DE2942983A1

DE2942983A1 - Gaskomponenten-messeinrichtung

Info

Publication number: DE2942983A1
Application number: DE19792942983
Authority: DE
Inventors: Minoru Ohta; Eturo Yasuda
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1979-10-24
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2942983C2; JPS628743B2; US4277439A; JPS5558447A

Description

Gaskomponenten-Meßeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaskorcponenten-Meßeinrichtung, die Konzentrationsänderungen von in den Abgasen einer Brennkraftmaschine enthaltenen Gasbestandteilen, wie z. B. O₂ (Sauerstoff), CO (Kohlenmonoxid) und HC (Kohlenwasserstoff) als Änderung der gesamten Gasatmosphäre der Brennkraftmaschine ermittelt.

Bei einem bekannten Verfahren zur Feststellung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches findet ein Gaskomponenten-Meßelement Verwendung, das aus einem auf die Konzentration von Abgasbestandteilen ansprechenden Metalloxid, wie z. B. Titanoxid, besteht und einen der Konzentration von Abgasbestandteilen entsprechenden elektrischen Widerstandswert aufweist. In diesem Zusammenhang ist eine Vorrichtung zur Feststellung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines Gemisches bekannt, bei der ein solches Gaskompcr.enten-Meßelement mit einem Bezugs-Festwiderstand in Reihe geschaltet ist, wobei Änderungen des elektrischen Widerstands-

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' wertes am Verbindungspunkt zwischen dem Meßelement und dem Festwiderstand zum Vergleich des Widerstandswertes mit einer Bezugsspannung abgegriffen werden. Mit einer solchen Meßvorrichtung des Standes der Technik läßt

** sich jedoch aus den nachstehend dargelegten Gründen keine genaue Feststellung eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses erzielen. Bei Temperaturänderungen der Abgase ändert sich nämlich auch der elektrische Widerstandswert des Gaskomponenten-Meßelementes, was zur

^ Folge hat, daß sich die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Gaskomponenten-Meßelement und dem Bezugs-Festwiderstand auch dann ändert, wenn in bezug auf die Abgasbestandteiie keine Änderung auftritt. Darüber hinaus weist die bekannte Meßeinrichtung den Nachteil auf, daß sich die Widerstands-Temperatur-Charakteristik des Gaskomponenten-Meßelementes im Laufe der Zeit aufgrund von Aiterungserscheinungen ändert, was dazu führt, daß schließlich eine genaue Messung der Abgaskomponenten nicht mehr durchführbar ist. 20

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gaskompcnenten-Meßeinrichtung zu schaffen, bei cer die vorstehend genannten liachteile behoben sind.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Erfindungsgemäß sind somit ein erstes Gaskcmponenten-

Meßelement, das einen von der Konzentration von Gasbe-30

standteilen und der Temperatur des z. B. aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine bestehenden überwachten Gases abhängigen elektrischen Widerstandswert aufweist, und ein zweites Gaskomponenten-Meßelement vorgesehen, das in bezug auf das erste Gaskomponenten-Meßelement gleiche bzw. ähnliche elektrische Widerstandseigenschaften und den gleichen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands wie das erste Gaskompo-

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nenten-Meßeiement, jedoch eine langsamere Ansprechzeit bei der Feststellung der Konzentration von Gasbestandteilen aufweist. Durch diese einfache Anordnung läßt sich die Konzentration von Gasbestandteilen eines überwachten Gases unbeeinflußt von Temperaturänderungen des Gases und alterungsbedingten Veränderungen des ersten und zweiten Gaskomponenten-Meßelementes genau ermitteln.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Gaskomponenten-Meßeinrichtur.g,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht des inneren Aufbaus der Gaskomponenten-Meßeinrichtur.g gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und 5 elektrische Schaltbilder von Meßschaltungen der Gaskoirponenten-Meßeinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 Signalverläufe, die Funktion und

Wirkungsweise der Meßschaltung gemäß Fig. 3 veranschaulichen,

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Fig. 6 Signalverläufe zur Veranschaulichung von Funktion und Wirkungsweise der Meßschaltung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Gaskomponenten-Meßeinrichtung/

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Fig. 8 ein Schaubild, das die Arbeitsweise des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels der Gaskomponenten-Meßeinrichtung veranschaulicht,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der

Gaskomponenten-Meßeinrichtung und

Fig. 10 ein Schaubild, das die Arbeitsweise der Gaskomponenten-Meßeinrichtung gemäß Fig. 9 veranschaulicht.

Fig. 1 ist eine perspektivische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Gaskomponenten-Meßeinrichtung, bei der das Bezugszeichen A ein erstes und das Bezugszeichen B ein zweites Gaskomponenten-Meßelement bezeichnen, die beide Planarform aufweisen. Die Dicke t.. des ersten Meßelementes A ist hierbei kleiner als die Dicke t_ des zweiten Meßelementes B (t- < t_). Beide Meßelemente bestehen aus einem Metalloxid, wie z. B. aus Titanoxid (TiO-), wobei im Inneren und auf den Außenseiten der Meßelemente ein Katalysator, wie z. B. Platin, angebracht ist. Da das erste Gaskomponenten-Meßelement A und das zweite Gaskomponenten-Meßelement B aus dem gleichen Material bestehen, weisen sie in bezug auf ihren elektrischen Widerstand den glei-

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chen Tenperaturkoeffizienten auf. In der Nähe des Mittelabschnitts in Richtung der Breite bzw. Tiefe sind Platinelektroden 2a, 2b und 2c zur Messung des der Temperatur des überwachten Gases entsprechenden elektrischen Widerstandswertes vorgesehen. Die Platinelektrode 2c wird hierbei geneinsar von beiden Meßelementen verwendet.

Nachstehend wird näher auf die Arbeitsweise der beiden Gaskomponenten-Meßelemente A und B für den Fall ihrer Anordnung in den Abgasen einer Brennkraftmaschine eingegangen. Bekanntermaßen bestehen derartige Abgase aus O-/ NO , CO, HC und H-, usw. Die Konzentration eines jeden Abgasbestandteils ändert sich mit dem vor dem ■5 Verbrennungsvergang vorliegenden Luft/Brennstoff-Verhältnis. Beide Meßelemente weisen einen elektrischen Widerstand auf, der mehr von der gesamten Gasatmosphäre als von Änderungen des Partialdruckes eines jeder Gasbestandteils und darüber hinaus auch von der Tenpe-

^£V ratur der Abgase abhängt. Da die Dicke t.. (z.B.

t₁ =0,5 mm) des ersten Gaskomponenten-Meßelementes A kleiner als die Dicke t^ (z. B. t~ = 1 mm) des zweiten Gaskomponenten-Meßelementes B ist, spricht das erste Meßelement A schneller als das zweite Meßelement 3 auf

Konzentrationsänderungen der jeweiligen Gasbestandteile der Abgase an, was bedeutet, daß sich der elektrische Widerstand des ersten Meßelementes A schneller ändert.

Nachstehend wird ein Ausführunasbeispiel des Aufbaus

der vorstehend beschriebenen Gaskomponenten-Meßeinrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 1 die Gaskomponenten-Meßelemente A und B, während mit den Bezugszahlen 2a,

2b und 2c Elektroden aus Platin oder dgl. bezeichnet 35

sind und die Bezugszahl 2d zwei Verbindungsdrähte aus wärmebeständigem Metall, wie Wolfram, bezeichnet, die zur Herstellung der elektrischen Verbindung an die

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Elektroden 2a und 2c angeschweißt sind. Die Bezugszahl 3 bezeichnet einen zylindrischen Keramikkörper nit zwei kleinen Durchgangslöchern 3a von jeweils gleichem Durchmesser, in die die Elektroden 2a und 2b sowie die Verbindungsdrähte 2d eingesetzt sind. Der Keramikkörper 3 besteht hierbei aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial. Die Bezugszahl 4 bezeichnet ein Gehäuse aus wärmebeständigem Metall, das zur Anbringung an einem Abgasrohr mit einem Gewindeteil 4a versehen ist. Die Bezugszahl 5 bezeichnet ein Rohr, das an seinem unteren Ende eine Vielzahl von Löchern für den Durchtritt der Abgase und außerdem einen mit einem abgestuften Teil 3b des Keramikkörpers 3 in Berührung stehenden Stufenteil 5b aufweist. Das Rohr 5 besteht aus wärmebeständigem Metall und ist mittels der beiden Stufenteile 3b und 5b fest an dem Keramikkörper angebracht sowie außerdem luftdicht mit dem Gehäuse 4 verschweißt. Die Bezugszahl 6 bezeichnet ein Glasdichtungsmittel, das zwischen den Keramikkörper 3 und das Rohr 5 eingefüllt ist und im erstarrten Zustand die Öffnung des Durchgangsloches 3a des Keramikkörpers 3 verschließt. Hierbei bildet das Glasdichtungsmittel 6 gleichzeitig einen Verschlaß für die Abgase und gewährleistet eine isolierende Befestigung der Verbindungsdrähte 2d. Die Bezugszahl 7 bezeichnet ein Pulver aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid usw., das zur Befestigung und elektrischen Isolation der Verbindungsdrähte 2d dient. Die Bezugszahl 8 bezeichnet ein Rohr aus wärmebeständigem Metall, das mit dem Pohr 5 verschweißt ist. Die Bezugszahl 9 bezeichnet zwei Zuleitungsdrähte, die mit den Verbindungsdrähten 2d durch Verschweißen elektrisch verbunden sind. Die Außenseite der Zuleitungsdrähte ist mit einer Ummantelung 10 aus wärmefestem, elektrisch isolierendem Material, wie z. B.

Glaswolle und wärmebeständigem Gummi, usw., versehen.

Die Ummantelung 10 ist mit einer weiteren Umhüllung 11 aus dem gleichen Material umgeben, so daß die Zuleitungsdrähte 9 elektrisch voneinander isoliert sind. Die Bezugszahl 12 bezeichnet eine Umhüllung aus einer wärmebe-

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ständigen Metallitze, die die Außenseite der Umhüllung 11 umgibt und durch Einpressen des Endteils 8a des Rohres 8 an dem Rohr 8 befestigt ist. Das Endteil des Rohrs 5 ist in der durch die Bezugszahi 5c veranschaulichten Weise zusammengedrückt, wodurch die Füildichte des elektrischen Isolierpulvers erhöht wird. Die Elektrode 2b ist an das Rohr 5 angeschweißt, das elektrisch mit dem Rohr 8 und der Litze 12 verbunden und über einen Anschluß 13b zugänglich ist. Die elektrische Verbindung der Elektroden 2a und 2c erfolgt über die Verbindungsdrähte 2d und die Zuieitungsdrähte 9, die wiederum mit Anschlüssen 13a und 13c verbunden sind.

Nachstehend wird näher auf Arbeitsweise und Aufbau ■5 einer Meßschaltung eingegangen, der von dem ersten Gaskomponenten-Meßelement A und dem zweiten Gaskomponenten-Meßelement B in Abhängigkeit von der Konzentration der jeweiligen Gasbestandteile ein Signal zugeführt wird. Der Gaskomponenten-Meßeinrichtung wird in der in ^zw Fig. 3 veranschaulichten Weise eine Versorgungsspannung + V zugeführt . l'enn die Gaskomponenten-Meßeinrichtung im Abgasstron einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wird über die Elektrode 2c ein Spannungssignal in Abhängigkeit vcn der Konzentration der At-ras-

bestandteile erhalten. Erfolgt ein übergang des Luft/-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches von einem über einem theoretischen Wert liegenden Betrag (der nachstehend als angereicherter bzw. fetter Zustand bezeichnet wird) auf einen unter dem theoretischen Wert

liegenden Betrag (der nachstehend als magerer Zustand bezeichnet wird), so ist die für die Widerstandsänderung des zweiten Gaskomponenten-Meßelementes B erforderliche Zeit (d. h., die Ansprechzeit bei der Messung) größer als die für die Widerstandsänderung des ersten Gaskonponeten-Meßeleir.entes B erforderliche Zeit, was zur Folge hat, daß sich der Widerstandswert des ersten Meßelements A bereits vorher erhöht und die Widerstandsänderung bei dem zweiten Meßeiement B erst nach Ablauf einer vorge-

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' gebenen Zeitdauer auftritt. Hierdurch fällt die Spannung an der Elektrode 2c gemäß Fig. 3 ab und steigt sodann in der in Fig. 4a dargestellten Weise wieder auf einen Ausgangswert an. Geht das Luft/Brernstoff-Verhältnis dagegen vom mageren Zustand auf den fetten Zustand über, fällt zunächst der Widerstand des ersten Gaskomponenten-Meßelementes A ab, während der Abf? 1 des Widerstands des zweiten Gaskcmpcnenten-Meßelemunts B anschließend nach einem konstanten Zeitinterval- folgt. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an der Elektrode 2c in der in Fig. 4b dargestellten Weise ansteigt und sodann auf den Ausgangswert abfällt. In Fig. 4 sind über der Ordinate die Spannung (V) und über der Abszisse die Zeit (t) aufgetragen, wobei V eine von Konzentrationsänderungen der

^lD Abgasbestandteile unabhängige Spannung !^zeichnet. In Fig. 4c sind die Spannungsänderungen an der Elektrode 2c im Falle eines wiederholten Auftretens von fetten und mageren Zuständen des Gemisches veranschaulicht.

Die geradlinigen Abschnitte zwischen den positiven und

negativen Spannungsspitzen entsprechen der Ansprechverzögerungszeit der Brennkraftmaschine. Auch wenn sich die Temperatur der Abgase ändert, ändern sich die Widerstandswerte des ersten Gaskomponenten-Meßelements A und des zweiten Gaskomponenten-Meßelements B um den gleichen Be-

trag. Die Spannung an der Elektrode 2c unterliegt daher kaum einer Temperaturbeeinflussung. Da die Gaskomponenten-Meßelemente A und B beide aus dem gleichen Material bestehen, ist der alterungsbedingte Einfluß auf Spannungsänderungen an der Elektrode 2c äußerst gering. Die Elektrode 2c ist mit dem invertierenden Eingang eines Vergleichers 102 verbunden, während der nichtinvertierende Eingang des Vergleichers 102 an einen Verbindungspunkt zwischen Widerständen 100 und 101 angeschlossen ist, an denen eine Vergleichs-Bezugsspannung V liegt. Ein Widerstand 103 bewirkt ein Hytereseverhalten des Vergleichers 102. über den Ausgang des Vergleichers 102

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wird ein entweder den Wert "O" oder den Wert "1" aufweisendes digitales Signal als Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuersignal einer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelschaltung ACC zugeführt. Die Meßschaltung gibt ein Signal des Wertes "0" an die Luft/Erennstoff-Verhältnis-Regeischaltung ACC ab, wenn die Spannung an der Elektrode 2c die Bezugsspannung V übersteigt (d. h., wenn ein übergang vom mageren Gemischzustani in den fetten Gemischzustand erfolgt), wodurch das Luft/3rennstoff-Verhältnis vom mageren zum fetten Gemischzustand korrigiert wird. Wenn dagegen die Spannung an der Elektrode 2c unter der Bezugsspannung V liegt (d. h., wenn ein übergang vom fetten Gemischzustand in den mageren Gemischzustand erfolgt) , gibt die Meßschaltung ein Signal des Wertes "1" an die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelschaltung ACC ab, wodurch das Luft/Brennstoff-Verhältnis vom fetten Gemischzustand zum mageren Gemischzustand korrigiert wird.

in Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Meßschaltung dargestellt, bei der die Elektrode 2c der Gaskomponenten-Meßeinrichtung an Masse liegt. Die Elektrode 2a an dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Gaskomponenten-Meßelement A und einem Widerstand 301 ist

" mit einem nichtinvertierenden Eingang eines Vergleichers 303 verbunden, während die Elektrode 2b an dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Gaskomponenten-Meßelement B und einem Widerstand 302 mit dem invertierenden Eingang des Vergleichers 303 verbunden ist. Im

on
^w Falle der Verwendung des Aufbaus gemäß Fig. 2 ist die Elektrode 2b durch die Elektrode 2c zu ersetzen. Ein Widerstand 304 verhindert, daß die beiden Eingänge des Vergleichers 303 an gleicher Spannung liegen und das Ausgangssignal instabil wird. Das Ausgangssignal des

Vergieichers 303 wird als Luft/Brern.stoff-Verhältnis-Steuersignal der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Regelschal-

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' tung ACC zugeführt. Die Arbeitsweise dieser Meßscnaltuno wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 näher erläutert, in der die Spannungsverläufe an den Elektroden 2a und 2b gemäß Fig. 5 jeweils durch eine durchgezogene bzw. eine gestrichelte Kurve dargestellt sind. Die geraden Abschnitte zwischen den positiven und negativer. Spannungsspitzen entsprechen der Arsprechverzögerungszeit der Brennkraftmaschine. Da bei der Messung die Ansprechzeit des zweiten Gaskomponenten-Meßelements B in

•Ο bezug auf die Konzentration der Abgasbestandteile größer als die des ersten Gaskomponenten-Meßelementes A ist, verschiebt sich der Verlauf der gestrichelten Kurve gegenüber dem Verlauf der durchgezogenen Kurve um eine konstante Zeitdauer. Zur Zeit t , bei der das Luft/Brenn-

'^ stoff-Verhältnis des Gasgemisches kleiner als der theoretische Wert ist (fetter Zustand), wird die an der Elektrode 2et ar.l legende Spannung kleiner als die Spannung an der Elektrode 2b. Das Ausgangssignal des Vergleichers 303 gehl, daher von dem Wert "1" auf den Wert "O" über.

Dieses rigna. *: .-."d der Luf t/Brenr.st^i f-Verhäl tnis-Fegel scha.: tür. ς Mr Korrektur des Luft/Brennstof f-Verhältnisse ~ von fette·: Zustand zum mageren Zustand zugeführt. Zur Z'.; Lt t,, zu dt=r "ich das Luf t/ßren-stof f-Verhä 1 trii- im mageren Zustand befindet, wird die Spannung an der

Elektrode 2a größer als die an der Elektrode 2b an.iecei,-de Spannung. Das Ausgangssignal des Vergleichers 303 geht daher vom Wert "0" auf den Wert "1" über. Dieses Signal wird ebenfalls der Luft/3rer.r stoff-Verhältni Regelschaltung z\*r Korrektur des Lei t /Brennstof f-Ver-

hältnisses vom mageren Zustand zum fetten Zustand zugeführt. Darüber hinaus ändern sich die Widerstandswerte des ersten. Gasko^ipur.enten-Meßelements A und des zweiten Gaskompor.enten-Mfc3e 1 ements B auch dann in der gleichen Weise, wenn Temp·.-ra tu ränderungen der Abgase auftreter.. Die Differenz zwischen den Spannungen an den Elektroden

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2a und 2b wird daher von Temperaturänderungen kaum beeinflußt. Da die Meßelemente A und B beide aus dem gleichen Material bestehen, wird die Spannungsdifferenz zwischen der Elektrode 2a und der Elektrode 2b auch von altersbedingten Änderungen nur in äußerst geringem Maße beeinflußt.

Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Gaskomponenten-Meßeinrichtung näher beschrieben, die in Fig. 7 in Form einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen A ein erstes Gaskomponenten-Meßelenent mit einer Dicke t₁ , während das Bezugszeichen B ein zweites Gaskomponenten-Meßelement mit einer Dicke t₂ (t₂> t.) bezeichnet. Die beiden Meßeleniente A und B sind in einem gemeinsamen Meßkörper ausgebildet. In der Nähe der Mittelabschnitte in Richtung der Dicke (Tiefe) sind Elektroden 2a, 2b und 2c vorgesehen· Insbesondere ist hierbei die Elektrode 2c in der Nähe des Grenzbereiches zwischen dem ersten Gaskomponenten-Meßelement A und dem zweiten Gaskomponenten-Meßelenent B angeordnet, wobei ein Anschluß gemeinsam benutzt wird. Das Material, die Oberflächenbehandlung, der Betrieb im Abgas und der Aufbau usw. dieses zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiei der Gaskomponenter.-Meßeinrichtung. Ferner ist auch die Meßschaltung, n:it der die Gaskomponenten-Meßeinrichtung verbunden ist, die gleiche, wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels, so daß sich eine nähere ^ου Beschreibung dieser Teile erübrigt.

In Fig. 8 ist eine Beziehung zwischen der Dicke (mm) des ersten Gaskomponenten-Meßelementes A bzw. des zweiten Gaskomponenten-Meßelenents B und der Meßansprech-

zeit (ms), bei der eine Xr.derung des Widerstandswertes als Feige einer Konzentrationsänderung der Abgasbestand-

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teile auftritt, wiedergegeben. Hierbei sind Fälle veranschaulicht, bei denen das Luft/Brennstoff-Verhältnis (A/F) von dem Wert 13 auf den Wert 16 sowie von dem Wert 16 auf den Wert 13 übergeht. Wenn z. B. das Luft/ Brennstoff-Verhältnis (A/F) von dem Wert 16 auf den Wert 13 übergeht, beträgt bei einer Dicke von 0,5 mm die Ansprechzeit 230 ms. Bei einer Dicke von 1 mm nimmt jedoch die Ansprechzeit einen Wert von etwa 300 ms an und weist somit eine Differenz von 70 ms auf. Da das erste Gaskomponenten-Meßelement A und das zweite Gaskomponenten-Meßelement B einen Katalysator zur Förderung von Reaktionen zwischen nahe der Oberfläche befindlichen Abgasbestandteilen tragen, tritt beim Y^ert des theoreti sehen Luft/Brennstoff-Verhältnisses eine abrupte Änderung des elektrischen Widerstandswertes auf.

Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Gaskomponenten-Meßeinrichtung näher beschrieben, das in Fig. 9 in Form einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist. In Fig. 9 ist ebenfalls ein erstes Gaskonponenten-Meßelement mit A bezeichnet, während ein zweites Gaskompcnenten-Meßelement mit B bezeichnet ist. Die beiden Gaskomponenten-Meßeiemente A und B sind sorgfältig gesintert und bestehen aus einem Metalloxid, wie z. B. Titanoxid (TiO₂) usw., auf dessen Außen- und Innenflächen ein Katalysator, wie z. B. Platin, aufgebracht ist. In der Nähe des Mittelteils in Richtung der Dicke (Tiefe), wo sich ein auf die Konzentration der Gasbestandteile und die Temperatur des Abgases bezogener elektrischer Widerstandswert feststellen läßt, sind aus Platin bestehende Elektroden 2a, 2b und 2c vorgesehen. Die gemeinsam verwendete Elektrode 2c ist in der Nähe des Grenzbereiches zwischen dem ersten Gaskomponenten-Meßelement A und dem zweiten Gaskomponenten-Meßelement B

^ο-* angebracht. Da das erste Gaskomponenten-Meßelement A zur Erzielung einer ausreichenden Porosität gesintert

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ist, können die Abgase leicht in das Meßelement eindringen, wodurch eine Verringerung der Ansprechzeit auf Konzentrationsänderungen der Abgasbestandteile erzielt wird. Das zweite Gaskomponenten-Me3element B ist dagegen fest gesintert, so daß die Abgase nur schwer in das Meßelement eindringen können und die Ansprechzeit auf Konzentrationsänderungen von Abgaskomponenten größer als diejenige des ersten Meßelementes A ist. In Fig. 10 ist eine Beziehung zwischen dem Sinterungsgrad (%) und der Meßansprechzeit (ms) aufgetragen. Wie Fig. 10 zu entnehmen ist, wird die Meßansprechzeit mit steigendem Sinterungsgrad aufgrund der kompakter werdenden Struktur größer. Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis (A/F) z. B. von dem Wert 16 auf den Wert 13 übergeht, beträgt bei einem Sinterungsgrad von 70 % die Meßansprechzeit 280 ms, während sie 520 ms bei einen Sinterungsgrad von 90 % beträgt, was eine Differenz von 240 ms ergibt. Die Arbeitsweise dieser Gaskomponenter.-Meßeinrichtung bei Anordnung im Abgasstron einer Brenn- *0 kraftmaschine, sowie der Aufbau und die Meßschaltung, mit der die Gaskomponenten-Meßeinrichtung verbunden ist, sind die gleichen wie im Falle des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, so daß sich eine Beschreibung erübrigt. Obwohl das erste Gaskomponenten-Meßelement

" A und das zweite Gaskomponenten-Meßelement B bei dem dritten Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen Körper ausgebildet sind, können sie auch getrennt voneinander ausgebildet werden.

Darüber hinaus können die Gaskomponenten-Meßelemente

A und B statt aus dem gleichen Material auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, deren elektrische Widerstandswerte sich bei Temperaturänderungen in der gleichen Weise ändern.
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Obwohl die Meßansprechzeiten der Gaskornponer.ten-Meßeiernente Λ und B entweder durch Änderung der Dicke oder durch Änderung des Sinterungsgrades über di° Bildung einer poröser, oder einer kompakten Struktur unterschiedlich ausgebildet werden, können weiterhin sowohl die Dicke als auch der Sinterungsgrad zu diesem Zweck verändert werden.

Eerüglich der Meßschaltung besteht außerdem die Möglichkeit, bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 zwei Vergleicher zu verwenden und zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zwei verschiedene Vergleichs -Bezugs spannungen festzusetzen.

Bei der vorstehend beschriebenen Gaskomponenten-Meßeinrichtung besteht somit ein erstes Gaskomponenten-Meßcier.cnt aus einem Metalloxid, das einen von der Konzentration von Gaskomponenten und der Temperatur eines aberwachten Gases abhängigen elektrischen Widerstand aufweist, während ein zweites Gaskomponenten-Meßelemer.t aus einen Metalloxid besteht, das den gleichen Temperaturkoeff\ zier.ten des elektrischer Widerstandes wie das erste Gaskonpor.enten-Meßelement und einen von der Konzentration von Gasbestandteiien und der Temperatur des überwachten Gases abhängigen elektrischen Widerstand in Verbindung mit einer langsameren bzw. größeren Meßansprechzeit auf die Konzentration von Gasbestar.dteilen des überwachten Gases als das erste laskonponenten-Meßelement aufweist.

ü : ~: j ■ j / η 7 δ 5

Claims

Patentansprüche

1J Gaskomponenten-Meßeinrichtung, gekennzeichnet durch ein aus einem Metalloxid gebildetes erstes Gaskomponenten-Meßelement (A), dessen elektrischer Widerstand von der Konzentration von Gasbestandteilen und der Temperatur eines überwachten Gases abhängt, durch ein aus einem Metalloxid gebildetes zweites Gaskomponenten-Keßeiement (B), das den gleichen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes wie das erste Gaskomponenten-Meßelement und einen von der Konzentration von Gaskonponenten und der Temperatur des überwachten Gases abhängigen elektrischen Widei-;tand sowie eine größere Meßansprechzeit auf die Konzentration von Gasbestandteilen in dem überwachten Gas ils das erste Gaskomponenten-Meßelement aufweist, ur.'J durch Elektroden (2a, 2b, 2c), die in dem ersten und dem zweiten Gaskomponenten-Meßelenent in Positionen angebracht sind, bei denen ein von der Konzentration von Gasbestandteiie" und der Temperatur des überwachten '"!ases abhängiger elektrischer Widerstandswert meßbar ist, wodurch ein der Konzentration von Gaskomponenten ur: der Temperatur des überwachten Gases entsprechende-" elektrischer Widerstandswert ableitbar ist.

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' 2. Gaskomponenten-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des zweiten Gaskomponenten-Meßelements (B) größer als die Dicke des ersten Gaskomponenten-Meßelements (A) ist. 5

3. Gaskomponenten-Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gaskomponenten-Meßelement (A) eine poröse Struktur aufweist, während das zweite Gaskomponenten-Meßelement (B) eine kompakte Struktur aufweist.

4. Gaskomponenten-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator an dem ersten und dem zweiten Gaskomponenten-

'** Meßelement angebracht ist.

5. Gaskomponenten-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Gaskomponenten-Meßelement ein-

stückig ausgebildet sind.

6. Gaskomponenten-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Vergleicher (102) mit einem an einen Bezugspotential-

punkt angeschlossenen ersten Eingang und einem mit einem Verbindungspunkt (2c) des ersten und des zweiten Gaskomponenten-Meßelementes verbundenen zweiten Eingang und durch einen Rückkopplungswiderstand (103), der zur Erzielung eines Hysteresebetriebs zwischen den ersten Eingang und den Ausgang des Vergleichers (102) geschaltet ist.

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7. Gaskomponenten-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Vergleicher (303) mit einen an das erste Gaskomponenten-Meßelement (A) angeschlossenen ersten Eingang und einem an das zweite Gaskomponenten-Meßelement (B) angeschlossenen zweiten Eingang und durch einen Rückkopplungswiderstand (304), der zur Erzielung eines Hysteresebetriebes zwischen den ersten Eingang und den Ausgang des Vergleichers (303) geschaltet ist. 10

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