DE3743295C1 - Vorrichtung zur Verlaengerung der Lebensdauer und Verbesserung der Messrepraesentanz einer in dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eingebauten Lambda-Sonde - Google Patents
Vorrichtung zur Verlaengerung der Lebensdauer und Verbesserung der Messrepraesentanz einer in dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eingebauten Lambda-SondeInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verlängerung
der Lebensdauer und Verbesserung der Meßrepräsentanz einer in
dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten beheizten
Lambda-Sonde.
Lambda-Sonden ermitteln den Restsauerstoffgehalt in dem Mo
torabgas und ermöglichen dadurch eine genaue Regelung des
Kraftstoff/Luft-Gemisches, so daß das entstehende Motorab
gas an einem Abgaskatalysator optimal umgesetzt werden kann.
Der Aufbau von Lambda-Sonden ist dem Fachmann wohlbekannt
und z. B. in DE-OS 30 23 337 ausführlich beschrieben.
Lambda-Sonden bestehen allgemein aus einem in den Abgas
strom ragenden, einseitig geschlossenen Festelektrolytrohr,
das auf seiner Außenseite die Meßelektrode und auf seiner
Innenseite die Bezugselektrode trägt. Das Festelektrolyt
rohr besteht aus Keramik und ragt bei der Messung in den
Abgasstrom. Zum Schutz gegen Berührungen mit Flüssigkeitstropfen
und Feststoffteilchen ist das Festelektrolytrohr mit einem Schutz
rohr umgeben, das Öffnungen für den
Zutritt des Gases zu dem Festelektrolytrohr besitzt. So ist
es z. B. aus DE-OS 29 37 105 eine Lambda-Sonde mit einem
Schutzrohr bekannt, das mit bodenseitigen Gaseintrittsöff
nungen versehen ist. Der Zutritt von Partikeln zu der Son
de wird durch ein an dem Schutzrohr vor den Öffnungen parallel
zum Boden des Schutzrohres angeordnetes Blech, das als Par
tikelabscheidevorrichtung dient, verhindert. Zum Wirksamwer
den der Partikelabscheidevorrichtung ist jedoch eine aufwen
dige Ausrichtung der Lamba-Sonde zum Gasstrom erforderlich.
Da die Lambda-Sonde erst aber einer relativ hohen Temperatur des Fest
elektrolyten Meßwerte zu liefern beginnt, ist sie mit einer
Heizung für das Festelektrolytrohr versehen, die das Fest
elektrolytrohr 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 (Festelektrolyt
rohrs) innerhalb von 20 bis 30 sec. auf die Betriebstem
peratur bringt aber auch Nachteile mit sich. Nach dem Kalt
start des Motors kommt es an den kalten Auspuffrohren und
an eventuell vorgeschalteten Vor-Katalysatoren mit metal
lischer Träger-Matrix zur Kondensation des Abgases. Größere
Tropfen dieses kalten Kondensats, das vorwiegend aus Wasser
besteht, führen beim Auftreffen auf den aufgeheizten Kera
mikkörper zu Thermoschockreaktionen, die zu einem Bruch der
Keramik und damit zur Zerstörung der Lambda-Sonde führen.
Zur Verbesserung der Leistungscharakteristik der Motoren oder
aus baulichen Gegebenheiten (V-Motoren) werden die Abgas
rohre einzelner Zylinder oder Zylinderbaugruppen erst un
mittelbar vor 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 einzelner Zylinder
bzw. Zylinderbaugruppen auf. Bei einer Abgasrohrführung,
bei der die Abgasrohre der einzelnen Zylinder bzw. Zylin
derbaugruppen erst unmittelbar vor dem Einbauort der
Lambda-Sonde zusammengefaßt werden, kann es dabei vor
kommen, 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 Fehlinterpretation der wahren Abgaszusammen
setzung 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 Vor
richtung zu finden, mit der sich sowohl die Lebendsdauer
der Lambda-Sonde als solcher als auch ihre Meßrepräsen
tanz verbessern läßt.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 beschrie
bene Vorrichtung gelöst.
Die Vorrichtung besteht somit durch ein im Abgasstrom in
Strömungsrichtung der Gase gesehen vor der Lambda-Sonde der
artig angeordneten Gasablenkblech, daß die Lambda-Sonde in
dessen Strömungsschatten liegt. Aufgrund der wesenltich
größeren Massenträgheit der Wassertropfen fliegen diese an
der Sonde vorbei und gelangen nicht auf die empfindliche
Sondenkeramik. Zusätzlich führt die Anordnung des Gasab
lenkbleches 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. Bevor
zugt wird daher ein fingerförmig in den Gasstrom vor der
Lambda-Sonde reichendes Gasablenkblech, welches eine brei
te von 80 bis 180% des Schutzkorbdurchmessers der Lambda
sonde 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 Gasströmungsge
schwindigkeit, werden die optimalen Abmessungen zweckmäßi
gerweise experimentell ermittelt, was einem Fachmann un
schwer möglich ist. Bei den derzeit üblichen Ausführungs
formen für Lambda-Sonden sowie bei der derzeit üblichen Aus
legung des Abgasstrangs liegen die optimalen Werte für die
die Breite des Gasablenkbleches etwa zwischen 10,5 und 13,5 mm,
was 90 bis 110% des Schutzkorbdurchmessers entspricht und
der Abstand des Gasablenkblechs 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
Abgsstrom reichenden Teils der Lambda-Sonde betragen, da
mit diese auch sicher im Strömungsschatten liegt. Es hat
sich jedoch gezeigt, daß auch mit einem etwas kürzeren Gas
ablenkblech noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wer
den können. Ein Gasablenkblech, dessen Länge die Länge des
in den Abgasstrom reichenden Teils der Lambda-Sonde über
trifft, 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 Gas
ablenkblechs 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 Strö
mungswiderstandes ist es vorteilhaft, wenn das Gasablenk
blech 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 zeigt
Fig. 1 in vergrößerter Form einen Teillängsschnitt
durch ein Abgasrohr mit Ablenkblech und Lambda-
Sonde sowie
Fig. 2 einen schematisierten Querschnitt durch ein Ab
lenkblech und den Sondenschutzkorb.
In die Wandung des Abgasrohres 1 ist die mit einem Innenge
winde versehene Hülse 2 eingeschweißt, in welche 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 darge
stellt ist, befindet sich vor der Lambda-Sonde das Gasab
lenkblech 8, das in diesem Fall Teil der Gewindehülse 2
ist. Es ist jeoch auch möglich, das Gasablenkblech ge
sondert in dem Abgasrohr zu befestigen. Das Gasblenkblech 8
ist zur Verkleinerung des Strömungswiderstandes in Strömungs
richtung des Abgases gesehen konkav geformt. Wie in Fig. 2
deutlich wird, fliegen die im Abgas befindlichen Wasser
tröpfchen 9 an der im Windschatten des Gasablenkblechs 8
gelegenen Lambda-Sonde vorbei, während das Abgas wie durch
die Pfeile 10 dargestellt, hinter dem Gasblenkblech 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 (4)
1. Vorrichtung zur Verlängerung der Lebensdauer und Ver
besserung 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, das 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
es in den Abgasstrom reichenden Teils der Lambda-Sonde be
trägt.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gasablenkblech in Strömungsrichtung der Gase ge
sehen konvex geformt ist.
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