DE3019825A1 - Vorrichtung zur bestimmung des luft/brennstoff-verhaeltnisses in einem gas - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung des luft/brennstoff-verhaeltnisses in einem gas

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DE3019825A1
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Description

  • B e s c h r e i b u n g
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einem Gas gemäß Oberbegriff des Kauptanspruchs.
  • Sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Bestimmung oder zum Nachweis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines Gases durch die Verwendung eines Sauerstoffionen leitenden, festen Elektrolyten und insbesondere eine solche Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, bei der keine Abhängigkeit der Meßcharakteristiken von der Anordnung der Vorrichtung in bezug auf die Strömung des zu messenden Gases besteht.
  • Bei Brennkraftmaschinen für Automobile und bei vielen anderen Verbrennungsvorrichtungen ist es bekannt, das Luft/Brennstoff-Verhältnis (d. h. das Verhältnis von Luft zu Brennstoff) unter Verwendung eines Sauerstoffionen leitenden, festen Elektrolyten zu messen, um die Bedingungen zu steuern, unter denen die Verbrennung abläuft. Es wurden bereits verschiedenartige Konstruktionen solcher Luft/Brennstoff-Meßvorrichtungen oder -Sonden vorgeschlagen und entwickelt. Eine Vorrichtung dieser Art ist in der Fig. 1 dargestellt, bei der der Sauerstoffsondenabschnitt aus einer elektrisch nicht leitenden, rechteckig geformten, planen Grundplatte 1, einer auf dieser Grundplatte 1 angeordneten Elektronen leitenden Schicht 2, einer auf der Schicht 2 angeordneten Sauerstoffionen leitenden, festen Elektrolytschicht 3 und einer auf der Schicht 3 angeordneten Elektronen leitenden festen Elektrolytschicht 4 besteht, so daß der Sauerstoffsensorabschnitt oder Sauerstoffsondenabschnitt die dargestellte Plattenform besitzt. Zusätz- lich ist eine Glcichstl-ornquclLc oder Gleichstromversorgung 6 vorgesehen, mit der über die Leitungen 5 zwangsläufig ein Gleichstrom durch die beiden Elektronen leitenden Schichten 2 und 4 geführt wird. Zur Messung der zwischen den beiden Elektronen leitenden Schichten 2 und 4 erzeugten elektromotorischen Kraft ist eine Spannungsmeßvorrichtung 7 vorgesehen.
  • Die in dieser Weise aufgebaute Meßvorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ist insofern vorteilhaft, als ihr Sauerstoffsondenabschnitt einen einfachen und kompakten Aufbau besitzt. Sie weist jedoch die folgenden Nachteile auf: (1) Der Sauerstoffsondenabschnitt ist als planes Bauteil ausgebildet, da er durch nacheinander erfolgendes Abscheiden der Elektronen leitenden Schicht 2, der festen Elektrolytschicht 3 und der Elektronen leitenden Schicht 4 aufgebaut worden ist. Demzufolge besitzt der Sauerstoffsondenabschnitt unterschiedliche Meßcharakteristiken in Abhängigkeit von der richtungsmäßigen Anordnung in bezug auf die zu messende Gasströmung. Mit anderen Worten erhält man die besten Meßeigenschaften dann, wenn die Gasströmung in rechtem Winkel auf die schichtförmig aufgebaute Oberfläche auftrifft, wie es durch den Pfeil A in der Fig. 1 dargestellt ist, während sich die mäßgisten Meßcharakteristiken dann ergeben, wenn die Gasströmung in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung des Pfeils A, d. h. in der Richtung des Pfeils B, auf die Schichtoberfläche der Sauerstoffsonde gerichtet ist. Somit ist es erforderlich, die richtungsmäßige Anordnung der Sauerstoffsonde in ausreichendem Maße zu berücksichtigen, wenn der Sauerstoffsondenabschnitt installiert wird.
  • (2) Die Meßcharakteristiken der Sauerstoffsonde sind auf relativ niedrige Werte begrenzt, da die Unterlagenschicht aus einem nichtleitenden Material besteht.
  • Dies kann wie folgt erläutert werden: Nach dem Prinzip der Sauerstoffsonde wird eine elektromotorische Kraft nur durch die Kombination der festen Elektrolytschicht 3 und der auf beiden Seiten der Schicht 3 angeordneten Elektronen leitenden Schichten 2 und 4 erzeugt, so daß es demzufolge ausreicht, daß lediglich diese drei Schichten ausgezeichnete Ansprecheigenschaften im Hinblick auf die Temperatur und die Atmosphäre des zu messenden Gases besitzen. In der Tat ist jedoch die Unterlage für den Aufbau der Sauerstoffsonde erforderlich. Zu diesem Zweck wird die elektrisch nicht leitende Unterlage aus Aluminiumoxid etc. verwendet, was zur Folge hat, daß die Wärmekapazität und damit die Ansprecheigenschaften der Sauerstoffsonde unvermeidbar beeinträchtigt werden.
  • (3) Da als Unterlage die rechteckige, elektrisch nicht leitende Grundplatte verwendet wird, ist die Sauerstoffsonde relativ groß. Mit anderen Worten ist es schwierig, den Sauerstoffsondenabschnitt in sehr engen Bereichen anzuordnen, wenn man die in der Fig.
  • 1 dargestellte Konstruktion verwendet, während man ein Thermoelement zur Bestimmung der Temperatur in wesentlich engeren Bereichen anordnen kann.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses anzugeben, die hervorragende Eigenschaften besitzt und die Nachteile des Standes der Technik überwindet und die insbesondere keine Unterschie- de des Meßverhaltens in Abhängigkeit von der richtungsmäßigen Anordnung in bezug auf die zu messende Gasströmung zeigt, die klein und einfach aufgebaut ist und damit in engen Bereichen angeordnet und vielfältig angewendet werden kann und die ausgezeichnete Ansprecheigenschaften und eine geringere Wärmekapazität besitzt im Vergleich zu den herkömmlichen Meßvorrichtungen zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, die eine elektrisch nicht leitende, tragende Unterlage aufweisen, die beispielsweise aus Aluminiumoxid besteht und in Form einer flachen Platte vorliegt.
  • Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.
  • Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zum Nachweis oder zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einem Gas, die eine elektronisch leitenden oder Elektronen leitenden Draht, wie einen Platindraht, umfaßt, der auch als tragendes Grundelement dient. Zusätzlich ist auf der Oberfläche des Elektronen leitenden Drahts eine Sauerstoffionen leitende Schicht aus einem festen Elektrolyten ausgebildet, die auf ihrer Oberfläche eine weitere Elektronen leitende Schicht träyt. Mit dem Elektronen leitenden Draht und der Elektronen leitenden Schicht ist ein Voltmeter verbunden, mit dem die dazwischen erzeugte elektromotorische Kraft gemessen wird.
  • Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahem auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in dene gleiche Bezugsziffern für gleiche Teile und Elemente stehen. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische vertikale Schnittansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses; Fig. 2 eine schematische vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisscs; Fig. 3 eine schematische vertikale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses; Fig. 4 eine schematische vertikale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses; Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht des gemäß Beispiel 1 gebildeten Sauerstoffsondenabschnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses; Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht der Vorrichtung, in der der in der Fig. 5 dargestellte Sauerstoffsondenabschnitt verwendet wird; Fig. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Teils der Vorrichtung, die den in der Fig.
  • 5 dargestellten Sauerstoffsondenabschnitt enthält; Fig. 8 eine graphische Darstellung, die die Ausgangsspannungscharakteristik der gemäß Beispiel 1 hergestellten Vorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt; Fig. 9 eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Ausgangsspannung der gemäß Beispiel 2 hergestellten Vorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt; Fig. 10 eine Kurve, die die Veränderung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis bei fetten Luft/Brennstoff-Verhältnissen wiedergibt; Fig. 11 eine Kurve ähnlich der in der Fig. 1o dargestellten, die jedoch die Änderung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis bei mageren Luft/Brennstoff-Verhältnissen wiedergibt; Fig. 12A eine Schnittansicht, die die Herstellungsweise des Sauerstoffsondenabschnitts gemäß Beispiel 3 verdeutlicht; Fig. 12B eine Schnittansicht des gemäß Beispiel 3 gebildeten Sauerstoffsondenabschnitts; Fig. 13A bis 13E schematische Darstellungen, die die Herstellung eines herkömmlichen Sauerstoffsondenabschnitts gemäß dem Vergleichsbeispiel wiedergeben; Fig. 14A bis 14C Kurven, die die Ansprechcharakteristiken der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer herkömmlichen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses wiedergeben; und Fig. 15 eine Kurve, die die Änderung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von dem Luftüberschußverhältnis wiedergibt.
  • Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 der Zeichnung sei im folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses näher erläutert. Die Vorrichtung umfaßt einen (ohne Bezugsziffer gekennzeichneten) Sauerstoffsondenabschnitt, der einen Elektronen leitenden oder elektronisch leitenden Draht 12 mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt umfaßt. Auf einem Endabschnitt des Elektronen leitenden Drahts 12 ist eine Schicht 13 aus einem Sauerstoffionen leitenden , festen Elektrolyten derart ausgebildet, daß sie den Endabschnitt des Drahts 12 bedeckt und die Oberfläche des Drahts 12 direkt berührt.
  • Auf der Oberfläche der Schicht 13 aus dem festen Elektrolyten ist eine Elektronen leitende oder elektronisch leitende Schicht 14 angeordnet, die mit der Oberfläche des festen Elektrolyten 13 in direktem Kontakt steht.
  • Über die Leitungen 15 ist ein Spannungsmeßgerät oder ein Voltmeter 17 elektrisch mit dem Elektronen leitenden Draht 12 und der Elektronen leitenden Schicht 14 verbunden, um eine elektromotorische Kraft zu messen, die zwischen dem Draht 12 und der Schicht 14 erzeugt wird.
  • Bei dieser Anordnung dient ein Sauerstoffpartialdruck an der Grenzfläche des Sauerstoffionen leitenden, festen Elektrolyten als Vergleichswert. Demzufolge kann, wenn es sich bei dem zu messenden Gas um das Auspuffgas einer Automobil-Brennkraftmaschine handelt und man ein fettes Gas (mit einem höheren Brennstoffanteil als es dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht) mit niedriqem Saiierstoffpartiaidruck und ein mageres Gas (mit einem höheren Luftanteil als es dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht) mit hohem Sauerstoffpartialdruck alternierend mit dem Sauerstoffsondenabschnitt in Kontakt bringt, der Nachweis des stöchiometrischen Luft/ Brennstoff-Verhältnisses des Auspuffgases erreicht werden, indem man die elektromotorische Kraft mißt, die zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn der fette Gasstrom durch den mageren Gasstrom ersetzt wird oder umgekehrt.
  • Die Fig. 3 verdeutlicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, gemäß der eine Gleichstromquelle 16 mit dem Elektronen leitenden Draht 12 und der Elektronen leitenden Schicht 14 verbunden ist, um das Fließen eines elektrischen Stroms durch den Draht 12 und die Schicht 14 zu bewirken. In diesem Fall wird die Gleichstromquelle, bei der es sich vorzugsweise um eine Gleichstromquelle oder Gleichstromversorgung mit konstantem Stronl}landelt, mit dem elektrisch leitenden Draht 12 und der Elektronen leitenden Schicht 14 in der Weise verbunden, daß zwangsweise ein Sauerstoffionenfluß innerhalh des festen Elektrolyten 13 verursacht wird, was zur Folge hat, daß der Sauerstoffpartialdruck an der Grenzfläche zwischen der festen Elektrolytschicht 13 und dem Elektronen leitenden Draht 12 konstanter wird, was zur Folge hat, daß man stabile Ausgangsspannungscharakteristiken erreichen kann.
  • Die Fig. 4 verdeutlicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses, gemäß der eine Elektronen leitende Drahtwicklung 14' um die feste Elektrolytschicht 13 angeordnet ist und mit dieser in Kontakt steht. Diese Drahtwicklung 14' wird anstelle der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Elektronen leitenden Schicht 14 verwendet.
  • Bei dieser Anordnung ist es nicht notwendig, Leitungsdrähte direkt mit der Elektronen leitenden Schicht 14 zu verbinden, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
  • Wie oben erläutert, wird erfindungsgemäß als tragendes Grundelement der Elektronen leitende Draht 12 mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt verwendet, um den die feste Elektrolytschicht 13 und die Elektronen leitende Schicht 14 herum angeordnet sind. Demzufolge besitzt die Sauerstoffsonde ausgezeichnete Ansprechcharakteristiken für beliebige Gas ströme, die in radialer Richtung zu der zylindrischen Sauerstoffsonde fließen. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung kein elektrisch nichtleitendes Substrat aufweist, kann die Wärmekapazität der Sauerstoffsonde beträchtlich erniedrigt werden, so daß ihre Ansprechcharakteristiken bezüglich einer Gasatmosphäre und der Temperatur verbessert werden, so daß der Sauerstoffsondenabschnitt eine verbesserte Ansprechempfindlichkeit besitzt. In dieser Hinsicht kann man die Querschnittsfläche des Elektronen leitenden Drahts 12 klein halten, soweit dies die Festigkeit des Drahtes als tragendes Element ermöglicht, so daß der Durchmesser des Drahts 12 vorzugsweise 0,5 mm oder weniger beträgt, wenn der Draht 12 einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Weiterhin beträgt die Dicke der festen Elektrolytschicht 13 vorzugsweise o,1 mm oder weniger. Aufgrund dieser Anordnung wird der Sauerstoffsondenabschnitt der erfindungsgemäßen Sauerstoffsonde sehr klein, so daß der in dieser Weise aufgebaute Sauerstoffsondenabschnitt für eine Vielzahl von Anwendungszwecken geeignet ist, die jenen entsprechen, bei denen ein herkömmliches Thermoelement eingesetzt werden kann.
  • Der Elektronen leitende Draht 12 besteht vorzugsweise aus einem metallischen dünnen Draht aus einem Material, das keine Oxide bildet, wie Gold, Silber, Platin oder Palladium. Man kann als Material für den dünnen metallischen Draht auch eine Legierung verwenden, beispielsweise eine Silber-Palladium-Legierung oder eine Gold-Palladium-Le-Legierung.
  • Das Material, aus dem die Sauerstoffionen leitende , feste Schicht 13 aus dem festen Elektrolyten besteht, ist vorzugsweise ZrO2, das beispielsweise mit CaO, Y203, SrO, MgO, ThO2, WO3 oder Ta Or stabilisiert worden ist, oder das ThO2-Y203-System oder das CaO-Y2O 3-System. Die Schicht 13 aus dem festen Elektrolyten oder die feste Elektrolytschicht 13 kann beispielsweise durch physikalisches Aufdampfen, wie durch Aufspritzen, Ionenplattieren, durch galvanische oder elektrochemische Methoden oder durch Einbrennen einer auf die Oberfläche des Drahtes 12 aufgetragenen Paste des festen Elektrolyten auf der Oberfläche des Elektronen leitenden Drahts 12 ausgebildet werden.
  • Die Elektronen leitende Schicht 14 besteht aus einem Material, das keine katalytische Aktivität besitzt, beispielsweise aus Gold, Silber oder Siliciumcarbid (SiC); einem Oxid-Halbleiter, wie TiO2, CoO oder LaCrO3; einem Metall der Platingruppe, das eine katalytische Aktivität aufweist, wie Ruthen, Palladium, Rhodium, Osmium, Iridium oder Platin, oder Legierungen dieser Metalle der Platingruppe; oder aus einer Legierung eines Metalls der Platingruppe mit einem Grundmetall. Diese Elektronen leitende Schicht 14 wird durch eine Aufdampfmethode, wie durch Aufspritzen, Ionenplattieren, durch elektrochemische oder galvanische Methoden, wie Metallplattieren, oder durch Einbrennen einer auf die Oberfläche der festen Elektrolytschicht 13 aufgetragenen Paste auf der Oberfläehe der festen Elektrolytschicht 13 ausgebildet. Man kann auch einen dünnen Draht 14' spiralförmig um die feste Elektrolytschicht 13 herumwickeln, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, eine Schutzschicht auf der Oberfläche des oben beschriebenen Sauerstoffsondenabschnitts auszubilden. Die Schutzschicht kann aus CaO-ZrO2 (Calciumzirkonat), Al203 (Aluminiumoxid) oder Mg1204 (Spinell) bestehen, welche Schicht durch Einbrennen eines (durch Tauchen) aufgebrachten Überzugs oder durch Plasmabespritzen auf die Oberfläche der Sauerstoffsonde aufgebracht werden kann. Es ist ersichtlich, daß das Sauerstoffionen-Leitungsvermögen des festen Elektrolyten bei niedrigerer Temperatur geringer wird bzw. nachläßt. Daher ist es bevorzugt, eine Elektronen leitende Einrichtung in der Schutzschicht vorzusehen, die Wärme zu entwickeln in der Lage ist, oder den Sauerstoffsondenabschnitt in einer Atmosphäre anzuordnen, die erhitzt werden kann.
  • Beispiel 1 Dieses Beispiel verdeutlicht die in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellte Ausführungsform der Erfindung.
  • Zur Herstellung einer Sauerstoffsonde 20 der in der Fig.
  • 5 dargestellten Ausführungsform wird ein Endabschnitt (mit einer Länge von 2 mm vom extremen Ende) eines Platindrahts mit einem Durchmesser von 0,2 mm und einer Länge von 30 mm, der als Elektronen leitender Draht 12 dient, in eine Paste eines festen Elektrolyten eingetaucht. Die Paste aus dem festen Elektrolyten bereitet man zuvor durch Vermischen und Vermengen von 5 Mol-% eines Y 203 -ZrO2-Pulvers mit einem Lack in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 und anschließendem Einstellen der Viskosität der erhaltenen Mischung auf etwa 80 ooo cP (centipoise) unter Verwendung eines Verdünnungsmittels.
  • Nach dem oben angesprochenen Eintauchen trocknet man den Platindraht 12 während 1 Stunde bei looOC. Die Dicke der in dieser Weise erhaltenen (noch nicht gebrannten) festen Elektrolytschicht 13 beträgt etwa So um.
  • Anschließend trägt man eine Platinpaste als Elektronen leitende Schicht 14 derart auf die Oberfläche der festen r'lektrolytschicit 13 auf, daß die Platinpaste nicht direkt mit dem Platindraht 12 in Kontakt kommt. Dann bringt man einen Platindraht 18 mit einem Durchmesser von o,2 mm und einer Länge von 30 mm, der als Leitungsdraht dient, mit der Schicht aus der Platinpaste in Kontakt und trocknet dann die Schicht aus der Platinpaste während 1 Stunde bei 100 C. Anschließend brennt man die oben erwähnte Paste aus dem festen Elektrolyten und die Platinpaste während 3 Stunden bei 1400°C, wobei man im Bereich von Raumtemperatur bis zu 1400°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 60°C/h arbeitet. Die Schichtdicke der erhaltenen festen Elektrolytschicht 13 beträgt etwa 30/um, während die Schichtdicke der Elektronen leitenden Schicht 14 (Platin) etwa 7 bis 8/um beträgt. Anschließend bildet man auf der Oberfläche der Elektronen leitenden Schicht 14 und dem Draht 18 durch Plasmabesprühen eine CaO-ZrO2-Schicht (Calciumzirkonat-Schicht) als Schutzschicht 19 aus, so daß man den Sauerstoffsondenabschnitt 20 erhält. Die Dicke der gebildeten Schicht 19 beträgt etwa o/um.
  • Die Fig. 6 und 7 verdeutlichen ein Beispiel einer Methode, gemäß der der erhaltene Sauerstoffsondenabschnitt 20 zu einer Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses angeordnet wird. Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt, wird der Sauerstoffsondenabschnitt 20 in einer Kappe 21 angeordnet, um zu verhindern, daß der Sauerstoffsondenabschnitt 20 direkt dem zu bestimmenden Gas ausgesetzt ist. Die Kappe 21 umfaßt Öffnungen 21a, durch die das zu bestimmende Gas in das Innere der Kappe 21 eintreten kann, wo es mit dem Sauerstoffsondenabschnitt 20 in Kontakt kommt, wonach es über das andere Loch 21a wieder austreten kann. Der Sauerstoffsondenabschnitt 20 ist mit Hilfe eines Keramikklebstoffs 22 an ein elektrisch nicht leitendes Rohr 23 angeklebt oder in anderer Weise fest verbunden. Der Klebstoff 22 dient auch als Gasdichtung. Das nichtleitende Rohr 23 weist längsverlaufende öffnungen 23a und 23b auf, in denen die Platindrähte 12 und 18 angeordnet sind, wodurch ein Kurzschluß zwischen den Platindrähten 12 und 18 vermieden wird. Das nichtleitende Rohr 23 ist von einem falter 24 aus rostfreiem Stahl umgeben, der einen Bruch des nichtleitenden Rohrs 23 verhindert. Die Kappe 21 ist fest über einen Ring 25 aus rostfreiem Stahl durch eine Schweißnaht mit dem Halter 24 verbunden.
  • Die Platindrähte 12 und 18 sind an ihren Schweißstellen 26 bzw. 26 mit Nickeldrähten 27 bzw. 27 verbunden. Die längsverlaufenden Öffnungen 23a und 23b sind ebenfalls mit dem Keramikklebstoff ausgefüllt, um das Eintreten des Gases zu verhindern. Weiterhin ist der Halter 24 durch Verschweißen fest mit einer weiteren Halterung 28 verbunden, die ein Aluminiumpulver 29 enthält, das einen Kurzschluß zwischen den Nickeldrähten 27 und 27 verhindert.
  • Die Halterung 28 ist durch die Quetschverbindungsstellen 30 mit einem Rohr 31 aus rostfreiem Stahl verbunden. Das Rohr 31 enthält ein Trennelement 33 aus Silikonkautschuk, welches das Auslaufen des Aluminiumoxidpulvers 29 verhin- dert und einen Kurzschluß zwischen den Nickeldrähten 27, 27 und den Kupferdrähten 32, 32 unterbindet. Die Kupferdrähte 32, 32 sind an den Stellen 34, 34 unter Verwendung eines Silberlots mit den Nickeldrähten 27, 27 verbunden. Ein Kurzschluß zwischen den Kupferdrähten 32, 32 wird mit Hilfe eines Silikonkautschuks 35 verhindert, um den eine Drahtabschirmungsschicht 36 ausgebildet ist.
  • Die Drahtabschirmungsschicht 36 ist über die Quetschverbindungsstellen 37 mit dem Rohr 31 aus rostfreiem Stahl verbunden. Um die Drahtabschirmungsschicht 36 ist eine frei bewegliche Mutter 38 angeordnet, die in der Pfeilrichtung bewegt und mit dem Ring 25 in Kontakt gebracht werden kann, um diese Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses sicher mit der Wand eines (nicht dargestellten) Auspuffrohrs zu verbinden, durch das das Auspuffgas der Brennkraftmaschine strömt.
  • Im folgenden sei ein Bewertungstest erläutert, der die oben beschriebene Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses unterworfen wird, gemäß der die Änderung der Ausgangs spannung des Sauerstoffsondenabschnitts 20 mit Hilfe des Spannungsmeßgeräts 17 unter Bedingungen gemessen wird, bei denen ein fettes Gas (mit einem Sauerstoffpartialdruck von etwa 10 20 atm) und ein mageres Gas (mit einem Sauerstoffpartialdruck von etwa lo 3 atm) alternierend in Intervallen von 20 Sekunden mit einer Temperatur von 600C mit dem Sauerstoffsondenabschnitt 20 in Kontakt gebracht wird. Bei dieser Untersuchung wird die positive Klemme des Spannungsmeßgeräts 17 mit der Elektronen leitenden Schicht 14 verbunden. Das Ergebnis dieser Untersuchung ist in der Fig. 8 dargestellt.
  • Wenn man bei dieser Untersuchung oder bei diesem Test das mit dem Sauerstoffsondenabschnitt 20 in Kontakt gebrachte Auspuffgas in einem fetten Gaszustand hält, bei dem die Sauerstoffkonzentration geringer ist als bei dem stöchiometrischen Zustand, entspricht der Sauerstoffpartialdruck in dem Auspuffgas dem Sauerstoffpartialdruck an der Grenzfläche zwischen dem Elektronen leitenden Draht 12 und der festen Elektrolytschicht 13. Demzufolge nimmt die Ausgangsspannung den Wert Null an. Wenn jedoch das Auspuffgas mit einem mageren Gas zustand, bei dem die Sauerstoffkonzentration größer ist als sie dem stöchiometrischen Zustand entspricht, anschließend in die Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses einströmen gelassen wird und mit dem Sauerstoffsondenabschnitt 20 in Kontakt kommt, ergibt sich eine Ausgangsspannung von 740 mV, die durch die folgende Nernst'sche Gleichung ausgedrückt werden kann: Da zu diesem Zeitpunkt das magere Gas die Grenzfläche zwischen dem Elektronen leitenden Draht 12 und der festen Elektrolytschicht 13 über die Elektronen leitende Schicht 14 und die feste Elektrolytschicht 13 durchdringt, nimmt der Wert für den Sauerstoffpartialdruck an der oben angesprochenen Grenzfläche und der des Auspuffgases gleiche Werte an, so daß die Ausgangsspannung den Wert Null annimmt. Dann nimmt in dem Augenblick, da das fette Gas die Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses einströmt und mit dem Sauerstoffsondenabschnitt 20 in Kontakt bringt, die Ausgangsspannung einen Wert von -740 mV gemäß der folgenden Gleichung an: Dann erreicht das fette Gas die oben angesprochene Grenzfläche und diffundiert durch sie hindurch, was zur Folge hat, daß die Ausgangsspannung wieder den Wert Null annimmt, so daß sich die Ausgangsspannungscharakteristik ergibt, die in der Fig. 8 dargestellt ist.
  • Wenn sich somit das fette Gas zu einem mageren Gas verändert, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis sich über den stöchiometrischen Wert hinweg ändert, ergibt sich eine positive elektromotorische Kraft, während bei einer Veränderung des mageren Gases zu dem fetten Gas das Luft/Brennstoff-Verhältnis über das stöchiometrische Verhältnis hinaus geändert wird und eine negative elektromotorische Kraft erzeugt wird. Wenn man andererseits die positiven und die negativen Klemmen des Spannungsmeßgeräts 17 umgekehrt verbindet, ergeben sich umgekehrte positive und negative Charakteristiken. Es ist somit ersichtlich, daß in beiden Fällen es möglich wird, das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhä ltni s nachzuweisen bzw. zu bestimmen.
  • Beispiel 2 Die Bewertungsuntersuchung dieses Beispiels erfolgt mit der gleichen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, mit dem Unterschied, daß der Elektronen leitende Draht 1 2 und die Elektronen leitende Schicht 1 4 mit einer Gleichstromquelle verbunden sind (wie es in der Fiy. 3 dargestellt ist), um in dieser Weise zwangsläufig einen Stromfluß in diesen Einrichtungsteilen zu erzeugen. In diesem Fall wird eine Gleichstromversorgung mit konstantem Strom als Gleichstromquelle 16 verwendet, deren negativer Pol mit der Elektronen leitenden Schicht 14 und demzufolge deren positiver Pol mit dem Elektronen leitenden Draht 12 verbunden sind.
  • Mit der in dieser Weise angeordneten Prüfvorrichtung werden fette und magere Gase alternierend in Intervallen von 20 Sekunden, wie in Beispiel 1 beschrieben, durch die Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses geführt, wobei man stets bei einem konstanten Strom von 5/µA und einer Temperatur von 600°C arbeitet, um in dieser Weise die Ausgangscharakteristiken der Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses festzustellen. In diesem Fall ist der Elektronen leitende Draht 12 mit der positiven Klemme des Spannungsmeßgeräts 17 verbunden, dessen Meßimpedanz 1 M Q beträgt. Das L'rgebnis dieser Untersuchung ist in der Fig. 9 dargestellt.
  • Da in diesem Fall zwangsläufig ein Strom fließt, werden stets Sauerstoffionen durch die festen Elektrolytschicht 13 zu der Grenzfläche zwischen dem Elektronen leitenden Draht 12 und der festen Elektrolytschicht 13 geführt, so daß sich ein höherer Sauerstoffpartialdruck an der Grenzfläche ergibt. Als Ergebnis davon wird eine höhere Ausgangsspannung erzeugt, wenn der Sauerstoffpartialdruck in dem Auspuffgas geringer ist als in dem fetten Gas, während eine niedrigere Ausgangsspannung erzeugt wird, wenn der Sauerstoffpartialdruck in dem Auspuffgas höher ist als in dem mageren Gas. Weiterhin erzielt man die in der Fig. 10 dargestellten Ergebnisse bei der Bestimmung der Ausgangsspannungen bei variierendem Luft/Brennstoff-Verhältnis des fetten Gases.
  • Bei einer weiteren Untersuchung verbindet man die Pole der Gleichstromversorgung mit konstantem Strom umgekehrt als in der oben angegebenen Weise, so daß man für die Durchführung dieses Test den positiven Pol der Gleichstromquelle mit der Elektronen leitenden Schicht 14 und den negativen Pol mit dem Elektronen leitenden Draht 12 verbindet. In diesem Fall wird eine höhere Ausgangsspannung dann erzeugt, wenn der Sauerstoffpartialdruck in dem Abyas größer ist als in dem mageren Gas, während sich eine niedrigere Ausgangsspannung ergibt, wenn der Sauerstoffpartialdruck in dem Auspuffgas niedriger ist als in dem fetten Gas. Weiterhin erhält man die in der Fig. 11 dargestellten Ergebnisse, wenn man die Ausgangsspannungen bei variierendem Luft/Brennstoff-Verhältnis des mageren Gases mißt.
  • Beisl?iel 3 Im folgenden sei die erstellung des Sauerstoffsondenabschnitts 20 einer Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/ Brennstoff-Verhältnisses gemäß den Fig. 12A bis 12B erläutert.
  • Für die Herstellung des Sauerstoffsondenabschnitts 20 taucht man einen Endabschnitt (der einen Bereich von 2 mm vom äußersten Ende des Drahtes umfaßt) eines Platindrahts mit einem Durchmesser von o,2 mm und einer Länge von 30 mm, der als Elektronen leitender Draht 12 verwendet wird, in eine einen festen Elektrolyten enthaltende Paste. Die Paste aus dem festen Elektrolyten hat man zuvor durch Vermischen und Vermengen von 5 Mol-% Y 203 -ZrO2-Pulver mit einem Lack in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 und anschließendes Einstellen der Viskosität der erhaltenen Mischung auf etwa 80 ooo cP hergestellt. Nach dem oben angesprochenen Eintauchen trocknet man den mit der Paste beschichteten Platindraht 12 während 1 Stunde bei looOC. Die Dicke der in dieser Weise erhaltenen (noch nicht gebrannten) Schicht 13 aus dem festen Elektrolyten, wie sie in der Fig. 12A dargestellt ist, beträgt etwa So um. Anschließend wird ein Endabschnitt eines Platindrahts mit einem Durchmesser von o,2 mm unter Bil- dung einer Elektronen leitenden Wicklungsschicht 14' um die Schicht 13 aus dem festen Elektrolyten herumgewickelt.
  • Beim Aufwickeln des einen Endabschnitts des Platindrahts kann man das freie Ende des Platindrahts 12 in die umgekehrte Richtung biegen und erneut um den festen Elektrolyten 13 und anschließend zur Trennung des Drahtwicklungsabschnitts, der als Elektronen leitende Schicht 14' dient, abschneiden.
  • Anschliel3end brennt man das Material während 3 Stunden bei 14000C, um die feste Elektrolytschicht 13 zu sintern, wobei man das Erhitzen von Raumtemperatur auf 1400C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 6o0C/h bewirkt. Die erhaltene Schicht 13 aus dem festen Elektrolyten besitzt nach dem Brennen eine Dicke von etwa 30um und ist derart porös, daß Sauerstoffgas durch die Schicht 13 hindurchdringen kann. Anschließend trägt man durch Plasmabespritzen eine CaO-ZrO2-Schicht in Form einer Schutzschicht 19 auf, die die Platindrahtwicklung 14', die feste Elektrolytschicht 13 und den freiliegenden Abschnitt des Platindrahts 12 bedeckt, so daß man den in der Pig. 12B gezeigten Sauerstoffsondenabschnitt 20 erhält.
  • Man bewertet den in dieser Weise gebildeten Sauerstoffsondenabschnitt 20 unter Bedingungen, gemäß denen der Sondenabschnitt 20 in der in der Fig. 7 dargestellten Kappe angeordnet ist, wobei der Elektronen leitende Platindraht 12 und die Elektronen leitende Schicht 14 mit den Nickeldrähten 27 bzw.27 verbunden sind. In diesem Fall erhält man bei alternierender Zuführung fetter und magerer Gase in Intervallen von 20 Sekunden bei einer Temperatur von 600C nach der Verfahrensweise von Beispiel 1 die in der Fig. 8 dargestellte Ausgangsspannungscharakteristik. Weiterhin erzielt man die gleiche Ausgangsspannungscharakteristik, wie sie in der Fig. 9 dargestellt ist, wenn man die in Beispiel 2 beschriebene Untersuchung durchführt, gemäß der fette und magere Gase alternierend zugeführt werden und wobei eine Gleichstromquelle mit dem Elektronen leitenden Draht 12 und der Elektronen leitenden Schicht 14' verbunden ist.
  • V e r g 1 e i c h s b e i s p i e 1 Mit IIilfe einer herkömmlichen Verfahrensweise, die durch die Fig. 13A bis 13E verdeutlicht wird, stellt man einen Sauerstoffsondenabschnitt des flachen Plattentyps her.
  • Bei dieser Verfahrensweise bedruckt man die Oberfläche einer Aluminiumoxid-Grundplatte 1 mit den Abmessungen 5 x 4 x o,6 mm, wie sie in der Fig.13A dargestellt ist, mit einer Platinpaste zur Erzeugung der Elektronen leitenden Schicht 2 (die in der Fig. 13B schraffiert dargestellt ist). Die mit der Platinpaste bedruckte Aluminiumoxid-Grundplatte 1 wird dann während 1 Stunde bei 100 0C getrocknet und anschließend an der Umgebungsluft während 1 Stunde bei 1300C gebrannt. Die Dicke der in dieser Weise erhaltenen Elektronen leitenden Schicht 2 beträgt 5 bis 6/um. Anschließend wird eine Paste aus einem festen Elektrolyten in dem in der Fig. 13C schraffiert dargestellten Muster unter Bildung der festen Elektrolytschicht 3 aufgedruckt. Die in dieser Weise mit der Paste des festen Elektrolyten bedruckte Grundplatte wird dann während 1 Stunde bei 100°C getrocknet und anschließend während 3 Stunden bei 1400°C gebrannt. Die Dicke der erhaltenen festen Elektrolytschicht 3 beträgt etwa So um Dann wird eine Platinpaste mit dem in der Fig.
  • 13D schraffiert dargestellten Muster aufgedruckt unter Bildung der Elektronen leitenden Schicht 4. Die erhaltene, gemäß den riy. 13E bis 13D bedruckte Grundplatte 1 wird während 1 Stunde bei looOC getrocknet und anschlie- ßcnd während 1 Stunde bei 13000C gebrannt. Die Dicke der erhaltenen Clektronisch leitenden Schicht 4 beträgt 5 bis 6 Weiterhin werden, wie in der Fig. 13E dargestellt, Leitungsdrähte 5 angebracht und der in dieser Weise erhaltene Sauerstoffsondenabschnitt wird in ein aus Aluminiumoxid hergestelltes Schutzrohr eingebracht unter Bildung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, die dann in Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses einer Bewertungsuntersuchung unterzogen wird.
  • Man führt die Bewertungsuntersuchung oder den Bewertungstest in der Weise durch, daß man die Ansprechcharakteristik der Ausgangs spannung der herkömmlichen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses mit einem plattenartigen Sauerstoffsondenabschnitt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses unter Bedingungen vergleicht, bei denen das Auspuffgas abrupt von einem mageren Glaszustand (mit einem höheren Sauerstoffanteil als er dem stöchiometrischen Zustand entspricht) zu einer fetten Glaszustand (mit einem geringeren Sauerstoffanteil als er dem stöchiometrischen Zustand entspricht) verändert.
  • In bezug auf die Fig. 14A bis 14C ist zu bemerken, daß das Bezugszeichen "a" auf die erfinSungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses hinweist, das Bezugszeichen "b" eine herkömmliche Vorrichtung verdeutlicht, die gemäß der Verfahrensweise hergestellt worden ist, die unter Bezugnahme auf die Fig.
  • 13A bis 13E verdeutlicht worden ist, und die in der Weise untersucht worden ist, daß das zu bestimmende Gas in rechtem Winkel zu der Schichtoberfläche anströmt, wie es in der Fig. 1 durch den Pfeil A dargestellt ist, während das Bezugszeichen "c" für eine weitere herkömmliche Vorrichtung steht, wie sie unter Bezugnahme auf das Bezugszeichen "1," verdeutlicht wurde, und die in der Weise untersucht worden ist, daß das Gas in der Gegenrichtung zu dem Pfeil A anströmt, d. h. in Richtung des Pfeils B, der in der Fig. 1 dargestellt ist. In allen Fällen war der Minus-Pol der Gleichstromquelle 16 oder 6 mit konstantem Strom mit der Auspuffgasseite der Elektronen leitenden Schicht 14 oder 4 verbunden, um der Elektronen leitenden Schicht einen konstanten Strom von 5 µa zuzuführen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Fig. 14A bis 14C verdeutlicht, wobei die Fig. 14A die bei einer Temperatur von 700°C, die Fig. 14B die bei einer Temperatur von 500C und die Fig. 14C die bei einer Temperatur von 3oOC ermittelten Ergebnisse wiedergeben.
  • In den Kurven der Fig. 14A bis 14C sind auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate die prozentuale Änderung der Ausgangsspannung aufyetragen. Die Änderung F der Ausgangsspannung wird mit hilfe der folgenden Gleichung herechnet: V V F = VR - VL x 100 (%), wobei, wie es anhand der Fig. 15 erläutert wird, VR für die stabile Ausgangs spannung in der Atmosphäre des fetten Gases, VL für die stabile Ausgangsspannung in der Atmosphäre des mageren Gases und V die Ausgangsspannung zu einem Zeitpunkt nach dem Ablauf einer bestimmten Zeitdauer stehen.
  • sowie aus den Fig. 14A bis 14C zu erkennen ist, werden die Ansprechcharakteristiken mit steigender Temperatur sowohl im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung a als auch im hinblick auf die herkömmlichen Vorrich-Stunden b und c hesser. Unter den gleichen Temperaturbe- Bedingungen ist jedoch die Ansprechcharakteristik der erfindungsgemäßen Vorrichtung a wesentlich besser als die der Vergleichsvorrichtungen b und c. Weiterhin unterscheiden sich die AnsPrechcharakteristiken der herkömmlichen Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses flllt einem Sauerstoffsondenabschnitt in Form einer jlacien Platte erhehlich von denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, indem die guten Ansprechcharakteristiken nur dann erreicht werden können, wenn die Vorrichtung in der weise verwendet wird, aaß die Gasströmung in Richtung des in der Fig. 1 dargestellten Pfeils A strömt.
  • I.ie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/ Brennstorf-Verhältnisses keine elektrisch nichtleitende spezielle Grundplatte als tragendes Element, so daß sie wesentlich einfacher aufgebaut ist und kleiner gehalten werden kann. hierdurch wird es möglich, die Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auch in räumlich sehr engen Verhältnissen anzuordnen, ähnlich den Anordnungsstellen eines herkömmlichen Thermoelements, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in vielfältiger Weise eingesetzt werden kann. Weiterhin ist die Wärmekapazität der erfindungsgemäßen Vorrichtung geringer als die der herkömmlichen Vorrichtung, die eine elektrisch nichtleitende Grundplatte aufweist. Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, das unterschiedliche Meßverhalten in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des zu messenden Gasstroms zu vermeiden. Demzufolge ist es bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht erforderlich, diese in einer bestimmten Richtung zu justieren.

Claims (21)

  1. Vorrichtung zur bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einem Gas Priorität: 25. Mai 1979, Japan, Nr. 54-64041 P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einem Gas, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Draht (12) aus einem Elektronen leitenden Material; eine erste Schicht (13) aus einem Sauerstoffionen leiten- den, festen Elektrolyten, die mit dem Draht (12) in direchtem Kontakt steht; eine zweite Schicht (14) aus einem Ele]ctronen leitenden Material, die direkt mit der ersten Schicht (13) in Kontakt steht und die mit dem Gas in Kontakt gebracht werden kann; und ein Spannungsmeßgerät (17) zur Messung einer zwischen dem Draht (12) und der zweiten Schicht (14) erzeugten elektromotorischen I;raft.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z c i c h n e t , daß die zweite Schicht (14) in Form eines Filmes vorliegt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -Z c i c h n e t , daß die zweite Schicht (14) in Form einer Wicklung (14') vorliegt, die um die Oberfläche der ersten Schicht herumgewickelt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß sie eine zusätzliche Einrichtung (16) aufweist, mit der dem Draht (12) und der zweiten Schicht (14) ein Gleichstrom zuyeführt werden kann.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß sie als Gleichstromversorgungseinrichtung eine Gleichstromquelle (16) für konstanten Strom aufweist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i. c h n e t , daß sie zusätzlich eine Einrichtung zum Erhitzen der ersten Schicht (13) aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß sie zusätzlich eine auf der zweiten Schicht (14) ausgebildete dritte Schicht (19) aufweist, die für Sauerstoffyas durchlässig ist und die zweite Schicht (14), die erste Schicht (13) und den Draht gegen ßeschädigungen schützt.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß sie als Heizeinrichtung eine in der dritten Schicht zur Erzeugung von Wärme in der dritten Schicht angeordncte Ne izeinrichtung umfaßt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die erste Schicht (13) auf der Oberfliehe eines Endabschnitts des Drahts (12) ausgebildet ist und das Ende des Drahts bedeckt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zweite Schicht (14) auf der Oberfläche der ersten Schicht (13) ausgebildet ist und das Ende des mit der ersten Schicht (13) bedeckten Drahtcs (12) bedeckt.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Spannungsmeßgerät (17) ein mit dem Draht (12) und der zweiten Schicht (14) verbundenes Voltmeter umfaßt.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z c i c h n e t , daß der Draht (12) dann, wenn er einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, einen Durchmesser von o,5 mm oder weniger aufweist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zweite Schicht (14) eine Dicke von 0,1 mm oder weniger aufweist.
  14. 1 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Draht (12) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gold, Silber, Platin, Palladium und Legierungen davon umfaßt.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die erste Schicht (13) aus einem Haterial besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Zero2, Bi2O3, ThO2-Y2O3 und CaO-Y20 umfaßt.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Material ZrO2 mit einem Material stabilisiert ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die CaO, Y203, SrO, MgO, ThO2, NV03 und Ta2O5 umfaßt.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Material Bi2O3 mit einem Material stabilisiert ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Nu205' SrO, 3' Pa205 und 2 umfaßt.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zweite Schicht (14) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gold, Silber und Siliciumcarbid (SiC) umfaßt.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zweite Schicht (14) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die TiO2, CoO und LaCrO3 umfaßt.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zweite Schicht (14) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ruthenium, Palladium, Rhodium, Iridium, Platin und Legierungen davon umfaßt.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die dritte Schicht (19) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die CaO-ZrO2, Al203 und Mg1204 umfaßt.
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