DE102008041837B4

DE102008041837B4 - Gassensor zur Erfassung einer Gaskonzentration unter Verwendung eines festen Elektrolytbauelements

Info

Publication number: DE102008041837B4
Application number: DE102008041837.4A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Kobayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2028-09-06
Also published as: DE102008041837A1

Abstract

Gassensor mit einer Längsrichtung und einer Flächenquerschnittsrichtung, die senkrecht zu der Längsrichtung des Gassensors ist, wobei der Gassensor aufweist:- ein Gassensorelement, das versehen ist mit:einer Sensorplatte, undeiner Heizerplatte, die aus einem Keramikkörper mit elektrischer Isolierung besteht,wobei die Sensorplatte ein festes Elektrolytbauelement mit Sauerstoffionenleitfähigkeit umfasst, wobei die Heizerplatte einen Heizer zur Erzeugung von Wärme in Erwiderung auf zugeführte elektrische Energie umfasst; wobei das Gassensorelement einen Fühlteil des Gassensors bildet, wobei der Fühlteil eine Umfangsrichtung rund um einen Umfang von diesem aufweist;- ein Gehäuse zum Halten eines hinteren Endes des Gassensorelements in der Längsrichtung des Gassensors, wobei das Gassensorelement innerhalb des Gehäuses untergebracht ist;- eine Elementhülle, die an dem Gehäuse befestigt ist, wobei die Elementhülle ein oberes Ende des Fühlteils des Gassensors umhüllt; und- eine poröse Schutzschicht, die zum Umhüllen des gesamten Umfangs rund um den Fühlteil in der Flächenquerschnittsrichtung des Gassensors bereitgestellt ist, wobei die poröse Schutzschicht Poren aufweist, die zwischen Keramikpartikeln ausgebildet sind,wobei die poröse Schutzschicht eine Dicke von 10 µm oder mehr aufweist, die an dem Fühlteil in der Flächenquerschnittsrichtung des Gassensors bereitgestellt ist; unddadurch gekennzeichnet, dassdie poröse Schutzschicht und die Elementhülle mit einem Abstand dazwischen ausgebildet sind, wobei der Abstand eine Entfernung von 0,2 bis 6 mm in der Flächenquerschnittsrichtung des Gassensors in einem Umfangsbereich rund um den gesamten Umfang der Elementhülle aufweist, und wobei die Entfernung bei einem Prozentsatz von 35% oder mehr des gesamten Umfangs der Elementhülle 1 bis 4 mm ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor mit einem Gassensorelement zur Erfassung einer Gaskonzentration unter Verwendung eines festen Elektrolytbauelements, das Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist.
(Beschreibung des verwandten Standes der Technik)
Es gibt einen Gassensor, der zur Erfassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Maschine verwendet wird, wobei dieser zum Beispiel die Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen einem Bezugsgas, wie etwa der Atmosphärenluft, und einem Gas verwendet, das einer Messung unterzogen wird, einschließlich Abgas (was hierin nachstehend als „Gegenstands- bzw. Betreffsgas“ bezeichnet wird). Ein solcher Gassensor weist eine Fangschicht an einer Ober-/Fläche einer Gas einbringenden Diffusionswiderstandsschicht auf, um Gift- bzw. Schadstoffe ein- bzw. abzufangen, die in dem Gegenstandsgas enthalten sind.
Ein Gassensor geschichteter Bauart, der in der Druckschrift JP 2006 - 171 013 A offenbart ist, weist eine poröse Schutzschicht auf, die Ecken eines Elementkörpers bedeckt bzw. umhüllt, wobei die poröse Schutzschicht mit einer Dicke von 20 µm oder mehr von jeder Ecke aus bereitgestellt ist.
Die Druckschrift JP 2006 - 250 537 A offenbart ein Gassensorelement und dessen Herstellungsverfahren, wobei sie eine Technik zum Ausbilden einer Gift- bzw. Schadstoff abhaltenden Schicht an einer Ober-/Fläche des Gassensorelements durch Eintauchen des Gassensorelements in die wässrige Masse bzw. Aufschlämmung eines keramischen Pulvers, gefolgt von einem Trocknen und Backen bzw. Brennen des Elements, einführt. Diese Veröffentlichung offenbart auch eine Technik zum Ausbilden einer als Ellipsoid geformten Gift- bzw. Schadstoff abhaltenden Schicht in einem Querschnitt um das Gassensorelement herum.
Weiterhin offenbart die Druckschrift JP 2003 - 194 767 A einen Gassensor, bei dem ein Erfassungselement durch Schutzeinrichtungen doppelt geschützt ist und Gaserfassungsflächen bildende Elektroden durch Schutzschichten bedeckt sind, wodurch das Element unter Verwendung eines bemerkenswert einfachen Verfahrens vor Kondenswasser oder dergleichen geschützt wird. Das Gassensorelement weist einen Heizer bzw. eine Heizung auf, um zu ermöglichen, dass das Gassensorelement schnell die Aktivierungstemperatur erreicht.
Die Druckschrift DE 103 08 558 A1 , die den gattungsbildenden Stand der Technik darstellt, offenbart einen gattungsgemäßen Gassensor. Insbesondere offenbart diese Druckschrift ein prismatisches, mehrschichtiges Gassensorelement, das einen rechteckigen Querschnitt aufweist und einen Keramikheizer umfasst, der einen Heizwiderstand, der in dem Keramikmaterial eingebettet ist, und mindestens eine feste Elektrolytkeramikschicht aus einem Sauerstoffionen leitenden Zirkoniumdioxid-Keramikmaterial umfasst, die teilweise eine Sensorzelle darstellt, die zwei Elektroden aufweist, wobei mindestens ein in der Nähe des Heizwiderstands gelegener Teil eines sich in Längsrichtung erstreckenden, einen Winkel von ca. 90 Grad aufweisenden Kantenteils des Gassensorelements mit einer porenhaltigen Keramik-Schutzschicht beschichtet ist, die eine Porosität von 15% - 65% und eine Dicke von nicht weniger als 20 µm aufweist und geeignet ist, eine durch Kontakt mit Wasser hervorgerufene Rissbildung zu verhindern, wobei die porenhaltige Keramik-Schutzschicht von einer Schutzvorrichtung, die Belüftungsöffnungen hat, umgeben ist, die porenhaltige Keramik-Schutzschicht durch Brennen eines Keramikpulvers an eine Oberfläche, einschließlich einer Kante in der Nähe des Heizwiderstands, des sich in Längsrichtung erstreckenden Kantenteils des Gassensorelements gebildet ist, und die porenhaltige Schutzschicht eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius von nicht weniger als 10 µm aufweist.
Weiterhin offenbart die Druckschrift JP H11 - 118 759 A eine Schutzeinrichtung eines Gassensorelements, die die Alterung des Gassensorelements reduzieren und die genaue Messung einer Gaskonzentration ermöglichen soll.
Die aktuelle Intensivierung bzw. Verschärfung bei der Emissionsgasreinigung hat jedoch erfordert, dass das Gassensorelement eine verkürzte Aktivierungszeit aufweist. Die Gasaktivierungszeit bezieht sich auf die Zeit, die erforderlich ist, bis der Gassensor aus einem nicht aktivierten Zustand heraus die Aktivierungstemperatur erreicht. Um eine solche Anforderung zu erfüllen, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung experimentiert und herausgefunden, dass die Positionierung eines Erfassungselements (eines Gassensorelements) und einer Schutzeinrichtung (einer Elementhülle bzw. -abdeckung) die Aktivierungszeit des Gassensorelements beeinflusst. Das heißt, dass sowohl besonders lange als auch kurze Entfernungen zwischen dem Erfassungselement und der Schutzeinrichtung verursachen, dass das Gassensorelement eine viel längere Aktivierungszeit aufweist.
Bei den herkömmlichen Gassensoren wurde keine bestimmte Lagebeziehung angewandt. Dementsprechend ist eine Verkürzung der Aktivierungszeit (der Zeit, die erforderlich ist, bis der Gassensor aus einem nicht aktivierten Zustand heraus die Aktivierungstemperatur erreicht) des Gassensors zu erstreben.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf eine derartige Forderung gemacht, und daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Gassensor bereitzustellen, der es einem Gassensorelement ermöglicht, zusätzlich zur Bereitstellung von wasserabweisenden bzw. wasserfesten Eigenschaften mit der verkürzten Aktivierungszeit zu arbeiten.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen Gassensor bereit, wie er im unabhängigen Patentanspruch definiert ist. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gassensors sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Als ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Gassensor bereitgestellt, der ein Gassensorelement aufweist, das eine Sensorplatte und eine Heizerplatte umfasst, die aus einem Keramikkörper mit elektrischer Isolierung besteht. Die Sensorplatte umfasst ein festes Elektrolytbauelement mit Sauerstoffionenleitfähigkeit. Die Heizerplatte umfasst einen Heizer, der in Erwiderung auf zugeführte elektrische Energie Wärme erzeugt. Der Gassensor weist auch ein Gehäuse zum Halten eines hinteren Endes des Gassensorelements von einer äußeren Seite auf. Der Gassensor weist ferner eine Elementhülle bzw. - abdeckung auf, die an dem Gehäuse befestigt ist. Die Elementhülle bzw. -abdeckung bedeckt ein oberes Ende eines Fühlteils des Gassensors. Die poröse Schutzschicht umhüllt bzw. bedeckt den gesamten Umfang des Fühlteils des Gassensorelements in einer Flächenrichtung, die senkrecht zu einer Längsrichtung steht, entlang derer das Gehäuse das Gassensorelement hält. Die poröse Schutzschicht ist mit einer großen Anzahl von Poren versehen, die zwischen Keramikpartikeln ausgebildet sind. Die Dicke der porösen Schutzschicht in der Flächenrichtung an dem Fühlteil beträgt 10 µm oder mehr. Der Abstand zwischen der porösen Schutzschicht und der Elementhülle beträgt in einer Flächenrichtung entlang des gesamten Umfangs der Elementhülle 0,2 bis 6 mm.
Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Fühl- bzw. Sensorteil des Gassensorelements in der Flächenrichtung vollständig von der porösen Schutzschicht umhüllt bzw. bedeckt. Die poröse Schutzschicht kann jegliche Gift- bzw. Schadstoffe einfangen, die in dem Gegenstandsgas enthalten sind, und das Gegenstandsgas auf die an dem festen Elektrolytbauelement befestigte Elektrode anwenden. Zusätzlich kann die poröse Schutzschicht verhindern, dass das erwärmte Gassensorelement durch Wasser verursacht bricht bzw. reißt.
Die Dicke der porösen Schutzschicht an dem Fühl- bzw. Sensorteil beträgt 10 µm oder mehr, wodurch ein ausreichender Gift- bzw. Schadstoff-Einfangeffekt ebenso wie eine Wasserfestigkeitseigenschaft bereitgestellt wird.
Ein besonders kleiner Abstand zwischen der porösen Schutzschicht und der Elementhülle verursacht, dass die Elementhülle Wärme absorbiert, nachdem der Heizer der Heizerplatte die Wärme entwickelt. Andererseits verursacht ein besonders langer Abstand zwischen der porösen Schutzschicht und der Elementhülle, dass die Elementhülle keinen Wärmespeicherungs- bzw. Wärmehaltungseffekt mit der Strahlwärme an das Gassensorelement bereitstellt, nachdem der Heizer der Heizerplatte die Wärme entwickelt.
Daher ist der Gassensor gemäß der vorliegenden Offenbarung eingerichtet, einen Abstand zwischen der porösen Schutzschicht und der Elementhülle mit einer Entfernung von 0,2 bis 6 mm bereitzustellen. Der Abstand ist entlang des gesamten Umfangs der Elementhülle ausgebildet. Diese Konstruktion bewirkt, dass die Elementhülle nicht die Wärme von dem Gassensorelement absorbiert, und ermöglicht, dass die Elementhülle den Wärmespeicherungs- bzw. Wärmehaltungseffekt mit der Strahlwärme an das Gassensorelement bereitstellt.
Diese Konstruktion kann die Zeit (die Aktivierungszeit) verkürzen, die für das Gassensorelement erforderlich ist, um die Aktivierungstemperatur (die zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentration geeignete Temperatur) zu erreichen.
Dementsprechend kann der Gassensor gemäß der vorliegenden Offenbarung die Aktivierungszeit des Gassensorelements effektiv verkürzen, während ausreichende Wasserfestigkeit bereitgestellt wird.
Die poröse Schutzschicht mit einer Dicke von weniger als 10 µm an dem Fühl- bzw. Sensorteil kann versagen, Gift- bzw. Schadstoffen erfolgreich einzufangen und ein durch Wasser verursachtes Brechen bzw. Reißen des Gassensorelements zu verhindern. Die Dicke der porösen Schutzschicht in der Flächenrichtung an dem Fühl- bzw. Sensorteil kann auf 2000 µm oder weniger eingestellt sein.
Zusätzlich kann ein Gassensor, der den Abstand zwischen der porösen Schutzschicht und der Elementhülle aufweist, dessen Entfernung teilweise weniger als 0,2 mm beträgt, bewirken, dass die Elementhülle Wärme von dem Gassensorelement absorbiert, nachdem der Heizer der Heizerplatte Wärme erzeugt.
Andererseits kann ein Gassensor, der den Abstand zwischen der porösen Schutzschicht und der Elementhülle aufweist, dessen Entfernung teilweise 6 mm überschreitet, bewirken, dass die Elementhülle nicht den Wärmespeicherungs- bzw. Wärmehaltungseffekt mit der Strahlwärme an das Gassensorelement bereitstellt.
Figurenliste
Bei der begleitenden Zeichnung gilt:

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Gassensor gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Gassensorelement gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Lagebeziehung zwischen einem Fühlteil des Gassensorelements und einer Elementhülle gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht, die eine Lagebeziehung zwischen dem Gassensorelement und einem Gegenstandsgaseinlass gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht, die eine weitere Lagebeziehung zwischen dem Gassensorelement und dem Gegenstandsgaseinlass gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht, die eine weitere Lagebeziehung zwischen dem Gassensorelement und dem Gegenstandsgaseinlass gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht, die eine weitere Lagebeziehung zwischen dem Gassensorelement und dem Gegenstandsgaseinlass gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ist eine vergrößerte vertikale Querschnittsansicht, die einen den Gegenstandsgaseinlass umfassenden Teil gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem die horizontale Achse einnehmenden minimalen Abstand und dem die vertikale Achse einnehmenden Aktivierungszeitverhältnis gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem die horizontale Achse einnehmenden maximalen Abstand und dem die vertikale Achse einnehmenden Aktivierungszeitverhältnis gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem die horizontale Achse einnehmenden Umfangsbereich und dem die vertikale Achse einnehmenden Aktivierungszeitverhältnis gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
12 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Fühlteil des Gassensorelements und die poröse Schutzschicht gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt; und
13 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Fühlteil des Gassensorelements mit einer Grundschicht zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gassensors gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Bezug nehmend auf 1 bis 13 wird nun ein Ausführungsbeispiel des Gassensors gemäß der Erfindung beschrieben.
Wie es gemäß 1 und 2 gezeigt ist, weist der Gassensor ein Gassensorelement 2, ein Gehäuse 11 und eine Elementhülle bzw. -abdeckung 12 auf. Das Gassensorelement 2 ist aus einer Sensorplatte bzw. -scheibe 3 und einer Heizerplatte bzw. -scheibe 4 aufgebaut. Die Sensorplatte bzw. -scheibe 3 weist ein festes Elektrolytbauelement 31 mit Sauerstoffionenleitfähigkeit auf. Die Sensorplatte bzw. -scheibe 3 weist auch ein Paar Elektroden 32A, 32B auf, von denen eine an einer Seitenfläche und die andere an der anderen Seitenfläche des Bauelements 31 befestigt ist. Die Heizerplatte bzw. -scheibe 4 besteht aus einem Keramikbauelement 41 mit einer Eigenschaft elektrischer Isolierung und einem bzw. einer durch Energieverteilung zu erwärmenden Heizer bzw. Heizung 42.
Das Gehäuse 11 umgibt und hält ein hinteres Endteil 202 des Gassensorelements 2. Die Elementhülle 12 ist an dem Gehäuse 11 befestigt, wobei sie ein Fühl- bzw. Sensorteil 21 umhüllt bzw. bedeckt, das an einem oberen Endteil 201 des Gassensorelements 2 ausgebildet ist.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist der Fühlteil 21 des Gassensorelements 2 in einer zu der Längsrichtung L (siehe 1), entlang derer das Gehäuse 11 das Gassensorelement 2 hält, senkrecht stehenden Flächenrichtung vollständig von einer porösen Schutzschicht 5 umhüllt bzw. bedeckt. Die poröse Schutzschicht 5 weist eine große Anzahl von Poren auf, die durch eine große Anzahl von Keramikpartikeln mit einer elektrischen Isolierungseigenschaft ausgebildet sind.
In der Flächenrichtung beträgt die maximale Dicke T1 der porösen Schutzschicht 5 entlang einer Schichtungsrichtung D, nämlich der Richtung, entlang derer die Sensorplatte 3 und die Heizerplatte 4 geschichtet sind, auf beiden Flächenseiten zwischen 100 und 2000 µm, was den dicksten Teil in dem gesamten Umfang der porösen Schutzschicht 5 darstellt. Die Dicke T2 von jeder Ecke (bei diesem Ausführungsbeispiel vier Ecken) beträgt zwischen 10 und 500 µm, was den dünnsten Teil in dem gesamten Umfang der porösen Schutzschicht 5 darstellt.
Die maximale Dicke T1 kann vorzugsweise zwischen 100 und 700 µm sein, und die Dicke T2 der Ecken kann vorzugsweise 10 bis 300 µm sein. Die Dicke T2 der Ecken der porösen Schutzschicht 5 bezieht sich auf eine kürzeste Entfernung zwischen der Ecke des Fühlteils 21 und der Ober-/Fläche der porösen Schutzschicht 5.
Wie es gemäß 3 gezeigt ist, beträgt der Abstand bzw. die Lücke zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 in der gleichen Flächenrichtung über den gesamten Umfang der Elementhülle 12 hinweg zwischen 0,2 und 6 mm. Das heißt, dass der minimal Abstand X (der Abstand an dem schmälsten bzw. engsten Teil) zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 0,2 mm oder mehr beträgt, und dass der maximale Abstand Y (der Abstand an dem entferntesten bzw. distanziertesten Teil) zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 6 mm oder weniger beträgt.
2 und 3 zeigen Querschnittsansichten des Gassensorelements 2 und des Fühlteils 21.
Der Gassensor 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 1 bis 13 im Einzelnen weiter beschrieben. Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist der Gassensor 1 ein Gassensor des Grenzstromtyps, der an Fahrzeugen zu installieren ist. Der Gassensor 1 wird zum Messen einer Sauerstoffkonzentration von Abgas, welches das Gegenstands- bzw. Betreffsgas ist, verwendet.
Der Gassensor 1 wird zum Messen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Maschine verwendet, indem eine Spannung angelegt wird, um eine Grenzstromeigenschaft zwischen dem Paar Elektroden 32A, 32B zu erzeugen, die an der einen Seite beziehungsweise der anderen Seite des festen Elektrolytbauelements 31 bereitgestellt sind; und indem ein zwischen den Elektroden 32A, 32B fließender Strom gemessen wird. Die Stromstärke ist basierend auf der Sauerstoffkonzentrationsdifferenz zwischen dem Gegenstandsgas, das mit einer Elektrode 32A in Kontakt zu sein hat, und Bezugsgas (wie etwa Atmosphärenluft), das mit der anderen Elektrode 32B in Kontakt zu sein hat, definiert.
Die Sensorplatte 3 in dem Gassensorelement 2 weist einen Einzellenaufbau auf, der eine Pumpzellenfunktion, die die Sauerstoffkonzentration in dem Gegenstandsgas reguliert, und eine Fühl- bzw. Sensorzellenfunktion beinhaltet, die eine Sauerstoffkonzentration in dem gleichen Gas erfasst, und zwar beides mit Hilfe des Paars Elektroden 32A, 32B, die an den Ober-/Flächen des festen Elektrolytbauelements bereitgestellt sind.
Ein solcher Aufbau kann den Aufbau der Sensorplatte 3 vereinfachen und die Aktivierungszeit des Gassensorelements 2 effektiv verkürzen.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist eine Diffusionswiderstandschicht 33 zum Eindiffundieren und Steuern des Stroms des Gegenstandsgases an einer Ober-/ Fläche des festen Elektrolytbauelements 31 geschichtet, auf der die Elektrode 32A für das Gegenstandsgas bereitgestellt ist. Eine Abschirmschicht 34 ist an der Ober-/Fläche der Diffusionswiderstandschicht 33 geschichtet. Die Diffusionswiderstandsschicht 33 und die Abschirmschicht 34 können aus Aluminiumoxid und dergleichen bestehen. Das Paar Elektroden 32A, 32B kann aus Platin und dergleichen bestehen.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist die Heizerplatte 4 an der Ober-/Fläche des festen Elektrolytbauelements 31 geschichtet, auf der die Elektrode 32B für das Bezugsgas bereitgestellt ist. Die Heizerplatte 4 besteht aus einem Keramikbauelement 41A mit einem Bezugsgasraum 45, der die Elektrode 32B für das Bezugsgas umgibt, und einem Heizer bzw. einer Heizung 42, der/die zwischen dem Keramikbauelement 41A und einem weiteren Keramikbauelement 41B angeordnet ist. Der Heizer bzw. die Heizung 42 besteht aus Platin und dergleichen und ist nach einem Muster auf das Keramikbauelement 41 (entweder 41A oder 41B) gedruckt.
Der oberer Endabschnitt 201 des Gassensorelements 2, welcher das Paar Elektroden 31A, 32B aufweist, die einander gegenüber liegen, wobei das feste Elektrolytbauelement 31 dazwischen liegt, bildet den Fühl- bzw. Sensorteil 21.
Wie es gemäß 4 gezeigt ist, weist die Heizerplatte 4 einen Wärmeerzeugungsabschnitt 401, der durch einen mäanderförmigen Heizer 42 gebildet ist, und einen Leitungsabschnitt 402 auf, der Leitungen bzw. Zuführungen des Heizers 42 aufweist, die von beiden Seiten des Heizers 42 zwischen dem Paar der Keramikbauelemente 41A, 41B gezogen sind.
Wie es gemäß 4 gezeigt ist, kann der Wärmeerzeugungsabschnitt 401 entlang der Längsrichtung L des Gassensors geschlängelt bzw. mäandert sein, oder kann er, wie es gemäß 5 gezeigt ist, entlang der Querrichtung W (der zu der Längsrichtung L senkrechten Richtung) des Gassensorelements 2 geschlängelt bzw. mäandert sein.
Wie es gemäß 4 und 5 gezeigt ist, weist das Gassensorelement 2 einen Heizbereich umfassend den Wärmeerzeugungsabschnitt 401 und die Sensorplatte 3, die einander gegenüber liegen, und einen Energieverteilungsbereich umfassend den Leitungsabschnitt 402 und die Sensorplatte 3, die einander gegenüber liegen, auf.
Wie es gemäß 1 gezeigt ist, ist ein aus Metal bestehendes Gehäuse 11 über den elektrischen Isolator 14 an einem hinteren Ende 202 des Gassensorelements 2 befestigt, und umhüllt bzw. bedeckt eine Elementhülle bzw. -abdeckung 12, die an dem oberen Ende des Gehäuses 11 befestigt ist, deckt ein oberes Ende 201 des Gassensorelements 2. Die Elementhülle 12 besteht aus einer inneren Hülle 12A und einer äußeren Hülle 12B. Die innere Hülle 12A umhüllt bzw. bedeckt den Fühlteil 21 des Gassensorelements 2, und die äußere Hülle 12B umhüllt bzw. bedeckt die innere Hülle 12A.
Leitende Metalabgriffe 15 und Leitungsdrähte 16 sind mit dem hinteren Ende 202 des Gassensorelements 2 verbunden, um Elektrizität an das Paar Elektroden 32A, 32B zu liefern.
Wie es gemäß 1 gezeigt ist, sind die innere Hülle 12A und die äußere Hülle 12B mit den Gegenstandsgaseinlässen 13A beziehungsweise 13B versehen, die jeweils an einer bedeutungslosen bzw. unwesentlichen Position entlang der Längsrichtung L angeordnet sind.
Wie es gemäß 4 und 5 gezeigt ist, ist der Gegenstandsgaseinlass 13A der inneren Hülle 12A derart ausgebildet, dass der Strom G des Gegenstandsgases auf den Energieverteilungsbereich des Gassensorelements 2 trifft.
Wie es gemäß 4 und 5 gezeigt ist, kann der Gegenstandsgaseinlass 13A der inneren Hülle 12A so ausgebildet sein, dass er dem Energieverteilungsbereich des Gassensorelements 2 (an der der Querrichtung W des Energieverteilungsbereichs zugewandten Position) zugewandt ist, und kann er ein vertikales Loch sein, das gegenüber der Hüllenplatte vertikal ausgebildet ist.
Weiterhin kann, wie es gemäß 6 gezeigt ist, der Gegenstandsgaseinlass 13A der inneren Hülle 12A in Richtung eines vor dem Gassensorelement 2 liegenden Raums ausgebildet sein, und kann er ein vertikales Loch sein, das gegenüber der Hüllenplatte vertikal ausgebildet ist.
Dementsprechend trifft der Strom G des Gegenstandsgases auf den vor dem Wärmeerzeugungsabschnitt des Gassensorelements 2 liegenden Abschnitt.
Dies Konstruktion bewirkt, dass der Strom G des Gegenstandsgases, das über den Gegenstandsgaseinlass 13A in das Innere der Elementhülle 12A eingeführt wird, nicht direkt auf den Wärmeerzeugungsbereich des Gassensorelements 2 trifft.
Eine solche Konstruktion kann verhindern, dass der Wärmeerzeugungsbereich des Gassensorelements 2 durch den auftreffenden Strom des Gegenstandsgases gekühlt wird, und sie kann die Zeit (Aktivierungszeit) verkürzen, die notwendig ist, dass das Gassensorelement 2 die Aktivierungstemperatur (die zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration geeigneten Temperatur) erreicht.
Wie es gemäß 7 gezeigt ist, kann der Gegenstandsgaseinlass 13A der inneren Hülle 12A so ausgebildet sein, dass er dem Wärmeerzeugungsbereich des Gassensorelements 2 (an der der Querrichtung W des Wärmeerzeugungsbereichs zugewandten Position) zugewandt ist, und kann er ein paralleles Loch sein, das parallel zu der Hüllenwand ausgebildet ist, so dass der Strom G des Gegenstandsgases (in einer solchen Weise, dass der Strom G des Gegenstandsgases nicht auf den Heizbereich trifft) auf den Energieverteilungsbereich trifft. Das parallele Loch kann durch Bereitstellung eines Vorsprungs 131 an der inneren Hülle 12A in Richtung einer äußeren radialen Richtung und durch Ausbilden des parallelen Lochs entlang der Längsrichtung L des Vorsprungs 131 ausgebildet sein.
Dieser Aufbau ermöglicht, dass das Gegenstandsgas in Richtung des Energieverteilungsbereichs des Gassensorelements 2 strömt.
Es wird verhindert, dass der Strom G des Gegenstandsgases, das sich bis zu einem gewissen Grad ausbreitet, in Richtung des Heizbereichs strömt, zumindest anhand dessen, dass der Heizbereich von dem Strömungsbereich des Stroms G ausgenommen bzw. abgesondert ist, wie es nachstehend definiert ist. Das heißt, wie es gemäß 8 gezeigt ist, ist der Strom G des Gegenstandsgases so eingerichtet, dass er der Richtung entlang der Linie folgt, die den Winkel 2α° gleichmäßig teilt. Der Winkel 2α° wird durch die zu dem Gegenstandsgaseinlass 13A senkrechte Linie J und die Linie K definiert, die senkrecht zu der an dem Vorsprung 131 der inneren Hülle 12A bereitgestellten bzw. geschaffenen Kegel- bzw. Abschrägungsfläche 132 steht.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, weist das Gassensorelement 2 in einem Querschnitt eine rechtwinklige Konfiguration mit vier Ecken auf, von denen jede eine C-förmige Fläche aufweist. Beide Seitenflächen der kombinierten Konstruktion der Abschirmschicht 34 und der Diffusionswiderstandsschicht 33 haben abgeschnittene Flächen (C-förmige Flächen) 36, um das Gegenstandsgas an die Diffusionswiderstandsschicht 33 zu führen.
Das Gassensorelement 2 weist in einem Querschnitt eine dünne und annähernd rechteckige Form in der Schichtungsrichtung D auf, entlang derer die Sensorplatte 3 und die Heizerplatte 4 zueinander geschichtet sind.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, kann die poröse Schutzschicht 5 so ausgebildet sein, dass sich ihr Teil kleineren Durchmessers entlang der Schichtungsrichtung D erstreckt, und kann sie so ausgebildet sein, dass ihre Form ähnlich zu der Querschnittsform des Fühlteils 21 des Gassensorelements 2 ist. Ferner kann die poröse Schutzschicht 5, wie es gemäß 3 gezeigt ist, in einer modifizierte elliptische Form ausgebildet sein.
Die poröse Schutzschicht 5 weist eine große Anzahl von Poren auf, die durch eine große Anzahl von Aluminiumoxidpartikeln ausgebildet sind, welche die Keramikpartikel darstellen. Die Porosität pro Einheitsvolumen der porösen Schutzschicht 5 beträgt 20% oder mehr.
Eine solche Konstruktion kann ermöglich, dass die poröse Schutzschicht 5 eine ausreichende Wasserfestigkeit aufweist, und sie ermöglicht, dass das Gegenstandsgas an eine der Elektroden, nämlich die Elektrode 32A, auf dem festen Elektrolytbauelement 31 geführt wird.
Die Porosität kann durch ein Volumen bzw. eine Menge der großen Anzahl von Poren, die in der großen Anzahl von Keramikpartikeln ausgebildet sind, in Bezug auf das Gesamtvolumen bzw. die Gesamtmenge der porösen Schutzschicht 5 bestimmt sein.
Wie es gemäß 13 gezeigt ist, kann eine Grund- bzw. Bodenschicht 6, die die Oberflächenrauhigkeit (eine durchschnittliche Rauhigkeit aus zehn Punkten) von 1 µm oder mehr aufweist, auf der Umfangsfläche des Gassensorelements 2 (den Ober-/Flächen der Sensorplatte 3, der Heizerplatte 4 und der Abschirmschicht 34) ausgebildet sein. Die Grund- bzw. Bodenschicht 6 kann durch einen Brennprozess in Zusammenhang mit dem Gassensorelement 2 ausgebildet werden.
Die poröse Schutzschicht 5 kann durch Anwendung eines einzelnen Heizprozesses an die Ober-/Fläche der Grundschicht 6 ausgebildet werden. Die Grundschicht 6 ermöglicht, dass die poröse Schutzschicht 5 hochgradig stabil ist. Die Oberflächenrauhigkeit (eine durchschnittliche Rauhigkeit aus zehn Punkten) der Grundschicht 6 kann auf 100 µm oder weniger eingestellt sein.
Die poröse Schutzschicht 5 besteht aus einer Vielzahl von geschichteten Schichten (bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Schichten), die aus Keramikpartikelschichten mit einer elektrischen Isolierungseigenschaft aufgebaut sind, um die Einfangfähigkeit zum Ergreifen von Gift- bzw. Schadstoffen zu erhöhen. Der durchschnittliche Durchmesser der Keramikpartikel, die die obere Schicht bilden, kann größer sein als derjenige der Keramikpartikel, die die untere Schicht bilden.
Eine solche Konstruktion kann ermöglichen, dass die poröse Schutzschicht 5 mehrere Typen von Gift- bzw. Schadstoffen einfängt, wodurch deren Einfangfähigkeit verbessert wird.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist das Gassensorelement 2 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit der Sensorplatte 3, der Heizerplatte 4, der Diffusionswiderstandsschicht 33 und der Abschirmschicht 34 ausgebildet, von denen alle zueinander geschichtet werden, worauf ein Brennprozess folgt. Die poröse Schutzschicht 5 wird derart gebildet, dass das Gassensorelement 2 in eine wässrige Masse bzw. Aufschlämmung eingetaucht wird, die aus einer großen Anzahl von Keramikpartikeln und Wasser besteht, wodurch den Keramikpartikeln ermöglicht wird, an dem Gassensorelement 2 hängen zu bleiben, und wobei ein Heizprozess nach Trocknung der Keramikpartikel angewandt wird.
Diese Konstruktion kann die Aktivierungszeit des Gassensorelements 2 im Vergleich zu einer Konstruktion verkürzen, bei der der Brennprozess einzeln auf die Sensorplatte 3 und die Heizerplatte 4 angewandt wird, bevor diese kombiniert werden. Ferner ermöglicht diese Konstruktion eine einfachere Ausbildung der porösen Schutzschicht 5.
9 und 10 zeigen Testergebnisse, die die Aktivierungszeit von jedem von neun Gassensorelementen (Proben 1 bis 9) darstellen, die für die Tests vorbereitet bzw. erstellt sind. Der minimale Abstand X (der kleinste Abstand) (siehe 3) zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 bei jeder der neun Proben variiert zwischen 0,1 und 1 mm, während der maximale Abstand Y (der größte Abstand) (siehe 3) zwischen 3 und 7 mm variiert. Die Tests wurden unter Verwendung der Proben ausgeführt, um die Aktivierungszeit zu erfassen.

Im Speziellen wird die Aktivierungszeit durch Messung der Zeit bestimmt, die notwendig ist, dass das Gassensorelement 2 von Raumtemperatur aus 700 Grad Celsius erreicht, nachdem Energie an den Heizer 42 angelegt wird. Tabelle 1

Probe Nr.	Minimaler Abstand X (mm)	Maximaler Abstand Y (mm)	Aktivierungszeitverhältnis	Bewertung
1	2	3	1	◯◯
2	0,5	4	1,075	◯
3	1	4	1,049	◯◯
4	0,5	5	1,097	◯
5	1	5	1,075	◯
6	0,1	6	1,31	x
7	0,2	6	1,198	Δ
8	0,5	6	1,141	Δ
9	0,2	7	1,28	x

9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem minimalen Abstand X, der zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 ausgebildet ist, und dem Zeitverhältnis zeigt, das Prozentsätze bzw. Anteile aufzeigt, die basierend auf der Zeit berechnet sind, in der das Gassensorelement 2 die Aktivierungstemperatur erreicht hat (das Aktivierungszeitverhältnis des Gassensorelements 2). In dem Graph nimmt der minimale Abstand X die horizontale Achse ein, während das Aktivierungszeitverhältnis die vertikale Achse einnimmt.
10 ist ein Graph, der die Beziehung dem maximalen Abstand Y, der zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 ausgebildet ist, und dem Aktivierungszeitverhältnis des Gassensorelements 2 zeigt. In dem Graph nimmt der maximale Abstand Y die horizontale Achse ein, während das Aktivierungszeitverhältnis des Gassensorelements 2 die vertikale Achse einnimmt.
Gemäß 9 und 10 sind die Testergebnisse durch die schwarzen Markierungen angegeben, während die Kurvenlinien die Simulationsergebnisse angeben. Das Aktivierungszeitverhältnis wird basierend auf und in Beziehung zu der bei der Probe 1 gemessenen minimalen Aktivierungszeit bestimmt.
Die Nummern wie etwa „7“, „6“, usw., die auf jede der Simulationskurvenlinien gemäß 9 angewandt sind, geben eine Entfernung des maximalen Abstands Y (mm) an. Dementsprechend zeigt 9 die Beziehung zwischen dem minimalen Abstand X und dem Aktivierungszeitverhältnis, wenn der maximale Abstand Y konstant ist.
Die Nummer wie etwa „0,1“, „0,2“, usw., die auf jede der Simulationskurvenlinien gemäß 10 angewandt sind, geben eine Entfernung des minimalen Abstands X (mm) an. Dementsprechend zeigt 10 die Beziehung zwischen dem maximalen Abstand Y und dem Aktivierungszeitverhältnis, wenn der minimale Abstand X konstant ist.
9 und 10 geben an, dass sowohl die kleineren minimalen Abstände X als auch die größeren maximalen Abstände Y die Aktivierungszeit verlängern können. Weiterhin ist zu ersehen, dass die Abstände X, Y vorzugsweise zwischen 0,6 und 6 mm liegen sollten, um zu ermöglichen, dass die Aktivierungszeit kurz ist (zu ermöglichen, dass das Aktivierungszeitverhältnis 1,2 oder kleiner ist) (siehe die Markierungen ◯◯, ◯, Δ in der Spalte „Ergebnis“ in der Tabelle 1).
Weiterhin ist zu ersehen, dass die Abstände X, Y mit Entfernungen von 0,5 bis 5 mm ermöglichen können, dass das Aktivierungszeitverhältnis 1,1 oder kleiner ist (siehe die Markierungen ◯◯, ◯), und außerdem, dass die Abstände X, Y mit Entfernungen von 1 bis 4 mm ermöglichen können, dass das Aktivierungszeitverhältnis 1,05 oder kleiner ist (siehe die Markierung ◯◯).
Wie es gemäß 3 gezeigt ist, nimmt der Umfangsbereich R entlang der Umfangsrichtung des Gassensorelements 2, der den Abstand zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 mit einer Entfernung von 1 bis 4 mm aufweist, in Bezug auf den gesamten Umfang der Elementhülle 12 35% oder mehr ein.
Dieser Aufbau kann einen solchen Abstand zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 bereitstellen, der verhindern kann, dass die Elementhülle 12 Wärme von dem Gassensorelement 2 aufnimmt, und ermöglichen kann, dass die Elementhülle 12 den Wärmespeicherungs- bzw. Wärmehaltungseffekt mit der Strahlungswärme an das Gassensorelement 2 bereitstellt.
Falls der Umfangsbereich R mit dem Abstand mit einer Entfernung von 1 bis 4 mm kleiner als 35% ist, bewirkt ein solcher Aufbau, dass die Elementhülle 12 Wärme von dem Gassensorelement 2 aufnimmt, und bewirkt er, dass die Elementhülle 12 keine Strahlungswärme an das Gassensorelement 2 bereitstellt, was den Wärmespeicherungs- bzw. Wärmehaltungseffekt verschlechtert.
11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Umfangsbereich R, der die horizontale Achse einnimmt, und dem Verhältnis der Zeit, in der das Gassensorelement 2 die Aktivierungstemperatur erreicht (das Aktivierungszeitverhältnis des Gassensors 2), die die vertikale Achse einnimmt, zeigt. Dieser Graph zeigt die Testergebnisse, die durch die schwarzen Markierungen dargestellt sind, und das Simulationsergebnis, das durch die Linie dargestellt ist. Das Aktivierungszeitverhältnis wird basierend auf und in Beziehung zu dem vollständigen Umfangsbereich R mit einem Prozentsatz bzw. Anteil von 100% bestimmt. Die Aktivierungszeit wird wie vorstehend beschrieben bestimmt und gemessen.
Die Testergebnisse werden, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, durch acht Typen von Gassensoren (Proben 11 bis 16) ergeben, die jeweils einen unterschiedlichen Umfangsbereich R aufweisen. Jede der Proben 11 bis 16 genügt dem erforderlichen minimalen Abstand X und maximalen Abstand Y, die 0,2 mm ≤ X und Y ≤ 0,6 mm sind. Tabelle 2

Probe Nr. Umfangsbereich R (%) Aktivierungszeitverhältnis Bewertung

11 100 1,000 ◯◯

12 80 1,036 ◯◯

13 70 1,048 ◯◯

14 50 1,087 ◯

15 30 1,110 ◯

16 20 1,119 Δ
11 gibt an, dass der Umfangsbereich R mit einem Prozentsatz von 35% oder mehr das Aktivierungszeitverhältnis des Gassensorelements 2 kleiner als ungefähr 10% machen kann (siehe die Markierungen ◯◯ und O in der Tabelle). Der Prozentsatz des Umfangsbereichs R sollte 70% oder mehr sein, und eine solche Konstruktion kann das Aktivierungszeitverhältnis des Gassensorelements 2 kleiner als ungefähr 4 bis 5% machen (siehe die Markierung ◯◯) .
Diese Konstruktion ermöglicht, dass der Abstand zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 ausreichend ist, was verhindern kann, dass die Elementhülle 12 Wärme aufnimmt, und ermöglicht, dass die Elementhülle 12 durch Bereitstellung der Strahlungswärme den ausreichenden Wärmespeicherungs- bzw. Wärmehaltungseffekt bereitstellt.
Wie es gemäß 12 gezeigt ist, weist das Gassensorelement 2 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt eine Schnittfläche S1 auf, die das Gassensorelement 2 und den Fühlteil 21 umfasst (wobei der gemäß 13 gezeigte Aufbau auch die Grundschicht 6 umfasst). Das Gassensorelement 2 weist auch eine Schnittfläche S2 auf, die die poröse Schutzschicht 5 umfasst. Die Beziehung zwischen diesen ist durch die Formel S1 > S2 definiert.
Eine verringerte Schnittfläche S1 des Fühlteils 21 bewirkt, dass das Volumen der porösen Schutzschicht 5 zunimmt, was bewirkt, dass das Gassensorelement 2 einschließlich der porösen Schutzschicht 5 eine längere Zeit braucht, bis es die Aktivierungszeit/-temperatur erreicht hat, während verursacht wird, dass die poröse Schutzschicht 5 Brüche bzw. Risse oder dergleichen aufweist. Die Gestaltung „S1 > S2“ ermöglicht, dass die Aktivierungszeit des Gassensorelements 2 verkürzt ist und die poröse Schutzschicht 5 beständig bzw. haltbar ist.
Bei dem Gassensor 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Fühlteil 21 des Gassensorelements 2 in einem Querschnitt vollständig von der porösen Schutzschicht 5 umhüllt bzw. bedeckt.
Die poröse Schutzschicht 5 kann alle in dem Gegenstandsgas enthaltene Gift- bzw. Schadstoffe einfangen und das Gegenstandsgas auf die an dem festen Elektrolytbauelement 31 befestigte Elektrode 32A anwenden. Zusätzlich kann die poröse Schutzschicht 5 verhindern, dass das Gassensorelement 2 verursacht durch Wasser bricht bzw. reißt.
Wie es gemäß 2 gezeigt ist, ist die maximale Dicke T1 der porösen Schutzschicht 5 in der Schichtungsrichtung D auf 100 µm oder mehr eingestellt, was den dicksten Umfangsteil in der porösen Schutzschicht 5 darstellt. Die Eckdicke T2 von jeder der vier Ecken ist auf 10 µm eingestellt, was den dünnsten Umfangsteil in der porösen Schutzschicht 5 darstellt. Eine solche Konstruktion ermöglicht, dass die poröse Schutzschicht 5 eine ausreichende Dicke aufweist, und verhindert, dass die poröse Schutzschicht 5 verursacht durch Wasser bricht bzw. reißt.
Ein besonders kleiner Abstand zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 bewirkt, dass die Elementhülle 12 Wärme absorbiert, wenn der Heizer 42 der Heizerplatte 4 die Wärme entwickelt. Andererseits bewirkt ein besonders großer Abstand zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12, dass die Elementhülle 12 nicht den Wärmespeicherungs- bzw. Wärmehaltungseffekt mit der Strahlungswärme an das Gassensorelement 2 bereitstellt, wenn der Heizer 42 der Heizerplatte 4 die Wärme entwickelt.
Daher sieht der Gassensor 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel den minimalen Abstand X mit einer Entfernung von 0,5 bis 5 mm vor, der zwischen der porösen Schutzschicht 5 und der Elementhülle 12 ausgebildet ist. Diese Konstruktion bewirkt, dass die Elementhülle 12 nicht die Wärme absorbiert, und ermöglicht, dass die Elementhülle 12 den Wärmespeicherungs- bzw. Wärmehaltungseffekt mit der Strahlungswärme bereitstellt. Dementsprechend kann diese Konstruktion die Zeit (die Aktivierungszeit) verkürzen, die für das Gassensorelement 2 erforderlich ist, um die Aktivierungstemperatur (die zur Erfassung einer Sauerstoffkonzentration geeignete Temperatur) zu erreichen.
Wie es gemäß 4 gezeigt ist, ist weiterhin der Gegenstandsgaseinlass 13A der inneren Hülle 12A in diesem Gassensor 1 derart ausgebildet, dass der Strom des Gegenstandsgases auf den Energieverteilungsbereich des Gassensorelements 2 trifft. Dies kann ermöglichen, dass der Strom G des Gegenstandsgases, das über den Einlass 13A in das Innere der Elementhülle 12 eingeführt wird, nicht auf den Heizbereich des Gassensorelements 2 trifft.
Eine solche Konstruktion kann den Heizbereich des Gassensorelements 2 davor bewahren, verursacht durch den auftreffende Strom des Gegenstandsgases gekühlt zu werden, was dem Gassensorelement 2 ermöglicht, die Zeit (die Aktivierungszeit) weiter zu verkürzen, die zum Erreichen der Aktivierungstemperatur erforderlich ist.
Dementsprechend kann der Gassensor 1 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Aktivierungszeit des Gassensorelements 2 effektiv verkürzen, während die ausreichende Wasserfestigkeit bereitgestellt wird.
Die poröse Schutzschicht 5 kann aus einem oder mehreren der Materialien Aluminiumoxid, Spinell, Titanoxid, Zirkonoxid und Mullit bestehen. Eine solche Konstruktion kann die poröse Schicht 5 mit dem ausreichenden elektrischen Widerstand und der Wasserfestigkeitseigenschaft bereitstellt, und ermöglichen, dass die poröse Schicht 5 Gift- bzw. Schadstoffe ausreichend einfängt.
Das Gassensorelement 2 kann vorzugsweise ein Gassensorelement des Grenzstromtyps sein. Das Gassensorelement des Grenzstromtyps kann die Aktivierungszeit verkürzen.
Während die Erfindung in Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart wurde, um ein besseres Verständnis von dieser zu fördern, sollte anerkannt werden, dass die Erfindung in verschiedenen Weisen verkörpert bzw. ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen.
Der Gassensor (1) weist einen Fühlteil (21) in einem Gassensorelement (2) auf, der von einer Elementhülle (12) umhüllt bzw. bedeckt ist. Der gesamte Umfang des Fühlteils des Gassensorelements ist im Querschnitt durch eine poröse Schutzschicht (5) umhüllt bzw. bedeckt, die durch Keramikpartikel mit einer großen Anzahl von Poren gebildet ist. Die Dicke der porösen Schutzschicht 5 beträgt an dem Fühlteil 10 µm oder mehr. Der Abstand zwischen der porösen Schutzschicht und der Elementhülle entlang des gesamten Umfangs der Elementhülle beträgt 0,2 bis 6 mm. Der Gassensor kann zusätzlich zur Bereitstellung ausreichender Wasserfestigkeitseigenschaften die Aktivierungszeit des Gassensorelements verkürzen.

Claims

Gassensor mit einer Längsrichtung und einer Flächenquerschnittsrichtung, die senkrecht zu der Längsrichtung des Gassensors ist, wobei der Gassensor aufweist: - ein Gassensorelement, das versehen ist mit: einer Sensorplatte, und einer Heizerplatte, die aus einem Keramikkörper mit elektrischer Isolierung besteht, wobei die Sensorplatte ein festes Elektrolytbauelement mit Sauerstoffionenleitfähigkeit umfasst, wobei die Heizerplatte einen Heizer zur Erzeugung von Wärme in Erwiderung auf zugeführte elektrische Energie umfasst; wobei das Gassensorelement einen Fühlteil des Gassensors bildet, wobei der Fühlteil eine Umfangsrichtung rund um einen Umfang von diesem aufweist; - ein Gehäuse zum Halten eines hinteren Endes des Gassensorelements in der Längsrichtung des Gassensors, wobei das Gassensorelement innerhalb des Gehäuses untergebracht ist; - eine Elementhülle, die an dem Gehäuse befestigt ist, wobei die Elementhülle ein oberes Ende des Fühlteils des Gassensors umhüllt; und - eine poröse Schutzschicht, die zum Umhüllen des gesamten Umfangs rund um den Fühlteil in der Flächenquerschnittsrichtung des Gassensors bereitgestellt ist, wobei die poröse Schutzschicht Poren aufweist, die zwischen Keramikpartikeln ausgebildet sind, wobei die poröse Schutzschicht eine Dicke von 10 µm oder mehr aufweist, die an dem Fühlteil in der Flächenquerschnittsrichtung des Gassensors bereitgestellt ist; und dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schutzschicht und die Elementhülle mit einem Abstand dazwischen ausgebildet sind, wobei der Abstand eine Entfernung von 0,2 bis 6 mm in der Flächenquerschnittsrichtung des Gassensors in einem Umfangsbereich rund um den gesamten Umfang der Elementhülle aufweist, und wobei die Entfernung bei einem Prozentsatz von 35% oder mehr des gesamten Umfangs der Elementhülle 1 bis 4 mm ist.
Gassensor gemäß Anspruch 1, bei dem der Abstand die Entfernung von 0,5 bis 5 mm anstatt von 0,2 bis 6 mm aufweist.
Gassensor gemäß Anspruch 1, bei dem die Entfernung bei einem Prozentsatz von 70% oder mehr des gesamten Umfangs der Elementhülle 1 bis 4 mm ist.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Gassensor versehen ist mit: einem Heizbereich, welcher einen Wärmeerzeugungsabschnitt mit Windungen des Heizers der Heizerplatte umfasst, und einem Energieverteilungsbereich, welcher einen Leitungsabschnitt umfasst, der sich in der Längsrichtung des Gassensors von den Enden des gewundenen Heizers aus erstreckt, wobei die Elementhülle einen Einlass zum Einführen eines Gases, das einer Messung unterzogen wird, in das Innere der Elementhülle aufweist, wobei der Einlass ausgebildet ist, um zu verhindern, dass das Gas auf den Heizbereich des Gassensorelements trifft.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Dicke der porösen Schutzschicht die maximale Dicke von 100 µm oder mehr in der Richtung umfasst, entlang derer die Sensorplatte und die Heizerplatte geschichtet sind, wobei die maximale Dicke den dicksten Teil hinsichtlich des gesamten Umfangs der porösen Schutzschicht darstellt; und die Dicke der porösen Schutzschicht an jeder Ecke des Gassensorelements 10 µm oder mehr ist, was einen dünnsten Teil hinsichtlich des gesamten Umfangs der porösen Schutzschicht darstellt.
Gassensor gemäß Anspruch 5, bei dem der Fühlteil des Gassensors und die poröse Schutzschicht jeweils einen Querschnitt in der Flächenquerschnittsrichtung aufweisen, und die Querschnittsfläche des Fühlteils größer ist als die Querschnittsfläche der porösen Schutzschicht.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die poröse Schutzschicht aus einem oder mehreren der Materialien besteht, die Aluminiumoxid, Spinell, Titanoxid, Zirkonoxid und Mullit umfassen.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Porosität der porösen Schutzschicht pro Einheitsvolumen 20% oder mehr beträgt.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die poröse Schutzschicht aus mehr als einem Typ von Keramikpartikeln mit durchschnittlichen Partikeldurchmessern besteht, die sich voneinander unterscheiden.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Gassensorelement ein Gassensorelement eines Grenzstromtyps ist.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Sensorplatte einen Einzellenaufbau mit einer ersten Funktion einer Pumpzelle, die die Sauerstoffkonzentration in dem Gas, das einer Messung unterzogen wird, mit Hilfe eines Paars von Elektroden reguliert, die auf jeweils einer Fläche des festen Elektrolytbauelements bereitgestellt sind, und einer zweiten Funktion einer Fühlzelle, die die Konzentration von in dem Gas enthaltenem Sauerstoff erfasst, bildet.