DE2540030C2

DE2540030C2 - Device for monitoring the composition of the exhaust gas emissions of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE2540030C2
Application number: DE19752540030
Authority: DE
Inventors: James Gregory Cradley Heath Warley West Midlands Smith
Original assignee: LUCAS ELECTRICAL CO Ltd BIRMINGHAM GB
Current assignee: LUCAS ELECTRICAL CO Ltd BIRMINGHAM GB
Priority date: 1974-09-10
Filing date: 1975-09-09
Publication date: 1985-09-26
Also published as: DE2540030A1; AU497674B2; FR2284880B1; FR2284880A1; JPS5156291A; IT1047054B; AU8416775A; GB1518943A

Description

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist einen aus wärmebeständigem Material, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl bestehenden hohlzylindrischen Körper 11 auf, der in einem Bereich zwischen seinen beiden Enden einen mit Außengewinde versehenen Teil 12 besitzt, der in die Wand 13 der Abgassammelleitung eines Brennkraftmotors einschraubbar ist, daß das der vordere Teil 14 des Körpers 11 in die Sammelleitung hineinragt und im rechten Winkel zur Strömungsrichtung der Abgase liegt Im Körper 11 sitzt ein KeramikstG^fen 15, der aus Aluminiumoxid bestehen kann. Durch den Stopfen 15 erstrecken sich vier vernikkelte Kupferdrähte 16, die zu einem Sensor 18 führen, der vom Ende 17 des Körpers 11 umgeben istThe device shown in Figs. 1 and 2 has a hollow cylindrical made of heat-resistant material, preferably of stainless steel Body 11, which is provided with an external thread in an area between its two ends Has part 12 which can be screwed into the wall 13 of the exhaust manifold of an internal combustion engine, that the front part 14 of the body 11 protrudes into the manifold and at right angles to the direction of flow The exhaust gas is located in the body 11 is a ceramic piece 15 made of aluminum oxide can. Through the plug 15 extend four nickel-plated Copper wires 16 which lead to a sensor 18 which is surrounded by the end 17 of the body 11

Der Sensor 18 weist (s. F i g. 2) eine vermolzene Keramikperle 19 auf, die eine Heizspirale 21 umschließt, die einen hohen thermischen Widerstandskoeffizienten hat, und an die zwei der Drähte 16 angeschlossen sind Zweckmäßigerweise besteht die Perle 19 aus einem Glas von hohem Schmelzpunkt beispielsweise auch aus einem Glas, das zu 29 Mol-% aus Magnesiumoxid zu 66 Mol-% aus Siliziumoxid und zu 5 Mol-% aus Aluminiumoxid besteht In solchem Fall ist die Heizspirale 21 vorzugsweise aus Platin gefertigt und ein Tropfen einer Paste aus pulverförmigem Glas und Glyzerin ist auf den Draht aufgetragen, durch den dann ein solcher Strom geleitet wird, daß das Glas auf 1300⁰C erhitzt wird und eine Perle 19 bildet Alternativ kann die Perle 19 aus Aluminiumoxid und die Spirale 21 aus Nickel bestehen. Auf der Perle 19 sitzt eine Schicht 22 eines derartigen Metalloxids, daß bei Erwärmung der Spirale 21 auf eine erhöhte Temperatur, die normalerweise zwischen 700 und 1000°C liegt, die Leitfähigkeit der Schicht sich mit der Konzentration von oxidierenden oder reduzierenden Bestandteilen in den durch die Abgassammelleitung fließenden Abgasen ändert Die beiden anderen Drähte 16 sind mit der Schicht 22 verbunden, so daß die Schicht mit einer elektrischen Stromversorgung verbunden werden kann. Der durch die Schicht 22 fließende Strom kann dann als Maß für die Mengen der oxidierenden oder reduzierenden Bestandteile in der Abgasemission benutzt werden.The sensor 18 has (see FIG. 2) a fused ceramic bead 19 which encloses a heating coil 21 which has a high thermal resistance coefficient and to which two of the wires 16 are connected high melting point, for example, from a glass that consists of 29 mol% of magnesium oxide, 66 mol% of silicon oxide and 5 mol% of aluminum oxide Glass and glycerine are applied to the wire, through which a current is then passed that the glass is ^{heated to 1300 °} C. and forms a pearl 19. Alternatively, the pearl 19 can consist of aluminum oxide and the spiral 21 of nickel. On the bead 19 sits a layer 22 of such a metal oxide that when the spiral 21 is heated to an elevated temperature, which is normally between 700 and 1000 ° C, the conductivity of the layer with the concentration of oxidizing or reducing components in the through The other two wires 16 are connected to the layer 22 so that the layer can be connected to an electrical power supply. The current flowing through the layer 22 can then be used as a measure of the amounts of the oxidizing or reducing components in the exhaust gas emission.

Das Metalloxid der Schicht 22 kann ein n-Typ-Material sein, beispielsweise Titanoxid oder Zinkoxid; in diesem Falle verringert sich die Leitfähigkeit der Schicht 22 mit der Zunahme der Konzentration von oxidierenden Bestandteilen in der Abgasemission. Alternativ kann das Metalloxid ein p-Typ-Material sein, beispielsweise Nikkeioxid; in diesem Falle nimmt die Leitfähigkeit mit der Konzentrationserhöhung von oxidierenden Bestandtei- so len zu. Zusätzlich zu dem aktiven Metalloxid kann die Schicht 22 auch einen Katalysator wie Platin oder Palladium und ein weiteres Metalloxid enthalten, das sich normalerweise von dem Metall des aktiven Cxids unterscheidet und einen ähnlichen ionischen Radius, jedoch eine andere Wertigkeit hat als das Metall des aktiven Metalloxids. Wenn das aktive Metalloxid Titandioxid ist, ist Tantalpentoxid (Ta₂Os) ein geeignetes weiteres Metalloxid. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht deshalb die Schicht 22 aus Titanoxid zusammen mit 1 at % Tantalpenoxid und 1 at % Platin.The metal oxide of layer 22 can be an n-type material such as titanium oxide or zinc oxide; in this case, the conductivity of the layer 22 decreases with the increase in the concentration of oxidizing components in the exhaust gas emission. Alternatively, the metal oxide can be a p-type material such as nickel oxide; in this case, the conductivity increases with the increase in the concentration of oxidizing constituents. In addition to the active metal oxide, the layer 22 may also contain a catalyst such as platinum or palladium and another metal oxide which is normally different from the metal of the active metal oxide and has a similar ionic radius but a different valence than the metal of the active metal oxide. When the active metal oxide is titanium dioxide, tantalum pentoxide (Ta ₂ Os) is another suitable metal oxide. In a preferred exemplary embodiment, the layer 22 therefore consists of titanium oxide together with 1 at% tantalum oxide and 1 at% platinum.

Der Metalloxid-Schicht 22 wird zweckmäßigerweise in der Weise hergestellt, daß das Metalloxid zusammen mit eventuellen Additiven in einer gesättigten wäßrigen Lösung von Ammoniumnitrat in Suspension gebracht wird, ein Tropfen dieser Suspension auf den Teil der Perle 19 gebracht, auf dem die Schicht 22 gewünscht wird, und Strom durch die Heizspirale 21 zum Erhitzen der Perle geleitet wird Die Erhitzung führt zu einem Verdampfen des Wassers der Lösung, das Ammoniumnitrat wird zersetzt und es bleibt ein gesintertes Skelett des gewünschten Metalloxids, das an der Perle anhaftetThe metal oxide layer 22 is expediently produced in such a way that the metal oxide together suspended with any additives in a saturated aqueous solution of ammonium nitrate a drop of this suspension is placed on the part of the bead 19 on which the layer 22 is desired and current is passed through the heating coil 21 to heat the bead. The heating results in a Evaporation of the water from the solution, the ammonium nitrate is decomposed and a sintered skeleton remains of the desired metal oxide adhered to the bead

Wie Fig. 1 zeigt überragt das vordere Ende 17 des Körpers 11 den Stopfen 15 und den Sensor 18 und bildet eine Hülle 23, die die Einrichtung 18 teilweise umschließt wodurch verhindert wird daß durch die Abgassammelleitung fließende Abgasemission direkt über das Sensorelement 22 strömt Das Element 22 wird dabei der Abgasemission durch das offene Ende 17 des Körpers ausgesetzt, so daß die Abgase mit der Schicht 22 in Kontakt gelangen, nicht aber direkt über diese strömen können.As Fig. 1 shows, the front end 17 of the towers above Body 11, the plug 15 and the sensor 18 and forms a sheath 23 which partially encloses the device 18 thereby preventing it from passing through the exhaust manifold flowing exhaust gas emission flows directly over the sensor element 22. The element 22 is thereby exposed to the exhaust emission through the open end 17 of the body so that the exhaust gases with the layer 22 in Contact, but not be able to flow directly through it.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der MetaUoxid-Sensor 31 auf das eine Ende der einen Seite einer langgestreckten, gesinterten Keramikkachel 32 aufgedruckt Vorzugsweise besteht das Keramikmaterial der Kachel 32 aus Aluminiumoxid mit einem nur geringen Glasgehalt, um eine hohe mechanische Festigkeit zu gewährleisten. In einem praktischen Ausfuhrungsbeispiel bestand die Kachel aus 0,625 mm dickem, gesintertem, plattenförmigen! Aluminiumoxid der Firma Bush Beech Engineering Limited in Cheshire, England, mit einem Aluminiumoxidgehalt von 96%. Daraus wurde eine rechteckige Platte von 1,8 Zoll Länge, 0,265 Zoll Breite (45,7 · 6,73 mm) geschnitten.In the case of the FIG. 3 illustrated embodiment of the invention is the metaUoxid sensor 31 on the one The end of one side of an elongated, sintered ceramic tile 32 is preferably printed on the ceramic material of the tile 32 made of aluminum oxide with only a low glass content in order to have a high mechanical To ensure strength. In a practical exemplary embodiment, the tile consisted of 0.625 mm thick, sintered, plate-shaped! Alumina from Bush Beech Engineering Limited in Cheshire, England, with an alumina content of 96%. This became a 1.8 inch rectangular plate Cut length, 0.265 inch width (45.7 x 6.73 mm).

Der Sensor besteht aus einem gesinterten Gemisch aus Titandioxid mit 1 Mol-% Tantaloxid und 1 at % Platin. Um dieses Gemisch zu erzeugen, werden die Bestandteile zusammen in Luft bei 1100⁰C zwei Stunden erhitzt wobei das Platin im Ausgangsmaterial in Form von Platinchlorid verwendet werden kann. Das gesinterte Produkt wird zu Pulver gemahlen und durch Absetzen in Wasser oder einem anderen geeigneten nichtreaktivem Medium klassiert, um Partikel in einer Größe von mehr als 10 Micron zu entfernen. Das so klassierte Pulver, das somit aus Partikeln einer Größe von 10 Micron und weniger besteht.wird dann mit einer organischen Trägerflüssigkeit gemischt und diese Suspension auf die Kachel im üblichen Dickfilm-Druckverfahren aufgetragen. Als Suspensionsphase kann jede geeingete übliche Trägerflüssigkeit verwendet werden. Es sollte jedoch sichergestellt werden, daß die Suspension zwischen 30 und 35 VoL-% des Trägers enthält also erheblich mehr als die 15 bis 25 Vol.-%, die normalerweise in Dickfilm-Druckverfahren verwendet wird. Ferner soll die Partikelgröße die beim üblichen Dickfilm-Druckverfahren verwendete Größe von 0,1 bis 2 Micron bis zu einer Größe von 10 Micron übersteigen. Diese Abweichungen von den üblichen Verfahren führen zu einem Sensor 31, der für das genannte Verfahren besonders geeignet ist.The sensor consists of a sintered mixture of titanium dioxide with 1 mol% tantalum oxide and 1 at% platinum. To produce this mixture, the constituents are ^{heated together in air at 1100 °} C. for two hours, it being possible to use the platinum in the starting material in the form of platinum chloride. The sintered product is ground to a powder and sized by settling in water or other suitable non-reactive medium to remove particles larger than 10 microns in size. The powder classified in this way, which thus consists of particles with a size of 10 microns and less, is then mixed with an organic carrier liquid and this suspension is applied to the tile using the usual thick-film printing process. Any suitable conventional carrier liquid can be used as the suspension phase. However, it should be ensured that the suspension contains between 30 and 35% by volume of the carrier, that is to say considerably more than the 15 to 25% by volume which is normally used in thick film printing processes. Furthermore, the particle size should exceed the size of 0.1 to 2 microns used in conventional thick film printing processes up to a size of 10 microns. These deviations from the usual methods lead to a sensor 31 which is particularly suitable for the method mentioned.

Nachdem eine Schicht der Pulversuspension auf die Kachel 32 gedruckt worden ist, wird sie bei 120°C für die Dauer einer halben Stunde getrocknet und dann bei 1200⁰C gebrannt. Durch diesen Sintervorgang ergibt sich eine starke Bindung zwischen dem Sen&orelement 31 und der Kachel 32, ohne daß es notwendig ist, ein Glas zu verwenden, um die Adhäsion zu verbessern. Die so gebildete gesinterte Schicht ist porös; dadurch wird die Empfindlichkeit verbessert, weil die im Betrieb auftretenden Änderungen des Widerstandswerts von Oberflächenreaktionen mit dem zu überwachenden Glas und somit von der Oberflächengröße des Sensors abhängt. Darüberhinaus erleichtert die Porosität des Sensors 3i das Anbringen elektrischer Verbindungen. Ferner hat sich ergeben, daß ein solcher Sensor 3! selbstAfter a layer has been printed the powder suspension to the tile 32, it is fired at 120 ° C. for a period of half an hour and then at 1200 ⁰ C. This sintering process produces a strong bond between the sensor element 31 and the tile 32 without the need to use a glass in order to improve the adhesion. The sintered layer thus formed is porous; this improves the sensitivity because the changes in the resistance value that occur during operation depend on surface reactions with the glass to be monitored and thus on the surface area of the sensor. In addition, the porosity of the sensor 3i makes it easier to make electrical connections. It has also been found that such a sensor 3! self

bei den hohen Temperaturen, die in der Größenordnung von 900⁰C liegen können, fest an der Kachel 32 haften bleibt. Der Sensor 31 hat vorzugsweise einen Widerstandswert in Luft von 100 kOhm. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat er die Form eines Rechtecks von 5 mm Länge und 3 mm Breite.at the high temperatures, which can be of the order of 900 ^° C., firmly adheres to the tile 32. The sensor 31 preferably has a resistance value in air of 100 kOhm. In the illustrated embodiment, it has the shape of a rectangle 5 mm long and 3 mm wide.

Die elektrischen Anschlüsse des Sensors 31 werden durch zwei elektrisch leitende Bereiche 33 gebildet, die auf die Kachel 32 aufgedruckt sind und sich von dem Sensor 31 bis zum gegenüberliegenden Ende der Kachel 32 erstrecken. Beispielsweise kann jeder dieser Anschlußleitungen die Form eines Längsstreifens 33 von 40 mm Länge und 1 mm Breite haben, die an ihren dem Sensor 31 zugekehrten Ende zu einer im wesentlichen rechteckigen Fläche von 5 mm Länge und 2 mm Breite vergrößert sind und die Seitenränder des Sensors 31 überragen. In Anbetracht der hohen Betriebstemperatur der Vorrichtung und der gasförmigen Umgebung, der die Vorrichtung ausgesetzt wird, werden die Bereiche 33 vorzugsweise aus Gold, Platin oder einem Platin-Gold-Gemisch hergestellt, beispielsweise aus einem Gemisch aus Gold, Platin und einem Glas zur Unterstützung der Bindung. Das Gemisch wird durch ein übliches Dickfilm-Druckverfahren aufgetragen und die so erzeugte Druckschicht etwa 30 Minuten lang in Luft bei 120° C getrocknet und anschließend 5 Minuten lang bei etwa 980° C gebrannt, um so Bereiche 33 zu erzeugen, die etwa eine Dicke von 10 bis 25 Micron, vorzugsweise 15 Micron haben. Die so erzeugten Bereiche 33 haben eine feste Verbindung mit der Kachel 32 und eine gute mechanische und elektrische Verbindung mit dem Sensor 31, was durch die Porosität des Sensors 31 unterstützt wird.The electrical connections of the sensor 31 are formed by two electrically conductive areas 33, which are printed on the tile 32 and extend from the sensor 31 to the opposite end of the tile 32 extend. For example, each of these connecting lines can be in the form of a longitudinal strip 33 of 40 mm long and 1 mm wide, which at their end facing the sensor 31 to a substantially rectangular area of 5 mm in length and 2 mm in width and the side edges of the sensor 31 tower above. In view of the high operating temperature of the device and the gaseous environment, to which the device is exposed, the areas 33 are preferably made of gold, platinum or a platinum-gold mixture made, for example, from a mixture of gold, platinum and a glass for support the bond. The mixture is applied by a conventional thick film printing process and the resulting Print layer dried for about 30 minutes in air at 120 ° C and then for 5 minutes at Fired about 980 ° C to create areas 33, approximately 10 to 25 microns thick, preferably 15 microns. The areas 33 produced in this way have a firm connection with the tile 32 and a good mechanical and electrical connection with the sensor 31, which is supported by the porosity of the sensor 31.

An dem dem Sensor 31 gegenüberliegenden Ende der Kachel ist an jeden Bereich 33 ein kupferner Anschlußdraht 34 angelötet Vorzugsweise wird dann ein Tropfen eines Keramikzements auf jeden Draht 34 an einer Stelle aufgebracht, die etwas von der Lötstelle entfernt liegt, um die Festigkeit der Verbindung mit dem Bereich 33 zu verbessern. Ein zylindrischer Keramikkörper 36 trägt die Kupferdrähte 34 zusammen mit zwei Nickeldrähten 35; er ist an einem Ende mit einer sich axial erstreckenden Nut 37 versehen, in der die Kachel 32 befestigt ist. Am anderen Ende ist der Körper 36 mit einer geflanschten Röhre 38 aus nichtrostendem Stahl verbunden, wobei beide Verbindungen mittels Keramikzements erfolgen können, beispielsweise mittel Autostic oder mittels eines Glases von niedrigem Schmelzpunkt Ein Glasverschluß 39 verschließt das freie Ende der Röhre 38; er trägt vier Metallröhren 41, in denen die Drähte 34 bzw. 35 durch Löten oder Verformen befestigt sind.At the end of the tile opposite the sensor 31, a copper connecting wire is attached to each area 33 34 soldered on. Preferably, a drop of ceramic cement is then applied to each wire 34 at one point applied, which is slightly away from the soldering point, in order to improve the strength of the connection with the area 33. A cylindrical ceramic body 36 carries the copper wires 34 together with two nickel wires 35; it is at one end with an axially extending one Groove 37 is provided in which the tile 32 is attached. At the other end, the body 36 is flanged with a Stainless steel tube 38 connected, both connections being made by means of ceramic cement can, for example, by means of Autostic or by means of a glass with a low melting point. A glass closure 39 closes the free end of the tube 38; it carries four metal tubes 41, in which the wires 34 resp. 35 are attached by soldering or deforming.

Die Nickeldrähte 35 haben vorzugsweise einen Durchmesser von 0,5 mm und erstrecken sich zu freien Enden der Kachel 32 hin, wo sie mit den jeweils gegenüberliegenden Enden eines Platin-Heizdrahts 42 verbunden sind, der einen Durchmesser von 0,25 mm haben kann und in mehreren, beispielsweise neun Windungen um den Teil der Kachel 32 gewickelt ist, der den Sensor 31 trägt, wobei er in (nicht dargestellten) Kerben der Längsränder der Kachel gehalten sind oder durch eine Schicht 43 aus Glas öder Keramikzement, die an den Kachellängsrändern vorgesehen ist Der Heizdraht 42 ist mit den Drähten 35 dadurch verbunden, daß er etwa 5 oder 6 Mal um das Ende des betreffenden Drahts gewickelt ist, und die beiden letzten Wicklungen des Drahts 42 mit dem Draht widerstandsverschweißt sind. Das ergibt eine feste Verbindung, die aber eine unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem Piatin des Drahtes 42 und dem Nickel der Stromzuführungen 35 ermöglicht.The nickel wires 35 are preferably 0.5 mm in diameter and extend freely Ends of the tile 32 to where they are with the opposite Ends of a platinum heating wire 42 are connected, which have a diameter of 0.25 mm can and is wound in several, for example nine turns around the part of the tile 32 that the sensor 31 carries, he in (not shown) notches of the Longitudinal edges of the tile are held or by a layer 43 of glass or ceramic cement attached to the The heating wire 42 is connected to the wires 35 in that it is about Wrapped around the end of the wire in question 5 or 6 times and the last two turns of wire 42 are resistance welded to the wire. This results in a firm connection, but this results in a different thermal expansion between the piatin of the wire 42 and the nickel of the power supply lines 35 allows.

Bei Verwendung der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung zum Überwachen der Zusammensetzung einer Abgasemission, beispielsweise der Emission eines Brennkraftmotors, wird Strom durch die Stromzuführungen 35 dem Heizdraht 42 zugeführt, so daß der Sensor 31 auf " die erforderliche Betriebstemperatur, normalerweise auf etwa 900° C erhitzt wird. Bei dieser Temperatur ändert sich die elektrische Leitfähigkeit des Sensors 31 entsprechend der Menge an oxidierenden oder reduzierenden Bestandteilen der Abgase, so daß sich ein Wert der Emissionszusammensetzung ermitteln kann, wenn die Stromzuführungen 34 mit einer Spannungsquelle verbunden werden und der dann durch den Sensor 31 fließende Strom gemessen wird. Um genaue Werte zu erhalten, sollte der Sensor auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden, vorzugsweise unter Verwendung von Thermoelementen am Sensor 31 oder durch Regelung des durch den Heizdraht fließenden Stroms mittels einer üblichen Brückenschaltung.When using the in F i g. 3 illustrated device for monitoring the composition of an exhaust emission, for example the emission of an internal combustion engine, electricity is fed through the power supply lines 35 fed to the heating wire 42, so that the sensor 31 is at "the required operating temperature, normally is heated to about 900 ° C. At this temperature, the electrical conductivity of the sensor 31 changes according to the amount of oxidizing or reducing constituents of the exhaust gases, so that a value the emission composition can determine when the power supplies 34 to a voltage source are connected and the current then flowing through the sensor 31 is measured. To get accurate values too obtained, the sensor should be maintained at a substantially constant temperature, preferably using thermocouples on sensor 31 or by regulating the flow through the heating wire Current by means of a conventional bridge circuit.

Die in F i g. 3 gezeigte Vorrichtung sitzt in einem hohlen, wärmebeständigen Körper, wie er beispielsweise in F i g. 1 bei 11 gezeigt ist, vorzugsweise derart, daß der Sensor 31 durch den Körper davor geschützt ist, daß die Abgase ihn direkt überströmen.The in F i g. The device shown in FIG. 3 sits in a hollow, heat-resistant body, as is shown, for example, in FIG F i g. 1 is shown at 11, preferably such that the Sensor 31 is protected by the body from the exhaust gases flowing over it directly.

Anstelle des vorerwähnten Titanoxids als das Metalloxid des Sensors kann auch Galliumoxid (GazCh) verwendet werden. In solchem Fall muß jedoch unter der Metalloxidschicht eine Schicht entglasenden Glases auf die Kachel 32 aufgedruckt werden, um eine Bindung des Sensors 31 an der Kachel 32 sicherzustellen.Gallium oxide (GazCh) can also be used in place of the aforementioned titanium oxide as the metal oxide of the sensor will. In such a case, however, a layer of devitrifying glass must be placed under the metal oxide layer the tile 32 can be printed on in order to ensure that the sensor 31 is bound to the tile 32.

Das in F i g. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel ähnelt dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel insofern, als es einen wärmebeständigen hohlzylindrischen Körper 51 und eine langgestreckte gesinterte Aluminiumoxidkachel 52 aufweist, die in dem Körper 51 sitzt und an deren einer Seite ein Metalloxid-Sensor 53 vorgesehen ist Der Sensor 53 hat zweckmäßigerweise die gleiche Zusammensetzung wie der Sensor 31 und wird in der gleichen Weise wie dieser angebracht Die elektrischen Verbindungen 54 zum Sensor 53 werden auf die Kachel 52 aufgedruckt und zwar als Bereiche aus Platin und/oder Gold, die dann gebrannt werden, um sie mit der Seite der Kachel zu verbinden. Auch dies dritte Ausführungsbeispiel weist eine Heizung 55 zum Erhöhen der Temperatur des Sensors 53 auf; sie ist hier jedoch dadurch gebildet, daß auf die dem Sensoar 53 abgewandten Seite der Kachel ein Widerstand aufgedruckt ist der aus einer Palladium-Gold-Verbindung bestehen kann. An einander gegenüberliegenden Seiten des Heizbereichs 55 sind zwei elektrische Verbindungen 56 angebracht, die ebenfalls auf die Kachel 52 aufgedruckt sind und sich bis zu dem anderen Ende der Kachel erstrecken. Die Verbindungen 56 und 55 können im Siebdruckverfahren auf die Kachel 52 aufgedruckt werden und dann gebrannt werden.The in Fig. The third embodiment shown in FIG. 4 is similar to that in FIG. 3 illustrated embodiment in that there is a heat-resistant hollow cylindrical body 51 and an elongated sintered one Has aluminum oxide tile 52, which sits in the body 51 and on one side of which a metal oxide sensor 53 The sensor 53 expediently has the same composition as the sensor 31 and The electrical connections 54 to the sensor 53 are attached in the same way as this printed on the tile 52 as areas of platinum and / or gold which are then fired to form them to connect to the side of the tile. This third exemplary embodiment also has a heater 55 for increasing it the temperature of the sensor 53; However, it is formed here by the fact that the sensor 53 A resistor is printed on the opposite side of the tile and consists of a palladium-gold compound can. On opposite sides of the heating area 55 are two electrical connections 56 attached, which are also printed on the tile 52 and extend to the other end of the tile extend. The connections 56 and 55 can be printed onto the tile 52 using the screen printing process and then be burned.

Um die Vorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel herzustellen, werden zunächst die entsprechen- In order to produce the device according to the third exemplary embodiment, the corresponding

eo den Muster auf die Kachel 52 aufgedruckt und dann die Stromzuführungen 57,58 paarweise an die Verbindungen 54 bzw. 56 angeschweißt Die Kachel 52 wird dann in den Körper 51 eingeführt und undurchlässiges Keramikmate: läL zweckmäßigerweise ein kieselhaltiger AIuminiumoxidzement, wird in den Körper 51 eingeführt, um den Hauptteil der Kachel einzukapseln, jedoch den Sensor 53 und die Heizung 55 freizulassen. Den Körper 51 hat eine solche Form, daß er den Sensor 53 umhüllt,eo the pattern is printed on the tile 52 and then the power supply lines 57,58 in pairs to the connections 54 or 56 welded on The tile 52 is then inserted into the body 51 and impermeable ceramic material: läL expediently a siliceous aluminum oxide cement, is inserted into body 51 to encapsulate the majority of the tile, but the To release sensor 53 and heater 55. The body 51 has such a shape that it envelops the sensor 53,

um zu verhindern, daß bei seiner Benutzung Abgase direkt über ihn fließen. Gemäß F i g. 4 wird die Hülle nicht nur vom Ende des Körpers 51 gebildet, sondern auch von einer gelochten Endkappe 59, die das Ende des Körpers verschließt.to prevent exhaust gases from flowing directly over it when it is in use. According to FIG. 4 becomes the shell not only formed by the end of the body 51, but also by a perforated end cap 59 that forms the end of the Body closes.

Das in F i g. 5 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel ist dem in F i g. 4 dargestellten ähnlich, jedoch ist die gesinterte Keramikkachel 61 mit einem Widerstandsbereich 62 und einem Sensor 63 versehen, die in Abständen auf der gleichen Seite der Kachel aufgedruckt sind.The in Fig. The fourth embodiment shown in FIG. 5 is the same as that in FIG. 4 shown similar, however, the Sintered ceramic tile 61 provided with a resistance area 62 and a sensor 63, which at intervals are printed on the same side of the tile.

Jede der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen kann einen Teil eines Systems zur Regelung der Zufuhr von Kraftstoff zu einem Brennkraftmotor bilden. Sie kann also verwendet werden als ein Mittel zum Regeln der Funktion von Einspritzdüsen oder Vergasern ent- is sprechend der Größe der Ausgangssignale der Vorrichtung. Any of the devices described above can be part of a supply control system of fuel to form an internal combustion engine. So it can be used as a means of regulating the function of injection nozzles or carburetors speaking of the magnitude of the output signals of the device.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

2020th

3535

4040

4545

5050

5555

6060

6565

Claims

, of the metal oxide depends on claims: ν: ·.:; - 11. Device according to claim 10, characterized in that "■ '■■' ''. ■■ · -" ■ indicates that an output of the device to

1. Vorrichtung zum Oberwachen der Zusammen- Erzeugen eines Ausgangssignals mit einer zweiten setzung der Abgasemission eines Verbrennungsmo- 5 Hinrichtung verbunden ist, die die .,Zufuhr eines tors, mit einer langegstreckten, zwei Enden bilden- Kraftstoff-Luftgemisches entsprechend; der Größe den keramischen Kachel aus einem elektrisch isolie- des Ausgangssignals derart steuert, daß die Zusamrenden, gegen das Emissionsgas inerten Material, die mensetzung des dem Motor zugeführten Kraftstoffauf einer Seite eine als Sensor aufgedruckte Schicht Luftgemisches von der Zusammensetzung der von aus Metalloxid, dessen elektrische Leitfähigkeit sich <o dem Motor erzeugten Abgas abhängt entsprechend der Konzentration an oxidierenden1. Device for monitoring the co-generation of an output signal with a second setting of the exhaust emissions of a combustion engine is connected to the 5 execution, the., supply of a tors, with an elongated, two ends form fuel-air mixture accordingly; the size controls the ceramic tile from an electrically isolating output signal in such a way that the composition of the material which is inert to the emission gas, the composition of the fuel supplied to the engine on one side has a layer of air mixture printed as a sensor on the composition of the made of metal oxide, the electrical conductivity of which depends on the exhaust gas generated by the engine according to the concentration of oxidizing

oder reduzierenden Bestandteilen in den Abgasen or reducing components in the exhaust gases

ändert aufweist, welche über ein Paar auf die gleiche Seite der Kachel aufgedruckter Leitungen mit elektrischen Anschlußleitungen verbunden ist mit einer is Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Oberwa-Einrichtung zum Erwärmen des Sensors, wobei die chen der Zusammensetzung der Abgasemission eines Kachel von einem ihn nicht berührenden Hohlkör- Verbrennungsmotors.changes has which about a pair to the same The side of the tile of printed lines with electrical connection lines is connected to an electrical connection Tile from a hollow internal combustion engine that does not touch it.

pur umgeben ist d a d u r c h gekennzeichnet, Es ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt die einepure surrounded is d a d u r c h marked, It is a device of this kind known the one

daß der Sensor (31, S3, 63) nur auf dem Teil der langgestreckte keramische Kachel aus einem elektrisch Kachel (32, 52, 61) aufgedruckt ist, das dem'einen 20 isolierenden, gegen das Emissionsgas inerten Material Ende näherliegt die Stelle, an der die mit dem Sen- aufweist, auf deren größerer Seite eine Schicht aus Mesor (31,53,63) verbundenen Leitungen (33,54) mit talloxid, dessen elektrische Leitfähigkeit sich entspreden Anschlußleitungen (34) verbuden sind, dem an- chend der Konzentration an oxidierenden oder reduziederen Ende der Kachel (32, 52, 61) näherliegt, die renden Bestandteilen in den Abgasen ändert, als Sensor Einrichtung (42) zum Erwärmen lediglich an dem 25 aufgedruckt ist der über ein Paar auf die gleiche Seite Bereich der Kachel (32, 52, 61) vorgesehen ist auf der Kachel aufgedruckter Leitungen mit elektrischen den der Sensor aufgedruckt ist und die Kachel (32, Anschlußleitungen verbunden ist, mit einer Einrichtung 52,61) in einer den Sensor führenden Umhüllung (11, zum Erwärmen des Sensors, wobei die Kachel von ei-51) sitzt die sie gegen die Verbrennungsabgase ab- nem iim nicht berührenden Hohlkörper umgeben ist schirmt 30 (GB-PS 12 04 708).that the sensor (31, S3, 63) only on the part of the elongated ceramic tile from an electrical Tile (32, 52, 61) is printed, the dem'eine 20 insulating material inert to the emission gas Closer to the end is the point at which the sensor has, on its larger side, a layer of mesor (31,53,63) connected lines (33,54) with tallow oxide, the electrical conductivity of which is connected according to connecting lines (34) , which is closer to the concentration at the oxidizing or reducing end of the tile (32, 52, 61) that changes the constituents in the exhaust gases, as a sensor Means (42) for heating only on which 25 is printed which is over a pair on the same side Area of the tile (32, 52, 61) is provided on the tile printed lines with electrical the sensor is printed and the tile (32, connecting lines is connected to a device 52,61) in an envelope (11, guiding the sensor, for heating the sensor, the tile of ei-51) which it is surrounded by the non-touching hollow body against the combustion exhaust gases shields 30 (GB-PS 12 04 708).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Aufgabe der Erfindung ist eine solche Vorrichtung zeichnet, daß die Einrichtung zum Erwärmen aus und insbesondere die Anschlüsse der aufgedruckten einer an der Kachel (52, 61) haftenden, gegen die Leitungen mit den elekrischen Anschlußleitungen gegen Verbrennungsgase resistenten Schicht (55, 62) be- den Einfluß der heißen Verbrennungsgase zu schützen, steht. 35 Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die2. Device according to claim 1, characterized in that the object of the invention is such a device distinguishes that the device for heating and in particular the connections of the printed one on the tile (52, 61) adhering to the lines with the electrical connection lines against Combustion gas resistant layer (55, 62) to protect the influence of the hot combustion gases, stands. 35 According to the invention, this object is achieved by the

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs genannzeichnet daß die resitente Schicht (55) und der Sen- ten Merkmale gelöst.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the resistant layer (55) and the sen- ten features are solved in the characterizing part of the main claim.

sor (53) an der Kachel (52) anhaften, daß sie auf zwei Die Einrichtung zum Erwärmen kann aus einer an dersor (53) adhere to the tile (52) that they are on two The device for heating can from one to the

gegenüberliegenden Seiten der Kachel (52) sitzen. Kachel haftenden, gegen die Verbrennungsgase resi-sit opposite sides of the tile (52). Tile adhering to the combustion gases

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 40 stenten Schicht bestehen und der Sensor und diese zeichnet, daß als Einrichtung zum Erwärmen ein Schicht können auf gegenüberliegenden Seiten der Ka-Drahtheizelement (42) vorgesehen ist, das um den chel oder auch auf derselben Seite der Kachel nebenein-Bereich der Kachel (32) herumgewickelt ist, an dem andersitzen. Stattdessen kann zum Erwärmen auch ein der Sensor (31) sitzt. Heizdruck vorgesehen sein, der um den Bereich der4. Apparatus according to claim 1, characterized in that there are 40 stent layer and the sensor and this shows that as a means for heating a layer can be provided on opposite sides of the Ka wire heating element (42), which is wrapped around the chel or on the same side of the tile next to one area of the tile (32) on which the other sit. Instead, you can also use a the sensor (31) is seated. Heating pressure to be provided around the area of the

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 45 Kachel gewickelt ist, auf dem sich der Sensor befindet zeichnet, daß sich die Mittel zum Erwärmen in die Als Material des Sensors kommt insbesondere Titan-Kachel (32) hineinerstrecken, dioxid, Galliumoxid, Zinkoxid und Nickeloxid in Be-5. Apparatus according to claim 1, characterized in that 45 tile is wound on which the sensor is located is characterized by the fact that the means for heating extend into the material of the sensor, in particular titanium tile (32), dioxide, gallium oxide, zinc oxide and nickel oxide in

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, tracht Vorzugsweise wird ein Film eines solchen Medadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (22,31,53, talloxids im Druckverfahren auf die Keramikkachel auf-63) aus Titanoxid, Galliumoxid, Zinkoxid oder Nik- 50 getragen und anschließend gesintert, wobei vorzugskeloxid besteht weise ein poröser gesinterter Metalloxidfilm erzeugt6. Device according to one of claims 1 to 5, costume Preferably, a film of such a medium is characterized in that the sensor (22,31,53, tallow oxide in the printing process on the ceramic tile-63) made of titanium oxide, gallium oxide, zinc oxide or Nik- 50 carried and then sintered, where preferred sintered metal oxide is wise produced a porous sintered metal oxide film

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wird. *7. Device according to one of claims 1 to 6, is. *

dadurch gekennzeichnet, daß an der Kachel (15) eine Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausfüh-characterized in that on the tile (15) a The invention is described below with reference to execution

verschmolzene Keramikperle (19) befestigt ist und rungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, an dieser das Metalloxid als eine gesinterte Schicht 55 erläutert. In den Zeichnungen sindfused ceramic bead (19) is attached and approximately examples shown in the drawing, this explains the metal oxide as a sintered layer 55. In the drawings are

(22) anhaftet. F i g. 1 ein Schnitt durch eine Vorrichtung nach einem(22) adheres. F i g. 1 is a section through a device according to a

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ersten Ausführungsbeispiel zur Überwachung der Zudadurch gekennzeichnet daß die Kachel. (32,52,61) sammensetzung der Abgasemission eines Brennkraftaus gesinterter Keramik, und auf sie ein Film des motors,8. Device according to one of claims 1 to 6, first embodiment for monitoring the addition, characterized in that the tile. (32,52,61) composition of the exhaust emission of an internal combustion engine made of sintered ceramic, and on it a film of the engine,

Metalloxids mit Druckverfahren aufgetragen ist, der ω F i g. 2 ein Schnitt im vergrößerten Maßstab durchMetal oxide is applied with a printing process, the ω F i g. 2 is a section through on an enlarged scale

anschließend gesintert ist. einen Teil aus F i g. 1,is then sintered. part of FIG. 1,

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- F i g. 3 ein Schaubild eines Teils einer Vorrichtung zeichnet, daß der gesinterte Metalloxid porös ist. nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,9. Apparatus according to claim 8, characterized in that F i g. 3 is a diagram of part of an apparatus draws that the sintered metal oxide is porous. according to a second embodiment of the invention,

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, F i g. 4 ein Schnitt durch eine Vorrichtung nach einem dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (41,57) 65 dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,10. Device according to one of claims 1 to 9, F i g. 4 is a section through a device according to a characterized in that the connections (41,57) 65 third embodiment of the invention,

des Sensors (22,31,53, 63) mit einem Eingang einer F i g. 5 eine schematische Darstellung eines Teils ei-of the sensor (22,31,53, 63) with an input of a F i g. 5 a schematic representation of part of a

Einrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals ner Vorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeiverbunden sind, dessen Größe von der Leitfähigkeit spiel der Erfindung.A device for generating an output signal is connected to a device according to a fourth embodiment, the size of which depends on the conductivity of the invention.