DE102013207519A1

DE102013207519A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102013207519A1
Application number: DE102013207519A
Authority: DE
Inventors: Yasufumi Suzuki; Tooru Katafuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-11-21
Also published as: US20130306475A1; JP2013238556A; CN103424460A

Abstract

In einem Gassensor weist ein Gasmessfühler (2) einen Festelektrolytkörper (21) auf, der eine mit Boden versehene Röhrenform und eine Bezugs- und Messelektrode (23) hat, die jeweils auf der Innen- und Außenfläche (212) des Festelektrolytkörpers (21) vorgesehen sind. Eine Abdeckung (3) ist so angeordnet, dass sie einen fernen Endabschnitt (201) des Gasmessfühlers (2) bedeckt. Die Abdeckung (3) hat mindestens ein Durchgangsloch (33), das sich in Längsrichtung (X) des Gassensors auf einer fernen Seite des fernen Endabschnitts (201) des Gasmessfühlers (2) befindet. Die Messelektrode (23) befindet sich auf der Außenfläche (212) des Festelektrolytkörpers (21) außerhalb eines Überlappungsbereichs (A), der sich in der Längsrichtung (X) mit dem mindestens einen Durchgangsloch (33) der Abdeckung (3) überlappt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf Gassensoren, die die Konzentration eines bestimmten Bestandteils in einem zu messenden Gas (im Folgenden einfach als Messgas bezeichnet) abfühlen.
Stand der Technik
Es sind Gassensoren bekannt, die beispielsweise im Abgassystem einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs angeordnet sind, um in dem Abgas aus der Maschine (d. h. dem Messgas) die Konzentration eines bestimmten Bestandteils (z. B. Sauerstoff oder Stickoxide) zu erfassen.
Zum Beispiel offenbart die JP 01-180447 A einen Gassensor, der einen Gasmessfühler zum Abfühlen der Konzentration eines bestimmten Bestandteils im Abgas und eine Abdeckung aufweist, die so angeordnet ist, dass sie einen fernen Endabschnitt des Gasmessfühlers bedeckt.
Genauer gesagt weist der Gasmessfühler einen Festelektrolytkörper und ein Bezugs- und Messelektrodenpaar auf. Der Festelektrolytkörper hat eine mit Boden versehene Röhrenform, sodass darin eine Bezugsgaskammer definiert ist. Die Bezugselektrode ist so auf der Innenfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen, dass sie einem Bezugsgas (z. B. Luft) ausgesetzt wird, das in die Bezugsgaskammer eingeleitet wird. Andererseits ist die Messelektrode so auf der Außenfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen, dass sie dem Abgas (d. h. dem Messgas) ausgesetzt wird. Die Abdeckung ist so angeordnet, dass sie einen fernen Endabschnitt des Festelektrolytkörpers umgibt. Die Abdeckung hat in sich eine Vielzahl von Durchgangslöchern ausgebildet, sodass das Abgas über die Durchgangslöcher zur Messelektrode eingeleitet werden kann.
Bei dem obigen Aufbau wird der ferne Endabschnitt des Festelektrolytkörpers dem Abgas ausgesetzt. Daher fließt während eines Kaltstarts der Maschine Kondensatwasser, das durch die Kondensation von in dem Abgas enthaltenem Dampf erzeugt wird, zum fernen Endabschnitt des Festelektrolytkörpers und geht mit ihm dadurch einen Kontakt ein. Des Weiteren hat der Gasmessfühler im Allgemeinen eine Heizung, um den Festelektrolytkörper auf eine hohe Temperatur zu erwärmen, bei der der Festelektrolytköper aktiviert werden kann. Wenn das Kondensatwasser mit dem fernen Endabschnitt des stark erwärmten Festelektrolytkörpers Kontakt eingeht, wird folglich auf den Festelektrolytkörper ein großer Wärmeschock aufgebracht, der zu Rissen in dem Festelektrolytkörper führt.
Um das obige Problem zu lösen, ist ein herkömmliches Verfahren verwendet worden, gemäß dem eine Steuerung durchgeführt wird, um das Erwärmen des Festelektrolytkörpers durch die Heizung während eines Kaltstarts der Maschine zu unterdrücken, wodurch der auf den Festelektrolytkörper aufgebrachte Wärmeschock verringert wird, damit das Auftreten von Rissen in dem Festelektrolytkörper verhindert wird.
Allerdings sind in den letzten Jahren mit Marktausweitung und Kraftstoffsortimentserweiterung für Brennkraftmaschinen von Motorfahrzeugen verschiedene Kraftstoffadditive und Maschinenöle zum Einsatz gekommen. Diese Kraftstoffadditive und Maschinenöle enthalten im Allgemeinen giftige Bestandteile wie Mn, S, Pb, Si und Ba. Wenn sich die giftigen Bestandteile in dem Kondensatwasser lösen und das die giftigen Bestandteile enthaltende Kondensatwasser mit dem fernen Endabschnitt des Festelektrolytkörpers des Gasmessfühlers in Kontakt gebracht wird, kann daher die auf der Außenfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehene Messelektrode durch die giftigen Bestandteile vergiftet werden, was zu einer Schädigung der Messelektrode und somit aufgrund der Schädigung der Messelektrode zu einer Änderung des Ausgangssignals des Gasmessfühlers führt.
Das heißt also, dass das herkömmliche Verfahren zwar wirksam das Auftreten von Rissen in dem Festelektrolytkörper verhindert, dass es aber fast keine Wirkung bei der Verhinderung der Schädigung des Gassensors aufgrund der giftigen Bestandteile hat.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Gassensor vorgesehen, der ein Gasmessfühler und eine Abdeckung aufweist. Der Gasmessfühler ist so aufgebaut, dass er die Konzentration eines bestimmten Bestandteils in einem Messgas erfasst. Der Gasmessfühler weist einen Festelektrolytkörper und ein Bezugs- und Messelektrodenpaar auf. Der Festelektrolytkörper hat eine mit Boden versehene Röhrenform, sodass darin eine Bezugsgaskammer definiert ist. Die Bezugselektrode ist so auf der Innenfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen, dass sie einem Bezugsgas ausgesetzt wird, das in die Bezugsgaskammer eingeleitet wird. Die Messelektrode ist so auf der Außenfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen, dass sie dem Messgas ausgesetzt wird. Die Abdeckung ist so angeordnet, dass sie einen fernen Endabschnitt des Gasmessfühlers bedeckt. Die Abdeckung hat mindestens ein Durchgangsloch, durch das das Messgas in die Messelektrode eingeleitet wird. Das mindestens eine Durchgangsloch befindet sich in Längsrichtung des Gassensors auf einer fernen Seite des fernen Endabschnitts des Gasmessfühlers. Die Messelektrode befindet sich auf der Außenfläche des Festelektrolytkörpers außerhalb eines Überlappungsbereichs, der sich in der Längsrichtung des Gassensors mit dem mindestens einen Durchgangsloch der Abdeckung überlappt.
Wenn der Gassensor in dem Abgassystem einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs angeordnet wird, um die Konzentration eines bestimmten Bestandteils im Abgas zu erfassen, ist es mit dem obigen Aufbau möglich, zu verhindern, dass die Messelektrode durch giftige Bestandteile vergiftet wird, die in dem Kondensatwasser enthalten sind, das durch die Kondensation von in dem Abgas enthaltenem Dampf erzeugt wird. Folglich ist es möglich, eine Schädigung der Messelektrode zu unterdrücken, wodurch eine Änderung des Ausgangssignals des Gassensors aufgrund der Schädigung der Messelektrode unterdrückt wird.
Es ist vorzuziehen, dass ein Abstand zwischen einem fernen Ende der Messelektrode und dem mindestens einen Durchgangsloch der Abdeckung in der Längsrichtung des Gassensors größer oder gleich 7 mm ist.
Es ist noch mehr vorzuziehen, dass der Abstand zwischen dem fernen Ende der Messelektrode und dem mindestens einem Durchgangsloch der Abdeckung in der Längsrichtung des Gassensors größer oder gleich 8 mm ist.
Bei weiteren Ausführungsformen kann die Abdeckung im Wesentlichen zylinderbecherförmig sein, sodass sie eine Seitenwand und eine Bodenwand aufweist, wobei das mindestens eine Durchgangsloch der Abdeckung in der Bodenwand der Abdeckung ausgebildet sein kann.
Des Weiteren kann in dem obigen Fall das mindestens eine Durchgangsloch der Abdeckung ein einzelnes Durchgangsloch sein, das an einem zentralen Abschnitt der Bodenwand der Abdeckung ausgebildet ist.
Der Gassensor kann des Weiteren eine Außenabdeckung aufweisen, die in sich eine Vielzahl von Durchgangslöchern ausgebildet hat und so angeordnet ist, dass sie den Außenumfang der Abdeckung bedeckt.
Der Gasmessfühler kann außerdem eine Schutzschicht aufweisen, die so vorgesehen ist, dass sie zumindest einen Teil der Messelektrode bedeckt. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Schutzschicht eine Dicke von größer oder gleich 200 μm hat.
Es ist noch mehr vorzuziehen, dass die Dicke der Schutzschicht größer oder gleich 300 μm ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen exemplarischer Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung auf bestimmte Ausführungsbeispiele verstanden werden sollten, sondern nur dem Zweck der Erläuterung und des Verständnisses dienen.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht, die den Gesamtaufbau eines Gassensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Gassensors um einen fernen Endabschnitt eines Gasmessfühlers des Gassensors herum;
3 eine Schnittansicht einer Seitenwand einer Abdeckung des Gassensors entlang der Linie III-III in 2;
4A eine Bodenansicht der Abdeckung des Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4B eine Bodenansicht einer Abwandlung der Abdeckung;
5 eine schematische Seitenansicht des fernen Endabschnitts des Gasmessfühlers;
6 eine schematische Schnittansicht des fernen Endabschnitts des Gasmessfühlers;
7 eine schematische Schnittansicht, die den Gesamtaufbau eines Gassensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
8 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Gassensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel um einen fernen Endabschnitt eines Gasmessfühlers des Gassensors herum;
9 eine schematische Schnittansicht eines fernen Endabschnitts eines Gasmessfühlers eines Gassensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
10 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils eines im Versuch 1 verwendeten Gassensormusters S12 um einen fernen Endabschnitt eines Gasmessfühlers des Musters S12 herum;
11 eine grafische Darstellung, die die Ergebnisse des Versuchs 1 zeigt;
12 eine grafische Darstellung, die die Ergebnisse des Versuchs 2 zeigt; und
13 eine grafische Darstellung, die die Ergebnisse des Versuchs 3 zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Unter Bezugnahme auf die 1–13 werden nun exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben. Aus Gründen der Klarheit und des Verständnisses ist zu beachten, dass in verschiedenen Ausführungsbeispielen, soweit möglich, gleiche Bestandteile mit gleichen Funktionen in jeder Figur mit den gleichen Bezugszahlen versehen worden sind und dass zur Vermeidung von Wiederholungen die Beschreibung der gleichen Bestandteile nicht wiederholt wird.
- Erstes Ausführungsbeispiel -
Wie in den 1–6 gezeigt ist, weist ein Gassensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen Gasmessfühler 2 und eine Abdeckung 3 auf. Der Gasmessfühler 2 ist so aufgebaut, dass er die Konzentration eines bestimmten Bestandteils in einem Messgas erfasst. Der Gasmessfühler 2 weist einen festen Elektrolytkörper 21 und ein Bezugs- und Messelektrodenpaar 22 und 23 auf. Der Festelektrolytkörper 21 hat eine mit Boden versehene Röhrenform, sodass darin eine Bezugsgaskammer 20 definiert ist. Die Bezugselektrode 22 ist so auf der Innenfläche 211 des Festelektrolytkörpers 21 vorgesehen, dass sie einem Bezugsgas ausgesetzt wird, das in die Bezugsgaskammer 20 eingeleitet wird. Die Messelektrode 23 ist so auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 vorgesehen, dass sie dem Messgas ausgesetzt wird. Die Abdeckung 3 ist so angeordnet, dass sie einen fernen Endabschnitt 201 des Gasmessfühlers 2 bedeckt. Die Abdeckung 3 hat mindestens ein Durchgangsloch 33, durch den das Messgas zur Messelektrode 23 eingeleitet wird. Das mindestens eine Durchgangsloch 33 befindet sich in Längsrichtung X des Gassensors 1 auf der fernen Seite des fernen Endabschnitts 201 des Gasmessfühlers 2. Die Messelektrode 23 befindet sich auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 außerhalb eines Überlappungsbereichs A, der in der Längsrichtung X des Gassensors 1 vollständig das mindestens eine Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 überlappt.
Darüber hinaus sollte erwähnt werden, dass die Längsrichtung X des Gassensors 1 durch die Längsrichtung (oder Axialrichtung) des Festelektrolytkörpers 21 dargestellt wird, der die mit Boden versehene Röhrenform hat, wobei die ferne Seite in der Längsrichtung X die Seite angibt, auf der der Gassensor 1 dem Messgas ausgesetzt ist, und die nahe Seite die zur fernen Seite entgegengesetzte Seite angibt.
Der Aufbau des Gassensors 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Gassensor 1 so gestaltet, dass er beispielsweise im Abgassystem einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs angeordnet werden kann, um in dem Abgas aus der Maschine (d. h. dem Messgas) die Konzentration von Sauerstoff (d. h. dem bestimmten Bestandteil) zu erfassen. In diesem Fall kann das Bezugsgas beispielsweise Luft sein.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Gasmessfühler 2 in dem Gassensor 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem röhrenförmigen Gehäuse 11 derart eingeführt und wird von ihm derart gehalten, dass der ferne Endabschnitt 201 und der nahe Endabschnitt 202 des Gasmessfühlers jeweils aus den fernen und nahen Enden des Gehäuses 11 vorstehen. Auf der nahen Seite (d. h. der oberen Seite in 1) des Gehäuses 11 ist eine erste auf der nahen Seite befindliche Abdeckung 12 befestigt, sodass sie den nahen Endabschnitt 202 des Gasmessfühlers 2 bedeckt. Des Weiteren ist auf einem nahen Endabschnitt der ersten auf der nahen Seite befindlichen Abdeckung 12 eine zweite auf der nahen Seite befindliche Abdeckung 13 befestigt. In der zweiten auf der nahen Seite befindlichen Abdeckung 13 ist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 131 ausgebildet, um Luft (d. h. das Bezugsgas) in das Innere des Gassensors 1 einzuleiten. Darüber hinaus wird ein auf der nahen Seite befindlicher Öffnungsabschnitt der zweiten auf der nahen Seite befindlichen Abdeckung 13 von einem Dichtungselement 14 verschlossen (oder blockiert). Außerdem wird das Dichtungselement 14 durch beispielsweise eine Gummimuffe realisiert.
In dem Dichtungselement 14 wird ein Paar erster Leitungselemente 15 und ein zweites Leitungselement 16 gehalten. Die ersten Leitungselemente 15 sind jeweils über ein Paar Verbindungselemente 17 mit einem Paar Anschlüssen 18 verbunden. Des Weiteren stehen die Anschlüsse 18 jeweils mit den Bezugs- und Messelektroden 22 und 23 in Kontakt, sodass sie mit ihnen elektrisch verbunden sind. Andererseits ist das zweite Leitungselement 16 mit einem nahen Endabschnitt 292 einer Heizung 29 verbunden, um so der Heizung 29 elektrischen Strom zuzuführen.
Auf der fernen Seite (d. h. der unteren Seite in 1) des Gehäuses ist die Abdeckung 3 befestigt, sodass sie den fernen Endabschnitt 201 des Gasmessfühlers 202 bedeckt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 3 im Wesentlichen zylinderbecherförmig, sodass sie eine Seitenwand 31 und eine Bodenwand 32 aufweist.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist in der Seitenwand 31 der Abdeckung 3 eine Vielzahl von (z. B. sechs) Durchgangslöchern 311 ausgebildet, die Durchlasslöcher für das Messgas bilden. Die Durchgangslöcher 311 befinden sich auf der nahen Seite des fernen Endes des Gasmessfühlers 2. Des Weiteren ist jedes Durchgangsloch 311 in der Längsrichtung X des Gassensors 1 von einer Innenfläche (oder einer auf der nahen Seite befindlichen Fläche) 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 aus beispielsweise 10 mm entfernt. Darüber hinaus hat jedes Durchgangsloch 311 einen Durchmesser von beispielsweise 2 mm. Außerdem sollte beachtet werden, dass in 3 nur die Seitenwand 31 der Abdeckung 3 gezeigt ist.
Andererseits ist in der Bodenwand 32 der Abdeckung, wie in den 2 und 4A gezeigt ist, ein einzelnes Durchgangsloch 33 ausgebildet, durch den das Messgas zur Messelektrode 23 eingeleitet wird. Das Durchgangsloch 33 befindet sich auf der fernen Seite des fernen Endabschnitts 201 des Gasmessfühlers 2, wobei der ferne Endabschnitt 201 das ferne Ende des Gasmessfühlers 2 einschließt. Des Weiteren ist das Durchgangsloch 33 an einem zentralen Abschnitt der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 ausgebildet. Darüber hinaus hat das Durchgangsloch 33 einen Durchmesser von beispielsweise 2,5 mm, während die Bodenwand 32 der Abdeckung einen Durchmesser von beispielsweise 9 mm hat. Zwar ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 nur das einzelne Durchgangsloch 33 ausgebildet, doch ist es auch möglich, wie in 4B gezeigt in der Bodenwand 32 eine Vielzahl von (z. B. drei) Durchgangslöchern 33 auszubilden. Obwohl dies nicht grafisch gezeigt ist, ist es des Weiteren auch möglich, in der Seitenwand 31 der Abdeckung 3 ein oder mehr Durchgangslöcher 33 auszubilden, die sich auf der fernen Seite des fernen Endabschnitts 201 des Gasmessfühlers 2 befinden.
Wie in den 1 und 5–6 gezeigt ist, hat der Festelektrolytkörper 21 des Gasmessfühlers 2 in diesem Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen mit Boden versehene Zylinderform, wobei ihr fernes Ende geschlossen und ihr nahes Ende offen ist. Der Festelektrolytkörper 21 hat Sauerstoffionenleitfähigkeit und in sich die Bezugsgaskammer 20 ausgebildet. Der Festeelektrolytkörper 21 besteht aus einem Keramikmaterial, dessen Hauptbestandteil beispielsweise Zirconiumoxid (ZrO₂) ist.
In der Bezugsgaskammer 20 des Festelektrolytkörpers 21 ist die Heizung 29 so gelegen, dass sich ein ferner Endabschnitt 291 der Heizung 29 mit der Innenfläche 211 des Festelektrolytkörpers 21 in Kontakt befindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Heizung 29 im Wesentlichen stabförmig und besteht beispielsweise aus einem Keramikmaterial.
Auf der Innenfläche 211 des Festelektrolytkörpers 21 ist eine Bezugselektrode 22 so ausgebildet, dass sie dem Bezugsgas (d. h. Luft in diesem Ausführungsbeispiel) ausgesetzt wird, das in die Bezugsgaskammer 20 eingeleitet wird. Andererseits ist auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers die Messelektrode 23 so ausgebildet, dass sie dem Messgas (d. h. dem Abgas) ausgesetzt wird, das in den Hohlraum eingeleitet wird, der in der Abdeckung 3 ausgebildet ist.
Wie in den 2 und 5 gezeigt ist, ist die Messelektrode 23 in diesem Ausführungsbeispiel außerdem so auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet, dass sie in der Längsrichtung X des Gassensors 1 von dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus außerhalb des Bereichs von 0 bis 1 mm Abstand fällt. Allerdings ist die Messelektrode 23 in der Längsrichtung X vom fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus im Bereich von 1 bis 10 mm Abstand über den gesamten Umfang des Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet.
Des Weiteren befindet sich die Messelektrode 23 in diesem Ausführungsbeispiel so auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21, dass sie außerhalb des Überlappungsbereichs A der Außenfläche 212 fällt, wobei sich der Überlappungsbereich A in der Längsrichtung X des Gassensors 1 vollständig mit dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 überlappt.
Außerdem fällt die Längsrichtung X des Gassensors 1 in diesem Ausführungsbeispiel mit der Richtung a (siehe 2) zusammen, entlang der der Abstand von der Mitte einer auf der nahen Seite befindlichen Öffnung 331 des Durchgangslochs 33 zum Festelektrolytkörper 21 am kürzesten ist.
Darüber hinaus ist in diesem Ausführungsbeispiel der Abstand B zwischen dem nahen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung in der Längsrichtung X des Gassensors 1 größer oder gleich 7 mm.
Außerdem stellt der Abstand B in dem Fall, dass in der Abdeckung 3 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 33 ausgebildet ist, den Abstand in der Längsrichtung X zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem einen der Durchgangslöcher 33 dar, das in der Längsrichtung X am nächsten am fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 liegt.
Nachdem der Aufbau des Gassensors 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, werden nun seine Vorteile beschrieben.
In dem Gassensor 1 hat die Abdeckung 3 das Durchgangsloch 33, durch das das Messgas (d. h. das Abgas) zur Messelektrode 23 eingeleitet wird. Das Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 befindet sich in der Längsrichtung des Gassensors 1 auf der fernen Seite des fernen Endabschnitts 201 des Gasmessfühlers 2. Die Messelektrode 23 ist auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 außerhalb des Überlappungsbereichs A ausgebildet, der sich in der Längsrichtung X des Gassensors 1 vollständig mit dem Durchgangsloch 33 in der Abdeckung 3 überlappt.
Mit dem obigen Aufbau ist es möglich, zu verhindern, dass die Messelektrode 23 durch giftige Bestandteile vergiftet wird, die in dem Kondensatwasser enthalten sind, das durch die Kondensation von in dem Abgas enthaltenem Dampf erzeugt wird. Folglich ist es möglich, eine Schädigung der Messelektrode 23 zu unterdrücken, wodurch eine Änderung des Ausgangssignals des Gassensors 1 aufgrund der Schädigung der Messelektrode 23 unterdrückt wird.
Genauer gesagt haben die Erfinder herausgefunden, dass die relative Lage zwischen dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 und der Messelektrode 23 sehr wichtig für den Schutz der Messelektrode 23 vor den in dem Kondensatwasser enthaltenen giftigen Bestandteilen ist. Das liegt daran, dass das Kondensatwasser zusammen mit dem Abgas durch das Durchgangsloch 33 in den in der Abdeckung 3 ausgebildeten Hohlraum fließt.
Die Erfinder haben außerdem festgestellt, dass es durch das Positionieren der Messelektrode 23 außerhalb des Überlappungsbereichs A möglich ist, (1) das Kondensatwasser, das gerade zusammen mit dem Abgas in den in der Abdeckung 3 ausgebildeten Hohlraum geflossen ist, daran zu hindern, weiter zu fließen und dadurch mit der Messelektrode 23 Kontakt einzugehen, und (2) das Kondensatwasser, das zuvor in den in der Abdeckung 3 ausgebildeten Hohlraum eingedrungen ist und dort stehenbleibt, daran zu hindern, mit Hilfe des Abgasstroms mit der Messelektrode 23 Kontakt einzugehen. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass die Messelektrode 23 durch die in dem Kondensatwasser enthaltenen giftigen Bestandteile vergiftet wird. Mit anderen Worten ist es möglich, eine hohe Haltbarkeit der Messelektrode 23 gegenüber den in dem Kondensatwasser enthaltenen giftigen Bestandteilen zu gewährleisten. Dadurch ist es möglich, eine Schädigung der Messelektrode 23 zu unterdrücken, wodurch eine Änderung des Ausgangssignals des Gassensors 1 aufgrund der Schädigung der Messelektrode 23 verhindert wird und ein hervorragendes Ansprechverhalten des Gassensors 1 sichergestellt wird.
In dem Gassensor 1 ist der Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X des Gassensors 1 so eingestellt, dass er größer oder gleich 7 mm ist.
Wenn der Abstand B wie oben eingestellt wird, ist es möglich, noch zuverlässiger zu verhindern, dass die Messelektrode 23 durch die in dem Kondensatwasser enthaltenen giftigen Bestandteile vergiftet wird, wodurch die vorteilhaften Wirkungen der Unterdrückung der Schädigung der Messelektrode 23 und somit der Änderung des Ausgangssignals des Gassensors 1 verbessert werden.
Darüber hinaus ist es zur weiteren Verbesserung der obigen vorteilhaften Wirkungen vorzuziehen, den Abstand B auf größer oder gleich 8 mm einzustellen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 3 im Wesentlichen zylinderbecherförmig, sodass sie die Seitenwand 31 und die Bodenwand 32 aufweist. Das Durchgangsloch 33 ist in der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 ausgebildet.
Mit der im Wesentlichen zylinderförmigen Becherform ist es möglich, dass die Abdeckung 3 den fernen Endabschnitt 201 des Gasmessfühlers 2, der aus dem fernen Ende des Gehäuses 11 vorsteht, vollständig bedeckt.
Des Weiteren ist in diesem Ausführungsbeispiel an dem zentralen Abschnitt der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 nur das einzelne Durchgangsloch 33 ausgebildet.
Mit der obigen Ausbildung ist es möglich, leicht das Durchgangsloch 33 in der Abdeckung 3 vorzusehen. Außerdem ist es möglich, den Abstand vom Durchgangsloch 33 bis zur Messelektrode 23 zu maximieren.
- Zweites Ausführungsbeispiel -
Dieses Ausführungsbeispiel stellt einen Gassensor 1 dar, der einen ähnlichen Aufbau wie der Gassensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat, weswegen im Folgenden nur die Unterschiede beschrieben werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel weist der Gassensor 1 auf der fernen Seite des Gehäuses 11 nur die einzelne Abdeckung 3 auf (siehe 1). Im Gegensatz dazu weist der Gassensor 1 in diesem Ausführungsbeispiel, wie in den 7 und 8 gezeigt ist, auf der fernen Seite des Gehäuses 11 neben der Abdeckung 3 außerdem eine Außenabdeckung 4 auf.
Die Außenabdeckung 4 ist ebenfalls im Wesentlichen zylinderbecherförmig, sodass sie eine Seitenwand 41 und eine Bodenwand 42 aufweist. Die Außenabdeckung 4 ist zusammen mit der Abdeckung 3 so am fernen Endabschnitt des Gehäuses 11 befestigt, dass sie den Außenumfang der Abdeckung 3 bedeckt.
Darüber hinaus ist in der Seitenwand 41 der Außenabdeckung 4 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 43 ausgebildet, die Durchlasslöcher für das Messgas bilden. Andererseits ist in der Bodenwand 42 der Außenabdeckung 4 ein einzelnes Durchgangsloch 43 ausgebildet, das ebenfalls ein Durchlassloch für das Messgas bildet.
Das in der Bodenwand 42 der Außenabdeckung 4 ausgebildete Durchgangsloch 43 ist in der Längsrichtung X des Gassensors 1 an dem in der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 ausgebildeten Durchgangsloch 33 ausgerichtet. Des Weiteren hat das in der Bodenwand 42 der Außenabdeckung 4 ausgebildete Durchgangsloch 43 einen größeren Durchmesser als das in der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 ausgebildete Durchgangsloch 33.
Außerdem ist es möglich, in der Bodenwand 42 der Außenabdeckung 4 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 43 auszubilden, wenn die Abdeckung 3 so abgewandelt wird, dass sie in der Bodenwand 32 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 33 ausgebildet hat.
Der obige Gassensor 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat die gleichen Vorteile wie der Gassensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Mit anderen Worten ist es auch mit der zusätzlich vorgesehenen Außenabdeckung 4, die den Außenumfang der Abdeckung 3 bedeckt, möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen zu erreichen, wie sie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.
- Drittes Ausführungsbeispiel -
Dieses Ausführungsbeispiel stellt einen Gassensor 1 dar, der einen ähnlichen Aufbau wie der Gassensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat, weswegen im Folgenden nur die Unterschiede beschrieben werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel hat der Gassensor 1 keine Schutzschicht, die den fernen Endabschnitt 201 des Gasmessfühlers 2 bedeckt. Folglich sind die Messelektrode 23 und der Festelektrolytkörper 21 des Gasmessfühlers 2 direkt dem Messgas ausgesetzt, das in den Hohlraum eingeleitet wird, der in der Abdeckung 3 ausgebildet ist (siehe 2).
Im Gegensatz dazu weist der Gassensor 1 in diesem Ausführungsbeispiel, wie in 9 gezeigt ist, außerdem eine Schutzschicht 24 auf, die den fernen Endabschnitt 201 des Gasmessfühlers 2 bedeckt. Folglich sind die Messelektrode 23 und der Festelektrolytkörper 21 des Gasmessfühlers 2 nicht direkt dem Messgas ausgesetzt, das in den Hohlraum eingeleitet wird, der in der Abdeckung 3 ausgebildet ist.
Die Schutzschicht 24 besteht aus einem porösen Keramikmaterial, das hauptsächlich Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO) und Titanoxid (TiO₂) enthält. Die Schutzschicht 24 ist dazu vorgesehen, gasförmige giftige Bestandteile einzufangen, die in dem Messgas (d. h. in dem Abgas) enthalten sind.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Schutzschicht 24 auf größer oder gleich 200 μm eingestellt.
Wird die Dicke der Schutzschicht 24 wie oben eingestellt, ist es möglich, noch zuverlässiger zu verhindern, dass die Messelektrode 23 durch die in dem Kondensatwasser enthaltenen giftigen Bestandteile vergiftet wird, wodurch die vorteilhaften Wirkungen, die Schädigung der Messelektrode 23 und somit die Änderung des Ausgangssignals des Gassensors 1 zu unterdrücken, verbessert werden.
Darüber hinaus ist es zur weiteren Verbesserung der obigen vorteilhaften Wirkungen vorzuziehen, die Dicke der Schutzschicht 24 auf größer oder gleich 300 μm einzustellen.
Die Schutzschicht 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel zwar so ausgebildet, dass sie den gesamten fernen Endabschnitt 201 des Gasmessfühlers 2 bedeckt, doch ist es auch möglich, die Schutzschicht 24 so auszubilden, dass sie im fernen Endabschnitt 201 des Gassensors 2 nur einen Teil der Messelektrode 23 bedeckt.
Darüber hinaus kann die Schutzschicht 24 durch Aufschichten einer Vielzahl von Schichten ausgebildet werden, wobei diese Schichten beispielsweise eine Gasstabilisierungsschicht, die durch Plasmaspritzen ausgebildet wird, eine Einfangschicht zum Einfangen gasförmiger giftiger Bestandteile, die in dem Messgas enthalten sind, und eine Katalysatorschicht einschließen, die katalytische Edelmetalle wie Pt, Pd und Rh enthält, damit in dem Messgas enthaltener Wasserstoff durch Katalyse der katalytischen Edelmetalle verbrannt wird. In diesem Fall wird die Dicke der Schutzschicht 24 durch die Summe der Dicken aller Schichten dargestellt, die zusammengeschichtet werden, um die Schutzschicht 24 zu bilden.
- Versuch 1 -
Dieser Versuch erfolgte, um die Wirkungen von Gestaltungsparametern auf die Schädigung der Messelektrode 23 des Gasmessfühlers 2 zu bestimmen.
In dem Versuch wurden Gassensormuster S11 und S12 angefertigt, die alle den gleichen Grundaufbau wie der Gassensor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hatten (siehe 7 und 8).
Und zwar hatten, wie in Tabelle 1 angegeben ist, die Gassensormuster S11 und S12 alle sowohl die Abdeckung 3 als auch die Außenabdeckung 4. Das heißt, dass in den Gassensormustern S11 und S12 die Anzahl der auf der fernen Seite befindlichen Abdeckungen jeweils gleich 2 war. Darüber hinaus war in den Gassensormustern S11 und S12 die Anzahl der in der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 ausgebildeten Durchgangslöcher 33 jeweils gleich 1; der Durchmesser des Durchgangslochs 33 war gleich 2,5 mm; die Anzahl der in der Seitenwand 31 der Abdeckung 3 ausgebildeten Durchgangslöcher 311 war gleich 6; der Durchmesser der Durchgangslöcher 311 war gleich 2 mm; der Abstand von der Innenfläche 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 zu den Durchgangslöchern 311 in der Längsrichtung X des Gassensormusters war gleich 10 mm.
In jedem der Gassensormuster 511 war, wie in 8 gezeigt ist, die Messelektrode 23 auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 so ausgebildet, dass sie außerhalb des Überlappungsbereichs A fiel. Des Weiteren war die Messelektrode 23 so ausgebildet, dass sie in der Längsrichtung X vom fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus außerhalb des Bereichs von 0 bis 1 mm Abstand fiel. Allerdings war die Messelektrode 23 in der Längsrichtung X von dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus im Bereich von 1 bis 10 mm Abstand über den gesamten Umfang des Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet.
Im Gegensatz dazu war die Messelektrode 23 in jedem der Gassensormuster S12, wie in 10 gezeigt ist, auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 so ausgebildet, dass sie in den Überlappungsbereich A fiel. Des Weiteren war die Messelektrode 23 in der Längsrichtung X von dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus im Bereich von 0 bis 10 mm Abstand über dem gesamten Umfang des Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet.
Des Weiteren wurde für die Gassensormuster S11 der Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X im Bereich von 1,5 bis 10 mm geändert, indem der Abstand C (siehe 8) zwischen der Innenfläche 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 und dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 im Bereich von 0,5 bis 9 mm geändert wurde. Andererseits wurde für die Gassensormuster S12 der Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X im Bereich von 1,5 bis 10 mm geändert, indem der Abstand C (siehe 10) zwischen der Innenfläche 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 und dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 im Bereich von 1,5 bis 10 mm geändert wurde.
Jedes der obigen Gassensormuster S11 und S12 wurde zyklisch geprüft, bis festgestellt wurde, dass die Messelektrode 23 des Gassensormusters beschädigt war.
Und zwar wurde das Gassensormuster in jedem Versuchszyklus zuerst an einem nachgeahmten Abgasrohr montiert, das das Abgasrohr einer Brennkraftmaschine nachahmt.
Zweitens wurde durch das nachgeahmte Abgasrohr Luft mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s strömen gelassen.
Drittens wurde in das nachgeahmte Abgasrohr an einer Stelle 50 mm stromaufwärts von dem Gassensormuster eine wässrige Lösung eingespritzt, die 10 Gew.-% Mn enthielt.
Viertens wurde die Heizung 29 des Gassensormusters mit elektrischem Strom versorgt, um Wärme zu erzeugen, wodurch der Gasmessfühler 2 des Gassensormusters erwärmt wurde, und die Temperatur des fernen Endabschnitts 201 des Gasmessfühlers 2 wurde 3 Minuten lang bei 550°C gehalten.
Fünftens wurde die elektrische Stromversorgung der Heizung 29 des Gassensormusters unterbrochen, und das Gassensormuster wurde aus dem nachgeahmten Abgasrohr entfernt.
Als Nächstes wurde das Gassensormuster an einem Gasgenerator montiert, wodurch es einem Versuchsgas ausgesetzt wurde, das von dem Gasgenerator erzeugt wurde, wobei der Durchsatz des Versuchsgases 3 l/min betrug. Dann wurde das A/F-Verhältnis (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) des Versuchsgases von fett (A/F-Verhältnis = 14, Ausgangssignal des Gassensormusters > 0,8 V) auf mager (A/F-Verhältnis = 15, Ausgangssignal des Gassensormusters < 0,2 V) geändert. Als das Ausgangssignal des Gassensormusters 20 s nach der Änderung des A/F-Verhältnisses des Versuchsgases von fett auf mager noch immer höher als 0,2 V war, wurde bestimmt, dass die Messelektrode 23 des Gassensormusters beschädigt war.
Außerdem wurde das Gassensormuster dem Versuchsgas ausgesetzt, als die Temperatur des fernen Endabschnitts 201 des Gasmessfühlers 2 des Gassensormusters bei 550°C gehalten wurde. Das Versuchsgas war eine Mischung aus CO-Gas, O₂-Gas und N₂-Gas. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Versuchsgases wurde geändert, indem das Mischungsverhältnis zwischen dem O₂-Gas und dem N₂-Gas geändert wurde.
Alle die obigen Schritte wurden wiederholt, bis bestimmt wurde, dass die Messelektrode 23 des Gassensormusters beschädigt war. Dann wurde die Anzahl an Zyklen notiert, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 des Gassensormusters benötigt wurden, was die Haltbarkeit des Gassensormusters darstellt.
11 zeigt die Versuchsergebnisse, wobei die horizontale Achse den Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X darstellt, die vertikale Achse die Anzahl an Zyklen darstellt, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 erforderlich sind; die Punkte
die Ergebnisse mit den Gassensormustern S11 angeben; und die Punkte ”O” die Ergebnisse mit den Gassensormustern S12 angeben.
Es ist in 11 zu erkennen, dass die Gassensormuster S11 im gesamten Bereich des Abstands B den Gassensormustern S12 hinsichtlich der Anzahl an Zyklen überlegen waren, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 erforderlich sind (d. h. hinsichtlich der Haltbarkeit).
Dementsprechend wurde anhand der obigen Versuchsergebnisse klar, dass die Beschädigung der Messelektrode 23 unterdrückt werden kann, wenn die Messelektrode 23 auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 so ausgebildet wird, dass sie außerhalb des Überlappungsbereichs A fällt.
- Versuch 2 -
Dieser Versuch erfolgte, um die Wirkung des Abstands B auf die Beschädigung der Messelektrode 23 des Gasmessfühlers 2 zu ermitteln.
In dem Versuch wurden Gassensormuster S21–S25 angefertigt, unter denen die Gassensormuster S21 den gleichen Grundaufbau wie der Gassensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hatten (siehe 1 und 2) und die Gassensormuster S22–S25 den gleichen Grundaufbau wie der Gassensor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hatten (siehe 7 und 8).
Und zwar hatten, wie in Tabelle 2 angegeben ist, die Gassensormuster S21 nur eine einzelne auf der fernen Seite befindliche Abdeckung, d. h. die Abdeckung 3, weswegen mit anderen Worten die Anzahl der auf der fernen Seite befindlichen Abdeckungen in jedem der Gassensormuster S21 gleich 1 war. Alle anderen Gassensormuster S22–S24 hatten sowohl die Abdeckung 3 als auch die Außenabdeckung 4, weswegen mit anderen Worten die Anzahl der auf der fernen Seite befindlichen Abdeckungen in jedem der Muster S22–S24 gleich 2 war.
Darüber hinaus war die Messelektrode 23 in jedem der Gassensormuster S21–S24 auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 so ausgebildet, dass sie außerhalb des Überlappungsbereichs A fiel (siehe 2 und 8). Andererseits war die Messelektrode 23 in jedem der Gassensormuster S25 auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 so ausgebildet, dass sie in den Überlappungsbereich A fiel (siehe 10).
In jedem der Gassensormuster S21–S22 und S24–S25 war in der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 nur das einzelne Durchgangsloch 33 ausgebildet (siehe 4A). Andererseits waren in jedem der Gassensormuster S23 in der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 drei Durchgangslöcher 33 ausgebildet (siehe 4B).
In jedem der Gassensormuster S21–S25 war der Durchmesser des Durchgangslochs bzw. der Durchgangslöcher 33 gleich 2,5 mm. Die Anzahl der in der Seitenwand 31 der Abdeckung 3 ausgebildeten Durchgangslöcher 311 war gleich 6. Der Durchmesser der Durchgangslöcher 311 war gleich 2 mm. Der Abstand von der Innenfläche 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 zu den Durchgangslöchern 311 in der Längsrichtung X des Gassensormusters war gleich 10 mm.
In jedem der Gassensormuster S21–S23 war die Messelektrode 23 so ausgebildet, dass sie in der Längsrichtung X von dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus außerhalb des Bereichs von 0 bis 1 mm Abstand fiel. Allerdings war die Messelektrode 23 in der Längsrichtung X von dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus im Bereich von 1 bis 10 mm Abstand über dem gesamten Umfang des Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet (siehe 2 und 8).
Darüber hinaus wurde für die Gassensormuster S21–S23 der Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch bzw. den Durchgangslöchern 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X im Bereich 1,5 bis 10 mm geändert, indem der Abstand C (siehe 2 und 8) zwischen der Innenfläche 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 und dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 im Bereich von 0,5 bis 9 mm geändert wurde.
In jedem der Gassensormuster S24 war die Messelektrode 23 so ausgebildet, dass sie in der Längsrichtung X vom fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus außerhalb des Bereichs von 0 bis zu einem vorbestimmten Wert für den Abstand fiel, wobei der vorbestimmte Wert aus dem Bereich von 0,5 bis 0,8 mm gewählt wurde. Allerdings war die Messelektrode 23 in der Längsrichtung X vom fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus in dem Bereich von dem vorbestimmten Wert bis 10 mm Abstand über dem gesamten Umfang des Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet (siehe 8).
Darüber hinaus wurde für die Gassensormuster S24 der Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X im Bereich von 2 bis 10 mm geändert, indem die Lage des fernen Endes der Messelektrode 23 in der Längsrichtung X geändert wurde, während der Abstand C bei 1,5 mm festgehalten wurde (siehe 8).
Wie zuvor beschrieben wurde, war die Messelektrode 23 in jedem der Gassensormuster S25 auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 so ausgebildet, dass sie in den Überlappungsbereich A fiel (siehe 10). Des Weiteren war die Messelektrode 23 in der Längsrichtung X vom fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus im Bereich von 0 bis 10 mm Abstand über dem gesamten Umfang des Festeelektrolytkörpers 21 ausgebildet.
Darüber hinaus wurde für die Gassensormuster S25 der Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X im Bereich von 1,5 bis 10 mm geändert, indem der Abstand C (siehe 10) zwischen der Innenfläche 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 und dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 im Bereich von 1,5 bis 10 mm geändert wurde.
Jedes der obigen Gassensormuster S21–S25 wurde auf die gleiche Weise wie im Versuch 1 zyklisch geprüft, bis bestimmt wurde, dass die Messelektrode 23 des Gassensormusters beschädigt war.
12 zeigt die Versuchsergebnisse, wobei die horizontale Achse den Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch bzw. den Durchgangslöchern 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X darstellt, die vertikale Achse die Anzahl an Zyklen darstellt, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 erforderlich sind, die Punkte
die Ergebnisse mit den Gassensormustern S21 angeben, die Punkte
die Ergebnisse mit den Gassensormustern S22 angeben, die Punkte ”Δ” die Ergebnisse mit den Gassensormustern S23 angeben, die Punkte ”☐” die Ergebnisse mit den Gassensormustern S24 angeben und die Punkte ”O” die Ergebnisse mit den Gassensormustern S25 angeben.
Wie anhand von 12 zu erkennen ist, war die Anzahl an Zyklen, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 erforderlich sind, für die Gassensormuster S21–S24 deutlich größer als für die Gassensormuster S25, als der Abstand B größer oder gleich 7 mm war. Des Weiteren war die Anzahl an Zyklen, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 erforderlich sind, für die Gassensormuster S21–S24 erheblich größer als für die Gassensormuster S25, als der Abstand B größer oder gleich 8 mm war.
Dementsprechend ist anhand der obigen Versuchsergebnisse klar geworden, dass für eine noch zuverlässigere Unterdrückung der Beschädigung der Messelektrode 23 der Abstand B vorzugsweise auf größer oder gleich 7 mm und besser noch auf größer oder gleich 8 mm eingestellt wird.
- Versuch 3 -
Dieser Versuch erfolgte, um die Wirkung der Dicke der Schutzschicht 24 auf die Beschädigung der Messelektrode 23 des Gasmessfühlers 2 in dem Gassensor 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zu ermitteln.
In dem Versuch wurden Gassensormuster S31–S34 angefertigt, die alle den gleichen Grundaufbau wie der Gassensor 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hatten (siehe 9).
Und zwar war, wie in Tabelle 3 angegeben ist, in jedem der Gassensormuster S31–S34 die Messelektrode 23 auf der Außenfläche 212 des Festelektrolytkörpers 21 so ausgebildet, dass sie außerhalb des Überlappungsbereichs A fiel (siehe 8); die Anzahl der auf der fernen Seite befindlichen Abdeckungen war gleich 2 (siehe 8); in der Bodenwand der Abdeckung 3 war nur das einzelne Durchgangsloch 33 ausgebildet (siehe 4A); der Durchmesser des Durchgangslochs 33 war gleich 2,5 mm; die Anzahl der in der Seitenwand 31 der Abdeckung 3 ausgebildeten Durchgangslöcher 311 war gleich 6; der Durchmesser der Durchgangslöcher 311 war gleich 2 mm; der Abstand von der Innenfläche 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 zu den Durchgangslöchern 311 in der Längsrichtung X des Gassensormusters war gleich 10 mm.
Darüber hinaus war die Messelektrode 23 in jedem der Gassensormuster S31–S34 so ausgebildet, dass sie in der Längsrichtung X von dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus außerhalb des Bereichs von 0 bis 1 mm Abstand fiel. Allerdings war die Messelektrode 23 in der Längsrichtung X von dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 aus im Bereich von 1 bis 10 mm Abstand über dem gesamten Umfang des Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet (siehe 8).
Die Dicke der Schutzschicht 24 war in den Gassensormustern S31 gleich 50 μm, in den Gassensormustern S23 gleich 100 μm, in den Gassensormustern S33 gleich 200 μm und in den Gassensormustern S34 gleich 300 μm.
Außerdem wurde für die Gassensormuster S31–S34 der Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X im Bereich von 1,5 bis 10 mm geändert, indem der Abstand C (siehe 8) zwischen der Innenfläche 322 der Bodenwand 32 der Abdeckung 3 und dem fernen Ende des Festelektrolytkörpers 21 im Bereich von 0,5 bis 9 mm geändert wurde.
Jedes der obigen Gassensormuster S31–S34 wurde auf die gleiche Weise wie im Versuch 1 zyklisch geprüft, bis bestimmt wurde, dass die Messelektrode 23 des Gassensormusters beschädigt war.
13 gibt die Versuchsergebnisse an, wobei die horizontale Achse den Abstand B zwischen dem fernen Ende der Messelektrode 23 und dem Durchgangsloch 33 der Abdeckung 3 in der Längsrichtung X darstellt, die vertikale Achse die Anzahl an Zyklen darstellt, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 erforderlich sind, die Punkte ”♢” die Ergebnisse mit den Gassensormustern S31 angeben, die Punkte
die Ergebnisse mit den Gassensormustern S32 angeben, die Punkte ”O” die Ergebnisse mit den Gassensormustern S33 angeben und die Punkte
die Ergebnisse mit den Gassensormustern S34 angeben.
Wie anhand von 13 zu erkennen ist, war die Anzahl an Zyklen, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 erforderlich sind, für die Gassensormuster S33 und S34 im Bereich des Abstands B von größer oder gleich 7 mm deutlich größer als für die Gassensormuster S31 und S32. Darüber hinaus war die Anzahl an Zyklen, die zur Beschädigung der Messelektrode 23 erforderlich sind, für die Gassensormuster S34 deutlich größer als für alle anderen Gassensormuster S31–S33.
Dementsprechend ist anhand der obigen Versuchsergebnisse klar geworden, dass zur noch zuverlässigeren Unterdrückung der Beschädigung der Messelektrode 23 die Dicke der Schutzschicht 24 vorzugsweise auf größer oder gleich 200 μm und besser noch auf größer oder gleich 300 μm eingestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 01-180447 A [0003]

Claims

Gassensor (1) mit: einem Gasmessfühler (2), der so aufgebaut ist, dass er die Konzentration eines bestimmten Bestandteils in einem Messgas erfasst, wobei der Gasmessfühler (2) einen Festelektrolytkörper (21) und ein Bezugs- und Messelektrodenpaar (22, 23) aufweist, der Festelektrolytkörper (21) eine mit Boden versehene Röhrenform hat, sodass darin eine Bezugsgaskammer (20) definiert ist, die Bezugselektrode (22) so auf einer Innenfläche (211) des Festelektrolytkörpers (21) vorgesehen ist, dass sie einem Bezugsgas ausgesetzt wird, das in die Bezugsgaskammer (20) eingeleitet wird, und die Messelektrode (23) so auf einer Außenfläche (212) des Festelektrolytkörpers (21) vorgesehen ist, dass sie dem Messgas ausgesetzt wird; und einer Abdeckung (3), die so angeordnet ist, dass sie einen fernen Endabschnitt (201) des Gasmessfühlers (2) bedeckt, wobei die Abdeckung (3) mindestens ein Durchgangsloch (33) hat, durch das das Messgas zur Messelektrode (23) eingeleitet wird, und sich das mindestens eine Durchgangsloch (33) in Längsrichtung (X) des Gassensors (1) auf einer fernen Seite des fernen Endabschnitts (201) des Gasmessfühlers (2) befindet, wobei sich die Messelektrode (23) auf der Außenfläche (212) des Festelektrolytkörpers (21) außerhalb eines Überlappungsbereichs (A) befindet, der sich in der Längsrichtung (X) des Gassensors (1) mit dem mindestens einen Durchgangsloch (33) der Abdeckung (3) überlappt.
Gassensor (1) nach Anspruch 1, wobei ein Abstand (B) zwischen einem fernen Ende der Messelektrode (23) und dem mindestens einen Durchgangsloch (33) der Abdeckung (3) in der Längsrichtung (X) des Gassensors (1) größer oder gleich 7 mm ist.
Gassensor (1) nach Anspruch 2, wobei der Abstand (B) zwischen dem fernen Ende der Messelektrode (23) und dem mindestens einen Durchgangsloch (33) der Abdeckung (3) in der Längsrichtung (X) des Gassensors (1) größer oder gleich 8 mm ist.
Gassensor (1) nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung (3) im Wesentlichen zylinderbecherförmig ist, sodass sie eine Seitenwand (31) und eine Bodenwand (32) aufweist; und das mindestens eine Durchgangsloch (33) der Abdeckung (3) in der Bodenwand (32) der Abdeckung (3) ausgebildet ist.
Gassensor (1) nach Anspruch 4, wobei das mindestens eine Durchgangsloch (33) der Abdeckung (3) ein einzelnes Durchgangsloch (33) ist, das an einem zentralen Abschnitt der Bodenwand (32) der Abdeckung (3) ausgebildet ist.
Gassensor (1) nach Anspruch 1, mit außerdem einer Außenabdeckung (4), die in sich eine Vielzahl von Durchgangslöchern (43) ausgebildet hat und so angeordnet ist, dass sie einen Außenumfang der Abdeckung (3) bedeckt.
Gassensor (1) nach Anspruch 1, wobei der Gasmessfühler (2) außerdem eine Schutzschicht (24) aufweist, die so vorgesehen ist, dass sie zumindest einen Teil der Messelektrode (23) bedeckt, und die Schutzschicht (24) eine Dicke von größer oder gleich 200 μm hat.
Gassensor (1) nach Anspruch 7, wobei die Dicke der Schutzschicht (24) größer oder gleich 300 μm ist.