DE102012214251A1

DE102012214251A1 - Sensor for determining at least one property of a sample gas in a sample gas chamber

Info

Publication number: DE102012214251A1
Application number: DE102012214251.7A
Authority: DE
Inventors: Simon Rentschler; Christoph Peters
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-13
Also published as: WO2014023459A1

Abstract

Es wird Messfühler (10) zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere der Temperatur oder eines Anteils einer Gaskomponente, insbesondere im Abgas einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Der Messfühler (10) weist ein keramisches Sensorelement (12) und mindestens ein einen gasseitigen Sensorabschnitt (14) des keramischen Sensorelements (12) zumindest teilweise umgebendes Schutzrohr (20) auf. Das keramische Sensorelement (12) ragt mit dem dem Messgas aussetzbaren, gasseitigen Sensorabschnitt (14) in das Schutzrohr (20) hinein und weist ein Gaszutrittsloch (36) an einer einem Innenraum des Schutzrohrs (20) zuweisenden Stirnseite (34) auf. Das Schutzrohr (20) weist zumindest eine Öffnung (38) zum Ermöglichen einer Durchströmung des Innenraums des Schutzrohrs (20) durch das Messgas auf. Das Gaszutrittsloch (36) und die Öffnung (38) sind im Wesentlichen auf gleicher axialer Position angeordnet.Measuring sensor (10) is proposed for determining at least one property of a measuring gas in a measuring gas space, in particular the temperature or a proportion of a gas component, in particular in the exhaust gas of an internal combustion engine. The sensor (10) has a ceramic sensor element (12) and at least one protective tube (20) at least partially surrounding a gas-side sensor section (14) of the ceramic sensor element (12). The ceramic sensor element (12) projects into the protective tube (20) with the gas-side sensor section (14) that can be exposed to the measurement gas and has a gas access hole (36) on an end face (34) facing an interior of the protective tube (20). The protective tube (20) has at least one opening (38) to allow the measurement gas to flow through the interior of the protective tube (20). The gas access hole (36) and the opening (38) are arranged essentially in the same axial position.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Messfühlern und Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Gases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Gas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Gases erfassbar, wie beispielsweise die Temperatur des Gases.The prior art discloses a multiplicity of measuring sensors and methods for determining at least one property of a measuring gas in a measuring gas space. In principle, these can be any physical and / or chemical properties of the measurement gas, one or more properties being able to be detected. The invention is described below in particular with reference to a qualitative and / or quantitative detection of a gas component of the gas, in particular with reference to a detection of an oxygen content in the gas. The oxygen content can be detected, for example, in the form of a partial pressure and / or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, however, other properties of the gas are detectable, such as the temperature of the gas.

Beispielsweise können derartige Messfühler als so genannte Lambdasonden ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160–165 , bekannt sind. Mit Breitband-Lambdasonden, insbesondere mit planaren Breitband-Lambdasonden, kann beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum geschlossen werden. Alternativ ist jedoch ebenso die Ausbildung als Fingersonde möglich. Die Luftzahl λ beschreibt dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis.For example, such sensors may be configured as so-called lambda probes, as for example Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pp. 160-165 , are known. With broadband lambda probes, in particular with planar broadband lambda probes, it is possible, for example, to determine the oxygen concentration in the exhaust gas over a large range and thus to deduce the air-fuel ratio in the combustion chamber. Alternatively, however, training as a finger probe is also possible. The air ratio λ describes this air-fuel ratio.

Dabei ragt allgemein ein Sensorelement des Messfühlers in einer Längserstreckungsrichtung des Messfühlers aus dem Messfühlergehäuse heraus. Diese Längserstreckungsrichtung oder auch Längserstreckungsachse des Messfühlers kann dabei gleichzeitig eine Symmetrieachse des Messfühlers vorgeben, da bekannte Messfühler verbreitet einen rotationssymmetrischen Aufbau in Bezug auf die genannte Längserstreckungsachse aufweisen. Des Weiteren ist entscheidend, dass das Sensorelement in einem direkten Kontakt mit dem Messgas bringbar sein muss. Daher weist bei derartigen Messfühlern ein das Sensorelement umgebende Schutzrohr stets geeignete Öffnungen auf, um einen Durchtritt des umströmenden Messgases zu ermöglichen.In general, a sensor element of the measuring probe projects out of the measuring sensor housing in a longitudinal direction of extension of the measuring probe. This longitudinal direction or longitudinal axis of the probe can simultaneously pretend an axis of symmetry of the probe, as well known sensors have a rotationally symmetrical structure with respect to said longitudinal axis. Furthermore, it is crucial that the sensor element must be able to be brought into direct contact with the measurement gas. Therefore, in such sensors, a protective tube surrounding the sensor element always has suitable openings in order to allow passage of the measuring gas flowing around it.

An derartige Messfühler werden steigende Funktionsanforderungen gestellt. Insbesondere spielt eine schnelle Betriebsbereitschaft von Lambdasonden nach einem Motorstart eine große Rolle. Diese wird im Wesentlichen von zwei Aspekten beeinflusst. Der erste Aspekt betrifft ein rasches Aufheizen der Lambdasonde auf ihre Betriebstemperatur, die in der Regel ungefähr 780 °C ist, was durch eine entsprechende Auslegung eines Heizelements oder eine Verkleinerung des zu beheizenden Bereichs erreicht werden kann. Der andere Aspekt betrifft die Robustheit gegen Thermoschock durch Wasserschlag während eines Betriebs. Der genannte Thermoschock beruht darauf, dass für einen bestimmten Zeitraum nach dem Motorstart die Temperatur im Abgasrohr unterhalb des Taupunktes für Wasser liegt, so dass der bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehende Wasserdampf im Abgasrohr kondensieren kann. Dadurch kommt es im Abgasrohr zur Bildung von Wassertropfen. Die aufgeheizte Keramik der Lambdasonde kann durch Auftreffen von Wassertropfen durch thermische Spannungen oder Brüche in der Sensorkeramik beschädigt oder sogar zerstört werden. Daher wurden Lambdasonden entwickelt, die eine poröse keramische Schutz- oder Deckschicht an ihrer Oberfläche aufweisen, die auch als Thermoschockschutzschicht oder Thermal Shock Protection (TSP) bezeichnet wird. Diese Schutzschicht sorgt dafür, dass auf die Lambdasonde auftreffende Wassertropfen über eine große Fläche verteilt werden und somit die auftretenden lokalen Temperaturgradienten in dem Festkörperelektrolyten bzw. der Sondenkeramik verringert werden. Diese Lambdasonden vertragen im beheizten Zustand also eine gewisse Tropfengröße an Kondenswasser, ohne beschädigt zu werden. Unterhalb von ungefähr 300 °C ist die Sondenkeramik aufgrund ihrer hohen Festigkeit thermoschockfest. Eine Thermoschockschutzschicht vermindert bei einer Temperatur von 300 °C bis 450 °C durch ihre begrenzte Permeabilität den Wasserzutritt zu der Sondenkeramik und begrenzt in einem Temperaturbereich oberhalb von 450 °C die Abkühlung durch Wärmeleitung. Die Sondenkeramik darf keinen Kontakt zum Schutzrohr haben. Die Thermoschockschutzschichten werden üblicherweise durch Pulverspritzen auf bzw. um die Sondenkeramik oder auf eine Außenfläche des Schutzrohrs aufgebracht.Such sensors are subject to increasing functional requirements. In particular, a fast operational readiness of lambda sensors after an engine start plays a major role. This is essentially influenced by two aspects. The first aspect relates to a rapid heating of the lambda probe to its operating temperature, which is usually about 780 ° C, which can be achieved by a corresponding design of a heating element or a reduction of the area to be heated. The other aspect relates to the robustness against thermal shock due to water hammer during operation. Said thermal shock is based on the fact that for a certain period of time after engine start, the temperature in the exhaust pipe is below the dew point for water, so that the water vapor formed in the combustion of fuel in the exhaust pipe can condense. This causes the formation of drops of water in the exhaust pipe. The heated ceramic of the lambda probe can be damaged or even destroyed by the impact of water droplets due to thermal stresses or fractures in the sensor ceramic. Therefore, lambda probes have been developed which have a porous ceramic protective or covering layer on their surface, which is also referred to as thermal shock protection layer or thermal shock protection (TSP). This protective layer ensures that drops of water impinging on the lambda probe are distributed over a large area and thus the occurring local temperature gradients in the solid electrolyte or the probe ceramic are reduced. This lambda probes tolerate in the heated state so a certain drop size of condensation, without being damaged. Below about 300 ° C, the probe ceramic is thermoshock resistant due to its high strength. A thermal shock protection layer reduces the water access to the probe ceramic at a temperature of 300 ° C to 450 ° C by their limited permeability and limited in a temperature range above 450 ° C, the cooling by conduction. The probe ceramic must not be in contact with the protective tube. The thermal shock protective layers are usually applied by powder spraying on or around the probe ceramic or on an outer surface of the protective tube.

Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Messfühler beinhalten diese noch Verbesserungspotential. So korreliert, wie oben beschrieben, grundsätzlich die thermische Masse der Thermoschockschutzschicht mit der Thermoschockrobustheit. Dadurch kann der Heizspannungsbedarf erhöht sein, die Fast-Light-Off-Zeit erhöht, die Kosten erhöht, die thermomechanische Robustheit gesenkt sein. Ferner korreliert grundsätzlich die Übertragungsfunktion des Schutzrohrs mit dem Ziel eines geringen Durchlasses von Tropfen mit der Größe und der Anzahl der Schutzrohröffnungen. Dadurch führt eine Optimierung des Schutzrohrs bezüglich Thermoschockschutzschicht zu einer erhöhten Verrußungs- und/oder Versottungsgefahr. Außerdem sind die Schutzrohrdynamik und damit die Sondendynamik reduziert. Damit das Schutzrohr der Dynamikanforderung gerecht werden kann, muss die Strömung bis in eine Aussparung im Sondengehäuse, den so genannten Dynamikeinstich, geführt werden. Hierdurch werden die Freiheitsgrade hinsichtlich des Designs von Schutzrohrgeometrien mit gutem Thermoschockschutzpotential stark eingeschränkt.Despite the numerous advantages of the sensors known from the prior art, these still contain room for improvement. As described above, the thermal mass of the thermal shock protection layer is fundamentally correlated with the thermal shock robustness. This can increase the heating voltage requirement, increase the fast-light-off time, increase costs and lower the thermo-mechanical robustness. Furthermore, in principle, the transfer function of the protective tube correlates with the aim of a small passage of drops with the size and the number of protective tube openings. As a result, an optimization of the protective tube with respect to thermal shock protective layer leads to an increased risk of sooting and / or sooting. In addition, the protection tube dynamics and thus the probe dynamics are reduced. In order for the protective tube to be able to cope with the dynamic requirement, the flow must reach a recess in the probe housing, the so-called dynamic point. This greatly restricts the degrees of freedom in designing thermowell geometries with good thermal shock protection potential.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird daher ein Messfühler zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Messfühler zumindest weitgehend vermeiden kann und bei dem durch eine Kombination der Gestaltung des Sensorelements und des Schutzrohrs die Thermoschockrobustheit erhöht werden kann.Therefore, a measuring sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas space is proposed, which can at least largely avoid the disadvantages of known measuring sensors and in which the thermal shock robustness can be increased by a combination of the design of the sensor element and the protective tube.

Ein erfindungsgemäßer Messfühler zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere der Temperatur oder eines Anteils, wie beispielsweise Konzentration und/oder Partialdruck, einer Gaskomponente, insbesondere im Abgas einer Brennkraftmaschine, umfasst ein keramisches Sensorelement und mindestens ein einen gasseitigen Sensorabschnitt des keramischen Sensorelements zumindest teilweise umgebendes Schutzrohr, wobei das keramische Sensorelement mit dem dem Messgas aussetzbaren, gasseitigen Sensorabschnitt in das Schutzrohr hineinragt und ein Gaszutrittsloch an einer einem Innenraum des Schutzrohrs zuweisenden Stirnseite aufweist, wobei das Schutzrohr zumindest eine Öffnung zum Ermöglichen einer Durchströmung des Innenraums des Schutzrohrs durch das Messgas aufweist, wobei das Gaszutrittsloch und die Öffnung im Wesentlichen auf gleicher axialer Position angeordnet sind.A sensor according to the invention for determining at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular the temperature or a proportion, such as concentration and / or partial pressure, of a gas component, in particular in the exhaust gas of an internal combustion engine, comprises a ceramic sensor element and at least one gas-side sensor section of the ceramic Sensor element at least partially surrounding the protective tube, the ceramic sensor element protrudes with the gas to be exposed gas side sensor section into the protective tube and a gas inlet hole facing an interior of the protective tube end face, wherein the protective tube at least one opening for permitting a flow through the interior of the protective tube having the measurement gas, wherein the gas inlet hole and the opening are arranged substantially at the same axial position.

Das Gaszutrittsloch kann senkrecht zu der Öffnung angeordnet sein. Die Öffnung kann senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Sensorelements angeordnet sein. Die Öffnung und das Sensorelement können derart ausgestaltet sein, dass eine Strömung des durch die Öffnung in den Innenraum eintretenden Messgases die Stirnseite mit dem Gaszutrittsloch im Wesentlichen parallel überstreicht. Die Öffnung und das Sensorelement können derart ausgestaltet sein, dass eine Strömung des durch die Öffnung in den Innenraum eintretenden Messgases das Sensorelement unter einem Winkel von 0° bis maximal 45° überstreicht. Der Messfühler kann eine Längserstreckungsachse aufweisen, wobei das Gaszutrittsloch einen Abstand zu der Öffnung in der axialen Richtung der Längserstreckungsachse von nicht mehr als 2,0 mm, bevorzugt nicht mehr als 1,5 mm und besonders bevorzugt von nicht mehr als 1,0 mm aufweist. Eine Bohrungsachse des Gaszutrittslochs kann sich parallel zu einer Längserstreckungsachse des Messfühlers erstrecken. Eine Flächennormale der Stirnseite kann sich parallel zu der Längserstreckungsachse des Messfühlers erstrecken. Die Öffnung kann eine erste Öffnung sein und das Schutzrohr kann an einem freien Ende eine zweite Öffnung aufweisen. Das Schutzrohr kann ein erstes Schutzrohr sein, das von einem zweiten Schutzrohr umgeben ist, wobei das zweite Schutzrohr mindestens eine dritte Öffnung aufweist. Die dritte Öffnung kann in dem zweiten Schutzrohr so angeordnet sein, dass eine Strömungsrichtung des Messgases von der dritten Öffnung in dem zweiten Schutzrohr zu der ersten Öffnung in dem ersten Schutzrohr im Wesentlichen antiparallel zu einer Strömungsrichtung von der ersten Öffnung zu der zweiten Öffnung in dem ersten Schutzrohr ist. Die Strömung des Messgases von der dritten Öffnung in dem zweiten Schutzrohr zu der ersten Öffnung in dem ersten Schutzrohr kann im Wesentlichen der Strömungsrichtung von der ersten Öffnung zu der zweiten Öffnung einem ersten Schutzrohr entgegengesetzt sein. Eine Abmessung von einem gasseitigen Ende des gasseitigen Sensorabschnitts zu der zweiten Öffnung kann größer sein als eine Abmessung, um die der gasseitige Sensorabschnitt aus einem Messfühlergehäuse des Messfühlers herausragt. Der gasseitige Sensorabschnitt kann zumindest teilweise von einer Thermoschockschutzschicht umgeben sein. The gas inlet hole may be arranged perpendicular to the opening. The opening may be arranged perpendicular to an extension direction of the sensor element. The opening and the sensor element may be configured such that a flow of the measurement gas entering through the opening in the interior sweeps over the end face with the gas inlet hole substantially parallel. The opening and the sensor element can be configured such that a flow of the measuring gas entering through the opening passes over the sensor element at an angle of 0 ° to a maximum of 45 °. The probe may have a longitudinal axis of extension, wherein the gas inlet hole has a distance to the opening in the axial direction of the longitudinal axis of extension of not more than 2.0 mm, preferably not more than 1.5 mm and particularly preferably not more than 1.0 mm , A bore axis of the gas access hole may extend parallel to a longitudinal axis of the probe. A face normal to the face may extend parallel to the longitudinal axis of the probe. The opening may be a first opening and the protective tube may have a second opening at a free end. The protective tube may be a first protective tube, which is surrounded by a second protective tube, wherein the second protective tube has at least one third opening. The third opening may be disposed in the second protection tube so that a flow direction of the measurement gas from the third opening in the second protection tube to the first opening in the first protection tube is substantially in anti-parallel to a flow direction from the first opening to the second opening in the first Protective tube is. The flow of the measurement gas from the third opening in the second protection tube to the first opening in the first protection tube may be substantially opposite to a first protection tube in the direction of flow from the first opening to the second opening. A dimension from a gas side end of the gas side sensor portion to the second opening may be larger than a dimension around which the gas side sensor portion protrudes from a sensor housing of the sensor. The gas-side sensor section may be at least partially surrounded by a thermal shock protection layer.

Unter einem Anteil einer Gaskomponente ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Konzentration und/oder ein Partialdruck der Gaskomponente zu verstehen. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um das Abgas einer Brennkraftmaschine handeln.In the context of the present invention, a proportion of a gas component is to be understood as meaning a concentration and / or a partial pressure of the gas component. The gas may be, for example, the exhaust gas of an internal combustion engine.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe „erstes“, „zweites“ und „drittes“ als reine Bezeichnung verwendet, unabhängig davon, ob weitere in dem jeweiligen Zusammenhang genannte Bauteile vorhanden sind. Beispielsweise geben erste Öffnung und zweite Öffnung keine Wertung oder Gewichtung der Öffnungen an, sondern dienen lediglich zur Unterscheidung zwischen diesen. In the context of the present invention, the terms "first", "second" and "third" are used as a pure name, regardless of whether there are other components mentioned in the respective context. For example, the first opening and the second opening do not indicate scoring or weighting of the openings, but merely serve to distinguish between them.

Unter einem Gaszutrittsloch ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Loch in dem keramischen Sensorelement zu verstehen, durch das das Messgas, wie beispielsweise Abgas einer Brennkraftmaschine, in den eigentlichen Messraum des Sensorelements eindringt. Beispielsweise ist das Gaszutrittsloch Bestandteil einer Pumpzelle und der eigentliche Messraum ist ein Diffusionsspalt einer Nernst-Konzentrationszelle, wie er in dem oben genannten Stand der Technik beschrieben ist.In the context of the present invention, a gas access hole is to be understood as meaning a hole in the ceramic sensor element through which the measurement gas, for example exhaust gas of an internal combustion engine, penetrates into the actual measurement space of the sensor element. For example, the gas inlet hole is part of a pumping cell and the actual measuring space is a diffusion gap of a Nernst concentration cell, as described in the above-mentioned prior art.

Unter der Angabe einer axialen Position ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Angabe als Ortskoordinate entlang einer Längserstreckungsachse des Messfühlers zu verstehen, wie beispielsweise entlang der Längserstreckungsachse, entlang derer sich der Messfühler in den Messgasraum hinein erstreckt. In the context of the present invention, an axial position is to be understood as an indication of the location coordinate along a longitudinal axis of the sensor, for example along the longitudinal axis along which the sensor extends into the sample gas space.

Unter der Angabe „im Wesentlichen gleiche axiale Position“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zu verstehen, bei der sich das Gaszutrittsloch und die Öffnung unter Berücksichtigung technischer Toleranzen in Bezug auf Axialdurchmesser und auf den Durchmesser der Öffnung auf gleicher axialer Position befinden. Zur Festlegung dieser Position kann beispielsweise ein Mittelpunkt der Öffnung bzw. des Gaszutrittslochs verwendet werden, wobei bedingt durch die jeweiligen Durchmesser, eine gewisse Überlappung möglich ist. The term "essentially the same axial position" in the context of the present invention means an arrangement in which the gas inlet hole and the opening are in the same axial position, taking into account technical tolerances with regard to the axial diameter and the diameter of the opening. To fix this position, for example, a center of the opening or of the gas access hole can be used, whereby due to the respective diameters, a certain overlap is possible.

Wenngleich hinsichtlich der Gleichheit der axialen Position eine exakte Gleichheit bevorzugt sein kann, sind doch von der Erfindung auch Anordnungen umfasst, bei denen die axiale Position lediglich ihrem Wesen nach, insbesondere hinsichtlich der resultierenden Strömungsführung gleich ist, zum Beispiel Anordnungen bei denen zwischen Gaszutrittsloch und Öffnung in axialer Richtung ein Versatz von nicht mehr als 3mm oder nicht mehr als 2mm, insbesondere nicht mehr als 1mm auftritt.Although exact equality may be preferred in terms of equality of axial position, the invention also encompasses arrangements in which the axial position is merely the same in nature, particularly as regards the resulting flow guide, for example, arrangements between the gas inlet hole and the opening an offset of not more than 3 mm or not more than 2 mm, in particular not more than 1 mm, occurs in the axial direction.

Unter der Angabe „im Wesentlichen parallel“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Ausrichtung mit einer maximalen Abweichung von 10° und bevorzugt von maximal 5° zu verstehen.The term "essentially parallel" in the context of the present invention means an alignment with a maximum deviation of 10 ° and preferably of not more than 5 °.

Unter einem Schutzrohr ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein rohrförmiges Bauteil zu verstehen, das geeignet ist zum Schutz des Sensorelements vor chemischen, physikalischen, mechanischen und/oder thermischen Einflüssen. Das Schutzrohr weist Öffnungen auf, um einen Gaszutritt zu dem Sensorelement im Innenraum des Schutzrohrs zu ermöglichen.In the context of the present invention, a protective tube is to be understood as meaning a tubular component which is suitable for protecting the sensor element against chemical, physical, mechanical and / or thermal influences. The protective tube has openings to allow gas access to the sensor element in the interior of the protective tube.

Unter der Gasseite ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bereich zu verstehen, der dem Messgasraum zugewandt ist und in dem Messgasraum angeordnet sein kann.In the context of the present invention, the gas side is to be understood as an area which faces the measuring gas space and can be arranged in the measuring gas space.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem gasseitigen Abschnitt eines Bauteils, wie beispielsweise dem gasseitigen Sensorabschnitt, oder einem gasseitigen Endabschnitt eines Schutzrohrs, ein Sensorabschnitt oder Endabschnitt des Schutzrohrs zu verstehen, der dem Messgasraum zugewandt ist und in diesem oder an diesem angeordnet sein kann.In the context of the present invention, a gas-side section of a component, such as the gas-side sensor section, or a gas-side end section of a protective tube, is understood to mean a sensor section or end section of the protective tube, which faces the measuring gas chamber and can be arranged in this or on this.

Unter einem gehäuseseitigen Abschnitt, wie beispielsweise dem gehäuseseitigen Endabschnitt des Schutzrohrs, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Abschnitt zu verstehen, der dem Messfühlergehäuse des Messfühlers zugewandt ist und in diesem oder an diesem angeordnet sein kann.In the context of the present invention, a housing-side section, such as, for example, the housing-side end section of the protective tube, is understood to mean a section which faces the sensor housing of the measuring probe and can be arranged in or on this.

Unter einem Festelektrolytkörper ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper, insbesondere ein gesinterter Körper mit elektrolytischen Eigenschaften, also ionenleitenden Eigenschaften, zu verstehen. Insbesondere kann es sich um einen keramischen Festelektrolyten handeln.In the context of the present invention, a solid electrolyte body is to be understood as meaning a body, in particular a sintered body with electrolytic properties, ie ion-conducting properties. In particular, it may be a ceramic solid electrolyte.

Unter einem freien Ende eines Schutzrohrs ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Ende zu verstehen, welches in den Messgasraum hineinragt.In the context of the present invention, a free end of a protective tube is to be understood as meaning an end which projects into the measuring gas space.

Unter einer Erstreckungsrichtung des Sensorelements ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Richtung parallel zu einer Richtung zu verstehen, in der das Sensorelement aus dem Messfühlergehäuse und in den Innenraum des Schutzrohrs hineinragt. Die Erstreckungsrichtung ist parallel zu einer längsten Seite des Sensorelements.An extension direction of the sensor element in the context of the present invention is to be understood as meaning a direction parallel to a direction in which the sensor element protrudes from the sensor housing and into the interior of the protective tube. The extension direction is parallel to a longest side of the sensor element.

Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Masse in flächenhafter Ausdehnung in einer gewissen Höhe zu verstehen, die über, unter oder zwischen anderen Elementen liegt.In the context of the present invention, a layer is to be understood as a uniform mass in a planar extent at a certain height, which lies above, below or between other elements.

Unter einer Funktionsschicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Elektrode, Leiterbahn, Diffusionsbarriere, Diffusionsspalt, Referenzgaskanal, Heizelement, Nernstzelle und Sauerstoffpumpzelle. Insbesondere sind darunter diejenigen Elemente zu verstehen, die die wesentlichen chemischen und/oder physikalischen und/oder elektrischen und/oder elektrochemischen Funktionen einer Lambdasonde erfüllen.In the context of the present invention, a functional layer is to be understood as meaning an element which is selected from the group consisting of: electrode, interconnect, diffusion barrier, diffusion gap, reference gas channel, heating element, Nernst cell and oxygen pumping cell. In particular, these include those elements which fulfill the essential chemical and / or physical and / or electrical and / or electrochemical functions of a lambda probe.

Unter einer Thermoschockschutzschicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schicht zu verstehen, die eingerichtet ist, die auftretenden lokalen Temperaturgradienten in dem Funktionselement bzw. der Sondenkeramik zu verringern, indem sie beispielsweise auf die Lambdasonde auftreffende Wassertropfen über eine große Fläche verteilt. Die Thermoschockschutzschicht kann aus einem keramischen Material sein, Metall oder Metallverbindungen enthalten und kann porös sein.In the context of the present invention, a thermal shock protection layer is to be understood as meaning a layer which is set up to reduce the local temperature gradients occurring in the functional element or the probe ceramic, for example, by distributing water droplets incident on the lambda probe over a large area. The thermal shock protective layer may be made of a ceramic material containing metal or metal compounds and may be porous.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Sensorelement ein stirnseitiges Gaszutrittsloch aufweist. Das Sensorelement wird in dem Schutzrohr so platziert, dass die Abgasströmung parallel über das stirnseitige Gaszutrittsloch geführt wird. Der Gasaustausch zwischen dem Abgasmassenstrom und der Messzelle erfolgt größtenteils per Strömung. Der letzte Teil des Gasaustauschs erfolgt allerdings über Diffusion. Das Sensorelement wird somit nicht direkt angeströmt. Somit wird die Wahrscheinlichkeit von direkt auf das Sensorelement treffenden Tropfen erheblich verringert. Ein guter Gasaustausch, d. h. eine gute Dynamik der Sonde, ist trotzdem gewährleistet, da dieser im Bereich des Gaszutrittslochs konvektionsdominiert stattfindet. Durch die besondere Kombination der Anordnung des Sensorelements und des Schutzrohrdesigns ergibt sich keine Winkelabhängigkeit des Sensorelements gegenüber dem Schutzrohr. Ferner kann der Simulations- und Messaufwand durch Entfall der Drehwinkelabhängigkeit der einzelnen Schutzrohre zum Sensorelement verringert werden. Ferner ergibt sich eine vereinfachte Strömungsführung des Abgases bei kurz bauenden Sensorelementen unter Gewährleistung einer guten Schutzrohrdynamik. Der Heizspannungsbedarf kann verringert werden, so dass das Sensorelement nicht direkt angeströmt wird und die konvektionsbedingte Auskühlung des Sensorelements dadurch vermindert wird. Ferner ergibt sich eine bessere Schweißbarkeit von Schutzrohren mit dem Messfühlergehäuse, da durch Entfall des Dynamikeinstichs größere Materialstärken am Messfühlergehäuse im Bereich der Schweißnaht vorgesehen werden können. Ferner ist der freistehende Bereich des Sensorelements kürzer, so dass weniger Thermoschockschutz notwendig ist und ein kleineres Heizelement vorgesehen werden kann, bzw. ein Heizelement mit einem geringeren Platinanteil.According to the invention, it is proposed that the sensor element has an end-side gas inlet hole. The sensor element is placed in the protection tube so that the exhaust gas flow is guided in parallel over the end-side gas access hole. The gas exchange between the exhaust gas mass flow and the measuring cell is largely by flow. The last part of the gas exchange, however, takes place via diffusion. The sensor element is thus not directly flowed. Thus, the probability of falling directly on the sensor element drops is significantly reduced. A good gas exchange, ie a good dynamics of the probe is still guaranteed, as this in the gas access hole convection dominated takes place. Due to the special combination of the arrangement of the sensor element and the protective tube design, there is no angular dependence of the sensor element with respect to the protective tube. Furthermore, the simulation and measurement effort can be reduced by omitting the rotation angle dependence of the individual protective tubes to the sensor element. Furthermore, there is a simplified flow guidance of the exhaust gas at short sensor elements while ensuring a good protection tube dynamics. The Heizspannungsbedarf can be reduced, so that the sensor element is not directly flowed and the convection-induced cooling of the sensor element is thereby reduced. Furthermore, there is a better weldability of thermowells with the sensor housing, as by eliminating the dynamic puncture greater material thicknesses can be provided on the sensor housing in the region of the weld. Furthermore, the free-standing area of the sensor element is shorter, so that less thermal shock protection is necessary and a smaller heating element can be provided, or a heating element with a lower platinum content.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures. Show it:

1 eine Querschnittsansicht entlang einer Längserstreckungsachse eines erfindungsgemäßen Messfühlers. 1 a cross-sectional view along a longitudinal axis of a sensor according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Messfühlers 10. Das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messfühlers 10 ist beispielhaft als eine Lambdasonde und insbesondere als eine planare Breitband-Lambdasonde ausgestaltet. Die Lambdasonde dient zur Steuerung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches einer Brennkraftmaschine, um mittels einer Messung der Konzentration des Sauerstoffgehalts im Abgas ein möglichst stöchiometrisches Gemisch einstellen zu können, so dass durch eine möglichst optimale Verbrennung der Schadstoffausstoß minimiert wird. Daher kann es sich bei dem Messgasraum im Rahmen der vorliegenden Erfindung um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln. 1 shows a cross-sectional view of a sensor according to the invention 10 , That in the 1 illustrated embodiment of a sensor according to the invention 10 is exemplary configured as a lambda probe and in particular as a planar broadband lambda probe. The lambda probe is used to control an air-fuel mixture of an internal combustion engine in order to be able to set a stoichiometric mixture by means of a measurement of the concentration of the oxygen content in the exhaust gas, so that pollutant emissions are minimized by optimum combustion possible. Therefore, in the context of the present invention, the measuring gas space may be an exhaust gas tract of an internal combustion engine.

Diese Lambdasonde wird nachfolgend als Ausführungsbeispiel für einen Messfühler 10 zur Bestimmung mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Temperatur oder eines Anteils einer Gaskomponente, insbesondere im Abgas einer Brennkraftmaschine, beschrieben. Für die grundlegende Funktionsweise einer solchen Lambdasonde wird auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen, insbesondere auf Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160–165 .This lambda probe will be described below as an exemplary embodiment of a measuring sensor 10 for determining at least one physical and / or chemical property of a measuring gas, in particular the temperature or a portion of a gas component, in particular in the exhaust gas of an internal combustion engine. For the basic operation of such a lambda probe is made to the above-mentioned prior art, in particular to Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pp. 160-165 ,

Der Messfühler 10 weist ein keramisches Sensorelement 12 auf, das mit einem dem Messgas aussetzbaren, gasseitigen Sensorabschnitt 14 aus einem Messfühlergehäuse 16 herausragt. Das Sensorelement 12 weist einen Festelektrolytkörper und mindestens eine Funktionsschicht auf. Der Festelektrolytkörper kann insbesondere ein keramischer Festelektrolytkörper sein, der die Sensorkeramik des Sensorelements 12 bildet. Die eine oder mehrere Funktionsschichten können in die Sondenkeramik integriert oder auf dieser angebracht sein. Als Beispiel können eine Elektrode und/oder ein Heizelement vorgesehen sein.The sensor 10 has a ceramic sensor element 12 on, with a gas that can be exposed to the gas side sensor section 14 from a sensor housing 16 protrudes. The sensor element 12 has a solid electrolyte body and at least one functional layer. In particular, the solid electrolyte body may be a ceramic solid electrolyte body which contains the sensor ceramic of the sensor element 12 forms. The one or more functional layers may be integrated in or attached to the probe ceramic. As an example, an electrode and / or a heating element may be provided.

Dieser gasseitige Sensorabschnitt 14 des Sensorelements 12 wird von mindestens einem Schutzrohr umgeben. Beispielsweise wird der gasseitige Sensorabschnitt 14 von innen nach außen gesehen von einem Doppelschutzrohr 18 umgeben. Dieses Doppelschutzrohr 18 umfasst ein inneres oder erstes Schutzrohr 20 und ein äußeres oder zweites Schutzrohr 22. Ein gehäuseseitiger Endabschnitt 24 des inneren Schutzrohrs 20 ist dabei auf einen Ringabsatz 26 des Fühlergehäuses 16 aufgeschoben. Dazu weist der gehäuseseitige Endabschnitt 24 des inneren Schutzrohrs 20 eine Querschnittserweiterung auf, so dass dieser Abschnitt als Ringschulter ausgebildet sein kann. Ein gehäuseseitiger Endabschnitt 28 des äußeren Schutzrohrs 28 ist wiederum in Längserstreckungsrichtung des Messfühlers 10 gesehen auf den gehäuseseitigen Endabschnitt 24 des inneren Schutzrohrs 20 und damit, allerdings mittelbar, auf den Ringabsatz 26 des Messfühlergehäuses 16 aufgeschoben. Zur Festlegung des Doppelschutzrohrs 18 an dem Messfühlergehäuse 16 wird schließlich eine Schweißnaht gesetzt, welche von dem gehäuseseitigen Endabschnitt 28 des äußeren Schutzrohrs 22 durch den darunter liegenden gehäuseseitigen Endabschnitt 24 des inneren Schutzrohrs 20 bis in das Messfühlergehäuse und insbesondere den Ringabsatz 26 des Messfühlergehäuses 16 reicht. Um den Messfühler 10 an dem Messgasraum zu befestigen, weist das Messfühlergehäuse 16 ein Außengewinde 30 auf. Des Weiteren definiert der Messfühler 10 eine Längserstreckungsachse 32, entlang derer sich der Messfühler 10 in den Messgasraum hinein erstreckt.This gas-side sensor section 14 of the sensor element 12 is surrounded by at least one protective tube. For example, the gas-side sensor section 14 seen from the inside to the outside of a double protection tube 18 surround. This double protection tube 18 includes an inner or first protective tube 20 and an outer or second protection tube 22 , A housing-side end portion 24 of the inner protective tube 20 is on a ring heel 26 of the sensor housing 16 postponed. For this purpose, the housing-side end portion 24 of the inner protective tube 20 a cross-sectional widening, so that this section may be formed as an annular shoulder. A housing-side end portion 28 of the outer protective tube 28 is again in the longitudinal direction of the probe 10 seen on the housing-side end portion 24 of the inner protective tube 20 and thus, but indirectly, on the ring heel 26 of the sensor housing 16 postponed. To determine the double protection tube 18 on the sensor housing 16 Finally, a weld is set, which from the housing-side end portion 28 of the outer protective tube 22 through the underlying housing-side end portion 24 of the inner protective tube 20 into the sensor housing and in particular the annular shoulder 26 of the sensor housing 16 enough. Around the probe 10 to attach to the sample gas chamber, the sensor housing has 16 an external thread 30 on. Furthermore, the sensor defines 10 a longitudinal axis 32 along which the sensor is located 10 extends into the sample gas space.

Der gasseitige Sensorabschnitt 14 ragt in das innere Schutzrohr 20 hinein. Der gasseitige Sensorabschnitt 14 weist an einer einem Innenraum des inneren Schutzrohrs 20 zuweisenden Stirnseite 34 ein Gaszutrittsloch 36 auf. Durch das Gaszutrittsloch 36 gelangt Messgas in den eigentlichen Messraum einer Nernst-Konzentrationszelle des Sensorelements 12. Das innere Schutzrohr 20 weist eine erste Öffnung 38 auf. Die Öffnung 38 erlaubt eine Kontaktierung des Sensorelements 12 mit dem zu untersuchenden Messgas. Die erste Öffnung 38 und das Gaszutrittsloch 36 sind im Wesentlichen auf gleicher axialer Position bezüglich der Längserstreckungsachse 32 angeordnet. Beispielsweise befindet sich die Mündung des Gaszutrittslochs 36 in dem Innenraum des inneren Schutzrohrs 20 auf gleicher axialer Position wie ein Mittelpunkt der ersten Öffnung 38 in dem inneren Schutzrohr 20. Alternativ kann sich auch der Randbereich bzw. äußere Umfangsbereich der ersten Öffnung 38 auf gleicher axialer Position wie ein Mündungsbereich des Gaszutrittslochs 36 in den Innenraum des inneren Schutzrohrs 20 befinden. Beispielsweise weist das Gaszutrittsloch 36 einen Abstand zu der ersten Öffnung 38 in der axialen Richtung der Längserstreckungsachse 32 des Messfühlers 10 von nicht mehr als 2,0 mm, bevorzugt nicht mehr als 1,5 mm und besonders bevorzugt von nicht mehr als 1,0 mm auf, beispielsweise einen Abstand von 0,5 mm. Mit anderen Worten ist die erste Öffnung 38 um nicht mehr als diesen Abstand näher an dem Messgasraum angeordnet als das Gaszutrittsloch 36. Das Gaszutrittsloch 36 umfasst eine Bohrungsachse 42, die sich im Wesentlichen parallel zu der Längserstreckungsachse 32 erstreckt und bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit dieser zusammenfällt. Das Gaszutrittsloch 36 ist senkrecht zu der ersten Öffnung 38 angeordnet. Die erste Öffnung 38 ist ferner senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Sensorelements 12 angeordnet. Die Erstreckungsrichtung des Sensorelements 12 ist eine Richtung parallel zu einer längsten Seite des Sensorelements 12. Wie durch einen Pfeil 42 angedeutet ist, sind die erste Öffnung 38 und das Sensorelement 12 derart ausgestaltet, dass eine Strömung des durch die erste Öffnung 38 in den Innenraum des inneren Schutzrohrs 20 eintretenden Gases die Stirnseite 34 mit dem Gaszutrittsloch 36 im Wesentlichen parallel überstreicht. Das Gaszutrittsloch 36 und das Sensorelement 12 können derart ausgestaltet sein, dass eine Strömung des durch die erste Öffnung 38 in den Innenraum des inneren Schutzrohrs 20 eintretenden Messgases das Sensorelement 12 unter einem Winkel von 0° bis maximal 45° überstreicht. The gas-side sensor section 14 protrudes into the inner protective tube 20 into it. The gas-side sensor section 14 indicates an inner space of the inner protective tube 20 assigning end face 34 a gas entry hole 36 on. Through the gas access hole 36 sample gas enters the actual measurement space of a Nernst concentration cell of the sensor element 12 , The inner protective tube 20 has a first opening 38 on. The opening 38 allows contacting of the sensor element 12 with the sample gas to be examined. The first opening 38 and the gas access hole 36 are substantially at the same axial position with respect to the longitudinal axis 32 arranged. For example, the mouth of the gas inlet hole is located 36 in the interior of the inner protective tube 20 at the same axial position as a center of the first opening 38 in the inner protective tube 20 , Alternatively, the edge region or outer peripheral region of the first opening can also be used 38 at the same axial position as an opening area of the gas inlet hole 36 into the interior of the inner protective tube 20 are located. For example, the gas access hole has 36 a distance to the first opening 38 in the axial direction of the longitudinal axis 32 of the probe 10 of not more than 2.0 mm, preferably not more than 1.5 mm, and more preferably not more than 1.0 mm, for example, a pitch of 0.5 mm. In other words, the first opening 38 not more than this distance closer to the sample gas space than the gas inlet hole 36 , The gas entry hole 36 includes a bore axis 42 extending substantially parallel to the longitudinal axis 32 extends and in the embodiment shown coincides with this. The gas entry hole 36 is perpendicular to the first opening 38 arranged. The first opening 38 is also perpendicular to an extension direction of the sensor element 12 arranged. The extension direction of the sensor element 12 is a direction parallel to a longest side of the sensor element 12 , As if by an arrow 42 is indicated, are the first opening 38 and the sensor element 12 configured such that a flow of the through the first opening 38 into the interior of the inner protective tube 20 entering gas the front side 34 with the gas access hole 36 essentially parallel overflows. The gas entry hole 36 and the sensor element 12 may be configured such that a flow of the through the first opening 38 into the interior of the inner protective tube 20 entering measuring gas, the sensor element 12 at an angle of 0 ° to a maximum of 45 ° sweeps.

Das innere Schutzrohr 20 weist ferner an einem freien Ende 44, d. h. einem Ende, welches in den Messgasraum hineinragt, eine zweite Öffnung 46 auf. Das äußere Schutzrohr 22 weist eine dritte Öffnung 48 auf, die sich an einem dem Messgasraum zugewandten axialen Ende 50 des äußeren Schutzrohrs 22 befindet. Die zweite Öffnung 46 in dem inneren Schutzrohr 20 ist somit parallel zu der dritten Öffnung 48 an dem axialen Ende 50 des äußeren Schutzrohrs 22 angeordnet. Ferner ist eine Abmessung von einem gasseitigen Ende, d. h. der Stirnseite 34, des gasseitigen Sensorabschnitts 14 zu der zweiten Öffnung 46 größer als eine Abmessung, um die der gasseitige Sensorabschnitt 14 aus dem Messfühlergehäuse 16 heraus und in das innere Schutzrohr 20 hineinragt. Optional kann der gasseitige Sensorabschnitt 14 zumindest teilweise von einer Thermoschockschutzschicht umgeben sein.The inner protective tube 20 also has a free end 44 , ie, an end which projects into the measuring gas space, a second opening 46 on. The outer protective tube 22 has a third opening 48 on, which is located at a measuring gas space facing the axial end 50 of the outer protective tube 22 located. The second opening 46 in the inner protective tube 20 is thus parallel to the third opening 48 at the axial end 50 of the outer protective tube 22 arranged. Further, a dimension of a gas-side end, ie, the front side 34 , the gas-side sensor section 14 to the second opening 46 larger than a dimension around which the gas-side sensor section 14 from the sensor housing 16 out and into the inner protective tube 20 protrudes. Optionally, the gas-side sensor section 14 be at least partially surrounded by a thermal shock protection layer.

Ist der Messfühler 10 in bzw. an dem Messgasraum befestigt, kann das Messgas durch die dritte Öffnung 48 in dem äußeren Schutzrohr in einen Zwischenraum zwischen dem äußeren Schutzrohr 22 und dem inneren Schutzrohr 20 gelangen. Aus diesem Zwischenraum kann das Messgas durch die erste Öffnung 38 in den Innenraum des inneren Schutzrohrs 20 gelangen. Ferner kann das Messgas aus dem Innenraum des inneren Schutzrohrs durch die zweite Öffnung 46 in dem inneren Schutzrohr 20 wieder in den Messgasraum eintreten. Wie durch den Pfeil 42 angedeutet ist, ist eine Strömungsrichtung des Messgases von der dritten Öffnung 48 zu der ersten Öffnung 38 antiparallel oder entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung des Messgases von der ersten Öffnung 38 zu der zweiten Öffnung 32. Dadurch, dass das Messgas von der ersten Öffnung 38 kommend die Stirnseite 34 und das Gaszutrittsloch 36 parallel überströmt, wird das Gaszutrittsloch 36 nicht direkt angeströmt, d. h. das Messgas wird nicht in das Gaszutrittsloch 36 hineingedrückt, sondern gelangt durch Diffusion in das Gaszutrittsloch 36.Is the sensor 10 attached in or on the sample gas space, the sample gas through the third opening 48 in the outer protective tube in a space between the outer protective tube 22 and the inner protective tube 20 reach. From this gap, the sample gas through the first opening 38 into the interior of the inner protective tube 20 reach. Furthermore, the measurement gas from the interior of the inner protective tube through the second opening 46 in the inner protective tube 20 enter the sample gas chamber again. As by the arrow 42 is indicated, is a flow direction of the measurement gas from the third opening 48 to the first opening 38 antiparallel or opposite to a flow direction of the measurement gas from the first opening 38 to the second opening 32 , By having the sample gas from the first opening 38 coming the front page 34 and the gas access hole 36 flows in parallel, the gas inlet hole 36 not directly flowed, ie the sample gas is not in the gas inlet hole 36 pushed in, but passes through diffusion in the gas inlet hole 36 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pp. 160-165 [0002]
Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pp. 160-165 [0030]

Claims

Sensor ( 10 ) for determining at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular the temperature or a portion of a gas component, in particular in the exhaust gas of an internal combustion engine, with a ceramic sensor element ( 12 ) and with at least one gas-side sensor section ( 14 ) of the ceramic sensor element ( 12 ) at least partially surrounding protective tube ( 20 ), wherein the ceramic sensor element ( 12 ) with the sample gas exposed to the gas side sensor section ( 14 ) in the protective tube ( 20 protrudes and a gas access hole ( 36 ) at an interior of the protective tube ( 20 ) facing end face ( 34 ), wherein the protective tube ( 20 ) at least one opening ( 38 ) to allow a flow through the interior of the protective tube ( 20 ) through the measurement gas, wherein the gas access hole ( 36 ) and the opening ( 38 ) are arranged substantially at the same axial position.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the gas access hole ( 36 ) perpendicular to the opening ( 38 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the opening ( 38 ) perpendicular to an extension direction of the sensor element ( 12 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the opening ( 38 ) and the sensor element ( 12 ) are configured such that a flow of the through the opening ( 38 ) into the interior of the sample gas entering the end face ( 34 ) with the gas access hole ( 36 ) passes over substantially parallel.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the first opening ( 38 ) and the sensor element ( 12 ) are configured such that a flow of the through the opening ( 38 ) into the interior of the sample gas entering the sensor element ( 12 ) at an angle of 0 ° to a maximum of 45 ° sweeps.

Sensor ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor ( 10 ) a longitudinal axis ( 32 ), wherein the gas access hole ( 36 ) a distance to the opening ( 38 ) in the axial direction of the longitudinal axis ( 32 ) of not more than 2.0 mm, preferably not more than 1.5 mm, and more preferably not more than 1.0 mm.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein a bore axis ( 42 ) of the gas access hole ( 36 ) parallel to the longitudinal axis ( 32 ) of the sensor ( 10 ).

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the opening ( 38 ) a first opening ( 38 ), the protective tube ( 20 ) at a free end ( 44 ) a second opening ( 46 ) having.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the protective tube ( 20 ) a first protective tube ( 20 ), that of a second protective tube ( 22 ), wherein the second protective tube ( 22 ) at least one third opening ( 48 ) having.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the third opening ( 48 ) in the second protective tube ( 22 ) is arranged so that a flow direction of the measurement gas from the third opening ( 48 ) in the second protective tube ( 22 ) to the first opening ( 38 ) in the first protective tube ( 20 ) substantially in anti-parallel to a flow direction from the first opening (FIG. 38 ) to the second opening ( 46 ) in the first protective tube ( 20 ).

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the flow direction of the measuring gas from the third opening ( 48 ) in the second protective tube ( 22 ) to the first opening ( 38 ) in the first protective tube ( 20 ) substantially the flow direction of the first opening ( 38 ) to the second opening ( 46 ) in the first protective tube ( 20 ) is opposite.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein a dimension of a gas-side end of the gas-side sensor section ( 14 ) to the second opening ( 46 ) is larger than a dimension around which the gas-side sensor section ( 14 ) from a sensor housing ( 16 ) of the sensor ( 10 ) stands out.