CH676292A5

CH676292A5 -

Info

Publication number: CH676292A5
Application number: CH3893/88A
Authority: CH
Inventors: Hans-Dieter Schuster; Gottfried Wollenhaupt
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1987-12-19
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1990-12-28
Also published as: SE8803782D0; SE465846B; JPH01167432A; DE3743295C1; US4903481A; SE8803782L

Description

1

CH 676 292 A5

2

Beschreibung

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer und Verbesserung der Meßrepräsentanz einer in dem Abgas- 5 ström eines Verbrennungsmotors angeordneten beheizten Lambda-Sonde.

Lambda-Sonden ermitteln den Restsauerstoffgehalt in dem Motorabgas und ermöglichen dadurch eine genaue Regelung des Kraftstoff/Luft-Gemi- 10 sches, so daß das entstehende Motorabgas an einem Abgaskatalysator optimal umgesetzt werden kann. Der Aufbau von Lambda-Sonden ist dem Fachmann wohlbekannt und z.B. in DE-OS 3 023 337 ausführlich beschrieben. Lambda-Son- 15 den bestehen allgemein aus einem in den Abgasstrom ragenden, einseitig geschlossenen Festelektrolytrohr, das auf seiner Außenseite die Meßelektrode und auf seiner Innenseite die Bezugselektrode trägt. Das Festelektrolytrohr besteht aus 20 Keramik und ragt bei der Messung in den Abgasstrom. Zum Schutz gegen Berührungen mit Flüssigkeitstropfen und Feststoffteilchen ist das Festelektrolytrohr mit einem Schutzrohr umgeben, das Öffnungen für den Zutritt des Gases zu dem Festelek- 25 trolytrohr besitzt. So ist z.B. aus DE-OS 2 937 105 eine Lambda-Sonde mit einem Schutzrohr bekannt, das mit bodenseitigen Gaseintrittsöffnungen versehen ist. Der Zutritt von Partikeln zu der Sonde wird durch ein an dem Schutzrohr vor den Öffnungen 30 parallel zum Boden des Schutzrohres angeordnetes Blech, das als Partikelabscheidevorrichtung dient, verhindert. Zum Wirksamwerden der Partikelabscheidevorrichtung ist jedoch eine aufwendige Ausrichtung der Lambda-Sonde zum Gasstrom erfor- 35 derlich.

Da die Lambda-Sonde erst ab einer relativ hohen Temperatur des Festelektrolyten Meßwerte zu liefern beginnt, ist sie mit einer Heizung für das Fest-elektrolytrohr versehen, die das Festelektrolytrohr 40 auf Temperaturen von etwa 600-800°C erhitzt. Auf diese Weise ist es möglich, bereits unmittelbar nach dem Start des Motors Meßergebnisse zu erhalten. Das schnelle Aufheizen des Keramikkörpers (Festelektrolytrohrs) innerhalb von 20 bis 30 sec. 45 auf die Betriebstemperatur bringt aber auch Nachteile mit sich. Nach dem Kaltstart des Motors kommt es an den kalten Auspuffrohren und an eventuell vorgeschalteten Vor-Katalysatoren mit metallischer Träger-Matrix zur Kondensation des Abga- 50 ses. Größere Tropfen dieses kalten Kondensats, das vorwiegend aus Wasser besteht, führen beim Auftreffen auf den aufgeheizten Keramikkörper zu Thermoschockreaktionen, die zu einem Bruch der Keramik und damit zur Zerstörung der Lambda-Son- 55 de führen.

Zur Verbesserung der Leistungscharakteristik der Motoren oder aus baulichen Gegebenheiten (V-Motoren) werden die Abgasrohre einzelner Zylinder oder Zylinderbaugruppen erst unmittelbar vor 60 dem Einbauort der Lambda-Sonde zusammengeführt. Aufgrund der Fertigungstoleranzen sowohl im Ansaugbereich als auch bei Zylindern und Kolben und bei der Kraftstoffzumessung treten geringfügige Streuungen in der Abgaszusammensetzung ein- 65

zelner Zylinder bzw. Zylinderbaugruppen auf. Bei einer Abgasrohrführung, bei der die Abgasrohre der einzelnen Zylinder bzw. Zylinderbaugruppen erst unmittelbar vor dem Einbauort der Lambda-Sonde zusammengefaßt werden, kann es dabei vorkommen, daß bei der Abgaserfassung durch die Lambda-Sonde einzelne Zylinder oder Zylindergruppen bevorzugt gemessen werden. Der von der Lambda-Sonde abgegebene Meßwert ist dann nicht mehr repräsentativ für alle Zylinder, sondern kann zu einer Fehiinterpretation der wahren Abgaszusammensetzung führen. Dadurch wird das Kraftstoff-Luftgemisch nicht mehr auf .den optimalen Lambda-Wert geregelt, was sich bekannter Weise negativ auf die Abgasemission auswirkt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zu finden, mit der sich sowohl die Lebensdauer der Lambda-Sonde als solcher als auch ihre Meßrepräsentanz verbessern läßt.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 beschriebene Vorrichtung gelöst.

Die Vorrichtung besteht somit durch ein im Abgasstrom in Strömungsrichtung der Gase gesehen vor der Lambda-Sonde derartig angeordneten Gasablenkblech, daß die Lambda-Sonde in dessen Strömungsschatten liegt. Aufgrund der wesentlich größeren Massenträgheit der Wassertropfen fliegen diese an der Sonde vorbei und gelangen nicht auf die empfindliche Sondenkeramik. Zusätzlich führt die Anordnung des Gasablenkbleches unmittelbar vor der Lambda-Sonde durch die vom Strömungsabriß an dem Blech ausgelösten Verwirbelungen zu einer Verbesserung der Abgasvermischung und damit zu einem repräsentativen Sondensignal für die Lambda-Regelung.

Das Gasablenkblech soll natürlich einen möglichst geringen Strömungswiderstand für den Abgasstrom darstellen. Bevorzugt wird daher ein fingerförmig in den Gasstrom vor der Lambda-Sonde reichendes Gasablenkblech, welches eine breite von 80 bis 180% des Schutzkorbdurchmessers der Lambdasonde besitzt und etwa 5 bis 30 mm vor der Lambda-Sonde angeordnet ist. Je weiter das Gasablenkblech vor der Lambda-Sonde angeordnet ist, desto breiter muß es werden. Da die Länge des Strömungsschattens nicht nur von der Breite des Gasablenkblechs abhängt, sondern auch von den geometrischen Verhältnissen des Abgasstrangs sowie der Gasströmungsgeschwindigkeit, werden die optimalen Abmessungen zweckmäßigerweise experimentell ermittelt, was einem Fachmann unschwer möglich ist. Bei den derzeit üblichen Ausführungsformen für Lambda-Sonden sowie bei der derzeit üblichen Auslegung des Abgasstrangs liegen die optimalen Werte für die Breite des Gasablenkblechs etwa zwischen 10,5 und 13,5 mm, was 90 bis 110% des Schutzkorbdurchmessers entspricht, und der Abstand des Gasablenkbiechs zur Sonde beträgt etwa 15 bis 25 mm. Wird das Gasablenkblech zu breit, so ergibt sich dadurch ein zusätzlicher Strömungswiderstand im Abgasstrom, was unerwünscht ist.

Die Länge des Gasablenkblechs soll etwa der Länge des in den Abgasstrom reichenden Teils der Lambda-Sonde betragen, damit diese auch sicher im

2

3

CH 676 292 A5

4

Strömungsschatten liegt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch mit einem etwas kürzeren Gasablenkblech noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können. Ein Gasablenkblech, dessen Länge die Länge des in den Abgasstrom reichenden Teils der Lambda-Sonde übertrifft, hat keinen schädigenden Einfluß auf die Funktion, stellt jedoch natürlich einen größeren Strömungswiderstand dar. Dieser größere Strömungswiderstand kann jedoch toleriert werden, wenn dadurch eine vereinfachte Befestigung des Gasablenkblechs möglich wird, z.B. indem das Gasablenkblech das Abgasrohr völlig durchdringt. Bevorzugt wird man jedoch die Länge des Gasablenkblechs so bemessen, daß sie etwa 80 bis 120% der Länge des in den Abgasstrom reichenden Teils der Lambda-Sonde beträgt. Zur Verringerung des Strömungswiderstandes ist es vorteilhaft, wenn das Gasablenkblech eine strömungsgünstige Form erhält, z.B. indem es eine gegen den Abgasstrom gepfeilte Form erhält oder wenn es in Strömungsrichtung der Gase gesehen konvex geformt ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisierter Form dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in vergrößerter Form einen Teillängsschnitt durch ein Abgasrohr mit Ablenkblech und Lambda-Sonde sowie

Fig. 2 einen schematisierten Querschnitt durch ein Ablenkblech und den Sondenschutzkorb.

In die Wandung des Abgasrohres 1 ist die mit einem Innengewinde versehene Hülse 2 eingeschweißt, in weiche die Lambda-Sonde 3 eingeschraubt ist. Man erkennt bei der Lambda-Sonde 3 den Heizstab 4, den keramischen Festelektrolyten 5 sowie den Sondenschutzkorb 6 mit einem Gaseintrittsschlitz 7. In Strömungsrichtung des Abgases, die durch den Pfeil dargestellt ist, befindet sich vor der Lambda-Sonde das Gasablenkblech 8, das in diesem Fall Teil der Gewindehülse 2 ist. Es ist jedoch auch möglich, das Gasablenkblech gesondert in dem Abgasrohr zu befestigen. Das Gasablenkblech 8 ist zur Verkleinerung des Strömungswiderstandes in Strömungsrichtung des Abgases gesehen konkav geformt. Wie in Fig. 2 deutlich wird, fliegen die im Abgas befindlichen Wassertröpfchen 9 an der im Windschatten des Gasablenkblechs 8 gelegenen Lambda-Sonde vorbei, während das Abgas wie durch die Pfeile 10 dargestellt, hinter dem Gasablenkblech stark verwirbelt wird und durch die Gaseintrittsschlitze 7 an die Sondenkeramik herantreten kann.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß die Sondenkeramik nicht mehr durch Thermoschockreaktionen infolge des Auftreffens von Wassertröpfchen auf die beheizte Keramik springen kann und daß eine sehr gute Verwirbelung des Abgases durch das Gasablenkblech erfolgt, so daß eine bessere Repräsentanz des von der Lambda-Sonde abgegebenen Meßwertes erreicht wird.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer und Verbesserung der Meßrepräsentanz einer in dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten beheizten Lambda-Sonde gekennzeichnet durch ein im Abgasstrom in Strömungsrichtung der Gase gesehen vor der Lambda-Sonde derart angeordnetes Gasablenkblech, daß die Lambda-Sonde in dessen Strömungsschatten liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasablenkblech eine Breite von 80 bis 180% des Schutzkorbdurchmessers der Lambda-Sonde besitzt und 5 bis 30 mm vor der Lambda-Sonde angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Gasablenkblechs 80 bis 120% der Länge des in den Abgasstrom reichenden Teils der Lambda-Sonde beträgt.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasablenkblech in Strömungsrichtung der Gase gesehen konvex geformt ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3