DE102017005577A1 - Gassensor - Google Patents

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DE102017005577A1
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Germany
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gas
protective cover
inlet
chamber
sensor element
Prior art date
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Application number
DE102017005577.7A
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Inventor
Yosuke Adachi
Tetsuya Ishikawa
Jumpei Tanaka
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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Abstract

Ein Gassensor 100 umfasst ein Sensorelement 110 mit einem Gaseinlass 111; eine innere Schutzabdeckung 130, die eine Sensorelementkammer 124 in ihrem Inneren aufweist und in der mindestens ein Elementkammereinlass 127 und mindestens ein Elementkammerauslass 138a angeordnet sind; und eine äußere Schutzabdeckung 140, in der mindestens ein äußerer Einlass 144a und mindestens ein äußerer Auslass angeordnet sind. Die äußere Schutzabdeckung 140 und die innere Schutzabdeckung 130 bilden eine erste Gaskammer 122 und eine zweite Gaskammer als zwischen ihnen ausgebildete Räume. Die erste Gaskammer 122 ist zumindest ein Abschnitt eines Strömungskanals für das Messobjektgas zwischen dem äußeren Einlass 144a und dem Elementkammereinlass 127. Die zweite Gaskammer ist zumindest ein Abschnitt eines Strömungskanals für das Messobjektgas zwischen dem äußeren Auslass und dem Elementkammerauslass und nicht direkt mit der ersten Gaskammer 122 verbunden. Eine minimale Wegstrecke P vom äußeren Einlass 144a zum Gaseinlass 111 beträgt 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor.
  • Technischer Hintergrund
  • Ein Beispiel eines bekannten Gassensors erfasst die Konzentration eines vorgegebenen Gases wie NOx oder Sauerstoff in einem Meßobjektgas wie dem Abgas eines Automobils. In PTL 1 ist beispielsweise ein Gassensor beschrieben, der eine äußere Schutzabdeckung und eine innere Schutzabdeckung umfasst. Die innere Schutzabdeckung weist eine zylindrische Form mit einer Unterseite auf und ist so zwischen der äußeren Schutzabdeckung und einem Sensorelement angeordnet, dass sie das vordere Ende des Sensorelements bedeckt. Gemäß PTL 1 ist die innere Schutzabdeckung in einer vorgegebenen Form so ausgebildet, dass das Sensorelement ein schnelles Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen und gleichzeitig hohe Wärmehalteeigenschaften aufweist.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentliteratur
    • PTL 1: WO 2014/192945
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist wünschenswert, dass ein derartiger Gassensor ein schnelles Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems vorgenommen, und die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung des Ansprechverhaltens bei der Erfassung von Gaskonzentrationen.
  • Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe nutzt die vorliegende Erfindung die folgende Konfiguration.
  • Ein Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:
    ein Sensorelement, das einen Gaseinlass aufweist, durch den ein Meßobjektgas eingeleitet wird, und das zur Erfassung einer Konzentration eines vorgegebenen Gases in dem Meßobjektgas geeignet ist, das durch den Gaseinlass in das Sensorelement strömt;
    eine innere Schutzabdeckung, die in ihrem Inneren eine Sensorelementkammer aufweist und in der ein oder mehrere Elementkammereinlässe und ein oder mehrere Elementkammerauslässe angeordnet sind, wobei in der Sensorelementkammer ein vorderes Ende des Sensorelements und der Gaseinlass untergebracht sind, der Elementkammereinlass ein Eingang zur Sensorelementkammer ist und der Elementkammerauslass ein Ausgang aus der Sensorelementkammer ist; und
    eine äußere Schutzabdeckung, die außerhalb der inneren Schutzabdeckung angeordnet ist und in der ein oder mehrere äußere Einlässe und ein oder mehrere äußere Auslässe angeordnet sind, wobei der äußere Einlass ein Eingang für das Meßobjektgas von außen ist und der äußere Auslass ein Ausgang für das Meßobjektgas nach außen ist,
    wobei die äußere Schutzabdeckung und die innere Schutzabdeckung eine erste Gaskammer und eine zweite Gaskammer als zwischen ihnen ausgebildete Räume bilden, die erste Gaskammer zumindest ein Abschnitt eines Strömungskanals für das Meßobjektgas zwischen dem äußeren Einlass und dem Elementkammereinlass ist, und die zweite Gaskammer zumindest ein Abschnitt eines Strömungskanals für das Meßobjektgas zwischen dem äußeren Auslass und dem Elementkammerauslass und nicht direkt mit der ersten Gaskammer verbunden ist, und
    eine minimale Wegstrecke P vom äußeren Einlass zum Gaseinlass 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger beträgt.
  • Das Meßobjektgas, das um den Gassensor strömt, tritt durch den äußeren Einlass in der äußeren Schutzabdeckung in den Gassensor ein, durchströmt die erste Gaskammer und den Elementkammereinlass und erreicht den Gaseinlass in der Sensorelementkammer. Wenn die minimale Wegstrecke P vom äußeren Einlass zum Gaseinlass 11,0 mm oder weniger beträgt, erreicht das Meßobjektgas, das durch den äußeren Einlass eingetreten ist, den Gaseinlass in relativ kurzer Zeit. Dementsprechend verbessert sich das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen. Wenn die minimale Wegstrecke P 5,0 mm oder mehr beträgt, kann das Auftreten von Problemen aufgrund einer unzureichenden minimalen Wegstrecke P verringert werden. Derartige Probleme umfassen beispielsweise die Gefahr, dass externe Giftstoffe und Wasser, die durch den äußeren Einlass eingedrungen sind, das Sensorelement leicht erreichen, und die Gefahr, dass das Sensorelement leicht durch das Meßobjektgas abgekühlt wird.
  • Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die minimale Wegstrecke P vorzugsweise 10,5 mm oder weniger, bevorzugter 10,0 mm oder weniger, noch bevorzugter weniger als 10,0 mm, noch bevorzugter 9,5 mm oder weniger, und noch bevorzugter 9,0 mm oder weniger. Bei einer Verringerung der minimalen Wegstrecke P verbessert sich das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen. Die minimale Wegstrecke P kann 7,0 mm oder mehr oder 8,0 mm oder mehr betragen.
  • Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Querschnittsflächenverhältnis S1/S2, das ein Verhältnis einer Gesamtquerschnittsfläche S1 [mm2] des äußeren Einlasses zu einer Gesamtquerschnittsfläche S2 [mm2] des äußeren Auslasses ist, mehr als 2,0 und 5,0 oder weniger betragen. Wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 mehr als 2,0 beträgt, ist die Gesamtquerschnittsfläche S1 relativ groß, so dass die Strömungsmenge, mit der das Meßobjektgas durch den äußeren Einlass eintritt, dazu neigt, zuzunehmen. Darüber hinaus ist die Gesamtquerschnittsfläche S2 relativ klein, so dass die Strömungsmenge, bei der das Meßobjektgas danach strebt, durch den äußeren Auslass einzudringen (Rückstrom), dazu tendiert, sich zu verringern. Dementsprechend ist das Meßobjektgas in dem Raum um den Gaseinlass leicht durch das eingetretene Meßobjektgas zu ersetzen. Dadurch verbessert sich das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen. Wenn die Gesamtquerschnittsfläche S2 zu klein ist, nimmt die Strömungsmenge ab, mit der das Meßobjektgas durch den äußeren Auslass ausströmt, und das Ansprechverhalten kann dementsprechend nachlassen. Wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 jedoch 5,0 oder weniger beträgt, kann das Nachlassen des Ansprechverhaltens unterdrückt werden.
  • Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 vorzugsweise 2,5 oder mehr, bevorzugter 3,0 oder mehr, und noch bevorzugter 3,4 oder mehr. Wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 zunimmt, tendiert das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen dazu, sich zu verbessern.
  • Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Gesamtquerschnittsfläche S1 10 mm2 oder mehr betragen. Die Gesamtquerschnittsfläche S1 kann auch 30 mm2 oder weniger betragen. Die Gesamtquerschnittsfläche S2 kann 2 mm2 oder mehr betragen. Die Gesamtquerschnittsfläche S2 kann auch 10 mm2 oder weniger betragen.
  • Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die äußere Schutzabdeckung eine zylindrische Form aufweisen und einen seitlichen Abschnitt und einen unteren Abschnitt umfassen. Der äußere Auslass darf nicht in dem seitlichen Abschnitt der äußeren Schutzabdeckung angeordnet sein. Wenn ein äußerer Auslass in dem seitlichen Abschnitt der äußeren Schutzabdeckung ausgebildet ist, kann das Ansprechverhalten abhängig von der Beziehung zwischen der Position des äußeren Auslasses in dem seitlichen Abschnitt und der Richtung variieren, in der das Messobjektgas um den äußeren Auslass strömt. Wenn der äußere Auslass in dem seitlichen Abschnitt beispielsweise parallel zur Stromaufseite der Richtung, in die das Messobjektgas strömt, und zu dieser geöffnet ist, wird der Strom des Messobjektgases, der danach strebt, durch den äußeren Auslass in dem seitlichen Abschnitt aus dem Raum im Inneren der äußeren Schutzabdeckung auszuströmen, durch das Messobjektgas behindert, das um den äußeren Auslass strömt, und das Ansprechverhalten tendiert dadurch dazu, nachzulassen. Wenn das Ansprechverhalten abhängig von der Beziehung zwischen der Position des äußeren Auslasses in dem seitlichen Abschnitt und der Richtung, in die das Messobjektgas strömt, erheblich variiert, kann das Ansprechverhalten beispielsweise abhängig von der Ausrichtung nachlassen, in der der Gassensor angebracht ist. Wenn kein äußerer Auslass in dem seitlichen Abschnitt ausgebildet ist, kann der Einfluss der Ausrichtung, in der der Gassensor angebracht ist, auf das Ansprechverhalten reduziert werden. In diesem Fall kann der äußere Auslass zumindest entweder in dem unteren Abschnitt oder in einem Eckabschnitt zwischen dem seitlichen Abschnitt und dem unteren Abschnitt ausgebildet sein. Der äußere Auslass kann nur in dem unteren Abschnitt oder nur in dem Eckabschnitt ausgebildet sein.
  • Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die äußere Schutzabdeckung einen Körperabschnitt, der eine zylindrische Form aufweist und in dem der äußere Einlass angeordnet ist, und einen vorderen Endabschnitt umfassen, der eine zylindrische Form mit einer Unterseite und einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner als ein Innendurchmesser des Körperabschnitts ist, und in dem der äußere Auslass angeordnet ist, wobei der vordere Endabschnitt in einer Vorwärtsrichtung, die eine Richtung von einem hinteren Ende zum vorderen Ende des Sensorelements ist, vor dem Körperabschnitt angeordnet ist. Die äußere Schutzabdeckung und die innere Schutzabdeckung können die erste Gaskammer als Raum zwischen dem Körperabschnitt der äußeren Schutzabdeckung und der inneren Schutzabdeckung und die zweite Gaskammer als Raum zwischen dem vorderen Endabschnitt der äußeren Schutzabdeckung und der inneren Schutzabdeckung bilden.
  • Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Elementkammereinlass so in der inneren Schutzabdeckung ausgebildet sein, dass eine elementseitige Öffnung des Elementkammereinlasses, die nahe an Sensorelementkammer gelegen ist, in einer Vorwärtsrichtung geöffnet ist, die eine Richtung von einem hinteren Ende zum vorderen Ende des Sensorelements ist. In diesem Fall wird das Meßobjektgas, das durch die elementseitige Öffnung ausgeströmt ist, weder in einer zur Oberfläche des Sensorelements senkrechten Richtung gegen eine Oberfläche des Sensorelements (eine andere Oberfläche als den Gaseinlass) geblasen, noch strömt es über eine lange Strecke entlang der Oberfläche des Sensorelements, bevor es den Gaseinlass erreicht. Dementsprechend kann eine Abkühlung des Sensorelements verringert werden. Eine Abkühlung des Sensorelements wird durch Einstellen der Richtung verringert, in die die elementseitige Öffnung geöffnet ist, und nicht durch Verringern der Strömungsmenge und der Strömungsgeschwindigkeit des Meßobjektgases im Inneren der inneren Schutzabdeckung. Daher kann das Ausmaß des Nachlassens des Ansprechverhaltens bei der Erfassung von Gaskonzentrationen verringert werden. Dadurch weist das Sensorelement ein schnelles Ansprechverhalten und gleichzeitig hohe Wärmehalteeigenschaften auf. Hier umfasst der Ausdruck ”die elementseitige Öffnung ist in der Vorwärtsrichtung geöffnet” einen Fall, in dem die elementseitige Öffnung parallel zur Vorwärtsrichtung geöffnet ist, und einen Fall, in dem die elementseitige Öffnung schräg zur Vorwärtsrichtung des Sensorelements geöffnet ist, so dass sie mit zunehmendem Abstand in der Vorwärtsrichtung des Sensorelements näher an dem Sensorelement liegt.
  • Bei dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die innere Schutzabdeckung ein erstes Element und ein zweites Element umfassen, und der Elementkammereinlass kann als Spalt zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ausgebildet sein. Ebenso kann das erste Element einen ersten zylindrischen Abschnitt umfassen, der das Sensorelement umgibt, und das zweite Element kann einen zweiten zylindrischen Abschnitt mit einem Durchmesser umfassen, der größer als ein Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts ist. Der Elementkammereinlass kann ein röhrenförmiger Spalt zwischen einer äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts und einer inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Art und Weise darstellt, in der ein Gassensor 100 an einem Rohr 20 angebracht ist.
  • 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A gemäß 1.
  • 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B gemäß 2.
  • 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C gemäß 3.
  • 5 ist eine Schnittansicht einer äußeren Schutzabdeckung 140 entlang der Linie C-C gemäß 3.
  • 6 ist eine Ansicht in der Richtung des Pfeils D gemäß 3.
  • 7 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang der Linie E-E gemäß 4.
  • 8 ist eine Schnittansicht, die den Fall darstellt, in dem äußere Auslässe 147a mehrere horizontale Löcher 147b umfassen.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht, die den Fall darstellt, in dem die äußeren Auslässe 147a mehrere horizontale Löcher 147b umfassen.
  • 10 ist eine Schnittansicht, die den Fall darstellt, in dem die äußeren Auslässe 147a Ecklöcher 147d umfassen.
  • 11 ist eine Schnittansicht, die Elementkammereinlässe 227 gemäß einer Modifikation darstellt.
  • 12 ist eine vertikale Schnittansicht eines Gassensors 300 gemäß einer Modifikation.
  • 13 ist eine Schnittansicht einer äußeren Schutzabdeckung 140 gemäß dem experimentellen Beispiel 4.
  • 14 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Gassensors 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 5.
  • 15 ist ein Graph, der die Winkelabhängigkeit der Reaktionszeit von Gassensoren gemäß den experimentellen Beispielen 1 bis 5 zeigt.
  • 16 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit V und der Reaktionszeit bei den experimentellen Beispielen 1 bis 5 zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Art und Weise darstellt, in der ein Gassensor 100 an einem Rohr 20 angebracht ist. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A gemäß 1. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B gemäß 2. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C gemäß 3. 5 ist eine Schnittansicht einer äußeren Schutzabdeckung 140 entlang der Linie C-C gemäß 3. 5 zeigt die Struktur, wobei ein erster zylindrischer Abschnitt 134, ein zweiter zylindrischer Abschnitt 136, ein vorderer Endabschnitt 138 und ein Sensorelement 110 von der in 4 dargestellten Struktur entfernt wurden. 6 ist eine Ansicht in der Richtung des Pfeils D gemäß 3. 7 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang der Linie E-E gemäß 4.
  • Wie in 1 dargestellt, ist der Gassensor 100 an dem Rohr 20 angebracht, das ein Abgasweg aus einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs ist. Der Gassensor 100 erfasst die Konzentration zumindest einer der Gaskomponenten wie NOx und O2 des aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases als Meßobjektgas. Wie in 2 dargestellt, ist der Gassensor 100 so an dem Rohr 20 befestigt, dass seine Mittelachse senkrecht zum Strom des Meßobjektgases in dem Rohr 20 ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Gassensor 100 so an dem Rohr 20 befestigt sein kann, dass seine Mittelachse senkrecht zum Strom des Meßobjektgases in dem Rohr 20 ist und in Bezug auf die vertikale Richtung einen vorgegebenen Winkel (beispielsweise 45°) aufweist.
  • Wie in 3 dargestellt, umfasst der Gassensor 100 ein Sensorelement 110 mit der Funktion der Erfassung der Konzentration eines vorgegebenen Gases in dem Meßobjektgas und eine Schutzabdeckung 120, die das Sensorelement 110 schützt. Der Gassensor 100 umfasst auch ein Metallgehäuse 102 und eine metallene Mutter 103 mit einem Außengewinde an ihrer äußeren Umfangsfläche. Das Gehäuse 102 wird durch ein Befestigungselement 22 eingesetzt, das an das Rohr 20 geschweißt ist und auf seiner inneren Umfangsfläche ein Innengewinde aufweist, und die Mutter 103 wird so in das Befestigungselement 22 geschraubt, dass das Gehäuse 102 an dem Befestigungselement 22 befestigt wird. Dadurch wird der Gassensor 100 an dem Rohr 20 befestigt. Die Richtung, in der das Meßobjektgas durch das Rohr 20 strömt, ist gemäß 3 die Richtung von links nach rechts.
  • Das Sensorelement 110 ist ein dünnes, längliches plattenförmiges Element und weist eine mehrschichtige Struktur auf, die mehrere Schichten aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyt wie Zirkoniumoxid (ZrO2) umfasst. Das Sensorelement 110 weist einen Gaseinlass 111 auf, durch den das Meßobjektgas eingeleitet wird und der zur Erfassung der Konzentration des vorgegebenen Gases (beispielsweise NOx oder O2) in dem Meßobjektgas geeignet ist, das durch den Gaseinlass 111 in das Sensorelement strömt 110. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Gaseinlass 111 an der vorderen Endfläche des Sensorelements 110 (gemäß 3 der Bodenfläche des Sensorelements 110) geöffnet. Das Sensorelement 110 weist ein darin angeordnetes Heizelement auf, wobei das Heizelement die Funktion hat, das Sensorelement 110 zu erwärmen, um seine Temperatur einzustellen. Die Struktur des Sensorelements 110 und das Prinzip der Erfassung von Gaskonzentrationen sind allgemein bekannt und beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008-164411 beschrieben. Das vordere Ende (gemäß 3 das untere Ende) und der Gaseinlass 111 des Sensorelements 110 sind in einer Sensorelementkammer 124 angeordnet. Die Richtung vom hinteren Ende zum vorderen Ende des Sensorelements 110 (gemäß 3 die Abwärtsrichtung) wird als Vorwärtsrichtung bezeichnet.
  • Das Sensorelement 110 umfasst eine poröse Schutzschicht 110a, die seine Oberfläche zumindest teilweise bedeckt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die poröse Schutzschicht 110a auf fünf der sechs Seitenflächen des Sensorelements 110 ausgebildet und bedeckt im Wesentlichen die gesamte Oberfläche eines Abschnitts des Sensorelements 110, der in der Sensorelementkammer 124 freiliegt. Genauer bedeckt die poröse Schutzschicht 110a die gesamte vordere Endfläche (gemäß 3 die Unterseite) des Sensorelements 110, in der der Gaseinlass 111 ausgebildet ist. Darüber hinaus bedeckt die poröse Schutzschicht 110a vier Seitenflächen (gemäß 4 Oberseite, Unterseite, linke und rechte Seitenfläche) des Sensorelements 110, die über Bereiche nahe der vorderen Endfläche des Sensorelements 110 mit der vorderen Endfläche des Sensorelements 110 verbunden sind. Die poröse Schutzschicht 110a hat beispielsweise die Funktion der Unterdrückung der Bildung von Rissen in dem Sensorelement 110 aufgrund eines Anhaftens von in dem Meßobjektgas enthaltenem Wasser oder dergleichen. Die poröse Schutzschicht 110a hat auch die Funktion der Unterdrückung eines Haftens einer in dem Meßobjektgas enthaltenen Ölkomponente oder dergleichen an (nicht dargestellten) Elektroden auf der Oberfläche des Sensorelements 110. Die poröse Schutzschicht 110a kann aus einem porösen Material wie einem porösen Aluminiumoxidmaterial, einem porösen Zirkoniumoxidmaterial, einem porösen Spinellmaterial, einem porösen Cordieritmaterial, einem porösen Titaniamaterial oder einem porösen Magnesiamaterial ausgebildet sein. Die poröse Schutzschicht 110a kann beispielsweise durch Plasmaspritzen, Siebdruck oder Tauchen erzeugt werden. Obwohl der Gaseinlass 111 ebenfalls mit der porösen Schutzschicht 110a bedeckt ist, kann das Meßobjektgas durch die poröse Schutzschicht 110a strömen und den Gaseinlass 111 erreichen, da die poröse Schutzschicht 110a aus einem porösen Material ausgebildet ist. Die poröse Schutzschicht 110a kann eine Stärke von beispielsweise 100 μm bis 700 μm aufweisen; die Stärke ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Die Schutzabdeckung 120 ist so angeordnet, dass sie das Sensorelement 110 umgibt. Die Schutzabdeckung 120 umfasst eine innere Schutzabdeckung 130, die eine zylindrische Form mit einer Unterseite aufweist und das vordere Ende des Sensorelements 110 bedeckt, und eine äußere Schutzabdeckung 140, die eine zylindrische Form mit einer Unterseite aufweist und die innere Schutzabdeckung 130 bedeckt. Eine erste Gaskammer 122 und eine zweite Gaskammer 126 sind als zwischen der inneren Schutzabdeckung 130 und der äußeren Schutzabdeckung 140 definierte Hohlräume ausgebildet, und die Sensorelementkammer 124 ist als Raum ausgebildet, der von der inneren Schutzabdeckung 130 umgeben ist. Der Gassensor 100, das Sensorelement 110, die innere Schutzabdeckung 130 und die äußere Schutzabdeckung 140 haben die gleiche Mittelachse. Die Schutzabdeckung 120 ist aus einem Metall (beispielsweise rostfreiem Stahl) gefertigt.
  • Die innere Schutzabdeckung 130 umfasst ein erstes Element 131 und ein zweites Element 135. Das erste Element 131 umfasst einen Abschnitt 132 mit großem Durchmesser mit einer zylindrischen Form, einen ersten zylindrischen Abschnitt 134 mit einem Durchmesser, der kleiner als der des Abschnitts 132 mit großem Durchmesser ist, und einen Stufenabschnitt 133, der den Abschnitt 132 mit großem Durchmesser mit dem ersten zylindrischen Abschnitt 134 verbindet. Der erste zylindrische Abschnitt 134 umgibt das Sensorelement 110. Das zweite Element 135 umfasst einen zweiten zylindrischen Abschnitt 136 mit einem Durchmesser, der größer als der des ersten zylindrischen Abschnitts 134 ist; einen vorderen Endabschnitt 138 mit einer umgekehrten, abgeschnittenen, konischen Form, der in der Vorwärtsrichtung (gemäß 3 der Abwärtsrichtung) des Sensorelements 110 vor dem zweiten zylindrischen Abschnitt 136 angeordnet ist; und einen Verbindungsabschnitt 137, der den zweiten zylindrischen Abschnitt 136 mit dem vorderen Endabschnitt 138 verbindet. Ein einziger kreisförmiger Elementkammerauslass 138a (der auch als inneres Gasloch bezeichnet wird) ist in der Mitte der unteren Oberfläche des vorderen Endabschnitts 138 ausgebildet. Der Elementkammerauslass 138a ist mit der Sensorelementkammer 124 und der zweiten Gaskammer 126 verbunden und dient als Ausgang für das Meßobjektgas in der Sensorelementkammer 124. Hinsichtlich des Durchmessers des Elementkammerauslasses 138a bestehen keine besonderen Beschränkungen, und er kann beispielsweise 0,5 mm bis 2,6 mm betragen. Der Elementkammerauslass 138a ist in der Vorwärtsrichtung des Sensorelements 110 (gemäß 3 der Abwärtsrichtung) vor dem Gaseinlass 111 angeordnet. Anders ausgedrückt ist der Elementkammerauslass 138a (gemäß 3 unterhalb des Gaseinlasses 111) weiter von dem hinteren Ende des Sensorelements 110 (dem (nicht dargestellten) gemäß 3 oberen Ende des Sensorelements 110) entfernt als der Gaseinlass 111.
  • Der Abschnitt 132 mit großem Durchmesser, der erste zylindrische Abschnitt 134, der zweite zylindrische Abschnitt 136 und der vordere Endabschnitt 138 haben die gleiche Mittelachse. Die innere Umfangsfläche des Abschnitts 132 mit großem Durchmesser steht so mit dem Gehäuse 102 in Kontakt, dass das erste Element 131 an dem Gehäuse 102 befestigt ist. Die äußere Umfangsfläche des Verbindungsabschnitts 137 des zweiten Elements 135 steht mit der inneren Umfangsfläche der äußeren Schutzabdeckung 140 in Kontakt und ist beispielsweise durch Schweißen an dieser befestigt. Das zweite Element 135 kann stattdessen befestigt werden, indem der vordere Endabschnitt 138 so ausgebildet ist, dass sein Außendurchmesser geringfügig größer als der Innendurchmesser eines vorderen Endabschnitts 146 der äußeren Schutzabdeckung 140 ist, und der vordere Endabschnitt 138 in den vorderen Endabschnitt 146 pressgepasst wird.
  • Mehrere vorstehende Abschnitte 136a sind so an der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 ausgebildet, dass sie zur äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 134 vorstehen und mit dieser in Kontakt stehen. Wie in 4 dargestellt, sind drei vorstehende Abschnitte 136a in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 angeordnet. Die vorstehenden Abschnitte 136a weisen im Wesentlichen eine Halbkugelform auf. Da die vorstehenden Abschnitte 136a vorgesehen sind, kann die Positionsbeziehung zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt 134 und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 136 leicht durch die vorstehenden Abschnitte 136a festgelegt werden. Die vorstehenden Abschnitte 136a drücken die äußere Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 134 vorzugsweise radial nach innen. In einem derartigen Fall kann die Positionsbeziehung zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt 134 und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 136 durch die vorstehenden Abschnitte 136a zuverlässiger festgelegt werden. Die Anzahl der vorstehenden Abschnitte 136a ist nicht auf drei beschränkt und kann stattdessen zwei oder vier oder mehr betragen. Vorzugsweise sind drei oder mehr vorstehende Abschnitte 136a so vorgesehen, dass der erste zylindrische Abschnitt 134 und der zweite zylindrische Abschnitt 136 stabil fixiert werden können.
  • Ein Elementkammereinlass 127 (siehe 3, 4 und 7) ist in der inneren Schutzabdeckung 130 ausgebildet. Der Elementkammereinlass 127 ist ein Spalt zwischen dem ersten Element 131 und dem zweiten Element 135 und dient als Eingang für das Meßobjektgas in die Sensorelementkammer 124. Genauer ist der Elementkammereinlass 127 ein röhrenförmiger Spalt (Gasströmungskanal) zwischen der äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 134 und der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136. Der Elementkammereinlass 127 umfasst eine äußere Öffnung 128 und eine elementseitige Öffnung 129. Die äußere Öffnung 128 ist eine Öffnung neben der ersten Gaskammer 122, die ein Raum ist, in dem die äußeren Einlässe 144a angeordnet sind. Die elementseitige Öffnung 129 ist eine Öffnung neben der Sensorelementkammer 124, die ein Raum ist, in dem der Gaseinlass 111 angeordnet ist. Die äußere Öffnung 128 liegt näher am hinteren Ende des Sensorelements 110 (gemäß 3 dem oberen Ende) als die elementseitige Öffnung 129. Daher dient der Elementkammereinlass 127 auf dem Weg des Meßobjektgases von den äußeren Einlässen 144a zum Gaseinlass 111 als Strömungskanal, der sich von der Seite des hinteren Endes (gemäß 3 der oberen Seite) zur Seite des vorderen Endes (gemäß 3 der unteren Seite) des Sensorelements 110 erstreckt. Ebenso ist der Elementkammereinlass 127 ein Strömungskanal, der parallel zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten (gemäß 3 ein vertikaler Strömungskanal) ist.
  • Die elementseitige Öffnung 129 ist vorzugsweise so positioniert, dass der Abstand A1 zum Gaseinlass 111 (siehe 7) –1,5 mm oder mehr beträgt. Der Abstand A1 kann 0 mm oder mehr oder mehr als 1,5 mm betragen. Der Abstand A1 ist der Abstand in der Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten (gemäß 3 der vertikalen Richtung), und die Richtung von vorne nach hinten (gemäß 3 die Aufwärtsrichtung) ist als positiv definiert. Genauer ist der Abstand A1 der Abstand zwischen einem Abschnitt des Rands der Öffnung des Gaseinlasses 111, der am nächsten an der elementseitigen Öffnung 129 liegt, und einem Abschnitt des Rands der elementseitigen Öffnung 129, der in der Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten am nächsten am Gaseinlass 111 liegt. Wenn der Gaseinlass gemäß 3 ein horizontales Loch ist, das zu einer Seitenfläche des Sensorelements 110 geöffnet ist, und wenn die elementseitige Öffnung 129 zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Öffnung des Gaseinlasses angeordnet ist, ist der Abstand A1 als 0 mm definiert. Die Obergrenze des Abstands A1 wird durch die Formen der inneren Schutzabdeckung 130 und der Sensorelementkammer 124 bestimmt. Obwohl keine besonderen Beschränkungen bestehen, kann der Abstand A1 7,5 mm oder weniger, 5 mm oder weniger oder 2 mm oder weniger betragen.
  • Die elementseitige Öffnung 129 ist in einem Abstand A2 (siehe 7) von dem Sensorelement 110 angeordnet. Der Abstand A2 ist der Abstand in einer zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten senkrechten Richtung. Genauer ist der Abstand A2 der Abstand zwischen einem Abschnitt des Sensorelements 110, der am nächsten an der elementseitigen Öffnung 129 liegt, und einem Abschnitt des Rands der elementseitigen Öffnung 129, der in der zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten senkrechten Richtung am nächsten an dem Sensorelement 110 liegt. Wenn der Abstand A2 größer wird, entfernt sich die elementseitige Öffnung 129 von dem Sensorelement 110, so dass eine Abkühlung des Sensorelements 110 weiter verringert werden kann. Der Abstand A2 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann beispielsweise 0,6 mm bis 3,0 mm betragen. Die elementseitige Öffnung 129 ist parallel zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten in der Richtung des Sensorelements 110 von hinten nach vorne geöffnet. Anders ausgedrückt ist die elementseitige Öffnung 129 gemäß den 3 und 7 nach unten (zu dem direkt darunter gelegenen Bereich) geöffnet. Daher ist das Sensorelement 110 außerhalb des Bereichs einer virtuellen Verlängerung des Elementkammereinlasses 127 von der elementseitigen Öffnung 129 aus (gemäß den 3 und 7 des Bereichs direkt unterhalb der elementseitigen Öffnung 129) angeordnet. Dementsprechend wird das Meßobjektgas, das durch die elementseitige Öffnung 129 ausströmt, nicht direkt gegen die Oberfläche des Sensorelements 110 geblasen, und eine Abkühlung des Sensorelements 110 kann verringert werden.
  • Die äußere Öffnung 128 ist in einem Abstand A3 vom äußeren Einlass 144a angeordnet (siehe 7). Der Abstand A3 ist der Abstand in der Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten (gemäß den 3 und 7 der vertikalen Richtung). Ähnlich wie der Abstand A1 ist die Richtung von vorne nach hinten als positiv definiert. Genauer ist der Abstand A3 der Abstand zwischen einem Abschnitt des Rands der Öffnung des äußeren Einlasses 144a, der am nächsten an der äußeren Öffnung 128 liegt, und einem Abschnitt des Rands der äußeren Öffnung 128, der in der Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten am nächsten am äußeren Einlass 144a liegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere äußere Einlässe 144a vorgesehen, die horizontale Löcher 144b und vertikale Löcher 144c umfassen, und die oberen Enden der horizontalen Löcher 144b liegen in der gemäß 3 vertikalen Richtung am nächsten an der äußeren Öffnung 128. Daher ist der Abstand A3 nach 7 der Abstand zwischen dem oberen Ende des horizontalen Lochs 144b und der äußeren Öffnung 128. Wenn die äußere Öffnung 128 beispielsweise in der gemäß 3 vertikalen Richtung unterhalb des unteren Endes des vertikalen Lochs 144c liegt, ist der Abstand A3 der Abstand zwischen dem unteren Ende des vertikalen Lochs 144c und der äußeren Öffnung 128 in der vertikalen Richtung. Die äußere Öffnung 128 kann so positioniert sein, dass der Abstand A3 0 oder mehr beträgt oder positiv ist. Alternativ kann die äußere Öffnung 128 so positioniert sein, dass der Abstand A3 0 oder weniger beträgt oder negativ ist. Der Abstand A3 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann beispielsweise –3 mm oder mehr und 3 mm oder weniger betragen. Alternativ kann der Abstand A3 –2 mm oder mehr, –1 mm oder mehr, 2 mm oder weniger oder 1 mm oder weniger betragen.
  • Die äußere Öffnung 128 ist in einem Abstand A6 vom äußeren Einlass 144a angeordnet (siehe 7). Der Abstand A6 ist der Abstand in der zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten senkrechten Richtung (gemäß den 3 und 7 der vertikalen Richtung). Der Abstand A6 ist der Abstand zwischen dem äußeren Einlass 144a, der in der Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten am nächsten an der äußeren Öffnung 128 liegt, und der äußeren Öffnung 128. Bei der vorliegenden Ausführungsform stimmt der Abstand A6 mit der Hälfte der Differenz zwischen dem Innendurchmesser eines seitlichen Abschnitts 143a und dem Innendurchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 überein. Der Abstand A6 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann beispielsweise mehr als 0 mm und 2,5 mm oder weniger betragen. Alternativ kann der Abstand A6 0,5 mm oder mehr, 1 mm oder mehr, 2,0 mm oder weniger oder 1,5 mm oder weniger betragen.
  • Die äußere Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 134 und die innere Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 sind in der Radialrichtung des ersten und des zweiten zylindrischen Abschnitts 134 und 136 an der elementseitigen Öffnung 129 um einen Abstand A4 und an der äußeren Öffnung 128 um einen Abstand A5 voneinander entfernt. Die äußere Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 134 und die innere Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 sind an einer Stelle, an der die vorstehenden Abschnitte 136a mit dem ersten zylindrischen Abschnitt 134 in Kontakt stehen (der Stelle in der Schnittansicht gemäß 4), um einen Abstand A7 voneinander entfernt. Hinsichtlich der Abstände A4, A5 und A7 bestehen keine besonderen Einschränkungen, und sie können beispielsweise 0,3 mm bis 2,4 mm betragen. Die Öffnungsbereiche der elementseitigen Öffnung 129 und der äußeren Öffnung 128 können durch Einstellen der Abstände A4 und A5 eingestellt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform stimmen die Abstände A4, A5 und A7 überein, und die elementseitige Öffnung 129 und die äußere Öffnung 128 weisen den gleichen Öffnungsbereich auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Abstand A4 (die Abstände A5 und A7) der Hälfte der Differenz zwischen dem Außendurchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 134 und dem Innendurchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 136. Der Abstand zwischen der elementseitigen Öffnung 129 und der äußeren Öffnung 128 in der vertikalen Richtung, d. h. die Länge L des Elementkammereinlasses 127 in der vertikalen Richtung (die der Wegstrecke des Elementkammereinlasses 127 entspricht), unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, und kann beispielsweise mehr als 0 mm und 6,6 mm oder weniger betragen. Alternativ kann die Länge L 3 mm oder mehr oder 5 mm oder weniger betragen.
  • Wie in 3 dargestellt, umfasst die äußere Schutzabdeckung 140 einen Abschnitt 142 mit großem Durchmesser, der eine zylindrische Form aufweist; einen Körperabschnitt 143, der eine zylindrische Form aufweist, der mit dem Abschnitt 142 mit großem Durchmesser verbunden ist und dessen Durchmesser kleiner als der des Abschnitts 142 mit großem Durchmesser ist; und den vorderen Endabschnitt 146, der eine zylindrische Form mit einer Unterseite aufweist und dessen Innendurchmesser kleiner als der des Körperabschnitts 143 ist. Der Körperabschnitt 143 umfasst den seitlichen Abschnitt 143a, der eine Seitenfläche aufweist, die sich in der Richtung der Mittelachse der äußeren Schutzabdeckung 140 (gemäß 3 der vertikalen Richtung) erstreckt, und einen Stufenabschnitt 143b, der die Unterseite des Körperabschnitts 143 definiert und den seitlichen Abschnitt 143a und den vorderen Endabschnitt 146 verbindet. Die Mittelachsen des Abschnitts 142 mit großem Durchmesser, des Körperabschnitts 143 und des vorderen Endabschnitts 146 stimmen mit der Mittelachse der inneren Schutzabdeckung 130 überein. Die innere Umfangsfläche des Abschnitts 142 mit großem Durchmesser steht mit dem Gehäuse 102 und dem Abschnitt 132 mit großem Durchmesser so in Kontakt, dass die äußere Schutzabdeckung 140 an dem Gehäuse 102 befestigt wird. Der Körperabschnitt 143 ist so angeordnet, dass er die äußeren Umfänge des ersten zylindrischen Abschnitts 134 und des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 bedeckt. Der vordere Endabschnitt 146 ist so angeordnet, dass er den vorderen Endabschnitt 138 bedeckt, und seine innere Umfangsfläche steht mit der äußeren Umfangsfläche des Verbindungsabschnitts 137 in Kontakt. Der vordere Endabschnitt 146 umfasst einen seitlichen Abschnitt 146a, der eine Seitenfläche aufweist, die sich in der Richtung der Mittelachse der äußeren Schutzabdeckung 140 (gemäß 3 der vertikalen Richtung) erstreckt und deren Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des seitlichen Abschnitts 143a ist, und einen unteren Abschnitt 146b, der die Unterseite der äußeren Schutzabdeckung 140 definiert. Der vordere Endabschnitt 146 ist in der Vorwärtsrichtung vor dem Körperabschnitt 143 angeordnet. Die äußere Schutzabdeckung 140 weist mehrere in dem Körperabschnitt 143 ausgebildete äußere Einlässe 144a (bei der vorliegenden Ausführungsform zwölf äußere Einlässe 144a) und mehrere im vorderen Endabschnitt 146 ausgebildete äußere Auslässe 147a (bei der vorliegenden Ausführungsform sechs äußere Auslässe 147a) auf. Die äußeren Einlässe 144a sind Eingänge für das Meßobjektgas von außen, und die äußeren Auslässe 147a sind Ausgänge für das Meßobjektgas nach außen.
  • Die äußeren Einlässe 144a sind (auch als erste äußere Gaslöcher bezeichnete) Löcher, die den Bereich außerhalb der äußeren Schutzabdeckung 140 (die Außenseite) mit der ersten Gaskammer 122 verbinden. Die äußeren Einlässe 144a umfassen mehrere in gleichmäßigen Abständen in dem seitlichen Abschnitt 143a ausgebildete horizontale Löcher 144b (bei der vorliegenden Ausführungsform sechs horizontale Löcher 144b) und mehrere in gleichmäßigen Abständen in dem Stufenabschnitt 143b ausgebildete vertikale Löcher 144c (bei der vorliegenden Ausführungsform sechs vertikale Löcher 144c) (siehe 3 bis 6). Die äußeren Einlässe 144a (die horizontalen Löcher 144b und die vertikalen Löcher 144c) sind kreisförmige (vollständig kreisförmige) Löcher. Hinsichtlich der Durchmesser der zwölf äußeren Einlässe 144a bestehen keine besonderen Einschränkungen, und sie können beispielsweise 0,5 mm bis 2 mm betragen. Alternativ können die Durchmesser der äußeren Einlässe 144a 1,5 mm oder weniger betragen. Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen die horizontalen Löcher 144b übereinstimmende Durchmesser auf, und die vertikalen Löcher 144c weisen übereinstimmende Durchmesser auf. Der Durchmesser der horizontalen Löcher 144b ist größer als der der vertikalen Löcher 144c. Wie in den 4 und 5 dargestellt, sind die äußeren Einlässe 144a so ausgebildet, dass die horizontalen Löcher 144b und die vertikalen Löcher 144c in der Umfangsrichtung der äußeren Schutzabdeckung 140 in gleichmäßigen Abständen abwechselnd angeordnet sind. Anders ausgedrückt bilden gemäß den 4 und 5 die Linie, die die Mittelachse der äußeren Schutzabdeckung 140 und die Mitte jedes horizontalen Lochs 144b verbindet, und die Linie, die die Mittelachse der äußeren Schutzabdeckung 140 und die Mitte eines der vertikalen Löcher 144c verbindet, das neben diesem horizontalen Loch 144b liegt, einen Winkel von 30° (360°/12).
  • Die äußeren Auslässe 147a sind (auch als zweite äußere Gaslöcher bezeichnete) Löcher, die den Bereich außerhalb der äußeren Schutzabdeckung 140 (das Äußere) mit der zweiten Gaskammer 126 verbinden. Die äußeren Auslässe 147a umfassen mehrere in der Umfangsrichtung der äußeren Schutzabdeckung 140 in gleichmäßigen Abständen im unteren Abschnitt 146b des vorderen Endabschnitts 146 ausgebildete vertikale Löcher 147c (bei der vorliegenden Ausführungsform sechs vertikale Löcher 147c) (siehe 3, 5 und 6). Anders als die äußeren Einlässe 144a ist keiner der äußeren Auslässe 147a in einem seitlichen Abschnitt der äußeren Schutzabdeckung 140 (in diesem Fall einem seitlichen Abschnitt 146a des vorderen Endabschnitts 146) angeordnet.
  • Die äußeren Auslässe 147a (bei diesem Beispiel die vertikalen Löcher 147c) sind kreisförmige (vollkommen kreisförmige) Löcher. Hinsichtlich der Durchmesser der sechs äußeren Auslässe 147a bestehen keine besonderen Einschränkungen, und sie können beispielsweise 0,5 mm bis 2,0 mm betragen. Alternativ können die Durchmesser der äußeren Auslässe 147a 1,5 mm oder weniger betragen. Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen die äußeren Auslässe 147a übereinstimmende Durchmesser auf. Der Durchmesser der vertikalen Löcher 147c ist kleiner als der Durchmesser der horizontalen Löcher 144b.
  • Die äußere Schutzabdeckung 140 und die innere Schutzabdeckung 130 bilden die erste Gaskammer 122 als Raum zwischen dem Körperabschnitt 143 und der inneren Schutzabdeckung 130. Genauer ist die erste Gaskammer 122 ein von dem Stufenabschnitt 133, dem ersten zylindrischen Abschnitt 134, dem zweiten zylindrischen Abschnitt 136, dem Abschnitt 142 mit großem Durchmesser, dem seitlichen Abschnitt 143a und dem Stufenabschnitt 143b umgebener Raum. Die Sensorelementkammer 124 ist ein von der inneren Schutzabdeckung 130 umgebener Raum. Die äußere Schutzabdeckung 140 und die innere Schutzabdeckung 130 bilden auch die zweite Gaskammer 126 als Raum zwischen dem vorderen Endabschnitt 146 und der inneren Schutzabdeckung 130. Genauer ist die zweite Gaskammer 126 ein von dem vorderen Endabschnitt 138 und dem vorderen Endabschnitt 146 umgebener Raum. Da die innere Umfangsfläche des vorderen Endabschnitts 146 mit der äußeren Umfangsfläche des Verbindungsabschnitts 137 in Kontakt steht, sind die erste Gaskammer 122 und die zweiten Gaskammer 126 nicht direkt miteinander verbunden.
  • Nun wird die Art und Weise beschrieben, in der das Meßobjektgas im Inneren der Schutzabdeckung 120 strömt, wenn der Gassensor 100 die Konzentration des vorgegebenen Gases erfasst. Zunächst tritt das Meßobjektgas, das durch das Rohr 20 strömt, durch zumindest einen der äußeren Einlässe 144a (eines der horizontalen Löcher 144b und der vertikalen Löcher 144c) in die erste Gaskammer 122 ein. Als nächstes tritt das Meßobjektgas aus der ersten Gaskammer 122 durch die äußere Öffnung 128 in den Elementkammereinlass 127 ein, strömt durch den Elementkammereinlass 127 und tritt durch die elementseitige Öffnung 129 in die Sensorelementkammer 124 ein. Zumindest ein Teil des Meßobjektgases, das durch die elementseitige Öffnung 129 in die Sensorelementkammer 124 gelangt, erreicht den Gaseinlass 111 des Sensorelements 110. Wenn das Meßobjektgas den Gaseinlass 111 erreicht und in das Sensorelement 110 eintritt, erzeugt das Sensorelement 110 ein der Konzentration des vorgegebenen Gases (beispielsweise NOx oder O2) in dem Meßobjektgas entsprechendes elektrisches Signal (eine Spannung oder einen Strom). Die Gaskonzentration wird auf der Grundlage dieses elektrischen Signals erfasst. Das Meßobjektgas in der Sensorelementkammer 124 tritt durch den Elementkammerauslass 138a in die zweite Gaskammer ein 126 und strömt durch zumindest einen der äußeren Auslässe 147a aus. Die Leistung des in dem Sensorelement 110 angeordneten Heizelements wird beispielsweise durch eine (nicht dargestellten) Steuereinheit so gesteuert, dass die Temperatur des Sensorelements 110 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird.
  • Die Schutzabdeckung 120 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine minimale Wegstrecke P von den äußeren Einlässen 144a zum Gaseinlass 111 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger beträgt, wenn das Meßobjektgas auf die vorstehend beschriebene Art und Weise im Inneren der Schutzabdeckung 120 strömt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die minimale Wegstrecke P die Länge der unterbrochenen Linie PL, d. h. der fett gedruckten Punkt-Strich-Linie in 7. Die minimale Wegstrecke P ist die Länge des kürzesten Wegs für das Meßobjektgas von der äußeren Öffnung des äußeren Einlasses 144a zur äußeren Öffnung des Gaseinlasses 111. Sind mehrere äußere Einlässe 144a vorhanden, ist die minimale Wegstrecke P ist die kürzeste der minimalen Wegstrecken von den äußeren Einlässen 144a zum Gaseinlass 111. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die äußere Schutzabdeckung 140 die horizontalen Löcher 144b und die vertikalen Löcher 144c als äußere Einlässe 144a auf. Wie in 3 dargestellt, sind die horizontalen Löcher 144b oberhalb der vertikalen Löcher 144c angeordnet und liegen näher an der äußeren Öffnung 128 als die vertikalen Löcher 144c. Darüber hinaus weist der Gaseinlass 111 bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 dargestellt, eine rechteckige Öffnung auf und ist gemäß 4 gegenüber der Mittelachse der inneren Schutzabdeckung 130 und der äußeren Schutzabdeckung 140 nach oben verschoben. Dementsprechend ist bei der vorliegenden Ausführungsform die minimale Wegstrecke von einem der sechs horizontalen Löcher 144b, das gemäß 4 oberen links liegt, zum Gaseinlass 111 die minimale Wegstrecke P der Schutzabdeckung 120. Die minimale Wegstrecke von dem horizontalen Loch 144b oben rechts in 4 zum Gaseinlass 111 ist ebenfalls die gleiche (= die minimale Wegstrecke P). 7 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Bereichs um das horizontale Loch 144b oben links in 4 entlang der Linie E-E. Das in 7 dargestellte horizontale Loch 144b ist das horizontale Loch 144b oben links in 4. Gemäß 7 ist die minimale Wegstrecke P die Länge des kürzesten Wegs (der unterbrochenen Linie PL) von einem Endabschnitt C1 (gemäß 7 dem oberen Endabschnitt) der äußeren Öffnung des horizontalen Lochs 144b, wobei der Endabschnitt C1 am nächsten an der äußeren Öffnung 128 liegt, zu einem Endabschnitt C2 (gemäß 7 dem linken Endabschnitt) der äußeren Öffnung des Gaseinlasses 111. Die minimale Wegstrecke P wird ohne Berücksichtigung der porösen Schutzschicht 110a bestimmt. In 7 wird beispielsweise ein Abschnitt des durch die unterbrochene Linie PL dargestellten Wegs von der elementseitigen Öffnung 129 zum Gaseinlass 111 ohne Berücksichtigung der porösen Schutzschicht 110a als Kombination aus der geraden Linie, die die elementseitige Öffnung 129 mit der unteren linken Ecke des Sensorelements 110 verbindet, und der geraden Linie festgelegt, die die untere linke Ecke des Sensorelements 110 mit dem linken Ende der Öffnung des Gaseinlasses 111 verbindet. Bei der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform sind Form, Position, etc. des Gaseinlasses 111 dergestalt, dass die minimalen Wegstrecken von den vier horizontalen Löchern 144b mit Ausnahme der horizontalen Löcher 144b oben links und oben rechts in 4 zum Gaseinlass 111 geringfügig größer als die minimale Wegstrecke P sind. Wenn die horizontalen Löcher 144b, wie in diesem Fall, unterschiedliche minimale Wegstrecken aufweisen, betragen die minimalen Wegstrecken von so vielen horizontalen Löchern 144b wie möglich vorzugsweise 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger. Bei der vorliegenden Ausführungsform betragen nicht nur die minimale Wegstrecke P der horizontalen Löcher 144b oben links und oben rechts in 4, sondern auch die minimalen Wegstrecken der anderen horizontalen Löcher 144b 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger. Zusätzlich zu den horizontalen Löchern 144b kann auch die minimale Wegstrecke von zumindest einem der vertikalen Löcher 144c zum Gaseinlass 111 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger betragen. Überdies können die minimalen Wegstrecken von den vertikalen Löchern 144c zum Gaseinlass 111 alle 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger betragen. Darüber hinaus können die minimalen Wegstrecken von den äußeren Einlässen 144a (in diesem Fall den horizontalen Löchern 144b und den vertikalen Löchern 144c) zum Gaseinlass 111 alle 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger betragen.
  • Das in dem Gassensor 100 enthaltene Sensorelement 110 ist vorzugsweise geeignet, eine Veränderung der Konzentration des vorgegebenen Gases in dem Meßobjektgas rasch zu erfassen. Anders ausgedrückt weist das Sensorelement 110 vorzugsweise ein schnelles Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen auf. Wenn die wie vorstehend beschrieben bestimmte minimale Wegstrecke P eine geringe Länge von 11,0 mm oder weniger aufweist, erreicht das durch die äußeren Einlässe 144a eingetretene Meßobjektgas den Gaseinlass 111 in relativ kurzer Zeit, und das Ansprechverhalten verbessert sich dementsprechend. Wenn die minimale Wegstrecke P 5,0 mm oder mehr beträgt, kann das Auftreten von Problemen aufgrund einer unzureichenden minimalen Wegstrecke P verringert werden. Derartige Probleme umfassen beispielsweise die Gefahr, dass externe Giftstoffe und Wasser, die durch die äußeren Einlässe 144a eingedrungen sind, leicht das Sensorelement 110 erreichen, und die Gefahr, dass das Sensorelement 110 durch das Meßobjektgas leicht abgekühlt wird oder die zum Verhindern einer Abkühlung des Sensorelements 110 erforderliche Leistung des Heizelements zunimmt. Die minimale Wegstrecke P beträgt vorzugsweise 10,5 mm oder weniger, bevorzugter 10,0 mm oder weniger, noch bevorzugter weniger als 10,0 mm, noch bevorzugter 9,5 mm oder weniger und noch bevorzugter 9,0 mm oder weniger. Bei einer Verkürzung der minimalen Wegstrecke P verbessert sich das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen. Die minimale Wegstrecke P kann beispielsweise durch Einstellen zumindest eines der Abstände A1 bis A7 und der Länge L gemäß 7 oder durch Einstellen der Durchmesser der äußeren Einlässe 144a eingestellt werden. Die minimale Wegstrecke P kann 7,0 mm oder mehr oder 8,0 mm oder mehr betragen.
  • Die äußere Schutzabdeckung 140 ist vorzugsweise so strukturiert, dass ein Querschnittsflächenverhältnis S1/S2, das ein Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche S1 [mm2] der äußeren Einlässe 144a zur Gesamtquerschnittsfläche S2 [mm2] der äußeren Auslässe 147a ist, mehr als 2,0 und 5,0 oder weniger beträgt. Wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 mehr als 2,0 beträgt, ist die Gesamtquerschnittsfläche S1 relativ groß, so dass die Strömungsmenge, mit der das Meßobjektgas durch die äußeren Einlässe 144a eintritt, dazu tendiert, zuzunehmen. Darüber hinaus ist die Gesamtquerschnittsfläche S2 relativ klein, so dass die Strömungsmenge, mit der das Meßobjektgas danach strebt, durch die äußeren Auslässe 147a einzutreten (der Rückstrom), dazu tendiert, abzunehmen. Dementsprechend wird das Meßobjektgas in dem Raum um den Gaseinlass 111 leicht durch das eingetretene Meßobjektgas ersetzt. Dadurch verbessert sich das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen. Wenn die Gesamtquerschnittsfläche S2 zu klein ist, nimmt die Strömungsmenge ab, mit der das Meßobjektgas durch die äußeren Auslässe 147a ausströmt, und das Ansprechverhalten kann dementsprechend nachlassen. Wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 5,0 oder weniger beträgt, kann das Nachlassen des Ansprechverhaltens jedoch unterdrückt werden. Das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 kann beispielsweise durch Einstellen der Anzahl der äußeren Einlässe 144a und der äußeren Auslässe 147a oder durch Einstellen der Querschnittsflächen der äußeren Einlässe 144a und der äußeren Auslässe 147a eingestellt werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Gesamtquerschnittsfläche S1 die Summe der Gesamtquerschnittsfläche der sechs horizontalen Löcher 144b und der Gesamtquerschnittsfläche der sechs vertikalen Löcher 144c. Die Gesamtquerschnittsfläche S2 ist die Summe der Querschnittsflächen der sechs vertikalen Löcher 147c. Die Querschnittsfläche jedes äußeren Einlasses 144a ist die Fläche des äußeren Einlasses 144a entlang einer zu der Richtung, in der das Meßobjektgas durch den äußeren Einlass 144a strömt, senkrechten Ebene. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die äußeren Einlässe 144a kreisförmige Löcher, und die Flächen der Kreisformen dienen als ihre Querschnittsflächen. Dies gilt auch für die äußeren Auslässe 147a. Wenn beispielsweise einer der äußeren Einlässe 144a so geformt ist, dass seine Querschnittsfläche nicht regelmäßig ist, beispielsweise so, dass sich seine Querschnittsfläche auf der Eingangsseite (der äußeren Oberfläche der äußeren Schutzabdeckung 140) und der Ausgangsseite (der inneren Oberfläche der äußeren Schutzabdeckung 140) unterscheidet, ist der minimale Wert der Querschnittsfläche als Querschnittsfläche dieses äußeren Einlasses 144a definiert. Dies gilt auch für die äußeren Auslässe 147a.
  • Das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 beträgt vorzugsweise 2,5 oder mehr, bevorzugter 3,0 oder mehr und noch bevorzugter 3,4 oder mehr. Wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 zunimmt, tendiert das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen dazu, sich zu verbessern. Die Gesamtquerschnittsfläche S1 kann 10 mm2 oder mehr betragen. Die Gesamtquerschnittsfläche S1 kann auch 30 mm2 oder weniger betragen. Die Gesamtquerschnittsfläche S2 kann 2 mm2 oder mehr betragen. Die Gesamtquerschnittsfläche S2 kann auch 10 mm2 oder weniger betragen.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die äußere Schutzabdeckung 140 den seitlichen Abschnitt 146a und den unteren Abschnitt 146b und weist eine zylindrische Form mit einer Unterseite auf. Die äußeren Auslässe 147a sind nicht in dem seitlichen Abschnitt 146a der äußeren Schutzabdeckung 140 ausgebildet. Wenn die äußeren Auslässe 147a in dem seitlichen Abschnitt 146a der äußeren Schutzabdeckung 140 ausgebildet sind, kann das Ansprechverhalten abhängig von der Beziehung zwischen den Positionen der äußeren Auslässe 147a in dem seitlichen Abschnitt 146a und der Richtung variieren, in der das Meßobjektgas um die äußeren Auslässe 147a strömt. Die 8 und 9 sind jeweils eine Schnittansicht und eine perspektivische Ansicht, die den Fall darstellen, in dem die äußeren Auslässe 147a mehrere horizontale Löcher 147b (bei diesem Beispiel drei horizontale Löcher 147b) umfassen, die in dem seitlichen Abschnitt 146a ausgebildet sind. Die in den 8 und 9 dargestellte äußere Schutzabdeckung 140 weist äußere Auslässe 147a auf, die drei horizontale Löcher 147b und drei vertikale Löcher 147c umfassen. Die horizontalen Löcher 147b und die vertikalen Löcher 147c sind in der Umfangsrichtung der äußeren Schutzabdeckung 140 in gleichmäßigen Abständen abwechselnd angeordnet. Wenn bei der in 8 und 9 dargestellten äußeren Schutzabdeckung 140 beispielsweise die Richtung, in die das Meßobjektgas strömt, die Richtung von links nach rechts ist, wie in 8 durch den Pfeil D1 dargestellt, ist eines der horizontalen Löcher 147b (gemäß 8 das am weitesten links gelegene horizontale Loch 147b) parallel zur Stromaufseite der Richtung, in die das Meßobjektgas strömt (gemäß 8 nach links), und zu dieser geöffnet. In diesem Fall wird der Strom des Meßobjektgases, das danach strebt, durch dieses horizontale Loch 147b aus dem Raum im Inneren der äußeren Schutzabdeckung 140 zu strömen, durch das Meßobjektgas behindert, das um dieses horizontale Loch 147b strömt, und das Ansprechverhalten tendiert dadurch dazu, nachzulassen. Im Gegensatz hierzu wird davon ausgegangen, dass die Richtung, in die das Meßobjektgas strömt, die in 8 durch den Pfeil D2 dargestellte Richtung ist. Die Richtung des Pfeils D2 ist die durch Drehen der Richtung des Pfeils D1 gemäß 8 um 60° im Uhrzeigersinn erhaltene Richtung und weist zum Mittelpunkt zwischen dem linken horizontalen Loch 147b und dem oberen rechten horizontalen Loch 147b in dem seitlichen Abschnitt 146a der äußeren Schutzabdeckung 140 gemäß 8. In diesem Fall sind die horizontalen Löcher 147b nur an Positionen angeordnet, die relativ weit von dem Bereich um die Position entfernt sind, an der das Meßobjektgas in einer zu dem seitlichen Abschnitt 146a senkrechten Richtung gegen den seitlichen Abschnitt 146a geblasen wird. Dementsprechend wird der Strom des Meßobjektgases, das danach strebt, durch die horizontalen Löcher 147b auszuströmen, nicht wesentlich behindert, und das Ansprechverhalten lässt nicht wesentlich nach. Wenn das Ansprechverhalten abhängig von der Beziehung zwischen den Positionen der äußeren Auslässe 147a in dem seitlichen Abschnitt 146a (bei diesem Beispiel der horizontalen Löcher 147b) und der Richtung, in die das Meßobjektgas strömt, erheblich variiert, kann das Ansprechverhalten abhängig von der Ausrichtung nachlassen, in der der Gassensor 100 angebracht ist (dem Winkel der äußeren Schutzabdeckung 140 um die Mittelachse in der Drehrichtung). Wenn der Gassensor 100 beispielsweise in einer solchen Ausrichtung an dem Rohr 20 angebracht ist, dass das Meßobjektgas in die Richtung des Pfeils D1 strömt, tendiert das Ansprechverhalten dazu, nachzulassen. Da bei dem Gassensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die äußeren Auslässe 147a dagegen nicht in dem seitlichen Abschnitt 146a ausgebildet sind, kann der Einfluss der Ausrichtung, in der der Gassensor 100 angebracht ist, auf das Ansprechverhalten verringert werden. Der Einfluss der Ausrichtung, in der der Gassensor 100 angebracht ist, auf das Ansprechverhalten wird als Winkelabhängigkeit bezeichnet. Bei dem Gassensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Winkelabhängigkeit verringert werden, weil die äußeren Auslässe 147a nicht in dem seitlichen Abschnitt 146a ausgebildet sind.
  • Da bei dem vorstehend im Einzelnen beschriebenen Gassensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die minimale Wegstrecke P von den äußeren Einlässen 144a zum Gaseinlass 111 11,0 mm oder weniger beträgt, wird das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen verbessert. Da die minimale Wegstrecke P 5,0 mm oder mehr beträgt, kann darüber hinaus das Auftreten von Problemen aufgrund einer unzureichenden minimalen Wegstrecke P verringert werden. Da das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 mehr als 2,0 und 5,0 oder weniger beträgt, wird darüber hinaus das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen verbessert. Da keine äußeren Auslässe 147a in dem seitlichen Abschnitt 146a angeordnet sind, kann darüber hinaus der Einfluss der Ausrichtung, in der der Gassensor 100 angebracht ist, auf das Ansprechverhalten reduziert werden. Dadurch kann unabhängig von der Ausrichtung der Anbringung leicht das vorstehend beschriebene Ergebnis erzielt werden, dass das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen verbessert wird.
  • Darüber hinaus ist der Elementkammereinlass 127 bei dem Gassensor 100 so in der inneren Schutzabdeckung 130 ausgebildet, dass die elementseitige Öffnung 129 in der Vorwärtsrichtung geöffnet ist. Daher wird das Meßobjektgas, das aus der elementseitigen Öffnung 129 ausgeströmt ist, weder in einer zur Oberfläche des Sensorelements 110 senkrechten Richtung gegen eine Oberfläche des Sensorelements 110 (eine andere Oberfläche als den Gaseinlass 111) geblasen, noch strömt es eine lange Strecke die Oberfläche des Sensorelements 110 entlang, bevor es den Gaseinlass 111 erreicht. Dementsprechend kann eine Abkühlung des Sensorelements 110 verringert werden. Eine Abkühlung des Sensorelements 110 wird durch Einstellen der Richtung verringert, in die die elementseitige Öffnung 129 geöffnet ist, und nicht durch Verringern der Strömungsmenge und Strömungsgeschwindigkeit des Meßobjektgases im Inneren der inneren Schutzabdeckung 130. Daher kann das Ausmaß des Nachlassens des Ansprechverhaltens bei der Erfassung von Gaskonzentrationen verringert werden. Dadurch weist das Sensorelement 110 ein schnelles Ansprechverhalten und gleichzeitig hohe Wärmehalteeigenschaften auf.
  • Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann im technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Formen implementiert werden.
  • Die Form der Schutzabdeckung 120 ist beispielsweise nicht auf die gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Die Form der Schutzabdeckung 120 und die Formen, die Anzahl, die Anordnung, etc. des Elementkammereinlasses 127, des Elementkammerauslasses 138a, der äußeren Einlässe 144a und der äußeren Auslässe 147a können geeignet verändert werden. Obwohl beispielsweise der Elementkammereinlass 127 als Spalt zwischen dem ersten Element 131 und dem zweiten Element 135 ausgebildet ist, ist der Elementkammereinlass nicht darauf beschränkt und kann in jeder Form ausgebildet sein, solange der Elementkammereinlass als Eingang zur Sensorelementkammer 124 dient. Der Elementkammereinlass kann beispielsweise ein Durchgangsloch sein, das in der inneren Schutzabdeckung 130 ausgebildet ist. Wenn der Elementkammereinlass ein Durchgangsloch ist, kann der Elementkammereinlass auch als Strömungskanal dienen, der sich von der Seite des hinteren Endes zur Seite des vorderen Endes des Sensorelements 110 erstreckt. Der Elementkammereinlass kann beispielsweise ein vertikales Loch oder ein zu der gemäß 3 vertikalen Richtung schräges Loch sein. Ebenso kann die elementseitige Öffnung 129 so ausgebildet sein, dass sie in der Vorwärtsrichtung geöffnet ist. Der Elementkammereinlass 127 ist nicht auf die Anzahl von einem beschränkt und kann stattdessen mehrfach vorgesehen sein. Der Elementkammerauslass 138a, die äußeren Einlässe 144a und die äußeren Auslässe 147a sind nicht auf Löcher beschränkt und können stattdessen Spalte zwischen Elementen sein, die die Schutzabdeckung 120 bilden. Diese Komponenten können in beliebiger Anzahl vorgesehen sein, solange sie vorgesehen sind. Obwohl die äußeren Einlässe 144a die horizontalen Löcher 144b und die vertikalen Löcher 144c umfassen, können die äußeren Einlässe 144a nur die horizontalen Löcher 144b oder nur die vertikalen Löcher 144c umfassen. Ebenso können anstelle der oder zusätzlich zu den horizontalen Löchern 144b und den vertikalen Löchern 144c Ecklöcher in der Ecke zwischen dem seitlichen Abschnitt 143a und dem Stufenabschnitt 143b ausgebildet sein. Ähnlich können der Elementkammereinlass 127, der Elementkammerauslass 138a und die äußeren Auslässe 147a eines oder mehrere unter einem horizontalen Loch, einem vertikalen Loch und einem Eckloch umfassen. Wie vorstehend beschrieben, umfassen die äußeren Auslässe 147a jedoch vorzugsweise keine horizontalen Löcher. Anders ausgedrückt sind die äußeren Auslässe 147a vorzugsweise nicht in dem seitlichen Abschnitt 146a angeordnet.
  • Nun werden Beispiele von Ecklöchern beschrieben. 10 ist eine Schnittansicht, die den Fall darstellt, in dem die äußeren Auslässe 147a mehrere Ecklöcher 147d umfassen. Wie in 10 dargestellt, umfassen die in dem vorderen Endabschnitt 146 ausgebildeten äußeren Auslässe 147a anstelle der vertikalen Löcher 147c die Ecklöcher 147d, die in der Ecke zwischen dem seitlichen Abschnitt 146a und dem unteren Abschnitt 146b ausgebildet sind. Sechs Ecklöcher 147d (in 10 sind nur vier Ecklöcher 147d dargestellt) sind in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der äußeren Schutzabdeckung 140 angeordnet. Die Ecklöcher 147d können so ausgebildet sein, dass der Winkel θ zwischen den äußeren Öffnungen der Ecklöcher 147d (gemäß der vergrößerten Ansicht unten links in 10 einer geraden Linie a) und der Bodenfläche (der unteren Oberfläche) des unteren Abschnitts 146b (gemäß der vergrößerten Ansicht unten links in 10 einer geraden Linie b) in dem Bereich von 10° bis 80° liegt. In 10 beträgt der Winkel θ 45°. Wenn bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform Ecklöcher in der Ecke zwischen dem seitlichen Abschnitt 143a und dem Stufenabschnitt 143b ausgebildet sind, können die Winkel θ zwischen den äußeren Öffnungen der Ecklöcher und der Bodenfläche (der unteren Oberfläche) des unteren Abschnitts 146b auch im Bereich von 10° bis 80° liegen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die vorstehenden Abschnitte 136a auf der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 ausgebildet. Die vorstehenden Abschnitte 136a sind jedoch nicht darauf beschränkt, solange zumindest entweder auf der äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 134 oder auf der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 mehrere vorstehende Abschnitte so ausgebildet sind, dass sie zueinander vorstehen und in Kontakt miteinander stehen. Darüber hinaus ist die äußere Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wie in den 3 und 4 dargestellt, an den Stellen nach innen eingesenkt, an denen die vorstehenden Abschnitte 136a ausgebildet sind. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die äußere Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 eingesenkt ist. Die Form der vorstehenden Abschnitte 136a ist nicht auf eine Halbkugelform beschränkt und kann jede Form sein. Es wird darauf hingewiesen, dass es nicht erforderlich ist, dass die vorstehenden Abschnitte 136a auf der äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 134 oder auf der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 ausgebildet sind.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Elementkammereinlass 127 ein röhrenförmiger Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 134 und der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 136. Der Elementkammereinlass 127 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann beispielsweise eine Ausnehmung (Nut) in zumindest entweder der äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts oder der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts ausgebildet sein, und der Elementkammereinlass kann als durch die Ausnehmung zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt und dem zweiten zylindrischen Abschnitt definierter Spalt ausgebildet sein. 11 ist eine Schnittansicht, die Elementkammereinlässe 227 gemäß einer Modifikation darstellt. Gemäß 11 stehen die äußere Umfangsfläche eines ersten zylindrischen Abschnitts 234 und die innere Umfangsfläche eines zweiten zylindrischen Abschnitts 236 in Kontakt miteinander, und mehrere Ausnehmungen 234a (gemäß 11 vier Ausnehmungen 234a) sind in gleichmäßigen Abständen in der äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 234 ausgebildet. Die Spalte zwischen der inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 236 und den Ausnehmungen 234a dienen als Elementkammereinlässe 227.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Elementkammereinlass 127 ein Strömungskanal, der parallel zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten (gemäß 3 der vertikalen Richtung) ist. Der Elementkammereinlass ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Elementkammereinlass kann stattdessen beispielsweise als Strömungskanal ausgebildet sein, der schräg zur Richtung von vorne nach hinten ist, so dass der Strömungskanal mit zunehmendem Abstand in der Richtung des Sensorelements 110 von hinten nach vorne näher an das Sensorelement 110 gelangt. 12 ist eine vertikale Schnittansicht eines Gassensors 300 gemäß einer Modifikation in diesem Fall. In 12 sind Komponenten, die mit denen des Gassensors 100 übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre genaue Beschreibung wird verzichtet. Wie in 12 dargestellt, umfasst der Gassensor 300 anstelle der inneren Schutzabdeckung 130 eine innere Schutzabdeckung 330. Die innere Schutzabdeckung 330 umfasst ein erstes Element 331 und ein zweites Element 335. Anstelle des ersten zylindrischen Abschnitts 134 des ersten Elements 131, umfasst das erste Element 331 einen Körperabschnitt 334a mit einer zylindrischen Form und einen ersten zylindrischen Abschnitt 334b mit einem Durchmesser, der mit zunehmendem Abstand in der Richtung des Sensorelements 110 von hinten nach vorne abnimmt. Das in der Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten hintere Ende des ersten zylindrischen Abschnitts 334b ist mit dem Körperabschnitt 334a verbunden. Anstelle des zweiten zylindrischen Abschnitts 136 und des Verbindungsabschnitts 137, die das zweite Element 135 umfasst, umfasst das zweite Element 335 einen zweiten zylindrischen Abschnitt 336 mit einem Durchmesser, der mit zunehmendem Abstand in der Richtung des Sensorelements 110 von hinten nach vorne abnimmt. Der zweite zylindrische Abschnitt 336 ist mit dem vorderen Endabschnitt 138 verbunden. Die äußere Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts 334b und die innere Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts 336 stehen nicht in Kontakt miteinander, und der zwischen ihnen ausgebildete Spalt dient als Elementkammereinlass 327. Der Elementkammereinlass 327 weist eine äußere Öffnung 328, die eine Öffnung ist, die neben der ersten Gaskammer 122 liegt, und eine elementseitige Öffnung 329 auf, die eine Öffnung ist, die neben der Sensorelementkammer 124 liegt. Der erste zylindrische Abschnitt 334b und der zweite zylindrische Abschnitt 336 sind so geformt, dass der Elementkammereinlass 327 als Strömungskanal dient, der schräg zur Richtung von vorne nach hinten verläuft, so dass der Strömungskanal mit zunehmendem Abstand in der Richtung des Sensorelements 110 von hinten nach vorne näher an das Sensorelement 110 (näher an die Mittelachse der inneren Schutzabdeckung 330) gelangt. Ähnlich ist die elementseitige Öffnung 329 schräg zur Richtung von vorne nach hinten geöffnet, so dass sie mit zunehmendem Abstand in der Richtung des Sensorelements 110 von hinten nach vorne näher an das Sensorelement 110 gelangt (siehe die vergrößerte Ansicht in 12). Wenn der Elementkammereinlass 327 ein schräger Strömungskanal ist oder wenn die elementseitige Öffnung 329 schräg ist, wie vorstehend beschrieben, strömt das Meßobjektgas in der Sensorelementkammer 124 durch die elementseitige Öffnung 329 in eine zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten schräge Richtung. Dementsprechend kann ein ähnliches Ergebnis wie bei dem Elementkammereinlass 127 und der elementseitigen Öffnung 129 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erzielt werden. Anders ausgedrückt wird das Meßobjektgas weder in einer zur Oberfläche des Sensorelements 110 senkrechten Richtung gegen die Oberfläche des Sensorelements 110 (eine andere Oberfläche als den Gaseinlass 111) geblasen, noch strömt es eine lange Strecke entlang der Oberfläche des Sensorelements 110, bevor es den Gaseinlass 111 erreicht. Dementsprechend kann eine Abkühlung des Sensorelements 110 verringert werden. Gemäß 12 weist der Elementkammereinlass 327 eine Breite auf, die mit zunehmendem Abstand in der Richtung des Sensorelements 110 von hinten nach vorne abnimmt. Daher ist der Öffnungsbereich der elementseitigen Öffnung 329 kleiner als der der äußeren Öffnung 328. Anders ausgedrückt ist der Elementkammereinlass 327 so ausgebildet, dass der vorstehend unter Bezugnahme auf 7 beschriebene Abstand A4 kleiner als der Abstand A5 ist. Wenn das Meßobjektgas durch die äußere Öffnung 328 eintritt und durch die elementseitige Öffnung 329 ausströmt, strömt das Meßobjektgas dementsprechend mit einer Strömungsgeschwindigkeit aus, die höher als die ist, mit der das Meßobjektgas eintritt. Daher kann das Ansprechverhalten bei der Erfassung von Gaskonzentrationen verbessert werden. Gemäß 12 dient der Elementkammereinlass 327 als Strömungskanal, der schräg zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten ist, die elementseitige Öffnung 329 ist schräg zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten geöffnet, und der Öffnungsbereich der elementseitigen Öffnung 329 ist kleiner als der der äußeren Öffnung 328. Es kann jedoch auf eines oder mehrere dieser drei Merkmale verzichtet werden. Bei dem Gassensor 300 gemäß der in 12 dargestellten Modifikation ist der Abstand A1 der Abstand von dem Gaseinlass 111 zum unteren Ende der elementseitigen Öffnung 329 in der vertikalen Richtung. Wenn die minimale Wegstrecke P bei dem in 12 dargestellten Gassensor 300 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger beträgt, kann ebenfalls ein ähnliches Ergebnis wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erzielt werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die elementseitige Öffnung 129 in der Vorwärtsrichtung geöffnet. Die elementseitige Öffnung 129 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann stattdessen in einer zur Vorwärtsrichtung senkrechten Richtung zur Sensorelementkammer 124 geöffnet sein. Zudem ist der Elementkammereinlass 127 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Strömungskanal, der parallel zur Richtung des Sensorelements 110 von vorne nach hinten ist. Der Elementkammereinlass 127 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Elementkammereinlass 127 kann stattdessen beispielsweise ein Strömungskanal sein, der senkrecht zur Vorwärtsrichtung ist.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die erste Gaskammer 122 der einzige Strömungskanal für das Meßobjektgas zwischen dem Elementkammereinlass 127 und den äußeren Einlässen 144a. Die erste Gaskammer 122 ist jedoch nicht hierauf beschränkt, solange die erste Gaskammer 122 zumindest ein Abschnitt des Strömungskanals für das Meßobjektgas zwischen dem Elementkammereinlass 127 und den äußeren Einlässen 144a ist. Die Schutzabdeckung 120 kann beispielsweise zusätzlich zu der inneren Schutzabdeckung 130 und der äußeren Schutzabdeckung 140 eine dazwischenliegende Schutzabdeckung umfassen, die zwischen der inneren Schutzabdeckung 130 und der äußeren Schutzabdeckung 140 angeordnet ist, und der Strömungskanal für das Meßobjektgas zwischen dem Elementkammereinlass 127 und den äußeren Einlässen 144a kann mehrere Gaskammern umfassen. Ähnlich ist bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die zweite Gaskammer 126 der einzige Strömungskanal für das Meßobjektgas zwischen dem Elementkammerauslass 138a und den äußeren Auslässen 147a. Die zweite Gaskammer 126 ist jedoch nicht darauf beschränkt, solange die zweite Gaskammer 126 zumindest ein Abschnitt des Strömungskanals für das Meßobjektgas zwischen dem Elementkammerauslass 138a und den äußeren Auslässen 147a ist.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Gaseinlass 111 in der vorderen Endfläche des Sensorelements 110 (gemäß 3 der unteren Oberfläche des Sensorelements 110) geöffnet. Der Gaseinlass 111 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Gaseinlass 111 kann beispielsweise in einer Seitenfläche des Sensorelements 110 (gemäß 4 der oberen, der unteren, der linken oder der rechten Oberfläche des Sensorelements 110) geöffnet sein.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst das Sensorelement 110 die poröse Schutzschicht 110a. Es ist nicht jedoch erforderlich, dass das Sensorelement 110 die poröse Schutzschicht 110a umfasst.
  • Beispiele
  • Nun werden Beispiele von Gassensoren beschrieben, die tatsächlich gefertigt wurden. Die experimentellen Beispiele 3 bis 5 entsprechen Beispielen der vorliegenden Erfindung, und die experimentellen Beispiele 1 und 2 entsprechen Vergleichsbeispielen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
  • [Experimentelles Beispiel 1]
  • Ein Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 1 ähnelte dem in den 3 bis 7 dargestellten Gassensor 100 mit der Ausnahme, dass die äußeren Auslässe 147a, wie in den 8 und 9 dargestellt, die drei in dem seitlichen Abschnitt 146a ausgebildeten horizontalen Löcher 147b und die drei vertikalen Löcher 147c umfassten. Das erste Element 131 der inneren Schutzabdeckung 130 wies eine Stärke von 0,3 mm und eine axiale Länge von 10,2 mm auf. Der Abschnitt 132 mit großem Durchmesser wies eine axiale Länge von 1,8 mm und einen Außendurchmesser von 14,4 mm auf, und der erste zylindrische Abschnitt 134 wies eine axiale Länge von 8,4 mm und einen Außendurchmesser von 7,7 mm auf. Das zweite Element 135 wies eine Stärke von 0,3 mm und eine axiale Länge von 11,5 mm auf. Der zweite zylindrische Abschnitt 136 wies eine axiale Länge von 4,5 mm und einen Innendurchmesser von 9,7 mm auf, und der vordere Endabschnitt 138 wies eine axiale Länge von 4,9 mm auf. Die Bodenfläche des vorderen Endabschnitts 138 wies einen Durchmesser von 3,0 mm auf. Hinsichtlich des Elementkammereinlasses 127 betrugen der Abstand A1 0,59 mm, der Abstand A2 1,7 mm, der Abstand A3 3,1 mm, die Abstände A4, A5 und A7 1,0 mm, der Abstand A6 2,05 mm und die Länge L 4 mm. Der Elementkammerauslass 138a wies einen Durchmesser von 1,5 mm auf. Die äußere Schutzabdeckung 140 wies eine Stärke von 0,4 mm und eine axiale Länge von 24,35 mm auf. Der Abschnitt 142 mit großem Durchmesser wies eine axiale Länge von 5,85 mm und einen Außendurchmesser von 15,2 mm auf. Der Körperabschnitt 143 wies eine axiale Länge von 8,9 mm auf (eine axiale Länge vom oberen Ende des Körperabschnitts 143 zur oberen Oberfläche des Stufenabschnitts 143b betrug 8,5 mm). Der Körperabschnitt 143 hatte einen Außendurchmesser von 14,6 mm. Der vordere Endabschnitt 146 wies eine axiale Länge von 9,6 mm und einen Außendurchmesser von 8,7 mm auf. Die äußeren Einlässe 144a umfassten sechs horizontale Löcher 144b mit einem Durchmesser von 1 mm und sechs vertikale Löcher 144c mit einem Durchmesser von 1 mm. Die horizontalen Löcher 144b und die vertikalen Löcher 144c waren in gleichmäßigen Abständen abwechselnd angeordnet (die nebeneinander liegenden Löcher bilden einen Winkel von 30°). Die äußeren Auslässe 147a umfassten drei horizontale Löcher 147b mit einem Durchmesser von 1 mm und drei vertikale Löcher 147c mit einem Durchmesser von 1 mm. Die horizontalen Löcher 147b und die vertikalen Löcher 147c waren in gleichmäßigen Abständen abwechselnd angeordnet (die nebeneinander liegenden Löcher bilden einen Winkel von 60°). Das Material der Schutzabdeckung 120 war SUS301S. Das Sensorelement 110 des Gassensors 100 wies eine Breite (gemäß 4 eine Länge in der Richtung von links nach rechts) von 4 mm und eine Stärke (gemäß 4 eine Länge in der vertikalen Richtung) von 1,5 mm auf. Die poröse Schutzschicht 110a war ein poröser Aluminiumoxidkörper mit einer Stärke von 400 μm. Die minimale Wegstrecke P betrug 11,4 mm. Die Gesamtquerschnittsfläche S1 betrug 9,42 mm2. Die Gesamtquerschnittsfläche S2 betrug 4,71 mm2. Das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 betrug 2,00.
  • [Experimentelles Beispiel 2]
  • Ein Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 2 ähnelte dem Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass der Innendurchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 134 des ersten Elements 131 7,88 mm betrug, womit er größer als bei dem experimentellen Beispiel 1 war. Bei dem experimentellen Beispiel 2 betrugen die Abstände A4, A5 und A7 0,61 mm, der Abstand A2 2,1 mm, die minimale Wegstrecke P 11,7 mm, die Gesamtquerschnittsfläche S1 9,42 mm2, die Gesamtquerschnittsfläche S2 4,71 mm2 und das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 2,00.
  • [Experimentelles Beispiel 3]
  • Ein Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 3 war der in den 3 bis 7 dargestellte Gassensor 100. Bei dem experimentellen Beispiel 3 umfassten die äußeren Auslässe 147a keine horizontalen Löcher 147b, und der Durchmesser der vertikalen Löcher 147c betrug 1 mm, wie bei dem experimentellen Beispiel 1. Die horizontalen Löcher 144b hatten einen Durchmesser von 1,5 mm und waren nach hinten versetzt, so dass der Abstand A3 0,84 mm betrug. Die übrigen Abmessungen stimmten mit denen bei dem experimentellen Beispiel 2 überein. Die minimale Wegstrecke P betrug 10,0 mm, die Gesamtquerschnittsfläche S1 15,32 mm2, die Gesamtquerschnittsfläche S2 4,71 mm2 und das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 3,25.
  • [Experimentelles Beispiel 4]
  • Ein Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 4 stimmte mit der Ausnahme, dass die Querschnittsfläche der vertikalen Löcher 144c und die Querschnittsfläche der drei vertikalen Löcher 147c vergrößert wurden, mit dem Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 3 überein. Genauer waren die vertikalen Löcher 144c und die vertikalen Löcher 147c, wie in 13 dargestellt, in einer Bogenform ausgebildet, die sich in der Umfangsrichtung der äußeren Schutzabdeckung 140 erstreckte, so dass ihre Querschnittsflächen vergrößert wurden. Die vertikalen Löcher 144c und die vertikalen Löcher 147c waren in einer Bogenform mit einer Breite von 1 mm ausgebildet. Die sechs vertikalen Löcher 144c wiesen eine Querschnittsfläche von 2,4 mm2 auf. Die drei vertikalen Löcher 147c wiesen ebenfalls eine Querschnittsfläche von 2,4 mm2 auf. Die minimale Wegstrecke P betrug 10,0 mm, die Gesamtquerschnittsfläche S1 25,03 mm2, die Gesamtquerschnittsfläche S2 7,21 mm2 und das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 3,47.
  • [Experimentelles Beispiel 5]
  • Ein Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 5 stimmte mit der Ausnahme, dass die horizontalen Löcher 144b, wie in 14 dargestellt, näher an dem hinteren Ende lagen als die äußere Öffnung 128 und der Abstand A3 –0,16 mm betrug, mit dem Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 3 überein. Die minimale Wegstrecke P betrug 9,9 mm. Gemäß 14 war die minimale Wegstrecke P bei dem Gassensor 100 gemäß dem experimentellen Beispiel 5 die Länge des kürzesten Wegs (der unterbrochenen Linie PL) von einem Endabschnitt C1 (gemäß 14 dem unteren Endabschnitt) der äußeren Öffnung des horizontalen Lochs 144b, wobei der Endabschnitt C1 am nächsten an der äußeren Öffnung 128 lag, zu einem Endabschnitt C2 (gemäß 14 dem linken Endabschnitt) der äußeren Öffnung des Gaseinlasses 111. Die Gesamtquerschnittsfläche S1 betrug 15,32 mm2, die Gesamtquerschnittsfläche S2 4,71 mm2 und das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 3,25.
  • [Bewertung der Winkelabhängigkeit]
  • Der Einfluss der Ausrichtung der Anbringung jedes der Gassensoren gemäß den experimentellen Beispielen 1 bis 5 auf das Ansprechverhalten (die Winkelabhängigkeit) wurde bewertet. Als erstes wurde der Gassensor gemäß dem experimentellen Beispiel 1 auf eine in 1 und 2 dargestellte Weise an einem Rohr angebracht. Die Ausrichtung der Anbringung des Gassensors gemäß dem experimentellen Beispiel 1 war dergestalt, dass das Meßobjektgas in der Richtung des Pfeils D1 gemäß 8 durch das Rohr strömte. Als Meßobjektgas wurde durch Mischen von Sauerstoff mit Außenluft zur Einstellung der Sauerstoffkonzentration erhaltenes Gas verwendet. Das Meßobjektgas wurde veranlasst, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von V = 8 m/s durch das Rohr zu strömen. Die Sauerstoffkonzentration des durch das Rohr strömenden Meßobjektgases wurde von 22,9% auf 20,2% verändert, und eine Veränderung des Ausgangs des Sensorelements über die Zeit wurde gemessen. Der Ausgabewert des Sensorelements unmittelbar vor der Veränderung der Sauerstoffkonzentration wurde als 0% definiert, und der Ausgabewert des Sensorelements zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ausgang des Sensorelements nach der Veränderung der Sauerstoffkonzentration stabil wurde, wurde als 100% definiert. Die Zeitspanne, ab der der Ausgabewert 10% überschritt, bis der Ausgabewert 90% überschritt, wurde als Reaktionszeit (sek) bei der Erfassung von Gaskonzentrationen definiert. Je kürzer die Reaktionszeit, desto höher die Änderungssensibilität bei der Erfassung von Gaskonzentrationen. Die Ausrichtung der Anbringung des Gassensors gemäß dem experimentellen Beispiel 1 wurde in mehreren Ausrichtungen verändert, und die Reaktionszeit wurde in jeder Ausrichtung der Anbringung gemessen. Genauer wurde, nachdem die Ausrichtung der Anbringung zum Veranlassen eines Strömens des Meßobjektgases in der Richtung des Pfeils D1 gemäß 8 als 0° definiert war, die Ausrichtung der Anbringung des Gassensors durch Drehen des Gassensors um die Mittelachse der äußeren Schutzabdeckung 140 in Schritten von 30° von 0° auf 360° verändert, und die Reaktionszeit wurde in jeder Ausrichtung der Anbringung gemessen. Die Ausrichtung der Anbringung des Gassensors stimmt bei 0° und 360° überein. Jeder der Gassensoren gemäß den experimentellen Beispielen 2 bis 5 wurde ebenfalls in unterschiedlichen Ausrichtungen angebracht, und die Reaktionszeit wurde in jeder Ausrichtung der Anbringung gemessen. Bei dem Gassensor gemäß dem experimentellen Beispiel 2 wurde, ähnlich wie bei dem experimentellen Beispiel 1, die Ausrichtung der Anbringung zur Veranlassung eines Strömens des Meßobjektgases in die Richtung des Pfeils D1 gemäß 8 als 0° definiert. Bei den experimentellen Beispielen 3 bis 5 wurde die Ausrichtung der Anbringung zur Veranlassung eines Strömens des Meßobjektgases von oben links nach unten rechts gemäß 4 in einer zu der Richtung, in die das obere linke horizontale Loch 144b in 4 geöffnet ist, parallelen Richtung als 0° definiert.
  • 15 ist ein Graph, der die Winkelabhängigkeit der Reaktionszeit jedes der Gassensoren gemäß den experimentellen Beispielen 1 bis 5 zeigt. Wie aus 15 deutlich hervorgeht, variierte die Reaktionszeit bei den experimentellen Beispielen 1 und 2 abhängig von der Ausrichtung der Anbringung des Gassensors erheblich. Daher wies die Reaktionszeit eine hohe Winkelabhängigkeit auf. Genauer nahm bei den experimentellen Beispielen 1 und 2 die Reaktionszeit in Intervallen von im Wesentlichen 120° periodisch zu. Bei den experimentellen Beispielen 1 und 2 umfassten die äußeren Auslässe 147a drei horizontale Löcher 147b, die in dem seitlichen Abschnitt 146a ausgebildet waren, und die horizontalen Löcher 147b waren in gleichmäßigen Abständen (von 120°) um die Mittelachse der äußeren Schutzabdeckung 140 angeordnet. Wenn die Ausrichtung der Anbringung 0°, 120°, 240° oder 360° betrug, war daher eines der horizontalen Löcher 147b parallel zur Stromaufseite der Richtung, in die das Meßobjektgas strömte, und zu dieser geöffnet. Dementsprechend wurde bei den experimentellen Beispielen 1 und 2 bei einer Ausrichtung der Anbringung von 0°, 120°, 240° oder 360° der Strom des Meßobjektgases, der danach strebte, durch dieses horizontale Loch 147b aus der äußeren Schutzabdeckung 140 zu strömen, durch das Meßobjektgas behindert, das um dieses horizontale Loch 147b strömte, und das Ansprechverhalten tendierte dadurch dazu, nachzulassen. Wie aus 15 deutlich hervorgeht, waren dagegen bei den experimentellen Beispielen 3 bis 5 von der Ausrichtung der Anbringung abhängige Schwankungen der Reaktionszeit erheblich geringer als bei den experimentellen Beispielen 1 und 2. Daher war die Winkelabhängigkeit gering. Dies liegt vermutlich daran, dass bei den experimentellen Beispielen 3 bis 5 keine äußeren Auslässe 147a in dem seitlichen Abschnitt 146a ausgebildet waren.
  • [Bewertung des Ansprechverhaltens]
  • Bei jedem der Gassensoren gemäß den experimentellen Beispielen 1 bis 5 wurde die Strömungsgeschwindigkeit V des Meßobjektgases, das durch das Rohr strömte, auf 1, 2, 4, 6, 8 und 10 m/s eingestellt, und die Reaktionszeit [sek] wurde bei jeder Strömungsgeschwindigkeit V gemessen. Die Reaktionszeit wurde auf ähnliche Weise gemessen wie bei der Messung der Reaktionszeit zur Bewertung der vorstehend beschriebenen Winkelabhängigkeit. Als die Strömungsgeschwindigkeit V = 8 m/s betrug, wie in dem vorstehend beschriebenen Fall der Bewertung der Winkelabhängigkeit, wurde die Ausrichtung der Anbringung von 0° bis 360° verändert, und die Reaktionszeit wurde bei jeder Ausrichtung der Anbringung mehrfach gemessen. Darüber hinaus wurde die Sauerstoffkonzentration in dem Meßobjektgas, das durch das Rohr strömte, von 20,2% auf 22,9% verändert (eine Veränderung, die umgekehrt zu der bei der Bewertung der Winkelabhängigkeit erfolgte). Auch in diesem Fall wurde die Ausrichtung der Anbringung ähnlich von 0° bis 360° verändert, und die Reaktionszeit wurde in jeder Ausrichtung der Anbringung mehrfach gemessen. Der Durchschnittswert sämtlicher Reaktionszeiten wurde als Reaktionszeit für die Strömungsgeschwindigkeit V = 8 m/s festgelegt. In den anderen Fällen (Strömungsgeschwindigkeit V = 1, 2, 4, 6 und 10 m/s) wurde die Ausrichtung der Anbringung nicht verändert. Die Reaktionszeit wurde gemessen, nachdem die Sauerstoffkonzentration in dem Meßobjektgas, das durch das Rohr strömte, verringert (von 22,9% auf 20,2%) und erhöht (von 20,2% auf 22,9%) wurde, und der Durchschnittswert der Reaktionszeiten wurde als Reaktionszeit für jede Strömungsgeschwindigkeit V bestimmt. Die Ausrichtung der Anbringung wurde bei den experimentellen Beispielen 1 und 2 auf 0° und bei den experimentellen Beispielen 3 bis 5 auf 180° eingestellt.
  • Tabelle 1 zeigt die Durchmesser und die Anzahl der äußeren Einlässe und der äußeren Auslässe in der äußeren Schutzabdeckung, die minimale Wegstrecke P, die Gesamtquerschnittsflächen S1 und S2, das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 und die Reaktionszeit bei jeder Strömungsgeschwindigkeit V bei den experimentellen Beispielen 1 bis 5. 16 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit V und der Reaktionszeit bei den experimentellen Beispielen 1 bis 5 zeigt. [Tabelle 1]
    Figure DE102017005577A1_0002
  • Tabelle 1 und 16 zeigen, dass die Reaktionszeit bei jedem der experimentellen Beispiele 1 bis 5 bei einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit V zunahm. Bei jeder Strömungsgeschwindigkeit V waren die Reaktionszeiten bei den experimentellen Beispielen 3 bis 5 kürzer als die der experimentellen Beispiele 1 und 2. Genauer waren die Reaktionszeiten bei den experimentellen Beispielen 3 bis 5, bei denen die minimale Wegstrecke P 11,0 mm oder weniger und das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 mehr als 2,0 betrugen, kürzer als die der experimentellen Beispiele 1 und 2, bei denen die minimale Wegstrecke P mehr als 11,0 mm und das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 2,0 oder weniger betrugen. Bei den experimentellen Beispielen 1 bis 5 nahm die Reaktionszeit ab, wenn die minimale Wegstrecke P abnahm. Ein Vergleich zwischen den experimentellen Beispielen 3 und 5, die das gleiche Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 und unterschiedliche minimale Wegstrecken P aufwiesen, zeigt, dass die minimale Wegstrecke P vorzugsweise weniger als 10,0 mm beträgt. Bei den experimentellen Beispielen 1 bis 5 nahm die Reaktionszeit ab, wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 zunahm. Ein Vergleich zwischen den experimentellen Beispielen 3 und 4, die die gleiche minimale Wegstrecke P und unterschiedliche Querschnittsflächenverhältnisse S1/S2 aufwiesen, zeigt, dass das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 vorzugsweise 3,4 oder mehr beträgt. Ein Vergleich zwischen den experimentellen Beispielen 2 bis 5, bei denen die ersten zylindrischen Abschnitte 134 der ersten Elemente 131 den gleichen Innendurchmesser hatten und bei denen die Schutzabdeckungen 120 relativ ähnliche Formen aufwiesen, zeigt, dass die Differenzen zwischen der Reaktionszeit des experimentellen Beispiels 2 und den Reaktionszeiten bei den experimentellen Beispielen 3 bis 5 bei einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit V zunahmen. Dies zeigt, dass insbesondere bei einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit V (von 4 m/s oder weniger) die die Reaktionszeit verkürzende Wirkung, die durch Einstellen der minimalen Wegstrecke P auf 11,0 mm oder weniger oder durch Einstellen des Querschnittsflächenverhältnisses S1/S2 auf mehr als 2,0 erzielt wird, vermutlich verstärkt wird.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-121007 , eingereicht am 17. Juni 2016, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist auf Gassensoren anwendbar, die die Konzentration eines spezifischen Gases wie NOx in einem Meßobjektgas wie dem Abgas eines Automobils erfassen.
  • 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 2008-164411 [0036]
    • JP 2016-121007 [0083]

Claims (11)

  1. Gassensor, der umfasst: ein Sensorelement, das einen Gaseinlass aufweist, durch den ein Meßobjektgas eingeleitet wird, und das zur Erfassung einer Konzentration eines vorgegebenen Gases in dem Meßobjektgas geeignet ist, das durch den Gaseinlass in das Sensorelement strömt; eine innere Schutzabdeckung, die eine Sensorelementkammer in ihrem Inneren aufweist und in der ein oder mehrere Elementkammereinlässe und ein oder mehrere Elementkammerauslässe angeordnet sind, wobei in der Sensorelementkammer ein vorderes Ende des Sensorelements und der Gaseinlass untergebracht sind, der Elementkammereinlass ein Eingang zur Sensorelementkammer ist und der Elementkammerauslass ein Ausgang aus der Sensorelementkammer ist; und eine äußere Schutzabdeckung, die außerhalb der inneren Schutzabdeckung angeordnet ist und in der ein oder mehrere äußere Einlässe und ein oder mehrere äußere Auslässe angeordnet sind, wobei der äußere Einlass ein Eingang für das Meßobjektgas von außen ist und der äußere Auslass ein Ausgang für das Meßobjektgas nach außen ist, wobei die äußere Schutzabdeckung und die innere Schutzabdeckung eine erste Gaskammer und eine zweite Gaskammer als zwischen ihnen ausgebildete Räume bilden, die erste Gaskammer zumindest ein Abschnitt eines Strömungskanals für das Meßobjektgas zwischen dem äußeren Einlass und dem Elementkammereinlass ist und die zweite Gaskammer zumindest ein Abschnitt eines Strömungskanals für das Meßobjektgas zwischen dem äußeren Auslass und dem Elementkammerauslass und nicht direkt mit der ersten Gaskammer verbunden ist und eine minimale Wegstrecke P vom äußeren Einlass zum Gaseinlass 5,0 mm oder mehr und 11,0 mm oder weniger beträgt.
  2. Gassensor nach Anspruch 1, wobei die minimale Wegstrecke P 10,0 mm oder weniger beträgt.
  3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Querschnittsflächenverhältnis S1/S2, das ein Verhältnis einer Gesamtquerschnittsfläche S1 [mm2] des äußeren Einlasses zu einer Gesamtquerschnittsfläche S2 [mm2] des äußeren Auslasses ist, mehr als 2,0 und 5,0 oder weniger beträgt.
  4. Gassensor nach Anspruch 3, wobei das Querschnittsflächenverhältnis S1/S2 3 oder mehr beträgt.
  5. Gassensor nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Gesamtquerschnittsfläche S1 10 mm2 oder mehr und 30 mm2 oder weniger beträgt.
  6. Gassensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Gesamtquerschnittsfläche S2 2 mm2 oder mehr und 10 mm2 oder weniger beträgt.
  7. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die äußere Schutzabdeckung eine zylindrische Form aufweist und einen seitlichen Abschnitt und einen unteren Abschnitt umfasst und der äußere Auslass nicht in dem seitlichen Abschnitt der äußeren Schutzabdeckung angeordnet ist.
  8. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die äußere Schutzabdeckung einen Körperabschnitt, der eine zylindrische Form aufweist und in dem der äußere Einlass angeordnet ist, und einen vorderen Endabschnitt umfasst, der eine zylindrische Form mit einer Unterseite und einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner als ein Innendurchmesser des Körperabschnitts ist, und in dem der äußere Auslass angeordnet ist, wobei der vordere Endabschnitt in einer Vorwärtsrichtung, die eine Richtung von einem hinteren Ende zum vorderen Ende des Sensorelements ist, vor dem Körperabschnitt angeordnet ist und die äußere Schutzabdeckung und die innere Schutzabdeckung die erste Gaskammer als Raum zwischen dem Körperabschnitt der äußeren Schutzabdeckung und der inneren Schutzabdeckung und die zweite Gaskammer als Raum zwischen dem vorderen Endabschnitt der äußeren Schutzabdeckung und der inneren Schutzabdeckung bilden.
  9. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Elementkammereinlass so in der inneren Schutzabdeckung ausgebildet ist, dass eine elementseitige Öffnung des Elementkammereinlasses, die nahe an der Sensorelementkammer liegt, in eine Vorwärtsrichtung geöffnet ist, die eine Richtung von einem hinteren Ende zum vorderen Ende des Sensorelements ist.
  10. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die innere Schutzabdeckung ein erstes Element und ein zweites Element umfasst und der Elementkammereinlass als Spalt zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ausgebildet ist.
  11. Gassensor nach Anspruch 10, wobei das erste Element einen ersten zylindrischen Abschnitt umfasst, der das Sensorelement umgibt, das zweite Element einen zweiten zylindrischen Abschnitt mit einem Durchmesser umfasst, der größer als ein Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts ist und der Elementkammereinlass ein röhrenförmiger Spalt zwischen einer äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Abschnitts und einer inneren Umfangsfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts ist.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7239434B2 (ja) * 2019-10-03 2023-03-14 日本碍子株式会社 ガスセンサ及び保護カバー
JP7261717B2 (ja) * 2019-10-03 2023-04-20 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP7465739B2 (ja) 2019-10-03 2024-04-11 日本碍子株式会社 ガスセンサ及び保護カバー
JP7288833B2 (ja) * 2019-10-03 2023-06-08 日本碍子株式会社 ガスセンサ及び保護カバー
JP7261718B2 (ja) * 2019-10-03 2023-04-20 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP7437861B2 (ja) 2021-02-08 2024-02-26 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
JP7487136B2 (ja) 2021-03-30 2024-05-20 日本碍子株式会社 ガスセンサ

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008164411A (ja) 2006-12-28 2008-07-17 Ngk Insulators Ltd ＮＯｘ分解電極及びＮＯｘセンサの製造方法
WO2014192945A1 (ja) 2013-05-31 2014-12-04 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP2016121007A (ja) 2014-12-25 2016-07-07 キヤノン株式会社 積載装置及び画像形成装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100416265C (zh) * 2003-06-27 2008-09-03 日本特殊陶业株式会社 传感器的制造方法和传感器
US7887684B2 (en) * 2005-07-06 2011-02-15 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Lamination-type gas sensor element and gas sensor
JP5344675B2 (ja) * 2007-10-17 2013-11-20 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
US8656756B2 (en) * 2007-10-17 2014-02-25 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
JP6059110B2 (ja) * 2013-08-09 2017-01-11 日本特殊陶業株式会社 センサ素子およびセンサ
JP6276662B2 (ja) * 2013-10-16 2018-02-07 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
DE102013221255A1 (de) * 2013-10-21 2015-04-23 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008164411A (ja) 2006-12-28 2008-07-17 Ngk Insulators Ltd ＮＯｘ分解電極及びＮＯｘセンサの製造方法
WO2014192945A1 (ja) 2013-05-31 2014-12-04 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP2016121007A (ja) 2014-12-25 2016-07-07 キヤノン株式会社 積載装置及び画像形成装置

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