DE112015003306B4

DE112015003306B4 - Gassensor

Info

Publication number: DE112015003306B4
Application number: DE112015003306.8T
Authority: DE
Inventors: Kengo Toguchi; Masatake Nakamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: WO2016009929A1; JP6233223B2; US10429339B2; DE112015003306B9; DE112015003306T5; JP2016023985A; US20170212072A1

Abstract

Gassensor (1) mit:einem becherförmigen Elektrolytfestkörper (2), der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit besitzt und bei dem eine Spitze eines röhrenförmigen Außenumfangsabschnitts (23) geschlossen ist;einer Elektrode (21) auf einer Seite eines gemessenen Gases, die auf einer Außenumfangsoberfläche (201) des Außenumfangsabschnitts (23) angeordnet ist;einer Elektrode (22) auf einer Seite eines Bezugsgases, die auf einer Innenumfangsoberfläche (202) des Außenumfangsabschnitts (23) angeordnet ist;einem Heizer (3), der auf einer Innenumfangsseite des Elektrolytfestkörpers (2) angeordnet ist, zum Heizen des Elektrolytfestkörpers (2);einem Gehäuse (4) zum Halten des Elektrolytfestkörpers (2); undeiner Abdeckung (5), die an dem Gehäuse (4) befestigt ist, zum Abdecken des Elektrolytfestkörpers (2), wobeidie Abdeckung (5) einen Abdeckungsabschnitt (51) eines großen Durchmessers, der auf einer Außenumfangsseite des Elektrolytfestkörpers (2) positioniert ist, einen Abdeckungsabschnitt (52) eines kleinen Durchmessers, der benachbart zu einer Spitzenseite des Abdeckungsabschnitts (51) eines großen Durchmessers positioniert ist und hinsichtlich eines Durchmessers kleiner als der Abdeckungsabschnitt (51) eines großen Durchmessers gebildet ist, und einen gestuften Abschnitt (53), der den Abdeckungsabschnitt (52) eines kleinen Durchmessers und den Abdeckungsabschnitt (51) eines großen Durchmessers verbindet, hat, wobei ein erstes Durchgangsloch (521), bei dem der ganze Umfang eines Lochs ausgestanzt ist, an einer Spitze des Abdeckungsabschnitts (52) eines kleinen Durchmessers gebildet ist, undein zweites Durchgangsloch (531), bei dem ein ganzer Umfang eines Lochs ausgestanzt ist, in einer Umfangsrichtung des gestuften Abschnitts (53) bei einer Mehrzahl von Positionen gebildet ist, wobeidie Abdeckung (5) die einzige Abdeckung ist, die zum Abdecken des Festelektrolytkörpers an dem Gehäuse (4) angebracht ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor zum Messen einer Sauerstoffkonzentration und dergleichen in einem zu messenden bzw. gemessenen Gas.
HINTERGRUND TECHNIK
Es ist erforderlich, dass ein Gassensor, der in einem Abgasrohr einer Verbrennungsmaschine angeordnet ist und eine Sauerstoffkonzentration und dergleichen in einem Abgas, das durch das Abgasrohr geht, misst, ein entsprechendes Ansprechvermögen, das die Geschwindigkeit einer Messung angibt, eine Wasserbeständigkeit, die einen Schutz vor Feuchtigkeit angibt, und dergleichen aufweist.
Ein Patentdokument 1 offenbart beispielsweise einen Gassensor, der ein Erfassungselement, eine Hauptbefestigung zum Halten des Erfassungselements und eine Schutzvorrichtung zum Aufnehmen eines Erfassungsteils des Erfassungselements aufweist. Die Schutzvorrichtung hat einen Abschnitt eines großen Durchmessers und einen Abschnitt eines kleinen Durchmessers. Eine erste Spitzenwand des Abschnitts eines großen Durchmessers ist mit einem ersten eingedrückten Abschnitt, der in einer axialen Richtung hin zu einer hinteren Endseite vertieft ist, und einem ersten Öffnungsabschnitt, der sich in dem ersten eingedrückten Abschnitt öffnet, versehen. Eine zweite Spitzenwand des Abschnitts eines kleinen Durchmessers ist zusätzlich mit einem zweiten eingedrückten Abschnitt, der in der axialen Richtung hin zu der hinteren Endseite vertieft ist, und einem zweiten Öffnungsabschnitt, der sich in dem zweiten eingedrückten Abschnitt öffnet, versehen. Selbst wenn dann Wassertröpfchen von dem ersten Öffnungsabschnitt oder dem zweiten Öffnungsabschnitt in die Schutzvorrichtung einsickern, haften Wassertröpfchen an dem ersten eingedrückten Abschnitt oder dem zweiten eingedrückten Abschnitt, wodurch verhindert wird, dass die Wassertröpfchen an dem Erfassungselement haften.
Die US7390385B2 offenbart folgendes: Eine Schutzabdeckung eines Gassensors umfasst eine innere Schutzabdeckung, die mindestens einen Endabschnitt eines Sensorelements abdeckt, eine äußere Schutzabdeckung, die die innere Schutzabdeckung abdeckt, und eine Zwischenschutzabdeckung, die zwischen der inneren Schutzabdeckung und dem installiert ist äußere Schutzhülle. A 1 /A 2 >=1 vorausgesetzt, dass A 1 eine Gesamtöffnungsfläche der inneren Gaseinlasslöcher darstellt, die für die innere Schutzhülle vorgesehen sind, und A 2 eine Gesamtöffnungsfläche der äußeren Gaseinlasslöcher darstellt, die für die äußere Schutzhülle vorgesehen sind.
Die JP2000304719A offenbart folgendes: zu lösendes Problem: Es soll ein Gassensor geschaffen werden, der sowohl eine hohe Wasserstreuungsbeständigkeit als auch eine schnelle Reaktionsfähigkeit aufweist, indem die Gasdiffusionsrate in einer Schutzhülle mit Wasserstreuungsbeständigkeit so gering wie möglich gehalten wird. Lösung: Die Summe des größten Annäherungsabstands L1 zwischen dem äußeren Gaseinlassloch 110 der äußeren Schutzabdeckung 102 und dem Schlitz 118, der am Flanschteil 114 der mittleren Schutzabdeckung 104 in axialer Richtung vorgesehen ist, und des größten Annäherungsabstands L2 zwischen dem Schlitz 118 der Zwischenschutzabdeckung 104 und dem inneren Gaseinlassloch 106 einer inneren Schutzabdeckung in axialer Richtung auf mindestens 10 mm oder mehr eingestellt. Zwischen der äußeren Schutzabdeckung 102 und der Zwischenschutzabdeckung 104 in radialer Richtung und zwischen der äußeren Schutzabdeckung 102 und der inneren Schutzabdeckung in radialer Richtung sind Lücken vorgesehen, in denen sich Wasser nicht durch Grenzflächenspannung ansammelt.
Weiterer Stand der Technik ist in US20110094883A , US20070215468A1 und US20080209984A1 beschrieben.
STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT
PATENTDOKUMENT 1
Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2013-257192
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Der erste eingedrückte Abschnitt und der zweite eingedrückte Abschnitt stehen jedoch hin zu einem Inneren der Schutzvorrichtung vor, um eine Strömung eines zu messenden bzw. eines gemessenen Gases, das durch die erste Öffnung oder die zweite Öffnung geht, zu blockieren. Die Zeit dafür, dass das gemessene Gas den Erfassungsteil des Erfassungselements erreicht, wird daher verlängert, und ein Ansprechen einer Messung durch den Gassensor kann nicht ausreichend verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der im Vorhergehenden dargelegten Probleme gemacht, und eine Aufgabe derselben besteht darin, einen Gassensor zu schaffen, der eine Wasserbeständigkeit und eine Erhöhung eines Ansprechvermögens einer Messung sicherstellen kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dessen finden sich in den zugehörigen Unteransprüchen.
Ein Gassensor gemäß einem ersten Aspekt weist einen becherförmigen Elektrolytfestkörper, der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit besitzt und bei dem eine Spitze eines röhrenförmigen Außenumfangsabschnitt geschlossen ist, eine Elektrode auf einer Seite eines gemessenen Gases, die auf einer Außenumfangsoberfläche des Außenumfangsabschnitts angeordnet ist, eine Elektrode auf einer Seite eines Bezugsgases, die auf einer Innenumfangsoberfläche des Außenumfangsabschnitts angeordnet ist, eine Heizvorrichtung, die auf einer Innenumfangsseite des Elektrolytfestkörpers angeordnet ist, zum Heizen bzw. Erwärmen des Elektrolytfestkörpers, ein Gehäuse zum Halten des Elektrolytfestkörpers, und eine Abdeckung, die an dem Gehäuse befestigt ist, zum Abdecken des Elektrolytfestkörpers auf. Die Abdeckung hat einen Abdeckungsabschnitt eines großen Durchmessers, der auf einer Außenumfangsseite des Elektrolytfestkörpers positioniert ist, einen Abdeckungsabschnitt eines kleinen Durchmessers, der benachbart zu einer Spitzenseite des Abdeckungsabschnitts eines großen Durchmessers positioniert ist und hinsichtlich eines Durchmessers kleiner als der Abdeckungsabschnitt eines großen Durchmessers gebildet ist, und einen gestuften Abschnitt, der den Abdeckungsabschnitt eines kleinen Durchmessers und den Abdeckungsabschnitt eines großen Durchmessers verbindet. Ein erstes Durchgangsloch, bei dem der ganze Umfang eines Lochs ausgestanzt ist, ist an einer Spitze des Abdeckungsabschnitts eines kleinen Durchmessers gebildet, und ein zweites Durchgangsloch, bei dem der ganze Umfang eines Lochs ausgestanzt ist, ist in einer Umfangsrichtung des gestuften Abschnitts bei einer Mehrzahl von Positionen gebildet.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die Abdeckung wird in einer zweistufigen Form des Abdeckungsabschnitts eines großen Durchmessers und des Abdeckungsabschnitts eines kleinen Durchmessers bei dem Gassensor gebildet. Das erste Durchgangsloch, bei dem der ganze Umfang des Lochs ausgestanzt ist, wird dann an der Spitze des Abdeckungsabschnitts eines kleinen Durchmessers gebildet, und das zweite Durchgangsloch, bei dem der ganze Umfang ausgestanzt ist, wird in der Umfangsrichtung des gestuften Abschnitts, der den Abdeckungsabschnitt eines großen Durchmessers und den Abdeckungsabschnitt eines kleinen Durchmessers verbindet, bei der Mehrzahl von Positionen gebildet.
Mit der Konfiguration der Abdeckung geht das gemessene Gas ohne Weiteres über das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch zwischen einer Außenseite und einer Innenseite der Abdeckung durch. Das heißt, es ist möglich, eine Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases in der Nähe der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases zu erhöhen. Das gemessene Gas erreicht dann ohne Weiteres die Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers und wird ohne Weiteres von der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases zu dem Äußeren der Abdeckung entladen. Ein Ansprechvermögen eines Messens der Konzentration einer spezifizierten Gaskomponente, wie zum Beispiel einer Sauerstoffkonzentration, durch den Gassensor kann daher gesteigert werden.
Da zusätzlich das Ansprechvermögen des Gassensors gesteigert wird, ist es möglich, die Ausgabe der Heizvorrichtung niedrig zu bewahren, sodass eine Temperatur des Elektrolytfestkörpers gesenkt wird. Es wird dadurch möglich, dass eine mechanische Spannung durch Wasser, Risse oder dergleichen aufgrund einer Feuchtigkeit weniger wahrscheinlich an dem Elektrolytfestkörper auftreten, und es wird möglich, eine Wasserbeständigkeit des Gassensors zu erlangen. Eine Feuchtigkeit sickert ferner kaum in die Abdeckung ein, und eine Wasserbeständigkeit des Gassensors kann durch so viel wie möglich Minimieren von Lochdurchmessern des ersten Durchgangslochs und des zweiten Durchgangslochs erlangt werden. Es ist daher möglich, eine Wasserbeständigkeit und eine Erhöhung des Ansprechvermögens einer Messung gemäß dem im Vorhergehenden beschriebenen Gassensor zu erlangen.
Das erste Durchgangsloch kann mit einem Lochdurchmesser von ϕ 0,9 bis 3 mm gebildet sein und ist an einer Position gebildet, und das zweite Loch kann mit einem Lochdurchmesser von ϕ 0,9 bis 1,5 mm in dem Gassensor gebildet sein.
In diesem Fall können das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch passend klein hergestellt werden, das Durchgehen des gemessenen Gases wird erleichtert, und es kann verhindert werden, dass Feuchtigkeit in die Abdeckung einsickert.
Wenn der Lochdurchmesser des ersten Durchgangslochs weniger als j> 0,9 mm beträgt, und der Lochdurchmesser des zweiten Durchgangslochs weniger als j> 0,9 mm beträgt, wird es schwierig, das Werkzeug zum Bilden der Löcher zu handhaben. Wenn andererseits der Lochdurchmesser des ersten Durchgangslochs ϕ 3 mm überschreitet, und der Lochdurchmesser des zweiten Durchgangslochs ϕ 1,5 mm überschreitet, verschlechtert sich die Wasserbeständigkeit.
Ein Zwischenraum D1 zwischen einer Innenumfangsoberfläche des Abdeckungsabschnitts eines großen Durchmessers und der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases liegt ferner innerhalb eines Bereichs von 1 bis 2,5 mm, ein Innendurchmesser D2 des Abdeckungsabschnitts eines kleinen Durchmessers ist innerhalb eines Bereichs von ϕ 3,8 bis 9,8 mm, und ein Abstand D3 von einer Spitze der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases zu einer Basisendoberfläche des gestuften Abschnitts kann in einem Bereich von 1 bis 6 mm liegen.
In diesem Fall kann eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases in der Nähe der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases innerhalb der Abdeckung beibehalten werden, und das Ansprechvermögen der Messung des Gassensors kann hoch beibehalten werden.
Die Innenumfangsoberfläche des Abdeckungsabschnitts eines großen Durchmessers und die Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases können einander beeinträchtigen, wenn der Zwischenraum D1 wenigen als 1 mm beträgt. Das Ansprechvermögen des Gassensors kann sich andererseits verschlechtern, wenn der Zwischenraum D1 2,5 mm überschreitet.
Das Ansprechvermögen des Gassensors kann sich verschlechtern, wenn der Innendurchmesser D2 weniger als ϕ 3,8 mm beträgt. Es wird andererseits schwierig, zwischen dem Abdeckungsabschnitt eines großen Durchmessers und dem Abdeckungsabschnitt eines kleinen Durchmessers die zweistufige Form einzurichten, wenn der Innendurchmesser D2 ϕ 9,8 mm überschreitet.
Die Spitze des Elektrolytfestkörpers und die Basisendoberfläche des gestuften Abschnitts können einander beeinträchtigen, wenn der Abstand D3 weniger als 1 mm beträgt. Das Ansprechvermögen des Gassensors kann sich andererseits verschlechtern, wenn der Abstand D3 6 mm überschreitet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine erläuternde Schnittansicht, die einen Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Zwischenraum D1 in einer radialen Richtung zwischen einer Innenumfangsoberfläche eines Abdeckungsabschnitts eines großen Durchmessers und einer Elektrode auf einer Seite eines gemessenen Gases auf einer horizontalen Achse und einer Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases in einer Nähe der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases eines Elektrolytfestkörpers auf einer vertikalen Achse gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt
3 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Innendurchmesser D2 eines Abdeckungsabschnitts eines kleinen Durchmessers auf einer horizontalen Achse und der Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases in der Nähe der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers auf der vertikalen Achse gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Abstand D3 in einer axialen Richtung von einer Spitze der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases zu einer Basisendoberfläche eines gestuften Abschnitts auf einer horizontalen Achse und der Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases in der Nähe der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers auf der vertikalen Achse gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Lochdurchmesser eines zweiten Durchgangslochs in dem gestuften Abschnitt einer Abdeckung auf einer horizontalen Achse und einer Wassersprühmenge des Elektrolytfestkörpers auf einer vertikalen Achse gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt; und
6 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases in der Nähe der Elektrode auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers auf einer horizontalen Achse und einem Ansprechen des Gassensors auf einer vertikalen Achse gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORM ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel, das sich auf einen Gassensor bezieht, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, weist der Gassensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Elektrolytfestkörper 2, eine Elektrode 21 auf einer Seite eines gemessenen Gases, eine Elektrode 22 auf einer Seite eines Bezugsgases, einer Heizvorrichtung 3, ein Gehäuse 4 und eine Abdeckung 5 auf. Der Elektrolytfestkörper 2 besitzt eine Sauerstoffionenleitfähigkeit und hat eine Becherform, in der eine Spitze eines röhrenförmigen Außenumfangsabschnitts 23 geschlossen ist. Die Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases ist auf einer Außenumfangsoberfläche 201 des Außenumfangsabschnitts 23 des Elektrolytfestkörpers 2 angeordnet, und die Elektrode 23 auf der Seite des Bezugsgases ist auf einer Innenumfangsoberfläche 202 des Außenumfangsabschnitts 23 angeordnet. Die Heizvorrichtung 3 ist auf einer Innenumfangsseite des Elektrolytfestkörpers 2 angeordnet und ist konfiguriert, um den Elektrolytfestkörper 2 zu heizen. Das Gehäuse 4 hat eine röhrenförmige Form, die den Elektrolytfestkörper 2 auf einer Innenumfangsseite desselben hält. Die Abdeckung 5 deckt den Elektrolytfestkörper 2 ab, und ein Basisendabschnitt derselben ist an dem Gehäuse 4 befestigt.
Die Abdeckung 5 hat einen Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers, der auf einer Außenumfangsseite des Elektrolytfestkörpers 2 positioniert ist, einen Abdeckungsabschnitt 52 eines kleinen Durchmessers, der benachbart zu einer Spitzenseite des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers positioniert ist und hinsichtlich eines Durchmessers kleiner als der Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers gebildet ist, und einen gestuften Abschnitt 53, der den Abdeckungsabschnitt 52 eines kleinen Durchmessers und den Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers verbindet. Bei einem ersten Durchgangsloch 521 ist der ganze Umfang eines Lochs ausgestanzt, das heißt, ein perfekter Kreis ist an einer Spitze des Abdeckungsabschnitts 52 eines kleinen Durchmessers gebildet. Bei einem zweiten Durchgangsloch 531 ist der ganze Umfang eines Lochs ausgestanzt, das heißt, ein perfekter Kreis ist in einer Umfangsrichtung des gestuften Abschnitts 53 bei einer Mehrzahl von Positionen gebildet.
Der Gassensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist im Folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, wird der Gassensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet, indem derselbe in einem Abgasrohr eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) angeordnet wird, und derselbe misst die Sauerstoffkonzentration in einem Abgas mit dem Abgas, das durch das Abgasrohr strömt, als ein gemessenes Gas G. Der Gassensor 1 ist ferner auf einer Stromabwärtsseite einer Position angeordnet, bei der ein Katalysator in dem Abgasrohr angeordnet ist, und ist im Wesentlichen orthogonal zu einer Strömung F des Abgases in dem Abgasrohr angeordnet.
Zusätzlich zu dem Sauerstoffkonzentrationssensor kann der Gassensor 1 ein A/F-(= Air/Fuel-Ratio bzw. Luft-Kraftstoff-Verhältnis) Sensor oder dergleichen sein.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Außenumfangsabschnitt 23 des Elektrolytfestkörpers 2 in einer schrägen zylindrischen Form, bei der ein Einführungsabschnitt 231, der durch ein Innenumfangsloch des Gehäuses 4 eingeführt ist, hinsichtlich des Durchmessers hin zu einer Spitzenendseite reduziert ist, gebildet, und ein vorspringender Abschnitt 232, der hin zu der Spitzenendseite von dem Gehäuse 4 vorspringt, ist in einer zylindrischen Form parallel zu einer axialen Richtung L des Gassensors 1 gebildet. Eine Spitze des vorspringenden Abschnitts 232 ist durch einen halbkugelförmigen Spitzenabschnitt 24 geschlossen. Die Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases ist auf dem ganzen Umfang der Außenumfangsoberfläche 201 des vorspringenden Abschnitts 232 gebildet, und die Elektrode 22 auf der Seite des Bezugsgases ist auf dem ganzen Umfang der Innenumfangsoberfläche 202 des vorspringenden Abschnitts 232 gebildet. Ein Gassensorelement ist zusätzlich durch den Elektrolytfestkörper 2, die Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases und die Elektrode 22 auf der Seite des Bezugsgases konstituiert.
Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, ist Die Heizvorrichtung 3 durch Anordnen einer Leiterschicht, die durch eine Erregung eine Wärme erzeugt, auf einem Keramiksubstrat konfiguriert. Die Leiterschicht der Heizvorrichtung 3 ist in einem Bereich der axialen Richtung L angeordnet, in dem die Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases und die Elektrode 22 auf der Seite des Bezugsgases angeordnet sind. Die Abdeckung 5 hat eine Struktur, in der der Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers, der gestufte Abschnitt 53 und der Abdeckungsabschnitt 52 eines kleinen Durchmessers gebildet sind.
Der Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers und der Abdeckungsabschnitt 52 eines kleinen Durchmessers der Abdeckung 5 sind in einer zylindrischen Form gebildet und parallel zu der axialen Richtung L angeordnet. Die Abdeckung 5 ist mit dem Elektrolytfestkörper 2 koaxial angeordnet. Der vorspringende Abschnitt 232 des Elektrolytfestkörpers 2 ist auf der Innenumfangsseite des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers angeordnet, und ein vorbestimmter Zwischenraum D3 ist zwischen einer Spitze 211 des vorspringenden Abschnitts 232 und einer Basisendoberfläche 530 des gestuften Abschnitts 53 der Abdeckung 5 gebildet.
Der Lochdurchmesser des ersten Durchgangslochs 521 an der Spitze des Abdeckungsabschnitts 52 eines kleinen Durchmessers liegt innerhalb eines Bereichs von ϕ 0,9 bis 3 mm. Das erste Durchgangsloch 521 ist bei einer Position einer Mittelposition der Spitze des Abdeckungsabschnitts 52 eines kleinen Durchmessers gebildet. Der Lochdurchmesser eines zweiten Durchgangslochs 531 bei dem gestuften Abschnitt 53 liegt innerhalb eines Bereichs von ϕ 0,9 bis 1,5 mm. Die zweiten Durchgangslöcher 531 sind in der Umfangsrichtung in gleichen Intervallen bei einer Mehrzahl von Positionen um eine Mittelachse des Elektrolytfestkörpers 2 und der Abdeckung 5 herum gebildet.
Abmessungsbeziehungen zwischen der Abdeckung 5 und der Abdeckung 5 und einer Umgebung derselben sehen wie folgt aus.
Wie in 1 gezeigt ist, liegt zwischen der Innenumfangsoberfläche des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers und der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases ein radialer Zwischenraum D1 innerhalb eines Bereichs von 1 bis 2,5 mm. Ein Innendurchmesser D2 des Abdeckungsabschnitts 52 eines kleinen Durchmessers liegt zusätzlich innerhalb eines Bereichs von ϕ 3,8 bis 9,8 mm. Ein Abstand D3 in der axialen Richtung L von der Spitze 211 der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases zu der Basisendoberfläche 530 des gestuften Abschnitts 53 liegt in einem Bereich von 1 bis 6 mm.
2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Zwischenraum D1 (mm) und einer Strömungsgeschwindigkeit (m/s) des gemessenen Gases G in einer Nähe der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers 2. In der grafischen Darstellung liegt eine Konfiguration vor, dass der Innendurchmesser D2 ϕ 4 mm beträgt, der Abstand D3 3,5 mm beträgt, und der Innendurchmesser D4 ϕ 10 mm beträgt. Wie in der grafischen Darstellung gezeigt ist, versteht es sich von selbst, dass, wenn der Zwischenraum D1 größer als 2,5 mm wird, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G verringert. Der Grund dafür ist darin zu sehen, dass, wenn der Zwischenraum D 1 erhöht wird, ein Raum, in den das gemessene Gas G strömt, zwischen dem Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers und dem vorspringenden Abschnitt 232 des Elektrolytfestkörpers 2 zu breit wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G verringert sich andererseits nicht, und das Ansprechvermögen einer Messung durch den Gassensor 1 kann hoch beibehalten werden, wenn der Zwischenraum D1 2,5 mm oder weniger beträgt. Es ist ferner vorzuziehen, dass der Zwischenraum D1 1 mm oder mehr aufweist, um eine Beeinträchtigung zwischen der Innenumfangsoberfläche des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers und der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases zu vermeiden.
3 zeigt eine Beziehung zwischen dem Innendurchmesser D2 (mm) und der Strömungsgeschwindigkeit (m/s) des gemessenen Gases G in der Nähe der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers 2. In der grafischen Darstellung liegt eine Konfiguration vor, dass der Zwischenraum D1 2,3 mm beträgt, der Abstand D3 3,5 mm beträgt, und der Innendurchmesser D4 ϕ 10 mm beträgt. Wie in der grafischen Darstellung gezeigt ist, versteht es sich von selbst, dass, wenn der Innendurchmesser D2 kleiner als ϕ 3,8 mm beträgt, sich die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G verringert. Der Grund dafür ist darin zu sehen, dass, wenn der Innendurchmesser D2 kleiner wird, es für das gemessene Gas G schwierig wird, durch den Abdeckungsabschnitt 52 eines kleinen Durchmessers zu strömen. Die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G verringert sich andererseits nicht, und das Ansprechvermögen einer Messung durch den Gassensor 1 kann hoch beibehalten werden, wenn der Innendurchmesser D ϕ 3,8 mm oder größer ist. Es ist ferner vorzuziehen, dass der Innendurchmesser D2 ϕ 9,8 mm oder weniger ist, um die zweistufige Form zwischen dem Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers und dem Abdeckungsabschnitt 52 eines kleinen Durchmessers einzurichten.
4 zeigt eine Beziehung zwischen dem Abstand D3 (mm) und der Strömungsgeschwindigkeit (m/s) des gemessenen Gases G in der Nähe der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers 2. In der grafischen Darstellung liegt eine Konfiguration vor, dass der Zwischenraum D1 2,3 mm beträgt, der Innendurchmesser D2 ϕ 4 mm beträgt, und der Innendurchmesser D4 ϕ 10 mm beträgt. Wie in der grafischen Darstellung gezeigt ist, versteht es sich von selbst, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G verringert, wenn der Abstand D3 größer als 6 mm ist. Der Grund dafür ist darin zu sehen, dass das gemessene Gas G zwischen dem Inneren des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers und dem Inneren des Abdeckungsabschnitts 52 eines kleinen Durchmessers kaum durchgeht, wenn der Abstand D3 erhöht ist. Die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G verringert sich andererseits nicht, und das Ansprechvermögen einer Messung durch den Gassensor 1 kann hoch beibehalten werden, wenn der Abstand D3 6 mm oder weniger ist. Der Abstand D3 beträgt ferner vorzugsweise 1 mm oder mehr, um eine Beeinträchtigung zwischen dem Spitzenabschnitt 24 des Elektrolytfestkörpers 2 und der Basisendoberfläche 530 des gestuften Abschnitts 53 zu vermeiden.
Wie in 1 gezeigt ist, liegt ferner der Innendurchmesser D4 des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers innerhalb eines Bereichs von ϕ 8 bis 14 mm. Es besteht eine Möglichkeit, dass der Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers die Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers 2 beeinträchtigt, wenn der Innendurchmesser D4 des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers weniger als ϕ 8 mm beträgt. Es besteht andererseits eine Möglichkeit, dass der Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers Komponenten um den Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers herum beeinträchtigt, wenn der Innendurchmesser D4 des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers ϕ 14 mm überschreitet.
Öffnungsflächen der ganzen zweiten Durchgangslöcher 531 liegen ferner in einem Bereich von 14 bis 25 mm². Das gemessene Gas G strömt kaum in die Abdeckung 5, wenn die Gesamtöffnungsflächen der zweiten Durchgangslöcher 531 weniger als 14 mm² werden, und das Ansprechvermögen einer Messung durch den Gassensor 1 kann sich verschlechtern. Eine Feuchtigkeit dringt mit anderen Worten ohne Weiteres von den zweiten Durchgangslöchern 531 in die Abdeckung 5 ein, wenn die Öffnungsflächen der ganzen zweiten Durchganslöcher 531 25 mm² überschreiten, und die Wasserbeständigkeit des Gassensors 1 kann sich verschlechtern.
5 zeigt eine Beziehung zwischen dem Lochdurchmesser (mm) des zweiten Durchgangslochs 531 in dem gestuften Abschnitt 53 der Abdeckung 5 und einer Wassersprühmenge (µL) des Elektrolytfestkörpers 2. Wie in der grafischen Darstellung gezeigt ist, erhöht sich die Wassersprühmenge des Elektrolytfestkörpers 2, wenn der Lochdurchmesser des zweiten Durchgangslochs 531 größer als ϕ 1,5 mm wird. Der Grund dafür ist darin zu sehen, dass Feuchtigkeit, die aufgrund eines Mischens mit dem gemessenen Gas G verstreut wird, durch das zweite Durchgangsloch 531 geht und ohne Weiteres in die Abdeckung 5 einsickert, wenn der Lochdurchmesser des zweiten Durchgangslochs 531 erhöht ist. Es ist andererseits weniger wahrscheinlich, dass der Elektrolytfestkörper 2 nass gemacht wird, und die Wasserbeständigkeit des Gassensors 1 kann hoch beibehalten werden, wenn der Lochdurchmesser des zweiten Durchgangslochs 531 ϕ 1,5 mm oder weniger beträgt. Es ist ferner vorzuziehen, dass der Lochdurchmesser des zweiten Durchgangslochs 531 ϕ 0,9 mm oder mehr beträgt, um eine Handhabung des Werkzeugs zum Bohren des zweiten Durchgangslochs 531 zu erleichtern.
Die Abdeckung 5 ist in der zweistufigen Form des Abdeckungsabschnitts 51 eines großen Durchmessers und des Abdeckungsabschnitts 52 eines kleinen Durchmessers in dem Gassensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels gebildet. Das erste Durchgangsloch 521, bei dem der ganze Umfang des Abdeckungsabschnitts 52 eines kleinen Durchmessers ausgestanzt wird, ist gebildet, und das zweite Durchgangsloch 531, bei dem der ganze Umfang des Lochs ausgestanzt wird, ist in der Umfangsrichtung des gestuften Abschnitts 53, der den Abdeckungsabschnitt 51 eines großen Durchmessers und den Abdeckungsabschnitt 52 eines kleinen Durchmessers verbindet, bei der Mehrzahl von Positionen gebildet.
Mit der Konfiguration der Abdeckung 5 geht das gemessene Gas G ohne Weiteres über das erste Durchgangsloch 521 und die zweiten Durchgangslöcher 531 zwischen der Außenseite und der Innenseite der Abdeckung 5 durch. Das heißt, mit der Konfiguration der Abdeckung 5 kann die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G in der Nähe der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases erhöht werden. Das gemessene Gas G erreicht dann ohne Weiteres die Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers 2 und wird von der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases ohne Weiteres zu dem Äußeren der Abdeckung 5 entladen. Das Ansprechvermögen eines Messens der Sauerstoffkonzentration durch den Gassensor 1 kann daher gesteigert werden.
6 zeigt eine Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit (m/s) des gemessenen Gases G in der Nähe der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases des Elektrolytfestkörpers 2 und dem Ansprechvermögen (der Ansprechzeit) (ms) des Gassensors 1. Wie in der grafischen Darstellung gezeigt ist, verbessert sich, sowie die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G schneller wird, das Ansprechvermögen (die Ansprechzeit wird kürzer). Daraus versteht sich von selbst, dass ein Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Gases G in der Nähe der Elektrode 21 auf der Seite des gemessenen Gases wirkungsvoll zu einem Steigern des Ansprechvermögens des Gassensors 1 beiträgt.
Durch Verbessern des Ansprechvermögens des Gassensors 1 ist es ferner möglich, die Ausgabe der Heizvorrichtung 3 niedrig zu bewahren, sodass die Temperatur des Elektrolytfestkörpers 2 (des Gassensorelements) gesenkt wird. Es wird dadurch möglich, zu veranlassen, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine mechanische Spannung durch Wasser, Risse oder dergleichen aufgrund einer Feuchtigkeit an dem Elektrolytfestkörper 2 auftreten, und es ist möglich, eine Wasserbeständigkeit des Gassensors 1 zu erlangen. Eine Feuchtigkeit sickert ferner kaum in die Abdeckung 5 ein, und eine Wasserbeständigkeit kann durch Minimieren des Lochdurchmessers des ersten Durchgangslochs 521 auf ϕ 3 mm oder weniger und durch Minimieren des Lochdurchmessers des zweiten Durchgangslochs 531 auf ϕ 1,5 mm oder weniger erlangt werden. Es ist daher möglich, eine Wasserbeständigkeit und eine Erhöhung des Ansprechvermögens einer Messung gemäß dem Gassensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zu erlangen.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Gassensor
2: Elektrolytfestkörper
201: Außenumfangsoberfläche
202: Innenumfangsoberfläche
21: Elektrode auf einer Seite eines gemessenen Gases
22: Elektrode auf einer Seite eines Bezugsgases
23: Außenumfangsabschnitt
3: Heizvorrichtung
4: Gehäuse
5: Abdeckung
51: Abdeckungsabschnitt eines großen Durchmessers
52: Abdeckungsabschnitt eines kleinen Durchmessers
521: erstes Durchgangsloch
53: gestufter Abschnitt
531: zweites Durchgangsloch

Claims

Gassensor (1) mit: einem becherförmigen Elektrolytfestkörper (2), der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit besitzt und bei dem eine Spitze eines röhrenförmigen Außenumfangsabschnitts (23) geschlossen ist; einer Elektrode (21) auf einer Seite eines gemessenen Gases, die auf einer Außenumfangsoberfläche (201) des Außenumfangsabschnitts (23) angeordnet ist; einer Elektrode (22) auf einer Seite eines Bezugsgases, die auf einer Innenumfangsoberfläche (202) des Außenumfangsabschnitts (23) angeordnet ist; einem Heizer (3), der auf einer Innenumfangsseite des Elektrolytfestkörpers (2) angeordnet ist, zum Heizen des Elektrolytfestkörpers (2); einem Gehäuse (4) zum Halten des Elektrolytfestkörpers (2); und einer Abdeckung (5), die an dem Gehäuse (4) befestigt ist, zum Abdecken des Elektrolytfestkörpers (2), wobei die Abdeckung (5) einen Abdeckungsabschnitt (51) eines großen Durchmessers, der auf einer Außenumfangsseite des Elektrolytfestkörpers (2) positioniert ist, einen Abdeckungsabschnitt (52) eines kleinen Durchmessers, der benachbart zu einer Spitzenseite des Abdeckungsabschnitts (51) eines großen Durchmessers positioniert ist und hinsichtlich eines Durchmessers kleiner als der Abdeckungsabschnitt (51) eines großen Durchmessers gebildet ist, und einen gestuften Abschnitt (53), der den Abdeckungsabschnitt (52) eines kleinen Durchmessers und den Abdeckungsabschnitt (51) eines großen Durchmessers verbindet, hat, wobei ein erstes Durchgangsloch (521), bei dem der ganze Umfang eines Lochs ausgestanzt ist, an einer Spitze des Abdeckungsabschnitts (52) eines kleinen Durchmessers gebildet ist, und ein zweites Durchgangsloch (531), bei dem ein ganzer Umfang eines Lochs ausgestanzt ist, in einer Umfangsrichtung des gestuften Abschnitts (53) bei einer Mehrzahl von Positionen gebildet ist, wobei die Abdeckung (5) die einzige Abdeckung ist, die zum Abdecken des Festelektrolytkörpers an dem Gehäuse (4) angebracht ist.
Gassensor (1) nach Anspruch 1, bei dem ein Lochdurchmesser des ersten Durchgangslochs (521) innerhalb eines Bereichs von ϕ 0,9 bis 3 mm liegt; und ein Lochdurchmesser des zweiten Durchgangslochs (531) in einem Bereich von j> 0,9 bis 1,5 mm liegt.
Gassensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Zwischenraum (D1) zwischen einer Innenumfangsoberfläche des Abdeckungsabschnitts (51) eines großen Durchmessers und der Elektrode (21) auf der Seite des gemessenen Gases in einem Bereich von 1 bis 2,5 mm liegt; ein Innendurchmesser (D2) des Abdeckungsabschnitts (52) eines kleinen Durchmessers innerhalb eines Bereichs ϕ 3,8 bis 9,8 mm liegt; und ein Abstand D3 von einer Spitze (211) der Elektrode (21) auf der Seite des gemessenen Gases zu einer Basisendoberfläche (530) des gestuften Abschnitts (53) in einem Bereich von 1 bis 6 mm liegt.
Gassensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Gassensor (1) bei einer Position auf einer Stromabwärtsseite einer Position, bei der ein Katalysator in einem Abgasrohr eines Fahrzeugs angeordnet ist, angeordnet ist, und im Wesentlichen orthogonal zu einer Strömung F eines Abgases in dem Abgasrohr angeordnet ist.