DE2836002A1

DE2836002A1 - Sensor zur ueberwachung der russfreiheit von abgasen

Info

Publication number: DE2836002A1
Application number: DE19782836002
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Sarholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-08-17
Filing date: 1978-08-17
Publication date: 1980-02-28
Also published as: GB2029028B; FR2433745A1; FR2433745B1; SE436227B; IT7925009A0; JPS6243492B2; JPS5530690A; US4307061A; IT1122447B; GB2029028A; SE7906859L; DE2836002C2

Description

R..· a O 3
8.8.1978 Pf/Ja

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart

Sensor zur Überwachung der Rußfreiheit von Abgasen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei unvollständiger Verbrennung von schweren Kohlenwasserstoffen₅ z.B. in Dieselmotoren., besteht die Gefahr unerwünschter Rußbildung. Die dadurch bedingte Umweltverschmutzung führt trotz der niedrigen CO- und CH-Emissionswerte und trotz des hohen Wirkungsgrades zu einer ungünstigen Beurteilung des Dieselmotors durch die öffentliche Meinung. Es ist deshalb wünschenswertj die Rußbildung meßtechnisch zu erfassen und das resultierende Signal zur Anzeige und zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu verwenden. Alle bisher bekannten

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Eigenschaftsänderungen, die durch Ruß hervorgerufen werden., z.B. die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit eines Probekörpers durch Ausbildung einer Rußbrücke, konnten deshalb nicht zur Rußanzeige eingesetzt werden, weil sie nach Beendigung der Rußbildung nicht sofort rückgängig gemacht werden konnten.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merk-' malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es mit ihm gelingt, den abgeschiedenen Ruß nach Beendigung der Rußbildung an den Haftstellen zu oxidieren und von der Oberfläche abzulösen. Der elektrische Widerstand einer solchen Schicht fällt bei Rußbildung durch Ausbildung von Rußbrücken zwischen den Elektroden ab und steigt bei Beendigung der Rußbildung durch sukzessive Oxidation und Ablösung der Rußbrücken wieder an. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß der Sensor sehr einfach aufgebaut ist und daher preiswert hergestellt' werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich. Zur Erzielung einer katalytischen Wirksamkeit der elektrisch nicht leitenden Schicht reichen bereits geringe Mengen an Platin oder eines anderen Edelmetalls oder einer Edelmetallegierung aus. Die Obergrenze der Konzentration des katalytisch aktiven Materials ist durch das erste Auftreten von elektrisch leitfähigen durchgehenden Kanälen gegeben. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Aluminiumoxid als elektrisch isolierenden Trägerkörper, einer Mischung aus Aluminiumoxid und Platin als katalysierende, elektrisch nicht leitende Schicht sowie von Platin als Elektrodenmaterial.

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Zeichnung

Prinzipiell kann jede Anordnung als erfindungsgemäßer Sensor verwendet werden, bei der zwei offenliegende EIetroden durch eine katalytisch wirksame, aber elektrisch nicht leitende Schicht verbunden sind. Der gesamte Bereich "Elektrodenende, katalytisch wirksame Oberfläche, Elektrodenende" wird dem Abgasstrom ausgesetzt. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors, Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform und Fig. 3 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors.

Beschreibung der Erfindung

Der Sensor gemäß Fig. 1 besteht aus einer zylindrischen Tablette aus Aluminiumoxid 11 von z.B. 7 mm Durchmesser und 2 mm Höhe. Der Zylindermantel 12 ist mit einer Schicht aus Aluminiumoxid und 35 Gew.% Platin bedeckt. Die parallelen Begrenzungsflächen des zylindrischen Körpers 11 tragen zwei Elektroden 14 und 15 von etwa 0,02 mm Dicke und sind in sogenannter Dickschichttechnik ausgeführt und bestehen aus einem Gemisch von beispielsweise 50 Gew.% Platin und 50 Gew.% Aluminiumoxid. Die Elektroden Ik und 15 reichen um die Zylinderkanten herum bis auf die Schicht 13 und weisen gegeneinander einen Abstand 16 von ca. Ojl mm auf. Dieser Sensor wird zur Anbringung in einem Abgasstrom in eine Metallhalterung eingebaut, welche beispielsweise die Elektrode 14 über ein Strommeßgerät mit dem Pluspol einer Batterie und die Elektrode 15 mit der

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Masse verbindet. Diese Halterung läßt sich dann so in eine Gewindeöffnung in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors einschrauben, daß der Sensor in den Abgasstrom eintaucht.

Ist das Abgas rußfrei, so weist die Strecke 16 zwischen den beiden Elektroden 14 und 15 einen hohen Widerstand auf. Enthält dagegen das Abgas Ruß, so bildet sich zwischen den beiden Elektroden lh und 15 an der Stelle 16 eine Rußbrücke, die zu einer Erniedrigung des elektrischen Widerstandes führt. Diese Erniedrigung des Widerstandes bzw, die Überschreitung eines bestimmten Schwellenwertes desselben kann nun zur Regelung der Kraftstoff- oder Luftzufuhr ausgenutzt werden, wobei die Regelung vorwiegend so erfolgen soll, daß der Kennfeldbereich mit Rußbildungsgefahr verlassen wird. Hört nun die Rußbildung im Abgas auf, so wird der an der Stelle 16 gebildete Ruß an den katalytisch wirkenden Haftstellen der Schicht 13 oxidiert und von der Oberfläche abgelöst, so daß der Widerstand wieder ansteigt. In dieser Reversibilität der erfindungsgemäßen Anordnung liegt der entscheidende Vorteil, daß nämlich der Sensor tatsächlich den Ist-Zustand mit verhältnismäßig geringer Zeitverzögerung anzeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht der Sensor aus einem einseitig geschlossenen Keramikrohr 21 aus Aluminiumoxid, in dessen Wand zwei Platindrähte 22 und 23 verlaufen, die am geschlossenen Ende des Rohres aus diesem in einem Abstand von ca. 0,1 mm herausragen. Diese herausragenden Elektrodenenden 2k und 25 sind in eine Schicht 26 aus Aluminiumoxid und 35 Gew. % Platin eingebettet, und zwar- derart, daß die Enden noch ein kleines Stück aus der Schicht ,26 herausragen, so daß sie mit dem Abgas unmittelbar in Berührung stehen und eine Rußbrücke zwischen ihnen_a

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die sich im Falle eines Rußgehaltes des Abgases ausbildet, zu einer Widerstandserniedrigung zwischen den Elektrodenenden 24 und 25 führt. Funktion und Schaltungsanordnung sind die gleichen, wie sie oben bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.

Die Ausfuhrungsform gemäß Fig. 3 schließlich besteht aus einem Plättchen 31 aus Aluminiumoxid, beispielsweise mit einer Breite von 10 mm, einer Dicke von 1 mm und einer Länge von etwa 150 mm, wobei sich vor allem die Länge nach der vorgesehenen Halterung richtet. Auf einer Seite des Plättchens 31 ist an seinem einen Ende eine katalytisch wirksame Schicht 32 aus Aluminiumoxid mit 35 Gev.% Platin in Dickschichttechnik aufgebracht. Auf dieser Schicht werden zwei Elektroden 33 und 34, ebenfalls in Dickschichttechnik in einer Zusammensetzung von 65 Gew.% Aluminiumoxid und 35 Gew.% Platin aufgebracht, wobei die beiden Elektroden 33 und 34 an der Stelle 35 einen Abstand von ca. 0,1 mm voneinander aufweisen. Die Elektroden 33 und 34 werden in Form von Leiterbahnen J>6 und 37 zum Zwecke des elektrischen Anschlusses bis zum anderen Ende des Plättchens geführt. Funktion und Schaltungsanordnung sind auch hier wiederum die gleichen, wie sie oben bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.

Der Einbau der drei beschriebenen Ausführungsformen in Metallhalterungen zur Einführung des Sensorbereiches in den Abgasstrom und zur Herstellung einer leitenden Verbindung beider Elektroden zu den beiden Polen einer Batterie entsprechen im Prinzip denen, wie sie von den Zündkerzen oder den Meßfühlern zur Messung der Abgaszusammensetzung her bekannt sind.

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Claims

R. H889 8.8.1978 Pf/Ja Robert Bosch GmbH, Stuttgart Ansprüche

1. Sensor zur überwachung der Rußfreiheit von Abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper zwei elektrisch leitende, mit dem Abgas in Berührung stehende Elektroden angeordnet sind, die durch eine die Oxidation von Ruß katalysierende, elektrisch nichtleitende Schicht miteinander verbunden sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die katalysierende, elektrisch nichtleitende Schicht aus einem Gemisch aus einem keramischen Material und einem katalytisch aktiven Material besteht.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material aus einem hochschmelzenden Metalloxid und das katalytisch aktive Material aus einem Platinmetall, einer Platinmetallegierung, einem übergangsmetall-

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oxid wie Cr₉O, SnO₉ oder Fe₀O^. oder einem übergangsmetallmischoxid wie Cr₀O-,. (Fe₀O^) besteht.

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4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die katalysierende j elektrisch nichtleitende Schicht aus Aluminiumoxid und Platin besteht.

5· Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht 1 bis 35 Gew.% Platin enthält.

6. Sensor nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand zwischen 0,01 und 0,5 mm, insbesondere zwischen 0_s05 und 0,2 mm liegt.

7. Sensor nach Anspruch ^₃ dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem zylindrischen Aluminiumoxidkörper (11) besteht, dessen Mantelfläche (12) mit einer Schicht (13) aus Aluminiumoxid mit 35 Gew.% Platin bedeckt ist und
dessen parallele Begrenzungsflächen als Elektroden
Platinschichten (I¹I₃ 15) tragen₃ die bis auf die Schicht (13) reichen derart, daß sie gegeneinander einen Abstand (16) von ca. 0,1 mm aufweisen.

8. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

er aus einem einseitig geschlossenen Keramikrohr (21) aus

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Aluminiumoxid besteht, in dessen Wand zwei Platindrähte (22, 23) verlaufen, die am geschlossenen Ende des Rohres aus diesem in einem Abstand von ca. O₅I mm herausragen und daß die herausragenden Elektrodenenden (24, 25) in eine Schicht (26) aus Aluminiumoxid und 35 Gew.% Platin eingebettet sind derart, daß die Elektrodenenden (24, 25) mit dem Abgas in Berührung sind.

9. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Aluminiumoxidplättchen (31) besteht, das auf .einer Seite seines einen Endes eine katalytisch wirksame Schicht (32) aus Aluminiumoxid mit 35 Gew.% Platin trägt, auf der zwei Elektroden (33, 34) in Dxckschichttechnik angebracht sind, die aus einem Gemisch aus Platin und einem Keramikpulver bestehen und einen Abstand (35) von ca. 0,1 mm voneinander aufweisen, und daß die Elektroden in Form von Leiterbahnen (36, 37) bis zum anderen Ende des Plättchens geführt sind.

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