DE102007030818A1

DE102007030818A1 - Russsensor

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Publication number: DE102007030818A1
Application number: DE102007030818A
Authority: DE
Inventors: Tomonori Nagoya Kondo; Norihiko Nagoya Nadanami; Daisuke Nagoya Komatsu; Hitoshi Nagoya Yokoi; Masato Nagoya Katsuta
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2008-01-31
Also published as: US20080011052A1; JP2008032686A; FR2903186A1

Abstract

Ein Rußsensor weist eine Mittelelektrode (320), die in Achsenrichtung verläuft, und einen zylindrischen Isolator (200) auf, von dem ein vorderes Ende (321) der Mittelelektrode (320) vorsteht. Der Isolator (200) umgibt den Umfang der Mittelelektrode (320) und weist ein Heizelement (430) auf. Der Rußsensor weist außerdem ein Dichtelement (700) auf, das einen Spalt (233) zwischen dem Isolator (200) und der Mittelelektrode (320) verschließt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rußsensor.
Üblicherweise wird ein Detektorabschnitt in einer Rauchdetektionsvorrichtung wie etwa der in JP-U-64-50355 beschriebenen als Rußsensor bezeichnet. Der Detektorabschnitt dieser Art von Rauchdetektionsvorrichtung weist eine stabförmige Mittelelektrode in einem Metallgehäuse durch einen Isolator hindurch auf, und ein vorderes Ende der Mittelelektrode verläuft nach außen von dem Isolator, so dass es zur Außenseite hin freiliegt. Darüber hinaus ist eine mit dem Metallgehäuse verbundene Außenelektrode mit einem Spalt bezüglich des vorderen Endes der Mittelelektrode angeordnet. Ein Funkenüberschlag wird erzeugt, wenn eine Hochspannung zwischen der Mittelelektrode und der Außenelektrode unter Bedingungen angelegt wird, bei denen die Mittelelektrode und die Außenelektrode einem Abgas ausgesetzt sind. Dabei werden das Vorhandensein von Ruß in dem Abgas und die Menge dieses Rußes basierend auf der Entladespannung erfasst, ausgehend von dem Prinzip, dass je größer die Zunahme der Rußmenge im Abgas ist, desto größer die Verringerung der Spannung (entsprechend der Entladespannung) bei Auftreten des Funkenüberschlags ist.
Bei dem Detektorabschnitt mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau nimmt, wenn Ruß an dem Isolator haften bleibt, die Genauigkeit der Rußerfassung ab. Weiter reicht zur Entfernung von anhaftendem Ruß der Funkenüberschlag nicht aus, und daher ist es wünschenswert, den Ruß mit einem Heizelement zu entfernen.
Daher ist es bei Verwendung eines Heizelements, wie von W. D. E. Allan, R. D. Freeman, G. R. Pucher, D. Faux und M. F. Bardon in „DEVELOPMENT OF A SMOKE SENSOR FOR DIESEL ENGINES", Royal Military College of Canada, D. P. Gardiner, Nexum Research Corporation, S. 220, Powertrain & Fluid Systems Conference, 27. bis 30. Oktober 2003, beschrieben, in dem vorstehend genannten Detektorabschnitt möglich, den an der Mittelelektrode und der Außenelektrode anhaftenden Ruß zu entfernen.
Wenn jedoch das Heizelement für den Detektorabschnitt vorgesehen ist, wie vorstehend beschrieben, nimmt die Entladespannung auch in einer Gasatmosphäre ab, die praktisch keinen Ruß enthält. Auch wenn der Funkenüberschlag unter dieser Bedingung ausgelöst wird, indem die Mittelelektrode und die Außenelektrode dem Ruß enthaltenden Abgas ausgesetzt werden, geht die Entladespannung nicht wesentlich zurück und kann daher das Vorhandensein von Ruß nicht exakt widerspiegeln. Daher ist es schwierig, das Vorhandensein von Ruß und die Rußmenge anhand der Entladespannung zu erfassen.
Betrachtet man diesen Punkt genauer, so zeigt sich, dass der Ruß selbst eine Ursache für den vorstehend genannten Rückgang der Entladespannung ist, da Ruß eine Ansammlung von elektrisch leitenden Partikeln ist, bei denen es sich um Kohlenstoffpartikel handelt. Andererseits ist es aufgrund der Tatsache, dass die Entladespannung auch in einer Gasatmosphäre abnimmt, die praktisch keinen Ruß enthält, wie vorstehend beschrieben, vorstellbar, dass zusätzlich zu Ruß Partikel enthalten sind, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen, zum Beispiel Ionen, die im Wesentlichen dieselbe Wirkung haben wie Ruß.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend basiert die vorliegende Erfindung zumindest teilweise auf den vorstehend beschriebenen Überlegungen, und ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Rußsensors, der einen zylindrischen Isolator mit einem Heizelement sowie eine von einem vorderen Ende des Iso lators vorstehende Mittelelektrode aufweist und so angeordnet ist, eine elektrische Entladung zu bewirken, ohne oder weniger von Partikeln außer Ruß beeinflusst zu werden, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen.
Um das vorstehend genannte Ziel und andere Ziele zu erreichen, wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein Rußsensor bereitgestellt, aufweisend:
eine Mittelelektrode (die zum Beispiel vorteilhafterweise einen stabförmigen Aufbau aufweist), die in Achsenrichtung verläuft,
einen zylindrischen Isolator, der den Umfang der Mittelelektrode umgibt und von dem ein vorderes Ende der Mittelelektrode vorsteht, wobei der Isolator ein Heizelement aufweist, und
ein Dichtelement, das einen Spalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode verschließt.
Nach dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung ist der Spalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode mit einem Dichtelement verschlossen, und aus diesem Grund wird bei Anlegen einer Hochspannung an die Mittelelektrode die Hochspannung auch an das Heizelement und die Mittelelektrode angelegt. Weil es zu einer elektrischen Entladung zwischen dem Heizelement und der Mittelelektrode kommt, werden als Folge Partikel, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen, zum Beispiel Ionen, zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode erzeugt. Diese Partikel sind jedoch durch das Dichtelement in dem Isolator eingeschlossen und können nicht zum Entladungsabschnitt wandern.
Daher nimmt die Entladespannung des vorstehend beschriebenen Entladungsabschnitts nur aufgrund des Vorhandenseins von Ruß ab, ohne von den vorstehend erwähnten Partikeln beeinflusst zu werden, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen. Als Folge kann mit dem Rußsensor nach der Erfindung Ruß mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne von den Partikeln beeinflusst zu werden, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist bei dem Rußsensor nach dem ersten Aspekt der Erfindung das Dichtelement an einem vorderen Ende des Isolators vorgesehen, um den Spalt abzudecken.
Weil das Dichtelement damit auf dem vorderen Ende des Isolators angebracht ist, um den Spalt abzudecken, ist es möglich, den Spalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode zu verschließen. Daher kann nach diesem Aspekt der Erfindung Ruß mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne von Partikeln beeinflusst zu werden, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist bei dem Rußsensor nach dem zweiten Aspekt der Erfindung das Dichtelement wenigstens aus Glas und/oder Keramik gebildet.
Nach dem vorstehend beschriebenen dritten Aspekt der Erfindung ist das Dichtelement, weil es aus Glas, Keramik oder beidem gebildet ist, nicht nur kompakt, sondern auch hitzebeständig. Dementsprechend kann das Dichtelement den Spalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode einwandfrei verschließen, auch unter den hohen Heiztemperaturen in Verbindung mit dem Heizelement.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung sind bei dem Rußsensor nach dem dritten Aspekt der Erfindung das vordere Ende des Heizelements und das vordere Ende des Dichtelements in einem Abstand zwischen 3 mm und 12 mm entlang einer Außenfläche des Isolators angeordnet.
Weil die Untergrenze des Abstands oder der Entfernung zwischen dem vorderen Ende des Heizelements und dem vorderen Ende des Dichtelements entlang der Außenfläche 3 mm beträgt, kann daher sichergestellt werden, dass das Heizelement nicht zu nahe am vorderen Ende der Mittelelektrode angeordnet ist. Daher ist es möglich, die Entstehung eines Kurzschlusses des Heizelements mit der Mittelelektrode oder die Erzeugung einer Entladung zu verhindern. Außerdem kann, weil die Obergrenze des Abstands oder der Entfernung zwischen dem vorderen Ende des Heizelements und dem vorderen Ende des Dichtelements entlang der Außenfläche 12 mm beträgt, verhindert werden, dass sich Ruß auf dem Isolator und dem Dichtelement ablagert.
Nach einem fünften Aspekt der Erfindung weist der Rußsensor nach dem dritten oder vierten Aspekt der Erfindung weiter ein hohles Metallgehäuse bzw. Metallhülse auf, das den Umfang des Isolators umgibt, wobei das vordere Ende des Dichtelements näher zur hinteren Endseite des Sensors als das vordere Ende des Metallgehäuses angeordnet ist.
Weil das vordere Ende des Dichtelements näher zur hinteren Endseite des Sensors als das vordere Ende des Metallgehäuses angeordnet ist, kann daher Ruß den Isolator oder das Dichtelement schwieriger von außerhalb des Metallgehäuses erreichen, wodurch es möglich ist, die Ablagerung von Ruß auf dem Isolator oder dem Dichtelement zu verhindern.
Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung ist bei dem Rußsensor nach dem zweiten Aspekt der Erfindung das Dichtelement aus Metall gebildet.
Nach dem vorstehend beschriebenen sechsten Aspekt der Erfindung ist das Dichtelement nicht nur kompakt oder dicht, sondern auch hitzebeständig. Dementsprechend kann das Dichtelement den Spalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode einwandfrei verschließen, auch unter den hohen Heiztemperaturen in Verbindung mit dem Heizelement.
Nach einem siebten Aspekt der Erfindung ist bei dem Rußsensor nach dem ersten Aspekt der Erfindung das Dichtelement in dem Spalt an einer Position näher an der vorderen Endseite des Sensors als mindestens das Heizelement angeordnet.
Durch Anordnen des Dichtelements in dem Spalt an einer Position näher an der vorderen Endseite des Sensors als mindestens das Heizelement ist es daher möglich, den Spalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode in geeigneter Weise zu verschließen. Nach diesem Aspekt der Erfindung kann Ruß mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne von Partikeln beeinflusst zu werden, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen.
Nach einem achten Aspekt der Erfindung ist bei dem Rußsensor nach dem siebten Aspekt der Erfindung das Dichtelement wenigstens aus Glas, Keramik und/oder Metall gebildet.
Nach dem vorstehend beschriebenen achten Aspekt der Erfindung ist das Dichtelement nicht nur kompakt, sondern auch hitzebeständig. Dementsprechend kann das Dichtelement den Spalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode einwandfrei verschließen, auch unter den hohen Heiztemperaturen in Verbindung mit dem Heizelement.
Nach einem neunten Aspekt der Erfindung beträgt bei dem Rußsensor nach einem der sechsten bis achten Aspekte der Erfindung der Abstand oder die Entfernung zwischen dem vorderen Ende des Heizelements und dem vorderen Ende des Isolators entlang einer Außenfläche des Isolators zwischen 3 mm und 12 mm, das heißt nicht weniger als 3 mm und nicht mehr als 12 mm.
Wenn die Untergrenze des Abstands zwischen dem vorderen Ende des Heizelements und dem vorderen Ende des Isolators entlang der Außenfläche 3 mm beträgt, wird das Heizelement nicht zu nahe am vorderen Ende des Dichtelements oder der Mittelelektrode angeordnet. Daher ist es möglich, die Entstehung eines Kurzschlusses des Heizelements mit dem Dichtelement oder der Mittelelektrode oder die Erzeugung einer Entladung zu verhindern. Außerdem kann, wenn die Obergrenze des Abstands zwischen dem vorderen Ende des Heizelements und dem vorderen Ende des Isolators entlang der Außenfläche 12 mm beträgt, verhindert werden, dass sich Ruß auf dem Isolator ablagert.
Nach einem zehnten Aspekt der Erfindung weist der Rußsensor nach einem der sechsten bis neunten Aspekte der Erfindung weiter ein hohles Metallgehäuse auf, das den Umfang des Isolators umgibt, wobei das vordere Ende des Isolators näher an der hinteren Endseite des Sensors als das vordere Ende des Metallgehäuses angeordnet ist.
Weil das vordere Ende des Isolators näher zur hinteren Endseite des Sensors als das vordere Ende des Metallgehäuses angeordnet ist, ist es daher unwahrscheinlich, dass Ruß den Isolator von außerhalb des Metallgehäuses her erreicht, wodurch es möglich ist, die Ablagerung von Ruß auf dem Isolator zu verhindern.
Nach einem elften Aspekt der Erfindung ist bei dem Rußsensor nach einem der ersten bis zehnten Aspekte der Erfindung die Mittelelektrode die positive Seite oder die positive Elektrode.
Nach dem vorstehend beschriebenen elften Aspekt der Erfindung wird, weil die Mittelelektrode eine positive Elektrode ist, obwohl Partikel, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen (leitfähige Partikel), wie etwa Ionen, in dem Spalt zwischen dem Isolator und der Mittelelektrode erzeugt werden können, bei Verwendung des Rußsensor nach der Erfindung ein Rückgang der Entladespannung nur durch Ruß verursacht, ohne durch die leitfähigen Partikel beeinflusst zu werden. Daher kann mit dem Rußsensor nach der Erfindung Ruß mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden, ohne durch die leitfähigen Partikel beeinflusst zu werden.
Nach einem zwölften Aspekt der Erfindung weist bei dem Rußsensor nach einem der ersten bis elften Aspekte der Erfindung der Isolator an der Stelle, an der das Heizelement angeordnet ist, eine Dicke von 0,7 mm bis 3 mm auf.
Weil der Isolator daher an der Stelle, an der das Heizelement angeordnet ist, eine Dicke von mindestens 0,7 mm aufweist, ist es möglich, das Auftreten einer Spannungsentladung in Dicken- oder Querrichtung des Isolators zu verhindern, die anderenfalls auftreten würde, weil der Isolator zu dünn ist. Weil der Isolator an der Stelle, an der das Heizelement angeordnet ist, eine Dicke von höchstens 3 mm aufweist, ist es möglich, eine Zunahme der Wärmekapazität zu verhindern, die anderenfalls auftreten würde, weil der Isolator zu dick ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen derselben festgelegt oder werden daraus ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine fragmentarische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Zündkerzen-Rußsensors nach der Erfindung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in 1.
3 zeigt eine vergrößerte fragmentierte Aufsicht eines Heizelements nach der ersten Ausführungsform.
4 zeigt eine fragmentarische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Zündkerzen-Rußsensors nach der Erfindung.
5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 in 4.
6 zeigt eine fragmentarische Aufsicht ausgewählter Abschnitte eines Rußsensors nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt eine fragmentarische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt eine fragmentarische Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 zeigt einen Zündkerzen-Rußsensor nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Rußsensor besteht im Wesentlichen aus einem Metallgehäuse 110, einem Isolator 200 und einer Mittelelektrode 320.
Das Metallgehäuse 110 ist vorzugsweise aus Weichstahl gebildet und weist einen Sockelabschnitt 111, einen vorderen Endabschnitt 112 und einen Bundabschnitt 114 auf, der den Sockelabschnitt 111 und den vorderen Endabschnitt 112 verbindet.
Der vordere Endabschnitt 112 weist einen kleineren Innendurchmesser als der Sockelabschnitt 111 auf. Darüber hinaus weist der Bundabschnitt 114 auf seiner Innenumfangsfläche einen geneigten Abschnitt 113 auf, der vom Sockelabschnitt 111 nach innen zum vorderen Endabschnitt 112 hin geneigt ist, das heißt eine sich nach innen verjüngende Form beginnend am Sockelabschnitt 111 hat.
Eine Außenelektrode 120 ist an einem vorderen Ende 115 des Metallgehäuses 110 befestigt. Diese Außenelektrode 120 weist einen Verbindungsabschnitt 121 und einen Elektrodenabschnitt 122 auf. Der Verbindungsabschnitt 121 ist mit dem vorderen Ende 115 des Metallgehäuses 110 verbunden und verläuft parallel zur vertikalen Achse des vorderen Endabschnitts 112.
Der Elektrodenabschnitt 122 verläuft vom Verbindungsabschnitt 121 in radialer Richtung des Metallgehäuses 110 und ist gegenüber der Mittelelektrode 320 angeordnet, die später beschrieben wird. Es ist zu beachten, dass bei dieser ersten Ausführungsform die Außenelektrode 120 als eine negative Elektrode verwendet wird. Darüber hinaus wird zur Herstellung der Außenelektrode 120 ein Material verwendet, das üblicherweise für eine Zündkerze verwendet wird, zum Beispiel eine Nickellegierung, Iridium, Platin, Wolfram oder SUS-Stahl.
Der Isolator 200 ist aus Keramik gebildet und weist einen Sockelabschnitt 210, einen Zwischenabschnitt 220, und einen vorderen Endabschnitt 230 auf.
Der Zwischenabschnitt 220 ist so gebildet, dass er einen größeren Außendurchmesser als der Sockelabschnitt 210 und der vordere Endabschnitt 230 aufweist. Aus diesem Grund bildet oder formt die Außenumfangsfläche des Zwischenab schnitts 220 an ihren beiden axialen Endabschnitten geneigte oder sich verjüngende Abschnitte 221 und 222, die (i) zur Außenumfangsfläche des Sockelabschnitts 210 bzw. (ii) zur Außenumfangsfläche eines Abschnitts 231 mit großem Durchmesser (der später beschrieben wird) des vorderen Endabschnitts 230 geneigt sind.
Wie in 1 gezeigt, ist der vordere Endabschnitt 230 durch den Abschnitt 231 mit großem Durchmesser und einen Abschnitt 232 mit kleinem Durchmesser gebildet, die konzentrisch miteinander ausgebildet sind. Es ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform der Abschnitt 232 mit kleinem Durchmesser so gebildet ist, dass er von seinem Ende nahe dem Abschnitt 231 mit großem Durchmesser zu seinem vorderen Ende hin leicht geneigt ist oder sich verjüngt.
Bei dem Isolator 200 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist dessen vorderer Endabschnitt 230 in den vorderen Endabschnitt 112 des Metallgehäuses 110 eingesteckt, und der Abschnitt 231 mit großem Durchmesser ist in den vorderen Endabschnitt 112 des Metallgehäuses 110 eingesteckt. Darüber hinaus ist der Zwischenabschnitt 220 des Isolators 200 in den Sockelabschnitt 111 und den Bundabschnitt 114 des Metallgehäuses 110 eingepasst, und der geneigte Abschnitt 222 wird mit Hilfe einer Dichtung 116 auf dem geneigten Abschnitt 113 des vorderen Endabschnitts 112 gehalten. Folglich ist der Isolator 200 in dem Metallgehäuse 110 koaxial gestützt. Es ist zu beachten, dass ein Öffnungsabschnitt 117 des Sockelabschnitts 111 des Metallgehäuses 110 vorzugsweise durch Abdichten mit dem geneigten Abschnitt 221 des Zwischenabschnitts 220 des Isolators 200 in Eingriff steht.
Die Mittelelektrode 320 ist an ihrem Sockelende 311 mit einer Hochspannungsschaltung (nicht gezeigt) verbunden, und ein leitendes Element 310 ist so ausgebildet, dass es einen Umfangsabschnitt des Sockelendes 311 abdeckt.
Wie in 1 und 2 gezeigt, verläuft die Mittelelektrode 320 vom vorderen Endabschnitt 230 des Isolators 200 zum Elektrodenabschnitt 122 der Außenelektrode 120. Darüber hinaus ist ein Spalt 233 zwischen der Außenumfangsfläche der Mittelelektrode 320 und der Innenumfangsfläche des zylindrischen Elements 200 gebildet.
Die Mittelelektrode 320 weist ein vorderes Ende 321 auf, das dem vorderen Ende des Isolators 200 übersteht, und das vordere Ende 321 ist gegenüber dem Elektrodenabschnitt 122 der Außenelektrode 120 angeordnet und von diesem durch eine Funkenstrecke 322 von 0,5 mm bei dieser Ausführungsform getrennt.
Es ist zu beachten, dass die Spitze des vorderen Endes 321 der Mittelelektrode 320 verjüngt ist und dass bei dieser Ausführungsform der gebildete Scheitelwinkel 60 Grad beträgt. Darüber hinaus beträgt der Außendurchmesser (ohne den verjüngten Abschnitt an der Spitze) des vorderen Endabschnitts 321 der Mittelelektrode 320 bei dieser Ausführungsform 2 mm. Die Mittelelektrode 320 wird als eine positive Elektrode verwendet.
Wenn bei dem Rußsensor nach dieser ersten Ausführungsform eine Hochspannung von der Hochspannungsschaltung an die Außenelektrode 120 und die Mittelelektrode 320 angelegt wird, entladen sich die Außenelektrode 120 und die Mittelelektrode 320 zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321, die sich einander gegenüberliegen. Dabei wird die an den Elektrodenabschnitt 122 und das vordere Ende 321 angelegte Spannung als die Spannung zum Zeitpunkt der Entladung (nachstehend auch als Entladespannung bezeichnet) erfasst. Es ist zu beachten, dass, wie vorstehend beschrieben, diese Entladespannung abnimmt, wenn Ruß zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321 vorhanden ist.
Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Hochspannung auf eine Spannung von zum Beispiel 10 kV eingestellt, um eine Entladung zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321 durch dielektrisches Durchschlagen der Luft zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321 unter der Voraussetzung der vorstehend genannten Funkenstrecke 322 zu ermöglichen.
Wie in 1 gezeigt, weist der Isolator 200 des Rußsensors nach dieser ersten Ausführungsform eine Heizvorrichtung 400 auf, die um den gesamten Umfang einer Außenfläche 235 des Abschnitts 232 mit kleinem Durchmesser des Isolators 200 verläuft.
Die Heizvorrichtung 400 bewirkt eine Heizreinigung des Elektrodenabschnitts 122 und des vorderen Endes 321 durch Erwärmen des Isolators 200 und dient zur Verhinderung möglicher Kurzschlüsse aufgrund von Rußablagerungen auf dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die Heizvorrichtung 400 zwei Aluminiumoxidlagen 410 und 420 und ein Heizelement 430. Das Heizelement 430 weist einen bandförmigen äußeren Heizwiderstandsabschnitt 431, einen bandförmigen inneren Heizwiderstandsabschnitt 432 sowie positive und negative „beidseitige" Elektrodenflächen 433 und 434 auf. Die Heizwiderstandsabschnitte 431 und 432 und die Elektrodenflächen 433 und 434 sind jeweils durch Aufdrucken und Brennen einer Platinpaste auf der Aluminiumoxidlage 410 mit einem Muster wie in 3 gebildet.
Darüber hinaus ist die positiv-seitige Elektrodenfläche 433 mit den jeweiligen Endabschnitten auf der einen Seite (i) des äußeren Heizwiderstandsabschnitts 431 und (ii) des inneren Heizwiderstandsabschnitts 432 verbunden und dient als positiver Anschluss der Heizvorrichtung 400. In gleicher Weise ist die negativ-seitige Elektrodenfläche 434 mit den jeweiligen Endabschnitten auf der anderen Seite (i) des äußeren Heizwiderstandsabschnitts 431 und (ii) des inneren Heizwiderstandsabschnitts 432 verbunden und dient als negativer Anschluss der Heizvorrichtung 400.
Die Aluminiumoxidlage 420 ist durch Druck-Bonden auf einer Innenfläche der Aluminiumoxidlage 410 mit dem Heizelement 430 dazwischen aufgebracht. Diese Aluminiumoxidlage 420 weist Durchgangslöcher 421 und 422 auf. Das Durchgangs loch 421 ist entsprechend, das heißt in Übereinstimmung mit einem mittleren Abschnitt der positiv-seitigen Elektrodenfläche 433 angeordnet, während das Durchgangsloch 422 entsprechend einem mittleren Abschnitt der negativ-seitigen Elektrodenfläche 434 angeordnet ist.
Wenn sich so viel Ruß auf dem Isolator 200 angesammelt hat, dass die einwandfreie Entladung zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321 beeinträchtigt ist, beginnt in der Heizvorrichtung 400 mit diesem Aufbau das Heizelement 430 sich in Reaktion auf das Anlegen einer Heizvorrichtungsspannung (von zum Beispiel 15 V) daran aus einer Heizvorrichtungstreiberschaltung (nicht gezeigt) zu erwärmen und führt eine Heizreinigung durch. Es ist zu beachten, dass diese Heizreinigung unter Bedingungen erfolgt, bei denen das Anlegen einer Hochspannung von der vorstehend genannten Hochspannungsschaltung (nicht gezeigt) an den Elektrodenabschnitt 122 und das vordere Ende 321 beendet ist.
Darüber hinaus weist, wie in 1 gezeigt, der Rußsensor nach dieser ersten Ausführungsform positive und negative „beidseitige" Zuleitungen 500 und 600 für die Heizvorrichtung 400 und eine Glasschicht 530 für diese positiven und negativen beidseitigen Zuleitungen 500 und 600 auf.
Die positiv-seitige Zuleitung 500 weist einen Axialleitungsabschnitt 510 und einen Umfangsleitungsabschnitt 520 auf. Der Axialleitungsabschnitt 510 ist so auf dem Isolator 200 vorgesehen, dass er in Achsenrichtung verläuft (siehe 1), und ein vorderes Ende 511 des Axialleitungsabschnitts 510 ist auf der Elektrodenfläche 433 (siehe 3) der Heizvorrichtung 400 angeordnet.
Darüber hinaus ist der Umfangsleitungsabschnitt 520 über den gesamten Umfang des Sockelabschnitts 210 des Isolators 200 vorgesehen.
Die negativ-seitige Zuleitung 600 ist auf dem Isolator 200 durch die Glasschicht 530 vorgesehen, und diese nega tiv-seitige Zuleitung 600 weist einen Axialleitungsabschnitt 610 und einen Umfangsleitungsabschnitt 620 auf.
Das vordere Ende 611 des Axialleitungsabschnitts 610 ist auf der Elektrodenfläche 434 der Heizvorrichtung 400 angeordnet und verläuft in Achsenrichtung des vorderen Endabschnitts 230 des Isolators 200 (siehe 1).
Der Umfangsleitungsabschnitt 620 verläuft in Umfangsrichtung um den geneigten Abschnitt 222 des Zwischenabschnitts 220 des Isolators 200. Es ist zu beachten, dass der Umfangsleitungsabschnitt 620 getrennt vom Axialleitungsabschnitt 510 durch die Glasschicht 530 vorgesehen ist, die nachstehend beschrieben wird.
Die Glasschicht 530 ist über den gesamten Umfang der Außenfläche 235 des Isolators 200 so vorgesehen, dass sie von einem hinteren Ende der Heizvorrichtung 400 zum Sockelabschnitt 210 über den Zwischenabschnitt 220 verläuft und den Axialleitungsabschnitt 510 (ohne das vordere Ende 511) bedeckt.
Darüber hinaus weist der Rußsensor nach dieser ersten Ausführungsform ein Dichtungselement 700 auf, wie in 1 und 2 gezeigt. Dieses Dichtungselement 700 ist aus einem nachstehend beschriebenen Dichtungsmaterial gebildet und weist die Querschnittsform eines hohlen Kegelstumpfs auf. Das Element 700 stößt gegen eine Außenumfangsfläche des vorderen Endes 321 der Mittelelektrode 320 und ein vorderes Ende 234 des vorderen Endabschnitts 230 des Isolators 200. Außerdem sind eine Bodenfläche 701 des Dichtungselements 700 und die Außenumfangsfläche des vorderen Endes 321 der Mittelelektrode 320 sowie eine Innenumfangsfläche 702 des Dichtungselements 700 und das vordere Ende 234 des vorderen Endabschnitts 230 des Isolators 200 in engem, luftdichtem Kontakt miteinander.
Bei der ersten Ausführungsform wird das Dichtungselement 700 wie folgt gebildet: Zunächst wird ein Glaspulver (hergestellt zum Beispiel von der Asahi Glass Co., Ltd.), dessen Hauptbestandteile SiO₂, B₂O₃ und ZnO sind, als das vorstehend genannte Dichtungsmaterial hergestellt. Dieses Glaspulver wird zu einer Paste verarbeitet, um eine Glaspulverpaste zu erhalten. Diese Glaspulverpaste ist sehr kompakt oder dicht und weist eine hohe Wärmebeständigkeit auf. Es ist zu beachten, dass die Kompaktheit oder Dichte der Paste einen solchen Umfang oder Charakter aufweist, dass das Dichtelement 700 das Durchtreten von Ionen verhindern kann. Darüber hinaus ist die Wärmebeständigkeit so hoch, dass das Dichtelement 700 den hohen Heiztemperaturen (zum Beispiel 500 bis 700°C) der Heizvorrichtung 400 widerstehen kann.
Die wie vorstehend beschrieben hergestellte Glaspulverpaste wird auf der Außenumfangsfläche des vorderen Endes 321 der Mittelelektrode 320 und dem vorderen Ende 234 des vorderen Endabschnitts 230 des Isolators 200 aufgebracht, um eine Querschnittsform entsprechend einem Kegelstumpf anzunehmen oder zu bilden, und wird unter vorbestimmten Betriebsbedingungen (Brennbedingungen) gebrannt.
Auf diese Weise wird mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren der Spalt 233 zwischen dem Isolator 200 und der Mittelelektrode 320 mit dem Dichtelement 700 verschlossen. Die am Elektrodenabschnitt 122 der Außenelektrode 120 und am vorderen Ende 321 der Mittelelektrode 320 erzeugte Entladespannung wird nur durch Ruß beeinflusst, das heißt verringert, ohne durch die vorstehend genannten Partikel beeinflusst zu werden, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen (leitfähige Partikel). Folglich kann mit dem Rußsensor nach dieser ersten Ausführungsform der Ruß mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne durch leitfähige Partikel beeinflusst zu werden.
Die Rußempfindlichkeit des Rußsensors nach dieser ersten Ausführungsform wurde im Vergleich mit Rußsensoren aus Vergleichsbeispielen, welche nicht den Dichtungsabschnitt nach der vorliegenden Erfindung aufweisen, gemessen.
Für die Messung wurde ein Rußgenerator GFG-1000 (erzeugte Rußmenge: 3 mg/m³) verwendet, hergestellt von der Palas GmbH, Deutschland. Eine Messschaltung war so aufgebaut, dass eine Hochspannung von der Hochspannungsschaltung (nicht gezeigt) zwischen die Mittelelektrode und die Außenelektrode angelegt wurde, und die zwischen der Mittelelektrode und der Außenelektrode erzeugte Entladespannung wurde mit einem Oszilloskop gemessen. Die Messung wurde für jeden Rußsensor hundert Mal durchgeführt, und die Rußempfindlichkeit wurde anhand des Durchschnittswerts der jeweiligen Messergebnisse bestimmt.
Die Rußempfindlichkeit ist definiert durch die Differenz der Entladespannung zwischen (i) einer Entladespannung am Elektrodenabschnitt 122 und am vorderen Ende 321, wenn sich kein Ruß zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321 befindet, und (ii) der Entladespannung am Elektrodenabschnitt 122 und am vorderen Ende 321, wenn sich Ruß zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321 befindet.
Nach der vorstehend beschriebenen Messung betrug die Rußempfindlichkeit des Rußsensors nach dem Vergleichsbeispiel 0 V. Im Gegensatz dazu betrug die Rußempfindlichkeit des Rußsensors nach dieser ersten Ausführungsform 1.600 V. Dies ist darauf zurückzuführen, dass nach einer nachstehend beschriebenen Annahme bei den Rußsensoren nach den Vergleichsbeispielen ein großer Einfluss von Ionen vorliegt.
Wenn eine Hochspannung zwischen die Außenelektrode 120 und die Mittelelektrode 320 des Rußsensors angelegt wird, steigt die zwischen der Außenelektrode 120 und der Mittelelektrode 320 erzeugte Spannung während einer Zeit von mehreren Zehn Mikrosekunden auf die vorstehend genannte Hochspannung an. Während dieses Spannungsanstiegs wird die Luft in der Atmosphäre des Entladungsabschnitts 322 dielektrisch durchschlagen und es kommt zur Entladung. Diese Entladung erfährt im Prinzip einen Übergang zu einer Townsend-Ent ladung, zu einer Corona-Entladung und weiter zu einem Funkenüberschlag.
Bei dem vorstehend beschriebenen Rußsensor ist die Heizvorrichtung 400 in derselben Weise wie die Außenelektrode 120 mit dem Metallgehäuse 110 verbunden. Der Widerstandswert des Heizelements 430 der Heizvorrichtung 400 beträgt im Allgemeinen mehrere Ohm. Aus diesem Grund wird angenommen oder erwogen, dass die Heizvorrichtung 400 im Wesentlichen dasselbe Potenzial (Massepotenzial) wie das Metallgehäuse 110 hat.
Daher wird, wenn eine Hochspannung an die Außenelektrode 120 und die Mittelelektrode 320 angelegt wird, die vorbestimmte Hochspannung auch zwischen die Heizvorrichtung 400 und die Mittelelektrode 320 über den Isolator 200 und den Spalt 233 zwischen diesem Isolator 200 und der Mittelelektrode 320 angelegt. Aus diesem Grund wird auch angenommen, dass eine Entladung am vorderen Endabschnitt 230 des Isolators 200 und an der Mittelelektrode 320 erfolgt.
Wenn eine solche Entladung zum Beispiel zu einer Corona-Entladung übergeht oder wird, wirkt diese Corona-Entladung zwischen dem Heizelement 430 der Heizvorrichtung 400 und der Mittelelektrode 320 durch eine Umfangswand des vorderen Endabschnitts 230 des Isolators 200. Aus diesem Grund wird angenommen, dass das Gas zwischen dem vorderen Endabschnitt 230 des Isolators 200 und der Mittelelektrode 320 ionisiert ist, das heißt Ionen erzeugt.
Es wird angenommen, dass die Ionen dann vom Inneren des vorderen Endabschnitts 230 des Isolators 200 zur vorderen Endseite 321 der Mittelelektrode 320 wandern und elektrisch als Partikel wirken, die zur elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321 in derselben Weise wie Ruß beitragen.
Dies bedeutet, dass, auch wenn die Atmosphäre zwischen dem Elektrodenabschnitt 122 und dem vorderen Ende 321 keinen Ruß, sondern nur Ionen enthält, ein Entladungsphänomen erzeugt wird, das dem Fall ähnlich ist, wenn die Atmosphäre Ruß enthält. Mit anderen Worten, das Vorhandensein von Ruß wird fälschlicherweise aus dem Vorhandensein der Ionen erfasst, auch wenn kein Ruß vorhanden ist. Daher besteht kein Unterschied in der Entladespannung unabhängig von dem Vorhandensein oder Fehlen von Ruß, und die Genauigkeit der Rußerfassung ist schlecht.
Im Gegensatz dazu ist mit dem Rußsensor nach dieser ersten Ausführungsform die Erfassung von Ruß mit ausreichender Genauigkeit möglich, ohne von leitfähigen Ionen beeinflusst zu werden, wie vorstehend beschrieben.
Bei dieser ersten Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird angenommen, dass der Rußsensor in einer wichtigen Anwendung in einer Abgasleitung eines Dieselmotors angebracht wird, so dass er dem Inneren der Abgasleitung ausgesetzt ist.
Wenn das Erfassungsausgangssignal des Rußsensors nach dieser ersten Ausführungsform verwendet wird, kann zum Beispiel die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung eines Dieselmotors mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, und die Verschlechterung eines Dieselpartikelfilters (DPF) zum Zurückhalten der von einem Dieselmotor ausgestoßenen Partikel kann ebenso exakt und ordnungsgemäß erfasst werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des Ergebnisses der Integration der Rußkonzentrationen, die die Erfassungsausgangssignale des Rußsensors sind, die Abschätzung des richtigen Zeitpunkts für die Regenerierung des DPF.
Weiter ist zu beachten, dass es bei dieser ersten Ausführungsform, weil das Dichtelement 700 am vorderen Ende 234 des Isolators 200 so angebracht ist, dass es den Spalt 233 verschließt, möglich ist, den Spalt 233 zwischen dem Isolator 200 und der Mittelelektrode 320 zu verschließen. Daher kann mit dem Rußsensor nach dieser ersten Ausführungsform Ruß mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne durch Partikel beeinflusst zu werden, die zur elektrischen Leitfähigkeit beitragen (leitfähige Partikel).
Es ist auch zu beachten, dass bei dieser ersten Ausführungsform, weil das Dichtelement 700 aus Glas gebildet ist, eine gute Wärmebeständigkeit erzielt wird, zusätzlich zu Kompaktheit oder Dichte. Daher kann das Dichtelement 700 den Spalt zwischen dem Isolator 200 und der Mittelelektrode 320 einwandfrei verschließen, auch unter den hohen Heiztemperaturen in Verbindung mit dem Heizelement 430.
Bei dieser ersten Ausführungsform beträgt der Abstand oder die Entfernung zwischen einem vorderen Ende 705 des Dichtelements 700 und einem vorderen Ende 435 (siehe 3) des äußeren Heizwiderstandsabschnitts 431 bei Messung entlang der Außenfläche 235 des Isolators 200 4 mm.
Im Allgemeinen wird, wenn die Untergrenze des Abstands zwischen dem vorderen Ende 435 des äußeren Heizwiderstandsabschnitts 431 und dem vorderen Ende 705 des Dichtelements 700 entlang der Außenfläche 235 des Isolators 200 auf 3 mm oder mehr festgelegt ist, das Heizelement 430 nicht zu nahe am vorderen Ende 321 der Mittelelektrode 320 angeordnet. Daher ist es möglich, ein Kurzschliessen der Mittelelektrode 320 durch das Heizelement 430 bzw. die Erzeugung einer Entladung zu verhindern. Außerdem kann, wenn die Obergrenze des Abstands zwischen dem vorderen Ende 435 des äußeren Heizwiderstandsabschnitts 431 und dem vorderen Ende 705 des Dichtelements 700 entlang der Außenfläche 235 des Isolators 200 auf 12 mm oder weniger festgelegt ist, verhindert werden, dass sich Ruß auf dem Isolator 200 und dem Dichtelement 700 ablagert.
Bei dieser Ausführungsform weist der Isolator 200 vorzugsweise eine Dicke von 1 mm an der Stelle auf, an der das Heizelement 430 angeordnet ist. Weil der Isolator 200 daher an der Stelle, an der das Heizelement 430 angeordnet ist, eine Dicke von nicht weniger als 0,7 mm aufweist, ist es möglich, das Auftreten einer Entladung in Dicken- oder Querrichtung des Isolators 200 zu verhindern, während der Isolator 200 ansonsten zu dünn ist. Weil der Isolator 200 an der Stelle, an der das Heizelement 430 angeordnet ist, eine Dicke von nicht mehr als 3 mm aufweist, ist es außerdem möglich, eine Zunahme der Wärmekapazität zu verhindern, während der Isolator 200 anderenfalls zu dick ist.
Zweite Ausführungsform
4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Zündkerzen-Rußsensors nach der Erfindung. Der Rußsensor nach dieser zweiten Ausführungsform weist einen Aufbau auf, bei dem ein zylindrisches Dichtelement 710 verwendet wird, anstelle des Aufbaus des Dichtelements 700 des Rußsensors nach der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
Das Dichtelement 710 ist aus einem Dichtungsmaterial ähnlich dem bei der ersten Ausführungsform mit einer zylindrischen Form gebildet und konzentrisch in dem Spalt 233 zwischen der Mittelelektrode 320 und dem Isolator 200 angeordnet.
Folglich sind die Innenumfangsfläche 711 und die Außenumfangsfläche 712 des Dichtungselements 710 in engem, luftdichtem Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Mittelelektrode 320 bzw. der Innenumfangsfläche des Isolators 200. Die Axiallänge des Dichtelements 710 entspricht der Axiallänge des vorderen Endabschnitts 230 des Isolators 200.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wird das Dichtelement 710 wie folgt gebildet: Die bei der ersten Ausführungsform beschriebene Glaspulverpaste wird in den Spalt 233 zwischen der Mittelelektrode 320 und dem zylindrischen Element 200 eingefüllt und unter den vorbestimmten Brennbedingungen gebrannt, wie vorstehend in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform mit diesem Aufbau ist das Dichtelement 710 so angebracht, dass es in engem, luftdichtem Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Mittelelektrode 320 und der Innenumfangsfläche des Isolators 200 ist. Dieses Dichtelement 710 ist so gebildet, dass es näher an der vorderen Endseite des Sensors ist als das Heizelement 430.
Daher werden in der gleichen Weise, wie vorstehend für die erste Ausführungsform beschrieben, auch wenn es zu einer Entladung zwischen dem Heizelement 430 und der Mittelelektrode 320 kommt und Ionen in dem Spalt 233 am vorderen Endabschnitt 230 des Isolators 200 erzeugt werden, diese Ionen durch das Dichtelement 710 in geeigneter Weise in dem Spalt 233 am vorderen Endabschnitt 230 des Isolators 200 eingeschlossen.
Daher können die Ionen nicht zum Entladungsabschnitt 322 wandern. Folglich kann auch mit dieser zweiten Ausführungsform Ruß mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne durch die Ionen beeinflusst zu werden, in der gleichen Weise wie vorstehend für die erste Ausführungsform beschrieben.
Darüber hinaus wird bei dieser zweiten Ausführungsform, weil das Dichtelement 710 aus Glas gebildet ist, eine gute Wärmebeständigkeit erzielt, zusätzlich zu Dichte oder Kompaktheit. Daher kann das Dichtelement 710 den Spalt zwischen dem Isolator 200 und der Mittelelektrode 320 einwandfrei verschließen, auch unter den hohen Heiztemperaturen, die mit dem Heizelement 430 verbunden sind.
Bei dieser zweiten Ausführungsform beträgt der Abstand oder die Entfernung zwischen dem vorderen Ende 234 des Isolators 200 und dem vorderen Ende 435 (siehe 3) des äußeren Heizwiderstandsabschnitts 431 bei Messung entlang der Außenfläche 235 des Isolators 200 vorzugsweise 4 mm.
Wie vorstehend beschrieben, ist, wenn die Untergrenze des Abstands zwischen dem vorderen Ende 435 des äußeren Heizwiderstandsabschnitts 431 und dem vorderen Ende 234 des Isolators 200 entlang der Außenfläche 235 des Isolators 200 auf 3 mm oder mehr festgelegt ist, das Heizelement 430 nicht zu nahe am vorderen Ende 321 der Mittelelektrode 320 angeordnet. Daher ist es möglich, ein Kurzschliessen des Heizelements 430 mit der Mittelelektrode 320 oder die Erzeugung einer Entladung zu verhindern. Außerdem kann, wenn die Obergrenze des Abstands zwischen dem vorderen Ende 435 des äußeren Heizwiderstandsabschnitts 431 und dem vorderen Ende 234 des Isolators 200 entlang der Außenfläche 235 des Isolators 200 auf 12 mm oder weniger festgelegt ist, verhindert werden, dass sich Ruß auf dem Isolator 200 ablagert.
Bei dieser Ausführungsform weist der Isolator 200 vorzugsweise eine Dicke von 1 mm an der Stelle auf, an der das Heizelement 430 angeordnet ist. Weil der Isolator 200 daher an der Stelle, an der das Heizelement 430 angeordnet ist, eine Dicke von nicht weniger als 0,7 mm aufweist, ist es möglich, das Auftreten einer Entladung in Dicken- oder Querrichtung des Isolators 200 zu verhindern, während der Isolator 200 ansonsten zu dünn ist und eine Entladung auftreten kann. Weil der Isolator 200 an der Stelle, an der das Heizelement 430 angeordnet ist, eine Dicke von nicht mehr als 3 mm aufweist, ist es außerdem möglich, eine Zunahme der Wärmekapazität zu verhindern, während der Isolator 200 anderenfalls zu dick ist und eine Zunahme der Wärmekapazität auftreten kann.
Dritte Ausführungsform
6 zeigt ausgewählte Abschnitte einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser dritten Ausführungsform wird eine Heizvorrichtung 800 anstelle der Heizvorrichtung 400 nach der vorstehend beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform verwendet.
Die Heizvorrichtung 800 wird zur Durchführung der Heizreinigung verwendet, wie vorstehend für die erste oder zweite Ausführungsform beschrieben. In gleicher Weise wie die Heizvorrichtung 400 ist die Heizvorrichtung 800 am gesamten Umfang des Abschnitts 232 mit kleinem Durchmesser des vorderen Endabschnitts 230 des Isolators 200 angebracht, das heißt sie erstreckt sich über diesen, wie vorstehend für die erste oder zweite Ausführungsform beschrieben.
Wie in 6 gezeigt, weist die Heizvorrichtung 800 zwei Aluminiumoxidlagen 810 und 820 und ein Heizelement 830 auf. Das Heizelement 830 weist zwei Leitungsabschnitte 831 und 832, drei Heizwiderstandsabschnitte 833, 834 und 835 sowie positive und negative „beidseitige" Elektrodenflächen 836 und 837 auf (siehe 6).
Die drei Heizwiderstandsabschnitte 833, 834 und 835 verlaufen parallel zueinander entlang einer Innenfläche der Aluminiumoxidlage 810 zwischen den beiden Leitungsabschnitten 831 und 832, und die Heizwiderstandsabschnitte 833, 834 und 835 sind an beiden Enden mit den beiden Leitungsabschnitten 831 und 832 verbunden. Es ist zu beachten, dass bei dieser dritten Ausführungsform die jeweiligen Heizwiderstandsabschnitte 833, 834 und 835 mit einem Wellenmuster gebildet sind, das abwechselnd nach oben und nach unten vorstehende Abschnitte aufweist, wie in 6 gezeigt.
Die positiven und negativen „beidseitigen" Elektrodenflächen 836 und 837 sind auf der Innenfläche der Aluminiumoxidlage 810 durch jeweils gegenüberliegende Enden der beiden Leitungsabschnitte 831 und 832 gebildet.
Die Aluminiumoxidlage 820 ist durch Druck-Bonden auf der Innenfläche der Aluminiumoxidlage 810 mit dem Heizelement 830 dazwischen aufgebracht. Durchgangslöcher 821 und 822 sind in dieser Aluminiumoxidlage 820 an Stellen gebildet, die den jeweiligen mittleren Abschnitten der beiden Elektrodenflächen 836 und 837 entsprechen.
Vierte Ausführungsform
7 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser vierten Ausführungsform ist das bei der ersten Ausführungsform beschriebene Metallgehäuse 110 wie folgt aufgebaut.
Wie in 7 gezeigt, ist das vordere Ende 705 des Dichtelements 700 hinter dem vorderen Ende 115 des Metallgehäuses 110 angeordnet. Außerdem ist der vordere Endabschnitt 112 des Metallgehäuses 110 so angeordnet, das heißt so aufgebaut, dass er den vorderen Endabschnitt 230 des Isolators 200 umgibt.
Bei diesem Aufbau ist der vordere Endabschnitt 230 des Isolators 200, zusammen mit dem Dichtelement 700, auf der inneren Seite des Metallgehäuses 110 angeordnet. Daher kann Ruß nur schwer in das Metallgehäuse 110 wandern, und es ist unwahrscheinlich, dass der vordere Endabschnitt 230 des Isolators 200 und das Dichtelement 700 einer erheblichen Menge Ruß ausgesetzt werden. Somit kann der vordere Endabschnitt 230 des Isolators 200, zusammen mit dem Dichtelement 700, gegen Ruß isoliert werden.
Fünfte Ausführungsform
8 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser fünften Ausführungsform ist das bei der ersten Ausführungsform beschriebene Metallgehäuse 110 wie folgt aufgebaut.
Wie in 8 gezeigt, ist das vordere Ende 234 des Isolators 200 hinter dem vorderen Ende 115 des Metallgehäuses 110 angeordnet. Außerdem ist der vordere Endabschnitt 112 des Metallgehäuses 110 so angeordnet, das heißt so aufgebaut, dass er den vorderen Endabschnitt 230 des Isolators 200 umgibt.
Bei diesem Aufbau ist der vordere Endabschnitt 230 des Isolators 200 auf der inneren Seite des Metallgehäuses 110 angeordnet. Daher kann Ruß nur schwer in das Metallgehäuse 110 wandern, und die Ablagerung von Ruß auf dem vorderen Endabschnitt 230 des Isolators 200 wird wirksam verhindert. Somit kann der vordere Endabschnitt 230 des Isolators 200 gegen Ruß isoliert werden.
Es ist zu beachten, dass die Erfindung in ihrer Implementierung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und zum Beispiel die folgenden unterschiedlichen Modifikationen daran vorgenommen werden können.
Erstens muss das zum Bilden des Dichtelements 700 oder 710 verwendete Material eine hohe Dichte oder Kompaktheit und eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen, um die genannte Abdichtung für Ionen in den Isolator 200 und die genannte Wärmebeständigkeit gegen die Heiztemperaturen (zum Beispiel 500 bis 700°C) in Verbindung mit den Heizvorrichtungen 400 und 800 zu ermöglichen. Das zum Bilden des Dichtelements 700 oder 710 verwendete Material ist jedoch nicht auf die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Materialien beschränkt, und jedes Material kann als Material für das Dichtelement verwendet werden, solange es diese Anforderungen erfüllt. So kann zum Beispiel Keramik als Material zum Bilden des Dichtelements verwendet werden.
Außerdem kann ein Metall als Material zum Bilden des Dichtelements 700 nach der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform verwendet werden. Es ist jedoch zu beachten, dass der Abstand oder die Entfernung zwischen dem vorderen Ende 435 des Heizelements 430 und dem vorderen Ende 234 des Isolators 200 entlang der Außenfläche 235 des Isolators 200, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise nicht weniger als 3 mm und nicht mehr als 12 mm beträgt. Daher ist, weil die Untergrenze des Abstands zwischen dem vorderen Ende 435 des Heizelements 430 und dem vorderen Ende 234 des Isolators 200 entlang der Außenfläche 235 mindestens 3 mm beträgt, das Heizelement 430 nicht zu nahe an dem Dichtelement 700 angeordnet. Daher ist es möglich, ein Kurzschliessen des Heizelements 430 mit dem Dichtelement 700 oder die Erzeugung einer Entladung zu verhindern. Außerdem kann, weil die Obergrenze des Abstands zwischen dem vorderen Ende 435 des Heizelements 430 und dem vorderen Ende 235 des Isolators 200 entlang der Außenfläche höchstens 12 mm beträgt, verhindert werden, dass sich Ruß auf dem Isolator 200 ablagert.
Darüber hinaus ist bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform in der Abänderung, bei der ein Metall als Material zum Bilden des Dichtelements 700 verwen det wird, das vordere Ende 234 des Isolators 200 vorzugsweise näher an der hinteren Endseite der Sensorvorrichtung angeordnet als das vordere Ende 115 des Metallgehäuses 110. Weil das vordere Ende 234 des Isolators 200 näher an der hinteren Endseite als das vordere Ende 115 des Metallgehäuses 110 angeordnet ist, kann Ruß von außerhalb des Metallgehäuses 110 nur schwer zum Isolator 200 gelangen, wodurch verhindert werden kann, dass sich Ruß auf dem Isolator 200 ablagert.
Es ist zu beachten, dass ein Kunststoff als Material zum Bilden des Dichtelements 700 oder 710 verwendet werden kann, wenn die Heiztemperaturen der Heizvorrichtung 400 und 800 nicht zu hoch sind.
In einer weiteren Modifikation ist die Form jedes der Heizwiderstandsabschnitte der Heizvorrichtung nicht auf die Muster des jeweiligen Heizwiderstandsabschnitts der Heizvorrichtung 400 oder 800 beschränkt und kann nach Belieben oder Bedarf geändert werden.
In einer weiteren Modifikation kann die Heizvorrichtung 400 oder 800 nicht an dem gesamten Umfang des vorderen Endabschnitts 230 des zylindrischen Elements 200 angebracht sein, das heißt diesen bedecken, sondern so angeordnet sein, dass sie nur an einem Teil des gesamten Umfangs angebracht ist oder diesen bedeckt.
In noch einer weiteren Modifikation kann eine Anordnung vorgesehen werden, bei der der Entladungsabschnitt zwischen der Mittelelektrode und der Innenwand eines Rohrs gebildet ist, in dem der Rußsensor angeordnet ist, und die Außenelektrode braucht nicht verwendet zu werden bzw. kann weggelassen werden.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung JP 2006-182915 vom 3. Juli 2006 und der japanischen Patentanmeldung JP 2007-123035 vom 8. Mai 2007, deren gesamter Inhalt hiermit aufgenommen wird, so als sei er vollständig hierin niedergelegt.
Obwohl die Erfindung vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben worden ist, ist für den Fachmann ersichtlich, dass andere Variationen und Modifikationen an diesen bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Gedanken der Erfindung abzuweichen. Die Patentansprüche sind als erster nicht einschränkender Ansatz zur allgemeinen Beschreibung der Erfindung anzusehen.

Claims

Rußsensor, aufweisend eine Mittelelektrode (320), die in Achsenrichtung verläuft, einen zylindrischen Isolator (200), der den Umfang der Mittelelektrode (320) umgibt und von dem ein vorderes Ende (321) der Mittelelektrode (320) vorsteht, wobei der Isolator (200) ein Heizelement (430, 830) umfasst, und ein Dichtelement (700, 710), das einen Spalt (233) zwischen dem Isolator (200) und der Mittelelektrode (320) verschließt.
Rußsensor nach Anspruch 1, wobei das Dichtelement (700) auf einem vorderen Ende (234) des Isolators (200) angebracht ist, um den Spalt (233) zu bedecken.
Rußsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Dichtelement (700) wenigstens aus Glas und/oder Keramik besteht.
Rußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein vorderes Ende (435, 833) des Heizelements (430, 830) und ein vorderes Ende (705) des Dichtelements (700) entlang einer Außenfläche des Isolators (200) in einem Abstand zwischen 3 mm und 12 mm voneinander angeordnet sind.
Rußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter aufweisend ein hohles Metallgehäuse (110), das den Umfang des Isolators (200) umgibt, wobei ein vorderes Ende (705) des Dichtelements (700) näher zu einer hinteren Endseite des Sensors angeordnet ist als das vordere Ende (115) des Metallgehäuses (110).
Rußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Dichtelement (700) aus einem Metall besteht.
Rußsensor nach Anspruch 1, wobei das Dichtelement (710) in dem Spalt an einer Position näher zu einer vorderen Endseite des Sensors angeordnet ist als mindestens das Heizelement.
Rußsensor nach Anspruch 7, wobei das Dichtelement (710) wenigstens aus Glas, Keramik und/oder Metall besteht.
Rußsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ein vorderes Ende (435, 833) des Heizelements (430, 830) und ein vorderes Ende (234) des Isolators (200) entlang einer Außenfläche des Isolators (200) in einem Abstand zwischen 3 mm und 12 mm voneinander angeordnet sind.
Rußsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, weiter aufweisend ein hohles Metallgehäuse (110), das den Umfang des Isolators (200) umgibt, wobei ein vorderes Ende des Isolators näher zu einer hinteren Endseite des Sensors angeordnet ist als das vordere Ende (115) des Metallgehäuses (110).
Rußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Mittelelektrode eine positive Elektrode aufweist.
Rußsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Isolator an einer Stelle, an der das Heizelement angeordnet ist, eine Dicke zwischen 0,7 mm und 3 mm aufweist.