DE2702578A1

DE2702578A1 - Elektrochemischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in abgasen, insbesondere von abgasen von verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2702578A1
Application number: DE19772702578
Authority: DE
Inventors: Leo Steinke; Helmut Dipl Ing Weyl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-01-22
Filing date: 1977-01-22
Publication date: 1978-07-27
Also published as: JPS5393892A; US4187163A

Description

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Anlage

zur Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart

Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere von Abgasen von Verbrennungsmotoren

Zusammenfassung

Es wird ein elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen vorgeschlagen, der mit einer Abdeckkappe versehen ist, welche mit Sicherheit unerwünschten Wasser- und Schmutzeintritt in das Innere des Meßfühlers verhindert, einen zusätzlichen, sicheren Masseanschluß am Meßfühler erlaubt und den höchsten im Motor-Nahbereich auftretenden Temperaturen widersteht. Die Abdeckkappe, die vorzugsweise aus einem Metall besteht, besitzt ein Labyrinth (gewundene Nute), über das die ins Meßfühler-Innere führenden Queröffnungen mit der Außenluft in Verbindung stehen.

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Die Erfindung geht aus von einem elektrochemichen Meßfühler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen bekannt, dessen Abdeckkappe aus Gummi besteht und die die Lufteintrittsöffnungen des Meßfühlers mit Abstand überlappt (DT-AS 2 315 4M); Nachteil dieser Abdeckkappe ist jedoch, daß sie den Eintritt von Wasser bzv/. Schmutz in das Innere des Meßfühler nicht befriedigend verhindert.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Meßfühler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei den im Betrieb vorkommenden Zuständen keinerlei Wasser oder Schmutz in das Innere des Meßfühlers eintreten kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Meßfühlers möglich; besonders vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäße Abdeckkappe auf einfache und billige Art einen zusätzlichen Masseanschluß am Meßfühler erlaubt und daß sie bei Verwendung eines temperaturbeständigen Materials auch in Bereichen hoher Motoraußentemperaturen eingesetzt werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen elektrochemischen Meßfühler in vergrößertem Maßstab und im Anschlußbereich geschnitten dargestellt, und

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Figur 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II durch den Meßfühler nach Figur 1 in noch weiter vergrößertem Maßstab, wobei jedoch das Dichtelement nicht mit dargestellt wurde.

Beschreibung der Erfindung

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte elektrochemische Meßfühler 10 ist dem Prinzip nach bekannt: Er arbeitet nach dem Prinzip der Sauerstoffkonzentrationskette mit ionenleitendem Festelektrolyten und wird in den Abgasauslaß eingebaut; dabei ist die mit einer katalytisch wirksamen elektronenleitenden Schicht (z.B. Platin) versehene Außenseite des Festelektrolytkörpers dem Abgas ausgesetzt und die Innenseite des Festelektrolytkörpers 11 steht mit der Außenluft als Bezugssystem für die Konzentrationskette in Verbindung. Ein solcher Festelektrolytkörper 11 kann verschiedenartig gestaltet sein, wird bevorzugter Weise jedoch als ein einseitig geschlossenes Rohr ausgebildet, dessen geschlossenes Ende in das Innere des Abgasrohres hineinragt. Ein solcher Festelektrolytkörper 11 wird von einem metallischen Gehäuse 12 gehalten, das zumeist mit der genannten elektronenleitenden Schicht auf der Außenseite des Pestelektrolytkörpers 11 elektrisch in Verbindung steht und den Massekontakt des Systems bildet. Auf der Innenseite des Pestelektrolytkörpers 11 befindet sich eine Kontaktfläche, deren elektrisches Potential anschlußseits mit bekannten Mitteln aus dem Meßfühler herausgeführt wird. Der Aufbau des'Meßfühlers 10 im vorliegenden Beispiel entspricht im wesentlichen dem Aufbau des Meßfühlers nach der DT-OS 2 504 207, bei dem für die Innenkontaktierung eine Leiterbahn dient, die mit einem Anschlußteil 13 in Verbindung steht. Der obere abgesetzte Abschnitt dieses Anschlußteils 13 dient als Führung einer elektrisch leitfähigen Druckfeder 14, die mit ihrem anderen Endabschnitt an dem Flansch 15 eines metallischen Kontaktrohres 16 fest anliegt. Das Kontaktrohr 16 ist in einer Isolierbuchse 17 gehalten, die in den anschlußseitigen Endabschnitt eines am Meßfühler-Gehäuse 12 anschließenden Rohrabschnitts 18 eingebördelt ist. Der Rohrabschnitt 18 enthält einige Queröffnungen 19, durch die die Außenluft in das Innere des Meßfühlers

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eintreten kann; die durch die Queröffnungen 19 eingetretene Außenluft gelangt durch eine Längsbohrung 20 des Anschlußteils 13 in den nicht dargestellten Innenraum des Pestelektrolytkörpers 11.

Um das Meßergebnis des elektrochemischen Meßfühlers 10 nicht zu verfälschen, ist es erforderlich, daß der Eintritt der Außenluft in die Queröffnungen 19 des Gehäuse-Rohrabschnitts 18 gewährleistet ist und auch der Zutritt von Wasser in das Innere des Meßfühlers 10 verhindert wird. Die diesen Schutz bewirkende erfindungsgemäße Abdeckkappe 21 rastet mit ihrem einen Endabschnitt koaxial über einen Teil des Gehäuse-Rohrabschnitts 18 und weist in ihrem anderen Endabschnitt einen Rohrstutzen 22 als Durchbruch für Anschlußleitungen auf. Der über den Gehäuse-Rohrabschnitt ragende Endabschnitt der Abdeckkappe 21 enthält an seiner Innenseite als enges Labyrinth 23 eine gewundende Nute,mit deren Kern-Durchmesser 2k sie möglichst nah. bzw. fest am Meßfühler-Rohrabschnitt l8 anliegt und die von der dem eigentlichen Meßfühler 10 zugekehrten Stirnfläche 25 bis in den Bereich der Queröffnungen 19 im Meßfühler-Rohrabschnitt 18 reicht. Anstelle einer einzigen Nute 23 können auch mehrere derartige Nuten öder andersartig geformte enge Spalte zum Zurückhalten von Spritzwasser in der Abdeckkappe 21 eingeformt sein. Die Nute 23 endet oberhalb der Queröffnungen 19 und die Abdeckkappe 21 liegt im anschließenden Bereich fest am Rohrabschnitt 18 an; bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Abdeckkappe 21, die aus einem dünnwandigen Metall besteht, kann in diesem Bereich eine Schweißverbindung 26 die Abdeckkappe 21 und den metallischen Rohrabschnitt 18 fest zusammenhalten (es sind aber auch andere bekannte Verbindungsverfahren wie z.B. Schrauben möglich). Diese Nute 23 bildet vor den Queröffnungen 19 ein Labyrinth, das ein Zurückhalten von Schmutz und Wasser vor dem Innenraum des Meßfühlers 10 garantiert.

Durch den Rohrstutzen 22 führt mindestens eine Leitung 27» deren Endabschnitt vom Isolationsüberzug 28 befreit ist und infolge einer Quetschnase 29 kontaktgebend im Kontaktrohr 16 festgelegt

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ist; eine zusätzliche Quetschnase 30 im Kontaktrohr 16 drückt fest auf den Isolationsüberzug 28 der Leitung 27 und bildet somit eine Zugentlastung. Eine weitere Zugentlastung wird von dem Rohrstutzen 22 dann gebildet, wenn die Abdeckkappe 21 aus einem Material besteht, das bleibend verformt werden kann und somit fest auf dem Isolationsüberzug 28 der Leitung 27 aufzuliegen vermag; eine solche Ausfuhrungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn die Abdeckkappe 21 ein dünnwandiges Blechteil ist. Die Verwendung eines Blechteiles als Abdeckkappe 21 bringt noch einen weiteren Vorteil mit sich, nämlich daß in dem Rohrstutzen 22 gleichzeitig noch eine zusätzliche Masseleitung 31 für den Meßfühler 10 mit angebracht werden kann: Sie kann als Einzelleitung 31 - wie dargestellt ausgeführt oder auch koaxial auf dem Isolationsüberzug 28 der Leitung 27 angeordnet sein und anschließend durch Verquetschen des Rohrstutzens 22 mit befestigt sein. Eine solche zusätzliche Masseleitung 31 sichert einen exakten Masseanschluß auch in solchen Fällen, wenn der eigentliche Massekontakt über das am Gehäuse 12 des Meßfühlers 10 angeformte Einschraubgewinde 32 keinen guten elektrischen Kontakt mit dem nicht dargestellten, an Masse gelegten Abgasrohr hat.

Zum Verschließen des Endabschnittes vom Rohrstutzen 22 dient ein Dichtelement 33, das mit seinem einen Endabschnitt die Leitungen 27 und 31 fest und dicht umfaßt und mit seinem anderen Endabschnitt fest den Abdeckkappen-Rohrstutzen 22 fest umfaßt; ein solches Dichtelement 33 wird vorzugsweise ein elastisches Dichtelement wie beispielsweise eines aus Silikongummi sein, es kann aber auch ein Gießharz oder ähnliches sein.

Für den Fall, daß die Abdeckkappe 21 nicht als zusätzliche Masseleitung 31 verwendet werden soll, kann diese Abdeckkappe 21 auch aus wärmebeständigem Kunststoff hergestellt werden; wenn der Meßfühler 10 jedoch sehr nahe dem Motorblock in das Abgasrohr eingebaut werden muß, dann ist die Verwendung einer metallischen und damit wärmebeständigeren Abdeckkappe 21 empfehlenswert.

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Abdeckkappen 21 aus Kunststoff sind durch Spritzguß herzustellen, Abdeckkappen 21 aus Metall durch Rollen und Falzen eines Blechstreifens oder durch Tiefziehen nach bekannten Verfahren.

Bezüglich der Verbindung zwischen dem Gehäuse-Rohrabschnitt 18 und der Abdeckkappe 21 sei noch eine Einrastverbindung erwähnt, die anstelle der Schweißverbindung 26 im Beispiel treten kann.

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Claims

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1.!Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere von Abgasen von Verbrennungsmotoren, mittels einer Sauerstoffkonzentrationskette mit einem ionenleitenden Pestelektrolytkörper, dessen Außenseite eine elektronenleitende Katalysatorschicht trägt, welche mit einem Meßfühler-Gehäuse elektrisch in Verbindung steht und den Abgasen zugewendet ist, und dessen Innenseite der Außenluft ausgesetzt ist und über eine Kontaktfläche mit einem Anschlußteil elektrisch verbunden ist, welches anschlußseits durch einen Isolierkörper führt, den ein am Meßfühler-Gehäuse anschließender Rohrabschnitt hält, dessen Queröffnung(en) mit Abstand von einer Abdeckkappe überlappt ist, welche axial über den anschlußseitigen Endschnitt des Meßfühlers faßt, einen Durchbruch für Anschlußleitungen aufweist und den Zutritt von Außenluft zu mindestens einer Queröffnung des Rohrabschnitt erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckkappe (21) in der Innenseite ihres über den Anschlußbereich des Meßfühlers (10) geschobenen Endabschnitt ein enges Labyrinth (23)» vorzugsweise in Form von mindestens einer gewundenen Nute besitzt, mit deren Kerndurchmesser (24) sie nahe bzw. fest am Meßfühler-Rohrabschnitt (18) anliegt und die bis in den Bereich der Queröffnungen (19) im Meßfühler-Rohrabschnitt (18) reicht.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler-Rohrabschnitt (18) und die Abdeckkappe (21) aus dünnwandigem Metall bestehen und mittels bekannter Mittel - vorzugs-

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weise durch eine Schweißverbindung (26) - miteinander verbunden sind.

3. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleitungsdurchbruch in der Abdeckkappe (21) als Rohrstutzen (22) ausgebildet ist.

k. Meßfühler nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkappen-Rohrstutzen (22) fest auf vorhandene Anschlußleitungen (28, 31) gequetscht ist.

5. Meßfühler nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Leitungen (27, 31) besitzt, von denen die eine Leitung (27) mit dem Meßfühler-Anschlußteil (13) elektrischleitend in Verbindung steht und die andere Leitung (31) elektrischen Kontakt mit der Abdeckkappe (21), bevorzugt aber mit dem Abdeckkappen-Rohrstutzen (22) hat.

6. Meßfühler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckkappen-Rohrstutzen (22) und der anschlußseits daraus herausragende Abschnitt der Anschlußleitung(en) (28, 3D jeweils mindestens teilweise mit einem gemeinsamen Dichtelement (33) überzogen ist, das fest anliegt und möglichst elastisch bleibt.

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