DE2254416A1 - DEVICE FOR DETERMINING COMBUSTIBLE COMPONENTS IN THE EXHAUST GAS OF A COMBUSTION ENGINE - Google Patents
DEVICE FOR DETERMINING COMBUSTIBLE COMPONENTS IN THE EXHAUST GAS OF A COMBUSTION ENGINEInfo
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Description
"Vorrichtung zur Bestimmung brennbarer Komponenten im Abgas eines Verbrennungsmotors" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts an brennbaren Komponenten im Abgas eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung, die zwei gegeneinander geschaltete Thermoelemente aufweist, von denen das eine mit einer katalytischen Masse in Berührung ist. "Device for determining combustible components in the exhaust gas of a Internal combustion engine "The invention relates to a device for determining the content of combustible components in the exhaust gas of an internal combustion engine with positive ignition, which has two thermocouples connected against one another, one of which with a catalytic mass is in contact.
In der US-Patentschrift 2,923,603 ist bereits zum Stand der Technik ein Gasdetektor und -anzeigeinstrument abgehandelt, welches als temperaturempfindliches Element ein Thermoelement aufweist, das in dichter Nachbarschaft oder in Berührung mit einer katalytischen Masse -also getrennt- angeordnet ist.US Pat. No. 2,923,603 is already part of the prior art dealt with a gas detector and display instrument, which is a temperature-sensitive Element has a thermocouple that is in close proximity or in contact is arranged with a catalytic mass-so separately.
Ein zweites Thermoelement weist eine nichtkatalytische Masse auf, welche auf gleicher Ausgangstemperatur gehalten wird.A second thermocouple has a non-catalytic mass, which is kept at the same starting temperature.
Beide Thermoelemente sind gegeneinandergeschaltet, um am Meßinstrument vor dem Messen der Verbrennungswärme eine Differenz-und Nullpunktsanzeige iu erhalten.Both thermocouples are connected to one another in order to be able to use the measuring instrument Before measuring the heat of combustion, get a differential and zero point display iu.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur bestimmung des Gehalts an brennbaren Komponenten in Abgasen von Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung zu schaffen, die eine hohe Ansprechempfindlichkeit bei großer Ansprechgeschwindigkeit aufweist und gegen Beschädigungen geschützt ist.The object of the invention is to provide a device for determining the Content of combustible components in exhaust gases from internal combustion engines with spark ignition to create a high response sensitivity with a high response speed and is protected against damage.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Thermoelemente wenigstens im Bereich ihrer heißen Lötstellen einen dünnen Schutzüberzug aus einem elektrisch isolierendem wärmebeständigen Werkstoff und im Bereich dieser heißen Lötstellen einen Durchmesser von 0,05 bis 0,2 mm aufweisen, daß auf dem Schutzberzug im Bereich einer der heißen Lötstellen eine insbesondere Kohlenmonoxid gut oxidierende katalytische Masse in geringer Menge aufgebracht ist und daß die Thermoelemente in einem Käfig aus wärmebeständigem Werkstoff in einem Abgasgemisch, das mehr als den zur Oxidation der brennbaren Bestandteile notwendigen Sauerstoff enthält, auf einem Halter angeordnet sind.This object is achieved with a device of the type described at the outset Art according to the invention in that the thermocouples at least in the area of their hot solder joints a thin protective coating made of an electrically insulating heat-resistant Material and in the area of these hot solder joints a diameter of 0.05 to 0.2 mm that on the protective coating in the area of one of the hot soldering points a catalytic mass which oxidizes well in particular carbon monoxide in a small amount is applied and that the thermocouples in a cage made of heat-resistant material in an exhaust gas mixture that more than oxidizes the combustible components contains the necessary oxygen, are arranged on a holder.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist aufgrund der geringen Menge der direkt auf die heiße Lötstelle eines Thermoelements aufgebrachten katalytischen Masse, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit auf.The device according to the invention has due to the small amount the catalytic one applied directly to the hot solder joint of a thermocouple Mass, a high response speed.
Der dünne Uberzug aus elektrisch isolierendem wärmebeständigem Werkstoff macht die Anordnung mechanisch stabil, und der wenigstens teilweise gasdurchlässige Käfig, der auf dem Halter für die Thermoelemente, diese umgebend, angeordnet ist, schützt sie vor Beschädigungen sowohl bei Ein- und Ausbau der als Sonde ausgebildeten Vorrichtung, als auch während des Betriebs vor größeren im Abgasstrom enthaltenen Teilchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.The thin coating made of electrically insulating, heat-resistant material makes the arrangement mechanically stable, and the at least partially gas-permeable Cage, which is arranged on the holder for the thermocouples, surrounding them, protects it from damage when installing and removing the probe trained Device, as well as during operation in front of larger contained in the exhaust gas flow Particle. Further refinements of the invention are set out in the subclaims of the following Description of an embodiment of the invention and the drawings.
In den beigefügten Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt. Es zeigen: Figur 1, die erfindungsgemäße Vorrichtung im eingebauten Zustand in einem Zweigstrom zum Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors, Figur la,in Vergrößerung die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zweigstrom, Figur 2, einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Figur 1.In the accompanying drawings is an embodiment of the invention shown purely schematically. They show: FIG. 1, the device according to the invention when installed in a branch flow to the exhaust pipe of an internal combustion engine, Figure la, in enlargement, the device according to the invention in the branch flow, Figure 2, a cross section along the line 2-2 in FIG.
Wie der Figur 1 zu entnehmen, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zur Bestimmung des Gehalts brennbarer Komponenten im Abgas eines Verbrennungsmotors 2 in einer Zweigleitung 1 zum Auspuffrohr 21 angeordnet. Das Auspuffrohr 21 enthält einen Ein-Bett-Katalysator 4 und kann selbstverständlich übliche, nicht dargestellte, Schalldämpfungsmittel enthalten. Zweckmäßigerweise wird in die Zweigleitung 1 über den Stutzen 22 Luft zugeführt, um sicherzustellen, daß das Abgasgemisch mehr als den zur Oxidation der brennbaren Bestandteile notwendigen Sauerstoff enthält. Diese Anordnung der Sonde 3 in einem Gebiet, wo sich ein sauerstoffreiches Gasgemisch mit den Abgasen befindet, gewährleistet einwandfreie Meßergebnisse auch bei niedrigem Anteil brennbarer Komponenten. Bewährt haben sich als katalytische Masse besonders Katalysatoren aus einem Metall der Platingruppe. Anstelle der Anordnung der Sonde 3 in der Zweigleitung 1 ist es auch möglich, die Sonde hinter dem Ein-Bett-Katalysator 4 im Auspuffrohr 21, wie strichliert angedeutet, anzuordnen.As can be seen from FIG. 1, the device according to the invention is 3 for determining the content of combustible components in the exhaust gas of an internal combustion engine 2 arranged in a branch line 1 to the exhaust pipe 21. The exhaust pipe 21 contains a single bed catalyst 4 and can of course conventional, not shown, Contains soundproofing agents. Appropriately, in the branch line 1 over the nozzle 22 is supplied with air to ensure that the exhaust gas mixture is more than contains the oxygen necessary for the oxidation of the combustible components. These Position the probe 3 in an area where there is an oxygen-rich gas mixture with the exhaust gases, ensures perfect measurement results even at low levels Proportion of combustible components. Have proven particularly useful as a catalytic mass Platinum group metal catalysts. Instead of the placement of the probe 3 in branch line 1 it is also possible to place the probe behind the single-bed catalyst 4th in the exhaust pipe 21, as indicated by dashed lines, to be arranged.
Die Sonde 3 besteht im einzelnen aus zwei gegeneinander geschalteten Thermoelementdrähten 5 mit einem Durchmesser im Bereich der heißen Lötstellen von 0,05 bis 0,2 mm. Diese Thermoelementdrähte 5 sind wenigstens im Bereich ihrer heißen Lötstellen, oder auch gänzlich, soweit sie in den Abgasstrom hineinragen, mit einem dünnen Schutzüberzug 6 aus elektrisch leitendem, wärmebeständigem Werkstoff versehen. Der Schutzüberzug kann mit Vorteil außerhalb der heißen Lötstellen auf den Thermoelementdrähten 5 verstärkt sein. Auch können die Durchmesser der Thermoelementdrähte außerhalb des Bereichs der heißen Lötstellen größer sein als im Bereich dieser Drähte im Bereich der heißen Lötstellen.The probe 3 consists in detail of two mutually connected Thermocouple wires 5 with a diameter in the area of the hot solder joints of 0.05 to 0.2 mm. These thermocouple wires 5 are at least in the area of their hot Soldering points, or even completely, as far as they protrude into the exhaust gas flow, with one thin protective coating 6 made of electrically conductive, heat-resistant material. The protective coating can with advantage outside of the hot soldering points on the thermocouple wires 5 be reinforced. The diameter of the thermocouple wires can also be outside the area of the hot solder points must be larger than in the area of these wires in the area the hot solder joints.
Bewährt haben sich für die Zwecke der Erfindung Thermoelemente aus Pt-Pt Rh, zum Beispiel Pt-PtRh10, wie sie im Handel erhältlich sind. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung können Jedoch auch andere Thermoelemente verwendet werden. Als Schutzüberzug 6 hat sich Aluminiumoxid (Al203) bewährt, welches durch Aufsintern auf die Thermoelementdrähte 5 aufgebracht ist.Thermocouples have proven themselves for the purposes of the invention Pt-Pt Rh, for example Pt-PtRh10 as are commercially available. For the invention However, other thermocouples can also be used. As a protective cover 6, aluminum oxide (Al203) has proven itself, which by sintering onto the thermocouple wires 5 is applied.
Eine der heißen Lötstellen der beiden gegeneinander geschalteten Thermoelemente 5 ist mit einer, insbesondere Kohlenmonoxid, gut oxidierenden katalytischen Masse versehen, die z.B. durch Aktivieren mit oberflächenreichem Al203, Tränken mit Pt-Salz-Lösung und Reduzieren mit H2 bei 300 OC, direkt aufgebracht ist. Diese heiße Lötstelle 7 (vergleiche Figur 2) ist also katalytisch aktiv, während die heiße Lötstelle 8 katalytisch inaktiv ist. Beide sind, wie der Figur 2 zu entnehmen, quer zum Abgasstrom nebeneinander in der Zweigleitung 1 angeordnet.One of the hot soldering points of the two thermocouples connected against each other 5 has a catalytic mass which oxidizes well, in particular carbon monoxide provided, e.g. by activating with surface-rich Al203, soaking with Pt salt solution and reducing with H2 at 300 OC, is applied directly. This hot solder joint 7 (compare FIG. 2) is therefore catalytically active, while the hot solder joint 8 is catalytically inactive. As can be seen from FIG. 2, both are transverse to the Exhaust gas flow arranged side by side in the branch line 1.
Dies hat den Vorteil, daß beide Lötstellen die gleiche Ausgangstemperatur aufweisen, ohne daß hierzu besondere Maßnahmen, wie elektrische Beheizung, erforderlich wären.This has the advantage that both solder points have the same starting temperature without special measures, such as electrical heating, required for this purpose would be.
Für die katalytische Masse, die im Bereich der heißen Lötstelle 7 in geringer Menge aufgebracht ist, z.B. in einer Belegung von ca. 1 mg je Lötstelle (- ca. 2 mm2), hat sich besonders Platin bewährt. Bewährt haben sich aber auch Mischungen aus Pt-Ru, Pd-Rh, Pt-Pd, Ru-Ir. Diese Stoffe oxidieren Kohlenmonoxi besonders gut. Auch andere brennbare Bestandteile des Abgases sind geeignet-, ein -Anwachsen der Temperatur an der auf der heißen Lötstelle aufgebrachten katalytischen Masse hervorzurufen.For the catalytic mass that is in the area of the hot solder joint 7 is applied in a small amount, e.g. with a coverage of approx. 1 mg per solder joint (- approx. 2 mm2), platinum in particular has proven itself. Mixtures have also proven useful from Pt-Ru, Pd-Rh, Pt-Pd, Ru-Ir. These substances oxidize carbon monoxide particularly well. Other flammable constituents of the exhaust gas are also suitable for growing the Bring about temperature at the applied catalytic mass on the hot solder joint.
Die Sonde 3 ist im einzelnen wie folgt aufgebaut: Die Thermoelementdrähte 5, die wie vorstehend beschrieben überzogen sind, sind in einem Keramik-Schutzrohr 9 eingefaßt, welches seinerseits in einem mit Außengewinde 10 versehenen Halter 11 zentral angeordnet ist, der die Form eines Schraubstopfens aufweist. Auf dem Halter 11 ist wenigstens in-dem in 'den Abgasstrom hineinragenden Teil, ein Käfig 1? so angeordnet, daß er wegen seiner Zylinder- oder Rohrform die Thermoelementdrähte 5 ringförmig umgibt und schützt. Dieser Käfig kann als Schutzgitter oder oben offenes Rohr 12 ausgebildet sein, so daß das sauerstoffreiche Gasgemisch die heißen Lötstellen gleichmäßig umspült. Auf der stromaufwärts zum Abgasstrom liegenden Seite des Käfigs 12 ist beim Gitter ein Schutzschild 13 im Bereich der heißen Lötstellen der Thermoelemente angeordnet.The probe 3 is constructed in detail as follows: The thermocouple wires 5, which are coated as described above, are in a ceramic protective tube 9 enclosed, which in turn in a holder provided with an external thread 10 11 is arranged centrally, which has the shape of a screw plug. On the At least in the part protruding into the exhaust gas flow, the holder 11 is a cage 1? arranged so that he because of its cylindrical or tubular shape, the thermocouple wires 5 surrounds and protects in a ring. This cage can be used as a protective grille or open at the top Tube 12 be designed so that the oxygen-rich gas mixture touches the hot solder joints washes around evenly. On the side of the cage upstream of the exhaust gas flow 12 is a protective shield 13 in the grid in the area of the hot soldering points of the thermocouples arranged.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die heißen Lötstellen einerseits vor im Abgasstrom enthaltenen Teilchen sollstaudig geschützt werden und andererseits der Abgasstrom sich hinter dem Schild beruhigt und somit die Genauigkeit der Messung erhöht. Die Meßgenauigkeit wird auch dadurch erhöht, daß die Größe des Schutzschildes 13 und sein Abstand von den heißen Lötstellen der Thermoelemente so gewählt wird, daß die oben angeführten Bedingungen eingehalten werden. Ein gesondertes Schild wird bei der Ausführung des Käfigs 12 als oben offenes Rohr nicht benötigt.This arrangement has the advantage that the hot solder points on the one hand against particles contained in the exhaust gas flow to be protected and on the other hand the exhaust gas flow calms down behind the shield and thus the accuracy the measurement increases. The measurement accuracy is also increased by the fact that the size of the Protective shield 13 and its distance from the hot soldering points of the thermocouples is chosen so that the above conditions are met. A separate one Shield is not required when the cage 12 is designed as a tube that is open at the top.
Bei einer Bestimmung des Gehaltes an brennbaren Komponenten im Abgas mit der erfindungagemäßen Vorrichtung, wird die an den heißen Lötstellen der Thermoelemente gemessene Temperaturdiffe renz und die dieser Differenz annähernd proportionale Thermospannung und somit die Verbrennungswärme der brennbaren Komponenten gemessen und in einem an die Sonde über einen üblichen Verstärker angeschlossenes Meß- und Anzeigegerät angezeigt. Die Skala des Meß- und Anzeige instruments kann zweckmäßigerweise direkt in Mengen der zu bestimmenden Komponenten, wie CO, geeicht sein, weil die Verbrennungswärme auf grund bekannter oder meßbarer Beziehungen ein direktes Maß für den CO-Gehalt oder einen anderen Gehalt an brennbaren Komponenten im Abgas darstellt. Die Meßwerte die mit der erfindungsgemäßen Sonde ermittelt werden, müssen jedoch nicht am Anzeigeinstrument angezeigt werden, sondern können auch als Stellgröße einem Regler zugeführt werden, der wiederum die Gemischbildung des Motors i Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases beeinflußt.When determining the content of combustible components in the exhaust gas with the device according to the invention, the hot solder joints of the thermocouples measured temperature difference and that approximately proportional to this difference Thermal voltage and thus the heat of combustion of the combustible components measured and in a measuring and measuring device connected to the probe via a conventional amplifier Display device displayed. The scale of the measuring and display instrument can expediently be calibrated directly in the quantities of the components to be determined, such as CO, because the Heat of combustion is a direct measure based on known or measurable relationships represents the CO content or another content of combustible components in the exhaust gas. The measured values that are determined with the probe according to the invention must, however cannot be displayed on the display instrument, but can also be used as a manipulated variable are fed to a controller, which in turn determines the mixture formation of the engine i dependency influenced by the composition of the exhaust gas.
Für die Gemischbildung besonders bewährt haben sich sowohl im Otto- als auch im Wankelmotor die Kraftstoffeinspritzung, insbesondere die elektronische Benzineinspritzung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich daher besonders vorteilhaft bei einer solchen Gemischbildung und in Verbindung mit einem Ein-Bett-Katalysator für die Abgasreinigung anwenden, weil sich so das Brennstoff/Luft-Verhältnis, bevorzugt wird ein wenn auch geringer Luftunterschuß, besonders leicht mit gewünschter Genauigkeit einhalten läßt.For mixture formation, they have proven particularly useful in both gasoline and as well as in the Wankel engine the fuel injection, especially the electronic one Petrol injection. The device according to the invention can therefore be particularly advantageous in such a mixture formation and in connection with a single bed catalyst use for exhaust gas purification because this is how the fuel / air ratio is preferred an even if small air deficit, becomes particularly easy with the desired accuracy adhere to.
Die Ausbildung der gerfindungsgemäßen Vorrichtung als bauliche Einheit (Sonde), wobei die Thermoelemente auf einem gemeinsamen Halter angeordnet sind, weist den Vorteil auf, daß sie auch den rauhen Betriebsbedingungen bei der Benutzung in Fahrzeugen gewachsen ist. Darüberfiinaus ist diese Einheit durch die Ausbildung als Schraubstopfen leicht austauschbar und bei einem etwa notwendigen Ersatz ohne Probleme demontierbar und durch eine neue Sonde, ähnlich leicht wie eine Zündkerze, zu ersetzen.The formation of the device according to the invention as a structural unit (Probe), whereby the thermocouples are arranged on a common holder, has the advantage that it can withstand the harsh operating conditions of use has grown in vehicles. Furthermore, this unit is through training Easily replaceable as a screw plug and without a replacement if a replacement is necessary Problems can be dismantled and with a new probe, as light as a spark plug, to replace.
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DE2254416A1 true DE2254416A1 (en) | 1974-05-09 |
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DE (1) | DE2254416A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1972
- 1972-11-07 DE DE19722254416 patent/DE2254416A1/en active Pending
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