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Title:
PROCESS FOR CONTROLLING THE PROPORTION OF AIR IN A HOT EXHAUST-GAS STREAM, AND OXYGEN PROBE FOR USE IN THE PROCESS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1991/017434
Kind Code:
A1
Abstract:
Described is a process for controlling the air/fuel ratio in a spark ignition engine with at least one cylinder, in particular an automobile engine, which enables a catalytic converter (18), with a probe located in the hot exhaust-gas stream (20) containing carbon monoxide, oxides of nitrogen and carbohydrates, to operate at maximum efficiency. The probe measurement signals are converted by an electronic circuit into mixture-regulation and ignition-control signals. The oxygen content of the exhaust-gas stream (20) is measured in the cylinder combustion chamber, downstream of the outlet valve to the cylinder head, or in the individual exhaust pipes, in the protected zone provided by a smooth, aerodynamically shaped deflection device (40), by a resistive ceramic oxigen probe (24) capable of withstanding temperatures up to about 1300 �C, with a response time in the millisecond range and without a reference atmosphere. The oxygen probe (24) has a conductivity depending on the partial oxygen pressure. It is arranged as a thin diffusion layer, which constitutes the sensing layer (32), made of a semiconductor titanate on a small ceramic substrate (30).

Inventors:
LEISTRITZ KLAUS (CH)
Application Number:
PCT/CH1991/000092
Publication Date:
November 14, 1991
Filing Date:
April 22, 1991
Export Citation:
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Assignee:
LEISTRITZ AG (CH)
International Classes:
B01D53/94; G01N27/04; F02D41/02; F02D41/14; F02M7/00; G01N27/12; G01N27/407; G01N27/416; F02B1/04; F02B75/02; (IPC1-7): F02D41/14; G01N27/56
Foreign References:
DE3743295C11988-07-07
US4096050A1978-06-20
FR2520943A11983-08-05
DE3305706A11983-09-15
US4055792A1977-10-25
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 5, no. 80 (M-70) 26 Mai 1981, & JP-A-56 027831 (MATSUSHITA DENKI SANGYO K.K.) 18 März 1981, siehe das ganze Dokument
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 9, no. 120 (P-358) 24 Mai 1985, & JP-A-60 004850 (NIPPON TOKUSHU TOGYO KK.) 23 Juni 1983, siehe das ganze Dokument
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 10, no. 344 (P-518) 04 Juli 1986, & JP-A-61 147146 (FUIGARO GIKEN KK) 04 Juli 1986, siehe das ganze Dokument
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung des LuftTreibstoffgemisches in einem Ottomotor mit wenigstens einem Zylinder, insbe¬ sondere in einem Automobilmotor, zum optimalen Einsatz eines Katalysators (18) mit einer Sonde, welche der Bestimmung des Luf verhältnisses (λ) in einem heissen Abgasstrom (20) mit Kohl enmonoxid, Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen dient, wobei die Messignale der Sonde mit einer Elektronik (28) in Steuersignale für Gemischaufbereitung und Zündung umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt des Abgasstroms (20) im Verbren¬ nungsraum der Zylinder, nach dem Austrittsventil in den Zylinderköpfen oder in den Einzelrohren gemessen wird, im Schutzbereich einer glatten, aerodynami sehen Ablenk¬ einrichtung (40) mit einer resistiven keramischen Sauerstoffsonde (24) einer Wärmebeständigkeit bis etwa 1300βC und einer Einstellzeit im Millisekundenbereich ohne Vergleichsatmosphäre gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt mit einer Sauerstoffsonde (24) einer Einstellzeit von 1 bis 20 msec, vorzugsweise 3 bis 15 msec, bei einer Temperatur bis 1200βC, vorzugs¬ weise 900 bis 1100βC, gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Sauerstoffanteil unmittelbar nach der Eintrittsδffnung in die Einzelrohre (12) gemessen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoffsonde (24) mit vom Sauerstoffpartial druck abhängiger, spezifischer elektrischer Leitfähig¬ keit als dünne Diffusionsschicht (32) aus einem halb¬ leitenden Titanat auf einem kleinen Keramikträger (30), im Windschatten einer aerodynamischen, stromab wenig¬ stens teilweise offenen Ablenkfläche (40) im Verbren¬ nungsraum des Zylinders, nach dem Austrittsventil in den Zyl i nderkδpfen oder in den Einzel röhren (12) ange¬ ordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sauerstoffabsorbierende Diffusionsschicht, die Sensorschicht (32) aus Calcium, Strontium oder Ba riu titanat besteht, eine flächige Ausdehnung von 0,5 bis 10 mm2 und eine Dicke von vorzugsweise 1 bis 20 μm, insbesondere 5 bis 10 μm, hat.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die sauerstoffabsorbierende Diffusions¬ schicht (32) einer neu eingebauten oder ausgewechselten Sauerstoffsonde (24) die im Abgasstrom (20) vorhandenen Verunreinigungen in Gleichgewichtskonzentration ent¬ hält.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffsonde (24) mit einem Heizmäander (36) und/oder einem Temperatursensor (38) ausgerüstet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoffsonde (24) und Ablenk¬ fläche (40) als gemeinsames Einbaumodul ausgestaltet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkfläche (40) aus einem hitzebeständigen, korrosionsfesten Metallblech besteht und unmittelbar nach der Eintrittsδffnung wärmeleitend mit einem Einzelrohr (12) der Auspuffanlage (10) ver¬ bunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkfläche (40) dachförmig ausgebildet mit etwa senkrecht zur Wandung verlaufendem First (42) verläuft, auch mit konkav verlaufenden Dach¬ flächen, oder als Spitzhut oder als Halb bis Dreivier¬ telkugel ausgebildet ist, wobei die stromab liegenden Ränder (46) auch nach innen oder nach aussen umgebogen sind.
Description:
Regelung des Luftverhäl nisses in einem heissen Abgasstrom und Sauerstoffsonde dazu

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Luft-Treibstoffgemisches in einem Ottomotor mit wenig¬ stens einem Zylinder, insbesondere in einem Automobilmotor, zum optimalen Einsatz eines Katalysators mit einer Sonde, welche der Bestimmung des Luftverhältnisses in einem heis¬ sen Abgasstrom mit Kohlenmonoxid, Stickoxiden und Kohlen¬ wasserstoffen dient, wobei die essignale der Sonde mit einer Elektronik in Steuersignale für Zündung und Gemisch¬ aufbereitung umgewandelt werden. Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah¬ rens.

Ein Ottomotor, ein Motor mit einem Fremdzünder, z.B. ein Automobil benzi nmotor, ein stationärer Benzinmotor oder ein Zweitaktbenzinmotor, erzeugt im wesentlichen Kohlendioxid, aber auch Kohl enmonoxid, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe, welche an die Umgebung abgegeben werden. Während es sich beim Kohlenmonoxid und bei den Stickoxiden um chemisch de¬ finierte Verbindungen handelt, umfassen die Kohlenwasser¬ stoffe eine grosse Anzahl von Verbindungen.

Insbesondere bei Automobilmotoren werden heute zunehmend strenge Abgasnormen aufgestellt, welche nur geringe Rest¬ mengen an den erwähnten schädlichen Gasen zulassen. Bei der Abgasreinigungstechnologie von mit Benzin betriebenen Otto¬ motoren spielen über eine Lambda-Sonde gesteuerte Katalysa¬ toren eine zentrale Rolle, insbesondere Dreiwege-Katalysa¬ toren, länderspezifisch jedoch auch Oxidations- und/oder Doppelbett-Katalysatoren. In einer Reihe von chemischen Reaktionen werden beispielsweise im Dreiwege-Katalysator die schädlichen Abgaskomponenten, insbesondere auch die heterogenen Kohlenwasserstoffe, mit einem Wirkungsgrad von etwa 90% zu Wasser, Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser-

stoff umgesetzt,

Die gleichzeitige Reaktion der schädlichen Abgase Kohlenmo- noxid, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe setzt voraus, dass ein Verhältnis des Luft-Treibstoffgemisches um den stöchio- metrischen Wert = 1 in engen Grenzen eingehalten wird. Lambda wird auch als Luftverhältnis bezeichnet:

Λ _ zugeführte Luftmenge theoretischer Luftbedarf

Bei λ < 1 spricht man von einem fetten, bei λ - 1 von einem mageren Gemisch.

Eine Lambda-Sonde gibt ein Spannungssignal an eine elektro¬ nische Steuerung ab, die ihrerseits einem Gemischbildner signalisiert, ob das Gemisch angefettet oder abgemagert werden soll. Die Aenderung des Luft-Treibstoffgemisches darf jedoch nicht sprunghaft erfolgen, ein Integrator än¬ dert die Gemischzusammensetzung und allenfalls den Zünd¬ zeitpunkt langsam über eine Zeitfunktion. So schwankt das Luft-Treibstoffgemisch auch im optimalen Betrieb ständig wenige Prozent um λ = 1.

Nach dem heutigen Stand der Technik sind Lambda-Sonden etwa Im strömungsabwärts hinter dem Auspuffkrümmer, bei mehr- zyli ndrigen Motoren im Sammelrohr, in Strömungsrichtung der Abgase vor dem Katalysator, angeordnet.

Eine Lambda-Sonde arbeitet nach dem Prinzip einer galvani¬ schen Sauerstoffkonzentrationszelle mit einem Festkörper¬ elektrolyten aus Zi rkondioxid, das mit Yttriumoxid stabili¬ siert ist. Der Festkörperelektrolyt ist mit einem Metallge¬ strick - auch Metallkorb genannt - geschützt, das die Wucht des heissen Abgasstroms dämpft. Die Aussenfläche des Fest¬ körperelektrolyten wird vom Abgas umspült, während der in¬ nere offene Raum mit der Aussenluft als Referenzgas in . e r-

bindung steht.

Trotz ihrer offensichtl chen Vorteile weist eine Lambda- Sonde auch Nachteile auf:

Sie arbeitet erst ab Temperaturen von etwa 400 β C. Wäh¬ rend der kritischen Zeit bis zur Erwärmung des Kataly¬ sators wird das Luft-Treibstoffgemisch nicht geregelt oder die Lambda-Sonde uss vorgeheizt werden.

Die maximale Dauerbetriebstemperatur liegt bei etwa 800 β C. Die Sonde muss in Strömungsrichtung relativ weit hinten, in einem kühleren Bereich im Sammel ohr, ange¬ bracht werden.

Die Lambda-Sonde hat eine Ansprechzeit von 50 bis 100 msec, was zusammen mit der langen Totzeit des Abgases bis zum Erreichen der Sonde eine für hochtourig drehen¬ de Motoren sehr lange Reaktionszeit ergibt.

Die mit einem Metal 1 gestrick bzw. einem Metallkorb ver¬ sehene Lambda-Sonde hat einen hohen Wirkungsquerschnitt und stört deshalb den Abgasstrom stark.

In der CH-A5 666 724 wird eine Lambda-Sonde beschrieben, welche einen aus dem Abgasstrom zurückgezogenen Festkörper¬ elektrolyten hat. Die auf einer rohrförmigen Halterung auf¬ gesetzte Lambda-Sonde wird wohl weniger rasch überhitzt und stört den Abgasstrom nicht, durch die Rückversetzung wird sie jedoch in bezug auf die Reaktionszeit noch träger, der ungehindert durchfl iessende Abgasstrom umspült den Festkör¬ perelektrolyten nicht mehr direkt, sondern erst nach dem Durchtritt eines abgezweigten Teil Stroms durch eine ver- häl tni smässig kleine Oeffnung.

Die DE.C1 3743295 soll vermeiden, dass beim Kaltstart auf eine beheizte Lambda-Sonde auftreffende Flüssigkeitströpf-

chen die Sondenkeramik zerstören können. Auch soll die Re¬ präsentanz der von der Lambda-Sonde abgegeben Signale ver¬ bessert werden. Dazu wird stromauf der Lambda-Sonde ein Gasablenkblech derart angeordnet, dass die Lambda-Sonde im Strömungsschatten liegt. Die mit einem verhäl tni smässig grossen Korb geschützte Lambda-Sonde an sich bekannter Bau¬ art ist im Sammelrohr der Auspuffanlage angeordnet und er- fasst einen Teil des gesamten Abgasstromes aller Zylinder in einem Bereich mit schon verhäl tnismässig niedriger Gas¬ temperatur.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, welche eine selektivere Motorsteuerung mit wesentlich schneller als die bisher üblich ansprechenden Sonden und zugeordneter Steuerelektro¬ nik erlauben.

In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erffndungsge- mäss dadurch gelöst, dass der Sauerstoffgehalt des Abgas¬ stroms im Verbrennungsraum der Zylinder, nach dem Aus¬ trittsventil in den Zylinderköpfen, oder in den Einzelroh¬ ren gemessen wird, im Schutzbereich einer glatten, aerody¬ namischen Ablenkeinrichtung mit einer resistiven kerami¬ schen Sauerstoffsonde einer Wärmebeständigkeit bis etwa 1300°C und einer Einstellzeit im Millisekundenbereich ohne Vergleichsatmosphäre gemessen wird. Spezielle und weiter¬ bildende Ausführungsformen sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

Die im zylinderselektiven Abgasstrom angeordnete Ablenkein¬ richtung erfüllt gleichzeitig mehrere Funktionen:

Sie bildet einen Hitzeschild für die Sauerstoffsonde, welcher vor der direkten Einwirkung der explosionsartig erzeugten und mit hoher Geschwindigkeit abfl iessenden Abgase sehr hoher Temperatur schützt. Die in bezug auf

die Strδmungsrichtung der Abgase stromab wenigstens teilweise offene Ablenkeinrichtung gewährleistet je¬ doch, dass die Sonde stets direkt und unver ischt von einem Teil des Abgasstroms umspült ist. Mit einer in einer vollständig oder weitgehend geschlossenen Ablenk¬ einrichtung angeordneten Sauerstoffsonde würde der Vor¬ teil einer schnellen Ansprechzeit wenigstens teilweise wieder aufgehoben, ähnlich wie mit einer Anordnung der Sonde ge äss der CH-A5 666724.

Die metallische Ablenkeinrichtung entzieht dem im Ab¬ gasstrom gelegenen Schutzbereich für die Sauerstoffson¬ de Wärme und leitet diese nach aussen ab. Dadurch wi d der Hitzeschutz weiter verbessert.

Der Abgasstrom wird dank der kleinen Dimensionen der Sonde durch die klein ausgebildete, glatte, aerodynami¬ sche Ablenkeinrichtung auch in Einzelrohren nur unwe¬ sentlich gestört und beeinträchtigt daher den Wirkungs¬ grad des Motors nicht oder nur unmerklich.

Eine übliche Lambda-Sonde mit notwendigem Schutzkorb könnte aus rein geometrischen Gründen nicht in einem Einzel röhr angeordnet werden und würde trotz Ablenkblech die hohen Temperaturen des erfindungsgemässen Verfahrens niemals aus¬ halten.

Vorzugsweise wird der Sauerstoffgehalt erfindungsgemäss mit einer Einstellzeit von 1 bis 20 msec, vorzugsweise 3 bis 15 sec, gemessen. Mit einer Ansprechzeit der resistiven Sauerstoffsonde von wenigen Millisekunden kann selbst bei hochtourigen Motoren, beispielsweise von 6000 Umdrehungen pro Minute, das Luft-Treibstoffgemisch jedes einzelnen Kol¬ benhubes gemessen und eingestellt werden. Für dynamische Fahrsituationen, insbesondere bei der Beschleunigung, kann mit nachgeschaltetem Katalysator der Treibstoffverbrauch und damit die Emission von schädlichen Abgasen auf ein Mi-

nimum beschränkt werden. Dies ist in erster Linie in der Kaltstartphase von grosser Bedeutung, während welcher eine kurze Ansprechzeit wesentlich ist.

Die hohe Wärmebeständigkeit des ohne Vergleichsatmosphäre arbeitenden Sauerstoffsensors erlaubt im Zusammenwirken mit der glatten, aerodynamischen Ablenkvorrichtung, dass der Sauerstoffgehalt im Verbrennungsraum der Zylinder, nach dem Austrittsventil in den Zylinderköpfen oder in den Einzel¬ rohren des AuspuffSystems gemessen werden kann. Von beson¬ derem praktischem Interesse ist die Messung des Sauerstoff¬ verhältnisses unmittelbar nach der Eintrittsöffnung eines Einzelrohrs der Auspuffanl age. Erst diese, ausserhalb des Wirkungsbereichs von herkömmlichen Lambda-Sonden liegenden Messpositionen erlauben eine zylinderselektive Steuerung, also die Optimierung der Verbrennung in jeden Zylinder.

Der Vollständigkeit halber sei nochmals erwähnt, dass der Sauerstoffgehalt des Abgasstroms mit klassischen Lambda- Sonden nur im Sammelrohr der Auspuffanl age gemessen werden kann.

In der Regel ist dank der Ablenkeinrichtung selbst an sehr heissen Stellen des Motors eine Wärmebeständigkeit, der Sau¬ erstoffsonde bis etwa 1300 β C ausreichend. Im erwähnten be¬ vorzugten Messbereich für den Sauerstoffgehalt, dem Ein¬ trittsbereich in die Einzelrohre, liegt die Temperatur in der Regel bei 900 bis 1100'C.

Obwohl resistive keramische Sauerstoffsonden schon bei einer Temperatur von 20 β C reagieren, ist eine Anordnung in heissen bis sehr heissen Abgasen vorteilhaft, weil dann die Totzeit nach der Zündung der Gase bis zum Erreichen der Sauerstoffsonde durch die Abgase am geringsten ist und die zur Regelung des Luft-Treibstoffgemisches optimale Dauer¬ temperatur der Sauerstoffsonde für die Einstellung des Sau- erstoffgehalts rasch erreicht wird.

Zur weiteren Vereinfachung des Messverfahrens trägt bei, dass eine resistive, ohne Vergleichsatmosphäre arbeitende Sauerstoffsonde neben hohen Temperaturen auch hohen Drücken widersteht, ohne dass die schnelle Ansprechzeit i -Milli- sekundenbereich zu beeinflusst wird.

In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsge- mäss dadurch gelöst, dass eine Sauerstoffsonde mit vom Sauerstoffpartial druck abhängiger, spezifischer elektischer Leitfähigkeit als dünne Diffusionsschicht aus einem halb¬ leitenden Titanat auf einem kleinen Keramikträger, im Wind¬ schatten einer aerodynamischen, stromab wenigstens teilwei¬ se offenen Ablenkfläche im Verbrennungsraum des Zylinders, nach dem Austrittsventil in den Zylinderköpfen oder in den Einzel röhren angeordnet ist. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen sind Gegenstand von abhängigen Patentan¬ sprüchen.

Die aktive Schicht des Sauerstoffsensors hat vorzugsweise eine flächige Ausdehnung von 0,5 bis 10 mm 2 und eine Dicke von 1 bis 20 μm, insbesondere 5 bis 10 μm. Der Auf¬ trag erfolgt vorzugsweise mittels Dünn- oder Dickfilmtech- nol ogie.

Ein Sauerstoffsensor mit kleinen Dimensionen, welcher an sich bekannt ist und auf dem Markt angeboten wird, ist aus mehreren Gründen von wesentlicher Bedeutung:

Die Sensoreinstellzeit ist abhängig von der Schicht¬ dicke, sie ist umso kürzer, je dünner die Schicht ist.

Das Strδmungsverhal ten der Abgase soll durch die Sauer¬ stoffsonde möglichst wenig gestört werden. Dies kann mittels einer Ablenkfläche umso besser realisiert wer¬ den, je kleiner der zu schützende Sensor ist. Je näher die Sauerstoffsonde beim Verbrennungsraum angeordnet ist, desto wichtiger sind Strδmungsoptimierungen und

damit eine wirksame erf ndungsgemässe Kombination von Ablenkfläche und Sauerstoffsonde zur Erzeugung einer homogenen Umströmung.

Kleinere Sauerstoffsonden und damit kleinere Ablenk¬ flächen verursachen weniger Herstel 1 ungs- und Montage¬ kosten.

Die proportional zum Partial druck sauerstoffabsorbierende Diffusionsschicht besteht bevorzugt aus Calcium-, Stron¬ tium- oder Bariumtitanat mit an sich bekannten Dotiermate¬ rialien. Das Leitf higkeitsverhalten in Funktion des Sauer- stoffpartial druck ergibt sich aus einer Konzentrationsän¬ derung atomarer Fehlstellen. Diese elektrische Leitfähig¬ keit erfordert wegen ihrer direkten Abhängigkeit vom Sauer- stoffpartialdruck keine Vergleichsatmosphäre.

Neu eingebaute oder ausgewechsel e Sauerstoffsonden haben vorteilhaft eine sauerstoffabsorbierende Diffusionsschicht, welche die im Abgasstrom vorhandenen Verunreinigungen be¬ reits enthält. Damit besteht von allem Anfang an ein Gleichgewicht, was auch bei einer Neubestückung sofort eine optimale Einstellung des Sauerstoffgehalts erlaubt.

Die Sauerstoffsonde und die Ablenkfläche sind vorteilhaft als gemeinsames Einbaumodul ausgestaltet, das fest instal¬ liert oder bevorzugt auswechselbar ist.

Die Ablenkfkäche wird aus einem hitzebeständigen und korro¬ sionsfesten Material, das auch abriebfest ist, gebildet, vorzugsweise aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff, welcher zur Verminderung des Strömungswiderstan¬ des glatt und aerodynamisch geformt ausgebildet ist. Ein z.B. die Ablenkfläche bildendes metallisches, zweckmässig aus einem wärmeleitenden Stahl oder einer Kupferlegierung bestehendes Ablenkblech ist vorzugsweise wärmeleitend mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf oder einem Einzel röhr

der Auspuffanlage verbunden.

Der Windschatten kann durch mannigfaltige Ausgestaltung der Ablenkfläche variiert werden. Diese kann an die Wandung an¬ gelenkt sein und so die glatte aerodynamische Ablenkein¬ richtung bilden. Nach weiteren Varianten ist die Wandung nicht Bestandteil der Ablenkeinrichtung, diese ist vorzugs¬ weise als Satteldach, Spitzhut, Halb- bis Drei iertelkugel oder dgl . ausgebildet.

Die wesentlichsten Vorteile der Erfindung liegen - kurz nochmals zusammengefasst - darin, dass

eine von einer glatten, aerodynamischen Ablenkeinrich¬ tung geschützte Sauerstoffsonde mit hoher Wärmebe¬ ständigkeit und einer Ansprechzeit im Millisekundenbe¬ reich eine zylinderselektive Steuerung erlaubt, ohne Vergleichsatmosphäre gemessen werden kann, und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert wird.

Die glatte, aerodynamische Ablenkeinrichtung, mit oder ohne Sauerstoffsonde, kann vormontiert oder nachgerüstet werden.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell¬ ten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von ab¬ hängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Auspuff- a l age,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Sauer¬ stoffsonde,

Fig. 3 ein aufgeschnittenes Einzelrohr mit einer geschützten Sonde,

Fig. 4 eine aufgeschnittene Seitenansicht von Fig. 3,

Fig. 5 eine aufgeschn ttene Draufsicht auf Fig. 3, und

Fig. 6 - 9 Varianten von glatten, aerodynamischen Ab¬ lenkvorrichtungen mit einer Sauerstoffsonde.

Eine in Fig. 1 dargestellte Auspuffanl age 10 umfasst vier Einzelrohre 12, welche an einen Motorflansch 14 befestigt sind. Die Einzelrohre 12 vereinigen sich zu einem Auspuff¬ krümmer 16, einem Sammelrohr.

Der Auspuffkrümmer 16 mündet in einen Dreiwege-Katalysator 18, welcher mit einem Wirkungsgrad von etwa 90% mit den im heissen Abgasstrom 20, mit einem Pfeil dargestellt, wegen nicht stöchio etri scher Verbrennung entstandenen Anteilen von Kohl enmonoxid, Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen zu unschädlichen Gasen reagiert.

Eine Lambda-Sonde 22 üblicher Bauart wäre im Bereich vor dem Dreiwege-Katalysator 18 angeordnet, wo die Temperatur des Abgasstroms auf wenigstens etwa 800°C, in der Regel et¬ wa 600°C gesunken ist.

Die Auspuffanlage gemäss Fig. 1 enthält jedoch keine übli¬ che Lambda-Sonde 22, sondern vier, wie in den Fig. 3 bis 9 im Detail gezeigt, durch eine glatte, aerodynamische Ab¬ lenkeinrichtung geschützte, resistive keramische Sauer- stoffsonden 24 mit hoher Wärmebeständigkeit und zylinder¬ spezifischer Einstell zeit von etwa 5 msec.

Lambda-Sonden 22 üblicher Bauart wären im Bereich der Ein¬ zelrohre 12, insbesondere benachbart dem Motorflansch 14, nicht mehr funktionsfähig und würden wegen zu hoher Tempe¬ ratur zerstört, wenn man sie aus geometrischen Gründen überhaupt einbauen könnte.

Von jedem der vier Sauerstoffsonden 24 führt ein elektri¬ scher Leiter 26 zur Elektronik bzw. elektronischen Schal-

tung 28, wo die Messignale in Steuersignale für die nicht dargestellten Gemischaufbereitung und Zündung umgewandelt werden.

Eine Sauerstoffsonde 24 wird in Fig. 2 im Detail gezeigt. Auf einem Keramikträger 30 der Abmessungen ab 5 x 4 x 0,8 mm ist eine dünne Diffusionsschicht aus Strontiumtitanat, der Sauerstoffsensor 32, aufgetragen. Diese im vorliegenden Fall mit Hilfe der Dickfilmtechnologie, insbesondere einer Siebdrucktechnik, hergestellte Diffusionsschicht hat eine Oberfläche von etwa 6 bis 8 mm 2 und e ne - übertrieben stark gezeichnete - Dicke von etwa 8 bis 10 μm. Ein auf das Aluminiumoxidsubstrat aufgetragenes, feinkörniges Titanke¬ ramikpulver wird eingebrannt. Die elektrische Kontaktierung mit der Diffusionsschicht 32 erfolgt über eine dünne Edel- metallbeschichtung, welche vorgängig ebenfalls mittels Siebdrucks aufgebracht wird.

Für die Herstellung einer dünneren Diffusionsschicht 32 kann auch eine an sich bekannte Dünnschichttechnologie an¬ gewandt werden.

Der Betriebsstrom der Sauerstoffsonde 24 wird über elek¬ trische Kontakte durch die ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit des Sauerstoffpartial drucks wechselnde Diffu¬ sionsschicht geleitet. Der Betriebsstrom ist bevorzugt ein Gleichstrom. Bei einem Automotor kann die üblich Fahrzeug¬ batterie ohne Umwandlungseinheiten als Stromquelle verwen¬ det werden.

Unterhalb des Keramikträgers 30 sind nur ansatzweise ge¬ zeigte, mäanderförmig geführte Heizschicht 36 und Tempera¬ tursensor 38 ersichtlich. Mit einer vorzugsweise ebenfalls von der Fahrzeugbatterie bezogenen Heizleistung von bis zu 5W kann die Diffusionsschicht 32 durch elektrische Wider¬ standsheizung auf eine Temperatur von etwa 600 β C erwärmt werden. Wie bereits erwähnt, ist dies jedoch bei der vor-

liegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung, weil die Sauerstoffsonde eine tiefe Ansprechtemperatur hat und in einem Bereich hoher Temperatur angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt einen vergrδsserten Ausschnitt aus Fig. 1, je¬ doch mit einem aufgeschnittenen Einzel röhr 12. In der Nähe des Motorfl anschs 14, beim Eintritt des Abgasstroms 20 in das Einzelrohr 12, ist ein dachförmig ausgebildetes Leit¬ blech 40 angeordnet, welches die Sauerstoffsonde 24 vor der direkten Einwirkung durch den Abgasstrom 20 schützt und einen Windschatten bildet. Dieser erlaubt eine homogene, aber sich dauernd erneuernde U spülung der Sauerstoffsonde 24. Der Abschirmeffekt kann durch die Anordnung eines sich bis zum senkrecht zum Rohr verlaufenden First 42 er¬ streckenden Seitenblechs 44 noch verbessert werden.

Aus den Fig. 4 und 5 ist der durch das dachförmige Ablenk¬ blech 40 verliehene Schutz der Sauerstoffsonde 24 noch bes¬ ser ersichtlich. Die stromab liegenden Ränder 46 des Ab¬ lenkblechs 40 sind nach aussen umgebogen. Dies behindert den Abgasstrom 20 nicht wesentlich, trägt jedoch zu einer homogenen Umströmung der Sauerstoffsonde bei.

In einem Einzel röhr 12 gemäss Fig. 6 ist ein dachförmig ausgebildetes Ablenkblech 40 für eine Sauerstoffsonde 24 angeordnet, das konkav nach aussen geformt verläuft.

Im Bereich der unteren Ränder 46 des Ablenkblechs 40 weist das Einzel röhr 12 eine Ausbauchung 48 auf. Dadurch kann vermieden werden, dass durch das beidseits verhältni smässig weit ausladende Ablenkblech 40 wegen der Verengung der lichten Weite ein Abgasstau entsteht, welcher die Leistung des Motors vermindern würde.

Im nach Fig. 7 ebenfalls dachförmig ausgebildeten Ablenk¬ blech 40 zur Bildung eines Windschattens für einen Sauer¬ stoffsensor 24 sind die unteren Ränder 46 nach innen einge-

rol l t.

Das Ablenkblech 40 gemäss Fig. 8 ist weitgehend kugelför¬ mig, mit einer stromab liegenden Oeffnung, ausgestaltet.

In Fig. 9 schliesslich ist das Ablenkblech 40 als Spitzhut ausgebildet. Stromab ist ein Gegenstück 50 zum Ablenkblech 40 angeordnet, ebenfalls in Form eines Spitzhuts. Dadurch kann der an sich schon geringe Eingriff in die Strömungs¬ verhältnisse durch die Anordnung eines Ablenkblechs noch vermindert werden. Selbstverständl ch können solche Gegen¬ stücke auch bei dachförmig oder anders gestalteten Ablenk¬ blechen ausgebildet sein.