DE2817873A1

DE2817873A1 - Exhaust gas detector cell - has two sintered rutile measuring elements each with two electrodes and one with catalyst

Info

Publication number: DE2817873A1
Application number: DE19782817873
Authority: DE
Inventors: Keiji Aoki; Tadashi Hattori; Susumu Sato; Yoshihiro Segawa; Eturo Yasuda
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1977-04-25
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1978-10-26
Also published as: JPS6012575B2; DE2817873C2; JPS53136898A

Abstract

The detector cell for the determination of gases present in the exhaust mixture of IC engines comprises a pair of measuring elements (1, 2) on an isolating carrier. The measuring elements are made by grinding rutile (TiO2) to particles of 0.1-3.0 mu m dia. mixing with an organic binder, applying platinum electrodes (1a-d) and sintering. One element is treated with a platinum catalyst either by reduction of absorbed chloroplatinate (H2PtCl4.6H2O) or vapour deposition. The complete measuring elements are mounted on a heat resisting, electrically isolating alumina body (4) which has metallic connection leads passing through it. The alumina insulator is sealed to a robust housing (6) which carries a protective cap (8) for the measuring electrodes.

Description

Detektoreinrichtung zur Erfassung von Gaskomponenten Detector device for detecting gas components

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaskomponenten-Detektoreinrichtung zur Feststellung einer Konzentrationsänderung von Gaskomponenten wie etwa Sauerstoff (02), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (BC) in z.B. den Abgasen einer Brennkraftmaschine. The invention relates to a gas component detector device for detecting a change in the concentration of gas components such as oxygen (02), carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (BC) in e.g. the exhaust gases of an internal combustion engine.

Detektoreinrichtungen zur Feststellung bzw. Ermittlung von Gaskomponenten sind auf vielen industriellen Anwendungsgebieten weit verbreitet. Als Gegenmaßnahme zur Lösung des Abgasproblems bei Brennkraftmaschinen haben in jüngster Zeit Gaskomponenten-Detektoreinrichtungen zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhaltnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoffgemisches Verwendung gefunden. Detector devices for the detection or determination of gas components are widely used in many industrial fields of application. As a countermeasure Gas component detector devices have recently been used to solve the exhaust gas problem in internal combustion engines for determining the air / fuel ratio of the fuel supplied to an internal combustion engine Air / fuel mixture found use.

Bei der Verwendung eines Katalysators zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine kann ein solcher Katalysator nur dann mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten, wenn das Luft/ Brennstoff-Verhältnis des Luft/Brennstoffgemisches konstant auf einem richtigen bzw. zweckmäßigen Wert gehalten wird. Bei einer mit einem üblichen Vergaser oder einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung ausgestatteten gewöhnlichen Brennkraftmaschine unterliegt das Luft/Brennstoff-Verhältnis in der Praxis unvermeidlich großen Änderungen und zwar auch dann,wenn das Verhältnis einer eingespritzten Brennstoffmenge zu der Ansaugluftmenge auf einen konstanten Wert eingestellt ist. Zur konstanten Aufrechterhaltung eines richtigen Luft/Brennstoff-Verhältnisses ist daher erforderlich, mit Hilfe einer Gasdetektoreinrichtung das Luft/Erennstoff-Verhältnis vor der Verbrennung des Luft/ Brennstoff-Gemisches zu ermitteln, ein dem festgestellten Wert entsprechendes Signal zu dem Vergaser oder der Einspritzvorrichtung zurückzuführen bzw. zurückzukoppeln und dadurch das Luft/Brennstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoffgemisches zu steuern. When using a catalytic converter to purify the exhaust gases a Such a catalytic converter can only be used with an internal combustion engine with maximum efficiency work when the air / fuel ratio of the air / fuel mixture is constant is kept at a correct or appropriate value. With one with a usual Carburetor or a fuel injector equipped ordinary Internal combustion engine is inevitably subject to the air / fuel ratio in practice large changes, even if the ratio of an injected amount of fuel to the intake air amount is set to a constant value. To the constant Maintaining a correct air / fuel ratio is therefore necessary the air / fuel ratio prior to combustion with the aid of a gas detector device to determine the air / fuel mixture, a value corresponding to the determined value Signal fed back or fed back to the carburetor or the injector and thereby the air / fuel ratio of that supplied to the internal combustion engine Control air / fuel mixture.

Gaskomponenten-Detektoreinrichtungen sind derart aufgebaut, daß die Bestimmung des Luft/Rrennstoff-Verhältnisses aufgrund der Tatsache erfolgt, daß die Konzentrationsänderungen von Gaskomponenten der Abgase in enger Beziehung zu Änderungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Luft/Brennstoffgemisches stehen. In dicsem Zusammenhang ist der Tatsache besondere Beachtung geschenkt worden, daß die Temperatur der Abgase sowie die Konzentrationen der Gasbestandteile der Abgase sich abrupt und in beträchtlichem Ausmaß ändern. Es ist somit erwünscht, daß derartige Gaskomponenten-Detektoreinrichtungen unabhängig von solchen herausragenden Variablen mit hoher Genauigkeit betrieben werden können. Gas component detector devices are constructed in such a way that the Determination of the air / fuel ratio is based on the fact that the concentration changes of gas components of the exhaust gases are closely related to Changes in the air / fuel ratio of the air / fuel mixture are available. In this context particular attention has been paid to the fact that the temperature of the exhaust gases and the concentrations of the gas components in the exhaust gases change abruptly and significantly. It is thus desirable that such Gas component detection devices independent of such salient variables can be operated with high accuracy.

Es ist bereits eine Gaskomponenten-Detektoreinrichtung bekannt, bei der ein Ubergangsmetalloxid Verwendung findet. A gas component detector device is already known in a transition metal oxide is used.

Wird das Luft/i3rennstoff-Verhältnis eines Luft/Brennstoffgemisches unter Verwendung einer solchen Detektoreinrichtung bestimmt, so geschieht dies unter Verwendung eines Differenz-Operationsverstärkers, der einen nicht invertierenden Eingangsanschluß und einen invertierenden Eingangsanschluß aufweist. Die Detektoreinrichtung ist z.B. in der Auslaßleitung bzw. einem Auspuffrohr einer Brennkraftmaschine angebracht, wobei das Ubergangsmetalloxid den Abgasen ausgesetzt ist und seine elektrische Widerstandsänderung festgestellt wird. Eine von BezugswiderstäXIcIen vorgegebene bzw. eingestellte Referenzspannung wird dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers zugeführt, während an dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers die aufgrund des Plektrischen Widerstandes des Ubergangsmetalloxides entstehende Spannung anliegt.Becomes the air / fuel ratio of an air / fuel mixture under Determined using such a detector device, this is done using a differential operational amplifier having a non-inverting input terminal and has an inverting input terminal. The detector device is e.g. mounted in the exhaust line or an exhaust pipe of an internal combustion engine, the transition metal oxide being exposed to the exhaust gases and its change in electrical resistance is detected. A reference voltage specified or set by reference resistances is fed to the non-inverting input terminal of the amplifier while at the inverting input terminal of the amplifier due to the pick Resistance of the transition metal oxide is applied.

Der Verstärker vergleicht die an seinen beiden Eincranasanschlüssen anliegenden Spannungen miteinander und bildet ein entsprechendes Ausgangssignal, das zur Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoffeemisches verwendet werden kann.The amplifier compares those at its two Eincranas connections applied voltages with each other and forms a corresponding output signal, that to control the air / fuel ratio of the internal combustion engine supplied Air / fuel mixture can be used.

Zur Erzielung einer richtigen Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses durch Verwendung der vorstehend beschriebenen Detektoreinrichtung ist jedoch eine Kompensation elektrischer Widerstandsänderungen des Ubergangsmetalloxides aufgrund von Temperaturänderungen der Abgase erforderlich, da sich die elektrischen xiclerstandswerte des Uberganqsmetalloxides nicht nur in Abhängiykeit von der Konzentration der Gaskomnonenten der Abgase sondern auch in Abhängigkeit von deren Temperatur andern. enn z.B. die Referenzspannung derart eingestellt ist, daß das Luft/Frennstoff-Verhältnis bei einer Abgastemperatur von 850°C auf den stoechiometrischen Verhältniswert gesteuert wird, läßt sich diese Steuerung zwar hei diesem Temperaturwert vorzugsweise durcführen, jedoch ist bei einer Abgastemperatur von 3500C das festgelegte Luft/Brennstoff-Verhältnis kleiner als der stoechiometrische Verhältniswert, was eine präzise Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses unmöglich macht. To achieve proper air / fuel ratio control however, using the detector means described above is one Compensation of changes in electrical resistance of the transition metal oxide due to from temperature changes of the exhaust gases required, as the electrical xiclerstandswerte of the transition metal oxide not only depending on the concentration of the gas components of the exhaust gases but also change depending on their temperature. hen e.g. the Reference voltage is set so that the air / fuel ratio at an exhaust gas temperature of 850 ° C controlled to the stoechiometric ratio value this control can preferably be carried out at this temperature value, however, when the exhaust gas temperature is 3500C, the specified air / fuel ratio is smaller than the stoechiometric ratio value, allowing precise control of the Makes air / fuel ratio impossible.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gaskomponenten-Detektoreinrichtung zu schaffen, die eine Feststellung der Gasbestandteile von Abgasen o.dgl. unabhängig von der Temperatur solcher Gase mit hoher Genauigkeit ermöglicht und auf einfache Weise herstellhar ist. The object of the invention is therefore to provide a gas component detector device to create a determination of the gas components of exhaust gases or the like. independent of the temperature of such gases with high accuracy and in a simple manner Way is producible.

Darüberhinaus soll eine Gaskomponenten-Detektoreinrichtung geschaffen werden, die zur Steuerung des Luft/Rrennstoff-Verhältnisses des Verbrennungsvorrichtungen wie einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoffgemisches verwendbar ist. In addition, a gas component detector device is to be created used to control the air / fuel ratio of the combustion devices as an internal combustion engine supplied air / fuel mixture can be used.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine Gaskomponenten-Detektoreinrichtung vorgesehen, die ein erstes und ein zweites Gasmeßelement mit jeweils einem in Abhängigkeit von den Gaskomponenten und den Temperaturen der festzustellenden Gase veränderliche elektrische Widerstandswerte aufweisenden Metalloxid, einen von dem ersten Meßelement zur Förderung von Oxidationsreaktionen der Gasbestandteile getragenen Katalysator, ein in das erste Meßelement eingefiRgtes erstes Elektrodenpaar zur Messung einer Änderung der an dem der katalytischen Wirkung des Katalysators ausgesetzten Teil des ersten Meßelementes in Abhängigkeit von den Gasbestandteilen und den Temperaturen der Gase auftretenden elektrischen Widerstandswerte und ein in das zweite Meßelement eingefügtes zweites Elektrodenpaar zur Messung einer im wesentlichen auf den Gastemperaturen beruhenden Änderung eines elektrischen Widerstandswertes aufweist. To solve this problem is according to a first embodiment the invention a gas component detector device provided, which has a first and a second gas measuring element, each with one depending on the gas components and the temperatures of the gases to be detected variable electrical resistance values containing metal oxide, one of the first measuring element for promoting oxidation reactions The catalyst carried by the gas constituents, a catalyst inserted into the first measuring element first pair of electrodes for measuring a change in the catalytic effect of the catalyst exposed part of the first measuring element depending on the Gas components and the temperatures of the gases occurring electrical resistance values and a second pair of electrodes inserted into the second measuring element for measurement an electrical change based essentially on the gas temperatures Has resistance value.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt auch das zweite Meßelement einen Katalysator zur Förderung von Oxidationsreaktionen der Gaskomponenten der festzustellenden Gase. Das zweite Elektrodenpaar ist in diejenigen Teile des zweiten Meßelementes eingefügt, die nicht der katalytischen Wirkung des darauf befindlichen Katalysators ausgesetzt sind. According to a further embodiment of the invention, that also carries second measuring element a catalyst for promoting oxidation reactions of the gas components of the gases to be detected. The second pair of electrodes is in those parts of the Second measuring element inserted, which does not affect the catalytic effect of the one located on it Are exposed to the catalytic converter.

Der von dem zweiten Meßelement getragene Katalysator dient dazu, dieses Element im wesentlichen auf der gleichen Temperatur wie das erste rleßelement zu halten, wenn sowohl das erste als auch das zweite Meßelement den festzustellenden Gasen ausgesetzt werden bzw. sind. Die Detektoreinrichtung kann daher die Konzentration der Gasbestandteile mit weiter verbesserter Genauigkeit ermitteln.The catalyst carried by the second measuring element serves to, this element is at substantially the same temperature as the first electrical element to hold when both the first and the second measuring element to be detected Are or are exposed to gases. The detector device can therefore determine the concentration determine the gas components with further improved accuracy.

Die erfindungsgemäße Gaskomponenten-Detektoreinrichtung wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine für die Feststellung verwendet, ob das Luft/Brennstoffverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoffgemisches größer oder kleiner als der stoechiometrische Luft/Brennstoff-Verhältniswert ist,wodurch eine Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Erennstoffgemisches auf den stoechiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniswert ermöglicht wird. The gas component detector device according to the invention is preferred used in conjunction with an internal combustion engine to determine whether the Air / fuel ratio of the air / fuel mixture supplied to the internal combustion engine is greater or less than the stoechiometric air / fuel ratio value, whereby a control of the air / fuel ratio of the supplied to the internal combustion engine Air / fuel mixture to the stoechiometric air / fuel ratio value is made possible.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.

Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten und eines zweiten Gasmeßelementes zur Erläuterung des der Gaskomponenten-Detektoreinrichtung zugrundeliegenden Prinzips, Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft/Brennstoff-Verhältnis eines Luft/Brennstoffgemisches und den jeweils an den in das erste und zweite Meßelement eingefügten Elektrodenpaaren gemessenen bzw. abgegriffenen elektrischen Widerstandswerten, Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Gaskomponenten-Detektoreinrichtung, Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines ersten und eines zweiten Meßelementes, die bei der Detektoreinrichtung gemäß Fig. 3 Verwendung finden, Fig. 5 eine Schnittansicht, die das erste und das zweite Meßelement gemäß Fig.4 bei nicht zusammengeschweißten Elektroden veranschaulicht, Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer elektrischen Schaltungsanordnung zur Bestimmung und Steuerung des Luft/Prennstoff-Verhältnisses unter Verwendung der Detektoreinrichtung, Fig. 7 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der elektrischen Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6, Fig. 8A bis 8C Fig. 1 ähnliche Schnittansichten wesentlicher Bauteile einer zweiten Ausführungsform der Gaskomponenten-Detektoreinrichtung, und Fig. 9 eine Fig. 3 ähnliche vertikale Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Gaskomponenten-Detektoreinrichtung. 1 shows a sectional view of a first and a second Gas measuring element to explain the gas component detector device on which it is based Principle, Fig. 2 is a graph showing the relationship between the air / fuel ratio an air / fuel mixture and the respective to the in the first and second measuring element inserted electrode pairs measured or tapped electrical resistance values, Fig. 3 shows a vertical sectional view of a first embodiment of the gas component detector device; 4 shows an enlarged sectional view of a first and a second measuring element, which are used in the detector device according to FIG. 3, FIG. 5 is a sectional view, the first and the second measuring element according to Figure 4 when not welded together Fig. 6 illustrates a schematic circuit diagram of an embodiment an electrical circuit arrangement for determining and controlling the air / fuel ratio using the detector device, FIG. 7 is a schematic circuit diagram of a further embodiment of the electrical circuit arrangement according to FIG. 6, FIG. 8A to 8C sectional views similar to FIG. 1 of essential components of a second embodiment of the gas component detector device, and FIG. 9 shows a vertical view similar to FIG. 3 Sectional view of a third embodiment of the gas component detector device.

In der Zeichnung sowie der nachfolgenden Beschreibung dienen gleicheoder ähnliche Bezugszahlen zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Bauteile. In the drawing and in the following description, the same or similar reference numbers to designate the same or similar components.

Zunächst sei unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip beschrieben. Hierzu sei zunächst auf Fig. 1 eingegangen,in der ein erstes Gasmeßelement 1 dargestellt ist, das aus einer plattenartigen gesinterten Titanoxidmasse besteht und einen aus Platin o.dgl. First, with reference to FIGS. 1 and 2, that of the invention underlying principle described. For this purpose, FIG. 1 will first be discussed, in a first gas measuring element 1 is shown, which consists of a plate-like sintered Titanium oxide mass and one made of platinum or the like.

bestehenden Katalysator 3 trägt, der nicht nur auf den Oberflächen des Meßelementes 1 sondern auch in dessen Innerem angeordnet ist. In die der katalytischen Wirkung des Katalysators 3 ausgesetzten Teile des Meßelementes 1 sind zwei Elektroden la und lb eingefügt. Das in Fig. 1 dargestellte zweite Gasmeßelement 2 besteht in ähnlicher Weise wie das erste Gasmeßelement 1 aus einer plattenartigen gesinterten Titanoxidmasse, in die zwei Elektroden lc und ld eingefügt sind. Das zweite Meßelement 2 trägt keinen Katalysator.existing catalyst 3 carries, not only on the surfaces of the measuring element 1 but is also arranged in its interior. In that of the catalytic Effect of the catalyst 3 exposed parts of the measuring element 1 are two electrodes la and lb inserted. The illustrated in Fig. 1 second gas measuring element 2 consists in similar to the first gas measuring element 1 made of a plate-like sintered Titanium oxide mass into which two electrodes lc and ld are inserted. The second measuring element 2 does not carry a catalyst.

Im Betrieb sind das erste rleßelement 1 und das zweite Meßelement 2 z.B. den von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgasen ausgesetzt. Wie bekannt ist, enthalten derartige Abgase Gasbestandteile wie Sauerstoff (02), Stickstoffoxide (NO ), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Wasserstoff (E12), wobei sich die Konzentration dieser Gaskomponenten jeweils in Abhängigkeit von dem vor der Verbrennung gegebenen Luft/Brennstoff-Verhältnis eines Luft/Brennstoffgemisches wandert. Allgemein ausgedrückt, weisen Meßelemente dieser Art veränderliche elektrische Widerstandswerte in Abhängigkeit von der sich durch nderungen der Partialdrücke dieser einzelnen Gaskomponenten bzw. Gasbestandteile ergebenden Änderung des Gesamtzustandes der Abgase auf. Außerdem wird diese Art von Meßelementen von der Temperatur der Abgase beeinflußt und eist entsprechend der Abgastemperatur variable elektrische Widerstandswerte auf. The first measuring element 1 and the second measuring element are in operation 2 exposed to exhaust gases emitted by an internal combustion engine, for example. As known such exhaust gases contain gas components such as oxygen (02), nitrogen oxides (NO), carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) and hydrogen (E12), whereby the concentration of these gas components each depending on the before Combustion given air / fuel ratio of an air / fuel mixture wanders. Generally speaking, sensing elements of this type have variable electrical Resistance values as a function of the changes in partial pressures these individual gas components or gas constituents resulting change in the overall condition the exhaust gases on. In addition, this type of measuring elements is dependent on the temperature of the Exhaust gas influences and eist variable electrical according to the exhaust gas temperature Resistance values.

Wenn das erste Meßelement 1 den Abgasen ausgesetzt ist, treten z.B. die folgenden Reaktionen aufgrund des Vorhandenseins des Katalysators 3 auf: (In diesen Formeln bezeichnen die Größen X und Y geeignete Koeffizienten.) Als Ergebnis tritt eine starke Änderung des O2-Partialdruckes der Abgase auf den Oberflächen des ersten Meßelementes 1 auf, wenn ein Ubergang der umgebenden Atmosphäre von einer Reduktionsatmosphäre zu einer Oxidationsatmosphäre und umgekehrt erfolgt, wobei diese änderung des 02-Partialdruckes als Änderung des zwischen den beiden Elektroden la und lb festgestellten elektrischen Widerstandswertes identifiziert werden kann. Diese Änderung des elektrischen Widerstandswertes ist in der Nähe des stoechiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses beträchtlich.When the first measuring element 1 is exposed to the exhaust gases, the following reactions occur due to the presence of the catalytic converter 3: (In these formulas, the quantities X and Y denote suitable coefficients.) As a result, there is a large change in the O2 partial pressure of the exhaust gases on the surfaces of the first measuring element 1 when the surrounding atmosphere changes from a reducing atmosphere to an oxidizing atmosphere and vice versa This change in the O2 partial pressure can be identified as a change in the electrical resistance value determined between the two electrodes 1a and 1b. This change in electrical resistance is significant near the stoechiometric air / fuel ratio.

Die auf den Oberflächen des zweiten Meßelementes 2 verursachte Änderung des 02-Partialdruckes ist dagegen nicht derart beträchtlich wie diejenige beim ersten Meßelement 1, da das zweite Meßelement 2 keinen Katalysator tragt. Die zwischen den Elektroden lc und ld des zweiten Meßelementes 2 festgestellte änderung des elektrischen Widerstandswertes gibt somit im wesentlichen die Temperaturänderung der Abgase wieder. The change caused on the surfaces of the second measuring element 2 the O2 partial pressure, on the other hand, is not as considerable as that of the first Measuring element 1, since the second measuring element 2 does not carry a catalyst. The between the electrodes lc and ld of the second measuring element 2 detected change in the electrical The resistance value essentially reflects the change in temperature of the exhaust gases.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, erfolgt über die Elektroden la und lb des ersten Meßelementes 1 die Feststellung der sowohl von den Gasbestandteilen als auch der Abgastemperatur abhängigen elektrischen Widerstandsänderung, während über die Elektroden lc und ld des zweiten Meßelementes 2 die sich im wesentlichen aufgrund der Abgastemperatur ergebende elektrische Widerstandsänderung erfaßt werden kann. Hierbei ist zu beachten, daß sich der an den Elektroden la und lb in Abhängigkeit von der Abgas temperaturänderung ergebende Wert der elektrischen Widerstandsänderung im wesentlichen identisch mit dem zwischen den Elektroden lc und ld des zweiten Meßelementes 2 festgestellten und ebenfalls auf der Abgastemperaturänderung beruhenden Wert der elektrischen P7iderstandsänderung ist, da beide Meßelemente 1 und 2 aus dem gleichen Metalloxid bestehen. As can be seen from the above, it is done via the electrodes la and lb of the first measuring element 1 the determination of both of the gas components as well as the exhaust gas temperature-dependent change in electrical resistance, while Via the electrodes lc and ld of the second measuring element 2, which are essentially electrical resistance change resulting from the exhaust gas temperature can be detected can. It should be noted that the at the electrodes la and lb as a function value resulting from the change in exhaust gas temperature the electric Change in resistance essentially identical to that between electrodes lc and ld of the second measuring element 2 determined and also on the change in exhaust gas temperature based on the value of the electrical resistance change, since both measuring elements 1 and 2 consist of the same metal oxide.

In Fig. 2 ist eine Beziehung zwischen dem Luft/Brennstoff-Verhältnis des Luft/Erennstoffgemisches und den an den jeweiligen Elektrodenpaaren ermittelten elektrischen Widerstandswerten graphisch dargestellt. Hierbei zeigt die Kurve I gemäß Fig. 2 die Beziehung zwischen dem Luft/Brennstoff-Verhältnis und dem sich sowohl aus der Abgastemperatur als auch den Gasbestandteilen ergebenden und zwischen den Elektroden la und lb des ersten Meßelementes 1 abgegriffenen elektrischen Widerstandsänderunaen, während die Kurve II die Beziehung zwischen dem Luft/Brennstoff-Verhältnis und den im wesentlichen auf der Abgastemperatur beruhenden und zwischen den Elektroden lc und ld des zweiten Meßelementes 2 abgegriffenen elektrischen Widerstandsänderungen veranschaulicht. Die Kurven I und II wurden durch einen Versuch erhalten, bei dem die Meßelemente 1 und 2 aus Titanoxid (ei02) und der Katalysator 3 aus Platin (Pt) bestanden. Außerdem wiesen die Abgase einen Temperaturwert von 600°C auf. Bei dem Schaubild gemäß Fig. 2 bezeichnet die Ordinate den elektrischen Widerstandswert (k in logarithmischem Maßstab, während die Abszisse das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Luft/Brennstoffaemisches in gleichmäßig unterteiltem Maßstab bezeichnet. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist der an den Elektroden la und lb auftretende und auf der Abgas temperaturänderung beruhende Wert der elektrischen Widerstandsänderung im wesentlichen identisch mit dem zwischen den Elektroden lc und ld festgestellten Wert der elektrischen Widerstandsänderung aufgrund einer Abgastemperaturänderung. Somit können Kennlinien, die den Kurven I und II gemäß Fig. 2 ähnlich sind, bei unterschiedlichen Abgastemperaturen erhalten werden. Dies bedeutet, daß die zwischen den beiden Elektroden la und lb des ersten Meßelementes 1 festgestellte Änderung des elektrischen Widerstandes durch die an den beiden Elektroden lc und ld des zweiten Meßelemte 2 festgestellte elektrische Widerstandsänderung zur Bestimmung eines von der Temperaturänderung der Abgase unabhängigen exakten stoechiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses kompensiert werden kann. In Fig. 2 is a relationship between the air / fuel ratio of the air / fuel mixture and the values determined on the respective electrode pairs electrical resistance values shown graphically. Here, curve I shows 2 shows the relationship between the air / fuel ratio and the self resulting from both the exhaust gas temperature and the gas components and between the electrodes la and lb of the first measuring element 1 tapped electrical resistance changes, while curve II shows the relationship between the air / fuel ratio and the based essentially on the exhaust gas temperature and between the electrodes lc and ld of the second measuring element 2 tapped electrical resistance changes illustrated. Curves I and II were obtained by an experiment in which the measuring elements 1 and 2 made of titanium oxide (ei02) and the catalyst 3 made of platinum (Pt) passed. In addition, the exhaust gases had a temperature of 600 ° C. In which In the diagram of FIG. 2, the ordinate denotes the electrical resistance value (k on a logarithmic scale, while the abscissa is the air / fuel ratio of the air / fuel mixture on an evenly subdivided scale. As already described above, is that occurring at the electrodes la and lb and the value of the change in electrical resistance based on the change in exhaust gas temperature essentially identical to that found between electrodes lc and ld Value of the change in electrical resistance due to a change in exhaust gas temperature. Characteristic curves which are similar to curves I and II according to FIG. 2 can thus be used different exhaust gas temperatures can be obtained. This means that the between the two electrodes la and lb of the first measuring element 1 detected change of the electrical resistance through the both electrodes lc and ld of the second measuring element 2 detected electrical resistance change to determine an exact one that is independent of the temperature change of the exhaust gases stoechiometric air / fuel ratio can be compensated.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine erste Ausführungsform der Gaskomponenten-Detektoreinrichtun, die ein erstes Gasmeßelement 1 und ein zweites Gasmeßelement 2 umfaßt, welche jeweils aus einer plattenartigen gesinterten Titanoxidmasse bestehen. Zur Herstellung der Meßelemente 1 und 2 wird ein bei einer Temperatur von ungefähr 12000C gesintertes Titanoxidpulver (in einer Rutilstruktur) unter Verwendung einer Kugelmühle oder dergleichen feingemahlen und zwar zu Partikeln mit durchschnittlichen Durchmessern von 0,1 bis 3/im. Das feingemahlene Pulver wird dann in einem Mischkneter mit einer organischen Dindemittellösung zu einem Brei bzw. einer Aufschlämmung geknetet. Die Aufschlämmung bzw. der Brei wird mittels eines Streichmessers bzw. Rakels in einem Streichverfahren zu innen Scheiben mit einer jeweiligen Dicke von ungefähr 0,2 nun geformt, woraufhin einige dieser Scheiben zu zwei Schichten mit einer geeigneten Dicke übereinandergelegt und Platinelektrodenpaare la, lb und lc, ld in die jeweiligen Scheibenschichten eingefügt werden. Die mit den eingefügten Elektroden versehenen Scheiben schichten werden sodann zur Bildung der Meßelemente 1 und 2 gepreßt und gesintert. Wie nachstehend noch näher beschrieben wird, ist das erste Meßelement 1 innen und außen mit einem Katalysator 3 versehen. 3 to 5 show a first embodiment of the gas component detector device, which comprises a first gas measuring element 1 and a second gas measuring element 2, each of which consist of a plate-like sintered titanium oxide mass. To manufacture the Measuring elements 1 and 2 are sintered at a temperature of about 12000C Titanium oxide powder (in a rutile structure) using a ball mill or like finely ground into particles with average diameters from 0.1 to 3 / in. The finely ground powder is then in a mixer with a organic dimer solution kneaded into a slurry or slurry. the Slurry or the slurry is by means of a doctor blade or doctor blade in one Coating method to inside discs with a thickness of about 0.2 each now shaped, whereupon some of these slices into two layers with a suitable one Thickness superimposed and platinum electrode pairs la, lb and lc, ld in the respective Slice layers are inserted. The ones provided with the inserted electrodes Slices are then pressed and pressed to form the measuring elements 1 and 2 sintered. As will be described in more detail below, the first measuring element is 1 provided with a catalytic converter 3 inside and outside.

Die Elektroden lb und lc des ersten und zweiten Meßelementes sowie eine zusätzliche Platinelektrode le sind zusammengeschweißt, so daß die Meßelemente 1 und 2 elektrisch in Reihe geschaltet werden können. Der aus Platin bestehende Katalysator 3 befindet sich innen und außen an dem ersten Meßelement 1, indem z.B. das Meßelement 1 in ChloroplRtinat (H2PtC14 6H20) getränkt, sodann in einem Wasserstoffstrom reduziert und wiederum gesintert wird. Alternativ kann auch ein Verdampfungs- bzw.The electrodes lb and lc of the first and second measuring element as well an additional platinum electrode le are welded together so that the measuring elements 1 and 2 can be connected electrically in series. The one made of platinum Catalyst 3 is located inside and outside of the first measuring element 1, e.g. the measuring element 1 is soaked in ChloroplRtinat (H2PtC14 6H20), then in a hydrogen stream is reduced and sintered again. Alternatively, an evaporation or

Eindampfungsverfahren für diesen Zweck verwendet werden.Evaporation methods can be used for this purpose.

In jedem Falle sollte darauf geachtet werden, daß ein elektrischer Kurzschluß zwischen den Elektroden la und lb vermieden wird.In any case, care should be taken to ensure that an electrical Short circuit between the electrodes la and lb is avoided.

Die äußeren Endflächen der Elektroden la und ld liegen jeweils an den Außenflächen der Meßelemente 1 und 2 frei.The outer end surfaces of the electrodes la and ld are in each case the outer surfaces of the measuring elements 1 and 2 free.

Die derart hergestellten Meßelemente 1 und 2 sind an dem unteren Ende eines feuerfesten, elektrisch isolierenden Schutzkörpers 4 aus z.B. Aluminiumoxid befestigt, wobei die Elektroden la, le und ld in in dem unteren Teil des Schutzkörpers 4 ausgebildete vertikale Elektrodenlcher eingefügt sind. The measuring elements 1 and 2 produced in this way are on the lower one End of a fireproof, electrically insulating protective body 4 made of e.g. aluminum oxide attached, the electrodes la, le and ld in in the lower part of the protective body 4 formed vertical electrode holes are inserted.

Metallische Zuleitungsdrähte 5, die einen Flansch bzw. Rand 5a sowie einen mit einer Rändelung bzw. Riffelung versehenen Teil 5b aufweisen, sind in in dem oberen Teil des Schutzkörpers 4 ausgebildete vertikale Zuleitungsdrahtlöcher 4b eingefügt, wobei die mit einer Rändelung bzw. Riffelung versehenen Teile 5b der Zuleitungsdrähte 5 fest an dem Schutzkörper 4 mittels eines Glaskeramikklebemittels 5c oder dergleichen befestigt sind.Metallic lead wires 5, which have a flange or edge 5a as well a part 5b provided with a knurling or corrugation are shown in FIG the upper part of the protective body 4 formed vertical lead wire holes 4b inserted, the knurled or corrugated parts 5b of Lead wires 5 fixed to the protective body 4 by means of a glass ceramic adhesive 5c or the like are attached.

Die unteren Enden der Zuleitungsdrähte 5 und die oberen Enden der Elektroden la, le und ld stehen in seitlichen Löchern 4c des Schutzkörpers 4 miteinander in elektrischer Kontaktberührung und sind durch Laserpunktschweißung fest aneinander befestigt.The lower ends of the lead wires 5 and the upper ends of the Electrodes la, le and ld are in side holes 4c of the protective body 4 with one another in electrical contact and are firmly attached to each other by laser spot welding attached.

Der Schutzkörper 4 mit den darin enthaltenen Meßelementen 1 und 2 ist in ein Gehäuse 6 eingefügt, das aus einem feuerfesten Metall besteht und ein Außenqewinde 6a zur Befestigung der Gasdetektoreinrichtung an z.B. der (nicht dargestellten)Auslaßleitung oder einem Auspuffrohr eines Kraftfahrzeugs aufweist . Eine aus feuerfestem Metall bestehende Unterlegscheibe 7 und der obere Teil einer aus feuerfestem Metall bestehenden Schutzkappe 8 sind fest zwischen dem unteren konischen Teil 4d des Schutzkörpers 4 und der dazu passenden konischen Innenfläche des Gehäuses 6 eingeklemmt bzw. eingespannt. Die Schutzkapse 8 ist mit kleinen Löchern 8a versehen, damit die Abgase in die Schutzkappe 8 hineinströmen und aus ihr herausströmen können. Zwischen dem oberen Ende 6b des Gehäuses 6 und dem Schulter- bzw. Stufenteil 4e des Schutzkörpers 4 sind eine Unterlegscheibe 10 und ein Ring 9 aus relativ weichem eletall wie etwa Kupfer eingefügt. Das obere Ende 6b des Gehäuses 6 ist in Richtung des Schutzkörpers 4 radial nach innen gebogen, um das Gehäuse 6 und den Schutzkörper 4 fest miteinander zu verbinden. The protective body 4 with the measuring elements 1 and 2 contained therein is inserted into a housing 6 made of a refractory metal and a External thread 6a for attaching the gas detector device to e.g. the outlet pipe (not shown) or an exhaust pipe of a motor vehicle. One made of refractory metal existing washer 7 and the upper part of one made of refractory metal Protective cap 8 are fixed between the lower conical part 4d of the protective body 4 and the matching conical inner surface of the housing 6 clamped or clamped. The protective cap 8 is provided with small holes 8a so that the exhaust gases can enter the protective cap 8 can flow in and flow out of it. Between the upper end 6b of the Housing 6 and the shoulder or step part 4e of the protective body 4 are a washer 10 and a ring 9 made of relatively soft eletall such as copper. The top end 6b of the housing 6 is bent radially inward in the direction of the protective body 4, in order to firmly connect the housing 6 and the protective body 4 to one another.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer die Gaskomponenten-Detektoreinrichtung einschließenden elektrischen Schaltungsanordnung dargestellt. In dieser Schaltungsanordnung ist das den Katalysator nicht enthaltende zweite Meßelement 2 durch einen Detektorwiderstand R3 zwischen den Elektroden ld und le repräsentiert, während das den Katalysator 3 enthaltende erste Meßelement 1 von einem weiteren Detektorwiderstand R4 zwischen den Elektroden la und le repräsentiert wird. Die Detektorwiderstände R3 und R4 sind in Reihe geschaltet, wobei ihr Verbindungspunkt x mit dem invertierenden Eingangsanschluß (-) eines Differenz-Operationsverstärkers C verbunden ist. In Fig. 6 is an embodiment of the gas component detector device enclosing electrical circuit arrangement shown. In this circuit arrangement is the second measuring element 2, which does not contain the catalyst, by means of a detector resistor R3 between electrodes 1d and 1e represents the catalyst 3 containing first measuring element 1 from a further detector resistor R4 between the electrodes la and le is represented. The detector resistors are R3 and R4 connected in series with its junction x being the inverting input terminal (-) of a differential operational amplifier C is connected.

Dem nicht invertierenden anderen Eingangsanschluß (+) des Verstärkers C wird eine von ebenfalls in Reihe geschalteten Bezugswiderständen R1 und R aebildete Bezugsspannung zugeführt.The non-inverting other input terminal (+) of the amplifier C is formed by reference resistors R1 and R also connected in series Reference voltage supplied.

2 An dem Verbindungspunkt x wird die zwischen den Elektroden la und le aufgrund einer Temperaturänderung der Abgase festgestellte elektrische Widerstandsänderung im wesentlichen von der auf dieser Abgastemperaturänderung beruhenden elektrischen Widerstandsänderung zwischen den Elektroden ld und le kompensiert bzw. 2 At the connection point x between the electrodes la and le electrical resistance change determined due to a change in temperature of the exhaust gases essentially from the electrical one based on this change in exhaust gas temperature Change in resistance between electrodes ld and le compensated or

gelöscht. An dem mittleren Verbindungspunkt x wird somit eine Spannung gebildet, die allein die von den Gasbestandteilen ereugte ahrupte elektrische Widerstandsänderung repräsentiert.turned off. There is thus a voltage at the middle connection point x formed solely by the change in electrical resistance caused by the gas components represents.

Die an dem mittleren Verbindungspunkt x erhaltene Spannung hängt somit im wesentlichen von der Konzentration der Gaskomponenten oder dem Luft/Brennstoff-Verhältnis ab.The voltage obtained at the central connection point x thus depends essentially on the concentration of the gas components or the air / fuel ratio away.

Der elektrische Widerstandswert des ersten Meßelementes 1 zeigt eine abrupte Änderung, wenn das tatsächliche oder festgestellte Luft/Brennstoff-Verhältnis von dem stoechiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältniswert abweicht. Zur Steuerung des tatsächlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf das stoechiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis wird daher die von den Bezugswiderständen zur Darstellung des stoechiometrischen Luft/ Brennstoff-Verhältnisses gebildete Bezugs spannung (eine derartige Bezugsspannung ist in Fig. 2 in Form eines elektrischen Widerstandswertes durch die aestrichelte Linie A gekennzeichnet) dem nichtinvertierenden E.ingangsanschluß (+) des Verstärkers C zugeführt. Der Verstärker C vergleicht die seinen beiden Eingangsanschlüssen zugeführten Spannungen und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal zur Betätigung eines Stellgliedes D ab, das z.B. eine Luft/Brennstoff-Verhältnis-Kompensationseinheit eines Vergasers sein kann.Wenn das festgestellte Luft/ Brennstoff-Verhältnis größer als das stoechiometrsiche Luft/ Brennstoff-Verhältnis ist,so daß die Spannung an dem mittleren Verbindungspunkt x größer als die das stoechiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis repräsentierende Bezugsspannung ist, gibt der Verstärker C ein Ausgangssignal ab, das das Stellglied D zur Verringerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses betätigt und es dadurch auf den stoechiometrischen Wert 1 verringert. Wenn dagegen das festgestellte Luft/Brennstoff-Verhältnis kleiner als der stoechiometrische Wert 1 ist und die Spannung an dem Verbindungspunkt x einen geringeren Wert als die Bezugsspannung aufweist, betätigt das von dem Verstärker C abgegebene Ausgangssignal das Stellglied D zur Vergrößerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, um es auf den stoechiometrischen Wert 1 zu erhöhen. In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen V eine elektrische Stromquelle wie z.B. eine Batterie. The electrical resistance of the first measuring element 1 shows a abrupt change in the actual or observed air / fuel ratio deviates from the stoechiometric air / fuel ratio value. For controlling the actual air / fuel ratio to the stoechiometric air / fuel ratio is therefore used by the reference resistances to represent the stoechiometric Reference voltage formed in the air / fuel ratio (such Reference voltage is in Fig. 2 in the form of an electrical resistance value through the dashed line Line A) to the non-inverting E. input terminal (+) of the amplifier C supplied. The amplifier C compares the inputs fed to its two input terminals Voltages and gives a corresponding output signal for actuating an actuator D ab, which is e.g. an air / fuel ratio compensation unit of a carburetor If the determined air / fuel ratio is greater than the stoechiometric Air / fuel ratio is such that the voltage is at the middle connection point x is greater than that representing the stoechiometric air / fuel ratio Reference voltage, the amplifier C provides an output signal that the actuator D is pressed to decrease the air / fuel ratio and thereby open it the stoechiometric value 1 is reduced. If, on the other hand, the determined air / fuel ratio is less than the stoechiometric value 1 and the voltage at the connection point x has a lower value than the reference voltage, the actuated by the amplifier C output signal the actuator D to increase the air / fuel ratio, to increase it to the stoechiometric value 1. In Fig. 6, reference numeral denotes V an electrical power source such as a battery.

Wie aus Vorstehendem ersichtlich ist, ist bei diesem Aufbau der Detektoreinrichtung die an dem den Katalysator 3 enthaltenden ersten Meßelement 1 auftretende elektrische Widerstandsänderung und die an dem den Katalysator nicht enthaltenden zweiten Meßelement 2 auftretende elektrische Widerstandsänderung getrennt feststellbar. Hierdurch wird eine Kompensation der an dem ersten Meßelement 1 aufgrund einer Abgas temperaturänderung auftretenden elektrischen Widerstandsanderung durch die an dem zweiten Meßelement 2 auftretende elektrische Widerstands änderung möglich, so daß konstant eine genaue Bestimmung des tatsächlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses erfolgen kann. As can be seen from the above, the detector device is in this structure the electrical occurring at the first measuring element 1 containing the catalytic converter 3 Change in resistance and the second measuring element not containing the catalyst 2 Occurring electrical resistance change can be determined separately. This will a compensation of the temperature change at the first measuring element 1 due to an exhaust gas occurring electrical resistance change due to the on the second measuring element 2 occurring electrical resistance change possible, so that constant an accurate Determination of the actual air / fuel ratio can be made.

Es ist ersichtlich, daß die elektrische Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 lediglich ein Ausführungsbeispiel einer verwendbaren Schaltungsanordnung darstellt. Es kann auch eine andere Schaltungsanordnung, wie die in Fig. 7 dargestellte Schaltung, Verwendung finden. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 sind einerseits der Bezugswiderstand R2 sowie der Detektorwiderstand R5 und andererseits der Bezugswiderstand R1 sowie der Detektorwiderstand R4 in Reihe geschaltet. Die an dem Verbindungspunkt x' zwischen den Bezugswiderstand R2 und dem Detektorwiderstand R5 auftretende Spannung wird dem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Verstärkers C zugeführt, während die zwischen dem Bezugswiderstand Rl und dem Detektorwiderstand R4 gebildete Spannung dem nicht invertierenden Eingangsanschluß (+) des Verstärkers C zugeführt wird. Der weitere Aufbau dieser Schaltungsanordnung ist im wesentlichen ähnlich der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6. Dementsprechend sind gleiche oder ähnliche Bauelemente in diesen Fig. mit den jeweils einander entsprechenden Bezugszahlen und Bezugszeichen versehen. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 wird die zwischen den Elektroden la und ld aufgrund einer Temperaturänderung der Abgase auftretende elektrische Widerstands änderung im wesentlichen durch die auf dieser Temperaturänderung beruhende elektrische Widerstandsänderung zwischen den Elektroden la und le kompensiert. It can be seen that the electrical circuit arrangement according to 6 shows only one exemplary embodiment of a circuit arrangement that can be used represents. A circuit arrangement other than that shown in FIG. 7 can also be used Circuit, find use. In the circuit arrangement according to FIG. 7, on the one hand the reference resistance R2 and the detector resistance R5 and on the other hand the reference resistance R1 and the detector resistor R4 connected in series. The one at the connection point x 'voltage occurring between the reference resistor R2 and the detector resistor R5 is applied to the inverting input terminal (-) of amplifier C while the voltage formed between the reference resistor Rl and the detector resistor R4 the non-inverting input terminal (+) of the amplifier C is supplied. The further structure of this circuit arrangement is essentially similar to the circuit arrangement according to FIG. 6. Correspondingly, the same or similar components are shown in these FIGS. provided with the respective reference numbers and reference symbols corresponding to one another. In the circuit arrangement according to FIG. 7, between the electrodes la and ld electrical resistance occurring due to a change in temperature of the exhaust gases change essentially due to the electrical temperature change based on this The change in resistance between the electrodes la and le is compensated.

In den Fig. 8A bis 8C sind wesentliche Bauteile einer zweiten Ausführungsform der Gaskomponenten-Detektoreinrichtung veranschaulicht. Bei dieser zweiten Ausführungsform trägt das zweite Meßelement 2 Katalysatoren 3a, wie dies bei dem ersten Meßelement der Fall ist. Die Katalysatoren 3a bestehen aus Platin o.dgl.. Elektroden lc und ld sind derart angeordnet, daß die zwischen ihnen festgestellten elektrischen Widerstandswerte nicht von der katalytischen Wirkung der Katalysatoren 3a beeinflußt bzw. beeinträchtigt wird, da die Hauptfunktion des zweiten Meßelementes 2 darin besteht, elektrische Widerstandsänderungen aufgrund von Änderungen der Abgastemperatur festzustellen. Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform bewirkt die auf der katalytischen Wirkung des an und in dem ersten Meßelement enthaltenen Katalysators beruhende Reaktionswärme einen Temneraturanstieg an der Oberfläche dieses Meßelementes. Da das zweite Meßelement 2 bei der zweiten Ausführungsform mit den Katalysatoren 3a versehen ist, tritt dieser Temperaturanstieg auch an der Oberflche des zweiten Meßelementes 2 aufgrund der katalytischen Wirkung der Katalysatoren 3a auf, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Meßelement 1 und dem zweiten Meßelement 2 im wesentlichen eliminiert werden kann. Dementsprechend läßt sich die Meßgenauigkeit der Detektoreinrichtung verbessern. 8A to 8C are essential components of a second embodiment the gas component detector device illustrated. In this second embodiment the second measuring element carries 2 catalytic converters 3a, as is the case with the first measuring element the case is. The catalysts 3a consist of platinum or the like .. electrodes lc and ld are arranged in such a way that the electrical resistance values determined between them not influenced or impaired by the catalytic action of the catalysts 3a is, since the main function of the second measuring element 2 is electrical Determine resistance changes due to changes in exhaust gas temperature. In the first embodiment described above causes those on the catalytic effect of the contained on and in the first measuring element The heat of reaction based on the catalyst causes a rise in temperature on the surface this measuring element. Since the second measuring element 2 in the second embodiment is provided with the catalysts 3a, this temperature rise also occurs at the Surface of the second measuring element 2 due to the catalytic effect of the catalytic converters 3a, so that the temperature difference between the first measuring element 1 and the second measuring element 2 can be essentially eliminated. Accordingly, lets the measuring accuracy of the detector device improve.

In Fig. 9 ist eine dritte Ausführungsform der Gaskomponenten-Detetoreinrichtunq veranschaulicht. Bei dieser Ausführunqsform sind eine der Elektroden lb des ersten Meßelementes 1 und eine der Elektroden lc des zweiten Meßelementes 2 an der Schutzkappe 8 angeschweißt, so daß sie an Masse gelegt werden können. Die dritte Ausführungsform weist keine Elektrode wie die Elektrode le der ersten Ausführungsform auf, so daß das erste und zweite Meßelement elektrisch nicht miteinander verbunden sind. Es ist ersichtlich, daß die Detektoreinrichtung gemäß dieser dritten Ausführungsform die Konzentrationen von Gaskomponenten unter Verwendung einer geeigneten elektrischen Schaltungsanordnung feststellen kann. 9 shows a third embodiment of the gas component detector device illustrated. In this embodiment, one of the electrodes is 1b of the first Measuring element 1 and one of the electrodes 1c of the second measuring element 2 on the protective cap 8 welded so that they can be grounded. The third embodiment does not have an electrode like the electrode le of the first embodiment, so that the first and second measuring elements are not electrically connected to one another. It it can be seen that the detector device according to this third embodiment the concentrations of gas components using a suitable electrical Can determine circuit arrangement.

Der weitere Aufbau der dritten Ausführungsform ist im wesentlichen gleich oder ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Es ist ersichtlich, daß das zweite Meßelement 2 bei dieser dritten Ausführungsform die Katalysatoren in der gleichen Weise wie das zweite Meßelement bei der zweiten Ausführungsform gesäß den Fiq. 8A bis 8C tragen bzw. enthalten kann.The other structure of the third embodiment is essential the same as or similar to the first embodiment described above. It is it can be seen that the second measuring element 2 in this third embodiment Catalysts in the same way as the second measuring element in the second embodiment buttocks the Fiq. 8A to 8C can carry or contain.

Obwohl das erste Meßelement 1 und das zweite Meßelement 2 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aus Titanoxiden (TiO2) bestehen,können diese Meßelemente auch aus Zinnoxiden (SnO2) aufgebaut sein. Alternativ können die Meßelemente jeweils auch aus mehreren unterschiedlichen Metalloxiden wie etwa Zirkonoxid (ZrO2), Nickeloxid (NiO), Ceroxid (CeO2) und Zinkoxid (ZnO) bestehen. Diese letzteren Metalloxide zeigen im wesentlichen die gleiche Widerstandsänderung für die gleiche Temperaturänderung. Although the first measuring element 1 and the second measuring element 2 according to FIGS The embodiments described above consist of titanium oxides (TiO2) these measuring elements can also be made up of tin oxides (SnO2). Alternatively, the Measuring elements also made of several different metal oxides such as zirconium oxide (ZrO2), nickel oxide (NiO), Cerium oxide (CeO2) and zinc oxide (ZnO) exist. These latter metal oxides exhibit essentially the same change in resistance for the same temperature change.

Vorzugsweise weist das erste Meßelement 1 eine poröse Struktur auf, so daß die festzustellenden Gase leicht in dieses Meßelement eindringen können. Bei einem solchen Aufbau wird das erste Meßelement in Bezug auf eine minderung der Konzentration (Partialdrücke) der gasförmigen Komponenten der Gase sehr empfindlich. Weiterhin weist das zweite Meßelement 2 vorzugsweise eine dichte Struktur auf, so daß ein Eindringen der Gase in dieses Meßelement verhindert wird. Durch diesen Aufbau bleibt das zweite Meßelement im wesentlichen frei von einer Beeinflussung durch die Gasbestandteile. The first measuring element 1 preferably has a porous structure, so that the gases to be detected can easily penetrate into this measuring element. With such a structure, the first measuring element in terms of a reduction in Concentration (partial pressures) of the gaseous components of the gases very sensitive. Furthermore, the second measuring element 2 preferably has a dense structure, see above that penetration of the gases into this measuring element is prevented. Through this structure the second measuring element remains essentially free from any influence the gas components.

Um eine Beeinflussung des zweiten Meßelementes durch die Gasbestandteile im wesentlichen zu verhindern, ist es außerdem wirksam, dem zweiten Meßelement Zusätze in Form von Chromoxid (Cr203) oder Manganoxid (Mn02) hinzuzufügen. Z.B. können mehr als fünf Gewichtsprozente bzw. atm % Chromoxid oder mehr als ein Gewichtsprozent bzw. atm% Manganoxid dem aus Titanoxid bestehenden zweiten Meßelement hinzugefügt werden. Für den Fall, daß Chromoxid oder Manganoxid dem die vorstehend heschriebene dichte Struktur aufweisenden zweiten Meßelement hinzugefügt werden, werden die Eigenschaften dieses Meßelementes in dieser Hinsicht weiter verbessert. To influence the second measuring element by the gas components To substantially prevent it, it is also effective to add additives to the second measuring element in the form of chromium oxide (Cr203) or manganese oxide (Mn02). E.g. can do more than five percent by weight or atm% chromium oxide or more than one percent by weight or atm% manganese oxide added to the second measuring element made of titanium oxide will. In the event that chromium oxide or manganese oxide corresponds to the one described above Dense structure having a second measuring element are added, the properties this measuring element is further improved in this regard.

Das erste Meßelement kann von einer Dünnschicht gebildet werden, die auf einen aus feuerfestem, elektrisch isolierendem Metalloxid bestehenden Grundkörper aufgebracht ist. The first measuring element can be formed by a thin film, which are based on a base body made of refractory, electrically insulating metal oxide is upset.

In diesem Falle wird das Meßelement als Dünnschicht mit einer Dicke von ungefähr 0,01 bis 100 sm z.B. durch Aufdampfen im Vakuum oder ein Zerstäubungsverfahren aufgebracht. Die Katalysatoren werden z.B. durch elektrische Strahlaufdampfung auf die Dünnschicht aufgebracht und/oder in die Dünnschicht eingebettet.In this case, the measuring element is made as a thin film with a thickness from about 0.01 to 100 nm, e.g. by evaporation in a vacuum or a sputtering process upset. The catalytic converters are activated, for example, by means of electrical vapor deposition the thin layer applied and / or embedded in the thin layer.

Die Platinelektroden können durch ein Pasteneinbrennverfahren oder einen Aufdampfvorgang ausgebildet werden. In ähnlicher Weise kann das zweite Meßelement von der vorstehend beschriebenen, auf einem Grundkörper angeordneten Dünnschicht gebildet werden.The platinum electrodes can be made by a paste baking process or a vapor deposition process can be formed. In a similar way, the second measuring element of the above-described thin film arranged on a base body are formed.

Zur Verhinderung eines Haftens von Verunreinigungen wie in den zu überwachenden Abgasen enthaltenem Phosphor, Blei und dergleichen an den Oberflächen der den Gasen direkt ausgesetzten ersten und zweiten Meßelemente, können diese Oberflächen mit elektrisch isolierenden und gasdurchlässigen porösen Keramikschichten bzw. -filmen überzogen werden, die z.B. aus t -Tonerde bzw. -Aluminiumoxid bestehen. To prevent contaminants from sticking as in the to monitored exhaust gases contain phosphorus, lead and the like on the surfaces the first and second measuring elements which are directly exposed to the gases can have these surfaces with electrically insulating and gas-permeable porous ceramic layers or films are coated, which for example consist of t -Alumina or aluminum oxide.

Wie vorstehend beschrieben, weit die Gaskomponenten-Detektoreinrichtung gemäß der Erfindung zwei Gasmeßelemente auf, die im Zusammenwirken mit den entsprechenden Elektroden getrennt voneinander arbeiten. Durch diesen Aufbau wird die Herstellung der Meßelemente im Vergleich zu einem Aufbau vereinfacht, bei dem ein einziges Meßelement, das teilweise den Katalysator trägt, Verwendung findet. Außerdem erhöht der erfindungsgemäße Aufbau, bei dem eine Temperaturkompensation durch das zweite Meßelement erfolgt, die Genauigkeit der Temperaturkompensation im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Temperaturkompensation unter Verwendung eines Thermoelementes, eines Thermistors oder dergleichen durchgeführt wird, wobei sich darüberhinaus aufgrund dieses Aufbaus auch Vorteile in Bezug auf die Herstellungskosten der Detektoreinrichtung ergeben. As described above, the gas component detection device far According to the invention, two gas measuring elements, which in cooperation with the corresponding Electrodes work separately from each other. This structure makes the manufacture the measuring elements simplified compared to a structure in which a single measuring element, which partially carries the catalyst is used. In addition, the invention increases Structure in which temperature compensation is carried out by the second measuring element, the accuracy of the temperature compensation compared to a case where the Temperature compensation using a thermocouple, a thermistor or the like is carried out, in addition, due to this structure also result in advantages with regard to the production costs of the detector device.

Es wird somit eine Detektoreinrichtung zur Erfassung von Gaskomponenten vorgeschlagen, die ein erstes und ein zweites Gasmeßelement aufweist, welche jeweils aus einem Metalloxid bestehen, das einen in Abhängigkeit von den gasförmigen Bestandteilen und den Temperaturen der festzustellenden Gase veränderlichen elektrischen Widerstand aufweist. Zumindest das erste Meßelement trägt bzw. enthält einen Katalysator zur Förderung von Oxidationsreaktionen der gasförmigen Bestandteile der Gase. Ein erstes Elektrodenpaar ist in die der katalytischen Wirkung des Katalysators ausgesetzten Teile des ersten Meßelementes eingefügt. In die Teile des zweiten Meßelementes, die der katalytischen Wirkung nicht ausgesetzt sind, ist ein zweites Elektrodenpaar eingefügt. Mittels des ersten Elektrodenpaares wird eine aus den gasförmigen Komponenten und Temperaturen der Gase resultierende änderung des elektrischen Widerstandswertes ermittelt, während das zweite Elektrodenpaar zur Feststellung einer im wesentlichen auf den Abgastemperaturen beruhenden elektrischen Widerstandsänderung dient. Somit wird ein im wesentlichen allein die gasförmigen Bestandteile der Gase wiederspiegelndes Ausgangssignal durch Kompensation der beiden getrennt erfaßten elektrischen Widerstandswerte unter Verwendung einer geeigneten elektrischen Schaltungsanordnung gebildet. It thus becomes a detector device for detecting gas components proposed which has a first and a second gas measuring element, which respectively consist of a metal oxide, the one depending on the gaseous components and the temperatures of the gases to be detected, variable electrical resistance having. At least the first measuring element carries or contains one Catalyst for promoting oxidation reactions of the gaseous components of the gases. A first pair of electrodes is used for the catalytic action of the catalytic converter exposed parts of the first measuring element inserted. In the parts of the second measuring element, that are not exposed to the catalytic effect is a second pair of electrodes inserted. The first pair of electrodes is used to create one of the gaseous components and temperatures of the gases resulting change in the electrical resistance value determined, while the second pair of electrodes to determine a substantially based on the exhaust gas temperatures electrical resistance change is used. Consequently becomes a material that essentially only reflects the gaseous constituents of the gases Output signal through compensation of the two separately recorded electrical resistance values formed using suitable electrical circuitry.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Patent-pending detector device for the detection of gas components, characterized by a first gas measuring element (1) and a second gas measuring element (2), each containing a metal oxide, the one depending on the gaseous Components and the temperatures of the gases to be determined are variable electrical Has resistance value by a catalyst carried by the first measuring element (3; 3a) to promote oxidation reactions of the gaseous components of the gases, by a first pair of electrodes (la, lb) inserted into the first measuring element Determination of a change in the catalytic effect of the catalyst exposed part of the first measuring element and occurring on the gaseous components and temperatures of the gases based on electrical resistance and by an in the second measuring element inserted second pair of electrodes (lc, ld) for measuring a change in electrical resistance based essentially on gas temperatures.

2. Gas component detector device according to claim 1, characterized in that that the metal oxide of the first and second measuring elements each have a plurality of different Includes metal oxides that have essentially the same change in resistance for the show the same temperature change.

3. Gas component detector device according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the first measuring element has a porous structure while the second measuring element has a dense structure.

4. Gas component detector device according to claim 3, characterized in that that the second measuring element has chromium oxide additives.

5. Gas component detector device according to claim 3, characterized in that that the second measuring element has manganese oxide additives.

6. Detector device for detecting gas components, marked by a first gas measuring element (1) and a second gas measuring element (2), each of which contain a metal oxide, depending on the gaseous components and temperatures of the gases to be detected have a variable electrical resistance value by catalysts carried by the first and second sensing elements (3a) to promote oxidation reactions of the gaseous components of the gases, by a first pair of electrodes (lc, ld) inserted into the first measuring element Determination of the catalytic effect of the catalyst carried thereon exposed part of the first Messelemntes occurring change of the electrical Resistance and by a second pair of electrodes inserted into the second measuring element (lc, ld) to determine one on which not the catalytic effect of the on it supported catalyst exposed part of the second measuring element occurring Change in electrical resistance, so that the first pair of electrodes due to the gaseous components and temperatures of the gases resulting electrical Changes in resistance are recorded while the second pair of electrodes is mainly located determines the electrical resistance change resulting from the gas temperature.

7. Gas component detector device according to claim 6, characterized in that that the metal oxide of the first and second measuring elements each have a plurality of different metal oxides that have essentially the same change in resistance show for the same temperature change.

8. Gas component detector device according to claim 6 or 7, characterized characterized in that the first measuring element has a porous structure while the second measuring element has a dense structure.

9. Gas component detector device according to claim 8, characterized in that that chromium oxide is added to the second measuring element.

10. Gas component detector device according to claim 8, characterized in that that manganese oxide is added to the second measuring element.