DE19524018A1 - Abgassensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Abfühlen oder Detek­ tieren von Abgas von einem Verbrennungsmotor.

Die Erfindung entstand während Entwicklungsbemühungen, die darauf gerichtet waren, Ausfall- oder Standzeiten für große, stationäre Industrieverbrennungsmotoren zu vermin­ dern, die über lange Zeitintervalle hinweg kontinuierlich betrieben werden. Solche Motoren erzeugen bis zu Tausen­ den von Pferdestärken bzw. PS (1 PS = 0,736 Kilowatt) und werden in großformatigen Anwendungen zur Erzeugung von elektrischer und motorischer Leistung verwendet, bei­ spielsweise zur Strom- oder Leistungserzeugung in Strom­ erzeugungsunternehmen oder Fabrikanlagen, bei Anwendungen im Bergbau und zum Pumpen, in Seeschiffen usw. Diese Mo­ toren sind gekennzeichnet durch extrem lange Wartungsin­ tervalle verglichen mit Fahrzeug- oder Automobilanwen­ dungen. Beispielsweise besitzen solche Motoren Service- bzw. Wartungsintervalle, die länger sind als die gesamte Betriebslebensdauer von Automobilmotoren.

Während der langen Wartungsintervalle ist es bei den großen Industriemotoren wünschenswert, einen kontinuier­ lichen Betrieb ohne Ausfall- oder Stand- bzw. Brachzeiten zu gestatten. Ferner sollte der Motor während der gesam­ ten Länge eines solchen Intervalls innerhalb vorgegebener Toleranzen arbeiten, ohne von erlaubbaren Vorgaben oder Spezifikationen abzuweichen, bzw. wegzudriften. Eine sol­ che Vorgabe ist, daß das richtige Luft/Brennstoff-Ver­ hältnis innerhalb eines erlaubten Toleranzbereichs oder -fensters gehalten wird. Eine weitere Vorgabe ist, daß Abgasemissionen unterhalb einer gegebenen Grenze gehalten werden.

Die genannten großen Industriemotoren mit den langen Wartungsintervallen können mit einem Sauerstoffsensor versehen sein, beispielsweise gemäß den US-Patenten 4,638,783 und 5,243,954, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden. Der Sauerstoffsensor detektiert den relativen Sauerstoffgehalt im Abgas des Motors und er­ zeugt ein Ausgangs- bzw. Ausgabespannungssignal, das zu einer Steuereinheit zurückgeführt wird, die das Brenn­ stoffliefersystem steuert, um zu gewährleisten, daß das ordnungsgemäße Luft/Brennstoff-Verhältnis an den Motor geliefert wird. Einige Industriemotoren einschließlich einiger eine magere Verbrennung aufweisenden Motoren, kurz Magermotoren, können mit einem Katalysator ausge­ rüstet sein. Bei solchen Anwendungen gewährleistet der Sauerstoffsensor zusätzlich, daß die ordnungsgemäßen Ab­ gasbestandteile an den Katalysator zur Oxidierung und Re­ duktion geleitet oder übertragen werden.

Es gibt verschiedene Arten von Sauerstoffsensoren. Sauer­ stoffsensoren wurden zuerst für Automobilanwendungen ent­ wickelt, um in Verbindung mit Katalysatoren verwendet zu werden. Das Motiv dafür bestand darin, die Mischung der Abgasbestandteile, die in den Katalysator geleitet wur­ den, derart zu steuern, daß dieser ordnungsgemäß arbeiten konnte, d. h. daß sowohl die Oxidations- als auch die Reduktionsreaktionen vollständig ablaufen konnten. Die meisten Automobilanwendungen basieren auf stöchiometri­ schen Motoren, d. h. Motoren, die bei dem chemisch kor­ rekten Luft/Brennstoff-Verhältnis laufen, so daß der Sau­ erstoffgehalt, der nach der Verbrennung verbleibt, nahe Null ist. Eine Charakteristik stöchiometrischer Motoren ist eine relativ hohe Abgastemperatur, beispielsweise ungefähr 1200-1300 °F (650-700 °C). Der Sauerstoffsensor ist in diesen Hochtemperaturabgasstrom eingetaucht bzw. diesem ausgesetzt und das Abgas erwärmt den Sensor auf die Betriebstemperatur. Es gibt eine Aufwärmperiode, wenn das Auto zuerst gestartet wird, während der der Sau­ erstoffsensor unterhalb des Temperaturbereichs ist, der zum ordnungsgemäßen Arbeiten erforderlich ist. Während der Aufwärmphase kann der Katalysator nicht ordnungsgemäß funktionieren und die an die Atmosphäre emittierten oder abgegebenen Abgasschadstoffe sind hoch.

Die erwähnte Aufwärmperiode regte die Entwicklung von Sauerstoffsensoren mit internen elektrischen Heizvor­ richtungen an. Die gesetzgeberischen Vorgaben, die sich auf Automobilstartemissionen beziehen, wurden mit einem System erfüllt, das auf einem elektrisch erwärmten Sauer­ stoffsensor basiert. Diese Sensoren werden wie ihre Vor­ gänger direkt in den Abgasstrom eingesetzt und geben die gleiche Art von Ausgangs- bzw. Ausgabegröße ab, wie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einem Knie oder Abfall von einer hohen Ausgangsgröße auf eine niedrige Ausgangsgröße bei einer Abgassauerstoffkonzentration von ungefähr Null.

Als die Motorkonstrukteure nach verschiedenen Arten zu forschen begannen, Abgasemissionen zu senken und Brenn­ stoffökonomie zu verbessern, begann sich die Magerver­ brennungs- bzw. Mager-Technologie (lean-burn technology) zu entwickeln. Bei dieser Technik befindet sich einen absichtlicher Luftüberschuß in der Verbrennungskammer, wenn Brennstoff verbrannt wird. Niedrigere Emissionen und bessere Brennstoffökonomie ist dadurch möglich. Jedoch sehen die stöchiometrischen Sauerstoffsensoren bei ma­ geren Luft/Brennstoff-Verhältnissen gemäß Fig. 1 kein vernünftiges bzw. bedeutsames Signal vor. Wenn Motoren ordnungsgemäß gesteuert werden sollen, mußte somit eine neue Art von Sauerstoffsensoren entwickelt werden. Dies war der Anstoß für Magersauerstoffsensoren.

Magersauerstoffsensoren besitzen eine andere Ausgabecha­ rakteristik als stöchiometrische Sauerstoffsensoren gemäß Fig. 1 und sehen ein vernünftiges Signal bei mageren Luft/Brennstoff-Verhältnissen vor. Eine Art von Magersau­ erstoffsensor sieht eine lineare Ausgangsgröße vor, wie in Fig. 1 gezeigt ist, und zwar mit einem ansteigenden Ausgabesignal bei ansteigender Abgassauerstoffkonzentra­ tion, und zwar auch in den Bereichen der mageren Luft- /Brennstoff-Verhältnisse.

Magersauerstoffsensoren besitzen eine interne elektrische Heizvorrichtung zum Anheben der Temperatur des Sensorele­ ments auf seinen Betriebsbereich. Dies ist so, weil Ma­ germotoren mit kühleren Abgastemperaturen laufen als stöchiometrische Motoren. Magermotoren für Automobile laufen typischerweise mit einem Luft/Brennstoff-Verhält­ nis von ungefähr 23 zu 1 und einer Abgastemperatur von ungefähr 1000-1100 °F (540-595 °C). Stöchiometrische Au­ tomobilmotoren laufen typischerweise mit einem Luft/Bren­ nstoff-Verhältnis von ungefähr 15 zu 1 und einer Abgas­ temperatur von ungefähr 1200-1300 °F (650-700 °C). In­ dustrielle Magerverbrennungsmotoren mit langen Wartungs­ intervallen laufen magerer und mit niedrigeren Abgastem­ peraturen als Automobilmotoren. Beispielsweise sind ty­ pische Bereiche für industrielle Magermotoren ein Luft- /Brennstoff-Verhältnis von ungefähr 30 zu 1 und eine Ab­ gastemperatur von ungefähr 800-900 °F (430-480 °C), ob­ wohl diese Bereiche variieren abhängig von dem Motor und der Art und Qualität des verwendeten Brennstoffs.

Ein bekanntes Verfahren zum Steuern des Luft/Brennstoff- Verhältnisses in Industriemotoren besteht darin, die Leistung oder Arbeitsweise jedes individuellen Motors mit einem Emissionsanalysierer zu kartographieren, wie bei­ spielsweise in "Predictive NO^x Emissions Monitoring For Stationary Engines". G. Beshouri, Diesel and Gas Turbine Worldwide, Mai 1994, Seiten 18-20 vorgeschlagen wird. Dies ist kostspielig und verlängert die Vermarktungszeit bzw. die Zeit bis das Produkt auf den Markt kommen kann. Es wäre daher wünschenswerter bzw. zweckmäßiger, einen Magersauerstoffsensor zu verwenden und das Luft/Brenn­ stoff-Verhältnis gemäß der Ausgangsgröße des Sensors zu steuern. Magersauerstoffsensoren, die bisher entwickelt wurden, waren auf Automobilanwendungen ausgerichtet, und Versuche, selbige bei großen Industriemotoren anzuwenden mit magereren Luft/Brennstoff-Verhältnissen und niedri­ geren Abgastemperaturen waren nicht erfolgreich. Trotz intensiver Forschung sind Magersauerstoffsensoren für industrielle Magermotoren nicht auf dem Markt. Ein Ma­ gersauerstoffsensor für Automobile wurde bei einem indu­ striellen Magermotor verwendet, jedoch versagte der Sen­ sor wiederholt vorzeitig. Die Ersetzungskosten sind hoch, und zwar einschließlich bzw. unter anderen wegen der da­ durch notwendigen Ausfallzeiten. Außer wenn vorzeitiges Versagen verhindert werden kann und der Sauerstoffsensor dazu gebracht werden kann, die gesamte Dauer zwischen Wartungsintervallen zu überstehen, ist die Verwendung von Magersauerstoffsensoren keine durchführbare Möglichkeit für den Industriemotorenmarkt. Die vorliegende Erfindung ist auf dieses Problem gerichtet und löst dieses.

Die Erfindung spricht auch ein weiteres Problem beim Abgasabfühlen an, nämlich das der Sensorverschmutzung und/oder -vergiftung über die Zeit hinweg, was besonders signifikant ist bei Industriemotoren mit langen Wartungs­ intervallen. Motorabgas weist viele Bestandteile auf, die der Lebensdauer eines Sauerstoffsensors abträglich sind. Diese Bestandteile können entweder den Sensor vergiften, d. h. tatsächlich in das Sensormaterial eindringen und es deaktivieren, oder den Sensor maskieren, d. h. einen Überzug um den Sensor herum bilden und ihn einkapseln. In normalen, mit gasförmigen Brennstoffen betriebenen Moto­ ren kommen diese Bestandteile typischerweise von Addi­ tiven oder Zusätzen her, die anderen Zwecken dienen und nicht leicht beseitigt oder eliminiert werden. Zusätzlich zu solchen Substanzen weisen alternative Brennstoffquel­ len, beispielsweise Erdgas, Methan von Mülldeponien und Kläranlagen, etc. andere kontaminierende Stoffe oder Ver­ schmutzungen auf. Ferner besitzen diese Anwendungen ty­ pischerweise kontaminierende Stoffe oder Verschmutzungen in höheren Konzentrationen als normale Anwendungen. Außerdem besteht für alternative Brennstoffanwendungen ein noch größerer Bedarf für eine Steuerung des Luft- /Brennstoff-Verhältnisses, weil sich die Zusammensetzung des Brennstoffes bei den Anwendungen signifikant ändert und ansonsten die Brennstoffökonomie und Abgasemissionen nicht optimiert werden. Die vorliegende Erfindung spricht diesen Bedarf an und löst dieses Problem.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Graph bzw. ein Kennliniendiagramm, das die Ausgangsgröße eines stöchiometrischen Sensors und eines Magersensors in Abhängigkeit von der Abgas­ sauerstoffkonzentration zeigt;

Fig. 2 ist ein Graph bzw. ein Kennliniendiagramm, das die Lebensdauer einer Heizvorrichtung in Abhängigkeit von der Heizvorrichtungstemperatur zeigt;

Fig. 3 zeigt schematisch eine Abgasabfühlanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Teils der Struktur in Fig. 3, teilweise im Schnitt;

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Struktur in Fig. 4;

Fig. 6 ist eine Endansicht eines Teil der Struktur in Fig. 3;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt mit der Aufzeichnung oder Kennlinie 10 die Ausgangsgröße eines stöchiometrischen Sauerstoffsensors in Millivolt, und zwar charakterisiert durch ein Knie oder einen Abfall von einem hohen Niveau auf ein niedri­ ges Niveau bei einer Abgassauerstoffkonzentration nahe Null. Die Aufzeichnung oder Kennlinie 12 zeigt die Aus­ gangsgröße eines Magersauerstoffsensors in Milliampere, wobei diese Ausgangsgröße linear ist und mit ansteigender Sauerstoffkonzentration ansteigt. Der stöchiometrische Sauerstoffsensor mit der Ausgabecharakteristik 10 wird in Automobilanwendungen verwendet, bei denen typischerweise ein Luft/Brennstoff-Verhältnis von ungefähr 15 zu 1 und eine Abgastemperatur von ungefähr 1200-1300 °F (650-700 °C) auftritt. Der Magersauerstoffsensor mit der Ausgabe­ charakteristik 12 wird in Magerautomobilanwendungen ver­ wendet, bei denen typischerweise ein Luft/Brennstoff-Ver­ hältnis von ungefähr 23 zu 1 und eine Abgastemperatur von ungefähr 1000 bis 1100 °F (540-595 °C) auftritt. Es wurde versucht, den Magersauerstoffsensor, ein Nippondenso Teile-Nr. 5-192500-357 in einer Anwendung eines mageren Industriemotors zu verwenden mit einem Luft/Brennstoff- Verhältnis von 30 zu 1 und einer Abgastemperatur im Be­ reich von ungefähr 800-900 °F (430-480 °C). Es wurde her­ ausgefunden, daß zum Anheben der Temperatur des Sensor­ elements auf seinen Betriebsbereich, um eine Ausgabecha­ rakteristik ähnlich der in Fig. 1 bei 12 gezeigten zu erreichen, die interne Heizvorrichtung überlastet werden mußte, was zu einem vorzeitigen Versagen führte, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt eine Abgasabfühlanordnung für einen Verbren­ nungsmotor 14 mit einem Abgasrohr oder Auspuff 16. Ein Gehäuse 18 umfaßt eine Vorkammer 20, vergleiche Fig. 7, die an dem Abgasrohr 16 mittels eines Nippels 22, ver­ gleiche Fig. 4, in einer geschraubten Beziehung ange­ bracht ist. Der Nippel ist in irgendeiner geeigneten Weise an dem Abgasrohr angebracht, beispielsweise an einer Hülse oder Mutter 24 angeschraubt, die an das Ab­ gasrohr geschweißt ist und zwar um eine Öffnung darinnen. Der Abgasströmungspfad ist durch die Pfeile 26 dar­ gestellt. Ein Diffusionspfad ist durch den Pfeil 28 dar­ gestellt und steht mit dem Abgas im Abgasrohr 16 in Ver­ bindung und erstreckt sich außerhalb des Abgasrohrs durch den Nippel 22 in die Vorkammer 20.

Der Nippel 22 besitzt eine Einschränkzumeßöffnung 30, vergleiche Fig. 4 und 5, und zwar vorzugsweise mit einem Durchmesser von 0,090-0,100 Zoll (2,29-2,54 mm), die eine Diffusion des gasförmigen Abgases in die Vorkammer 20 gestattet und eine Diffusion partikelförmigen Abgases in die Vorkammer 20 vermindert. Dies verbessert die Lebens­ dauer des Sensorelements 32 durch Vermindern der Kontami­ nation bzw. Verschmutzung und/oder Vergiftung. Dies ist so, weil die Bestandteile im Abgas, die für das Sensor­ element schädlich sind, typischerweise festes, partikel­ förmiges Material sind und nicht gasförmig sind. Die Struktur basiert auf der natürlichen Tendenz von Gasen, durch eine kleine Öffnung hindurch zu diffundieren, was partikelförmiges Material nicht tut, um die Kontamination oder Verschmutzung des Sensors zu vermindern.

Das Sensorelement 32 ist vorgesehen durch einen Mager­ sauerstoffsensors, zum Beispiel Nippondenso Teile-Nr. 5-192500-357, in dem Diffusionspfad, wobei der Magersau­ erstoffsensor das gasförmige Abgas abfühlt. Der Diffu­ sionspfad besitzt einen Diffusionsanschluß 34 im Abgas­ rohr. Das Abgas diffundiert durch die Zumeßöffnung 30 in dem Nippel 22 entlang des Diffusionspfades 28 in die Vor­ kammer 20 und wird durch das Sensorelement 32 abgefühlt. Der Nippel 22 besitzt eine Länge, die sich lateral bzw. seitlich weg von der Richtung der Abgasströmung 26 in dem Abgasrohr 16 erstreckt; und die Zumeßöffnung 30 erstreckt sich über die gesamte Länge des Nippels 22. Das Gehäuse 18 besitzt Durchlässe 36 und 38, die sich von der Vorkam­ mer 20 nach außen erstrecken, wobei diese Durchlässe in den meisten Anwendungen geschlossen sind, aber offen ge­ lassen werden können. Das Diffusionsprinzip, auf dem die vorliegende Erfindung beruht, erfordert keine kontinuier­ liche Strömung durch die Vorkammer.

Der Diffusionspfad 28 erstreckt sich von dem Abgasrohr 16 zu dem Magersauerstoffsensorelement 32 außerhalb des Ab­ gas- oder Auspuffrohrs. Das Sensorelement wird auf eine Betriebstemperaturbereich erwärmt, der höher ist als die Abgastemperatur, wie noch beschrieben wird. Die erwähnte Einschränkung des Diffusionspfades minimiert auch eine Kühlung des Sensorelements 32 durch das kühlere Abgas, in dem die Geschwindigkeit und das Volumen der Abgasströmung gegen das Sensorelement vermindert wird. Die Einschränk­ ung 30 ist in dem Diffusionspfad 28 stromaufwärts an dem Sensorelement 32 vorgesehen und ist ausgewählt, um eine ausreichende Diffusion von Abgas durch den Diffusionspfad zum Abfühlen durch das Sensorelement vorzusehen, aber eine Kühlung des Sensorelements durch das Abgas mit nie­ drigerer Temperatur zu minimieren. Das Magersauerstoff­ sensorelement 32 ist an dem Gehäuse 18 angebracht und steht in Verbindung mit Abgas, das durch das Abgas- oder Auspuffrohr hindurchgeht. Das Sensorelement besitzt eine interne elektrische Heizvorrichtung. Eine oder mehrere Hilfsheizvorrichtungen 40, 42 sind an dem Gehäuse 18 in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem Sensorelement 32 angebracht zum Erwärmen des Sensorelements 32 zusätzlich zu dem Erwärmen durch seine interne Heizvorrichtung. Das Gehäuse besitzt eine innere Seitenwand 44, die auf der Innenseite davon einen zylindrischen Hohlraum umschließt und definiert, welcher die Vorkammer 20 vorsieht, und auf der anderen Seite davon einen oder mehrere Hohlräume 46, 48 umschließt und definiert, die Heizvor­ richtungsaufnahmen vorsehen zur Aufnahme jeweiliger Hilfsheizvorrichtungen 40, 42. Die Seitenwand 44 trennt den Vorkammerhohlraum 20 und das Sensorelement 32 von den Hilfsheizvorrichtungen 40, 42 und isoliert bzw. trennt die Hilfsheizvorrichtungen vom gasförmigen Abgas. Wärme von den Hilfsheizvorrichtungen 40, 42 wird auf das Sen­ sorelement 32 über die Seitenwand 44 übertragen.

Das Gehäuse 18 besitzt distal entgegengesetzte Stirnflä­ chen 50 und 52. Die Vorkammer 20 ist durch einen zylin­ drischen Durchlaß gebildet, der sich durch das Gehäuse hindurch erstreckt und besitzt ein erstes offenes Ende 54 an der Stirnfläche 50 und ein zweites offenes Ende 56 an der Stirnfläche 52. Das Ende 56 steht mit dem Nippel 22 durch ein Gewinde in Eingriff. Das Ende 54 ist durch das Sensorelement 32 geschlossen, das einen Flansch 58 auf­ weist, der mittels Gewindebolzen oder Schrauben 60 und 62 an der Stirnfläche 50 angebracht ist. Das Sensorelement 32 erstreckt sich teilweise in den zylindrischen Vorkam­ merdurchlaß 20 zu dem Ende 56 hin. Die Heizvorrichtungs­ aufnahmehohlräume 46 und 48 sind Hohlräume mit offenem Ende, die durch zylindrische Durchlässe gebildet werden, die sich durch das Gehäuse zwischen den Stirnflächen 50 und 52 parallel zu dem zylindrischen Vorkammerdurchlaß 20 und auf distal entgegengesetzten Seiten davon und durch die innere Seitenwand 44 getrennt davon erstrecken. Die elektrischen Hilfsheizvorrichtungen 40 und 42 sind vor­ zugsweise jeweils vorgesehen durch eine Watlow-Heizvor­ richtung, Teile Nr. L5EX45A, die mittels eines Gewindes in dem jeweiligen Aufnahmehohlraum angebracht ist. Die eine oder mehreren Hilfsheizvorrichtungen 40, 42 erwärmen das Sensorelement 32 zusätzlich dazu, daß dieses durch seine interne Heizvorrichtung erwärmt wird, wodurch ver­ mieden wird, daß die interne Heizvorrichtung des Sensor­ elements überlastet werden muß, wodurch die Lebensdauer der internen Heizvorrichtung verlängert wird, vergleiche Fig. 2. Dies minimiert in wünschenswerter Weise ein vor­ zeitiges Versagen, was seinerseits eine verlängerte Le­ bensdauer ergibt, wodurch ein verlängerter kontinuier­ licher Betrieb des Motors zwischen Wartungsintervallen gestattet wird, und zwar ohne Ausfall oder Brachzeit auf Grund vorzeitigen Sensorversagens. Ferner sind die Hilfs­ heizvorrichtungen wesentlich kostengünstiger als der Sen­ sor und vermindern somit die Ersatzteilkosten, wodurch ein präventiver Ersatz der Hilfsheizvorrichtungen in den vorgegebenen Wartungsintervallen ermöglicht wird, und die Wahrscheinlichkeiten eines Ausfalls bzw. von Ausfallzei­ ten weiter minimiert wird. Das Gehäuse 18 umfaßt ferner einen Hohlraum 64 mit geschlossenem Ende, der sich von der Stirnfläche 50 in das Gehäuse erstreckt zum gewinde­ mäßigen Anbringen eines wärmeabfühlenden Thermoelements 66 zum Abfühlen der Temperatur zwecks Rückkopplung.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung eines Magersauer­ stoffsensors in Industriemotoranwendungen mit langen War­ tungsintervallen in einer wirtschaftlich durchführbaren und für den Markt annehmbaren Weise. Die Erfindung be­ sitzt weitere Anwendungen in verschiedenen Arten von Ab­ gasabfühlanwendungen, einschließlich Sauerstoff-, Kohlen­ monoxid-, Kohlenwasserstoff-, Stickoxid- und anderen Ab­ gasabfühlanwendungen.

Es sei bemerkt, daß verschiedene Äquivalente, Alterna­ tiven, Modifikationen innerhalb des Bereichs der beige­ fügten Ansprüche möglich sind.

Claims (18)

1. Verfahren zum Abfühlen von Abgas von einem Verbren­ nungsmotor mit einem Abgas- oder Auspuffrohr, wobei das Verfahren die folgenden Schritte vorsieht: Vor­ sehen eines Diffusionspfades, der mit dem Abgas in dem Abgasrohr in Verbindung steht und sich nach außerhalb des Abgasrohres erstreckt, Vorsehen einer Einschränkung in dem Diffusionspfad, die eine Diffu­ sion von gasförmigem Abgas dahindurch gestattet und eine Diffusion von partikelförmigem Abgas dahindurch vermindert, und Vorsehen eines Sensorelements in dem Diffusionspfad, das das gasförmige Abgas abfühlt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren fer­ ner folgenden Schritt aufweist: Vorsehen des Diffu­ sionspfades mit einem Diffusionsanschluß in dem Ab­ gasrohr, so daß das Abgas durch den Diffusionsan­ schluß hindurch und entlang des Diffusionspfades diffundiert und durch das Sensorelement abgefühlt wird.

3. Verfahren zum Abfühlen von Sauerstoff in dem Abgas eines Magerverbrennungsmotors mit einem Abgas- oder Auspuffrohr, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen eines Magersauerstoff­ sensorelements außerhalb des Abgasrohrs, Vorsehen eines Diffusionsströmungspfades von dem Abgasrohr zu dem Sensorelement, Vorsehen einer Heizvorrichtung und Erwärmen des Sensorelements auf einen Betriebs­ temperaturbereich, der höher ist als die Temperatur des Abgases, Vorsehen von Mitteln in dem Diffusions­ pfad zum Minimieren einer Kühlung des Sensorelements durch das Abgas.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Verfahren fer­ ner den folgenden Schritt aufweist: Vermindern der Geschwindigkeit und des Volumens der Abgasströmung gegen das Sensorelement, um die Minimierung der Kühlung vorzusehen.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen einer Ein­ schränkung in dem Diffusionspfad stromaufwärts von dem Sensorelement und Auswählen der Einschränkung, um eine ausreichende Abgasströmung durch den Diffu­ sionspfad zum Abfühlen durch das Sensorelement vor­ zusehen, aber eine Kühlung des Sensorelements durch das Abgas mit niedrigerer Temperatur zu minimieren.

6. Abgassensor für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgas- oder Auspuffrohr, wobei der Abgassensor fol­ gendes aufweist:
einen Nippel, der an dem Abgasrohr angebracht ist und mit dem dahindurch gehenden Abgas in Verbindung steht, wobei der Nippel eine eingeschränkte Zumeß­ öffnung besitzt, die sich dahindurch erstreckt und eine Diffusion von gasförmigem Abgas durch die Zu­ meßöffnung gestattet und eine Diffusion von parti­ kelförmigem Abgas durch die Zumeßöffnung vermindert; eine Vorkammer, die an dem Nippel angebracht ist und mit der Zumeßöffnung in Verbindung steht, so daß gasförmiges Abgas durch die Zumeßöffnung in die Vor­ kammer diffundiert;
ein Sensorelement, das an der Vorkammer angebracht ist und das gasförmige Abgas darin abfühlt.

7. Abgassensor gemäß Anspruch 6, wobei der Nippel eine Länge besitzt, die sich lateral bzw. seitlich weg von der Richtung der Abgasströmung in dem Abgasrohr erstreckt, und wobei die Zumeßöffnung sich über die gesamte Länge des Nippels erstreckt.

8. Magersauerstoffsensor für einen Magerverbrennungsmo­ tor mit einem Abgas- oder Auspuffrohr, wobei der Sensor folgendes aufweist:
ein Gehäuse, das an dem Abgasrohr angebracht ist; ein Magersauerstoffsensorelement, das an dem Gehäuse angebracht ist und mit Abgas in Verbindung steht, das durch das Abgasrohr hindurchläuft, wobei das Sensorelement eine interne Heizvorrichtung besitzt; mindestens eine Hilfsheizvorrichtung, die in dem Ge­ häuse angebracht ist in Wärmeübertragungsbeziehung mit dem Sensorelement zum Erwärmen des Sensorele­ ments zusätzlich zu der Erwärmung davon durch die interne Heizvorrichtung.

9. Sensor gemäß Anspruch 8, wobei das Gehäuse eine Vor­ kammer aufweist, die an dem Abgasrohr angebracht ist mittels eines Nippels, der eine Einschränkzumeßöff­ nung besitzt, die eine Diffusion von gasförmigem Ab­ gas in die Vorkammer gestattet und eine Diffusion von partikelförmigem Abgas in die Vorkammer vermin­ dert.

10. Sensor gemäß Anspruch 9, wobei das Sensorelement in der Vorkammer ist und wobei das Gehäuse eine innere Seitenwand besitzt, die die Vorkammer auf einer Sei­ te davon und eine Heizvorrichtungsaufnahme auf der anderen Seite davon definiert und die Hilfsheizvor­ richtung aufnimmt, so daß die Seitenwand die Vorkam­ mer und das Sensorelement von der Hilfsheizvorrich­ tung trennt, und wobei Wärme von der Hilfsheizvor­ richtung auf das Sensorelement durch die Seitenwand übertragen wird.

11. Sensor gemäß Anspruch 10, wobei das Gehäuse erste und zweite distal entgegengesetzte Stirnflächen be­ sitzt, wobei die Vorkammer einen zylindrischen Durchlaß aufweist, der sich durch das Gehäuse hin­ durch erstreckt und ein erstes, offenes Ende an der ersten Stirnfläche und ein zweites offenes Ende an der zweiten Stirnfläche besitzt, wobei das zweite Ende mit dem Nippel in Eingriff steht, wobei das erste Ende durch das Sensorelement geschlossen ist, das an der ersten Stirnfläche angebracht ist und sich teilweise in den zylindrischen Durchlaß zu dem zweiten Ende hin erstreckt.

12. Sensor gemäß Anspruch 11, wobei die Heizvorrich­ tungsaufnahme einen Hohlraum aufweist, der sich in das Gehäuse von der ersten Stirnfläche aus allgemein parallel zu dem zylindrischen Durchlaß erstreckt und davon getrennt ist durch die innere Seitenwand.

13. Sensor gemäß Anspruch 12, wobei der Sensor ein Paar von Hohlräumen mit offenem Ende aufweist, die durch Durchlässe gebildet sind, welche sich durch das Ge­ häuse zwischen den ersten und zweiten Stirnflächen und allgemein parallel zu dem zylindrischen Vorkam­ merdurchlaß und auf distal entgegengesetzten Seiten davon und getrennt davon durch die innere Seitenwand erstrecken.

14. Sensor gemäß Anspruch 13, wobei das Gehäuse ferner einen Hohlraum mit geschlossenem Ende umfaßt zum Anbringen eines temperaturabfühlenden Thermoele­ ments.

15. Magersauerstoffsensor für einen Magerverbrennungs­ motor mit einem Abgas- oder Auspuffrohr, wobei der Sensor ein Magersauerstoffsensorelement aufweist, das mit Abgas in dem Abgasrohr über einen Diffu­ sionsdurchlaß in Verbindung steht, wobei das Sen­ sorelement einen Betriebstemperaturbereich besitzt, der höher ist als die Abgastemperatur des Magerver­ brennungsmotors, und wobei Mittel in dem Diffusions­ pfad vorgesehen sind, die eine Diffusion von gasför­ migem Abgas dahindurch gestatten, eine Diffusion von partikelförmigem Abgas dahindurch vermindern und gleichzeitig eine Kühlung des Sensorelements durch einen Strom von gasförmigem Abgas dagegen minimiert.

16. Sensor gemäß Anspruch 15, wobei das Sensorelement an einem Gehäuse angebracht ist, und zwar in Verbindung mit Abgas, das durch das Abgasrohr hindurchgeht, wo­ bei das Sensorelement eine interne Heizvorrichtung umfaßt und mindestens zwei Hilfsheizvorrichtungen aufweist, die an dem Gehäuse in einer Wärmeübertra­ gungsbeziehung mit dem Sensorelement angebracht sind zum Erwärmen des Sensorelements zusätzlich zu der Erwärmung davon durch die interne Heizvorrichtung.

17. Abgassensor für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgas- oder Auspuffrohr, wobei der Sensor folgendes aufweist: ein Gehäuse, das an dem Abgasrohr ange­ bracht ist, wobei das Gehäuse erste und zweite Hohl­ räume in Wärmeübertragungsbeziehung besitzt, wobei der erste Hohlraum mit Abgas in Verbindung steht, das durch das Abgasrohr hindurchgeht, ein Sensorele­ ment, das in dem ersten Hohlraum angebracht ist und gasförmiges Abgas darin abfühlt, und eine Heizvor­ richtung, die in dem zweiten Hohlraum angebracht ist.

18. Sensor gemäß Anspruch 17, wobei das Gehäuse mittels eines Nippels an dem Abgasrohr angebracht ist, wobei der Nippel eine Einschränkzumeßöffnung besitzt, die eine Diffusion von gasförmigem Abgas in den ersten Hohlraum gestattet und eine Diffusion von partikel­ förmigem Abgas in den ersten Hohlraum vermindert, wobei das Gehäuse eine innere Seitenwand besitzt, die den ersten Hohlraum auf einer Seite davon und den zweiten Hohlraum auf der anderen Seite davon definiert, so daß die Seitenwand den zweiten Hohl­ raum von dem ersten Hohlraum und dem Sensorelement abtrennt, und wobei Wärme von der Heizvorrichtung durch die Seitenwand auf das Sensorelement über­ tragen wird.