DE112015003068T5 - Gas sensor with an element cover consisting of an inner and an outer cover - Google Patents

Gas sensor with an element cover consisting of an inner and an outer cover Download PDF

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Abstract

Ein Gassensor (1) wird mit einem Sensorelement (2) sowie einer Elementabdeckung (4), die eine Innenseitenoberflächenöffnung (51), eine Außenseitenoberflächenöffnung (61), eine Innenbodenoberflächenöffnung (52) und eine Außenbodenoberflächenöffnung (62) aufweist, vorgesehen. Die Innenseitenoberflächenöffnung ist auf der Basis-Endseite weiter positioniert als die Meß-Elektrode (22). Die Außenseitenoberflächenöffnung ist auf der Spitzen-Endseite weiter positioniert, als die Innenseitenoberflächenöffnung. Die Innenbodenoberflächenöffnung ist auf der Spitzen-Endseite weiter positioniert als die Meß-Elektrode. Die Außenbodenoberflächenöffnung ist auf der Außenseite der Innenbodenoberflächenöffnung positioniert. Der Gassensor (1) ist derart konfiguriert, dass der Gasaustauschindex, welcher ein Produkt aus der Gesamteinströmung von der Außenseitenoberflächenöffnung (61) her und der Gesamtausströmung des Gases von der Innenbodenoberflächenöffnung (52) her ist, 13 bis 80 mg2/s2 beträgt, wenn ein Fluid unter der Bedingung analysiert wurde, dass der Gassensor in einem Gaskanal angeordnet ist, in welchem eine Strömungsmenge von 0,02 kg/s, eine Temperatur von 625°C, eine Dichte von 0,393229547 kg/m3, eine Gasviskosität von 3,75223 × 10–5 kg/(m·s), ein Diffusionskoeffizient von 0,000234886 m2/s und eine Strömungsrate von 15,119167 m/s herrschen.A gas sensor (1) is provided with a sensor element (2) and an element cover (4) having an inside surface opening (51), an outside surface opening (61), an inside bottom surface opening (52), and an outside bottom surface opening (62). The inside surface opening is positioned farther on the base end side than the measuring electrode (22). The outside surface opening is positioned farther on the tip end side than the inside surface opening. The inner bottom surface opening is positioned farther on the tip end side than the measuring electrode. The outside bottom surface opening is positioned on the outside of the inside bottom surface opening. The gas sensor (1) is configured such that the gas exchange index, which is a product of the total inflow from the outside surface opening (61) and the total outflow of the gas from the inside bottom surface opening (52), is 13 to 80 mg.sup.2 / s.sup.2, if any Fluid was analyzed under the condition that the gas sensor is arranged in a gas channel in which a flow rate of 0.02 kg / s, a temperature of 625 ° C, a density of 0.393229547 kg / m3, a gas viscosity of 3, 75223 × 10-5 kg / (m · s), a diffusion coefficient of 0.000234886 m2 / s and a flow rate of 15.119167 m / s prevail.

Description

TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gassensor und insbesondere einen Gassensor, der in einem Fahrzeug montiert ist, um eine spezifische Gaskonzentration in einem zu messenden Gas zu detektieren. The present disclosure relates to a gas sensor, and more particularly, to a gas sensor mounted in a vehicle to detect a specific gas concentration in a gas to be measured.

Beispielsweise besitzen Verbrennungsmaschinen für Fahrzeuge ein Abgassystem, in welchem ein Gassensor angeordnet ist, um eine spezifische Gaskonzentration (beispielsweise Sauerstoffkonzentration) in einem zu messenden Gas, etwa einem Abgas, zu messen. Der Gassensor enthält ein Sensorelement, ein Gehäuse und eine Elementabdeckung. Das Sensorelement weist ein Festkörperelektrolyt, und eine Meß-Elektrode sowie eine Referenz-Elektrode auf, die auf einer Oberfläche bzw. einer anderen Oberfläche des Elektrolytkörpers vorgesehen sind. Das Sensorelement ist in das Gehäuse eingefügt. Die Elementabdeckung ist an der Spitzen-Endseite des Gehäuses angeordnet. For example, internal combustion engines for vehicles include an exhaust system in which a gas sensor is arranged to measure a specific gas concentration (for example, oxygen concentration) in a gas to be measured, such as an exhaust gas. The gas sensor includes a sensor element, a housing and an element cover. The sensor element comprises a solid electrolyte, and a measuring electrode and a reference electrode, which are provided on a surface or another surface of the electrolyte body. The sensor element is inserted in the housing. The element cover is disposed on the tip end side of the housing.

Einer der Zwecke der bei dem Gassensor vorgesehenen Elementabdeckung ist es, Tropfen, insbesondere Wassertropfen, die in dem zu messenden Gas enthalten sind, etwa einem Abgas, am Anhaften an dem Sensorelement zu hindern (im Folgenden mit "Flüssigkeitsadhäsion" bezeichnet. Genauer gesagt kann, wenn die Tropfen an dem Sensorelement anhaften, eine Belastung in dem Sensorelement auftreten, die ein Brechen des Elements verursachen kann. Aus diesem Grund wird die Elementabdeckung zum Verhindern der Flüssigkeitsanhaftung an dem Sensorelement verwendet. Im Folgenden wird diese Funktion des Abdeckens des Elements als „Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt“ bezeichnet. One of the purposes of the element cover provided in the gas sensor is to prevent drops, particularly water droplets contained in the gas to be measured, such as an exhaust gas, from adhering to the sensor element (hereinafter referred to as "liquid adhesion"). Therefore, when the drops adhere to the sensor element, a stress occurs in the sensor element that may cause breakage of the element, for which reason the element cover is used for preventing liquid adhesion to the sensor element " designated.

Andererseits ist die Elementabdeckung mit einer inneren Lüftungsöffnung ausgebildet, um dem zu messenden Gas das problemlose Erreichen eines Detektionsabschnitts (Meß-Elektrode) des Sensorelements zu ermöglichen. Das heißt, die innere Lüftungsöffnung ist derart ausgebildet, dass das zu messende Gas in ausreichender Menge in die Elementabdeckung eingelassen und daraus ausgelassen werden kann, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Sensors sichergestellt ist. On the other hand, the element cover is formed with an inner vent to allow the gas to be measured to easily reach a detection section (measuring electrode) of the sensor element. That is, the inner vent is formed so that the gas to be measured can be sufficiently introduced into and discharged from the element cover, thereby ensuring the responsiveness of the sensor.

Im Allgemeinen stehen jedoch die Ansprechempfindlichkeit und der Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt in einem Spannungsverhältnis. Um sowohl der Ansprechempfindlichkeit als auch dem Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt zu genügen, sind zahlreiche Studien bezüglich des Aufbaus einer Elementabdeckung durchgeführt worden, wie sie beispielsweise in JP 2012-018188 A offenbart sind. In general, however, the responsiveness and the liquid adhesion prevention effect are in a stress relationship. In order to satisfy both the responsiveness and the liquid adhesion preventing effect, many studies have been made on the structure of element covering, as described in, for example, U.S.P. JP 2012-018188 A are disclosed.

VERWANDTE TECHNIK RELATED TECHNOLOGY

Patentliteratur patent literature

  • PTL 1: JP 2012-018188 A PTL 1: JP 2012-018188 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

Technisches Problem Technical problem

In den letzten Jahren ist der Bedarf an einer höheren Ansprechempfindlichkeit und höherem Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt bei Gassensoren entstanden. Beispielsweise haben sich aufgrund der Diversifikation des Verwendungsbereichs von Fahrzeugen auch die Öle und Kraftstoffe, die in den verschiedenen Bereichen verwendet werden, diversifiziert, während die Restriktionen für Abgase strenger geworden sind, was den Bedarf an Kraftstoffverbrauchsverringerung erhöht hat. Daher ist bei Gassensoren nicht nur eine höhere Ansprechempfindlichkeit, sondern auch ein höherer Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt gewünscht. In recent years, there has been a demand for a higher responsiveness and higher liquid adhesion prevention effect on gas sensors. For example, due to the diversification of the range of use of vehicles, the oils and fuels used in the various fields have also diversified, while the restrictions on exhaust gases have become more stringent, which has increased the demand for fuel consumption reduction. Therefore, in gas sensors, not only a higher responsiveness but also a higher liquid adhesion prevention effect is desired.

Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht und die vorliegende Erfindung hat eine Aufgabe dahingehend, einen Gassensor zu schaffen, der in der Lage ist, sowohl eine hohe Anspruchsempfindlichkeit als auch einen hohen Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt vorzusehen. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and the present invention has an object to provide a gas sensor capable of providing both high sensitivity and high liquid adhesion prevention effect.

Lösung des Problems the solution of the problem

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bzw. Offenbarung ist es, einen Gassensor vorzusehen, der dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor ein Sensorelement, das ein Festkörperelektrolyt mit einer Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit enthält, sowie eine Meß-Elektrode und eine Referenz-Elektrode, die an einer Oberfläche bzw. an einer anderen Oberfläche des Festkörperelektrolyts vorgesehen sind; ein Gehäuse, in welchem das Sensorelement aufgenommen ist; und eine Elementabdeckung, die an der Spitzen-Endseite des Gehäuses angeordnet ist, aufweist. Bei dem Gassensor: weist die Elementabdeckung eine Innenabdeckung auf, die so angeordnet ist, dass sie einen Spitzenendabschnitt des Sensorelements von einer äußeren peripheren Seite von außen und von einer Spitzen-Endseite abdeckt, und weist eine Aussenabdeckung auf, die derart angeordnet ist, um die Innenabdeckung von der äußeren peripheren Seite und von der Spitzen-Endseite abzudecken; wobei die Innenabdeckung einen Innenseitenwandabschnitt aufweist, der entlang einer axialen Richtung bzw- Axialrichtung ausgebildet ist, und einen Innenbodenwandabschnitt aufweist, der an der Spitzen-Endseite des Innenseitenwandabschnitts derart angeordnet ist, dass er in der axialen Richtung kreuzt; und wobei die Außenabdeckung einen Außenseitenwandabschnitt aufweist, der entlang der axialen Richtung ausgebildet ist, und einen Außenbodenwandabschnitt aufweist, der an der Spitzen-Endseite des äußeren Seitenwandabschnitts derart angeordnet ist, dass er die axiale Richtung bzw. Axialrichtung kreuzt; und wobei der Innenseitenwandabschnitt mit einer Innenseitenoberflächenöffnung vorgesehen ist, welche derart ausgebildet ist, dass sie weiter auf der Basis-Endseite positioniert ist, als die Meß-Elektrode, und wobei der Außenseitenwandabschnitt mit einer Außenseitenoberflächenöffnung vorgesehen ist, welche derart ausgebildet ist, dass sie weiter an der Spitzen-Endseite positioniert ist, als an der inneren Seitenoberflächenöffnung; und wobei der innere Bodenwandabschnitt mit einer inneren Bodenoberflächenöffnung vorgesehen ist, welche derart ausgebildet ist, dass sie weiter an der Spitzen-Endseite positioniert ist, als die Meß-Elektrode; wobei der Außenbodenwandabschnitt mit einer Außenbodenoberflächenöffnung vorgesehen ist, welche derart ausgebildet ist, dass sie weiter außerhalb positioniert ist, als die Innenbodenoberflächenöffnung; und wobei der Gassensor derart konfiguriert ist, dass ein Gasaustauschindex 13 bis 80 mg2/s2 beträgt, wenn eine Fluidströmungsanalyse unter der Bedingung durchgeführt wird, dass der Gassensor in einem Gaskanal angeordnet ist, in welchem eine Strömungsmenge von 0,02 kg/s, eine Temperatur von 625°C, eine Dichte von 0,393229547 kg/m3, eine Gasviskosität von 3,75223 × 10–5 kg/(m·s), ein Diffusionskoeffizient von 0,000234886 m2/s und eine Strömungsrate von 15,119167 m/s herrschen, wobei der Gasaustauschindex als ein Produkt aus einer Gesamtgaseinströmung von der Außenseitenoberflächenöffnung zu der Außenabdeckung und ein Gesamtgasausstrom von der Innenbodenoberflächenöffnung zu der Außenseite der Innenabdeckung definiert ist. An aspect of the present invention is to provide a gas sensor, which is characterized in that the gas sensor comprises a sensor element containing a solid electrolyte having an oxygen-ion conductivity, and a measuring electrode and a reference electrode, the a surface or on another surface of the solid electrolyte are provided; a housing in which the sensor element is received; and an element cover disposed on the tip end side of the housing. In the gas sensor, the element cover has an inner cover disposed so as to cover a tip end portion of the sensor element from an outer peripheral side from outside and a tip end side, and has an outer cover disposed so as to surround the outer cover Cover inner cover from the outer peripheral side and the tip end side; wherein the inner cover has an inner side wall portion formed along an axial direction or axial direction and having an inner bottom wall portion disposed on the tip end side of the inner side wall portion so as to cross in the axial direction; and wherein the outer cover has an outer side wall portion formed along the axial direction and an outer bottom wall portion disposed on the tip end side of the outer side wall portion so as to cross the axial direction; and wherein the inner side wall portion is provided with an inner side surface opening formed to be positioned further on the base end side than the measuring electrode, and wherein the outer side wall portion is provided with an outer side surface opening formed to be wider positioned at the tip end side than at the inner side surface opening; and wherein the inner bottom wall portion is provided with an inner bottom surface opening formed to be positioned further on the tip end side than the measuring electrode; wherein the outer bottom wall portion is provided with an outer bottom surface opening formed to be positioned farther outside than the inner bottom surface opening; and wherein the gas sensor is configured such that a gas exchange index is 13 to 80 mg 2 / sec 2 when fluid flow analysis is performed under the condition that the gas sensor is disposed in a gas passage in which a flow rate of 0.02 kg / sec , a temperature of 625 ° C, a density of 0.393229547 kg / m 3 , a gas viscosity of 3.75223 x 10 -5 kg / (m · s), a diffusion coefficient of 0.000234886 m 2 / s and a flow rate of 15.119167 m / s, wherein the gas exchange index is defined as a product of a total gas inflow from the outside surface opening to the outside cover and a total gas outflow from the inside bottom surface opening to the outside of the inside cover.

Der Gassensor ist derart konfiguriert, dass der Gasaustauschindex, der durch die Fluidströmungsanalyse erhalten wird, 13 bis 80 mg2/s2 beträgt. Bei dieser Konfiguration ist der Gassensor in der Lage, sowohl den hohen Anforderungen an die Ansprechempfindlichkeit als auch den hohen Anforderungen an den Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt zu erfüllen. The gas sensor is configured such that the gas exchange index obtained by the fluid flow analysis is 13 to 80 mg 2 / s 2 . With this configuration, the gas sensor is able to meet both the high sensitivity requirements and the high requirements of the liquid adhesion prevention effect.

Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben eine Fluidströmungsanalyse (CFD: computational fluid dynamics) durchgeführt, um sowohl eine Ansprechempfindlichkeit als auch einen Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt mit einem hohen Niveau in einem Gassensor zu erzielen. Die vorliegende Offenbarung wurde durch die spezifische Analyse des Stroms des Gases, der ein Sensorelement erreicht, erzielt. Das heißt, durch Durchführen der Fluidströmungsanalyse unter den zuvor beschriebenen Bedingungen zusammen mit dem Wasseradhäsionstest, der später beschrieben wird (Experimentalbeispiel 3), haben die Erfinder herausgefunden, dass der Gasaustauschindex (das Produkt aus der gesamten Gaseinströmung von der Außenseitenoberflächenöffnung in die Aussenabdeckung und der Gesamtgasausströmung von der Innenbodenoberflächenöffnung zu der Außenseite der Innenabdeckung) stark von der Ansprechempfindlichkeit und dem Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt abhängig ist. Dadurch haben die Erfinder weiter herausgefunden, dass sowohl die Ansprechempfindlichkeit als auch der Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt sehr gut erfüllt werden, wenn der Gasaustauschindex im Bereich von 13 bis 80 mg2/s2 liegt. The inventors of the present disclosure have performed computational fluid dynamics (CFD) analysis to achieve both responsiveness and liquid adhesion prevention effect with a high level in a gas sensor. The present disclosure has been achieved by the specific analysis of the flow of gas reaching a sensor element. That is, by performing the fluid flow analysis under the above-described conditions together with the water adhesion test described later (Experimental Example 3), the inventors found that the gas exchange index (the product of the total gas inflow from the outside surface opening into the outside cover and the total gas outflow from the inner bottom surface opening to the outside of the inner cover) greatly depends on the responsiveness and the liquid adhesion preventing effect. Thus, the inventors further found that both the responsiveness and the liquid adhesion prevention effect are very well satisfied when the gas exchange index is in the range of 13 to 80 mg 2 / s 2 .

Daher können bei dem Gassensor gemäß dem ersten Aspekt sowohl eine hohe Ansprechempfindlichkeit als auch ein hoher Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt erzielt werden. Therefore, in the gas sensor according to the first aspect, both a high responsiveness and a high liquid adhesion prevention effect can be achieved.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Es zeigt: It shows:

1 eine Querschnittsansicht, die eine Elementabdeckung und deren Umgebung bei einem Gassensor gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt; 1 a cross-sectional view illustrating an element cover and its surroundings in a gas sensor according to a first embodiment;

2 eine Querschnittsansicht, die den Gassensor gemäß der ersten Ausführungsform darstellt; 2 FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the gas sensor according to the first embodiment; FIG.

3 eine Querschnittsansicht, die eine Innenabdeckung gemäß der ersten Ausführungsform gesehen entlang der Linie III-III der 1 darstellt; 3 a cross-sectional view showing an inner cover according to the first embodiment taken along the line III-III of 1 represents;

4 eine Draufsicht, die die Innenabdeckung aus Sicht der Spitzen-Endseite gemäß der ersten Ausführungsform darstellt; 4 a plan view illustrating the inner cover from the viewpoint of the tip end side according to the first embodiment;

5 eine Querschnittsansicht, die eine Außenabdeckung gemäß der ersten Ausführungsform gesehen entlang der Linie V-V der 1 darstellt; 5 12 is a cross-sectional view showing an outer cover according to the first embodiment taken along the line VV of FIG 1 represents;

6 eine Draufsicht, die eine Innenabdeckung gemäß der ersten Ausführungsform gesehen von der Spitzen-Endseite darstellt; 6 a plan view illustrating an inner cover according to the first embodiment seen from the tip end side;

7 eine Draufsicht, die eine positionelle Beziehung zwischen einer Außenbodenoberflächenöffnung und einer Innenbodenoberflächenöffnung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt; 7 FIG. 10 is a plan view illustrating a positional relationship between an outside bottom surface opening and an inside bottom surface opening according to the first embodiment; FIG.

8 eine Querschnittsansicht, die eine Umgebung einer Elementabdeckung des Gassensors gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt; 8th 12 is a cross-sectional view illustrating an environment of an element cover of the gas sensor according to the second embodiment;

9 eine planare Querschnittsansicht, die eine Innenabdeckung einschließlich einer Mittelachse gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt; 9 a planar cross-sectional view illustrating an inner cover including a central axis according to the second embodiment;

10 eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie X-X der 9 gesehen wird; 10 a cross-sectional view taken along the line XX of 9 is seen;

11 eine Draufsicht, die die Innenabdeckung gemäß der zweiten Ausführungsform gesehen von der Spitzen-Endseite darstellt; 11 a plan view illustrating the inner cover according to the second embodiment seen from the tip end side;

12 eine Querschnittsansicht, die eine Außenabdeckung gemäß dem zweiten Experimentalbeispiel, gezeigt aus der Ebene, die die Mittelachse enthält, darstellt; 12 a cross-sectional view showing an outer cover according to the second experimental example, shown from the plane containing the central axis;

13 eine Querschnittsansicht, gesehen entlang der Linie XIII-XIII der 12; 13 a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII of 12 ;

14 eine Draufsicht, die die Außenabdeckung gemäß der zweiten Ausführungsform gesehen von der Spitzen-Endseite darstellt; 14 a plan view illustrating the outer cover according to the second embodiment seen from the tip end side;

15 ein Diagramm, das einen Ort des Gassensors in einer Abgasleitung gemäß dem Experimentalbeispiel 1 darstellt; 15 a diagram illustrating a location of the gas sensor in an exhaust pipe according to Experimental Example 1;

16 ein Diagramm, das den in der Abgasleitung angeordneten Gassensor gemäß dem Experimentalbeispiel 1 darstellt; 16 a diagram illustrating the gas sensor arranged in the exhaust pipe according to Experimental Example 1;

17 einen Graphen, der eine Analyse der Beziehung zwischen dem Gasaustauschindex und einer durchschnittlichen Austauschzeit gemäß dem Experimentalbeispiel 1 darstellt; 17 FIG. 12 is a graph illustrating an analysis of the relationship between the gas exchange index and an average replacement time according to Experimental Example 1; FIG.

18 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Gasaustauschindex und einer durchschnittlichen Ansprechzeit, wie sie als Ergebnis des Experiments gemäß einem Experimentalbeispiel 2 erzielt worden ist, darstellt; 18 FIG. 3 is a graph showing a relationship between a gas exchange index and an average response time obtained as a result of the experiment of Experimental Example 2; FIG.

19 ein Diagramm, das eine Definition der durchschnittlichen Ansprechzeit gemäß dem Experimentalbeispiel 2 darstellt; und 19 Fig. 12 is a diagram illustrating a definition of the average response time according to Experimental Example 2; and

20 einen Graphen, der die Ergebnisse von Wasseradhäsionstests gemäß einem Experimentalbeispiel 3 darstellt. 20 FIG. 3 is a graph showing the results of water adhesion tests according to Experimental Example 3. FIG.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Der Gassensor wird verwendet, um beispielsweise in einem Abgassystem einer Verbrennungsmaschine für Fahrzeuge oder dergleichen eingebaut zu werden. The gas sensor is used to be installed, for example, in an exhaust system of an internal combustion engine for vehicles or the like.

Bei der vorliegenden Beschreibung wird eine Richtung, entlang welcher der Gassensor in das Abgassystem eingefügt wird, als eine Spitzen-Endseite bezeichnet, und eine Richtung, die dazu gegenüberliegend ist, wird als Basis-Endseite bezeichnet. Solange nicht genauer bezeichnet, bezieht sich der Begriff "axiale Richtung" auf die Axialrichtung des Gassensors. In the present description, a direction along which the gas sensor is inserted into the exhaust system is referred to as a tip end side, and a direction opposite thereto is referred to as a base end side. Unless otherwise specified, the term "axial direction" refers to the axial direction of the gas sensor.

Ein Ausdruck "Gesamtfläche einer inneren Bodenoberflächenöffnung" bezieht sich auf die Summe der Flächen in allen inneren Bodenoberflächenöffnungen bzw. Innenbodenoberflächenöffnungen vorgesehen sind, und für den Fall, bei dem eine Innenbodenoberfläche vorgesehen ist, betrifft der Ausdruck die Fläche der einen Innenbodenoberflächenöffnung. Das gleiche gilt für den Ausdruck "Gesamtfläche der äußeren Seitenoberflächenöffnung bzw. Außenseitenoberflächenöffnung" und dem Ausdruck "Gesamtfläche der inneren Seitenoberflächenöffnung bzw. Innenseitenoberflächenöffnung". A term "total area of an inner bottom surface opening" refers to the sum of areas in all inner bottom surface openings, and in the case where an inner bottom surface is provided, the term refers to the area of an inner bottom surface opening. The same applies to the expression "total area of the outer side surface opening" and the term "total area of the inner side surface opening".

AUSFÜHRUNGSFORM Embodiment

Erste Ausführungsform First embodiment

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 einige Ausführungsformen des Gassensors beschrieben. The following is with reference to the 1 to 7 some embodiments of the gas sensor described.

Wie in 1 und 2 gezeigt, enthält ein Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Sensorelement 2, ein Gehäuse 3, in welchem das Sensorelement 2 eingefügt ist, und eine Elementabdeckung 4, die an der Spitzen-Endseite des Gehäuses 3 angeordnet ist. Das Sensorelement 2 weist ein Festkörperelektrolyt 21 mit Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit auf, sowie eine Meß-Elektrode 22 und eine Referenz-Elektrode 23, die auf einer ersten bzw. einer anderen Oberfläche des Festkörperelektrolyts 21 vorgesehen sind. As in 1 and 2 shown contains a gas sensor 1 the present embodiment, a sensor element 2 , a housing 3 in which the sensor element 2 is inserted, and an element cover 4 attached to the tip end side of the case 3 is arranged. The sensor element 2 has a solid electrolyte 21 with oxygen-ion conductivity on, as well as a measuring electrode 22 and a reference electrode 23 on a first or another surface of the solid electrolyte 21 are provided.

Wie in 1 gezeigt, weist die Elementabdeckung 4 eine innere Abdeckung bzw. Innenabdeckung 41 auf, die derart angeordnet ist, dass sie den Spitzen-Endabschnitt des Sensorelements 2 von der äußeren peripheren Seite und der Spitzen-Endseite abdeckt, sowie eine äußere Abdeckung bzw. Außenabdeckung 42, die derart angeordnet ist, dass sie die Innenabdeckung 41 von der äußeren peripheren Seite und von der Spitzen-Endseite her abdeckt. As in 1 shown has the element cover 4 an inner cover or inner cover 41 arranged to be the tip end portion of the sensor element 2 from the outer peripheral side and the tip end side, and an outer cover 42 , which is arranged so that it the inner cover 41 covering from the outer peripheral side and from the tip end side.

Die Innenabdeckung 41 weist einen Innenseitenwandabschnitt 411 auf, der entlang einer axialen Richtung Z ausgebildet ist, sowie einen Innenbodenwandabschnitt 412, der an der Spitzen-Endseite des Innenseitenwandabschnitts 411 derart angeordnet ist, dass er die axiale Richtung bzw. Axialrichtung Z kreuzt. The inner cover 41 has an inner side wall portion 411 on, which is formed along an axial direction Z, and an inner bottom wall portion 412 Located at the top end side of the inside wall section 411 is arranged such that it crosses the axial direction or axial direction Z.

Die Außenabdeckung 42 weist einen Außenseitenwandabschnitt 421 auf, der entlang der axialen Richtung Z ausgebildet ist, sowie einen Außenbodenwandabschnitt 422, der an der Spitzen-Endseite des Außenseitenwandabschnitts 421 derart angeordnet ist, dass er die axiale Richtung Z kreuzt. The outer cover 42 has an outer side wall portion 421 on, which is formed along the axial direction Z, and a Outer bottom wall portion 422 standing on the top end side of the outside wall section 421 is arranged such that it crosses the axial direction Z.

Der Innenseitenwandabschnitt 411 enthält eine Innenseitenoberflächenöffnung 51, welche an einer Position ausgebildet ist, die weiter in Richtung der Basis-Endseite liegt, als die der Meß-Elektrode 22. Der Außenseitenwandabschnitt 421 enthält eine Außenseitenoberflächenöffnung 61, welche an einer Position ausgebildet ist, die weiter in Richtung der Spitzen-Endseite liegt, als die Innenseitenoberflächenöffnung 51. Der Innenbodenwandabschnitt 412 enthält eine Innenbodenoberflächenöffnung 52, welche an einer Position ausgebildet ist, die weiter in Richtung der Spitzen-Endseite liegt, als die Meß-Elektrode 22. Der Außenbodenwandabschnitt 422 enthält eine Außenbodenoberflächenöffnung 62, die an einer Position ausgebildet ist, die weiter außen liegend als die Innenbodenoberflächenöffnung 52 angeordnet ist. The inside wall section 411 contains an inside surface opening 51 formed at a position farther toward the base end side than that of the measuring electrode 22 , The outside wall section 421 contains an outside surface opening 61 formed at a position farther toward the tip end side than the inside surface opening 51 , The interior bottom wall section 412 contains an interior bottom surface opening 52 formed at a position farther toward the tip end side than the measuring electrode 22 , The outer bottom wall section 422 contains an exterior bottom surface opening 62 formed at a position farther outward than the inner bottom surface opening 52 is arranged.

Der Gassensor 1 ist derart konfiguriert, dass er einen Gasaustauschindex von 13 bis 80 mg2/s2 aufweist, wenn eine Fluidströmungsanalyse unter den nachfolgenden Bedingungen durchgeführt wird. The gas sensor 1 is configured to have a gas exchange index of 13 to 80 mg 2 / s 2 when fluid flow analysis is performed under the following conditions.

Die besagten Bedingungen sind wie folgt: Der Gassensor 1 ist in einem Gaskanal angeordnet, indem die Strömungsmenge 0,02 kg/s, die Temperatur 625°C, die Dichte 0,393229547 kg/m3, eine Gasviskosität von 3,75223 × 10–5 kg/(m·s), ein Diffusionskoeffizient von 0,000234886 m2/s und eine Strömungsrate von 15,229167 m/s herrschen. The said conditions are as follows: The gas sensor 1 is arranged in a gas channel, the flow rate being 0.02 kg / s, the temperature 625 ° C, the density 0.393229547 kg / m 3 , a gas viscosity of 3.75223 × 10 -5 kg / (m · s), a diffusion coefficient of 0.000234886 m 2 / s and a flow rate of 15.229167 m / s prevail.

Der Gasaustauschindex wird durch das Produkt von Gesamtgaseinströmung von der Außenseitenoberflächenöffnung 61 zu der Außenabdeckung 42 definiert (im Folgenden als "Gesamteinströmung A" bezeichnet), und eine Gesamtgasausströmung von der Innenbodenoberflächenöffnung 52 zu der Außenseite der Innenabdeckung 41 (im Folgenden "Gesamtausströmung B"), wenn eine Fluidströmungsanalyse unter den zuvor erwähnten Bedingungen durchgeführt wird. Im Folgenden wird der Gasaustauschindex vereinfacht mit "Gasaustauschindex E" bezeichnet. The gas exchange index is determined by the product of total gas inflow from the outside surface opening 61 to the outer cover 42 (hereinafter referred to as "total inflow A") and a total gas outflow from the inner bottom surface opening 52 to the outside of the inner cover 41 (hereinafter "total outflow B") when fluid flow analysis is performed under the aforementioned conditions. In the following, the gas exchange index will be referred to simply as "gas exchange index E".

Die Innenbodenoberflächenöffnung 52 ist an dem Innenbodenwandabschnitt 412, welcher orthogonal zu der axialen Richtung Z verläuft, ausgebildet. Hierbei wird unter orthogonal zu der axialen Richtung Z nicht lediglich der Zustand verstanden, bei dem der Winkel, mit dem der Innenbodenwandabschnitt 412 die axiale Richtung Z schneidet, genau 90° beträgt, sondern ebenso der Zustand, bei welchem der Winkel im Wesentlichen orthogonal zu der axialen Richtung Z ist. Beispielsweise kann die Innenbodenoberflächenöffnung 52 in dem Innenbodenwandabschnitt 412 ausgebildet sein, dessen Winkel relativ zu der axialen Richtung Z beispielsweise 88° bis 92° beträgt. The interior floor surface opening 52 is on the inner bottom wall portion 412 , which is orthogonal to the axial direction Z, formed. Here, orthogonal to the axial direction Z is not understood to mean only the state in which the angle at which the inner bottom wall portion 412 the axial direction Z intersects, is exactly 90 °, but also the state in which the angle is substantially orthogonal to the axial direction Z. For example, the inner bottom surface opening 52 in the inner bottom wall portion 412 be formed, whose angle relative to the axial direction Z, for example, 88 ° to 92 °.

Das Sensorelement 2 ist in Becherform ausgebildet, die eine Zylinderform mit einem Boden ist, welcher die Spitzen-Endseite verschließt und bei der die Basis-Endseite geöffnet ist. Das heißt, das Festkörperelektrolyt 21 ist, wie oben erläutert, in einer Becherform, die eine einseitig geschlossene Zylinderform aufweist, ausgebildet. Die Meß-Elektrode 22 ist an der Außenoberfläche des Sensorelements 2 ausgebildet und die Referenz-Elektrode 23 an seiner Innenoberfläche. The sensor element 2 is formed in a cup shape, which is a cylindrical shape with a bottom which closes the tip end side and in which the base end side is opened. That is, the solid electrolyte 21 is, as explained above, formed in a cup shape, which has a one-sided closed cylindrical shape. The measuring electrode 22 is on the outer surface of the sensor element 2 formed and the reference electrode 23 on its inner surface.

Das Festkörperelektrolyt 21 besitzt als Hauptbestandteil Zirkonium. Die Meß Elektrode 22 und die Referenz-Elektrode 23 sind vorzugsweise aus Platin-Gruppenelementen ausgebildet und die vorliegende Ausführungsform ist insbesondere aus Platin ausgebildet. The solid electrolyte 21 has as its main component zirconium. The measuring electrode 22 and the reference electrode 23 are preferably formed of platinum group elements and the present embodiment is formed in particular of platinum.

Die Referenz-Elektrode 23 ist im Wesentlichen über die gesamte Innenoberfläche des Festkörperelektrolyts 21 ausgebildet. Weiter ist die Meß-Elektrode 22 an einem Abschnitt des Festkörperelektrolyts 21 vorgesehen, so dass sie in der Nähe von dessen Spitzen-Endseitenabschnitt lokalisiert ist. Jedoch ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Spitzen-Ende der Meß-Elektrode 22 weiter in Richtung der Basis-Endseite als an der Spitzen-Endseite des Festkörperelektrolyts 21 positioniert. Weiter ist die Meß-Elektrode 22 über den ganzen Umfang des Sensorelements 2 ausgebildet. The reference electrode 23 is essentially over the entire inner surface of the solid electrolyte 21 educated. Next is the measuring electrode 22 at a portion of the solid state electrolyte 21 provided so as to be located near its tip end side portion. However, in the present embodiment, the tip end of the measuring electrode 22 toward the base end side rather than the tip end side of the solid state electrolyte 21 positioned. Next is the measuring electrode 22 over the entire circumference of the sensor element 2 educated.

Die Elementabdeckung 4 ist an dem Spitzen-Endabschnitt des Gehäuses 3 in Flanschabschnitten 413 und 423 an der Basis-Endseite der Elementabdeckung 4 gekrimpt und fixiert. Die Innenabdeckung 41 und die Außenabdeckung 42 sind an das Gehäuse 3 in einem Zustand gekrimpt und fixiert, bei dem deren Flanschabschnitte 413 und 423 einander überlappen. The element cover 4 is at the tip end portion of the housing 3 in flange sections 413 and 423 at the base end side of the element cover 4 crimped and fixed. The inner cover 41 and the outer cover 42 are attached to the case 3 crimped and fixed in a state where the flange portions thereof 413 and 423 overlap each other.

Bei der inneren Abdeckung 41 ist ein geneigter Oberflächenabschnitt 414 zwischen dem Flanschabschnitt 413 und dem Innenwandseitenabschnitt 411 vorgesehen. Die Innenseitenoberflächenöffnung 51 ist an dem Innenseitenwandabschnitt 411 derart ausgebildet, dass sie an einer Position lokalisiert ist, dass sie näher an der Spitzen-Endseite liegt, als der geneigte Oberflächenabschnitt 414. Das heißt, die Innenseitenoberflächenöffnung 51 ist an einer Position zwischen dem geneigten Oberflächenabschnitt 414 und der Meß-Elektrode 22 in der axialen Richtung Z ausgebildet. Wie in 3 gezeigt, sind sechs Innenseitenoberflächenöffnungen 51 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet. At the inner cover 41 is a sloped surface section 414 between the flange portion 413 and the inner wall side portion 411 intended. The inside surface opening 51 is on the inner side wall portion 411 is formed so as to be located at a position closer to the tip end side than the inclined surface portion 414 , That is, the inside surface opening 51 is at a position between the inclined surface portion 414 and the measuring electrode 22 formed in the axial direction Z. As in 3 Shown are six inside surface openings 51 formed at equal intervals in the circumferential direction.

Der Innenbodenwandabschnitt 412 enthält einen orthogonalen planaren bzw. ebenen Abschnitt 415, der orthogonal zu der axialen Richtung Z verläuft, und einen vertieften Abschnitt 416, der um den orthogonalen ebenen Abschnitt 415 derart ausgebildet ist, dass er nach innen vertieft ist und mit dem Innenseitenwandabschnitt 411 verbunden ist. Die Innenbodenoberflächenöffnung 52 ist in dem orthogonalen Ebenenabschnitt 415 des Innenbodenwandabschnitts 412 ausgebildet. Wie in 4 gezeigt, sind drei Innenbodenoberflächenöffnungen 52 in dem orthogonalen Ebenenabschnitt 415 ausgebildet. The interior bottom wall section 412 contains an orthogonal planar section 415 which is orthogonal to the axial direction Z, and a recessed portion 416 , which is around the orthogonal plane section 415 is formed so that it is recessed inwards and with the inner side wall portion 411 connected is. The interior floor surface opening 52 is in the orthogonal plane section 415 of the inner bottom wall portion 412 educated. As in 4 Shown are three interior floor surface openings 52 in the orthogonal plane section 415 educated.

Wie in 1 gezeigt, ist ein Innenseitenwandabschnitt 421 der äußeren Abdeckung 42 derart ausgebildet, dass er von dem Flanschabschnitt 423 in Richtung der Spitzen-Endseite sich erstreckt. Weiter ist ein Außenbodenwandabschnitt 422 derart ausgebildet, dass er mit der Spitzen-Endseite des Außenseitenwandabschnitts 421 verbunden ist und rechtwinklig zu der axialen Richtung Z verläuft. Wie in 1 und 5 gezeigt, sind acht Außenseitenoberflächenöffnungen 61 in einer Position ausgebildet, die näher zu der Spitzen-Endseite liegt, als der Spitzen-Endabschnitt des Sensorelements 2, während sie näher an der Spitzen-Endseite als die Innenseitenoberflächenöffnungen 51 liegen, und in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. As in 1 is an inside wall section 421 the outer cover 42 formed such that it from the flange portion 423 extends in the direction of the tip end side. Next is an outer bottom wall section 422 formed such that it with the tip end side of the outer side wall portion 421 is connected and perpendicular to the axial direction Z extends. As in 1 and 5 shown are eight outside surface openings 61 formed in a position closer to the tip end side than the tip end portion of the sensor element 2 while being closer to the tip end side than the inside surface openings 51 lie, and arranged at equal intervals in the circumferential direction.

Wie in 6 gezeigt, sind acht Außenbodenoberflächenöffnungen 62 in dem Außenbodenwandabschnitt 422 ausgebildet. Wie in 1 und 7 gezeigt, sind all diese Außenbodenoberflächenöffnungen 62 auf einer Außenseite der Innenbodenoberflächenöffnungen 52 ausgebildet. Die Innenbodenoberflächenöffnungen 52, die Außenbodenoberflächenöffnungen 62, die Innenseitenoberflächenöffnungen 51 und die Außenseitenoberflächenöffnungen 61 sind alle kreisförmig. Wie in 1 gezeigt, ist ein Spielraum zwischen dem Innenseitenwandabschnitt 411 und dem Außenseitenwandabschnitt 421 ausgebildet. Ein Spielraum ist ebenso zwischen dem Innenbodenwandabschnitt 412 und dem Außenbodenwandabschnitt 422 ausgebildet. As in 6 There are eight exterior ground surface openings 62 in the outer bottom wall portion 422 educated. As in 1 and 7 All these exterior ground surface openings are shown 62 on an outside of the interior floor surface openings 52 educated. The interior floor surface openings 52 , the outside ground surface openings 62 , the inside surface openings 51 and the outside surface openings 61 are all circular. As in 1 is shown a clearance between the inside wall section 411 and the outside wall portion 421 educated. A clearance is also between the inner bottom wall portion 412 and the outer bottom wall portion 422 educated.

Der Innenseitenwandabschnitt 411 und der Außenseitenwandabschnitt 421 sind im Wesentlichen in zylindrischer Form ausgebildet, und zwar parallel zu der äußeren peripheren Oberfläche des einseitig geschlossenen zylindrischen Sensorelements 2, so dass die Mittelachse der Seitenwandabschnitte 411 und 421 ebenso als Mittelabschnitte des Sensorelements dienen. The inside wall section 411 and the outside wall portion 421 are formed substantially in a cylindrical shape, parallel to the outer peripheral surface of the unilaterally closed cylindrical sensor element 2 such that the central axis of the sidewall sections 411 and 421 also serve as middle portions of the sensor element.

Wie in 2 gezeigt, ist im Inneren des Sensorelements 2 eine Heizvorrichtung 11 zum Erwärmen des Sensorelements 2 angeordnet. Die Heizvorrichtung 11 weist ein Erwärmungssubstrat, das Aluminiumoxid (Al2O3) als Hauptbestandteil enthält, auf und ist im Wesentlichen mit einem Heizelement und einer Leitungsabschnitt (nicht gezeigt) ausgebildet. Das Heizelement und der Leitungsabschnitt enthalten als Hauptbestandteil Wolfram und sind beide aus einem Material hergestellt, welches zumindest Rhenium oder Molybdän enthält. Die Heizvorrichtung 11 weist eine zylindrische Form auf. As in 2 is shown inside the sensor element 2 a heater 11 for heating the sensor element 2 arranged. The heater 11 comprises a heating substrate containing alumina (Al 2 O 3 ) as a main component, and is substantially formed with a heating element and a lead portion (not shown). The heating element and the line section contain tungsten as the main component and are both made of a material containing at least rhenium or molybdenum. The heater 11 has a cylindrical shape.

Der Gassensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein hinterer Gassensor, der stromabwärts von einem katalytischen Filter in dem Abgassystem der Verbrennungsmaschine angeordnet ist. Der Gassensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist vom Grenzstrom-Typ, der einen Grenzstrom in Abhängigkeit von einer spezifischen Gaskonzentration (Sauerstoffkonzentration) in einem zu messenden Gas (Abgas) ausgibt und bei dem eine vorbestimmte Spannung zwischen der Meß-Elektrode 22 und der Referenz-Elektrode 23 angelegt ist. The gas sensor 1 According to the present embodiment, there is a rear gas sensor disposed downstream of a catalytic filter in the exhaust system of the internal combustion engine. The gas sensor 1 According to the present embodiment, the limiting current type outputting a limit current depending on a specific gas concentration (oxygen concentration) in a gas to be measured (exhaust gas) and at which a predetermined voltage between the measuring electrode 22 and the reference electrode 23 is created.

Das heißt, der Gassensor 1 ist in dem Abgassystem einer Fahrzeugmaschine derart angeordnet, dass er stromabwärts von dem katalytischen Filter, der das Abgas reinigt, angeordnet ist. Der Gassensor 1 gibt einen Grenzstrom aus, welcher von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abhängt, das durch den katalytischen Filter hindurchströmt. Er ist so konfiguriert, dass er ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs, das der Verbrennungsmaschine zugeführt wird, basierend auf dem erhaltenen Grenzstrom berechnet, um das berechnete Verhältnis zu dem Maschinensteuerungssystem rückzuführen. That is, the gas sensor 1 is disposed in the exhaust system of a vehicle engine so as to be located downstream of the catalytic filter that cleans the exhaust gas. The gas sensor 1 It outputs a limit current which depends on the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the catalytic filter. It is configured to calculate an air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine based on the obtained limit current to return the calculated ratio to the engine control system.

Als nächstes werden vorteilhafte Effekte der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Next, advantageous effects of the present embodiment will be described.

Der Gassensor 1 ist derart konfiguriert, dass der Gasaustauschindex E, der durch die zuvor erwähnte Fluidströmungsanalyse erhalten wird, 13 bis 80 mg2/s2 beträgt. Mit dieser Konfiguration kann der Gassensor 1 sowohl den Anforderungen nach einer hohen Ansprechempfindlichkeit als auch nach einem hohen Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt genügen. Weitere Details werden im Zusammenhang mit den Experimentalbeispielen 1 bis 3 später beschrieben. The gas sensor 1 is configured such that the gas exchange index E obtained by the aforementioned fluid flow analysis is 13 to 80 mg 2 / s 2 . With this configuration, the gas sensor 1 satisfy both high sensitivity requirements and high fluid adhesion prevention effect. Further details will be described later in connection with Experimental Examples 1 to 3.

Das Sensorelement 2 besitzt eine Becherform, die eine Zylinderform mit Boden ist. Dadurch kann ein Gassensor mit einer hohen Ausgangspräzision erzielt werden. The sensor element 2 has a cup shape, which is a cylinder shape with bottom. Thereby, a gas sensor with a high output precision can be achieved.

Der Gassensor 1 ist ein hinterer bzw. nachgeschalteter Gassensor, der stromabwärts von dem katalytischen Filter in dem Abgassystem der Verbrennungsmaschine angeordnet ist. Somit ist der Pegel für die Ansprechempfindlichkeit und die Höhe des Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekts, die für den Gassensor 1 gefordert sind, besonders hoch, können jedoch mit der zuvor beschriebenen Konfiguration erfüllt werden. The gas sensor 1 is a rear-side gas sensor disposed downstream of the catalytic filter in the exhaust system of the internal combustion engine. Thus, the level for the responsiveness and the level of the liquid adhesion prevention effect that is for the gas sensor 1 are particularly high, but can be met with the configuration described above.

Da der Gassensor 1 vom Grenzstromtyp ist, wird eine hohe Erfassungsgenauigkeit (Genauigkeit des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) erzielt werden. Because the gas sensor 1 of the limiting current type, a high detection accuracy (accuracy of the stoichiometric air-fuel ratio) will be achieved.

Wie zuvor beschrieben kann die vorliegende Ausführungsform einen Gassensor vorsehen, welcher in der Lage ist sowohl den Anforderungen nach einer hohe Ansprechempfindlichkeit als auch nach einen hohen Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt zu genügen. As described above, the present embodiment can provide a gas sensor capable of satisfying both high sensitivity and high liquid adhesion prevention effect.

Zweite Ausführungsform Second embodiment

Wie in 8 bis 14 gezeigt, ist die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel, in welchem die Form einer Elementabdeckung 4 modifiziert worden ist. 8 zeigt lediglich einen Spitzen-Endseiten-Abschnitt der Elementabdeckung 4 bezüglich des Spitzen-Endes eines Gehäuses 3, wobei die Flansche 413 und 423 weggelassen sind. As in 8th to 14 1, the present embodiment is an example in which the shape of an element cover 4 has been modified. 8th only shows a tip end side portion of the element cover 4 with respect to the tip end of a housing 3 , where the flanges 413 and 423 are omitted.

Bei einem Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform sind Außenseitenoberflächen 61 an zwei verschiedenen Abschnitten bezüglich der Achsenrichtung Z in einem Außenseitenwandabschnitt 421 ausgebildet. Das heißt, der Außenseitenwandabschnitt 421 enthält acht äußere Seitenoberflächenöffnungen bzw. Außenseitenoberflächenöffnungen 61, welche nahe an dem Außenbodenwandabschnitt 422 ausgebildet sind und enthält weitere acht Außenseitenoberflächenöffnungen 61 an einer Position, die weiter in Richtung der Basis-Endseite als die ersten acht Außenseitenoberflächenöffnungen 61 liegt. Die acht Außenseitenoberflächenöffnungen 61, die näher an der Spitzen-Endseite gelegen sind, sind weiter auf der Spitzen-Endseite positioniert, als die Innenbodenoberflächenöffnungen 52, und die zweiten acht Außenseitenoberflächenöffnungen 61, die näher an der Basis-Endseite gelegen sind, sind weiter auf der Basis-Endseite positioniert, als die Innenbodenoberflächenöffnungen 52. For a gas sensor 1 In the present embodiment, outer side surfaces are 61 at two different portions with respect to the axial direction Z in an outer side wall portion 421 educated. That is, the outside wall portion 421 includes eight outer side surface openings and outer side surface openings, respectively 61 which are close to the outer bottom wall portion 422 are formed and contains another eight outer side surface openings 61 at a position farther toward the base end side than the first eight outside surface openings 61 lies. The eight outside surface openings 61 which are located closer to the tip end side are positioned further on the tip end side than the inner bottom surface openings 52 , and the second eight outside surface openings 61 which are located closer to the base end side are positioned further on the base end side than the inner bottom surface openings 52 ,

Wie in 9 bis 11 gezeigt, weist eine Innenabdeckung 41 im Wesentlichen die gleiche Form auf, wie bei der ersten Ausführungsform. Die Innenabdeckung 41 enthält Innenseitenoberflächenöffnungen 51, die jeweils eine Mitte an einer Position aufweisen, die 12,9 mm von der Spitzen-Endoberfläche eines Innenbodenwandabschnitts 412 beabstandet ist. Jede Innenseitenoberflächenöffnung 51 ist mit einer 1 mm-Durchmesser-Kreisform ausgebildet. Ferner enthält die Innenabdeckung 41 Innenbodenoberflächenöffnungen 52, die jeweils die Mitte an einer Position aufweisen, die 1,75 mm von der Mittelachse der Innenabdeckung 41 beabstandet sind. Jede Innenbodenoberflächenöffnung 52 ist in einer 1,2 mm-Durchmesser-Kreisform ausgebildet. As in 9 to 11 shown has an inner cover 41 substantially the same shape as in the first embodiment. The inner cover 41 contains inside surface openings 51 each having a center at a position 12.9 mm from the tip end surface of an inner bottom wall portion 412 is spaced. Each inside surface opening 51 is formed with a 1 mm diameter circular shape. Furthermore, the inner cover contains 41 Interior floor surface openings 52 each having the center at a position 1.75 mm from the central axis of the inner cover 41 are spaced. Each interior floor surface opening 52 is formed in a 1.2 mm diameter circular shape.

Wie in 12 bis 14 gezeigt, enthält die Außenabdeckung 42 acht Innenseitenoberflächenöffnungen 61, die näher an der Spitzen-Endseite gelegen sind, die jeweils die Mitte an einer Position aufweisen, die 2 mm von der Spitzen-Endoberfläche eines Außenbodenwandabschnitts 422 entfernt ist, und weitere acht Außenseitenoberflächenöffnungen 61, die näher an der Basis-Endseite gelegen sind, die jeweils die Mitte an einer Position aufweisen, die 5 mm von der Spitzen-Endoberfläche des Außenbodenwandabschnitts 422 beabstandet sind. Jede Außenseitenoberflächenöffnung 61 ist mit einer Kreisform von 2 mm Durchmesser ausgebildet. Ferner enthält die Außenabdeckung 42 Außenbodenoberflächenöffnungen 62, die jeweils die Mitte an einer Position aufweisen, die 3,6 mm von der Mittelachse der Außenabdeckung 42 beabstandet ist. Jede Außenbodenoberflächenöffnung 62 ist in einer 1,2 mm-Durchmesser-Kreisform ausgebildet. As in 12 to 14 shown, contains the outer cover 42 eight inside surface openings 61 located closer to the tip end side each having the center at a position 2 mm from the tip end surface of an outer bottom wall portion 422 is removed, and another eight outside surface openings 61 which are located closer to the base end side, each having the center at a position 5 mm from the tip end surface of the outer bottom wall portion 422 are spaced. Each outside surface opening 61 is formed with a circular shape of 2 mm in diameter. Furthermore, the outer cover contains 42 Outer bottom surface openings 62 each having the center at a position 3.6 mm from the center axis of the outer cover 42 is spaced. Each exterior floor surface opening 62 is formed in a 1.2 mm diameter circular shape.

Der Rest der Basiskonfiguration ist ähnlich zu der der ersten Ausführungsform. Der Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist ebenso derart konfiguriert, dass der Gasaustauschindex G, der durch die zuvor erwähnte Fluidströmungsanalyse erhalten wird, 13 bis 80 mg2/s2 beträgt. Soweit nicht anders bezeichnet, bezeichnen die Bezugszeichen, die bei der vorliegenden Ausführungsform oder den Zeichnungen, die diese Ausführungsform betreffen, verwendet werden, die gleichen Bestandteile wie die der ersten Ausführungsform. The rest of the basic configuration is similar to that of the first embodiment. The gas sensor 1 The present embodiment is also configured such that the gas exchange index G obtained by the aforementioned fluid flow analysis is 13 to 80 mg 2 / s 2 . Unless otherwise indicated, the reference numerals used in the present embodiment or the drawings relating to this embodiment denote the same components as those of the first embodiment.

Durch Ausführen von Experimenten mit den Experimentalbeispielen 1, 2 und 3, welche später beschrieben werden, für den Gassensor 1 der vorliegenden Erfindung konnten folgende Werte als spezifische Daten erhalten werden. Das heißt, ein Gasaustauschindex E betrug 42,1 mg2/s2, eine durchschnittliche Austauschzeit T1 betrug 280 ms, eine durchschnittliche Ansprechzeit T2 betrug 692 ms und eine Fläche mit Wasseradhäsionsspuren betrug 2,3 mm2. Somit ist der Gassensor der vorliegenden Erfindung in der Lage, sowohl eine ausreichend hohe Anspruchsempfindlichkeit als auch einen ausreichenden Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt aufzuweisen. By carrying out experiments with Experimental Examples 1, 2 and 3, which will be described later, for the gas sensor 1 In the present invention, the following values could be obtained as specific data. That is, a gas exchange Index E was 42.1 mg 2 / s 2, an average replacement time T1 was 280 ms, an average response time of 692 ms and T2 with a surface Wasseradhäsionsspuren was 2.3 mm 2. Thus, the gas sensor of the present invention is capable of having both a sufficiently high sensitivity of response and a sufficient fluid adhesion prevention effect.

(Erstes Experimentalbeispiel) (First Experimental Example)

Wie in 15 bis 17 gezeigt, ist eine Fluidströmungsanalyse bei dem vorliegenden Beispiel für den Gassensor 10 mit im Wesentlichen der gleichen Basiskonfiguration wie der Gassensor der ersten und zweiten Ausführungsformen durchgeführt worden. Eine Mehrzahl von Gassensoren 10 wurden bezüglich der Form der Innenabdeckung 41 und der Außenabdeckung 42, sowie in der Position, Größe, Anzahl oder dergleichen der Innenseitenoberflächenöffnungen 51, der Innenbodenoberflächenöffnungen 52, der Außenseitenoberflächenöffnungen 61 und der Außenbodenoberflächenöffnungen 62 verändert. Ohne anderslautende Angabe bezeichnen Bezugszeichen, die bei dem vorliegenden Beispiel oder in den sich auf das vorliegende Beispiel beziehende Zeichnungen die gleichen Bestandteile wie die bei der ersten Ausführungsform. As in 15 to 17 2 is a fluid flow analysis in the present example of the gas sensor 10 has been performed with substantially the same basic configuration as the gas sensor of the first and second embodiments. A plurality of gas sensors 10 were regarding the shape of the inner cover 41 and the outer cover 42 , as well as the position, size, number or the like of the inside surface openings 51 , the interior floor surface openings 52 , the outside side surface openings 61 and the outside ground surface openings 62 changed. Unless otherwise indicated, reference numerals denote the same components as those in the first embodiment in the present example or in the drawings relating to the present example.

Wie in 15 und 16 gezeigt, wurde mit einem Gassensor 10, der in einer Abgasleitung 71 angeordnet ist, eine Computersimulation zur Analyse der Strömung eines Gases (Fluids), das die Abgasleitung 71 passiert, durchgeführt, wobei das Gas als vollständig verbrannt angenommen wurde. In 15 und 16 bezeichnet der Pfeil G eine Gasströmung in der Abgasleitung 71. As in 15 and 16 shown was with a gas sensor 10 who is in an exhaust pipe 71 is arranged, a computer simulation for analyzing the flow of a gas (fluid) containing the exhaust pipe 71 happened, the gas was assumed to be completely burned. In 15 and 16 the arrow G denotes a gas flow in the exhaust pipe 71 ,

Das heißt, die Fluidströmungsanalyse wurde unter den Bedingungen durchgeführt, dass der Gassensor 10 in einem Gaskanal angeordnet war (also innerhalb der Abgasleitung 71), in welchem folgende Bedingungen geherrscht haben: die Strömungsmenge betrug 0,02 kg/s, die Temperatur betrug 625°C, die Dichte betrug 0,393229547 kg/m3, die Gasviskosität betrug 3,75223 × 10–5 kg/(m·s), der Diffusionskoeffizient betrug 0,000234886 m2/s und die Strömungsrate betrug 15,119167 m/s. That is, the fluid flow analysis was performed under the conditions that the gas sensor 10 was arranged in a gas channel (ie within the exhaust pipe 71 ) in which the following conditions prevailed: the flow rate was 0.02 kg / s, the temperature was 625 ° C, the density was 0.393229547 kg / m 3 , the gas viscosity was 3.75223 × 10 -5 kg / ( m · s), the diffusion coefficient was 0.000234886 m 2 / s and the flow rate was 15.119167 m / s.

In dem Gaskanal wurden die Gasbedingungen für den Fall erwartet, bei dem das Gas vollständig verbrannt worden ist. Genauer gesagt wurde das Gas als ein Luft/Kraftstoff-Gemisch mit einem Bestandteilsverhältnis (Volumenverhältnis) von N2:H20:CO2 = 39:8:7 angenommen. Die physikalischen Eigenschaftswerte der Gaskomponenten wurden proportional zu dem Verhältnis multipliziert, um eine Dichte von 0,393229547 kg/m3, eine Gasviskosität von 3,75223 × 10–5 kg/(m·s) und einen Diffusionskoeffizienten von 0,000234886 m2/s des Luft/Kraftstoffgemischs zu erhalten. In the gas channel, the gas conditions were expected in the case where the gas was completely burned. More specifically, the gas was assumed to be an air-fuel mixture having a constituent ratio (volume ratio) of N 2 : H 2 O: CO 2 = 39: 8: 7. The physical property values of the gas components were multiplied in proportion to the ratio to have a density of 0.393229547 kg / m 3 , a gas viscosity of 3.75223 × 10 -5 kg / (m · s), and a diffusion coefficient of 0.000234886 m 2 / s of the air / fuel mixture to obtain.

Die Abgasleitung 71 weist eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser von 5,8 mm und einer Länge von 106 mm auf. Der Gassensor 10 war in der Mitte der Längsrichtung der Abgasleitung 71 angeordnet. In diesem Fall war der Gassensor 10 so angeordnet, dass er um 20,6 mm von der Innenoberfläche der Abgasleitung 21 in Richtung der Mittelachse des Gaskanals hervorragte. Die Gasströmung in der Nähe der Elementabdeckung 4 wurde analysiert, wenn das Gas von einem Ende zu dem anderen durch die Abgasleitung 71 passiert ist. The exhaust pipe 71 has a cylindrical shape with an inner diameter of 5.8 mm and a length of 106 mm. The gas sensor 10 was in the middle of the longitudinal direction of the exhaust pipe 71 arranged. In this case, the gas sensor was 10 arranged so that it is 20.6 mm from the inner surface of the exhaust pipe 21 projected in the direction of the central axis of the gas channel. The gas flow near the element cover 4 was analyzed when the gas from one end to the other through the exhaust pipe 71 has happened.

Mittels der Fluidströmungsanalyse wurde die Gesamteinströmung A des Gases von den Außenseitenoberflächenöffnungen 61 in die Außenabdeckung 42 und die gesamte Ausströmung B des Gases von den Innenbodenoberflächenöffnungen 52 zu der Außenseite der Innenabdeckung erzielt. Ferner wurde durch die Fluidströmungsanalyse eine durchschnittliche Gasaustauschzeit T1 zwischen zwei spezifischen Abschnitten 221 und 222 auf der Oberfläche der Meß-Elektrode 22 des Gassensors 10 erzielt bzw. erhalten. Hierbei bezieht sich der Ausdruck "durchschnittliche Austauschzeit T1" auf einen Durchschnitt der Gasaustauschzeit, welche für den spezifischen Abschnitt 221 stromaufwärts des Gases und den spezifischen Abschnitt 222 stromabwärts des Gases auf der Oberfläche der Meß-Elektrode 22 berechnet wurde. Der Ausdruck "Austauschzeit" ist als die Zeit definiert, die benötigt wird, das Gas um 63 Vol% in jeder der spezifischen Abschnitte 221 und 222 auszutauschen. Die spezifischen Abschnitte 221 und 222 sind Würfelbereiche von 0,5 mm Kantenlänge, die an Positionen vorgesehen sind, die um 3,75 mm bis 4,25 mm von dem Spitzen-Ende des Sensorelements 2 beabstandet sind, umso näher an der Basis-Endseite angeordnet zu sein. By means of the fluid flow analysis, the total inflow A of the gas from the outside surface openings became 61 in the outer cover 42 and the total outflow B of the gas from the inner bottom surface openings 52 achieved to the outside of the inner cover. Further, by the fluid flow analysis, an average gas exchange time T1 between two specific sections 221 and 222 on the surface of the measuring electrode 22 of the gas sensor 10 achieved or obtained. Here, the term "average replacement time T1" refers to an average of the gas exchange time used for the specific section 221 upstream of the gas and the specific section 222 downstream of the gas on the surface of the measuring electrode 22 was calculated. The term "replacement time" is defined as the time required for the gas to be 63% by volume in each of the specific sections 221 and 222 exchange. The specific sections 221 and 222 are cube areas of 0.5 mm edge length, which are provided at positions that are 3.75 mm to 4.25 mm from the tip end of the sensor element 2 are spaced so as to be closer to the base end side.

Es wird erwartet, dass der Gassensor 10 mit einer kürzeren durchschnittlichen Austauschzeit T1 eine größere Ansprechempfindlichkeit aufweist. Analysen des vorliegenden Beispiels sind in 17 gezeigt. Die horizontale Achse des Graphen, der in 17 gezeigt ist, zeigt den Gasaustauschindex E an, welcher ein Produkt aus der Gesamteinströmung A und der Gesamtausströmung B ist. Die vertikale Achse des Graphen zeigt die durchschnittliche Austauschzeit T1 an. It is expected that the gas sensor 10 with a shorter average replacement time T1 has a greater responsiveness. Analyzes of the present example are in 17 shown. The horizontal axis of the graph that is in 17 is shown, indicates the gas exchange index E, which is a product of the total inflow A and the total outflow B. The vertical axis of the graph indicates the average replacement time T1.

Wie aus 17 ersichtlich, wird der Gasaustauschindex E umso größer, je kürzer die durchschnittliche Austauschzeit T1 wird. Wenn der Gasaustauschindex E niedriger als 13 mg2/s2 wird, wird die durchschnittliche Austauschzeit T1 länger und überschreitet 450 ms (Millisekunden). Wenn der Gasaustauschindex E größer oder gleich 20 mg2/s2 wird, verringert sich die durchschnittliche Austauschzeit T1 auf 350 ms oder weniger. How out 17 As can be seen, the gas exchange index E increases the shorter the average replacement time T1 becomes. When the gas exchange index E becomes lower than 13 mg 2 / s 2 , the average replacement time T1 becomes longer and exceeds 450 ms (milliseconds). When the gas exchange index E becomes equal to or greater than 20 mg 2 / s 2 , the average replacement time T1 decreases to 350 ms or less.

Aus diesen Analysen wird geschlossen, dass die Ansprechzeit des Gassensors verringert ist, wenn der Gasaustauschindex E nicht weniger als 13 mg2/s2 beträgt, und dass die Ansprechzeit des Gassensors sich weiter verringert, wenn der Gasaustauschindex E nicht weniger als 20 mg2/s2 ist. From these analyzes, it is concluded that the response time of the gas sensor is lowered when the gas exchange index E is not less than 13 mg 2 / s 2 , and that the response time of the gas sensor is further reduced when the gas exchange index E is not less than 20 mg 2 / s 2 is.

(Zweites Experimentalbeispiel) (Second Experimental Example)

Wie in 18 gezeigt, ist eine Auswertung bei der vorliegenden Ausführungsform hinsichtlich der Anspruchsempfindlichkeit von verschiedenen Gassensoren mit im Wesentlichen gleicher Basiskonfiguration, wie der des Gassensors 1 der ersten und zweiten Ausführungsformen durchgeführt worden, wobei die Gassensoren in einer tatsächlichen Maschinenabgasleitung angeordnet worden sind. Soweit nicht anders angegeben, bezeichnen Bezugszeichen, die bei dem vorliegenden Beispiel oder der darauf bezogenen Zeichnungen verwendet werden, die gleichen Bestandteile, wie bei der ersten Ausführungsform. As in 18 is an evaluation in the present embodiment regarding the sensitivity of various gas sensors having substantially the same basic configuration as that of the gas sensor 1 of the first and second embodiments, wherein the gas sensors have been arranged in an actual engine exhaust pipe. Unless otherwise indicated, reference numerals used in the present example or the related drawings denote the same components as in the first embodiment.

Bei dem Experiment wurde jeder der Gassensoren in einer Abgasleitung einer Vier-Reihen-Zylindermaschine mit 2,5 l Hubraum angeordnet. Die Maschine wurde bei einer Drehzahl von 1000 U/min betrieben. Anschließend wurde eine Bedingung erzeugt, bei der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F eines Luft/Kraftstoff-Gemischs, das der Maschine zugeführt worden ist, 14 betrug, mehrmals mit einer Bedingung abgewechselt, bei der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F von 15 erzeugt worden ist. der Gassensor war auf eine Elementtemperatur von 750°C eingestellt. In the experiment, each of the gas sensors was placed in an exhaust pipe of a 2.5 liter four-cylinder cylinder engine. The machine was operated at a speed of 1000 rpm. Subsequently, a condition was generated in which an air-fuel ratio A / F of an air-fuel mixture supplied to the engine was 14, alternated several times with a condition where an air-fuel ratio A / F of 15 has been generated. the gas sensor was set to an element temperature of 750 ° C.

Hierbei wurde ein A/F-Wert, der durch den Gassensor tatsächlich gemessen wurde, erzielt. Das heißt, wie bei der Kurve L1 in 19 gezeigt, wurde, wenn ein Maschinen-Luft/Kraftstoffverhältnis von 14 auf 15 zum Zeitpunkt T1 geändert wurde, die Zeit gemessen, um die Zeit zu finden, die von T1 bis zu dem Zeitpunkt benötigt wurde, wenn der A/F-Wert, der durch die Kurve L2 angezeigt wird, und durch den Gassensor gemessen worden ist, sich um 63% während des Übergangs von 14 nach 15 erhöht hat (d.h. der Zeitpunkt, wenn der A/F-Wert 14,63 erreicht hat). Anschließend wurde die Zeitverzögerung zwischen der gemessenen Zeit und T1 als eine Ansprechzeit ΔT1 berechnet. Here, an A / F value actually measured by the gas sensor was obtained. That is, as in the curve L1 in FIG 19 For example, when an engine air / fuel ratio was changed from 14 to 15 at time T1, the time was measured to find the time required from T1 to when the A / F value, the is indicated by the curve L2 and measured by the gas sensor has increased by 63% during the transition from 14 to 15 (ie, the time when the A / F value has reached 14.63). Subsequently, the time delay between the measured time and T1 was calculated as a response time ΔT1.

Weiter wurde eine Zeit, ausgehend von dem A/F-Wert (Kurve L2), der durch den Gassensor gemessen worden ist, sich um 63% von 15 nach 14 nach dem Zeitpunkt T2 verändert hat (die Zeit, die nötig war, bis der A/F-Wert auf 14,37 abgesunken ist) gemessen, wenn bzw. nachdem das Maschinen-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Kurve L1) von 14 nach 15 zum Zeitpunkt T2 verändert wurde. Anschließend wurde die Zeitverzögerung zwischen der gemessenen Zeit und dem Zeitpunkt T2 als die Ansprechzeit ΔT2 berechnet. Further, a time from the A / F value (curve L2) measured by the gas sensor has been changed by 63% from 15 to 14 after the time T2 (the time required until the time) A / F value has dropped to 14.37) measured when or after the engine air / fuel ratio (curve L1) has been changed from 14 to 15 at time T2. Subsequently, the time delay between the measured time and the time T2 was calculated as the response time ΔT2.

Durch Wiederholung dieser Berechnungen wurde anschließend eine durchschnittliche Ansprechzeit T2 für jeden Gassensor basierend auf den berechneten Durchschnittswerten der Vielzahl von Ansprechzeiten ΔT1 und der Vielzahl von Ansprechzeiten ΔT2 erhalten. By repeating these calculations, an average response time T2 for each gas sensor was then obtained based on the calculated average values of the plurality of response times ΔT1 and the plurality of response times ΔT2.

Ähnlich wie bei dem ersten experimentellen Beispiel wies die Mehrzahl der Gassensoren Abweichungen in der Form der Innenabdeckung 41 und der Außenabdeckung 42 auf, sowie in der Position, der Größe, der Anzahl und dergleichen der Innenseitenoberflächenöffnungen 51, der Innenbodenoberflächenöffnungen 52, der Außenseitenoberflächenöffnungen 61 und der Außenbodenoberflächenöffnungen 62. Der Gasaustauschindex E wurde durch die oben beschriebene Gasströmungsanalyse erhalten. Similar to the first experimental example, the majority of the gas sensors had deviations in the shape of the inner cover 41 and the outer cover 42 on, as well as in the position, the size, the number and the like of the inside surface openings 51 , the interior floor surface openings 52 , the outside side surface openings 61 and the outside bottom surface openings 62 , The gas exchange index E was obtained by the gas flow analysis described above.

Die Messungen bei dem vorliegenden Beispiel sind in der 18 gezeigt. Wie aus der 18 ersichtlich, wird der Gasaustauschindex E umso größer, je kürzer die durchschnittliche Austauschzeit T2 wird. Diese Tendenz ist im Wesentlichen ähnlich zu der Beziehung zwischen dem Gasaustauschindex E und der durchschnittlichen Austauschzeit T1, die bei den Ergebnissen (17) des ersten experimentellen Beispiels erhalten wurden. The measurements in the present example are in 18 shown. Like from the 18 As can be seen, the gas exchange index E increases the shorter the average exchange time T2 becomes. This tendency is substantially similar to the relationship between the gas exchange index E and the average exchange time T1, which in the results ( 17 ) of the first experimental example.

Wenn der Gasaustauschindex E kleiner als 13 mg2/s2 wird, wird die durchschnittliche Austauschzeit T2 größer und übersteigt 730 ms (Millisekunden). Wenn der Gasaustauschindex E größer oder gleich 20 mg2/s2 wird, kann die durchschnittliche Austauschzeit T2 auf 700 ms oder weniger verringert werden. When the gas exchange index E becomes smaller than 13 mg 2 / s 2 , the average replacement time T2 becomes larger and exceeds 730 ms (milliseconds). When the gas exchange index E becomes equal to or greater than 20 mg 2 / s 2 , the average replacement time T2 can be reduced to 700 ms or less.

Die experimentellen Ergebnisse des vorliegenden Beispiels sind im Wesentlichen konsistent mit dem Rückschluss der Analyse des ersten experimentellen Beispiels. Das heißt, es konnte aus dem vorliegenden Beispiel bestätigt werden, dass die Ansprechzeit des Gassensors verringert werden kann, wenn der Gasaustauschindex E nicht weniger als 13 mg2/s2 beträgt und die Ansprechzeit des Gassensors kann weiter verringert werden, wenn der Gasaustauschindex E nicht weniger als 20 mg2/s2 beträgt. The experimental results of the present example are essentially consistent with the conclusion of the analysis of the first experimental example. That is, it could be confirmed from the present example that the response time of the gas sensor can be reduced when the gas exchange index E is not less than 13 mg 2 / s 2 and the response time of the gas sensor can be further reduced if the gas exchange index E is not less than 20 mg 2 / s 2 .

(Drittes Experimentalbeispiel) (Third Experimental Example)

Wie in 20 gezeigt, wurde der Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt des Gassensors bei der vorliegenden Ausführungsform evaluiert. Zunächst wurden ähnlich zu dem zweiten experimentellen Beispiel eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von Gassensoren vorbereitet, die sich hinsichtlich der Form der Innenabdeckung 41 und der Außenabdeckung 42 sowie bei der Position, Größe und Anzahl oder dergleichen der Innenseitenoberflächenöffnungen 51, der Innenbodenoberflächenöffnungen 52, der Außenseitenoberflächenöffnungen 61 und der Außenbodenoberflächenöffnungen 62 unterschieden haben. Anschließend wurde ein Experiment für die Flüssigkeitsadhäsion (Wasseradhäsion) für diese Gassensoren durchgeführt. As in 20 In the present embodiment, the liquid adhesion prevention effect of the gas sensor was evaluated. First, similar to the second experimental example, a plurality of gas sensors having the shape of the inner cover were prepared 41 and the outer cover 42 and the position, size and number or the like of the inside surface openings 51 , the interior floor surface openings 52 , the outside side surface openings 61 and the outside bottom surface openings 62 have distinguished. Subsequently, an experiment for liquid adhesion (water adhesion) was performed for these gas sensors.

Das Flüssigkeitsadhäsionsexperiment wurde durch das folgende Prozedere, bei dem das Verfahren des Flüssigkeitsadhäsionsbestätigungstests, der im Detail in JP 2007-225592 A beschrieben ist, durchgeführt. Das heißt, der Gassensor wurde in einer Leitung angeordnet, die relativ zu der Horizontalebene geneigt ist. Anschließend wurde Luft, die Wassertröpfchen enthielt, mehrmals von einem Öffnungsabschnitt am oberen Ende der Leitung unter Verwendung einer Einspritzmaschine injiziert. Hierbei wurde eine Messung für die Wasseradhäsionsspurenfläche des Sensorelements 2, der in dem Gassensor eingebaut ist, durchgeführt. The liquid adhesion experiment was carried out by the following procedure, in which the method of the liquid adhesion confirmation test described in detail in U.S. Pat JP 2007-225592 A is described performed. That is, the gas sensor has been arranged in a duct that is inclined relative to the horizontal plane. Subsequently, air containing water droplets was injected several times from an opening portion at the top of the pipe using an injection molding machine. Here, a measurement was made for the water adhesion trace area of the sensor element 2 performed in the gas sensor performed.

Die Ergebnisse des Experiments sind in 20 gezeigt. Wie aus 20 ersichtlich, erhöht sich die Wasseradhäsionsspurenfläche auf ungefähr 30 mm2, wenn der Gasaustauschindex E 80 mg2/s2 überschreitet. Wenn der Gasaustauschindex E 72 mg2/s2 oder weniger beträgt, kann die Wasseradhäsionsspurenfläche auf 20 mm2 oder weniger verringert werden. Wie aus diesen Ergebnissen ersichtlich, ist es erforderlich, den Gasaustauschindex auf 80 mg2/s2 oder weniger einzustellen, um einen ausreichenden Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt bei der Elementabdeckung 4 zu erhalten. Ebenso ist es offensichtlich, dass, wenn der Gasaustauschindex E auf 72 mg2/s2 oder weniger eingestellt wird, der Flüssigkeitsadhäsionsverhinderungseffekt weiter verbessert werden kann. The results of the experiment are in 20 shown. How out 20 As can be seen, the water adhesion trace area increases to approximately 30 mm 2 when the gas exchange index E exceeds 80 mg 2 / s 2 . When the gas exchange index E is 72 mg 2 / s 2 or less, the water adhesion trace area can be reduced to 20 mm 2 or less. As can be seen from these results, it is necessary to set the gas exchange index to 80 mg 2 / s 2 or less in order to obtain a sufficient liquid adhesion preventing effect on element coverage 4 to obtain. Also, it is obvious that when the gas exchange index E is set to 72 mg 2 / s 2 or less, the liquid adhesion prevention effect can be further improved.

Die vorhergehenden Ausführungsformen haben einen Gassensor beschrieben, der mit einem Sensorelement in einer Becherform, d.h. mit einer einseitig verschlossenen zylindrischen Form, vorgesehen. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch ebenso auf einen Gassensor angewendet werden, der mit einem Sensorelement vorgesehen ist, bei welchem eine weitere Schicht auf dem Festkörperelektrolyt in einer plattenartigen Form laminiert ist. The foregoing embodiments have described a gas sensor provided with a sensor element in a cup shape, i. with a cylindrical shape closed on one side. However, the present disclosure can also be applied to a gas sensor provided with a sensor element in which another layer is laminated on the solid electrolyte in a plate-like shape.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Gassensor  gas sensor
22
Sensorelement  sensor element
2121
Festkörperelektrolyt  Solid electrolyte
2222
Meß-Elektrode  Measurement electrode
2323
Referenz-Elektrode  Reference electrode
33
Gehäuse  casing
44
Elementabdeckung  element cover
4141
Innenabdeckung  undercover
4242
Außenabdeckung  outer cover
411411
Innenseitenwandabschnitt  Inner side wall section
412412
Innenbodenwandabschnitt  Interior bottom wall portion
421421
Außenseitenwandabschnitt  Exterior wall section
422422
Außenbodenwandabschnitt  Outer bottom wall portion
5151
Innenseitenoberflächenöffnung  Inside surface opening
5252
Innenbodenoberflächenöffnung  Inside bottom surface opening
6161
Außenseitenoberflächenöffnung  Exterior surface opening
6262
Außenbodenoberflächenöffnung  Outer bottom surface opening
ZZ
Axialrichtung  axially

Claims (6)

Gassensor (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (1) aufweist: ein Sensorelement (2), das ein Festkörperelektrolyt (21) mit Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit enthält, sowie eine Meß-Elektrode (22) und eine Referenz-Elektrode (23), die auf einer ersten Oberfläche bzw. einer anderen Oberfläche des Festkörperelektrolyts (21) vorgesehen sind; ein Gehäuse (3), in welchem das Sensorelement (2) eingefügt ist, und eine Elementabdeckung (4), die an einer Spitzen-Endseite des Gehäuses (3) angeordnet ist, wobei: die Elementabdeckung (4) eine Innenabdeckung (41) aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie den Spitzen-Endabschnitt des Sensorelements (2) von der Außenumfangsseite und von der Spitzen-Endseite her abdeckt, und eine Außenabdeckung (42), die angeordnet ist, um die Innenabdeckung von der Außenumfangsseite und der Spitzen-Endseite her abzudecken; die Innenabdeckung (41) einen Innenseitenwandabschnitt (411) aufweist, der entlang der Axialrichtung (Z) ausgebildet ist, und einen Innenbodenwandabschnitt (412) aufweist, der an einer Spitzen-Endseite des Innenseitenwandabschnitts (411) derart angeordnet ist, dass er die Axialrichtung (Z) kreuzt; die Außenabdeckung (42) einen Außenseitenwandabschnitt (421) aufweist, der entlang der Axialrichtung (Z) ausgebildet ist, und einen Außenbodenwandabschnitt (422) aufweist, der an einer Spitzen-Endseite des Außenwandseitenabschnitts (421) derart angeordnet ist, dass er die Axialrichtung (Z) kreuzt; der Innenseitenwandabschnitt (411) mit einer Innenseitenoberflächenöffnung (51) vorgesehen ist, welche so ausgebildet ist, dass sie weiter auf einer Basis-Endseite positioniert ist, als die Messeelektrode (22); der Außenseitenwandabschnitt (421) mit einer Außenseitenoberflächenöffnung (61) vorgesehen ist, welche so ausgebildet ist, dass sie weiter zur Spitzen-Endseite hin positioniert ist, als die Innenseitenoberflächenöffnung (51); der Innenbodenwandabschnitt (412) mit einer Innenbodenoberflächenöffnung (52) vorgesehen ist, welche so ausgebildet ist, dass sie weiter zur Spitzen-Endseite hin positioniert ist, als die Meß-Elektrode (22); der Außenbodenwandabschnitt (422) mit einer Außenbodenoberflächenöffnung (62) vorgesehen ist, welche so ausgebildet ist, dass sie auf einer Außenseite der Innenbodenoberflächenöffnung (52) positioniert ist; und der Gassensor (1) derart konfiguriert ist, dass ein Gasaustauschindex 13 bis 80 mg2/s2 beträgt, wenn eine Fluidströmungsanalyse unter der Bedingung durchgeführt wurde, dass der Gassensor (1) in einem Gaskanal angeordnet ist, in dem eine Strömungsmenge von 0,02 kg/s, eine Temperatur von 625°C, eine Dichte von 0,393229547 kg/m2, eine Gasviskosität von 3,75223 × 10–5 kg/(m·s), ein Diffusionskoeffizient von 0,000234886 m2/s und eine Strömungsrate von 15,119167 m/s herrschen, wobei der Gasaustauschindex als das Produkt von einer gesamten Gaseinströmung von der Außenseitenoberflächenöffnung (61) zu der Außenabdeckung (42) und von einer Gesamtgasausströmung von der Innenbodenoberflächenöffnung (52) zu der Außenseite der Innenabdeckung (41) definiert ist.Gas sensor ( 1 ), characterized in that the gas sensor ( 1 ): a sensor element ( 2 ), which is a solid electrolyte ( 21 ) containing oxygen-ion conductivity, and a measuring electrode ( 22 ) and a reference electrode ( 23 ) on a first surface or another surface of the solid electrolyte ( 21 ) are provided; a housing ( 3 ), in which the sensor element ( 2 ), and an element cover ( 4 ) located on a tip end side of the housing ( 3 ), wherein: the element cover ( 4 ) an inner cover ( 41 ), which is arranged such that it the tip end portion of the sensor element ( 2 ) from the outer peripheral side and from the tip end side, and an outer cover ( 42 ) disposed to cover the inner cover from the outer peripheral side and the tip end side; the inner cover ( 41 ) an inner sidewall portion ( 411 ) formed along the axial direction (Z) and an inner bottom wall portion (FIG. 412 ), which at a tip end side of the inner side wall portion ( 411 ) is arranged such that it crosses the axial direction (Z); the outer cover ( 42 ) an outer side wall portion ( 421 ) formed along the axial direction (Z) and an outer bottom wall portion (FIG. 422 ) provided on a tip end side of the outer wall side portion (FIG. 421 ) is arranged such that it crosses the axial direction (Z); the inside wall section ( 411 ) with an inside surface opening ( 51 ) which is designed to be further positioned on a base end side than the measuring electrode (FIG. 22 ); the outside wall section ( 421 ) having an outer side surface opening ( 61 ) which is formed so as to be positioned farther toward the tip end side than the inner side surface opening (FIG. 51 ); the inner bottom wall section ( 412 ) with an interior bottom surface opening ( 52 ), which is designed so that it is positioned further towards the tip end side than the measuring electrode (FIG. 22 ); the outer bottom wall section ( 422 ) having an exterior bottom surface opening ( 62 ) which is designed to be located on an outer side of the inner bottom surface opening ( 52 ) is positioned; and the gas sensor ( 1 ) is configured such that a gas exchange index is 13 to 80 mg 2 / s 2 when a fluid flow analysis is performed under the condition that the gas sensor ( 1 ) is arranged in a gas channel in which a flow rate of 0.02 kg / s, a temperature of 625 ° C, a density of 0.393229547 kg / m 2 , a gas viscosity of 3.75223 × 10 -5 kg / ( m · s), a diffusion coefficient of 0.000234886 m 2 / s and a flow rate of 15.119167 m / s, the gas exchange index being the product of a total gas inflow from the outside surface opening (FIG. 61 ) to the outer cover ( 42 ) and a total gas outflow from the inner bottom surface opening (FIG. 52 ) to the outside of the inner cover ( 41 ) is defined. Gassensor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (1) derart konfiguriert ist, dass der Gasaustauschindex 20 bis 72 mg2/s2 beträgt. Gas sensor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the gas sensor ( 1 ) is configured such that the gas exchange index is 20 to 72 mg 2 / s 2 . Gassensor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbodenoberflächenöffnung (52) in dem Innenbodenwandabschnitt (412) orthogonal zu der Axialrichtung (Z) ausgebildet ist.Gas sensor ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the inner bottom surface opening ( 52 ) in the inner bottom wall section ( 412 ) is formed orthogonal to the axial direction (Z). Gassensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) in einer Becherform ausgebildet ist, die im Wesentlichen einer Zylinderform mit Boden folgt, welche an einer Spitzen-Endseite geschlossen ist und an einer Basis-Endseite geöffnet ist. Gas sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor element ( 2 ) is formed in a cup shape substantially following a bottomed cylinder shape closed at a tip end side and opened at a base end side. Gassensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (1) ein hinterer Gassensor ist, der stromabwärts von einem katalytischen Filter in einem Abgassystem einer Verbrennungsmaschine angeordnet ist. Gas sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gas sensor ( 1 ) is a rear gas sensor disposed downstream of a catalytic filter in an exhaust system of an internal combustion engine. Gassensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (1) vom Grenzstromtyp ist, der abhängig von einer spezifischen Gaskonzentration in einem zu messenden Gas einen Grenzstrom ausgibt, wobei eine vorbestimmte Spannung über der Meß-Elektrode (22) und der Referenz-Elektrode (23) anliegt. Gas sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the gas sensor ( 1 ) is of the limiting current type, which outputs a limiting current depending on a specific gas concentration in a gas to be measured, wherein a predetermined voltage across the measuring electrode ( 22 ) and the reference electrode ( 23 ) is present.
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