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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Abgassensor und insbesondere die Struktur eines Abgassensors.
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Stand der Technik
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Ein beispielsweise in der Druckschrift
JP-A-2003-322632 offenbarter bekannter mehrschichtiger Gassensor bewahrt sein Sensorelement vor einem Bruch, selbst wenn Wassertröpfchen daran anhaften. Zumindest eine aus einer porösen Haftschicht und einer porösen Oberflächenschicht zusammengesetzte poröse Schutzschicht ist über der gesamten umlaufenden Oberfläche des Vorderendes des Gassensors ausgebildet, welches dem zu messenden Gas auszusetzen ist. Die poröse Schutzschicht ist derartig ausgebildet, dass ihre Dicke zumindest 20 μm beträgt, wenn von den vier der Länge nach erstreckten Ecken des Elementes gemessen wird. Selbst wenn Wassertröpfchen an einer zur Rissbildung neigenden Ecke des Elementes anhaften, dispergieren daher die Wassertröpfchen innerhalb der porösen Schutzschicht, wodurch das Element effektiv vor einer Rissbildung bewahrt wird.
- Patentdruckschrift 1: JP-A-2003-322632
- Patentdruckschrift 2: JP-A-2007-206082
- Nichtpatentliteratur 1: JIII Journal of Technical Disclosure Nr. 2002-633
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Erfindungsoffenbarung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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Wie es auch bei dem vorstehend beschriebenen bekannten Gassensor der Fall ist, steigt die Beständigkeit gegenüber dem Aufsaugen von Wasser bei einem Abgassensor mit einer ansteigenden Dicke der die gesamte umlaufende Oberfläche der das Sensorelement des Abgassensors bedeckenden porösen Schicht, die dem Abgas ausgesetzt ist. Ein derartiger Anstieg in der Dicke der porösen Schicht beschränkt jedoch übermäßig die Geschwindigkeit, mit der ein Abgas die abgasseitige Elektrode erreicht. Dies beeinträchtigt das Ausgabeansprechverhalten des Sensors. Zudem haften sich Abgasbestandteile während der Dauer einer Motorinaktivität an der porösen Schicht an. Wenn sich die angehafteten Abgasbestandteile während des Motorwarmlaufs für einen Kaltstart ablösen, wechseln die Abgasbestandteile in die Umgebung der Elektrode. Dies verursacht ein Abweichen der Sensorausgabe vom Normalzustand. Je dicker die poröse Schicht wird, umso größer wird die Menge der daran anhaftenden Abgasbestandteile. Daher erhöht eine vergrößerte Dicke der porösen Schicht die Zeitdauer, während der die Sensorausgabe vom Normalzustand abweicht, wodurch die Systemleistungsfähigkeit zum Steuern des Luft/Brennstoff-Verhältnisses beeinflusst wird.
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Die vorliegende Erfindung erfolgte zur Lösung dieses Problems. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Abgassensor bereitzustellen, der gleichzeitig Funktionalität und verbesserte Beständigkeit gegenüber dem Aufsaugen von Wasser zeigt.
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Maßnahmen zur Lösung des Problems
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Die erste Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abgassensor, der mehrschichtig ist, und der dazu eingerichtet ist, einem Raum in einem Abgaspfad eines Verbrennungsmotors ausgesetzt zu sein, wobei der Abgassensor versehen ist mit: einer Elektrolytschicht, die zwischen einer Abgaselektrode und einer Atmosphärenelektrode angeordnet ist, damit die Bewegung von Sauerstoffionen zwischen den Elektroden möglich ist; einer Atmosphärenschichtausbildungsschicht, die auf der Seite der Atmosphärenelektrode der Elektrolytschicht zur Ausbildung einer Atmosphärenschicht angeordnet ist, in der die Atmosphärenelektrode freigelegt ist; einer Diffusionswiderstandsschicht, die porös ist, und die auf der Seite der Abgaselektrode der Elektrolytschicht zur Steuerung der Flussrate eines die Abgaselektrode erreichenden Abgases angeordnet ist; und einer Fangschicht, die porös ist, und die zum Bedecken des gesamten Abschnitts ausgebildet ist, der dem Raum in dem Abgaspfad ausgesetzt ist; wobei die Fangschicht eine erste Fangschicht, die einen Bereich in der Nähe eines Gaseinlass/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht bedeckt, und eine zweite Fangschicht beinhaltet, die den anderen Bereich abdeckt, der nicht durch die erste Fangschicht abgedeckt ist, wobei die erste Fangschicht dünner als die zweite Fangschicht ist.
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Die zweite Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgassensor nach der ersten Ausgestaltung, und umfasst ferner: eine Heizelementschicht, in der ein Heizelement zur Erwärmung der Elektrolytschicht eingebettet ist; wobei die zweite Fangschicht zum Bedecken eines Bereiches in der Nähe der Heizelementschicht ausgebildet ist.
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Die dritte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abgassensor, der mehrschichtig ist, und der dazu eingerichtet ist, einem Raum in einem Abgaspfad eines Verbrennungsmotors ausgesetzt zu sein, wobei der Abgassensor versehen ist mit: einer Elektrolytschicht, die zwischen einer Abgaselektrode und einer Atmosphärenelektrode angeordnet ist, um die Bewegung von Sauerstoffionen zwischen den Elektroden zu ermöglichen; einer Atmosphärenschichtausbildungsschicht, die auf der Seite der Atmosphärenelektrode der Elektrolytschicht zur Ausbildung einer Atmosphärenschicht angeordnet ist, in der die Atmosphärenelektrode freigelegt ist; einer Diffusionswiderstandsschicht, die porös ist, und die auf der Seite der Abgaselektrode der Elektrolytschicht zur Steuerung der Flussrate eines die Abgaselektrode erreichenden Abgases angeordnet ist; und einer Fangschicht, die porös ist, und die zum Bedecken des gesamten Abschnitts ausgebildet ist, der dem Raum in dem Abgaspfad ausgesetzt ist; wobei die Fangschicht eine erste Fangschicht, die einen Bereich in der Nähe eines Gaseinlass/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht bedeckt, und eine zweite Fangschicht beinhaltet, die den anderen Bereich bedeckt, der nicht durch die erste Fangschicht bedeckt ist, wobei die erste Fangschicht eine höhere Porosität als die zweite Fangschicht aufweist.
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Die vierte Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgassensor gemäß der dritten Ausgestaltung und umfasst ferner: eine Heizelementschicht, in der ein Heizelement zum Erwärmen der Elektrolytschicht eingebettet ist; wobei die zweite Fangschicht zum Bedecken eines Bereiches in der Nähe der Heizelementschicht ausgebildet ist.
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Die fünfte Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgassensor gemäß der dritten oder vierten Ausgestaltung, wobei die erste Fangschicht die gleiche Dicke wie die zweite Fangschicht aufweist.
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Die sechste Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abgassensor, der mehrschichtig ist, und der dazu eingerichtet ist, einem Raum in einem Abgaspfad eines Verbrennungsmotors ausgesetzt zu sein, wobei der Abgassensor versehen ist mit: einer Elektrolytschicht, die zwischen einer Abgaselektrode und einer Atmosphärenelektrode angeordnet ist, um die Bewegung von Sauerstoffionen zwischen den Elektroden zu ermöglichen; einer Atmosphärenschichtausbildungsschicht, die auf der Seite der Atmosphärenelektrode der Elektrolytschicht zur Ausbildung einer Atmosphärenschicht angeordnet ist, in der die Atmosphärenelektrode freigelegt ist; einer Diffusionswiderstandsschicht, die porös ist, und die auf der Seite der Abgaselektrode der Elektrolytschicht zum Steuern der Flussrate eines die Abgaselektrode erreichenden Abgases angeordnet ist; und einer Fangschicht, die porös ist, und die zum Bedecken des Abschnitts ausgebildet ist, der dem Raum in dem Abgaspfad ausgesetzt ist; wobei die Fangschicht zum Bedecken eines Bereichs außer der Umgebung eines Gaseinlass-/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht ausgebildet ist.
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Die siebte Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgassensor gemäß der sechsten Ausgestaltung, und umfasst ferner: eine Heizelementschicht, in der ein Heizelement zum Erwärmen der Elektrolytschicht eingebettet ist; wobei die Fangschicht zur Bedeckung eines Bereiches in der Nähe der Heizelementschicht ausgebildet ist.
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Vorteile der Erfindung
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Bei dem mehrschichtigen Abgassensor ist die poröse Fangschicht zum Bedecken der gesamten Oberfläche des freigelegten Abschnitts im Abgaspfad des Verbrennungsmotors ausgebildet. Wenn der Abgassensor mit der Fangschicht bedeckt ist, ist es möglich, den Wärmeschock effektiv zu reduzieren, den es durchläuft, wenn der Sensor in dem Abgas mit Wasser durchtränkt wird. Daher kann die Erzeugung eines Risses oder dergleichen effektiv unterdrückt werden. Im Übrigen adsorbiert die Fangschicht Abgasbestandteile in dem Abgaspfad während der Zeitdauer einer Motorinaktivität und desorbiert die adsorbierten Bestandteile während einer Warmlaufperiode. Wenn eine dicke Fangschicht in der Nähe des Gaseinlass-/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht bereitgestellt wird, werden daher die desorbierten adsorbierten Bestandteile in großen Mengen in die Diffusionswiderstandsschicht eingeführt. Dies verursacht ein Abweichen der Sensorausgabe vom Normalzustand für eine lange Zeitdauer. Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Fangschicht, welche die Umgebung des Gaseinlass-/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht bedeckt, dünner als die zweite Fangschicht, welche den anderen Abschnitt bedeckt. Folglich reduziert die vorliegende Erfindung in effektiver Weise die Mengen der in die Diffusionswiderstandsschicht eingeführten desorbierten Abgasbestandteile, wodurch die Zeitdauer verkürzt wird, während der die Sensorausgabe vom Normalzustand abweicht. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Verbesserung der Beständigkeit des Sensors gegenüber einer Wasserdurchtränkung und der Funktionalität.
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Gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet der Abgassensor die Heizelementschicht, bei der ein Heizelement zum Erwärmen der Elektrolytschicht eingebettet ist. Ferner ist die zweite Fangschicht, die dicker als die erste Fangschicht ist, zum Bedecken der Umgebung der Heizelementschicht ausgebildet. Die Heizelementschicht neigt zu einer Rissbildung aufgrund des durch Wasserdurchtränkung verursachten thermischen Schocks, weil sie eine höhere Temperatur als die anderen Abschnitte aufweist. Daher verbessert die Verbindung in effektiver Weise die Beständigkeit gegenüber einer Wasserdurchtränkung in der Umgebung der Heizelementschicht.
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Bei dem mehrschichtigen Abgassensor ist die poröse Fangschicht zum Bedecken der gesamten Oberfläche des in dem Abgaspfad des Verbrennungsmotors ausgesetzten Abschnitts ausgebildet. Je niedriger die Porosität der porösen Fangschicht ist, umso größer ist das Ausmaß, um das der durch die Wasserdurchtränkung verursachte thermische Schock reduziert wird. Wenn der Abgassensor mit einer Fangschicht mit einer niedrigen Porosität bedeckt ist, ist es daher möglich, die Erzeugung eines Risses oder dergleichen aufgrund einer Wasserdurchtränkung effektiv zu unterdrücken. Im Übrigen adsorbiert die Fangschicht Abgasbestandteile in dem Abgaspfad während einer Periode der Motorinaktivität, und desorbiert die adsorbierten Bestandteile während einer Warmlaufperiode. Je höher die Porosität der porösen Fangschicht ist, desto kleiner ist ihre Oberfläche, und somit wird die Menge der adsorbierbaren Abgasbestandteile umso geringer. Wenn eine Fangschicht mit niedriger Porosität in der Nähe des Gaseinlass-/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht bereitgestellt ist, werden daher die Abgasbestandteile in großen Mengen adsorbiert. Dies verursacht ein Abweichen der Sensorausgabe vom Normalzustand für eine lange Zeitdauer. Gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Fangschicht, welche die Umgebung des Gaseinlass-/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht bedeckt, eine höhere Porosität als die zweite Fangschicht auf, welche den anderen Abschnitt bedeckt. Folglich verkürzt die Erfindung nicht nur effektiv die Zeitdauer, während der die Ausgabe des Abgassensors vom Normalzustand abweicht, sondern unterdrückt außerdem effektiv die Erzeugung eines Risses oder dergleichen aufgrund einer Wasserdurchtränkung.
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Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet der Abgassensor die Heizelementschicht, in der ein Heizelement zum Erwärmen der Elektrolytschicht eingebettet ist. Ferner ist die zweite Fangschicht, die eine geringere Porosität als die erste Fangschicht aufweist, zum Bedecken der Umgebung der Heizelementschicht ausgebildet. Die Heizelementschicht neigt zu einer Rissbildung aufgrund eines durch Wasserdurchtränkung verursachten thermischen Schocks, weil sie eine höhere Temperatur als die anderen Abschnitte aufweist. Daher verbessert die Erfindung effektiv die Beständigkeit gegenüber einer Wasserdurchtränkung in der Umgebung der Heizelementschicht.
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Gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Fangschicht die gleiche Dicke wie die zweite Fangschicht auf. Daher verbessert die Erfindung effektiv die Beständigkeit gegenüber einer Wasserdurchtränkung eines durch die erste Fangschicht bedeckten Bereichs, der eine hohe Porosität aufweist.
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Die Fangschicht adsorbiert Abgasbestandteile in dem Abgaspfad während einer Periode der Motorinaktivität, und desorbiert die adsorbierten Bestandteile während einer Aufwärmperiode. Wenn eine dicke Fangschicht in der Nähe des Gaseinlass-/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht bereitgestellt ist, werden daher die desorbierten adsorbierten Bestandteile in großen Mengen in die Diffusionswiderstandsschicht eingeführt. Dies verursacht ein Abweichen der Sensorausgabe vom Normalzustand für eine lange Zeitdauer. Im Übrigen neigt die Diffusionswiderstandsschicht kaum zu einer Rissbildung aufgrund einer Wasserdurchtränkung. Es ist daher denkbar, dass eine adäquate Beständigkeit gegenüber einer Wasserdurchtränkung erhalten werden kann, ohne einen Schutz mit der Fangschicht bereitzustellen. Gemäß der sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist die Fangschicht zum Bedecken eines Bereiches außer der Umgebung des Gaseinlass-/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht ausgebildet. Somit stellt die Erfindung keine Fangschicht für einen Bereich in der Nähe des Gaseinlass-/Auslassabschnitts der Diffusionswiderstandsschicht bereit. Folglich können die Mengen der in die Diffusionswiderstandsschicht eingeführten desorbierten Abgasbestandteile effektiv reduziert werden, um die Zeitdauer zu verkürzen, während der die Sensorausgabe vom Normalzustand abweicht. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Verbesserung der Funktionalität und der Beständigkeit des Sensors gegenüber einer Wasserdurchtränkung.
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Gemäß der siebten Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet der Abgassensor die Heizelementschicht, bei der ein Heizelement zum Erwärmen der Elektrolytschicht eingebettet ist. Die Fangschicht ist zudem zum Bedecken der Umgebung der Heizelementschicht ausgebildet. Die Heizelementschicht neigt zu einer Rissbildung aufgrund des durch Wasserdurchtränkung verursachten thermischen Schocks, weil sie eine höhere Temperatur als die anderen Abschnitte aufweist. Daher verbessert die Erfindung effektiv die Beständigkeit gegenüber einer Wasserdurchtränkung in der Umgebung der Heizelementschicht.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines mehrschichtigen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors 10 zur Verwendung bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines mehrschichtigen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors 50 zur Verwendung bei einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines mehrschichtigen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors 10 zur Verwendung bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Diejenigen Elemente in der Zeichnung, die gleich sind, sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und sind nachstehend nicht redundant beschrieben. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die nachstehend angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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[Konfiguration eines Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors]
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1 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines mehrschichtigen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors 10 zur Verwendung bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Einzelnen zeigt 1 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Sensorelementabschnitts des Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors 10. Der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 beinhaltet ein Sensorelement, das eine in 1 gezeigte Querschnittsstruktur aufweist, sowie eine Abdeckung zum Schützen des Sensorelementes. Der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 ist in einem Abgaspfad eines Verbrennungsmotors eingebaut, so dass das bedeckte Sensorelement dem Abgas ausgesetzt ist.
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Die Bedeckung für den Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 umfasst eine Vielzahl von Luftöffnungen, so dass das durch das Innere des Abgases passierende Gas das Sensorelement erreicht. Daher befindet sich der in 1 gezeigte Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 (das Sensorelement) in einem Zustand, in dem seine umlaufende Oberfläche dem Abgas ausgesetzt ist.
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Der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 beinhaltet eine Heizelementschicht 12. Ein Heizelement 14 ist in der Heizelementschicht 12 zum Erwärmen des Sensorelementes auf eine Aktivierungstemperatur eingebettet. Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Atmosphärenschichtausbildungsschicht 16 über der Heizelementschicht 12 angeordnet. Die Atmosphärenschichtausbildungsschicht 16 ist aus einer Keramik wie etwa Aluminiumoxid ausgebildet.
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Eine beispielsweise aus Zirkonoxid ausgebildete Elektrolytschicht 20 ist über der Atmosphärenschichtausbildungsschicht 16 angeordnet. Im oberen zentralen Abschnitt der Atmosphärenschichtausbildungsschicht ist zur Ausbildung einer Atmosphärenschicht 18 eine Vertiefung ausgebildet. Die Atmosphärenschicht 18 ist gegenüber dem Raum in dem Abgaspfad durch die Atmosphärenschichtausbildungsschicht 16 und die Elektrolytschicht 20 isoliert, und durch ein (nicht gezeigtes) Atmosphärenloch zur Atmosphäre offen.
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Eine Atmosphärenelektrode 22 ist durch Anordnung unter der Elektrolytschicht 20 der Atmosphärenschicht 18 ausgesetzt. Im Übrigen ist eine Abgaselektrode 24 über der Elektrolytschicht 20 angeordnet. Die Abgaselektrode 24 ist mit einer Diffusionswiderstandsschicht 26 bedeckt. Die Diffusionswiderstandsschicht 26 ist eine poröse Substanz und zur geeigneten Steuerung der Flussrate des die Abgaselektrode 24 durch den Abgaspfad erreichenden Gases befähigt.
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Eine Abschirmschicht 28 ist über der Diffusionswiderstandsschicht 26 positioniert. Die Abschirmschicht 28 bedeckt die Oberseite der Diffusionswiderstandsschicht 26, so dass der Einlass/Auslass für das in die Diffusionswiderstandsschicht 26 fließende Gas auf einen Einlass-/Auslassabschnitt 26a beschränkt ist.
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Der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Fangschicht 30, welche die gesamte umlaufende Oberfläche des in dem Raum in dem Abgaspfad ausgesetzten Sensorelementes bedeckt. Die Fangschicht 30 ist eine poröse Substanz und hauptsächlich aus Keramik wie etwa Aluminiumoxid zusammengesetzt. Zudem variiert die Dicke der Fangschicht 30, welche das Sensorelement bedeckt, von einem Bereich zum anderen. Genauer ist eine dünne Fangschicht 30a in einem Bereich angeordnet, der die Umgebung des Einlass-/Auslassabschnitts 26a der Diffusionswiderstandsschicht 26 für das Sensorelement bedeckt. Zusätzlich ist eine andere Fangschicht 30b, die dicker als die vorstehend beschriebene Fangschicht 30a ist, in einem Bereich angeordnet, der hauptsächlich die Heizelementschicht 12 und die Atmosphärenschichtausbildungsschicht 16 bedeckt.
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[Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels]
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Nachstehend sind Merkmale des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Nach vorstehender Beschreibung ist der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 so angeordnet, dass das Sensorelement in dem Raum in dem Abgaspfad des Verbrennungsmotors ausgesetzt ist. Der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 liefert seine erwartete Leistungsfähigkeit, wenn das Sensorelement bei Wärmezufuhr von dem Heizelement 14 oder durch Abgaswärme aktiv wird.
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Das in dem Abgaspfad fließende Abgas enthält Wassertröpfchen und Öltröpfchen. Wenn ein Hochtemperatursensorelement mit Wasser durchtränkt wird, kann es somit aufgrund des thermischen Schocks reißen. Folglich verwendet der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Fangschicht 30 zum Schützen der gesamten Oberfläche des Sensorelements, die dem Raum in dem Abgaspfad ausgesetzt ist. Genauer ist die Fangschicht 30 zum Bedecken der umlaufenden Oberfläche des Sensorelementes ausgebildet, das eine aus der Heizelementschicht 12, der Atmosphärenschichtausbildungsschicht 16, der Elektrolytschicht 20, der Diffusionswiderstandsschicht 26 und der Abschirmschicht 28 zusammengesetzte mehrschichtige Struktur aufweist, wie es in 1 gezeigt ist. Die Fangschicht 30 ist aus poröser Keramik ausgebildet. Wenn die Fangschicht 30 in dem Abgas mit Wasser durchtränkt wird, dringt das Wasser daher in das poröse Material ein und diffundiert, wodurch der dem Sensorelement zugefügte thermische Schock reduziert wird. Dies ermöglicht es, das Element des Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors 10 effektiv vor einer Rissbildung durch Wasserdurchtränkung zu bewahren.
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Gemäß vorstehender Beschreibung kann die Fangschicht 30 das Element des Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors 10 effektiv vor einer Rissbildung durch Wasserdurchtränkung bewahren. Zudem ist das Ausmaß, um das der durch die Wasserdurchtränkung verursachte thermische Schock reduziert wird umso größer, je dicker die Fangschicht 30 ist. Ein Anstieg in der Dicke der Fangschicht 30 kann jedoch die Zeitdauer erhöhen, während der die Sensorausgabe bei einem Aufwärmvorgang für den Verbrennungsmotor vom Normalzustand abweicht. Genauer werden Kohlenwasserstoffe (HC) und andere Starkgasanteile, die beispielsweise in dem den Abgaspfad füllenden Abgas enthalten sind, durch die aus Keramik ausgebildete Fangschicht 30 adsorbiert, während der Verbrennungsmotor inaktiv bleibt. Die adsorbierten Starkgasanteile werden während einer Aufwärmperiode des Verbrennungsmotors desorbiert. Dies erhöht die Menge der durch die Diffusionswiderstandsschicht 26 passierenden Starkgasanteile und verursacht ein Abweichen der Sensorausgabe vom Normalzustand. Insbesondere erhöht sich die Menge der adsorbierten Starkgasanteile mit einem Anstieg in der Dicke der Fangschicht 30, wodurch die Zeitdauer erhöht wird, während der die Sensorausgabe bei einem Aufwärmvorgang des Verbrennungsmotors vom Normalzustand abweicht.
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In Anbetracht der vorstehenden Umstände beinhaltet der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die dünne Fangschicht 30a, die in einem Bereich angeordnet ist, der die Umgebung des Einlass-/Auslassabschnitts 26a der Diffusionswiderstandsschicht 26 für das Sensorelement bedeckt. Dies reduziert die Mengen der Starkgasanteile, die in der Umgebung des Einlass-/Auslassabschnitts 26a während einer Periode der Verbrennungsmotorinaktivität anhaften. Dies ermöglicht das effektive Vermeiden einer Situation, bei der die desorbierten Starkgasanteile in die Diffusionswiderstandsschicht 26 eindringen, wobei die Zeitdauer erhöht wird, während der die Sensorausgabe vom Normalzustand abweicht. Zudem ist eine andere Fangschicht 30b, die dicker als die vorstehend angeführte Fangschicht 30a ist, beispielsweise in der Umgebung der Heizelementschicht 12 angeordnet, wo das Sensorelement zur Rissbildung neigt. Dies ermöglicht einen effektiven Schutz des Sensorelements vor einem durch Wasserdurchtränkung verursachten thermischen Schock.
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Nach vorstehender Beschreibung verwendet der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Fangschichten 30a, 30b, die sich in der Dicke unterscheiden, um eine Situation effektiv zu vermeiden, bei der die Sensorausgabeabweichung für eine lange Zeitdauer anhält, und bewahrt das Sensorelement in effektiver Weise vor einer Rissbildung durch Wasserdurchtränkung. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Verbesserung der Funktionalität des Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors sowie seiner Beständigkeit gegenüber Wasserdurchtränkung.
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Das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel beinhaltet, dass der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 die Fangschichten 30a, 30b umfasst, die sich in der Dicke unterscheiden, um gleichzeitig die Sensorfunktionalität sowie die Beständigkeit gegenüber Wasserdurchtränkung zu verbessern. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensoren sondern auch auf Sauerstoffsensoren und andere Abgassensoren anwendbar, soweit sie mehrschichtig sind, und dem zu messenden Gas ausgesetzt sind.
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Zudem beinhaltet das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel, dass die Fangschicht 30 aus porösem Aluminiumoxid ausgebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer derartigen Fangschicht beschränkt. Genauer kann die Fangschicht 30 aus beliebigen porösen keramischen Materialien ausgebildet sein.
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Weiterhin beinhaltet das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel, dass die dünne Fangschicht 30a an dem Einlass-/Auslassabschnitt 26a der Diffusionswiderstandsschicht 26 angeordnet ist. Die Diffusionswiderstandsschicht 26 neigt jedoch nicht zur Rissbildung aufgrund eines thermischen Schocks. Daher kann gemäß 3 die Fangschicht 30a weggelassen werden, um die Sensorfunktionalität weiter zu verbessern. Dies ermöglicht eine effektive Verkürzung der Zeitdauer, während der die Abweichung der Sensorausgabe bei einem Aufwärmvorgang anhält, wodurch die Funktionalität des Sensors weiter verbessert wird.
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Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel entspricht der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 dem „Abgassensor” gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung; die Fangschicht 30a entspricht der „ersten Fangschicht” gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung; und die Fangschicht 30b entspricht der „zweiten Fangschicht” gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung.
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Außerdem entspricht bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 dem „Abgassensor” gemäß der sechsten Ausgestaltung der Erfindung; und die Fangschicht 30b entspricht der „Fangschicht” gemäß der sechsten Ausgestaltung der Erfindung.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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[Konfiguration des Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors]
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2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines mehrschichtigen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors 50 zur Verwendung bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 50 weist eine ähnliche Konfiguration zu dem in 1 gezeigten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 mit Ausnahme einer nachstehend beschriebenen Fangschicht 52 auf.
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Gemäß 2 beinhaltet der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Fangschicht 52, die zum Bedecken der gesamten umlaufenden Oberfläche eines Sensorelementes angeordnet ist, das in einem Raum in dem Abgaspfad ausgesetzt ist. Wie bei der in 1 gezeigten Fangschicht 30 ist die Fangschicht 52 aus einer porösen Keramik (Aluminiumoxid) ausgebildet. Die Porosität der das Sensorelement bedeckenden Fangschicht 52 variiert von einem Bereich zum anderen. Genauer ist eine aus einem hochporösen Material ausgebildete Fangschicht 52a in einem Bereich angeordnet, der die Umgebung des Einlass-/Auslassabschnitts 26a der Diffusionswiderstandsschicht 26 für das Sensorelement bedeckt. Zudem ist eine andere Fangschicht 52b, die aus einem Material mit einer geringeren Porosität als die der vorstehend beschriebenen Fangschicht 52a ausgebildet ist, in einem Bereich angeordnet, der hauptsächlich die Heizelementschicht 12 und die Atmosphärenschichtausbildungsschicht 16 bedeckt. Die Fangschicht 52a weist die gleiche Dicke wie die Fangschicht 52b auf.
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[Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels]
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Nachstehend sind die Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. Bei dem Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist die dünne Fangschicht 30a in der Nähe des Einlass-/Auslassabschnitts 28a der Diffusionswiderstandsschicht 26 angeordnet, um die Menge der Starkgasanteile zu reduzieren, die in der Umgebung des Einlass-/Auslassabschnitts 28a während einer Periode der Motorinaktivität anhaften.
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Andererseits ist das zweite Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die in der Nähe des Einlass-/Auslassabschnitts 26a der Diffusionswiderstandsschicht 26 angeordnete Fangschicht 52a eine hohe Porosität aufweist. Die Mengen an Starkgasbestandteilen, die während einer Periode der Motorinaktivität an der Fangschicht 52 anhaften, sind mit anderen Worten gering, weil die Oberfläche mit einem Anstieg der Porosität der Fangschicht 52 abnimmt. Daher kann die Menge an Starkgasbestandteilen, die in der Umgebung des Einlass-/Auslassabschnitts 26a während einer Periode der Motorinaktivität anhaften, durch Erhöhen der Porosität der Fangschicht 52a effektiv verringert werden. Dies ermöglicht die effektive Vermeidung einer Situation, bei der die desorbierten Starkgasbestandteile während des Aufwärmens des Motors in die Diffusionswiderstandsschicht 26 eindringen, und dabei die Zeitdauer erhöhen, während der die Sensorausgabeabweichung anhält.
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Zudem bedeckt die Fangschicht 52b mit geringer Porosität die Umgebung der Heizelementschicht 12, wo das Sensorelement zu einer Rissbildung neigt. Eine Abnahme bei der Porosität der Fangschicht reduziert den thermischen Schock, den das Sensorelement aufgrund einer Wasserdurchtränkung durchläuft. Daher wird ein Abschnitt des Sensorelementes, der durch die Fangschicht 52b bedeckt ist, vor einem durch Wasserdurchtränkung verursachten thermischen Schock effektiv geschützt.
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Weiterhin bedeckt die hochporöse Fangschicht 52a die Umgebung der Diffusionswiderstandsschicht 26, um eine verbesserte Funktionalität bereitzustellen, wie vorstehend bereits beschrieben ist. Daher sieht das vorliegende Ausführungsbeispiel vor, dass die Fangschicht 52a die gleiche Dicke wie die Fangschicht 52b aufweist, das heißt die Fangschicht 52a weist eine ausreichende Dicke für eine adäquate Beständigkeit gegenüber Wasserdurchtränkung auf. Folglich wird ein durch die hochporöse Fangschicht 52a bedeckter Abschnitt des Sensorelementes auch vor dem durch Wasserdurchtränkung verursachten thermischen Schock effektiv geschützt.
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Nach vorstehender Beschreibung verwendet der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die hinsichtlich der Porosität verschiedenen Fangschichten 52a, 52b zur effektiven Vermeidung einer Situation, bei der die Sensorausgabeabweichung für eine lange Zeitdauer anhält, sowie zur effektiven Bewahrung des Sensorelementes vor einer Rissbildung durch Wasserdurchtränkung. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Verbesserung der Funktionalität des Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors und der Beständigkeit gegenüber Wasserdurchtränkung.
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Das vorstehend beschriebene zweite Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 50 die hinsichtlich der Porosität verschiedenen Fangschichten 52a, 52b beinhaltet, um die Funktionalität des Sensors sowie die Beständigkeit gegenüber Wasserdurchtränkung gleichzeitig zu verbessern. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensoren sondern auch auf Sauerstoffsensoren und andere Abgassensoren anwendbar, soweit sie mehrschichtig und dem zu messenden Gas ausgesetzt sind.
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Ferner sieht das vorstehend beschriebene zweite Ausführungsbeispiel vor, dass die Fangschicht 52 aus porösem Aluminiumoxid ausgebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer derartigen Fangschicht beschränkt. Genauer kann die Fangschicht 52 aus beliebigen porösen keramischen Materialien ausgebildet sein.
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Weiterhin sieht das vorstehend beschriebene zweite Ausführungsbeispiel vor, dass die Fangschicht 52a die gleiche Dicke wie die Fangschicht 52b aufweist. Die Dicke der Fangschicht 52a muss jedoch nicht immer gleich der Dicke der Fangschicht 52b sein. Genauer kann die Fangschicht 52a in der Nähe des Einlass-/Auslassabschnitts 28a der Diffusionswiderstandsschicht 26 dünner als die Fangschicht 52b sein, wie es bei dem Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Dies ermöglicht eine effektive Verkürzung der Zeitdauer, während der die Sensorausgabeabweichung bei einem Aufwärmvorgang anhält, wodurch die Funktionalität des Sensors weiter verbessert wird.
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Bei dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel entspricht der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor 10 dem „Abgassensor” gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung; die Fangschicht 30a entspricht der „ersten Fangschicht” gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung; und die Fangschicht 30b entspricht der „zweiten Fangschicht” gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung.
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Zusammenfassung
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Erfindungsgemäß wird ein Abgassensor bereitgestellt, der gleichzeitig eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Wasserdurchtränkung und eine verbesserte Funktionalität aufweist. Der Abgassensor 10 ist mehrschichtig und einem Raum in einem Abgaspfad ausgesetzt. Der Abgassensor 10 beinhaltet eine Elektrolytschicht 20, die zwischen einer Abgaselektrode 24 und einer Atmosphärenelektrode 22 angeordnet ist; eine Atmosphärenschichtausbildungsschicht 16, die zu der Atmosphärenelektrode 22 hin ausgebildet ist, um eine Atmosphärenschicht auszubilden, in der die Atmosphärenelektrode 22 freigelegt ist; eine Diffusionswiderstandsschicht 26, die porös ist, und die zu der Abgaselektrode 24 hin zum Steuern der Flussrate eines die Abgaselektrode 24 erreichenden Abgases ausgebildet ist; und eine Fangschicht 30, die porös ist, und die zum Bedecken des gesamten dem Raum in dem Abgaspfad ausgesetzten Abschnitts ausgebildet ist. Die Fangschicht 30 beinhaltet eine Fangschicht 30a, die einen Bereich in der Nähe des Gaseinlass-/Auslassabschnitts 26a der Diffusionswiderstandsschicht 26 bedeckt, sowie eine weitere Fangschicht 30b, die den anderen Bereich bedeckt, der nicht durch die Fangschicht 30a bedeckt ist. Die Fangschicht 30a ist dünner als die Fangschicht 30b.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-322632 A [0002, 0002]
- JP 2007-206082 A [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- JIII Journal of Technical Disclosure Nr. 2002-633 [0002]
