CN104049024B - 用于定向安装到废气系统中的废气传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于定向安装到废气系统中的废气传感器。本发明提出一种用于检测在测量气体室（112）中测量气体的至少一个特征的传感器系统（110）。传感器系统（110）包括用于检测所述测量气体的特征的探测器（114）。所述传感器系统（110）还具有与所述测量气体室（112）的壁（130）可连接的容纳部（128）。所述探测器（114）沿插入轴线（132）可引入到所述容纳部（128）中并且可固定在所述容纳部（128）中。所述探测器（114）具有至少一个第一定向件（136）。所述容纳部（128）具有至少一个第二定向件（138）。所述第一定向件（136）和所述第二定向件（138）相互互补地设计，使得所述探测器（114）通过所述第一定向件（136）与所述第二定向件（138）的相互作用可固定在至少一个关于绕所述插入轴线（132）的旋转的预定的角位置中。
Description
技术领域
本申请涉及一种用于检测测量气体室中的测量气体的至少一个特征的传感器系统，尤其涉及一种用于定向安装到废气系统中的废气传感器。
背景技术
由现有技术已知不同的用于检测在测量气体室中测量气体的至少一个气体特征的传感器系统。原则上可以将气体特征理解为测量气体的一种任意的物理和/或化学特征，其中可以检测测量气体的一种或者多种特征。通过一种这样的传感器系统可以实现测量气体的气体成分的定性和/或定量检测，特别是在空气燃料混合气中的气体成分的检测。备选或附加地然而气体的其他特征也是可检测的。
在Konrad Reif(出版者)的“机动车中的传感器”，第160-165页，2012第2版中例如描述了一种用于检测气体特征的传感器系统。该传感器设计为进气量探测器，其中不仅描述了一种作为两点式进气量探测器而且作为宽带进气量探测器、特别是平面的宽带进气量探测器。通过进气量探测器可以确定燃烧室内混合气体的气体组分，例如进气量λ，其说明空气-燃料-比例。通过两点式进气量探测器空气-燃料-比例的确定仅仅在一个紧窄的范围中在化学计算混合物(λ＝1)的情况下是可能的。与之相对地可以通过宽带进气量探测器实现在一个大的λ范围上的确定。这些所述的进气量探测器包括传感器元件，大多是优选由锆和钇组成的陶瓷固体电解物或者优选由锆氧化物组成的固体涂层。为了保护免于损坏，传感器元件由保护管包围。
按照现有技术，将一种用于检测至少一个气体特征的探测器、例如进气量探测器或者例如微粒传感器——其可以具有与进气量传感器相同的几何结构——通过在测量气体室的壁中的容纳部安装到测量气体室中，并且没有关于绕插入轴线的旋转的特定角位置地例如通过螺纹连接固定。通过这样的固定，传感器元件的定向是任意的，例如依赖于在螺纹连接时的转动。然而在测量气体室中任意的定向是不利的，因为传感器元件的敏感性依赖于与测量气体的流向的角。与测量气体的流向的垂直线偏差一个角导致传感器元件特别是传感器信号的敏感度的发散。
因此值得期望的是一种这样的传感器系统，其实现了探测器以一个关于绕插入轴线的旋转的预定的角位置的固定。
发明内容
因此提出一种传感器系统，其在用于在测量气体室中检测测量气体的至少一个特征的探测器的固定和定向上至少尽可能避免已知传感器系统的缺点。特别是应该实现避免由于传感器元件的灵敏度和精度波动的信号波动并且因此实现探测器的均匀的流入。
测量气体的至少一个特征原则上可以是测量气体的任意物理和/或化学特征。例如可以在测量气体中检测气体成分的组分、和/或以及温度、和/或测量气体的压力和/或微粒、例如微粒浓度、特别是炭黑量浓度。因此该至少一个特征可以是例如每个体积单位的微粒质量、例如以公斤/立方米给出，或者每个体积单位的微粒数量，例如以微粒数/立方米给出。而且其他特征原则上备选或附加地是可检测的。
测量气体原则上可以是任意的气体，例如废气、空气、空气-燃料-混合物或其他气体。本发明特别是可应用于机动车技术的范围中，从而测量气体室可以是内燃机的排气道。测量气体因此可以是空气-燃料-混合物。
传感器系统包括用于检测测量气体的特征的探测器。该探测器可以是例如进气量探测器和/或用于检测测量气体中的至少一个气体成分、例如用于检测测量气体中的氧气和/或氮氧化物的组分的氧化氮传感器。而且其他的例如将探测器设计为温度传感器和/或压力传感器和/或用于检测测量气体中微粒的微粒传感器原则上是可能的。
此外传感器系统还具有与所述测量气体室的壁可连接的容纳部。该容纳部可以与壁例如永久地连接，或者与壁可逆地可连接。探测器可以沿插入轴线可引入到测量气体室中的容纳部中并且固定在所述容纳部中。插入轴线可以在此通过探测器的插入方向限定到容纳部中。
按照本发明的传感器系统的探测器包括至少一个第一定向件，而所述容纳部具有至少一个第二定向件。将定向件理解为一个构件，其实现探测器在测量气体室中的定向。第一和第二定向件相互互补，第二定向件具有与第一定向件的匹配的对应形状。通过所述第一定向件与所述第二定向件的相互作用探测器可以在至少一个关于绕所述插入轴线的旋转的预定的角位置中固定在容纳部中。在此所述第一定向件与所述第二定向件可以根据钥匙-锁-原理相互接合。
再者，所述传感器系统可以具有至少一个固定件。可以将固定件理解为一个构件，通过该构件可以将探测器固定在容纳部上，例如位置固定地和/或以一个预定的空间上的定向。借助于其中所述固定件可以将所述探测器相对于所述容纳部挤压并且力锁合地在所述容纳部中固定。力锁合固定可以例如通过螺纹连接实现。固定件可以例如以至少一个锁紧螺栓和/或至少一个锁紧螺母实现，它们为了力锁合固定相互螺纹连接。该固定过程可以例如在调节之后通过第一和第二定向件的接合实现。
此外，所述第一定向件与所述第二定向件可以如此设计，使得所述探测器可以在仅仅刚好一个关于绕所述插入轴线的旋转的预定的角位置被固定。
所述探测器再者可以具有至少一个壳体。所述第一定向件可以例如是与所述壳体可连接的第一定向件或者可以设计为所述壳体的组成部分。所述壳体可以包括至少一个保护管。所述保护管可以具有至少一个内腔和至少一个容纳在所述内腔中的传感器元件。可以将保护管理解为一个管，例如由金属组成，该管保护传感器元件免于热和机械影响。
可以将传感器元件、特别是用于检测测量气体的气体组分的探测器、例如进气量探测器的传感器元件，其测量原理基于确定的固体的电解物特征。特别是适合为固体的有陶瓷固体电解物、例如锆氧化物(ZrO2)、特别是钇稳定化(YSZ)或钪掺杂的锆氧化物(ScSZ)。此外这样的传感器元件通常可以包括加热元件，以便确保适合的功能温度。
保护管可以特别是设计为双层壁式的保护管，其可以包括内部和外部保护管。此外保护管可以具有至少一个外部侧面。保护管的优选实施形式可以是一个圆柱形的外侧面，但是其他几何形状原则上也是可能的。
所述第一定向件可以是所述保护管的组成部分，例如可以是保护管的外侧面的组成部分。在一个优选实施形式中第一定向件具有保护管的突入到测量气体室中的翼，其可以优选平行于插入轴线定向。可以将该翼理解为在外侧面上的排放部，其通过一种工艺——其中产生到保护管的外侧面中的适合的截面——例如通过至少一种冲压工艺、或者至少一种激光加工、或者至少一种水束切割或者另一种工艺、以及一种随后的弯曲工艺可以在外侧面上产生。
该第一定向件因此具有至少一个开口，所述测量气体能够从所述测量气体室通过所述开口进入到所述内腔中。该开口可以是例如保护管中的一个缝隙、特别是一个平行于插入轴线定向的缝隙。或者该开口可以例如通过到保护管中的一个切口、特别是一个平行于插入轴线定向的切口、优选一个在保护管中的翻开的切口实现。
该第一定向件可以在保护管的整个高度上或者仅仅在保护管的高度的一部分上延伸。第二定向件可以设计为与在容纳部上的外侧面的翻开的翼匹配的对应形状。
传感器系统的容纳部可以设计为用于焊接在所述测量气体室的所述壁上的焊接导管。例如焊接导管可以插入到测量气体室中的孔中并且随后焊接和/或通过其他方式连接，优选材料锁合。
原则上第一和第二定向件可以设计为任意互补的几何形状。例如它们可以具有矩形、三角形或半圆形的几何形状，其中其他相互互补的形状也是可能的。在此定向件中之一可以具有至少一个突出部，特别是至少一个排放部，其中两个定向件中的另一个具有互补的凹部，特别是凹槽。例如第一定向件可以具有突出部而第二定向部具有与之匹配互补的凹槽，或者与之相反。第一定向件的突出部可以啮合到另一定向件的凹部中。第一定向件可以原则上是分开的构件，其在探测器的制造过程之后通过一个接合工艺例如通过焊接或钎焊或通过其他工艺施加到该探测器上。备选地第一定向件可以已经在探测器的制造过程期间例如通过深冲工艺被添加。
在传感器系统的一个实施例中，所述第一定向件可以设计为定向环，其可以具有至少一个侧面的排放部。可以将定向环理解为具有侧面的排放部的孔板。探测器的壳体可以包括至少一个支撑肩。该支撑肩可以例如由金属组成。借助于支撑肩探测器壳体可以贴靠在容纳部上。定向环可以与所述支撑肩连接。例如定向环可以材料锁合地例如通过焊接工艺与支撑肩连接。容纳部可以作为第二定向件具有与定向环的排放部互补的凹槽。
在另一实施例中，第一定向件可以设计为定向体。定向体可以优选在侧面安装到支撑肩上或安装到探测器的保护管的外侧面上。可以将定向体理解为一个附加的几何结构任意的体。例如定向体可以在保护管的整个高度上延伸，但是其他设计方案形式也是可能的。在此第一定向件可以是一个分开的构件，其在探测器的制造过程之后通过一个接合工艺例如通过焊接或钎焊或通过其他工艺施加到该探测器上，或者第一定向件已经在探测器的制造过程期间例如通过深冲工艺被添加。作为第二定向件容纳部可以具有对于定向体的排放部匹配的凹槽。
第一定向件可以在另一可能的实施例中设计为保护管的外侧面中的缺口。该缺口可以例如在深冲工艺中直接在侧面中产生。作为第二定向件容纳部可以具有与缺口匹配互补的排放部。
通过按照本发明的传感器系统可以以一个关于绕插入轴线的旋转的预定的角位置如此固定探测器，使得测量气体到探测器的流入角不是随机的，而是可预定的。此外可以通过使用的钥匙-锁-原理排除由于关于探测器的定向的错误装配的错误减少。
附图说明
另外的细节和特征产生于优选实施例的以下的描述，所述实施例在附图中示意地示出。
其中：
图1A至1D：按照本发明的传感器系统的一个实施例，该传感器系统在保护管的外侧面上具有一个突出的翼；
图2A至2E：按照本发明的传感器系统的一个实施例，该传感器系统具有定向环；
图3A至3E：按照本发明的传感器系统的一个实施例，该传感器系统具有在探测器的支撑肩上的定向体；
图4A至4G：按照本发明的传感器系统的一个实施例，该传感器系统具有在保护管的外侧面上的定向件；
图5A至5C：按照本发明的传感器系统的一个实施例，该传感器系统具有在保护管的外侧面上的缺口。
具体实施方式
图1A至1D示出了按照本发明用于检测在测量气体室112中的至少一个气体特征的传感器系统110的一个实施例。图1示意地示出传感器系统110，其具有用于检测测量气体室112中的测量气体的特征的探测器114。探测器114特别是设计为进气量探测器，其特别是用于检测在机动车的排气道中空气燃料混合气中的气体成分。测量气体室112可以因此特别是流通管。探测器114可以包括传感器元件116，其例如可以在Konrad Reif(出版者)的“机动车中的传感器”，第160-165页，2012第1版中设计的那样。然而原则上传感器元件116的其他设计也是可能的，例如传感器元件116也可以设计为温度传感器元件或压力传感器元件。探测器114可以具有包括保护管120的壳体118，该保护管包围传感器元件116，以便保护该传感器元件免于热以及机械影响。保护管120可以设计为双层壁式的保护管，其包括内部保护管122和外部保护管124。外部保护管124的侧面可以称为外侧面126。外侧面126可以具有例如圆柱形的几何结构，但是其他设计方案原则上也是可能的。
传感器系统110包括容纳部128，其可以与测量气体室112的壁130连接。该连接在此可以是永久的，例如通过焊接设计，或者是可逆的，例如通过螺纹连接设计。容纳部128可以在此例如设计为焊接导管，其可以与测量气体室112的壁130焊接。探测器114可以沿插入轴线132由外部区域134通过容纳部128引入到测量气体室112中。
传感器系统110设立用于关于绕插入轴线132的旋转固定探测器114。为此探测器114具有至少一个第一定向件136而容纳部128具有至少一个第二定向件138。第一定向件136和第二定向件138相互互补地设计。探测器114的固定现在可以通过钥匙-锁-原理通过第一定向件136和第二定向件138的接合在关于绕插入轴线132的旋转的正好一个预定的角位置实现。
此外传感器系统110可以具有至少一个固定件140，以便将探测器114固定在容纳部128上。探测器110可以通过固定件140相对于容纳部128挤压并且力锁合地固定。例如探测器114可以以锁紧螺栓和/或至少一个锁紧螺母力锁合地通过螺纹连接固定。在图1A和1B中示出一个实施例，其中探测器114可以以锁紧螺栓在焊接导管中固定。
原则上第一定向件136和第二定向件138可以如此设计，使得分别一个定向件例如第一定向件136具有至少一个第一突出部。另一定向件，例如第二定向件138可以具有与突出部互补的凹部。例如突出部可以设计为排放部，而互补的凹部设计为凹槽。一般第一定向件136和第二定向件138可以具有任意的相互互补的几何形状，例如矩形或三角形或半圆形的几何形状，但是其他几何形状也是可能的。
例如如在图1D中的优选实施形式中示出的那样，第一定向件136可以设计为在外侧面126上的突入到测量气体室112中的翼142。
一般地第一定向件136可是分开的构件，通过该构件可以随后作用于壳体118，或者其可以已经是壳体的一部分。
例如翼142可以在保护管120的外侧面126上通过例如适合的切口或例如适合的缝隙产生。例如切口可以通过至少一种冲压或至少一种激光加工或至少一种水束切割产生。如此产生的切口或缝隙可以具有开口144。优选的是一个实施形式，其中可以平行于插入轴线132实现切口或缝隙，从而测量空气可以从测量气体室112通过开口144进入到探测器114的内腔146中。
随后可以通过切口或缝隙在外侧面126中的翻开例如通过外侧面126的完全制造翼142。此外在图1C中描绘了一个与在图1D中示出的第一定向件136互补的第二定向件138，其可以设计为在容纳部128例如焊接导管上与翼匹配的凹槽。翼142可以在探测器114的固定中啮合到容纳部128的匹配的凹槽中。
在图2A至2E中示出另一实施形式，其中传感器系统110的第一定向件136可以设计为至少一个定向环148。定向环148可以实现为具有侧面的排放部的孔板，如在图2B中示出的那样。与之匹配的互补的第二定向件138在图2A中作为具有凹槽的焊接导管以第一定向件136的侧面的排放部的对应形状示出。壳体118可以具有支撑肩150。定向环148可以与壳体118的支撑肩连接，例如通过焊接工艺。在图2C和2E中示出了与支撑肩150连接的定向环148。此外定向环148可以啮合到焊接导管的凹槽中，如在图2D中示出的那样。
在另一实施形式中，第一定向件136可以设计为与探测器114的壳体118连接的定向体152。在此例如在图3A至3E中示出的那样定向体152可以是在侧面与支撑肩150连接的第一定向件136。在图3B中示出与支撑肩150连接的定向体152，而在图3A中示出具有与之互补的凹槽的焊接导管。在图3C至3E中示出了与焊接导管接合的定向体152的不同视图，在图3C中示出了俯视图、在图3D中示出了传感器系统的截面，而在图3E中示出了从排放部拉入到凹部中的细节视图。
此外第一定向件136可以直接与保护管120的外侧面126连接，图4A至4G。第一定向件136可以设计在外侧面126的整个高度154上，或者仅仅在高度154的一部分上。第一定向件136可以在此原则上具有任意的几何形状。例如，如在图4B中那样，第一定向件136可以具有矩形几何形状，或如例如在图4D和4E中那样具有三角几何形状。焊接导管连同与之互补的凹槽在图4A、4C和4E中示出。此外第一定向件136可以啮合到焊接导管的凹槽中，如在图4G中示出的那样。
此外第一定向件136可以是一个分开的构件，定向体152，如图4F，通过该构件在接合工艺中保护管120的制造过程之后作用于外侧面126，或者第一定向件可以是保护管的一部分，如图4B和图4D。
在图5A至5C中示出另一可能的实施形式。容纳部128可以在该实施形式中设计为具有作为第二定向件138的排放部的焊接导管。对此的第一定向件136例如在图5B和5C中示出的那样可以设计为匹配互补的缺口。
Claims (11)
1.一种用于检测测量气体室(112)中的测量气体的至少一个特征的传感器系统(110)，所述传感器系统包括用于检测所述测量气体的特征的探测器(114)，其中所述传感器系统(110)还具有能够与所述测量气体室(112)的壁(130)连接的容纳部(128)，其中所述探测器(114)能够沿插入轴线(132)引入到所述容纳部(128)中并且能够固定在所述容纳部(128)中，
其特征在于，
所述探测器(114)具有至少一个第一定向件(136)，并且其中所述容纳部(128)具有至少一个第二定向件(138)，其中所述第一定向件(136)和所述第二定向件(138)相互互补地设计，以使得：通过所述第一定向件(136)与所述第二定向件(138)的相互作用，而使得所述探测器(114)仅会以至少一个预定的角位置固定在所述容纳部(128)中，其中，所述角位置是相对于绕所述插入轴线(132)的旋转而言的。
2.根据权利要求1所述的传感器系统(110)，其中，所述第一定向件(136)与所述第二定向件(138)根据钥匙-锁-原理相互作用。
3.根据权利要求1-2之一所述的传感器系统(110)，其中，所述传感器系统(110)还具有至少一个固定件(140)，其中所述固定件(140)设立用于将所述探测器(114)相对于所述容纳部(128)挤压并且将所述探测器(114)力锁合地在所述容纳部(128)中固定。
4.根据权利要求1-2之一所述的传感器系统(110)，其中，所述第一定向件(136)与所述第二定向件(138)如此设计，使得所述探测器(114)固定在刚好一个关于绕所述插入轴线(132)的旋转的预定的角位置中。
5.根据权利要求1-2之一所述的传感器系统(110)，其中，所述探测器(114)具有至少一个壳体(118)，其中所述第一定向件(136)设计为与所述壳体(118)连接的第一定向件或者设计为所述壳体(118)的组成部分。
6.根据权利要求5所述的传感器系统(110)，其中，所述壳体(118)包括至少一个保护管(120)，其中所述保护管(120)具有至少一个内腔(146)和至少一个容纳在所述内腔(146)中的传感器元件(116)，其中所述保护管(120)如此设计，使得所述测量气体能够进入到所述内腔(146)中。
7.根据权利要求6所述的传感器系统(110)，其中，所述第一定向件(136)是所述保护管(120)的组成部分。
8.根据权利要求7所述的传感器系统(110)，其中，所述第一定向件(136)具有至少一个开口(144)，其中所述开口(144)如此设立，使得所述测量气体能够从所述测量气体室(112)通过所述开口(144)进入到所述内腔(146)中。
9.根据权利要求1-2、6-8之一所述的传感器系统(110)，其中，所述容纳部(128)设计为用于焊接在所述测量气体室(112)的所述壁(130)上的焊接导管。
10.根据权利要求1-2、6-8之一所述的传感器系统(110)，其中，所述第一定向件(136)具有至少一个定向环(148)，其中所述定向环(148)能够与所述探测器(114)的壳体(118)连接。
11.根据权利要求10所述的传感器系统(110)，其中，所述壳体(118)包括至少一个支撑肩(150)，其中所述定向环(148)与所述支撑肩(150)连接。
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