NL8003657A - Zuurstof detecterende inrichting. - Google Patents

Description

* i isr.o. 29.197 1

Zuurstof detecterende inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een zuurstof detecterende inrichting voor het meten van een zuurstofconcentratie in verbrandingsgassen afgeleverd door interne verbrandingsmotoren door middel van een zuurstofconcentratiecel die een vaste elektrolyt bevat.

5 Een zuurstof detecterende inrichting is bekend, die de verhouding van lucht en brandstof nauwkeurig regelt door middel van het meten van de concentratie van zuurstof in verbrandingsgassen afgeleverd door interne verbrandingsmotoren van gemotoriseerde voertuigen met behulp van een zuurstofconcentratiecel die een zuurstofionen geleidende vaste 10 elektrolyt bevat, zoals zirkoonoxide en dergelijke. Voor zulk een zuurstof detecterende inrichting is tot nu toe een vaste elektrolyt met de in fig.l getoonde structuur algemeen toegepast. Dat wil zeggen een buisvormige vaste elektrolyt 1 waarvan één einde is gesloten, is aan de binnenzijde daarvan voorzien van een wijd openingsgedeelte 2 waar een 15 binnenelektrode 11 een geleidend kontakt maakt met een metalen klem 7 via een flexibel geleidend materiaal 6, van een gedeelte 3 met een verkleinde diameter aan de open zijde, en van een smal openingsdeel 5 met een uniforme binnendiameter, dat zich uitstrekt van het deel 3 naar het gesloten einde 4. Deze vaste elektrolyt 1 is voorzien van elektroden 11 20 en 12 op het binnenoppervlak en het buitenoppervlak, waarbij de binnenelektrode 11 elektrisch is verbonden met de metalen klem 7 door het inbrengen van een ringvormig flexibel geleidend materiaal 6 aan het wijde openingsdeel 2 en het deel 3, tezamen met de metalen klem 7. Aldus moet de metalen klem 7 een zodanige vorm hebben, dat buitenoppervlakken van 25 een bovenste einddeel 8 en een centraal deel 9 kontakt maken met de binnenoppervlakken van het nauwere openingsdeel 5 respectievelijk het wijde openingsdeel 2. Echter zijn de buitendiameters van het bovenste einddeel 8 en het centrale deel 9 in werkelijkheid kleiner gemaakt dan de binnendiameters van het smalle openingsdeel 5 en het wijde openings-30 deel 2 van de vaste elektrolyt 1 respectievelijk als gevolg van het krimpen van de vaste elektrolyt bij ontsteken en de variatie van de be-werkingsnauwkeurigheid van de metalen klem 7 en derhalve is een kleine speling tussen deze organen aanwezig en het kan niet worden vermeden dat een kleine hoeveelheid van het flexibele geleidende materiaal 6 35 naar beneden valt, wanneer de zuurstof detecterende inrichting wordt samengesteld of dankzij trillingen van een motorvoertuig. Aangezien het flexibele geleidende materiaal 6 gewoonlijk vervaardigd is van grafiet, valt een kleine hoeveelheid grafiet naar beneden tot in het gesloten «00 36 57 2 einddeel 4, wanneer grafiet wordt ingebracht in het wijde openingsdeel 2 van de vaste elektrolyt 1 of dankzij de trillingen van een motorvoertuig.

Het gesloten einddeel 4 is een deel voor het detecteren van de 5 zuurstofconcentratie in de verbrandingsgassen en wordt verwarmd, zodat grafiet brandt en zuurstof aan het gesloten einde 4 wordt verbruikt, waarbij de partiële druk van de zuurstof van het standaardgas varieert, echter zijn de buitendiameter en de binnendiameter van het bekende vaste elektrolyt aan het detectiedeel ongeveer 8 mm respectievelijk 5 mm 10 en zijn de binnendiameters van het wijde openingsdeel 2 en het smalle openingsdeel 5 ongeveer 8 mm respectievelijk 5 mm, terwijl de binnendiameter van de hol deel 10 van de metalen klem 7 relatief groot kan worden gemaakt zoals bijvoorbeeld 4 mm, zodat het standaardgas gemakkelijk door het holle deel 10 kan stromen en verse lucht steeds kan wor-15 den toegevoerd aan het gesloten einddeel 4, waardoor de zuurstof detecterende inrichting normaal kan functioneren. Wanneer echter de diameter van vaste elektrolyt kleiner wordt gemaakt om de thermische schokweer-stand en de bedrijfstijd bij koude start te verbeteren, bijvoorbeeld wanneer de buitendiameter van het detectiedeel 4 mm is, de blnnendiame-20 ter van het gesloten einddeel 4 2 mm is, de diameter van het wijde openingsdeel 2 4 mm is en de diameter van het smalle openingsdeel 5 2 mm is, wordt de diameter van het holle deel 10 vein de metalen klem 7 1 mm teneinde de mechanische sterkte van de metalen klem 7 te verzekeren. Indien een kleine hoeveelheid grafiet van het flexibele geleidende ma-25 teriaal naar beneden valt tot in het gesloten einddeel 4, wanneer grafiet in het wijde openingsdeel 2 wordt ingébracht of dankzij vibratie van het motorvoertuig, indien deze brandt en de partiële zuurstofdruk van het standaardgas varieert, is de diffusie van verse lucht langzaam omdat de diameter van het holle deel 10 klein is en zoals bijvoorbeeld 30 in fig. 2 is getoond een lange tijdsperiode nodig is voor het normaal functioneren van de zuurstof detecterende inrichting. Fig. 2 toont de variatie van de elektromotorische kracht als functie van de tijd, gemeten door middel van zuurstof detecterende inrichtingen, waarbij de binnendiameters van het detectiedeel 2,3 en 4 mm zijn en de diameters van 35 het holle deel van de metalen klem 1,2 respectievelijk 3 mm zijn, wanneer 5 mg grafiet naar beneden valt tot in het gesloten einddeel. Deze gegevens werden verkregen door het blootstellen van de zuurstof detecterende inrichtingen aan een omgeving (rijke omgeving) van verbrandingsgas van een motorvoertuig, waarbij de brandstof gedurende lange 40 tijd 600eC overschrijdt. De metalen klem 7 heeft bij voorkeur een dikte 800 3 6 57 3 r * van meer dan 0,5 mm teneinde de praktische sterkte te handhaven. Voorts is in het geval dat de binnendiameter van het detectiedeel kleiner is, de vorm van het flexibele geleidende materiaal klein en is het volume van het deel voor het geleiden van de binnenelektrode klein, zodat het 5 kontaktoppervlak klein is en de betrouwbaarheid van de elektrische geleidbaarheid gebrekkig is.

De uitvinding heeft ten doel de hierboven beschreven problemen op te lossen.

De uitvinding heeft ook ten doel te voorzien in een constructie 10 voor een zuurstof detecterende inrichting, waarbij een stabielere functie wordt bereikt en waarbij de diameter van het vaste elektrolyt klein is en derhalve de functioneringsstart snel is en de thermische schok-weerstand hoog is.

De uitvinding heeft ook nog ten doel te voorzien in een construc-15 tie waarbij de betrouwbaarheid hoog is en het samenstellen tijdens vervaardigen gemakkelijk is.

De uitvinding heeft voorts ten doel te voorzien in een constructie die geen deformatie veroorzaakt in een gietmal wanneer de buisvormige vaste elektrolyt met een gesloten einde wordt geproduceerd.

20 De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekening. In de tekening tonen:

Fig. 1 een doorsnede door een uitvoeringsvorm van een vaste elektrolyt gebruikt voor een bekende, zuurstof detecterende inrichting.

Fig. 2 een grafiek van de variatie van de elektromotorische kracht als 25 functie van de tijd, wanneer de binnendiameter van het detecterende deel van de bekende vaste elektrolyt wordt gevarieerd.

Fig. 3 en 4 doorsneden van uitvoeringsvormen van vaste elektrolyten die worden gebruikt voor de zuurstof detecterende inrichtingen volgens de uitvinding; en 30 Fig. 5 een grafiek van de variatie van de elektromotorische kracht van de zuurstof detecterende inrichting volgens de uitvinding.

Een verklaring van de meer gedetailleerde constructie zal hierna aan de hand van fig. 3 worden gegeven, die een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding toont. Een buisvormige vaste elektrolyt 14 met een geslo-35 ten einde en bestaande uit zirkoonoxide en andere substanties, is voorzien van elektroden 21 en 22 aan het binnenoppervlak respectievelijk het buitenoppervlak, waarbij een detectiedeel 13 dat blootstaat aan verbrandingsgassen, een binnendiameter heeft die niet groter is dan 3 mm en is aan de binnenwand van de open eindzijde voorzien van een breed 40 openingsdeel 15 en een eerste deel 16 met een verkleinde diameter, 800 36 57 4 waarin een flexibel geleidend materiaal dat de binnenelektrode naar buiten geleid, is ingebracht en gehouden, alsmede een tussengelegen openingsdeel 19 met een hoofdzakelijk uniforme binnendiameter die enigszins kleiner is dan die van het brede openingsdeel 15 en enigszins 5 groter is dan die van het smallere openingsdeel 18 bij het middendeel van de vaste elektrolyt 14 en voorts een tweede deel 20 met een verkleinde diameter aan de gesloten eindzijde van het middelste openingsdeel 19. Het smalle openingsdeel 18 dat zich uitstrekt van het hierboven beschreven deel 20 naar het gesloten einddeel 17, kan een uniforme 10 diameter hebben zoals in fig. 3 is getoond, of kan een tapse vorm hebben waarbij de diameter geleidelijk kleiner wordt naar het gesloten einde zoals in fig. 4 is getoond, of kan andere vormen hebben. Het de-tectiedeel 13 van het vaste elektrolyt 14 heeft een buitendiameter van 2 tot 5 mm, bij voorkeur 3 tot 4 mm en een binnendiameter van 1 tot 3 15 mm, bij voorkeur 1,5 tot 2,5 mm, teneinde de thermische schokweerstand te verbeteren. Teneinde de thermische schokweerstand te verbeteren en de betrouwbare geleidbaarheid te verkrijgen, is aan de open eindzijde van de vaste elektrolyt de buitendiameter 4 tot 10 mm, bij voorkeur 6 tot 8 mm, terwijl de binnendiameter bij het brede openingsdeel 15 4 tot 20 6 mm is bij voorkeur 4 tot 5 mm. Het middelste openingsdeel 19 heeft een diameter van 2 tot 5 mm, bij voorkeur 3 tot 4 mm, teneinde de dif fusie van lucht te vergemakkelijken. Een gemiddelde van de binnendiameter van het smalle openingsdeel dat zich van het tweede deel 20 met verkleinde diameter uitstrekt tot het gesloten einde 17 is bij voorkeur 25 meer dan — van de lengte van het smalle openingsdeel, teneinde de dif- 50 fusie van lucht te vergemakkelijken.

De zuurstof detecterende inrichting volgens de uitvinding heeft de hierboven beschreven constructie. Het centrale deel 9 van de metalen klem 7 is ingestoken in het brede openingsdeel 15 en het bovenste eind-30 deel 8 is ingestoken in het middelste openingsdeel 19, zodat de diameter van het holle deel 10 van de metalen klem 7 kan worden vergroot en zelfs indien het flexibele geleidende materiaal 6 naar beneden valt tot in het gesloten einddeel 17 wanneer de zuurstof detecterende inrichting wordt samengesteld of dankzij de vibratie van het motorvoertuig tijdens 35 rijden en branden, en de partiële zuurstofdruk van lucht dat het standaardgas is, variëert, wordt de normale elektromotorische kracht in een korte tijdsduur hersteld, zoals in fig. 5 is getoond. Aangezien de diameter van het flexibele geleidende materiaal 6 is vergroot, is voorts de betrouwbaarheid van de geleidbaarheid van de zuurstof detecterende 40 inrichting bij zijn verbinding van de elektrode na samenstelling hoog 800 3 6 57 5 r ♦ en het behandelen van het geleidende materiaal na samenstelling is gemakkelijk. Bovendien treedt de deformatie van de kern wanneer hydrostatische druk in het algemeen na het gieten van de vaste elektrolyt wordt gebruikt, nauwelijks op en wordt het gieten gemakkelijk uitgevoerd.

5 Zoals hierboven is vermeld werkt de zuurstof detecterende inrich ting volgens de uitvinding niet slechts normaal, maar de opbrengst en de betrouwbaarheid kunnen ook worden verbeterd, welke inrichting in het bijzonder bruikbaar is als een zuurstof detecterende inrichting in verbrandingsgassen van motorvoertuigen en dergelijke voor het efficiënte 10 gebruik van brandstof en voor het verminderen van hinder van verbrandingsgas voor het publiek, welke inrichting voorts zeer commercieel bruikbaar is.

800 3 6 57

Claims (4)

1. Zuurstof detecterende inrichting waarbij een buisvormige vaste elektrolyt waarvan éên einde gesloten is, is voorzien van elektroden aan het buiten- en binnenoppervlak, waarbij de gesloten eindzijde van de vaste elektrolyt wordt blootgesteld aan verbrandingsgassen afgele-5 verd door interne verbrandingsmotoren, waarbij de binnenelektrode en de buitenelektrode in aanraking worden gebracht met omgevingslucht respectievelijk de verbrandingsgassen, en waarbij de partiële zuurstofdruk in de verbrandingsgassen wordt gemeten door toepassing van bet principe van een zuurstofconcentratiecel, met het kenmerk, dat het binnenopper-10 vlak van de buisvormige vaste elektrolyt bestaat uit een eerste deel met een verkleinde diameter, dat verbonden is met een breed openings-deel, dat een deel vormt dat de binnenelektrode naar buiten geleid; een tussengelegen breed openingsdeel met een hoofdzakelijk uniforme diameter die kleiner is dan die van bet hierboven beschreven brede openings-15 deel; een tweede deel met verkleinde diameter, dat verbonden is met het tussengelegen brede openingsdeel; en een smal openingsdeel, welk smal openingsdeel een kleinere diameter heeft dan die van het tussengelegen brede openingsdeel, dat zich uitstrekt tot het gesloten einde, waarbij het brede openingsdeel, het eerste deel met een verkleinde diameter, 20 het tussengelegen brede openingsdeel, het tweede deel met verkleinde diameter en het smalle openingsdeel in de genoemde volgorde zijn gerangschikt van de open zijde van de buisvormige vaste elektrolyt tot het gesloten einde daarvan en waarbij het gemiddelde van de binnendiar meter van het smalle openingsdeel niet groter is dan 3 mm.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kennmerk, dat het smal le openingsdeel van de vaste elektrolyt een gemiddelde buitendiameter van 2 tot 5 mm heeft en een gemiddelde binnendiameter van 1 tot 3 mm, welk brede openingsdeel een buitendiameter van 4 tot 10 mm heeft en een binnendiameter van 4 tot 6 mm, terwi'jl het tussengelegen openingsdeel 30 een binnendiameter van 2 tot 5 mm heeft.

3. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat het smalle openingsdeel van de vaste elektrolyt een gemiddelde buitendiameter van 3 tot 4 mm heeft en een gemiddelde binnendiameter van 1,5 tot 2,5 mm, dat het brede openingsdeel een buitendiameter van 6 tot 8 mm heeft en 35 een binnendiameter van 4 tot 5 mm, en dat het tussengelegen openingsdeel een binnendiameter van 3 tot 4 mm heeft.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gemiddelde binnendiameter van het smalle openingsdeel van de vaste elektro- 800 3 6 57 • 7 Xyt meer is dan ~^qvan de lengte van het smalle openingsdeel. 800 3 6 57