DE112013002429B4

DE112013002429B4 - Gas Sensor

Info

Publication number: DE112013002429B4
Application number: DE112013002429.2T
Authority: DE
Inventors: LTD. Fujii Tomoki c/o NGK SPARK PLUG CO.; LTD. Yoshikawa Takaya c/o NGK SPARK PLUG CO.
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2033-05-01
Also published as: JP6158792B2; JPWO2013168649A1; US9995707B2; US9733207B2; WO2013168649A1; US20160274053A1; DE112013002429T5; US20140138245A1

Abstract

Gassensor (1), der umfasst:ein Messelement (10), das sich in einer axialen Richtung erstreckt und an einer Seite des vorderen Endes einen Erfassungsteil (11) zum Erfassen einer spezifischen Gaskomponente in zu erfassendem Gas aufweist;einen Metallmantel (50), der einen Umfang des Messelementes (10) in einer radialen Richtung in einem Zustand umschließt und hält, in dem zugelassen wird, dass der Erfassungsteil (11) von einem vorderen Endteil desselben vorsteht;sowie eine Schutzeinrichtung oder eine Vielzahl von Schutzeinrichtung/en (100), die mit einem dazwischen befindlichen Hohlraum (119) geschichtet sind, die einen Umfangswand (112) und eine vordere Abschlusswand an einer Seite ihres vorderen Endes, einen sich öffnenden Endteil einer Seite des unteren Endes, der an dem vorderen Endteil des Metallmantels (50) in einem Zustand befestigt ist, in dem der Erfassungsteil (11) in einem inneren Teil desselben aufgenommen ist, sowie Einleitöffnungen (170) enthält/enthalten, die an der Umfangswand (112) ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den inneren Teil desselben einzuleiten,wobei eine Vielzahl von Einleitöffnungen (170) an der Umfangswand (112) in einer Umfangsrichtung der Umfangswand (112) der Außen-Schutzeinrichtung (110) vorhanden und in Form von Querlöchern ausgebildet sind, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung, wobeidie Schutzeinrichtung (100) enthält:eine Innen-Schutzeinrichtung (120), die eine Umfangswand (122) und eine vordere Abschlusswand an einer Seite ihres vorderen Endes, einen sich öffnenden Endteil einer Seite des unteren Endes, der an dem vorderen Endteil des Metallmantels (50) in einem Zustand befestigt ist, in dem der Erfassungsteil in einem inneren Teil desselben aufgenommen ist, sowie innere Einleitöffnungen (125), die an der Umfangswand ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den inneren Teil desselben einzuleiten, undeine Außen-Schutzeinrichtung (110), die in einer zylindrischen Form ausgeführt ist und wenigstens die Umfangswand (122) der Innen-Schutzeinrichtung (120) mit einem zwischen der Innen-Schutzeinrichtung (120) und der Außen-Schutzeinrichtung (110) befindlichen Hohlraum umschließt und äußere Einleitöffnungen (170) aufweist, die an einer Umfangswand (112) derselben ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den Hohlraum einzuleiten,wobei die äußeren Einleitöffnungen (170) durch einen Loch-Teil in Form eines Querlochs oder/und einen dem Querloch entsprechenden Loch-Teil gebildet wird, unddie Vielzahl äußerer Einleitöffnungen (170) an anderen Positionen als den inneren Einleitöffnungen (125) gegenüberliegenden Positionen in einer Umfangsrichtung der Umfangswand der Außen-Schutzeinrichtung (120) vorhanden sind,wobei die äußeren Einleitöffnungen (170) in der axialen Richtung an der Umfangswand (112) der Außen-Schutzeinrichtung (110) näher an der Seite des vorderen Endes liegen als die innere Einleitöffnung (125), die sich am nächsten an der Seite des unteren Endes befindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der mit einer Schutzeinrichtung versehen ist, die ein Messelement, das zu erfassendem Gas ausgesetzt ist, davor schützt, dass es mit Wasser bedeckt wird.
Technischer Hintergrund
Es ist ein üblicher Gassensor bekannt, der ein Messelement enthält, in dem in Abhängigkeit von der Konzentration eines bestimmten Gases, beispielsweise NOx (Stickoxid) oder Sauerstoff im Abgas eines Kraftfahrzeuges, unterschiedlich starke elektromotorische Kräfte erzeugt werden oder sich ein Widerstand des Elementes ändert. Dieser Gassensor ist im Einsatz an einem Auspuffrohr des Kraftfahrzeugs angebracht. Wenn das Messelement erhitzt wird oder dem Abgas mit hoher Temperatur ausgesetzt ist, ist eine Temperatur des Messelementes hoch. Wenn des Weiteren Feuchtigkeit (Wassertröpfchen), die in dem Abgas enthalten ist, an dem Messelement anhaftet (das Messelement mit Wasser bedeckt wird), so dass das Messelement eine plötzliche Temperaturänderung (thermal shock) erfährt, ist zu befürchten, dass möglicherweise Risse oder Brüche entstehen. Daher wird an dem Gassensor eine Schutzeinrichtung angebracht, die das Messelement abdeckt, so dass das Messelement davor geschützt wird, dass es mit Wasser bedeckt wird.
Bei einem in Patentdokument 1 offenbarten Gassensor weist eine Schutzeinrichtung beispielsweise eine Doppelstruktur auf, die eine Innen-Schutzeinrichtung, mit der ein Messelement abgedeckt wird, und eine Außen-Schutzeinrichtung einschließt, mit der die Innen-Schutzeinrichtung abgedeckt wird. In der Außen-Schutzeinrichtung ist eine Gaseinleitöffnung zum Einleiten von Abgas in einen Innenteil ausgebildet. Eine Öffnungsfläche der Gaseinleitöffnung muss beschränkt werden, um ein Eindringen von Kondenswasser in die Schutzeinrichtung zu mindern, jedoch ist eine bestimmte Öffnungsfläche zum Einleiten des Abgases erforderlich. Dementsprechend ist bei dem in Patentdokument offenbarten Gassensor die Gaseinleitöffnung in Form eines Lochs ausgebildet, das in der axialen Richtung des Gassensors länglich bzw. langgestreckt ist.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist in folgenden Dokumenten offenbart: JP H10- 253 577 A , JP S63- 87 559 U , DE 100 52 005 A1 und der EP 1 541 999 A1 .
Dokument der verwandten Technik
Patentdokumente
Patentdokument 1 JP 2011-145145 A
Zusammenfassung der Erfindung
Jedoch tritt, wenn, wie in 15 gezeigt, eine Gaseinleitöffnung ein Loch ist, das in einer Längsrichtung langgestreckt ist, wenn ein Wassertropfen durch das Loch hindurchtritt und über einen oberen Teil der Gaseinleitöffnung eindringt, ein Problem dahingehend auf, dass eine erhebliche Gefahr besteht, dass ein Element möglicherweise mit Wasser bedeckt wird, da sich eine Gaseinleitöffnung einer Innen-Schutzeinrichtung unmittelbar in der Nähe der Gaseinleitöffnung befindet.
Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung des oben beschriebenen Problems, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gassensor zu schaffen, mit dem sicher verhindert werden kann, dass ein Messelement mit Wasser bedeckt wird, ohne ein wirksames Einleiten von Abgas in eine Schutzeinrichtung zu beeinträchtigen, die das Messelement abdeckt.
Mittel zum Lösen der Probleme
Zur Lösung des oben genannten Problems wird ein Gassensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Gassensor geschaffen, der ein Messelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt und an einer Seite des vorderen Endes einen Erfassungsteil zum Erfassen einer spezifischen Gaskomponente in zu erfassendem Gas aufweist, einen Metallmantel, der einen Umfang des Messelementes in einer radialen Richtung in einem Zustand umschließt und hält, in dem zugelassen wird, dass der Erfassungsteil von einem vorderen Endteil desselben vorsteht, sowie eine Schutzeinrichtung oder eine Vielzahl von Schutzeinrichtung/en enthält, die mit einem dazwischen befindlichen Hohlraum geschichtet sind, die einen Umfangswand und eine vordere Abschlusswand an einer Seite ihres vorderen Endes, einen sich öffnenden Endteil einer Seite des unteren Endes, der an dem vorderen Endteil des Metallmantels in einem Zustand befestigt ist, in dem der Erfassungsteil in einem inneren Teil desselben aufgenommen ist, sowie Einleitöffnungen enthält/enthalten, die an der Umfangswand ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den inneren Teil desselben einzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Einleitöffnungen an der Umfangswand in einer Umfangsrichtung der Umfangswand der Außen-Schutzeinrichtung vorhanden und in Form von Querlöchern ausgebildet sind, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung.
Bei dem Gassensor der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die Vielzahl von Einleitöffnungen, die an der Schutzeinrichtung ausgebildet sind, in der Umfangsrichtung der Umfangswand vorhanden und ist in der Form der Querlöcher ausgebildet, bei denen die Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als die Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Dementsprechend kann sicherer als bei einem Gassensor, der Einleitöffnungen aufweist, die in Form von Löchern ausgebildet sind, die in der axialen Richtung des Gassensors länglich sind, verhindert werden, dass das Messelement mit Wasser bedeckt wird, ohne wirksames Einleiten von Abgas in die Schutzeinrichtung zu beeinträchtigen, die das Messelement abdeckt. So kann verhindert werden, dass Wassertröpfchen an dem Messelement haften und das Messelement beschädigen.
Gemäß einer zweiten nicht beanspruchten Variante der Erfindung wird ein Gassensor geschaffen, der ein Messelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt und an einer Seite des vorderen Endes einen Erfassungsteil zum Erfassen einer spezifischen Gaskomponente in zu erfassendem Gas aufweist, einen Metallmantel, der einen Umfang des Messelementes in einer radialen Richtung in einem Zustand umschließt und hält, in dem zugelassen wird, dass der Erfassungsteil von einem vorderen Endteil desselben vorsteht, einen Metallmantel, der einen Umfang des Messelementes in einer radialen Richtung in einem Zustand umschließt und hält, in dem zugelassen wird, dass der Erfassungsteil von einem vorderen Endteil desselben vorsteht, sowie eine Schutzeinrichtung oder eine Vielzahl von Schutzeinrichtung/en enthält, die mit einem dazwischen befindlichen Hohlraum geschichtet sind, die einen Umfangswand und eine vordere Abschlusswand an einer Seite ihres vorderen Endes, einen sich öffnenden Endteil einer Seite des unteren Endes, der an dem vorderen Endteil des Metallmantels in einem Zustand befestigt ist, in dem der Erfassungsteil in einem inneren Teil desselben aufgenommen ist, sowie Einleitöffnungen enthält/enthalten, die an der Umfangswand ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den inneren Teil desselben einzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Schutzeinrichtung ausgebildeten Einleitöffnungen eine Vielzahl von Loch-Teilen sind, die an der Umfangswand in einer Umfangsrichtung der Umfangswand vorhanden sind, und der eine Loch-Teil ein Loch-Teil ist, der einem Querloch entspricht, das so ausgebildet ist, dass zugelassen wird, dass eine Vielzahl von Loch-Teilen in Form von Längslöchern, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung kleiner sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung, in der Umfangsrichtung nahe beieinanderliegen.
Bei der beispielhaften nicht beanspruchten Variante sind die in der Schutzeinrichtung ausgebildeten Einleitöffnungen die Vielzahl von Loch-Teilen, die in der Umfangsrichtung der Umfangswand vorhanden sind, und ist der eine Loch-Teil ein Loch-Teil, der einem Querloch entspricht, das so ausgebildet ist, dass zugelassen wird, dass eine Vielzahl der Loch-Teile in der Form der Längslöcher, bei denen die Öffnungslängen in der Umfangsrichtung kleiner sind als die Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung, in der Umfangsrichtung nahe beieinanderliegen. Dementsprechend wird die Festigkeit eines Teils der Einleitöffnung nicht beeinträchtigt, und ein wirksames Einleiten von Abgas in die Schutzeinrichtung, die das Messelement abdeckt, wird nicht beeinträchtigt. Des Weiteren kann sicherer als bei einem Gassensor, der Einleitöffnungen aufweist, die in Form von Löchern ausgebildet sind, die in der axialen Richtung des Gassensors länglich sind, verhindert werden, dass das Messelement mit Wasser bedeckt wird. Dementsprechend kann verhindert werden, dass Wassertröpfchen an dem Messelement haften und das Messelement beschädigen.
Des Weiteren kann, wenn eine Länge des Außenumfangs der Umfangswand der Schutzeinrichtung auf L1 festgelegt ist und eine Summe von Längen der Einleitöffnungen in der Umfangsrichtung auf L2 festgelegt ist, wenn die Umfangswand der Schutzeinrichtung auf eine Ebene vertikal zu der axialen Richtung projiziert wird, L2/L1 auf 0,3 oder mehr festgelegt sein. Wenn L2/L1 0,3 oder mehr beträgt, ist eine Lüftung der äußeren Einleitöffnungen ausreichend und wird ein Ansprechverhalten des Messelementes 10 nicht beeinträchtigt. Des Weiteren kann sicherer als bei einem Gassensor, der Einleitöffnungen aufweist, die in Form von Löchern ausgebildet sind, die in der axialen Richtung des Gassensors länglich sind, verhindert werden, dass das Messelement mit Wasser bedeckt wird.
Des Weiteren kann L2/L1 auf 0,52 oder mehr eingestellt werden. In diesem Fall ist die Lüftung der Einleitöffnungen als der Querlöcher ausreichend und wird das Ansprechverhalten des Messelementes 10 nicht beeinträchtigt. Des Weiteren kann sicherer als bei einem Gassensor, der Einleitöffnungen aufweist, die in Form von Löchern ausgebildet sind, die in der axialen Richtung des Gassensors länglich sind, verhindert werden, dass das Messelement mit Wasser bedeckt wird.
Des Weiteren kann, wenn eine Länge der Einleitöffnung in der Umfangsrichtung der Umfangswand der Schutzeinrichtung auf L3 festgelegt ist und eine Länge der Einleitöffnung in der Richtung, die im rechten Winkel zu L3 schneidet, auf L4 festgelegt ist, L3/L4 auf 3 oder mehr festgelegt sein. In diesem Fall kann die Einleitöffnung gut die Funktion als das Querloch erfüllen.
Des Weiteren kann, wenn ein Kreisschnitt, der ausgebildet wird, indem die Schutzeinrichtung in einer Ebene geschnitten wird, die die axiale Richtung im rechten Winkel schneidet und durch die äußeren Einleitöffnungen verläuft, durch eine gerade Linie, die durch eine Mitte desselben verläuft, in eine Vielzahl von Teilen geteilt wird, wenigstens eine Einleitöffnung in jedem der Teilbereiche vorhanden sein. In diesem Fall unterliegt, da sich die Einleitöffnungen jeweils in den Teilbereichen befinden, ein Drehwinkel zur Anbringung des Gassensors an einem Abgaskanal keinen Einschränkungen.
Des Weiteren enthält die Schutzeinrichtung eine Innen-Schutzeinrichtung, die eine Umfangswand und eine vordere Abschlusswand an einer Seite ihres vorderen Endes, einen sich öffnenden Endteil einer Seite des unteren Endes, der an dem vorderen Endteil des Metallmantels in einem Zustand befestigt ist, in dem der Erfassungsteil in einem inneren Teil desselben aufgenommen ist, sowie innere Einleitöffnungen, die an der Umfangswand ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den inneren Teil desselben einzuleiten, und eine Außen-Schutzeinrichtung, die in einer zylindrischen Form ausgeführt ist und wenigstens die Umfangswand der Innen-Schutzeinrichtung mit einem zwischen der Innen-Schutzeinrichtung und der Außen-Schutzeinrichtung befindlichen Hohlraum umschließt und äußere Einleitöffnungen aufweist, die an einer Umfangswand derselben ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den Hohlraum einzuleiten, wobei die äußeren Einleitöffnungen durch einen Loch-Teil in Form eines Quer-Lochs oder/und einen dem Querloch entsprechenden Loch-Teil gebildet wird, und die Vielzahl äußerer Einleitöffnungen an anderen Positionen als den inneren Einleitöffnungen gegenüberliegenden Positionen in einer Umfangsrichtung der Umfangswand der Außen-Schutzeinrichtung vorhanden sind.
In diesem Fall gelangen, da die äußeren Einleitöffnungen durch einen Loch-Teil in Form eines Querlochs oder/und einen dem Querloch entsprechenden Loch-Teil gebildet werden und sich die äußeren Einleitöffnungen an anderen Positionen als den den inneren Einleitöffnungen gegenüberliegenden Positionen an der Umfangswand der Außen-Schutzeinrichtung befinden, Wassertröpfchen, die über die äußeren Einleitöffnungen eindringen, nicht zu den inneren Einleitöffnungen und kollidieren mit der Umfangswand der Innen-Schutzeinrichtung. Dementsprechend kann sicher verhindert werden, dass das Messelement mit Wasser bedeckt wird. Des Weiteren wird ein wirkungsvolles Einleiten des Abgases in die Schutzeinrichtung, die das Messelement abdeckt, nicht beeinträchtigt.
Des Weiteren können sich die äußeren Einleitöffnungen näher an der Seite des vorderen Endes in der axialen Richtung an der Umfangswand der Außen-Schutzeinrichtung befinden als die inneren Einleitöffnungen, die am nächsten an der Seite des unteren Endes liegen. Die Wassertröpfchen, die über die äußeren Einleitöffnungen eindringen, gelangen nicht zu den inneren Einleitöffnungen, kollidieren mit der Umfangswand der Innen-Schutzeinrichtung und werden über die Seite des vorderen Endes der Außen-Schutzeinrichtung abgeleitet. Dementsprechend kann sicher verhindert werden, dass das Messelement mit Wasser bedeckt wird.
Des Weiteren kann sich die Vielzahl äußerer Einleitöffnungen in der axialen Richtung in der Umfangswand der Außen-Schutzeinrichtung befinden. In diesem Fall reicht eine Menge an Abgas, die über die äußeren Einleitöffnungen eindringt, aus und wird ein Ansprechen des Messelementes auf das Abgas mit einem Erfassungswert nicht verzögert. Des Weiteren unterliegt, da sich die äußeren Einleitöffnungen an einem gesamten Umfang der Umfangswand der Außen-Schutzeinrichtung befinden, ein Drehwinkel zur Anbringung des Gassensors an einer Abgasleitung keinen Einschränkungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Teilschnittansicht eines Gassensors 1.
2 ist eine Vorderansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform, aus der gleichen Richtung wie der in 1 gesehen.
3 ist eine Längsschnittansicht der Schutzeinrichtung 100 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform in der gleichen Richtung wie der eines in 1 gezeigten Schnitts.
4 ist eine Vorderansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform.
5 ist eine Längsschnittansicht der Schutzeinrichtung 100 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
6 ist eine Vorderansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform.
7 ist eine Längsschnittansicht der Schutzeinrichtung 100 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
8 ist eine Perspektivansicht einer Außen-Schutzeinrichtung 110.
9 ist eine Draufsicht, die eine Umfangslänge L1 einer Außenumfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 zeigt.
10 ist eine Draufsicht, die einzelne Längen M2 äußerer Einleitöffnungen 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 bei Projektion der Außen-Schutzeinrichtung 110 auf eine Ebene vertikal zu einer Achse O zeigt.
11 ist eine Perspektivansicht einer Außen-Schutzeinrichtung 110.
12 ist eine Draufsicht, die einzelne Längen M2 äußerer Einleitöffnungen 170 in der Umfangsrichtung einer Umfangswand 112 bei Projektion der Außen-Schutzeinrichtung 110 auf eine Ebene vertikal zu einer Achse O zeigt.
13 ist eine Vorderansicht der äußeren Einleitöffnung 170.
14 ist eine Vorderansicht einer Schutzeinrichtung 100 eines ersten Vergleichsbeispiels (eine herkömmliche Technologie).
15 ist eine Längsschnittansicht der Schutzeinrichtung 100 des ersten Vergleichsbeispiels (der herkömmlichen Technologie) in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
16 ist eine Vorderansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel.
17 ist eine Vorderansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel.
18 ist eine graphische Darstellung eines Ergebnisses einer ersten Analyse-Simulation.
19 ist eine Vorderansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform.
20 ist eine Längsschnittansicht der Schutzeinrichtung 100 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
21 ist eine Schnittansicht der Schutzeinrichtung 100 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform.
22 ist eine Vorderansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform.
23 ist eine Längsschnittansicht der Schutzeinrichtung 100 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
24 ist eine Schnittansicht der Schutzeinrichtung 100 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform.
25 ist eine graphische Darstellung eines Ergebnisses einer zweiten Analyse-Simulation.
26 ist eine Vorderansicht eines abgewandelten Beispiels einer äußeren Einleitöffnung 170.
27 ist eine Längsschnittansicht einer Schutzeinrichtung 100 eines vierten Vergleichsbeispiels in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
28 ist eine Längsschnittansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
29 ist eine Längsschnittansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
30 ist eine Längsschnittansicht einer Schutzeinrichtung 100 gemäß einer achten Ausführungsform in der gleichen Richtung wie der des in 1 gezeigten Schnitts.
31 ist eine graphische Darstellung eines Ergebnisses einer dritten Analyse-Simulation.

Die Situation in den 2 bis 13 sowie 19 bis 24 und 27 bis 30 sind erfindungsgemäße Ausgestaltungen. Eine Konfiguration aus dem Stand der Technik ist in 1 und 14 bis 17 gezeigt. Eine nicht beanspruchte Variante ist in 26 gezeigt.
Ausführungsweise der Erfindung
Im Folgenden wird eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Gassensors, der die vorliegende Erfindung verkörpert, unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben. In 1 bis 3 ist eine Richtung einer Achse O (mit einer unterbrochenen Linie dargestellt) des Gassensors 1 als eine vertikale Richtung dargestellt. Eine Seite des Erfassungsteils 11 eines Messelementes 10, das in einem Innenteil aufgenommen ist, wird als eine Seite des vorderen Endes des Gassensors 1 beschrieben, und eine Seite eines hinteren Endteils 12 (siehe 2) wird als eine Seite des hinteren Endes des Gassensors 1 beschrieben.
Der in 1 gezeigte Gassensor 1 stellt als ein Beispiel einen sogenannten Sauerstoffsensor dar, der an einem Auspuffrohr (in der Zeichnung nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs angebracht ist und einen Erfassungsteil 11 eines Messelementes 10 enthält, das in einem Innenteil gehalten wird, der Abgas ausgesetzt ist, das in dem Auspuffrohr zirkuliert, um eine Konzentration von Sauerstoff als zu erfassendem Gas zu erfassen, das in dem Abgas enthalten ist. Der in 1 gezeigte Gassensor unterscheidet sich von den in 2 und 3 gezeigten Gassensoren durch die Form der Einleitöffnungen 170. Während 2 und 3 Einleitöffnungen 170 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, zeigt 1 Einleitöffnungen, die nicht der vorliegenden Erfindung entsprechen.
Das Messelement 10 enthält einen Gasdetektor, der in, wie bekannt ist, in Form einer dünnen Platte ausgebildet ist, die sich in der axialen Richtung O erstreckt, um eine Konzentration von Sauerstoff zu erfassen, sowie einen Heiz-Körper, der den Gasdetektor erhitzt, um ihn früh zu aktivieren, wobei diese miteinander verklebt sind und integral in Form eines im Wesentlichen prismatischen geschichteten Körpers ausgebildet sind.
In 1 und 2 ist eine Querrichtung einer Blattfläche als eine Dickenrichtung der Platte dargestellt, und eine Richtung der Vorder- und der Rückseite der Blattfläche ist als eine Breitenrichtung der Platte dargestellt. Der Gasdetektor wird mit Festelektrolyt, das Zirkoniumdioxid als eine Hauptkomponente enthält, oder einer Erfassungselektrode hergestellt, die Platin als eine Hauptkomponente enthält (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Erfassungselektrode ist in dem Erfassungsteil 11 an der Seite des vorderen Endes des Messelementes 10 angeordnet. In dem hinteren Endteil 12 an der Seite des hinteren Endes des Messelementes 10 sind sechs Elektroden-Anschlussstellen 16 (von denen in 1 zwei dargestellt sind) ausgebildet, um eine Elektrode aus dem Gasdetektor oder dem Heiz-Körper herauszuführen. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist das Messelement 10 in der vorliegenden Erfindung als ein „Messelement“ beschrieben. Der Heiz-Körper ist jedoch streng genommen nicht als eine Struktur des Messelementes erforderlich, und der Gasdetektor entspricht dem „Messelement“ der vorliegenden Erfindung.
Ein Metallbecher 20, der aus Metall besteht, die Form einer mit Boden versehenen Röhre hat und eine Öffnung 25 in einer Bodenwand aufweist, ist an einer Position angeordnet, die geringfügig näher an der Seite des vorderen Endes als an einem Mittelteil eines zylindrischen Teils 13 des Messelementes 10 liegt. Das Messelement 10 wird über die Öffnung 25 in den Metallbecher 20 eingeführt. Der Erfassungsteil 11 kann über die Öffnung 25 zur Seite des vorderen Endes vorstehen. Der Metallbecher 20 ist ein Bauglied, das das Messelement 10 in einem Metallmantel 50 aufnimmt. Ein Umfangsrandteil 23 des vorderen Endes 23, der von der Bodenwand konisch zu einer Außenumfangswand verläuft, ist an einem Randteil der Bodenwand ausgebildet. Ein Keramikring 21, der aus Aluminiumoxid besteht, sowie ein Talkumring 22, der ausgebildet wird, indem Talkumpulver zusammengepresst und gehärtet wird, umschließen den Umfang des Messelementes 10 und sind in Schichten in der axialen Richtung O angeordnet und in dem Metallbecher 20 aufgenommen. Der Talkumring 22 wird in dem Metallbecher 20 gequetscht, so dass kleinste Teile damit gefüllt werden. So wird das Messelement 10 in dem Metallbecher positioniert und gehalten.
Das Messelement 10, das integral mit dem Metallbecher 20 ausgebildet ist, wird an seinem Umfang von dem röhrenförmigen Metallmantel 50, der aus kohlenstoffarmem Stahl, wie beispielsweise SUS 430, besteht, umschlossen und gehalten. Der Metallmantel 50 ist ein Bauglied, das dazu dient, den Gassensor 1 an dem Auspuffrohr (in der Zeichnung nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs anzubringen. Ein Anbringungsteil 51, der ein Außengewinde aufweist, das zur Anbringung an dem Auspuffrohr ausgebildet ist, befindet sich an einer Seite des vorderen Endes an seinem Außenumfang. Ein Eingriffsteil 56 des vorderen Endes, mit dem eine weiter unten beschriebene Schutzeinrichtung 100 in Eingriff kommt, ist an der Seite des vorderen Endes von dem Anbringungsteil 51 aus ausgebildet. Ein Werkzeug-Eingriffsteil 52, mit dem ein Anbringungswerkzeug in Eingriff gebracht wird, ist in einer Mitte des Außenumfangs des Metallmantels 50 ausgebildet. Ein Eingriffsteil 57 des hinteren Endes, mit dem eine weiter unten beschriebene äußere Röhre 30 in Eingriff gebracht wird, ist an einer Seite des hinteren Endes des Werkzeug-Eingriffsteil 52 ausgebildet. Des Weiteren ist ein Klammer- bzw. Klemmteil 53, der das Messelement 10 in dem Metallmantel 50 festklemmt und hält, an einer Seite des hinteren Endes desselben ausgebildet. Eine ringförmige Dichtung 55 zwischen dem Werkzeug-Eingriffsteil 52 und dem Anbringungsteil 51 wird eingeführt, um zu verhindern, dass Gas austritt oder ausgeleitet wird, wenn der Gassensor an dem Auspuffrohr angebracht wird.
An einem Innenumfang des Metallmantels 50 befindet sich ein abgesetzter Teil in der Nähe des Anbringungsteils 51. Der Umfangsrandteil 23 am vorderen Ende des oben beschriebenen Metallmantels 20, der das Messelement 10 hält, wird mit dem abgesetzten Teil in Eingriff gebracht. Dann wird der Innenumfang des Metallmantels 50 von der Seite des hinteren Endes des Metallmantels 20 mit einem Talkumring 26 gefüllt, wobei das Messelement 10 auf den Talkumring 26 aufgesetzt wird. Des Weiteren wird eine röhrenförmige Muffe 27 in dem Metallmantel 50 eingesetzt, wobei das Messelement 10 auf die röhrenförmige Muffe 27 aufgesetzt wird und so der Talkumring 26 von der Seite des hinteren Endes her gepresst wird. Ein abgesetzter Schulterteil 28 ist in einem Außenumfang der Seite des hinteren Endes der Muffe 27 ausgebildet. Eine kreisringförmige Dichtung 29 ist in dem Schulterteil 28 angeordnet. In diesem Zustand wird der Klemmteil 53 des Metallmantels 50 nach innen gequetscht und presst den Schulterteil 28 der Muffe 27 über die Dichtung 29 zur Seite des vorderen Endes. Mit diesem Quetschvorgang wird der Talkumring 26 durch die Muffe 27 in dem Metallmantel 50 zerquetscht, so dass der Innenumfang bis in die kleinsten Teile damit gefüllt wird. So werden der Metallbecher 20 und das Messelement 10 durch den Talkumring 26 und den Talkumring 22, der zuvor in den Metallbecher 20 eingesetzt wird, in dem Metallmantel 50 positioniert und gehalten.
Der hintere Endteil 12 des Messelementes 10 kann nicht weiter nach hinten vorstehen als ein hinteres Ende (der Klemmteil 53) des Metallmantels 50. Der hintere Endteil 12 ist mit einem röhrenförmigen Separator bzw. Trennelement 60 abgedeckt, das aus isolierender Keramik besteht. Das Trennelement 60 enthält ein Trennelement 63 an der Seite des vorderen Endes und ein Trennelement 64 an der Seite des hinteren Endes. Das Trennelement 64 an der Seite des hinteren Endes ist mit einem hülsenförmigen Hülsenteil 62 in Eingriff, der sich an dem Trennelement 63 an der Seite des vorderen Endes befindet. Das Trennelement 63 an der Seite des vorderen Endes nimmt Verbindungsteile der sechs Elektroden-Anschlussstellen 16, die in dem Teil 12 am hinteren Ende des Messelementes 10 ausgebildet sind, und sechs Verbindungsanschlüsse 61 von denen in 1 einer dargestellt ist), die jeweils elektrisch mit den Elektroden-Anschlussstellen 16 verbunden sind, auf und hält diese. Das Trennelement 64 an der Seite des hinteren Endes nimmt Verbindungsteile der Verbindungsanschlüsse 61 und sechs Zuleitungsdrähte 65 (von denen in 1 vier dargestellt sind) auf, die von dem Gassensor 1 nach außen geführt werden.
Die rohrförmige äußere Röhre 30, die aus rostfreiem Stahl (beispielsweise SUS 304) besteht, ist so eingerichtet, dass sie einen Umfang des hinteren Endteils 12 des Messelementes 10 umschließt, auf den das Trennelement 60 aufgesetzt ist. Die äußere Röhre 30 weist ein sich öffnendes Ende 31 an der Seite des vorderen Endes auf, das mit einem Außenumfang des Eingriffsteils 57 des hinteren Endes des Metallmantels 50 in Eingriff ist. Das sich öffnende Ende 31 wird von einer Außenumfangsseite her festgeklemmt und unter Einsatz eines Laserstrahl-Schweißverfahrens um den Außenumfang herum weiter mit dem Eingriffsteil 57 des hinteren Endes verbunden. Damit ist die äußere Röhre integral mit dem Metallmantel 50 verbunden.
Des Weiteren ist ein röhrenförmiger Halte-Metallmantel 70, der aus Metall besteht, in einem Zwischenraum zwischen der äußeren Röhre 30 und dem Trennelement 63 an der Seite des vorderen Endes angeordnet. Der Halte-Metallmantel 70 weist einen Trageteil 71 auf, der ausgebildet wird, indem ein hinteres Ende desselben nach innen gebogen wird. Der Hülsenteil 62 des Trennelementes 63 an der Seite des vorderen Endes, der auf den Trageteil 71 aufgesetzt ist, wird mit dem Trageteil 71 in Eingriff gebracht, um das Trennelement 73 an der Seite des vorderen Endes zu halten. In diesem Zustand wird eine Außenumfangsfläche der äußeren Röhre 30 in dem Teil, in dem der Halte-Metallmantel 70 angeordnet ist, nach innen geklemmt, so dass der Halte-Metallmantel, der das Trennelement 63 an der Seite des vorderen Endes trägt, an der äußeren Röhre 30 fixiert ist.
Dann wird eine Durchgangstülle 75, die aus Fluorkautschuk besteht, in eine Öffnung an der Seite des hinteren Endes der äußeren Röhre 30 eingesetzt. Die Durchgangstülle 75 weist sechs Einführlöcher 76 auf (von denen in 1 eines dargestellt ist). Die oben beschriebenen sechs Zuleitungsdrähte 65, die von dem Trennelement 60 nach außen geführt werden, werden jeweils luftdicht in die Einführlöcher 76 eingeführt. In diesem Zustand presst die Durchgangstülle 75 das Trennelement 64 an der Seite des hinteren Endes an das Trennelement 63 an der Seite des vorderen Endes und wird vom Außenumfang der äußeren Röhre 30 zusammengequetscht, so dass die Durchgangstülle an dem hinteren Ende der äußeren Röhre 30 fixiert bzw. befestigt wird.
Der Erfassungsteil 11 des Messelementes 10, der in dem Metallmantel 50 gehalten wird, kann hingegen von dem vorderen Endteil (dem Eingriffsteil 56 am vorderen Ende) des Metallmantels 50 vorstehen. Die Schutzeinrichtung 100 wird mittels Punktschweißen oder Laserstahlschweißen an dem Eingriffsteil 56 des vorderen Endes angebracht. Die Schutzeinrichtung 100 ist ein Bauglied, das dazu dient, den Erfassungsteil 11 des Messelementes 10 vor Verschmutzung durch eine Ablagerung (anhaftende vergiftende Materialien, wie beispielsweise enthaltene Brennstoffasche oder Ölkomponente) aus dem Abgas oder eine Beschädigung aufgrund einer Bedeckung mit Wasser zu schützen.
Im Folgenden wird ein Aufbau der Schutzeinrichtung 100 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. Die in 2 und 3 gezeigte Schutzeinrichtung 100 hat eine Doppelstruktur, die eine mit Boden versehene zylindrische Innen-Schutzeinrichtung 120, die eine Umfangswand 122 und eine vordere Abschlusswand 124 an einer Seite ihres vorderen Endes aufweist, sowie eine röhrenförmige Außen-Schutzeinrichtung 110 enthält, die einen radialen Rand der Umfangswand 122 mit einer Umfangswand 112 umschließt. Eine Gasabscheidekammer 119, die mit einem Hohlraum versehen ist, befindet sich zwischen einer Außenfläche 126 der Umfangswand 122 der Innen-Schutzeinrichtung 120 und einer Innenfläche 117 der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110.
Die Innen-Schutzeinrichtung 120 hat einen Außendurchmesser, der so ausgebildet ist, dass er kleiner ist als der des Eingriffsteils 56 des vorderen Endes des Metallmantels 50, und ein Durchmesser eines unteren Endteils 121 einer Seite des offenen Endes (der Seite des hinteren Endes) ist so vergrößert, dass er mit einem Außenumfang des Eingriffsteils 56 des vorderen Endes in Eingriff kommt. Des Weiteren ist ein Umfangsrandteil der vorderen Abschlusswand 124 als ein konischer Teil 123 ausgebildet, der sich zu der Umfangswand 122 in konischer Form aufweitet. In der Umfangswand 122 der Innen-Schutzeinrichtung 120 öffnet sich eine Vielzahl (in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform 12) innerer Einleitöffnungen 125 in der Umfangsrichtung an Positionen in der Nähe des unteren Endteils 121 in der axialen Richtung O. Die inneren Einleitöffnungen 125 sind Löcher, die hauptsächlich eine Gaskomponente des in die Gasabscheidekammer 119 eingeleiteten Abgases über weiter unten beschriebene äußere Einleitöffnungen 170 der Außen-Schutzeinrichtung 110 in einen Innenteil der Innen-Schutzeinrichtung 120 einleiten, d.h. eine Gaserfassungskammer 129, zu der der Erfassungsteil 11 des Messelementes 10 freiliegt.
Des Weiteren wird Laserstrahlschweißen von einem Außenumfang des unteren Endteils 121 einschließlich der weiter unten beschriebenen Außen-Schutzeinrichtung 110 her durchgeführt. So wird die Innen-Schutzeinrichtung 120 an dem Eingriffsteil 56 des vorderen Endes des Metallmantels 50 befestigt. Dann öffnet sich ein Abgasanschluss 160 zu der vorderen Abschlusswand 124 der Innen-Schutzeinrichtung 120. Wassertröpfchen, die in die Innen-Schutzeinrichtung 120 (die Gaserfassungskammer 129) eindringen, werden über die Abgasöffnung 160 aus der Schutzeinrichtung 100 nach außen abgeleitet. Des Weiteren wird auch die über die inneren Einleitöffnungen 125 in die Gaserfassungskammer 190 eingeleitete Gaskomponente über die Abgasöffnung 160 nach außen abgeleitet, so dass ein Gasaustausch in der Gaserfassungskammer 129 ausgeführt wird.
Des Weiteren ist ein Durchmesser eines offenen Endes an der Außen-Schutzeinrichtung 110 vergrößert, und es ist mit dem Außenumfang des unteren Endteils 121 der Innen-Schutzeinrichtung 120 als einem unteren Endteil 111 in Eingriff. In einem Zustand, in dem der untere Endteil 111 der Außen-Schutzeinrichtung 110 den unteren Endteil 121 der Innen-Schutzeinrichtung 120 überlappt, wird die Laserverschweißung durch den unteren Endteil 121 bis zu dem Eingriffsteil 56 des vorderen Endes des Metallmantels 50 (siehe 1) um einen Außenumfang des unteren Endteils 111 von einer Seite der Außenumfangsfläche des unteren Endteils 111 aus durchgeführt. So werden die Außen-Schutzeinrichtung 110 und die Innen-Schutzeinrichtung 120 an dem Metallmantel 50 befestigt.
Des Weiteren ist ein vorderer Endteil 113 der Außen-Schutzeinrichtung 110 in der Nähe des konischen Teils 123 der Innen-Schutzeinrichtung 120 nach innen gebogen. So wird der Hohlraum zwischen der Außenfläche 126 der Innenumfangswand 122 der Innen-Schutzeinrichtung 120 und der Innenfläche 117 der Außen-Schutzeinrichtung 110 an der Seite des vorderen Endes geschlossen, so dass die oben beschriebene Gasabscheidekammer 119 entsteht. So wird zugelassen, dass der konische Teil 123 mit der konischen Form der Innen-Schutzeinrichtung 120 in der axialen Richtung O weiter zu der Seite des vorderen Endes vorsteht als der vordere Endteil 113 der Au-ßen-Schutzeinrichtung 110. Der vordere Endteil 113 der Außen-Schutzeinrichtung 110 und der konische Teil 123 der Innen-Schutzeinrichtung 120, die jeweils unterschiedliche Winkel haben, bilden eine durchgehende Abschrägung bzw. Konizität.
Anschließend werden die Vielzahl (in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform vier) äußerer Einleitöffnungen 170, über die ein außenliegender Teil der Außen-Schutzeinrichtung 110 mit der Gasabscheidekammer 119 in Verbindung steht, in der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 in gleichmäßigen Intervallen bzw. Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet. Die äußeren Einleitöffnungen 170 sind an Positionen ausgebildet, die in der axialen Richtung O näher an der Seite des vorderen Endes liegen als die Positionen, an denen die inneren Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 ausgebildet sind (das heißt, Positionen hinterer Enden der äußeren Einleitöffnungen 170 sind an Positionen angeordnet, die näher an der Seite des vorderen Endes liegen als Positionen vorderer Enden der inneren Einleitöffnungen 125). Dementsprechend befinden sich die äußeren Einleitöffnungen 170 an anderen Positionen als Positionen, die den inneren Einleitöffnungen 125 in der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 gegenüberliegen. Des Weiteren erstrecken sich die äußeren Einleitöffnungen 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Eine Beziehung zwischen der Länge der äußeren Einleitöffnung 170 in der Umfangsrichtung und der Länge eines Außenumfangs der Umfangswand 112 wird im Folgenden beschrieben.
Wenn der Gassensor 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau an dem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors angebracht wird, wird der Gassensor daran so angebracht, dass die Seite des vorderen Endes in der axialen Richtung O in Richtung der Schwerkraft nach unten gerichtet ist und die näher an dem Auspuffrohr als dem Anbringungsteil 51 des Metallmantels 50 liegende Seite des vorderen Endes freiliegt. Das Abgas, das in dem Auspuffrohr zirkuliert, kollidiert mit der in 2 gezeigten Schutzeinrichtung 100 aus einer Richtung (beispielsweise einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung O), die sich wenigstens von der axialen Richtung O unterscheidet, und wird über die äußeren Einleitöffnungen 170 der Außen-Schutzeinrichtung 110 in die Gasabscheidekammer 119 eingeleitet. Dabei werden vergleichsweise schwere Feuchtigkeit (das Wassertröpfchen) und eine vergleichsweise leichte Gaskomponente, die in dem Abgas enthalten ist, getrennt. Dabei kann, da die äußeren Einleitöffnungen 170 an den Positionen ausgebildet sind, die in der axialen Richtung O näher an der Seite des vorderen Endes liegen als die Positionen, an denen die inneren Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 ausgebildet sind, und in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 ausgebildet sind, verhindert werden, dass die Wassertropfen, die über die äußeren Einleitöffnungen 170 in die Gasabscheidekammer 119 eindringen, über die inneren Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 in die Gaserfassungskammer 129 eindringen. Des Weiteren reicht, da die Vielzahl äußerer Einleitöffnungen 170 so ausgebildet sind, dass sie vorgeschriebene Längen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 haben, eine Menge des Abgases, das über die äußeren Einleitöffnungen 170 in die Gasabscheidekammer 119 eindringt, aus, und ein Erfassungswert des Messelementes 10 spricht ohne Verzögerung auf das Abgas an.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 4 und 5 eine Schutzeinrichtung 100 eines Gassensors 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Bei dem Gassensor 1 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich lediglich ein Aufbau einer äußeren Einleitöffnung 170 einer Außen-Schutzeinrichtung 110 von dem der ersten beispielhaften Ausführungsform, und die anderen Strukturen sind die gleichen. Daher wird im Folgenden nur ein Unterschied beschrieben.
Im Folgenden wird der Aufbau der äußeren Einleitöffnung 170 der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. In einer Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist eine Vielzahl äußerer Einleitöffnungen 170, über die ein außenliegender Teil der Außen-Schutzeinrichtung 110 mit einer Gasabscheidekammer 119 in Verbindung steht, in einer Umfangsrichtung ausgebildet. Die äußeren Einleitöffnungen 170 erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Des Weiteren sind die äußeren Einleitöffnungen 170 in zwei Reihen in einer axialen Richtung O an der Umfangswand 112 ausgebildet. Des Weiteren sind die äußeren Einleitöffnungen 170 in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 so angeordnet, dass ein Endteil der äußeren Einleitöffnung 170 die andere äußere Einleitöffnung 170 in der axialen Richtung O überlappt. Des Weiteren sind alle äußeren Einleitöffnungen 170 an Positionen ausgebildet, die in der axialen Richtung O näher an einer Seite des vorderen Endes liegen als Positionen, an denen innere Einleitöffnungen 125 einer Innen-Schutzeinrichtung 120 ausgebildet sind. Das heißt, die Positionen hinterer Enden der äußeren Einleitöffnungen 170 sind näher an der Seite des vorderen Endes angeordnet als die Positionen vorderer Enden der inneren Einleitöffnungen 125.
Zusätzlich zu den Effekten der zweiten beispielhaften Ausführungsform reicht bei der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, da die äußeren Einleitöffnungen 170 in den zwei Reihen an der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 ausgebildet sind und in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 angeordnet sind, so dass der Endteil der einen äußeren Einleitöffnung 170 die andere äußere Einleitöffnung 170 überlappt, eine Menge an Abgas aus, das über die äußeren Einleitöffnungen 170 in die Gasabscheidekammer 119 eintritt, und spricht ein Erfassungswert eines Messelementes 10 ohne Verzögerung auf das Abgas an. Des Weiteren kann, da alle äußeren Einleitöffnungen 170 an den Positionen ausgebildet sind, die in der axialen Richtung O näher an der Seite des vorderen Endes liegen als die Positionen, an denen die inneren Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 ausgebildet sind, verhindert werden, dass Wassertröpfchen, die über die äußeren Einleitöffnungen 170 in die Gasabscheidekammer 119 eindringen, über die inneren Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 in eine Gaserfassungskammer 129 eindringen. Des Weiteren unterliegt, da die äußeren Einleitöffnungen 170 über einen gesamten Umfang der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 vorhanden sind, ein Drehwinkel zur Anbringung des Gassensors 1 an einem Abgaskanal keinen Einschränkungen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 und 7 eine Schutzeinrichtung 100 eines Gassensors 1 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Bei dem Gassensor 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich lediglich ein Aufbau einer äußeren Einleitöffnung 170 einer Außen-Schutzeinrichtung 110 von dem der ersten beispielhaften Ausführungsform, und die anderen Strukturen sind die gleichen. Daher wird im Folgenden nur ein Unterschied beschrieben.
In einer Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform ist eine Vielzahl äußerer Einleitöffnungen 170, über die ein außenliegender Teil der Außen-Schutzeinrichtung 110 mit einer Gasabscheidekammer 119 in Verbindung steht, in einer Umfangsrichtung ausgebildet. Die äußeren Einleitöffnungen 170 erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Des Weiteren sind die äußeren Einleitöffnungen 170 in drei Reihen in einer axialen Richtung O an der Umfangswand 112 ausgebildet. Des Weiteren sind die äußeren Einleitöffnungen 170 in der Umfangswand 112 so angeordnet, dass ein Endteil der einen äußeren Einleitöffnung 170 die andere äußere Einleitöffnung 170 in der axialen Richtung O überlappt. Des Weiteren sind alle äußeren Einleitöffnungen 170 an Positionen ausgebildet, die in der axialen Richtung O näher an einer Seite des vorderen Endes liegen als Positionen, an denen innere Einleitöffnungen 125 einer Innen-Schutzeinrichtung 120 ausgebildet sind. Das heißt, die Positionen hinterer Enden der äußeren Einleitöffnungen 170 sind näher an der Seite des vorderen Endes angeordnet als die Positionen vorderer Enden der inneren Einleitöffnungen 125.
Zusätzlich zu den Effekten der ersten und der zweiten beispielhaften Ausführungsform reicht bei der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform, da die äußeren Einleitöffnungen 170 in den drei Reihen an der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 ausgebildet sind und in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 so angeordnet sind, dass der Endteil der einen äußeren Einleitöffnung 170 die andere äußere Einleitöffnung 170 überlappt, eine Menge an Abgas aus, das über die äußeren Einleitöffnungen 170 in die Gasabscheidekammer 119 eindringt, und spricht ein Erfassungswert eines Messelementes 10 ohne Verzögerung auf das Abgas an. Des Weiteren kann, da alle der äußeren Einleitöffnungen 170 an den Positionen ausgebildet sind, die in der axialen Richtung O näher an der Seite des vorderen Endes liegen als die Positionen, an denen die inneren Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 ausgebildet sind, verhindert werden, dass Wassertröpfchen, die über die äußeren Einleitöffnungen 170 in die Gasabscheidekammer 119 eindringen, über die inneren Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 in eine Gaserfassungskammer 129 eindringen. Des Weiteren unterliegt, da die äußeren Einleitöffnungen 170 über einen gesamten Umfang der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 vorhanden sind, ein Drehwinkel zur Anbringung des Gassensors 1 an einem Abgaskanal keinen Einschränkungen.
Bei der ersten bis dritten beispielhaften Ausführungsform, wie sie oben beschrieben sind, ist, wenn ein Kreisschnitt, der ausgebildet wird, indem die Außen-Schutzeinrichtung 110 in einer Ebene geschnitten wird, die senkrecht zu der axialen Richtung O ist und durch die äußeren Einleitöffnungen 170 verläuft, durch eine gerade Linie, die durch eine Mitte desselben hindurch verläuft, in eine Vielzahl von Teilen unterteilt wird, wenigstens eine äußere Einleitöffnung 170 in jedem der Teilbereiche vorhanden. Beispielsweise ist bei der ersten beispielhaften Ausführungsform, wenn die Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 durch zwei gerade Linien geteilt wird, die senkrecht zueinander sind, wenigstens eine äußere Einleitöffnung 170 in jedem der Teilbereiche vorhanden.
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf 8 bis 13 eine Definition des Querlochs der äußeren Einleitöffnung 170 gegeben. Zunächst wird ein in 8 gezeigtes Beispiel beschrieben, bei dem vier äußere Einleitöffnungen 170 in Form rechteckiger Querlöcher, die in Vorderansicht in Querrichtung lang sind, in einer Reihe in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 der Au-ßen-Schutzeinrichtung 110 ausgebildet sind. Die äußere Einleitöffnung 170 hat in Vorderansicht eine in Querrichtung lange rechteckige Form. Wenn die Außen-Schutzeinrichtung 110 auf eine Ebene vertikal zu der Achse O projiziert wird, wird angenommen, dass die Länge eines Umfangs der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 auf L1 festgelegt ist (siehe 9). Des Weiteren wird, wenn wie in 10 gezeigt, die Außen-Schutzeinrichtung 110 auf die Ebene vertikal zu der Achse O projiziert wird, und davon ausgegangen wird, dass eine einzelne Länge der äußeren Einleitöffnung 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 M2 ist, und die Summe der Einzellängen der vier äußeren Einleitöffnungen 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 L2 ist, L2 mittels L2 = M2 x 4 ausgedrückt. Dabei gilt bei dem in 8 gezeigten Beispiel L2/L1 = 0,58.
Im Folgenden wird ein in 11 gezeigtes Beispiel beschrieben, bei dem sechs äußere Einleitöffnungen 170 in Form rechteckiger Querlöcher, die in Vorderansicht in Querrichtung lang sind, jeweils in zwei oberen und unteren Reihen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 ausgebildet sind. Auch hier wird angenommen, dass, wenn die Außen-Schutzeinrichtung 110 auf eine Ebene vertikal zu der Achse O projiziert wird, die Länge eines Umfangs der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 auf L1 festgelegt ist (siehe 9). Des Weiteren wird, wenn, wie in 12 gezeigt, die Außen-Schutzeinrichtung 110 auf die Ebene vertikal zu der Achse O projiziert wird, und davon ausgegangen wird, dass eine Einzellänge der äußeren Einleitöffnung 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 auf M2 festgelegt ist und die Summe der Längen der sechs äußeren Einleitöffnungen 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 auf L2 festgelegt ist, L2 mittels L2 = M2 x 6 ausgedrückt. Dabei gilt bei dem in 12 gezeigten Beispiel L2/L1 = 0,66.
Anschließend wird, wie in 13 gezeigt, eine Länge einer äußeren Einleitöffnung 170 in der Umfangsrichtung der Außen-Schutzeinrichtung 110 auf L3 festgelegt, eine Länge in der axialen Richtung O wird auf L4 festgelegt, und ein Verhältnis einer Länge in Querrichtung zu einer Länge in Längsrichtung (ein Seitenverhältnis) der äußeren Einleitöffnung 170 wird auf L3/L4 festgelegt. In der vorliegenden Ausführungsform gilt für das Querloch entweder „L/L1 ≥ 0,52“ oder „L3/L4 ≥ 3“. Dementsprechend wird die äußere Einleitöffnung 170 an der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 so ausgebildet, dass für die äußere Einleitöffnung 170 entweder „L2/L1 ≥ 0,52“ oder „L3/L4 ≥ 3“ gilt.
Im Folgenden wird ein unter Verwendung der ersten beispielhaften Ausführungsform bis zur dritten beispielhaften Ausführungsform, eines ersten Vergleichsbeispiels (siehe 14 und 15), eines zweiten Vergleichsbeispiels (siehe 16) und eines dritten Vergleichsbeispiels (17) erzieltes Ergebnis einer ersten Analyse-Simulation eines Ansprechverhaltens des Gassensors 1 unter Bezugnahme auf eine grafische Darstellung in 18 beschrieben.
Zunächst wird eine Außen-Schutzeinrichtung 110 des ersten Vergleichsbeispiels unter Bezugnahme auf 14 und 15 beschrieben. Die Außen-Schutzeinrichtung 110 des ersten Vergleichsbeispiels ist eine Außen-Schutzeinrichtung 110 einer herkömmlichen Technologie, die äu-ßere Einleitöffnungen 170 in üblichen Formen aufweist. Das heißt, an einer Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 sind die acht äußeren Einleitöffnungen 170 in vorgeschriebenen Abständen in einer Umfangsrichtung ausgebildet. Die äußeren Einleitöffnungen 170 sind an Positionen ausgebildet, die in einer axialen Richtung O näher an einer Seite des vorderen Endes liegen als Positionen, an denen innere Einleitöffnungen 125 einer Innen-Schutzeinrichtung 120 ausgebildet sind. Des Weiteren sind die äußeren Einleitöffnungen 170 in Form von Längslöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Richtung (der axialen Richtung O) senkrecht zu der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 16 Formen äußerer Einleitöffnungen 170 einer Außen-Schutzeinrichtung 110 des zweiten Vergleichsbeispiels beschrieben. Bei der Außen-Schutzeinrichtung 110 des zweiten Vergleichsbeispiels haben die äußeren Einleitöffnungen 170 Öffnungslängen in der Umfangsrichtung einer Umfangswand 112, die kleiner sind als diejenigen des ersten Vergleichsbeispiels. Das heißt, die äußeren Einleitöffnungen 170 des zweiten Vergleichsbeispiels sind so ausgebildet, dass sie langgestreckter sind als diejenigen des ersten Vergleichsbeispiels.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 17 Formen äußerer Einleitöffnungen 170 einer Außen-Schutzeinrichtung 110 des dritten Vergleichsbeispiels beschrieben. Bei der Außen-Schutzeinrichtung 110 des dritten Vergleichsbeispiels haben die äußeren Einleitöffnungen 170 Öffnungslängen in der Umfangsrichtung einer Umfangswand 112, die kleiner sind als diejenigen des ersten Vergleichsbeispiels, und Längen in einer axialen Richtung O, die größer sind als diejenigen des ersten Vergleichsbeispiels und des zweiten Vergleichsbeispiels. Das heißt, die äußeren Einleitöffnungen 170 des dritten Vergleichsbeispiels sind so ausgebildet, dass sie langgestreckter sind als diejenigen des ersten Vergleichsbeispiels und des zweiten Vergleichsbeispiels.
Bei der ersten Analyse-Simulation ist eine Gesamt-Öffnungsfläche aller äußeren Einleitöffnungen 170 der Außen-Schutzeinrichtung 110 des ersten Vergleichsbeispiels auf 1 festgelegt. Eine Gesamt-Öffnungsfläche aller äußeren Einleitöffnungen 170 der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ist auf „0,6“ festgelegt. Eine Gesamt-Öffnungsfläche aller äußeren Einleitöffnungen 170 der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist auf „0,5“ festgelegt. Bei der Außen-Schutzeinrichtung 100 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform ist eine Gesamt-Öffnungsfläche aller äußeren Einleitöffnungen 170 auf „0,8“ festgelegt. Des Weiteren ist bei der Außen-Schutzeinrichtung 110 des zweiten Vergleichsbeispiels ein Gesamt-Öffnungsbereich aller äußeren Einleitöffnungen 170 auf „0,5“ festgelegt. Bei der Außen-Schutzeinrichtung 110 des dritten Vergleichsbeispiels ist ein Gesamt-Öffnungsbereich aller äußeren Einleitöffnungen 170 auf „0,8“ festgelegt. In diesem Zustand wird ein Ansprechverhalten des Messelementes 10 (eine Beziehung zwischen einer Austauschrate von elementarem Gas und Zeit (Sekunden)) mittels eines Computers simuliert. Das Ergebnis der ersten Analyse-Simulation wird in der grafischen Darstellung in 18 gezeigt.
Aus der grafischen Darstellung in 18 wird ersichtlich, dass das zweite Vergleichsbeispiel das schlechteste Ansprechverhalten aufweist. Es folgen das erste Vergleichsbeispiel und das dritte Vergleichsbeispiel mit jeweils nächstschlechterem Ansprechverhalten. Verglichen damit weist, wie ersichtlich ist, die dritte beispielhafte Ausführungsform das beste Ansprechverhalten auf. Daraufhin ist ersichtlich, dass das Ansprechverhalten der ersten beispielhaften Ausführungsform und das der zweiten beispielhaften Ausführungsform besser sind. Dementsprechend lässt sich erkennen, dass, indem die äußeren Einleitöffnungen 170 in der Form der Querlöcher ausgebildet werden, die Öffnungsflächen stärker verringert werden können und ein besseres Ansprechverhalten erzielt werden kann als bei den äußeren Einleitöffnungen 170, die wie bei der herkömmlichen Technologie in Form der Längslöcher ausgebildet sind.
Im Anschluss wird hinsichtlich eines Wertes bzw. Verhältnisses der äußeren Einleitöffnungen 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 ein Ergebnis einer zweiten Analyse-Simulation eines Ansprechverhaltens eines Gassensors 1 gemäß einer in 19 bis 21 gezeigten vierten beispielhaften Ausführungsform und einer in 22 bis 24 gezeigten fünften beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine grafische Darstellung in 25 beschrieben.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 19 bis 21 ein Aufbau einer äußeren Einleitöffnung 170 einer Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Eine Vielzahl äußerer Einleitöffnungen 170, über die ein außenliegender Teil der Außen-Schutzeinrichtung 110 mit einer Gasabscheidekammer 119 in Verbindung steht, ist in einer Umfangsrichtung in einer Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform ausgebildet. Die äußeren Einleitöffnungen 170 erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Des Weiteren sind die vier äußeren Einleitöffnungen 170 in einer Reihe in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 ausgebildet. Es wird angenommen, dass, wie in 21 gezeigt, eine Länge jeder der äußeren Einleitöffnungen 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 auf M2 festgelegt ist, und angenommen, dass eine Länge eines Umfangs der Umfangswand 112 auf L1 festgelegt ist. Es wird angenommen, dass L2 = M2 x 4 gilt. In der vierten beispielhaften Ausführungsform wird angenommen, dass ein Verhältnis einer Öffnung in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 auf L1/L2 = 0,83 festgelegt ist.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 22 bis 24 ein Aufbau einer äußeren Einleitöffnung 170 einer Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform beschrieben. In einer Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform ist eine Vielzahl äußerer Einleitöffnungen 170, über die ein außenliegender Teil der Außen-Schutzeinrichtung 110 mit einer Gasabscheidekammer 119 in Verbindung steht, in einer Umfangsrichtung ausgebildet. Die äußeren Einleitöffnungen 170 erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Des Weiteren sind die drei äußeren Einleitöffnungen 170 in einer Reihe in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 ausgebildet. Die Öffnungslängen in der Umfangsrichtung sind jedoch nicht so groß. Es wird, wie in 24 gezeigt, angenommen, dass eine Länge jeder der äußeren Einleitöffnungen 170 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 auf M2 festgelegt ist, und angenommen, dass eine Länge eines Umfangs der Umfangswand 112 auf L1 festgelegt ist. Es wird angenommen, dass L2 = M2 x 3 gilt. Es wird angenommen, dass in der fünften beispielhaften Ausführungsform ein Verhältnis einer Öffnung in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 auf L2/L1 = 0,30 festgelegt ist.
Bei der zweiten Analyse-Simulation wird unter Verwendung der Außen-Schutzeinrichtung 110 des in 14 und 15 gezeigten ersten Vergleichsbeispiels, der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der oben beschriebenen vierten beispielhaften Ausführungsform und der Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform ein Ansprechverhalten des Messelementes 10 (eine Beziehung zwischen einer Austauschrate von elementarem Gas und Zeit (Sekunden)) mittels eines Computers simuliert. Das Ergebnis der zweiten Analyse-Simulation wird in der grafischen Darstellung in 25 gezeigt.
Aus der in 25 gezeigten grafischen Darstellung wird ersichtlich, dass das erste Vergleichsbeispiel das schlechteste Ansprechverhalten aufweist. Es wird ersichtlich, dass im Vergleich dazu die fünfte beispielhafte Ausführungsform das beste Ansprechverhalten aufweist. Weiterhin wird ersichtlich, dass das Ansprechverhalten der fünften beispielhaften Ausführungsform besser ist. Dementsprechend kann gefolgert werden, dass, wenn das Verhältnis (L2/L1) der Öffnung in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 0,30 (30%) oder mehr beträgt, das Ansprechverhalten des Messelementes 10 nicht beeinträchtigt wird.
Im Folgenden wird für einen Fall, dass Flächen von Öffnungsteilen der inneren Einleitöffnungen 125 in der Umfangsrichtung der Umfangswand 122 der Innen-Schutzeinrichtung 120 geändert werden, ein Aufbau des Gassensors 1 anhand eines in 27 gezeigten vierten Vergleichsbeispiels anhand einer in 28 gezeigten sechsten beispielhaften Ausführungsform, einer in 29 gezeigten siebten beispielhaften Ausführungsform sowie einer in 30 gezeigten achten beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Zunächst werden unter Bezugnahme auf 27 eine Außen-Schutzeinrichtung 110 und eine Innen-Schutzeinrichtung 120 des vierten Vergleichsbeispiels beschrieben. Eine Vielzahl äußerer Einleitöffnungen 170, über die ein außenliegender Teil der Außen-Schutzeinrichtung 110 mit einer Gasabscheidekammer 119 in Verbindung steht, ist in einer Umfangsrichtung in einer Umfangswand 112 der Außen-Schutzeinrichtung 110 des vierten Vergleichsbeispiels ausgebildet. Die äu-ßeren Einleitöffnungen 170 erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Die äußeren Einleitöffnungen 170 sind in zwei Reihen in einer axialen Richtung O an der Umfangswand 112 ausgebildet. Die äußeren Einleitöffnungen 170 sind in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 112 so ausgebildet, dass ein Endteil der einen äußeren Einleitöffnung 170 die andere äußere Einleitöffnung 170 in der axialen Richtung O überlappt. Alle äußeren Einleitöffnungen 170 sind an Positionen ausgebildet, die in der axialen Richtung O näher an einer Seite des vorderen Endes liegen als Positionen, an denen innere Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 ausgebildet sind. Das heißt, die Positionen hinterer Enden der äußeren Einleitöffnungen 170 sind näher an der Seite des vorderen Endes angeordnet als die Positionen vorderer Enden der inneren Einleitöffnungen 125.
In einer Umfangswand 122 der Innen-Schutzeinrichtung 120 öffnen sich zwölf innere Einleitöffnungen 125 als kreisförmige Löcher in der Umfangsrichtung an Positionen, die in der axialen Richtung O nahe an einem unteren Endteil 121 liegen. Die inneren Einleitöffnungen 125 sind Löcher, die hauptsächlich eine Gaskomponente von über die äußeren Einleitöffnungen 170 der Außen-Schutzeinrichtung 110 in die Gasabscheidekammer 119 eingeleitetem Abgas in einen inneren Teil der Innen-Schutzeinrichtung 120 einleiten, das heißt, eine Gaserfassungskammer 129, zu der ein Erfassungsteil 11 eines Messelementes 10 freiliegt. Bei dem vierten Vergleichsbeispiel sind die sechs inneren Einleitöffnungen 125 in der Umfangsrichtung und in zwei Reihen an der Umfangswand 112 in der axialen Richtung O ausgebildet. Ein Durchmesser einer inneren Einleitöffnung 125 ist beispielsweise auf 1,5 mm festgelegt. Eine Summe von Flächen der Öffnungsteile der zwölf inneren Einleitöffnungen 125 beträgt 21,2 mm².
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf 28 eine Innen-Schutzeinrichtung 120 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Da eine Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform den gleichen Aufbau hat wie das vierte Vergleichsbeispiel, wird auf eine Erläuterung verzichtet. In einer Umfangswand 122 der Innen-Schutzeinrichtung 120 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform öffnet sich eine Vielzahl innerer Einleitöffnungen 125 in einer Umfangsrichtung an Positionen in der Nähe eines unteren Endteils 121 in einer axialen Richtung O. Die inneren Einleitöffnungen 125 erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 122 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Des Weiteren sind die inneren Einleitöffnungen 125 in zwei Reihen in der axialen Richtung O an der Umfangswand 122 ausgebildet. Des Weiteren sind die inneren Einleitöffnungen 125 in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 122 so angeordnet, dass ein Endteil der einen inneren Einleitöffnung 125 die andere innere Einleitöffnung 125 in der axialen Richtung O überlappt. Die eine innere Einleitöffnung 125 hat beispielsweise eine Breite von 0,6 mm in der axialen Richtung O. Die inneren Einleitöffnungen 125 öffnen sich in 70° in Bezug auf die Achse O als einer Mitte in einer Ebene senkrecht zu der Achse O. Drei Öffnungen sind in zwei Reihen ausgebildet. Dementsprechend beträgt eine Summe von Flächen der Öffnungsteile der inneren Einleitöffnungen 125 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform 16,7 mm². Dementsprechend beträgt das Verhältnis der Flächen (21,2 mm²) der Öffnungsteile der inneren Einleitöffnungen 125 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform zu der Summe 0,79.
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf 29 eine Innen-Schutzeinrichtung 120 gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Da eine Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform den gleichen Aufbau hat wie das vierte Vergleichsbeispiel, wird auf eine Erläuterung verzichtet. In einer Umfangswand 122 der Innen-Schutzeinrichtung 120 gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform öffnet sich eine Vielzahl innerer Einleitöffnungen 125 in einer Umfangsrichtung an Positionen, die in einer axialen Richtung O nahe an dem unteren Endteil 121 liegen. Die inneren Einleitöffnungen 125 erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 122 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Des Weiteren sind die inneren Einleitöffnungen 125 in der axialen Richtung O in zwei Reihen an der Umfangswand 122 ausgebildet. Die inneren Einleitöffnungen 125 sind in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 122 so angeordnet, dass Positionen, an denen die inneren Einleitöffnungen 125 ausgebildet sind, zur oberen und zur unteren Seite verschoben sind. Die eine innere Einleitöffnung 125 hat beispielsweise eine Breite von 0,6 mm in der axialen Richtung O. Drei Öffnungen sind in den zwei Reihen ausgebildet. So beträgt eine Summe von Flächen der Öffnungsteile der inneren Einleitöffnungen 125 gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform 10,7 mm². Dementsprechend beträgt das Verhältnis der Flächen (21,2 mm²) der Öffnungsteile der inneren Einleitöffnungen 125 gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform zu der Summe 0,51.
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf 30 eine Innen-Schutzeinrichtung 120 gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Da eine Außen-Schutzeinrichtung 110 gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform den gleichen Aufbau hat wie das vierte Vergleichsbeispiel, wird auf eine Erläuterung verzichtet. In einer Umfangswand 122 der Innen-Schutzeinrichtung 120 gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform öffnet sich eine Vielzahl innerer Einleitöffnungen 125 in einer Umfangsrichtung an Positionen in der Nähe eines unteren Endteils 121 in einer axialen Richtung O. Die inneren Einleitöffnungen 125 erstrecken sich in der Umfangsrichtung der Umfangswand 122 und sind in Form von Querlöchern ausgebildet, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung. Des Weiteren sind die inneren Einleitöffnungen 125 in einer Reihe in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung der Umfangswand 122 ausgebildet. Die eine innere Einleitöffnung 125 hat beispielsweise eine Breite von 0,6 mm in der axialen Richtung O. Die inneren Einleitöffnungen 125 öffnen sich bei 70° in Bezug auf die Achse O als einer Mitte in einer Ebene senkrecht zu der Achse O. Vier Öffnungen sind in der einen Reihe ausgebildet. Damit beträgt eine Summe von Flächen der Öffnungsteile der inneren Einleitöffnungen 125 gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform 11,1 mm². Dementsprechend beträgt das Verhältnis der Flächen (21,2 mm²) der Öffnungsteile der inneren Einleitöffnungen 125 gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform zu der Summe 0,53.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 31 ein Ergebnis einer dritten Analyse-Simulation eines Ansprechverhaltens des Gassensors 1 beschrieben. Bei der dritten Analyse-Simulation wird das Ansprechverhalten des Messelementes 10 (eine Beziehung zwischen einer Austauschrate von elementarem Gas und Zeit (Sekunden)) mittels eines Computers unter Verwendung des vierten Vergleichsbeispiels und der sechsten bis achten beispielhaften Ausführungsform simuliert.
Aus der in 31 gezeigten grafischen Darstellung wird ersichtlich, dass sich das Ansprechverhalten der sechsten beispielhaften Ausführungsform, der siebten beispielhaften Ausführungsform und der achten beispielhaften Ausführungsform relativ zu dem Ansprechverhalten des vierten Vergleichsbeispiels nicht verschlechtert. Insbesondere ist zu erkennen, dass die achte beispielhafte Ausführungsform das beste Ansprechverhalten aufweist. Dementsprechend lässt sich erkennen, dass, selbst wenn die Summe der Flächen der Öffnungsteile der inneren Einleitöffnungen 125 der Innen-Schutzeinrichtung 120 auf ungefähr 50% der Summe der Flächen der Öffnungsteile des vierten Vergleichsbeispiels verringert wird, das Ansprechverhalten des Messelementes 10 nicht beeinträchtigt wird.
Die Schutzeinrichtung 100 stellt ein Beispiel der „Schutzeinrichtung“ der vorliegenden Erfindung dar. Die Außen-Schutzeinrichtung 110 stellt ein Beispiel der „Außen-Schutzeinrichtung“ der vorliegenden Erfindung dar. Die Innen-Schutzeinrichtung 120 stellt ein Beispiel der „Innen-Schutzeinrichtung“ der vorliegenden Erfindung dar. Die äußere Einleitöffnung 170 stellt ein Beispiel für die „in der Außen-Schutzeinrichtung ausgebildete Einleitöffnung“ der vorliegenden Erfindung dar. Die Gasabscheidekammer 119 stellt ein Beispiel für den „Hohlraum“ und einen „Gaskanal“ der vorliegenden Erfindung dar.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise ist die äußere Einleitöffnung 170 nicht auf ein einfaches Querloch beschränkt, wie es in 2 dargestellt ist. Die äußere Einleitöffnung kann ein Loch-Teil 170 sein, der einem Querloch entspricht, das so ausgebildet ist, dass eine Vielzahl kleiner rechteckiger Löcher 170 eng beabstandet und fortlaufend in einer Umfangsrichtung einer Umfangswand 112 einer Außen-Schutzeinrichtung 110 ausgebildet sind. In diesem Fall wird eine Festigkeit eines Teils der Einleitöffnung 170 nicht beeinträchtigt, und ein wirksames Einleiten des Abgases in die Außen-Schutzeinrichtung 110 wird nicht beeinträchtigt. Des Weiteren kann sicher verhindert werden, dass das Messelement 10 mit Wasser bedeckt wird. Dementsprechend kann verhindert werden, dass Wassertröpfchen an dem Messelement 10 haften und das Messelement 10 beschädigen. Die Anzahl der äußeren Einleitöffnungen 170 ist nicht auf die Anzahl bei den oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt und kann auf eine geeignete Anzahl festgelegt werden.
Industrielle Einsatzmöglichkeiten
Die vorliegende Erfindung kann gleichermaßen bei einer Schutzeinrichtung angewendet werden, die in einem Sauerstoff-Sensor, einem NOx-Sensor, einem HC-Sensor, einem Temperatur-Sensor oder dergleichen eingesetzt wird.
Beschreibung von Bezugszeichen

1: Gassensor
10: Messelement
11: Erfassungsteil
50: Metallmantel
56: Eingriffsteil des vorderen Endes
100: Schutzeinrichtung
110: Außen-Schutzeinrichtung
112: Umfangswand
119: Gasabscheidekammer
120: Innen-Schutzeinrichtung
122: Umfangswand
125: Einleitöffnung
129: Gaserfassungskammer
135: äußere Einleitöffnung
170: äußere Einleitöffnung
171: Loch

Claims

Gassensor (1), der umfasst: ein Messelement (10), das sich in einer axialen Richtung erstreckt und an einer Seite des vorderen Endes einen Erfassungsteil (11) zum Erfassen einer spezifischen Gaskomponente in zu erfassendem Gas aufweist; einen Metallmantel (50), der einen Umfang des Messelementes (10) in einer radialen Richtung in einem Zustand umschließt und hält, in dem zugelassen wird, dass der Erfassungsteil (11) von einem vorderen Endteil desselben vorsteht; sowie eine Schutzeinrichtung oder eine Vielzahl von Schutzeinrichtung/en (100), die mit einem dazwischen befindlichen Hohlraum (119) geschichtet sind, die einen Umfangswand (112) und eine vordere Abschlusswand an einer Seite ihres vorderen Endes, einen sich öffnenden Endteil einer Seite des unteren Endes, der an dem vorderen Endteil des Metallmantels (50) in einem Zustand befestigt ist, in dem der Erfassungsteil (11) in einem inneren Teil desselben aufgenommen ist, sowie Einleitöffnungen (170) enthält/enthalten, die an der Umfangswand (112) ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den inneren Teil desselben einzuleiten, wobei eine Vielzahl von Einleitöffnungen (170) an der Umfangswand (112) in einer Umfangsrichtung der Umfangswand (112) der Außen-Schutzeinrichtung (110) vorhanden und in Form von Querlöchern ausgebildet sind, bei denen Öffnungslängen in der Umfangsrichtung größer sind als Öffnungslängen in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung, wobei die Schutzeinrichtung (100) enthält: eine Innen-Schutzeinrichtung (120), die eine Umfangswand (122) und eine vordere Abschlusswand an einer Seite ihres vorderen Endes, einen sich öffnenden Endteil einer Seite des unteren Endes, der an dem vorderen Endteil des Metallmantels (50) in einem Zustand befestigt ist, in dem der Erfassungsteil in einem inneren Teil desselben aufgenommen ist, sowie innere Einleitöffnungen (125), die an der Umfangswand ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den inneren Teil desselben einzuleiten, und eine Außen-Schutzeinrichtung (110), die in einer zylindrischen Form ausgeführt ist und wenigstens die Umfangswand (122) der Innen-Schutzeinrichtung (120) mit einem zwischen der Innen-Schutzeinrichtung (120) und der Außen-Schutzeinrichtung (110) befindlichen Hohlraum umschließt und äußere Einleitöffnungen (170) aufweist, die an einer Umfangswand (112) derselben ausgebildet sind, um das zu erfassende Gas in den Hohlraum einzuleiten, wobei die äußeren Einleitöffnungen (170) durch einen Loch-Teil in Form eines Querlochs oder/und einen dem Querloch entsprechenden Loch-Teil gebildet wird, und die Vielzahl äußerer Einleitöffnungen (170) an anderen Positionen als den inneren Einleitöffnungen (125) gegenüberliegenden Positionen in einer Umfangsrichtung der Umfangswand der Außen-Schutzeinrichtung (120) vorhanden sind, wobei die äußeren Einleitöffnungen (170) in der axialen Richtung an der Umfangswand (112) der Außen-Schutzeinrichtung (110) näher an der Seite des vorderen Endes liegen als die innere Einleitöffnung (125), die sich am nächsten an der Seite des unteren Endes befindet.
Gassensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Länge eines Außenumfangs der Umfangswand (112) der Außen-Schutzeinrichtung (110) auf L1 festgelegt ist und eine Summe von Längen der Einleitöffnungen (170) in der Umfangsrichtung auf L2 festgelegt ist, wenn die Umfangswand (112) der Außen-Schutzeinrichtung (110), auf eine Ebene vertikal zu der axialen Richtung projiziert wird, L2/L1 0,3 oder mehr beträgt.
Gassensor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass L1/L2 0,52 oder mehr beträgt.
Gassensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Länge der Einleitöffnung in der Umfangsrichtung der Umfangswand auf L3 festgelegt ist, und eine Länge der Einleitöffnung (170) in der Richtung senkrecht zu L3 auf L4 festgelegt ist, L3/L4 3 oder mehr beträgt.
Gassensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein Kreisschnitt, der ausgebildet wird, indem die Schutzeinrichtung (100) in einer Ebene geschnitten wird, die die axiale Richtung im rechten Winkel schneidet und durch die äußeren Einleitöffnungen (170) verläuft, durch eine gerade Linie, die durch eine Mitte desselben verläuft, in eine Vielzahl von Teilen geteilt wird, wenigstens eine Einleitöffnung in jedem der Teilbereiche vorhanden ist.
Gassensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl äußerer Einleitöffnungen (170) in der axialen Richtung in der Umfangswand (112) der Außen-Schutzeinrichtung vorhanden sind.