DE19832098C2

DE19832098C2 - Sauerstoffühler

Info

Publication number: DE19832098C2
Application number: DE19832098A
Authority: DE
Inventors: Jens Stefan Schneider; Harald Neumann; Frank Stanglmeier; Bernd Schumann; Thomas Moser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP4445605B2; DE19832098A1; JP2000046789A; US6276191B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Sauerstoffühler zur Erfas sung der Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom einer Ver brennungsmaschine mit einer zur Abgasseite freiliegenden Außenelektrode und einer zu einer Referenzatmosphäre oder zur Umgebungsluft freiliegenden Referenzelektrode.

Ein solcher Sauerstoffühler ist beispielsweise in dem US- Patent 5 531 879 beschrieben. Bei einem solchen, als λ- Sonde eingesetzten Sauerstoffühler besteht das Problem, daß sich die Sensorkennlinie durch Feuchtigkeit, eingedrun genes Abgas oder Rückstände in oder auf dem Gehäuse oder referenzseitigen Montageteilen bei der Erhitzung des Sauer stoffühlers verschiebt. Diesem als CSD-Verhalten (engl. characteristic shift down) genannten Phänomen begegnet man bei dem in der oben genannten US-Patentschrift vorge schlagenen Sauerstoffühler, indem man für die Referenze lektrode ein Metall, z. B. Gold oder eine Gold-Platin-Legie rung verwendet, das nicht katalytisch aktiv ist.

Bei anderen Sauerstoffühlern des Standes der Technik wird das CSD-Verhalten dadurch vermieden, daß entweder die Referenzseite komplett von der Abgasseite abgedichtet wird, oder daß eine aktive Pt- oder Pt/Pd-Elektrode oder - Bauteile auf der Referenzseite ausgeheizt werden. Sämtli che im Stand der Technik bekannte Maßnahmen zur Vermei dung des CSD-Problems sind entweder kompliziert oder teuer.

Vorteile und Aufgaben der Erfindung

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht so mit darin, einen zur Verwendung als λ-Sonde im Kraftfahr zeug geeigneten Sauerstoffühler zu ermöglichen, bei dem die CSD-Problematik durch einfache und kostengünstige Mittel beseitigt wird.

Obige Aufgabe wird gemäß einem ersten bevorzugten Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, daß ein die Referenze lektrode umgebender oder ein an die Referenzelektrode an schließender Raum ein Adsorbens und/oder Absorbens auf weist. Das verwendete Adsorbens/Absorbens kann entwe der in Form einer losen Pulverschüttung, in Form von Pel lets, als Ringe oder als Zwischenschicht in einer Dichtpac kung oder an sonstigen geeigneten referenzseitigen Monta gestellen eingebracht sein.

Ein solches Adsorber-/Absorbermaterial ist bei ausrei chender Temperaturfestigkeit in der Lage referenzseitig ein gedrungenes H₂O, CO, Kohlenwasserstoff o. ä. aufzuneh men und zu binden.

Besonders sind Zeolithe als Adsorber-/Absorbermaterial geeignet. Zeolithe haben sich bereits in vielerlei Hinsicht technisch als Adsorbtions-/Absorbtionsmittel aufgrund ihrer besonders großen inneren Hohlräume, die über untereinan der gleich große Porenöffnungen zugänglich sind, als geeig net erwiesen.

Der Vorteil eines erfindungsgemäß durch das einge brachte Zeolithmaterial realisierten Sauerstoffühlers besteht insbesondere darin, daß die Referenzelektrode weiterhin aus einem katalytisch wirkenden Metall bestehen kann.

Ein zweiter erfindungsgemäß realisierter Sauerstoffühler ist dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzelektrode oder referenzseitige Montageteile wenigstens ein Material auf weisen, das zusätzlichen Sauerstoff für die Verbrennung von eingedrungenem Abgas oder herstellungsbedingter Rück stände auf der Referenzseite liefert.

Bevorzugte Beispiele für solche Materialien sind Mn- Oxid, Ba-Oxid oder Ce-Oxid, die z. B. als Lösung, als Pel lets oder Pastenbestandteile eingesetzt werden können. Die gemäß dem zweiten bevorzugten Aspekt vorgeschlagene Maßnahme, die Referenzelektrode oder referenzseitige Montageteile mit wenigstens einem Material zu versehen, das zusätzlichen Sauerstoff für die Verbrennung von einge drungenem Abgas oder herstellungsbedingter Rückstände auf der Referenzseite liefert, läßt sich auch besonders nutz bringend mit dem gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt vorgeschlagenen Einbringen oder Verbauen eines Adsorber-/Absorbermaterials kombinieren. Somit vermei det ein erfindungsgemäß realisierter Sauerstoffühler ferti gungsbedingte und/oder funktions- oder konstruktionsbe dingte CSD-Effekte.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung nä her erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in Form eines schematischen Längsschnitts eine er ste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sauerstof fühlers mit Adsorber-/Absorbermaterial in Form einer losen Pulverschüttung oder in Form von Pellets;

Fig. 2 in gleichartiger Darstellung eine zweite Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Sauerstoffühlers, bei dem Zeolith in Form von Ringen eingebracht ist;

Fig. 3 in gleichartiger Darstellung eine dritte Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Sauerstoffühlers, bei dem Zeolith in kombinierter Form als Innenring in einem Keramikkörper und als Zwischenschicht in einer Dichtpac kung eingebracht ist; und

Fig. 4 in gleichartigem Längsschnitt ein viertes Ausfüh rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sauerstoffühlers, bei dem die Referenz- bzw. Innenelektrode ein Material ent hält, das zusätzlichen Sauerstoff für die Verbrennung von eingedrungenem Abgas oder herstellungsbedingter Rück stände auf der Referenzseite liefert.

Ausführungsbeispiele

Die in den Fig. 1 bis 4 in Form schematischer Längs schnitte gezeigten, allgemein mit der Ziffer 10 bezeichne ten, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele haben die folgenden Merkmale gemeinsam:
Ein zylindrischer Keramikkörper 11 weist an der Außen seite seines zur Abgasseite hin freiliegenden abgasseitigen Endes eine Außenelektrode 12 aus einem katalytischen Edelmetall, wie z. B. Platin auf. Auf der Innenseite des zy lindrischen Keramikrohrs 11 befindet sich eine Referenz- bzw. Innenelektrode 13 (Fig. 1-3) (bzw. 23 aus modifizier tem Material; Fig. 4). Anschlußseitig ist die Außenelektrode 12 durch einen Verbindungsanschluß 15 mit einer nicht nä her bezeichneten Verbindungsleitung verbunden, während die Referenz- bzw. Innenelektrode 13 bzw. 23 durch einen zweiten Verbindungsanschluß 14 bzw. 25 mit einer weiteren nicht näher bezeichneten Verbindungsleitung verbunden ist. Die Verbindungsleitungen sind durch eine Tülle 20 am an schlußseitigen Ende des Sauerstoffühlers geführt. Ein im wesentlichen zylindrisches Außengehäuse 9, das beispiels weise in Form eines Zündkerzenschraubsockels gestaltet sein kann, dient zur mechanischen Stabilisierung des Sauer stoffühlers 10 sowie dazu, diesen in einen geeigneten (nicht gezeigten) Aufnahmering in das Abgasrohr einzusetzen. Ein abgasseitig offenes Schutzrohr 21 umgibt das ins Abgasrohr ragende Ende des Sauerstoffühlers 10, und das anschlußsei tige Ende liegt innerhalb einer mit dem Außengehäuse 9 verbundenen metallischen Hülse 19, durch deren Ende die elektrischen Verbindungsleitungen führen. Im Außengehäuse 9 ist ein Dichtungsring 16 gelagert, der die Abgasseite von der Referenzseite abdichtet.

In Fig. 1 ist das bevorzugt aus Zeolith bestehende Adsor ber-/Absorberniaterial in Form einer losen Pulverschüttung 17 oder in Form von Pellets in den an die Referenzelektrode 13 anschließenden Raum eingebracht. Dieser Raum ist zur Anschlußseite hin durch einen luftdurchlässigen Ring 18 ab geschlossen.

In Fig. 2 ist ein bevorzugt aus Zeolith bestehendes Adsor ber-/Absorbermaterial in Form zweier den an die Referenze lektrode 13 anschließenden Raum begrenzender Ringe 22 eingebracht.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungs gemäßen Sauerstoffühlers weist eine Kombination eines an die Referenzelektrode 13 anschließenden Rings 25 mit einer Zwischenschicht 24 einer nicht näher bezeichneten Dicht packung auf.

Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine modifizierte Innenelektrode 23 auf, die zusätzlichen Sauer stoff für die Verbrennung von eingedrungenen Abgas oder herstellungsbedingter Rückstände auf der Referenzseite lie fert. Das Material der modifizierten Innenelektrode kann aus Co-Oxid, Pr-Oxid oder Tb-Oxid bestehen, bevorzugt aber aus Mn-Oxid, Ba-Oxid oder Ce-Oxid und in Lösungsform, Pelletform oder als Paste auf die Innenelektrode aufgetragen sein. Bei den hier aufgezählten Oxiden handelt es sich je weils um die sauerstoffreiche Form, die dann ggf. zu einem sauerstoffärmeren Oxid reduziert wird:
z. B. CeO₂ → Ce₂O₃
oder BaO₂ → BaO
Oder Co₂O₃ → CoO.

Wie schon erwähnt, kann das in Fig. 4 gezeigte Ausfüh rungsbeispiel auch mit den in den Fig. 1-3 gezeigten Aus führungsbeispielen kombiniert werden, d. h. daß eine bevor zugt mit Mn-Oxid, Ba-Oxid oder Ce-Oxid modifizierte In nenelektrode 23 und zusätzlich z. B. eine Zeolithpulver schüttung gemäß Fig. 1 vorgesehen sein können. Schließ lich lassen sich auch die Merkmale gemäß den Fig. 1-3 mit einander kombinieren.

Claims

1. Sauerstoffühler zur Erfassung der Sauerstoffkon zentration im Abgasstrom einer Verbrennungsma schine mit einer zur Abgasseite freiliegenden Außen elektrode (12) und einer zu einer Referenzatmosphäre oder zur Umgebungsluft freiliegenden Referenzelek trode (13, 23), dadurch gekennzeichnet, daß ein die Referenzelektrode umgebender oder ein an die Refe renzelektrode (13) anschließender Raum ein Adsor bens und/oder Absorbens (17; 22; 24; 25) aufweist.

2. Sauerstoffühler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Adsorbens/Absorbens in Form einer losen Pulverschüttung (17) eingebracht ist.

3. Sauerstoffühler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Adsorbens/Absorbens in Form von Pellets (17) eingebracht ist.

4. Sauerstoffühler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Adsorbens/Absorbens in Form eines oder mehrerer Ringe (22, 25) eingebracht ist.

5. Sauerstoffühler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Adsorbens/Absorbens als Zwischen schicht (24) in einer Dichtpackung eingebracht ist, die die Abgasseite von der Referenzseite abdichtet.

6. Sauerstoffühler nach einem oder mehreren der vor angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß