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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der eine Gaskonzentration eines Gases, das ein spezifischer Bestandteil bzw. eine spezifische Komponente ist, die in einem zu messenden Gas enthalten ist.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Herkömmlicher Weise wird in vielen Verbrennungsmaschinen, wie sie in Automobilen verwendet werden, eine Luft-/Kraftstoffverhältnis-Steuerung durchgeführt. Bei dieser Luft-/Kraftstoffverhältnis-Steuerung wird ein Gassensor verwendet. Der Gassensor erfasst die Konzentration eines Gases (spezifischen Gases), das ein spezifischer Bestandteil bzw. eine spezifische Komponente eines zu messenden Gases, in der Regel des Abgases, ist. Eine bekannte Konfiguration für diese Art von Gassensoren wird in der
JP 4124135 A (im Folgenden als PTL 1 bezeichnet) offenbart.
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In der PTL 1 wird ein Gassensor offenbart, der ein stabförmiges Sensorelement aufweist. Das Sensorelement enthält an einer Spitzen-Endseite einen Erfassungsabschnitt, der das spezifische Gas bzw. spezifische Gaskomponente in dem zu messenden Gas erfasst. Der Gassensor besitzt eine zweilagige Abdeckung, die bei dem Erfassungsabschnitt des Sensorelements vorgesehen ist. Die Abdeckung weist eine Öffnung auf, durch welche das zu messende Gas (Abgas) strömt. Die Öffnung in der Abdeckung wird an einer vorbestimmten Position vorgesehen und weist eine vorbestimmte Form auf, so dass die Strömung des zu messenden Gases mit dem Erfassungsabschnitt des Sensorelements nicht direkt in Kontakt kommt, um so eine Wasserexposition und Kontamination des Sensorelements zu unterdrücken.
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LISTE DER DRUCKSCHRIFTEN
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Patentliteratur
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- [PTL 1] Japanische Patentveröffentlichung Nr. 4124135
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ZUSAMMENFASSUNG
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Technisches Problem
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In den letzten ist ein Bedarf nach Verbesserung bei der Genauigkeit der Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses von Verbrennungsmaschinen entstanden. Beispielsweise ist bei Mehrzylinderverbrennungsmaschinen der Abgasanschluss für jeden Zylinder mit dem Abgassammelabschnitt durch eine Abzweigleitung eines Abgasverteilers verbunden. Der Gassensor ist dabei in dem Abgassammelabschnitt vorgesehen. Ein Luft-/Kraftstoffverhältnis (A/F) wird als ein Ergebnis einer Gassensordetektion der Konzentration eines spezifischen Gases bzw. einer spezifischen Gaskomponente in dem zu messenden Gas aus dem gesammelten Abgas erfasst. Wenn bei dieser Konfiguration das Abgas von dem Zylinder sich in Richtung der fetten Seite als ein Ergebnis einer Fehlfunktion eines Injektors oder dergleichen verändert, weicht das Luft-/Kraftstoffverhältnis (A/F) des Zylinders von einem theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnis ab. Daher tritt bei dem A/F ein Ungleichgewicht (welches eine Abweichung, Disparität oder Ungleichförmigkeit anzeigt) unter den Zylindern auf. Eine Abnormalität, die unter den Zylindern auftritt, kann daher als ein Ergebnis eines erfassten Ungleichgewichtswerts (ein Wert, der den Grad der Ungleichheit angibt) des A/F erfasst werden. Daher kann die Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses als Ergebnis einer verbesserten Erfassungsgenauigkeit bezüglich des Ungleichgewichtswerts des A/F durch den Gassensor mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden. Bei der herkömmlichen Konfiguration unterdrückt jedoch die Abdeckung, die den Erfassungsabschnitt des Sensorelements abdeckt, eine Wasserexposition und Kontamination des Sensorelements. Daher kann das zu messende Gas nicht reibungslos bzw. gleichmäßig innerhalb der Abdeckung strömen und es können Schwierigkeiten beim Erreichen des Erfassungsabschnitts auftreten. In einem solchen Fall kann eine ausreichend hohe Erfassungsgenauigkeit nicht erzielt werden. Es besteht daher ein Verbesserungspotenzial.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des zuvor beschriebenen Hintergrunds erzielt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gassensor vorzusehen, der verwendet werden kann, um eine Durchführung einer Steuerung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses einer Verbrennungsmaschine mit höherer Genauigkeit zu ermöglichen.
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Lösung des Problems
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Ein Gassensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält: ein Sensorelement, das einen Erfassungsabschnitt enthält, das eine Konzentration eines spezifischen Gases bzw. einer spezifischen Gaskomponente, das in dem zu messenden Gas enthalten ist, erfasst; und eine auf der Seite des zu messenden Gas befindlichen Abdeckung, im Folgenden als messgasseitige Abdeckung bezeichnet, die aus einer inneren Abdeckung bzw. Innenabdeckung, die den Erfassungsabschnitt abdeckt, und einer äußeren Abdeckung bzw. Aussenabdeckung, die die innere Abdeckung abdeckt, aufgebaut ist, so dass zwischen der äußeren Abdeckung und der inneren Abdeckung ein Gasdurchtrittsabschnitt ausgebildet wird, durch welchen das zu messende Gas strömt. Ein Einlassabschnitt, durch welchen das zu messende Gas einströmt, ist in dem Erfassungsabschnitt ausgebildet. Der Gasdurchtrittsabschnitt besitzt zwischen einer Seitenwand der Innenabdeckung und einer Seitenwand der Aussenabdeckung einen ersten Gasdurchtrittsabschnitt, der an einer Spitzen-Endseite positioniert ist, und einen zweiten Gasdurchtrittsabschnitt, der weiter bzw. näher in Richtung einer Basis-Endseite als der erste Gasdurchtrittsabschnitt positioniert ist. Der zweite Gasdurchtrittsabschnitt ist breiter als der erste Gasdurchtrittsabschnitt ausgebildet. Eine Innenseitenwandöffnung, durch welche das zu messende Gas strömt, ist an der Seitenwand der Innenabdeckung in einer Position gegenüberliegend dem zweiten Gasdurchtrittsabschnitt ausgebildet. Eine Außenseitenwandöffnung, durch welche das zu messende Gas strömt, ist in der Seitenwand der Außenabdeckung in einer Position ausgebildet, die weiter bzw. näher in Richtung der Spitzen-Endseite liegt, als die Innenwandseitenöffnung. Eine Beziehung, ausgedrückt durch b < 2a, ist erfüllt, wobei a eine Länge des Einlassabschnitts in axialer Richtung des Sensorelements ist und b ein Abstand zwischen der Innenwandseitenöffnung und des Einlassabschnitts in axialer Richtung ist. Eine Beziehung, ausgedrückt durch d > 1,5c, ist erfüllt, wobei c der Abstand zwischen der Seitenwand der Innenabdeckung und der Seitenwand der Außenabdeckung in dem ersten Gasdurchtrittsabschnitt ist und d ein Abstand zwischen der Seitenwand der Innenabdeckung und der Seitenwand der Außenabdeckung in einer Position in der axialen Richtung der Innenseitenwandöffnung des zweiten Gasdurchtrittsabschnitts ist.
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Effekte der Erfindung
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Bei dem zuvor beschriebenen Gassensor erfüllt der Abstand c zwischen der Seitenwand der Innenabdeckung und der Seitenwand der Außenabdeckung bei dem ersten Gasdurchtrittsabschnitt und der Abstand d zwischen der Innenseitenwandöffnung und der Seitenwand der Außenabdeckung des zweiten Gasdurchtrittsabschnitts d > 1,5c. Gleichzeitig wird der zweite Gasdurchtrittsabschnitt ausreichend breiter als der erste Gasdurchtrittsabschnitt ausgebildet. Im Ergebnis wird das zu messende Gas, das von der Außenseitenwandöffnung, die an der Spitzen-Endseite der Außenabdeckung vorgesehen ist, einströmt, durch den ersten Gasdurchtrittsabschnitt, der mit einer geringeren Breite ausgebildet ist, gleichgerichtet. Nach der Gleichrichtung strömt das zu messende Gas durch den zweiten Gasdurchtrittsabschnitt, der mit einer größeren Breite ausgebildet ist. Folglich strömt das zu messende Gas, das von der Außenseitenwandöffnung einströmt, reibungslos bzw. gleichmäßig durch den ersten Gasdurchtrittsabschnitt und den zweiten Gasdurchtrittsabschnitt und strömt von der Innenseitenwandöffnung in die Innenabdeckung. Die Länge a des Einlassabschnitts in axialer Richtung und der Abstand b zwischen der Innenseitenwandöffnung und dem Einlassabschnitt in axialer Richtung erfüllen dabei b < 2a. Im Ergebnis kann das zu messende Gas, das von der Innenseitenwandöffnung in die Innenabdeckung strömt, leichter den Einlassabschnitt erreichen. Das heißt, bei dem Gassensor strömt das zu messende Gas reibungslos bzw. gleichmäßig in die Innenabdeckung und erreicht leichter den Einlassabschnitt. Daher kann die Erfassungsgenauigkeit des Sensorelements verbessert werden.
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Wie zuvor beschrieben, sieht die vorliegende Erfindung einen Gassensor vor, der verwendet werden kann, der die Durchführung einer Luft-/Kraftstoffverhältnissteuerung einer Verbrennungsmaschine mit einer höheren Genauigkeit ermöglicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Es zeigt:
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1 eine Querschnittsansicht eines Gassensors eines ersten Beispiels;
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2 eine teilweise vergrößerte Ansicht des Gassensors in 1;
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3 ein schematisches Diagramm einer Maschine, die den Gassensor des ersten Beispiels enthält;
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4 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen Kurbelwinkel, A/F und ΔA/F und der Zeit darstellt;
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5 eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Gassensors eines ersten Vergleichsbeispiels;
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6 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen dem Ungleichgewichtswert und einer Orientierung eines Sensorelements bei dem ersten Beispiel und dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt;
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7 einen Graphen, der eine Veränderungsrate bei dem Ungleichgewichtswert basierend auf der Orientierung des Sensorelements in dem ersten Beispiel und dem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt;
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8 ein schematisches Diagramm zum Erläutern der Orientierungen des Sensorelements in dem ersten Beispiel;
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9 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen dem Ungleichgewichtswert und dem Verhältnis b/a in dem ersten Beispiel zeigt;
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10 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Erfassungswertabweichung des Ungleichgewichtswerts und dem Verhältnis d/c in dem ersten Beispiel zeigt; und
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11 eine Querschnittsansicht eines Gassensors eines zweiten Beispiels.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Gassensor der vorliegenden Erfindung kann für eine Luft-/Kraftstoffverhältnissteuerung in einer Verbrennungsmaschine eines Automobils verwendet werden. Insbesondere kann der Gassensor vorteilhaft bei der Luft-/Kraftstoffverhältnissteuerung bei einer mehrzylindrischen Verbrennungsmaschine verwendet werden.
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Beispiele
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(Erstes Beispiel)
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Ein Gassensor eines ersten Beispiels wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt, enthält ein Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels ein Sensorelement 10 und eine messgasseitige Abdeckung 20.
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Das Sensorelement 10 ist stabförmig ausgebildet. Daher ist eine Länge des Sensorelements 10 in einer axialen Richtung Y ausgerichtet. In diesem Fall kann eine Mittelachse CT, die durch die Mittelposition eines Querschnitts rechtwinklig zu der Axialrichtung Y des Sensorelements 10 verläuft, eingestellt werden. Wie in 1 gezeigt, wird eine Radialrichtung X, die sich radial von der axialen Richtung Y aus entlang des rechtwinkligen Querschnitts erstreckt, definiert, wenn die Axialrichtung Y parallel zu der Mittelachse CT definiert ist. Des Weiteren ist die Umfangsrichtung CR um die Axialrichtung Y definiert. Überdies ist bei dem vorliegenden Beispiel eine Seite des Sensorelements 10, auf welchem ein Erfassungsabschnitt vorgesehen ist, als eine Spitzen-Endseite Y1 bezeichnet und eine Seite, die der Spitzen-Endseite gegenüberliegt, als Basis-Endseite Y2 bezeichnet.
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Das Sensorelement enthält einen Erfassungsabschnitt 11, der eine spezifische Gas- bzw. Gaskomponentenkonzentration in dem zu messenden Gas erfasst. Die messgasseitige Abdeckung 20 weist eine Innenabdeckung 21 und eine Außenabdeckung 22 auf. Die Innenabdeckung 21 deckt den Erfassungsabschnitt 11 ab. Die Außenabdeckung 22 deckt die Innenabdeckung 21 ab, so dass ein Gasdurchtrittsabschnitt 30 zwischen der Außenabdeckung 22 und der Innenabdeckung 21 ausgebildet wird. Das zu messende Gas strömt durch den Gasdurchtrittsabschnitt 30.
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Wie in 2 gezeigt, ist ein Einlassabschnitt 13, durch welchen das zu messende Gas eingelassen wird, in dem Erfassungsabschnitt 11 ausgebildet.
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Der Gasdurchtrittsabschnitt 30 weist einen ersten Gasdurchtrittsabschnitt 31 und einen zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32 zwischen einer Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 und einer Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22. Der erste Gasdurchtrittsabschnitt 31 ist an der Spitzen-Endseite Y1 positioniert. Der zweite Gasdurchtrittsabschnitt 32 ist weiter in Richtung bzw. näher an der Basis-Endseite Y2 als der erste Gasdurchtrittsabschnitt 31 positioniert und ist breiter als der erste Gasdurchtrittsabschnitt 31 ausgebildet.
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Eine Innenseitenwandöffnung 23 ist an der Seitenwand 21 der Innenabdeckung 21 in einer Position ausgebildet, die den zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32 gegenüberliegt. Das zu messende Gas strömt durch die Innenseitenwandöffnung 23.
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Eine Außenwandöffnung 24 ist an der Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22 in einer Position ausgebildet, die weiter in Richtung der Spitzen-Endseite Y1 als der Innenseitenwandöffnung 23 liegt. Das zu messende Gas strömt durch die Außenseitenwandöffnung 24.
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Eine Beziehung, ausgedrückt durch b < 2a, ist erfüllt, wobei a eine Länge des Einlassabschnitts 13 in der axialen Richtung Y ist und b ein Abstand zwischen der Innenseitenwandöffnung 23 und dem Einlassabschnitt 13 in der axialen Richtung Y ist.
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Eine Beziehung d > 1,5c ist erfüllt, wobei c der Abstand zwischen der Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 und der Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22 in dem ersten Gasdurchtrittsabschnitt 31 ist, und d ein Abstand zwischen der Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 und der Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22 in einer Position in der Axialrichtung Y der Innenseitenwandöffnung 23 in dem zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32 ist.
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Der Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
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Der Gassensor 1 ist beispielsweise an einem Abgassystem einer Verbrennungsmaschine eines Automobils befestigt und wird zur Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses der Verbrennungsmaschine verwendet. Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Gassensor 1 an einem Abgassammelabschnitt eines Abgasverteilers einer vierzylindrigen Maschine befestigt.
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Wie in 1 gezeigt, ist das Sensorelement 10 stabförmig ausgebildet und erstreckt sich in der axialen Richtung Y. Das Sensorelement 10 enthält einen Erfassungsabschnitt 11 an einem Spitzen-Ende und einen Ausgangsabschnitt 12 an einem Basis-Ende. Der Erfassungsabschnitt 11 erfasst das zu messende Gas. Der Ausgangsabschnitt 12 gibt das Erfassungsergebnis des Erfassungsabschnitts 11 aus. Das Sensorelement 10 wird an einem Innenabschnitt 40a eines zylindrischen Isolators 40 gehalten. Der Isolator 40 ist in einem inneren Abschnitt 50 eines im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses 50 aufgenommen. Außerdem ist eine luftseitige Abdeckung 51 an der Basis-Endseite Y2 des Gehäuses 50 vorgesehen. Eine Lufteinlassöffnung (nicht gezeigt) ist an der äußeren peripheren Oberfläche auf der Basis-Endseite der luftseitigen Abdeckung 51 vorgesehen. Außerdem ist ein Hydrophobierfilter in der Lufteinlassöffnung vorgesehen. Von der Lufteinlassöffnung strömt Luft in luftseitige Abdeckung 51 durch den Hydrophobierfilter. Eine luftseitige Atmosphäre 52 wird innerhalb der luftseitigen Abdeckung 51 ausgebildet.
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Wie in 1 gezeigt, ist ein Innenabschnitt 40a des Isolators 40 in einer Form ausgebildet, welche der Außenform des Sensorelements 10 folgt, und zwar von der Mitte aus in Richtung der Spitzen-Endseite Y1 in der axialen Richtung Y. Das Sensorelement 10 ist in dem Innenabschnitt 40a des Isolators 40 eingefügt. Ein Versiegelungsglas 43 versiegelt den Abschnitt zwischen dem Sensorelement 10 und dem Isolator 40.
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Wie in 1 gezeigt, ist ein luftseitiger Isolator 41 an der Basis-Endseite Y2 des Isolators 40 angeordnet. Ein Leitungsanschluss 42 ist innerhalb des luftseitigen Isolators 41 angeordnet. Der Leitungsanschluss 42 ist in Kontakt mit dem Außenabschnitt 12 des Sensorelements 10, so dass er zur elektrischen Leitung in der Lage ist. Bei dem vorliegenden Beispiel ist das Sensorelement 10 ein Luft-/Kraftstoffverhältniserfassungselement (A/F-Erfassungselement) vom Laminat-Typ bzw. mit laminiertem Aufbau.
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Wie in 1 gezeigt, ist die messgasseitige Abdeckung 20, die den Erfassungsabschnitt 11 des Sensorelements 10 abdeckt, an der Spitzen-Endseite Y1 des Gehäuses 50 vorgesehen. Die messgasseitige Abdeckung 20 weist einen zweilagigen Aufbau auf, der aus der Innenabdeckung 21 und der Außenabdeckung 22 besteht. Wie in 2 gezeigt, ist die Innenseitenwandöffnung 23 in der Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 vorgesehen. Die Außenseitenwandöffnung 24 ist in der Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22 auf der Spitzen-Endseite Y1 vorgesehen. Das zu messende Gas strömt durch die Innenseitenwandöffnung 23 und die Außenseitenwandöffnung 24 in die Innenabdeckung 21. Im Ergebnis bildet sich eine messgasseitige Atmosphäre 25 im Inneren der Innenabdeckung 21 aus.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Innenabdeckung 21 in einer mit einem Boden versehenen, im Wesentlichen kreiszylindrischen Form ausgebildet, die an der Basis-Endseite Y2 offen ist. Ein Durchmesserabschnitt 21b, bei welchem der Durchmesser entlang eines Spitzenendabschnitts 53 des Gehäuses 50 vergrößert, ist an einem Endabschnitt der Innenabdeckung auf der Basis-Endseite Y2 ausgebildet. Der erweiterte Durchmesserabschnitt 21b ist auf dem Spitzenendabschnitt 53 des Gehäuses 50 pressangepasst. Im Ergebnis ist der Erfassungsabschnitt 11 des Sensorelements 10 innerhalb der Innenabdeckung 21 positioniert.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Innenseitenwandöffnung 23, die in der Seitenwand 21a der Innenwandabdeckung 21 ausgebildet ist, weiter in Richtung bzw. näher an der Basis-Endseite Y2 in der axialen Richtung Y positioniert, als der Einlassabschnitt 13, der in dem Erfassungsabschnitt 11 des Sensorelements 10 vorgesehen ist. Die Innenseitenwandöffnung 23 liegt dem zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32 gegenüber, wie im Folgenden beschrieben. Acht Innenseitenwandöffnungen 23 sind in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. Wenn die Länge des Einlassabschnitts 13 in der axialen Richtung Ya ist, und der Abstand von dem Endabschnitt auf der Basis-Endseite Y2 des Einlassabschnitts Y13 zur Mitte der Innenseitenwandöffnung 23 in der Axialrichtung Yb ist, wird die Beziehung, ausgedrückt durch b < 2a, erfüllt. Eine Bodenabschnittöffnung 26 ist in einem Bodenabschnitt 21c der Innenabdeckung 21 ausgebildet. Das zu messende Gas, das von der Innenseitenwandöffnung 23 in die Innenabdeckung 21 strömt, strömt durch die Bodenabschnittöffnung 26 aus.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Außenabdeckung 22 in einer mit einem Boden versehenen im Wesentlichen kreiszylindrischen Form ausgebildet. Ein Endabschnitt 22b der Außenabdeckung 22 auf der Basis-Endseite Y2, der an der Basis-Endseite Y2 offen ist, ist in einer Form ausgebildet, die dem erweiterten Durchmesserabschnitt 21b der Innenabdeckung 21 folgt. Der Endabschnitt 22b ist auf dem erweiterten Durchmesserabschnitt 21b pressangepasst. Im Ergebnis deckt die Außenabdeckung 22 die Innenabdeckung 21 ab. Ein Raum ist zwischen der Innenabdeckung 21 und der Außenabdeckung 22 vorgesehen, wobei die Kontaktsektion zwischen dem erweiterten Durchmesserabschnitt 21b und dem Endabschnitt 22b ausgenommen ist. Ein Gasdurchtrittsabschnitt 30, durch welchen das zu messende Gas strömt, ist ausgebildet. Der Gasdurchtrittsabschnitt 30 enthält den ersten Gasdurchtrittsabschnitt 31 und den zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32, die zwischen der Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 und der Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22 ausgebildet sind. Des Weiteren ist ein dritter Gasdurchtrittsabschnitt 33 vorgesehen, der zwischen dem Bodenabschnitt 21c der Innenabdeckung 21 und einem Bodenabschnitt 22c der Außenabdeckung 22 ausgebildet ist. Ein Abschnitt des zweiten Gasdurchtrittsabschnitts 32 liegt der Innenseitenwandöffnung 23 gegenüber. Der erste Gasdurchtrittsabschnitt 31 ist weiter in Richtung der Spitzen-Endseite Y1 positioniert, als der zweite Gasdurchtrittsabschnitt 32.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Außenseitenwandöffnung 24 in der Seitenwand 22a der Außenabdeckung in einer Position ausgebildet, die weiter in Richtung bzw. näher an der Spitzen-Endseite Y1 als der Innenseitenwandöffnung 23 liegt. Das zu messende Gas strömt durch die Außenseitenwandöffnung 24. Außerdem ist eine Bodenabschnittöffnung 27, durch welche das zu messende Gas strömt, in dem Bodenabschnitt 22c der Außenabdeckung 22 ausgebildet. Das zu messende Gas strömt in die Außenabdeckung 22 und strömt außerhalb von dem Inneren der Außenabdeckung 22 durch die Außenseitenwandöffnung 24 und die Bodenabschnittöffnung 27.
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Wie in 2 gezeigt, wird die Beziehung, ausgedrückt durch d > 1,5c, erfüllt, wobei: c der Abstand (Breite des ersten Gasdurchtrittsabschnitts 31 in der radialen Richtung X rechtwinklig zu der axialen Richtung Y) zwischen der Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 und der Seitenwand 22a der Außenabdeckung in dem ersten Durchgangsabschnitt 31 ist; und d der Abstand (Breite des zweiten Gasdurchtrittsabschnitts 23 in der radialen Richtung X) zwischen der Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 und der Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22 in einer Position in axialer Richtung Y der Innenseitenwandöffnung 23 in dem zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32 ist.
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Wie in 3 gezeigt, ist der Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels in einem Abgassammelabschnitt 101 einer vierzylindrigen Maschine 100 weiter als ein Katalysatorabschnitt 103 in Richtung stromaufwärtiger Seite vorgesehen,. Das Abgas, das von den vier Zylindern 102 abgegeben wird, wird in dem Abgassammelabschnitt 101 gesammelt und wird ein gesammeltes Abgas. Der Gassensor 1 ist zum Erfassen des A/F durch Erfassen der spezifischen Gas- bzw. Gaskomponentenkonzentration in dem zu messenden Gas aus dem gesammelten Abgas konfiguriert.
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Als nächstes wird ein Erfassungstestverfahren für einen Ungleichgewichtswert und ein Bestimmungsverfahren für ein Ungleichgewicht beschrieben. Zunächst ändert sich das Abgas von einem der vier Zylinder 102 in Richtung der fetten Seite und ein Zustand, bei welchem ein Ungleichgewicht (Abweichung) in dem A/F zwischen den Zylindern 102 auftritt, wird erzeugt bzw. entsteht. Wie in 4 gezeigt, erfasst der Gassensor 1 als nächstes das A/F alle 4ms. Des Weiteren wird aus dem erfassten A/F eine Differenz ΔA/F aus dem unmittelbar vorangehenden A/F-Wert berechnet.
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Wie in 4 gezeigt, ändert sich das A/F, das durch den Gassensor 1 im Allgemeinen periodisch erfasst wird, mit jedem Maschinentakt (Kurbelwinkel von 720 CA). Ein Mittelwert (ΔA/F(+)-Mittelwert; Bezugszeichen 401) der Werte, in welchen das ΔA/F positiv (+) ist, und ein Mittelwert (ΔA/F(–)-Mittelwert; Bezugszeichen 402) der Werte, bei welchen ΔA/F negativ (–) ist, werden für jeden Takt berechnet. Als nächstes wird ein Maximalwert (mittlere erste Ableitung) der ΔA/F(+)-Mittelwerte und ein Minimumwert der ΔA/F(–)-Mittelwerte über 100 Takte extrahiert. Jeweilige Absolutwerte sind Ungleichgewichtswerte. Der Ungleichgewichtswert wird mit einem Referenzwert verglichen. Wenn der Ungleichgewichtswert den Referenzwert übersteigt, wird eine Abnormalität erfasst. Wenn der Ungleichgewichtswert den Referenzwert unterschreitet, wird ein normales Funktionieren erfasst.
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6 zeigt eine Beziehung zwischen einer Orientierung des Sensorelements 10 in Bezug auf eine Abgasströmungsrichtung und dem Ungleichgewichtswert bei dem Gassensor 1 des ersten Beispiels und einem Gassensor 900 eines ersten Vergleichsbeispiels. 7 zeigt eine Veränderungsrate bei dem Ungleichgewichtswert. Wie in 5 gezeigt, ist bei dem Gassensor 900 des ersten Vergleichsbeispiels die Beziehung d1 = c1 und b1 > 2a1 erfüllt, wobei: c1 ein Abstand zwischen der Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 und der Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22 in dem ersten Gasdurchtrittsabschnitt 31 des Gassensors 900 ist, d1 ein Abstand zwischen der Seitenwand 21a der Innenabdeckung 21 und der Seitenwand 22a der Außenabdeckung 22 in dem Gasdurchtrittsabschnitt 32 in einer Position in der axialen Richtung Y der Innenseitenwandöffnung 23 in dem zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32 ist, a1 eine Länge eines Einlassabschnitts 13 in der axialen Richtung Y ist; und d1 ein Abstand zwischen der Innenseitenwandöffnung 23 und dem Einlassabschnitt 13 in der axialen Richtung Y ist.
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Wie in 8 mit (A), (B), (C) und (D) gezeigt, bezieht sich die Orientierung des Sensorelements in Relation zu der Abgasströmungsrichtung, wie zuvor beschrieben, auf einen Winkel (0°, 90°, 180° und 270°), der durch eine Normale der Heizoberfläche 14 des Sensorelements in Relation zu einer Abgasströmungsrichtung P innerhalb des Abgasverteilers (Abgassammelabschnitt 101; siehe 3) ausgebildet ist. Der Einlassabschnitt 13 ist eine Diffusionswiderstandsschicht, die aus einer porösen Schicht besteht. Das zu messende Gas erreicht die messgasseitige Elektrode 15 durch den Einlassabschnitt 13. Außerdem wird die Veränderungsrate (%) bei dem Ungleichgewichtswert, wie in 7 gezeigt, durch einen Wert erzielt, der durch Subtrahieren des Minimalwerts des Ungleichgewichtswerts von dem Maximalwert der Orientierungen (vier Richtungen) des Sensorelements 10 bezüglich der Abgasströmungsrichtung, sowie durch Dividieren durch einen mittleren Ungleichgewichtswert für die vier Richtungen multipliziert mit 100 erzielt wird.
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Wie in 6 gezeigt, war die Magnitude des Ungleichgewichtswerts, der durch erste bis dritte Messwerte in dem Gassensor 1 des ersten Beispiels erfasst wurde, größer als die Magnitude des Ungleichgewichtswerts, der durch die ersten bis dritten Messwerte des Gassensors 900 des ersten Vergleichsbeispiels erfasst worden sind, unabhängig von der Orientierung des Sensorelements 10 in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung. Des Weiteren, wie in 7 gezeigt, ist bei den ersten bis dritten Messwerten des Gassensors 900 des ersten Vergleichsbeispiels die Veränderungsrate in dem Ungleichgewichtswert stark abhängig von der Orientierung des Sensorelements 10 in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung. Dagegen war bei den ersten bis dritten Messwerten des Gassensors 1 des ersten Beispiels die Änderungsrate des Ungleichgewichtswerts gering. Diese Ergebnisse sind indikativ dafür, dass verglichen mit dem Gassensor 900 des ersten Vergleichsbeispiels, die erfassten Ungleichgewichtswerte groß sind und die Abweichung in den Erfassungswerten des Ungleichgewichtswerts basierend auf der Orientierung des Sensorelements bezüglich der Abgasströmungsrichtung bei dem Gassensor des ersten Beispiels klein sind. Daher weist der Gassensor 1 des ersten Beispiels eine höhere Erfassungsgenauigkeit bezüglich des Ungleichgewichtswerts auf.
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Des Weiteren zeigt 9 eine Beziehung zwischen einem mittleren Ungleichgewichtswert der vier Richtungen und dem Verhältnis b/a, wobei das Verhältnis b/a in der Konfiguration des Gassensors 1 des ersten Beispiels verändert wird. Die Erfassungsgenauigkeit kann leichter verbessert werden, wenn der Ungleichgewichtswert, der durch den Gassensor erfasst wird, größer ist. Genauer gesagt kann eine ausreichende Verbesserung bei der Erfassungsgenauigkeit erreicht werden, wenn der Ungleichgewichtswert, der durch den Gassensor 1 erfasst wird, mehr als 0,35 beträgt. Wie in 9 gezeigt, ist der erfasste Ungleichgewichtswert größer als 0,35, wenn b/a < 2 ist, d.h., b < 2a. Es konnte daher bestätigt werden, dass eine Verbesserung in der Erfassungsgenauigkeit durch den Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels, bei welchem b < 2a erfüllt ist, erzielt werden kann.
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Des Weiteren zeigt 10 eine Beziehung zwischen dem Wert (Erfassungswertabweichung des Ungleichgewichtswerts), der durch Subtrahieren des Minimumwerts des Ungleichgewichtswerts, der für jede Orientierung (vier Orientierungen) des Sensorelements 10 erfasst worden ist, von dem Maximalwert erzielt wird, und dem Verhältnis d/c, wobei das Verhältnis d/c bei der Konfiguration des Gassensors des ersten Beispiels verändert worden ist. Die Erfassungsgenauigkeit kann leichter verbessert werden, wenn die Abweichung bei den Erfassungswerten des Ungleichgewichtswerts, der durch den Gassensor erfasst wird, gering ist. Wie in 10 gezeigt, ist die Erfassungswertabweichung des Ungleichgewichtswerts basierend auf der Orientierung des Sensorelements 10 gering, wenn d/c > 1,5, d.h. d > 1,5c ist. Es konnte daher bestätigt werden, dass eine Verbesserung bei der Messgenauigkeit durch den Gassensor des vorliegenden Beispiels erzielt werden kann, wenn d > 1,5c erfüllt ist.
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Der Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels ist so konfiguriert, dass d > 1,5c erfüllt ist. Daher ist der zweite Gasdurchtrittsabschnitt 32 ausreichend breiter als der erste Gasdurchtrittsabschnitt 31 ausgebildet. Im Ergebnis wird das zu messende Gas, das von der Außenseitenwandöffnung 24, die an der Spitzen-Endseite Y1 der Außenabdeckung vorgesehen ist, einströmt durch den ersten Gasabschnitt 31, der mit einer schmaleren Breite ausgebildet ist, gleichgerichtet. Anschließend strömt das zu messende Gas durch den zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32, der mit einer breiteren Breite ausgebildet ist. Folglich strömt das zu messende Gas, das von der Außenseitenwandöffnung 24 einströmt, reibungslos bzw. gleichmäßig durch den ersten Gasdurchtrittsabschnitt 31 und den zweiten Gasdurchtrittsabschnitt 32 und strömt von der Innenseitenwandöffnung 23 in die Innenabdeckung 21 ein. Da außerdem der Gassensor derart konfiguriert ist, dass b < 2a erfüllt ist, ist der Einlassabschnitt 13 und die Innenseitenwandöffnung 23 derart angeordnet, dass sie ausreichend nah beieinander sind. Im Ergebnis kann das zu messende Gas, das in die Innenabdeckung 21 von der Innenseitenwandöffnung 23 einströmt, den Einlassabschnitt 13 leichter erreichen. Das heißt, bei dem Gassensor 1 strömt das zu messende Gas reibungslos bzw. gleichförmig in die Innenabdeckung 21 und erreicht leicht den Eingangsabschnitt 13. Daher kann eine Erfassungsgenauigkeit des Sensorelements 10 verbessert werden.
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Bei dem vorliegenden Beispiel ist das Sensorelement 10 vom laminierten Typ. Wie in 8 durch (A) bis (D) gezeigt, kann das Sensorelement 10 daher mit verschiedenen Orientierungen bezüglich der Abgasströmungsrichtung P angeordnet sein. Da jedoch die Variation bezüglich der Ungleichgewichtserfassbarkeit bei dem Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels basierend auf der Orientierung des Sensorelements 10 in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung P klein ist, wenn bei dem Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels ein Sensorelement 10 des laminierten Typs verwendet wird, kann die Erfassungsgenauigkeit bezüglich des Ungleichgewichtswerts weiter verbessert werden.
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Bei dem vorliegenden Beispiel wird der Gassensor 1 auf eine Vierzylindermaschine angewendet. Die Anwendung des Gassensors 1 ist darauf jedoch nicht beschränkt. Beispielsweise kann der Gassensor 1 für eine Verbrennungsmaschine mit beliebiger Zylinderzahl verwendet werden, wie beispielsweise eine sechszylindrige oder eine achtzylindrige, bei welchen ein Bedarf an Verbesserung bei der Ungleichgewichtserfassbarkeit besteht. Folglich kann die Ungleichgewichtserfassungsgenauigkeit bei solchen Mehrzylindermaschinen genauso verbessert werden. Da die Erfassung auch bei einem kleinen Betrag an Ungleichgewicht ausreichend durchgeführt werden kann, ist daher eine Adaption der Selbstdiagnosefunktionen (On-Board-Diagnosen [OBD]) für ein Ungleichgewicht bei einer mehr-zylindrigen Verbrennungsmaschine, wie beispielsweise einer Maschine mit sechs oder acht Zylindern, verbessert werden.
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Wie zuvor bei dem vorliegenden Beispiel beschrieben, kann ein Gassensor eingesetzt werden, um die Luft-/Kraftstoffverhältnissteuerung einer Verbrennungsmaschine mit einem höheren Genauigkeitsgrad durchzuführen.
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(Zweites Beispiel)
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Ein Gassensor eines zweiten Beispiels wird unter Bezugnahme auf 11 gezeigt.
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Wie in 11 gezeigt, wird bei dem Gassensor 1 dieses Beispiels verglichen mit dem des ersten Beispiels die Innenseitenwandöffnung 23 weiter in Richtung bzw. näher an der Basis-Endseite Y2 ausgebildet. Die weitere Konfiguration ist ähnlich zu der bei dem ersten Beispiel beschriebenen. Bei dem Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels sind dabei genauso die Beziehungen b < 2a und d > 1,5c erfüllt. Daher sind die Arbeitsergebnisse ähnlich zu denen, die bei dem ersten Beispiel erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gassensor
- 10
- Sensorelement
- 11
- Erfassungsabschnitt
- 13
- Einlassabschnitt
- 20
- messgasseitige Abdeckung
- 21
- Innenabdeckung
- 22
- Außenabdeckung
- 23
- Innenseitenwandöffnung
- 24
- Außenseitenwandöffnung
- 30
- Gasdurchtrittsabschnitt
- 31
- erster Gasdurchtrittsabschnitt
- 32
- zweiter Gasdurchtrittsabschnitt
