DE2836002C2 - Sensor zur Überwachung der Rußfreiheit von Abgasen - Google Patents

Description

Stand der Technik 65 Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Der Sensor gemäß Fig. 1 besteht aus einer zylindri-

Gattung des Hauptanspruchs. Bei unvollständiger Ver- sehen 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 50Gew.-% Platin und 50 Gew.-% Aluminiumoxid. Die Elektroden 14 und 15 reichen um die Zylinderkanten herum bis auf die Schicht 13 und weisen gegeneinander einen Abstand 16 von ca. 0,1 mm auf. Dieser Sensor wird zur Anbringung in einem Abgasstrom in eine Metallhalterung eingebaut, weiche beispielsweise die Elektrode 14 über ein Strommeßgerät mit dem Pluspol einer Batterie und die Elektrode 15 mit der Masse verbindet Diese Halterung läßt sich dann so in eine Gewindeöffnung in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors einschrauben, daß der Sensor in den Abgasstrom eintaucht

1st 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 If 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 Rußbildmigsgefahr 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 nämiich der Sensor tatsächlich den Isi-Zustand mit verhältnismäßig geringer Zeitverzögerung anzeigt

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 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 24 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, die sich im Falle eines Rußg«?haltes 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 Ausführungsform gemäß Fig.3 schließlich besteht aus einem Plättchen 31 aus Aluminiumoxid, beispielsweise mit einer Breite von 10 mm, eine 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 Gew.-°/o Platin in Dickschichttechnik aufgebracht. Aus dieser Schicht werden zwei Elektroden 33 und 34, ebenfalls in Dickschichttechnik in einer Zusammensetzung von 65 Gew.-°/o 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 36 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 MetaUhalterungen zur Einführung des Sensorbereiches in den Abgasstrom und zur Herstellung einer leitenden Verbindung beider Elektroden zu den beiden Polen einer Batterie entsprechend im Prinzip denen, wie sie von den Zündkerzen oder den Meßfühlern zur Messung der Abgaszusammensetzung her bekannt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 brennung von schweren Kohlenwasserstoffen, z. B. in Patentansprüche: Dieselmotoren, besteht die Gefahr unerwünschter Ruß bildung. Die dadurch bedingte Umweltverschmutzung

1. Sensor zur Überwachung der Rußfreiheit von führt trotz der niedrigen CO- und CH-Emissionswerte Abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß 5 und trotz des hohen Wirkungsgrades zu einer ungünstiauf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper zwei gen Beurteilung des Dieselmotors durch die öffentliche elektrisch leitende, mit dem Abgas in Berührung ste- Meinung. Es ist deshalb wünschenswert, die RuSbildung hende Elektroden angeordnet sind, die durch eine meßtechnisch zu erfassen und das resultierende Serial die Oxidation von Ruß katalysierende, elektrisch zur Anzeige und zur Regelung der Kraftstoffzufuhr zu nichtleitende Schicht miteinander verbunden sind. io verwenden. Alle bisher bekannten Eigenschaf tsände-

2. Sensor nach Anspruch I, dadurch gekennzeich- rangen, die durch Ruß hervorgerufen werden, z. B. die net, daß die katalysierende, elektrisch nicht leitende Änderung der elektrischen Leitfähigkeit eines Probe-Schicht aus einem Gemisch aus einem keramischen körpers durch Ausbildng einer Rußbrücke, konnten desMaterial und einem katalytisch aktiven Material be- halb nicht zur Rußanzeige eingesetzt werden, weil sie steht 15 nach Beendigung der Rußbildung nicht sofort rückgän-

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- gig gemacht werden konnten,
net, daß das keramische Material aus einem hcch-

schmelzenden Metalloxid und das katalytisch aktiv«; Vorteile der Erfindung
Material aus einem Platinmetall, einer Platinmetallegierung, einerc Übergangsmetalloxid wie Cr₂Oi 20 Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnen-SnO₂ oder Fe,O3 oder einem Übergangsmetallmisch- den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber oxid wie Cr₂Os · (Fe₂Oj)_x besteht den Vorteil, daß es mit ihm gelingt, den abgeschiedenen

4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- Ruß nach Beendigung der Rußbildung an den Haftstelnet, daß die katalysierende, elektrisch nichtleitende len zu oxidieren und von der Oberfläche abzulösen. Der Schicht aus Aluminiumoxid und Platin besteht 25 elektrische Widerstand einer solchen Schicht fällt bei

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- Rußbildung durch Ausbildung von Rußbrücken zwinet, daß die Schicht 1 bis 35 Gew.-°/o Platin enthält sehen den Elektroden ab und steigt bei Beendigung der

6. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Rußbildung durch sukzessive Oxidation und Ablösung net daß der Elektrodenabstand zwischen 0,01 und der Rußbrücken wieder an. Als weiterer Vorteil ist an-0,5 mm, insbesondere zwischen 0,05 und 0,2 mm 30 zusehen, daß der Sensor sehr einfach aufgebaut ist und liegt daher preiswert hergestellt werden kann.

7. Sensor nach Ansprucfc 4, dadb/ch gekennzeich- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten net daß er aus einem zylindrischen Aluminiumoxid- Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und körper (11) besteht dessen Mantr'iläche (12) mit Verbesserangen des im Hauptansprach angegebenen einer Schicht (13) aus Aluminiumoxid jnit 35 Gew. 35 Sensors möglich. Zur Erzielung einer katalytischen -% Platin bedeckt ist und dessen parallele Begren- Wirksamkeit der elektrisch nicht leitenden Schicht reizungsflächen als Elektroden Platinschichten (14,15) chen bereits geringe Mengen an Platin oder eines andetragen, die bis auf die Schicht (13) reichen derart daß ren Edelmetalls oder einer Edelmetailepierung aus. Die die gegeneinander einen Abstand (16) von ca. Obergrenze der Konzentration des katalytisch aktiven 0,1 mm aufweisen. 40 Materials ist durch das erste Auftreter, von elektrisch

8. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- leitfähigen durchgehenden Kanälen gegeben. Besonnet, daß er aus einem einseitig geschlossenen Kera- ders vorteilhaft ist die Verwendung von Aluminiumoxid mikrohr (21) aus Aluminiumoxid besteht, in dessen als elektrisch isolierenden Trägerkörper, einer Mi-Wand zwei Platindrähte (22, 23) verlaufen, die am schung aus Aluminiumoxid und Platin als katalysierengeschlossenen Ende des Rohres aus diesem in einem 45 de, elektrisch nicht leitende Schicht sowie von Platin als Abstand von ca. 0,1 mm herausragen und daß die Elektrodenmaterial.

herausragenden Elektrodenenden (24, 25) in eine ₇ . .

Schicht (26) aus Aluminiumoxid und 35 Gew.-°/o Pia- /.eicnmmg

tin eingebettet sind derart, daß die Elekrodenenden Prinzipiell kann jede Anordnung als erfindungsgemä-

(24,25) mit dem Abgas in Berührung sind. 50 ßer Sensor verwendet werden, bei der zwei offenliegen-

9. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- de Elektroden durch eine katalytisch wirksame, aber net, daß er aus einem Aluminiumoxidplättchen (31) elektrisch nicht leitende Schicht verbunden sind. Der besteht das auf einer Seite seines einen Endes eine gesamte Bereich »Elektrodenende, kataltytisch wirksakatalytisch wirksame Schicht (32) aus Aluminium- me Oberfläche, Elektrodenende« wird dem Abgasstrom oxid aiit 35 Gew.-% Platin trägt, auf der zwei Elek- 55 ausgesetzt Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in troden (33, 34) in Dickschichttechnik angebracht der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Besind, die aus einem Gemisch aus Platin und einem Schreibung näher erläutert. Es zeigt
Keramikpulver bestehen und einen Abstand (35) von F i g. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsca. 0,1 mm voneinander aufweisen, und daß die Elek- form des erfindungsgemäßen Sensors,

troden in Form von Leiterbahnen (36, 37) bis zum 6ö Fig.2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsanderen Ende des Plättchens geführt sind. form und

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors.