichssensors 5 unter die unterbrochene Linie>gleichbe-

l] deutend damit, daß stabile Meßungen für ein Gas, dessen

|: Temperatur unter etwa 400⁰C liegt, nicht möglich ist. Der

^; 20 Meßbereich hinsichtlich der Temperatur ist daher für den

• Vergleichssensor 5 in der Praxis zu gering.

Beispiel 2

ί Im Sinne der Fig. 5 wurde ein Sensor IA nach der Erfin-

I dung aufgebaut mit einer Schutzkappe 3, Innendurchmesser

jj, 25 10 mm, Wandstärke 0,3 mm, mit 4 halbrunden Öffnungen U mit Ablenkungen 14, wobei jede Öffnung einen Durchmesser

I von 2 mm auf der Wand der Schutzkappe hat. Die Öffnungen

I 13 befanden sich, auf einer Ebene senkrecht zur Längsachse

I der Schutzkappe in einem Abstand von der Sensoreinheit 1, so daß

j 30 sie in nur einer Reihe α ausgerichtet sind. Der Ablenk-

I winkel θ betrug 45°.

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Entsprechend Beispiel 1 wurde der Sensor IA geprüft. Die Tabelle 2 gibt die Ergebnisse dieser Untersuchungen wie auch Untersuchungen der Vergleichssensoren 4-6 aus Beispiel 1 an.

Tabelle 2

	IA (Fig. 5)	Vergleichssensoren	5 (Fig. 2D)	6 (Fig. 2E)
Sensortem peratur ⁰C	920	4 (Fig. 2C)	750	930
Ansprechen ms	300±50	800	180±50	350±50
Streuung*	gering	200±50	groß	gering
beträcht lich

0 - 0,3 gering, 0,5-1 beträchtlich^ 1 groß

Aus der Tabelle 2 ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Sensor IA sowohl verbesserte Empfindlichkeit als auch kein übermäßiges Abkühlen während des Betriebs zeigt.

Durch diese Versuche wurde auch bestätigt, daß sich der Sensor IA nach der Erfindung entsprechend der Kurve P des in Fig« 3 gezeigten Diagramms Verhalts

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Die Form der Öffnungen 13 in der Wand der Schutzkappe 3 für den Gaseintritt ist nicht auf kreisrund oder halbrund beschränkt. Es kann sich bei diesen Öffnungen auch um längliche Schlitze (Fig. 4A) handeln. In diesem Fall erstrecken sich die Schlitze 13 zwischen den Reihen α und ß der Fig. 1 und die Schlitzbreite nimmt mit zunehmendem Abstand von der Sensoreinheit ab. Eine entsprechende Ablenkung 14 wJ sd gebildet, indem die Schlitze derart gestanzt werden, daß der Gasstrom in die Schutzkappe 3 gelenkt wird. Die Öffnungen 13 der Reihe ß aus Fig. 1 können, wie in Fig. 4B angedeutet, kreisrund sein. Eine Anzahl von halbrunden Öffnungen 13 mit Ablenkungen 14 in der Reihe ß kann beispielsweise auf 8 erhöht werden (Fig. 4C). Die Ausführungsformen der Schutzkappen nach Fig. 4A - 4C verhalten sich im wesentlichen genauso wie die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoren 1-3.

Wie oben bereits darauf hingewiesen, weist der erfindungsgemäße Sensor für das Verhältnis von Luft zu Brennstoff eine spezielle Anordnung und Form der Öffnungen 13 für den Gasdurchgang und Ablenkungen 14 in der Wand der Schutzkappe 3 um die Sensoreinheit 1 auf, so daß der erfindungsgemäße Sensor verbesserte Empfindlichkeit bzw. verkürzte Ansprechzeit hat während gleichzeitig ein übermäßiges Abkühlen der Sensoreinheit vermieden ist,wenn das zu prüfende Gas stark bewegt oder turbulent ist.

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Claims

Schutzansprüche

1. Sensor für das Verhältnis Luft/Brennstoff in einem Gasgemisch aus einem Montagekörper (2) darauf, einer Sensoreinheit (1) mit einer Sauerstoffpumpe (4) mit einem Wandelement am oberen Ende der Sensoreinheit, wobei die Sauerstoffpumpe eine Platte eines Sauerstoffionen leitenden festen Elektrolyten und ein Paar von Elektroden an den entgegengesetzten Flächen der Platte aufweist, während das Wandelement einer der Elektroden parallel zugekehrt ist in einem kleinen Spalt (G) zur Begrenzung eines engen diffusionsbeschränkten Raums und einer Schutzkappe (3), deren offenes Ende auf dem Montagekörper aufsitzt und deren Wand öffnungen (13) und Ablenkungen (14) an den Kanten der öffnungen aufweist, welch letztere derart sind, daß das von außen einströmende Gas in der Nähe des oberen Endes des Spalts Wirbel bildet und die Menge an wirbelndem Gas in der Schutzkappe mit dem Abstand vom oberen Ende des Spalts zunimmt.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine Sauerstoffkonzentrationszelle (5) aus einer Platte Sauerstoffionen leitenden festen Elektrolyts und an dessen beiden Seiten zwei Elektroden ist, wobei die eine Elektrode einer der Elektroden der Sauerstoffpumpe zugekehrt ist und sich zwischen

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diesen der Spalt (G) befindet.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungen zusammen mit den Ablenkungen an deren Kanten durch Stanzen hergestellt sind.

4. Sensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schutzkappe angeordnet sind und die Ebene den oberen Teil des Spalts schneidet oder oberhalb der Sensoreinheit (1)liegt mit einem geringen Abstand vom oberen Teil des Spalts (G).

5. Sensor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungen in zwei Reihen angeordnet sind, die erste Reihe in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse durch den oberen Teil des Spalts und eine zweite Reihe parallel zu der ersten, jedoch von dem Sensor (1) weiter entfernt als die erste ist, wobei die Öffnungen der ersten Reihe gegenüber denen der zweiten Reihe versetzt zur Längsachse der Schutzkappe angeordnet sind.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Ablenkwinkel in der ersten Reihe gegenüber der Umfangslinie der Schutzkappe kleiner ist als der in der zweiten Reihe.

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