DE102004002711A1

DE102004002711A1 - Gassensor mit verbessertem Aufbau einer Schutzabdeckung

Info

Publication number: DE102004002711A1
Application number: DE102004002711A
Authority: DE
Inventors: Kohei Kariya Yamada; Takeshi Kariya Yamamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: US20040144645A1; JP4131242B2; US7413641B2; JP2004245828A; DE102004002711B4

Abstract

Ein verbesserter Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe eines Gassensors ist vorgesehen. Die Schutzabdeckungsbaugruppe hat einen doppelwandigen Aufbau, der aus einer inneren und einer äußeren zylindrischen Abdeckung mit Gaslöchern besteht. Ein Sensorelement ist innerhalb der inneren Abdeckung angeordnet. Zumindest eines der Gaslöcher der äußeren Abdeckung weist teilweise zu einer Seitenwand der inneren Abdeckung. Eine obere Endfläche der inneren Abdeckung liegt innerhalb eines Bereichs, der zwischen entgegengesetzten Abschnitten eines Durchmessers von dem zumindest einen der Gaslöcher der äußeren Abdeckung definiert ist, das am nächsten zu einem oberen Ende bzw. einem Basisende der Abdeckung liegt. Dieser Aufbau hat die Funktion, einen Bruch des Sensorelements zu vermeiden, der sich aus dem Befeuchten mit Wasser ergibt, und eine Ansprechrate des Gassensors zu verbessern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Gassensor, der an einem Abgasrohr eines Automobilverbrennungsmotors zum Messen eines gegebenen Bestandteils von Abgasemissionen eingebaut werden kann, und insbesondere einen verbesserten Aufbau einer Schutzabdeckung eines derartigen Gassensors, die ausgelegt ist, um den Grad zu minimieren, mit dem ein Sensorelement des Gassensors mit dem in den zu messenden Gasen enthaltenen Wasser befeuchtet wird.
2. Zugehöriger Stand der Technik
Es gibt bekannte Gassensoren, wie zum Beispiel Sauerstoffsensoren, Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren, NO_x-Sensoren oder HC-Sensoren, die an einem Abgasrohr eines Automobilverbrennungsmotors zum Messen eines gegebenen Bestandteils von Abgasemissionen zur Verwendung bei einer Verbrennungsmotorbrennsteuerung oder zum Ermitteln des Grades einer Verschlechterung eines Katalysators eines katalytischen Wandlers eingebaut sind.

Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-210 954 (entsprechend USP Nr. 5 762 771) lehrt ein typisches Exemplar der vorstehend genannten Gassensor-Bauart, welches in 24 dargestellt ist.

Der Gassensor 9 weist ein hohles zylindrisches Gehäuse 30, ein Sensorelement 35, das in dem Gehäuse 30 aufgenommen ist, und eine Schutzabdeckungsbaugruppe 9 auf, die an einem Ende des Gehäuses 30 zum Abdecken eines Sensorabschnitts (insbesondere eines Kopfabschnitts) des Sensorelements 35 verbunden ist. Die Abdeckungsbaugruppe 9 hat an Seitenwänden eine Vielzahl an Löchern 910 und 920 ausgebildet, durch die Abgase des Verbrennungsmotors in die oder aus der Deckungsbaugruppe 9 strömt.

Zum Vermeiden eines Bruchs des Sensorelements 35, der sich aus der Befeuchtung mit Wasser ergibt, das in dem Gas enthalten ist, besteht die Abdecküngsbaugruppe 9 aus einer inneren Abdeckung 92 und einer äußeren Abdeckung 91 und ist ausgelegt, so dass die Gaslöcher 910, die an der Seitenwand 911 der äußeren Abdeckung 91 ausgebildet sind, zu der Seitenwand 921 der inneren Abdeckung 92 vollständig ausgerichtet sind ohne die Gaslöcher 920 zu überlappen, wobei dadurch verursacht wird, dass Wassertropfen, die in dem Abgas enthalten sind, die bei den Gaslöchern 910 der äußeren Abdeckung 91 eintreten, an die Seitenwand 921 der inneren Abdeckung 92 prallen und dort anhalten, so dass sie nach unten fallen und aus einem Gasloch 930 treten, das an einem Boden 93 der äußeren Abdeckung 91 ausgebildet ist.

Jedoch bringt der vorstehend genannte Aufbau den Nachteil dahingehend mit sich, dass die Gaslöcher 910 der äußeren Abdeckung 91 örtlich durch die Seitenwand 921 der inneren Abdeckung 92 blockiert sind, was die Schwierigkeit des Eintritts des Abgases, das innerhalb der äußeren Abdeckung 91 strömt, von den Gaslöchern 910 in die Gaslöcher 920 der inneren Abdeckung 92 ergibt, was somit zu einer abgesenkten Ansprechrate des Gassensors 9 führt.

Insbesondere prallen die Abgase, die an den Gaslöchern 910 der äußeren Abdeckung 91 eintreten, wie durch Pfeile G in der Zeichnung angedeutet ist, gegen die Seitenwand 921 der inneren Abdeckung 92 und steigen entlang unterschiedlichen Pfaden nach oben, was somit viel Zeit verbraucht, bis das Abgas in die innere Abdeckung 92 an den Gaslöchern 920 eintritt und das Sensorelement 35 erreicht.

Zusätzlich tritt ein Teil des Abgases, das an einem der Gaslöcher 910 eintritt, wie durch einen der Pfeile G angedeutet ist, zwischen den Böden 94 und 93 der inneren und äußeren Abdeckungen 91 und 92 hindurch und tritt von einem anderen von den Gaslöchern 910 aus.

Es ist daher eine grundlegende Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Aufbau eines Gassensors zu schaffen, der ausgelegt ist, um einen Bruch des Sensorelements zu vermeiden, der sich aus einer Befeuchtung mit Wasser ergibt und eine rasche Ansprechrate zu schaffen.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein verbesserter Aufbau eines Gassensors vorgesehen, der ausgelegt ist, um einen gegebenen Bestandteilgehalt in einem Gas zu messen. Der Gassensor hat eine Länge mit einem oberen Ende und einem Basisende, das dem oberen Ende entgegengesetzt ist, und weist folgendes auf: (a) ein zylindrisches Gehäuse; (b) ein Sensorelement, das in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Sensorelement eine Länge hat, die einen oberen Abschnitt aufweist, der zu dem oberen Ende des Gassensors weist, der empfindlich auf das Gas ist, und einen Basisabschnitt, der zu dem Basisende des Gassensors weist; und (c) eine zylindrische Abdeckungsbaugruppe, die an dem Gehäuse zum Abdecken des oberen Abschnitts des Sensorelements eingebaut ist. Die Abdeckungsbaugruppe hat eine Länge mit einem oberen Ende, das zu dem oberen Ende des Gassensors weist, und einem Basisende, das zu dem Basisende des Gassensors weist. Die Abdeckungsbaugruppe hat eine erste Abdeckung und eine zweite Abdeckung, die außerhalb von der ersten Abdeckung aufgenommen ist. Die ersten und zweiten Abdeckungen haben jeweils Seitenwände. Die Seitenwand der zweiten Abdeckung hat darin eine Vielzahl von Gaslöchern darin ausgebildet, durch die das Gas in die oder aus der Abdeckungsbaugruppe strömt. Zumindest eines der Gaslöcher weist teilweise zu der Seitenwand der ersten Abdeckung in eine seitliche Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe. Das zumindest eine der Gaslöcher hat einen ersten Abschnitt eines Umfangs, der am nächsten zu dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe liegt und einen zweiten Abschnitt des Durchmessers, der am nächsten zu dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe liegt. Die erste Abdeckung hat ein oberes Ende, das zu dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe weist, und ist innerhalb eines Bereichs gelegen, der zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Umfangs von dem zumindest einen der Gaslöcher in die Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe definiert ist.

Insbesondere ist ein Abschnitt von dem zumindest einen der Gaslöcher von der zweiten Abdeckung, das näher an dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe liegt, örtlich durch die Seitenwand der ersten Abdeckung blockiert, während der verbleibende Abschnitt von diesem örtlich einem Zwischenraum zwischen unteren oder oberen Enden der ersten und zweiten Abdeckungen ausgesetzt ist, der näher an dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe liegt, wobei somit verursacht wird, dass das an dem zumindest einen der Gaslöcher eintretende Gas zwischen den Seitenwänden der ersten und zweiten Abdeckungen aufsteigt und in die erste Abdeckung strömt, und dass Wassertropfen, die in dem Gas enthalten sind, aus einem anderen von den Gaslöchern austreten, ohne zwischen den Seitenwänden der ersten und zweiten Abdeckungen anzusteigen, wobei somit eine Befeuchtung des Sensorelements mit dem Wasser vermieden wird. Eine derartige ansteigende Gasströmung tritt rasch zwischen die Seitenwände der ersten und zweiten Abdeckungen und erreicht das Sensorelement wobei somit der Austausch des Gases innerhalb der Abdeckungsbaugruppe mit demjenigen, das nach außen strömt, verbessert wird, was eine verbesserte Ansprechrate des Gassensors ergibt.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Seitenwand der ersten Abdeckung daran eine Vielzahl von Gaslöchern ausgebildet, durch die das Gas in die und aus der ersten Abdeckung strömt.

Die erste Abdeckung hat ein oberes Ende, das zu dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe weist, und ein Basisende, das zu dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe weist. Ein Abstand L1 zwischen dem ersten Abschnitt des Umfangs von dem zumindest einen der Gaslöcher der zweiten Abdeckung und dem oberen Ende der ersten Abdeckung und ein Durchmesser R von dem zumindest einen der Gaslöcher zwischen den ersten und zweiten Abschnitten des Umfangs davon erfüllt vorzugsweise die Bedingung von L1 ≤ 0,95 R, wobei dadurch die vorstehend beschriebenen Wirkungen der Erfindung verbessert werden.

Die zweite Abdeckung hat ein oberes Ende, das das obere Ende der Abdeckungsbaugruppe definiert, und ein Basisende, das das Basisende der Abdeckungsbaugruppe definiert. Ein Abstand L2 zwischen dem oberen Ende der ersten Abdeckung und dem oberen Ende der zweiten Abdeckung erfüllt vorzugsweise die Beziehung von 0,5 mm ≤ L2 ≤ 10 mm, wobei dadurch der Durchtritt des Gases zwischen den ersten und zweiten Abdeckungen vereinfacht wird, wobei somit die Ansprechrate des Gassensors verbessert wird.

Übrige von den Gaslöchern, die an der Seitenwand der zweiten Abdeckung ausgebildet sind, können teilweise zu der Seitenwand der ersten Abdeckung in die seitliche Richtung der Abdeckungsbaugruppe weisen. Insbesondere sind alle zwei der Gaslöcher in Durchmesserrichtung zueinander nicht entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend, wobei sich dadurch weniger Möglichkeiten des Austritts des Gases ergeben, das an jedem der Gaslöcher der zweiten Abdeckung eintritt, als von einem anderen von den Gaslöchern.

Ein Außendurchmesser D1 der ersten Abdeckung an dem oberen Ende davon und ein Außendurchmesser D2 an einem Abschnitt eines Umfangs von einem der Gaslöcher der ersten Abdeckung, das am nächsten an dem oberen Ende der ersten Abdeckung liegt, erfüllt vorzugsweise eine Beziehung von D1 < D2, wobei dadurch die Ausbildung einer Strömung des Gases von dem oberen Ende zu dem Basisende der ersten Abdeckung entlang der Seitenwand davon zum Verbessern der Vereinfachung des Eintritts des Gases in die erste Abdeckung erleichtert wird.

Die Seitenwand der ersten Abdeckung kann einen Wandabschnitt haben, der von dem oberen Ende der ersten Abdeckung zwischen dem Abschnitt des Umfangs des Gaslochs, das am nächsten an dem oberen Ende der ersten Abdeckung und dem oberen Ende der ersten Abdeckung liegt, abfällt bzw. abgeschrägt ist.

Die Seitenwand der ersten Abdeckung kann abwechselnd einen ersten Wandabschnitt und einen zweiten Wandabschnitt aufweisen, der näher an dem oberen Ende der ersten Abdeckung als der erste Wandabschnitt gelegen ist. Der erste Wandabschnitt fällt in Richtung auf das obere Ende der ersten Abdeckung ab bzw. ist in Richtung auf diese abgeschrägt. Der Seitenwandabschnitt erstreckt sich gerade zu dem oberen Ende der ersten Abdeckung und hat einen Durchmesser, der über eine Länge von diesem einheitlich ist.

Die Seitenwände der ersten und zweiten Abdeckungen können Abschnitte haben, die sich zu den Basisenden davon fortsetzen, die in Kontakt miteinander sind. Ein Abstand L3 zwischen einem Abschnitt von einem der Gaslöcher der ersten Abdeckung, der am nächsten zu dem Basisende der ersten Abdeckung liegt, und einem Abschnitt eines Kontakts zwischen den Seitenwänden der ersten und der zweiten Abdeckungen, der am nächsten zu dem oberen Ende der ersten Abdeckung liegt, ist kleiner oder gleich 5 mm (einschließlich 0 mm), wobei dadurch eine Strömung des Gases vereinfacht wird, das an jedem der Gaslöcher der ersten Abdeckung in Richtung auf das Sensorelement eintritt.

Das Sensorelement kann aus zumindest einem Festelektrolytkörper und einem Paar Elektroden bestehen, die an dem Festelektrolytkörper angeordnet sind. Eine der Elektroden, die näher an dem Basisende des Gassensors liegt, hat einen Abschnitt, der am nächsten zu dem Basisende des Gassensors liegt. Eines der Gaslöcher von den ersten und zweiten Abdeckungen, das am nächsten zu dem Basisende des Gassensors liegt, hat einen Abschnitt, der am nächsten zu dem oberen Ende des Gassensors liegt. Der Abschnitt des Gaslochs, der am nächsten zu dem oberen Ende des Gassensors liegt, ist näher an dem oberen Ende des Gassensors als der Abschnitt der Elektrode gelegen, der am nächsten zu dem Basisende des Gassensors liegt.

Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der genauen Beschreibung, die im folgenden angegeben ist, und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung verstanden, die jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung auf spezifische Ausführungsbeispiele herangezogen werden soll, sondern die lediglich den Zeck der Erklärung und des Verständnisses hat.
1 ist eine Längsschnittansicht, die einen Gassensor zeigt, der mit einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist;
2 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
3(a) ist eine Längsschnittansicht, die Abmessungen einer Schutzabdeckungsbaugruppe des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
3(b) ist eine Unteransicht von 3(a);
4(a) ist eine perspektivische Ansicht, die eine Schutzabdeckungsbaugruppe des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
4(b) ist eine Seitenschnittansicht von 4(a);
5(a) ist eine Teilschnittansicht, die einen Abschnitt einer Schutzabdeckungsbaugruppe des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
5(b) ist eine Teilansicht, die ein Gasloch, das in einer äußeren Abdeckung einer Schutzabdeckungsbaugruppe ausgebildet ist, des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
6 ist eine Seitenschnittansicht, die eine Abwandlung einer äußeren Abdeckung einer Schutzabdeckungsbaugruppe zeigt;
7 ist eine Teilschnittansicht, die äußere Abdeckungen der Schutzabdeckungsbaugruppen von Testgassensorbeispielen zeigt;
8 ist eine Grafik, die Ansprechraten der Testgassensorbeispiele zeigt, wie in 7 dargestellt ist;
9 ist eine Längsschnittansicht, die Gase innerhalb einer Schutzabdeckungsbaugruppe des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
10 ist eine Grafik, die Ansprechraten von Testgassensorbeispielen für verschiedene Werte von Durchmessern D2-D1 einer inneren Abdeckung einer Schutzabdeckungsbaugruppe zeigt;
11 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
12 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
13 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
14 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
15 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
16 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
17 ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie B-B in 18, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
18 ist eine Seitenschnittansicht entlang der Linie A-A in 17;
19 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
20 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
21 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
22 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
23 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
24 ist eine Teilschnittansicht, die einen Aufbau einer Schutzabdeckungsbaugruppe eines herkömmlichen Gassensors zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen sich auf ähnliche Teile in vielzähligen Ansichten beziehen, insbesondere unter Bezugnahme auf 1 ist ein Gassensor 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, der in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystem für Automobile zum Messen der Konzentrationen von O₂, HC, CO und/oder NO_x eingesetzt werden kann, das in Abgasen enthalten ist, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird. In der folgenden Diskussion wird auf einen oberen Abschnitt von jedem Teil des Gassensors 3 mit Sicht auf 1 unter Verwendung des Worts "Basis" Bezug genommen, während auf einen unteren Abschnitt davon unter Verwendung des Worts "oben" Bezug genommen wird.
Der Gassensor 3 hat im Allgemeinen ein hohles zylindrisches Gehäuse 30, ein Sensorelement 35, das innerhalb von dem Gehäuse 30 aufgenommen ist, und eine Schutzabdeckungsbaugruppe 31, die mit einem Ende des Gehäuses 30 zum Abdecken eines gasempfindlichen Abschnitts (insbesondere eines Kopfabschnitts) des Sensorelements 35 verbunden ist.
Die Abdeckungsbaugruppe 31, wie klar in 2 gezeigt ist, hat einen doppelwandigen Aufbau und besteht aus einer hohlen zylindrischen inneren Abdeckung 1 und einer hohlen zylindrischen Abdeckung 2. Die innere Abdeckung 1 hat Gaslöcher 13 und 14, die an einer Seitenwand 11 davon ausgebildet sind. Die äußere Abdeckung 2 hat sechs Gaslöcher 20, die an einer Seitenwand 21 davon ausgebildet sind. Die innere Abdeckung 1 definiert innen eine Gaskammer, zu der der gasempfindliche Abschnitt des Sensorelements 35 ausgesetzt ist. Gase, die zu messen sind, strömen in die oder aus der Gaskammer durch die Gaslöcher 13, 14 und 20. Jedes der Gaslöcher 13, 14 und 20 kann kreisförmig, oval, rechteckig oder schlitzförmig sein.
Die Gaslöcher 20, die an der Seitenwand 21 der äußeren Abdeckung 2 ausgebildet sind, weisen teilweise zu der Seitenwand 11 der inneren Abdeckung 1 in eine Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe 31 (insbesondere eine Längsrichtung des Gassensors 3). Insbesondere ein oberes Ende 121 der inneren Abdeckung 1 ist innerhalb eines Bereichs, der zwischen einem Abschnitt 201 eines Umfangs von jedem der Gaslöcher 20 definiert ist, der am nächsten zu dem oberen Ende 121 der äußeren Abdeckung 2 liegt (ebenso als das obere Ende 201 im folgenden bezeichnet), und einem Abschnitt 202 des Umfangs von jedem der Gaslöcher 20, der am nächsten zu einem Basisende der äußeren Abdeckung 2 liegt (ebenso als das Basisende 202 im folgenden bezeichnet), in die Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe 31 definiert. Es ist anzumerken, dass das obere Ende 121 innerhalb des Bereichs zwischen dem oberen Ende 201 von zumindest einem der Gaslöcher 20 gelegen sein kann, das am nächsten zu dem oberen Ende 221 der äußeren Abdeckung 2 gelegen ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 hat der Gassensor 3 ebenso eine Luftabdeckung 32, die an einem Basisende des Gehäuses 30 zum Abdecken eines Basisabschnitts des Sensorelements 35 verbunden ist. Das Sensorelement 35 ist hermetisch innerhalb des Gehäuses 30 luftdicht aufgenommen.
Der Gassensor 3 hat ebenso Sensorausgangsausschlüsse 351 und Leistungszufuhranschlüsse 356, die sich von einem Basisendabschnitt des Sensorelements 35 erstrecken. Die Sensorausgangsanschlüsse 351 dienen dazu, eine Abgabe des Sensorelements 35 zu übertragen. Die Leistungszufuhranschlüsse 356 arbeiten, um eine elektrische Leistung zu einer keramischen Heizung 355 zuzuführen, die innerhalb des Sensorelements 35 angeordnet ist. Die keramische Heizung 355 arbeitet, um das Sensorelement 35 auf eine Aktivierungstemperatur zu erwärmen, die zum Aktivieren des Sensorelements 35 erforderlich ist. Die Sensorausgangsanschlüsse 351 und die Leistungszufuhranschlüsse 356 sind elektrisch mit Leitungen 353 durch Verbinder 352 innerhalb eines Isolationsporzellans 321 verbunden.
Ein elastischer Isolationshalter 322 ist in einem offenen Basisende der Luftabdeckung 32 hermetisch angeordnet. Der Isolationshalter 322 hat darin Löcher ausgebildet, durch die die Leitungen 353 sich luftdicht erstrecken.
Das Sensorelement 35 hat, wie in 2 gezeigt ist, eine Bechergestalt und ist mit elektrochemischen Zellen ausgestattet. Das Sensorelement 35 besteht aus einem hohlen zylindrischen Festelektrolytkörper 359 mit einem Boden, einer Luftkammer 358, die in dem Körper 359 ausgebildet ist, einer Messelektrode 357 (ebenso als eine äußere Elektrode im folgenden bezeichnet), die an einer äußeren Wand des Körpers 359 ausgebildet ist, die dem Gas ausgesetzt ist, das zu messen ist, und einer Bezugselektrode 356 (die im folgenden ebenso als innere Elektrode bezeichnet wird), die an einer inneren Wand des Körpers 359 ausgebildet ist, die Luft oder einem Bezugsgas ausgesetzt ist. Das Sensorelement 35 kann mehr als einen Festelektrolytkörper haben. Der Aufbau des Sensorelements 35 ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 0918215 A2 bekannt, die für den gleichen Anmelder wie den dieser Anmeldung verfolgt wird, deren Offenbarung hier unter Bezugnahme aufgenommen ist.
Abschnitte 141 (die im folgenden als obere Enden 141 bezeichnet werden) von einigen der Gaslöcher 13, 14 und 20 der inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2, die am nächsten an dem Basisende des Gassensors 3 liegen (insbesondere die Gaslöcher 14 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel) sind näher an dem oberen Ende des Gassensors 3 in die Längsrichtung des Gassensors 3 als ein Basisende 3571 von einer der inneren und äußeren Elektroden 356 und 357 gelegen, das näher an dem Basisende des Gassensors 3 liegt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die inneren und äußeren Elektroden 356 und 357 an dem gleichen Abstand von dem Basisende des Gassensors 3 gelegen.
Die Abdeckungsbaugruppe 31 hat, wie in 2 klar gezeigt ist, einen doppelwandigen Aufbau, der aus inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 besteht. Die inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 haben Basiswände 119 und 290, die in Kontakt miteinander angeordnet sind. Die Basiswände 119 und 290 werden ebenso im folgenden auch als Kontaktwand bezeichnet.
Die Kontaktwände 119 und 290 der inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 haben sich nach außen erstreckende Flansche 19 bzw. 29. Die Flansche 19 und 29 sind in einer ringförmigen Vertiefung 301 eingebaut, die an der oberen Endfläche 300 des Gehäuses 30 ausgebildet ist, und sind durch Einstämmen nach innen von einer ringförmigen Erweiterung befestigt, die an dem Umfang der oberen Endfläche 300 ausgebildet ist.
Die äußere Abdeckung 2 besteht aus einem hohlen Zylinder mit einem Boden und hat einen Durchmesser, der über dessen Länge einheitlich ist. Insbesondere hat die äußere Abdeckung 2 eine Seitenwand, die sich gerade in die Längsrichtung von dem Gassensor 3 erstreckt. Die äußere Abdeckung 2 hat, wie vorstehend beschrieben ist, die Kontaktwand 290, die in Anstoß mit der inneren Abdeckung 1 angeordnet ist, und die sechs kreisförmigen Gaslöcher 30, die an der Seitenwand 21 an der im wesentlichen gleichen Lage in die Längsrichtung von dem Gassensor 3 ausgebildet sind. Die äußere Abdeckung 3 hat ebenso ein Gasloch 220, das in der Bodenfläche 22 von diesem ausgebildet ist. Das obere Ende 121 von der inneren Abdeckung 1 ist, wie vorstehend beschrieben ist, innerhalb von den Gaslöchern 20 in die radiale Richtung von dem Gassensor 3 gelegen. Insbesondere kann das obere Ende 120, wie in 4(a) dargestellt ist, durch die Gaslöcher 20 von außerhalb der äußeren Abdeckung 2 betrachtet werden.
Die innere Abdeckung 1 besteht aus einem hohlen Zylinder mit einem Brunnen und hat unterschiedliche Durchmesser. Insbesondere hat die innere Abdeckung 1, wie klar in 2 gezeigt ist, die Kontaktwand 119, eine basisendseitige abgeschrägte Wand 118, eine Gaslochausbildungsseitenwand 117, eine abgeschrägte Wand 116 und eine gerade Seitenwand 115. Jede von der Kontaktwand 119, von der Gaslochausbildungsseitenwand 117 und der geraden Seitenwand 115 hat einen Durchmesser, der einheitlich in die Längsrichtung von dem Gassensor 3 ist, und sind koaxial zueinander gelegen. Jede der abgeschrägten Wände 116 und 118 hat einen Durchmesser, der sich beim Erreichen der Oberseite des Gassensors 3 verringert.
Die abgeschrägte Wand 116 und die gerade Seitenwand 115 sind innerhalb eines Bereichs gelegen, der zwischen dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1 und den oberen Enden 131 der Gaslöcher 13 definiert ist, der näher an der oberen Seite des Gassensors 3 gelegen sind.
Die innere Abdeckung 1 hat, wie klar in 3(b) gezeigt ist, drei Gaslöcher 120, die an der Bodenfläche 12 von dieser ausgebildet sind. Die Gaslochausbildungsseitenwand 117 hat acht Gaslöcher 13 und acht Gaslöcher 14. Die Gaslöcher 13 sind mit im wesentlichen gleichen Abstand von dem oberen Ende (oder dem Basisende) der inneren Abdeckung 1 in die Längsrichtung von dem Gassensor 3 gelegen. In ähnlicher Weise sind die Gaslöcher 14 im wesentlichen bei dem gleichen Abstand von dem oberen Ende (oder dem Basisende) der inneren Abdeckung 1 in die Längsrichtung von dem Gassensor 3 gelegen.
Die inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 haben die Abmessungen a11 bis a25 (siehe 3(a) bis 3(b)), wie nachstehend aufgelistet ist.
a11 (Länge der äußeren Abdeckung 2, die sich in die Längsrichtung von dem Gassensor 3 erstreckt) = 23 mm
a12 (Abstand zwischen der Mitte der Gaslöcher 20 und dem oberen Ende 221 der äußeren Abdeckung 2) = 3,5 mm
a13 (äußerer Durchmesser der Bodenfläche 22 der äußeren Abdeckung 2) = 12 mm
a14 (äußerer Durchmesser der Bodenfläche 12 von der inneren Abdeckung 1) = 7 mm
a15 (Durchmesser der Bodengaslöcher 220 der äußeren Abdeckung 2) = 1,2 mm
a16 (Durchmesser eines Kreises 125, der durch eine gestrichelte Linie in 3(b) gezeigt ist, an dem die drei Gaslöcher 120 der inneren Abdeckung 1 bei gleichwinkligen Abständen gelegen sind) = 3 mm
a17 (äußerer Durchmesser der Kontaktwand 119 der inneren Abdeckung 1) = 11 mm
a18 (äußerer Durchmesser der Seitenwand 117 der inneren Abdeckung 1) = 9 mm
a19 (Abstand zwischen dem oberen Ende der Seitenwand 117 und dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1) = 6 mm
a20 (Abstand zwischen der Mitte der Gaslöcher 13 und dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1) = 8 mm
a21 (Abstand zwischen der Mitte der Gaslöcher 13 und der Mitte der Gaslöcher 14 der inneren Abdeckung 1) = 3 mm
a22 (Länge der Kontaktwände 119 und 290 in Längsrichtung von dem Gassensor 3) = 7 mm a23 (Länge der inneren Abdeckung 1) = 21 mm
a24 (Winkel, den in Durchmesserrichtung entgegengesetzte Abschnitte der abgeschrägten Wand 118 einschließen) = 90°
a25 (Winkel, den in Durchmesserrichtung entgegengesetzte Abschnitte der abgeschrägten Wand 116 einschließen) = 40°.
Der Abstand L1, wie in den 2 und 3(a) gezeigt ist, zwischen dem oberen Ende 201 der Gaslöcher 20 von der äußeren Abdeckung 2 und dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1 beträgt 0,5 mm. Der Durchmesser R der Gaslöcher 20 in Längsrichtung von dem Gassensor 3 (insbesondere ein Abstand zwischen dem oberen Ende 210 und dem Basisende 202) beträgt 6 mm. Die Länge L1 und der Durchmesser R erfüllen die Beziehung von L1 ≤ 0,95 R.
Der Abstand L2 zwischen dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1 und dem inneren oberen Ende 222 der äußeren Abdeckung 2 beträgt 2 mm. Der Abstand L3 zwischen dem Basisende 142 der Gaslöcher 14 und dem oberen Ende 291 eines Kontaktbereichs zwischen den Wänden 119 und 290 der inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 ist kleiner als oder gleich 5 mm (2,25 mm in diesem Ausführungsbeispiel). Der Abstand L3 kann 0 mm betragen.
Der äußere Durchmesser D1 des oberen Endes 121 der inneren Abdeckung 1 beträgt 7 mm, der identisch mit dem Durchmesser a14 in den 3(a) und 3(b) ist. Der äußere Durchmesser D2 der inneren Abdeckung 1 an einer Lage von den oberen Enden 131 der Gaslöcher 13 beträgt 9 mm, was identisch zu dem Durchmesser a18 ist. Somit gilt D1 < D2.
Der Durchmesser der Gaslöcher 13 und 14 der inneren Abdeckung 1 in Längsrichtung von dem Gassensor beträgt 1,5 mm.
Der Gassensor 3 dieses Ausführungsbeispiels kann, wie vorstehend beschrieben ist, für eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung von Automobilverbrennungsmotoren verwendet werden. In diesem Fall wird der Gassensor 3 an einem Abgasrohr des Verbrennungsmotors eingebaut. Üblicher Weise wird Wasserdampf in den Abgasen oder Feuchtigkeit, die in der atmosphärischen Luft enthalten ist, kondensiert und an einer inneren Wand des Abgasrohrs während des Stillstands des Verbrennungsmotors angehaftet. Wenn der Verbrennungsmotor in diesem Zustand den Betrieb wieder aufnimmt, insbesondere dann, wenn die Temperatur der Abgase unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors niedrig ist, wird das Wasser an der Wand des Abgasrohrs durch die Abgase hochgeblasen, ohne dass es verdampft wird und tritt in die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 gemeinsam mit den Abgasen ein. Das in die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 eintretende Wasser wird an der Fläche des Sensorelements 35 in der Form von Tropfen angehaftet. Die Adhäsion des Wassers an dem Sensorelement 35 kann einen Bruch des Sensorelements 35 verursachen. Zum Vermeiden eines derartigen Bruchs ist es wichtig, das Wasser von dem Sensorelement 35 fernzuhalten.
Die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 hat, wie vorstehend beschrieben ist, den doppelwandigen Aufbau, der aus den inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 besteht. Die Seitenwand 21 der äußeren Abdeckung 2 hat darin die Gaslöcher 20 ausgebildet, die teilweise die Seitenwand 11 der inneren Abdeckung 1 in die radiale Richtung der Schutzabdeckungsbaugruppe 31 überlappen (auf insbesondere eine horizontale Richtung mit Sicht auf 2). Das obere Ende 121 der inneren Abdeckung 1 ist, wie klar in 2 gezeigt ist, zwischen den oberen Enden 201 und den Basisenden 202 der Gaslöcher 20 gelegen. Insbesondere ist eine obere Endseite von jedem der Gaslöcher 20 örtlich zu einem Zwischenraum zwischen den oberen Enden 121 und 222 der inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 ausgesetzt, während eine Basisendseite von jedem der Gaslöcher 20 zu der Seitenwand 11 von der inneren Abdeckung 1 in die radiale Richtung von der Abdeckungsbaugruppe 31 weist, wobei somit verursacht wird, dass eine Strömung des Abgases, das durch die Basisendseite von jedem der Gaslöcher 20 strömt, durch die innere Abdeckung 1 blockiert wird. Es ist anzumerken, dass zumindest eines der Gaslöcher 20 teilweise zu der Seitenwand 11 der inneren Abdeckung 1 weisen kann.
Demgemäß steigt ein Teil einer Strömung des Abgases, wie durch eine gestrichelte Linie in 9 gezeigt ist, zwischen der inneren und äußeren Abdeckung 1 und 2 an, tritt in die Gaslöcher 13 und 14 der inneren Abdeckung 1 ein und erreicht das Sensorelement 35. Wassertropfen, die in den Abgasen enthalten sind, steigen aufgrund ihrer Trägheit nicht an, wie durch eine durchgezogene Linie angedeutet ist, und werden aus der äußeren Abdeckung 2 durch die Gaslöcher 20 und/oder das Gasloch 220 ausgestoßen.
Die obere Endseite von jedem der Gaslöcher 20, wie vorstehend beschrieben ist, weist zu dem Zwischenraum zwischen den oberen Enden 121 und 222 der inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2, wobei somit verursacht wird, dass die Abgase zwischen den oberen Enden 121 und 222 rasch strömen, ohne dass sie behindert werden. Das vereinfacht den Austausch der Abgase innerhalb der Schutzabdeckungsbaugruppe 31 mit den denjenigen, die aus dieser herausströmen, wobei dadurch die Ansprechrate des Gassensors 3 verbessert wird.
Die Gaslöcher 20, die an der äußeren Abdeckung 2 ausgebildet sind, sind kreisförmig, aber sie können auch elliptisch sein, wie in den 5(a) und 5(b) gezeigt ist. Für diesen Fall ist die Länge der Hauptachse identisch mit dem vorstehend beschriebenen Durchmesser R.
Die fünf Gaslöcher 20, wie in 6 dargestellt ist, können alternativ an gleichmäßigen Abständen an in wesentlichen der gleichen Lage in Längsrichtung von der Abdeckungsbaugruppe 31 ausgebildet werden. Für diesen Fall sind die Gaslöcher 20 nicht in Durchmesserrichtung entgegengesetzt zueinander, wobei dadurch verhindert wird, dass Abgase, die an jedem der Gaslöcher 20 eintreten, aus den anderen Gaslöchern 20 austreten, was den Eintritt der Abgase in die innere Abdeckung 1 vereinfacht.
Eine Beziehung zwischen der Ansprechrate des Gassensors 2 und dem Abstand L1 zwischen dem oberen Ende 201 der Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 und dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1 wird nachstehend beschrieben.
Es wurden Versuche zum Messen der Ansprechraten von Testbeispielen des Gassensors 3 mit unterschiedlichen Abständen L1 durchgeführt.
Insbesondere wurden drei Bauarten von Testbeispielen des Gassensors 3 vorbereitet: ein erster, bei dem das obere Ende 121 der inneren Abdeckung 1 näher an dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe 31 als das obere Ende 201 der Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 gelegen ist, einen zweiten, bei dem das obere Ende 121 bündig mit dem oberen Ende 201 liegt, und einen dritten, bei dem das obere Ende 121 näher an dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe 31 gelegen ist. Die dritte Bauart ist des weiteren in vier Bauarten aufgeteilt: eine mit einem Abstand L1 von 0,5 mm, die zweite mit einem Abstand L1 von 1 mm, die dritte mit einem Abstand L1 von 1,5 mm und die vierte mit einem Abstand L1 von 2 mm. Die dritte Bauart gehört zu diesem Ausführungsbeispiel. Die erste und zweite Bauart sind Vergleichsbeispiele.
Die Messung der Ansprechrate der vorstehend genannten Testbeispiele des Gassensors 3 wurde folgendermaßen durchgeführt. Jedes der Testbeispiele wurde an einem Verbrennungsmotortisch installiert. Eine Selbstrückführfrequenz einer Abgabe von jedem der Testbeispiele wurde gemessen, wenn die Verbrennungsmotordrehzahl 1500 Upm betragen hat. Die Testergebnisse sind in 8 gezeigt. Die Ordinate zeigt Ansprechraten der Testbeispiele. Die Abszisse zeigt die Abstände L1 der Testbeispiele.
Die Grafik von 8 zeigt, dass die Ansprechrate niedriger ist, wenn der Abstand L1 ein negativer Wert ist, was bedeutet, dass das obere Ende 121 der inneren Abdeckung 1 näher an dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe 31 als an dem oberen Ende 201 von den Gaslöchern 20 der äußeren Abdeckung 2 gelegen ist oder wenn der Abstand L1 0 (Null) ist, was bedeutet, dass das obere Ende 121 bündig mit dem oberen Ende 201 liegt und dass die Ansprechrate sehr hoch ist, wenn der Abstand L1 ein positiver Wert ist. Es hat sich somit herausgestellt, dass die Anordnung, bei der das obere Ende 121 von der inneren Abdeckung 1 näher an dem Basisende von der Abdeckungsbaugruppe 31 als das obere Ende 201 der Gasfläche 20 der äußeren Abdeckung 2 liegt, die Ansprechrate des Gassensors 3 in hohem Maße verbessert.
Zusätzlich wurde die Abdeckungsbaugruppe 31 von jedem der Testbeispiele mit Luft besprüht, die Wassertropfen enthält, und wurde der Grad überwacht, mit dem das Sensorelement 35 mit dem Wasser befeuchtet wird. Es wurde herausgefunden, dass die Wassertropfen nicht in die innere Abdeckung 1 eintreten, so dass das Sensorelement 35 bei jedem der Testbeispiele trocken gehalten wurde.
Des weiteren haben die vorstehend genannten Testergebnisse und die Ergebnisse der Fluidsimulationen gezeigt, dass Gas, das Wasser enthält, wie in 9 dargestellt ist, entlang von zwei Pfaden innerhalb der Abdeckungsbaugruppe 31 strömt. Die gepunktete Linie H zeigt eine Strömung des Abgases des Verbrennungsmotors selbst an. Die durchgezogene Linie M zeigt eine Strömung von Wassertropfen. Das Abgas, das in die Gaslöcher 20 strömt, läuft zwischen den Böden der inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2, wird nach oben abgelenkt und tritt in die innere Abdeckung 1 an den Gaslöchern 13 und 14 ein. Die Wassertropfen, die in die Gaslöcher 20 strömen, laufen zwischen den Böden der inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 und treten aus der äußeren Abdeckung 2 durch die Gaslöcher 20 aufgrund ihrer Trägheit aus.
Demgemäß wurde herausgefunden, dass die dritte Bauart der Testbeispiele (insbesondere der Gassensor 3 dieses Ausführungsbeispiels) weniger einem Bruch des Sensorelements 35 unterliegt, was sich aus dessen Befeuchtung ergibt, und ebenso eine hervorragende Ansprechrate hat.
Eine Beziehung zwischen der Ansprechrate des Gassensors 3 und einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser D1 des oberen Endes 121 und der inneren Abdeckung 1 und dem Außendurchmesser D2 der inneren Abdeckung 1 an einem Ort der oberen Enden 131 der Gaslöcher 13 wurde ebenso untersucht. Insbesondere wurden Testbeispiele des Gassensors 3 vorbereitet, die einen gemeinsamen Außendurchmesser D2 von 9 mm und Außendurchmesser D2 von verschiedenen Werten hatten, und wurden die Ansprechraten der Versuchsbeispiele auf eine ähnliche Weise gemessen, wie vorstehend beschrieben ist. Die Testergebnisse sind in einer Grafik von 10 dargestellt. Die Grafik zeigt, dass die Ansprechrate sich erhöht, wenn die Differenz zwischen D1 und D2 (insbesondere D2-D1) sich vergrößert.
11 zeigt die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die innere Abdeckung 1 hat eine konische Wand 41, die sich zwischen den oberen Enden 131 der Gaslöcher 13 und dem oberen Ende 121 davon erstreckt. Die konische Wand 41 ist zu dem oberen Ende 121 hin abgeschrägt. Die Abstände L1 und L2 betragen 0,5 mm bzw. 2 mm.
Die konische Wand 41 funktioniert, um die Ausbildung einer Strömung des Gases zu erleichtern, die von dem oberen Ende zu dem Basisende der inneren Abdeckung 1 gerichtet ist, wobei somit die Erleichterung des Eintritts des Gases in die innere Abdeckung 1 verbessert wird. Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
12 zeigt die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die innere Abdeckung 1 hat eine Ecke 42, die zwischen der Seitenwand und der Bodenwand davon ausgebildet ist. Die Ecke 42 hat einen Krümmungsradius von 3 mm, der größer als derjenige bei den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen ist. Die Abstände L1 und L2 betragen 0,5 bzw. 0,2 mm.
Die Ecke 42 funktioniert, um die Ausbildung einer Strömung des Gases zu erleichtern, die von dem oberen Ende (insbesondere der Bodenwand) zu dem Basisende der inneren Abdeckung 1 gerichtet ist, wobei sich somit die Erleichterung des Eintritts des Gases in die innere Abdeckung 1 verbessert. Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
13 zeigt eine Schutzabdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die innere Abdeckung 1 hat eine mäßige Krümmung 200 neben der geraden Seitenwand 11 um die Gaslöcher 13 und 14. Die gerade Seitenwand 11 hat einen Durchmesser, der über ihre Länge einheitlich ist. Die mäßige Krümmung 200 definiert eine konische Gestalt des oberen Abschnitts der inneren Abdeckung 1. Die Abstände L1 und L2 betragen 0,5 mm bzw. 2 mm.
Die mäßige Krümmung 200 funktioniert, um die Ausbildung einer Strömung des Gases zu erleichtern, die von dem oberen Ende zu dem Basisende der inneren Abdeckung 1 entlang der Seitenwand 11 gerichtet ist, wobei sich somit die Erleichterung des Eintritt des Gases in die innere Abdeckung 1 verbessert. Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
14 zeigt die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Seitenwände 11 und 21 der inneren Abdeckung 1 und der äußeren Abdeckung 2 erstrecken sich gerade in die Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe 31 und haben Durchmesser, die über ihre Längen einheitlich sind. Die Abstände L1 und L2 betragen 0,5 mm bzw. 2 mm. Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
15 zeigt die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Gassensor 3 dieses Ausführungsbeispiels hat ein laminiertes Sensorelement 36, das in der Abdeckungsbaugruppe 31 enthalten ist. Beispielsweise lehrt das US-Patent Nr. 5 573 650, das am 12. November 1996 auf Fukaya et al. ausgestellt wurde, ein derartiges laminiertes Sensorelement, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die äußere Abdeckung 2 hat Gaslöcher 205, die oberhalb von den Gaslöchern 20 ausgebildet sind. Die Gaslöcher 205 sind an dem gleichen Ort in Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe 31 ausgebildet und sind jeweils gerade oberhalb von den Gaslöchern 20 positioniert. Die innere Abdeckung 1 ist hinsichtlich ihres Aufbaus demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich, außer dass die abgeschrägte Wand 116 sich zu der Bodenfläche 12 fortsetzt. Die Abstände L1 und 12 betragen 0,5 mm bzw. 2 mm. Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
16 zeigt die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches eine Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels ist.
Der Kopfabschnitt des laminierten Sensorelements 36 ist wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel an der Abdeckungsbaugruppe 31 eingebaut. Die innere Abdeckung 1 besteht aus einem hohlen Zylinder mit einem offenen Boden. Der Abstand L1 zwischen dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1 und den oberen Enden 201 der Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 beträgt 0,5 mm. Der Abstand L2 zwischen dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1 und einem oberen Ende 225 (insbesondere einem unteren Rand) der äußeren Abdeckung 2 beträgt 3 mm.
Der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels gestattet, dass eine große Menge Gas in die äußere Abdeckung 2 einfach einritt, wobei sich somit der Eintritt des Gases in die innere Abdeckung 1 vereinfacht. Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
Die 17 und 18 zeigen die Schutzabdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches eine Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels ist. Der Kopfabschnitt des laminierten Sensorelements 36 ist wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel an der Abdeckungsbaugruppe 31 eingebaut. Die äußere Abdeckung 2 hat, wie klar in 18 gezeigt ist, einen gewellten Querschnitt mit vier Einbuchtungen 2100. Anders gesagt hat die äußere Abdeckung 2 vier lineare Eindrückungen, die sich in die Längsrichtung von dieser bei gleichwinkligen Abständen erstrecken. Die Abstände L1 und L2, wie in 17 angedeutet ist, betragen 0,5 mm bzw. 2 mm.
Jede der linearen Eindrückungen 2100 definiert einen Strömungspfad gemeinsam mit einem angrenzenden von den Eindrückungen 2100 und einer äußeren Wand der inneren Abdeckung 1, die dazu dient, eine Strömung des Gases, das in eines der Gaslöcher 20 eintritt, in eine Aufwärtsströmung und eine Abwärtsströmung zu teilen. Die Aufwärtsströmung tritt in jedes der Gaslöcher 18 der inneren Abdeckung 1 ein und erreicht das Sensorelement 36. Die Abwärtsströmung tritt durch einen Zwischenraum zwischen den Bodenflächen 12 und 23 der inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2, wendet sich nach obern beim Erreichen eines entgegengesetzt liegenden Strömungsparts und tritt in ein entsprechendes der Gaslöcher 13 der inneren Abdeckung 1 ein. Insbesondere funktioniert dieser Aufbau der Abdeckungsbaugruppe 31, um eine Vielzahl von Strömungen des Gases gegen das Sensorelement 36 von verschiedenen Richtungen zu treffen.
Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
19 zeigt die Abdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche eine Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels ist.
Der Kopfabschnitt des laminierten Sensorelements 36 ist wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel an der Abdeckungsbaugruppe 31 eingebaut. Die Abdeckungsbaugruppe 31 hat einen dreiwandigen Aufbau. Insbesondere hat die Abdeckungsbaugruppe 31 eine zweite äußere Abdeckung 51, die außerhalb von der äußeren Abdeckung 2 aufgenommen ist. Das obere Ende 510 der zweiten äußeren Abdeckung 51 ist näher an dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe 31 als die oberen Enden 210 der Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 gelegen. Die Abstände L1 und L2 betragen 0,5 mm bzw. 2 mm.
Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
20 zeigt die Abdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels ist.
Der Kopfabschnitt des laminierten Sensorelements 36 ist wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel an der Abdeckungsbaugruppe 31 eingebaut. Die Abdeckungsbaugruppe 31 hat wie das neunte Ausführungsbeispiel einen dreiwandigen Aufbau zum Verbessern der Fähigkeit der Abdeckungsbaugruppe 31, das Sensorelement 36 vor Wasser zu schützen, das in dem zu messenden Gas enthalten ist.
Insbesondere hat die Abdeckungsbaugruppe 31 eine zweite innere Abdeckung 52, die außerhalb von der inneren Abdeckung 1 enthalten ist. Die zweite innere Abdeckung 52 besteht aus einem hohlen Zylinder mit einem offenen Boden und hat einen Durchmesser, der über ihre Länge einheitlich ist. Das obere Ende 125 der zweiten inneren Abdeckung 52 ist näher an dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe 31 als die oberen Enden 201 der Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 gelegen. Die innere Abdeckung 1 hat den gleichen Aufbau wie der des sechsten Ausführungsbeispiels.
Das in die Gaslöcher 20 eintretende Gas tritt zwischen den ersten und zweiten inneren Abdeckungen 1 und 52 hindurch und tritt in die Gaslöcher 13 ein. Wassertropfen, die in dem Gas enthalten sind, das in jedes der Gaslöcher 20 eintritt, treten aus einem entgegengesetzten von den Gaslöchern 20 aus, ohne aufgrund ihrer Trägheit nach oben zu strömen.
Der Abstand L1 zwischen dem oberen Ende 125 und der zweiten inneren Abdeckung 52 und den oberen Enden 201 der Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 beträgt 2 mm. Der Abstand L2 zwischen dem oberen Ende 125 der zweiten inneren Abdeckung 52 und dem inneren oberen Ende 220 der äußeren Abdeckung 2 beträgt 4 mm.
Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
21 zeigt die Abdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels von 15 ist.
Die inneren und äußeren Abdeckungen 1 und 2 haben den gleichen Aufbau wie diejenigen des sechsten Ausführungsbeispiels. Die Abdeckungsbaugruppe 31 hat ebenso eine zweite innere Abdeckung 53, die innerhalb der inneren Abdeckung 1 aufgenommen ist, um wie bei dem zehnten Ausführungsbeispiel die Fähigkeit der Abdeckungsbaugruppe 31 zu verbessern, das Sensorelement 36 vor in dem zu messenden Gas enthaltenen Wasser zu schützen. Die zweite innere Abdeckung 53 besteht aus einem hohlen Zylinder mit einem Boden, der eine Seitenwand 531 hat, dessen Durchmesser über seine gesamte Länge einheitlich ist. Die zweite innere Abdeckung 53 hat Gaslöcher 532, die an der Seitenwand 531 ausgebildet sind. Die Gaslöcher 532 sind näher an dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe 31 als die Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 angeordnet.
Das an den Gaslöchern 20 eintretende Gas strömt zunächst ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Das in die innere Abdeckung 1 eintretende Gas strömt in Richtung auf das obere Ende der inneren Abdeckung 1 und tritt in die innere Abdeckung 1 an den Gaslöchern 532 ein.
Die abstände L1 und L2 betragen, wie klar in der Zeichnung gezeigt ist, 0,5 mm bzw. 2 mm.
Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
22 zeigt die Abdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels ist.
Der Kopfabschnitt des laminierten Sensorelements 36 ist wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel an der Abdeckungsbaugruppe 31 eingebaut. Die Abdeckungsbaugruppe 31 hat wie das zehnte Ausführungsbeispiel einen dreiwandigen Aufbau zum Verbessern der Fähigkeit der Abdeckungsbaugruppe 31, das Sensorelement 36 vor in dem zu messenden Gas enthaltenen Wasser zu schützen. Insbesondere hat die Abdeckungsbaugruppe 31 eine zweite innere Abdeckung 54, die außerhalb von der inneren Abdeckung 1 aufgenommen ist. Die zweite innere Abdeckung 54 besteht aus einem hohlen Zylinder mit einem Boden und hat einen Durchmesser, der über ihre gesamte Länge einheitlich ist. Die zweite innere Abdeckung 54 hat Gaslöcher 542, die näher an dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe als die Gaslöcher 13 der inneren Abdeckung 1 gelegen sind.
Das an den Gaslöchern 20 eintretende Gas strömt zunächst ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Gas, das in die zweite innere Abdeckung 54 an den Gaslöchern 542 eintritt, strömt in Richtung auf das obere Ende der zweiten oberen Abdeckung 54 und tritt in die innere Abdeckung 1 an den Gaslöchern 13 ein.
Der Abstand L1 zwischen dem oberen Ende 121 der zweiten inneren Abdeckung 54 und den oberen Enden 201 der Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 beträgt 0,5 mm. Der Abstand L2 zwischen dem oberen Ende 121 der zweiten inneren Abdeckung 54 und dem inneren oberen Ende 222 der äußeren Abdeckung 2 beträgt 1 mm.
Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
23 zeigt die zeigt die Abdeckungsbaugruppe 31 gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung des zwölften Ausführungsbeispiels ist.
Der Kopfabschnitt des laminierten Sensorelements 36 ist wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel an der Abdeckungsbaugruppe 31 eingebaut. Die Abdeckungsbaugruppe 31 hat einen dreiwandigen Aufbau zum Verbessern der Fähigkeit der Abdeckungsbaugruppe 31, das Sensorelement 36 vor in dem zu messenden Gas enthaltenen Wasser zu schützen. Die Abdeckungsbaugruppe 31 hat eine zweite äußere Abdeckung 55, die außerhalb von der äußeren Abdeckung 2 aufgenommen ist. Die zweite äußere Abdeckung 55 besteht aus einem hohlen Zylinder mit einem Boden und hat einen Durchmesser, der über seine gesamte Länge einheitlich ist. Die zweite äußere Abdeckung 55 hat Gaslöcher 550, die an dem gleichen Ort in Längsrichtung von dieser ausgebildet sind. Die Gaslöcher 550 sind näher an dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe als die Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 55 gelegen. Die Gaslöcher 550 sind im wesentlichen mit den Gaslöchern 20 in Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe 31 ausgerichtet.
Das an den Gaslöchern 550 eintretende Gas strömt in die Gaslöcher 20 und tritt in die innere Abdeckung 1 an den Gaslöchern 13 ein.
Der Abstand L1 zwischen dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1 und den oberen Enden 201 der Gaslöcher 20 der äußeren Abdeckung 2 beträgt 0,5 mm. der Abstand L2 zwischen dem oberen Ende 121 der inneren Abdeckung 1 und dem inneren oberen Ende 222 der äußeren Abdeckung 2 beträgt 2 mm.
Andere Anordnungen sind mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels identisch und ihre genaue Erklärung wird an dieser Stelle weggelassen.
Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele zum Vereinfachen ihres besseren Verständnisses offenbart wurde, ist es erkennbar, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ohne Abweichen von dem Grundgedanken der Erfindung ausgeführt werden kann. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen zusätzlich zu den gezeigten Ausführungsbeispielen enthält, die ohne Abweichen von dem Grundgedanken der Erfindung ausgeführt werden können, wie in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.
Der verbesserte Aufbau der Schutzabdeckungsbaugruppe vom Gassensor ist vorgesehen. Die Schutzabdeckungsbaugruppe hat einen doppelwandigen Aufbau, der aus der inneren und der äußeren zylindrischen Abdeckung mit Gaslöchern besteht. Das Sensorelement ist innerhalb der inneren Abdeckung angeordnet. Zumindest eines der Gaslöcher der äußeren Abdeckung weist teilweise zu einer Seitenwand der inneren Abdeckung. Die obere Endfläche der inneren Abdeckung liegt innerhalb desjenigen Bereichs, der zwischen entgegengesetzten Abschnitten eines Durchmessers von dem zumindest einen der Gaslöcher der äußeren Abdeckung definiert ist, das am nächsten zu dem oberen Ende bzw. dem Basisende der Abdeckung liegt. Dieser Aufbau hat die Funktion, einen Bruch des Sensorelements zu vermeiden, der sich aus dem Befeuchten mit Wasser ergibt, und eine Ansprechrate des Gassensors zu verbessern.

Claims

Gassensor, der zum Messen eines gegebenen Bestandteilgehalts in einem Gas dient und der eine Länge zwischen einem oberen Ende und einem Basisende hat, das entgegengesetzt zu dem oberen Ende ist, mit: einem zylindrischen Gehäuse; einem Sensorelement, das in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Sensorelement eine Länge hat, die einen oberen Abschnitt, der zu dem für das Gas empfindlichen oberen Ende des Gassensors weist, und einen Basisabschnitt aufweist, der zu dem Basisende des Gassensors weist; und einer zylindrischen Abdeckungsbaugruppe, die an dem Gehäuse zum Abdecken des oberen Abschnitts des Sensorelements eingebaut ist, wobei die Abdeckungsbaugruppe eine Länge zwischen einem oberen Ende, das zu dem oberen Ende des Gassensors weist, und einem Basisende hat, das zu dem Basisende des Gassensors weist, wobei die Abdeckungsbaugruppe eine erste Abdeckung und eine zweite Abdeckung aufweist, die außerhalb von der ersten Abdeckung aufgenommen ist, wobei die ersten und zweiten Abdeckungen jeweils Seitenwände haben, wobei die Seitenwand der zweiten Abdeckung eine Vielzahl von Gaslöchern aufweist, durch die die Gasströmung in die oder aus der Abdeckungsbaugruppe strömt, wobei zumindest eines der Gaslöcher teilweise zu der Seitenwand der ersten Abdeckung in eine seitliche Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe weist, wobei das zumindest eine der Gaslöcher einen ersten Umfangsabschnittabschnitt, der am nächsten zu dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe gelegen ist, und einen zweiten Umfangsabschnitt hat, der am nächsten zu dem Basisende von der Abdeckungsbaugruppe gelegen ist, wobei die erste Abdeckung ein oberes Ende hat, das zu dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe weist und innerhalb eines Bereichs gelegen ist, der zwischen den ersten und zweiten Umfangsabschnitten von dem zumindest einen der Gaslöcher in Längsrichtung der Abdeckungsbaugruppe definiert ist.
Gassensor gemäß Anspruch 1, wobei die Seitenwand der ersten Abdeckung eine Vielzahl von Gaslöchern hat, durch die das Gas in die oder aus der ersten Abdeckung strömt.
Gassensor gemäß Anspruch 1, wobei die erste Abdeckung ein oberes Ende, das zu dem oberen Ende der Abdeckungsbaugruppe weist, und ein Basisende hat, das zu dem Basisende der Abdeckungsbaugruppe weist, und wobei ein Abstand L1 zwischen dem ersten Abschnitt des Umfangs von dem zumindest einen der Gaslöcher der zweiten Abdeckung und dem oberen Ende der ersten Abdeckung sowie ein Durchmesser R von dem zumindest einen der Gaslöcher zwischen dem ersten und dem zweiten Umfangsabschnitt davon die Bedingung L1 ≤ 0,95 R erfüllen.
Gassensor gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Abdeckung ein oberes Ende, das das obere Ende der Abdeckungsbaugruppe definiert, und ein Basisende hat, das das Basisende der Abdeckungsbaugruppe definiert, und wobei ein Abstand L2 zwischen dem oberen Ende der ersten Abdeckung und dem oberen Ende der zweiten Abdeckung eine Beziehung 0,5 mm ≤ L2 ≤ 10 mm erfüllen.
Gassensor gemäß Anspruch 1, wobei die übrigen von den Gaslöchern, die an der Seitenwand der zweiten Abdeckung ausgebildet sind, teilweise zu der Seitenwand der ersten Abdeckung in die seitliche Richtung der Abdeckungsbaugruppe weisen.
Gassensor gemäß Anspruch 1, wobei die erste Abdeckung ein Gasloch hat, das an der Seitenwand davon ausgebildet ist, und wobei ein Außendurchmesser D1 der ersten Abdeckung an dem oberen Ende davon und ein Außendurchmesser D2 an einem Umfangsabschnitt des Gaslochs der ersten Abdeckung am nächsten zu dem oberen Ende der ersten Abdeckung eine Beziehung D1 < D2 erfüllen.
Gassensor gemäß Anspruch 6, wobei die Seitenwand der ersten Abdeckung einen Wandabschnitt hat, der sich von dem oberen Ende der ersten Abdeckung zwischen dem Umfangsabschnitt des Gaslochs am nächsten zu dem oberen Ende der ersten Abdeckung und dem oberen Ende der ersten Abdeckung abschrägt.
Gassensor gemäß Anspruch 6, wobei die Seitenwand der ersten Abdeckung einen ersten Wandabschnitt und einen zweiten Wandabschnitt hat, der näher an dem oberen Ende der ersten Abdeckung als der erste Wandabschnitt gelegen ist, wobei der erste Wandabschnitt sich in Richtung auf das obere Ende der ersten Abdeckung abschrägt, wobei der zweite Wandabschnitt sich zu dem oberen Ende der ersten Abdeckung gerade erstreckt und einen Durchmesser hat, der einheitlich über seine Länge ist.
Gassensor gemäß Anspruch 1, wobei die erste Abdeckung ein Gasloch hat, das an der Seitenwand davon ausgebildet ist, und wobei die Seitenwände der ersten und zweiten Abdeckungen Abschnitte haben, die sich zu den Basisenden davon fortsetzen, die in Kontakt miteinander stehen, wobei ein Abstand L3 zwischen einem Abschnitt des Gaslochs der ersten Abdeckung am nächsten zu dem Basisende der ersten Abdeckung und einem Abschnitt eines Kontakts zwischen den Seitenwänden der ersten und zweiten Abdeckungen am nächsten zu dem oberen Ende der ersten Abdeckung gleich wie oder kleiner als 5 mm ist.
Gassensor gemäß Anspruch 2, wobei das Sensorelement zumindest einen Festelektrolytkörper und ein Paar Elektroden hat, die an dem Festelektrolytkörper angeordnet sind, und wobei eine der Elektroden, die näher an dem Basisende des Glassensors liegt, einen Abschnitt hat, der am nächsten zu dem Basisende des Gassensors ist, wobei eines der Gaslöcher von den ersten und zweiten Abdeckungen, das am nächsten zu dem Basisende des Gassensors liegt, einen Abschnitt hat, der am nächsten zu dem oberen Ende des Gassensors liegt, wobei der Abschnitt des Gaslochs, das am nächsten zu dem oberen Ende des Gassensors liegt, näher an dem oberen Ende des Gassensors als der Abschnitt der Elektrode gelegen ist, der am nächsten zu dem Basisende des Gassensors liegt.